TURBOCARGADOR DE GEOMETRÍA VARIABLE QUE TIENE UN FLUJO DE GAS DE ESCAPE DE DESVÍO INTERNO CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere, en términos generales, al campo de los turbocargadores de geometría variable y, más particularmente, a un turbocargador de geometría variable especialmente construido para proporcionar un flujo de gas de escape de desvío interno con el objeto de- eliminar la necesidad de una compuerta de descarga externa. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los turbocargadores para motores de combustión interna que utilizan gasolina y diesel son dispositivos conocidos en la técnica, que se utilizan para presurizar o reforzar la corriente de aire de admisión dirigida -a la cámara de combustión del motor, mediante la utilización del calor y flujo volumétrico de gas de escape que sale del motor. Específicamente, el gas de escape que sale del motor es dirigido hacia una carcasa de turbina de un turbocargador de una manera que provoca que una turbina impulsada por gas de escape gire dentro de la carcasa. La turbina impulsada por gas de escape está montada en un extremo de un eje que es común a un compresor de aire radial montado en un extremo opuesto del eje y alojado en la carcasa del compresor. Así, la acción de rotación de la turbina causa también la rotación del compresor de aire dentro de una carcasa de compresor de
turbocargador separada de la carcasa de turbina. La acción de rotación del compresor de aire provoca que el aire de admisión ingrese- a la carcasa de compresor y sea presurizado o reforzado a un nivel deseado antes de su mezcla con combustible y quemado dentro de la cámara de combustión del motor . En un turbocargador es. frecuentemente deseable controlar el flujo de gas de escape hacia la turbina para mejorar la eficiencia o rango operativo del turbocargador. Turbocargadores de geometría variable (VG s ) han sido configurados para resolver esta necesidad. Un tipo de turbocargador de geometría variable (VGTs) es un turbocargador que tiene una boquilla de escape variable que se conoce como . turbocargador de boquilla variable. Diferentes configuraciones de dé boquillas variables han sido empleadas para controlar el flujo de gas de escape. Un enfoque tomado para lograr un control de flujo de gas de escape en tales VGTs incluye el uso de múltiples paletas pivotantes colocadas anularmente alrededor de la entrada de turbina. Las paletas pivotantes están controladas comúnmente para alterar el área de garganta de los pasajes entre las paletas, funcionando así para controlar el flujo de gas de escape en la turbina. Los motores que utilizan diesel y gasolina de alta velocidad, turb'ocargados, producen una energía de escape en exceso a alta velocidad en comparación con la potencia requerida por
la turbina del turbocargador. Así, tales motores turbocargados (que comprende VGTs o bien turbocargadores de geometría no variable convencionales) incluyen una válvula de compuerta de descarga para controlar la cantidad máxima de gas de escape dirigida hacia la turbina de turbocargador bajo condiciones de operación de motor de alta velocidad. Las compuertas dé descarga conocidas en la técnica están colocadas externamente con relación al turbocargador y se construyen típicamente para desviar el flujo de gas de escape que sale del motor alejándolo del turbocargador bajo condiciones de. operación de motor de alta velocidad. Como se indicó arriba, este desvío del flujo de escape hacia la turbina de turbocargador es deseado y necesario con el objeto de controlar la cantidad máxima de presión incrementada proporcionada por el turbocargador con el objeto de no dañar el motor. Puesto que tales compuertas ? de descarga convencionales existen y están montadas separadamente del turbocargador, presentan varios retos de ingeniería y diseño. Un reto de este tipo se refiere a la colocación y empaque, puesto que estas compuertas de descarga deben construirse para su fijación sobre el sistema de escape del motor y deben configurarse para una colocación espacialmente compatible dentro del compartimiento del motor o bien de forma adyacente al compartimiento del motor. Otro reto se refiere a la
operación apropiada, puesto que tales compuertas de descarga deben ser accionadas, controladas y coordinadas con la operación jdel motor del vehículo y del turbocargador. Esta tarea es especialmente complicada cuando se está tratando con un VGT que incluyen por ser miembros de geometría variable que requieren de accionamiento especial y control especial. Mientras tales compuertas de descarga externa convencionales se utilizan ampliamente, los retos indicados arriba que son inherentes con estas compuertas de descarga agregan costo y complejidad a la tarea de controlar la operación de motores turbocargados . Per consiguiente, es deseable que un dispositivo o mecanismo de desvió de escape se construya para su uso con un VGT de una forma- que minimiza y/o elimina los retos indicados arriba con relación a un ajuste, empaque y operación. Es deseable que dicho dispositivo o mecanismo de desvío de escape se construya de tal manera que se minimice los costos de fabricación y es deseable que se utilice preferentemente las estructuras y partes existentes de turbocargador. Es deseable además que dicho dispositivo o mecanismo de desvío de escape funcione de una forma que no afecte la eficiencia de operación del turbocargador y preferentemente que mejore la eficiencia de operación del turbocargador en comparación con la utilización de una compuerta de descarga convencional. ' COMPENDIO DE LA INVENCIÓN
Los turbocargadores de geometría variable, construidos de conformidad con los principios de la invención comprenden una carcasa de turbina que tiene una entrada y una salida de gas de escape, una voluta conectada a la entrada, y una pared de boquilla adyacente a la voluta. Una rueda de turbina se encuentra dentro de la carcasa de turbina y está fijada sobre un eje. Varias paletas móviles están colocadas dentro de la carcasa de turbina adyacente a la pared de boquilla, y están colocadas entre la entrada de gas de escape y la rueda de turbina. La carcasa de turbina de dicho turbocargador de geometría variable comprende un puerto de flujo de gas de escape de desvío colocado internamente ahí que tiene una abertura de entrada colocada corriente arriba a partir de la rueda de turbina, y una abertura de salida de escape colocada corriente abajo a partir de la rueda de turbina. Las paletas están colocadas adyacentes con relación a los puertos de desvío de tal manera que la abertura de entrada para cada puerto esté cubierta por una paleta respectiva cuando la paleta está colocada en una posición cerrada. La abertura de entrada del puerto de desvío está expuesta para facilitar el flujo de gas de escape de desvío a través^-üel turbocargador cuando la paleta respectiva es accionada o desplazada en una posición abierta. La carcasa de turbina puede comprender también un borde de
terminal de pared de boquilla configurado especialmente para permitir un flujo adicional de gas de escape de desvio dentro del turbocargador . En una modalidad de este tipo, el borde de terminal de pared de boquilla es modificado con el objeto de facilitar el pasaje de gas de escape a partir de la voluta de carcasa de turbina hacia una porción debajo de las paletas móviles cuando las paletas están en una posición abierta. Una o varias de las paletas para su uso en esta modalidad incluyen medios para canalizar o dirigir gas a través de la paleta misma hacia el puerto de escape de desvío para proporcionar una capacidad incrementada de flujo de gas de escape. Las paletas utilizadas con turbocargadores de geometría variable de esta invención comprenden, cada una, una superficie de lamina de aire interna orientada adyacente a la red de turbina y una superficie de lamina de aire externa orientada opuesta a la superficie de lamina de aire interna. Las superficies de lamina da aire interna y externa definen un espesor de lamina de aire de paleta. Un borde delantero de paleta o nariz está colocado a lo largo de la primera unión de las superficies de perfil de paleta interna y externa y un borde posterior de paleta está colocado a lo largo de una segunda unión de superficies interna y externa. Cada paleta incluye un orificio colocado dentro de una primera superficie de paleta axial sustancialmente paralela a la pared de
boquilla externa para recibir un poste respectivo ahí que se proyecta hacia fuera a partir de la pared de boquilla. Cada paleta incluye también una lengüeta de accionamiento que se extiende a partir de la segunda superficie de paleta axial opuesta a la primera superficie de paleta. Estas paletas tienen preferentemente un espesor de perfil de paleta que es mayor que las paletas delgadas convencionales. En una modalidad de ejemplo, tales paletas preferidas tienen un espesor de perfil de paleta que es mayor que aproximadamente 0.16 veces la longitud de la paleta de conformidad con lo medido entre el borde delantero de la paleta y el borde posterior de la paleta. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención se entenderá con mayor claridad con referencia a los dibujos siguientes en los cuales: La figura 1 es una vista isométrica abierta de una carcasa de turbina para un turbocargador de geometría variable que emplea paletas móviles; la figura 2 es una vista superior de un anillo sincronizador con hendiduras que muestran el enganchamiento con lengüetas de paletas delgadas sin vástago en diferentes posiciones de operación de paletas;" la figura 3 es una vista en detalles de la paleta delgada sin vástago de la figura 2; la figura 4 es una vista con detalles de una paleta mejorada
que se utiliza con el turbocargador de geometria variable construido de conformidad con los principios de esta invención; la figura 5 es una elevación lateral en corte transversal de un turbocargador de geometria variable de esta invención que comprende las paletas de la figura 4 y un puerto de flujo de gas de escape de desvio; la figura 6A es una vista" esquemática superior de paletas colocadas en una pared de boquilla de turbina en un turbocargador de geometria variable de esta invención en diferentes posiciones de operación de paleta; la figura 6B es una elevación lateral parcial en corte transversal de un puerto de flujo de gas de escape de desvio tomada a partir de un turbocargador de geometria variable de la figura 5; las figuras 7A a 7B son, cada una, vistas esquemáticas de arriba de paletas colocadas en una pared de boquilla de turbina en un turbocargador de geometria variable de esta invención en diferentes posiciones de operación de paleta; la figura 8 es una vista parcial en perspectiva ampliada de una carcasa de turbina de turbocargador de geometria variable de esta invención que tiene una trayectoria de flujo de gas de escape de desvio adicional; y la figura 9 es una gráfica que ilustra el área de puerto de flujo de gas de escape de desvio versus ángulos de rotación
de paleta para ambas trayectorias de flujo de gas de escape de desvio para el turbocargador de geometría variable de la figura 8. ' DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención, construida de conformidad con los principios de esta invención, comprende un turbocargador de geometría variable (VGT) que tiene uno o varios puertos de desvío de gas de escape interno colocados ahí puestos en operación por el movimiento de las paletas móviles respectivas. Construidos de esta forma, los turbocargadores de geometría variable (VGTs) de esta invención eliminan la necesidad de utilizar una compuerta de descarga externa convencional para controlar el flujo de gas de escape en exceso hacia la turbina en condiciones de operación de motor de alta velocidad. De esta forma, se eliminan las preocupaciones en cuanto a la fijación del sistema de escape y ajuste de compartimiento del motor, y se eliminan además las preocupaciones relacionadas con la operación de accionamiento, control y coordinación de una compuerta 'de descarga externa con base en las condiciones de operación de motor y turbocargador. Un turbocargador de geometría variable comprende generalmente una carcasa de centro que tiene una carcasa de turbina fijada en un extremo y una carcasa de compresor fijada en un extremo opuesto. Un eje está colocado de manera rotatoria dentro de un ensamble de soporte contenido dentro de la carcasa de
centro. Una turbina o rueda de turbina está fijado sobre un extremo de eje y colocada dentro de la carcasa de turbina, y un impulsor de compresor está fijado sobre un extremo de eje opuesto y colocado dentro de la carcasa de compresor. Las carcasas de turbina y compresor están fijadas sobre la carcasa de centro a través de pernos que se extienden entre las carcasas es adyacentes. La figura 1 ilustra una porción de un turbócargador de geometría variable (VGT) conocidos 10 que comprende una carcasa de turbina 12 que tiene una entrada estándar 14 para recibir una corriente de gas de escape y una salida 16 para dirigir el lugar el escape hacia el sistema de escape del motor. Una voluta está conectada a la entrada de escape y una pared de boquilla externa integral está incorporada en la carcasa de turbina adyacente a la voluta. Una rueda de turbina 17 y un ensamble de eje 18 se encuentran dentro de la carcasa de turbina 12. Un gas de escape, u otro gas de. alto nivel de energía que se suministra al turbócargador, penetra en la carcasa de turbina a través de la entrada 14 y es distribuido a través de la voluta en la carcasa de turbina para suministro sustancialmente radial a la rueda de turbina a través de una entrada de boquilla circuni¾.i:encial 20. Múltiples paletas 22 están montadas sobre una pared de boquillas 24 maquinada en la carcasa de turbina utilizando ejes 26 que se proyectan perpendicularmente hacia fuera a
partir de las paletas. Las paletas convencionalmente utilizadas en un turbocargador de geometría variable (VGT) de este tipo, tienen un diseño de espesor de perfil de paleta delgado mencionado arriba. Los ejes 26 están enganchados de manera rotatoria dentro de las aberturas respectivas 28 en la pared de boquilla. Las paletas incluyen cada una lengüetas de accionamiento 30 que se proyectan a partir de un lado opuesto a los ejes y que están enganchadas por ranuras respectivas 32 en un anillo sincronizador 34, que actúa como una segunda pared de boquilla. Un ensamble de accionador (no ilustrado) está conectado con el anillo sincronizador 34 y configurado para hacer girar el anillo en una dirección o la otra según lo necesario para desplazar las paletas radialmente hacia fuera o hacia dentro con el objeto de incrementar o disminuir respectivamente la cantidad de flujo de gas de escape hacia la turbina. Conforme gira el anillo sincronizador, las lengüetas de paleta 30 se desplazan dentro de sus ranuras respectivas 32 a partir de un extremo de ranura hacia un extremo de ranura opuesto. Puesto que las ranuras están orientadas radialmente a lo largo del anillo sincronizador, . el movimiento de las lengüetas de paleta 30 dentro de las ranuras respectivas 32 provoca que las paletas pivoten a través de la rotación de los ejes de paleta dentro de sus aberturas respectivas y se desplacen radialmente hacia fuera o hacia dentro según la dirección de
rotación del anillo sincronizador. La figura 2 ilustra el patrón de movimiento general de paletas delgadas convencionales 36, según lo utilizado en el turbocargador de geometría variable (VGT) descrito e ilustrado arriba, cuando es accionado por el anillo sincronizador. Este patrón de movimiento, sin embargo, es generalmente el mismo tanto en el caso de configuraciones conocidas de paletas delgadas como en el caso de diseño de paletas mejoradas preparadas de conformidad con los principios de esta invención según lo utilizado con turbocargador de geometría variable (VGTs) . Cada lengüeta de paleta 42 está colocada dentro de una ranura alargada respectiva 38 de un anillo sincronizador 40. En una posición cerrada ???", la lengüeta de paleta 42 está colocada adyacente a un primer extremo 44 de la ranura 38. Esta posición se conoce como una posición cerrada puesto que la paleta no está ensanchada radialmente hacia fuera, sirviendo por consiguiente para limitar el flujo de gas de escape hacia la turbina. En una posición intermedia "B", el anillo sincronizador 40 ha sido rotado suficientemente de tal manera que la lengüeta de paleta 42 se desplace dentro de la ranura 38 alejándose del primer extremo de ranura 44 hacia una posición media de la ranura. El movimiento de la lengüeta de paleta se proporciona mediante la acción de pivote de la paleta con relación a la
pared de boquilla, permitiendo que la paleta gire radialmente hacia fuera sobre una distancia dada. En la posición "B", la proyección radial intermedia de la paleta sirve para incrementar el flujo de dicho escape hacia la turbina en comparación con una posición cerrada "A". En una posición "C", el anillo sincronizador ha sido ahora girado hasta una posición máxima, provocando el desplazamiento de una lengüeta de paleta 42 dentro de la ranura 38 hasta un segundo extremo 46. Otra vez, dicho movimiento adicional de la paleta es facilitado por el arreglo pivotante entre la paleta y la pared desboquilla, permitiendo que la paleta gire radialmente hacia fuera hasta una posición máxima. En la posición WC", la proyección radial máxima de la paleta sirve para incrementar el flujo de gas de escape hacia la turbina en comparación con la posición intermedia "A". Como se mencionó arriba en la parte de antecedente de la invención, una operación correcta de turbocargadores de geometría variable (VGTs) conocidos, que comprenden varias paletas móviles de conformidad con lo descrito arriba e ilustrado en la figura 1, requiere que las paletas puedan pivotar libremente con relación, a la pared de boquilla cuando son accionadas por el anillo sincronizador. Dicho movimiento pivotante libre requiere que los ejes de las paletas no estén fijados ni limitados de otra forma en cuanto a su movimiento ' de rotación dentro de sus orificios de boquilla respectivos.
El diseño de paleta conocido puede producir afectaciones con relación al movimiento pivotante libre de paleta si el eje que se proyecta a partir de cada paleta no es perfectamente perpendicular. Además, el diseño de paleta conocido puede producir una afectación del movimiento pivotante libre de paleta a través del esfuerzo de carga voladiza relativamente elevado impuesto sobre la paleta en virtud del mecanismo de fijación de eje dé paleta y orificio. La figura 3 ilustra una paleta "sin eje" o "sin vástago" que comprende una superficie radial interna 52, una superficie radial externa opuesta 54, y superficies axiales 56 y 58. Estas--superficies de paleta están definidas con relación a la colocación de la paleta dentro de la carcasa de turbina. La paleta 50 incluye un borde delantero o nariz 60 y un borde posterior 62 en extremos comunes opuestos de la superficie radial interna 52 y externa 54. -Como se emplea aquí, el término "borde delantero" se utiliza para referirse a una porción de nariz redondeada de la paleta, y no se refiere a una característica de superficie filosa o de ángulo abrupto. La paleta incluye una lengüeta 64 que se proyecta hacia fuera alejándose de la superficie externa 58 y colocada adyacente al borde delantero 60, dicha lengüeta está configurada para cooperar con una ranura de anillo sincronizador de la forma descrita arriba para facilitar el accionamiento de paleta. A diferencia del diseño de paletas conocidas descrito arriba
e ilustrado en las figuras 1 y 2, la paleta 50 no incluye un eje. Al contrario, la paleta 50 está diseñada teniendo un orificio 60 colocado dentro de la superficie axial 56 de un tamaño y una configuración adecuados para alojar la colocación de un poste respectivo 68 ahí (véase figura 3), en donde el poste sobresale perpendicularmente hacia fuera alejándose de la pared de boquilla de la carcasa de turbina. De esta forma, el movimiento pivotante de la paleta con relación a la pared de boquilla se proporciona mediante el movimiento rotacional relativo entre el poste fijo y el orificio en la paleta. El mecanismo de pivote proporcionado por el poste de pared fijo colocado en el orificio de paleta giratoria reduce la cantidad de esfuerzo de carga voladiza sobre la paleta, en comparación con los diseños de paleta conocidos y mecanismos conocidos de fijación, por lo que se reducen y/o eliminan , las afectaciones potenciales a un movimiento y operación eficiente de la paleta. Cada pozo 68 puede estar configurado para ser fijado sobre la pared de boquilla mediante ajuste a presión o bien otros métodos convencionales de fijación, y están colocados dentro de la pared de boquilla en un patrón sustancialmente circular que coincide con el arreglo de paletas es^áciadas deseadas. En una modalidad de ejemplo, el pozo 68 está configurado teniendo un diseño escalonado con dos diámetros diferentes, en donde una primera sección de diámetro ampliada 70 tiene un
tamaño y una configuración tales que se ofrecen una fijación de ajuste a presión segura dentro de la pared de la boquilla y en donde una segunda sección de diámetro reducido 72 tiene un tamaño y una configuración tales que se proyecta hacia fuera a partir de la pared de la boquilla y se ajusta dentro del orificio de paleta 66 para proporcionar un movimiento de rotación. Sin embargo, el poste puede tener un diámetro uniforme, es decir, ser de -un diseño no escalonado. Los turbocargado'res " de geometría variable (VGTs) de esta invención pueden comprender cualquier tipo de paleta descritos arriba. Por ejemplo, los turbocargado'res de geometría variable (VGTs) de esta invención pueden comprender paletas similares a lo ilustrado en la figura 1, teniendo un vástago o eje que se proyecta hacia fuera a partir de ahí para ajuste en una abertura complementaria en la pared de boquilla de turbina, o bien pueden incluir paletas similares a lo ilustrado en la figura 3 (y otras figuras descritas más adelante), teniendo un diseño sin eje o sin vástago. En una modalidad preferida, los turbocargadores de geometría variable (VGTs) de esta invención comprenden paletas que tienen la configuración sin eje o sin vástago. La paleta 50 está configurada teniendo un espesor de perfil de paleta relativamente delgado, de conformidad con lo medido entre la superficie radial interna 52 y la superficie radial externa 54. Por ejemplo, en una modalidad en donde la
longitud de paleta es de aproximadamente 52 mía (según lo medido a lo largo de una linea recta entre el borde delantero de paleta y el borde posterior de paleta) , el espesor de lamina de aire fue de aproximadamente 5 mm, o menos que 0.1 veces la longitud. En ejemplos de modalidades, el espesor del perfil de paleta para dicho diseño de paleta delgada es inferior a aproximadamente 0.14 veces la longitud de la paleta, por ejemplo, dentro de un rango comprendido entre aproximadamente 0.05 a 0.14 veces la longitud de la paleta. El espesor relativamente delgado del perfil de paleta para la paleta 50 es el resultado de las superficies de paleta externas 54 'e interna .52 de perfil de paleta relativamente gradualmente curvas. La paleta 50 se caracteriza porque tiene una superficie externa de forma convexa continua definida por un radio de cobertura relativamente grande, y una superficie interna de forma cóncava continua definida por un radio de curvatura similarmente grande. La superficie externa de paleta 54 para dicho diseño de paleta delgada puede ser mayor que aproximadamente 0.8 veces la longitud de la paleta, por ejemplo, puede ser dentro de un rango de aproximadamente 0.8 a 1.5 veces' la longitud de la paleta. El radio de de curvatura de la superficie interna de la paleta 52 para el dicho diseño de paleta delgada puede ser mayor que una vez la longitud de la paleta, por ejemplo, dentro de un rango de aproximadamente 1 a 1.8 veces la longitud de la paleta. Por
ejemplo, en una modalidad en donde la longitud de la paleta es aproximadamente 52 rom, la superficie externa de la paleta 54 tiene un radio de curvatura que es aproximadamente 57 mm, y la superficie interna de la paleta 52 tiene un radio de curvatura de 68 miti¦ Además, el borde delantero 60 de dicha paleta 50 tiene .una forma redondeada definida por un radio relativamente pequeño. La figura 4 ilustra una paleta 80 útil para su ajuste dentro de turborreactores de geometría variable (VGTs) de esta invención, que comprende, como la paleta 50 descrita arriba e ilustrada en la figura 3, una superficie radial interna 82, una superficie radial externa opuesta 84, superficies axiales 86 y 88, un borde delantero o nariz 90, un borde posterior 92, una lengüeta de accionamiento 94, y un orificio de poste 96. La paleta 80 está generalmente configurada de la misma manera que la paleta 50 para cooperar con el anillo sincronizador y la carcasa de la turbina, y para girar dentro de la carcasa de la turbina para controlar el flujo de gas de escape hacia la rueda de la turbina. A diferencia de la paleta delgada 50, la paleta 80 tiene un perfil de paleta y un espesor de perfil de paleta diferente del caso de la paleta delgada, generalmente más gruesos. La paleta 80 incluye una superficie externa 84 que tiene un grado incrementado de curvatura radial, es decir, un radio reducido de curvatura en comparación con una paleta de
espesor de lamina de aire delgada convencional. El radio de curvatura reducido proporciona un perfil de paleta externa que tiene una curvatura exagerada en comparación con la superficie externa gradualmente relativamente curva de la paleta delgada convencional . Este radio de curvatura reducido opera también para incrementar el espesor radial o de perfil de la paleta. En una modalidad de ejemplo, una paleta útil para su utilización en un turborreactor de geometría variable (VGT) de esta invención puede tener un espesor radial o espesor de lamina de aire que puede ser mayor que aproximadamente 0.16 vez 1·3_ longitud de la paleta, por ejemplo, dentro de un rango de aproximadamente 0.16 a 0.50 veces la longitud de la paleta (de conformidad con lo medido por una línea recta entre el borde delantero y el borde posterior de la paleta) . En un ejemplo, cuando la longitud de la paleta es aproximadamente 47 mm, el espesor de lamina de aire es aproximadamente 12 mm o- 0.25 veces la longitud de la paleta. Se entenderá que el espesor exacto de la lamina de aire de las paletas- mejoradas de esta invención puede variar y variará dentro de este rango ¦ general según el turborreactor de geometría variable (VGT) particular y según la aplicación del motor. Como se mencionó arriba, una paleta 80 comprende una superficie de lamina de aire externa 84 que tiene un radio de curvatura relativamente pequeño. En una modalidad de ejemplo,
la paleta puede tener una superficie externa de lamina de aire es definida por un radio de curvatura que es inferior a aproximadamente 0.3 veces la longitud de la paleta, por ejemplo, de aproximadamente 0.1 a 0.8 veces la longitud de la paleta. La paleta 80 tiene una superficie de perfil de paleta interna 82 y es casi lineal en cuanto a su apariencia teniendo una superficie convexa definida por un radio de curvatura relativamente grande. En una modalidad de ejemplo, la paleta puede tener .una superficie interna de perfil de paleta definida por un radio de curvatura que es mayor que aproximadamente dos veces la longitud de la paleta. Por ejemplo, en una modalidad en donde la longitud de la paleta es aproximadamente 47 mm, la superficie externa de la paleta 84 tiene un radio de curvatura que es aproximadamente 28 mm, y la superficie interna de la paleta 82 tiene un radio de curvatura que es aproximadamente 207 mm. Además, la paleta 80 tiene un borde delantero 90 que se caracteriza por un radio de curvatura relativamente grande en comparación con la paleta de lamina de aire delgada convencional para el propósito de minimizar los efectos de incidencia a través del rango de flujo de la paleta. La paleta opera, en términos generales, para ^.¿ilizar el efecto de bloqueo de una lamina de aire extremadamente gruesa con el objeto de crear un área más alta de volteo para una cantidad fija de rotación de paleta. El espesor incrementado de un
perfil de paleta en una cascada tiene un impacto mucho mayor sobre el área de garganta en la posición de "paletas cerradas" que en el caso de la- posición de "paletas abiertas". Mediante el hecho de incrementar significativamente el espesor de la paleta, y mediante el incremento ligero del ancho axial de la paleta, se logra la misma área máxima de garganta. Conforme las paletas se cierran mediante rotación, el área de garganta se reduce a una velocidad mayor. El beneficio adicional de esta situación es que en el caso de un área fija de volteo, se requiere de una rotación menor de la paleta. Una rotación menor, de las paletas resulta en una menor desviación del vector de flujo óptimo (aproximadamente 70 grados del radial), mejorando así la eficiencia de diseño. Como se entenderá mejor abajo, además de las eficiencias aerodinámicas y mecánicas indicadas arriba proporcionadas por un diseño de paleta sin vástago, con espesor incrementado de lamina de aire, paletas configuradas de esta forma ofrecen un espesor suficiente de lamina de aire que opera para exponer y sellar las aberturas de puerto de flujo de gas de desvío de escape respectivas en la pared de la boquilla durante el movimiento de abertura y cierre de paleta. La figura 5 ilustra un turbocargador- de geometría variable (VGT) 100 construido de conformidad con los principios de la invención, que comprende uno o varios puertos o pasajes de
finjo de gas de escape de desvío interno 102 colocados de manera integrada ahí. Específicamente, el puerto de desvío 102 está colocado diagonalmente a través de una porción de una carcasa de turbina 104 que se extiende desde la pared de boquilla 106 hacia la salida de escape de carcasa de turbina 108. El ángulo/exacto del puerto de desvío a través de la carcasa de turbina puede variar o variará según la aplicación de turbocargador particular para el propósito de proporcionar flexibilidad de diseño. En una modalidad de ejemplo, el puerto de desvío está · colocado a través de la carcasa de turbocargador a un ángulo de aproximadamente 25° con relación a un eje que pasa a través de la carcasa de turbina y paralelo con el eje común. El puerto de desvío 102 incluye una abertura de entrada 110 a través de la pared de boquilla, y una abertura de salida 112 a través de una pared que define la salida de escape. La abertura de puerto de desvío 110 puede estar configurada para que tenga una boca ensanchada con el objeto de adecuar la abertura, cierre y característica de pasaje de flujo de gas del puerto. Varias paletas 116.se colocan de manera móvil en la carcasa ¦ de turbina 104 en la forma descrita arriba, por ejemplo, en la garganta 117 de la carcasa de turbina entre la voluta y la rueda de turbina. En una modalidad preferida, las paletas 116 son de diseño sin vástago y cada una está montada de manera pivotante en posición adyacente a la pared de boquilla 106
mediante el uso de eje o poste 118 respectivo, fijado firmemente en un extremo dentro de una cavidad 120 en la carcasa, y acoplado de manera pivotante en un extremo opuesto a la paleta respectiva. Las paletas 116 son accionados en la carcasa de turbina a través de un anillo sincronizador 122 conectado a cada, paleta por medio de una lengüeta de paleta 124 en un arreglo de ranura de anillo 126. La figura 6A ilustra un ejemplo de apareamiento de paletas, colocadas dentro del turbocargador de geometría variable (VGT) de esta invención descrito arriba e ilustrado en la figura 5, en posición cerrada "A", en posición media "AB", y en posición abierta "C". La paleta 130 se muestra en cada una de las tres posiciones indicadas arriba con relación al cuerpo de desvío 132 colocado a través de la carcasa de turbina. Como se muestra en la figura 6A y en la figura 6B, la abertura de entrada de puerto de desvío 134 está colocada a través de la pared de boquilla 138 adyacente a un lado inferior o de refuerzo de la paleta 130. Una boca 136 está en comunicación con la abertura de entrada 134 y se forma a partir de una porción rebajada de la pared de boquilla 138. Se entiende también que la boca 136 puede estar configurada en varias formas y tamaños diferentes para proporcionar las características deseadas de abertura, cierre y pasaje de flujo de gas del desvío de escape. En términos generales, la boca tiene un tamaño adecuado y una forma apropiada para
sellar el puerto de desvío cuando la paleta está en posición cerrada, para proporcionar el alumbrado de un flujo de escape de desvío conforme la paleta se acerca a la posición abierta y para proporcionar un área abierta deseada en función de la posición de paleta para el propósito de modular el flujo de desvío de escape a través del cuerpo. Con referencia a la figura 6?, cuando la paleta *130 está en una posición cerrada 140, la boca de abertura de entrada 136 está totalmente cubierta por el lado de refuerzo de la paleta, operando por consiguiente para evitar el flujo de gas de desvío de escape a través del puerto 132. Cuando la paleta s-e - encuentra en una posición semi-abierta 142, la boca 136 hasta la abertura de entrada está totalmente cubierta, operando por consiguiente para evitar el flujo de desvío de escape a través del puerto 132. Conforme se desplaza la paleta a partir de la posición semi-abierta 132 hasta la posición abierta 144, la superficie interna de paleta 146 pasa radialmente hacia el exterior sobre una distancia suficiente para exponer o descubrir una porción de la boca de abertura de entrada 136, permitiendo por consiguiente el pasaje deseado de gas de escape a través del puerto 132. El pasaje de gas de escape a través del puerto se conoce como flujo de desvío puesto que el gas de escape que pasa a través del puerto sale de la carcasa de turbina son haber estado en contacto con la rueda de turbina, es decir, habiendo evitado
la rueda de turbina. El flujo de escape de desvio es deseado durante condiciones de operación de motor de alta velocidad, en donde la cantidad máxima de asistencia de turbocargador, es decir, presiones de fuerza de aire de admisión, se ha logrado para evitar daño al motor. Esto ocurre cuando las paletas en el turbocargador de geometría variable (VGT) son accionadas y. colocadas en una posición casi abierta o totalmente abierta. Las figuras 7A a 7C ilustran un conjunto de paletas colocadas en una pared de boquilla de carcasa de turbina , de turbocargador en posiciones diferentes de operación de paletas. La figura 7A muestra un ensamble 150 que comprende varias paletas móviles 152 colocadas concéntrica mente alrededor de una rueda de turbina (no ilustrada) , y accionadas en una posición cerrada, restringiendo por consiguiente el flujo de gas de escape a la rueda de turbina. Las paletas están montadas cada una en una pared de boquilla de carcasa de turbina 154 en la forma descrita, que comprende también varios puertos de flujo de gas de escape de desvío 156 que se extienden a través y hacia una salida de escape en la carcasa de turbina. De conformidad con lo descrito arriba, cada puerto de flujo de desvío 156 incluye .ha boca 158 en la abertura a través de la pared de boquilla. Como se muestra en esta ilustración, cuando las paletas 152 son operadas en una posición cerrada, el puerto de flujo de desvío 156 y la boca
158 están cubiertos y sellados por las paletas, por lo que se opera para prevenir el flujo de desvio de gas de escape a través de ella. La figura 7B muestra el mismo ensamble 150 de las paletas 152 colocadas a lo largo de la pared .de boquillas de carcasa de turbina 154 como se muestra en la figura 7A, excepto que las paletas están ahora accionadas "en una posición semi-abierta para permitir un pasaje parcial de gas de escape hacia la rueda de turbina. Sin embargo, en la posición semi-abierta, las paletas 152 no pivotan sobre una distancia suficiente radialmente alejándose hacia fuera de la rueda de turbina para descubrir una porción de las bocas de porción de flujo de desvio respectivas 158, operando por consiguiente para evitar un flujo de gas de escape de desvio, a través de puertos de flujo de gas de escape de desvio 156. ¦ La figura 7C muestra el mismo ensamble 150 de" la paleta 152 colocadas sobre la pared de boquilla de carcasa de turbina 154 como se muestra en la figura 7A , y 7B, excepto que las paletas están ahora accionadas en una posición totalmente abierta para permitir el pasaje completo del gas de escape hacia la rueda de turbina. Cuando están en la posición totalmente abierta, las paletas 152 pivotan hacia un grado máximo radialmente hacia fuera alejándose de la rueda de turbina para descubrir una porción 160 de las bocas de corte de * flujo de desvio respectivas, 158, operando por
consiguiente para permitir el flujo de gas de escape de desvío a través de los puertos de flujo de gas de escape de desvío 156. Cuando la porción 160 de cada boca de puerto de flujo de gas de escape de desvío 158 está descubierta, un flujo adicional de gas de escape es dirigido a través de cada uno de los puertos de desvío 156 y alrededor de la rueda de turbina. Así, cuando el escape tiene energía en exceso más allá del requerimiento de la turbina con las paletas en posición casi abierta, o en posición totalmente abierta, una parte de flujo puede ser dirigido hacia la etapa- de turbina. Una característica de los turbocargadores de geometría variable (VGTs) configurados de esta manera, que comprenden los puertos de flujo de desvío, es que permiten- flexibilidad de diseño. Por ejemplo, se puede seleccionar el número, de paletas que corresponden a los puertos de flujo de desvío, y el tamaño específico así como la forma específico de cada puerto de flujo de desvío y la boca respectiva según la aplicación particular del turbocargador . Existen también varios métodos diferentes que pueden ser utilizados para formar puertos de gas de escape de desvío en VGTs de esta invención. Por ejemplo, un orificio angular puede perforado como se muestra en las figuras 5 y 6B, o bien un orificio recto puede ser perforado en un anillo con núcleo en la salida de turbina. Estas son solamente una de las
formas a través de las cuales un puerto de flujo de escape de desvío puede formarse e incorporarse en la carcasa de turbina. Así, aún cuando un ensamble de paletas que comprende solamente tres puertos de flujo de gas de escape de desvío se muestra en las figuras 7A a 7C, se entenderá que ' esto se proporcionó para propósitos de referencia y no pretende limitar las varias modalidades de VGTs construidos de conformidad con los principios de esta invención. Además, la porción del pasaje debajo de cada paleta puede configurarse diferentemente de lo descrito arriba e ilustrado arriba. Fundamentalmente, el pasaje debería abrirse conforme las paletas se acercan a la posición abierta, y existe una cierta flexibilidad de ajuste para adecuarse a los requisitos del motor. Además, el área' abierta en función de la posición de paleta es. una consideración de diseño importante con el objeto de crear la capacidad de modulación del diseño. La figura 8 ilustra una modalidad VGT 170 de esta invención que ha sido fácilmente construido para proporcionar un flujo de gas de escape de desvío incrementado en comparación con las modalidades de un turbocargador de geometría variable (VGT) descritos arriba. El turbocargador de geometría variable (VGT) 170 comprende el mismo ensamble general de elementos descritos arriba; específicamente, varias paletas móviles 172 están colocadas adyacentes a una pared de boquilla 174 de una carcasa de turbina de turbocargador 176.
Por lo menos una de las paletas 172 está colocada sobre una abertura 178.de un puerto de flujo de gas de escape de desvio 180 para controlar el flujo de desvío de gas de escape a través de ella durante una operación de turbocargador . Sin embargo, en un esfuerzo para incrementar el flujo de gas de escape de desvio internamente a través de la carcasa de turbina, esta modalidad del turbocargador de geometría variable (VGT) ha sido especialmente construido para proporcionar otra trayectoria de flujo de gas de escape al puerto de desvio con el objeto de incrementar la capacidad de flujo de gas de escape de desvío. Específicamente, esta modali-dad de turbocargador de geometría variable (VGT) utiliza dos características de construcción que operan conjuntamente para proporcionar esta trayectoria de flujo adicional. Una primera característica comprende un borde de terminal de boquilla de turbina 182 que ha sido configurado teniendo una superficie angulada hacia abajo que se proyecta en la voluta de turbina. Una configuración de superficie de borde de terminal de boquilla 182 de' esta forma crea una trayectoria de flujo de gas de escape a partir de la voluta de turbina hasta un lado inferior o superficie de lado de refuerzo de la paleta cuando la paleta es accionada en una posición totalmente abierta o en una posición casi abierta de tal manera que un borde delantero 183 de la paleta 172 sobresalga sobre el borde de terminal de pared de boquilla
182 y en la voluta. El ángulo exacto de partida para el borde de terminal de pared de boquilla, con relación a la pared de boquilla varia según la aplicación particular de -turbocargador y es útil para proporcionar flexibilidad a ingeniero de diseño con el objeto de lograr una capacidad mejorada deseada de flujo de gas de escape de desvio, ün criterio de diseno esencial, sin embargo, es que el borde de terminal de boquilla sea configurado de tal manera que una porción de superficie lateral de refuerzo 184 o el lado inferior de la paleta 172 sea descubierta cuando la paleta.es accionada en la posición abierta o en la posición casi abierta. En una modalidad de ejemplo, el borde de terminal de pared de boquilla 182 está configurada de tal manera que tenga una superficie que se proyecta hacia abajo en la voluta a un ángulo de aproximadamente 30 grados (con relación al plano de la superficie de pared de boquilla) . Como se muestra en la figura 8, la otra característica de construcción de VGT que permite un flujo de gas de escape de desvio incrementado es que el lado inferior de la paleta o superficie de lado de refuerzo 184 se configure para permitir el pasaje de gas de escape de desvío a par fc de la voluta de turbina (cuando el borde delantero de la paleta es colocado de manera desplazada con relación a la superficie de pared de boquilla) al puerto de flujo de gas de escape de desvío 180.
En una modalidad de ejemplo, la paleta 172 está configurada para que tenga una superficie de lado inferior rebajada o con remoción de núcleo 184 para proporcionar un canal de pasaje dentro de la paleta misma para dirigir el gas de escape de desvio desde la voluta hasta el puerto de flujo de desvio 180. La figura 8 muestra un ejemplo de paleta 172 con su superficie radial interna removida con . el propósito de ilustrar la superficie del lado inferior rebajada 184. Aún cuando se entiende que la configuración exacta de la porción rebajada puede variar según la aplicación particular de turbocargador, una característica esencial es que la forma y el tamaño de la porción rebajada o con núcleo removido es que ofrece un canal dentro de la paleta para el pasaje del gas de escape a partir del borde delantero de la paleta hacia una porción interna de la paleta en comunicación con el puerto de desvío. En una modalidad de ejemplo la porción rebajada de paleta está configurada para ocupar una sección de lado inferior de la paleta la cual está definida entre superficies internas del borde delantero de paleta, la abertura de poste de paleta y las superficies radiales internas y externas de paleta. Configurada de esta manera, esta modalidad de turbocargador de geometría variable (VGT) permite el flujo adicional de gas de escape de desvío a través de la paleta misma. Este flujo
adicional de escapa puede ocurrir al mismo tiempo, antes o después del accionamiento de la paleta sobre una distancia suficiente de tal manera que su superficie de borde radial interna haya expuesto y permitido el flujo de escape de desvio hacia el puerto de gas escape de desvio en la forma descrita .e ilustrada arriba para la modalidad anterior de turbocargador de geometría variable (VGT) : La figura 9 ilustra de manera gráfica un área de abertura de trayectoria de flujo de gas de escape de desvio en función de ángulos de rotación de paleta tanto para el área de flujo de desvio original como para el área de flujo de desvio adicional que acaba de describirse. El perfil de la superficie rebajada de paleta y/o las dimensiones de borde de terminal de boquilla de turbina determinan el área y la posición rotacional cuando la trayectoria de flujo estará abierta para conjuntos diferentes de paletas. La gráfiqa muestra claramente que la velocidad de abertura para el área de flujo de desvio es incrementada y por consiguiente el área de flujo de desvio máximo total cuando el turbocargador de geometría variable (VGT) es construido teniendo dicha trayectoria de flujo de desvío adicional. Cuando las paletas en los turbocargadores de geometría variable (VGTs) de esta invención son operados en una posición cerrada, o bien en un posición no totalmente abierta de tal manera que las paletas están colocadas sobre cada
puerto de flujo de desvio, es importante que las paletas operen para sellar el puerto respectivo. Los turbocargadores de geometría variable (VGTs) de esta invención y los mecanismos utilizados aquí para proporcionar dicha operación de geometría variable, incluyen partes que son fabricadas con un alto grado de precisión con el objeto de controlar con exactitud las holguras laterales de las paletas, es decir, la holgura entre el lado axial de la paleta y la superficie de pared de boquilla adyacente. Los turbocargadores de geometría variable (VGTs) de esta invención pueden también basarse en fuerzas aerodinámicas que existen dentro de la carcasa de turbina durante la operación del turbocargador para jalar el anillo sincronizador sobre las paletas, operando así por consiguiente para minimizar las holguras laterales de paleta. Esta característica puede también utilizarse para empujar las paletas en las superficies de sello alrededor de aberturas respectivas de puerto de gas de escape de desvío. Además, puesto que los puertos de .gas de escape de desvio están en comunicación de flujo gaseoso con la porción corriente abajo de la carcasa de turbina, es decir, la salida de escape, se proporciona un diferencial de presión en cada abertura de pared de boquilla de puerto de desvío. Esta presión diferencial' tiene el efecto deseado de jalar las paletas hacia abajo en superficies respectivas de sello de abertura de puerto de desvío ayudando
asi. adicionalmente a minimizar la holgura lateral de paleta y proporcionando un buen sello de paleta. Los turbocargadores VGTs de esta invención, que comprenden tales puertos de flujo de gas de escape de desvío interno, se contemplan para reemplazar la necesidad de proporcionar un mecanismo externo, como por ejemplo una válvula de compuerta de descarga, con el turbocargador con el objeto de proporcionar un control máximo de refuerzo de turbocargador. Así, los turbocargadores de geometría variable (VGTs) operan para eliminar la necesidad de tener que resolver retos de fijación, empaque y espacio asociados con las válvulas de c-emp erta de descarga externas convencionales. Además, los turbocargadores de geometría variable (VGTs) de esta invención opera para eliminar los retos de accionamiento y control asociados con el hecho de tener que coordinar una operación correcta de la válvula de compuerta de descarga con el turbocargador y las condiciones de operación del motor del vehículo. Los turbocargadores de geometría variable . (VGTs) de esta invención incluyen partes y miembros que pueden formarse a partir de los mismos tipos de materiales, y a través del mismo método (por ejemplo, por maquinado o moldeo) como se utiliza para formar VGTs convencionales. Las paletas utilizadas en turbocargadores de geometría variable (VGTs) de esta invención pueden tener un diseño sustancialmente sólido
o bien pueden configurarse con un diseño sin núcleo. En una modalidad de ejemplo, como se utiliza para proporcionar una trayectoria de flujo de gas de escape de desvio adicional, las paletas están configuradas con superficies axiales sin núcleos. El diseño con remoción de núcleo se prefiere puesto que se ha encontrado, que ofrece una mejor capacidad de formación, un nivel más alto de rigidez, es más económico en cuanto a su producción y presenta una masa reducida en comparación con las paletas convencionales. Habiendo descrito la invención con detalles según lo requerido por los estatutos de patente, las personas con conocimientos en la materia reconocerán modificaciones y sustituciones a .las modalidades especificas divulgadas- aquí. Tales modificaciones están dentro del alcance de la presente invención.