[发明专利]可变喷嘴涡轮增压器的叶片组件及叶片组件的组装方法

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，其中可移动的叶片布置在涡轮机的喷嘴中，以调节废气流入涡轮机中。

背景技术

废气驱动式涡轮增压器是一种与内燃机联合使用的装置，用于通过对进入发动机的进气口而与燃油进行混合且在发动机内燃烧的空气进行压缩来提高发动机的功率输出。涡轮增压器包括安装在压缩机壳体中的轴的一端上的压缩机轮和安装在涡轮机壳体中的轴的另一端上的涡轮机轮。通常涡轮机壳体与压缩机壳体分开形成，在涡轮机和压缩机壳体之间还连接着另一个用来容纳轴的轴承的中心壳体。涡轮机壳体限定包围涡轮机轮并接收发动机的废气的通常为环形的室。涡轮机组件包括从室通入涡轮机轮的喷嘴。废气从室经过喷嘴流动到涡轮机轮，涡轮机轮由废气驱动。由此涡轮机从废气中获取动力并驱动压缩机。压缩机通过压缩机壳体的入口接收周围空气，空气被压缩机轮压缩，然后从壳体排放至发动机进气口。

用涡轮增压器提高发动机的性能的难题之一是在发动机的整个工作范围内都获得所需的发动机功率输出量。已经发现，这个目标使用固定几何形状涡轮增压器通常是很难实现的，因此，为了能够对涡轮增压器提供的推进量进行更高度控制，开发了可变几何形状涡轮增压器。一种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。叶片可枢转安装在喷嘴中并连接在可以改变叶片的设置角度的机构上。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作用，因此，废气向涡轮机轮的流动可以通过控制叶片的位置来调节。通过这种方法，涡轮机的功率输出可以得到调节，这将允许发动机的功率输出以比固定几何形状涡轮增压器通常可能的更大的程度控制。

现有的可变叶片机构趋向于由相对大量的的分开的部件组成，因此复杂并且给制造和组装带来困难。改善可变叶片机构的易于制造和组装是期望的。

发明内容

本发明通过为具有减少了部件数量且因此相对于一些现有的可变叶片组件降低了制造和组装的复杂性的可变喷嘴涡轮机提供一种可变叶片组件来满足上述需求并获得其它的优点。按照本发明的一个实施例，可变叶片组件包括限定了多个周向间隔的孔的固定喷嘴环，和周向间隔的叶片的环，每个叶片包括从最接近喷嘴环的第一端轴向延伸到相对的第二端的翼面部分。每个叶片具有与翼面部分的第一端以固定方式连接并沿远离第二端的方向从其轴向延伸的轴杆，所述轴杆限定了叶片的旋转轴线。叶片的轴杆插入喷嘴环的孔中，这样轴杆可以在孔中旋转。

促动器环与喷嘴环相邻并与喷嘴环同心布置，促动器环可相对于喷嘴环围绕轴线旋转。在一些实施例中，促动器环可以同心围绕喷嘴环的一部分，使得促动器环与喷嘴环的该部分共面。促动器环限定了多个周向间隔的第一连接元件。

每个叶片还包括臂，臂具有最接近翼面部分第一端与叶片固定连接的近端。臂的远端偏离叶片的旋转轴线并限定了构造为与促动器环的第一连接元件中的一个连接的第二连接元件。将每个叶片的轴杆插入到喷嘴环的孔之一中也有效地连接叶片的第二连接元件和促动器环的第一连接元件之一，从而连接叶片的臂到促动器环。因此，促动器环的旋转使臂移动并由此引起叶片围绕其旋转轴线旋转，从而调整叶片的旋转取向。

在一些实施例中，每个叶片和与它相关的轴杆和臂包括一体的结构。该结构可以通过铸造、对单块的原材料进行机械加工、金属注模(MIM)或任何其它适合的技术来形成。

因此，可变叶片机构具有相对简单的结构。特别是，在一些实施例中，所有的叶片相互都是一样的，因此使得整个组件只包括三个部件构造：(1)喷嘴环，(2)促动器环，和(3)叶片。与其中叶片和臂在组装之前是分开的现有的叶片组件相比，部件的数量也大量减少了。组装的过程也被大量简化，因为在组装过程中无须焊接或其它的将臂接附到叶片的步骤。