[发明专利]涡轮增压器和用于它的可变喷嘴组件

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至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。

可变叶片机构相对较复杂，因此就涡轮增压器的组装而言提出了挑战。此外，该机构位于涡轮壳体与中央壳体之间，所述涡轮壳体由于其暴露至排出气体而变得相当热，所述中央壳体处于比涡轮壳体低得多的温度。因此，由于该温度梯度，可变叶片机构受到热应力。

在如以上指出的一种可变喷嘴中，可变喷嘴被提供成“筒体”的形式，所述“筒体”被连接在中央壳体与涡轮壳体之间，并且包括大体环形的喷嘴环和叶片的阵列的组件，所述叶片围绕喷嘴环沿周向间隔开，并被设置在喷嘴中，使得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。所述筒体包括插入件，所述插入件具有被密封地接收于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，所述喷嘴部分沿轴向与所述喷嘴环间隔开，使得所述叶片在所述喷嘴环与所述喷嘴部分之间延伸。少量的沿周向间隔开的隔离件(例如，以大约120度间隔开的三个隔离件)被连接在插入件的喷嘴部分与喷嘴环之间，用于将喷嘴环固定至插入件，并维持插入件的喷嘴部分与喷嘴环之间的轴向间隔。隔离件紧邻于叶片。

发明内容

本公开涉及大体为以上描述类型的可变叶片组件。然而，代替采用隔离件来固定插入件的喷嘴部分与喷嘴环之间的所需轴向间隔，采用了替代的间隔配置，其对穿过喷嘴的排出气体的流造成基本上更少的扰动。

依据本文所描述的一个实施例的用于可变喷嘴涡轮的可变叶片组件包括：大体环形的喷嘴环和围绕所述喷嘴环沿周向间隔开的叶片的阵列，每个叶片被可旋转地安装至所述喷嘴环，并且被连接至可旋转的致动器环，使得所述致动器环相对于所述喷嘴环的旋转使所述叶片旋转，用于调控穿过所述叶片的阵列的排出气体流。所述组件包括插入件，所述插入件具有被结构化且配置成被密封地接收于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，所述喷嘴部分沿轴向与所述喷嘴环间隔开，使得所述叶片在所述喷嘴环与所述喷嘴部分之间延伸。所述可变叶片组件进一步包括环形的线材保持架，所述线材保持架被设置在所述叶片的径向外侧，并具有被牢固地附至所述喷嘴环的一个轴向端和被牢固地附至所述喷嘴部分的相反的轴向端，以便沿所述可变叶片组件的轴向方向固定所述喷嘴环与所述喷嘴部分之间的间隔。所述线材保持架具有多个沿周向间隔开的线材，所述线材在所述喷嘴环与所述喷嘴部分之间大体沿轴向方向延伸。