用于可变涡轮几何形状的导向叶片 【技术领域】
本发明涉及一种用于涡轮增压器的可变涡轮几何形状的导向叶片 (Leitschaufel)。背景技术
涡轮增压器通常由废气流中的废气涡轮组成， 该废气涡轮通过轴与吸气管道中的 压缩机连接。在此， 涡轮由发动机的废气流而置于旋转中并且由此驱动压缩机。在此， 通过 压缩机提高发动机的吸气管道中的压力， 从而在吸气冲程期间相比于在自然吸气发动机中 更大量的空气到达气缸中。通过这种方式提供更多的氧气供燃烧相应更大量的燃料使用。
在常见的涡轮增压器中， 如果需要通过以下方式限制增压压力， 即， 利用排气阀或 旁路或废气门 (Wastegate) 使热废气部分地旁经涡轮并由此降低涡轮的功率。为此， 使涡 轮设计得如此大， 即， 使得其已经远在发动机的额定工作点以下良好地工作。
由现有技术还已知这样的涡轮增压器， 即， 其设有可变涡轮几何形状 VTG， 用于使 功率输出 (Leistungsangabe) 和响应特性可更好匹配于不同的运行条件， 如负载变化。为 了实现这一点， 使可调整的、 不旋转的导向叶片位于涡轮入口中或涡轮罩壳中。在此， 在封 闭的导向叶片位置中流速的大的周向分量和高的焓降引起大的涡轮功率并由此引起高的 增压压力。在导向叶片的完全敞开的位置中， 在流动速度矢量的大向心分量的情况下又推 断出最大的涡轮通过量。这种功率调节与旁路调节相比的优点是， 总是全部废气流被导引 通过涡轮并用于功率转换。
对于可变涡轮几何形状， 叶片轮廓的形状是关于热力学效率、 调节特性以及必需 的径向结构空间的主要影响因素。
在现有技术中， 对于调整叶片 (Verstellschaufel) 的轮廓存在不同形状。一般适 用的是， 结合效率、 调节特性以及尽可能小的分度圆 (Teilkreis)( 结构空间 ) 方面的最佳 化。一般通过在调整叶片的顶半径 (Kopfradius) 中点和底半径 (Endradius) 中点之间延 伸的曲率线 (Krümmungslinie) 描述形状。通过在轮廓内假设与上侧和底侧相切的圆， 产生 该曲率线。在此， 圆中心点的连接线描述该曲率线。
在此， 存在纯笔直的、 弯曲的或由两种可能性组合的方案。所有这些方案共同点 是， 曲率线具有连续的走向 (Verlauf)， 即， 各个曲率线段都相切地相互过渡。换言之， 曲率 线没有拐点。 发明内容
因此， 本发明的目的是， 对于带有可变涡轮几何形状的涡轮增压器提供改进的导 向叶片几何形状。
该目的通过带有权利要求 1 特征的导向叶片得以实现。
因此， 按照本发明提供一种尤其用于涡轮增压器的导向叶片， 其中， 该导向叶片的 曲率线具有至少一个或多个带有非连续走向的区域。导向叶片在流动剖面的设计方案方面尤其有利。 在此， 可在不改变调节特性和结构空间需求的情况下改进效率。
由从属权利要求以及借助于附图的描述中得到本发明的有利设计方案和改进方 案。
在按照本发明的实施形式中， 曲率线具有至少一个带有两个区段的区域， 这两个 区段相互连接， 其中， 这两个区段在其连接点处非连续地或不相切地相互过渡。换言之， 区 段在其连接点处构造拐点。 这具有的优点是， 通过导向叶片的这种设计、 例如在可变涡轮几 何形状下可改进涡轮增压器的效率。
在另一按照本发明的实施形式中， 除了至少一个在两个区段之间带有拐点或带有 不相切的过渡的区域之外， 导向叶片的曲率线还具有至少一个这样的区域， 即， 该区域的两 个区段在其连接点处连续地或者相切地相互过渡。通过这种方式， 根据应实现哪种流动剖 面， 可使导向叶片的曲率线任意适合地以连续和非连续地伸延的区域而改变。
根据另一按照本发明的实施形式， 曲率线的至少一个、 多个或所有区段例如在其 形状、 位置和 / 或尺寸方面是一致或不同的。相应地也适用于通过这些区段形成的曲率线 的区域。 因此， 可实现导向叶片的最不同的结构形状， 其都具有至少一个具有非连续走向的 区域。
在另一按照本发明的实施形式中， 导向叶片例如由四个区段组成， 其中， 第一和第 二区段形成带有连续的走向的第一区域。 第二区域通过第二区段和第三区段形成， 其中， 第 二和第三区段在其连接点处非连续地相互过渡或形成拐点。 由第三区段和第四区段形成的 第三区域又具有连续的走向。 这种导向叶片表示这样的示例， 即， 在其中， 曲率线具有拐点。 在此， 第一或第三区域的区段例如两个都向上或向下成拱形 或者其中的至少一个向上或向下成拱形。
在另一按照本发明的实施形式中， 组成曲率线的区段可构造成例如弧形或笔直 的。 在此， 这些区段可向上或向下成拱形， 或者当这些区段是笔直的时， 其例如水平地、 垂直 地、 或倾斜向上或倾斜向下指向。 在此， 区段可任意地相互组合， 其中， 通过区段形成的至少 一个区域具有非连续的走向。 通过这种方式可根据所期望的功能或所期望的使用目的而实 现多种流动剖面。附图说明
下面借助于在附图的示意性图中说明的实施例来详细解释本发明。其中 ：
图 1 显示了按照现有技术的导向叶片的第一实施形式 ；
图 2 显示了按照现有技术的导向叶片的第二实施形式 ；
图 3 显示了按照现有技术的导向叶片的第三实施形式 ；
图 4 显示了按照本发明的导向叶片的第一实施形式 ； 以及
图 5 显示了按照本发明的导向叶片的第二实施形式。
在没有相反的说明的情况下， 在图中相同的参考标号表示相同或功能相同的构 件。具体实施方式
在图 1 中显示了按照现有技术的导向叶片 10 的第一实施形式。在此， 以线图显示 导向叶片 10， 其中， 线图具有 x 轴和 y 轴。该图示适用于所有导向叶片 10， 如在图 1 至 5 中 所显示的那样。
如上所描述的那样， 导向叶片 10 的形状一般通过曲率线 12 描述， 该曲率线 12 在 导向叶片 10 的顶半径中心点 14 和底半径中心点 16 之间延伸。该曲率线 12 通过以下方式 产生， 即， 在叶片 10 的轮廓内部假设与顶侧和底侧 18， 20 相切的圆。在此， 圆中心点的连接 线描述曲率线 12。
在当前情况下， 如图 1 中所显示的那样， 曲率线 12 波浪形地伸延。 在此， 曲率线 12 由四个区段 a1 至 a4 组成。在此， 形成第一区域 b1 的第一和第二区段 a1， a2 分别构造成以 弧形的方式向上成拱形， 其中， 曲率线 12 的两个区段 a1， a2 在其连接点 22 处相切地相互过 渡。在此， 区域 b1 形成没有拐点的连续的走向。此外， 第三区段 a3 同样构造成弧形， 其中， 该第三区段 a3 与第一和第二区段 a1， a2 相反地向下成拱形。第二和第三区段 a2， a3 在其 连接点 22 处同样相切地相互过渡， 从而由第二和第三区段 a2， a3 形成的第二区域 b2 具有 连续的走向。相应地也适用于第三区域 b3。该第三区域 b3 由第三区段 a3 和第四区段 a4 形成， 其中， 两个区段 a3， a4 构造成弧形并且向下成拱形。曲率线 12 的两个区段 a3， a4 在 其连接点 22 处相切地相互过渡， 即， 区域 b3 具有连续的走向， 而在两个区段 a3， a4 的过渡 22 处不存在拐点。所有三个区域 b1 至 b3 在图 1 中的线图中在 x 轴以上伸延， 此外， 第一区 域 b1 比第三区域 b3 明显更长且更强烈成拱形。
在按照现有技术的导向叶片 10 的第二实施形式中， 如图 2 中所显示的那样， 曲率 线 12 同样由四个区段 a1 至 a4 组成。在此， 曲率线 12 在 x 轴以上伸延， 并且在此， 曲率线 12 在其向着另一端部缓慢下降之前首先在弧线中朝上上升。
在此， 曲率线 12 的第一区段 a1 以弧形的方式向下成拱形并且紧接其的区段 a2 以 弧形的方式向上成拱形。两个区段 a1 和 a2 在其连接点 22 处相切地相互过渡， 从而使通过 第一和第二区段 a1， a2 形成的第一区域 b1 具有连续的走向。由第二区段 a2 和第三区段 a3 组成的第二区域 b2 同样具有连续的走向。因此， 第三区段 a3 同样以弧形的方式向上成 拱形， 其中， 第三区段 a3 和第二区段 a2 在其连接点 22 处相切地相互过渡， 而在此不存在拐 点。曲率线 12 的第三区域 b3 由第三区段 a3 和第四区段 a4 形成。在此， 第四区段 a4 以弧 形的方式向下成拱形， 其中， 第三和第四区段 a3， a4 在其连接点 22 处相切地相互过渡。
此外， 在图 3 中显示按照现有技术的导向叶片的第三实施形式。在此， 该导向叶片 10 与第一和第二实施形式中一样由四个区段 a1 至 a4 组成。在此， 曲率线 12 以波浪形首先 在弧线中在 x 轴以上伸延， 然后在弧线中在 x 轴以下延伸。
曲率线 12 的第一和第二区段 a1， a2 构造成弧形并且以向上成拱形的方式伸延。 第一和第二两个区段 a1， a2 在其连接点 22 处相切地相互过渡。曲率线 12 的第二区域 b2 通过第二区段 a2 和第三区段 a3 形成。第三区段 a3 同样构造成弧形并且向下成拱形。在 此， 两个区段 a2 和 a3 在其连接点 22 处相切地相互过渡， 从而在这个区域中不存在锐利的 (scharf) 拐点。此外， 第三区域 b3 通过第三区段 a3 和第四区段 a4 形成。第四区段 a4 同 样以弧形的方式向下成拱形。第三和第四区段 a3， a4 在其连接点 22 处相切地相互过渡。 由此， 使区域 b1 至 b3 或曲率线 12 总体上具有连续的走向， 如另两个前面所描述的按照现有技术的导向叶片 10 的实施形式那样。
现在， 在图 4 中显示了按照本发明的导向叶片 10 的第一实施形式。在此， 导向叶 片 10 例如由四个区段 a1 至 a4 组成。在此， 由第一和第二区段 a1， a2 组成的第一区域具有 连续的走向。在此， 第一和第二区段 a1， a2 构造成弧形并且向上成拱形。在此， 第一区段 a1 在其连接区段或其连接点 22 处相切地过渡到第二区段 a2 中， 从而产生没有拐点的连续走 向。第二区域 b2 通过第二区段 a2 和第三区段 a3 形成， 其中， 第二和第三区段 a2， a3 分别 构造成弧形并且向上成拱形。但是， 在此区段 a2 和 a3 在其连接点 22 处不是相切地相互过 渡， 而是形成拐点 24。 为此， 第二区域 b2 与现有技术不同不是形成连续的走向， 而是形成非 连续的走向或者说在两个区段 a2， a3 的连接点 22 处具有锐利的拐点 24。第三区域 b3 由 第三区段 a3 和第四区段 a4 组成， 并且在此形成连续的走向。在此， 第四区段 a4 构造成弧 形并且向上成拱形。第三和第四区段 a3， a4 在其连接点 22 处相切地相互过渡。这意味着， 在本示例中， 导向叶片 10 具有带有非连续的曲率线 12 走向的区域 b2， 在其中， 第二和第三 区段 a2， a3 在其连接点 22 处形成一种拐点 24 或者说未相切地相互过渡。相反地， 其它区 域 b1 和 b3 具有连续的曲率线 12 的走向， 而在此这些区域中没有一个构造拐点。
在当前情况下， 曲率线 12 形成两个弧线， 一个是由区段 a1 和 a2 组成的向上成拱 形的弧线， 另一个是与其相比非常扁平地成拱形的、 由区段 a3 和 a4 组成的弧线。两个弧线 在其连接点 22 处形成拐点 24。 此外， 在图 5 中示出按照本发明的导向叶片 10 的第二实施形式。 在此， 该导向叶片 10 的曲率线 12 由四个区段 a1 至 a4 组成。第一和第二区段 a1， a2 构造成弧形并且向上成 拱形。第一和第二区段 a1， a2 在其连接点 22 处相切地相互过渡， 从而使由两个区段 a1， a2 形成的区域 b1 具有连续的走向。第二区域 b2 由第二区段 a2 和第三区段 a3 形成， 其中， 第 三区段 a3 同样向上成拱形。但是， 两个区段 a2， a3 在其连接点 22 处不是相切地相互过渡， 而是形成一种拐点 24， 如同图 5 中所显示的那样。由此， 第二区域 b2 具有非连续的走向。 由第三区段 a3 和第四区段 a4 形成的第三区域 b3 又具有连续的走向。在此， 第三和第四两 个区段 a3， a4 构造成弧形并且向上成拱形。它们在其连接点 22 处相切地相互过渡。由此， 按照本发明的导向叶片 10 的曲率线 12 至少在区域 b2 中具有非连续的走向， 而另两个区域 b1 和 b3 具有连续的走向， 没有形成拐点。与本发明的第一实施形式不同， 在本发明的第二 实施形式中第一区域 b1( 或者说由区段 a1 和 a2 张成的 (gespannt) 的弧线 ) 构造成更长。 为此， 第三区域 b3 或者说由区段 a3 和 a4 张成的的弧线在第二实施形式中比在第一实施形 式中更短。
尽管上面借助于两个优选的实施例描述了本发明， 但是本发明不局限于此， 而是 可以各式各样的方式改型。尤其也可设想， 根据例如期望的各导向叶片的流动剖面， 代替 弧形的区段还将带有例如笔直形状 ( 未示出 ) 的区段相互组合和 / 或与弧形的区段组合。 此外， 导向叶片可具有至少一个由两个区段组成的区域或者多个区域或区段， 例如两个、 三 个、 四个、 五个、 六个以及更多的区域或区段。在此， 可使带有任意形状、 布置和 / 或尺寸的 区段相互组合。相应地也适用于由这些区段形成的区域。在两个按照本发明的实施形式 中， 如图 4 和 5 中所显示的那样， 区域 b1 至 b3 分别基本上布置在线图中的 x 轴以上。原则 上曲率线 12 的区域或区段可任意地伸延， 例如至少部分地在 x 轴以下， 如同例如在图 3 中 参照现有技术所显示的那样。可选地， 曲率线 12 的区域或区段也可完全在 x 轴以下或部分
地在 x 轴上伸延。此外， 笔直的和弧形的区段在导向叶片 10 的曲率线 12 中可任意地变化。 在此， 原则上导向叶片 10 可具有至少一个拐点 24 或多个拐点 24 或者说这样的点， 即， 在这 些点处， 曲率线 12 的各个曲线段不是相切地相互过渡。例如， 曲率线 12 可具有这些所谓的 拐点或者说不相切的过渡的一个、 两个、 三个、 四个以及多个， 其中， 拐点 24 可根据功能或 使用目的而设置在曲率线 12 的任意位置处。