[发明专利]废气涡轮增压器的叶轮

说明书

本发明涉及一种废气涡轮增压器的叶轮，该叶轮具有叶轮轮毂和设置在该叶轮轮毂上的叶轮叶片，这些叶轮叶片分别含有流体进入边和流体排出边，且分别具有在流体质量流的流向上伸展的叶片厚度分布。

由于针对废气排放到环境中的日益严格的法律，越来越多的车辆装备有通过废气涡轮增压器增压的柴油机或汽油机。此外，对内燃机的静态特性的要求在提高，也就是说，必须进一步改进功率、扭矩和消耗。对于借助涡轮增压器增压的内燃机来说，特别是暂态的响应特性也很重要。尽可能轻便的转子叶片组能实现使得涡轮机带有小的惯性矩，由此能实现改善的暂态的响应特性。最小的可能的叶片厚度受限于制造方法和所用材料的硬度特性。除了离心力外，还有剪切应力和压力形式的空气动力作用到叶轮叶片上。在冲流涡轮机时产生压力不均，其在每次转动时都会作用到叶轮叶片上。叶轮叶片必须具有刚性，这种刚性在一定程度上提高了其固有频率，使得它不会因这种压力波动而受激成危急的振动。

已知的是，在径向上规定叶轮叶片的厚度分布，且厚度曲线从小直径到大直径直线地下降。代替径向的射束，也可以采用垂直于液流通道的射束作为限定基础，即所谓的子午线射束（Meridionalstrahlen）。其它已知的方案是，厚度分布带有简单的参数函数比如抛物线或指数函数。相应函数或函数类型的参数本身按照硬度标准进行优化，从而在叶轮叶片中特别是在也称为叶片底脚的叶轮叶片底脚区域中出现小的机械应力，并实现叶轮叶片的足够的刚性。在叶片的底脚区域中，真正的厚度分布往往在通至轮毂的过渡中被全额半径覆盖。该半径越大，应力就越小，叶片刚性就越大。然而，制造标准和空气动力标准限制了满额半径的最大尺寸。通常，叶轮叶片在其尖端即在径向的边缘区域要比在轮毂处薄。如果叶片的刚性或固有频率不够用，通常把叶片高度在叶片高度最大的位置沿流向设计得缩短，但这在空气动力学方面是不利的。另一种可行方案在于，把叶片在整体上设计得较厚。这些解决方案既非惯性最优，也非硬度最优。此外，由于材料利用率比较差，浪费了安装空间，否则，在叶片底脚间距相同的情况下，所述安装空间可供附加的叶片使用。

由DE 10 2008 059 874 A1已知一种涡轮增压器的叶轮的叶片，该叶片在子午线视图中对于涡轮机叶轮叶片而言在其排出边上，或者对于压缩机叶轮叶片而言在其进入边上，其轴向长度至少在一个或多个区段中非线性地减小，对于该叶片来来说，适当地选择相应的区段和叶片的轴向长度的减小，从而叶片在叶片或叶轮的固有频率与效率损失之间具有预定的关系。此外，由该文献已知一种叶轮叶片，该叶轮叶片在子午线视图中对于涡轮机叶轮叶片而言在其排出边上，或者对于压缩机叶轮叶片而言在其进入边上，在第一上部区域中在轴向长度方面有所减小，其中，排出边在第二下部区域中垂直地、基本垂直地或者向后地、与流向相逆地伸展，或者，进入边在第二下部区域中垂直地、基本垂直地或者向后地、沿着流向伸展，从而叶轮的效率损失在预定的区域中有所限制。

本发明的目的在于，提出一种废气涡轮增压器的叶轮，该叶轮在工作中具有改善的特性。

本发明的目的通过一种具有下述特征的叶轮来实现。废气涡轮增压器的根据本发明的叶轮具有叶轮轮毂和设置在该叶轮轮毂上的叶轮叶片，这些叶轮叶片分别具有流体进入边、流体排出边和叶片高度以及叶片厚度分布。本发明的叶轮的特征在于，叶片厚度分布经过选择，使得叶轮叶片沿着其从流体进入边到流体排出边的伸展路段上，即在流体流的流向上，在叶片高度上具有至少一个在针对刚性的叶片厚度分布和针对惯性和应力的叶片厚度分布之间的过渡部。

在此，叶片高度系指，在径向方向上，以叶轮旋转轴线为参照，从在叶轮轮毂2和叶轮叶片3、叶片底脚或底脚区域B1之间的过渡区域起，直到离开叶轮轮毂2的径向的叶片边缘，相应的叶轮叶片的伸展路段。

叶轮叶片在流体流的流向上的伸展路段表示“叶片长度”，其起始于叶轮叶片的流体进入边，终止于叶轮叶片的流体排出边。

叶轮的一种有利设计的特点是，针对刚性的叶片厚度分布是在叶片高度上的瓶子状的叶片厚度分布，针对惯性和应力的叶片厚度分布是在叶片高度上的埃菲尔铁塔状的叶片厚度分布。