CN101899998A - 涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涡轮增压器，其包括：涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮安装到外壳组件中的涡轮机轴上，用于围绕涡轮机轴线旋转，所述外壳组件限定了在所述涡轮机叶轮的上游的气流入口通路；环形壁构件，该环形壁构件限定了所述入口通路的壁，且在大致平行于所述涡轮机轴线的方向上是可位移的，用于控制通过所述入口通路的气流；至少一个可移动杆，该可移动杆经由所述杆的第一末端可操作地连接至所述环形壁构件，所述杆是可移动的，用于控制所述环形壁构件的位移，所述杆在大致平行于所述涡轮机轴线的方向上延伸；所述杆经由第一臂和第二臂连接至所述环形壁构件，所述第一臂的第一末端和所述第二臂的第一末端连接至所述杆，所述第一臂的第二末端在第一圆周位置连接至所述环形壁构件，所述第二臂的第二末端在第二不同的圆周位置连接至所述环形壁构件；所述第一臂和所述第二臂是弹性的，用于在所述环形壁构件的膨胀期间允许所述杆的第一末端和所述环形壁构件之间的相对移动。

Description

涡轮增压器

技术领域

本发明涉及一种可变几何构型涡轮机。该可变几何构型涡轮机可以例如形成涡轮增压器的一部分。

背景技术

众所周知，涡轮增压器是用于在高于大气压的压力(增压)下将空气供给内燃机的吸入口的装置。传统的涡轮增压器基本上包括废气(排气)驱动的涡轮机叶轮，所述废气驱动的涡轮机叶轮安装在涡轮机外壳内的可旋转轴上，所述涡轮机外壳接合在发动机出口歧管的下游。涡轮机叶轮的旋转转动安装在压缩机外壳内部的轴的另一端上的压缩机叶轮。压缩机叶轮将压缩空气输送到引擎进气歧管。涡轮增压器轴通常由位于接合在涡轮机与压缩机叶轮外壳之间的中心轴承外壳内的轴颈轴承(journal bearing)和止推轴承(thrust bearing)(包括适当的润滑系统)支撑。

在已知的涡轮增压器中，涡轮级包括：涡轮室，涡轮机叶轮安装在涡轮室内；环状入口通路，限定在面对的径向壁(facing radial wall)之间，所述面对的径向壁布置在涡轮室的周围；进气蜗壳，布置在入口通路周围；以及出口通路，从涡轮室延伸。这些通路和室连通，使得允许进入进气室的加压废气经由涡轮机通过入口通路流动到出口通路，并旋转涡轮机叶轮。还已知的是，通过在入口通路内设置叶片(称为喷嘴叶片)以偏转朝向涡轮机叶轮的旋转方向流动通过入口通路的气体而提高涡轮机性能。

涡轮机可以是固定几何结构型或可变几何结构型的。可变几何结构型涡轮机与固定几何结构型的涡轮机的不同在于入口通路的尺寸可以变化，以在质量流速范围内最优化气体流动速度，使得涡轮机的动力输出可以变化，以适于变化的引擎需求。例如，当输送给涡轮机的废气的体积相对小时，通过减小环状入口通路的尺寸，到达涡轮机叶轮的气体的速度被保持在确保有效的涡轮机运转的水平。设置有可变几何结构涡轮机的涡轮增压器被称为可变几何结构涡轮增压器。

在一种已知类型的可变几何构型涡轮机中，有时称作“喷嘴环”的轴向可移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，当流经涡轮的气流减小时，该入口通路宽度可被减小，以保持气体速度并优化涡轮机输出。

该喷嘴环可配置有叶片，叶片延伸到入口和设置在限定入口通路的面对壁的“挡板”中以容纳喷嘴环的移动的通中。可选地，叶片可从固定的面对壁和设置在喷嘴环中的通槽延伸。

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之后的环形腔的径向内的轴向延伸壁或凸缘与径向外的轴向延伸壁或凸缘。该腔形成在涡轮增压器外壳的部分(通常是涡轮机外壳或涡轮增压器轴承外壳)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背面的泄漏流。在一种通常装置中，该喷嘴环被支撑在平行于涡轮机叶轮的旋转轴线(涡轮轴线)延伸的杆(有时称作为“阀门挺杆(pushrod)”)上或由其支撑。喷嘴环由轴向移位该杆的致动器组件移动。

US5,868,552公开了这种已知的致动器组件的例子。轭可枢转地支撑在轴承外壳内并限定了两个臂，每个臂延伸为与各个喷嘴环支撑杆的末端接合。轭安装在轴颈支承在轴承外壳中的轴上并且支撑轴承外壳的外部的曲柄，可以以任何合适的方式连接到致动器上。所述轭的每个臂通过块体接合各个支撑杆的末端，所述块体可枢转地安装至销上的所述轭的端部，并容纳在由所述杆限定的狭槽中，所述杆限制所述块体沿所述杆的轴向的移动，但允许垂直于所述杆的轴向的移动。致动器被控制经由轭曲柄使所述轭围绕其支承轴转动，这依次地使轭臂的端部描画出圆弧。轭臂与喷嘴环支撑杆的接合使所述杆沿着它们的轴线前后移动。轭臂的离轴运动通过所述块体在由所述支撑杆限定的狭槽中的滑动来适应。

移动所述轭的致动器可以采用各种形式，包括气动、液动和电动形式，并且可以以各种方式联接至所述轭。致动器通常将在引擎控制单元(ECU)的控制下调节喷嘴环的位置，以便修改通过涡轮机的气流以满足性能要求或需求。

在使用中，可变几何构型涡轮机的喷嘴环经受高温。高温导致喷嘴环膨胀。如果支撑喷嘴环的杆被固定到喷嘴环上的适当位置上，那么喷嘴环的膨胀将导致杆移动，从而彼此分离开。通常提供用于支撑杆和/或引导杆的移动的一个或多个引导件。引导件可以采用例如衬套等的形式。可替代地或另外地，引导件可以是在轴承外壳中的一个或更多个钻孔，杆延伸通过该钻孔，并且杆能够移动地通过该钻孔。为了确保可变几何构型涡轮机的可靠操作，通常在杆和它们各自的引导件之间具有非常小的间隙。因此，当由于喷嘴环的膨胀杆被推动彼此分离开时，以很大的力将杆推靠到引导件上。这是因为引导件根本不在杆的移动方向上移动，或移动与杆相同的程度。例如，轴承外壳的热膨胀可以是不显著的或没有喷嘴环的膨胀那样显著，意思是轴承外壳中的引导件(例如钻孔)不会彼此移动分开到与杆相同的程度。

当杆推靠到并且施加大的作用力到各个引导件上时，可能会出现问题。例如，大的作用力可能损坏杆或引导件，或可替代地或另外地导致杆卡在引导件中。期望避免对杆或引导件的损坏，且减小或消除杆作为喷嘴环膨胀的结果而卡在引导件中的机会。

发明内容

本发明的目的是提供一种可变几何构型涡轮机，其消除或减轻与现有的可变几何构型涡轮机相关的问题(是否在此处或在其它地方被识别)中的一个或更多个。

根据本发明的一个方面，提供了一种可变几何构型的涡轮机，其包括：涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮安装到外壳组件中的涡轮机轴上，用于围绕涡轮机轴线旋转，外壳组件限定了在涡轮机叶轮的上游的气流入口通路；环形壁构件，该环形壁构件限定了入口通路的壁，并且在大致平行于涡轮机轴线的方向上是可位移的，用于控制通过入口通路的气流；至少一个可移动杆，该可移动杆经由杆的第一末端可操作地连接至环形壁构件，杆是可移动的，用于控制环形壁构件的位移，杆在大致平行于涡轮机轴线的方向上延伸；杆经由第一臂和第二臂连接至环形壁构件，第一臂的第一末端和第二臂的第一末端连接至杆，第一臂的第二末端在第一圆周位置连接至环形壁构件，第二臂的第二末端在第二不同的圆周位置连接至环形壁构件；第一臂和第二臂是弹性的，用于在环形壁构件的膨胀期间允许杆的第一末端和环形壁构件之间的相对移动。

如果将杆被直接地连接至喷嘴环上，将不会消除或缓解上述讨论的问题。根据本发明的实施例，通过由两个弹性臂将杆连接至喷嘴环，允许在环形壁构件的膨胀期间在杆的第一末端和环形壁构件之间的相对移动。臂的弹性至少部分地补偿了环形壁构件的膨胀，从而例如减小了或消除了施加到杆的一个或更多个引导件上的力。这可以防止对杆或引导件的损害，或减小或消除了杆卡在引导件中的机会。

第一臂和第二臂被配置，使得杆的第一末端在环形壁构件的膨胀方向上的任何移动小于如果杆直接地连接至环形壁构件的移动。

第一臂和第二臂由具有比形成环形壁构件的材料低的热膨胀系数的材料(或材料的构成)形成。形成臂的材料的热膨胀系数可以比形成喷嘴环的材料小5-60％。形成臂的材料的热膨胀系数可以比形成喷嘴环的材料小15-40％。如果形成臂的热膨胀系数是任意低，那么在臂和喷嘴环之间的一个或更多个连接中的疲劳可能太高。

因为由具有比形成环形壁构件的材料低的热膨胀系数的材料形成臂，所以臂不能像环形壁构件那样膨胀。因为臂不能像环形臂构件那样膨胀，所以杆的位置不能移动得如同如果臂由具有与环形臂构件相同的热膨胀系数的材料形成那样。臂的这个减小的膨胀进一步地消除或减轻了在喷嘴环的膨胀的期间与杆的移动相关的问题。

环形壁构件可以在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上延伸。例如，环形壁构件的直径的范围可以在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上延伸。

第一臂和第二臂可以在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上延伸。

第一臂和第二臂在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上是可伸展的。

第一臂和第二臂可以被配置以在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上比在朝向平面或远离平面的方向上更能够伸展。

第一臂和第二臂可以在平行于涡轮机轴线的方向上比第一臂和第二臂在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上更硬。

第一臂和第二臂每个可以在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上具有长度，在平行于涡轮机轴线的方向上具有宽度以及具有垂直于长度和宽度的深度，宽度大于深度。

第一臂和第二臂每个可以包括曲线或弯曲，或者一个或更多个曲线或弯曲。曲线或弯曲可以在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上延伸。曲线或弯曲被相对于曲线或弯曲轴线弯曲，曲线或弯曲轴线大致平行于涡轮机轴线延伸。

第一臂和第二臂可以相对于环形壁构件沿大致圆周方向延伸。

杆可以被设置，使得当涡轮机未处于使用中时，杆的纵向轴线在环形壁构件的径向外部范围和环形壁构件的径向内部范围之间延伸。

第一臂和第二臂是大致相同的。

臂被连接到一起。

涡轮机可以包括被配置用于引导杆的移动和/或支撑杆的引导件。引导件可以限定了杆可移动通过的开口。

两个杆可以被设置，每个杆经由第一臂和第二臂连接至环形壁构件，第一臂的第一末端和第二臂的第一末端连接至杆，第一臂的第二末端在第一圆周位置连接至环形壁构件，第二臂的第二末端在第二不同的圆周位置处连接至环形壁构件。两个杆可以连接至环形壁构件，使得两个杆在直径上彼此相对。连接两个杆的桥被设置。

涡轮机形成涡轮增压器的一部分。

将从下述的描述清楚本发明的其它优点和优选的特征。

附图说明

以下参考附图仅通过举例的方式，对本发明的特定实施例进行描述，在附图中：

图1示意性地示出通过已知的可变几何构型涡轮增压器的轴向横截面；

图2示意性地示出图1的涡轮增压器的喷嘴环致动器组件中的部件的放大透视图；

图3示意性地示出图2的喷嘴环致动器组件中的部件的放大平面视图；

图4示意性地示出图3中显示的喷嘴环的膨胀和这种膨胀在支撑喷嘴环的杆的位置上的作用；

图5示意性地示出延伸通过引导件的杆；

图6示意性地示出相对于引导件未对准的杆；

图7示意性地示出根据本发明的实施例的喷嘴环布置的端视图；

图8示意性地示出图7的喷嘴环布置的立体图；

图9示意性地示出根据本发明的实施例的用于将杆连接至喷嘴环的包括两个臂的支架；

图10示意性地示出根据本发明的实施例的喷嘴环布置的端视图；

图11示意性地示出图10的喷嘴环的膨胀和在杆连接至喷嘴环的位置上的喷嘴环的膨胀的作用；

图12示意性地示出根据本发明的实施例的喷嘴环和连接至所述喷嘴环的杆的平面视图和在杆的位置上的喷嘴环的膨胀作用；

图13示意性地示出根据本发明的实施例的喷嘴环和连接至所述喷嘴环的杆以及与所述杆连接在一起的桥的平面视图；

图14示意性地示出根据本发明的实施例的杆和将杆连接至喷嘴环的臂；

图15示意性地示出在图15的杆的位置上的喷嘴环的膨胀作用；

图16示意性地示出根据本发明的实施例的杆和将杆连接至喷嘴环的臂；和

图17示意性地示出根据本发明的实施例的在图16的杆的位置上的喷嘴环的膨胀作用。

具体实施方式

图1示出了已知的可变几何构型涡轮增压器，包括由中心轴承外壳3相互连接的可变几何构型涡轮机外壳1和压缩机外壳2。涡轮增压器轴4从涡轮机外壳1通过轴承外壳3延伸到压缩机外壳2。涡轮机叶轮5安装在轴4的一个末端上，用于在涡轮机外壳1内转动，并且压缩机叶轮6安装在轴4的另一末端上，用于在压缩机外壳2内转动。轴4围绕涡轮增压器轴线4a在设置于轴承外壳3中的轴承组件上转动。

涡轮机外壳1限定进气蜗壳7，气体从内燃机(未示出)传递至进气蜗壳。废气经由环形入口通路9和涡轮机叶轮5从进气室7流至轴向出口通路8。入口通路9的一侧由通常称为“喷嘴环”的可移动环形壁构件11的径向壁的面10限定，并相对的一侧由形成入口通路9的面对喷嘴环11的壁的环形挡板(shroud)12限定。挡板12覆盖在涡轮机外壳1中的环形凹陷13的开口。

喷嘴环11支撑周向地且等距离地间隔开的进口叶片14的阵列，每个进口叶片延伸跨过入口通路9。叶片14被定位或被取向为朝向涡轮机叶轮5的转动方向偏转流过入口通路9的气体。当喷嘴环11靠近环形挡板12时，叶片14通过在挡板12上适宜地构造的狭槽突出，进入凹陷13。在另一个实施例(未示出)中，入口通路的壁可以设置有叶片，且喷嘴环设置有凹陷和挡板。

参考上文，喷嘴环11的位置由在US 5,868,552中公开的类型的致动器组件控制。致动器(未示出)可操作为经由联接至轭15的致动器输出轴(未示出)调节喷嘴环11的位置。轭15依次地接合支撑喷嘴环11的轴向延伸的可移动杆16。因此，通过适当地控制该致动器(其例如可以是气动的或电动的)，可以控制杆16的轴向位置以及因此控制喷嘴环11的轴向位置。

喷嘴环11具有轴向延伸的径向内环形凸缘17和径向外环形凸缘18，它们延伸进入设置在涡轮机外壳1中的环形腔19中。内密封环20和外密封环21设置为分别地对于环形腔19的内环形表面和外环形表面密封喷嘴环11，同时允许喷嘴环11在环形腔19内滑动。内密封环20被支撑在形成在腔19的径向内环形表面中的环形槽内，并靠在喷嘴环11的内环形凸缘17上。外密封环20支撑在形成在腔19的径向外环形表面上的环形槽内，并靠在喷嘴环11的外环形凸缘18上。

从进气室7流至出口通路8的气体通过涡轮机叶轮5，结果，施加转矩至轴4，以驱动压缩机叶轮6。压缩机叶轮6在压缩机外壳2内的转动对在进气口22中的环境空气加压，并将加压的空气传递至出气口蜗壳23，加压的空气从出气口蜗壳23供给至内燃机(未示出)。涡轮机叶轮5的速度依赖于通过环形入口通路9的气体的速度。对于进入入口通路的气体定量流动，气体速率为入口通路9的宽度的函数，所述宽度可以通过控制喷嘴环11的轴向位置来调整。图1示出了全部打开的环形入口通路9。通过朝向挡板12移动喷嘴环11的面10，入口通路9可以被关闭至最小。

图2示出了图1中示出的一般类型的喷嘴环和喷嘴环致动器组件的部件。为清楚起见，示出从涡轮增压器上卸下了的这些部件。具体地，图2示出了喷嘴环11的背侧(面向远离涡轮机入口)，所述喷嘴环11被支撑在安装在衬套24内用于平行于涡轮增压器的轴线移动的杆16上。轭15的每个臂经由枢轴销25(在图2中只能看见枢轴销中的一个)和滑块26连接至相应的杆16上。每个枢轴销25将轭15的臂的末端可枢转地连接至相应的滑块26上，所述滑块26容纳在限定在相应的支撑杆16中的狭槽内。轭15通过螺栓28夹持到轭轴27上。轭轴27可转动地支撑在轴承29内，所述轴承安装在轴承外壳壁中(图2中未示出该轴承外壳)。轭轴27的一端形成有适合连接至致动器的曲柄30。在图2中示出的例子中，曲柄30为适合连接至由旋转电动致动器(未示出)驱动的齿轮组件的扇形齿轮。

在操作中，电动致动器的旋转运动被传递至曲柄30，曲柄30使轭轴27围绕其轴线在衬套29内转动。这依次地转动轭15，使销25描绘或绘画出圆弧。这引起滑块26与杆16一起轴向地移动，同时在狭槽内滑动，以适应销25的离轴移动。由此，通过轭15的转动，喷嘴环11沿着涡轮增压器的轴线移动。

图3是示意性地显示出图2中的喷嘴环11、杆16和衬套24的平面视图。每个杆16的第一末端连接至喷嘴环11。每个杆16的第二末端(远离第一末端)设置有狭槽32，用于将杆连接至参照图2显示且描述的致动器组件的一部分上。

图4示意性地显示出在图3中显示出且参考其描述的相同的平面视图。然而，在图4中喷嘴环11显示为在例如由于热气体的存在或流动等引起的热量的影响下的膨胀。通常由箭头34显示出喷嘴环11的膨胀。喷嘴环11的膨胀34导致连接至喷嘴环11的杆16被如由箭头36显示地推动彼此分离开。当杆16由于喷嘴环11的膨胀34被推动彼此分离开36时，可能遇到问题。参考图5和6描述这些问题。当每个杆16仅移动0.6mm(这是在喷嘴环11的膨胀期间，杆16的典型移动)时，可能引起这些问题。

图5示意性地显示出衬套24和延伸通过所述衬套24的杆16的横截面视图。杆16平行于衬套24的纵向轴线延伸，使得所述杆16可以平滑地移动通过衬套24。当连接到杆16的喷嘴环膨胀时，杆16不再沿平行于衬套24的纵向轴线的方向延伸通过衬套24。相反，如图6所示，杆16以与衬套24的纵向轴线成一角度延伸通过衬套24。这意味着杆16没有很好地与衬套24对准，并且可能接触且推靠衬套24的一个或更多个表面。衬套24的径向方向上的负载可以例如是15N至350N。这样推靠衬套24可能引起对杆16或衬套24的损坏。可替代地或另外地，因为杆16没有与衬套24很好地对准，所以杆16可能变成卡住在衬套24内。这可能意味着不再可能移动连接到杆的喷嘴环。这是不被期望的。

已经参考延伸通过衬套的杆对上述的问题进行了描述。所述问题也适用于通过任何适合的引导件或沿着任何适合的引导件延伸的杆。如上文所述，引导件可以是用于支撑杆和/或引导杆的移动的衬套。可替代地或另外地，引导件可以是设置在轴承外壳中的杆延伸通过的钻孔。

图7和8示意性地示出以使得消除或减轻上文所述的至少一个问题的方式将杆连接至喷嘴环的一种布置。将结合地参考图7和8。图7示意性地显示出喷嘴环40、杆42以及用于将杆42连接至喷嘴环40的布置的端视图。图8是如图7所示的喷嘴环40、杆42以及将杆42连接至喷嘴环40的布置的立体图。

经由第一臂44和第二臂46将每个杆42的第一末端连接至喷嘴环40。每个第一臂44的第一末端和每个第二臂46的第一末端连接至杆42。第一臂44的第二末端和第二臂46的第二末端连接至喷嘴环40。第一臂44的第二末端在第一圆周位置处连接至喷嘴环，并且第二臂的第二末端在第二不同的圆周位置处连接至喷嘴环。第一臂44大致与第二臂46相同。

每个杆42被设置，使得当涡轮机未处于使用中(即当喷嘴环40没有膨胀时)时，每个杆42的纵向轴线在喷嘴环40的径向外部范围和喷嘴环40的径向内部范围之间延伸。图8显示出杆42延伸通过引导件48，该引导件48在这一实施例中采用衬套48的形式。

杆42与连接至喷嘴环40的每个臂44、46的第二末端之间角度，相对于喷嘴环的中心，可以是任何适合的角度。例如，已知60度至90度的角度可以提供好的性能。

每个第一臂44和每个第二臂46的性质是弹性的。臂44、46的弹性允许连接至臂44、46的杆42的第一末端在喷嘴环40的膨胀期间与喷嘴环40之间相对移动。臂44、46的弹性还确保在喷嘴环40恢复成喷嘴环的初始形状时臂44、46恢复成的臂44、46的初始形状。在功能性方面(且如下文更加详细地描述的)，每个第一臂44和每个第二臂46被配置，使得沿喷嘴环40的膨胀方向的杆42的第一末端的任何移动小于如果杆42直接地连接至喷嘴环40的杆42的第一末端的移动。

图9示意性显示出用于将杆连接至喷嘴环的布置的透视图。所述布置采用支架48的形式。支架包括在图7和8中显示的且参考其描述的第一臂44和第二臂46。第一臂44的第一末端和第二臂46的第一末端一起构成通道50。通道50形成用于容纳杆的部分的形状，使得杆可以经由通道50连接至支架48，例如通过焊接等的一种或更多种形式。第一臂44的第二末端和第二臂46的第二末端设置有突出52。每个突出52便于将每个臂44、46的第二末端连接至喷嘴环(例如经由设置在喷嘴环中的一个或更多个开口或凹陷)，例如通过焊接等的一种或更多种形式。可替代地，可以以任何适合的方式将臂44、46连接至喷嘴环，例如通过铆接等。可以将臂44、46连接至喷嘴环的任何适合的部分。采用经由铰链布置将臂44、46连接至喷嘴环，这可以在喷嘴环的膨胀期间提供进一步地挠曲性和进一步减小杆的移动。

在所述描述的剩余部分中，将对具有特定取向的平面做出参考。所述平面被描述成相对于涡轮机轴线垂直地延伸。在图7中，这一平面是喷嘴环所处的平面或平行于喷嘴环所处的平面的平面。

返回参考图9，每个臂44、46包括曲线或者说包括弯曲。曲线或弯曲便于每个臂44、46的挠曲或弯曲，用于允许在喷嘴环的膨胀期间的杆的第一末端和喷嘴环之间的相对移动。曲线或弯曲沿平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向延伸。这一配置可以可替代地或另外地被描述成，沿平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向拓展。每个曲线或弯曲被相对于曲线或弯曲轴线弯曲。曲线或弯曲轴线大致平行于涡轮机轴线延伸。这意味着，例如曲线或弯曲的底部或顶部也平行于涡轮机轴线延伸。这给予在臂44、46中的每个曲线或弯曲在平行于涡轮机轴线的方向上的刚性，但允许在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上的挠曲性。返回到图8，可以看到第一臂44和第二臂46的配置的结果是每个臂44、46相对于喷嘴环40大致沿圆周方向延伸。

再次参考图8。由于每个臂44、46的弯曲拓展的方向，第一臂44和第二臂46在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上是可伸展的。此外，每个臂44、46的曲线或弯曲的拓展方向也平行于所述平面。此外，曲线或弯曲延伸围绕的轴线大致平行于涡轮机轴线。总之，这意味着第一臂44和第二臂44在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上比在朝向或远离所述平面的方向上更能够延伸。这可替代地或另外地被描述成第一臂44和第二臂46在平行于涡轮机轴线的方向上比在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上更硬或不易弯曲。

参考图8和9，第一臂44和第二臂46每个在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上具有长度。这通常是每个臂44、46在将每个臂44、46的固定至喷嘴环40的点和连接到每个臂44、46的杆42之间的延伸长度。每个臂44、46也在平行于涡轮机轴线的方向上具有宽度，和具有垂直于每个臂44、46的长度和宽度两者的深度。为了便利在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上的挠曲性，但提高或确保在平行于涡轮机轴线的方向上刚性或硬度，每个臂44、46的宽度大于每个臂44、46的深度。每个臂44、46的深度可以例如是0.6mm至1.6mm。

现在将参考图10和11对经由第一和第二臂将每个杆连接至喷嘴环的方式的有利性质进行描述。

图10和11示意性地显示喷嘴环40、杆42以及将每个杆42连接至喷嘴环40的第一和第二臂44、46的端视图。图10显示出在第一配置中的喷嘴环40。图11显示出在第二膨胀配置中的喷嘴环40。由于加热喷嘴环40，例如由于在喷嘴环40附近的被加热的气体，导致喷嘴环40膨胀。通过箭头54示意性地显示出膨胀的程度(且为了清楚起见以夸张的形式显示出)。

尽管喷嘴环40膨胀，每个杆42的位置基本上保持不变。这是因为在喷嘴环40的膨胀期间，臂44和46的性质是可挠曲的和弹性的，至少部分地适应喷嘴环40的膨胀且因此将杆42保持在大致相同的位置上。在这一实施例中，这通过在喷嘴环40的膨胀期间臂44、46中的弯曲变平来实现。臂44、46的弯曲的平坦化可以可替代地或另外地被描述成臂44、46的弯曲。在与每个臂44、46的固有弯曲形状相反的方向上出现臂44、46的弯曲，使得每个臂44、46被使得平坦。

图12示意性地显示出参考图7-11显示的和描述的喷嘴环40、杆42和衬套48的平面视图。返回参考图12，通过箭头56示意性地显示出喷嘴环40的膨胀。在这一实施例中，然而，喷嘴环40的膨胀46没有推动杆42，彼此远离开。这是因为参考图10和11显示和描述的原理，即，杆42在喷嘴环40的膨胀期间基本上保持在相同的位置中。因为杆42在喷嘴环40的膨胀期间基本上保持在相同的位置上，所以减少或消除了在这样的膨胀期间杆42摩擦和/或卡在杆的引导件中的机会。

做出了前面的尝试，用于克服在喷嘴环的膨胀期间杆被推动彼此离开的问题。在一个例子中，每个杆经由滑动布置连接至喷嘴环，该滑动布置适应喷嘴环的膨胀且允许杆基本上保持在相同的位置中。然而，在这个例子中，已知当喷嘴环膨胀时杆略微旋转。这样的旋转是不被期望的，这是因为旋转可能干涉致动器组件的元件，该致动器组件用于轴向地移动杆。本发明的实施例消除或减轻了在喷嘴环的膨胀期间杆被推动彼此离开的问题，且没有与杆略微旋转相关的缺点。另外，克服了这样的旋转可能在例如用于轴向地移动杆的致动器组件中产生的问题，同样地，因为没有产生杆的旋转，本发明的实施例可以进一步地改善。

图13示意性地显示出在参考图12显示和描述的同一平面视图，但没有参考喷嘴环的膨胀。在这一实施例中，桥58显示为将两个杆42连接起来。桥58整体上给所述布置增加了另外程度的刚性，并且例如，防止或抑制杆42移动彼此分离开。从而桥进一步地消除或减轻杆42摩擦和损坏衬套或卡在衬套48中的问题。可以理解，如果杆在使用中旋转，那么这样的桥58不能够被使用。

如上所述，以延伸远离杆且在围绕喷嘴环的不同圆周位置处连接至喷嘴环的第一和第二弹性臂的方式，将用于支撑喷嘴环的杆连接至喷嘴环是有利的。这允许在喷嘴环膨胀期间，在杆的第一末端和喷嘴环之间的相对移动。杆在喷嘴环的膨胀方向上的移动将小于如果杆直接地连接至喷嘴环时的移动。在喷嘴环的膨胀期间，通过参考形成喷嘴环的材料适当地选择形成将杆连接至喷嘴环的第一和第二臂的材料，杆的第一末端的移动可以被进一步地降低。具体地，可以通过由具有比形成喷嘴环的材料低的热膨胀系数的材料形成第一和第二臂以进一步减少杆的第一末端的移动。图14-17示意性地显示出支持本发明实施例的原理。

图14示意性地显示出杆42的端视图。弹性臂60显示为连接至杆42并且远离杆42延伸。远离杆42的臂60的末端连接至喷嘴环(为了清楚起见未显示出喷嘴环)。臂60由大致具有与形成喷嘴环的材料相同的热膨胀系数的材料形成。远离杆42的臂60的末端之间的距离定义为W1。

图15示意性地显示出图14的布置，但是由于加热连接到臂60的喷嘴环，处于膨胀的状态中。喷嘴环的膨胀导致远离杆42的臂60的末端之间的距离从距离W1(图15所示)增加至W2。此外，由于喷嘴环的热膨胀，与喷嘴环接触的臂60将也被加热和膨胀。臂60的膨胀导致杆42的位置移动(如图所示，向上移动)，如由箭头SH显示的。

在图15和16中以夸张的方式显示出膨胀SH，用于辅助理解本发明的实施例。图15中显示的移动SH并不意味着在喷嘴环的膨胀期间弹性臂(不管它们的构成)没有提供益处。应当理解，期望从喷嘴环在膨胀期间减小或消除杆42的位置上的任何移动SH，尽管很小。

图16显示出参考图15显示和描述的大致相同的布置。然而，在图16中，所述布置的臂62由具有比形成喷嘴环的材料低的热膨胀系数的材料形成。形成臂62的材料的热膨胀系数可以比形成喷嘴环的材料低5-60％。形成臂62的材料的热膨胀系数可以比形成喷嘴环的材料低15-40％。如果形成臂62的材料的热膨胀系数是任意较低的，那么臂和喷嘴环之间的一个或更多个接头中的疲劳可能非常高。

图17显示出喷嘴环的膨胀，其导致臂62的远离杆42的末端之间的距离从距离W1增加至距离W2。因为臂62由具有比形成喷嘴环的材料低的热膨胀系数的材料形成，所以臂62不会像喷嘴环膨胀那样多。因为臂62不会像喷嘴环膨胀那么多，且不会与图15中的臂相比显示的膨胀那么多，所以杆42的位置不会像如图15中显示的移动那么多。臂62的这种减小的膨胀消除或减轻了在喷嘴环的膨胀期间与杆的移动相关的问题。通过比较在图14-17中用虚线显示的三角形(其在杆42的末端的中点和远离杆42的臂60、62的末端之间延伸)，可以以图的形式看到这种减小的膨胀。具体地，通过比较图15和17中显示的三角形，可以看到，与图15的三角形相比，图17中的三角形被展平。这是由于图17的用于臂62的材料的选择。图17中的三角形的展平导致了在喷嘴环的膨胀期间，杆42的位置移动的减少或消除。

靠近杆42的三角形的顶角给出了相对于远离杆42的臂62的末端的杆42的位置的表示。在没有处于使用中时，这一角度可以例如是90度。较平坦的三角形将会是顶角大于90度的三角形。增加这一角度可以减小臂上的应力，例如在平行于涡轮机轴线的方向上作用的远离喷嘴环的应力。这一顶角可以例如是100-180度(当杆42和远离杆42的臂62的末端位于直线上时是180度)、130-180度或140-179度。

应当理解，将杆连接至喷嘴环的弹性臂包括一个或更多个弯曲。应当理解，将杆连接至喷嘴环的臂可以由具有比形成喷嘴环的材料低的热膨胀系数的材料形成。在优选的实施例中，臂包括一个或更多个弯曲且也由具有比形成环形构件的材料低的热膨胀系数的材料形成。这导致了关于每个独立实施例的上述的优点被结合到一起，用于在喷嘴环的喷嘴期间进一步地减少或消除杆彼此远离的位置移动。

在上述的实施例中，将杆连接至喷嘴环的臂已经描述成被结合到一起，用于形成单个支架。在另一个例子中，臂可以以独立的形式形成，且独立地连接至喷嘴环和杆。在每个实施例中，可以以任何适合的方式形成臂，例如通过金属注射模制。可以由能够承受臂在使用中将被暴露至的温度的任何适合的金属或合金形成。例如可以由不锈钢304L形成臂。例如也可以由不锈钢304L形成喷嘴环。在另一例子中，例如可以由不锈钢17-4PH形成臂。在另一个实施例中，可以例如由镍基合金形成臂，例如商标为Inconel^TM的适合的合金。

在上述提及的实施例中，使用了术语“弯曲”和“曲线”。应当理解，这些术语，尤其是术语“弯曲”的使用包括在所述臂或每个臂中的折叠。在上述提及的实施例中，在每个臂中显示单个曲线或弯曲。可以在每个臂中形成多于一个的弯曲或曲线。一个或更多个弯曲或曲线可以沿每个臂的整个长度延伸，其可以改善臂的挠曲性和臂适应喷嘴环的膨胀的能力。在可替代的实施例中，在臂的局部区域中，例如在臂的中心，或在将臂连接至杆或喷嘴环的区域中或邻近区域中，形成了一个或更多个弯曲或曲线。

虽然在涡轮增压器的涡轮机的应用中显示出本发明，但是应当理解，本发明可以用于其它的应用中的可变几何构型涡轮机中。

适当熟练的技术人员将容易清楚对本发明的显示出的实施例的细节结构的其它可能的修改。在不背离如由随后的权利要求限定的本发明的情况下，可以对上述的本发明的实施例做出各种修改。

Claims (22)

1.一种可变几何构型的涡轮机，其包括：

涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮安装到外壳组件中的涡轮机轴上，用于围绕涡轮机轴线旋转，所述外壳组件限定了在所述涡轮机叶轮的上游的气流入口通路；

环形壁构件，该环形壁构件限定了所述入口通路的壁，且在大致平行于所述涡轮机轴线的方向上是可位移的，用于控制通过所述入口通路的气流；

至少一个可移动杆，该可移动杆经由所述杆的第一末端可操作地连接至所述环形壁构件，所述杆是可移动的，用于控制所述环形壁构件的位移，所述杆在大致平行于所述涡轮机轴线的方向上延伸；

所述杆经由第一臂和第二臂连接至所述环形壁构件，所述第一臂的第一末端和所述第二臂的第一末端连接至所述杆，并且所述第一臂的第二末端在第一圆周位置连接至所述环形壁构件，并且所述第二臂的第二末端在第二不同的圆周位置连接至所述环形壁构件；

所述第一臂和所述第二臂是弹性的，用于在所述环形壁构件的膨胀期间允许所述杆的第一末端和所述环形壁构件之间的相对移动。

2.根据权利要求1所述的涡轮机，其中，所述第一臂和所述第二臂被配置，使得所述杆的第一末端在所述环形壁构件的膨胀方向上的任何移动小于如果将所述杆直接地连接至所述环形壁构件上的移动。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮机，其中，所述第一臂和所述第二臂由具有比形成所述环形壁构件的材料低的热膨胀系数的材料形成。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其中，所述环形壁构件在平行于相对于所述涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上延伸。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其中，所述第一臂和所述第二臂在平行于相对于所述涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上延伸。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其中，所述第一臂和所述第二臂在平行于相对于所述涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上是可伸展的。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其中，所述第一臂和所述第二臂被配置以在平行于相对于所述涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上比在朝向所述平面或远离所述平面的方向上更能够伸展。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其中，所述第一臂和所述第二臂在平行于所述涡轮机轴线的方向上比所述第一臂和所述第二臂在平行于相对于所述涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上更硬。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其中，所述第一臂和所述第二臂的每个在平行于相对于所述涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上具有长度，在平行于所述涡轮机轴线的方向上具有宽度以及具有垂直于所述长度和宽度的深度，所述宽度大于所述深度。

10.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其中，所述第一臂和所述第二臂的每个包括曲线或弯曲。

11.根据权利要求10所述的涡轮机，其中，所述曲线或弯曲在平行于相对于所述涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上延伸。

12.根据权利要求11所述的涡轮机，其中，所述曲线或弯曲相对于曲线或弯曲轴线折弯或弯曲，所述曲线或弯曲轴线大致平行于所述涡轮机轴线延伸。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其中，所述第一臂和所述第二臂相对于所述环形壁构件沿大致圆周方向延伸。

14.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其中，所述杆被设置，使得当所述涡轮机未处于使用中时，所述杆的纵向轴线在所述环形壁构件的径向外部范围和所述环形壁构件的径向内部范围之间延伸。

15.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其中，所述第一臂和所述第二臂是大致相同的。

16.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其中，所述臂被连接到一起。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其中，所述涡轮机包括被配置用于引导所述杆的移动和/或支撑所述杆的引导件。

18.根据权利要求17所述的涡轮机，其中，所述引导件限定了所述杆能够移动通过的开口。

19.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其中，两个杆被设置，每个杆经由第一臂和第二臂连接至所述环形壁构件，所述第一臂的第一末端和所述第二臂的第一末端连接至所述杆，并且所述第一臂的第二末端在第一圆周位置处连接至所述环形壁构件，并且所述第二臂的第二末端在第二不同的圆周位置处连接至所述环形壁构件。

20.根据权利要求19所述的涡轮机，其中，所述两个杆连接至所述环形壁构件，使得所述两个杆在直径上彼此相对。

21.根据权利要求19或20所述的涡轮机，其中，连接所述两个杆的桥被设置。

22.根据前述权利要求中的任一项所述的涡轮机，其中，所述涡轮机形成涡轮增压器的一部分。

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