[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，在所述涡轮中一排活动叶片(vane)布置在涡轮喷嘴中以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用于结合内燃机使用，并通过压缩向发动机空气入口传输的空气而在发动机内与燃料混合且燃烧进而增加发动机功率输出的设备。涡轮增压器包括安装在压缩机壳体中的轴的一端上的压缩机叶轮(compressor wheel)和安装在涡轮壳体中的轴的另一端上的涡轮叶轮。典型地，所述涡轮壳体与所述压缩机壳体分开地形成，并且还存在连接在涡轮和压缩机壳体之间的另一中心壳体用于容纳轴的轴承。所述涡轮壳体限定围绕涡轮叶轮的大体上呈环形的室且接收来自发动机的排气。涡轮组件包括从所述室向涡轮叶轮引导的喷嘴。来自所述室的排气流通过喷嘴流向涡轮叶轮从而涡轮叶轮被排气驱动。涡轮因此从排气中抽取功率且驱动压缩机。所述压缩机通过压缩机壳体入口接收周围空气，所述空气被压缩机叶轮压缩并然后从所述壳体排向发动机空气入口。

用涡轮增压器提升发动机性能的挑战之一是在发动机的整个运行范围内达到期望的发动机功率输出值。已经发现，使用具有固定几何形状的涡轮增压器该目标经常不容易地达到，且因此可变几何涡轮增压器已经用于达成提供大于涡轮增压器提供的增压量之上的更大控制程度的目标。一种可变几何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。所述叶片枢转地安装在喷嘴中且与能使叶片设定角度变化的装置相连。改变叶片的设定角度具有改变在涡轮喷嘴内的有效流动面积的效果，且因此流向涡轮叶轮的排气流量可以通过控制叶片位置被调节。在此方式下，涡轮功率输出被调节，其允许发动机功率输出被控制到一个比通常具有固定几何形状的涡轮增压器的可能的更大范围。

一种这样的可变喷嘴组件包括支承叶片排的大致环形的喷嘴环。所述叶片可旋转地安装到喷嘴环上且连接到可旋转驱动器环以致所述驱动器环的旋转使叶片转动来调节流入涡轮叶轮的排气流量。所述组件可以还包括插入件，所述插入件具有被涡轮壳体的孔收纳且密封的管状部分和通常从管状部分的一端径向地向外延伸的喷嘴部分，所述喷嘴部分与喷嘴环轴向地间隔以致所述叶片在所述喷嘴环和所述喷嘴部分之间延伸。所述插入件的喷嘴部分和喷嘴环可以刚性地彼此连接来保持插入件喷嘴部分和喷嘴环之间固定的轴向间距。

上述的可变喷嘴组件是有效的，但是进一步改进需要探寻。

发明内容

特别地，潜在改进领域涉及叶片和由喷嘴环和插入件的喷嘴部分形成的喷嘴的壁之间的密封。典型的可变喷嘴组件构造成使得在叶片端部和喷嘴的邻壁之间存在间隙。大概不可能完全消除该间隙，这是因为叶片必须是可枢转的，然而减少此间隙的宽度可以改进涡轮性能，这是因为少量排气可以泄漏通过该间隙。这样所面临的挑战变成如何减少间隙的尺寸而不削弱叶片枢转的能力。

本发明阐述上述需求和达到的优点，通过提供具有可变喷嘴组件涡轮增压器，所述涡轮增压器包括：

压缩机壳体和安装在压缩机壳体中且连接到旋转轴上的压缩机叶轮，及涡轮壳体和安装在涡轮壳体中且连接到旋转轴上的涡轮叶轮，所述涡轮壳体限定出围绕涡轮叶轮的室，所述室用于接收来自发动机的排气，和通过喷嘴引导从所述室大致径向向涡轮叶轮内供应排气，所述涡轮壳体进一步限定出轴向孔。

与所述涡轮壳体独立地分开形成的插入件，所述插入件具有接纳到涡轮壳体轴向孔中的管状部分和连接到所述管状部分的一端且从其向外径向延伸的环形喷嘴部分。

喷嘴环，其具有相对的第一面和第二面，所述喷嘴被限定在所述第二面和所述插入件的喷嘴部分之间，所述喷嘴环具有多个圆周地间隔分开的轴承孔，每个轴承孔轴向地从第一面向第二面延伸。

布置在喷嘴内的多个叶片和每个具有近端和远端，连接到所述近端的轴和接纳到喷嘴环的轴承孔内且在轴承孔内可旋转，所述叶片的远端临近所述插入件的喷嘴部分，所述叶片在关闭位置和开启位置之间是可旋转的；和

与所述插入件独立地分开形成且被支承在所述插入件的喷嘴部分上的大致环形的叶片密封元件，所述叶片密封元件具有布置在叶片远端和插入件喷嘴部分之间的部分。

其中，所述叶片密封元件的所述部分构造成接触所述叶片远端的引导和拖尾边缘部分以及当叶片在关闭位置时向叶片施加轴向负载趋于向喷嘴环推动叶片，然而当所述叶片在开启位置时，所述叶片密封元件的所述部分和所述叶片远端的前缘和后缘部分之间存在间隙。