[发明专利]具有协调环的可变叶片组件

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，其中可移动叶片的阵列布置在涡轮机的喷嘴内以便调节流入涡轮机的排气。

背景技术

排气驱动的涡轮增压器是与内燃机结合使用的装置，用于通过压缩输送到发动机空气吸入口以便与燃料混合并在发动机内燃烧的空气来增加发动机的功率输出。涡轮增压器包括安装轴在压缩机壳体内的一端上的压缩机轮和安装在该轴在涡轮机壳体内的另一端上的涡轮机轮。通常，涡轮机壳体与压缩机壳体分开形成，并且具有连接在涡轮机和压缩机壳体之间用于容纳该轴的轴承的另一中央壳体。涡轮机壳体限定围绕涡轮机轮并且从发动机接收排气的大致环形的腔室。涡轮机组件包括从腔室通向涡轮机轮的喷嘴。排气从腔室流过喷嘴到达涡轮机轮，并且涡轮机轮由排气驱动。涡轮机因此从排气中提取能力并驱动压缩机。压缩机经由压缩机壳体的入口接收环境空气，并且空气由压缩机轮压缩并随后从壳体排放到发动机空气吸入口。

通过涡轮机增压器增强发动机性能的挑战之一是在发动机的整个运行范围上实现所需的发动机功率输出量。已经发现，该目标通常不容易通过固定几何形状的涡轮机增压器实现，并且已经因此而开发出可变几何形状的涡轮增压器，其目的在于对由涡轮增压器提供的升压量提供更大程度的控制。一种类型的可变几何形状的涡轮增压器是可变-喷嘴的涡轮增压器(VNT)，其包括涡轮机喷嘴内的可变叶片阵列。叶片可枢转地安装在喷嘴内并且连接到使叶片的设置角度能够被改变的机构上。改变叶片的设置角度具有改变涡轮机喷嘴内有效流动面积的效果，并且因此流到涡轮机轮的排气流量可以通过控制叶片位置进行调节。以此方式，即可调节涡轮机的功率输出，这样做与固定几何形状的涡轮增压器通常可以实现的效果相比，允许更大程度地控制发动机的功率输出。

通常，可变-叶片组件包括可转动地支撑靠近喷嘴环一个表面的叶片的喷嘴 环。叶片具有延伸经过喷嘴环内的轴承孔的轴，并且叶片臂刚性地固定至该轴的伸出超过喷嘴环相对面的端部。因此通过枢转叶片臂，叶片可围绕通过轴限定的轴线枢转，以便改变叶片的设置角度。为了协调地枢转叶片，致动器环或“协调环”(unison ring)被靠近喷嘴环的相对面布置，并且包括位于其径向内边缘内的凹口用于接收叶片臂的自由端。因此，协调环围绕喷嘴环轴线的转动造成叶片臂以及叶片枢转，以便改变设置角度。

可变叶片组件因此相对复杂，并且在涡轮增压器的组装方面提出了挑战。同样具有挑战的方面在于如何将协调环支撑在组件内以使其受到约束而限制过度的径向和轴向运动，同时自由转动以调节叶片设置角度。已经尝试了不同的方案来支撑协调环，包括通过喷嘴环支撑的可转动引导滚动件的使用。由于这些引导滚动件通常松配合在喷嘴环的孔内，所以就其本质而言这种引导滚动件容易掉出或以其他方式变得与喷嘴环分离，因而这些引导滚动件使得可变叶片组件的组装复杂化。

发明内容

本发明涉及一种例如用于涡轮增压器内的可变喷嘴涡轮机的可变叶片组件，其中协调环通过固定至喷嘴环的引导滚动件(或者通过引导滚动件和轴向-径向引导销的组合)径向定位并且通过一个或多个固定至喷嘴环的固定轴向止动件轴向约束。

在一个实施例中，所述组件包括围绕轴线并且具有限定在喷嘴环相对的第一和第二面之间的轴向厚度的喷嘴环，喷嘴环具有多个圆周向间隔开的每一个都轴向延伸到第一面内的第一孔以及与第一孔周向隔开并且均从第一面轴向延伸到第二面的多个周向隔开的第二孔。设有多个叶片，每一个叶片都具有从其一端延伸的轴，轴分别从喷嘴环第二面被容纳在第二孔内，并且可以在第二孔内转动以使叶片可以围绕由该轴限定的各自轴线转动，每个轴的远端都从各自的第二孔伸出超过第一面。多个叶片臂分别被刚性地固定至轴的远端，每个叶片臂都具有自由端。协调环与靠近其第一面的喷嘴环共轴设置，协调环具有面向喷嘴环第一面的第一侧并且具有相对的第二侧。协调环具有在其中界定出多个分别容纳叶片臂自由端的凹口的径向内边缘，协调环可以围绕喷嘴环的轴线转动以枢转叶片臂，由此协调地枢转叶片。

多个径向引导滚动件被设置成用于协调环。每一个径向引导滚动件都被支 撑在销上，该销被容纳在喷嘴环内的第一孔中的相应一个内并且被刚性地固定在其中，使得径向引导滚动件被固定至喷嘴环并且被定位成使得协调环的径向内边缘由径向引导滚动件约束以限制沿径向的过度运动。

该组件进一步包括用于协调环的固定轴向止动件，轴向止动件具有被容纳在喷嘴环的第一孔中的另一个内并且被刚性地固定在其中的固定部分，和从第一孔向外突出的止动部。止动部的一部分悬垂在协调环第二侧的上方并与其相对以阻止协调环远离喷嘴环的过度轴向运动。