[发明专利]可变几何构造涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种几何构造可变涡轮机和一种制造涡轮机的方法。

背景技术

涡轮增压器是用于在大气压力以上的压力(增压压力)下将空气供应给内燃机的进气口的公知装置。传统的涡轮增压机基本上包括在涡轮机壳体内安装在可旋转轴上的废气驱动涡轮机叶轮。涡轮机叶轮的旋转使在压缩机壳体内安装在轴的另一端上的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮将压缩空气输送到发动机进气口歧管。涡轮增压器轴传统地由位于连接在涡轮机与压缩机叶轮壳体之间的中心轴承套内的包括适当的润滑系统的轴颈和止推轴承支撑。

传统的涡轮增压器的涡轮机级包括：限定涡轮室的涡轮机壳体，其中涡轮机叶轮安装在所述涡轮室内；环形入口通路，所述环形入口通路在壳体中限定在壳体中并且在绕涡轮室布置的面对径向延伸的壁之间；入口，所述入口绕入口通路布置；和出口通路，所述出口通路从涡轮室延伸。所述通路和所述室连通，使得进入入口内的加压废气通过入口通路经由涡轮室流动到出口通路并使涡轮机叶轮旋转。已知的是通过在入口通路中设置称为喷嘴叶片(nozzle vane)的叶片以使流经入口通路的空气朝向涡轮机叶轮的旋转方向偏转以提高涡轮机的性能。

这类涡轮机可以为几何构造固定型或几何构造可变型。几何构造可变涡轮机与几何构造固定涡轮机的不同在于入口通路的尺寸可以变化以在质量流量的范围内优化气流速度，使得可以根据不同发动机要求而改变涡轮机的功率输出。

几何构造可变涡轮增压器中的喷嘴叶片布置可以具有不同形式。在公知为滑动“喷嘴环”的类型中，叶片固定到滑动横过入口通路的可轴向移动的壁。可轴向移动壁朝向面对罩板移动以关闭入口通路并且在这种情况下叶片穿过罩板中的孔口。喷嘴环相对于罩的位置是可调的，以控制入口通路的宽度。例如，当流经涡轮机的气体减小时，也可以减小入口通路宽度以保持气流速度并优化涡轮机输出。在可选的布置中，叶片通过设置在移动罩板中的槽从固定壁延伸。

移动喷嘴环或罩板通常被支撑在平行于涡轮机叶轮的旋转轴线延伸的杆上，并被致动器移动，所述致动器可操作以使杆在轴向方向上位移。可以使用各种类型的致动器使喷嘴环或罩板移动，例如，包括气动致动器或通常安装在壳体外部的电动机和齿轮传动机构。致动器可以通过固定在单独形成的轴上的轭状件连接到喷嘴环或罩板，其中所述单独形成的轴容纳在涡轮机壳体的壁中的轴颈轴承内。轭状件与轴一起旋转并限定两个间隔开的臂，所述臂在涡轮机轴线的相对侧延伸远离所述轴，以接合支撑杆的从壳体伸出并延伸到相邻轴承套中的部分。轭状件的每一个臂的端部具有延伸到滑块中的销，所述滑块又容纳在相应的支撑杆中限定的槽内。致动器的操作使轭状件和轴绕着所述轴的轴线枢转，使得臂上的销描绘圆弧，并还使得滑块在限定在支撑杆中的槽内轴向移动并垂直滑动。这样，通过轭状件绕所述轴的转动，可以实现喷嘴环或罩板的轴向移动。

在需要较小的几何构造可变涡轮增压器的应用中(例如，对于用在较小的发动机上或作为两级式系统中的高压涡轮增压器的使用来说)，存在空间限制，并且需要在不削弱涡轮增压器的性能的情况下通过使涡轮增压器更加紧凑来减小涡轮增压器占据的空间包络的尺寸。

此外，包括可移动罩板或滑动喷嘴环的几何构造可变涡轮机可能在一些应用中难以致动。这是因为在一些应用中，当可移动罩板或滑动喷嘴环处于靠近关闭位置的位置时(即，在涡轮机入口通路基本上被关闭的情况下)，移动罩板或滑动喷嘴环可能会受到用于试图使移动罩或滑动喷嘴环朝向关闭位置移动的力。这种涡轮机的致动可能需要与复杂联动装置结合的复杂的、大的、强有力的致动器。这种致动器和联动装置可能具有较高的财务成本。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种紧凑的涡轮增压器设计。本发明的另一个目的是提供一种可选的或改进的几何构造可变涡轮机。本发明的又一个目的是提供一种具有改进致动特性的几何构造可变涡轮机。本发明的进一步的目的是提供一种包括减小尺寸、成本和/或复杂性的致动器和/或联动装置的涡轮机。