[发明专利]涡轮增压器和用于它的可变喷嘴筒体

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，其中在涡轮的喷嘴中设置有可动叶片阵列，用于调控流入涡轮中的排出气体流。

背景技术

受排出气体驱动的涡轮增压器是与内燃发动机结合使用的装置，用于通过对空气进行压缩来增加发动机的动力输出，所述空气被传递到发动机的进气口，用以与燃料混合并在发动机中燃烧。涡轮增压器包括在压缩机壳体中安装于轴的一端上的压缩机叶轮以及在涡轮壳体中安装于轴的另一端上的涡轮叶轮。通常，涡轮壳体与压缩机壳体分别地形成，并且还存在被连接在涡轮壳体与压缩机壳体之间的另一中央壳体，用于容纳用于轴的轴承。涡轮壳体限定出大体环形的腔室，其环绕涡轮叶轮并且接收来自发动机的排出气体。涡轮组件包括喷嘴，所述喷嘴从腔室通向涡轮叶轮。排出气体从腔室穿过喷嘴流动至涡轮叶轮，并且涡轮叶轮被排出气体驱动。涡轮因而从排出气体中提取动力，并驱动压缩机。压缩机通过压缩机壳体的入口来接收环境空气，并且该空气被压缩机叶轮压缩，然后从壳体排放至发动机进气口。

以涡轮增压器提高发动机性能的挑战中的一项是在发动机的整个操作范围内获得所需量的发动机动力输出。已发现该目的对于固定几何形状的涡轮增压器而言通常并不能轻易地实现，因此已经开发出了可变几何形状的涡轮增压器，其目的是对涡轮增压器所提供的提高量提供更大的控制度。一种可变几何形状的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可变叶片的阵列。叶片被枢转地安装在喷嘴中，并被连接到能实现改变叶片的设定角的机构。改变叶片的设定角具有改变涡轮喷嘴中的有效流动面积的效果，因而能够通过控制叶片位置来调控流向涡轮叶轮的排出气体流。通过这种方式，能够调控涡轮的动力输出，其允许以比固定几何形状的涡轮增压器通常可达到的程度更大的程度来控制发动机动力输出。

叶片的端部与相邻喷嘴壁之间的间隙通常对涡轮效率从而对整个涡轮增压器性能具有不利影响。该间隙影响在低发动机转速时特别有害。

发明内容

本发明是基于以下发现：在低发动机转速时由于叶片间隙造成的性能损失能够通过在叶片的径向外侧在喷嘴流动路径中配置“负(negative)”台阶而基本上得到降低。所谓“负”台阶是指该台阶沿径向向外面向，以便被穿过喷嘴沿径向向内流动的排出气体撞击。已发现的是：这种负台阶具有与在没有这种台阶的情况下通过降低叶片间隙而获得的性能优点类似的性能优点，但不会招致在叶片间隙被降低时可能发生的问题(例如，由于热膨冷缩效应而发生的叶片联结)。

在本文所描述的一个实施例中，一种用于涡轮增压器的可变叶片组件包括：大体环形的喷嘴环，所述喷嘴环具有相对的第一面和第二面，所述第一面形成用于涡轮的所述喷嘴的一个壁；和插入件，所述插入件具有被密封地接收到所述涡轮壳体的孔中的管状部分，并且具有从所述管状部分的一端大体沿径向向外延伸的喷嘴部分，所述喷嘴部分与所述喷嘴环沿轴向间隔开，并形成所述喷嘴的相对的壁。所述喷嘴环的第一面在所述喷嘴环的径向外周缘处限定出轴向高度为h的沿径向向外面向的台阶。

叶片的阵列围绕所述喷嘴环沿周向间隔开，并设置在台阶的径向内侧。排出气体在叶片之间流动至涡轮叶轮，每个叶片被可旋转地安装至喷嘴环，并被连接至可旋转的致动器环，使得致动器环的旋转使叶片旋转，用于调控流至涡轮叶轮的排出气体流。

所述组件进一步包括大体环形的保持器环，所述保持器环设置在喷嘴环的径向外侧，并大体沿径向向内延伸，所述保持器环的径向内缘在台阶的径向外侧与喷嘴环的第一面接合。所述保持器环的径向内缘具有轴向厚度t，所述轴向厚度t小于h，使得沿径向向外面向的台阶的其余部分(具有等于h-t的轴向高度)被呈现给(presented to)流动穿过喷嘴的排出气体。

保持器环能够是与涡轮壳体分别形成的部件，或者是涡轮壳体的一体部分。在分别形成的保持器环的情况下，保持器环能够相对于中央壳体被固定，例如方法是通过将保持器环的径向外侧部分夹持在涡轮壳体与中央壳体之间。

附图说明

在已经如此概括地描述了本发明的情况下，现在将参看附图，所述附图并不一定按比例进行绘制，并且附图中：

图1是依据本发明一实施例的涡轮增压器的截面图；

图2是图1所示截面图的一放大部分；

图3是类似于图2的视图，但是示出了现有技术的配置；并且

图4是类似于图3的视图，示出了再一现有技术的配置。

具体实施方式