用于发动机的流体可变涡轮增压器的方法和系统与流程

用于发动机的流体可变涡轮增压器的方法和系统
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2018年12月13日提交的题为“用于机车发动机的可变几何涡轮增压器的方法和系统”的美国专利申请no.16/219,462的优先权。上述申请的全部内容出于所有目的通过引用并入本文。
技术领域
3.本文公开的主题的实施例涉及流体可变涡轮增压器。


背景技术：

4.发动机，例如安装在车辆上的发动机，可以配备可变几何涡轮增压器，这可以允许涡轮增压器的有效展弦比随着发动机工况的改变而改变，例如，从低发动机速度到高发动机速度。因此，可以在排气产量较低的发动机工况期间，提供所需的增压量。
5.可以在涡轮的喷嘴中布置叶片和其他类似组件，以调节涡轮几何形状。可以在涡轮内致动叶片或其他相邻组件以调节涡轮中的气流，以减小涡轮的有效喉部面积。这可以加速涡轮中的排气以增加涡轮速度并增加增压。


技术实现要素：

6.在一个实施例中，一种用于发动机的系统包括具有喷嘴环的增压器涡轮。所述喷嘴环包括多个静止叶片。所述多个静止叶片中的每个叶片包括一个或多个(例如，多个)布置在所述叶片外表面上的喷射口。所述系统还包括气体供应系统，所述气体供应系统被配置为供应可变气流，所述可变气流经由延伸穿过所述叶片的通道流向并流出所述多个喷射口。所述喷射口可以是圆形、槽形、多边形等。
附图说明
7.图1示出了根据本公开实施例的具有包括涡轮增压器装置的发动机的车辆的示意图。
8.图2a和图2b示出了具有适于喷射空气以调节涡轮喉部面积的喷嘴叶片的流体可变涡轮的第一实施例。
9.图3示出了具有适于喷射空气以调节涡轮喉部面积的喷嘴叶片的流体可变涡轮的第二实施例。
10.图4示出了具有有着喷气式喷嘴叶片的流体可变涡轮的涡轮增压器装置和用于喷嘴叶片的气流控制装置相结合的实施例。
11.图5示出了用于操作具有喷嘴叶片的流体可变涡轮的方法，所述喷嘴叶片适于喷射空气以调节涡轮的喉部面积。
12.图6示出了用于操作具有喷嘴叶片的流体可变涡轮的发动机运行顺序，所述喷嘴叶片适于喷射空气以基于发动机工况调节涡轮的喉部面积。
13.图7a和图7b示出了用于调节涡轮喉部面积的较小边界层和较大边界层的示例。
14.图8a、图8b和图8c示出了喷嘴叶片的可选示例。
具体实施方式
15.以下描述涉及用于发动机的系统的实施例，所述发动机包括具有喷嘴环的增压器涡轮，所述喷嘴环包括多个静止叶片，所述多个静止叶片中的每个静止叶片包括布置在叶片外表面的多个喷射口；和气体供应系统，所述气体供应系统供应可变气流，所述可变气流流向并流出所述多个喷射口。可变几何涡轮的先前示例在涡轮的喷嘴环内具有例如可枢转或可滑动的叶片的移动组件，以调节涡轮的几何形状。这种架构存在一些问题，包括维护、可靠性和制造困难(例如，移动组件可能会退化并需要更换，且制造起来可能更复杂和/或昂贵)。本文所述的静止叶片接收来自气源的气流，例如来自压缩机或涡轮增压器压缩机的气流，以便将空气喷射到涡轮的喷嘴中。经由叶片喷射的空气量可以调节涡轮的喉部面积，从而调节涡轮的输出。在一个示例中，可以通过调节布置在涡轮外部的流量控制系统的一个或多个阀门的位置来调节经由叶片喷射的空气量。然而，在可选实施例中，可以使用不同类型的可变致动器系统来调节从叶片喷射到涡轮喉部面积中的空气量。
16.在一个示例中，增压器涡轮从车辆的发动机接收排气，如图1所示。涡轮可以包括沿涡轮喷嘴的圆周布置的多个叶片，如图2所示。叶片可以包括多个入口和内部通道，用于从气源(例如涡轮增压器的压缩机)接收空气并将空气引导至布置在叶片外表面上的喷射口。在一个实施例中，喷射口可以排列成与入口和内部通道对齐的行，使得每排与一个入口和一个内部通道流体耦接，如图2b所示。流量控制系统，例如图4所示的流量控制系统，可以包括一组阀门，其中，每个阀门被配置为调节流向每个入口和内部通道的气流。图5示出了用于基于发动机工况(例如发动机功率水平)调节涡轮喷嘴叶片喷射的空气量的方法。图6示出了发动机运行顺序，其示出了供应给喷嘴叶片的空气基于发动机工况的变化而变化。叶片的可选实施例在图3中示出。叶片可产生边界层，该边界层基于流过叶片的空气量而确定尺寸。两个不同尺寸的边界层的示例在图7a和图7b中示出。叶片的其他可选示例在图8a、图8b和图8c中示出。
17.本文所述的方法可用于多种发动机类型和多种发动机驱动系统。这些系统中的一些系统可以是固定的，而其他系统可位于半移动或移动平台上。半移动平台可以在运行期间重新定位，例如安装在平板拖车上。移动平台包括自行式车辆。此类车辆可包括公路运输车辆，以及采矿设备、船舶、铁路车辆和其他非公路车辆(off
‑
highway vehicles，ohv)。为了说明的清楚，提供机车作为支持结合了本公开实施例的系统的移动平台的示例。
18.图1至图3和图8a至图8c示出了各种组件的相对位置的示例性配置。如果示出彼此直接接触或直接耦接，那么在至少一个示例中，此类元件可以分别被称为直接接触或直接耦接。类似地，在至少一个示例中，示出彼此相连或相邻的元件分别可以是彼此相连或相邻的。作为一个示例，彼此面对面接触放置的组件可以被称为是面对面接触。作为另一示例，在至少一个示例中，彼此分开放置的元件并且在其之间仅具有空间而没有其他组件可以被这样提及。作为又一示例，示出在彼此上方/下方、在彼此相对侧或在彼此左侧/右侧的元件可以被这样提及。此外，如图所示，在至少一个示例中，最顶部的元件或元件的点可被称为组件的“顶部”，最底部的元件或元件的点可被称为组件的“底部”。如本文所使用的，顶部/
底部、上部/下部、上方/下方可以相对于附图的纵轴，并且被用于描述附图的元件相对于彼此的位置。因此，在一个示例中，示出在其他元件上方的元件垂直定位在该其他元件上方。作为又一示例，附图中描绘的元件的形状可以被称为具有那些形状(例如，圆形、直线、平面、弯曲、圆形、倒角、成角度等)。此外，在至少一个示例中，示出的彼此相交的元件可以被称为相交元件或彼此相交。此外，在一个示例中，示出在另一个元件内的元件或示出在另一个元件外的元件可以被这样提及。
19.图1示出了可安装有涡轮增压器装置的系统的实施例。具体地，图1示出了车辆系统100的实施例的框图，在此被描绘为车辆106。图示的车辆被配置为通过多个车轮112在轨道102上行驶。如图所示，车辆106包括发动机104。发动机包括多个汽缸101(图1中仅示出了一个代表性汽缸)。每个汽缸都包括至少一个进气阀103、排气阀105和燃料喷射器107。每个进气阀、排气阀和燃料喷射器可以包括可通过来自发动机104的控制器110的信号致动的致动器。在其他非限制性实施例中，发动机104可以是诸如发电厂应用中的固定式发动机，或者是船舶或其他如上所述的公路或非公路车辆推进系统中的发动机。
20.发动机从进气通道114接收用于燃烧的进气。进气通道包括过滤来自车辆外部的空气的空气过滤器160。发动机燃烧产生的排气被供应到排气通道116。排气流经排气通道，并流出车辆的排气管。在一个示例中，发动机是通过压缩点火燃烧空气和柴油燃料的柴油发动机。在另一个示例中，发动机是双燃料或多燃料发动机，其在压缩空气
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气体燃料混合物期间通过喷射柴油燃料而可以燃烧气体燃料和空气的混合物。在其他非限制性实施例中，发动机可以附加地通过压缩点火(和/或火花点火)燃烧包括汽油、煤油、天然气、生物柴油或类似密度的其他石油馏出物的燃料。
21.在一个实施例中，车辆是柴油
‑
电力车辆。如图1所示，发动机连接到发电系统，该系统包括交流发电机/发电机122和电力牵引马达124。例如，发动机是产生扭矩输出的柴油和/或天然气发动机，该扭矩输出被传输到与发动机机械耦接的交流发电机/发电机。在本文的一个实施例中，发动机是使用柴油燃料和天然气运行的多燃料发动机，但是在其他示例中，发动机可以使用除柴油和天然气之外的各种燃料组合。
22.交流发电机/发电机122产生电力，该电力可以被储存并应用于随后传播到的各种下游电气组件。作为示例，交流发电机/发电机122可以与多个牵引马达电耦接并且交流发电机/发电机可以向多个牵引马达提供电力。如图所示，多个牵引马达各自连接到多个车轮之一来提供牵引动力以推进车辆。一个示例性配置包括每个轮组设置一个牵引电机。如这里所描绘的，六个牵引马达对应于车辆的六对动力轮中的每对动力轮。在另一示例中，交流发电机/发电机可以与一个或多个电阻网126耦接。电阻网可以被配置为通过电网从交流发电机/发电机产生的电力中产生的热量来耗散过量的发动机扭矩。
23.在一些实施例中，车辆系统可包括布置在进气通道和排气通道之间的涡轮增压器120。涡轮增压器增加吸入进气通道的环境空气的充气量，以便在燃烧期间提供更大的充气密度，从而增加功率输出和/或发动机运行效率。涡轮增压器可包括至少一个压缩机(未示出)，其至少部分地由至少一个对应的涡轮(未示出)驱动。在一些实施例中，车辆系统还可包括耦接在涡轮增压器上游和/或下游的排气通道中的后处理系统。在一个实施例中，后处理系统可包括柴油氧化催化剂(doc)和柴油微粒过滤器(dpf)。在其他实施例中，后处理系统可以附加地或替代地包括一个或多个排放控制设备。这种排放控制设备可包括选择性催
化还原(scr)催化剂、三元催化剂、nox捕集器或各种其他设备或排气后处理系统。
24.如图1所示，车辆系统还包括冷却系统150(例如，发动机冷却系统)。冷却系统使冷却剂循环通过发动机以吸收发动机热量并将加热的冷却剂分配到热交换器，例如散热器152(例如，散热器热交换器)。在一个示例中，冷却剂可以是水。风扇154可以与散热器耦接，以便在发动机运行时车辆缓慢移动或停止时维持通过散热器的气流。在一些示例中，风扇速度可以由控制器控制。由散热器冷却的冷却剂可进入罐(未示出)。然后冷却剂可由水或冷却剂泵156泵送回发动机或车辆系统的另一组件。
25.控制器110可以被配置为控制与车辆相关的各种组件。例如，车辆系统的各种组件可以经由通信信道或数据总线与控制器耦接。在一个示例中，控制器包括计算机控制系统。控制器可以附加地或替代地包括保持非暂态计算机可读存储介质(未示出)的存储器，该非暂态计算机可读存储介质包括用于实现车辆运行的车载监控和控制的代码。在一些示例中，控制器可以包括多于一个的控制器，每个控制器彼此通信，例如控制发动机的第一控制器和控制机车的其他运行参数(例如牵引马达负载、鼓风机速度等)的第二控制器。第一控制器可以被配置为基于从第二控制器接收的输出控制各种致动器和/或第二控制器可以被配置为基于从第一控制器接收的输出来控制各种致动器。
26.控制器可以从多个传感器接收信息并且可以向多个致动器发送控制信号。控制器在监督发动机和/或车辆的控制和管理的同时，可以被配置为从各种发动机传感器接收信号，如本文进一步详述，以便确定运行参数和工况，并相应地调节各种发动机致动器以控制发动机和/或轨道车辆的运行。例如，发动机控制器可以从各种发动机传感器接收信号，包括但不限于发动机转速、发动机负载、进气歧管空气压力、增压压力、排气压力、环境压力、环境温度、排气温度、微粒过滤器温度、微粒过滤器背压、发动机冷却剂压力等。附加的传感器，例如冷却剂温度传感器，可以设置在冷却系统中。相应地，控制器可以通过向各种组件(例如牵引马达、交流发电机/发电机、燃料喷射器、阀门(例如，冷却剂和/或egr冷却器阀门)、冷却剂泵或类似)发送命令来控制发动机和/或车辆。例如，控制器可以控制发动机冷却系统中的限制元件(例如，诸如阀门)的操作。其他致动器可以耦接到车辆中的不同位置。
27.在本文中，针对涡轮增压器的涡轮进行描述，例如图1中所示的涡轮增压器120，其可以是流体可变涡轮，其中，涡轮的喉部面积可基于发动机工况进行调节。在一个示例中，发动机工况是发动机功率水平(例如，档位水平)和/或发动机负载。随着发动机功率水平降低，可能需要减小涡轮的喉部面积。可变几何涡轮的先前示例包括机械可移动叶片或具有可移动组件(例如，护罩或其他类似设备)的静止叶片。通过移动叶片或相邻组件来调节涡轮的喉部面积，以调节通过涡轮的气流速度，并增加由当前排气生产水平所提供的增压。
28.然而，这种涡轮可能具有缺点。例如，布置在涡轮中的移动组件，例如机械可移动组件，可能易于老化，这可能难以接近和修理。此外，这种涡轮的制造可能很麻烦，因为电线穿过涡轮的各个表面，在发动机运行期间这些表面可能会变热。因此，电线可能需要耐热涂层。发明人已经认识到这些问题并提出了至少部分地解决这些问题的方法。通过利用涡轮中的多个固定喷嘴叶片将不同空气量喷射到涡轮喷嘴中，通过流体阻塞来调节喷嘴的喉部面积，并在涡轮外部为涡轮内部的固定喷嘴叶片布置流量控制系统，可以避免上述问题。例如，这样的系统可以减少涡轮内的机械组件的数量。此外，本文所述的喷嘴叶片和流量控制系统可提供对涡轮面积调节的更大程度的控制，从而可实现更大范围的增压。
29.现在转向参考图2a，其示出了涡轮202的第一实施例200。涡轮可用于图1的涡轮增压器装置120中。轴系统290被示为包括三个轴，即平行于水平方向的x轴、平行于垂直方向的y轴和同时垂直于x轴和y轴的z轴。轴线可用于描述涡轮组件的形状和取向。
30.涡轮包括涡轮外壳204，其可形成排气入口206。排气入口206可包括蜗壳形状，适于从发动机(例如图1的发动机104)接收排气。排气入口的蜗壳形状可以以360
°
方式将排气分布到涡轮叶轮(圆209指示涡轮叶轮可以设置在涡轮内的位置)。排气可以使涡轮叶轮旋转，这可以以本领域普通技术人员已知的方式转化为压缩机叶轮的旋转。
31.涡轮还可以包括多个叶片210，这些叶片210围绕涡轮转子的整个圆周、沿着喷嘴环208布置在涡轮转子的附近和周围。喷嘴环208和多个叶片210可以一起形成涡轮的喷嘴(例如，涡轮喷嘴)，适于将排气流引导至涡轮转子。在一些示例中，多个叶片可以打印到喷嘴环上，例如，使用添加物制造或3
‑
d打印机。附加地或替代地，多个叶片可由模具组装。多个叶片可以是固定且静止的。例如，每个叶片可以是静止的且不相对于喷嘴环的主体(叶片附接到其上)和涡轮转子的中轴移动(例如，枢转、旋转或平移)。此外，涡轮内部的多个叶片可以没有电气、机械、气动、液压和其他类型的致动器。多个叶片可以没有移动部件，例如滑动壁、开槽护罩或本领域普通技术人员已知的用于调节涡轮壳体几何形状的其他设备。在一个示例中，叶片可以相对于喷嘴环固定，使得当喷嘴环旋转时叶片保持静止。附加地或替代地，叶片可以随着喷嘴环的旋转而旋转，但是不能独立于喷嘴环而旋转。
32.多个叶片可以围绕喷嘴环的整个圆周布置在涡轮转子和排气入口之间。多个叶片可被成形为基于一种或多种发动机工况(例如发动机功率水平)来调节涡轮的几何形状。多个叶片可被成形为通过一个或多个喷射口喷射空气，这可以产生空气的边界层。空气的边界层可以减小喷嘴的有效喉部面积，这可以调节涡轮增压器的运行点。在一个示例中，空气的边界层调节了涡轮壳体的几何形状，随着排气在边界层之间向涡轮叶片流动时加速排气，使涡轮叶片比其他情况下旋转得更快。当排气产量的当前水平不足以(例如，低于阈值)满足当前的增压需求时，例如在较低的发动机功率水平期间，这可能是需要的。
33.转为参考图2b，其示出了图2a的多个叶片210中的三个叶片260的详细视图250。更具体地，三个叶片包括第一叶片260a、第二叶片260b和第三叶片260c。
34.三个叶片可以各自包括单独的中轴，其还可以限定每个叶片的长轴，包括第一叶片中轴262a、第二叶片中轴262b和第三叶片中轴262c。叶片可以相对于彼此成角度，使得这些中轴可以偏离。在一个示例中，这些中轴不平行。在一个示例中，三个叶片中的每个叶片之间的角度可以是固定的。在一些实施例中，附加地或替代地，叶片可以各自不同地定向，使得第一叶片和第二叶片之间的角度不同于第二叶片和第三叶片之间的角度。在任一情况下，由于叶片一旦布置在喷嘴环上就被固定且静止，因此相邻叶片之间的角度可能无法调节。
35.相邻叶片之间的角度可以小于80度。在一些示例中，附加地或替代地，相邻叶片之间的角度在5度和70度之间。在一些示例中，附加地或替代地，相邻叶片之间的角度在5度和60度之间。在一些示例中，附加地或替代地，相邻叶片之间的角度在5度和50度之间。在一些示例中，附加地或替代地，相邻叶片之间的角度在5度和40度之间。在一些示例中，附加地或替代地，相邻叶片之间的角度在5度和30度之间。在一些示例中，附加地或替代地，相邻叶片之间的角度在5度和20度之间。在一些示例中，附加地或替代地，相邻叶片之间的角度在10
度和20度之间。在一个示例中，角度是15度。在一些示例中，角度可以是基于提高多个负载点的效率的。因此，可以基于所需负载点的效率最大化来调节角度。
36.第一叶片、第二叶片和第三叶片的尺寸和形状可以基本相同。第一叶片、第二叶片和第三叶片可以是单个连续件。更具体地，每个叶片可以包括第一末端271和第二末端272，其中第二末端的曲率可比第一末端更明显。因此，第一末端可以比第二末端更尖。这样，当叶片从第二末端延伸到第一末端时，叶片可以变窄。
37.第一末端和第二末端可以是叶片主体273的末端。叶片主体273可以是实心的，但为一个或多个喷射口布置在其中的一个或多个内部通道除外，这将在下文描述。叶片主体273可包括第一侧壁274和第二侧壁275。第一侧壁在尺寸和形状上可以与第二侧壁基本相同，除了第二侧壁可以与涡轮202的一部分物理耦接。物理耦接可包括螺栓、粘合剂、焊接和熔合中的一种或多种以将叶片保持在静止位置。第一侧壁和第二侧壁中的每个可以从第一末端和第二末端之间延伸。包括侧壁的叶片主体可包括桨状形状。在一些示例中，附加地或替代地，侧壁可以包括细长的泪珠形状。
38.每个叶片可包括多个入口，其中，第一叶片包括第一多个入口264a，第二叶片包括第二多个入口264b，第三叶片包括第三多个入口264c。多个入口中的每个入口可沿着叶片的第一侧壁布置，面向与涡轮叶片相反的方向。
39.第一多个入口可以成形和/或构造成使空气流向布置在第一叶片的叶片主体的外表面上的第一多个喷射口266a。第二多个入口可以成形和/或构造成使空气流向布置在第二叶片的叶片主体的外表面上的第二多个喷射口266b。第三多个入口可以成形和/或构造成使空气流向布置在第三叶片的叶片主体的外表面上的第三多个喷射口266c。空气可以通过设置在涡轮外部的流量控制系统从气源(例如，压缩机，如图4所示)流到入口，经由一个或多个内部通道，从喷射口流出以形成空气边界层。附加地或替代地，空气供应可以部分地或完全地来自涡轮增压器的压缩机出口，以达到在各种工况下可以实现期望的益处的程度。在一些应用中，涡轮叶片的空气供应也可以由发动机外的源补充，例如辅助泵。
40.第一叶片、第二叶片和第三叶片可以基本相同。因此，关于第一叶片的第一多个入口和第一多个喷射口的以下描述也可适用于第二叶片和第三叶片的多个入口和多个喷射口。第一多个入口可以沿着共轴对齐并且布置在第一侧表面上。第一多个入口中的每个入口可包括圆形形状。然而，在可选实施例中，入口可具有不同的形状，例如正方形、矩形或椭圆形。第一多个入口中的每个入口的尺寸可以类似。第一多个入口可接收来自气源的空气并将接收到的空气通过第一叶片的内部通道引导至多个相应的喷射口。在一个示例中，内部通道在垂直于共轴和中轴的方向上延伸，其中，内部通道只与沿其路径布置的喷射口流体耦接，喷射口可以包括一排喷射口。也就是说，一个入口可以只与一个内部通道流体耦接，并且内部通道可以只与与内部通道的轴线对齐的喷射口流体耦接。因此，在第一叶片的示例中，可以有四个内部通道，其中，每个内部通道与两个喷射口流体耦接。内部通道可以被机械加工和/或模制到叶片主体中。因此，除了内部通道之外，叶片主体可以是实心的。这样，不同内部通道中的流体(例如，空气)可能不会混合。在一个示例中，不包括入口和内部通道但包括喷射口的第一叶片可包括关于中轴的反对称。附加地或替代地，第一叶片，不包括喷射口但包括入口和内部通道，可包括关于共轴的反射对称(reflectional symmetry)。
41.更具体地，来自气源的空气可以流到第一多个入口264a和第一多个内部通道
268a，它们与第一多个喷射口266a流体耦接。来自气源的空气可以流到第二多个入口264b和第二多个内部通道268b，它们与第二多个喷射口266b流体耦接。来自气源的空气可以流到第三多个入口264c和第三多个内部通道268c，它们与第三多个喷射口266c流体耦接。
42.每个内部通道可以起始于单个入口，其中，内部通道可以对应于与入口相对应的喷射口数量而分支若干次，内部通道可以止于每个喷射口处。在图2b的示例中，每个入口对应有两个喷射口，因此，每个内部通道可以从公共通道分支两次，其中，两个分支中的每个分支止于喷射口。单个共享叶片的内部通道可以彼此流体分离，使得第一内部通道的气体不与第二内部通道的气体混合。附加地或替代地，在一些示例中，叶片可以是中空的并且用作提供所需空气供应的增压室。叶片的内部结构可以包括独特的几何形状，其导致向入口呈现的优化流量的特定状态，从而提高了喉部减径的有效性。
43.多个喷射口中的每个喷射口可布置成沿径向向内、与涡轮叶轮(turbine wheel)的中轴(虚线299)成角度、垂直于叶片主体的平面的方向喷射空气。这可导致喷嘴环的喉部面积减小。进气口可以布置在叶片的任一侧。也就是说，进气口可以布置在图2b所示的一侧或在相反侧，如图3所示。取决于气流行为和所需的喉部喷嘴特性，可以使用任一进气口的迭代。更具体地，当空气流过多个喷射口并进入喷嘴环时，可以形成空气的边界层。这样，边界层可以通过流体阻塞减小喷嘴环开口，这可以增加流向涡轮叶片的排气的加速度，这可以允许涡轮增压器实现更高的增压量。在较低的发动机负载和/或较低的发动机功率下可能期望这样，其中排气产量可能是低的并且不足以提供期望的增压量。如下文进一步描述的，随着由叶片喷射的空气量增加，边界层可进一步增加(例如，在从叶片向外的方向上延伸)，进一步减小喷嘴喉部面积并增加排气加速。在一些示例中，应用可以受益于本示例的变体，其可以模仿移动壁几何涡轮，其可以包括作用于垂直于叶片表面上的进气口。
44.多个入口可以被配置为使得每个入口对应于多个喷射口中的两个或更多个喷射口。在图2b的示例中，多个入口中的每个入口对应于两个喷射口。在一个示例中，第一叶片包括四个入口，其中，每个入口与两个喷射口流体耦接。因此，第一叶片包括分成四组和/或四排的八个喷射口，其中，每组喷射口与多个入口中的一个不同入口流体耦接。然而，在可选实施例中，可以有不同数量和形状的喷射口。图3示出了调节涡轮喉部面积的叶片形状的另一个示例。
45.如下文将描述的，用于叶片的流量控制系统可以包括阀门致动系统，该阀门致动系统可以包括多个阀门，所述阀门被配置为单独地调节流向布置在共享排内的每个喷射口的气流。
46.转向参考图3，其示出了图2a和图2b示出的多个叶片210的可选实施例300。更具体地，可选实施例示出了叶片302的多个入口312和多个喷射口314的不同布置。更具体地，多个入口的数量可以少于图2b所示的多个入口的数量。在一个示例中，在图3的示例中每个叶片只有两个入口，而图2b的示例每个叶片包括四个入口。
47.第一入口312a可以使空气流动到第一组和/或第一排喷射口314a。第二入口312b可以使空气流动到第二组和/或第二排喷射口314b。因而，流量控制系统的阀门或其他类似设备可专用于调节空气仅流向第一入口和第一组和/或第一排喷射口。流量控制系统的第二阀门可以专用于调节空气仅流向第二入口和第二组和/或第二排喷射口。在一个示例中，所述阀门是图4所示的流量控制系统的阀门。阀门可以在完全关闭和完全打开位置之间致
动。这样，打开更多的阀门可以增加从叶片喷射的空气量。附加地或替代地，阀门可以被致动到完全关闭和完全打开之间的位置。以此方式，在完全关闭位置可出现最小或没有气流，而在完全打开位置可出现最大气流。因此，完全打开和完全关闭位置之间的位置可提供小于最大量且大于最小量的气流量。以这种方式，阀门可以通过喷射口提供连续可变的气流量。可以独立操作阀门，使得通过第一排喷射口的气流可以不同于通过第二排喷射口的气流。例如，第一排喷射口可以流过最大的气流，而第二排喷射口可以流过与第二阀门的部分打开位置相对应的气流。通过这样做，随着发动机功率水平降低，各排可以逐渐被激活(例如，能够使空气流入涡轮)以满足增压需求。
48.第一组喷射口可能与第二组喷射口错位。也就是说，不同组的喷射口可以相对于平行于中轴399的叶片的纵向轴线错位。在一个示例中，第一组中的喷射口数量可以大于第二组中的喷射口数量。附加地或替代地，在不脱离本公开的范围的情况下，数量可以相等。另外，虽然图3中仅示出了两排喷射口(和两个相应的空气入口)，在可选实施例中，附加排的喷射口(和相应的空气入口)可以包括在每个叶片的外表面上。例如，每个叶片可以包括三排、四排、五排或类似排的喷射口和相应数量的空气入口。通过使空气流到越来越多的入口(例如，通过下面描述的阀门系统)，喷嘴喉部面积可以逐渐减小。
49.在图3的示例中，喷射口布置成沿径向向外方向喷射空气，该径向向外方向可以与图2b所示的径向向内方向相反。无论如何，喷射口仍可产生空气的边界层，其可提供与关于图2b描述的类似的喉部面积减少。
50.转向参考图4，其示出了包括发动机410、涡轮增压器420和流量控制系统430的实施例400。发动机410和涡轮增压器420可以类似于图1的发动机104和涡轮增压器120使用。如图所示，涡轮增压器420包括涡轮(turbine)421和压缩机424。涡轮可以类似于图2a的涡轮202使用。
51.箭头442表示增压气流从压缩机424流向发动机410。当空气燃烧时，发动机可将排气(如箭头444所示)排出至涡轮。附加地或替代地，增压空气冷却器450可以以本领域普通技术人员已知的方式布置在压缩机和发动机之间。增压空气冷却器可以冷却来自压缩机的压缩空气，这可以冷却发动机组件并提供更大的发动机功率输出。在一些发动机工况下，可能需要减小涡轮的喉部面积，以补偿排气产量不足以满足增压需求的情况。为了减小涡轮的喉部面积，空气的边界层可以通过布置在涡轮转子422和压缩机之间的喷嘴426中的叶片产生。叶片可以通过流量控制系统430从气源接收空气。在一个示例中，气源是压缩机424。在另一个示例中，气源可以是增压空气冷却器。气源可以基于工况在压缩机和增压空气冷却器之间切换。例如，通过叶片的气流可以形成边界层并且可以冷却涡轮。如果需要增加冷却量，则可选择增压空气冷却器作为气源而不是压缩机，如箭头452所示。然而，如果不需要冷却或需要较少的冷却，则可以选择压缩机。
52.箭头446表示气流从压缩机流向流量控制系统，其中空气流过至少一部分打开的阀门并流向叶片，如箭头448所示。可以通过来自控制器490的信号命令阀门打开，该控制器可以与图1的控制器110类似地使用。控制器可以响应于发动机工况(例如，发动机功率水平和/或涡轮前温度)将信号发送到阀门的致动器。
53.更具体地，当流量控制系统的一个或多个阀门处于至少部分打开的位置时，多个入口可以接收来自气源的空气。在一些示例中，布置在流量控制系统中的阀门的数量可以
等于多个入口的数量。因此，如果有四个入口，则流量控制系统可以包括四个阀门。在一些示例中，单个阀门可以调节流向每个叶片的单个入口的气流。继续上面的示例，其中，每个叶片包括四个入口，流量控制系统的第一阀门可以调节流向叶片的的气流第一入口，流量控制系统的第二阀门可以调节流向叶片的的气流第二入口，流量控制系统的第三阀门可以调节流向叶片的的气流第三入口，流量控制系统的第四阀门可以调节流向叶片的的气流第四入口。以此方式，如果第一阀门处于部分打开位置且第二阀门、第三阀门和第四阀门处于完全关闭位置，则空气可以仅流过与叶片的第一入口流体连接的喷射口。
54.在一些实施例中，附加地或替代地，流量控制系统可以包括可控制的、用以调节流向叶片的每个入口的气流的单个阀门。因此，单个阀门可以逐渐打开，使得每个叶片的每个喷射口喷射更多的空气，从而增加边界层尺寸并减小喉部面积。因此，单个阀门也可以逐渐关闭，使得每个叶片的每个喷射口喷射较少，从而减小边界层尺寸并增加喉部面积。
55.在一些实施例中，附加地或替代地，流量控制系统可以包括阀门的配置，使得气流流经每个叶片可以被单独地调节。因此，如果多个叶片中的一个叶片包括四个入口，则流量控制系统可以包括四个阀门以调节气流流经叶片的每个入口，并且阀门系统可以包括用于每个叶片的四个阀门。
56.附加地或替代地，流量控制系统可以包括用于计量来自压缩机和增压空气冷却器的气流的阀门的组合。在一些示例中，可以通过混合来自压缩机和增压空气冷却器的空气来向叶片提供所需温度的空气。以此方式，当涡轮前温度(pre
‑
turbine temperature)大于或等于阈值时，可以在涡轮中实现所需的冷却量。正如将在图5的方法中描述的那样，可以操作流量控制系统以调节来自气源的气流以调节涡轮温度或调节涡轮的喉部面积。
57.转向参考图5，图5示出了方法500，用于调节流过涡轮喷嘴叶片的气流以调节涡轮喷嘴的喉部面积，以提高涡轮增压器效率的同时满足当前发动机工况的增压需求。用于执行方法500的指令可以由控制器(例如，图1所示的控制器110或图4所示的控制器490)基于存储在控制器的存储器上的指令、并结合从发动机系统的传感器(例如上面参考图1描述的传感器)接收的信号来执行。根据下面描述的方法，控制器可以使用发动机系统的发动机致动器(例如上面参考图4描述的致动器)并结合涡轮增压器的喷嘴叶片(例如图2和/或图3所示的喷嘴叶片)来调节发动机运行。
58.方法500始于502，其包括确定、估计和/或测量一个或多个发动机运行参数。一个或多个发动机运行参数可包括但不限于发动机转速、发动机负载、发动机功率水平(例如，档位水平)、发动机温度、空气流量、增压、egr(exhaust gas recirculation)流速、排气压力和空气/燃料比中的一项或多项。
59.方法500可以进行到504，其可以包括确定发动机功率水平(例如，发动机负载水平或档位水平)是否处于满发动机功率水平。如果发动机以最高功率输出运行或者如果发动机功率水平大于阈值功率水平，则发动机功率水平可以是满的。附加地或替代地，发动机功率水平可以对应于节气门位置，其中完全打开的节气门位置可以指示发动机功率水平是满的。附加地或替代地，该方法可以进一步包括确定是否满足增压需求。例如，根据压缩机性能图，如果压缩机速度与和特定压缩机速度相关联的值匹配，则可以满足增压需求。在又一示例中，当发动机(例如机车发动机)的档位水平处于最高可用档位水平时，发动机功率水平可以处于满(例如，最高)水平。
60.如果发动机功率水平处于满功率水平，则方法500可以进行到508，其可以包括确定涡轮前温度是否小于阈值温度。可以基于来自布置在涡轮上游和发动机下游的温度传感器的反馈来估计涡轮前温度，使得来自发动机的排气在涡轮之前到达温度传感器。温度传感器可以提供流向涡轮的排气温度的指示，该指示可经由存储在查找表中的数据进行推算以估计涡轮温度。阈值温度可以基本上等于可能发生退化的涡轮温度。因此，如果涡轮前温度大于阈值温度，涡轮可能太热或变得太热。如果涡轮前温度小于阈值温度，则方法500可进行至510，其可以包括维持当前发动机的运行参数。在一个示例中，这还可以包括不运行具有可变几何形状的涡轮。因此，在512，流量控制系统阻止气流流向叶片(例如，阻止流向喷嘴叶片的气口)。这样，在涡轮喷嘴中，喷嘴叶片之间不会形成空气边界层。
61.如果发动机功率水平小于满水平或者如果发动机功率水平等于满水平但是涡轮前温度大于或等于阈值温度，则方法500可以进行到514，这可以包括使空气从气源流向叶片，在516，以形成空气边界层。这可以包括将流量控制系统的一个或多个阀门调节到至少部分打开的位置。如上所述，气源可以是压缩机或增压空气冷却器。附加地或替代地，高压空气可以从一些其他设备(例如泵或停用汽缸)获取。在一些示例中，可以使用多个气源来使空气流向叶片。例如，增压空气冷却器和压缩机中的每个都可以用于向叶片提供未冷却和冷却的压缩空气的混合物。附加地或替代地，在给定时刻，只有压缩机和增压空气冷却器之一可以向叶片提供空气。
62.流向叶片的气量可以基于多种因素，包括发动机功率水平和涡轮前温度。在一个示例中，如果发动机功率水平是较低的功率水平，则更多的空气可以流向叶片。附加地或替代地，随着涡轮前温度和阈值温度之间的差增加，更多的空气可以流到叶片。因此，随着发动机功率水平的增加，或者随着涡轮前温度和阈值温度之间的差减小，流向叶片的空气可能更少。
63.在一些示例中，在较高的发动机功率水平(例如满发动机功率水平)期间，涡轮前温度可以高于阈值温度。在这样的示例中，一部分排气可以绕过涡轮以避免喘振(surge)。以这种方式，当涡轮前温度过高时形成的边界层可以通过排气旁通阀(wastegate)或其他类似设备绕过涡轮周围的排气来补偿。
64.如上所述，流量控制系统的阀门可以被配置为致动到完全打开位置、完全关闭位置或它们之间的位置。完全打开位置允许100％的气流，而完全关闭位置阻止气流(例如，允许0％的气流)。因此，完全打开和完全关闭之间的阀门位置可以允许0％到100％的气流。这可以对涡轮中产生的有效喉部面积提供更好的控制，允许控制器更精细地调节所提供的增压量。
65.方法500可以进行到518，其可以包括确定涡轮面积是否没有改变。如果涡轮面积没有改变，则方法500可以进行到520以停止将空气流向叶片，在522，以激活指示灯。指示灯可以警告操作员涡轮已经发生退化。退化可能包括流量控制系统的阀门或其他元件被卡住和/或叶片的喷射口或其他开口被堵塞。如果涡轮面积正在改变，则气流流过叶片并形成边界层，方法500可以进行到524以确定发动机功率水平是否正在降低。该方法还可以包括确定涡轮前温度和阈值温度之间的差值是否正在增加。如果发动机功率水平正在降低，或者如果差值正在增加，则方法500可以进行到526将更多的空气从气源流向叶片，以增加边界层大小和/或增加冷却。如果边界层尺寸增加，则可以用更小体积的排气产生更多增压。此
外，随着更多气流从叶片流入涡轮喷嘴，涡轮可以被冷却。
66.如果发动机功率水平没有减少，或者如果差值没有增加，则方法500可以进行到528以确定发动机功率水平是否增加，或者差值是否减少。如果发动机功率水平正在增加，或者如果差值正在减小，则方法500可以进行到530以减少从气源流向叶片的气流。这可以减小边界层尺寸并减少由叶片提供的冷却。
67.如果发动机功率水平没有增加，或者如果差值没有减少，则方法500可以进行到532，发动机功率水是平恒定的。方法500可以进行到534以维持流向叶片的当前气流，从而边界层和冷却不改变。
68.转向参考图6，其示出了发动机运行顺序600，该发动机运行顺序示出了发动机(例如图1的发动机104)执行用于调节涡轮的有效喉部面积的方法(例如图5的方法500)的一个或多个工况。曲线610示出了发动机功率水平，其可以类似于发动机负载和/或发动机的档位水平。曲线620示出了由涡轮增压器提供的当前增压，虚线所示的曲线622示出了增压需求。在一些情况下，曲线622可以跟踪(track)曲线620，因此，这两条曲线可以重叠，从而说明这两条曲线之间的等效性。曲线630示出了流量控制系统(例如，图4中所示的流量控制系统430)的多个阀门处于至少部分打开的位置。因此，曲线630对应于提供给喷嘴叶片的气流量(例如，随着更多数量的阀门被打开，提供更多气流)。然而，在可选实施例中，可以使用不同类型的流量控制系统来调节(例如，基于发动机工况连续调节)提供给喷嘴叶片的气流量。曲线640示出了涡轮的有效喉部面积。时间从图的左侧到右侧增加。
69.在t1之前，发动机功率水平相对较高(曲线610)。例如，时间t1之前的发动机功率水平可以代表满载条件。增压需求也相对较高(曲线622)。当前增压(曲线620)等于增压需求而不用调节涡轮的有效喉部面积(曲线640)。因此，t1之前的排气产量足以满足增压需求，而无需打开流量控制系统的阀门。此外，包括喷嘴叶片的喷嘴环可以针对满负载操作优化(例如，当流经涡轮的气流相对较高时，叶片可设置在喷嘴环上以在满负载操作时提高效率)。因此，没有阀门是打开的(曲线630)。在t1，发动机负载开始下降。
70.在t1和t2之间，发动机功率水平继续降低。增压需求也减少。然而，在当前较低的排气产量水平下，涡轮的效率可能会降低并且可能无法满足增压需求，因此，当前增压低于增压需求。在t2，流量控制系统的一个阀门移动到至少部分打开的位置。在图6的示例中，一个阀门移动到一个完全打开的位置。
71.在t2和t3之间，空气可以流经与打开的阀门相对应的叶片的入口。因此，与接收空气的入口流体耦接的喷射口可以开始在涡轮喷嘴附近流动空气，并形成空气的边界层。空气的边界层可能会减小涡轮的有效喉部面积，从而导致由当前排气产量水平提供的增压放大。因此，当前的增压朝着增压需求增加。然而，目前的增压仍低于增压需求。在t3，第二阀门打开，使得两个阀门处于打开位置。响应于发动机功率水平继续降低可以打开第二阀门。
72.在t3和t4之间，空气可以流经与包括第一阀门和第二阀门的两个打开的阀门相对应的叶片的入口。因此，与接收空气的入口流体耦接的喷射口可以使空气在涡轮喷嘴附近流动并增加空气边界层的尺寸。随着空气边界层尺寸的增加，涡轮的有效喉部面积减小，从而加速流向涡轮叶片的排气并增加增压。当前增压朝着并等于增压需求的方向增加。在t4，发动机功率水平保持恒定。
73.在t4和t5之间，发动机功率水平开始增加，从而增加增压需求和当前增压。然而，
随着发动机功率水平的增加，产生的排气也可能增加，从而减少了通过减小有效喉部面积来放大排气效果的需求。因此，打开的阀门数量从两个减少到一个，并且有效喉部面积增加以防止产生过多的增压。在t5，发动机功率水平继续增加。
74.在t5之后，发动机功率水平继续增加并且排气产量达到不再需要空气边界层的量。因此，剩余的阀门移动到关闭位置。空气的边界层被破坏，涡轮的有效喉部面积增加到全面积。
75.现在转向参考图7a和图7b，它们分别示出了不同尺寸的空气边界层的第一和第二示例700和750，这些空气边界层通过使空气流经涡轮喷嘴的静止叶片(例如图2和图3中所示的叶片)并从中流出而形成。更具体地，第一示例示出了较小的边界层，而第二示例示出了较大的边界层。每个示例包括将空气722导向第二叶片704的第一叶片702。空气可以从第一叶片的喷射口706流向第二叶片，其中，空气的流动方向与第二叶片的平面成角度且垂直于第一叶片的平面。空气可以形成边界层，其中，边界层的外边界由虚线708示出。双头箭头712示出了第一示例的边界层和第二叶片之间的距离。双头箭头714示出了第二示例的边界层和第二叶片之间的距离。如图所示，第一示例中的第二叶片与边界层之间的距离大于第二示例中的第二叶片与边界层之间的距离。更具体地，双头箭头712比双头箭头714大，因为与第二示例相比，第一示例中流动的空气更少。结果，在第一示例中流经第二叶片和边界层之间的空间的排气724的加速可以少于在第二示例中流经第二叶片和边界层之间的空间的排气的加速。因此，在同等体积的排气情况下，第二示例可以提供比第一示例更多的增压。以这种方式，涡轮喷嘴的几何形状可以单独通过叶片气流而不是通过机械地调节叶片的位置来调节。
76.现在转向参考图8a，其示出了多个叶片810的实施例800。多个叶片810可以类似于图2a的多个叶片210，为桨状或水滴状、是固定的等等，并因此可以耦接到涡轮的喷嘴环上。多个叶片810可以包括多个入口812，该多个入口812被配置为引导气体(例如空气)到多个喷射口814。多个喷射口814可被配置为基于至少发动机功率水平和排气产量来调节涡轮的有效喉部面积。
77.多个喷射口814可以包括喷射口816，并且多个喷射口814中剩余的喷射口可以与喷射口816基本相同。喷射口816可以是单个开口，在垂直于多个叶片810中的第一叶片815的中轴899的方向上延伸。喷射口816可以是相对长(例如，宽度)和窄(例如，高度)的槽状或其他类型的开口。在一个示例中，喷射口可以包括矩形形状。因此，喷射口816的四个角可以是90
°
。附加地或替代地，喷射口816可以包括弯曲和/或圆角，这可以增强通过其中的气流。喷射口816具有垂直于中轴899延伸的宽度和平行于中轴899延伸的高度。喷射口816的宽度大于喷射口816的高度。在非限制性示例中，宽度可以是高度的至少两倍。在另一个非限制性示例中，宽度可以是高度的至少五倍。喷射口816可以延伸跨越多个叶片810中的每个叶片的外表面803的大部分，例如延伸跨越外表面宽度的至少75％。更具体地，喷射口从布置有多个入口812的第一侧804延伸到第二侧805。
78.每个喷射口，例如喷射口816，可以从多个入口812之一接收空气。以此方式，每个喷射口只与多个入口中的一个入口流体耦接。附加地或替代地，在一个示例中，多个入口812中的每个入口只与多个喷射口814中的一个喷射口流体耦接。在一个实施例中，每个入口可以通过阀门或其他机构单独控制，从而可以更精细地控制通过每个喷射口的气流。在
这样的示例中，有效喉部面积可以被微调到精确的喉部面积。多个喷射口814的槽形状可以提供比图3的圆形喷射口314更均匀的气流。也就是说，使用喷射口814可以避免可能在喷射口314之间出现的间断和/或中断。
79.附加地或替代地，在一个示例中，相对于多个叶片810中的其他叶片，可以独立地控制气流流经单个叶片的多个入口812。然而，流向单个叶片的气流可以被分配到多个入口812中的每个，而无需控制气流流经单个叶片的多个入口812的各个入口。因此，如果叶片正在接收空气，则该叶片的入口可以向与叶片相关联的每个喷射口流动相对等量的空气。通过这样做，可以降低涡轮喷嘴的制造成本。
80.更具体地，多个阀门802可以被配置为调节流向多个喷射口814中的气流的每个喷射口。响应于从控制器(例如，图1的控制器110)发送的信号可调节多个阀门802的位置。在一个示例中，控制器可以向多个阀门802的致动器发送不同的信号，使得多个阀门802中的至少两个阀门处于不同的位置，从而允许不同的气流流经相应的喷射口，使喷嘴的喉部面积得到更精细的调节。
81.在一个示例中，多个阀门802中的第一阀门802a调节气流仅流向多个喷射口814中的第一排820a。因此，第二阀门802b可以调节气流仅流向多个喷射口814的第二排820b。第三阀门802c可以调节气流仅流向多个喷射口814的第三排820c。第四阀门802d可以调节气流仅流向多个喷射口814中的第四排820d。如图8a所示的实施例，每排包括具有矩形形状的单个喷射口，其在垂直于中轴899的方向上从第一叶片805的第一纵向侧804延伸到第二纵向侧805。在一些实施例中，每排可以包括不同数量的喷射口，其中，一些排可以包括不同形状的喷射口的混合。通过调节布置在单排内的喷射口数量和形状，可以更精细地控制喷嘴喉部面积。
82.多个喷射口814中的每个喷射口可以与相邻的喷射口间隔开合适的量。例如，第一排820a与第二排820b之间的空间822可以具有至少与喷射口816的高度一样高的高度(在平行于中轴的方向上延伸)。在非限制性示例中，空间822的高度可以是喷射口高度的两倍。相邻排之间的每个空间可以具有相同的高度，或者不同空间可以具有不同高度。
83.图8a所示的多个喷射口可以包括尺寸和形状一致的喷射口，因为这些喷射口延伸穿过叶片主体的外表面。此外，围绕每个喷射口的外表面可以基本上是光滑的和/或平坦的。这种配置可以导致以相等的方式(例如，压力或流速相等)经各个喷射口喷射空气和/或以相对笔直的方向喷射空气。然而，在不脱离本公开的范围的情况下，其他配置也是可能的。例如，喷射口可配置有一个或多个空气引导设备，其可以用于优先向上、向下或向一侧引导空气。作为示例，一个或多个喷射口可以包括在喷射口的顶部或底部延伸的百叶窗状覆盖物。在另一示例中，附加地或替代地，一个或多个喷射口可以随着喷射口延伸穿过叶片主体的外表面而改变高度。例如，喷射口可以在喷射口的第一侧(例如，与喷射口对应的入口相邻)处具有第一高度，并且在喷射口的第二侧具有第二高度，高度跨喷射口从第一高度到第二高度逐渐增加或减小。
84.这样，通过将喷射口配置为槽而不是圆孔，可以喷射更大量的空气。通过包括单个长槽而不是一排较小的喷射孔，每个叶片的复杂性可以通过每个槽仅包括一条供气线而不是每排喷射孔包括两条、四条或更多条供气线而降低。
85.现在转向参考图8b，其示出了多个叶片830的实施例820。实施例820可以与实施例
800的不同之处在于它包括与图8a的多个喷射口814相同的多个第一喷射口832和与图3的多个喷射口314相同的第二多个喷射口834。因此，多个叶片830中的每个叶片可以包括不同形状的喷射口，其中，第一多个喷射口832包括矩形形状，第二多个喷射口834包括圆形形状。第一和第二多个喷射口832、834可以相对于多个入口836沿着多个叶片830中的一个叶片的中轴899彼此交替。也就是说，多个入口中的第一入口只与多个第一喷射口832中的第一喷射口流体耦接，其中，在第一入口之后的第二入口只与多个第二喷射口834中的第二喷射口流体耦接。通过这样做，相同形状的喷射口通过具有不同形状的喷射口分开。附加地或替代地，喷射口可以不沿中轴899交替。
86.在一个实施例中，附加地或替代地，多个第一喷射口和多个第二喷射口可以与多个入口的单个入口流体耦接。以这种方式，如果单个入口与垂直于中轴方向上延伸的一排喷射口流体耦接，则该排可以包括至少两种不同形状的、包括槽状和/或矩形形状和圆形形状的喷射口。喷射口形状可以沿排交替，使得具有相同形状的喷射口可以被具有不同形状的喷射口隔开。应当理解，可以使用除矩形和圆形之外的形状。其他示例形状可以包括三角形、梯形、正方形、菱形、椭圆形、五边形、六边形、具有不同点数的星形、其他多边形形状等。
87.更具体地，多个叶片830中的第一叶片835可以包括第一排840a，该第一排840a包括多个第一喷射口832中的一个喷射口。第一叶片835还包括与第一排840a相邻的第二排840b，该第二排840b包括多个第二喷射口834中的多个喷射口。第一叶片835还包括与第二排840b相邻的第三排840c，该第三排840c包括多个第一喷射口832中的一个喷射口。第一叶片835还包括与第三排840c相邻的第四排840d，该第四排840d包括多个第二喷射口834中的多个喷射口。多个叶片830中的每个叶片可以与第一叶片835基本相同。附加地或替代地，在图8b的示例中，多个叶片830中的第二叶片837不同于第一叶片835。第二叶片837包括第一排841a、第二排841b、第三排841c和第四排841d。第一排814a、第二排814b、第三排814c和第四排841d中的每一排包括不同数量和布置的多个第一喷射口832和第二喷射口834。例如，第一排841a包括与第一纵向侧822相邻的多个第一喷射口832中的一个喷射口和与第二纵向侧824相邻的多个第二喷射口834。以这种方式，多种类型(例如，形状和尺寸)的喷射口可以沿着单排混合。通过这样做，可以实现槽形(例如，矩形)喷射口和圆形喷射口的好处。
88.在一个示例中，相对于气流流向多个第二喷射口834，可以单独控制气流流向多个第一喷射口832。在一个示例中，阀门可以控制气流流向多个第一喷射口832和多个第二喷射口834的相邻喷射口。在这样的示例中，相邻喷射口可以构成一组喷射口，其中，单个阀门调节空气流向该组喷射口。
89.现在转向参考图8c，其示出了包括第一叶片865和第二叶片867的多个叶片860的实施例850。在图8c的示例中，第一叶片865和第二叶片867彼此不同。然而，应当理解，在其他示例中，第一叶片865和第二叶片867可以是相同的。附加地或替代地，多个叶片860可以包括除了第一叶片和第二叶片之外的叶片，其中，多个叶片860中的其他叶片可以与第一叶片865或第二叶片867相同。
90.第一叶片865包括第一多个喷射口862和第二多个喷射口864。第一多个喷射口862可以沿着第一排870a与第三排870c布置。第二多个喷射口864可以沿第二排870b与第四排870d布置。第一排870a、第二排870b、第三排870c和第四排870d可以从布置在第一叶片865的长边865a上的多个入口866的不同入口接收空气。第一多个喷射口862和第二多个喷射口
864布置在外表面865b上，该外表面865b从作为第一长边865a的长边865a延伸到与第一长边相对的第二长边。第一多个喷射口862可以包括形状类似于图8a和图8b的槽形喷射口的槽形喷射口。然而，在图8c的示例中，第一多个喷射口862的角度小于或大于90
°
，使得不同排的槽形喷射口彼此成角度以或远离。换言之，第一多个喷射口862彼此不平行。如图所示，第一排870a仅包括一个槽形喷射口，第三排870c仅包括一个槽形喷射口。这两个槽形喷射口在第一末端处朝向彼此延伸，而在第二末端处远离彼此延伸。布置在第二排870b中的第二多个喷射口864接近槽形喷射口的第二末端布置。
91.如图所示，第二多个喷射口864可以包括多种形状，包括圆形864a、三角形864b、五边形864c、v形864d、梯形864e、菱形864f、星形864g、环圈形864h和加号形864i。第二多个喷射口864可以包括任意数量的不同的多个形状，使得每个形状中的一个以上的形状可以在单排内或跨多排布置。
92.沿着第二排870b和第四排870d，第二多个喷射口864在单排内沿单独的轴布置，使得布置在第二排870b内的第二多个喷射口864不沿单个轴对齐。类似地，沿第四排870d布置的第二多个喷射口864不沿单个轴对齐。
93.第二叶片867包括不同布置的第一多个喷射口862和第二多个喷射口864。例如，第二叶片867的第一排871a包括第一多个喷射口862的槽形喷射口和第二多个喷射口的圆形喷射口864a与星形喷射口864g的组合。第二叶片867的第二排871b包括第一多个喷射口862的槽形喷射口和第二多个喷射口864的圆形喷射口864a与环圈形喷射口864h。沿第二排布置的槽形喷射口的方向与沿第一排布置的槽形喷射口的方向平行，而每个方向相对于中轴899成不同于90度的角度。第三排871c仅包括一个完全垂直于中轴899方向的槽形喷射口。第四排871d仅包括第二多个喷射口864中的圆形喷射口和加号形喷射口864i。
94.在一个示例中，图8c的实施例示出涡轮的叶片，该叶片可以包括多个喷射口，所述喷射口构造成使空气流动以在涡轮喉部中产生空气边界层以调节喉部的有效面积。多个喷射口可以包括多个不同的形状和取向以实现宽范围的有效面积，从而尽管排气产量不足，但仍可实现所需的涡轮运行参数。
95.以这种方式，涡轮几何形状可以通过布置在涡轮外部(例如，在其壳体外部)的流量控制系统来调节，其中，流量控制系统可以调节向布置在涡轮中的喷嘴环上的多个叶片供应并从多个叶片的喷射口流出的气流量和/或流速。随着叶片向喷嘴环喷射更多空气，喷嘴的喉部面积减小，从而改变涡轮的几何形状。通过调节涡轮的几何形状而不在其中布置移动组件，涡轮和叶片的修理和维护可能更简单且成本更低。此外，涡轮的制造可能比具有活动护罩和/或叶片的类似涡轮便宜。保持叶片静止并通过来自叶片的气流调节涡轮喷嘴的喉部面积，其技术效果是降低制造涡轮的难度，同时通过外部流量控制系统提供更大程度的涡轮几何控制。
96.作为一个实施例，一种用于机车发动机的系统包括：增压器涡轮，所述涡轮增压器涡轮包括喷嘴环，所述喷嘴环包括多个静止叶片，所述多个静止叶片中的每个叶片都包括布置在叶片外表面的多个喷射口；和气体供应系统，所述气体供应系统用于供应可变气流，所述可变气流流向并流出述多个喷射口。所述系统的第一示例还包括，气体供应系统适于基于发动机的工况供应可变气流。所述系统的第二示例，可选地包括第一示例，还包括，气体供应系统包括电控阀门系统，所述电控阀门系统与多个喷射口流体耦接并适于根据发动
机的工况调节经由多个喷射口供应的空气量。所述系统的第三示例，可选地包括第一和/或第二示例，还包括，所述工况为发动机功率水平。所述系统的第四示例，可选地包括第一至第三示例中的一个或多个，还包括，将多个喷射口分成包括至少第一组喷射口和第二组喷射口的组。所述系统的第五示例，可选地包括第一至第四示例中的一个或多个，还包括，所述气体供应系统包括配置为调节流向第一组喷射口的气流的第一阀门和配置为调节流向第二组喷射口的气流的第二阀门。所述系统的第六示例，可选地包括第一至第五示例中的一个或多个，还包括，所述多个静止叶片中的所述第一静止叶片的中轴相对于在所述喷嘴环上相邻于所述第一静止叶片布置的其他静止叶片的中轴成角度，所述第一静止叶片的中轴限定了第一静止叶片的长轴。所述系统的第七示例，可选地包括第一至第六示例中的一个或多个，还包括，静止叶片是固定的且不可移动的。
97.作为另一实施例，一种用于机车发动机的方法包括：基于发动机的运行参数，调节从布置在涡轮的涡轮喷嘴环的叶片外表面上的多个喷射口喷射的空气量，以调节外表面上的边界层和喷嘴环的喉部开口。该方法的第一示例还包括在保持叶片在涡轮喷嘴环上静止的同时执行空气量的调节。该方法的第二示例，可选地包括第一示例，还包括，运行参数是发动机功率水平，并且还包括，随着发动机功率水平降低，通过增加多个喷射口中的喷射空气的喷射口数量来逐渐增加喷射的空气量。该方法的第三示例，可选地包括第一和/或第二示例，还包括，逐渐增加喷射的空气量包括增加多个喷射口中的喷射空气的排数。该方法的第四示例，可选地包括第一至第三示例中的一个或多个，还包括，调节喷射的空气量还包括致动布置在涡轮外部的阀门系统，该阀门系统包括涡轮喷嘴环，以允许空气从压缩机流向叶片，并增加阀门系统的打开阀门的数量以增加喷射的空气量，其中压缩机由涡轮旋转驱动。该方法的第五示例，可选地包括第一至第四示例中的一个或多个，还包括，所述阀门系统包括一系列阀门，其中，该系列阀门中的第一阀门调节空气流经叶片的第一排喷射口，该系列阀门的第二阀门调节空气流经该叶片的第二排喷射口。该方法的第六示例，可选地包括第一至第五示例中的一个或多个，还包括，调节空气喷射量包括响应于发动机负载的降低和/或涡轮前温度的增加，增加空气喷射量以增加边界层并减少喷嘴环的喉部开口，并且，调节喷射的空气量包括响应于发动机负载的增加和/或涡轮前温度的降低，减少喷射的空气量以减少边界层和增加喷嘴环的喉部开口。
98.作为又一实施例，一种用于机车发动机的系统包括涡轮增压器，该涡轮增压器包括由涡轮驱动的压缩机，所述涡轮包括喷嘴环，该喷嘴环上安装有多个静止叶片，多个静止叶片中的每个静止叶片包括多排叶片内的气道，其中每排气道止于布置在叶片外表面上的至少一个喷射口；与压缩机和每个叶片的多排气道流体连接的气流控制系统；以及控制器，所述控制器包括存储在存储器中的计算机可读指令，当在发动机运行期间执行该指令时，使控制器致动气流控制系统，以在发动机功率水平的变化时，经由气流控制系统，为每个叶片调节从压缩机接收空气的多排气道的排数。该系统的第一示例还包括，当发动机功率水平大于阈值功率水平时，所述指令还使控制器致动气流控制系统以阻止气流从压缩机流向气道。系统的第二示例可选地包括第一示例，还包括，所述至少一个喷射口是多个喷射口，其中，每排气道与多个喷射口流体耦接，多排气道中的相邻气道彼此流体分离。系统的第三示例可选地包括第一和/或第二示例，还包括，所述指令还使所述控制器响应于涡轮上游的气体温度升高到阈值温度以上，经由气流控制系统，增加从压缩机接收空气的多排气道的
排数。系统的第四示例，可选地包括第一至第三示例中的一个或多个，还包括，气流控制系统包括阀门系统，所述阀门系统包括用于叶片的每排气道的阀门，只有移动阀门系统的阀门才能调节气流流经气道。
99.在一个实施例中，一种用于发动机的系统包括具有喷嘴环的增压器涡轮。喷嘴环包括多个静止叶片。多个静止叶片中的一个或多个静止叶片包括布置在所述一个或多个静止叶片的外表面上的一个或多个喷射口。该系统还包括气体供应系统，该气体供应系统被配置为供应可变气流，所述可变气流经由穿过所述多个静止叶片中的一个或多个静止叶片的一个或多个通道流向并流出所述一个或多个喷射口，例如，所述通道延伸穿过所述叶片并止于所述叶片的外表面，作为喷射口。根据各个方面，在一个或多个叶片的表面上的一个或多个喷射口可以包括：一个叶片具有一个喷射口；多个叶片各有一个相应的喷射口；一个叶片有多个喷射口；或多个叶片各自具有多个相应的喷射口。在一个实施例中，至少两个(即，两个或更多个)叶片各自具有多个相应的喷射口。在所有这样的实施例中，也可以存在不具有任何喷射口的叶片。在另一实施例中，涡轮的所有叶片都具有一个或多个相应的喷射口，而在另一实施例中，所有叶片都具有相应的多个喷射口。
100.如上所述，可以使用增材制造工艺(例如，3
‑
d打印机)制造喷嘴环，所述喷嘴环上附接有叶片(和/或单独的叶片)，所述叶片包括喷射口和内部通道。一个示例是金属粘合剂喷射打印机，其中，根据最终组件的构造，金属粉末沉积在连续的层中，连续的层用液体粘合剂彼此粘合。其他示例包括直接金属激光烧结(direct metal laser sintering，dmls)和直接金属激光熔化(direct metal laser melting，dmlm)，其中，例如，激光用于将金属粉末的薄层(例如，20
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60微米)连续熔化在彼此之上。其他工艺步骤可包括烧结、退火、固化、化学清洗和其他工艺、涂层、抛光等。
101.如本文所用，以单数形式记载并以单词“一”或“一个”开头的元件或步骤应被理解为不排除多个所述元件或步骤，除非明确说明排除此类情况。此外，关于本发明的“一个实施例”并不排除存在同样包含所提及特征的其他实施例。此外，除非明确指出相反的情况，“包括”、“包含”或“具有”具有特定属性的一个或多个元件的实施例可以包括不具有该属性的其他此类元件。术语“包括(include)”和“其中(in which)”用作相应术语“包括(comprise)”和“其中(wherein)”的简明语言等价物。此外，“第一”、“第二”、“第三”等术语仅作为标签使用，并不旨在对其对象施加数字要求或特定位置顺序。
102.本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂态存储器中并且可以由包括控制器与各种传感器、致动器和其他发动机硬件相结合的控制系统执行。在此描述的特定例程可以表示任意数量的处理策略，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等中的一种或多种。因此，所示出的各种动作、操作和/或功能可以按照所示出的顺序、并行地或在一些情况下被省略地执行。同样，处理顺序不是实现本文描述的示例性实施例的特征和优点所必需的，而是为了便于说明和描述而提供的。取决于所使用的特定策略，可以重复执行一个或多个所示动作、操作和/或功能。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形化地表示要被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂态存储器中的代码，其中通过在包括各种发动机硬件组件与电子控制器相结合的系统中执行指令来执行所描述的动作。
103.该书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使相关领域的普通技
术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何包含的方法。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域普通技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构要素，或者如果些其他示例包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构要素，则这些其他示例应落入权利要求的范围内。