[發(fā)明專利]渦輪機(jī)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080055328.3
• 申請日: 2010-10-05
• 公開（公告）號: CN102770624A
• 公開（公告）日: 2012-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯姆·J·羅伯茨;詹姆士·亞歷山大·麥克文;羅伯特·L·霍洛德;提姆·德諾姆
• 申請（專利權(quán)）人: 康明斯有限公司
• 主分類號: F01D17/14
• 分類號: F01D17/14;F02C6/12;F01D17/18
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 孫紀(jì)泉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可變幾何渦輪機(jī)。該可變幾何渦輪機(jī)可以例如形成渦輪增壓器的一部分。?

背景技術(shù)

渦輪增壓器是眾所周知的以高于大氣壓的壓力(增加壓力)向內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣口供給空氣的裝置。傳統(tǒng)的渦輪增壓器大致上包括安裝在渦輪機(jī)殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸上的由廢氣驅(qū)動的渦輪機(jī)葉輪，所述渦輪機(jī)殼體被連接到發(fā)動機(jī)出口歧管的下游。渦輪機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)使安裝在壓縮機(jī)殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)軸另一端上的壓縮機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)。壓縮機(jī)葉輪向發(fā)動機(jī)進(jìn)氣口歧管輸送壓縮空氣。渦輪增壓器軸一般被包括適當(dāng)潤滑系統(tǒng)的軸頸和推力軸承支撐，其位于連接渦輪機(jī)和壓縮機(jī)葉輪殼體之間的中心軸承座內(nèi)。?

典型的渦輪增壓器中的渦輪機(jī)部分包括：安裝有渦輪機(jī)葉輪的渦輪機(jī)腔室；限定于環(huán)繞渦輪機(jī)腔室設(shè)置的相對徑向壁之間的環(huán)形進(jìn)氣口；環(huán)繞環(huán)形進(jìn)氣口設(shè)置的進(jìn)氣口渦殼；以及自渦輪機(jī)腔室延伸的出口通道。所述通道與渦輪機(jī)腔室連通，使得進(jìn)入進(jìn)氣口渦殼的增壓廢氣通過進(jìn)氣口經(jīng)過渦輪機(jī)流到出口通道，同時使渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)。此外已知的是，通過在進(jìn)氣口內(nèi)設(shè)置葉片(稱之為噴嘴葉片)來提高渦輪機(jī)的性能以便使流動通過進(jìn)氣口的氣體偏轉(zhuǎn)。也就是說，流動通過環(huán)形進(jìn)氣口的氣體流動通過進(jìn)氣通道(其由相鄰的葉片所限定)，上述進(jìn)氣通道可引起氣流渦旋，使流動方向朝向渦輪機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)。?

渦輪機(jī)可以具有固定或者可變幾何類型。可變幾何渦輪機(jī)與固定幾何渦輪機(jī)的區(qū)別在于其進(jìn)氣口的尺寸可以改變以便在氣體質(zhì)量流率范圍內(nèi)優(yōu)化氣體流速，這樣渦輪機(jī)的輸出功率可以改變以便適應(yīng)不同的發(fā)動機(jī)要求。例如，當(dāng)傳送到渦輪機(jī)的廢氣量相對低時，到達(dá)渦輪機(jī)葉輪的氣體流速保持在一定的水平，其通過利用可變幾何機(jī)構(gòu)減小進(jìn)氣口的尺寸而確保?渦輪機(jī)的高效運(yùn)行。設(shè)有可變幾何渦輪機(jī)的渦輪增壓器被稱為可變幾何渦輪增壓器。?

設(shè)置于可變幾何渦輪機(jī)增壓器內(nèi)的噴嘴葉片可以具有不同的形式。在一種類型中，被稱為“滑動噴嘴環(huán)”，所述葉片被固定到軸向可移動的壁上，該壁滑動穿過進(jìn)氣通道。所述軸向可移動壁向罩板移動以關(guān)閉進(jìn)氣通道，并且在這樣做時，葉片通過罩板中的孔。或者，噴嘴環(huán)固定于渦輪機(jī)的一個壁而罩板在葉片的上方移動以改變進(jìn)氣通道的尺寸。?

可變幾何機(jī)構(gòu)的可移動部件(無論是噴嘴環(huán)還是罩板)受到支撐以便在一部分渦輪增壓器殼體(通常是渦輪機(jī)殼體或渦輪增壓器軸承座)內(nèi)的腔內(nèi)進(jìn)行軸向運(yùn)動。上述殼體可相對腔壁密封以便減少或防止噴嘴環(huán)背面周圍的流體泄漏。?

可變幾何機(jī)構(gòu)的可移動壁可通過由致動器和聯(lián)動裝置構(gòu)成的合適致動器組件進(jìn)行軸向位移。這種已知的致動器組件的一個實(shí)例例如在US5,868,552中有所披露。聯(lián)動裝置包括軛，其樞轉(zhuǎn)支撐在軸承座內(nèi)且具有兩個臂，每個臂延伸與其上安裝有可移動部件(在該情況下為噴嘴環(huán))的相應(yīng)推桿的端部接合。軛安裝到一個軸上，該軸在軸承座內(nèi)徑向滑動且支撐處于軸承座外部的曲軸，其可以任何適當(dāng)?shù)姆绞竭B接到致動器。使得軛移動的致動器采取各種形式，包括氣動，液壓和電氣的形式，且可以各種方式鏈接到軛。致動器通常在發(fā)動機(jī)控制單元(ECU)的控制下調(diào)節(jié)可移動壁的位置，以便改變通過渦輪機(jī)的氣流，從而滿足性能要求。?

在使用過程中，通過流動通過進(jìn)氣口的氣體將軸向力施加到可移動壁上，該軸向力必須由致動器組件提供。此外，作為使得氣流葉片通道朝向渦輪機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)的結(jié)果，扭矩被施加到噴嘴環(huán)上。如果噴嘴環(huán)是可變幾何機(jī)構(gòu)的可移動壁，則扭矩也必須由致動器組件(諸如聯(lián)動裝置的一部分)激發(fā)或另外提供。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是消除或減輕上述缺陷。本發(fā)明還有一個目的是提供改進(jìn)或替代的可變幾何機(jī)構(gòu)和渦輪機(jī)。?

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種可變幾何渦輪機(jī)，包括：渦輪機(jī)葉輪，?其安裝成用于圍繞殼體內(nèi)的渦輪軸旋轉(zhuǎn)，殼體限定環(huán)繞渦輪機(jī)葉輪的且在第一和第二進(jìn)氣口側(cè)壁之間限定的環(huán)形進(jìn)氣口；以及圓柱形套筒，其可軸向移動跨過環(huán)形進(jìn)氣口以便改變通過進(jìn)氣口的氣體流動路徑的尺寸；其中環(huán)形進(jìn)氣口被分隔成第一環(huán)形進(jìn)氣口部分和與第一環(huán)形進(jìn)氣口部分軸向偏離的第二環(huán)形進(jìn)氣口部分，同等數(shù)目的進(jìn)氣葉片軸向延伸到第一和第二進(jìn)氣口部分的每一個內(nèi)，進(jìn)氣葉片限定軸向相鄰的進(jìn)氣通道；其中延伸到第一進(jìn)氣口部分內(nèi)的進(jìn)氣葉片的構(gòu)造與延伸到第二進(jìn)氣口部分內(nèi)的進(jìn)氣葉片的構(gòu)造的不同之處在于延伸到第一進(jìn)氣口部分內(nèi)的葉片與延伸到第二進(jìn)氣口部分內(nèi)的葉片在周向上偏離，這樣氣體離開第一進(jìn)氣口部分內(nèi)的進(jìn)氣通道的氣體流動路徑與氣體離開第二進(jìn)氣口部分內(nèi)的進(jìn)氣通道的氣體流動路徑在周向上偏離。?