[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。具体而不是排他性地，本发明涉及一种用于涡轮增压器或其它涡轮机组的可变几何涡轮机。

背景技术

涡轮机组包括涡轮机。传统的涡轮机包括在连接到发动机出口歧管下游的涡轮机壳体内安装在可旋转轴上的废气驱动涡轮机叶轮。涡轮机叶轮的旋转驱动在压缩机壳体内安装在轴的另一端上的压缩机叶轮以将压缩空气输送到发动机进气口歧管，或驱动将机械动力传递给发动机飞轮或曲轴的齿轮。涡轮机驱动轴传统地由位于轴承套内包括适当的润滑系统的轴颈和止推轴承支撑。

涡轮增压器是用于在大气压力以上的压力(增压压力)下将空气供应给内燃机的进气口的公知装置。涡轮增压器包括：涡轮机，所述涡轮机具有限定涡轮室的涡轮机壳体，其中涡轮机叶轮安装在所述涡轮室内；环形进入通路，所述环形进入通路限定在绕涡轮室布置的相对径向壁之间；入口，所述入口绕进入通路布置；和排出通路，所述排出通路从涡轮室延伸。所述通路和所述室连通，使得进入入口室内的加压废气通过进入通路经由涡轮机流动到排出通路并使涡轮机叶轮旋转。可以通过在进入通路中设置称为喷嘴叶片(nozzle vane)的叶片以使流动通过进入通路的空气朝向涡轮机叶轮的旋转方向偏转来改进涡轮机的性能。

涡轮机可以为固定型或可变几何型。可变几何涡轮机与固定几何涡轮机的不同在于进入通路的尺寸可以变化以在质量流量的范围内优化气流速度，使得可以改变涡轮机的功率输出以适应不同发动机要求。例如，当输送给涡轮机的废气的体积相对较低时，通过减少环形进入通路的尺寸能够将到达涡轮机叶轮的空气的速度保持在确保有效涡轮机运行的水平下。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。

在公知类型的可变形状几何涡轮机中，通常称为“喷嘴环”的叶片阵列设置在进入通路中并用于将气流引导向涡轮机。可调节喷嘴环相对于进入通路的面对壁的轴向位置，从而控制进入通路的轴向宽度。喷嘴环叶片延伸到入口并通过叶片槽，所述叶片槽设置在限定进入通路的面对壁的“罩”中以允许(accommodate)喷嘴环的移动。因此，例如，当通过涡轮机的气流减小时，可以减小进入通路宽度以保持气流速度并优化涡轮机输出。这种布置与其中可变导向叶片阵列包括可调节摆动导叶导流叶片的另一种可变几何涡轮机不同，其中所述可调节摆动导流叶片被布置成枢转以打开和关闭进入通路。

公知的罩包括位于环形罩空腔的口状部中的环形板。罩板通过保持环被保持在适当的位置，其中所述保持环位于设置在罩板的外周边中的圆周沟槽内、并延伸到绕罩空腔的口状部设置在涡轮机壳体中的圆周沟槽中。保持环是通常称为“活塞环”形式的开口环。

喷嘴环可以典型地包括径向延伸壁(限定入口通路的一个壁)以及径向内和轴向外延伸壁或凸缘，所述壁或凸缘延伸到喷嘴环的径向表面后面的环形空腔中。空腔形成在涡轮增压器壳体的一部分(通常为涡轮机壳体或涡轮增压器轴承套)中并允许喷嘴环的轴向运动。凸缘可以相对于空腔壁进行密封以减少或防止绕喷嘴环的背面的泄流。

在可变几何涡轮机的布置中，喷嘴环被支撑在平行于涡轮机叶轮的旋转轴线延伸的杆上，并通过使杆轴向位移的致动器移动。喷嘴环致动器可以具有各种形式，包括气动致动器、液压致动器和电致动器，并且可以以各种方式连接到喷嘴环。致动器通常在发动机控制单元(ECU)的控制下调节喷嘴环的位置以改变通过涡轮机的气流，从而满足性能要求。

在涡轮机的使用期限期间，罩保持环和/或罩本身可能会磨损并且疲劳。本发明的目的是减少这种磨损/疲劳。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种可变几何涡轮机，包括：壳体；涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮支撑在所述壳体中，用于绕涡轮机轴线旋转；在所述涡轮机叶轮上游的环形进入通路，所述环形进入通路限定在由环状喷嘴环限定的相应入口表面与面对的环形罩之间；喷嘴环，所述喷嘴环可轴向移动以改变进入通路的尺寸；入口叶片的圆周阵列，所述入口叶片由喷嘴环支撑并延伸横过进入通路；所述罩，所述罩遮盖由壳体进入通路和罩的内侧限定的罩空腔的开口，并且限定叶片槽的圆周阵列，所述叶片槽和罩空腔被构造成容纳入口叶片以允许喷嘴环的轴向移动，其中环形罩包括绕环形罩的径向外周边的外凸缘，所述外凸缘限定用于容纳将罩固定在罩空腔的开口中的保持环的圆周凸缘沟槽，所述凸缘沟槽在内侧由径向延伸凸缘壁限定；以及其中环形凸缘边缘从所述径向凸缘壁轴向向内侧延伸。

优选地，环形罩边缘为轴向延伸环形凸缘壁的延长部分，所述轴向延伸环形凸缘壁限定凸缘沟槽的环形基部并轴向延伸超过径向凸缘壁。