[发明专利]具有用于协调环的固定引导销的可变叶片组件

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，其中在涡轮机的喷嘴中设有一组可动叶片，用于调节流入涡轮机的排气流。

背景技术

排气驱动的涡轮增压器是与内燃式发动机结合使用的装置，用于通过压缩输送到发动机进气口的空气以便与燃料混合并在发动机中燃烧来增大发动机的功率输出。涡轮增压器包括安装在压缩机壳体中的轴的一端的压缩机叶轮和安装在涡轮机壳体中的轴的另一端的涡轮。一般地，涡轮机壳体与压缩机壳体分开地形成，并且还有另一个中央壳体连接在涡轮机壳体和压缩机壳体之间，用于容纳用于轴的轴承。涡轮机壳体限定出包围涡轮并接收来自发动机的排气的大致环形的腔。涡轮机组件包括从所述腔通到涡轮中的喷嘴。排气从所述腔通过该喷嘴流到涡轮，并且由排气来驱动涡轮。涡轮机因此从排气提取能量并驱动压缩机。压缩机通过压缩机壳体的入口来接收大气(ambient air)，空气经过压缩机叶轮被压缩，然后从壳体排放到发动机进气口。

在利用涡轮增压器来助推发动机性能方面的一个挑战是在发动机的整个工作范围内实现期望大小的发动机功率输出。已经发现，利用固定尺寸的涡轮增压器通常不容易达到该目的，因此在对涡轮增压器提供的助推量提供更大程度的控制这一目的的驱使下，已经研发出了可变尺寸的涡轮增压器。一种类型的可变尺寸涡轮增压器是可变喷嘴涡轮增压器(VNT)，其包括涡轮机喷嘴中的一组可变叶片。这些叶片枢转地安装在喷嘴中并连接于使得叶片的设定角能够改变的机构。改变叶片的设定角对改变涡轮机喷嘴中的有效流动面积具有影响，因此能够通过控制叶片位置来调节流向涡轮的排气流动。通过这种方式，能够调节涡轮机的功率输出，这使得与利用固定尺寸的涡轮增压器所通常能够实现的相比，能够在更大的程度上控制发动机的功率输出。

一般地，可变叶片组件包括喷嘴环，该喷嘴环以可旋转的方式支撑与喷嘴环的一个面邻近的叶片。叶片具有延伸穿过喷嘴环中的轴承孔的轴体，并且叶片臂刚性地固定于该轴体的伸出超过(beyond)喷嘴环的相反面的端部。因此，能够通过使叶片臂枢转而使叶片绕由所述轴体限定的轴线枢转，从而改变叶片的设定角。为了使叶片步调一致地(in unison)枢转，在喷嘴环的相反面附近设有致动器环或“协调环(unison ring)”，该致动器环或“协调环”在其径向内边缘中包括凹部，用于容纳叶片臂的自由端。因此，协调环绕喷嘴环的轴线的旋转使得叶片臂枢转，并因此使得叶片改变设定角。

可变叶片组件因此是相对复杂的，并在涡轮增压器的组装方面带来了挑战。在如何将协调环支撑在该组件中以使得协调环被限制发生过度的径向和轴向运动、同时能够自由地旋转以调节叶片设定角这一方面同样存在挑战。已经尝试了多种方案来支撑协调环，包括使用由喷嘴环支撑的可旋转引导滚动件。这种引导滚动件使可变叶片组件的组装变得复杂，因为由于这些滚动件的固有性质其会自然地易于从喷嘴环落下或以其它方式分离。之所以会这样，是因为这些滚动件通常都是松散地配合在喷嘴环的孔中。

发明内容

本隔开涉及一种用于可变喷嘴涡轮机的可变叶片组件，例如使用在涡轮增压器中，其中协调环沿径向和轴向设置，并且非转动引导销刚性地固定于喷嘴环。在一个实施方式中，该可变叶片组件包括环绕轴线的喷嘴环，该喷嘴环具有在喷嘴环的相反的第一和第二面之间限定的轴向厚度，该喷嘴环具有多个周向间隔开的第一孔和多个周向间隔开的第二孔，每个所述第一孔沿轴向延伸到所述第一面中，所述第二孔与所述第一孔周向间隔开，并且每个第二孔从所述第一面沿轴向延伸到所述第二面。该组件还包括多个叶片，每个叶片具有从其一端延伸的轴体，所述轴体分别从喷嘴环的第二面容纳到所述第二孔中，并且能够在所述第二孔中旋转，使得叶片能够绕由所述轴体限定的相应轴线旋转，每个所述轴体的远端从相应的第二孔延伸出并超过第一面。多个叶片臂分别刚性地固定于所述轴体的远端，每个叶片臂具有自由端。

叶片的设定角通过具有径向内边缘的协调环一致地进行改变，所述径向内边缘中限定有多个凹部，用于分别容纳叶片臂的自由端。协调环与喷嘴环同轴地定位，并且协调环的一个面与喷嘴环的第一面相对。协调环能够绕喷嘴环的轴线旋转，以使叶片臂枢转，从而使叶片一致地枢转。

喷嘴环和协调环中的一个限定有突起，该突起朝喷嘴环和协调环中的另一个延伸并与其接触，从而将喷嘴环的第一面与协调环的相对的面轴向隔开第一轴向距离。