[发明专利]可变几何涡轮机和包括其的涡轮增压器

说明书

背景技术

本发明涉及一种可变几何涡轮机。

众所周知，涡轮增压器是用于以高于大气压的压力(增压)向内燃机的吸入口供给空气的设备。传统的涡轮增压器主要包括安装在涡轮机壳体内部的可旋转轴上的由废气驱动的涡轮机叶轮。涡轮机叶轮的旋转会转动安装在压缩机壳体内部的轴的另一端的压缩机叶轮。压缩机叶轮会将压缩空气输送至引擎进气歧管。传统上，涡轮增压器轴是由位于连接在涡轮机与压缩机叶轮壳体之间的中心轴承壳体内部的轴颈轴承以及止推轴承所支撑的，该等轴承还包括适当的润滑系统。

常规涡轮增压器的涡轮级包括：涡轮机壳体，其限定了装有涡轮机叶轮的涡轮室；在围绕涡轮室布置的面对面的径向延伸壁部之间所限定的环形入口通道；围绕入口通道布置的入口；以及从涡轮室伸出的出口通道。通道和涡轮室相通，以使注入入口的加压废气通过入口通道并经由涡轮室流到出口通道，并且旋转涡轮机叶轮。众所周知，通过在入口通道中提供名为喷嘴叶片的叶片，可以使流经入口通道的气体转向至涡轮机叶轮的旋转方向，由此提升涡轮机性能。

这种涡轮机可以是固定或可变几何类型的。可变几何涡轮机与固定几何涡轮机的不同之处在于：入口通道的尺寸可被改变，以便在一定的质量流率范围内优化气流速度，由此可以依照不断变化的引擎需要来该改变涡轮机的功率输出。

可变几何涡轮增压器中的喷嘴叶片布置可以采用不同的形式。在一种名为滑动“喷嘴环”的类型中，叶片固定于在入口通道上滑动的可轴向移动壁部。所述可轴向移动壁部朝着面向护罩板移动，以便闭合入口通路，在此过程中，叶片将会穿过挡板中的孔径。喷嘴环相对于挡板的位置是可调节的，由此控制入口通路的宽度。例如，在流经涡轮机的气体减少时，入口通路宽度同样可以减小，由此保持气体速度并且优化涡轮机输出。在替换布置中，叶片从固定壁部延伸并通过在可轴向移动的挡板中提供的狭槽。

可移动壁部有可能是喷嘴环或挡板，其通常被支撑在沿着与涡轮机的旋转轴平行的方向延伸的杆上，并且是由一个致动器移动的，该致动器可以通过操作而在轴方向上位移所述杆。所使用的致动器可以具有不同的类型，例如通常被安在壳体外部的气动致动器或马达和齿轮传动装置。该致动器可以通过固定在单独形成的轴上的轭而被偶合到喷嘴环或挡板，所述轴则被接纳在轴承壳体壁部中的轴颈轴承中。所述轭随着所述轴旋转，并且限定了两个间隔开的臂部，其中所述臂部朝着离开处于涡轮机轴两端的轴的方向延伸，并与支撑杆部分啮合。所述轭可以用任何适当的连接手段于操作时连接到支撑杆。在一个非限制性示例中，所述轭的每一个臂部的末端都具有延伸到滑块中的连接销，所述滑块则继而被收容于在相应支撑杆中限定的狭槽。在这个特定示例中，致动器的操作会导致所述轭和轴围绕轴线樞转，由此，臂部的连接销会画出一个圆弧，并且继而促使该部件在支撑杆限定的狭槽内部沿着轴向移动以及垂直滑动。由此，通过围绕所述轴来旋转所述轭，可以实现喷嘴环或挡板的轴向移动。本发明某些方面的目标是提供用于将支撑杆安装到可变几何涡轮机的喷嘴环或挡板的替换或改进手段。此外，本发明某些方面的另一个目标是提供用于将组件连接到涡轮机壳体的替换或改进手段。

在正常的引擎工作过程中，流经入口通路的气体会对可移动壁部的径向面部施加压力，而这往往会迫使喷嘴环之类的可移动壁部远离入口通路的面对壁部，例如挡板，由此打开入口通路。在引擎工作过程中的某些时间，如果通过移动可移动壁部来使其更接近入口通路的面对壁部，并且由此减小入口通路的轴向宽度以及提升气流的速度，那么将会是非常理想的。在热管理循环(也被称为热再生)过程中，引擎通常处于空闲状态，并且可移动壁部被定位成非常接近于面对壁部，由此限定了一个涡轮机入口通路，该通路通常要比正常的引擎工作过程中窄。由于这种收窄，通过入口通路的气体的速度将会显著增加，并且由此具有很低的压力。结果，在气体冲击涡轮机之前，处于横跨入口通路的喷嘴叶片上游的涡轮机前气体压力与处于喷嘴环下游的气体压力之间会存在很大的差异。