[發明專利]可變幾何渦輪機

有效

• 申請號: 201110279447.3
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN102434229A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 格倫·L·貝克;加里·貝舍爾斯;蒂莫西·詹姆斯·威廉·普羅克特爾;約翰·弗雷德里克·帕克;約翰·邁克爾·拜沃特;拉姆·戈卡爾
• 申請（專利權）人: 康明斯有限公司
• 主分類號: F01D17/16
• 分類號: F01D17/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯雄軍

技術領域

本發明涉及一種可變幾何渦輪機。具體而不是排他性地，本發明涉及一種用于渦輪增壓器或其它渦輪機組的可變幾何渦輪機。

背景技術

渦輪機組包括渦輪機。傳統的渦輪機包括在連接到發動機出口歧管下游的渦輪機殼體內安裝在可旋轉軸上的廢氣驅動渦輪機葉輪。渦輪機葉輪的旋轉驅動在壓縮機殼體內安裝在軸的另一端上的壓縮機葉輪以將壓縮空氣輸送到發動機進氣口歧管，或驅動將機械動力傳遞給發動機飛輪或曲軸的齒輪。渦輪機驅動軸傳統地由位于軸承套內包括適當的潤滑系統的軸頸和止推軸承支撐。

渦輪增壓器是用于在大氣壓力以上的壓力(增壓壓力)下將空氣供應給內燃機的進氣口的公知裝置。渦輪增壓器包括：渦輪機，所述渦輪機具有限定渦輪室的渦輪機殼體，其中渦輪機葉輪安裝在所述渦輪室內；環形進入通路，所述環形進入通路限定在繞渦輪室布置的相對徑向壁之間；入口，所述入口繞進入通路布置；和排出通路，所述排出通路從渦輪室延伸。所述通路和所述室連通，使得進入入口室內的加壓廢氣通過進入通路經由渦輪機流動到排出通路并使渦輪機葉輪旋轉。可以通過在進入通路中設置稱為噴嘴葉片(nozzle?vane)的葉片以使流動通過進入通路的空氣朝向渦輪機葉輪的旋轉方向偏轉來改進渦輪機的性能。

渦輪機可以為固定型或可變幾何型?？勺儙缀螠u輪機與固定幾何渦輪機的不同在于進入通路的尺寸可以變化以在質量流量的范圍內優化氣流速度，使得可以改變渦輪機的功率輸出以適應不同發動機要求。例如，當輸送給渦輪機的廢氣的體積相對較低時，通過減少環形進入通路的尺寸能夠將到達渦輪機葉輪的空氣的速度保持在確保有效渦輪機運行的水平下。設有可變幾何渦輪機的渦輪增壓器被稱為可變幾何渦輪增壓器。

在公知類型的可變形狀幾何渦輪機中，通常稱為“噴嘴環”的葉片陣列設置在進入通路中并用于將氣流引導向渦輪機。可調節噴嘴環相對于進入通路的面對壁的軸向位置，從而控制進入通路的軸向寬度。噴嘴環葉片延伸到入口并通過葉片槽，所述葉片槽設置在限定進入通路的面對壁的“罩”中以允許(accommodate)噴嘴環的移動。因此，例如，當通過渦輪機的氣流減小時，可以減小進入通路寬度以保持氣流速度并優化渦輪機輸出。這種布置與其中可變導向葉片陣列包括可調節擺動導葉導流葉片的另一種可變幾何渦輪機不同，其中所述可調節擺動導流葉片被布置成樞轉以打開和關閉進入通路。

公知的罩包括位于環形罩空腔的口狀部中的環形板。罩板通過保持環被保持在適當的位置，其中所述保持環位于設置在罩板的外周邊中的圓周溝槽內、并延伸到繞罩空腔的口狀部設置在渦輪機殼體中的圓周溝槽中。保持環是通常稱為“活塞環”形式的開口環。

噴嘴環可以典型地包括徑向延伸壁(限定入口通路的一個壁)以及徑向內和軸向外延伸壁或凸緣，所述壁或凸緣延伸到噴嘴環的徑向表面后面的環形空腔中?？涨恍纬稍跍u輪增壓器殼體的一部分(通常為渦輪機殼體或渦輪增壓器軸承套)中并允許噴嘴環的軸向運動。凸緣可以相對于空腔壁進行密封以減少或防止繞噴嘴環的背面的泄流。

在可變幾何渦輪機的布置中，噴嘴環被支撐在平行于渦輪機葉輪的旋轉軸線延伸的桿上，并通過使桿軸向位移的致動器移動。噴嘴環致動器可以具有各種形式，包括氣動致動器、液壓致動器和電致動器，并且可以以各種方式連接到噴嘴環。致動器通常在發動機控制單元(ECU)的控制下調節噴嘴環的位置以改變通過渦輪機的氣流，從而滿足性能要求。

在渦輪機的使用期限期間，罩保持環和/或罩本身可能會磨損并且疲勞。本發明的目的是減少這種磨損/疲勞。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供了一種可變幾何渦輪機，包括：殼體；渦輪機葉輪，所述渦輪機葉輪支撐在所述殼體中，用于繞渦輪機軸線旋轉；在所述渦輪機葉輪上游的環形進入通路，所述環形進入通路限定在由環狀噴嘴環限定的相應入口表面與面對的環形罩之間；噴嘴環，所述噴嘴環可軸向移動以改變進入通路的尺寸；入口葉片的圓周陣列，所述入口葉片由噴嘴環支撐并延伸橫過進入通路；所述罩，所述罩遮蓋由殼體進入通路和罩的內側限定的罩空腔的開口，并且限定葉片槽的圓周陣列，所述葉片槽和罩空腔被構造成容納入口葉片以允許噴嘴環的軸向移動，其中環形罩包括繞環形罩的徑向外周邊的外凸緣，所述外凸緣限定用于容納將罩固定在罩空腔的開口中的保持環的圓周凸緣溝槽，所述凸緣溝槽在內側由徑向延伸凸緣壁限定；以及其中環形凸緣邊緣從所述徑向凸緣壁軸向向內側延伸。

優選地，環形罩邊緣為軸向延伸環形凸緣壁的延長部分，所述軸向延伸環形凸緣壁限定凸緣溝槽的環形基部并軸向延伸超過徑向凸緣壁。