[發明專利]可變幾何渦輪機

有效

• 申請號: 201210448702.7
• 申請日: 2012-11-09
• 公開（公告）號: CN103104298A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 約翰·F·帕克
• 申請（專利權）人: 康明斯有限公司
• 主分類號: F01D17/14
• 分類號: F01D17/14;F01D11/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 孫紀泉

技術領域

本發明涉及一種可變幾何渦輪機以及一種包括這種渦輪機的渦輪機器，例如，渦輪增壓器。

背景技術

渦輪增壓器是眾所周知的裝置，其用于將空氣以高于大氣壓(升壓壓力)的壓力供應給內燃機進氣口。傳統的渦輪增壓器大體上包括廢氣驅動渦輪機輪，所述渦輪機輪安裝到可旋轉軸的一端上且在渦輪機殼體內。壓縮機葉輪被支撐在所述軸的另一端，用于在壓縮機殼體內旋轉。廢氣通過渦輪機輪的流動驅動其旋轉，該旋轉又使得壓縮機葉輪在壓縮機殼體內旋轉。壓縮機葉輪的旋轉將壓縮空氣傳遞至發動機進氣歧管。渦輪增壓器軸傳統上由軸頸軸承和止推軸承支撐，包括合適的潤滑系統，所述潤滑系統位于連接在渦輪機和壓縮機輪殼體之間的中央軸承殼體內。

在已知的渦輪增壓器中，渦輪機平臺包括：由渦輪機殼體所限定的渦輪機室，渦輪機輪安裝在所述渦輪機室中；圍繞渦輪機室布置的環形的入口通道；和從渦輪機室延伸的出口通道。通道和渦輪機室連通以使得被允許進入入口室的增壓的廢氣流過入口通道經由渦輪機室到達出口通道，并使渦輪機輪旋轉。

渦輪機可以是固定的幾何類型或可變的幾何類型。可變幾何渦輪機與固定幾何渦輪機的區別在于，入口通道的尺寸可以變化以在質量流量范圍上優化氣流速度，以使得渦輪機的動力輸出可以被改變以適應改變發動機需求。

在一種通常類型的可變幾何渦輪機中，入口通道的一個壁由可移動壁所限定。所述可移動壁相對于入口通道的正對的壁的位置是可調整的，以控制入口通道的寬度。例如，當流過渦輪機的氣體減少時，入口通道的寬度也可以減小以維持氣體速度和優化渦輪機輸出。通常，所述壁中的一個設置有葉片(vane)并被稱為“噴嘴環”。所述葉片延伸至入口通道中，并延伸通過設置在入口通道的另一壁(稱為“罩(shroud)”)上的狹槽。噴嘴環和罩中的一者是可移動的，以便改變入口通道的尺寸。

噴嘴環通常支撐在平行于渦輪機輪的旋轉軸延伸的桿上，并由致動器驅動，所述致動器可操作用于使桿在軸向方向上移位。各種類型的致動器可以用于使噴嘴環移動，所述致動器包括例如氣動致動器或電機和齒輪傳動系統，它們通常安裝在殼體的外部。致動器借助于以可樞轉的方式支撐在軸上的軛(yoke)連接至噴嘴環，所述軸連接于殼體中，所述軛限定兩個間隔開的細長臂，所述細長臂在渦輪軸的兩側上延伸至在殼體外部延伸的支撐桿的接合部分。噴嘴環的軸向運動可以通過軛圍繞軸的旋轉來實現。

每個桿在引導刷內軸向滑移，所述引導刷容納在軸承殼體中。在與噴嘴環相對的端部處，近鄰著引導刷，環形動態密封在桿和軸承殼體之間延伸，以便在彼此之間形成密封。這防止油沿著桿流到渦輪機。

用于桿的密封的安裝成本很高。受限，軸承殼體(通常是模制構件)必需使用定制的銑刀來進行機加工以形成和制備密封表面。機加工的公差相對小，所述表面被加工成特定的規范。需要后續插入一定范圍的工具，以確保密封在組裝過程中不被過壓和不被損壞。

渦輪增壓器軸可以以15000rpm以上的速度旋轉，在軸承殼體中產生大量的熱。如果在沒有使渦輪增壓器先進行短時冷卻就將發動機關閉(稱為“熱關機”)，則軸承和周圍的軸承殼體變得非常熱。這是因為，關閉發動機去除了施加于油壓裝置(例如泵)的動力，因此，油在渦輪增壓器仍舊以高速旋轉時就不在軸承殼體中循環。由這種旋轉生成的熱通過軸承殼體耗散至噴嘴環桿，因此，噴嘴環桿被設計成抵御相對高的溫度。

發明內容

本發明的目的之一在于克服或削弱前述缺陷。本發明的目的還在于提供改進的或替代的可變幾何渦輪機。

根據本發明的一方面，提供一種可變幾何渦輪機，包括：渦輪機輪，安裝在殼體內，用于圍繞渦輪軸線旋轉；位于所述渦輪機輪上游的氣流入口通道；和氣流控制機構，所述氣流控制機構位于渦輪機輪的上游并能夠由致動器組件操作以控制經過所述入口通道的氣流，所述控制機構包括：用于改變入口通道的尺寸的可移動構件，所述可移動構件連接至至少一個支撐構件；引導構件，所述引導構件為所述至少一個支撐構件的平移運動提供支撐；密封組件，所述密封組件用于對所述至少一個支撐構件進行密封，所述密封組件包括連接至所述引導構件的密封載體，所述密封載體承載與所述至少一個支撐構件密封接觸的密封。

提供連接至(例如聯結或結合)導向構件的密封載體的提供幫助確保密封相對于所述至少一個支撐構件精確地定位，而不需要準備周圍殼體的表面。例如，密封載體可以確保環形或部分環形的密封與所述至少一個支撐構件是同心的。其也可以允許所述密封與周圍的部件熱隔離。另外，其可以提供相對簡單和成本有效的定位密封的方式。