[发明专利]带有叶片密封环的涡轮增压器可变喷嘴组件

说明书

技术领域

本发明涉及具有可变喷嘴涡轮机的涡轮增压器，在该涡轮机中，可移动叶片的阵列被设置在该涡轮机的喷嘴内，用以调整进入该涡轮机的废气流。

背景技术

废气驱动的涡轮增压器是一种与内燃发动机联合使用用于通过压缩被输送到发动机的空气进气口而与燃料混合并在发动机内燃烧的空气而提高发动机功率输出的装置。涡轮增压器包括压缩机轮和涡轮机轮，压缩机轮在压缩机壳体内安装到轴的一端上，而涡轮机轮在涡轮机壳体内安装到该轴的另一端上。通常，涡轮机壳体相对于压缩机壳体单独地形成，并且还有另一个中间壳体被连接在涡轮机壳体和压缩机壳体之间，用于容纳用于该轴的轴承。涡轮机壳体限定了大致环形的腔，该腔围绕涡轮机轮并且接收来自发动机的废气。涡轮机组件包括从该腔通向涡轮机轮的喷嘴。废气从该腔通过该喷嘴流向涡轮机轮，并且涡轮机轮被该废气驱动。因此涡轮机从废气提取能量并驱动压缩机。压缩机通过压缩机壳体的进口接收环境空气，并且该空气被压缩机轮压缩并且然后被从该壳体排放到发动机空气进气口。

用于涡轮增压器提高发动机性能中的挑战之一是在发动机的整个发动机运行范围上都实现期望量的发动机功率输出。已经发现，用固定几何形状的涡轮增压器通常不能轻易地实现该目标，并且因此已经开发了可变几何形状的涡轮增压器，目的是提供对由涡轮增压器提供的增压量的更大程度的控制。一种类型的可变几何形状涡轮增压器是可变喷嘴涡轮增压器（VNT），其包括在涡轮机喷嘴中的可变叶片阵列。这些叶片枢转地安装在喷嘴中并且被连接到使这些叶片的设定角度能被改变的机构。改变这些叶片的设定角度具有改变涡轮机喷嘴中的有效流动面积的效果，并且由此流向涡轮机轮的废气流可通过控制叶片位置而被调整。用这种方式，可以调节涡轮机的功率输出，这允许以比通常用固定几何形状涡轮增压器所能达到的程度更大的程度来控制发动机功率输出。

一种这样的可变喷嘴组件包括大致环形的喷嘴环，其支撑叶片阵列。这些叶片枢转地安装到喷嘴环并且被连接到可旋转致动环，从而致动环的旋转使叶片旋转从而调节流向涡轮机轮的废气流。该组件还可包括插入件，该插入件具有筒形部分和喷嘴部分，该筒形部分被密封地接收在涡轮机壳体的圆孔内，喷嘴部分基本径向地从筒形部分的一端向外延伸，喷嘴部分与喷嘴环轴向间隔开从而叶片在喷嘴环和喷嘴部分之间延伸。插入件的喷嘴部分和喷嘴环被刚性地连接到彼此，从而保持插入件的喷嘴部分和喷嘴环之间的固定轴向间隔。

上述可变喷嘴组件是有效的，但还要寻求更进一步的改进。

发明内容

具体地，潜在改进的一个方面涉及叶片和由喷嘴环和插入件的喷嘴部分（或者在不采用插入件的涡轮增压器中，由涡轮机壳体的壁）形成的喷嘴壁之间的密封。典型的可变喷嘴组件被构造成使得在叶片端部和邻近的喷嘴壁之间存在间隙，从而叶片能被枢转而不受壁约束。减少间隙的宽度会导致涡轮机性能的改进，这是因为更少的废气会从该间隙漏掉。此时，挑战变成为如何减少间隙的大小而不损害叶片的枢转能力。

本发明通过提供如下涡轮增压器解决了上述需求并实现了其它的优点，该涡轮增压器具有可变喷嘴组件，包括：

压缩机壳体和压缩机轮，压缩机轮安装在压缩机壳体内并连接到可旋转轴；以及涡轮机壳体和涡轮机轮，涡轮机轮安装在涡轮机壳体内并连接到该可旋转轴，涡轮机壳体限定了围绕涡轮机轮的腔，该腔用来接收来自发动机的废气并将废气通过从该腔大致径向通向内部的喷嘴提供到涡轮机轮；

中间壳体，其连接在压缩机壳体和涡轮机壳体之间；

固定安装的喷嘴环，其具有相对的第一和第二面，该喷嘴被限定在第二面和相对壁之间，第二面具有形成在其内的环形凹部，喷嘴环具有多个周向间隔开的轴承孔，每一个轴承孔都轴向地从第一面延伸入该凹部，并且喷嘴环具有多个连通孔，每个连通孔都从第一面延伸入该凹部从而将邻近第一面的废气连通入该凹部；

叶片密封环，其以浮动方式设置在喷嘴环的凹部内，叶片密封环基本上是平坦的并且大小设置成基本上填满该凹部；以及

多个叶片，其设置在喷嘴中，并且每一个叶片具有近端和远端，多个转轴被连接到这些近端并且被接收在喷嘴环的轴承孔内且能在轴承孔内旋转，叶片密封环邻近叶片的近端，其中叶片密封环具有多个容纳叶片的转轴的开口；

其中，邻近喷嘴环的第一面的废气基本上被滞留并且因此处于比在喷嘴环的第二面附近流过喷嘴的废气更高的压力，邻近第一面的废气被通过连通孔连通从而推着叶片密封环使其靠在叶片的近端。

叶片密封环被该环两侧的压差推着靠在叶片的端部，从而减少或者封闭了在叶片的近端处的任何间隙。