[发明专利]具有半分式喷嘴和半圈式活塞的涡轮组件

说明书

技术领域

本发明通常涉及涡轮增压器，更特别是涉及具有轴向滑动活塞的排出气体 驱动涡轮增压器，上述滑动活塞用于改变通到涡轮轮体的喷嘴尺寸从而调整进 入涡轮轮体的流量。

背景技术

对通过排出气体驱动涡轮增压器的涡轮的排出气流的调整，在提高能力来 控制由涡轮增压器递送到相关联的内燃机的增压量的方面，提供已知的操作优 点。通过在通到涡轮轮体内的喷嘴中合并可变的几何形状来完成排出气流的调 整。通过改变喷嘴流动区域的大小，可以调整进入涡轮轮体的流量，进而调整 由涡轮增压器压缩机提供的整体增压。

用于涡轮增压器的可变几何形状喷嘴通常分为两个主要类型：可变叶片喷 嘴和滑动活塞喷嘴。叶片通常包含在涡轮喷嘴中，用于在有利的方向引导排出 气体到涡轮中。典型地，一排在圆周上间隔的叶片沿轴向延伸过喷嘴。从环绕 涡轮轮体的腔排出的气体通常沿径向向内流动通过叶片间的通道，并且叶片使 流体转向以沿期望的方向引导流入涡轮轮体。在可变叶片喷嘴中，叶片绕其轴 线旋转用以改变其所设置的角度，从而改变叶片间通道的流动区域。

在滑动活塞式的喷嘴中，喷嘴也可以包括叶片，但是通常叶片不是绕其轴 线旋转来调整到涡轮轮体的流动。而是通过轴向滑动活塞在涡轮壳体的孔中滑 动用以改变喷嘴流动区域。活塞是管状的，并且位于喷嘴的刚好径向内侧。活 塞的轴向运动有效地改变通到在涡轮轮体内的喷嘴开口的轴向长度。当喷嘴包 含叶片时，活塞能够毗邻叶片的径向内部边缘(即，后缘)滑动；可选择地， 活塞和叶片在径向上交迭，并且活塞包含凹槽用以当活塞轴向滑动以调整喷嘴 开度时容纳叶片的至少一部分。

滑动活塞式喷嘴的设计挑战之一是优化在活塞整个冲程中流入涡轮轮体的 排出气体的空气动力学特性。在一些滑动活塞式可变喷嘴中，特别是在活塞冲 程的开始，当活塞开始从闭合位置向打开一些的位置移动的时候，会发生流动 扰动。特别的是，当活塞开始打开甚至很小的量时，进入涡轮的流量会突然增 加，使得很难足够精确地调整活塞冲程以防止突然的流动浪涌。

发明内容

本公开涉及在涡轮增压器中可变喷嘴的滑动活塞装置的改进。按照公开的 一个方面，用于涡轮增压器的一种涡轮组件包含：涡轮壳体，该壳体限定沿轴 向延伸的孔和限定用于接收排出气体的围绕所述孔的室，该室在室的径向内侧 向孔打开；第一级喷嘴，该喷嘴包含安装在涡轮壳体上的第一喷嘴环和多个沿 圆周间隔的第一叶片，每个第一叶片具有连接到第一喷嘴环的第一端，并且每 个第一叶片通常平行于轴向从第一端向相对的第二端延伸；第二级喷嘴，该喷 嘴包含连接到第一叶片的第二端的第二喷嘴环和多个沿圆周间隔的第二叶片， 每个第二叶片具有连接到第二喷嘴环的第一端，并且每个第二叶片通常平行于 轴向从第一端向相对的第二端延伸；和位于涡轮壳体的孔中的管状活塞，该活 塞沿着室的径向内侧相对于涡轮壳体轴向可滑动，因此根据活塞轴向位置，该 活塞阻断第二级喷嘴的轴向长度的可变部分。

活塞在关闭位置时大致地关闭第二级喷嘴，而第一级喷嘴保持打开，从而 排出气体通过第一级喷嘴流向涡轮轮体。活塞在非关闭位置时允许流过第二级 喷嘴。

当排出气体流量相对低时，第一级喷嘴能够被优化或者设计以达到高效率。 当发动机在高速和/或高负载运行时，第二级喷嘴主要被设计成通过大量流体。

第二喷嘴环作为分隔器，至少部分地分隔第二级喷嘴和第一级喷嘴。在一 个实施例中，第二喷嘴环将每个第一叶片的所有第二端与每个第二叶片的所有 第一端分隔开。

在另外一个实施例中，第二喷嘴环仅将每个第一叶片的一部分与每个第二 叶片的一部分分隔开。特别的是，第二喷嘴环将每个第一叶片的第二端的前缘 区从每个第二叶片的第一端的前缘区分隔开，而第一和第二叶片的后缘区不被 第二喷嘴环分隔开。例如，每个第一叶片的后缘和每个第二叶片的后缘在轴向 包含连续的叶片部分。相反地是，例如，每个第一叶片的前缘可以被设置成与 每个第二叶片的前缘不同的攻角。

在一些实施例中，活塞是“半圈式”活塞，该活塞具有径向外表面，在其 中形成有凹槽，用于分别地接纳第二叶片，使得每个第二叶片的径向面向内表 面面对每个相应凹槽的径向面向外壁。活塞上的凹槽仅围绕每个第二叶片的周 长的一部分，所以术语“半圈式”被应用于此活塞。

活塞也可以限定通常轴向面对第二喷嘴环的端面，并且具有容纳第二喷嘴 环的部分的凹槽。