[发明专利]可变几何涡轮机

说明书

技术领域

本发明涉及一种可变几何涡轮机。该可变几何涡轮机可以例如形成涡轮增压器的一部分。

背景技术

涡轮增压器是众所周知的以高于大气压的压力(增加压力)向内燃机的进气口供给空气的装置。传统的涡轮增压器基本上包括安装在涡轮机壳体内旋转轴上的由废气驱动的涡轮机叶轮，所述涡轮机壳体被连接到发动机出口歧管的下游。涡轮机叶轮的旋转使安装在压缩机壳体内旋转轴另一端上的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮向发动机进气口歧管输送压缩空气。涡轮增压器轴一般被包括适当润滑系统的轴颈和推力轴承支撑，其位于连接涡轮机和压缩机叶轮壳体之间的中心轴承座内。

典型的涡轮增压器中的涡轮机部分包括：其中安装有涡轮机叶轮的涡轮机腔室；限定于环绕涡轮机腔室设置的相对径向壁之间的环形进气口；环绕环形进气口设置的进气口涡壳；以及自涡轮机腔室延伸的出口通道。所述通道与涡轮机腔室连通，使得进入进气口涡壳的增压废气通过进气口经过涡轮机流到出口通道，同时使涡轮机叶轮旋转。此外已知的是，通过在进气口内设置叶片(称之为喷嘴叶片)来提高涡轮机的性能以便使流动通过进气口的气体偏转。也就是说，流动通过环形进气口的气体流动通过进气通道(其由相邻的叶片所限定)，上述进气通道可引起气流涡旋，使流动方向朝向涡轮机叶轮的旋转方向偏转。

涡轮机可以具有固定或者可变几何类型。可变几何涡轮机与固定几何涡轮机的区别在于其进气口的尺寸可以改变以便在气体质量流率范围内优化气体流速，这样涡轮机的输出功率可以改变以便适应不同的发动机要求。例如，当传送到涡轮机的废气量相对低时，到达涡轮机叶轮的气体流速保持在一定的水平，其通过利用可变几何机构减小进气口的尺寸而确保涡轮机的高效运行。设有可变几何涡轮机的涡轮增压器被称为可变几何涡轮增压器。

设置于可变几何涡轮机增压器内的喷嘴叶片可以具有不同的形式。在一种类型中，被称为“滑动喷嘴环”，所述叶片被固定到轴向可移动的壁上，该壁滑动穿过进气通道。所述轴向可移动壁向罩板移动以关闭进气通道，并且在这样做时，叶片通过罩板中的孔。另外，喷嘴环固定于涡轮机的一个壁而罩板在叶片的上方移动以改变进气通道的尺寸。

可变几何机构的可移动部件(无论是喷嘴环还是罩板)受到支撑以便在一部分涡轮增压器壳体(通常是涡轮机壳体或涡轮增压器轴承座)内的腔内进行轴向运动。上述壳体可相对腔壁密封以便减少或防止喷嘴环背面周围的流体泄漏。

可变几何机构的可移动壁可通过由致动器和联动装置构成的合适致动器组件进行轴向位移。这种已知的致动器组件的一个实例例如在US5,868,552中有所披露。联动装置包括轭，其枢转支撑在轴承座内且具有两个臂，每个臂延伸与其上安装有可移动部件(在该情况下为喷嘴环)的相应推杆的端部接合。轭安装到一个轴上，该轴在轴承座内径向滑动且支撑处于轴承座外部的曲轴，其可以任何适当的方式连接到致动器。使得轭移动的致动器采取各种形式，包括气动、液压和电气的形式，且可以各种方式链接到轭。致动器通常在发动机控制单元(ECU)的控制下调节可移动壁的位置，以便改变通过涡轮机的气流，从而满足性能要求。

在使用过程中，通过流动通过进气口的气体将轴向力施加到可移动壁上，该轴向力必须由致动器组件提供。此外，作为使得气流叶片通道朝向涡轮机叶轮的旋转方向偏转的结果，扭矩施加到喷嘴环上。如果喷嘴环是可变几何机构的可移动壁，则扭矩也必须由致动器组件(诸如联动装置的一部分)激发或另外提供。

发明内容

本发明的一个目的是消除或减轻上述缺陷。本发明还有一个目的是提供改进或替代的可变几何机构和涡轮机。

根据本发明的一个方面，提供一种可变几何涡轮机，包括：涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮安装在壳体内用于绕涡轮机轴线旋转，所述壳体限定所述涡轮机叶轮周围的环形进气口，所述进气口在第一进气口和第二进气口侧壁之间被限定；以及圆柱型套筒，所述圆柱型套筒可轴向移动穿过所述环形进气口以改变经过所述进气口的气体流动路径的尺寸；其中环形进气口被分隔为至少两个轴向偏离的进气通道，这些进气通道轴向重叠。

应该意识到轴向偏离的进气通道包括具有不同轴向位置的进气通道和/或具有不同轴向延伸程度的进气通道。轴向偏离的进气通道可间隔开、相邻或轴向重叠。

环形进气口可被分隔成大致朝向涡轮机叶轮延伸的大体为管形进气通道的环形阵列，其中进气通道的环形阵列包括至少三个轴向重叠的轴向偏离进气通道。

至少两个所述轴向重叠的轴向偏离进气通道在周向上重叠。

大体为管形的进气通道具有大体为菱形或大体为六角形的横截面。