[发明专利]涡轮增压器的可变喷嘴组件和涡轮机壳体之间的密封装置

说明书

技术领域

 本发明涉及具有用于涡轮机的可变喷嘴组件的废气驱动的涡轮增压器，其中该组件包括筒形构件，该筒形构件被接收在涡轮机壳体的圆孔内，在该筒形构件和涡轮机壳体之间有用于密封的密封装置，从而基本上阻止废气泄漏和绕开可变喷嘴和涡轮机叶轮。

背景技术

 废气驱动的涡轮增压器是和内燃发动机联合使用以通过压缩被传送到发动机的空气进气门以与燃料混合并在发动机内燃烧的空气来增加发动机的功率输出的装置。涡轮增压器包括在压缩机壳体内安装在轴的一端上的压缩机叶轮和在涡轮机壳体内安装在该轴的另一端上的涡轮机叶轮。通常，涡轮机壳体被独立于压缩机壳体地形成，并且在涡轮机壳体和压缩机壳体之间连接有中间壳体以容纳用于该轴的轴承。涡轮机壳体限定了大体上环形的腔或蜗壳，该腔或蜗壳围绕涡轮机叶轮并从发动机接收废气。涡轮机组件包括从该腔通向所述涡轮机叶轮的喷嘴。废气从该腔通过该喷嘴流到涡轮机叶轮并且涡轮机叶轮由该废气驱动。涡轮机因此从废气中提取能量并驱动压缩机。压缩机通过压缩机壳体上的入口接收环境空气并且该空气被压缩机叶轮压缩且然后从该壳体被排放到发动机的空气进气门。

在利用涡轮增压器提高发动机性能中的其中一个挑战是，在发动机的整个运行范围上实现期望量的发动机功率输出。已经发现，这个目标通常不容易利用固定几何形状的涡轮增压器获得，并且因此开发了可变几何形状的涡轮增压器，以期能提供对由涡轮增压器提供的升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的阵列。叶片可枢转地安装在喷嘴中并且被连接到能使叶片的设置角度改变的机构。改变叶片的设置角度具有改变涡轮机喷嘴中的有效流动面积的效果，并且因此流向涡轮机叶轮的废气流可以通过控制叶片位置而调节。以这种方式，可以调节发动机的功率输出，这允许在比利用固定几何形状的涡轮增压器通常能实现的范围更大的范围上控制发动机的功率输出。

可变叶片机构是相对复杂的，并且因此在涡轮增压器的组装方面提出了挑战。进而，该机构被定位在涡轮机壳体和中心壳体之间，涡轮机壳体由于接触废气而获得大量的热，中心壳体处于比涡轮机壳体低得多的温度。因此，可变叶片机构因为这种温度梯度而遭受热应力。

本申请的受让人之前已经通过提供包括容纳可变叶片机构的盒的可变喷嘴涡轮增压器解决了这些问题。涡轮机限定了喷嘴以及中心圆孔，废气通过该喷嘴被传送到涡轮机叶轮，废气在其通过涡轮机叶轮后通过该中心圆孔被排放。所述盒被连接在中心壳体和涡轮机壳体之间并且包括大体上环形喷嘴环和叶片阵列的组件，这些叶片在周向上围绕该喷嘴环间隔开并且可旋转地安装到喷嘴环并连接到可旋转的致动环，从而致动环的旋转转动这些叶片以调节流向涡轮机叶轮的废气流。所述盒还包括插件，该插件具有被接收在涡轮机壳体的圆孔中的筒形部。该插件还包括喷嘴部，该喷嘴部从该筒形部的一端大致径向地向外延伸，并且与相对的喷嘴环一起限定了喷嘴，废气通过该喷嘴流到涡轮机叶轮。叶片在喷嘴环和喷嘴部之间延伸。在插件的筒形部和涡轮机壳体之间的密封通过一个或多个被承载在形成于该筒形部的径向外表面中的槽中的活塞环实现。涡轮机壳体圆孔的内表面与该活塞环接合，由此阻却废气通过存在于筒形部和涡轮机壳体之间的不可避免的间隙泄漏。这种废气泄漏削弱涡轮增压器的性能，因为泄漏的废气不会穿过涡轮机叶轮并且因此不会对发动机进气空气的升压有贡献。

虽然以上描述的涡轮增压器工作良好，但是还要寻求改进。

发明内容

 本发明涉及具有可变喷嘴涡轮机的涡轮增压器。根据本发明的一个实施例，该涡轮增压器包括涡轮机、压缩机和连接在压缩机壳体和涡轮机壳体之间的中心壳体。涡轮机包括涡轮机壳体和涡轮机叶轮，涡轮机叶轮安装在涡轮机壳体中并连接到可旋转的轴上以随之旋转，压缩机包括压缩机壳体和压缩机叶轮，压缩机叶轮安装在压缩机壳体内并连接到可旋转的轴上以随之旋转。涡轮增压器还包括可变喷嘴组件，其包括具有筒形部和喷嘴部的插件以及大体上环形的喷嘴环，所述筒形部被接收在所述涡轮机壳体的圆孔中，所述喷嘴部从所述筒形部的一端大体上径向向外延伸，所述喷嘴环在轴向上与喷嘴部间隔开并且叶片的阵列在周向上围绕着该喷嘴环间隔开且可旋转地安装到该喷嘴环，从而叶片在设置角度方面是可变的以调节流向涡轮机叶轮的废气流。在插件的筒形部和涡轮机壳体之间的交界面处的密封由如下进一步描述的密封环提供。