[发明专利]具有叶片密封装置的涡轮增压器可变喷嘴组件

说明书

技术领域

本发明涉及具有可变喷嘴涡轮的涡轮增压器，其中一排活动叶片(vane)布置在涡轮的喷嘴中，用于调节进入涡轮的排气流量。

背景技术

排气驱动涡轮增压器是结合内燃机使用的装置，其通过压缩将与燃料混合并且在发动机中燃烧的、输送给发动机的空气进口的空气以用于增加发动机的功率输出。涡轮增压器包括在压缩机壳体中安装在轴的一端上的压缩机叶轮(compressor wheel)以及在涡轮壳体中安装在轴的另一端上的涡轮叶轮(turbinewheel)。典型的涡轮壳体与压缩机壳体单独地分开形成，并且存在连接在涡轮与压缩机壳体之间的用于容纳轴的轴承的另一中心壳体。涡轮壳体限定了围绕涡轮叶轮而且接收来自发动机的排气的大体上呈环形的腔(chamber)。涡轮组件包括从腔引导至涡轮叶轮的喷嘴。排气从腔通过喷嘴流动至涡轮叶轮与涡轮叶轮并且涡轮叶轮由排气驱动。涡轮因此从排气中提取动力并且驱动压缩机。压缩机接收通过压缩机壳体的进口的环境空气并且空气通过压缩机叶轮压缩然后从壳体排出到发动机空气进口。

具有涡轮增压器的升压发动机所面临的一个挑战是在发动机的整个工作范围中实现发动机功率输出的所需量。已经发现这些目标用具有固定几何形状的涡轮增压器常常不容易实现，并且因此已经发展了具有可变几何形状涡轮增压器，其目标是在由涡轮增压器提供的增压量上提供较大程度的控制。一种典型的可变几何形状涡轮增压器是可变喷嘴涡轮增压器(VNT)，其包括在涡轮喷嘴中的一排可变叶片。叶片枢转地安装在喷嘴中并且连接到使得叶片的装置角(setting angle)能够变化的机构上。改变叶片的装置角具有改变涡轮喷嘴中有效流动面积的效果，并且因此排气至涡轮叶轮的流动(流量)可以通过控制叶片位置而得到调节。相对于具有固定几何形状的涡轮增压器通常可能的调节而言，用这样的方式，涡轮的功率输出可以得到调节，这样就允许发动机功率输出在更大程度上得到控制。

一个这样的可变喷嘴组件包括支承该排叶片的通常为环状的喷嘴环。叶片可旋转地安装到喷嘴环上并且连接到可旋转的致动器环上，从而致动器环的转动使叶片旋转，用于调节流动至涡轮叶轮的排气流量。

上述可变喷嘴组件是有效的，但在寻找进一步的改进。

发明内容

特别地，潜在的改进的范围涉及叶片与由喷嘴环形成的喷嘴的一个壁之间的密封。典型的可变喷嘴组件构造为使得在叶片的端部与喷嘴的相邻壁之间存在缺口/间隙(gap)。大概始终不可能完全消除这样的缺口，因为叶片必须能够枢转，但减小缺口的宽度将使得涡轮性能得到改进，这是因为较少的排气将通过缺口泄漏。这样所面临的挑战然后变为在不削弱叶片枢转的能力的情况下如何减小缺口的尺寸。

本发明提出了上述需求并且通过提供一种具有可变喷嘴组件的涡轮增压器实现了其他的优点，所述涡轮增压器包括：

压缩机壳体和安装在压缩机壳体中并且连接到可旋转的轴上的压缩机叶轮，以及涡轮壳体和安装在涡轮壳体中并且连接到可旋转的轴上的涡轮叶轮，涡轮壳体限定了腔，所述腔围绕涡轮叶轮用于接收来自发动机的排气并且用于通过从腔总体上径向地向内导向至涡轮叶轮的喷嘴供给排气，涡轮壳体还限定了轴向孔；

具有相对的第一面和第二面的喷嘴环，喷嘴被限定在第二面与相对的壁之间，喷嘴环具有每个都从第一面轴向地延伸至第二面的多个圆周间隔开的轴承孔；

布置在喷嘴中并且每个都具有近端和远端的多个叶片，叶片的近端靠近喷嘴环的第二面，轴杆被连接到近端并且被接收到喷嘴环的轴承孔中并且在轴承孔中可旋转，叶片在关闭位置与打开位置之间可旋转；

邻近喷嘴环的第一面并且分别刚性地固定到轴杆上的多个叶片臂，每个叶片臂都具有自由端；

布置为总体上与喷嘴环同轴的调和环(unisonring)，并且调和环的面与喷嘴环的第一面相对，调和环与叶片臂的自由端接合并且围绕喷嘴环的轴线可旋转从而枢转叶片臂，由此一致地枢转叶片，调和环具有在对应于叶片的关闭位置的关闭位置和对应于叶片的打开位置的打开位置；

具有布置在喷嘴环的第二面与叶片的近端之间的部分的叶片密封构件；以及

凸轮装置，通过该凸轮装置在调和环转动至关闭位置期间调和环与叶片密封构件接合，凸轮装置构成为当调和环移动至关闭位置时相对于叶片的近端在第一轴向方向上移动叶片密封构件，并且构成为当调和环移动出关闭位置时允许叶片密封构件在与第一轴向方向相反的第二轴向方向上移动。