本發(fā)明涉及用于增壓的內(nèi)燃機(jī)的廢氣渦輪增壓器的領(lǐng)域。本發(fā)明涉及一種這樣的廢氣渦輪增壓器的渦輪的流出區(qū)域(Abstroembereich)以及一種具有有帶有這樣的流出區(qū)域的渦輪的廢氣渦輪增壓器。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代的內(nèi)燃機(jī)利用單級(jí)或多級(jí)廢氣渦輪增壓器來(lái)增壓。在此將熱的廢氣從燃燒室引導(dǎo)經(jīng)過(guò)渦輪，渦輪驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)以壓縮對(duì)于燃燒所需的新鮮空氣。在較大的廢氣渦輪增壓器中主要使用軸向渦輪和徑向壓縮機(jī)，在較小的廢氣渦輪增壓器中也使用徑向渦輪或混流渦輪。

盡管在廢氣渦輪的流出區(qū)域中謹(jǐn)慎地設(shè)計(jì)擴(kuò)散器，從一定的面積平均的渦旋角(Drallwinkel)起引起在擴(kuò)散器的內(nèi)壁的輪廓處的流動(dòng)分離。為了阻止流動(dòng)分離須減少渦輪的吞吸能力(Schluckverm?gen)，由此運(yùn)行范圍縮小并且渦輪的效率變差。

在渦輪擴(kuò)散器或在二級(jí)增壓中在兩個(gè)渦輪級(jí)之間的過(guò)渡部中目前成功地使用所謂的渦流發(fā)生器(Vortex-Generator)，以將在邊界層中的層流轉(zhuǎn)變成渦流并且如此防止由于增加的壓力梯度而流動(dòng)分離。然而尤其對(duì)于較大的廢氣渦輪增壓器已顯示出，渦流發(fā)生器僅能發(fā)揮不足的作用。

特別對(duì)于帶有較高的渦旋分量的流動(dòng)另一可能性是使用后置導(dǎo)葉(Nachleitrad)，其減少了在渦輪葉輪之后的流動(dòng)的渦旋分量。這樣的構(gòu)造然而是昂貴的并且由于在設(shè)計(jì)點(diǎn)之外缺少流動(dòng)而與高的流動(dòng)損失相聯(lián)系。

最后，為了阻止流動(dòng)分離，在渦輪的葉片根部的區(qū)域中通過(guò)減小在該區(qū)域中的葉片負(fù)載保持提高軸向速度分量。葉片負(fù)載的減少然而直接減少了功提取(Arbeitsentnahme)并且因此不好地影響渦輪的效率。此外，該措施常常在分離點(diǎn)上游較遠(yuǎn)地進(jìn)行并且效果被減小，因?yàn)榫嚯x過(guò)大。

文件US 2011-0058939 A1公開了一種驅(qū)動(dòng)渦輪的廢氣擴(kuò)散器系統(tǒng)，其帶有用于沿著流動(dòng)通道的在徑向上處于內(nèi)部的輪廓吹入氣態(tài)介質(zhì)的噴嘴。

文件US 5,467,591公開了一種帶有廢氣擴(kuò)散器系統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪，其在徑向上處于外部的壁區(qū)域中帶有再循環(huán)器。

文件DE 10 2011 012 039 A1公開了一種在軸向鼓風(fēng)機(jī)的擴(kuò)散器區(qū)域中帶有流動(dòng)導(dǎo)引面的流動(dòng)通道，流動(dòng)導(dǎo)引面將工作流體的一部分從較高流動(dòng)速度的區(qū)域?qū)б綆в休^低流動(dòng)速度的區(qū)域中。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于利用簡(jiǎn)單的器件阻止在廢氣渦輪的流出區(qū)域中在擴(kuò)散器的內(nèi)壁的輪廓處的流動(dòng)分離。

根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使用在流動(dòng)通道的在徑向上在內(nèi)部的區(qū)域中影響邊界層流動(dòng)的、布置在擴(kuò)散器的內(nèi)壁的區(qū)域中的用于提高壓力回收利用(Druckrückgewinn)的器件來(lái)實(shí)現(xiàn)這。

在第一實(shí)施形式中根據(jù)本發(fā)明使用一種整流器(Gleichrichter)，其包括在擴(kuò)散器區(qū)域中在流動(dòng)通道的布置在內(nèi)部的內(nèi)壁處的成輪廓的導(dǎo)引元件。

高度大約為在導(dǎo)引元件的區(qū)域中平均的通道高度的百分之二十至百分之六十并且導(dǎo)引元件的長(zhǎng)度大約為在導(dǎo)引元件的區(qū)域中的平均的通道高度的兩倍至四倍。不同于在渦流發(fā)生器中的情況，根據(jù)本發(fā)明在周向上起作用的整流器不與邊界層流動(dòng)的厚度成比例，而是以在導(dǎo)引元件的區(qū)域中的平均的通道高度的大約四分之一至一半的導(dǎo)引元件的高度而明顯更大。

整流器在軸向上的位置可在分離點(diǎn)附近來(lái)選擇，其中，導(dǎo)引元件以其進(jìn)入棱邊處于分離點(diǎn)上游。

在第二實(shí)施形式中根據(jù)本發(fā)明將再循環(huán)器(與在壓縮機(jī)級(jí)中的穩(wěn)定器縫隙(Stabilisatorspalt)類似)置入在擴(kuò)散器區(qū)域中流動(dòng)通道的布置在內(nèi)部的內(nèi)壁中。根據(jù)本發(fā)明，再循環(huán)器包括兩個(gè)開口。第一開口、流入口(通過(guò)該開口流體從流動(dòng)通道流入再循環(huán)器中)位于擴(kuò)散器出口處。第二開口、流出噴嘴(通過(guò)該流出噴嘴流體從再循環(huán)器又流出到流動(dòng)通道中)緊密地布置在分離部位上游，使得流出到流動(dòng)通道中的流體發(fā)揮其對(duì)在分離區(qū)域中的邊界層流動(dòng)的影響。兩個(gè)開口實(shí)施為環(huán)隙(Ringspalt)。尤其流出開口有利地形成為Coanda噴嘴，其開口指向下游，由此能夠?qū)⒘鬟^(guò)再循環(huán)器的流體平行于壁地引入流動(dòng)通道中。對(duì)于流入口這樣的Coanda形式可同樣是有利的，由此能夠?qū)⒘鬟^(guò)再循環(huán)器的流體平行于壁地從流動(dòng)通道提取。

穿過(guò)再循環(huán)器的流動(dòng)由于在這些開口之間的壓力梯度而自動(dòng)出現(xiàn)，從而不需要附加的壓力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明可簡(jiǎn)單地且成本有利地集成到擴(kuò)散器壁中并且明顯地提高渦輪級(jí)的效率。由于廢氣渦輪的流出區(qū)域的根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)，可將渦輪的運(yùn)行區(qū)域向更高的吞吸能力擴(kuò)展，這伴隨有效率的提高。配備有帶有根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的流出區(qū)域的廢氣渦輪設(shè)計(jì)的廢氣渦輪增壓器因此可在功率相同的情況下代替更大的更貴的廢氣渦輪增壓器。

另外的優(yōu)點(diǎn)由從屬權(quán)利要求得出。

附圖說(shuō)明

接下來(lái)根據(jù)在附圖中的示意性圖示來(lái)說(shuō)明軸向渦輪的根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的流出區(qū)域的實(shí)施形式。在此：

圖1示出了沿著軸軸線穿過(guò)帶有根據(jù)本發(fā)明的流動(dòng)整流器的軸向渦輪的剖面，

圖2示出了(垂直于軸軸線)穿過(guò)根據(jù)圖1的軸向渦輪的流動(dòng)整流器的沿著II-II引導(dǎo)的剖面，

圖3示出了沿著軸軸線穿過(guò)帶有根據(jù)本發(fā)明的再循環(huán)器的軸向渦輪的剖面，

圖4示出了(垂直于軸軸線)穿過(guò)根據(jù)圖3的軸向渦輪的再循環(huán)器的沿著IV-IV引導(dǎo)的剖面，

圖5示出了沿著軸軸線穿過(guò)帶有根據(jù)本發(fā)明的流動(dòng)整流器以及根據(jù)本發(fā)明的再循環(huán)器的軸向渦輪的剖面，以及

圖6示出了(垂直于軸軸線)穿過(guò)根據(jù)圖5的軸向渦輪的流動(dòng)整流器和再循環(huán)器的沿著IV-IV引導(dǎo)的剖面。

具體實(shí)施方式

圖1在沿著軸軸線引導(dǎo)的穿過(guò)廢氣渦輪增壓器的軸向渦輪的剖面中示意性地示出了就在渦輪葉輪之前的流動(dòng)區(qū)域以及在渦輪葉輪下游的流出區(qū)域。利用箭頭示出的流動(dòng)在圖示中從左向右進(jìn)行。在此，來(lái)自內(nèi)燃機(jī)的燃燒室的廢氣流動(dòng)在進(jìn)入渦輪殼體中之后撞到帶有多個(gè)沿著周緣分布的導(dǎo)引元件2的導(dǎo)引裝置(噴嘴環(huán))上。導(dǎo)引裝置的導(dǎo)引元件使流動(dòng)取向到渦輪葉輪的直接緊隨其后的工作葉片12上。渦輪葉輪具有大量該工作葉片，其布置在與軸(未示出)相連接的輪轂體11上。渦輪葉輪通過(guò)作用到工作葉片上的廢氣流動(dòng)被置于旋轉(zhuǎn)中并且在廢氣渦輪增壓器中經(jīng)由軸驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)輪。在渦輪葉輪下游流動(dòng)通道擴(kuò)展，在所謂的擴(kuò)散器中。環(huán)形的流動(dòng)通道的橫截面在此在一定的區(qū)域上連續(xù)地在面積上增加，尤其通過(guò)使外壁5在徑向上向外彎。

為了有效地阻止流動(dòng)在擴(kuò)散器的內(nèi)壁處分離，按照根據(jù)圖1和圖2的第一實(shí)施形式使軸向渦輪的流出區(qū)域設(shè)有整流器。在此沿著擴(kuò)散器的內(nèi)壁6分布到周緣上地來(lái)布置成輪廓的板作為導(dǎo)引元件31。導(dǎo)引元件31的最大高度根據(jù)本發(fā)明為在導(dǎo)引元件的區(qū)域中的平均的通道高度的四分之一直至最大一半。基于在導(dǎo)引元件的區(qū)域中的平均的通道高度的大概兩倍直至最大四倍來(lái)確定導(dǎo)引元件的長(zhǎng)度。整流器的定位可在分離點(diǎn)的區(qū)域中來(lái)選擇，其中，導(dǎo)引元件的進(jìn)入棱邊處于分離點(diǎn)上游。

在根據(jù)圖3和圖4的第二實(shí)施形式中將再循環(huán)器置入擴(kuò)散器的內(nèi)壁6中。該流動(dòng)回引主要包括至流動(dòng)通道的兩個(gè)開口，其經(jīng)由回引管路(Rückführleitung)相互連接。在分離點(diǎn)下游，在擴(kuò)散器出口的區(qū)域中再循環(huán)器包括流入口42。流入口通過(guò)平行于流動(dòng)通道引導(dǎo)的再循環(huán)器室41與流出噴嘴42連接，流出噴嘴緊密地布置在分離部位上游。兩個(gè)開口實(shí)施為環(huán)隙。至少流出噴嘴形成為Coanda噴嘴，其開口指向下游，由此將流體從再循環(huán)器中平行于壁地引入主流動(dòng)中。流入口也可相應(yīng)地來(lái)形成，以實(shí)現(xiàn)平行于壁地流入再循環(huán)器中，其中，其為此指向上游。在再循環(huán)器中的流動(dòng)由于在流入口與流出噴嘴之間的壓力梯度而自動(dòng)出現(xiàn)并且不需要附加的壓力產(chǎn)生機(jī)構(gòu)?？蛇x地可在再循環(huán)器室中設(shè)置有導(dǎo)引流動(dòng)的元件，其將穿過(guò)再循環(huán)器的流動(dòng)整流或使該流動(dòng)擁有限定的周向分量并且同時(shí)用作對(duì)壁插入件(其將再循環(huán)器室與流動(dòng)通道分離)的支承。再循環(huán)器可選地也可劃分成多個(gè)室，其中，每個(gè)室可包括一個(gè)或多個(gè)自己的流入口和流出噴嘴，其在該情況中那么實(shí)施為環(huán)段縫隙(Ringsegmentspalt)或孔。

在根據(jù)圖5和圖6的第三實(shí)施形式中這兩個(gè)第一實(shí)施形式的特征相結(jié)合。在此，整流器的導(dǎo)引元件31布置在將再循環(huán)器室與流動(dòng)通道分離的壁插入件的區(qū)域中。

盡管根據(jù)軸向渦輪的示例闡述了本發(fā)明，這決不應(yīng)該對(duì)根據(jù)本發(fā)明的器件可能應(yīng)用于其它流動(dòng)機(jī)器具有限制作用。根據(jù)本發(fā)明的器件尤其也可應(yīng)用在廢氣渦輪增壓器的徑向渦輪或混流渦輪中。

附圖標(biāo)記清單

2 在渦輪葉片之前的導(dǎo)引元件

11 渦輪葉輪的輪轂

12 渦輪葉片

31 流動(dòng)整流器的導(dǎo)引元件

41 再循環(huán)器室

42 流入口

43 流出噴嘴

5 流動(dòng)通道(渦輪殼體)的外壁

6 流動(dòng)通道(渦輪殼體)的內(nèi)壁。