[发明专利]可变几何涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及可变几何涡轮机。具体的，但不是排它性的，本发明涉及可变几何涡轮增压器。

背景技术

传统的涡轮机一般包括安装于连接到发动机出口歧管下游的涡轮机壳体内的可转动轴上的排气驱动涡轮机叶轮。涡轮机叶轮的转动要么驱动安装于压缩机壳体内的轴的另一端上的压缩机叶轮以便将压缩空气传送到发动机吸气歧管，要么驱动将机械能传送到发动机飞轮或曲轴的齿轮。发动机轴通常由径向轴承和止推轴承支撑，包括位于轴承壳体内的合适润滑系统。

涡轮增压器是众所周知的用于将空气以高于大气压的压力(进气压力)供给到内燃机吸气管的装置。在涡轮增压器中，涡轮级包括其内安装涡轮机叶轮的涡轮室；由设置在涡轮室周围的相对径向壁限定的环形入口通道；围绕入口通道设置的入口；自涡轮室延伸的出口通道。通道和涡轮室连通，这样允许进入入口腔室的增压排气经由涡轮机通过入口通道流动到出口通道并且使得涡轮机叶轮转动。通过在入口通路中设置叶片(也称为喷嘴叶片)以便使得通过入口通道朝向涡轮机叶轮转动方向流动的气体偏转从而可改善涡轮机性能。

涡轮机可以是定几何或可变几何类型。可变几何涡轮机与定几何涡轮机的区别在于入口通道的尺寸可改变以便使得气体流速以一定范围的质量流动速率最优化，从而涡轮机的动力输出可改变以便适合各种的发动机需求。例如，当被传送到涡轮机的排气体积相对低的情况下，达到涡轮机叶轮的气体速度维持在通过降低环形入口通道的尺寸确保足够的涡轮机操作的水平。设有可变几何涡轮机的涡轮增压器称为可变几何涡轮增压器。

在一种已知类型的可变几何涡轮机中，通常称为“喷嘴环”的轴向可动壁构件限定入口通道的一个壁。喷嘴环相对于面向入口通道的壁的位置是可调节的以便控制入口通道的轴向宽度。这样例如，当流动通过涡轮机的气体增加时，入口通道宽度可减小以便维持气体速度和使得涡轮机输出最优化。该配置与另一种类型的可变几何涡轮机的不同之处在于可变导向叶片阵列包括设置成枢转以便打开和关闭入口通道的可调节摆动导向叶片。

喷嘴环可设有叶片，叶片延伸到入口以及延伸通过以限定面向入口通道的壁的“罩”设置的叶片槽，以便适应喷嘴环的运动。可选的叶片可从固定的面向壁延伸以及延伸通过设置在喷嘴环中的叶片槽。

通常，喷嘴环可包括径向延伸壁(限定入口通道的一个壁)以及延伸到喷嘴环的径向面之后的环腔内的径向内部和外部轴向延伸的壁或凸缘。环腔形成在涡轮增压器壳体(通常要么是涡轮机壳体或涡轮增压器轴承壳体)的一部分内以及适应喷嘴环的轴向运动。凸缘可相对于腔室壁密封以便减少或防止围绕喷嘴环后部的泄漏。

在可变几何涡轮机的一种通常配置中，喷嘴环支撑在平行于涡轮机叶轮的转动轴线延伸的杆上并且可通过使得杆轴向位移的致动器而运动。喷嘴环致动器可采取各种形式，包括气动、液压和电的形式，并且可以各种方式联接到喷嘴环。致动器将通常在发动机控制单元(ECU)的控制下调节喷嘴环的位置以便改变通过涡轮机的气流从而满足性能需求。

如上所述，当喷嘴环移动以便调节入口通道的轴向宽度时，导向叶片可延伸到在罩板内的精确限定的叶片槽内以便适应运动。通常，通过由杆转动来制备罩板，在此每一板基本是一材料盘，通常设有围绕盘的周缘延伸的周向沟槽以便适应将盘保持在涡轮机壳体内的定位环。在转动后，通过数字控制(NC)激光切割一次在盘内产生一个叶片槽而制备上述叶片槽。为了确保喷嘴环和罩板组件的有效功能，重要的是叶片槽的尺寸、形状和位置与导向叶片的尺寸、形状和位置精确匹配。这给罩板和支撑导向叶片的喷嘴环的制备带来非常细微的偏差。因此罩板和喷嘴环的制备是不希望的复杂化和成本昂贵的过程，其需要对各种不同制备工艺进行非常谨慎的控制以便同时满意地确保两个组件的功能。

发明内容

本发明的目的在于克服或减少上述的一个或多个问题。

根据本发明的第一方面，提供可变几何涡轮机，其包括：

涡轮机叶轮，其支撑在壳体内以便围绕涡轮机轴线转动；

在第一和第二壁构件的相对径向入口表面之间限定的环形入口通道，所述第一和第二壁构件的至少之一可沿着涡轮机轴线运动以便改变入口通道的尺寸；

横过入口通道延伸的叶片阵列，所述叶片连接到所述第一壁构件；

由第二壁构件限定的叶片槽的互补阵列，所述叶片槽设置成接纳所述叶片以便适应在第一和第二壁构件之间的相对运动；

其中第二壁构件包括至少两个轴向相邻的共轴板，所述板的第一板限定第一阵列开孔，第一阵列的开孔叠置在由所述板的第二板限定的第二阵列开孔上，以便限定所述叶片槽阵列，所述第一板固定到所述第二板。