[发明专利]带有隔离开的构件的可变几何形状涡轮增压器

说明书

技术领域

本发明是针对一种用于内燃机的涡轮增压器系统，并且更具体地是针对 用于涡轮增压器的调整环的轴向行程控制。

背景技术

涡轮增压器是一类强制性进气系统。它们把压缩空气传送到发动机进气 系统从而允许燃烧更多的燃料，因此在没有明显增加发动机重量的情况下提 升了发动机的马力。这可以允许使用一台较小的涡轮增压的发动机来替代一 台较大物理尺寸的自然吸气的发动机，因此减少了车辆的质量以及空气动力 学的前端面积。涡轮增压器利用了来自发动机的排气流动来驱动一台涡轮 机，该涡轮机进而驱动空气压缩机。在启动时，涡轮增压器可能处于远低于 0℃的温度下。因为涡轮机以极高的速度(在150,000RPM到300,000RPM的 范围中)旋转，并且它被机械地连接到排气系统上，所以它会遇到高的温度 (对于汽油发动机高达1050℃的温度)和振动的水平。这类情况对于涡轮增 压器的部件具有一种有害的影响。因为这些不利的情况，所以必须对设计、 材料及公差进行选择以提供针对给定的市场成本的该组件的适当寿命。满足 这些情况所要求的这些设计选择通常导致这些VTG部件的腐蚀以及所造成 的卡塞。

利用某些形式的涡轮机流动以及压力控制的涡轮增压器被赋予几个名 字并且通过不同的手段来提供控制。一些具有转动的叶片；一些具有滑动的 段或环。用于这些装置的一些名称是：可变涡轮设计(VTG)、可变几何形 状涡轮机(VGT)、可变喷嘴涡轮机(VNT)、或者简称为可变几何形状(VG)。 本专利的主题是可变涡轮机的旋转叶片的类型，对于本文的论述的剩余部分 将它称为VTG。

可变涡轮几何形状(VTG)的涡轮增压器是已知的并且它们利用了可转 动地连接到一个叶片环或喷嘴壁上的多个可调节的导向叶片来控制到涡轮 机叶轮上的排气流动的量值。这些VTG涡轮增压器具有大量的部件，这些 部件必须被组装和定位在涡轮机壳体之中，这样使这些导向叶片相对于排气 供给通道以及涡轮机叶轮而适当地定位。VTG涡轮增压器可以使用一种调 整环，该调整环致动这些叶片的运动用于控制气体流动的量值。

排气是一种高温的腐蚀性气体。虽然已知制造耐腐蚀材料(例如高铬钢、 高钒钢)的部件，但这些材料在可机加工性上较差并且还昂贵，因此不可接 受地增加了涡轮增压器涡轮机壳体的材料及制造成本。涡轮增压器涡轮机壳 体最常见地是由铸铁制造的，这是相对价廉的并且易于铸造模制。然而，铸 铁是一种高度多孔的材料并且它非常易于被腐蚀，特别是在高温循环并且暴 露于柴油排气凝集物的情况下。腐蚀的作用可以扩散到与铸铁壳体相接触的 多个部件、如调整环上。这种调整环要求相对精确的运动以便致动这些叶片， 它基于来自涡轮机壳体的腐蚀而会易于发生故障。

在授予Zollinger的美国专利号6,925,806中，申请人说明了如图1所示 的一种典型的调整或协调环的构造。可变几何形状涡轮增压器组件38具有 多个叶片40，这些叶片被可移动地安置在涡轮机壳体44的排气流动通道42 中，并且一个柱46用于将每个叶片连接到喷嘴壁48上。一个环形协调环50 被定位在涡轮机壳体44之内，并且由中央壳体表面的一个肩台部分54所支 持。协调环50与中央壳体直接相接触。

中央壳体表面具有一个凹陷部分56，该凹陷部分径向向外地从肩台54 延伸了一段距离并且它在协调环50的一个内侧表面与该中央壳体之间提供 了一个环形空间58。凹陷部分56所起的作用是为空气提供一个通风路径以 便在协调环50后面循环，从而帮助控制在它们之间的所不希望的湿气的积 聚。从肩台部分54径向地向内移动，该中央壳体包括一个环形热护罩60， 该护罩通过多个螺栓62被附接到其上。该热护罩是一种盘形的环形构造， 该构造被配置为安装在大致于协调环与一个中央轴开口64之间延伸的中央 壳体表面的区域上。该加热护罩所起的作用是控制从该涡轮机壳体到该中央 壳体的热传导的量值。

Zollinger申请人正确指出了由中央壳体表面的一个部分携带并且与其 直接相接触的协调环50的缺点。铸铁的中央壳体与在协调环50与中央壳体 之间积蓄的湿气相组合导致了在涡轮增压器的这个区域中的腐蚀。这种腐蚀 会阻碍协调环的适当的转动运动，由此限制或者阻碍了所希望的叶片操作。