RU153199U1 - Сопловая лопатка для турбины с изменяемой геометрией - Google Patents

Abstract

1. Сопловая лопатка для турбины с изменяемой геометрией, которая имеет переднюю кромку и заднюю кромку, наружную поверхность для направления потока выхлопных газов к турбине турбонагнетателя от передней кромки к задней кромке и один или несколько элементов для разделения потока на наружной поверхности, проходящих рядом с задней кромкой.2. Сопловая лопатка по п. 1, в которой один или несколько элементов для разделения потока представляют собой одну или несколько канавок.3. Сопловая лопатка по п. 1, в которой один или несколько элементов для разделения потока представляют собой одно или несколько углублений.4. Сопловая лопатка по п. 1, в которой один или несколько элементов для разделения потока занимают часть площади одной стороны наружной поверхности.5. Турбина с изменяемой геометрией, которая содержит турбинное колесо, несколько регулируемых сопловых лопаток, радиально расположенных в окружности турбинного колеса, по крайней мере одна из которых представляет собой лопатку по п. 1 с элементами для разделения потока, выполненными на одной или нескольких наружных поверхностях одной или нескольких регулируемых лопаток.6. Турбина по п. 5, в которой предусмотрено несколько элементов для разделения потока, каждый из которых расположен рядом с задней кромкой соответствующей регулируемой лопатки.7. Турбина по п. 6, в которой каждый элемент для разделения потока занимает часть площади поверхности одной стороны каждой из нескольких регулируемых лопаток.8. Турбина по п. 5, в которой элемент для разделения потока представляет собой канавку.9. Турбина по п. 5, в которой в качестве элементов для разделения потока предусмотрено д

Description

Область техники, к которой относится полезная модель

Полезная модель относится к сопловой лопатке для турбины с изменяемой геометрией с одной или несколькими элементами, позволяющими ослабить влияние ударных волн и/или другие нежелательные явления, создаваемые потоком воздуха, которые возникают во время торможения двигателем.

Уровень техники

Двигатели могут использовать турбонагнетатель для повышения крутящего момента двигателя и/или выходной мощности. Турбонагнетатель может включать в себя турбину, расположенную на линии потока выхлопных газов двигателя и соединенную посредством приводного вала с компрессором, расположенным на одной линии с впускным каналом двигателя. Турбина с приводом от выхлопных газов может обеспечивать передачу мощности через приводной вал на компрессор для повышения давления воздуха на впуске. Величина необходимого наддува может быть различной в зависимости от режима работы двигателя. Одним подходом к управлению давлением наддува является использование турбины с изменяемой геометрией для изменения интенсивности потока выхлопных газов, проходящих через турбину. Турбина с изменяемой геометрией может включать в себя регулируемое сопло турбины, выполненное с возможностью регулирования угла, под которым выхлопные газы попадают на лопатки турбины, и/или регулирования площади поперечного сечения каналов, расположенных выше по потоку относительно лопаток турбины, через которые проходят выхлопные газы.

Один вид турбины с изменяемой геометрией включает в себя несколько поворотных сопловых лопаток. Выхлопные газы, проходящие через сопло турбины, проходят через каналы между сопловыми лопатками. Вращение лопаток в одном направлении может увеличивать площадь поперечного сечения каналов, расположенных выше по потоку турбины, и может уменьшать угол падения газов, проходящих через лопатку (лопатки) турбины. Вращение лопаток в другом направлении может уменьшать площадь поперечного сечения каналов, расположенных выше по потоку турбины, и может увеличивать угол падения газов, проходящих через лопатку турбины.

Торможение двигателем - это технология, при которой двигатель может быть использован для содействия замедлению движения транспортного средства, например, в целях уменьшения износа тормозов транспортного средства и/или сокращения количества тепла, которое могло бы выделиться в случае использования исключительно тормозов транспортного средства для замедления движения или остановки транспортного средства. Во время торможения двигателем поток выхлопных газов ограничен, таким образом, создавая обратное давление в выпускном канале. Таким образом, поршень (поршни) двигателя вынуждены преодолевать действие обратного давления для вытеснения сгоревшего газа из цилиндра (цилиндров). В двигателе с турбонаддувом с лопатками с изменяемой геометрией сопловые лопатки могут быть использованы для сужения потока. Однако при ограничении потока пропускаемые газы попадают в турбину с повышенной скоростью. Это может стать причиной ударных волн. Данное явление может привести к сильному взаимодействию и возмущению потоков ниже по потоку относительно лопаток турбины. Подобное возмущение, вызванное ударной волной, которое также известно как силовое возмущение или взаимодействием рабочей среды с конструкцией, может являться источником проблемы многоцикловой усталости лопаток турбины и ограничивающим фактором дальнейшего увеличения мощности торможения в дизельных двигателях с турбонаддувом.

Базовая конструкция турбин с изменяемой геометрией была изменена в целях достижения различных полезных эффектов. Например, в патентной заявке US 20130042608, опубликованной. 21.02.2013, раскрыто устройство, с помощью которого пытались обеспечить эту возможность независимого изменения площади поперечного сечения каналов между сопловыми лопатками и углом падения газов, проходящих через лопатку турбины. В описанной конструкции предусмотрено кольцеобразное сопло турбины, имеющее центральную ось и несколько сопловых лопаток. Каждая сопловая лопатка включает в себя неподвижную лопатку и скользящую лопатку. Скользящая лопатка расположена таким образом, чтобы скользить практически по касательной к внутренней окружности сопла турбины. Соответственно, данное изменение лопатки направлено на поддержание нужного угла падения и предпочтительной площади поперечного сечения каналов в диапазоне условий работы двигателя.

Было обнаружено, что такой подход имеет ряд недостатков. Например, описанная конструкция не решает проблемы потенциальной ударной нагрузки в ситуациях, когда площадь поперечного сечения каналов уменьшается для того, чтобы ограничить поток в условиях торможения двигателем, в результате чего поток становится слишком быстрым.

Раскрытие полезной модели

Техническим результатом полезной модели является уменьшение интенсивности ударных волн на лопатки турбины, а также снижение возможного возмущения потока газов на лопатках турбины.

Для достижения указанного результата предложена сопловая лопатка для турбины с изменяемой геометрией, содержащая переднюю кромку, заднюю кромку, наружную поверхность для направления потока выхлопных газов к турбине от передней кромки к задней кромке, один или несколько элементов, обеспечивающих разделение потока, на наружной поверхности в целях разделения потока, проходящего рядом с передней кромкой. У сопловой лопатки имеется нижняя часть, в которой есть первая и вторая стороны.

Сопловая лопатка может иметь один или несколько элементов, обеспечивающих разделение потока, находящихся рядом с задней кромкой. Один или несколько элементов, обеспечивающих разделение потока, может представлять канавку или углубление.

Один или несколько элементов, обеспечивающих разделение потока, может занимать от 10% до 30% площади одной стороны наружной поверхности лопатки.

Сопловая лопатка или несколько сопловых лопаток могут быть расположены в виде кольца и выполнены с возможностью поворачиваться из относительно неограничивающего положения в положение разделения потока, в котором соседние сопловые лопатки в кольце сопловых лопаток могут препятствовать прохождению потока между нижней поверхностью передней кромки сопловой лопатки и верхней поверхностью передней кромки соседней сопловой лопатки, и в которой один или несколько элементов, обеспечивающих разделение потока, находятся на нижней поверхности рядом с задней кромкой каждой сопловой лопатки.

Элементы сопловой лопатки могут быть параллельными друг другу канавками и образовывать угол с наружной границей задней кромки лопатки или быть практически параллельными наружной границе задней кромки.

Турбина с изменяемой геометрией содержит турбинное колесо, несколько регулируемых лопаток, расположенных радиально в окружности турбинного колеса, по крайней мере, одна из которых имеет элементы, обеспечивающие разделение потока, на одной или нескольких наружных поверхностях одной или нескольких из множества регулируемых лопаток.

Турбина с изменяемой геометрией может иметь сопловые лопатки с несколькими элементами, обеспечивающими разделение потока, каждый из которых может быть расположен рядом с соответствующей задней кромкой нескольких регулируемых лопаток.

Турбина с изменяемой геометрией может иметь сопловые лопатки, каждый элемент которых, обеспечивающий разделение потока, может занимать приблизительно от 10% до 40% площади поверхности одной стороны каждой из нескольких регулируемых лопаток.

Турбина с изменяемой геометрией может иметь сопловую лопатку, в которой элемент, обеспечивающий разделение потока, может представлять собой канавку.

Турбина с изменяемой геометрией может иметь сопловую лопатку, в которой элементы, обеспечивающие разделение потока, могут представлять собой две или несколько параллельных канавок, каждая из которых имеет практически прямоугольное поперечное сечение.

Турбина с изменяемой геометрией может иметь сопловую лопатку, в которой элемент, обеспечивающий разделение потока, может представлять собой углубление.

Турбина с изменяемой геометрией может иметь сопловую лопатку, в которой элементы, обеспечивающие разделение потока, могут представлять собой несколько практически круглых углублений.

Турбина с изменяемой геометрией может иметь сопловую лопатку, в которой элементы, обеспечивающие разделение потока, могут представлять собой несколько практически прямоугольных углублений.

Турбина с изменяемой геометрией может иметь сопловую лопатку, в которой элемент, расположен рядом с первой стороной нижней части одной или нескольких регулируемых лопаток.

Турбина с изменяемой геометрией может иметь сопловую лопатку, в которой элемент, расположен рядом со второй стороной нижней части одной или нескольких регулируемых лопаток.

Турбина с изменяемой геометрией может иметь несколько регулируемых лопаток с несколькими соответствующими элементами, обеспечивающими разделение потока, расположенными на каждой лопатке со стороны, противоположной соответствующим нескольким сужающимся каналам. В этом случае лопатки могут быть отрегулированы таким образом, чтобы ограничивать поток выхлопных газов в соответствующих нескольких сужающихся каналах, расположенных между передней кромкой одной лопатки и задней кромкой соседней лопатки.

Таким образом, может быть уменьшена интенсивность ударных волн на лопатки турбины. Также в этом случае можно будет снизить возможное возмущение потока на лопатках турбины.

В различных вариантах воплощения регулируемые лопатки регулируются за счет поворота и/или иным образом. Например, каждая лопатка может включать в себя две или несколько частей, вращающихся относительно друг друга. В некоторых вариантах воплощения одна или несколько сопловых лопаток могут иметь неподвижную и скользящую части. В таких вариантах воплощения одна из частей, например, часть, которая может выступать вперед относительно передней кромки, может включать в себя один или несколько элементов, обеспечивающих разделение потока, в соответствии с полезной моделью.

В некоторых иллюстративных вариантах полезной модели элементы, обеспечивающие разделение потока, могут представлять собой канавки или углубления. В некоторых случаях на гладкой поверхности сопловой лопатки могут быть сформированы канавки или углубления разных размеров. Поверхность сопловой лопатки может быть направлена в сторону лопаток турбины. Таким образом, элемент(признаки), обеспечивающий разделение потока, может эффективно разделять направленную и сильную ударную волну на гораздо более слабые ударные волны, которые могут быть рассеяны на всем конечном участке.

Различные варианты воплощения могут обеспечивать решение, которое может быть использовано в самых разных турбинах с изменяемой геометрией, имеющих поворотные сопловые лопатки. Таким образом, можно избежать большой толщины лопаток турбины, таким образом, их толщина может быть достаточной для обеспечения соотношения собственных колебаний конструкции к рабочей частоте выше 7,0, как было сказано ранее, для противодействия возмущениям, вызванным сильной ударной волной, или силовому возмущению потока на лопатках турбины.

Некоторые варианты полезной модели могут предусматривать изменение направления канавок на поверхности сопла, которые могут регулировать угол взаимодействия или возмущения потока в области ударной волны на лопатки турбины, и, следовательно, могут регулировать и ослаблять возмущение потока во времени для определенной зоны лопатки турбины. Для ослабления возмущения ударной волны в соответствии с полезной моделью конструкция лопатки турбины может быть оптимизирована для обеспечения лучших аэродинамических характеристик, в отношении эффективности и пропускной способности потока, с соотношением собственных колебаний конструкции к рабочей частоте, не превышающем 5. Это может уменьшить инерцию и вес сопла без возникновения проблем с многоцикловой усталостью из-за возмущения потока на лопатках, вызванного ударной волной.

Следует понимать, что краткое описание приводится выше с целью представления в упрощенной форме отдельных принципов, которые далее изложены в подробном описании. Она не предназначена для определения ключевых или основных особенностей заявленного объекта, область применения которого однозначно определена формулой полезной модели, приведенной после подробного описания. Кроме того, заявленная полезной модель не ограничена вариантами воплощения, которые устраняют недостатки, указанные выше или упомянутые в любой части настоящего раскрытия.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение примера двигателя.

Фиг. 2 представляет собой вид сбоку части турбины с изменяемой геометрией.

Фиг. 3 представляет собой «радиальный» вид нескольких сопловых лопаток, схематически изображающих пример их взаимного расположения.

Фиг. 4 представляет собой вид снизу примера лопатки турбины с изменяемой геометрией, которая может быть использована в двигателе с Фиг. 1.

Фиг. 5 представляет собой разрез по линии 5-5 на Фиг. 4.

Фиг. 6 представляет собой вид снизу примера лопатки турбины с изменяемой геометрией, включающей в себя элементы, обеспечивающие разделение потока, которые расположены рядом с первой стороной лопатки.

Фиг. 7 представляет собой вид снизу другого примера лопатки турбины с изменяемой геометрией, включающей в себя элементы, обеспечивающие разделение потока, которые расположены рядом со второй стороной лопатки.

Фиг. 8 представляет собой вид сбоку другой лопатки.

Фиг. 9 представляет собой вид снизу другого примера лопатки, оснащенной прямолинейными элементами, обеспечивающими разделение потока.

Фиг. 10 представляет собой разрез по линии 10-10 с Фиг. 9.

Фиг. 11 представляет собой вид снизу другого примера лопатки, оснащенной криволинейными элементами, обеспечивающими разделение потока.

Фиг. 12 представляет собой разрез по линии 12-12 на Фиг. 9.

Фиг. 13 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример способа в соответствии с полезной моделью.

Фиг. 14 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример изменения способа с Фиг. 13.

Фиг. 15 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую другой пример изменения способа с Фиг. 13.

Фиг. 16 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую другой пример изменения способа с Фиг. 13.

Фиг. 17 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую еще один пример изменения способа с Фиг. 13.

Осуществление полезной модели

Фиг. 1 представляет собой вид в разрезе со схематическими элементами, на котором изображено поперечное сечение двигателя 10 в соответствии с полезной моделью. Различные элементы двигателя 10 могут отсутствовать на изображении или быть изображены в упрощенном виде для облегчения понимания настоящего описания. Например, заштрихованные зоны обозначают сплошное тело, однако практические варианты полезной модели могут содержать другие компоненты двигателя и/или полые (пустые) сегменты двигателя.

Поперечное сечение с Фиг. 1 может быть рассмотрено как проходящее через один цилиндр 12 двигателя 10. Различные компоненты двигателя 10 могут, по крайней мере частично, управляться с помощью системы управления, которая может включать в себя контроллер (не показан), и/или входного сигнала от водителя транспортного средства с помощью устройства ввода, например, педали газа (не показана). Цилиндр 12 может включать в себя камеру 14 сгорания. Поршень 16 может быть расположен внутри цилиндра 12 и совершать возвратно-поступательные движения внутри него. Поршень 16 может быть соединен с коленчатым валом 18 при помощи шатуна 20, пальца 21 кривошипа, и колена 22 кривошипа, изображенных в сочетании с противовесом 24. Некоторые примеры могут включать в себя отдельное колено 22 кривошипа и противовес 24. Возвратно-поступательное движение поршня 16 может быть преобразовано во вращательное движение коленчатого вала 18. Коленчатый вал 18, шатун 20, палец 21 кривошипа, колено 22 кривошипа и противовес 24, а возможно другие, не изображенные здесь детали, могут находиться внутри картера 26. Масло может храниться в картере 26. Коленчатый вал 18 может быть соединен по крайней мере с одним приводным колесом (не показано) транспортного средства посредством промежуточной системы передачи. Кроме того, стартер может быть соединен с коленчатым валом 18 посредством маховика в целях обеспечения возможности запуска двигателя 10. Приводное колесо или колеса может двигаться по поверхности дороги. Колесо (колеса) может иметь тормозную систему, которая применяется для замедления или остановки вращения колес. Кроме того, работа двигателя 10 помимо создания крутящего момента с целью начала движения может обеспечивать торможение или тормозное усилие для замедления или остановки вращения колеса (колес).

В камеру 14 сгорания может поступать впускной воздух из впускного канала 30, а из нее могут выходить продукты сгорания через выпускной канал 32. Впускной канал 30 и выпускной канал 32 могут выборочно соединяться с камерой 14 сгорания при помощи соответствующего впускного клапана 34 и выпускного клапана 36. Дроссель 31 может входить в конструкцию для управления количеством воздуха, который может проходить через впускной канал 30. В некоторых вариантах воплощения камера 14 сгорания может включать в себя два или несколько впускных клапанов и/или два или несколько выпускных клапанов.

В этом примере впускной клапан 34 и выпускной клапан 36 могут иметь кулачковый привод от систем 38 и 40 кулачкового привода. Системы 38 и 40 кулачкового привода могут включать в себя один или несколько кулачков 42 и могут использовать один или несколько механизмов: переключение профилей работы кулачков (CPS), изменение фаз газораспределения (VCT), регулируемая установка фаз клапанного распределения (VVT) и/или изменение высоты подъема клапанов (VVL), которыми управляет контроллер с целью изменения режимов работы клапанов. Кулачки 42 могут быть выполнены с возможностью поворачиваться на соответствующих вращающихся коленчатых валах 44. Как показано, коленчатые валы 44 могут представлять собой сдвоенный верхний распределительный вал (DOHC), хотя возможны и другие конфигурации. Положение впускного клапана 34 и выпускного клапана 36 можно определить с помощью соответствующих датчиков положения (не показаны). В альтернативных вариантах воплощения впускной клапан 34 и/или выпускной клапан 36 могут управляться с помощью электрического клапанного привода. Например, цилиндр 16 может включать в себя впускной клапан, управление которым осуществляется посредством электрического клапанного привода, и выпускной клапан, управление которым осуществляется посредством кулачкового привода, включая системы переключения профилей работы кулачков (CPS) и/или VCT-системы.

В одном варианте воплощения для каждого ряда V-образного двигателя может быть использована двойная независимая VCT. Например, в одном ряду V-образного двигателя цилиндр может иметь впускной и выпускной кулачки с независимой регулировкой, при этом установка фаз газораспределения каждого впускного и впускного кулачка может быть выполнена независимо от синхронизации коленчатого вала.

Изображенная топливная форсунка 50 соединена напрямую с камерой 14 сгорания для прямого впрыска топлива в соответствии с шириной импульса сигнала, полученного от контроллера. Таким образом, топливная форсунка 50 обеспечивает так называемый прямой впрыск в камеру 14 сгорания. Топливная форсунка 50 может быть установлена на боковой стороне камеры 14 сгорания или в верхней части камеры 14 сгорания, например. Топливо может подаваться через топливопровод 51 в топливную форсунку 50 с помощью топливной системы, включающей в себя топливный бак, топливный насос и топливную рампу (не показаны). В некоторых вариантах воплощения в качестве альтернативы или дополнения камера 14 сгорания может включать в себя топливную форсунку, расположенную во впускном канале 30 в конфигурации, которая обеспечивает то, что известно из уровня техники как впрыск топлива во впускные каналы выше по потоку относительно камеры 14 сгорания. Топливопровод 51 может представлять собой шланг или канал, который может быть соединен с соответствующим компонентом двигателя, например, головкой 60 цилиндра.

Система 52 зажигания может обеспечивать искру зажигания в камеру 14 сгорания с помощью запальной свечи 54 в ответ на сигнал опережения зажигания от контроллера в соответствии с выбранными режимами работы. Хотя на фигурах изображены компоненты системы искрового зажигания, в некоторых вариантах воплощения камера 14 сгорания или одна или более других камер сгорания двигателя 10 может работать в режиме воспламенения сжатием, с или без подачи искры зажигания.

Головка 60 цилиндра может быть соединена с блоком 62 цилиндра. Головка 60 цилиндра может быть выполнена таким образом, чтобы впускной клапан (клапаны) 34, выпускной клапан (клапаны) 36, соответствующие системы 38 и 40 клапанного привода и т.д. были функционально размещены внутри и/или опирались на нее. Головка 60 цилиндра также может быть опорой для коленчатых валов 44. Кожух 64 кулачка может быть соединен с и/или установлен на головке 60 цилиндра, при этом в нем могут быть расположены соответствующие системы 38 и 40 клапанного привода и т.д. Другие компоненты, например, запальная свеча 54, могут быть расположены внутри и/или опираться на головку 60 цилиндра. Блок 62 цилиндра (блок двигателя) может быть выполнен таким образом, чтобы в нем был расположен поршень 16. В одном примере головка 60 цилиндра может соответствовать цилиндру 12, расположенному на первом конце двигателя. Хотя на Фиг.1 показан только один цилиндр 12 многоцилиндрового двигателя 10, каждый цилиндр 12 также может включать в себя собственные впускные/выпускные клапаны, топливную форсунку, запальную свечу и т.д.

Двигатель 10 может включать в себя турбонагнетатель 190 с турбокомпрессором 94, расположенном во впускном воздуховоде 96 для сжатия впускного воздуха до его подачи во впускной канал 30 двигателя 10. В некоторых вариантах применения может быть предусмотрен промежуточный охладитель (не показан), который позволяет охлаждать впускной заряд до его поступления в двигатель. Турбокомпрессор 94 может приводиться в движение с помощью турбины 98, приводимой в движение с помощью выхлопных газов, выходящих из выпускного коллектора 32. В некоторых случаях дроссель 31 может быть расположен ниже по потоку относительно турбокомпрессора 94, а не выше по потоку, как показано на фигуре. Турбокомпрессор 94 может быть соединен для вращения вместе с турбиной 98, приводимой в движение с помощью выхлопных газов, при помощи вала 126 турбины. Вал 126 турбины может поддерживаться при вращении с помощью подшипников турбины (не показаны) и смазываться с помощью смазочной системы подшипников турбины. Хотя это и не показано, двигатель 10 может включать в себя линию и/или систему рециркуляции выхлопных газов (EGR).

Поток выхлопных газов, проходящих через турбину 98, приводимую в движение с помощью выхлопных газов, можно регулировать или контролировать посредством, например, с помощью перепускной заслонки 100, выполненной с возможностью перенаправлять выхлопные газы в обход турбины 98, приводимой в движение с помощью выхлопных газов, в линию 102 выпуска. Перенаправление выхлопных газов может способствовать регулированию скорости турбины 98, приводимой в движение с помощью выхлопных газов, которая, в свою очередь, может регулировать скорость вращения турбокомпрессора 94. Перепускная заслонка 100 может быть представлять собой клапан. Перепускная заслонка 100 может быть использована для регулирования, например, максимального давления наддува в системе турбонагнетателя, которая может содействовать защите двигателя и турбонагнетателя.

Линия 102 выпуска может включать в себя одно или несколько устройств 104 контроля токсичности выхлопных газов, которые могут быть напрямую соединены линией 102 выпуска. Одно или несколько устройств 104 контроля токсичности выхлопных газов может включать в себя, например, трехкомпонентный катализатор, уловитель обедненных оксидов азота, дизельный сажевый фильтр, окислительный нейтрализатор и т.д.

Фиг. 2 представляет собой вид сбоку части турбины с изменяемой геометрией. Фиг. 3 представляет собой «радиальный» вид нескольких сопловых лопаток 204, схематично показывающим пример их относительного расположения. На Фиг. 1-3: двигатель 10 может также включать в себя турбину 200 с изменяемой геометрией, которая может быть выполнена с возможностью регулировать необходимый объем наддува, создаваемый компрессором 94. Турбина 200 с изменяемой геометрией может варьировать поток выхлопных газов, проходящих через турбину 98, которая может контролировать угол, под которым выхлопные газы попадают на одну или несколько лопаток 202 турбины, и/или контролировать площадь поперечного сечения каналов 206 между сопловыми лопатками 204, которые находятся выше по потоку относительно лопаток 202 турбины, через которые проходят выхлопные газы. Лопатки 204 могут быть выполнены с возможностью вращаться в одном направлении для увеличения площади поперечного сечения каналов 206, расположенных выше по потоку относительно турбины, которые также могут уменьшать угол, под которым газ попадает на лопатки 202 турбины. Лопатки 204 могут также быть выполнены с возможностью вращаться в противоположном направлении для уменьшения площади поперечного сечения каналов 206, которые также могут увеличивать угол, под которым газ попадает на лопатки турбины. Сопловые лопатки 204 могут быть размещены в корпусе 208.

Лопатки 204 также могут быть выполнены с возможностью вращаться и существенно ограничивать поток выхлопных газов. В этом случае в выпускном канале 32 может возникать обратное давление. Поршень (поршни) 16 двигателя может быть вынужден преодолевать действие обратного давления для вытеснения сгоревшего газа из цилиндра 14, замедляя двигатель 10 и транспортное средство. Это можно называть торможением двигателем.

Изображенные варианты воплощения могут включать в себя турбину 200 с изменяемой геометрией, которая может содержать турбинное колесо 98, а также несколько регулируемых лопаток 204, расположенных радиально в окружности турбинного колеса 98. Элемент 210, обеспечивающий разделение потока, может быть частью одной или нескольких наружных поверхностях 212 одной или нескольких регулируемых лопаток 204. Элемент 210, обеспечивающий разделение потока, может представлять собой несколько элементов 210, обеспечивающих разделение потока, каждое из которых находится рядом с соответствующей задней кромкой 214 нескольких регулируемых лопаток 204. Таким образом, элементы 210, обеспечивающие разделение потока, могут уменьшать или устранять ударную волну, которая в противном случае может возникать при прохождении выхлопных газов через сужающийся канал (каналы) 206.

В некоторых вариантах полезной модели каждый элемент 210, обеспечивающий разделение потока, может занимать всю или некоторую часть поверхности 212 одной или нескольких регулируемых лопаток 204. Например, в некоторых случаях каждый элемент 210, обеспечивающий разделение потока, может занимать от 10% до 40% площади 212 поверхности с одной стороны каждой из нескольких регулируемых лопаток 204.

Варианты полезной модели могут относиться к турбине 200 с изменяемой геометрией, в которой несколько регулируемых лопаток 204 может быть отрегулировано для ограничения потока выхлопных газов в соответствующих нескольких ограниченных каналах 206. Между передней кромкой 216 лопатки 204 и задней кромкой 210 соседней лопатки 204 может быть расположено несколько ограниченных каналов 206. Элемент 210, обеспечивающий разделение потока, может представлять собой несколько соответствующих элементов 210, обеспечивающих разделение потока, на каждой лопатке со стороны 218, противоположной нескольким соответствующим ограниченным каналам 206.

Фиг. 4 представляет собой пример вида снизу одного примера лопатки 204, а Фиг. 5 - разрез по линии 5-5 с Фиг. 4. В примере представлен случай, в котором элемент 210, обеспечивающий разделение потока, может иметь канавку 220. В некоторых случаях элемент 210, обеспечивающий разделение потока, может включать в себя две или несколько параллельных канавок 220.

Фиг. 6 представляет собой вид снизу другого примера лопатки 204 турбины с изменяемой геометрией, в котором элемент 210, обеспечивающий разделение потока, может быть расположен рядом с первой стороной 240 нижней части каждой одной или нескольких регулируемых лопаток. Первая сторона может представлять собой сторону ступицы лопатки. Фиг. 7 представляет собой вид снизу другого примера лопатки турбины с изменяемой геометрией, в котором элемент 210, обеспечивающий разделение потока, может быть расположен рядом со второй стороной 242 нижней части каждой одной или нескольких регулируемых лопаток. В представленных примерах элементы 210, обеспечивающие разделение потока, изображены в виде канавок 220. В других случаях элементы 210, обеспечивающие разделение потока, могут иметь другую форму.

Фиг. 8 представляет собой разрез другой лопатки 204, соответствующей полезной модели, в котором элементы 210, обеспечивающие разделение потока, могут иметь две или несколько параллельных канавок 220, и в котором каждая из них может иметь практически прямоугольное поперечное сечение и практически плоское основание. Этот пример аналогичен примеру с Фиг. 5, в котором две или несколько параллельных канавок 220 могут образовывать канавку с угловым или прямым профилем.

Фиг. 9 представляет собой вид снизу другого примера лопатки 204 с прямолинейными элементами, обеспечивающими разделение потока, а Фиг. 10 представляет собой разрез по линии 10-10 на Фиг. 9. В некоторых случаях могут быть использованы различные радиусы внутреннего скругления. В приведенном примере предусмотрена область с прямоугольными углублениями 222 или отверстиями одинакового размера, практически полностью проходящими от первой стороны до второй стороны лопатки. В других примерах элементы могут быть расположены другим образом, например, со сдвигом или в случайном порядке и т.д. Все или большинство элементов могут быть расположены рядом с первой стороной или, альтернативно, рядом со второй стороной. Элементы могут располагаться параллельно, перпендикулярно относительно краев лопатки, а также под другим углом.

Фиг. 11 представляет собой пример вида снизу, а Фиг.12 представляет собой разрез по линии 12-12 с Фиг. 11 и демонстрирует еще один пример лопатки, имеющей криволинейные элементы, обеспечивающие разделение потока. Пример демонстрирует случай, в котором элемент 210, обеспечивающий разделение потока, может иметь углубление 222. Элемент 210, обеспечивающий разделение потока, может включать в себя два или несколько углублений 222. Элементы 210, обеспечивающие разделение потока, могут включать в себя несколько практически круглых углублений.

В различных вариантах полезной модели могут быть представлены сопловая лопатка 204 для турбины 200 с изменяемой геометрией для турбонагнетателя 190. Сопловая лопатка 204 может иметь переднюю кромку 216 и заднюю кромку 214. Сопловая лопатка 204 может иметь наружную поверхность 212 для направления потока выхлопных газов в сторону турбины 98 турбонагнетателя 190 от передней кромки 216 к задней кромке 218. Сопловая лопатка 204 также может включать в себя один или несколько элементов 210, обеспечивающих разделение потока, с наружной стороны 212 для разделения потока, проходящего рядом с задней кромкой 214.

В некоторых случаях один или несколько элементов 210, обеспечивающих разделение потока, может быть одной или несколькими канавками 220, расположенными рядом с задней кромкой 214. В других случаях один или несколько элементов 210, обеспечивающих разделение потока, может быть одним или несколькими углублениями 222, расположенными рядом с задней кромкой 214. В остальных случаях элементы 210, обеспечивающие разделение потока, могут представлять собой сочетание канавок и углублений или могут иметь другую форму, например, представлять собой отверстия, выступы и т.д., и/или сочетания разных элементов разной формы. В различных случаях элементы 210, обеспечивающие разделение потока, могут занимать различную часть площади внешней поверхности. Например, устройства 210 разделения поверхности могут занимать от 10% до 30% площади одной стороны наружной поверхности 212.

Сопловая лопатка 204 и несколько других сопловых лопаток 204 аналогичной конфигурации могут быть расположены в форме кольца и выполнены с возможностью поворачиваться из относительно неограничивающего положения в положение разделения потока, в котором соседние сопловые лопатки 204 в кольце сопловых лопаток 204 могут препятствовать прохождению потока между нижней (на внутреннем радиусе) поверхностью 224 передней кромки 216 сопловой лопатки 204 и верхней (на внешнем радиусе) поверхностью 226 передней кромки 214 соседней сопловой лопатки 204. Один или несколько элементов 210, обеспечивающих разделение потока, может быть расположено на нижней поверхности 224 рядом с передней кромкой 214 каждой сопловой лопатки 204.

Один или несколько элементов 210, обеспечивающих разделение потока, могут быть параллельными канавками 220, выполненными на внутренней поверхности 212 рядом с задней кромкой 214. В некоторых случаях параллельные канавки 220 могут образовывать угол 228 с наружной границей 230 задней кромки 214. В других случаях параллельные канавки могут быть практически параллельными относительно наружной границе 230 задней кромки 214.

Фиг. 13 представляют собой блок-схему, иллюстрирующую стандартный способ 700, соответствующий полезной модели. На этапе 710 во время торможения двигателем способ 700 может включать в себя расширение выхлопных газов, проходящих через сопло турбонагнетателя с изменяемой геометрией. На этапе 720 способ 700 может также включать в себя разделение потока посредством канавок разделения потока, расположенных на поверхности сопловых лопаток, которые находятся выше по потоку относительно лопаток турбонагнетателя для выхлопных газов.

Фиг. 14 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую модификацию способа 700 с Фиг.13. Измененный способ 800 может иметь измененный этап 830 разделения потока (вместо этапа 720), на котором разделение потока происходит на и/или рядом с задней кромкой поверхности сопловых лопаток.

Фиг. 15 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую модификацию способа 700 с Фиг. 13. Измененный способ 900 может иметь измененный этап 930 разделения потока (вместо этапа 720), на котором разделение потока осуществляется при помощи нескольких канавок на соответствующей наружной поверхности каждой сопловой лопатки.

Фиг. 16 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую еще один пример изменения способа 700 с Фиг. 13. Измененный способ 1000 может иметь измененный этап 1030 разделения потока (вместо этапа 720), на котором разделение потока осуществляется при помощи углублений на соответствующей наружной поверхности каждой сопловой лопатки.

Фиг. 17 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую еще один пример изменения способа 700 с Фиг. 13. В этом примере сопловые лопатки могут иметь профиль крыла с центральной осью 340, расположенной практически под прямым углом к поперечному сечению крыла, как показано на Фиг. 3-4. Также в этом случае измененный способ 1100 может иметь измененный этап 1130 разделения потока (вместо этапа 720), на котором разделение потока осуществляется при помощи нескольких параллельных канавок на поверхности сопловых лопаток, расположенных под углом к центральной оси 340 крыла.

Следует понимать, что системы и способы, представленные в настоящем документе, являются иллюстративными по своей природе и что конкретные варианты воплощения не должны рассматриваться как ограничения, поскольку возможны различные изменения. Соответственно, полезной модель включает в себя все новые и неочевидные комбинации различных систем и способов, раскрытых в настоящем документе, а также их эквиваленты.

Claims (18)

1. Сопловая лопатка для турбины с изменяемой геометрией, которая имеет переднюю кромку и заднюю кромку, наружную поверхность для направления потока выхлопных газов к турбине турбонагнетателя от передней кромки к задней кромке и один или несколько элементов для разделения потока на наружной поверхности, проходящих рядом с задней кромкой.

2. Сопловая лопатка по п. 1, в которой один или несколько элементов для разделения потока представляют собой одну или несколько канавок.

3. Сопловая лопатка по п. 1, в которой один или несколько элементов для разделения потока представляют собой одно или несколько углублений.

4. Сопловая лопатка по п. 1, в которой один или несколько элементов для разделения потока занимают часть площади одной стороны наружной поверхности.

5. Турбина с изменяемой геометрией, которая содержит турбинное колесо, несколько регулируемых сопловых лопаток, радиально расположенных в окружности турбинного колеса, по крайней мере одна из которых представляет собой лопатку по п. 1 с элементами для разделения потока, выполненными на одной или нескольких наружных поверхностях одной или нескольких регулируемых лопаток.

6. Турбина по п. 5, в которой предусмотрено несколько элементов для разделения потока, каждый из которых расположен рядом с задней кромкой соответствующей регулируемой лопатки.

7. Турбина по п. 6, в которой каждый элемент для разделения потока занимает часть площади поверхности одной стороны каждой из нескольких регулируемых лопаток.

8. Турбина по п. 5, в которой элемент для разделения потока представляет собой канавку.

9. Турбина по п. 5, в которой в качестве элементов для разделения потока предусмотрено две или несколько параллельных канавок, каждая из которых имеет практически прямоугольное поперечное сечение.

10. Турбина по п. 5, в которой элемент для разделения потока представляет собой углубления.

11. Турбина по п. 5, в которой в качестве элементов для разделения потока предусмотрено несколько практически круглых углублений.

12. Турбина по п. 5, в которой в качестве элементов для разделения потока предусмотрено несколько практически прямоугольных углублений.

13. Турбина по п. 5, в которой элемент для разделения потока расположен рядом с первой стороной нижней части одной или нескольких регулируемых лопаток.

14. Турбина по п. 5, в которой элементы для разделения потока расположены рядом со второй стороной нижней части одной или нескольких регулируемых лопаток.

15. Турбина по п. 5, в которой несколько регулируемых лопаток выполнены с возможностью установки в положение ограничения потока выхлопных газов в соответствующих сужающихся каналах, расположенных между передней кромкой одной лопатки и задней кромкой соседней лопатки, причем на лопатках предусмотрено несколько элементов для разделения потока, расположенных, соответственно, на каждой лопатке на стороне, противоположной соответствующим сужающимся каналам.

16. Турбина по п. 5, в которой сопловые лопатки расположены в виде кольца и выполнены с возможностью поворота из относительно неограничивающего положения в положение разделения потока, при котором соседние сопловые лопатки ограничивают поток между нижней поверхностью передней кромки сопловой лопатки и верхней поверхностью задней кромки соседней сопловой лопатки, причем один или несколько элементов для разделения потока выполнен на нижней поверхности рядом с задней кромкой каждой сопловой лопатки.

17. Турбина по п. 16, в которой элементы для разделения потока представляют собой две или несколько параллельных канавок, ориентированных под углом к наружной границе задней кромки.

18. Турбина по п. 16, в которой элементы для разделения потока представляют собой две или несколько параллельных канавок, по существу параллельных наружной границе задней кромки.

Images