[发明专利]具有单轴、自定心枢转特征件的可变涡轮几何形状叶片

说明书

一种用于可变几何形状涡轮增压器(10)的叶片填料组件(25),其包括上叶片环(28)和下叶片环(30)以及设置在涡轮机壳体(20)中的多个单轴、自定心可调节导向叶片(26)。所述多个导向叶片(26)包括柱体(50),所述柱体具有与其一体形成的叶片(52)。每个柱体(50)的一端包括凸形自定心枢转特征件(56a,56b),其适于安放在下叶片环的互补凹形自定心枢转凹陷部(48)内。叶片(52)位于上下叶片环(28,30)之间并枢转，以控制流向涡轮机叶轮的排气流。所述自定心枢转特征件补偿由于差热膨胀效应的影响导致的涡轮机壳体(20)和叶片环(28,30)的运动或形变。

本申请是名称为“具有单轴、自定心枢转特征件的可变涡轮几何形状叶片”、申请日为2015年11月18日、申请号为201510794950.0的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于内燃发动机的涡轮增压系统，具体涉及一种可变涡轮几何形状(VTG)叶片填料组件，所述组件具有单轴、自定心枢转特征件，所述特征件为VTG叶片填料组件提供制动性能和耐用性，同时允许热变形。

背景技术

涡轮增压器是一种与内燃发动机一同使用的增压进气系统。涡轮增压器将压缩空气输送到发动机进气口，以使更多的燃料燃烧，因此增加了发动机的马力而发动机的重量没有明显地增加。因此，涡轮增压器允许使用产生与较大的、自然吸气式发动机相同的马力数的较小的发动机。在车辆中使用较小的发动机具有减小车辆质量，提高性能，并且提高燃料经济性的预期效果。此外，使用涡轮增压器使传送至发动机的燃料更完全地燃烧，这有助于实现更为清洁的环境这一高度预期的目标。

涡轮增压器通常包括连接到发动机排气岐管的涡轮机壳体、连接到发动机进气歧管的压缩机壳体以及设置在涡轮机壳体和压缩机壳体之间并将二者耦接到一起的中心轴承壳体。涡轮机壳体限定了一个大致呈环形的腔室，所述腔室由涡旋或蜗壳组成，包围涡轮机叶轮并从自发动机排气歧管引出的排气供给流道处接收排气。涡轮机组件一般包括喉部，所述喉部从腔室通往涡轮机叶轮。涡轮机壳体内的涡轮机叶轮由排气歧管供给的流入排气可旋转地驱动。可旋转地支撑在中心轴承壳体内的轴将涡轮机叶轮连接到压缩机壳体内的压缩机叶轮上，使得涡轮机叶轮的旋转引起压缩机叶轮的旋转。连接涡轮机叶轮和压缩机叶轮的轴定义一条线作为旋转轴。排气流过包括涡旋或蜗壳的环形涡轮机室，穿过喉部，到达涡轮机叶轮，在此涡轮机叶轮在排气驱动下以极高的速度旋转。使用涡轮流量和压力控制装置调节排气背压和涡轮增压器的速度。当涡轮机叶轮以极高的速度旋转时，涡轮机从排气内提取功率以驱动压缩机。压缩机通过压缩机壳体的入口吸入周围空气，并且周围空气由压缩机叶轮压缩然后经由压缩机壳体排出发动机进气口。压缩机叶轮旋转增加了通过发动机进气歧管传送至发动机气缸中的空气质量流率、气流密度和空气压力，从而提高发动机的输出，提供高的发动机性能，减少燃料消耗，并通过减少二氧化碳(CO₂)的排放量减少了环境污染物。

通过设计，涡轮增压器在有限的运行条件范围内以最佳状态运行。大型涡轮机可以在较高的空气质量流率下以最佳状态运行。然而，在低的空气质量流率下，大型涡轮机效率不高，而且无法快速旋转以满足升压的需求，这种现象被称为涡轮延迟。另一方面，小型涡轮机可以以较低的空气质量流率提供良好的增压。但是，在较高的空气质量流率下，小型涡轮机可能会被阻塞。为此，小型涡轮机可配备旁路作为控制增压压力的一种简单方法。对于配备有旁路的涡轮机来说，涡轮机尺寸的选择需要满足发动机低转速下对转矩特性要求,并实现良好的车辆驾驶性能。利用这一设计，在达到最大转矩不久前向涡轮机供应超出所需的排气，以产生所需的增压压力。一旦达到特定的增压压力，部分多余的排气流经由旁路被输送至涡轮机周围。打开或关闭旁路的废气泄压阀通常是由弹簧加载式膜片响应于增压压力来操作的。然而，为涡轮机设旁路意味着某些排气能量被浪费了，无法回收。