CN101649756A - 具有可变喷嘴装置的涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有可变喷嘴装置的涡轮增压器，其能实现保持器环和插件及轮机外壳机械及热分离，免除了可变喷嘴装置的动作效率下降的忧虑，提高了保持器环和喷嘴环之间的密封，使可变喷嘴装置的生产和组装变得简便从而提高生产力，而且设计简单，不必在涡轮增压器的各种部件上形成精密的公差进而减少制造成本。为此，压缩机外壳和轮机外壳之间安装轴承外壳，所述轴承外壳和所述轮机外壳之间安装插件，所述插件具备安装于轮机外壳出口部内侧面的管状部以及从所述管状部的末端向半径方向外侧扩张的形态的喷嘴部，所述喷嘴部从喷嘴环按轴方向间隔一定距离配置，数个轮叶安装于所述喷嘴环和喷嘴部之间。

Description

具有可变喷嘴装置的涡轮增压器

技术领域

本发明涉及一种具有带插件的可变喷嘴装置的涡轮增压器。

背景技术

传统涡轮增压器在驾驶条件相同的情况下，为了提高效率有必要调节驱动轮机的排出气的流动。为了控制排出气流动，使用具备几何形状可变的喷嘴通路的可变喷嘴装置。所述喷嘴通路设置于在轮机周围环形安装的多个轮叶中间的喷嘴内壁和外壁之间。所述轮叶可旋转，使喷嘴通路的形状改变而控制驱动轮机的排出气流动。

美国专利第2860827号和3101926号所公开的引擎增压装置包括：外壳；在外壳内部可旋转支撑的轴；压缩机轮；轮机转子；所述轮机转子与所述压缩机轮保持一定距离，并在所述轴的一端安装；所述压缩机轮和轮机的中间、所述轴的周围安装的密封装置及护罩；所述护罩安装在轮机的外周，沿轴向延长并具有活塞密封环。

根据美国专利第4770603号的轮机调节装置，具备了导向轮叶的第1、2固定环。所述导向轮叶和流动通道沿轴向位于所述固定环之间，形成于所述两个固定环之间的轴向偏离空间被间隔套筒限定。所述两个固定环通过多个螺栓相互连接，所述导向轮叶，通过设置在所述固定环的轴向上的孔对应并与流入角相邻安装的凸出部，可旋转的安装，所述流通通路的宽度被所述间隔套筒而限定。

根据美国专利第4880351号，把蜗旋通路分为环形通路和内侧通路的固定的轮叶部件安装于蜗旋通路的中央。所述固定的轮叶部件具备安装于其中央部位的管状部、从所述管状部轴向中间部位的轴向外侧环形部向径向延长的软盘部、从上述软盘部的外侧环形部向润滑单元盒轴向延长而形成的轮叶。所述管状部以一对金属密封为媒介组装于外侧通路的内侧前端部，上述固定的轮叶轴方向的前端与后罩板的螺栓相连接，所述管状部的内侧前端部与后罩板协同部分限定最小截面面积部位或者颈部。

根据美国公开专利2007/0175216a1号，可变喷嘴装置具备圆周方向相互隔离的多个可动轮叶。第1环部件和第2环部件按照轴向扣合可动轮叶的形状固定，数个变速部件固定于所述可动轮叶的轴部的根部，并向半径方向的外侧延长，第3环部件按照原轴方向具备数个槽，从而使之与所述变速部件的半径方向外侧前端部结合。

根据美国专利2007/0130943号，具备可变喷嘴装置以及从可变喷嘴装置机械以及热分离的排气壳。此外桩腿在喷嘴内壁形成的喷嘴环和形成喷嘴外壁的插件形状的外侧环之间起到限定喷嘴空间的间隔区的作用。

根据国际公开专利2007/046798号，套管具有喷嘴环、轮叶、销、轮叶拐臂、同步环等。所述套管具备密封容置在外壳的空间里并具有管状部的插件，以及从管状部的前端部延长到半径方向外侧的喷嘴部。所述喷嘴部从喷嘴环向轴方向偏离安装，使所述轮叶向喷嘴环和喷嘴部之间延长形成。所述插件从轮机外壳机械及热分离。数个间隔区在所述插件的喷嘴部和喷嘴环之间将喷嘴环固定在插件，插件的喷嘴部和喷嘴环之间按照轴方向形成预期的空间而连接。

但是所述的现有的可变轮叶装置结构相对复杂，组装涡轮增压器时组装生产率降低，现有的可变轮叶装置裸露在排出气体中，位于具有高温的轮机外壳和相对低温的轴承外壳之间，由于所述外壳之间的热梯度受到热应力，可变喷嘴装置的构成部件之间的热变形各不相同，间隔区和环的连接部之间形成缝隙降低轮机的工作效率。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种具有可变喷嘴装置的涡轮增压器，其能实现保持器环和插件及轮机外壳机械及热分离，免除了可变喷嘴装置的工作效率下降的忧虑，提高了保持器环和喷嘴环之间的密封，使可变喷嘴装置的生产和组装变得简便进而使生产力提高，而且设计简单，不必在涡轮增压器的各种部件上形成精密的公差可减少生产费用。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：在压缩机外壳和轮机外壳之间安装轴承外壳，在所述轴承外壳和所述轮机外壳之间安装插件，所述插件具备安装于轮机外壳的出口部的内侧面的管状部以及从所述管状部的端部沿径向向外侧扩张的喷嘴部，所述喷嘴部从喷嘴环按轴方向间隔一定距离安装，数个轮叶安装于所述喷嘴环和喷嘴部之间的可变喷嘴装置。

根据本发明的具备可变喷嘴装置的涡轮增压器，防止了插件和轮机外壳之间的直接接触以及所属保持器环和轮机外壳之间的直接接触，使所述轮机外壳和其附件之间机械及热分离。所述保持器环与相对低温的轴承外壳连接，而所述插件与相对高温的喷嘴环连接。所述保持器环和插件机械及热分离，防止了由于它们的部件之间的温度差而对可变喷嘴装置的动作引起不利影响的热应力或者变形。

且喷嘴环的半径方向的热膨胀被喷嘴环和保持器环之间的缝隙适当的被吸收，凸出部和喷嘴环之间的连接关系是按照喷嘴的整个圆周面360度形成，密封保持器环和喷嘴环之间的接触面。喷嘴环的相对面通过后罩板的弹性复原力密着于铁环和轴承外壳，使接触面之间完全密封，因此不用固定喷嘴环的轮叶和插件。插件和铁环一体形成，所述保持器环在插件和喷嘴环之间以数个桩腿为介质机械的连接，使可变喷嘴装置的制造和组装简便。尤其，通过这种简单的设计，不必形成各个部件之间的精密公差，因此能达到减少制造费用的效果。

附图说明

图1是本发明的具有插件的涡轮增压器的横截面图；

图2是本发明插件的示意图；

图3是本发明保持器环的示意图。

具体实施方式

以下根据附图详细说明本发明的具体实施方式。

图1示出本发明实施例的涡轮增压器10，所述涡轮增压器10具备压缩机部12，所述压缩机部12具有在压缩机外壳16内部安装于轴18上的压缩机轮或者压缩机叶轮14。所述轴18通过安装于涡轮增压器的轴承外壳20上的轴承被可旋转的支撑，所述轴18的末端安装有涡轮22，通过所述涡轮22所述轴18和压缩机轮14旋转。通过压缩机的流入口流入的空气被压缩供给到内燃机的吸气部位来提高引擎的性能。

所述涡轮增压器10具备包括所述涡轮22的轮机外壳24，所述轮机外壳24一般以环形室26形成，以驱动涡轮22从内燃机排出的排出气流入到环形室26。内燃机的排出气从所述环形室26，通过轮机喷嘴28流入到径向内侧所述涡轮。随着所述排出气通过涡轮叶片30之间的通路流动低压膨胀，经过涡轮的排出气通过沿着轴向形成的出口部32向轮机外壳的外面排出。

为控制流入到涡轮的气体流量，轮机喷嘴为断面变化的可变喷嘴的形状。所述喷嘴具备按圆周方向配置的多个轮叶34。所述各轮叶34通过贯通环形喷嘴环38的孔的销42固定，安装成与涡轮22同轴。所述销42为使轮机旋转，以其轴为中心可旋转的设置。所示喷嘴环38形成喷嘴28的流通通路的壁面。从所述销42的所述喷嘴环38突出的面的末端固定附着轮叶拐臂40，并结合有环形同步环36；所述同步环36以其轴为中心可旋转的支撑，与所述喷嘴环38同轴安装。未示图的驱动器为使所述同步环36旋转而直接连接。所述同步环36旋转时所属轮叶拐臂40也旋转，使销42随之以轴为中心旋转。轮叶34也随之旋转从而使通过所述喷嘴28的排出气体的流动横断面积可变。所述可变喷嘴装置与具有可变轮叶的现有的可变喷嘴装置相似。

根据本发明，可变喷嘴装置50由喷嘴环38、轮叶34、销42、轮叶拐臂40、同步环36以及插件52构成。如图2所示，所述插件52具有紧密地安装于轮机外壳出口部32内侧面的管状部54以及从管状部的末端沿径向外侧扩张的形态的喷嘴部56。所述喷嘴部56从喷嘴环38沿轴向间隔一定距离安装，轮叶35位于喷嘴环38和喷嘴部56之间。所述管状部54的径向外侧面至少具备一个以上的环形槽，密封环58安装于此，环形槽紧密安装于出口部32的内侧面。所述管状部54的外径比所述出口部32的内径小一些，它们之间形成狭小间隙。所述出口部32的内侧面，只有密封环58与其接触。所述喷嘴部56和轮机外壳的邻接末端之间形成缝隙60。通过上述方式插件52从轮机外壳24机械及热分离。

与插件52一体构成的多个桩腿62位于插件52的喷嘴部56和喷嘴环38之间，起到使喷嘴环固定到插件52的作用，同时在喷嘴部和喷嘴环之间在轴向保持一定的距离。桩腿62从所述喷嘴部56延伸出来按照轮叶34的长度空间配置，位于喷嘴部56的端面，结合于喷嘴环38相对的铁环66，使喷嘴部56和喷嘴环38沿轴向隔离。为固定喷嘴环38，桩腿62的末端延长形成。所述桩腿62由耐热性和热传导性及机械性良好的材料形成，从而使喷嘴环38和插件52热分离。

环形保持器环64连接于外壳20以固定铁环66和喷嘴环38。所述保持器环64与所述插件52以分别的部分形成，与插件机械及热分离。

所述保持器环64径向的外侧形成轴向延长的环形槽67，此环形槽67上结合铁环66的凸肩，固定保持器环64使铁环66相对轴承外壳20在径向及轴向上不晃动。所述铁环66具备径向外侧延伸的环形槽63和凸出部68，所述凸出部68与所述插件52的喷嘴环38的相对面连接。所述凸出部68和喷嘴环38之间的连接是沿着喷嘴环的圆周面360度连接，密封住保持器环64和喷嘴环38之间的接触面。凸出部68和桩腿62共同起到防止喷嘴环38在轴向向喷嘴部56方向运动。

保持器环64朝向喷嘴环38的径向外侧面74的方向沿径向具备内侧面72。内侧面72和外侧面74间隔缝隙安装以吸收热膨胀差异或者其他原因发生的保持器环和桩腿的弯曲导致的喷嘴环半径方向的变形。

保持器环64具有容置形成在轮机外壳24的凸出部21的槽65。保持器环64在加热过程中受热伸长，温度在沿半径方向减少，因此抑制保持器环64向半径方向扩散。凸出部21沿径向按更高的值膨胀。在所述接触面25，保持器环64和凸出部21之间的热膨胀的差异产生以提高接触部件之间的密封性。轮机外壳24固定到轴承外壳20上以使内侧面78和保持器环外侧面76之间形成缝隙。所述缝隙使轮机外壳和保持器环之间机械及热分离。

可变喷嘴装置50具备后罩板80。后罩板80在安装可变喷嘴装置50到轴承外壳20时，安装在喷嘴环38和轴承外壳20之间。后罩板80在喷嘴环和轴承外壳之间起到密封作用，防止高温排出气从轮叶拐臂40和同步环42之间流入。所述后罩板80由弹簧钢等弹性材质构成，其盖子在喷嘴38和轴承外壳20之间，轴向压缩形成。由于所述后罩板的复原力，后罩板80向喷嘴环和轴承外壳的对向面加压，起到密封相邻部件之间的间隙的作用。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种具有可变喷嘴装置的涡轮增压器，包括：压缩机外壳和轮机外壳之间安装的轴承外壳；所述轴承外壳和所述轮机外壳之间安装的插件；所述插件具有安装于轮机外壳出口部内侧面的管状部和从管状部末端沿径向向外扩张的喷嘴部；所述喷嘴部从喷嘴环沿轴向间隔一定距离安装，所述喷嘴环和喷嘴部之间安装两个以上轮叶。

2.根据权利要求1所述的具有可变喷嘴装置的涡轮增压器，其特征在于，所述管状部的径向外侧面至少具有一个以上的环形槽，所述环形槽上安装有密封环与所述出口部内侧面紧密安装。

3.根据权利要求2所述的具有可变喷嘴装置的涡轮增压器，其特征在于，所述喷嘴部和所述轮机外壳的邻接末端之间形成缝隙。

4.根据权利要求3所述的具有可变喷嘴装置的涡轮增压器，其特征在于，与所述插件一体构成的两个以上的插件桩腿位于插件的喷嘴部和喷嘴环之间，所述插件桩腿固定所述喷嘴环到插件，同时保持喷嘴部和喷嘴环之间在轴向具有缝隙，插件桩腿从所述喷嘴部延伸出来按照所述轮叶的长度空间配置，位于所述喷嘴部的端面，与所述喷嘴环相对的铁环与所述插件桩腿结合。

5.根据权利要求4所述的具有可变喷嘴装置的涡轮增压器，其特征在于，为了固定所述铁环和喷嘴环，所述轴承外壳安装有环形的保持器环。

6.根据权利要求5所述的具有可变喷嘴装置的涡轮增压器，其特征在于，所述保持器环的径向外侧形成轴向延长的环形槽，所述环形槽与所述铁环的凸肩结合。

7.根据权利要求6所述的具有可变喷嘴装置的涡轮增压器，其特征在于，所述铁环具有沿径向外侧延伸的环形槽和凸出部，所述凸出部与所述插件相对的喷嘴的接触面以整个圆周结合。

8.根据权利要求6所述的具有可变喷嘴装置的涡轮增压器，其特征在于，所述保持器环朝向所述喷嘴环的径向外侧面的方向沿径向具备内侧面，所述内侧面与所述外侧面之间设置有缝隙。

9.根据权利要求8所述的具有可变喷嘴装置的涡轮增压器，其特征在于，所述保持器环具有槽，以容置形成于所述轮机外壳的凸出部。

10.根据权利要求9所述的具有可变喷嘴装置的涡轮增压器，其特征在于，所述轮机外壳固定在所述轴承外壳上，以使内侧面和保持器环外侧面之间形成缝隙。

11.根据权利要求1所述的具有可变喷嘴装置的涡轮增压器，其特征在于，所述喷嘴环和轴承外壳之间安装有具有密封作用的后罩板。

12.根据权利要求11所述的具有可变喷嘴装置的涡轮增压器，其特征在于，所述后罩板由弹簧钢或其它弹性材质构成，所述后罩板的盖子在所述喷嘴环和轴承外壳之间轴方向压缩形成。

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