[发明专利]具有可调节喉管的涡轮增压器

说明书

交叉参考

本申请是2006年3月30日提交的序列号为US60/767,467的 临时专利申请的部分继续申请。

技术领域

本发明涉及一种内燃机使用的涡轮增压器，尤其是对排气涡轮 转子的转速进行控制，所述转速是供给至进气歧管的增压(boost pressure)的函数。

背景技术

涡轮增压器是众所周知的用于向内燃机的进气口供应压力高于 大气压(通常称作“增压”)的空气的装置，并广泛应用在所有类型 的车辆中。

传统的涡轮增压器包括位于涡形涡轮壳体内的具有多个翼片的 涡轮转子或轮子。涡轮转子通过来自于发动机且撞击涡轮翼片的排 气而旋转。转子经由连接轴将驱动扭矩提供给压缩机。供给至压缩 机的环境空气产生增压，该增压被供给至发动机的进气歧管。排气 涡轮的流量是外壳涡形面积的函数，并且是排气冲击涡轮翼片时的 排气通道的函数。必须调节排气流量以控制压缩机速度，从而在歧 管压力中产生想要的增压。

典型的离心压缩机包括由涡轮转子高速驱动的叶轮。环绕叶轮 的扩压器(diffuser)使得被送往进气歧管的环境空气的压力增加。

任何涡轮增压器的一个具体目的是需要快速响应，即防止通过 将节流阀设置在敞开位置而首次要求发动机高功率输出时的时间和 压缩机传递进气歧管气压中的增压时的时间之间的延时或延迟。在 一些情况中，当需要基本上即时的响应时，延时会导致危险的驾驶 情况。

其他人提出了几何形状可变的涡轮和用于相对于涡轮转子导 引、分隔或改变排气方向的可移动叶片，从而控制其转速。

美国专利4,893,474描述了一枢转的阀构件，其由弹簧承载式 钟形曲柄(spring loaded bell-crank lever)致动以控制排气阀将排气 排出排气通道。在涡轮增压器中经常使用废气门，其在高速下打开， 以绕过涡轮中的一部分排气流，以保持涡轮增压器的低速，从而保 持进气歧管压力低于给定的临界值。

美国专利4,510,754和6,073,447教导了如何用具有不同横截面 的分离的第一和第二通道使排气进入涡壳。用挡板阀及相关控制系 统来选择性地打开和关闭这些通道。

美国专利4,565,068和4,927,325描述了涡壳的入口，其具有同 心隔开的隔板和沿气流的方向布置的多个同心固定的单独的壁部。 壁部之间的空间形成孔，以在涡轮转子上施加均匀的冲击。

美国专利4,729,715提供了至少一个或多个可移动以改变通道 面积但仍允许整个排气流通过涡壳的壁件。所述壁件是这样的叶片， 在叶片的前部和后部之间包括通道，该通道形成喷嘴，以辅助在涡 壳中分布气体通道。

其他专利，例如，美国专利4,179,247提出了可变截面涡轮 (VAT)，或者，美国专利6,272,859提出了具有可变喷嘴叶片或具 有独立枢转的涡轮叶片的可变几何涡轮(VGT)。

这种装置通常需要复杂的涡轮涡壳壳体和控制装置。

发明内容

本发明涉及一种可变涡轮增压器，其典型地包括涡形壳体和排 气驱动的涡轮转子，该涡轮转子驱动压缩机，以向内燃机的进气歧 管提供增压空气。流量控制闸门设置在壳体的入口中，并适于根据 命令(指令)绕横向铰链从中间第一位置沿下游方向旋转或枢转至 朝向涡轮转子的叶片的第二位置。

另一实施方式涉及涡壳的入口喉管的修改和/或改进，其具有耐 热的固定分流器，以将排气流在涡轮转子附近相等地或不等地分成 外部路径和的内部路径。在分流器的下游端的是枢转的流量控制闸 门，其能够在内部路径中从中间第一位置移动至朝向涡轮转子的叶 片的第二位置。在第二位置中，流量控制闸门关闭内部路径，导致 排气流作用于转子的速度更高，从而提供涡轮转子的初始的快速的 “旋转”。这减小了到达内部路径中的排气的体积，却增加了作用在 涡轮转子上的速度和/或压力。这使得涡轮增压器达到最优工作速 度，以基本上降低或消除有害排放，同时，增加初始的发动机输出 功率并减小从操作者开始发信号加速起的延时。