CN101542074A - 可变几何形状涡轮 - Google Patents

Abstract

一种可变几何形状涡轮机，包括：支撑在外壳中的涡轮机叶轮，用于围绕涡轮机轴线旋转；其中：环形入口通路限定在喷嘴环的径向面与外壳的面对壁之间。该喷嘴环可沿涡轮机轴线移动，以改变入口通路的宽度，并具有容纳在面对壁中的对应狭槽中的叶片的圆周排列。每个叶片具有在其主表面中限定的凹陷，使得：在喷嘴环关于面对壁的预定轴向位置处，该凹陷与狭槽轴向对准，并实现经过入口通路的排放气体泄露通路。该凹陷被构造以在适合发动机制动或排放气体加热模式的小入口间隙时的涡轮效率。

Description

可变几何形状涡轮

技术领域

本发明涉及一种可变几何形状涡轮，和用于控制可变几何形状涡轮的方法。更具体地说，但不排他性地，它涉及一种可变几何形状涡轮增压器，和操作以控制发动机制动或影响内燃机的排放气体温度的涡轮增压器。

背景技术

涡轮增压器为已知设备，用于以超过大气压力的压力(升压)，将空气供应到内燃机的进气口。一种传统的涡轮增压器基本包括排放气体从动涡轮机叶轮，其被装配在连接到发动机出口集合管下游的涡轮机外壳内的可旋转轴上。该涡轮机叶轮的旋转使装配在压缩机外壳内的轴的另一端上的压缩机轮旋转。该压缩机轮将压缩空气传送到发动机进口集合管。该涡轮增压器轴传统地由轴颈和推力轴承支撑，包括：合适的润滑系统，其位于在涡轮和压缩机叶轮外壳之间连接的中央轴承外壳内。

传统涡轮增压器的涡轮级包括：涡轮机外壳，限定了其中装配涡轮机叶轮的涡轮腔室；环形入口通路，其在外壳内限定在围绕涡轮腔室布置的径向面对的延伸壁之间；围绕入口通路布置的入口；和从涡轮腔延伸的出口通路。通路和腔室连通，使得：经由涡轮腔室，经过入口通路通向入口的加压排放气体流到出口通路，并旋转涡轮机叶轮。已知：通过在入口通路中提供叶片以将流经入口通路的气体偏转向涡轮机叶轮的旋转方向，提高涡轮性能。

这种类型的涡轮可以是固定或可变几何形状类型。可变几何形状涡轮与固定几何形状涡轮的不同之处在于：入口通路的尺寸能够被改变以关于某一范围的质量流量率使气体流速最优，使得：该涡轮的功率输出能够被改变以符合变动的发动机需求。例如，当正传送到涡轮入口的排放气体量相对较低时，通过减小环形入口通路的尺寸，将到达涡轮机叶轮的气体的速度保持在确保涡轮高效运行的水平。配备可变几何形状涡轮的涡轮增压器称作可变几何形状涡轮增压器。

在一种已知类型的可变几何形状涡轮中，通常称作“喷嘴环”的轴向活动壁部件限定了入口通路的一个壁。该喷嘴环相对于入口通路的面对壁的位置可调节以控制入口通路的轴向宽度。因此，例如，当流经涡轮的排放气体流减小时，该入口通路宽度可被减小以保持气体速度并使涡轮输出最优。这种装置与另一类型的可变几何形状涡轮不同，其中：可变导向叶片排列包括可调节翼导向叶片，其被布置以枢轴旋转以打开和关闭入口通路。

该喷嘴环可配置有叶片，其延伸进入入口通路并经过在限定入口通路的固定面对壁的“罩”板中提供的狭槽，狭槽被设计以适合喷嘴环相对于罩的移动。可选地，叶片可从固定面对壁延伸，并经过在喷嘴环中设置的狭槽。

典型地，该喷嘴环可包括径向延伸壁(限定入口通路的一个壁)和延伸入喷嘴环的径向面后的环形腔的轴向延伸的径向内与外壁或凸缘。该腔形成在一部分涡轮增压器外壳(通常或者涡轮机外壳或涡轮增压器承载外壳)中并容纳喷嘴环的轴向移动。凸缘可相对于腔壁密封，以减小或防止围绕喷嘴环的后面的泄漏流。在一种普通装置中，该喷嘴环被支撑在与涡轮机叶轮的旋转轴线平行延伸的杆上，并由轴向移位该杆的致动器移动。

在EP 0654587中公开了可变几何形状涡轮增压器的一个实例，其公开了：一种另外配置有穿过其径向壁的压力平衡孔的喷嘴环。压力平衡孔确保喷嘴环后的喷嘴环腔内的压力基本等于，但总略小于由经过入口通路的气体流应用于喷嘴环面的压力。这保证：对喷嘴环仅存在很小的单向力，这有助于喷嘴环位置的精确调节，特别地当喷嘴环被移动接近入口的相对壁，以减小入口通路向其最小宽度。

除了在发动机点火模式(其中燃料供应给发动机用于燃烧)中，使可变几何形状涡轮增压器的气体流最优的传统控制，还已知利用该设备以使涡轮增压器入口面积最小，以在发动机制动模式(其中不供应燃烧燃料)中提供发动机制动功能，其中：入口通路被减小为与正常发动机点火模式操作范围相比更小的面积。

多种形式的发动机制动系统广泛安装到汽车发动机系统，特别地为诸如卡车的大型汽车提供动力的压缩点火发动机(柴油发动机)。该发动机制动系统可用于提高作用在汽车轮上的传统摩擦制动器的效果，或在一些环境中，可独立于正常摩擦制动系统使用，以例如控制汽车的下坡速度。对于一些发动机制动系统，当发动机节流阀关闭时(即当司机从节流阀踏板抬起脚)，该制动器被设置以自动启动，并且在其它发动机制动系统中，发动机制动可能需要由司机手动启动，诸如踩下分离制动踏板。

在一种形式的传统发动机制动系统中，当需要制动时，排放气体管中的排放气体阀被控制以部分阻断发动机排放。在排气冲程期间，通过用于增加作用在发动机活塞上的功，通过产生使发动机减速的高反压，这产生了发动机制动扭矩。经汽车驱动链，这种制动效果被传送到车轮。美国专利第4,526,004号公开了用于涡轮增压器发动机的发动机制动系统，其中：排放阀被设置在固定几何形状涡轮增压器的涡轮机外壳中。

利用这种可变几何形状涡轮，不需要提供分开的排放阀。而且，当需要制动时，涡轮入口通路可简单“关闭”为最小流面积。通过适当控制喷嘴环的轴向位置，制动水平可通过控制入口通路大小得到调节。在发动机制动模式中的″完全关闭″位置中，该喷嘴环在一些情况中可靠着入口通路的面对壁。在一些称作减压制动系统的排放制动系统中，缸内减压阀装置被控制，以将来自发动机汽缸的压缩空气释放入排放系统中，以释放由压缩过程做的功。在这种系统中，该涡轮入口的关闭同时增加反压，并提供增压以使压缩功最大。

很重要的是，在发动机制动期间，使一些排放气体流经发动机，以防止在发动机汽缸中过度发热。因此，当在发动机制动模式中，喷嘴环在完全关闭位置中时，必须实现经涡轮的最小泄漏流。此外，现代可变几何形状涡轮增压器的高效率可产生这种高增压，甚至以小入口宽度，使得它们在发动机制动模式中的使用可能存在问题，因为汽缸压力会接近或超过可接受的极限，除非采取相反措施(或牺牲制动效率)。这是关于包括减压制动装置的发动机制动系统的特定问题。

在EP 1435434中公开了一种可变几体形状涡轮增压器的实例，其包括采用发动机制动方式操作时防止在发动机汽缸中产生过度压力的措施。这公开了一种具有旁路孔的喷嘴环装置，该旁路孔提供旁路通路，当喷嘴环接近关闭位置时该旁路通路打开以允许一些排放气体经过喷嘴环腔，从涡轮入口流到涡轮机叶轮，从而旁路入口通路。该旁路气流与流经入口通路的气体相比对涡轮机叶轮做较少的功，使得：通过使旁路通路打开，该涡轮效率下降，这防止在发动机汽缸内产生过度压力。此外，该旁路气流能够提供，或有助于避免在发动机制动期间过度发热所需的最小流。

还已知在发动机点火模式中操作可变几何形状涡轮增压器，以将入口通路关闭到比适合正常发动机操作条件的最小宽度小的最小宽度，以控制排放气体温度。在这种“排放气体加热模式”中操作的基本原理在于：对于给定燃料供应水平(在保持充足的燃烧空气流的同时)，减小流过发动机的空气流量，以增加排放气体温度。这具有其中存在柴油排放补充处理系统的特定应用。在这种系统中，性能与经过它的排放气体的温度直接相关。为实现期望的性能，在所有发动机运行条件和周围条件下，排放气体温度必须超过阀值温度(典型地在约250℃到370℃的范围内)。在阀值温度范围下的排放气体补充处理系统的操作将导致系统建立不期望的积聚物，其必须在再生循环中被烧尽，以使系统返回到设计的性能水平。此外，不再生的阀值温度以下的排放气体补充处理系统的延长操作将使系统丧失能力，并导致发动机变得不符合政府排放规定。

例如对于柴油发动机的主要操作范围，排放气体温度将通常超过所需的阀值温度。然而，在一些条件下，诸如轻负载条件与/或冷周围温度条件，排放气体温度通常可下降到阀值温度以下。在这种条件下，为了限制空气流，该涡轮增压器原则上可在排放气体加热模式中操作，以减小涡轮入口通路宽度，从而减小空气流冷却效果，并增加排放气体温度。然而，关于采用这种方式的现代高效涡轮增压器的操作的潜在问题在于：采用小入口宽度取得的增加升压能够实际增加抵消限制效果的空气流，从而减小加热效果并可能完全防止任何明显的加热。

在美国发布的专利申请第US2005/0060999A1号解决了关于可变几何形状涡轮增压器的排放气体加热模式操作的上述问题。这个申请教导将EP 1435434(上述)的涡轮增压器喷嘴环装置用在排放气体加热模式中。该旁路气体通路被布置以在比那些适合正常点火模式操作条件更小的入口通路宽度打开，但其适合在排放气体加热模式操作。如在制动模式中，该旁路气体流减小了涡轮效率，从而避免了高升压压力，这可能另外抑制加热效果。除了旁路气体通路，压力平衡孔(如上述EP0654587公开的)可被提供以有助于在排放气体加热模式中的对喷嘴环位置的控制。

不论在发动机制动模式(具有或没有减压制动系统)或排放气体加热模式中操作，将喷嘴环位置控制在极小入口宽度可能是有问题的，因为随着它接近关闭位置，在喷嘴环上的负载可能存在快速增加。甚至对于提供上述压力平衡孔，当喷嘴环接近入口的相对壁时，存在喷嘴环“快速”关闭的趋势。另外，它可需要极大的力以打开当在完全关闭位置中时靠着入口相对壁的喷嘴环。此外，当喷嘴环在完全关闭位置中时，可能很难保证：总存在经过涡轮的最优最小流。

发明内容

本发明的一些实施例的目标在于提供改进的或可选的可变几何形状的涡轮增压器。

根据本发明的第一方面，提供了一种可变几何形状涡轮，包括：

支撑在外壳中的涡轮机叶轮，用于围绕涡轮机轴线旋转；

基本环形或环形入口通路，其限定在外壳第一壁的基本径向或径向面与面对的第二壁之间，涡轮机轴线这些壁沿涡轮机轴线可相对于彼此移动，以改变入口通路的大小；

延伸经过所述入口通路并限定叶片表面的基本环形叶片排列，叶片通路限定在叶片之间，用于将相邻叶片表面之间的排放气体流引导向涡轮机叶轮，每个叶片被固定到所述第一壁；且用于接收所述叶片的相应开口设置在第二壁中以便于所述第一壁和所述第二壁的所述相对移动；至少一个叶片具有形成在叶片表面中的至少一个凹陷，使得：当所述第一壁和所述第二壁在预定位置中时，所述凹陷与所述凹陷的相应的开口基本对准，使得：所述凹陷在所述叶片与所述第二壁之间提供空隙，以提供排放气体泄露流通路。

该术语“径向面”期望表示沿大致径向方向延伸的面，但不排除具有小径向部件的面。

该预定位置可以是位置，其中：该环形入口通路基本关闭。

这些壁可在第一位置(其中：第一和第二壁间隔分开以限定相对较宽环形入口通路)和第二位置(其中：第一和第二壁接近以限定其中凹陷基本与其相应的开口对准的相对较窄环形入口通路)之间移动，它提供了叶片与第二壁之间的空隙，以提供排放气体泄露流通路。

在一个实施例中，该第一壁可沿所述轴线移动，并且第二壁是固定的。可选地，第一壁可以是固定的，并且第二壁是可移动的。作为另一可选方案，两个壁均可以沿所述轴线移动。

该凹陷可被设置接近叶片自其延伸的壁。

叶片可具有第一和第二主表面，其中：至少一个凹陷被设置在那些表面的每个上。那些叶片的每个可具有径向外前缘和径向内后缘。第一凹陷可被设置在邻近叶片的前缘的所述第一表面上，而第二凹陷可被设置在邻近叶片的后缘的所述第二表面上。可选地，这些凹陷可被设置在第一和第二主表面之一上。在这些叶片之一或两者上提供多个凹陷。这些凹陷可被轴向分布遍及叶片。

如果第二壁面对第一壁以限定入口通路，第二壁可沿任何适合的方向延伸，并且壁中的开口可容纳该叶片。该第二壁可由罩板限定。该第一壁可以是喷嘴环。

开口可采用狭槽形式。每个狭槽可被设计成以滑动配合容纳相应的叶片，以密封它们之间的气体通路。

通常环形肋可被设置在第一或第二壁的所述面上，使得：该入口通路的最小宽度被限定在肋与面对壁的一部分之间。该肋可被穿孔或间断，使得：当它与另一个壁接触时，它提供至少一条气体通路，以允许气体流到环形入口通路。该肋可围绕所述入口叶片。在第二位置中，该穿孔或间断肋靠着另一壁的所述部分。

根据本发明的第二方面，提供了一种涡轮增压器，包括如上所述并驱动地连接到压缩机的可变几何形状涡轮机。

根据本发明的第三方面，提供了一种方法，用于在发动机制动模式中操作如上确定并被装配到内燃机的涡轮增压器，在发动机制动模式中，对发动机的燃料供应被停止，并且壁被移动以减小涡轮入口通路的宽度。在所述发动机制动方式中，这些壁被移动到所述预定位置，以允许排放气体泄漏。

根据本发明的第四方面，提供了一种在排放气体加热模式中操作如上确定并被装配到内燃机的涡轮增压器的方式，在排放气体加热模式中，该环形入口通路被减小在适合正常发动机操作范围的宽度以下，以提高经过涡轮的排放气体的温度。

在所述排放气体加热模式中，响应确定排放气体温度下降到阀温度以下，第一与/或第二壁被移动以减小排放气体的环形入口通路的尺寸。该方法还可包括步骤：使得排放气体从可变几何形状涡轮机到达补充处理系统，其中：确定排放气体温度的步骤包括确定排放气体在补充处理系统中的温度，并且其中：所述阀值温度是补充处理系统中排放气体的阀值温度条件。

该凹陷或这些凹陷的提供确保经入口的最小泄露气体流。例如，在涡轮机形成装配到内燃机的涡轮增压器的一部分的情况中，在下面更全面地描述的排放气体加热或发动机制动方式中，当壁被移动到预定位置时提供最小气流允许活动壁部件移动到完全关闭位置。

根据本发明的涡轮可包括如EP 1 435 434中教导的提供围绕入口的旁路气流的结构以当喷嘴环在关闭位置中时减小涡轮的效率。

类似地，该活动环形壁部件可配置有如上述EP 0 654 587披露的压力平衡孔。在一些实施例中，该压力平衡孔可与如EP 1 435 434教授的旁路通路结构组合。

通过下述描述，本发明的多个方面的其它优选和特点特性将很明显。

附图说明

以下将参照附图，仅以示例的方式描述本发明的具体实施例，其中：

图1是经过根据本发明的可变几何形状涡轮增压器的轴向横断面；

图2a和2b是经过部分可变几何形状涡轮入口结构的示意横断面图，显示了根据本发明的部分喷嘴环；

图3是图1和2的完全喷嘴环的侧视图；

图4是图3的喷嘴环的前视图；和

图5是沿图2b的直线A-A的喷嘴环的断面视图，显示了单个叶片和狭槽。

具体实施方式

现在参照图，该典型可变几何形状涡轮增压器包括：由中央轴承外壳3相互连接的可变几何形状涡轮增压器外壳1和压缩机外壳2。经过轴承外壳3，涡轮增压器轴4从涡轮机外壳1延伸到压缩机外壳2。涡轮机叶轮5被装配在轴4的一端上，用于在涡轮机外壳1内旋转；和压缩机叶轮6被装配在轴4的另一端上，用于在压缩机外壳2内旋转。该轴4围绕位于轴承外壳内的轴承组件上的涡轮增压器轴线4a旋转。

该涡轮机外壳1限定入口腔室7(典型地螺旋管)，来自内燃机(未显示)的排放气体被传送到入口腔室7。经由环形入口通路9和涡轮5，该排放气体从入口腔室7流到轴向延伸出口通路8。该入口通路9的一侧由活动环形壁部件11的径向壁的面10限定，通常称作“喷嘴环”，和相对侧由面对喷嘴环11的入口通路9的壁的环形罩板12限定。该罩板12覆盖着涡轮机外壳1中的环形凹陷13的开口。

该喷嘴环11支撑着在圆周上等距间隔的入口叶片14的排列，每个入口叶片14轴向延伸经过入口通路9。叶片14被定向以使流经入口通路9的气体偏转向涡轮机叶轮5的旋转方向，如在图4是最好地看到。当喷嘴环11接近环形罩板12时，叶片14经过罩板12中的适合构造的狭槽14a，进入凹陷13。叶片密封限定狭槽的边缘，以当喷嘴环11接近罩板12时，防止任何明显的气体流进入凹陷13。

致动器(未显示)可操作以经由致动器输出轴(未显示)控制喷嘴环11的位置，致动器输出轴被连接到箍筋部件15。该箍筋部件15接着接合支撑喷嘴环11的轴向延伸的引导杆16。相应地，利用致动器的适合控制(例如可以气压、水压或电)，引导杆16的轴向位置和喷嘴环11的轴位置能够得到控制。应该认识到：喷嘴环装配和引导装置的细节可能与所示的那些不同。

该喷嘴环11具有轴向延伸的径向内和外环形凸缘17和18，其延伸入在涡轮机外壳1和轴承外壳3中设置的环形腔19。内和外密封环20和21被设置以分别关于环形腔19的内和外环形表面密封喷嘴环11，同时允许喷嘴环11沿轴向方向在环形腔19内滑动。该内部密封环20被支撑在腔19的径向内环形表面中的环形槽内，并靠着喷嘴环11的内环形凸缘17。该外部密封环20被支撑在腔19的径向外环形表面中形成的环形槽内，并靠着喷嘴环11的外环形凸缘18。应该认识到：该内与/或外部密封能够被装配在喷嘴环凸缘中的各个环形槽中，而不是如所示。

从入口腔室7流到出口通路8的排放气体经过涡轮机叶轮5，以引起其旋转，并且因此，扭矩被应用于轴4以驱动压缩机叶轮6。该压缩机外壳2内的压缩机叶轮6的旋转压缩在空气入口22中存在的周围空气，并将受压空气传送到空气出口螺旋管23，从那里，它被馈送到内燃机(未显示)。该涡轮机叶轮5的速度取决于经过环形入口通路9的气体的速度。对于流入入口通路的气体的固定质量速度，该气体速度是喷嘴环11与罩12之间的限定通路9的间隙的函数，并且可通过控制喷嘴环11的轴向位置调节(随着入口通路9间隔减小，经过它的气体的速度增加)。在图1中，环形入口通路9显示完全敞开。通过将喷嘴环11的面10移动向罩板12，该入口通路9可被关闭到适合不同操作模式的最小间隙。

叶片14在″根″29处被结合到喷嘴环，并限定第一和第二主表面30，31(在图4中最佳地观看)，第一和第二主表面沿第一大致轴向方向在根29和轴向远端尖部32之间延伸。每个叶片14的轴向长度称作其高度，而叶片宽度或弦长度是关于经过入口通路9的排放气体的径向流的前缘和后缘33，34之间的距离。主表面30，31在前缘和后缘33，34之间延伸，并大致平稳和连续。该第一主表面30大致面向进入气体，并且通常称作低压面，而第二主表面31沿相反方向面对并称作高压面。从图2b很明显：每个被切开以限定高度和弦长度减小的鼻部35。

邻近叶片根29，每个低压和高压表面30，31在其中具有凹陷36。在所示的典型实施例(在图2a中最佳地观看)，第一凹陷36被限定在邻近前缘33的低压表面30，并且第二凹陷36a被限定在邻近后缘34的高压表面31中。通过从表面切削掉材料或作为部分铸造件或其它适合的形成过程，可以形成凹陷36，36a。它们可采用任何适合的形式，诸如例如缺口、槽或沟。该凹陷36的确切数量、尺寸和形状取决于涡轮增压器的特定要求，但在这种应用中，两个凹陷36，36a被构造，使得：当喷嘴环面10距离罩板12约4mm时，凹陷36，36a与狭槽14a轴向一致，以在叶片14和狭槽14a的边缘之间提供空隙，从而提供气体泄漏流量通路。该凹陷36，36a具有大致平滑表面，以使非湍流气体流经过它们。

在图2a中，喷嘴环11显示在打开位置中，使得：由喷嘴环面10与罩12之间的间隙限定的入口通路9相对大。显示的位置不必是“完全”打开位置，如在一些涡轮增压器中，可能可将喷嘴环11进一步缩入喷嘴环腔19。在图2b和5中，喷嘴环11显示在基本“关闭”位置中，其中：该喷嘴环11的面10被移动接近罩12，以将入口通路9减小向最小值。在这里，凹陷36，36a被使得与罩板狭槽14a对准，使得：每个在叶片和罩板之间提供空隙，通过空隙，排放气体可泄漏。在所示实例中，经凹陷36，排放气体泄漏经过低压侧30上的罩板12，并经过叶片尖部32到高压侧上的凹陷36a，从那里，它能够泄漏到涡轮机叶轮5。因此，当喷嘴环在或接近“关闭”位置，凹陷提供了泄漏流通路。应该意识到：在一些应用中，提供经过叶片的泄漏通路的单个凹陷将足够。

如上面提及，在发动机制动模式或排放气体加热模式中，当入口通路9接近其最小间隙时，至少需要较小排放气体流。当喷嘴环11在“关闭”位置中并且入口间隙最小时，这通过确保由叶片凹陷36，36a提供的泄漏流通路开始操作实现。凹陷36，36a被设计，使得：最小流不太大，或制动效果或排放气体加热效应可以折衷。实际上，当罩12与喷嘴环面10之间的间隙最小或接近最小时，凹陷使入口通路9尺寸局部增加。

在发动机制动方式中，提供给发动机的燃料被停止并且喷嘴环11被移动，使得：该涡轮入口9被关闭为将通常比适合正常发动机点火模式操作的最小间隙小得多的间隙。在其″关闭″位置处的入口的最小间隙仍允许充分的排放气体流，以避免产生过度升压压力，或过度加压发动机汽缸。

在排放气体加热模式中，响应下降到阀值温度以下的排放气体补充处理系统(例如催化转化器)内的温度，该喷嘴环11被移动以减小入口通路9的大小。该补充处理系统内的温度例如由温度探测器确定，温度探测器可能或者操作以不连续时间间隔或采用连续或几乎连续的方式探测气体温度。如果在点火模式操作期间，补充处理系统内的温度被确定以在阀值以下，该喷嘴环11被移动以减小入口间隙以限制足以导致排放气体温度上升的空气流，但不会防止在发动机汽缸内燃烧所需的空气流。该喷嘴环11可保持在最小间隙位置处，其中：凹陷36，36a或如果入口间隙比发动机制动所需的更小或更大，在可选位置处的其它凹陷提供泄漏通路，直到探测温度处于或超过阀值温度。这种入口间隙9通常在适合正常点火模式操作的最小间隙以下。

如上面讨论，该喷嘴环11的关闭位置，并且因此入口通路9的最小间隙，可在不同操作模式之间改变。例如，在正常点火操作模式中，最小入口间隙可能相对大，典型地大约3-12毫米。然而，在发动机制动模式或排放气体加热模式中，最小间隙将通常小于在正常点火模式中使用的最小间隙。典型地，在发动机制动模式或排放气体加热模式中的最小间隙将小于4毫米。然而，将认识到：最小间隙的尺寸将在一定程度上取决于涡轮机的尺寸和配置。典型地，在正常点火模式中操作的发动机的涡轮入口的最小间隙将不小于最大入口间隙的约25％，但将典型地小于发动机制动或排放气体加热模式中最大间隙的25％。

应该认识到：虽然在发动机排放气体加热9期间的涡轮入口的关闭与在发动机制动期间关闭入口的效果极不同，但出现类似的问题。存在避免过度发动机汽缸压力和温度的需要；需要将喷嘴环的位置精确控制在极小入口通路间隙处，在极小入口通路间隙在喷嘴环上的负载平衡能够对喷嘴环移动敏感；并且期望采用可预测方式控制，并当入口关闭到最小时，优化经涡轮的最小气流的水平。此外，在发动机制动模式中，喷嘴环11可能需要保持在最小入口间隙位置持续延长的周期时间，诸如例如发动机制动用于控制在较长下坡向下行驶的大型车辆的速度时。类似地，该喷嘴环可必须保持在适合排放间隙加热模式的最小间隙入口处持续相同时期。因为这些原因，如图3和4所示以及如在我们共同未决UK专利申请第0521354.4中描述，该喷嘴环可以可选地包括打孔或间断的环形肋4，环形肋从围绕入口叶片14的喷嘴环11的面10轴向延伸。完全关闭喷嘴环11使得：在发动机制动或排放气体加热模式中，环形肋40接触罩板12，避免了必须保持环11远离罩板的问题，这需要精细平衡喷嘴环启动力与由入口的气压导致的对面10的负载。当该环形肋40接触罩板12，该排放气体仍能够穿过在肋40中限定的不连续或穿孔并经过叶片14中的凹陷36，36a，以提供独立于最小入口间隙9限定的固定最小泄露流面积。因此，提供环形肋40实现了喷嘴环11的改进位置控制。

通过提供环形肋40，无需采取任何其它措施，或提供任何其它结构，以确保当涡轮在排放气体加热或发动机制动模式操作和喷嘴环11在实际关闭位置中时，经涡轮的最小气流。由于在发动机制动或排放气体加热模式中，喷嘴环可能完成关闭，改进了对喷嘴环11的位置的控制，并且此外，凹陷36，36a精确地限定泄露流通路的大小。

应该理解：在一些应用中，即使喷嘴环11未完全关闭，即肋40与罩板12间隔开并且最小入口通路9被限定在肋40和罩板12之间，该环形肋40仍可用于控制入口间隙9的大小。在这种应用中，该肋可以是实心的。在我们共同未决英国专利申请第0521354.4号中对此再次进行了描述。

在发动机制动和排放气体加热模式中，当在排放气体加热模式中以小涡轮入口尺寸操作涡轮增压器时，高涡轮效率可能有问题。由凹陷36，36a提供的泄露通路被构造成在具有上述优点地适合发动机制动或排放气体加热模式的小入口间隙处降低涡轮效率。

通过改变凹陷36，36a的诸如大小、深度、数目和位置的参数，在不同应用之间可改变允许的最小流大小。

应该意识到：通过提供压缩平衡孔以提供如EP 0654587中披露的另外优点，可以改变喷嘴环。

应该认识到：在不背离所附权利要求范围的情况下，可以对上述实施例进行多种修改。例如，喷嘴环、罩和叶片的确切形状和结构可根据应用不同。

虽然本发明在附图和前述描述中详细显示和描述了本发明，本发明将被认为说明性并且特征并不是限制性的，应该理解：仅已显示和描述了优选实施例，并且应该理解：在本发明的精神内的所有变化和修改期望得到保护。应该理解：虽然在上面描述中使用的诸如优选的、优选地或更优选的词指示如此描述的特性可能更期望，但是，它可能不必需，并且缺少其的实施例可以被认为在本发明的范围内，范围由后面的权利要求确定。在阅读权利要求中，期望的是：当使用诸如“一个”、“至少一个”或“至少一部分”的词时，不期望将权利要求限制为仅一个项目，除非在权利要求中具体说明为相反。当使用语言“至少一部分”与/或“一部分”，该项目能够包括一部分与/或整个项目，除非具体说明为相反。

Claims (24)

1.一种可变几何形状涡轮机，包括：

支撑在外壳中的涡轮机叶轮，用于围绕涡轮机轴线旋转；

基本环形入口通路，所述基本环形入口通路限定在所述外壳的第一壁的基本径向面与面对的第二壁之间，所述第一壁和所述第二壁沿涡轮机轴线能够相对于彼此移动，以改变入口通路的大小；

基本环形叶片排列，所述基本环形叶片排列延伸经过所述入口通路并限定叶片表面，叶片通路限定在所述叶片之间，用于将相邻叶片表面之间的排放气体流引导向所述涡轮机叶轮，每个叶片被固定到所述第一壁，且用于接收所述叶片的相应开口设置在第二壁中以便于适应所述第一壁和所述第二壁的所述相对移动；至少一个叶片具有形成在叶片表面中的至少一个凹陷，使得：当所述第一壁和所述第二壁在预定位置中时，所述凹陷与所述凹陷的相应的开口基本对准，使得：所述凹陷在所述叶片与所述第二壁之间提供空隙，以提供排放气体泄露流通路。

2.一种根据权利要求1所述的可变几何形状涡轮机，其中：所述第一壁和所述第二壁能够在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置，所述第一壁和所述第二壁间隔开以限定相对较宽的环形入口通路，在所述第二位置，所述第一壁和所述第二壁接近以限定相对较窄的环形入口通路，在所述相对较窄的环形入口通路中，所述凹陷基本与所述凹陷相应的开口对准，所述凹陷提供在所述叶片与所述第二壁之间的空隙，以提供排放气体泄露流通路。

3.一种根据权利要求1或2所述的可变几何形状涡轮机，其中：所述第二壁具有固定到所述第二壁上的叶片，并且所述第一壁具有用于容纳相应的叶片的对应的开口。

4.一种根据权利要求1、2或3所述的可变几何形状涡轮机，其中：所述第一壁能够沿所述轴线移动，并且所述第二壁是固定的。

5.一种根据权利要求1、2或3所述的可变几何形状涡轮机，其中：所述第一壁是固定的，并且所述第二壁是可移动的。

6.一种根据权利要求1、2或3所述的可变几何形状涡轮机，其中：所述第一壁和所述第二壁均能够沿所述轴线移动。

7.一种根据前述任一项权利要求所述的可变几何形状涡轮机，其中：所述至少一个凹陷接近壁设置，所述叶片自所述壁延伸。

8.一种根据前述任一项权利要求所述的可变几何形状涡轮机，其中：所述叶片具有第一主表面和第二主表面，其中：至少一个凹陷被设置在所述第一主表面和所述第二主表面中的每一个上。

9.一种根据权利要求8所述的可变几何形状涡轮机，其中：所述叶片每个都具有径向外前缘和径向内后缘。

10.一种根据权利要求9所述的可变几何形状涡轮机，其中：第一凹陷被设置在邻近所述叶片的前缘的所述第一表面上，并且第二凹陷被设置在邻近所述叶片的后缘的所述第二表面上。

11.一种根据权利要求10所述的可变几何形状涡轮机，其中：多个凹陷被设置在叶片表面中的一个或两个上。

12.一种根据前述任一项权利要求所述的可变几何形状涡轮机，其中：所述第二壁由罩板限定。

13.一种根据前述任一项权利要求所述的可变几何形状涡轮机，其中：所述第一壁由喷嘴环限定。

14.一种根据前述任一项权利要求所述的可变几何形状涡轮机，其中：在所述第二壁中的所述开口采用狭槽形式。

15.一种根据权利要求14所述的可变几何形状涡轮机，其中：每个狭槽被设计成以滑动配合容纳相应的叶片，以密封每个狭槽与相应的叶片之间的气体通路。

16.一种根据前述任一项权利要求所述的可变几何形状涡轮机，其中：大致环形肋被设置在所述第一壁或所述第二壁的所述面上，使得：所述入口通路的最小宽度被限定在所述肋与所述面对壁的一部分之间。

17.一种根据权利要求16所述的可变几何形状涡轮机，其中：所述肋被穿孔或间断，使得：当所述肋与另一个壁接触时，所述肋提供至少一个气体通路，以允许气体流到所述环形入口通路。

18.一种根据权利要求17所述的可变几何形状涡轮机，其中：所述肋围绕所述入口叶片。

19.一种根据前述任一项权利要求所述的可变几何形状涡轮机，其中：所述第一壁和所述第二壁的预定位置是基本关闭位置。

20.一种涡轮增压器，包括：一种根据前述任一项权利要求所述的可变几何形状涡轮机；以及由所述涡轮机驱动的压缩机。

21.一种方法，用于在发动机制动模式中操作装配到内燃机时的根据权利要求20的涡轮增压器，在所述发动机制动模式中，对发动机的燃料供应停止，并且所述第一壁和所述第二壁相对于彼此移动，以减小所述涡轮机入口通路的大小，并使所述凹陷或这些凹陷与所述凹陷或这些凹陷的对应的开口基本对准，以提供排放气体泄漏流通路。

22.一种方法，用于在排放气体加热模式中操作装配到内燃机时的根据权利要求21的涡轮增压器，在所述排放气体加热模式中，所述第一壁和所述第二壁相对于彼此移动，以减小所述入口的大小到比正常运行模式所需的入口的大小更小，并使所述凹陷或这些凹陷与所述凹陷或这些凹陷的相应的开口泄露流通路基本对准，并提高经过所述涡轮机的排放气体的温度。

23.根据权利要求22所述的方法，其中：所述第一壁和所述第二壁相对于彼此移动，以响应确定所述排放气体温度落到阀值温度以下而减小用于排放气体加热的入口宽度。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括步骤：使得所述排放气体从所述可变几何形状涡轮机到达所述补充处理系统，其中：确定所述排放气体温度的步骤包括确定在所述补充处理系统中的所述排放气体的温度，并且其中：所述阀值温度是所述补充处理系统中的所述排放气体的阀值温度条件。

Images