[发明专利]用于具有可变喷嘴的排气驱动式涡轮增压器的涡轮组件

说明书

技术领域

本公开内容涉及具有可变涡轮喷嘴的排气驱动式涡轮增压器，并且具体涉及可变喷嘴，其具有使一部分排气围绕涡轮叶轮(turbine wheel)旁通的效能。

背景技术

对通过排气驱动式涡轮增压器的涡轮的排出气流进行调节，在改善控制由涡轮增压器向相关内燃发动机输送的增压量的能力方面提供了公知的工作优点。通过在通向涡轮叶轮内的喷嘴中结合可变的几何形状，实现了对排出气流的调节。通过改变喷嘴流动区域的大小，可调节进入涡轮叶轮的流量，从而调节由涡轮增压器的压缩机所提供的总体增压。

用于涡轮增压器的可变几何形状的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。叶片通常包括在涡轮喷嘴中，用于沿有利的方向将排气引导至涡轮中。通常，一排周向间隔开的叶片沿轴向延伸穿过喷嘴。来自包绕涡轮叶轮的大致环形腔室的排气通常沿径向向内流动穿过叶片之间的通路，并且叶片使流动转向，以便沿期望的方向引导流入涡轮叶轮中。在大多数可变叶片喷嘴中，叶片可围绕其轴线旋转，以改变叶片所设置的角度，从而改变叶片间通路的流动区域。

在滑动活塞型的喷嘴中，喷嘴也可以包括叶片，但是叶片固定在适合的位置上。通过在涡轮壳体内的孔洞(bore)中滑动的轴向滑动活塞，实现了喷嘴流动区域的改变。活塞是管状的，并且刚好位于喷嘴的径向内部。活塞的轴向运动有效改变了喷嘴的引入涡轮叶轮的轴向程度，从而改变了在涡轮叶轮入口处的“喉部区域”。当叶片包括在喷嘴中时，活塞可邻近叶片的径向内部边缘(即，后缘)滑动；作为备选，活塞和叶片可沿径向方向重叠，且活塞可包括槽口，用于在活塞沿轴向滑动以调整喷嘴时收容叶片的至少一部分。

在涡轮增压器工作期间，有时期望传送尽可能多的流量通过涡轮。例如，在有些工作状态期间，期望最大限度地减小发动机所感受到的背压，而这是通过尽可能多地减小发动机下游的流动限制来实现的。在滑动活塞型的可变涡轮喷嘴中，通过完全打开活塞以最大程度地增大涡轮叶轮入口处的喉部区域，减小了下游流动限制。然而，在一些情形中，即便完全打开活塞也不会容许传送如所期望那样多的流量。因此，一些活塞型可变喷嘴构造成具有旁通通路，该旁通通路在活塞滑动至完全打开位置时开启。旁通通路在涡轮壳体的大致环形腔室与涡轮壳体中的孔洞之间延伸，使得排气从腔室绕过涡轮叶轮而流至孔洞。具有可变叶片喷嘴的一些涡轮类似地包括用于绕过涡轮叶轮的旁通阀。

可变叶片型和滑动活塞型的可变喷嘴，二者均具有优点和缺点。例如，具有可旋转叶片的可变叶片喷嘴通常具有良好的空气动力性能，但由于活动零件的数量很多，故而在机械上很复杂。滑动活塞型可变喷嘴在机械上简单得多，具有很少的活动零件，但通常在空气动力上不如可变叶片喷嘴好。

还存在例如由对于Lombard等人的国际专利申请公布WO2004/074643所代表的第三类可变喷嘴，其中，可变喷嘴所包括的叶片分别由固定前缘部分(固定叶片)和可动后缘部分(可动叶片)构成。可动叶片支承在转子上，转子围绕其轴线旋转，以改变可动叶片相对于固定叶片的位置。这种设计提供了结合有叶片型喷嘴的一些优点的机械简单性。

发明内容

本公开内容涉及一种上述WO′643公布所描述的可变喷嘴类型的改进方案。具体而言，本公开内容涉及一种具有一体式旁路的可变喷嘴布置，其不需要除改变喷嘴流动区域所需的那些零件之外的其它零件。

根据本文所述的一个实施例，一种用于具有可变喷嘴的排气驱动式涡轮增压器的涡轮组件，包括：

涡轮壳体，其限定围绕涡轮壳体的纵向轴线沿周向延伸的大致环形腔室，该涡轮壳体限定沿纵向轴线延伸的孔洞；

设置在涡轮壳体中的涡轮叶轮；

从腔室沿径向向内引入涡轮叶轮的喷嘴通路，该喷嘴通路限定在沿纵向方向间隔开的两个壁之间；以及

可变喷嘴组件，其包括：(1)定子，其在旋转方面相对于涡轮壳体固定，且限定延伸到喷嘴通路中的多个周向间隔开的固定叶片，该定子限定暴露于腔室内的排气的至少一个旁通开口；以及(2)转子，其围绕纵向轴线相对于涡轮壳体旋转，该转子限定具有入口和出口的至少一个旁通通道，该出口在相对于排气经由孔洞的流动从喷嘴通路向下游间隔开的位置处与孔洞成流体连通，以及其中，转子可在入口由定子封闭的闭合位置和入口与定子中的旁通开口对准的开启位置之间旋转，使得排气从腔室经由旁通开口且经由旁通通道流入孔洞中，从而绕过涡轮叶轮。