CN102648334A - 可变几何涡轮机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种可变几何涡轮机包括涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转。壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口。涡轮机还包括圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸。环形进气口被分隔成至少两个轴向偏离的进气通道。套筒的内径大于进气通道的内径。

Description

可变几何涡轮机
技术领域
本发明涉及到可变几何涡轮机。例如，可变几何涡轮机可形成涡轮增压器的一部分。
背景技术
本申请要求下述英国专利申请的优先权：GB0917513.4，GB1005680.2，GB1012382.6，GB1012389.1，GB1012488.1，GB1012474.1，GB1012536.7，GB1012734.8，GB1012557.3，GB1012767.8，GB1012769.4，GB1012463.4，GB1012471.7，GB1012475.8，GB1012479.0，GB1012492.3，GB1012774.4GB1012715.7，GB1012538.3，GB1012658.9，GB1012486.5，GB1012768.6，GB1012779.3，GB1012380.0和GB1012744.7，这些专利申请都涉及可变几何涡轮机，每个专利申请的全部内容结合于此作为参考。
涡轮增压器是众所周知的装置，其用于将空气以高于大气压(升压压力)的压力供应给内燃机进气口。传统的涡轮增压器大体上上包括废气驱动涡轮机叶轮，其安装到连接到发动机排气歧管下游的位于涡轮机壳体内的可旋转轴上。涡轮机叶轮的旋转带动安装到压缩机壳体内的轴另一端部上的压缩机叶轮的旋转。压缩机叶轮将压缩空气传送到内燃机进气歧管。涡轮增压器轴传统上由径向滑动轴承和推力轴承支撑，上述径向滑动轴承和推力轴承包括适当的润滑系统，且位于连接到涡轮机和压缩机叶轮壳体之间的中央轴承座内。
一个典型的涡轮增压器的涡轮阶段包括：其内安装涡轮机的涡轮室；围绕涡轮室设置的径向面对壁之间限定的环形进气口；围绕环形进气口设置的进气口蜗壳；以及自涡轮室延伸的排气通道。通道和涡轮室连通，这样通到进气口蜗壳的加压废气经由涡轮流动通过进气口到达排气通道且使得涡轮机叶轮旋转。此外已知的是通过在进气口内提供叶片(称之为喷嘴叶片)以便使得流动通过进气口的气体偏转来改善涡轮机性能。也就是说，流动通过环形进气口的气体流动通过进气通道(在相邻的叶片之间限定)，上述进气通道引起气流涡流，使得气流方向朝向涡轮机叶轮的旋转方向偏转。
涡轮机可为固定的或可变的几何类型。可变几何涡轮机与固定几何涡轮机的不同之处在于进气口的尺寸可以改变以便在气体质量流率范围内优化气体流速，这样涡轮机的输出功率可以改变以便适应不同的发动机要求。例如，当传送到涡轮机的废气量相对低时，到达涡轮机叶轮的气体流速保持在一定的水平，其通过利用可变几何机构减小进气口的尺寸而确保涡轮机的高效运行。设有可变几何涡轮机的涡轮增压器被称为可变几何涡轮增压器。
可变几何涡轮增压器中的喷嘴叶片的布置可采取不同的形式。一种类型已知为“滑动喷嘴环”，叶片固定到滑动跨过进气通道的可轴向移动的壁上。可轴向移动的壁朝向面对的罩板移动以便封闭进气通道，在上述过程中叶片通过罩板内的孔。或者，喷嘴环固定到涡轮机的壁上而罩板在叶片上方移动来改变进气通道的尺寸。
可变几何机构的可移动部件，无论是喷嘴环还是罩板，受到支撑以便在一部分涡轮增压器壳体(大体是涡轮机壳体或涡轮增压器轴承座)内的腔内进行轴向运动。的支持，上述壳体可相对腔壁密封以便减少或防止喷嘴环背面周围的流体泄漏。
可变几何机构的可移动壁可通过由致动器和联动装置构成的合适的致动器组件进行轴向位移。这种已知的致动器组件的一个实例例如在US5，868，552中有所披露。联动装置包括轭，其枢转支撑在轴承座内且具有两个臂，每个臂延伸与其上安装有可移动部件(在该情况下为喷嘴环)的相应推杆的端部接合。轭安装到一个轴上，该轴在轴承座内径向滑动且支撑处于轴承座外部的曲轴，其可以任何适当的方式连接到致动器。使得轭移动的致动器采取各种形式，包括气动，液压和电气的形式，且可以各种方式连接到轭。致动器在发动机控制单元(ECU)的控制下大致调节可移动壁的位置，以便改变通过涡轮机的气流，从而满足性能要求。
在使用过程中，通过流动通过进气口的气体将轴向力施加到可移动壁上，该轴向力必须由致动器组件提供。此外，作为使得气流叶片通道朝向涡轮机叶轮的旋转方向偏转的结果，扭矩施加到喷嘴环上。如果喷嘴环是可变几何机构的可移动壁，则扭矩也必须由致动器组件(诸如联动装置的一部分)激发或另外提供。
本发明的一个目的是消除或减轻上述缺陷。本发明还有一个目的是提供改进或替代的可变几何机构和涡轮机。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种可变几何涡轮机，包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；其中环形进气口被分隔成至少两个轴向偏离的进气通道；其中套筒的内径大于进气通道的内径。
应该意识到轴向偏离的进气通道包括具有不同轴向位置的进气通道和/或具有不同轴向延伸程度的进气通道。轴向偏离的进气通道可间隔开、相邻或轴向重叠。此外，应该意识到，套筒参考为“圆柱形”应该解释为涵盖任意常规的圆柱形或圆形，且并不排除不具有完美圆形轴向横截面的结构的套筒。通过举例的方式，根据本发明的圆柱形套筒可包括为非完美弧形部分或部段，这些完美弧形的部分或部段用于限定连续的圆形轴向横截面。例如这种部分或部段可为轴向横截面中的大体上直形的部分，其以足够的数目提供以便限定常规的圆柱形套筒。
套筒的内径可小于或大体上等于进气通道的外径。或者的，套筒的内径大于进气通道的外径。
作为另一或者实施例，涡轮机可采用若干可轴向移动的套筒，第一套筒具有的内径大于进气通道的内径，以及第二套筒具有的内径小于或大体上相等进气通道的外径，或者第二套筒具有的内径大于进气通道的外径。在另一实施例中，涡轮机可采用若干可轴向移动的套筒，第一套筒具有的内径小于或大体上等于进气通道的外径，以及第二套筒具有的内径大于进气通道的外径。
套筒可在朝向第二进气口侧壁的方向上轴向移动跨过环形进气口，以便减小通过进气口的气体流动路径的尺寸。与第二进气口侧壁相比更靠近第一进气口侧壁的套筒端部的至少一部分可被设置成暴露于使用过程中流动通过所述环形进气口的气体。此外或者不同地，与第二进气口侧壁相比更靠近第一进气口侧壁的套筒端部的至少一部分可设置成在套筒轴向移动跨过环形进气口的过程中位于所述第一和第二进气口侧壁之间。
套筒优选具有较小的径向厚度或程度，例如其可小于环形进气口的轴向宽度。上述旨在降低套筒或其致动器上的气动载荷。“小”可限定为小于环形进气口的轴向宽度，小于进气口部分或通道路径的轴向宽度。套筒的厚度可小于5mm，小于4mm，小于3mm，小于2mm，或小于1mm，例如厚度约为0.5毫米。
环形进气口可通过与第一和第二进气口侧壁轴向间隔开的至少一个环形隔板分隔成至少两个轴向偏离的进气通道。
进气叶片可轴向延伸跨过至少一个轴向偏离的进气通道。
隔板和涡轮机之间的最小距离可小于相邻叶片和涡轮机叶轮之间的最小距离。
延伸跨过轴向偏离进气通道之一的至少一些叶片的后边缘可与延伸跨过轴向偏离进气通道另一个的至少一些叶片的后边缘相比具有不同的半径。
环形进气口可分隔成大体上朝向涡轮机叶轮延伸的大体上管形的进气通道的环形阵列，其中进气通道的环形阵列包括至少三个轴向偏离的进气通道。
一种可变几何涡轮机可包括围绕涡轮机叶轮的环形进气口，所述涡轮机叶轮安装成用于围绕由壳体限定的涡轮室内的涡轮轴旋转，涡轮室具有在进气口内侧壁和外侧壁之间限定的且环绕涡轮机叶轮的环形进气口，环形进气口包括：
第一和第二周向间隔开的进气通道构成的第一对进气通道；
第三和第四周向间隔开的进气通道构成的第二对进气通道；
其中第二对进气通道与第一对进气通道轴向间隔开；以及
其中圆柱形套筒支撑在壳体内，以便在轴向方向上进行往复运动来改变环形进气口的尺寸；以及
其中套筒可在至少第一位置和第二位置之间移动，其中在第一位置，第一对进气通道的每个进气通道朝向气流至少部分开放，以及第二对进气通道朝向气流完全开放，而在第二位置，第一对进气通道完全阻断气流，而第二对进气通道的每个进气通道至少部分阻断气流。
一般地，废气可经由周围蜗壳流向环形进气口。在本发明的一些实施例中，蜗壳可轴向或周向分隔开，因此环形进气口限定在蜗壳或蜗壳的任意分隔开部分的下游。在这种蜗壳分隔开的涡轮机中，相邻的蜗壳部分大致彼此不连通，除了在相邻蜗壳部分终止于进气口处的下游端处。
进气口的内侧和外侧壁例如可以是限定涡壳的延续的壁。
一般地，进气口的最大宽度将相应于由涡轮机叶轮叶片的尖端旋转所扫掠过的面积。
当套筒处于第二位置时，第二对进气通道的每个进气通道可完全阻断气流。
一些可变几何涡轮增压器可包括由周向间隔开的第四和第五进气通道构成的第三对进气通道，其与第一对和第二对进气通道两者都轴向位移间隔开。这种实施例可包括由周向间隔开的进气通道构成的轴向位移间隔开的四对或多对进气通道。当套筒处于第二位置时，由周向间隔开的进气通道构成的所述轴向间隔开的成对进气通道中只有一对进气通道可完全阻断气流，由周向间隔开的进气通道的剩余对进气通道至少部分阻断气流。
成对的进气通道的每一个进气通道可为环绕涡轮机叶轮的周向间隔开的进气通道的相应环形阵列的一部分。
每对进气通道或进气通道环形阵列可包括大体上轴向重合的通道。
至少一对进气通道或至少一个进气通道环形阵列的至少一个进气通道可与相邻对进气通道或相邻进气通道环形阵列的至少一个进气通道轴向重叠。
套筒的第一位置可为开放位置，其中由周向间隔开的进气通道构成的所述成对进气通道或进气通道环形阵列的每一个进气通道朝向气流开放。
套筒的第二位置可为封闭位置，其中套筒的自由端跨过环形进气口凸出且邻接内侧壁或外侧壁。
套筒可受控地定位于所述第一和第二位置之间。
在一些实施例中，由周向间隔开的进气通道构成的每个环形阵列的进气通道数目可相同。
在其它实施例中，由周向间隔开的进气通道构成的一个环形阵列的进气通道数目可与由周向间隔开的进气通道构成的至少另一个环形阵列的进气通道数目不同。
一种可变几何涡轮机可包括涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转。壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在进气口内侧壁和外侧壁之间限定的环形进气口，其中圆柱形套筒安装在壳体内以便可轴向滑动移动跨过环形进气口的至少一部分，从而改变环形进气口的尺寸，所述可变几何涡轮机还包括：
至少一个环形隔板，其与环形进气口的内侧壁和外侧壁轴向间隔开，以便将环形进气口分隔成轴向相邻的环形部分，且其中进气叶片轴向延伸跨过由所述或每个隔板限定的至少两个所述环形部分。
同样，气体可经由环绕环形进气口的环形蜗壳或类似腔室流向环形进气口。在一些实施例中，蜗壳可为分隔开的蜗壳，例如分隔成单独的轴向或周向部分，上述部分例如可接收来自不同源(例如，在多缸内燃机中汽缸的不同腔内)的气体。在本发明的实施例中，进气口和隔板将处于蜗壳或分隔开的蜗壳的任意蜗壳部分的下游。
一种可变几何涡轮机可包括两个或两个以上的轴向间隔开的进气口隔板，其将环形进气口轴向分隔成三个或更多的环形区域，其中进气叶片延伸跨过至少三个所述环形区域。
至少一些进气叶片可延伸跨过在内侧壁和外侧壁之间的环形进气口的整个宽度。例如，一个进气叶片环形阵列可延伸跨过在内侧壁和外侧壁之间的环形进气口，以及两个或两个以上的环形进气口隔板可在环形进气口内轴向间隔开，上述隔板连同叶片一起限定三个或更多的轴向间隔开的进气通道环形阵列。
一种可变几何涡轮机可包括涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转。壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在进气口内侧壁和外侧壁之间限定的环形进气口，其中环形进气口由两个或多个环形进气口隔板轴向分隔成相邻的环形区域，以及其中圆柱形套筒安装在壳体内以便可轴向滑动移动跨过环形进气口的至少一部分，从而改变环形进气口的尺寸。
至于其它可变几何涡轮机，环形进气口可限定在周围涡轮(其可为分隔开的蜗壳)或类似气体腔室的下游。
进气叶片可延伸跨过至少一个环形区域以便将该环形区域分隔成周向间隔开的进气通道阵列。
包括如上所述进气叶片的一些可变几何涡轮机可以使得延伸跨过进气口环形部分的至少大多数叶片的后边缘具有的半径可大于限定环形部分的隔板的内径。
在一些可变几何涡轮机中，延伸跨过进气口环形部分的所有叶片的后边缘具有的半径可大于限定环形部分的隔板的内径。在一些实施例中，每个环形隔板具有的内径可小于环形进气口内任意叶片的前边缘内径。
延伸跨过进气口第一环形部分内的叶片数目可与延伸跨过进气口第二环形部分内的叶片数目不同。
延伸跨过进气口第一环形部分内的至少一个叶片可具有不同于延伸跨过进气口第二环形部分的至少一些叶片的构造。例如，延伸跨过进气口第一环形部分内的叶片可具有不同于延伸跨过进气口第二环形部分的叶片的旋涡角。
延伸跨过进气口第一环形部分的至少一些叶片的后边缘可具有不同于延伸跨过进气口第二环形部分的至少一些叶片的后边缘的半径。在一些实施例中，延伸跨过进气口第一环形部分的所有叶片的后边缘可具有不同于延伸跨过进气口第二环形部分的所有叶片的后边缘的半径。在一些实施例中，延伸跨过进气口一个环形部分的叶片的后边缘可具有最小半径，其不同于延伸跨过进气口任意其它环形部分的叶片后边缘的半径。
一些可变几何涡轮机可包括至少两个所述环形隔板，其将环形进气口轴向分隔成至少三个轴向相邻的环形区域。
套筒在限定进气口最大和最小宽度的位置之间的移动限定相应于所述或每个环形隔板的轴向位置的离散位置。
因此，在一些可变几何涡轮机中，套筒可受控地以逐步进行的方式在可相应于开放位置、封闭位置以及中间位置的离散位置之间移动，其中每个中间位置相应于环形隔板的位置。在这种中间位置，套筒的自由端可与隔板的前边缘轴向对准。
一些可变几何涡轮机可包括至少两个所述环形隔板，其将环形进气口轴向分隔成至少三个轴向相邻的环形部分，其中至少一个所述环形部分不包括任何进气叶片。
一种可变几何涡轮机可包括涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转。壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在进气口内侧壁和外侧壁之间限定的环形进气口，其中进气叶片的环形阵列在进气口的内侧壁和外侧壁之间延伸，在相邻的进气叶片之间限定周向间隔开的叶片通道，以及其中大体上周向延伸的隔板壁在至少一些相邻的进气叶片对之间延伸，以便将相应的叶片通道分隔成轴向间隔开的进气通道。
至少隔板壁可为环形的。
一种可变几何涡轮机可包括涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转。壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在进气口内侧壁和外侧壁之间限定的环形进气口，其中环形进气口包括喷嘴结构，其包括大体朝向涡轮机叶轮延伸的大体上管形的进气通道的环形阵列，其中进气通道的环形阵列包括至少三个轴向位移间隔开的进气通道。
喷嘴结构可设置于环形蜗壳(其可轴向或周向分隔)的下游，其环绕着环形进气通道以便将气流传送到环形进气通道。
进气通道可具有沿着其部分长度的常规菱形，五角形，六角形或其它多边形横截面。
在一些可变几何涡轮机中，任何给定的进气通道的几何形状可沿其长度变化。例如，进气通道的横截面积可减少到最低限度然后再增加。类似的，横截面积可在沿其长度的不同位置处改变形状。例如，进气通道可在其进气口(上游)端具有一个横截面，而在其排气口(下游)端具有另一个横截面。能有其入口的一个断面(上游)结束和另一个在其出口处的横截面(下游)结束。横截面可沿其长度从进气口到排气口逐渐变化。进气通道可大体上是直的或可以是弯曲的。在这两种情况下，横截面都会相对于涡轮机叶轮的旋转方向向前或向后扫掠。
可存在两个或多个相邻的进气通道环形阵列。相邻的环形阵列可包括不同数目和/或不同尺寸和/或不同几何形状或构造的进气通道。例如，一个环形阵列通道可限定不同于另一个环形阵列通道的旋涡角。
进气通道可由位于环形进气口内的两个或多个环形进气口隔板限定，其中相邻的进气口隔板彼此接触或另外在周向间隔开的位置处彼此结合以便在接触区域之间限定进气通道。环形进气口隔板可在周向上成波形，这样在相邻隔板之间的接触区域大体上延伸跨过每个环形隔板的整个径向宽度。
本发明任意方面的圆柱形套筒可安装在通过所述内侧壁与进气通道隔开的壳体腔室内，其中圆柱形套筒的自由端从所述腔室延伸到环形进气口内以便限定环形进气口的宽度。
因此可在套筒的自由端和外侧壁之间限定通过环形进气口的气流。
在一些可变几何涡轮机中，壳体包括轴承座或中央壳体部分，以及涡轮机壳体部分，其中涡轮机叶轮在轴承座/中央壳体与涡轮壳体部分之间限定的腔室内旋转，以及其中圆柱形套筒安装成在轴承座/中央壳体内限定壳体腔室。
本发明任意方面的圆柱形套筒可安装在通过所述外侧壁与进气通道隔开的壳体腔室内，其中圆柱形套筒的自由端从所述腔室延伸到环形进气口内以便限定环形进气口的宽度。
因此可在套筒的自由端和内侧壁之间限定通过环形进气口的气流。
在一些可变几何涡轮机中，壳体包括轴承座或中央壳体部分，以及涡轮机壳体部分，其中涡轮机叶轮在轴承座/中央壳体与涡轮壳体部分之间限定的腔室内旋转，以及其中圆柱形套筒安装成在涡轮机壳体内限定壳体腔室。
圆柱形套筒优选可移动跨过环形进气口的外径以便选择性地相对于通过涡轮机的气流阻断相应进气通道或部分的上游端。
然而，在其它可变几何涡轮机中，圆柱形套筒优选可移动跨过环形进气口的内径以便选择性地相对于通过涡轮机的气流阻断相应进气通道或部分的下游端。
优选的，套筒围绕进气口部分，已发现上述赋予改进的空气动力学性能。换言之，套筒内径大于一个或多个进气口部分的外径(或外部径向延伸程度)。在另一个实施例中，套筒可由进气口部分环绕。换言之，套筒外径可小于一个或多个进气口部分的内径。在另一实施例中，套筒可移动通过一个或多个进气口部分。换言之，套筒直径(如内径或外径，或平均直径)可小于一个或多个进气口部分的外径，但大于一个或多个进气口部分的内径。
一种可变几何涡轮机可包括涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在进气口内侧壁和外侧壁之间限定的环形进气口，且还包括与环形进气口的内侧壁和外侧壁轴向间隔开的至少一个环形隔板以便将环形进气口分隔成轴向相邻的环形部分，以及圆柱形套筒可在环形进气口内围绕环形进气口部分的外径和所述至少一个环形隔板轴向移动以便改变在套筒自由端和内侧壁或外侧壁之间限定的环形进气口的尺寸。
再次地，环形进气口可限定在周围蜗壳(包括分隔开的蜗壳或用于将气流传动到环形进气口的腔室)的下游。在套筒自由端和内侧壁或外侧壁之间限定进气口的有效轴向宽度(取决于套筒安装在壳体的哪一侧)。
在一些可变几何涡轮机中，圆柱形套筒安装成以逐步进行的方式在开放位置、封闭位置以及相应于所述或每个环形隔板的一个或多个位置之间移动。
因此套筒被限制到在离散的预定位置之间移动，其中一些相应于进气口隔板的位置。在一些实施例中，可防止套筒定位成其自由端位于相邻的隔板之间。
一个或多个叶片可延伸跨过至少一个环形进气口部分。
因此，提供一种控制或操作根据本发明涡轮机的方法，其中套筒以离散的轴向步骤在相应于开放位置、封闭位置以及中间位置(在该位置，套筒的自由端与环形进气口隔板对准)的位置之间移动。
一种可变几何涡轮机可包括涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在进气口内侧壁和外侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒可轴向延伸跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸，至少一部分圆柱形套筒涂敷有催化剂，上述催化剂促进通过进气口的污染物分解。
该催化剂可促进烟尘氧化。
环形进气口可被分隔成轴向偏离的至少两个进气通道。
一种可变几何涡轮机可包括涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒可轴向延伸跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸，其中环形进气口被分隔成第一环形进气口部分和轴向偏离于第一环形进气口部分的第二环形进气口部分，主进气叶片和分离器进气叶片轴向延伸到第一和第二进气口部分的至少之一内，主进气叶片和分离器进气叶片限定周向相邻的进气通道。
应该意识到轴向偏离的进气通道包括具有不同轴向位置的进气通道和/或具有不同轴向延伸程度的进气通道。轴向偏离的进气通道可间隔开、相邻或轴向重叠。
主进气叶片和分离器进气叶片可延伸到第一和第二进气口部分的至少之一内，这样主进气叶片和分离器进气叶片在周向上交替。
涡轮机叶轮和分离器进气叶片的后边缘之间的径向距离可大于涡轮机叶轮和主进气叶片的后边缘之间的径向距离。
一种可变几何涡轮机可包括涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口，环形进气口被分隔成至少两个轴向偏离的进气口部分；以及圆柱形套筒可轴向延伸跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸，其中套筒由滚轧片材材料形成。
滚轧片材材料的相对面可附接到彼此，这样在承载相对面的片材端部之间不重叠。
以轴向延伸的步骤设置限定进气口部分的套筒和/结构。该步骤是在周向方向上递增或递减。
一种可变几何涡轮机可包括涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口，环形进气口被分隔成至少两个轴向偏离的进气口部分；第一圆柱形套筒部段可轴向延伸跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；以及第二圆柱形套筒部段可轴向延伸跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸。
第一圆柱形套筒部段和第二圆柱形套筒部段可相对于彼此独立地移动。
第一圆柱形套筒部段和第二圆柱形套筒部段可附接到彼此。
第一圆柱形套筒部段和第二圆柱形套筒部段均可具有大于进气口部分外径的内径。
第一圆柱形套筒部段和第二圆柱形套筒部段均可具有小于进气口部分内径的外径。
第一圆柱形套筒部段可具有大于进气口部分外径的内径；和/或第二圆柱形套筒部段可具有小于进气口部分内径的外径。
可变几何涡轮机可进一步包括第三圆柱形套筒部段，其可移动以便打开或关闭在进气口或进气口上游体积与涡轮机排气口之间的通道。
可变几何涡轮机可包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口，以及隔板结构(例如，大体上环形的)可轴向移动跨过进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的构造；隔板结构包括至少两个轴向偏离的进气口部分，上述两个部分可完全(即，不是部分地)位于环形进气口内。
至少一个进气口部分可包括将进气口部分分隔成进气通道的叶片。
至少两个进气口部分可包括将进气口部分分隔成进气通道的叶片。
在第一进气口部分内的叶片构造可不同于在第二进气口部分内的叶片构造。
在第一进气口部分内的叶片构造可相同于在第二进气口部分内的叶片构造。
隔板结构可设置在可轴向移动的套筒内或可轴向移动的套筒上。
套筒可包括实心部分(即没有进气口部分)，其可至少部分位于进气口内。
隔板结构可包括至少三个轴向偏离的进气口部分，所有这三个部分均可完全位于环形进气口内。
可变几何涡轮机可包括：
涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气；
圆柱形套筒可轴向延伸跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；
环形进气口由至少一个环形隔板分隔成轴向相邻的环形部分，该环形隔板与第一和第二进气口侧壁轴向间隔开；
进气叶片可轴向延伸跨过由所述或每个隔板限定的至少两个环形部分，以便将所述环形进气口分隔成至少两个轴向偏离的进气通道；
其中所述环形隔板之一具有轴向厚度，该轴向厚度小于至少一个所述进气叶片的最大轴向厚度。
叶片取向成使得流动通过环形进气口的气体朝向涡轮机叶轮的旋转方向偏转。较厚的叶片可具有特定益处，其可降低环形进气口的“喉区”，即涡轮机的最大气体临界流量。也可通过存在于环形进气口内的任意其它阻碍物或限制物来减小进气口的喉区。本发明采用设置于环形进气口内的至少一个环形隔板，以便将进气口分隔成轴向相邻的环形部分。为了解决隔板降低进气口喉区中存在的潜在问题，一个所述环形隔板(或当存在若干隔板时为多个)具有轴向厚度，该轴向厚度小于至少一个所述进气叶片的最大轴向厚度。
所述一个环形隔板优选具有轴向厚度，该轴向厚度小于所有所述进气叶片的最大轴向厚度。在优选实施例中，涡轮机采用若干隔板，以及所有隔板具有轴向厚度，该轴向厚度小于所有所述进气叶片的最大轴向厚度。
环形进气口内的所有隔板的总轴向厚度(即当仅存在一个隔板时，就是该隔板的轴向厚度，或者当存在两个或多个隔板时，就是所有隔板的轴向厚度总和)可小于至少一个所述进气叶片的最大轴向厚度的大约50％。更优选的，环形进气口内的所有隔板的总轴向厚度可小于至少一个所述进气叶片的最大轴向厚度的大约25％。甚至更优选的，环形进气口内的所有隔板的总轴向厚度可小于至少一个所述进气叶片的最大轴向厚度的大约10％。
优选的，环形进气口内的所有隔板的总轴向厚度小于所述进气口的最大轴向宽度的大约25％，以及可小于所述进气口的最大轴向宽度的大约10％或5％。
其中可限定一个或多个隔板总厚度的另一种方法与用于该特定涡轮机内的涡轮机叶轮的外径相关。优选的，环形进气口内的一个或多个隔板的总轴向厚度约为涡轮机叶轮外径的1至5％。更优选的，总轴向厚度约为1.5至3％，以及更优选的是约2％至2.5％。尤其优选的是，总轴向厚度约为涡轮机叶轮外径的大约2.25％。
通过举例的方式，在40毫米直径的涡轮机叶轮中，可采用三个环形隔板，每个隔板具有约0.3毫米的轴向厚度，该轴向厚度是涡轮机叶轮直径的0.75％。由于存在三个环形隔板，在进气口内隔板的总轴向厚度为3×0.75％＝2.25％。
通过进一步的例子，在90毫米直径的涡轮机叶轮中，再次采用三个环形隔板，每个隔板的适当轴向厚度约为0.7毫米，该轴向厚度是涡轮机叶轮直径的大约0.78％，使得隔板的总轴向厚度3×～0.78％＝～2.3％。
在采用单个环形隔板的另一示例性实施例中，65毫米直径的涡轮机叶轮可采用轴向厚度为1.5毫米的环形隔板，以及35毫米直径的涡轮机叶轮可采用轴向厚度为0.8毫米的环形隔板。
在采用两个环形隔板的另一示例性实施例中，0.75毫米厚的隔板可用于65毫米直径的叶轮，以及0.4毫米厚的隔板可用于35毫米直径的涡轮机叶轮。
优选的涡轮机是，所述或每个环形隔板的轴向厚度至少为约0.075至0.1毫米，以及更优选是至少0.2毫米左右。
在包括两个或两个以上环形隔板的本发明实施例中，至少两个所述隔板的轴向厚度可相同或不同。例如，同一环形进气口内的第一环形隔板可限定第一轴向厚度以及第二环形隔板可限定不同的第二轴向厚度，该第二轴向厚度可等于、大于或小于第一轴向厚度。无论隔板是否具有相同或不同的轴向厚度，优选的是，隔板的总轴向厚度在其中采用隔板的涡轮机叶轮直径的大约1至5％以上的优选范围内。
进气叶片可具有任何合适的构造，例如可具有类似于已知进气叶片的常规翼型构造，或它们可具有任何或者的构造，选择上述构造以便限定进气通道的特定布置和构造。由于叶片和进气口隔板一起限定进气通道的构造和取向，通过适当地设计单独的喷嘴叶片与进气口隔板相结合可得到各种不同的进气通道构造。此外，可设计成环形进气口的一个环形部分内与另一环形部分内的进气通道相比具有不同的构造，或者在单个的环形部分内具有不同构造的进气通道，或者上述两者同时。例如，延伸跨过进气口的第一环形部分的叶片可限定与延伸跨过进气口的第二环形部分的叶片不同的旋涡角。
进气叶片可在每个环形部分内设置成环形阵列。两个或多个环形阵列内的叶片可具有不同的最大轴向厚度、前边缘厚度、最大周向厚度和/或旋涡角。这样例如，在第一环形部分内的叶片阵列可采用具有第一最大轴向厚度的若干叶片，在轴向偏离于第一环形部分的第二环形部分内的另一叶片阵列可采用具有不同的第二最大轴向厚度的若干叶片，第一最大轴向厚度可大于第二最大轴向厚度，或合适时反之亦然。在采用三个或更多环形部分从而存在三个或多个叶片环形阵列的实施例中，叶片的最大轴向厚度变化可在相邻的成对环形阵列之间递减，或存在于中间阵列中的叶片具有的前边缘厚度大于或小于在中间阵列任一侧上的叶片阵列中的叶片的前边缘厚度。相对于前边缘厚度，在轴向偏离的叶片阵列之间在最大周向厚度和/或旋涡角方面可能存在类似的关系。
还提供一种可变几何涡轮机，其包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；其中环形进气口被分隔成第一环形进气口部分和与第一环形进气口部分轴向偏离的第二环形进气口部分；进气叶片轴向延伸到第一和第二进气口部分的每一个内，进气叶片限定轴向相邻的进气通道；其中延伸到第一进气口部分内的进气叶片的构造与延伸到第二进气口部分内的进气叶片的构造不同。
每个环形阵列内的叶片数目可有所不同。例如，十五个叶片的环形阵列可包含于作为只有八个叶片的环形阵列的同一喷嘴组件内。其它阵列可具有不同的叶片数目，超过十五个或少于八个，或有时在十五个和八个之间，例如十二个。此外，可以使用具有不同径向延伸程度或不同旋涡角的叶片，例如可以使用向前扫掠过更大程度的一些叶片，从而限定更大的旋涡角。
对于某些发动机应用(诸如像废气再循环，“EGR”)，会希望降低一个或多个进气通道阵列中的涡轮机效率。例如，在某些应用中会希望降低在相对开放的进气口宽度处的效率。这种效率降低例如可通过下述实现：减少叶片的径向延伸程度，增加叶片的周向宽度和/叶片的前边缘厚度，或另外将叶片配置成降低有效的进气面积。通过提供轴向厚度增加的一个或多个隔板也可获得类似效果。
在一些实施例中，相对较小的“分离器叶片”可位于相邻成对的“主”叶片之间。与其它实施例相比，该布置可具有增加叶片总数的效果，但叶片可被设置成具有减少的径向延伸程度，以便在叶片和涡轮机叶轮之间存在更大的径向间隙。在一些实施例中，分离器叶片可有利于减少涡轮机叶片导致的振动。
在一些实施例中，叶片在后(尾部)边缘可具有“切断”构造，而不是完整的翼型构造，预期上述可以提供效率降低，但在某些应用中效率降低可能是有用的。此外，障碍物可位于相邻叶片之间，上述会进一步降低效率。
一个或多个隔板，一个或多个叶片和/或滑动套筒可由陶瓷、金属或金属陶瓷(陶瓷/金属复合材料)材料形成。金属可以是任意的钢，或镍基合金，诸如因科镍合金。任意或所有的这些组件可设置有涂层，例如在喷嘴和套筒的滑动界面上可能具有类金刚石碳涂层，阳极氧化涂层，或司太立(tribaloy)涂层或替代的耐磨涂层。空气动力学表面可设有促进光滑度或耐腐蚀的涂层。这种涂层可包括非沉积涂层，诸如等离子电解氧化层或替代的涂层。
应该意识到，废气大体可经由周围蜗壳或腔室流向环形进气口，因此环形进气口限定在蜗壳下游，蜗壳的下游端终止于环形进气口的上游端。由此，蜗壳将气体传送到环形进气口，而本发明的进气通道接收来自蜗壳的气体。在一些实施例中，限定环形进气口的第一和第二侧壁是限定涡轮的延续的壁。环形进气口可由位于环形进气口内的一个或多个隔板分隔成至少两个轴向偏离的进气通道，因此上述进气通道位于蜗壳下游。
已经在附图中利用单个流体蜗壳对本发明的涡轮机进行了说明，但它也适用于轴向分隔开的壳体，由此来自发动机的一个或多个汽缸的气体被导引到被分隔开的蜗壳之一内，而来自一个或多个其它汽缸的气体被导引到不同的蜗壳内。还可能将涡轮壳体沿周向分隔开以便提供多个周向分隔开的蜗壳，或甚至将涡轮壳体在周向和轴向分隔开。但是应该意识到，应将轴向或周向分隔开的蜗壳与存在于本发明涡轮机中的多个进气通道相区分开。例如，进气通道涉及到喷嘴结构，其布置成使得从蜗壳接收的废气加速流向涡轮机，并且当其加速时任选地调整或控制气体的旋涡角。形成本发明一部分的多个进气通道可进一步与分隔开的蜗壳布置相区分，因为进气通道接收来自蜗壳(或分隔开的蜗壳)的气体，且将气体分隔成引导到涡轮机上的路径阵列，分隔开的蜗壳接收来自排气歧管的气体以便保持由单独的发动机汽缸打开事件导致的气体脉冲的气流速度。
应该意识到轴向偏离的进气通道包括具有不同轴向位置的进气通道，和/或具有不同轴向延伸程度的进气通道。轴向偏离的进气通道可间隔开、相邻或轴向重叠。
一种可变几何涡轮机可包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；其中环形进气口被分隔成第一环形进气口部分和与第一环形进气口部分轴向偏离的第二环形进气口部分，同等数目的进气叶片轴向延伸到第一和第二进气口部分的每一个内，进气叶片限定轴向相邻的进气通道；其中延伸到第一进气口部分内的进气叶片的构造与延伸到第二进气口部分内的进气叶片的构造的不同之处在于延伸到第一进气口部分内的叶片与延伸到第二进气口部分内的叶片在周向上偏离，这样气体离开第一进气口部分内的进气通道的气体流动路径与气体离开第二进气口部分内的进气通道的气体流动路径在周向上偏离。
应该意识到轴向偏离的进气通道包括具有不同轴向位置的进气通道，和/或具有不同轴向延伸程度的进气通道。轴向偏离的进气通道可间隔开、相邻或轴向重叠。
第一和第二进气口部分可彼此相邻。
延伸到第一进气口部分内的进气叶片的构造与延伸到第二进气口部分内的进气叶片的构造的不同之处在于延伸到第一进气口部分内的叶片与延伸到第二进气口部分内的叶片在周向上偏离。
延伸到第一进气口部分内的叶片与延伸到第二进气口部分内的叶片在周向上偏离的周向距离大致是将第一进气口部分或第二进气口部分内的两个相邻叶片分隔开的周向距离的一半。
第一和第二进气口部分内的叶片可具有大致相同的外径和不同的内径。或者，第一和第二进气口部分内的叶片可具有不同的外径和大体上相同的内径。作为另一实施例，在第一和第二进气口部分内的叶片的相应外径和内径可不同的，或者可大致相同。
一种可变几何涡轮机可包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；其中环形进气口被分隔成第一环形进气口部分和与第一环形进气口部分轴向偏离的第二环形进气口部分，进气叶片轴向延伸到第一和第二进气口部分的每一个内，进气叶片限定轴向相邻的进气通道；其中延伸到第一进气口部分内的进气叶片的构造与延伸到第二进气口部分内的进气叶片的构造的不同之处在于延伸到第一进气口部分内的叶片的周向分布与延伸到第二进气口部分内的叶片的周向分布不同；以及其中延伸到第一进气口部分内的叶片的周向分布是非均匀的。
延伸到第一进气口部分内的进气叶片的构造与延伸到第二进气口部分内的进气叶片的构造可不同。
延伸到第一进气口部分内的进气叶片的构造与延伸到第二进气口部分内的进气叶片的构造的不同之处在于延伸到第一进气口部分内的叶片的周向分布与延伸到第二进气口部分内的叶片的周向分布不同。
第一和第二进气口部分可彼此相邻。
优选的，延伸到第二进气口部分内的叶片的周向分布是非均匀的。
一种可变几何涡轮机可包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；其中环形进气口被分隔成第一环形进气口部分和与第一环形进气口部分轴向偏离的第二环形进气口部分，进气叶片轴向延伸到第一和第二进气口部分的每一个内，进气叶片限定轴向相邻的进气通道；其中延伸到第一进气口部分内的进气叶片的构造与延伸到第二进气口部分内的进气叶片的构造的不同之处在于延伸到第一进气口部分内的叶片与延伸到第二进气口部分内的叶片在周向上偏离；以及其中延伸到第一进气口部分内的叶片数目多于延伸到第二进气口部分内的叶片数目的大约50％。
优选的，延伸到第一进气口部分内的叶片数目多于延伸到第二进气口部分内的叶片数目的大约75％，甚至更优选多于延伸到第二进气口部分内的叶片数目的大约85％或更多，此外甚至更优选多于延伸到第二进气口部分内的叶片数目的大约95％至99％。尤其优选的是，第一进气口部分内的叶片数目与第二进气口部分内的叶片数目大致相同，但少于第二进气口部分内的叶片数目。
第一和第二进气口部分可彼此相邻。
第一和第二进气口部分内的叶片可具有大致相同的外径和不同的内径。或者，第一和第二进气口部分内的叶片可具有不同的外径和大体上相同的内径。作为另一实施例，在第一和第二进气口部分内的叶片的相应外径和内径可不同的，或者可大致相同。
延伸到第一和/或第二进气口部分内的叶片的周向分布是非均匀的。
一种可变几何涡轮机可包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；
其中环形进气口由设置在第一和第二进气口侧壁之间的两个或多个轴向间隔开的环形隔板分隔成至少三个轴向偏离的环形进气口部分；进气叶片轴向延伸到至少一个进气口部分内且限定周向相邻的进气通道；以及其中至少两个所述隔板的每一隔板径向延伸到进气叶片内侧，进气叶片延伸到与相应隔板轴向相邻的至少一个进气口部分内。
径向延伸到进气叶片内侧的至少两个隔板可具有不同的内径。
根据本发明的另一方面，提供一种可变几何涡轮机，其包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；其中环形进气口由设置在第一和第二进气口侧壁之间的两个或多个轴向间隔开的环形隔板分隔成至少三个轴向偏离的环形进气口部分；进气叶片轴向延伸到至少一个进气口部分内且限定周向相邻的进气通道；以及其中至少两个所述隔板的每一隔板径向延伸到进气叶片内侧，进气叶片延伸到与相应隔板轴向相邻的至少一个进气口部分内，以及其中在所述至少两个所述隔板的第一隔板的内径与在相邻于第一隔板的一个所述环形进气口部分内的径向最内侧叶片的后边缘之间的距离大于在所述至少两个所述隔板的第二隔板的内径与在相邻于第二隔板的一个所述环形进气口部分内的径向最内侧叶片的后边缘之间的距离。
与第一隔板相邻的所述一个环形进气口部分可与第一隔板在第一方向上轴向位移偏离，以及与第二隔板相邻的所述一个环形进气口部分可与第二隔板在第一方向上轴向位移偏离。
径向延伸到各自相邻的进气口部分内的进气叶片内侧的至少两个隔板具有不同的内径。
由径向延伸到各自相邻的进气口部分内的进气叶片内侧的至少两个隔板的内径形成的轴向轮廓可大致相应于由涡轮机叶轮的旋转所扫掠表面的轴向轮廓。
径向延伸到各自相邻的进气口部分内的进气叶片内侧的至少三个隔板的相对内径大致在轴向方向上增加。
至少两个所述隔板的至少两个可具有下述内径，在隔板内径和与隔板相邻的进气口部分内的径向最内侧叶片的后边缘之间的相对涡轮轴的径向距离大于所述径向最内侧的叶片的后边缘和在隔板轴向位置处的涡轮机叶轮的外径之间的径向距离的大约50％，大约60％，大约70％，大约80％，大约95％或大约90％。
一种可变几何涡轮机可包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；
其中环形进气口由设置在第一和第二进气口侧壁之间的两个或多个轴向间隔开的环形隔板分隔成至少两个轴向偏离的环形进气口部分；进气叶片轴向延伸到至少一个进气口部分内且限定周向相邻的进气通道；以及其中一个或多个所述隔板的至少一个隔板径向延伸到进气叶片内侧，进气叶片延伸到与相应隔板轴向相邻的至少一个进气口部分内，以及其中在所述一个或多个所述隔板的所述至少一个隔板具有下述内径，在隔板内径和与隔板相邻的进气口部分内的径向最内侧叶片的后边缘之间的相对涡轮轴的径向距离比所述径向最内侧的叶片的后边缘和在隔板轴向位置处的涡轮机叶轮的外径之间的径向距离大体大50％。
在隔板内径和与隔板相邻的进气口部分内的径向最内侧叶片的后边缘之间的相对涡轮轴的径向距离大于所述径向最内侧的叶片的后边缘和在隔板轴向位置处的涡轮机叶轮的外径之间的径向距离的大约60％，大约70％，大约80％，大约90％或大约95％。
一种可变几何涡轮机可包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及
圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；
环形进气口由与第一和第二进气口侧壁间隔开的至少一个环形隔板分隔成轴向相邻的环形部分；
进气叶片轴向延伸跨过由所述或每个隔板限定的至少两个环形部分以便将所述环形进气口分隔成至少两个轴向偏离的进气通道；
其中延伸到一个进气口部分内的进气叶片的构造与延伸到另一进气口部分内的进气叶片的构造不同；以及
其中套筒的内径大于进气通道的外径。
一种可变几何涡轮机可包括：
涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及
圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；
环形进气口由与第一和第二进气口侧壁间隔开的至少两个环形隔板分隔成轴向相邻的环形部分；
进气叶片轴向延伸跨过由所述或每个隔板限定的至少两个环形部分以便将所述环形进气口分隔成至少两个轴向偏离的进气通道；
其中延伸到一个进气口部分内的进气叶片的构造与延伸到另一进气口部分内的进气叶片的构造不同；
在一些实施例中，优选的是套筒可朝向第二进气口侧壁移动，以缩小通过进气口的气体流动路径，以及通过更靠近第二进气口侧壁的进气通道的气体流动路径具有垂直于沿着所述路径的气流方向的横截面积，所述横截面积小于通过更远离第二进气口侧壁的进气通道的气体流动路径的相应横截面积。
叶片可在每个环形部分内设置成环形阵列。优选的，在第一环形部分内的叶片阵列限定若干第一进气通道，第一进气通道具有垂直于气流方向的第一总横截面积；在轴向偏离于第一环形部分的第二环形部分内的另一叶片阵列限定若干第二进气通道，第二进气通道具有垂直于气流方向的较大的第二总横截面积。
在优选的实施例中，涡轮机采用三个或更多环形部分，每个环形部分具有设置于其内的相应的叶片环形阵列，且在每个叶片环形阵列中的叶片限定若干进气通道，上述进气通道具有垂直于气流方向的总横截面积，该总横截面积在相邻的成对环形阵列之间递减。
在另一优选的实施例中，涡轮机采用三个或更多环形部分，每个环形部分具有设置于其内的相应的叶片环形阵列，且在中间阵列中的叶片限定若干进气通道，上述进气通道具有垂直于气流方向的总横截面积，该总横截面积大于或小于垂直于由中间阵列任一侧上的叶片阵列限定的进气通道气流方向的总横截面积。
可在最靠近第二进气口侧壁的环形部分内设置进气通道，上述进气通道具有的垂直于气流方向的总横截面积最小，在此(最靠近第二进气口侧壁的环形部分内)通过进气口的气体流动路径最窄或大体上封闭。
优选的，在更靠近第二进气口侧壁的进气通道内的相邻叶片之间的最小周向间隔的总和小于在更远离第二进气口侧壁的进气通道内的相邻叶片之间的最小周向间隔的总和。
在一些实施例中，优选的是，所述环形部分之一内的至少一个叶片具有比环形部分另一个之内的至少一个叶片更大的最大周向厚度。
叶片可在每个环形部分内设置成环形阵列。优选的，在第一环形部分内的叶片阵列采用具有最大周向厚度的若干叶片，在轴向偏离于第一环形部分的第二环形部分内的另一叶片阵列采用具有更大的最大周向厚度的若干叶片。
优选的，涡轮机采用三个或更多环形部分，每个环形部分具有设置于其内的相应的叶片环形阵列，且在每个叶片环形阵列内的叶片具有最大的周向厚度，该最大的周向厚度在相邻的成对环形阵列之间递减。
或者的，涡轮机采用三个或更多环形部分，每个环形部分具有设置于其内的相应的叶片环形阵列，且在中间阵列中的叶片具有的最大周向厚度大于或小于在中间阵列任一侧上的叶片阵列中的叶片的最大周向厚度。
优选的，可在更靠近套筒封闭位置的一个或多个环形部分内设置具有更大的最大周向厚度的叶片，在此(在更靠近套筒封闭位置的环形部分内)通过进气口的气体流动路径最窄。尤其优选的是，具有最大的最大周向厚度的叶片可设置在最靠近套筒封闭位置的环形部分内，在此通过进气口的气体流动路径最窄或大体上封闭。
在本发明的第一和/或第二方面，同样优选的是，在所述环形部分之一内的至少一个叶片具有比环形部分另一个之内的至少一个叶片更大的前边缘厚度。
所述叶片可在每个环形部分内设置成环形阵列。在第一环形部分内的叶片阵列优选采用具有第一前边缘厚度的若干叶片，在轴向偏离于第一环形部分的第二环形部分内的另一叶片阵列采用具有更大的第二前边缘厚度的若干叶片。
在优选的实施例中，涡轮机采用三个或更多环形部分，每个环形部分具有设置于其内的相应的叶片环形阵列，且在每个叶片环形阵列内的叶片具有前边缘厚度，该前边缘厚度在相邻的成对环形阵列之间递减。
在另一实施例中，涡轮机采用三个或更多环形部分，每个环形部分具有设置于其内的相应的叶片环形阵列，且在中间阵列中的叶片具有的前边缘厚度大于或小于在中间阵列任一侧上的叶片阵列中的叶片的前边缘厚度。
优选的，可在更靠近套筒封闭位置的一个或多个环形部分内设置具有更大的前边缘厚度的叶片，在此(更靠近套筒封闭位置的环形部分内)通过进气口的气体流动路径最窄。具有最大的前边缘厚度的叶片优选设置在最靠近套筒封闭位置的环形部分内，在此通过进气口的气体流动路径最窄或大体上封闭
在本发明的第一和/或第二方面，优选的是，在所述环形部分之一内的至少一个叶片具有比环形部分另一个之内的至少一个叶片更大的最大外径。
所述叶片可在每个环形部分内设置成环形阵列。在第一环形部分内的叶片阵列优选采用具有第一最大外径的若干叶片，而在轴向偏离于第一环形部分的第二环形部分内的另一叶片阵列采用具有更大的第二最大外径的若干叶片。
一个优选的实施例设置成涡轮机采用三个或更多环形部分，每个环形部分具有设置于其内的相应的叶片环形阵列，且在每个叶片环形阵列内的叶片具有最大外径，该最大外径在相邻的成对环形阵列之间递减。
另一优选的实施例设置成涡轮机采用三个或更多环形部分，每个环形部分具有设置于其内的相应的叶片环形阵列，且在中间阵列中的叶片具有的最大外径大于或小于在中间阵列任一侧上的叶片阵列中的叶片的最大外径。
可在更靠近套筒封闭位置的一个或多个环形部分内设置具有更大的最大外径的叶片，在此(更靠近套筒封闭位置的环形部分内)通过进气口的气体流动路径最窄。具有最大的最大外径的叶片优选设置在最靠近套筒封闭位置的环形部分内，在此通过进气口的气体流动路径最窄或大体上封闭。
在本发明的一些实施例中，优选的是，在所述环形部分之一内的至少一个叶片具有的最大内径比环形部分另一个之内的至少一个叶片的最大内径更大，且在所述环形部分之一内的所述叶片和涡轮机叶轮之间限定的径向间隙比在所述环形部分另一个内的所述叶片和涡轮机叶轮之间限定的径向间隙更大。
所述叶片可在每个环形部分内设置成环形阵列。在第一环形部分内的叶片阵列优选采用具有第一最大内径的若干叶片，上述叶片在所述叶片和涡轮机叶轮之间限定第一径向间隙，而在轴向偏离于第一环形部分的第二环形部分内的另一叶片阵列采用具有更大的第二最大内径的若干叶片，上述叶片在所述叶片和涡轮机叶轮之间限定更大的第二径向间隙。
在一个优选的实施例中，涡轮机采用三个或更多环形部分，每个环形部分具有设置于其内的相应的叶片环形阵列，且在每个叶片环形阵列内的叶片具有最大内径，上述叶片在所述叶片和涡轮机叶轮之间限定径向间隙，该最大内径和径向间隙两者在相邻的成对环形阵列之间递减。
在或者的优选实施例中，涡轮机采用三个或更多环形部分，每个环形部分具有设置于其内的相应的叶片环形阵列，且在中间阵列中的叶片具有的最大内径大于或小于在中间阵列任一侧上的叶片阵列中的叶片的最大内径，在中间阵列中的叶片在所述叶片和涡轮机叶轮之间限定的径向间隙大于或小于在中间阵列任一侧上的叶片阵列中的叶片在所述叶片和涡轮机叶轮之间限定的径向间隙。
优选的，可在更靠近套筒封闭位置的一个或多个环形部分内设置具有更大的最大内径以及在所述叶片和涡轮机叶轮之间限定更大径向间隙的叶片，在更靠近套筒封闭位置的一个或多个环形部分内通过进气口的气体流动路径最窄。具有更大的最大内径以及在所述叶片和涡轮机叶轮之间限定更大径向间隙的叶片还限定更大的旋涡角。具有最大的最大内径以及在所述叶片和涡轮机叶轮之间限定最大径向间隙的叶片优选设置在最靠近套筒封闭位置的环形部分内，在此通过进气口的气体流动路径最窄或大体上封闭。尤其优选的是，具有最大的最大内径以及在所述叶片和涡轮机叶轮之间限定最大径向间隙的叶片还限定最大的旋涡角。
在本发明的一些实施例中，优选的是延伸到进气口部分之一内的进气叶片的数目与延伸到进气口部分另一个内的进气叶片的数目不同。所述进气口部分可彼此相邻。
一种可变几何涡轮机可包括：
涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；
圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；
环形进气口由至少一个环形隔板分隔成轴向相邻的环形部分，环形隔板与第一和第二进气口侧壁轴向间隔开；
进气叶片轴向延伸跨过至少两个所述环形部分，所述环形部分由所述或每个隔板限定，以便将所述环形进气口分隔成至少两个轴向偏离的进气通道；
套筒可朝向第二进气口侧壁移动，以缩小通过进气口的气体流动路径；
其中通过更靠近第二进气口侧壁的进气通道的气体流动路径具有垂直于沿着所述路径的气流方向的横截面积，所述横截面积小于通过更远离第二进气口侧壁的进气通道的气体流动路径的相应横截面积。
叶片取向成使得流动通过环形进气口的气体朝向涡轮机叶轮的旋转方向偏转。气体沿着在邻近的叶片和邻近的隔板或侧壁之间限定的进气通道偏转。环形进气口的“喉区”(其可被认为是涡轮机最大的气体临界流量)是垂直于跨过环形进气口限定的所有进气通道的气流方向的总横截面积。有助于限定喉区的参数之一是在每个环形部分内的周向相邻叶片之间的最小周向间隔。因此，优选的是，在更靠近第二进气口侧壁的进气通道内的相邻叶片之间的最小周向间距的总和小于在更远离第二进气口侧壁的进气通道内的相邻叶片之间的最小周向间距的总和。
通过利用隔板将环形进气口分隔成两个或两个以上的环形部分，每个环形部分的喉区可独立于在每个环形部分内的叶片布置和每个环形部分的轴向宽度而进行限定。以这种方式，环形进气口的喉区可在第一和第二进气口侧壁之间变化。优选的，与更靠近第一进气口侧壁相比，通过环形进气口的气体流动路径收缩而更靠近第二进气口侧壁，在此通过进气口的气体流动路径是最窄的或大体上封闭的。收缩程度的变化可跨过环形进气口的轴向宽度渐变，也可以不连续变化，即中间环形部分比周围环形部分收缩程度低，只要通过更靠近第二进气口侧壁的气体流动路径比通过更加远离第二进气口侧壁的气体流动路径收缩程度更高即可。
可以多种方式实现对通过由叶片布置而成的环形进气口的气体流动路径的收缩程度进行控制。例如，一个环形部分内的一个或多个叶片，或全部叶片可具有与其它环形部分的叶片相比的增厚的前边缘，更大的周向厚度，或两者同时。在优选实施例中，具有更厚前边缘的叶片设置于更靠近第二进气口侧壁的一个或多个环形部分内，即套筒的封闭位置，在此通过进气口的气体流动路径处于其最窄的封闭状态，因为此处是预期气体入射角存在更大变化的区域。根据另一实例，一个环形部分内设置的叶片数目比另一环形部分内设置的叶片数目多。例如，十五个叶片的环形阵列可包含于作为只有八个叶片的环形阵列的同一喷嘴组件内。其它阵列可具有不同的叶片数目，超过十五个或少于八个，或有时在十五个和八个之间，例如十二个。在另一实例中，一个环形部分内的叶片旋涡角可大于在另一个环形部分内的叶片旋涡角。此外，一个环形部分内与另一个环形部分内的叶片相比，其径向延伸程度，最大外径和/或最大内径可不同，以便提供在两个环形部分内的不同收缩程度。应该意识到可以采用叶片结构、布置或取向中的任意一个或多个上述变型以便实现在跨过环形进气口轴向宽度的喉区中所期望的变化。
叶片优选在每个环形部分内设置成环形阵列。在第一环形部分内的叶片阵列可限定若干第一进气通道，第一进气通道具有垂直于气流方向的第一总横截面积；在轴向偏离于第一环形部分的第二环形部分内的另一叶片阵列限定若干第二进气通道，第二进气通道具有垂直于气流方向的较大的第二总横截面积。第一进气通道与第二进气通道相比优选设置成更靠近第二进气口侧壁。
在一个实施例中，涡轮机采用三个或更多环形部分，每个环形部分具有设置于其内的相应的叶片环形阵列，且在每个叶片环形阵列中的叶片限定若干进气通道，上述进气通道具有垂直于气流方向的总横截面积，该总横截面积在相邻的成对环形阵列之间递减。在另一实施例中，涡轮机采用三个或更多环形部分，每个环形部分具有设置于其内的相应的叶片环形阵列，且在中间阵列中的叶片限定若干进气通道，上述进气通道具有垂直于气流方向的总横截面积，该总横截面积大于或小于垂直于由中间阵列任一侧上的叶片阵列限定的进气通道气流方向的总横截面积。
在优选实施例中，在最靠近第二进气口侧壁的环形部分内设置涡轮机内的进气通道，上述进气通道具有的垂直于气流方向的总横截面积最小，在此(最靠近第二进气口侧壁的环形部分内)通过进气口的气体流动路径最窄或大体上封闭。
在一个优选的实施例中，可设置由相对较小数目叶片构成的至少一个叶片环形阵列，其与同一环形进气口内的其它阵列相比配置成限定相对较高的旋涡角，但是相对较“厚”，并延伸相对较小的内径，从而提供环绕涡轮机叶轮区域的相对较小的径向间隙。由于这种布置，对于致动器而言，可更易于实现对横截面流通面积进行精确控制，因为它对于给定的套筒运动而言变化很小。旋涡的增加对于相应于相对较小进气口宽度定位的叶片阵列是有利的，上述可提供效率的提高。
进一步提供一种可变几何涡轮机，其包括涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；其中环形进气口被分隔成第一环形进气口部分和轴向偏离于第一环形进气口部分的第二环形进气口部分，进气叶片轴向延伸到第一和第二进气口部分的每一个内，进气叶片限定轴向相邻的进气通道；其中延伸到第一进气口部分内的进气叶片的构造与延伸到第二进气口部分内的进气叶片的构造不同。
进气叶片可具有任何合适的构造，例如可具有类似于已知进气叶片的常规翼型构造，或它们可具有任何或者的构造，选择上述构造以便限定进气通道的特定布置和构造。由于叶片和进气口隔板一起限定进气通道的构造和取向，通过适当地设计单独的喷嘴叶片与进气口隔板相结合可得到各种不同的进气通道构造。此外，可设计成环形进气口的一个环形部分内与另一环形部分内的进气通道相比具有不同的构造，或者在单个的环形部分内具有不同构造的进气通道，或者上述两者。例如，延伸跨过进气口的第一环形部分的叶片可限定与延伸跨过进气口的第二环形部分的叶片不同的旋涡角。
对于某些发动机应用(诸如像废气再循环，“EGR”)，会希望降低一个或多个进气通道阵列中的涡轮机效率。例如，在某些应用中会希望降低在相对开放的进气口宽度处的效率。这种效率降低例如通过下述实现：减少叶片的径向延伸程度(如上所述)，增加叶片的周向宽度，或另外将叶片配置成降低有效的进气面积，即环形进气口的喉区。
在一些实施例中，相对较小的“分离器叶片”可位于相邻成对的“主”叶片之间。与其它实施例相比，该布置可具有增加叶片总数的效果，但叶片可设置成具有减少的径向延伸程度，以便在叶片和涡轮机叶轮之间存在更大的径向间隙。在一些实施例中，分离器叶片可有利于减少涡轮机叶片导致的振动。
在一些实施例中，叶片在后(尾部)边缘可具有“切断”构造，而不是完整的翼型构造，预期上述可以提供效率降低，但在某些应用中效率降低可能是有用的。此外，障碍物可位于相邻叶片之间，上述会进一步降低效率。
延伸跨过进气口第一环形部分的至少一些叶片的后边缘可与延伸跨过进气口第二环形部分的至少一些叶片的后边缘相比具有不同的半径。在一些实施例中，延伸跨过进气口第一环形部分的所有叶片的后边缘可与延伸跨过进气口第二环形部分的所有叶片的后边缘相比具有不同的半径。在一些实施例中，延伸跨过进气口第一环形部分的叶片的后边缘可与延伸跨过进气口任意其它环形部分的叶片的后边缘相比具有不同的最小半径。
延伸跨过进气口环形部分的至少大多数叶片的后边缘具有的半径可大于限定环形部分的隔板的内径。在一些实施例中，延伸跨过环形部分的所有叶片的后边缘具有的半径可大于限定环形部分的隔板的内径。在一些实施例中，每个环形隔板具有的内径可小于环形进气口内任意叶片的前边缘内径。
一种可变几何涡轮机可包括：
涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；
圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；
环形进气口由至少一个环形隔板分隔成轴向相邻的环形部分，环形隔板与第一和第二进气口侧壁轴向间隔开；
进气叶片轴向延伸跨过至少两个所述环形部分，所述环形部分由所述或每个隔板限定，以便将所述环形进气口分隔成至少两个轴向偏离的进气通道；
其中延伸到所述环形部分之一内的至少一个叶片与环形部分的另一个内的至少一个叶片相比具有更大的最大周向厚度。
叶片取向成使得流动通过环形进气口的气体朝向涡轮机叶轮的旋转方向偏转。增厚叶片可有利于适应气体入射角的更大变化而不引起分流和湍流(效率损失)。应该意识到，较厚的叶片降低环形进气口的“喉区”，即涡轮机的最大临界流量。因此，在进气口或“喷嘴部段”的每个环形部分内的一个或多个叶片的最大厚度可优化，以适应其在环形进气口和特定应用中的轴向位置。通过实例的方式，在一个优选的实施例中，较厚的叶片设置于更靠近套筒封闭位置的一个或多个环形部分内，即在此(更靠近套筒封闭位置的一个或多个环形部分内)通过进气口的气体流动路径处于最窄处，因为预期在此会存在气体入射角的更大变化。
在一个优选的实施例中，可设置由相对较小数目叶片构成的至少一个叶片环形阵列，其与同一环形进气口内的其它阵列相比配置成限定相对较高的旋涡角，但是相对较“厚”，并延伸相对较小的内径，从而提供环绕涡轮机叶轮区域的相对较小的径向间隙。由于这种布置，对于致动器而言，可更易于实现对横截面流通面积进行精确控制，因为它对于给定的套筒运动而言变化很小。旋涡的增加对于相应于相对较小进气口宽度定位的叶片阵列是有利的，上述可提供效率的提高。
进一步提供一种可变几何涡轮机，其包括涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；其中环形进气口被分隔成第一环形进气口部分和轴向偏离于第一环形进气口部分的第二环形进气口部分，进气叶片轴向延伸到第一和第二进气口部分的每一个内，进气叶片限定轴向相邻的进气通道；其中延伸到第一进气口部分内的进气叶片的构造与延伸到第二进气口部分内的进气叶片的构造不同。
进气叶片可具有任何合适的构造，例如可具有类似于已知进气叶片的常规翼型构造，或它们可具有任何或者的构造，选择上述构造以便限定进气通道的特定布置和构造。由于叶片和进气口隔板一起限定进气通道的构造和取向，通过适当地设计单独的喷嘴叶片与进气口隔板相结合可得到各种不同的进气通道构造。此外，可设计成环形进气口的一个环形部分内与另一环形部分内的进气通道相比具有不同的构造，或者在单个的环形部分内具有不同构造的进气通道，或者上述两者。例如，延伸跨过进气口的第一环形部分的叶片可限定与延伸跨过进气口的第二环形部分的叶片不同的旋涡角。
进气叶片可在每个环形部分内设置成环形阵列。两个或多个环形阵列内的叶片可具有不同的最大周向厚度。即在第一环形部分内的叶片阵列采用具有第一最大周向厚度的若干叶片，在轴向偏离于第一环形部分的第二环形部分内的另一叶片阵列采用具有不同的第二最大周向厚度的若干叶片，第一最大周向厚度可大于第二最大周向厚度，或合适时反之亦然。在采用三个或更多环形部分从而存在三个或多个叶片环形阵列的实施例中，叶片的最大周向厚度变化可在相邻的成对环形阵列之间递减，或存在于中间阵列中的叶片具有的最大周向厚度大于或小于在中间阵列任一侧上的叶片阵列中的叶片的最大周向厚度。
每个环形阵列内的叶片可具有相同的径向延伸程度，这样叶片阵列跨过环形进气口的整体宽度大体上连续。或者，两个或两个以上的环形阵列中的叶片可具有不同的径向延伸程度。例如，跨过不同阵列的所有叶片的前边缘可具有相同的外径，而不同叶片阵列的后边缘的半径可有所不同。在包括三个或更多的轴向间隔开的叶片环形阵列的实施例中，每个叶片环形阵列后边缘的径向位置可从第一个环形阵列到相邻的第二环形阵列而减小，然后从第二环形阵列到相邻的第三叶片环形阵列进一步减小。
每个环形阵列内的叶片数目可有所不同。例如，十五个叶片的环形阵列可包含于作为只有八个叶片的环形阵列的同一喷嘴组件内。其它阵列可具有不同的叶片数目，超过十五个或少于八个，或有时在十五个和八个之间，例如十二个。此外，可以使用具有不同径向延伸程度或不同旋涡角的叶片，例如可以使用向前扫掠过更大程度的一些叶片，从而限定更大的旋涡角。
对于某些发动机应用(诸如像废气再循环，“EGR”)，会希望降低一个或多个进气通道阵列中的涡轮机效率。例如，在某些应用中会希望降低在相对开放的进气口宽度处的效率。这种效率降低例如通过下述实现：减少叶片的径向延伸程度(如上所述)，增加叶片的周向宽度，或另外将叶片配置成降低有效的进气面积。
在一些实施例中，相对较小的“分离器叶片”可位于相邻成对的“主”叶片之间。与其它实施例相比，该布置可具有增加叶片总数的效果，但叶片可设置成具有减少的径向延伸程度，以便在叶片和涡轮机叶轮之间存在更大的径向间隙。在一些实施例中，分离器叶片可有利于减少涡轮机叶片导致的振动。
在一些实施例中，叶片在后(尾部)边缘可具有“切断”构造，而不是完整的翼型构造，预期上述可以提供效率降低，但在某些应用中效率降低可能是有用的。此外，障碍物可位于相邻叶片之间，上述会进一步降低效率。
延伸跨过进气口第一环形部分的至少一些叶片的后边缘可与延伸跨过进气口第二环形部分的至少一些叶片的后边缘相比具有不同的半径。在一些实施例中，延伸跨过进气口第一环形部分的所有叶片的后边缘可与延伸跨过进气口第二环形部分的所有叶片的后边缘相比具有不同的半径。在一些实施例中，延伸跨过进气口一个环形部分的叶片的后边缘可与延伸跨过进气口任意其它环形部分的叶片的后边缘相比具有不同的最小半径。
延伸跨过进气口环形部分的至少大多数的叶片的后边缘具有的半径可大于限定环形部分的隔板的内径。在一些实施例中，延伸跨过环形部分的所有叶片的后边缘具有的半径可大于限定环形部分的隔板的内径。在一些实施例中，每个环形隔板具有的内径可小于环形进气口内任意叶片的前边缘内径。
一种可变几何涡轮机可包括：
涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；
圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；
环形进气口由至少一个环形隔板分隔成轴向相邻的环形部分，环形隔板与第一和第二进气口侧壁轴向间隔开；
进气叶片跨过至少两个所述环形部分轴向延伸，所述环形部分由所述或每个隔板限定，以便将所述环形进气口分隔成至少两个轴向偏离的进气通道；
其中延伸到所述环形部分之一内的至少一个叶片与环形部分的另一个内的至少一个叶片相比具有更大的最大前边缘厚度。
叶片取向成使得流动通过环形进气口的气体朝向涡轮机叶轮的旋转方向偏转。对于本领域技术人员而言众所周知的是叶片具有前边缘和后边缘。前边缘是取向成面对流动通过进气口的入射气体的叶片部分，进而是进入气体首先撞击的叶片部分。后边缘是在流动通过进气口的气体在流动到涡轮机叶轮上之前最后接触的叶片部分。具有增厚前边缘的叶片可有利于适应气体入射角的更大变化而不引起分流和湍流(效率损失)。
应该意识到，具有较厚前边缘的叶片可降低环形进气口的“喉区”，即涡轮机的最大临界流量。因此，在进气口或“喷嘴部段”的每个环形部分内的一个或多个叶片的前边缘的厚度可优化，以适应其在环形进气口和特定应用中的轴向位置。通过示例的方式，在一个优选的实施例中，具有较厚前边缘的叶片设置于更靠近套筒封闭位置的一个或多个环形部分内，即在此(更靠近套筒封闭位置的一个或多个环形部分内)通过进气口的气体流动路径处于最窄处，因为预期在此会存在气体入射角的更大变化。
可以将具有不同前边缘厚度的叶片与具有不同最大周向厚度的叶片结合使用。例如，与存在于同一环形进气口内的其它叶片相比，叶片可具有较厚的前边缘同时还具有更大的最大周向厚度。或者的，通过适当的设计，与存在于同一环形进气口内的其它叶片相比，具有较厚前边缘的叶片可具有较小的最大周向厚度。在环形进气口内提供的叶片前边缘厚度可大体以大体上相同于叶片最大周向厚度的方式进行变化，即两者都可以从第一进气口侧壁到第二进气口侧壁递增，或者叶片的前边缘厚度可独立于叶片跨过环形进气口的最大周向厚度的变化而进行变化，或者尽管叶片具有不同的前边缘厚度，设置于环形进气口内的所有叶片的最大周向厚度可相同。
在一个优选的实施例中，可设置由相对较小数目叶片构成的至少一个叶片环形阵列，其与同一环形进气口内的其它阵列相比配置成限定相对较高的旋涡角，但是其具有相对较“厚”的前边缘，并延伸相对较小的内径，从而提供环绕涡轮机叶轮区域的相对较小的径向间隙。由于这种布置，对于致动器而言，可更易于实现对横截面流通面积进行精确控制，因为它对于给定的套筒运动而言变化很小。旋涡的增加对于相应于相对较小进气口宽度定位的叶片阵列是有利的，上述可提供效率的提高。
进一步提供一种可变几何涡轮机，其包括涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；其中环形进气口被分隔成第一环形进气口部分和轴向偏离于第一环形进气口部分的第二环形进气口部分，进气叶片轴向延伸到第一和第二进气口部分的每一个内，进气叶片限定轴向相邻的进气通道；其中延伸到第一进气口部分内的进气叶片的构造与延伸到第二进气口部分内的进气叶片的构造不同。
进气叶片可具有任何合适的构造，例如可具有类似于已知进气叶片的常规翼型构造，或它们可具有任何其它的构造，选择上述构造以便限定进气通道的特定布置和构造。由于叶片和进气口隔板一起限定进气通道的构造和取向，通过适当地设计单独的喷嘴叶片与进气口隔板相结合可得到各种不同的进气通道构造。此外，可设计成环形进气口的一个环形部分内与另一环形部分内的进气通道相比具有不同的构造，或者在单个的环形部分内具有不同构造的进气通道，或者上述两者。例如，延伸跨过进气口的第一环形部分的叶片可限定与延伸跨过进气口的第二环形部分的叶片不同的旋涡角。
进气叶片可在每个环形部分内设置成环形阵列。两个或多个环形阵列内的叶片可具有不同的前边缘厚度。即在第一环形部分内的叶片阵列采用具有第一前边缘厚度的若干叶片，在轴向偏离于第一环形部分的第二环形部分内的另一叶片阵列采用具有不同的第二前边缘厚度的若干叶片，第一前边缘厚度可大于第二前边缘厚度，或合适时反之亦然。在采用三个或更多环形部分从而存在三个或多个叶片环形阵列的实施例中，叶片的前边缘厚度变化可在相邻的成对环形阵列之间递减，或存在于中间阵列中的叶片具有的前边缘厚度大于或小于在中间阵列任一侧上的叶片阵列中的叶片的前边缘厚度。
每个环形阵列内的叶片可具有相同的径向延伸程度，这样叶片阵列跨过环形进气口的整体宽度大体上连续。或者的，两个或两个以上的环形阵列中的叶片可具有不同的径向延伸程度。例如，跨过不同阵列的所有叶片的前边缘可具有相同的外径，而不同叶片阵列的后边缘的半径可有所不同。在包括三个或更多的轴向间隔开的叶片环形阵列的实施例中，每个叶片环形阵列后边缘的径向位置可从第一个环形阵列到相邻的第二环形阵列而减小，然后从第二环形阵列到相邻的第三叶片环形阵列进一步减小。
每个环形阵列内的叶片数目可有所不同。例如，十五个叶片的环形阵列可包含于作为只有八个叶片的环形阵列的同一喷嘴组件内。其它阵列可具有不同的叶片数目，超过十五个或少于八个，或有时在十五个和八个之间，例如十二个。此外，可以使用具有不同径向延伸程度或不同旋涡角的叶片，例如可以使用向前扫掠过更大程度的一些叶片，从而限定更大的旋涡角。
对于某些发动机应用(诸如像废气再循环，“EGR”)，会希望降低一个或多个进气通道阵列中的涡轮机效率。例如，在某些应用中会希望降低在相对开放的进气口宽度处的效率。这种效率降低例如通过下述实现：减少叶片的径向延伸程度(如上所述)，增加叶片的周向宽度和/或叶片的前边缘厚度，或另外将叶片配置成降低有效的进气面积。
在一些实施例中，相对较小的“分离器叶片”可位于相邻成对的“主”叶片之间。与其它实施例相比，该布置可具有增加叶片总数的效果，但叶片可设置成具有减少的径向延伸程度，以便在叶片和涡轮机叶轮之间存在更大的径向间隙。在一些实施例中，分离器叶片可有利于减少涡轮机叶片导致的振动。
在一些实施例中，叶片在后(尾部)边缘可具有“切断”构造，而不是完整的翼型构造，预期上述可以提供效率降低，但在某些应用中效率降低可能是有用的。此外，障碍物可位于相邻叶片之间，上述会进一步降低效率。
延伸跨过进气口第一环形部分的至少一些叶片的后边缘可与延伸跨过进气口第二环形部分的至少一些叶片的后边缘相比具有不同的半径。在一些实施例中，延伸跨过进气口第一环形部分的所有叶片的后边缘可与延伸跨过进气口第二环形部分的所有叶片的后边缘相比具有不同的半径。在一些实施例中，延伸跨过进气口一个环形部分的叶片的后边缘可与延伸跨过进气口任意其它环形部分的叶片的后边缘相比具有不同的最小半径。
延伸跨过进气口环形部分的至少大多数叶片的后边缘具有的半径可大于限定环形部分的隔板的内径。在一些实施例中，延伸跨过环形部分的所有叶片的后边缘具有的半径可大于限定环形部分的隔板的内径。在一些实施例中，每个环形隔板具有的内径可小于环形进气口内任意叶片的前边缘内径。
一种可变几何涡轮机可包括：
涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；
圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；
环形进气口由至少一个环形隔板分隔成轴向相邻的环形部分，环形隔板与第一和第二进气口侧壁轴向间隔开；
进气叶片轴向延伸跨过至少两个所述环形部分，所述环形部分由所述或每个隔板限定，以便将所述环形进气口分隔成至少两个轴向偏离的进气通道；
其中延伸到所述环形部分之一内的至少一个叶片与环形部分的另一个内的至少一个叶片相比具有更大的最大外径。
叶片取向成使得流动通过环形进气口的气体朝向涡轮机叶轮的旋转方向偏转。
进气叶片可在每个环形部分内设置成环形阵列。延伸跨过进气口第一环形部分的至少一些叶片的前边缘具有的半径不同于延伸跨过进气口第二环形部分的至少一些叶片的前边缘具有的半径。在一些实施例中，延伸跨过第一环形部分的所有叶片的前边缘具有的半径不同于延伸跨过进气口第二环形部分的所有叶片的前边缘具有的半径。在一些实施例中，进气口的一个环形部分与延伸跨过进气口的任意其它环形部分相比，叶片前边缘具有不同的最大半径。
两个或多个环形阵列内的叶片可具有不同的最大外径。即在第一环形部分内的叶片阵列可采用具有第一最大外径的若干叶片，在轴向偏离于第一环形部分的第二环形部分内的另一叶片阵列可采用具有不同的第二最大外径的若干叶片，第一最大外径可大于第二最大外径，或合适时反之亦然。在采用三个或更多环形部分从而存在三个或多个叶片环形阵列的实施例中，叶片的最大外径变化可在相邻的成对环形阵列之间递减，或存在于中间阵列中的叶片具有的最大外径大于或小于在中间阵列任一侧上的叶片阵列中的叶片的最大外径。
与同一进气口内的一个或多个环形阵列相比，一个或多个环形阵列内的叶片可具有不同的径向延伸程度。例如，当在一个所述环形部分内的至少一个叶片具有的最大外径大于在另一环形部分内的至少一个叶片的最大外径时，所述叶片可具有大体上相同的最大内径，这样叶片的后边缘跨过环形进气口的整体宽度大体上连续。在包括三个或更多的轴向间隔开的叶片环形阵列的实施例中，每个叶片环形阵列后边缘的径向位置可从第一个环形阵列到相邻的第二环形阵列而减小，然后从第二环形阵列到相邻的第三叶片环形阵列进一步减小。
还提供一种可变几何涡轮机，其包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；其中环形进气口被分隔成第一环形进气口部分和轴向偏离于第一环形进气口部分的第二环形进气口部分，进气叶片轴向延伸到第一和第二进气口部分的每一个内，进气叶片限定轴向相邻的进气通道；其中延伸到第一进气口部分之内的进气叶片的构造与延伸到第二进气口部分之内的进气叶片的构造不同。
进气叶片可具有任何合适的构造，例如可具有类似于已知进气叶片的常规翼型构造，或它们可具有任何或者的构造，选择上述构造以便限定进气通道的特定布置和构造。由于叶片和进气口隔板一起限定进气通道的构造和取向，通过适当地设计单独的喷嘴叶片与进气口隔板相结合可得到各种不同的进气通道构造。此外，可设计成环形进气口的一个环形部分内与另一环形部分内的进气通道相比具有不同的构造，或者在单个的环形部分内具有不同构造的进气通道，或者上述两者。例如，延伸跨过进气口的第一环形部分的叶片可限定与延伸跨过进气口的第二环形部分的叶片不同的旋涡角。
每个环形阵列内的叶片数目可有所不同。例如，十五个叶片的环形阵列可包含于作为只有八个叶片的环形阵列的同一喷嘴组件内。其它阵列可具有不同的叶片数目，超过十五个或少于八个，或有时在十五个和八个之间，例如十二个。此外，可以使用具有不同径向延伸程度或不同旋涡角的叶片，例如可以使用向前扫掠过更大程度的一些叶片，从而限定更大的旋涡角。
对于某些发动机应用(诸如像废气再循环，“EGR”)，会希望降低一个或多个进气通道阵列中的涡轮机效率。例如，在某些应用中会希望降低在相对开放的进气口宽度处的效率。这种效率降低例如通过下述实现：减少叶片的径向延伸程度(如上所述)，增加叶片的周向宽度，或另外将叶片配置成降低有效的进气面积。
在一些实施例中，相对较小的“分离器叶片”可位于相邻成对的“主”叶片之间。与其它实施例相比，该布置可具有增加叶片总数的效果，但叶片可设置成具有减少的径向延伸程度，以便在叶片和涡轮机叶轮之间存在更大的径向间隙。在一些实施例中，分离器叶片可有利于减少涡轮机叶片导致的振动。
在一些实施例中，叶片在后(尾部)边缘的区域中可具有“切断”构造，而不是完整的翼型构造，预期上述可以提供效率降低，但在某些应用中效率降低可能是有用的。此外，障碍物可位于相邻叶片之间，上述会进一步降低效率。
延伸跨过进气口第一环形部分的至少一些叶片的后边缘可与延伸跨过进气口第二环形部分的至少一些叶片的后边缘相比具有不同的半径。在一些实施例中，延伸跨过进气口第一环形部分的所有叶片的后边缘可与延伸跨过进气口第二环形部分的所有叶片的后边缘相比具有不同的半径。在一些实施例中，延伸跨过进气口一个环形部分的叶片的后边缘可与延伸跨过进气口任意其它环形部分的叶片的后边缘相比具有不同的最小半径。
延伸跨过进气口环形部分的至少大多数叶片的后边缘具有的半径可大于限定环形部分的隔板的内径。在一些实施例中，延伸跨过环形部分的所有叶片的后边缘具有的半径可大于限定环形部分的隔板的内径。在一些实施例中，每个环形隔板具有的内径可小于环形进气口内任意叶片的前边缘内径。
一种可变几何涡轮机可包括：
涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；
圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；
环形进气口被至少一个环形隔板分隔成轴向相邻的环形部分，该环形隔板与第一和第二进气口侧壁轴向间隔开；
进气叶片跨过至少两个所述环形部分轴向延伸，所述环形部分由所述或每个隔板限定，以便将所述环形进气口分隔成至少两个轴向偏离的进气通道；
其中延伸到所述环形部分之一内的至少一个叶片与环形部分的另一个内的至少一个叶片相比具有更大的最大内径且在所述叶片和涡轮机叶轮之间限定更大的径向间隙。
叶片取向成使得流动通过环形进气口的气体朝向涡轮机叶轮的旋转方向偏转。在每个叶片和涡轮机叶轮之间限定径向间隙。
进气叶片可在每个环形部分内设置成环形阵列。延伸跨过进气口第一环形部分的至少一些叶片的后边缘具有的半径不同于延伸跨过进气口第二环形部分的至少一些叶片的后边缘具有的半径。在一些实施例中，延伸跨过第一环形部分的所有叶片的后边缘具有的半径不同于延伸跨过进气口第二环形部分的所有叶片的后边缘具有的半径。在一些实施例中，进气口的一个环形部分与延伸跨过进气口的任意其它环形部分的叶片相比，后边缘具有不同的最大半径。
两个或多个环形阵列内的叶片可具有不同的最大内径且在那些叶片和涡轮机叶轮之间限定相应的不同的径向间隙。即在第一环形部分内的叶片阵列可采用具有第一最大内径的若干叶片，其在叶片和涡轮机叶轮之间限定第一径向间隙；而在轴向偏离于第一环形部分的第二环形部分内的另一叶片阵列可采用具有不同的第二最大内径的若干叶片，其在叶片和涡轮机叶轮之间限定第二径向间隙，第一最大内径可大于第二最大内径以及第一径向间隙可大于第二径向间隙，或合适时反之亦然。在采用三个或更多环形部分从而存在三个或多个叶片环形阵列的实施例中，叶片的最大内径变化和在叶片和涡轮机叶轮之间限定的相应径向间隙的变化可在相邻的成对环形阵列之间递减，或存在于中间阵列中的叶片具有的最大内径以及限定的相应径向间隙可大于或小于在中间阵列任一侧上的叶片阵列的叶片的最大内径以及限定的相应径向间隙。
与同一进气口内的一个或多个环形阵列相比，一个或多个环形阵列内的叶片可具有不同的径向延伸程度。例如，当在一个所述环形部分内的至少一个叶片具有的最大内径大于在另一环形部分内的至少一个叶片的最大内径且在一个所述环形部分内的至少一个叶片在其本身与涡轮机叶轮之间限定的径向间隙大于在另一环形部分内的至少一个叶片在其本身与涡轮机叶轮之间限定的径向间隙时，所述叶片可具有大体上相同的最大外径，这样叶片的前边缘跨过环形进气口的整体宽度大体上连续。在包括三个或更多的轴向间隔开的叶片环形阵列的实施例中，每个叶片环形阵列后边缘的径向位置可从第一个环形阵列到相邻的第二环形阵列而减小，然后从第二环形阵列到相邻的第三叶片环形阵列进一步减小。
一个或多个隔板，一个或多个进气口结构和/或滑动套筒可由陶瓷、金属或金属陶瓷(陶瓷/金属复合材料)材料形成。金属可以是任意的钢，或镍基合金，诸如因科镍合金。任意或所有这些组件可设置有涂层，例如在喷嘴和套筒的滑动界面上可能具有类金刚石碳涂层，阳极氧化涂层，或司太立(tribaloy)涂层或替代的耐磨涂层。空气动力学表面可设有促进光滑度或耐腐蚀的涂层。这种涂层可包括非沉积涂层，诸如等离子电解氧化层或替代的涂层。用于妨碍或阻止不必要的烟尘沉积物积聚的催化剂涂层可设置于涡轮壳体的任何表面上，例如隔板、进气口结构和/或套筒的在操作过程中与废气接触的任何表面。
在某些实施例中，优选的是，可轴向移动的套筒可跨过环形进气口的大体上整个轴向宽度来移动，从而将通过环形进气口的气体流动路径大体上封闭或完全封闭。
在一些实施例中，除了内径大于进气通道的外径的套筒之外，第二套筒可设置于一个或多个环形隔板的内径上或邻近其设置，可设置于一个或多个环形隔板的外径上或邻近其设置，或设置于任何中间直径处。
在一些实施例中，套筒可设置于一个或多个环形隔板的内径上或邻近其设置，可设置于一个或多个环形隔板的外径上或邻近其设置，或设置于任何中间直径处，但是，优选的是，套筒具有的内径大于进气通道的外径。
套筒优选可相对于隔板移动。因此，优选的是，在涡轮机的运行过程中，一个或多个隔板大体上固定到位，这样涡轮机环形进气口轴向宽度上的变化通过套筒的轴向位移而不是通过一个或多个隔板的任何移动来获得。
优选的是，套筒可相对于进气口结构(即在环形进气口内设置的一个或多个叶片和/或任意其它种类的流体引导结构，诸如蜂巢式流体导引装置)移动。因此，在涡轮机的运行过程中，进气口结构优选大体上固定到位，这样涡轮机环形进气口轴向宽度上的变化通过套筒的轴向位移而不是通过进气口结构中的任何移动来获得。
在一些实施例中，可存在单个隔板，以便将环形进气口分隔成两个轴向偏离的进气口部分。或者的，在环形进气口内可设置轴向偏离的两个隔板，从而限定轴向偏离的三个进气口部分。作为另一或者实施例，在环形进气口内可设置轴向偏离的两个或多个隔板，如本发明的第二方面中那样，从而限定轴向偏离的三个或更多的进气口部分。
进一步提供一种可变几何涡轮机，其包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；其中环形进气口被分隔成第一环形进气口部分和轴向偏离于第一环形进气口部分的第二环形进气口部分，进气叶片轴向延伸到第一和第二进气口部分的每一个内，进气叶片限定轴向相邻的进气通道；其中延伸到第一进气口部分之内的进气叶片的构造与延伸到第二进气口部分之内的进气叶片的构造不同。
进气叶片可具有任何合适的构造，例如可具有类似于已知进气叶片的常规翼型构造，或它们可具有任何或者的构造，选择上述构造以便限定进气通道的特定布置和构造。由于叶片和进气口隔板一起限定进气通道的构造和取向，通过适当地设计单独的喷嘴叶片与进气口隔板相结合可得到各种不同的进气通道构造。此外，可设计成环形进气口的一个环形部分内与另一环形部分内的进气通道相比具有不同的构造，或者在单个的环形部分内具有不同构造的进气通道，或者上述两者。例如，延伸跨过进气口的第一环形部分的叶片可限定与延伸跨过进气口的第二环形部分的叶片不同的旋涡角。
每个环形阵列内的叶片数目可有所不同。例如，十五个叶片的环形阵列可包含于作为只有八个叶片的环形阵列的同一喷嘴组件内。其它阵列可具有不同的叶片数目，超过十五个或少于八个，或有时在十五个和八个之间，例如十二个。此外，可以使用具有不同径向延伸程度或不同旋涡角的叶片，例如可以使用向前扫掠过更大程度的一些叶片，从而限定更大的旋涡角。在优选实施例中，叶片或环形阵列叶片的旋涡角大于与其轴向偏离的叶片或环形阵列叶片的旋涡角。
优选的是，与轴向偏离叶片阵列相比的一个叶片阵列的旋涡角大体类似于叶片最大内径以及在叶片和涡轮叶轮之间的间隙的变化，即一个参数的增加通过增加另两个参数来实现。通过示例的方式，其中第一叶片阵列限定第一最大内径，在叶片和涡轮机叶轮之间的第一径向间隙以及第一旋涡角，轴向偏离的第二叶片阵列限定第二最大内径，在叶片和涡轮机叶轮之间的第二径向间隙以及第二旋涡角，其中所述的所有第一参数大于相应的第二参数。在一个优选的实施例中，三个参数从进气口的一侧到相对侧逐步增加，最优选的从进气口的“开放侧”朝向进气口的“封闭侧”递增，开放侧即最靠近最远离套筒封闭位置(在该位置，通过进气口的气体流动路径最窄)的环形部分的那侧，而封闭侧即最靠近套筒封闭位置的环形部分。
延伸跨过进气口第一环形部分的至少一些叶片的前边缘可与延伸跨过进气口第二环形部分的至少一些叶片的前边缘相比具有不同的半径。在一些实施例中，延伸跨过进气口第一环形部分的所有叶片的前边缘可与延伸跨过进气口第二环形部分的所有叶片的前边缘相比具有不同的半径。在一些实施例中，延伸跨过进气口的一个环形部分的叶片的前边缘可与延伸跨过进气口的任意其它环形部分的叶片的前边缘相比具有不同的最小半径。
延伸跨过进气口环形部分的至少大多数叶片的后边缘具有的半径可大于限定环形部分的隔板的内径。在一些实施例中，延伸跨过环形部分的所有叶片的后边缘具有的半径可大于限定环形部分的隔板的内径。在一些实施例中，每个环形隔板具有的内径可小于环形进气口内任意叶片的前边缘内径。
根据本发明的另一方面，提供一种可变几何涡轮机，其包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；其中环形进气口被分隔成第一环形进气口部分和轴向偏离于第一环形进气口部分的第二环形进气口部分，进气叶片轴向延伸到第一和第二进气口部分的每一个内，进气叶片限定轴向相邻的进气通道；其中延伸到第一进气口部分之内的进气叶片的构造与延伸到第二进气口部分之内的进气叶片的构造不同。
应该意识到轴向偏离的进气通道包括具有不同轴向位置的进气通道，和/或具有不同轴向延伸程度的进气通道。轴向偏离的进气通道可间隔开、相邻或轴向重叠。
第一和第二进气口部分可彼此相邻。
延伸到第一进气口部分的进气叶片的构造可与延伸到第二进气口部分的进气叶片的构造的不同之处在于延伸到第一进气口部分的进气叶片的数目可与延伸到第二进气口部分的进气叶片的数目不同。
应该意识到本发明的任意一个或多个上述方面的特征及其任选特征可以任何希望的布置一起组合到可变几何涡轮机内，当然对于本领域技术人员而言受到的技术限制是显然的。
一个或多个隔板，一个或多个叶片和/或滑动套筒可由陶瓷、金属或金属陶瓷(陶瓷/金属复合材料)材料形成。金属可以是任意的钢，或镍基合金，诸如因科镍合金。任意或所有这些组件可设置有涂层，例如在喷嘴和套筒的滑动界面上可能具有类金刚石碳涂层，阳极氧化涂层，或司太立(tribaloy)涂层或替代的耐磨涂层。空气动力学表面可设有促进光滑度或耐腐蚀的涂层。这种涂层可包括非沉积涂层，诸如等离子电解氧化层或替代的涂层。
应该意识到，废气大体从周围蜗壳或腔室流向环形进气口。因此环形进气口限定在蜗壳的下游，其中蜗壳的下游端终止于环形进气口的上游端。因此，蜗壳将气体传送到环形进气口，而本发明的一个或多个进气通道接收来自蜗壳的气体。在一些实施例中，限定环形进气口的第一和第二进气口侧壁为限定蜗壳的连续的壁。环形进气口可由位于环形进气口内的一个或多个隔板分隔成至少两个轴向偏离的进气通道，因此上述进气通道位于蜗壳下游。
已经在附图中利用单个流体蜗壳对本发明的涡轮机进行了说明，但它也适用于轴向分隔开的壳体，由此来自发动机的一个或多个汽缸的气体被导引到被分隔开的蜗壳之一内，而来自一个或多个其它汽缸的气体被导引到不同的蜗壳内。还可能将涡轮壳体沿周向分隔开以便提供多个周向分隔开的蜗壳，或甚至将涡轮壳体在周向和轴向分隔开。但是应该意识到，应将轴向或周向分隔开的蜗壳与存在于本发明涡轮机中的多个进气通道相区分开。例如，进气通道涉及到喷嘴结构，其布置成使得从蜗壳接收的废气加速流向涡轮机，并且当其加速时任选地调整或控制气体的旋涡角。形成本发明一部分的多个进气通道可进一步与分隔开的蜗壳布置相区分，因为进气通道接收来自蜗壳(或分隔开的蜗壳)的气体，且将气体分隔成引导到涡轮机上的路径阵列，分隔开的蜗壳接收来自排气歧管的气体以便保持由单独的发动机汽缸打开事件导致的气体脉冲的气流速
应该意识到轴向偏离的进气通道包括具有不同轴向位置的进气通道，和/或具有不同轴向延伸程度的进气通道。轴向偏离的进气通道可间隔开、相邻或轴向重叠。
一种可变几何涡轮机可包括：
涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；
圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；
环形进气口由至少一个环形隔板分隔成轴向相邻的环形部分，所述环形隔板与第一和第二进气口侧壁轴向间隔开；
进气口结构轴向延伸跨过所述至少两个环形部分，所述环形部分由所述或每个隔板限定，以便将所述环形进气口分隔成至少两个轴向偏离的进气通道；
形成喷嘴组件一部分的一个或多个隔板和进气口结构位于所述环形进气口内；
其中喷嘴组件的第一和第二部件限定互补的特征，上述互补特征协作以便将所述第一和第二部件连接到一起。
在每个环形部分内轴向延伸的结构可能是叶片、多孔结构的轴向延伸部分(诸如具有蜂窝状内部结构的材料)，或两者。上述结构使得流动通过环形进气口的气体朝向涡轮的旋转方向偏转。气体沿着在相邻结构和相邻的隔板或侧壁之间限定的进气通道偏转。
喷嘴组件采用位于环形进气口内的一个或多个隔板和轴向延伸的进气口结构。承载互补特征的第一和第二部件均可为隔板或部分隔板，其均可为进气口结构或进气口结构的子部分，或上述两者的组合。举例来说，隔板可采用凹穴或凹进处，上述凹穴或凹进处与进气口结构(诸如叶片)上的突起互补。由隔板上的凹穴接纳叶片上的突起且相配合使得这两个部件即叶片和隔板连接到一起。在另一实例中，第一和第二部件可能是隔板部分，上述隔板部分需要组装在一起来限定最终的隔板部分以便位于环形进气口内。上述两个隔板部分每一可采用具有倒置部分的突起，上述两个隔板部分彼此互为镜像，且因此可以通过两个突起的协作而组装在一起。隔板部分可以是部分或完整的环形构件，上述构件当组装到一起时是轴向相邻的，或者上述构件可以是环形隔板的一部分，所述隔板部分沿着径向边缘或邻近径向边缘连接到一起。
在优选的实施例中，喷嘴组件采用跨过涡轮机环形进气口轴向间隔开的三个或四个隔板。上述隔板可被视为是被轴向“堆叠”到彼此之上。由相邻隔板构成的每对隔板设有一对互补特征，上述特征可协作以便将隔板相对于彼此正确对准。以该方式，三个或四个隔板的堆叠在被放入环形进气口内之前可正确组装以及对准，或者当每个隔板独立安装于环形进气口内时可将上述隔板对准。
互补特征之一可以是通过冲压或任何其它适当手段形成于相关部件结构内的凹穴或凹进处。诸如突起的互补特征也可通过冲压或其它适当方法来形成。当喷嘴组件的部件诸如叶片和其相应的隔板需要连接到一起以便定位成轴向彼此相邻时，那么对于互补特征而言优选的是轴向延伸。当上述部件诸如环形隔板部分旨在相对于彼此周向定位时，那么对于互补特征而言优选的是周向延伸且任选地至少部分在径向方向和/或轴向方向上延伸。
喷嘴组件可包括由第一和第二部件构成的若干对，和/或喷嘴组件可包括由互补特征构成的若干对。所述成对的互补特征可以任何布置来提供，但是优选的布置具有设置于一个或多个环形阵列内的互补特征。在该优选布置中，设置于所述环形阵列内或设置于至少一个所述环形阵列内的成对互补特征优选等角度间隔开。
喷嘴可设置成便于定位于可变几何涡轮机的环形进气口内，喷嘴包括至少一个隔板和进气口结构；喷嘴的第一和第二部件限定互补特征；其中所述第一和第二部件限定互补特征，上述互补特征协作以便将所述第一和第二部件连接到一起。
可提供用于组装喷嘴以便将其定位于可变几何涡轮机的环形进气口内的一种方法，喷嘴包括至少一个隔板和进气口结构；喷嘴的第一和第二部件限定互补特征；其中所述方法包括组装所述第一和第二部件以便使得所述互补特征协作从而将所述第一和第二部件连接到一起。
可提供用于组装可变几何涡轮机的一种方法，所述涡轮机包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；环形进气口由与第一和第二进气口侧壁轴向间隔开的至少一个环形隔板分隔成轴向相邻的环形部分；进气口结构轴向延伸跨过所述至少两个环形部分，所述环形部分由所述或每个隔板限定，以便将所述环形进气口分隔成至少两个轴向偏离的进气通道；形成喷嘴组件一部分的一个或多个隔板和进气口结构位于所述环形进气口内；喷嘴组件的第一和第二部件限定互补特征；其中所述方法包括组装所述第一和第二部件以便使得所述互补特征协作从而将所述第一和第二部件连接到一起。
优选的，上述限定的第二、第三和/或第四方面的可变几何涡轮机均根据本发明的第一方面。
应该意识到，通过以上述常规方式合适利用协作特征，与其中不采用协作特征的类似组件相比，可降低制备喷嘴组件以及因此制备涡轮机的成本和复杂性。
协作特征以可释放或不可释放的方式固定到一起。例如，上述特征可以锁定或旋拧到一起，或它们可钎焊到一起。没有必要必须使用上述特征来将其相应部件固定到一起，在组装过程中可仅仅用上述特征来将上述两个部件自对准，从而确保将两个部件固定到一起时，上述两个部件处于正确的相对取向。
一种可变几何涡轮机可包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；环形进气口由与第一和第二进气口侧壁轴向间隔开的至少一个环形隔板分隔成轴向相邻的环形部分；进气口结构轴向延伸跨过所述至少两个环形部分，所述环形部分由所述或每个隔板限定，以便将所述环形进气口分隔成至少两个轴向偏离的进气通道；形成喷嘴组件一部分的一个或多个隔板和进气口结构位于所述环形进气口内；其中所述喷嘴组件包括至少两个第一种类型的模块化部件。
参考术语“模块化部件”旨在指代具有特定设计的使其可以模块化方式使用的部件，该部件与一个或多个另外的具有相同设计的模块化部件相结合以构建包括多个所述模块化部件的组件。以该方式，具有一系列不同构造的喷嘴组件可由相对较少的元件制备，从而降低了制造成本和复杂性。应该意识到参考术语“模块化部件的类型”旨在意味着喷嘴组件中的至少两个模块化部件的尺寸和形状大体上相同(即在制造公差内)，且因此是“模块化部件”。
模块化部件以可释放或不可释放的方式固定到一起。例如，上述部件可以锁定或旋拧到一起，或它们可钎焊到一起。没有必要必须使用上述部件来将其彼此直接连接，可在模块化部件之间提供任意数目的中间部件以便形成最终的喷嘴组件。
本发明的另一个方面提供用于将其定位于可变几何涡轮机环形进气口内的喷嘴，喷嘴包括至少一个隔板和进气口结构；其中喷嘴包括第一种类型的至少两个模块化部件。
本发明的另一个方面提供用于组装喷嘴以便将其定位于可变几何涡轮机的环形进气口内的一种方法，喷嘴包括包括第一种类型的至少两个模块化部件；其中所述方法包括将所述第一种类型的至少两个模块化部件进行组装。
此外本发明的另一方面提供用于组装根据本发明第五方面的可变几何涡轮机的一种方法，其中所述方法包括将所述第一种类型的至少两个模块化部件进行组装。
应该意识到，根据本发明第五方面的可变几何涡轮机的任意一个或多个特征可与根据本发明第一方面的可变几何涡轮机的任意一个或多个特征相结合。
一个或多个隔板，一个或多个进气口结构和/或滑动套筒可由陶瓷、金属或金属陶瓷(陶瓷/金属复合材料)材料形成。金属可以是任意的钢，或镍基合金，诸如因科镍合金。任意或所有这些组件可设置有涂层，例如在喷嘴和套筒的滑动界面上可能具有类金刚石碳涂层，阳极氧化涂层，或司太立(tribaloy)涂层或替代的耐磨涂层。空气动力学表面可设有促进光滑度或耐腐蚀的涂层。这种涂层可包括非沉积涂层，诸如等离子电解氧化层或替代的涂层。
环形进气口的“喉区”可被认为是涡轮机的气体的最大“临界流量”。通过利用隔板将环形进气口分隔成两个或多个环形部分，每个环形部分的喉区可由每个环形部分内的进气口结构的布置和每个环形部分的轴向宽度来独立限定。以这种方式，环形进气口的喉区可在第一和第二进气口侧壁之间变化。优选的，与更靠近第一进气口侧壁相比，通过环形进气口的气体流动路径在更靠近第一进气口侧壁处更受限，在更靠近第一进气口侧壁之处通过进气口的气体流动路径是最窄的或大体上封闭的。受限程度的变化可跨过环形进气口的轴向宽度渐变，或者不连续变化，其中中间环形部分比相邻环形部分的受限程度小，只要通过更靠近第二进气口侧壁的进气通道的气体流动路径比通过更远离第二进气口侧壁的进气通道的气体流动路径受限程度更大即可。在优选实施例中，具有垂直于气流方面的最小总横截面积的涡轮机内的进气通道设置在最靠近第二进气口侧壁的环形部分内，在此通过进气口的气体流动路径最窄或大体上封闭。
轴向延伸的进气口结构优选在每个环形部分内设置成环形阵列。在优选的实施例中，一些或所有进气口结构为叶片。进气叶片可具有任何合适的构造，或例如可具有类似于已知进气叶片的常规翼型构造，或它们可具有任意替代构造，选择上述构造来限定进气通道的特定布置和构造。由于叶片和进气口隔板一起限定进气通道的构造和取向，通过独立喷嘴叶片的特定设计与进气口隔板相结合可获得各种不同的进气通道构造。
可以多种方式实现对通过由进气口结构(例如叶片)布置而成的环形进气口的气体流动路径的受限(收缩)程度进行控制。例如，一个环形部分内的一个或多个叶片，或全部叶片可具有与其它环形部分的叶片相比的增厚的前边缘，更大的周向厚度，或两者。在优选实施例中，具有更厚前边缘的叶片设置于更靠近第二进气口侧壁的一个或多个环形部分内，即套筒的封闭位置，在此通过进气口的气体流动路径处于其最窄的封闭状态，因为此处是预期气体入射角存在更大变化的区域。根据另一实例，一个环形部分内设置的叶片数目比另一环形部分内设置的叶片数目多。例如，十五个叶片的环形阵列可包含于作为只有八个叶片的环形阵列的同一喷嘴组件内。其它阵列可具有不同的叶片数目，超过十五个或少于八个，或有时在十五个和八个之间，例如十二个。在另一实例中，一个环形部分内的叶片旋涡角可大于在另一个环形部分内的叶片旋涡角。此外，一个环形部分内与另一个环形部分内的叶片相比，其径向延伸程度，最大外径和/或最大内径可不同，以便提供在两个环形部分内的不同收缩程度。应该意识到可以采用叶片结构、布置或取向中的任意一个或多个上述变型以便实现在跨过环形进气口轴向宽度的喉区中所期望的变化。
对于某些发动机应用(诸如像废气再循环，“EGR”)，会希望降低一个或多个进气通道阵列中的涡轮机效率。例如，在某些应用中会希望降低在相对开放的进气口宽度处的效率。这种效率降低例如通过下述实现：减少叶片的径向延伸程度(如上所述)，增加叶片的周向宽度，或另外将叶片配置成降低有效的进气面积，即环形进气口的喉区。
在一些实施例中，相对较小的“分离器叶片”可位于相邻成对的“主”叶片之间。与其它实施例相比，该布置可具有增加叶片总数的效果，但叶片可设置成具有减少的径向延伸程度，以便在叶片和涡轮机叶轮之间存在更大的径向间隙。在一些实施例中，分离器叶片可有利于减少涡轮机叶片导致的振动。
在一些实施例中，叶片在后(尾部)边缘可具有“切断”构造，而不是完整的翼型构造，预期上述可以提供效率降低，但在某些应用中效率降低可能是有用的。此外，障碍物可位于相邻叶片之间，上述会进一步降低效率。
在某些实施例中，优选的是，可轴向移动的套筒可跨过环形进气口的大体上整个轴向宽度来移动，从而将通过环形进气口的气体流动路径大体上封闭或完全封闭。
虽然套筒可设置于一个或多个环形隔板的内径上或邻近其设置，可设置于一个或多个环形隔板的一个或多个外径上或邻近其设置，或设置于任何中间直径处，但是，优选的是，套筒刚好设置在一个或多个环形隔板外径的径向外侧，这样在轴向移动以便改变环形进气口宽度的过程中，其接触或刚离开一个或多个环形隔板的径向最外部表面。
套筒优选可相对于一个或多个隔板移动。因此，优选的是，在涡轮机的运行过程中，一个或多个隔板大体上固定到位，这样涡轮机环形进气口轴向宽度上的变化通过套筒的轴向位移而不是通过一个或多个隔板的任何移动来获得。
优选的是，套筒可相对于进气口结构(即在环形进气口内设置的一个或多个叶片和/或任意其它种类的流体引导结构，诸如蜂巢式流体导引装置)移动。因此，在涡轮机的运行过程中，进气口结构优选大体上固定到位，这样涡轮机环形进气口轴向宽度上的变化通过套筒的轴向位移而不是通过进气口结构中的任何移动来获得。
在一些实施例中，可存在单个隔板，以便将环形进气口分隔成两个轴向偏离的进气口部分。或者，在环形进气口内可设置轴向偏离的两个隔板，从而限定轴向偏离的三个进气口部分。作为另一或者实施例，在环形进气口内可设置轴向偏离的两个或多个隔板，从而限定轴向偏离的三个或更多的进气口部分
应该意识到，废气大体可经由周围蜗壳或腔室流向环形进气口，因此环形进气口限定在蜗壳下游，蜗壳的下游端终止于环形进气口的上游端。由此，蜗壳将气体传送到环形进气口，而本发明的进气通道接收来自蜗壳的气体。在一些实施例中，限定环形进气口的第一和第二侧壁是限定涡轮的延续的壁。环形进气口可由位于环形进气口内的一个或多个隔板分隔成至少两个轴向偏离的进气通道，因此上述进气通道位于蜗壳下游。
已经在附图中利用单个流体蜗壳对本发明的涡轮机进行了说明，但它也适用于轴向分隔开的壳体，由此来自发动机的一个或多个汽缸的气体被导引到被分隔开的蜗壳之一内，而来自一个或多个其它汽缸的气体被导引到不同的蜗壳内。还可能将涡轮壳体沿周向分隔开以便提供多个周向分隔开的蜗壳，或甚至将涡轮壳体在周向和轴向分隔开。但是应该意识到，应将轴向或周向分隔开的蜗壳与存在于本发明涡轮机中的多个进气通道相区分开。例如，进气通道涉及到喷嘴结构，其布置成使得从蜗壳接收的废气加速流向涡轮机，并且当其加速时任选地调整或控制气体的旋涡角。形成本发明一部分的多个进气通道可进一步与分隔开的蜗壳布置相区分，因为进气通道接收来自蜗壳(或分隔开的蜗壳)的气体，且将气体分隔成引导到涡轮机上的路径阵列，分隔开的蜗壳接收来自排气歧管的气体以便保持由单独的发动机汽缸打开事件导致的气体脉冲的气流速度。
应该意识到轴向偏离的进气通道包括具有不同轴向位置的进气通道，和/或具有不同轴向延伸程度的进气通道。轴向偏离的进气通道可间隔开、相邻或轴向重叠。
可变几何涡轮机可包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口，环形进气口被分隔成至少两个轴向偏离的进气口部分；圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；以及用于导引圆柱形套筒移动的导向器，所述导向器在进气口部分的径向延伸部分处至少部分位于进气口内，且在平行于涡轮机轴线的轴向方向上延伸。
导向器包括一个或多个细长构件(例如杆或轨道)。
如果套筒具有的内径大于进气口部分的外径，那么一个或多个细长构件可位于进气口部分的外侧径向延伸部分处。
如果套筒具有的外径大于进气口部分的内径，那么一个或多个细长构件可位于进气口部分的内侧径向延伸部分处。
可变几何涡轮机可进一步包括：位于一个或两个进气口部分内的一个或多个叶片，所述一个或多个叶片将进气口部分分隔成至少两个进气口通道，以及其中导向器可包括：一个或多个叶片的一个或多个边缘。
如果套筒具有的内径大于进气口部分的外径，那么一个或多个边缘可以是前边缘，或可以是一个或多个叶片的前边缘。
如果套筒具有的外径大于进气口部分的内径，那么一个或多个边缘可以是后边缘，或可以是一个或多个叶片的后边缘。
可变几何涡轮机可包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转；壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口，环形进气口由隔板分隔成至少两个轴向偏离的进气口部分，进气口部分由叶片分隔成至少两个进气通道；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；其中隔板的末端部分、叶片的末端部分和/或套筒的前端部分的一个或多个部分设有倾斜表面，以便于套筒移动跨过隔板和/或叶片。
套筒的内径可大于进气口部分的外径，以及其中隔板的径向外侧部分、叶片的径向外侧部分和/或套筒的前端的径向内侧部分的一个或多个部分设有倾斜表面，以便于套筒移动跨过隔板和/或叶片。
叶片的径向延伸程度可大于隔板的径向延伸程度，以及至少叶片可设有倾斜表面。
叶片的径向延伸程度可大于隔板的径向延伸程度，以及套筒的前端部可设有绕套筒周边分布的一个或多个离散(即，不沿着套筒的整个周边延伸)的倾斜表面，其位置(一个或多个)与叶片的位置重合。
隔板的径向延伸程度可大于叶片的径向延伸程度，以及至少隔板可设有倾斜表面。
倾斜的表面可以是一个或多个斜角，倒角和/或圆形边缘。
可变几何涡轮机可包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转；壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口，环形进气口被分隔成至少两个轴向偏离的进气口部分；圆柱形套筒结构，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；以及其中圆柱形套筒结构延伸跨过进气口的整个宽度，这样套筒结构的第一端在第一进气口侧壁或限定该侧壁的主体内支撑或由第一进气口侧壁或限定该侧壁的主体支撑，以及套筒结构的第二相对端在第二进气口侧壁或限定该侧壁的主体内支撑或由第二进气口侧壁或限定该侧壁的主体支撑；以及其中套筒结构包括位于进气口内的一个或多个开孔，以便在套筒结构移动的过程中改变通过进气口的气体流动路径的尺寸。
套筒结构可包括设有一个或多个开孔的套筒。
套筒结构可包括套筒部段和一个或多个支撑支柱。
套筒结构可包括第一套筒部段，第二套筒部段，第一和第二套筒部段由一个或多个支撑支柱结合和轴向分隔开。
一个或多个支撑支柱可附接到套筒部段，和/或第一套筒部段，和/或第二套筒部段。
一个或多个支撑支柱可集成到套筒部段，和/或第一套筒部段，和/或第二套筒部段(例如，与上述部段整体形成)。
一个或多个支撑支柱可与设置于一个或两个进气口部分内的叶片前边缘或后边缘对准。一个或多个开孔可与在第一或多个进气口部分内限定(由叶片或其它结构限定)的一个或多个进气通道对准。
可变几何涡轮机可包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口，环形进气口被分隔成至少两个轴向偏离的进气口部分；套筒组件，其包括套筒，所述套筒可在平行于涡轮轴的方向上移动且移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；以及用于使得套筒移动的致动器；其中在套筒组件中存在螺旋接口，该螺旋接口设置成在使用过程中导致套筒组件部分的螺旋移动。
致动器或其部分可形成套筒本身的一部分，或设置在套筒本身之上或之内。
套筒可包括螺旋接口，以及套筒设置成螺旋移动。
致动器可包括可旋转的轴环，其环绕着套筒或其由套筒环绕，可旋转的轴环可在轴向方向上固定在位，且可旋转以便使得套筒螺旋移动。
致动器的至少一部分包括螺旋接口，以及套筒可设置成轴向和/或螺旋移动。
套筒可包括螺旋槽或狭缝，以及致动器可包括：可旋转的轴环，其环绕着套筒或其由套筒环绕，可旋转的轴环在轴向方向上固定在位，以及可旋转的轴环设有螺旋槽或狭缝；以及可螺旋或轴向移动的环形套管位于套筒和可旋转的轴环之间内，环形套管罩盖(容纳)一个或多个轴承，所述轴承设置成坐落于可旋转轴环的螺旋槽或狭缝内以及设置成坐落于套筒内所设置的螺旋槽或狭缝内，套筒的螺旋槽或狭缝以及可旋转轴环的螺旋槽或狭缝具有不同的手侧(左右侧)。
套筒可包括螺旋槽或狭缝，以及致动器可包括：轴环，其环绕着套筒或其由套筒环绕，轴环固定在位，以及轴环设有螺旋槽或狭缝；以及可螺旋移动的环形套管位于套筒和轴环之间内，环形套管罩盖(容纳)一个或多个轴承，所述轴承设置成坐落于可旋转轴环的螺旋槽或狭缝内以及设置成坐落于套筒内所设置的螺旋槽或狭缝内，套筒的螺旋槽或狭缝以及轴环的螺旋槽或狭缝具有相同的手侧(左右侧)。
一个或多个轴环、可旋转的轴环和/或套筒可设有多个螺旋槽或狭缝，上述螺旋槽或狭缝围绕相应的轴环、可旋转的轴环和/或套筒设置。
套筒组件可进一步包括用于导引或驱动套筒以轴向和/或螺旋方式移动的导向器或驱动器。
根据本发明的一方面，提供可变几何涡轮机，其包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸，其中环形进气口由设置于第一和第二进气口侧壁之间的两个或多个进气口通道壁分隔成轴向偏离的至少三个进气通道。
应该意识到轴向偏离的进气通道包括具有不同轴向位置的进气通道，和/或具有不同轴向延伸程度的进气通道。轴向偏离的进气通道可间隔开、相邻或轴向重叠。
进气通道壁可为轴向间隔开的环形隔板，上述隔板将环形进气口分隔成轴向相邻的环形部分。
隔板的数目可为2，3，4，5或6中之一。
可变几何涡轮机可进一步包括进气叶片，其轴向延伸跨过至少两个所述轴向相邻的环形部分；其中圆柱形套筒可轴向移动跨过环形进气口以改变通过在套筒自由端和第一进气口侧壁之间的进气口的气体流动路径的尺寸；以及其中延伸跨过进气口第一环形部分的进气叶片的轴向宽度小于延伸跨过进气口第二环形部分的进气叶片的轴向宽度，更靠近第一进气口侧壁的第一环形部分比第二环形部分更靠近第一进气口侧壁。
两个或多个进气通道壁可限定大体朝向涡轮机叶轮延伸的大体上管形进气通道的环形阵列，其中进气通道的环形阵列包括轴向偏离的至少三个进气通道。
套筒可在开放位置和封闭位置之间移动，在开放位置存在通过在套筒自由端和第一进气口侧壁之间的进气口的气体流动路径，通过所述轴向偏离的至少三个进气通道的至少之一的气体流动路径，而在封闭位置，通过在套筒自由端和第一进气口侧壁之间的进气口的所述气体流动路径的尺寸与套筒处于开放位置时相比减小，以及当套筒在从开放位置朝向封闭位置移动时，套筒在朝向所述第一进气口侧壁的方向上移动。
当套筒处于封闭位置时，在套筒的至少一部分自由端和第一进气口侧壁之间的轴向间距可小于在两个或多个进气通道壁的至少两个进气通道壁和第一进气口侧壁之间的每一相应轴向间距。
当套筒处于封闭位置时，在套筒所有自由端和第一进气口侧壁之间的轴向间距可小于在两个或多个进气通道壁的至少两个进气通道壁和第一进气口侧壁之间的每一相应轴向间距。
当套筒处于封闭位置时，在套筒的至少一部分自由端和第一进气口侧壁之间的轴向间距可小于在两个或多个进气通道壁的每一进气通道壁和第一进气口侧壁之间的每一相应轴向间距。
当套筒处于封闭位置时，在套筒所有自由端和第一进气口侧壁之间的轴向间距可小于在两个或多个进气通道壁的每一进气通道壁和第一进气口侧壁之间的每一相应轴向间距。
当套筒处于封闭位置时，在套筒的至少一部分自由端和第一进气口侧壁之间的轴向间距可小于在两个或多个进气通道壁的一个进气通道壁和第一进气口侧壁之间的轴向间距，以及其中两个或多个进气通道壁的所述一个进气通道壁定位成似的在两个或多个进气通道壁的所述一个进气通道壁和第一进气通道壁之间的轴向距离小于或等于第一和第二进气口侧壁之间的轴向间距的大约50％。
当套筒处于封闭位置时，在套筒的至少一部分自由端和第一进气口侧壁之间的轴向间距可小于在两个或多个进气通道壁的一个进气通道壁和第一进气口侧壁之间的轴向间距，以及当套筒处于封闭位置时，所述套筒大体上不接触两个或多个进气通道壁的所述一个进气通道壁。
当套筒处于封闭位置时，在套筒的至少一部分自由端和第一进气口侧壁之间的轴向间距可小于在两个或多个进气通道壁的一个进气通道壁和第一进气口侧壁之间的轴向间距，以及其中套筒安装成当套筒处于封闭位置时使得气体可在两个或多个进气通道壁的所述一个进气通道壁和套筒之间通过，之后通过进气口。
套筒可安装成当套筒处于封闭位置时，套筒大体上不接触两个或多个进气通道壁的任意一个。
所述轴向偏离的第一进气通道的轴向尺寸可小于所述轴向偏离的第二进气通道的轴向尺寸，以及所述轴向偏离的第一进气通道比所述轴向偏离的第二进气通道更靠近第一进气口侧壁定位。
一种可变几何涡轮机可包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口，环形进气口被分隔成轴向偏离的至少两个进气口部分；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸，其中套筒前端部的轴向延伸程度(部分)在幅度上沿着套筒周边(周长)变化。轴向延伸程度的变化限定沿着套筒前端部周边定位的若干凹进处和/或突起。套筒或其轴向延伸部分没有叶片。
轴向延伸部分在幅度变化上的最大值可大体上等于：进气口部分的轴向宽度；或进气口部分的轴向宽度加上分隔进气口的隔板的轴向宽度；或通过进气口部分的进气通道的轴向宽度。
轴向延伸部分(程度)的变化使得由套筒前端中的凹进处或在套筒前端的突起之间限定的面积(区域)大体上等于进气口部分的开口面积或通过形成于那些进气口部分内的进气通道的开口面积(区域)。
进气口部分可包括将进气口部分分隔成一个或多个进气通道的一个或多个叶片或其它结构，其中轴向延伸部分在周向方向上的幅度变化与一个或多个叶片或其它结构的位置或在一个或多个叶片或其它结构之间的间距同步。
套筒在径向方向上的厚度可小于环形进气口的轴向宽度，或小于形成于该进气口部分中的进气口部分或进气通道的轴向宽度。
套筒内径可大于进气口部分的外径或外部径向延伸程度。
套筒前端的轴向延伸程度可以下述方式变化：蜂窝方式，和/或波状方式。上述变化可能是周期性的。
根据本发明的一方面，提供可变几何涡轮机，其包括：涡轮机叶轮，其安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及圆柱形套筒，其可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；
其中环形进气口分隔成轴向重叠的至少两个轴向偏离的进气通道。
应该意识到轴向偏离的进气通道包括具有不同轴向位置的进气通道，和/或具有不同轴向延伸程度的进气通道。轴向偏离的进气通道可间隔开、相邻或轴向重叠。
环形进气口可分隔成大体朝向涡轮机叶轮延伸的大体上管形进气通道的环形阵列，其中进气通道的环形阵列包括至少三个轴向偏离的进气通道，上述进气通道轴向重叠。
轴向重叠的至少两个所述轴向偏离的进气通道可在周向上重叠。
大体上管形的进气通道可具有大致菱形或大致六角形截面。
进气口可由进气通道壁分隔成所述进气通道，所述进气通道壁由若干大体为环形的非平坦隔板限定。
隔板可是周向上成波状的大体环形的环。
隔板可具有大致为双曲抛物线表面。
进气通道的环形阵列可由若干离散的周向相邻的部段构成。
当合适的时候，任意一个或多个上述方面、任意一个或多个实施例或其特征可与其它方面、实施例或其特征相结合。
附图说明
现在将参照附图对本发明的具体实施例进行描述。
图1是通过包括可变几何涡轮机的已知涡轮增压器的轴向横截面。
图2是示意示出沿着图1所示涡轮机的环形进气口一部分周边的径向视图。
图3是通过包括根据本发明实施例的可变几何涡轮机的涡轮增压器一部分的轴向横截面。
图4a和4b示出图3所示涡轮机的喷嘴组件的细节。
图5是示意示出沿着图4a和4b所示喷嘴组件的环形进气口一部分周边的径向视图。
图6是示出图5的示意视图变化以便示出形成图4a和4b所示喷嘴组件一部分的套筒的示意图。
图7a到7g是通过根据本发明或者实施例的可变几何涡轮机一部分的轴向横截面。
图8a-8c示意示出本发明的另外实施例。
图9a-9c示意示出本发明的另外实施例。
图10a至10e示意示出本发明另外实施例的组成部分。
图11a至11e示意示出本发明另外实施例的组成部分。
图12a至12e示意示出本发明另外实施例的组成部分。
图13a至图13f、14a至14d、16a至16d以及图17至22的每幅图是示意示出根据本发明各个实施例的沿相应进气口结构的周向部分的径向视图。
图23至24是示意示出本发明实施例的轴向横截面。
图26是示意示出根据本发明实施例的沿环形进气口结构的周向部分的径向视图。
图27a到27b示出根据本发明实施例的涡轮机和喷嘴组件的部分。
图28和图29的每幅图是示意示出根据本发明相应实施例的沿环形进气口结构的周向部分的径向视图。
图30a和30b示出本发明实施例的变型。
图32a至32b是通过根据本发明另一实施例的涡轮机一部分的轴向横截面。
图33a至33b是通过根据本发明另一实施例的涡轮机一部分的轴向横截面。
图34a至34c示出根据本发明实施例的进气套筒的细节。
图35a和35b示意示出本发明的可能变型实施例的细节。
图36是通过传统涡轮增压器的轴向横截面。
图37是通过根据本发明实施例的涡轮机蜗壳及涡轮机环形进气口的轴向横截面。
图38和图39示出根据本发明实施例的适于图37所示涡轮机的套筒构造。
图40是根据本发明另一实施例的适用于图37所示涡轮机的套筒的端视图。
图41a-41f是根据本发明其它实施例的适用于图37所示涡轮机的套筒的端视图。
图42示出根据本发明实施例的适用于控制通过进气口的气体流动路径的套筒部段。
图43示出根据本发明另一实施例的适用于控制通过进气口的气体流动路径的套筒部段。
图44示出根据本发明另一实施例的适用于控制通过进气口的气体流动路径的套筒部段。
图45是通过根据本发明实施例的涡轮机蜗壳及涡轮机环形进气口的轴向横截面。
图46是通过根据本发明第一实施例的涡轮机蜗壳及涡轮机环形进气口的轴向横截面。
图47是通过根据本发明第二实施例的涡轮机蜗壳及涡轮机环形进气口的轴向横截面。
图48示出本发明另一实施例的示意性视图。
图49是通过根据本发明实施例的涡轮机蜗壳及涡轮机环形进气口的轴向横截面。
图50是通过根据本发明另一实施例的涡轮机蜗壳及涡轮机环形进气口的轴向横截面。
图51是通过根据本发明另一实施例的涡轮机蜗壳及涡轮机环形进气口的轴向横截面。
图52是通过仍然根据本发明另一实施例的涡轮机蜗壳及涡轮机环形进气口的轴向横截面。
图53是通过仍然根据本发明另一实施例的涡轮机蜗壳及涡轮机环形进气口的轴向横截面。
图54是形成根据图49所示涡轮机一部分的喷嘴结构部分的组成部分(组件)的透视图，喷嘴结构由进气口侧壁、隔板，叶片和轴向可滑动套筒组成。
图55是示出形成根据图50所示实施例的涡轮机一部分的喷嘴结构一部段的组件的视图，该喷嘴结构由进气口侧壁、隔板、叶片和可轴向滑动的套筒组成-(A)喷嘴结构所述部段的透视图；(B)示出三个叶片阵列及其相应侧壁或隔板的径向横截面视图；以及(C)示出在三个所述叶片阵列每一个叶片阵列内的叶片的细节视图。
图56是示出形成根据图51所示实施例的涡轮机一部分的喷嘴结构一部段的组件的视图，该喷嘴结构由进气口侧壁、隔板、叶片和可轴向滑动的套筒组成-(A)喷嘴结构所述部段的透视图；(B)示出三个叶片阵列及其相应侧壁或隔板的径向横截面视图；以及(C)示出在三个所述叶片阵列每一个叶片阵列内的叶片的细节视图。
图57是示出形成根据图52所示实施例的涡轮机一部分的喷嘴结构一部段的组件的视图，该喷嘴结构由进气口侧壁、隔板、叶片和可轴向滑动的套筒组成-(A)喷嘴结构所述部段的透视图；以及(B)示出三个叶片阵列及其相应侧壁或隔板的径向横截面视图。
图58是示出形成根据图53所示实施例的涡轮机一部分的喷嘴结构一部段的组件的视图，该喷嘴结构由进气口侧壁、隔板、叶片和可轴向滑动的套筒组成-(A)喷嘴结构所示部段的透视图；以及(B)示出三个叶片阵列及其相应侧壁或隔板的径向横截面视图。
图59是通过根据本发明实施例的涡轮机蜗壳及涡轮机环形进气口的轴向横截面。
图60是示出形成根据本发明实施例的涡轮机一部分的喷嘴结构一部段的组件的透视图，该喷嘴结构由进气口侧壁、隔板、叶片和可轴向滑动的套筒组成。
图61是根据本发明实施例的隔板、叶片和用于导引套筒移动的导向器的透视图。
图62是根据本发明另一实施例的隔板、叶片和用于导引套筒移动的导向器的透视图。
图63是根据本发明实施例的套筒的透视图。
图64a至图64e示出根据本发明实施例可使用的倾斜表面的不同实例。
图65是根据本发明实施例的设有倾斜表面的隔板的透视图。
图66是根据本发明实施例的设有倾斜表面的隔板的透视图。
图67是根据本发明实施例的套筒组件的透视图。
图68是根据本发明另一实施例的套筒组件的透视图。
图69是根据本发明另一实施例的处于不同操作位置的套筒组件的透视图。
图70示意性示出根据本发明另一实施例的套筒结构。
图70a示意性性示出根据本发明另一实施例的套筒结构。
图70b示意性示出根据本发明另一实施例的套筒结构。
图70c示意性示出采用图70b中所示套筒结构的涡轮机部分。
图71a到图71c的每幅图是示出轴向可移动套筒的前端的不同实施例的侧视图。
图72是根据本发明另一实施例的可轴向移动套筒的前端部的示意性侧视图。
图73是仍然根据本发明另一实施例的可轴向移动套筒的前端部的示意性侧视图。
图74示意性示出采用根据本发明优选实施例的轴向滑动套筒和隔板/叶片布置的涡轮机。
图75a和75b是根据本发明另外或者实施例的隔板/叶片结构的透视图和侧视示意性视图。
图76是示意性示出仍然根据本发明另一实施例的隔板/叶片结构的透视图。
图77是示意性示出仍然根据本发明另一实施例的隔板结构的透视图。
图78是形成根据本发明实施例的涡轮机部分的套筒的透视图。
图79至82示出通过根据本发明另外实施例的涡轮机部分的轴向横截面。
图83是通过根据本发明另一实施例的涡轮机蜗壳及涡轮机环形进气口的轴向横截面。
图84是示出形成根据图83所示实施例的涡轮机一部分的喷嘴结构一部段的组件的透视图，该喷嘴结构由进气口侧壁、隔板、叶片和可轴向滑动的套筒组成。
图85示出根据图83和84所示实施例的叶片阵列，隔板和圆柱形套筒的径向横截面。
图86示出根据本发明或者实施例的叶片阵列和大体的可轴向移动的圆柱形套筒的径向横截面。
具体实施方式
参照图1，其示出已知的涡轮增压器，该涡轮增压器包括经由中央轴承座3互连的可变几何涡轮机壳体1和压缩机壳体2。涡轮增压器轴4从涡轮机壳体1通过轴承座3延伸到压缩机壳体2。涡轮机叶轮5安装在轴4的一个端部上，以便在涡轮机壳体1内旋转，以及压缩机叶轮6安装在轴4的另一端部上以便在压缩机壳体2内旋转。轴4围绕着位于轴承座内轴承组件上的涡轮增压器轴4a旋转。
涡轮机壳体1限定蜗壳7，来自内燃机(未示出)的气体传送到该蜗壳7。废气经由环形进气口9和涡轮机叶轮5从蜗壳7流动到轴向排气通道8。进气口9在侧壁之间限定，一个侧壁是可移动环形喷嘴环侧壁构件11的径向壁的表面10，而另一侧壁在环形罩板12上。罩板12覆盖涡轮机壳体1内的环形凹进处13的开口。
喷嘴环11支撑周向且均等间隔开的喷嘴叶片14的阵列，每个叶片延伸跨过进气口9的整个轴向宽度。喷嘴叶片14的气体朝向涡轮机叶轮5的旋转方向偏转。当喷嘴环11靠近环形罩12时，叶片14通过环形罩12内的合适构造的槽突出到凹进处13内。
致动器(未示出)可操作成经由致动器输出轴(未示出)来控制喷嘴环11的位置，该致动器输出轴链接到箍筋构件15。箍筋构件15依次啮合支撑喷嘴环11的轴向延伸导杆16。因此，通过适当地控制致动器(例如该致动器可以是气动或电动或任何其它合适的类型)，因此可以控制导杆16的轴向位置从而控制喷嘴环11的轴向位置。应该意识到，喷嘴环安装和导向器设置的细节可与那些所述的不同。
喷嘴环11具有轴向延伸的径向内侧和外侧环形凸缘17和18，上述凸缘延伸到设置于涡轮机壳体1内的环形腔室19内。内侧和外侧密封圈20和21设置成分别相对于环形腔室19的内侧和外侧环形表面来密封喷嘴环11，同时允许喷嘴环11在环形腔室19内滑动。内侧密封圈20支撑在形成于腔室19的环形径向内侧表面中的环形槽内，并且承靠喷嘴环11的内侧环形凸缘17。外侧密封圈20支撑在形成于腔室19的环形径向外侧表面中的环形槽内，并且承靠喷嘴环11的外侧环形凸缘18。
从进气口蜗壳7流向排气通道8的气体越过涡轮机叶轮5，因此转矩施加到轴4上以便驱动压缩机叶轮6。压缩机叶轮6在压缩机壳体2内的旋转增加存在于进气口22内的环境空气的压力，且将该加压气体传送到排气蜗壳23，气体从排气蜗壳23送入到内燃机(未示出)。涡轮机5的速度取决于通过环形进气口9的气体流速。对于流动到进气口9内的固定气体质量流率而言，气体流速随着进气口9的宽度变化，上述宽度可通过控制喷嘴环11的轴向位置来进行调节。(随着进气口9的宽度减少，流动通过该进气口9的气体流速增加。)图1示出进气通道9完全开放。通过使得喷嘴环11朝向环形罩12移动，可将进气通道9封闭到最小程度。
参照图2，其是示意性示出沿着图1的涡轮机环形进气口9周边部分的径向视图，展开且在纸张平面内平放。在该视图中，喷嘴环11处于完全开放的位置，这样平行线11和12分别代表喷嘴环11和罩板12，且平行线14代表延伸跨过进气口9的喷嘴叶片14的前边缘。尺寸c是进气口9的周边部分，以及尺寸w是环形进气口9的最大宽度。的环形进9的最大宽度。从图2可以看出，叶片14将环形进气口9分隔成周向相邻的进气通道14a的环形阵列。每个进气通道14a大体径向延伸，但是具有由叶片14的构造导致的向前扫掠(具有减小的半径)，如上所述，叶片14设计成使得流动通过进气口9的气体朝向涡轮机的旋转方向偏转。延伸跨过进气口9整个宽度w的每个进气通道14a的几何形状通过控制叶片14的构造和间距限制，但是如图所示，其具有大致矩形的横截面。
图3是通过包括根据本发明实施例的可变几何涡轮机的涡轮增压器一部分的横截面。其中图1和图3的涡轮增压器的合适相应特征由相同的附图标记进行标识。参考术语“轴向”和“轴向地”应该理解成指代涡轮机叶轮的旋转轴。图3示出涡轮增压器的轴承座3和涡轮机壳体4，其中将压缩机(未示出)移除。至于图1所示的已知涡轮增压器，涡轮增压器轴4通过轴承座3延伸到涡轮机壳体1以及涡轮机叶轮5安装到涡轮机壳体1内的轴4的一个端部上。涡轮机壳体1限定蜗壳7，废气从该蜗壳7传送到环绕涡轮机叶轮5的环形进气口9。
按照本发明，进气口9的尺寸通过控制可轴向滑动的圆柱形套筒30的位置来改变，圆柱形套筒30支撑在导杆31上，导杆31可滑动地安装在由轴承座3限定的腔室19内。导杆31可具有与图1所示的导杆16大致相同的配置，并以同样的方式通过链接到导杆31的内端部31a的轭(未示出)致动。导杆31的外端部31a连接到套筒30的径向延伸的凸缘30a。如图所示，相应独立的凸缘30a可设置成连接到导杆31，或套筒30可包括连接到导杆31的单个环形的径向延伸凸缘。套筒30具有突出到进气口9内的自由端，这样以通过套筒30经由导杆31的合适运动和定位的可控方式来改变进气口的宽度。
此外，根据本发明，进气口9至少部分限定在涡轮机壳体的面对侧壁之间，在该实施例中，涡轮机壳体包括喷嘴组件34的喷嘴环32和33。在图4a和4b中示出喷嘴组件34(连同套筒31的部段，和导杆31)的更详细细节。喷嘴组件34的第一喷嘴环32径向延伸跨过套筒30的涡轮机壳体腔室19的开口。密封圈35相对于套筒30密封喷嘴环32以便防止气体在进气口9和腔室19之间的泄露。类似的，密封圈36相对于邻近喷嘴环32的径向内边缘的涡轮机壳体来密封喷嘴环32。喷嘴环组件34的第二喷嘴环33固定到由涡轮机壳体限定的浅显环形凹进处内的涡轮机壳体的径向壁，而通过密封圈36相对地固定到到该径向壁，以便防止气体在喷嘴环33和涡轮机壳体之间泄露。
周向均等间隔开的喷嘴叶片37的环形阵列在第一和第二喷嘴环32和33之间延伸。喷嘴叶片37将环形进气口分隔成周向间隔开的进气口部分。径向延伸的环形进气口隔板38a、38b和38c在喷嘴环32和33之间轴向均等间隔开，并进一步将环形进气口9分隔成分为轴向间隔开的进气口部分。隔板38是与涡轮轴共轴且平行于喷嘴环32和33取向的相对薄的环，这样它们具有轴向延伸的面。因此，叶片37连同进气口隔板38a-38c将环形进气口9分隔成若干分离的进气通道39(在附图中并未对所有进气通道进行单独标记)，其在图5中最佳地示出，图5是示意示出喷嘴组件34周边的展开部分的径向视图，该喷嘴组件34相应于图2中所示的已知进气口结构。同样，尺寸w是进气口9的整个宽度以及尺寸c是进气口周长的一部分。
参照图5，叶片37以及进气口隔板38a-38c分别将进气口9分隔成周向间隔开的进气口通道39a、39b、39c和39d的四个轴向间隔开的环形阵列。相比之下，图2的已知构造具有周向间隔开的进气通道的单个环形阵列，每个进气通道延伸跨过进气口9的整个宽度。进气通道39a至39d的确切构造由叶片37和隔板38a至38c的构造限定，但是如图所示，可以看出通道具有常规的矩形(在该情况下，近似正方形)横截面。每个进气通道39a至39d将气流引导到涡轮机叶轮，且由于叶片37的扫掠而将气流在朝向涡轮机叶轮5的旋转方向的方向上偏转。在该实施例中，每个环形阵列中的进气通道39在周向上相邻，且每个环形阵列39a至39d彼此轴向相邻。
如上所述，通过调节套筒30的轴向位置来控制进气口9的尺寸，套筒30滑动超过叶片和隔板的外径。取决于套筒30的位置，由此进气通道39a至39d的一个或多个轴向间隔开的环形阵列可阻断或部分阻断通过进气口9的气流。例如，图4a示出套筒30处于几乎完全开放的位置，在该位置中，气体流动通道39a的第一环形阵列部分阻断气流，而进气通道39b至39d的第二和第四环形阵列对于气流完全开放。图4b(图3)示出套筒30处于完全封闭的位置，其中套筒30的端部承靠喷嘴环33，而进气通道39b至39d的所有四个轴向相邻的环形阵列封闭(在套筒30和喷嘴环33之间的进气通道39d内经受可能的最小量的泄露)。
通过控制套筒30在开放位置和封闭位置之间的位置，可打开或阻断，或部分打开/阻断进气通道39a至39d的所选数目的轴向相邻的环形阵列。例如，通过将套筒30定位成使得套筒的自由端与第一进气隔板38a对准，进气通道39a的第一环形阵列封闭，而进气通道39b至39d的第二和第四环形阵列对于气流完全开放。类似的，通过将套筒30的自由端部分地定位于进气口隔板38b和38c之间，进气通道39a和39b的第一和第二环形阵列将完全封闭，而进气通道39d的第四环形阵列将完全开放，而进气通道39c的第三环形阵列对于气流将部分开放。这在图6中示意性地示出，其叠加到图5所示视图的套筒30上。
在本发明的上述(及以下)实施例中，套筒30可完全封闭进气口，即完全阻断进气口9。在其它实施例中，上述套筒没有必要能够完全封闭进气口，而是可具有最终通道阵列39至少部分开放的“封闭”位置。例如，套筒的自由端可设有轴向延伸的区域，其提供适于套筒封闭位置的坚硬止动部，在围绕套筒周边的区域之间限定流动间隙。
在本发明的该实施例中，通过减小在进气通道39上游处的进气口9的尺寸可实现气流的加速度增加。在没有进气口隔板38的情况下，加速经过套筒30端部的气体在其到达涡轮机叶轮5之前将轴向扩展跨过进气口9的整个宽度。这在气流通过进气口时导致气流中显著的能量损失，这可显著影响限制(缩小)进气口的所需效果。因此，可以预期这样的可变几何涡轮机是非常低效的，从而对许多应用(诸如像应用于涡轮增压器涡轮机)而言不切实际。根据本发明，当套筒30移动超过第一和随后的进气口隔板时，气体可在其内扩展的进气口9内的体积减小，上述类似地导致由涡轮机叶轮上游的进气口9内的气流扩展膨胀可能造成的能量损失。这依次明显地提高进气效率。当套筒的自由端与给定的进气口隔板对准时，其有效地等效于移动的径向壁构件。在这些位置之间可存在效率下降，但是这与没有任何进气口隔板的情况的效率降低程度不同。令人惊讶的是，模拟结果表明，本发明的进气口结构具有的效率比一些已知的移动壁进气口结构尤其是比较小进气口宽度下时的效率甚至更高。
图3至图6所示的本发明实施例具有三个进气口隔板38，但在或者实施例中可以采用多于或少于三个的隔板。例如，仅仅提供单个进气口隔板(例如在喷嘴环32和33的中间)可提高效率使其高于在没有任何进气口隔板的情况下的效率，且效率提高到足够的程度以便提供适用于涡轮增压器和其它应用程序的有效可用的可变几何涡轮机结构。
相应于所述或每个进气口隔板的位置预期涡轮机进气口的效率可随着进气口尺寸的渐变而改变。然而，通过增加隔板数目可顺利地获得这种效果。虽然增加隔板(其具有轴向厚度)数目对于任何给定进气口宽度w的气流会获得增加空气阻力以及减少最大横截面流通面积的效果，但是如有必要，可通过将环形进气口9构建成使其具有比不设置隔板的情况更大的最大轴向宽度进行补偿。
根据本发明的涡轮机还具有优于图1中所示已知移动喷嘴环涡轮机的许多其它优势。根据本发明，作用于套筒上的压力和空气动力与作用于径向壁上的那些相比会显著减小。例如，由流动通过进气口的空气导致的作用于套筒30上的轴向力比作用于套筒30上的轴向力显著减小。这允许使用更小、功能更强大的驱动器，此外在致动器和套筒之间的联动件的链接稳固性低，因为移动套筒并将其保持在位所需的轴向力显著小于控制径向壁位置所需的轴向力。作用于套筒上的轴向力小于作用于径向壁上的轴向力，上述还简化了对进气口尺寸的精确控制。
将圆柱形套筒用作用于改变进气口尺寸而不是移动径向壁的尺寸还避免了对设置接纳叶片的槽的需求，因为进气口尺寸减小，上述需求是已知进气口结构所需的，该已知进气口结构包括可移动喷嘴环(例如如图1所示)和另外的可选结构，其中叶片是固定的，且开槽罩板在叶片上方轴向移动以便改变进气口宽度。因此，本发明消除了在移动部件和叶片阵列之间的许多接口需求，上述需求反过来又增加了制造公差。不设置这种插槽也减少了叶片阵列周围的气体泄漏，并简化了密封要求。
已知的设备包括可移动的喷嘴环，其中移动壁构件包括例如如图1中所示的叶片，已知设备还经受由叶片使其偏转的气流导致的很大扭矩。本发明在移动部件上不存在这种扭矩，上述进一步降低致动器和致动器链接件上的力。
根据图3和4所示的本发明实施例，进气口通道39由喷嘴组件34限定，喷嘴组件34包括支撑进气口叶片37和隔板38的喷嘴环32和33。喷嘴环32和33从而限定涡轮机的环形进气口9的侧壁。这种结构具有很多优势，例如允许不同构造的喷嘴组件安装到同一个涡轮机壳体，这样进气口结构(即进气通道39的构造)可在另外的大致相同的涡轮机之间进行变化。该(模块化)构造可具有生产效益。然而，应该意识到限定进气通道39的叶片37和隔板38(或限定如下所述进气通道39的任何其它结构)没有必要形成于可分离的模块化喷嘴组件内，但可以与涡轮增压器壳体(例如典型涡轮机结构内的轴承座和/或涡轮机壳体)一体铸造或加工。在这种实施例中，进气口9的侧壁没有必要由图3和图5的实施例那样的离散喷嘴环形成。因此，虽然在下述说明中大体利用附图标记32和33来标识区分涡轮机进气口9的侧壁，但这些并不应该被认为是对喷嘴环32和33的限定。
在图3-6所示的本发明实施例中，涡轮机喷嘴包括三个进气口隔板38，但如上所述，在本发明的或者实施例中可存在更多或更少的进气口隔板。例如，仅仅具有一个或两个进气口隔板的实施例可有效地显著地提高涡轮机进气口的效率，其中用于改变进气口尺寸的移动部件是环绕叶片阵列的圆柱形套筒。类似的，在某些实施例中，具有多于三个隔板的实施例可能是有利的。在某些应用中，诸如像涡轮增压器的应用中，预计3至6个隔板将是合适的。
隔板没有必要跨过进气口9的宽度轴向均等间隔开，在单个隔板的情况下，气没有必要位于进气口9的侧壁之间。在任意两个相邻的隔板之间或在隔板与进气口相邻侧壁之间的轴向间距可从进气口9的轴向一侧向另一侧增加或减小，或可先增加后减小，或反之亦然。例如，在多于一个进气口隔板的情况下，在相邻隔板之间的或在任意隔板和进气口侧壁之间的轴向间隔可跨过进气口9而减小/增加，这样随着进气口9逐渐由圆柱形套筒封闭，任意暴露的进气通道39的轴向宽度减小/增加。
在图3-6所示的本发明实施例中，每个进气口隔板包括同等厚度的径向延伸壁，这样每个隔板的相对表面位于径向平面内。此外，每个隔板的相面对表面都平行于彼此，以及平行于限定环形进气口9侧壁的喷嘴环32和33的相面对表面。在本发明的或者实施例中，任意给定隔板的相面对表面没有必要平行于彼此和/或没有必要平行于相邻隔板或进气口侧壁的相面对表面。
例如，单个进气口隔板相对表面的一个或两个可位于围绕涡轮轴旋转的截头圆锥形表面。这些表面可彼此平行，或可以相反方向成角度倾斜。在包括若干截头圆锥形隔板的实施例中，相邻隔板可具有相面对的表面，上述表面可彼此平行，或定位于相对于彼此成一定角度。类似的，进气口侧壁(例如喷嘴环32和33)可具有与相邻进气口隔板的面对表面平行或成角度的表面。
进气口隔板可具有均一的轴向厚度，或可具有沿其半径变化的厚度。例如，隔板可具有随半径缩小的轴向厚度。例如，进气口隔板可具有锥度或可具有径向的横截面，其具有类似于传统进气叶片的翼形状。
上述的一些可能或者实施例的实例在图7a到7g中示出。这些附图是通过涡轮机进气口9的简化的径向横截面，其包括侧壁11和12，以及隔板38。为了简化在一些附图省略了进气叶片37的细节。
图7a示出了包括环形进气口9的一个实施例，该环形进气口9限定在侧壁32和33之间，且包括具有三个隔板38a-38c的一个喷嘴。在该特定情况下，隔板38c比相邻隔板38b更靠近侧壁33。类似的，隔板38a和38b之间的间隔以及侧壁32和隔板38a的间隔大于隔板38c和侧壁33之间的间隔。在该特定实施例中，隔板相对于彼此以及相对于侧壁32和33成径向且与其平行。
图7b是图7a中所示结构的变型，其中涡轮机壳体1的侧壁33定位成截头圆锥形表面，因此相对于隔板38c成角度。在或者实施例中，侧壁32可以类似的方式成角度，以及在一些实施例中，两个侧壁32和33都可成角度从而使得环形进气口9的两个侧面对内成锥度。
图7c示出了一个实施例，其包括三个进气口隔板38a-38c，其具有跨过进气口9的逐渐增加的间距，这样当套筒30移动而更靠近进气口时，进气通道39的轴向宽度增加。
在图7d所示的实施例中，进气口喷嘴包括5个隔板38a-38e。如可以看出的那样，隔板的横截面具有“扇形”布置。也就是说，位于进气口侧壁32和33之间的中央隔板38c位于径向平面上，而喷嘴环38a、38b以及隔板38d和38e都倾斜定位，这样它们中的每一个定位于截头圆锥形表面上，其效果是进气通道39趋于朝向中央进气口隔板38c收敛会聚。此外，其效果还有限定渐细的喷嘴，其具有在喷嘴环38a和喷嘴环38e之间限定的最大宽度，且上述最大宽度随着半径缩小而变窄。换句话说，喷嘴向内逐渐减小(渐细)。通过布置喷嘴环38a和38e而非使得侧壁32和33倾斜可获得类似的效果。
在图7e中，示出向内渐细的两个进气口隔板38。为清楚起见将渐细的隔板放大，且为了避免复杂化仅示出两个隔板，但在其它或者实施例中，可仅仅存在一个或三个或更多的隔板。为清楚起见将叶片省略。
图7f是图7e中所示实施例的变型修改，其中隔板38具有翼型横截面。
在图7g所示的实施例中，隔板同样是具有简单的均一厚度的环形环，但在该实施例中，每个环位于平行的截头圆锥形表面上，这样使隔板38相对于侧壁32和33成角度，但彼此平行。如图所示，隔板随着半径减小而成角度远离于内侧壁32。在或者实施例中，隔板可在与如图所示方向的相对方向上成角度。如果隔板在进气口的每个轴向端部处接触侧壁32和33，它们可有效地构成限定进气口9最大宽度的喷嘴环。
进气叶片可具有任何合适的构造，例如可具有类似于已知进气叶片的常规翼型构造，或它们可具有任何或者的构造，选择上述构造以便限定进气通道39的特定布置和构造。即，由于叶片和进气口隔板一起限定进气通道39的构造和取向，通过适当地设计单独的喷嘴叶片或进气口隔板的构造和取向可得到各种不同的进气通道构造，此外，可设计成在单个的喷嘴组件内具有各种不同构造的进气通道。
如上所述，涡轮机进气口的效率可随着套筒移动到不同位置而改变，特别是在套筒自由端与其中一个隔板对准的位置处的涡轮机进气口的效率大于定位于隔板之间时的涡轮机进气口的效率。因此，在本发明的一些实施例中，适于套筒的致动器和/或控制系统可配置成使得套筒只在完全开放和封闭(包括任何“过度开放”或“过度封闭”)位置以及相应于一些或所有隔板定位的位置之间以逐步方式移动，且不会移动到相邻隔板之间的位置。上述导致的效果是提供进气口，其具有介于最大和最小之间的若干离散尺寸。这可提供效率高的优点，并可允许使用较低成本的致动器。
类似的，在本发明的一些实施例中，希望将隔板定位于相应于套筒位置(即，进气口尺寸)的特定轴向位置处，上述对于涡轮机的某些预定运行状况是最佳的。例如，适于涡轮增压器涡轮机的这种位置可相应于适于以发动机峰值扭矩、额定发动机转速和高速公路巡航点的优选进气口宽度。在某些应用中，例如在涡轮增压发电机中，产生动力的发电机可以固定负载和/或速度运行，没有必要连续地调整涡轮机的进气口宽度。在这种实施例中，隔板可设置于相应于特定运行条件所需的最佳进气口宽度的位置处，以及套筒操作成仅在相应于所述或每个隔板位置的位置之间移动。
在上述的本发明实施例中，每个进气叶片可视为包括由进气口隔板分隔开的轴向相邻的进气叶片部分。因此，在所示的实施例中，每个叶片37可视为包括下述部分，其轴向对准使其等同于延伸跨过进气口9整个宽度的单个叶片。然而，在可选实施例中，例如希望使得相邻成对的进气口隔板之间的进气叶片部分在周向上错开，而在一些实施例中，不再可能确定延伸跨过进气口9整个宽度的单个叶片的等同度。
再次参照图7a，可以看出，在该实施例中，套筒30可在开放位置和关闭位置之间移动。在开放位置(未示出，但是就是在套筒30在附图内的左方向上缩进时)，在该开放位置中存在通过设置于套筒自由端和第一进气口侧壁33之间的进气口9的气体流动路径。在封闭位置(附图中示出一个实例)，通过设置于套筒30自由端和第一进气口侧壁33之间的进气口9的所述气体流动路径的尺寸与套筒处于开放位置时的尺寸相比减小。当套筒30从开放位置朝向封闭位置移动时，套筒30在朝向进气口侧壁33的方向上移动。
图7a中示出套筒30处于封闭位置。在套筒自由端的任何部分(图中所示的右端)和进气口侧壁33之间的轴向距离小于在至少一个进气通道壁(在该情况下为隔板38a、38b和38c)和进气口侧壁33之间的每个相应轴向距离。应该意识到，在该实施例中，喷嘴组件具有三个进气通道壁(在该情况下为隔板)。在其它实施例中，喷嘴组件可具有任意合适数量的进气通道壁。优选的，进气通道壁(其限定轴向相邻的进气通道)的数目是两个或两个以上。在图7a所示的套筒30的封闭位置中，套筒30的自由端和进气口侧壁33之间的轴向距离小于每一隔板38a和38b与进气口侧壁33之间的轴向距离。套筒30的自由端和进气口侧壁33之间的轴向距离大体上等于隔板38c与进气口侧壁33之间的轴向距离。这是因为在图7a所示的套筒30的封闭位置中，套筒定位成使得套筒30的自由端大体上与隔板38c的位置轴向对准。因此在图7a所示的套筒30的封闭位置中，据信套筒30移动经过隔板38a和38b，且与隔板38c对准。在其它实施例中，套筒的封闭位置可使得套筒与任意进气通道壁(例如隔板)大体上轴向对准。或者的，在一些实施例中，套筒的封闭位置可使得套筒不与进气通道壁(例如隔板)轴向对准，而是套筒的自由端部分阻断由至少一个进气通道壁限定的进气通道。如上所述，在图7a中所示的套筒30的封闭位置中，套筒30定位成经过两个进气通道壁(隔板38a和38b)。这是因为套筒30的自由端和进气口侧壁33之间的轴向距离小于每一隔板38a和38b与进气口侧壁33之间的轴向距离。在其它实施例中，在套筒的闭合位置中，套筒可定位成经过任何适当数量的进气口通道壁。例如，套筒可定位成经过一个、两个、三个或更多的进气口通道壁。在一些实施例中，在套筒的封闭位置中，套筒可定位成不经过进气通道壁(这样套筒自由端和进气口侧壁之间的轴向距离大于每一进气通道壁和进气口侧壁之间的相应轴向距离)。在其它实施例中，在套筒的封闭位置中，套筒可定位成经过所有的进气通道壁(这样套筒自由端和进气口侧壁之间的轴向距离小于每一进气通道壁和进气口侧壁之间的相应轴向距离)。
在图7a所示的实施例中，环形套筒30具有自由端(附图的右端)，其具有大体平坦的端面30f。端面30f大体位于垂直于涡轮轴的平面上。换句话说，对于套筒30的给定位置而言，端面30f的任何部分和进气口侧壁33之间的轴向距离大致不变。在其它实施例中，并不需要如此。例如，端面30f大体可不是平坦的，即对于套筒30的给定位置而言，端面30f的第一部分和进气口侧壁33之间的轴向距离不同于端面30f的第二部分和进气口侧壁33之间的轴向距离。例如，端面30f可具有大体为波状的周边轮廓。在套筒30的端面30f非平坦的这种实施例中，当套筒30处于封闭位置时，套筒自由端的至少一部分和第一进气口侧壁之间的轴向距离可小于至少一个进气通道壁和第一进气口侧壁之间的每一相应轴向距离。在一些实施例中，当套筒30处于封闭位置时，套筒自由端的至少一部分和第一进气口侧壁之间的轴向距离可小于任意数目的进气通道壁和第一进气口侧壁之间的每一相应轴向距离。例如，当套筒30处于封闭位置时，套筒自由端的至少一部分和第一进气口侧壁之间的轴向距离可小于至少两个或至少三个进气通道壁和第一进气口侧壁之间的每一相应轴向距离。在或者实施例中，当套筒处于封闭位置时，套筒自由端的至少一部分和第一进气口侧壁之间的轴向距离可大于任意进气通道壁和第一进气口侧壁之间的每一相应轴向距离。
在图7a所示的实施例中，可以看出，虽然处于封闭位置，套筒30延伸通过两个进气通道壁(隔板)38a和38b。隔板38b定位于进气口9内，这样隔板和进气口侧壁33之间的轴向距离稍微小于进气口侧壁32和33之间的轴向距离的大约50％。在其它实施例中，当处于封闭位置时，套筒可延伸通过至少一个进气通道壁(例如隔板)，其定位成使得进气通道壁和进气口侧壁33之间的轴向距离大体上为进气口侧壁32和33之间的轴向距离的大约50％。在其它实施例中，当处于封闭位置时，套筒可延伸通过至少一个进气通道壁(例如隔板)，其定位成使得进气通道壁和进气口侧壁33之间的轴向距离大体上为进气口侧壁32和33之间的轴向距离的大约50％和40％之间，大约40％和30％之间，大约30％和20％之间，大约20％和10％之间，大约10％和5％之间，或大约5％和0％之间。在一些实施例中可设置进气通道壁，其定位成使得进气通道壁和进气口侧壁之间的轴向距离大体上为进气口侧壁之间的轴向距离的大约50％或更小，以提高涡轮机的性能和/或提高对流通通过进气口的气体的控制。
考虑处于封闭位置的套筒和进气通道壁(隔板)的如图7a所示的相对定位的另一种方式是至少有一个进气通道壁(在该情况下为隔板38b)比进气口侧壁32更靠近进气口侧壁33。当套筒从开放位置移动到封闭位置时(即当套筒移动以便减小进气口9的尺寸时)，进气口侧壁33是套筒朝向其移动的侧壁。此外，当套筒30处于封闭位置时，与进气通道壁(隔板38b)靠近进气口侧壁33的程度相比，套筒30的自由端更靠近进气口侧壁33。
图7a中所示实施例的套筒30和进气通道壁38a-38c配置成使得套筒接触进气通道壁。更具体地，套筒的径向内侧表面接触进气通道壁的径向外侧部分。当套筒30在开放位置和封闭位置之间移动时，套筒30可接触至少一个进气通道壁38a-38c，至少一个进气通道壁有助于引导套筒的移动。
在其它实施例中，套筒可大体上不接触一个或多个进气通道壁，当套筒处于封闭位置时，套筒经过上述进气通道壁。换句话说，套筒可安装成当套筒处于封闭位置时，气体可在至少一个进气通道壁(套筒经过其)和套筒之间经过。在一些实施例中，当套筒处于封闭位置时，套筒可不与任何进气通道壁接触。
例如在图8a-8c中示出图3至图6实施例的一种可能变型，以及在合适时使用相同的附图标记。首先参照图8a，可以看出叶片37不连续跨过进气口9的整个宽度，而是限定进气通道39a-39d的每一环形阵列的叶片具有不同的径向延伸程度。虽然所有叶片37的前边缘位于相同外径上，但是叶片的后边缘半径可不同，这是因为每个叶片环形阵列后边缘的径向位置从第一环形阵列39a至第四环形阵列39d递减。此外，还可以看出，进气口隔板38a-38c比至少一些叶片37具有更大的径向延伸程度(在所示实施例中，其大于任何叶片的径向延伸程度)。也就是说，当隔板38a-38c具有与叶片37大致相同的外径时，隔板38a-38c的内径显著小于叶片37的内径，这样隔板38a-38c比叶片37进一步朝向涡轮机叶轮5延伸。在该特定的实施例中，每个隔板38a-38c具有相同的径向尺寸，但是在其它实施例中可不是这种情况。此外，隔板比叶片更靠近涡轮机叶轮延伸的实施例可包括其中所有叶片具有相同径向延伸程度的实施例。为了显著地提高涡轮机效率，隔板优选具有的径向延伸程度大于至少一个不像隔板那样靠近套筒延伸的叶片的径向延伸程度的110％，更优选大于120％。当至少一些进气通道具有相对径向的旋涡方向(例如，与周向方向所成的平均角度大于40度)时，隔板优选具有的径向延伸程度大于至少一个不像隔板那样靠近套筒延伸的叶片的径向延伸程度的120％，更优选大于140％。当至少一些进气通道具有更大径向的旋涡方向(例如，与周向方向所成的平均角度大于60度)时，隔板优选具有的径向延伸程度大于至少一个不像隔板那样靠近套筒延伸的叶片的径向延伸程度的140％，更优选大于160％。
此外从图8a中也可很明显地看出，进气口隔板38a-38c的轴向间距是不规则的，因此当进气通道39b和39c的环形阵列的宽度相同时，环形阵列39a的轴向宽度大于环形阵列38b和38c的轴向宽度，以及环形阵列39d的轴向宽度小于轴向阵列38b和38c的轴向宽度。
虽然从图8a不能明显看出，但在图8b和8c中示出，每个环形阵列39a-39d的叶片数目可有所不同。例如图8b示出15个叶片的环形阵列以及图8c示出在同一喷嘴组件内只有八个叶片的环形阵列。其它阵列可具有不同的叶片数目，超过十五个或少于八个，或有时在十五个和八个之间，例如十二个。此外，图8b和图8c示出具有不同径向延伸程度或不同旋涡角的叶片(即在图8c中可见的叶片比图8b中所示的叶片向前扫掠过更大程度，因此具有更大的旋涡角)。
因此，在优化喷嘴的各种特征以便满足特殊要求和效率状态方面，本发明提供了很大程度的灵活性。例如，在如图8a至8c所示的本发明的一个实施例中，在阵列39d中存在八个叶片，在每个阵列39b和39c中存在十二个叶片，以及在阵列39a中存在十五个叶片。在阵列39d中的旋涡角可最大且可到阵列39a递减。这仅仅是一个实例，应该意识到很多其它变型也是可能的。各种因素可能会影响到特定的喷嘴设计，其可包括最小化涡轮机叶片的高周疲劳(即最大限度地减少对叶片的迫使功能)，以及优化或以其它方式调整涡轮机效率和临界流量(例如在宽进气口开口处提供低效率，如下所述，上述在一些应用中是有用的诸如EGR发动机)。
例如，在一个实施例中，套筒30从进气口的涡轮机壳体侧被驱动，因此，当进气口封闭时，套筒30的自由端朝向进气口的轴承座侧移动(这种可能性在下文进行进一步的更详细论述)，进气通道39c和53d的阵列导致涡轮机叶片中的振动和疲劳的能力降低，因为涡轮机前边缘的轮毂端更牢固地连接到涡轮机轮毂(由此更靠近涡轮机叶轮背面)。在本发明的一些应用中，会希望在较小的进气口开口处将涡轮机效率最大化，从而叶片阵列39c和39d可具有相对于涡轮机叶轮的减小的间隙(如图所示)，以提高效率(假设当涡轮机叶片在该区域中受到更稳固支撑时上述不导致任意明显的振动/疲劳问题)。此外，当套筒处于几乎封闭位置(其中套筒30的前边缘延伸超过进气口隔板38c的位置)时，阵列39d中叶片的旋涡角增加可以提供些许的效率提高。这样当套筒几乎封闭时，上述具有降低横截面流通面积随着套筒运动的变化速率的额外效果，上述允许致动器更精确地控制执行横截面流通面积。
对于某些发动机应用(诸如对于废气再循环EGR)而言，希望降低一个或多个进气口通道阵列39a-39d中的涡轮机效率。例如，在某些应用中希望在进气口宽度相对开放的情况下降低效率。例如这种效率降低可通过降低叶片的径向延伸程度(如图所示)和/或通过增加叶片的周向宽度或以其它方式配置叶片来减小有效的进气面积。可以通过提供对流动的其它障碍，例如轴向延伸到通道内的柱可进一步减小进气面积。阵列的轴向宽度可减少以便增加有效的摩擦损失，以及叶片的旋涡角可配置成提供混合的旋涡。其它实例(未示出)可包括由相似的和均匀分布的柱构成的环，由柱构成的两个或两个以上的同心环，由不均匀和随机分布的柱构成的环，或者甚至是设置成逆转气体旋涡角的叶片构成的环形(即使得气体在涡轮机相反的方向上旋转)的叶片构成的环。
在图9a-9c中示出可限定任意给定进气通道环形阵列的叶片阵列的其它可能的实例，图9a-9c是示出支撑叶片37的进气口隔板38的轴向部分。在图9a中，示出具有相对较少数目但旋涡角相对高的叶片37。此外，叶片相对较“厚”，并延伸相对较小的内径，以便提供围绕涡轮机叶轮的相对较小的径向间隙。由于这种布置，对于致动器而言，可更易于实现对横截面流通面积进行精确控制，因为它对于给定的套筒运动而言变化很小。旋涡的增加对于相应于相对较小进气口宽度定位的叶片阵列是有利的，上述可提供些许的效率提高。
在图9b所示的实施例中，相对较小的“分离器叶片”37a可位于相邻成对的“主”叶片37之间。在该情况下，与图9a所示的实施例相比，叶片数目增加，但叶片具有减少的径向延伸程度，因此在叶片和涡轮机叶轮之间存在更大的径向间隙。分离器叶片具有小于叶片的弦长(在叶片的前边缘和后边缘之间的直线长度)。在一些实施例中，分离器叶片可有利于减少涡轮机叶片导致的振动。分离器叶片可用于缓解由表面摩擦效果导致的通过进气口的气流。这是因为分离器叶片可具有比主叶片小的暴露于通过进气口的气流的较小表面积。如上所述，分离器叶片也可以类似的方式将气流朝向涡轮机叶轮导引到传统的进气叶片(或主进气叶片)。虽然在图9b中，单个的分离器叶片37a位于相邻成对的主叶片37之间(即，这样分离器叶片和主叶片在周向上交替)，并非必须是这种情况。应该意识到可使用主叶片和分离器叶片的任何合适布置，例如，可在相邻成对的主叶片之间存在多个分离器，或在相邻分离器叶片和/或主叶片之间的间距可有所不同。此外，可存在多于一种类型的分离器叶片，例如可以使用具有不同特性，诸如不同尺寸和形状的分离器叶片。在一些实施例中，分离器叶片可位于主叶片的径向内侧或径向外侧。在一些实施例中，分离器叶片后边缘和涡轮机叶轮之间的径向距离可大于主叶片和涡轮机后边缘之间的径向距离。
在图9c所示的实施例中，叶片可具有“切断”构造，而不是完整的翼型构造，预期上述可以提供效率降低，但在某些应用中效率降低可能是有用的。此外，障碍物37b可位于相邻叶片37之间，上述会进一步降低效率。
在图10a至10e、图11a至11e、图12a至12e中示出根据本发明的喷嘴组件的进一步可能的实施例。在每一种情况下，附图a-d的每一个为示出进气通道39的特定环形阵列的叶片的轴向部分，上述作为一个整体构成喷嘴组件中的五个相邻的进气通道环形阵列。每幅图e示出由图a-d的所有叶片的组合位置。
首先参照图10a至10e，可以看出每个环形阵列39a-39d包括不同数目的叶片，对于一些实施例而言，其可具有不同的构造，诸如不同的曲率和/或不同的旋涡角和/或不同的径向延伸程度和/或不同的厚度等。但在每个阵列中，存在前边缘为0度(在附图中可见叶片阵列的顶部)以及另外为120度和240度的叶片。上述作为一个整体提供跨过组件宽度(因此，作为一个整体，跨过进气口9的宽度)的支撑边缘，上述有利于导引用于改变进气口宽度的套筒。在传统的喷嘴阵列中，叶片延伸跨过进气口9的整体宽度(全宽)且绕进气口的周边均等间隔开，因此当涡轮机叶片扫掠过叶片的后边缘从而经受一个或多个主振动频率时，涡轮机叶片产生均一模式的叶片尾流伴流。取决于涡轮机转速，这些振动频率可匹配叶片的内在振动模式，上述导致激发共振，上述共振的激发会导致金属疲劳。然而，对于根据本发明的所示实施例，可存在几种不同模式的叶片尾流伴流，每一种在特定的转速下会激发叶片振动，但是与叶片周向对准的情况相比不会那么强烈。
现在参照附图12a至12e的实施例，可以看出其非常类似于附图10a至10e所示的实施例，除了处于120度的叶片已经移动到112.5度以及处于240度的叶片已经移动到225度(应该意识到，这些都是非限制的示例性位置，但是可以选择其它位置，包括反向设置使得角度的偏移略高于120度/240度)。
因此，一些叶片的位置(在0度和240度之间)一起略微偏移，而其它叶片偏移开(从240度高达360度/0度)。这可减轻由经过每一叶片和相应尾流伴流导致的振动(即适于图12a中所示阵列的第九阶激发，适于图12b中所示阵列的第十二阶激发，适于图12d中所示阵列的第十五阶激发)。这是因为如果开始以导致振动的速率经过第一(压缩)组叶片，那么随后将以不激发振动的不同频率经过第二(伸展)组叶片。接着就是随后再次经过第一(压缩)组叶片，以共振频率引起振动，但是在不同的相位角，依此类推。
现在由叶片导致的受阻流量在每幅图12a、12b和12d的左上方较低。这将大体导致相当大的第一阶振动(第一阶振动是由在涡轮机一侧和另一侧之间的气体流动的振动导致的，因此涡轮机以其叶片的共振频率之一旋转的话将导致振动)。如果上述存在问题，办法之一是就是在至少一个叶片阵列(在该情况下是图12c所示的第三阵列)处设置处于“伸展”区域中的额外叶片，这样在该区域中，叶片反而被“压缩”到一起。例如当滑动套筒处于一个或少数位置处时，这将是有效的。
附图11a至11e示出一种变型，其可另外设置到附图12a至12e所示的实施例中或替代附图12a至12e所示的实施例。在此处于延展区域(240度至360度)中的叶片增厚，以弥补叶片角密度的减少。或者的或另外的，在压缩区域(120度至240度)中的叶片可能更薄。可通过改变叶片的其它特征诸如像叶片长度而不是改变叶片厚度也是可能的。
参照关于图10至12的上述实施例，应该意识到每个实施例的每一环形阵列具有均一的周边分布，因为叶片围绕(沿着)环形阵列均等间隔开。例如，任何叶片中心与相邻叶片中心之间的周向距离是相同的。换句话说，任何相邻叶片中心之间的周向距离是相同的。叶片中心可限定为可沿着叶片前边缘和后边缘之间延伸的弦长的一半处。然而，对于可以任何其它合适方式限定的每个叶片而言，叶片中心可被视基准点，只要对于每个叶片而言，其以相同方式限定即可。在一些实施例中，环形阵列叶片可具有非均匀周向分布，因为叶片沿着环形阵列马非均等间隔开。例如，在环形阵列内，两个相邻叶片(其形成第一组相邻叶片)中心之间的周向距离可与在其它两个相邻叶片(其形成第二组相邻叶片)中心之间的周向距离不同。此外，第一叶片中心和与第一叶片相邻的第二叶片中心之间的距离可与第一叶片中心和与第一叶片相邻的第三叶片中心之间的距离不同。在一些实施例中，延伸到第一环形阵列内的叶片的周向分布可与延伸到第一环形阵列内的叶片的周向分布不同。例如，在一些实施例中，延伸到第一环形阵列内的叶片的周向分布可以是非均一的，而延伸到第二环形阵列内的叶片的周向分布可以是均一的。此外，在一些实施例中，延伸到第一环形阵列和第二环形阵列内的叶片的周向分布可以是非均一的，而延伸到第二环形阵列和第二环形阵列内的叶片的周向分布可有所不同。
应该意识到，这些都只是一些可能由本发明进行的一些不同的布置。
在本发明的上述实施例中，每个进气口隔板是环形的，因此围绕进气口9的整个周边(周长)延伸。然而，每个进气口隔板可被视为包括在相邻进气叶片(或叶片部分)之间限定的相邻隔板部分的环形阵列。在图3-6所示的实施例中，每个隔板38的隔板“部分”对准以限定相应的环形隔板。然而，在或者实施例中，会希望有效地省略一些隔板部分，且在一些实施例中，不再可能确定环绕进气口的整个周边延伸的单个进气口隔板的等同度(等效性)。
在图13a至13f以及图14a至14d中示出各种或者实施例的非限制实例。这些附图是相应实施例的周边未滚轧部分的例如相应于图2和图4所示视图的示意性径向视图。
图13a示出了一个实施例，其中进气叶片部分37a-37d在相邻的进气口隔板38之间以及在隔板38内和侧壁32、33之间延伸。不存在跨过隔板38连续的单个进气叶片37，其效果是独立的进气通道39布置成周向交错的环形阵列39a-39b(在轴向相邻的通道39之间存在周向重叠)。
图13b是图8a中所示实施例的变型，其中一些叶片37确实延伸跨过进气口9的整个宽度，而其它叶片部分仅仅在相邻的隔板38之间或隔板38与使能的进气口侧壁32/33之间延伸。同样存在周向相邻进气通道39a-39d的四个环形阵列，但在这种情况下，每个环形阵列包括不同尺寸的进气通道39，在这种情况下，一些进气通道具有长方形的横截面，而其它进气通道具有方形的横截面。
图13c示出本发明的一个实施例，其中进气叶片37分别从侧壁32和33延伸，但其中没有单个的进气叶片37延伸进气口9的整体宽度。在这种情况下的效果是形成进气通道39a-39b的周向相邻的四个环形阵列，其中邻近每个侧壁32和33的通道具有长方形的横截面，而在隔板38之间限定的通道39b和39c具有常规的方形横截面。
图13d示出本发明的一个实施例，其中进气口叶片37仅延伸跨过进气口9的整体宽度的一半，在这种情况下，其从侧壁32延伸到中央进气口隔板38b。在这种情况下，只存在进气通道39a和39b的两个环形阵列，而39c和39d的每个“阵列”分别由单个环形通道路径39c和39d替代。
虽然可设置没有任何叶片或跨过其的其它结构的单个“无叶片”空间39d，但是如果要设置两个无叶片空间(如图13d中所示)，那么将其隔开的隔板将需要支撑。这例如可以是下述形式，轴向延伸的至少三个小支柱围绕涡轮机进气口在该中央隔板和相邻隔板或侧壁之间间隔开。
在侧壁32或33之一和通道的环形阵列之间(即在涡轮机进气口的一个轴向端处)的单个无叶片空间19c会是非常有益的。当套筒完全开放时，通过暴露所包括的无叶片空间，可变几何涡轮机的流通范围可显著增加。任选的，无叶片空间的径向向外的进气口在轴向上可比径向向内的排气口(未示出)更宽。
附图13e和13f的实施例还包括没有任何叶片的至少一个环形进气通道。在图13e的实施例中，单个的进气口隔板38和叶片37从侧壁32延伸到进气口隔板38，但不从进气口隔板38延伸到侧壁33。这形成相邻的进气口通道39a的第一环形阵列和单个的环形进气通道39b。图13f是图13e中所示实施例的一个极端实例，其中仅存在单个叶片37，示出其从侧壁32延伸到单个的进气口隔板38。虽然在此仅仅示出单个叶片37，但是可以理解，存在径向相对的叶片37，这样在第一环形阵列中存在两个相邻的半圆形进气部分39a，以及轴向相邻的单个环形进气通道39b。在实践中，本发明不可能适于任何应用，本发明将仅仅需要单对径向相对的叶片37。
在一些实施例中，存在至少六个叶片，以帮助确保叶片的两端足够靠近到一起而不会不切实际的长和导致过多的气体摩擦。这也可有助于气体以相对均匀的方式旋涡(例如围绕周向的恒定旋涡角)，如果少于六个叶片则难于实现上述。在一些实施例中，可存在至少9个叶片，优选存在至少12个叶片，大体存在至少14个叶片。举例来说，这种涡轮机进气口可具有9-18个叶片，对于非常小的涡轮增压器的涡轮机适于具有大约13-16个叶片以及对于非常大的机动涡轮机适于具有大约15-18个叶片。
在本发明的一些实施例中，由隔板导致的表面摩擦可通过降低隔板和叶片的轴向延伸程度由此降低叶片长度而减小。如果有必要或需要，可增加叶片数目以便增加“叶片的稳固性”。
根据目前可得到的材料，以及预期的气体脉动和温度变化，例如对于本发明的一些应用(例如重型发动机涡轮增压器应用)而言，周向分布多达30个气体通道会是合适的。在其它实施例中，例如对于轻型发动机涡轮增压器应用而言，周向分布多达40个气体通道会是合适的。例如对于燃料电池涡轮增压器应用而言，周向分布多达75个或以上的气体通道会是合适的(原因在于较低的排气温度和没有气体脉动)。对于在低温、低涡轮机压差、低的气体流速以及没有气体脉动和温度变化的情况下运行的非常大的涡轮机而言，周向分布100个气体通道会是合适的。
因此周向分布的气体通道(可能所有都至少部分轴向重叠)数目会一般在8和100之间。在其它实施例中，会在12和100之间，或在18和100之间(或许是23和100之间，可能是26和100之间或可以想象到的30至100之间)。根据本发明的一个实施例，可提供两个轴向分隔开的气体通道环形阵列，每个环形阵列具有12至100个周向分布的气体通道。
为了简单起见，没有示出具有较大数目周向分布气体通道的这种结构，但应理解在此所述的结构是示例性的，所述的原则可适用于设置具有较大数目周向分布气体通道，任选的在18和100之间。
因此，应该意识到，叶片数目可与图13a-13f所示的那些不同。
图14a至14d示出其中叶片37延伸跨过进气口9整个宽度的实施例，但至少一个或多个进气口隔板可仅仅沿着部分进气口周边延伸。
图14a示出本发明实施例，其包括延伸跨过进气口9整个周边(在该情况下在侧壁32和33之间)的单个进气口隔板38和在其它对叶片37之间延伸的进气口隔板部分38a和38c(其延伸跨过进气口9的整体宽度)。
图14b所示实施例与图14a所示实施例的不同之处在于存在沿着进气口9的整个周边延伸的两个隔板38a和38d，但是在此隔板38c分为在每一其它对叶片37之间延伸的非连续隔板部分。
图14c示出一个实施例，其中不存在沿着环形进气口9的整个周边延伸的单个进气口隔板，而是进气口隔板38a-38c包括在相邻对的进气口叶片37之间延伸的隔板部分。在所示的特定实施例中，进气口隔板部分38b相对于进气口隔板部分38a和38c在周向上交错。单独的进气通道39在轴向上交错，因为在周向相邻的通道39之间存在轴向重叠。
图14d的实施例示出喷嘴的另一实例，该喷嘴不包括沿着环形进气口9的整个周边延伸的单个进气口隔板。此外，该实施例示出在一对叶片之间延伸的进气口隔板部分之间的间隔如何与在相邻对叶片之间延伸的进气口隔板部分之间的间隔不同。
图13和14的实施例具有进气口通道39的常规规则阵列。但是没有必要是这种情况。例如，图15示意性示出一个实施例，其中不存在沿着环形进气口的整个周边延伸的单个进气口隔板，也不存在延伸跨过进气口整个宽度的单个进气口叶片。在该情况下，通道阵列是非常不规则的。在实践中，该特定模式可能不是特别理想的，但包括其以便示出根据本发明一些实施例可获得的变型程度(存在制造业适用性的问题)。
应该意识到上述的本发明的各个实施例的叶片或叶片部分可具有任意合适的横截面或构造。例如，叶片可具有相对传统的翼型构造。在一般情况下，其可有利于确保每个叶片的前边缘具有与每个叶片后边缘相比的厚度增加。叶片前边缘的厚度增加对于气流撞击到叶片上的入射角的任何变化提供更高的宽容性。也就是说，取决于涡轮机蜗壳内的流量/压力，可以改变气体将撞击到叶片上的方向。如果气体以一定的角度撞击到简单的片状结构上，它可能会导致流动到里侧的气流与片状结构分开而留下显著降低效率的旋涡/紊流区。
此外，应该意识到，叶片的构造和/或布置可有所不同，以便形成具有所需构造的进气口流动通道39。例如，通道39弯曲而非沿着大体上直线路径大体是有利的。
鉴于根据本发明的各种可能的替代结构，因此不会总是可以将进气口喷嘴结构视为包括传统意义上的离散进气叶片或甚至叶片部分。因此类似的，可能会不能确定各个进气口隔板或隔板部分。相反，在更广泛的方面，它可能更适合于将本发明视为有关的进气口喷嘴结构，该进气口喷嘴结构可限定多个离散的进气通道，上述进气通道可采取不同构造，且可以各种不同的方式进行布置。与图3至图15中所示的本发明实施例相同，涡轮机喷嘴包括至少两个轴向间隔开的进气通道环形阵列。在一些实施例中，单个轴向“阵列”实际上可包括仅仅一个周向上的进气通道。然而，在大多数实施例中，预期每个环形阵列将包括围绕环形进气口在周向上间隔开(例如相邻)的许多进气通道。
在本发明的任意给定实施例中，可以不同的方式来确定周向间隔开的进气通道39的环形阵列。例如，图16a至16d示出图9d的实施例，但是可以不同的方式确定周向间隔开的通道39的轴向间隔开的环形阵列。例如，首先参照图16a，确定四个进口通道39a至39d的环形阵列。在该情况下，第一阵列的进气通道39a具有不同的轴向宽度，但是彼此相邻。第二阵列的每一进气通道39b具有相同的轴向宽度，但彼此相对交错(错开)，且并不总是彼此相邻。周向间隔开的进气通道39c的第三环形阵列确定成具有相同的轴向宽度和位置，但并不彼此相邻。最后，周向间隔开的进气通道39d的第四环形阵列相应于第一阵列39a。
对于本发明的任何特定实施例而言，没有必要确定进气通道的两个以上的不同轴向间隔的环形阵列，甚至可存在两个以上的此类阵列时。例如，图16b示出间隔开的进气通道39a和39b的仅仅两个环形阵列。在该情况下，每个环形阵列内的进气通道相对于彼此在周向和轴向上都不相邻。在图16c中示出周向间隔开的进气通道的两个不同环形阵列39a和39b。在该情况下，第一阵列的进气通道39a实际上与第二阵列的进气通道39b在周向上相邻，通过每个阵列的通道轴向尺寸的重叠来获得轴向间距。也就是说，进气通道39b具有大于进气通道39a的轴向宽度，这样每个进气通道39b的至少一部分与进气通道39a轴向间隔开。最后，图16d示出确定进气通道39a和39b的两个轴向间隔开的环形阵列的另一种方法。在该情况下，通道39a和39b彼此轴向相邻，但每个阵列的通道39在周向上并不相邻。
应该理解，根据本发明的进气通道的进一步可能的不同环形阵列可由图16a-16d所示的本发明实施例来确定，且与本发明的其它实施例类似，可以不同的方式来确定进气通道的轴向间隔开的不同环形阵列。
根据图3至图16所示的本发明所有实施例，每个进气通道39具有常规的直线形横截面。然而，替代的横截面部分也是可能的，诸如像在图17和18中所示的由进气口侧壁50限定的菱形或六角形横截面。这些是实施例的实例，其中不一定适当地将任意单个的进气口侧壁50视为构成传统意义上的叶片或有别于进口叶片的进气口隔板。然而，在每一种情况下，喷嘴结构显然包括多个进气通道39。在图17或18中示出确定周向间隔开的通道39a和39b的两个轴向间隔开的不同环形阵列的一种方法。在这些实施例的每一实施例中，在所确定的每一环形阵列的进气通道在周向上彼此相邻。这些实施例的另一个特点是，跨过进气口轴向间隔开的相邻环形阵列在一定程度上彼此重叠。也就是说，第二环形阵列的每一独立进气通道39b的一部分与第一环形阵列的每一进气通道39a的一部分轴向重叠。据信这种喷嘴结构将进一步缓和涡轮机效率的任何倾向，以便具有带有不同进气口尺寸的“逐阶”特点。
图19和20示出与图17和18相同的实施例，但是示出确定进气通道39a和39b的轴向间隔开的环形阵列的不同方法。在该情况下，在每一实施例中确定轴向间隔开但不轴向重叠的两个进气通道环形阵列。
再次应该意识到，进气通道的精确构造通过限定上述构造的壁来控制，以及可将喷嘴结构设计成在喷嘴结构内的不同进气通道具有的构造与同一喷嘴结构内的其它进气通道的构造不同。例如图21中示出图17和18所示的“蜂窝型”实施例的变型。根据该实施例，进气口侧壁50同样限定常规六角形的进气通道39，但在该情况下，阵列是稍微有点不规则的。示出确定两个轴向间隔开的进气通道39a和39b的实例的一种特定方法。应该意识到通过采取类似于例如关于图16a至16d上述的方法来确定交替间隔开的进气通道环形阵列。
在图3至图21所示以及上述的本发明所有实施例中，喷嘴结构包括多个进气通道，上述进气通道包括分别与其它两个进气通道周向和轴向间隔开的至少一个进气通道，或实际上与其它两个进气通道的每一个都周向和轴向间隔开的至少一个进气通道。上述间隔可是如此的以致于至少一些通道彼此相邻，并且在至少一些通道之间可存在轴向和/或周向的重叠。表达这种关系的一种其它方式是在所示的每一本发明实施例中，可以确定周向间隔开(以及可能相邻和/或周向重叠(或交错))的第一对进气通道，以及可以确定轴向间隔开(以及可能相邻和/或周向重叠(或交错))的第二对进气通道。根据如何确定上述成对的进气通道，在某些情况下可能仅仅需要三个通道来限定上述两对进气通道，其中第一和第二对共用一个进气通道。
例如，图22示出了图18和20所示的上述实施例。参照图17，第一进气通道60与第二进气通道61周向间隔开且与第三进气通道62轴向间隔开。在该情况下，通道彼此相邻。类似的，单个进气通道63与进气通道64周向间隔开以及与进气通道65轴向间隔开。在此通道不相邻。例如进气通道60和61可被视为包括第一对周向间隔开的进气通道(以及凭借其轴向重叠而轴向间隔开)，以及进气通道60和62可被视为包括轴向间隔开的第二对进气通道，其中上述第一和第二对共用单个进气通道60。类似的，例如进气通道63和64可被视为包括周向间隔开但非相邻的第一对进气通道，以及进气通道63和65可被视为包括轴向间隔开(且在该情况下还周向间隔开)的第二对进气通道，在该情况下上述第一和第二对共用单个进气通道63。或者的，例如进气通道60和63可被视为包括第一对周向间隔开的进气通道，以及进气通道64和65可被视为包括第二对轴向间隔开的进气通道。
参照图23到25，这些示出本发明的实施例的视图，其包括轴向横截面大体分别相应于图7a、7b和7c的“菱形”进气通道39的阵列。其示出喷嘴向内渐细，包括随着半径减小而变窄的不同进气通道39。应该意识到，同样的方法可采取例如在图18和20中所示的六边形进气通道阵列。
更大体地，应该意识到，进气通道39的构造可在本发明的实施例之间显著变化。例如，进气通道39可具有相对于涡轮机叶轮5的旋转方向的更大或更小程度的向前扫掠，以便导致进气气流中的更多或更少的旋涡。扫掠的程度(或旋涡角)可沿进气通道的长度变化。不同的进气通道可具有不同的旋涡角。例如，一个进气通道环形阵列的所有进气通道可具有相同的旋涡角，但是可与另一进气通道环形阵列(例如相邻)的旋涡角不同。
此外，个别(单独的或不同的)进气通道39可具有沿其长度为恒定的横截面面积，或其可渐细，或例如其可变窄然后再次在其上游到下游两端之间扩展。例如在进气通道进气口处的横截面积可从一种尺寸和/或形状变化到在其排气口处的另一种尺寸和/或形状通。例如横截面形状在其进气口处可为菱形或六角形，且逐渐变为在其排气口处的更为长方形或正方形的形状。
在本发明的一些实施例中，合适的是使得进气通道39受限到径向平面，例如大致等同于已知的涡轮增压器喷嘴设计，其包括直形叶片，即上述叶片位于包含涡轮增压器轴的平面上。
虽然从某种意义上而言，例如图17和18中所示的“菱形”和“蜂窝状”结构没有必要被视为包括传统意义上的叶片，或清楚分辨的隔板，但实际上其可由合适构造的离散进气口隔板来构建这种喷嘴结构。例如，图26示出如何通过将轴向相邻的隔板压到一起来构建图18中示意性示出的结构，在图中标出其中的四个78a-78d。这些隔板的每一个是环形的，但沿着“波状垫圈”的线在周向上成波状，且以“异相”对准(在周向上交错)，这样在相邻隔板之间限定六边形的进气通道39。
如果每个隔板的波纹严格地径向延伸，则每个进气通道39将沿半径延伸。然而，通过使得波纹相对于周向方向向前扫掠，可限定类似向前扫掠的进气通道39。上述在图27a到27d中示出。图27a示出隔板80中的七个隔板，上述隔板在组装到喷嘴结构内之前设置螺旋波纹。为了形成最终的喷嘴，可通过任何适当的方式将隔板80压在一起且相互结合。图27b是通过涡轮增压器一部分的横截面，其中最终的喷嘴结构保持原位。图27c是沿着涡轮增压器轴4m看去的环绕涡轮机叶轮5的喷嘴结构的端视图，以及图27d是例如相应于图23的轴向横截面。
应该意识到可对图26和图27a至27d所示的本发明实施例进行各种变型。例如，波纹或波浪可采取各种形式，包括正弦和对角线或“V”形，或适于限定进气通道39的所需构造的任何其它形状。此外，根据所示实施例，每个隔板80为波纹构造，但在其它实施例中，希望将非波纹状(波状)(例如严格意义上的径向)的隔板放置到一对或多对波状隔板之间以便改变进气通道39的构造和跨过进气口的某些轴向位置。类似的，个别(单独的或不同的)波状隔板80可以下述方式压到一起，使得隔板80之间的接触面积大于或小于图21至22中所示的那些，从而同样改变进气通道的构造。事实上，接触面积可跨过喷嘴结构的半径来限定进气通道39，其具有相应的不同(变化)横截面面积。
存在用于将隔板结合到一起的各种可能性。例如隔板可被焊在一起(例如使用银钎焊或适于在涡轮机进气口内所经受高温的其它钎焊)，或相邻隔板可设置有配合结构，诸如互补的突起和凹进处。或者的，隔板可被点焊到一起。对于本领域的合适技术人员而言会明了其它适当的制备方法。
根据图26和图27a至27d所示的本发明实施例，相邻隔板以反相对准，使每一其它隔板70直接对准。这将形成蜂窝状结构，其中轴向相邻的进气通道39沿着涡轮增压器轴精确对准。但是，通过在如图28所示的每个连续隔板内引入稍微周向的偏离，轴向相邻的进气通道39可如线90所示那样在周向上错开，示出线90与虚线91成一定的角度，虚线91平行于涡轮增压器轴。例如当套筒处于开放位置时，上述可用于部分缓解涡轮机叶片的高周疲劳。
在一些实施例中，隔板大体可为环形，且具有常规的双曲抛物面表面(即大体由双曲抛物面表面部分限定的表面)。大体将双曲抛物面称为具有鞍形。在笛卡尔几何坐标系中通过下述方程可限定一种类型的双曲抛物面：
z = x 2 a 2 - y 2 b 2 .
其中x，y和z是三维的笛卡尔直角坐标，以及a和b是常数。在某些情况下，a和b可具有大致相同的值。双曲抛物面或“马鞍”形隔板可包括任何数目的角，边缘或位于隔板主平面上方或下方的顶点。虽然这种隔板大体采取四个这种角，边缘或顶点，但是根据需要，其可采取任意其它数目，诸如六个，八个或更多。
图29示出一种替代方法，用于形成与图26所示大体上相同的蜂窝状结构，但其由单个螺旋隔板结构100形成，而不是由例如如图26中所示的不同环形隔板形成。
例如如图21中所示的结构也可由波状隔板制成，但具有所限定的构造以便形成如图所示的更“不规则”的蜂窝状阵列。在该情况下，并返回参照图21，例如通过将如图中粗线所示的三个不同构造的环形隔板(其中两个互为镜像)压到一起或以其它方式结合到一起来设置壁50，其示出三个隔板彼此相邻压下，以及第四隔板邻近进气口9的壁33。
如图30a和30b中所示，一些流通通道可被阻断以便调整相应于某些进气口宽度的区域中的效率。例如在图30a和30b中示出在喷嘴轴向端部处的部分六角形通道被阻断。在图30b的情况下，当这些通道暴露于进气流体时，这些区域中通道的轴向宽度减小，上述有助于减少叶片上的振动。
无论喷嘴组件(例如叶片/隔板或“蜂窝状”结构的组件)的构造或其构建方法，限定改变通过进气口气体流动路径尺寸的进气通道和/或套筒的表面至少部分涂敷有用于在涡轮机运行的高温下氧化烟尘的合适催化剂，以便有助于防止烟尘在喷嘴表面上的沉积和积聚。
对于本领域的技术人员而言，可以各种不同方式来构建根据本发明的喷嘴组件和进气口结构的其它细节。
例如，在图3、4a-4b、7a-7g、23-25及27a-27d示出的本发明实施例中的每一个实施例示出涡轮机进气口结构，其中套筒30围绕喷嘴结构的外径滑动，这样套筒起到在其上游端处阻断/开放进气通道39的作用。然而，在本发明的替代实施例中，圆柱形套筒可位于喷嘴的内径上，这样圆柱形套筒可在其邻近涡轮机叶轮的下游端处打开和封闭进气通道39。例如，图31a至31c示出在图3和图4a-4b中所示的本发明实施例的变型，其中变型的套筒130滑动跨过进气通道39下游的进气通道9，这样其在喷嘴和涡轮机叶轮之间滑动。本发明的该实施例的其它细节大体上与关于图3和图4a-4b中所示和所述的那些大体上相同，以及合适时可使用相同的附图标记。唯一明显的差异在于适配直径减小套筒130所必须的那些，即重新定位两个喷嘴环之一的标为喷嘴环132的那些，以及支撑杆31连接到其的凸缘130a。具体的，应该意识到如上所示和所述的各种喷嘴结构的每一个以及如上所述的所有变型可包括在其中套筒130在进气口喷嘴的内径处围绕涡轮机叶轮定位的本发明实施例中。
在本发明的一些实施例中，有利的是提供两个可轴向滑动的套筒，其包括沿着进气通道的外径定位的第一套筒和位于进气通道内径处的第二圆柱形套筒。在这种情况下，第一和第二套筒可具有跨过进气口9宽度的相同径向延伸程度，或在至少一个位置处两个套筒的一个可比另一个延伸的更远，这样在这种位置中，环形进气口的整个轴向宽度从其上游到其下游开口可不同。两个套筒可联接到一起(或成一体)，以便作为一个单元进行致动，或者独立地设置和致动。
以上所述的本发明实施例示出套筒30和130从涡轮机叶轮的轴承座侧延伸跨过环形进气口9。在本发明的其它实施例中，套筒可从涡轮机叶轮的涡轮机壳体侧延伸跨过环形进气口9。换句话说，套筒和致动机构可容纳于涡轮机壳体内而不是轴承座内。在图32a和32b、33a和33b中示出本发明这种实施例的实例。
从涡轮机侧致动套筒可有利于缓解涡轮机叶片的高周疲劳，因为套筒几乎被封闭时，只暴露出一个环形进气通道。当套筒从涡轮机侧封闭时，那么大体朝向轴承座侧以及朝向涡轮机叶轮的后部关闭，此时涡轮机背面更牢固地支撑涡轮机叶片。
然而还应当指出，虽然可能在一侧上设置执行器，其设置成从另一侧经由一个或多个支柱(一般至少两个，大体情况下三个将是必要的)拉动套筒。因此，致动器可处于轴承座中，且通过一些“拉杆”(未示出)连接到涡轮机壳体内的套筒。“拉杆”朝向轴承座拉动套筒，以阻断进气口。或者的，致动器可处于涡轮机壳体内通过“拉杆”连接到套筒，从轴承座朝向涡轮机壳体侧拉动套筒，以阻断进气口。未示出这些实施例，部分原因是为了简洁起见，部分原因是因为它大体会优选地将致动器和套筒设置于环形涡轮机进气口的相同侧上。
如果需要拉杆，希望将上述拉杆在周向上与叶片对准，例如沿着一些叶片(例如三组轴向分隔开的叶片)边缘(例如径向外边缘)，上述叶片可能是周向对准(即非交错)的叶片。
拉杆系统(未示出)的一个可能优势是其可有助于将套筒围绕喷嘴对准(由于套筒系统的额外轴向长度)，从而防止倾斜和形成卡住。执行拉杆系统的另一个原因是获得轴承座致动的益处，同时也减轻由套筒从涡轮机侧滑动导致的涡轮机叶片的高周疲劳。
首先参照图32a和32b，喷嘴组件大体由附图标记34表示，且可采取上述的任意形式及其替代形式。图32a和32b的实施例和例如图3的实施例之间的显著差异是圆柱形套筒230安装在腔室240内，该腔室240限定在涡轮机壳体1内而非轴承座3内。由于套筒230定位于上述不同的位置，这样其从涡轮机侧到轴承座侧滑动跨过进气口9，安装和致动套筒的方式非常类似于图3中所示的方式。也就是说，套筒230安装到链接到致动器轭243的导杆241上，该导杆241依次由包括气、液压和电动的各种不同形式的致动器致动。在所示的实例中，导杆241滑动支撑在轴衬244内。喷嘴组件34包括第一喷嘴环232，其限定进气口9的第一侧壁；以及第二喷嘴环233，其封闭通到进气口9的环形凹槽240，由此限定进气口9的第二侧壁。环形密封圈107设置成相对于喷嘴环233密封套筒230。应该意识到，在本发明该实施例中运行的其它方面将大体上与本发明的其中套筒30从轴承座侧致动的上述实施例的那些方面相同。具体的，进气通道39将以大致相同的方式起作用。
参照图33a和33b，这些示出图32a和32b中所示实施例的变型，其中套筒330位于喷嘴组件34的内径上而不是外径上。在该特定实施例中，喷嘴组件34位于壳体1的侧壁332和面对的侧壁332之间，该面对的侧壁332位于环形进气口9的相对侧且其封闭环形腔室240，导杆241滑动支撑在环形腔室240内。在此同样的，套筒330通过凭借轭243链接到套筒的任意合适的致动器进行致动。在该实施例中，腔室240通过支撑于环形构件335内径上的密封圈334相对于环形进气口9进行密封。
如上所述，本发明的其它实施例可包括两个平行的套筒，一个位于内径上以及另一个位于外径上，上述套筒可布置和控制成一起移动或彼此独立地移动，并可具有不同的长度。
可对套筒的结构做出各种变型。例如，图34a和34c示出套筒30自由端的三种可能的不同轮廓。其中图34a的套筒30具有方形端，套筒30的自由端可弯曲，或另外以如图34b和34c中所示的其它流线型。当气体通过进气口9的开放部分流经套筒时，这会提高空气动力学效率。
图35a和35b示出适于套筒30的两种可能布置，其包括邻近套筒30自由端的活塞式密封环100，从而防止气体在套筒30和根据本发明的大体由附图标记101标识的喷嘴阵列。应该意识到喷嘴组件101可具有上述的根据本发明的任何可能构造。还应该意识到，套筒30的自由端例如可如图34b和34c中所示那样的构造(且如果处于喷嘴内径处，可为相反轮廓，即位于其外径上)。可采取这种形状以及诸如径向脊(未示出)的其它形状，以便改变涡轮机的空气动力学效率或改变套筒经受的轴向或径向空气动力。
此外，在本发明的一些实施例(其可具有任意喷嘴组件，上述喷嘴组件具有上述的任意可能构造，例如多个隔板)中，没有邻近套筒自由端的活塞环密封圈。以该方式，套筒可安装成使得气体可在套筒和喷嘴组件之间经过。例如，在喷嘴组件包括多个环形隔板以及套筒安装于环形隔板外径之外的情况下，套筒可安装偶同和至少一个环形隔板之间具有间隙。在这种情况下，套筒可具有大于至少一个环形隔板外径的内径。在图7c中可看出在套筒30和喷嘴组件34之间的气体流动路径38g的实例。气体流动路径38g经过在套筒30和喷嘴组件34的隔板38b之间的径向间隙。气体流动路径38g是如此的，即一旦气体经过套筒30和隔板38b之间的间隙，则气体通过进气口9朝向涡轮机叶轮流动。在其它实施例中，可采用套筒和喷嘴组件(其限定喷嘴组件和套筒之间的气体流动路径)之间的任何其它合适的间隙。在图7c中，为了清楚起见将套筒和隔板38a-38c之间的间隙放大。在套筒朝向进气口侧壁轴向移动以便减小气体可流动通过其的进气口尺寸的情况下，套筒和喷嘴组件之间的间隙是如此的，以致于其允许气体在喷嘴组件和套筒之间在大体与套筒朝向进气口侧壁移动以便减小进气口尺寸的移动方向相反的方向上流动。此外，套筒和喷嘴组件之间的间隙可能是如此的，以致于其允许气体在喷嘴组件和套筒之间在大体径向向内朝向涡轮机叶轮的方向上流动。在一些实施例中，喷嘴组件和套筒可构造成使得在所有的隔板和套筒(例如，所有的隔板具有小于套筒内径的外径)之间存在间隙。然而，在其它实施例中，喷嘴组件和套筒可配置成仅在一些隔板和套筒之间存在间隙。例如，使得在喷嘴和套筒之间不存在间隙的隔板大体接触套筒。在这种情况下，紧靠套筒的这种隔板由于可以改变进气口的尺寸而可导引套筒的移动。已经发现，在一些实施例中，在套筒和喷嘴组件之间提供间隙(因此提供气体流动路径)可提高涡轮机的性能。
也可能对套筒的相对侧(即接触喷嘴的边缘)进行成型或倒角以便使得运行平稳，以及减轻例如隔板对套筒卡住的可能性。
此外，应该意识到，包括在图34a-34c、30a和30b所示那些的这些可能性可适用于套筒，不管是否其安装在轴承座或喷嘴的涡轮机壳体侧，以及不管其是否安装在喷嘴的内径或外径上或者两者上。
参照图36，涡轮增压器包括经由中央轴承座3w结合到压缩机2w的涡轮机1w。涡轮机1w包括适于在涡轮机壳体5w内旋转的涡轮机叶轮4w。同样，压缩机2w包括可在压缩机壳体7w内旋转的压缩机叶轮6w。涡轮机叶轮4w和压缩机叶轮6安装在延伸通过中央轴承座3w的同一个涡轮增压器轴8w的相对端上。
涡轮机壳体5w具有废气进气口蜗壳9w(环绕涡轮机叶轮4w定位)和轴向废气出口(排气口)10w。压缩机壳体7w具有轴向进气通道11w和环绕压缩机叶轮6w设置的压缩空气排气口蜗壳12w。涡轮增压器轴8w在分别朝向轴承座3w的涡轮机端和压缩机端封装(housed)的径向滑动轴承13w和14w上转动。压缩机端轴承14w还包括推力轴承15w，其与包括挡油环16w的油封总成交互。油通过进油口17w从内燃机油系统供应给轴承座，且通过油通道18w供应给轴承组件。
在使用时，涡轮机叶轮4w通过从环形废气进气口9w到废气排气口10w的废气通道旋转，涡轮机叶轮4w依次使得压缩机叶轮6w旋转，由此压缩机叶轮6w通过压缩机进气口11w抽吸进气，且通过压缩机排气口蜗壳12w将升压空气传送到内燃机(未示出)的进气口。
在图37中示出根据本发明实施例的涡轮机22w的涡轮机蜗壳20w和环形进气口21w。两个环形隔板23aw、23bw跨过进气口21w将进气口21w均等间隔开，连同进气口的内外侧壁24w、25w限定三个具有同等轴向宽度的轴向偏离的环形进气口部分26aw、26bw、26cw。相应叶片27aw、27bw、27cw的环形阵列轴向延伸跨过三个进气口部分26aw、26bw、26cw的每一个。叶片27aw、27bw、27cw是可选的，且在其它实施例中并非存在于所有的进气口部分26aw、26bw、26cw内。叶片27aw，27bw，27cw将每一相应的进气口部分26aw，26bw，26cw分隔以便形成在每一进气口部分26aw，26bw，26cw内的进气通道。圆柱形套筒28w设置成可轴向移动跨过环形进气口21w以便改变通过进气口21w的气体流动路径的尺寸(即改变涡轮机的几何形状)。圆柱形套筒28w进行的移动例如可关闭或至少部分关闭、或打开或至少部分打开(开放)一个或多个进气口部分26aw，26bw，26cw。
涡轮机22w还示出为包括涡轮机叶轮29w，其安装在涡轮机轴30w上以便围绕涡轮机轴旋转。
例如，图37的套筒28w可铸造形成。然而，图38和39中示出形成套筒28w的更精确、更廉价或更简单的方式。
图38示出片材材料40w。片材40w可由适于承受涡轮机内条件的任意材料形成。例如，片材40w可由金属或合金形成。
图39示出片材已经被冷轧成套筒状形状28w。冷轧片材的相对面可焊接、钎焊或以其它方式附接到彼此42w以便形成套筒28w。
在不同但相关的实施例中，冷轧片材的相对面不附接到彼此。图40中示出这种实施例。在图40中，示出根据本发明另一实施例的套筒50w的端视图。最终根据本发明的另一个体现在与。套筒50w同样通过冷轧片材材料形成，该片材材料可由适于承受涡轮机内条件的任意材料形成。例如，片材可由金属或合金形成。与图39对比，在图40中，片材的相对面(或承载上述面的端部)不附接到彼此，而是重叠52w到彼此。这种重叠52w可允许适应在涡轮机运行过程中的例如由于套筒经受的温度变化，以及以便于促使套筒膨胀或收缩。这种允许、适应性或便利性可减少或防止套筒在上述叶片或隔板上的卡住。例如，如果没有这种允许、适应性或扩展的便利性，套筒可紧靠隔板或叶片，上述隔板或叶片在使用过程中由于受热而会导致卡住。
套筒的重叠程度、和/或套筒的材料可选择成以一定的速率(例如径向速率)膨胀和/或收缩，该速率与套筒所环绕的隔板或叶片(或在其它实施例中-未示出-隔板或叶片环绕套筒)的膨胀速率(例如径向速率)匹配。
可在套筒、和/或隔板、叶片或限定进气口部分的其它结构内设置轴向延伸的台阶。该台阶可在周向方向上递增或递减，且可具有螺旋部件。该台阶可适合上述的重叠，和/或可确保重叠不会留下间隙，否则气体会通过间隙流动，上述总体上会降低涡轮机效率。图41a到41f示出不同套筒60w，70w，80w，90w，100w，110w和进气口结构65w，75w，85w，95w，105w，115w的端视图，上述套筒之一和进气口结构之一可为或设置这种台阶。在给定套筒内可设置多于一个台阶，例如，内径和外径台阶。套筒可重叠到形成一个卷的程度。套筒可由结合到一起的两个或两个以上的部分或部段(例如套筒部段的一半或四分之一)形成。
在图37中，可设置单个套筒部段。单个套筒部段就已足够。然而，更多的更能是所希望的，或在某些情况下是所需的。例如，希望确保气体流动通过仅仅单个的进气口部分，或通过多个但并非所有的相邻进气口部分。会希望确保气体流动通过具有一种特定叶片构造的进气口部分，或通过具有某些叶片构造的进气口部分。
根据本发明的第一方面，提供一种包括涡轮机叶轮的可变几何涡轮机，涡轮机叶轮安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转。壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口，环形进气口分隔成至少两个轴向偏离的进气口部分。在图37中示出上述特征。与图37的布置对比，并根据本发明，涡轮机还包括第一圆柱形套筒部段和第二圆柱形套筒部段，第一圆柱形套筒部段可轴向延伸跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸，第二圆柱形套筒部段可轴向延伸跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸。通过提供两个套筒部段，可实现对气体流量的更强控制。
图42示出了参照图37所示和所述的涡轮机的子部段的视图。除了图37所示的特征之外，图42示出设置第二圆柱形套筒部段40x。(第一)圆柱形套筒28w和第二套筒部分40x可相对于彼此独立地移动。例如这可改善对通过进气口的气流的控制，这样例如气体可仅仅流动通过单个进气口部分27bw(例如，具有某种或所需的叶片构造，上述可包括不包括叶片的情形)。由于设置两个可独立移动的套筒部段28w、40x，暴露的一个或多个进气口部分27bw可没有必要与侧壁24w，25w相邻，但上述进气口部分可为远离(例如，通过一个或多个其它进气口部分27aw、27bw分隔开的)侧壁24w，25w定位的一个或多个进气口部分分离。
在图42中，第一圆柱形套筒部段28w和第二圆柱形套筒部段40x两者均具有大于进气口部分外径(即环绕进气口部分27aw，27bw，27cw的套筒部段28w，40x)的内径。这种布置可改善发电机的运行，例如减少通过或经过进气口的气流湍流或气流性能。
在另一个实施例中，第一圆柱形套筒部段和第二圆柱形套筒部段两者均可具有小于进气口部分内径的外径(即由进气口部分环绕套筒部段)。
图43示出了另一实施例，其中第一圆柱形套筒部段28w具有的内径大于进气口部分27aw，27bw，27cw(即第一套筒部段28w环绕进气口部分27aw，27bw，27cw)的外径。相比之下，第二圆柱形套筒部段50x具有的外径小于进气口部分27aw，27bw，27cw的内径(即第二套筒部段分50x环绕进气口部分27aw，27bw，27cw)。这种布置可能是有利的，如所需的那样，因为现在两个套筒部段28w，50x同时延伸跨过进气口。
图44示出了类似于图42中所示的布置。然而，在图44(以及对比图42)中，套筒部段28w，40x经由桥接件60x连接到彼此。因此，套筒部段28w，40x由于附接到彼此而不再可独立移动。然而，经由套筒部段28w，40x一起进行的适当移动，仍旧可获得暴露一个或多个进气口部分27aw，27bw，27cw的效果(取决于套筒部段28w，40x和进气口部分27aw，27bw，27cw轴向宽度的分离程度而定)。
套筒部段28w，40x可由单个套筒形成，其中在套筒中设置一个开口(例如环形开口)以便形成两个套筒部段。套筒的剩余部分可形成上述的桥接件。
在所述实施例中，套筒已被示为在进气口的相对侧壁内或相对于进气口的相对侧壁移动。在所述的所有实施例中，一种变型可包括下述套筒部段，其从同一侧壁或相对于同一侧壁移动。但是，这种布置会限制暴露远离进气口侧壁的进气口部分的能力。
通过套筒部段后端部(如不位于或不可定位于进气口内的端部)的致动以及与其相互作用可使得套筒部段移动。或者的或另外的，通过延伸跨过进气口的一个或多个导向器(例如，可移动的杆或线或电缆)的致动以及与其相互作用可使得套筒部段移动。
不同的进气口部分可具有不同的的叶片配置(构造)(其可包括没有叶片的进气口部分)。可通过两个套筒部段的移动经由合适的选择进气口部分来对这些配置进行选择。
可变几何涡轮机可进一步包括第三圆柱形套筒部段，其可移动以便打开或关闭进气口、或进气口的上游体积与涡轮机排气口(出口)之间的通道。
在图45中示出对图37所示配置进行替代的一种潜在可行的实施例。在图45中示出根据本发明实施例的涡轮机122w的涡轮机蜗壳120w和环形进气口121w。进气口至少部分由侧壁124w、125w限定。两个环形隔板123aw、123bw跨过进气口121w将进气口121w均等间隔开，连同端壁123cw、123dw限定三个具有同等轴向宽度的轴向偏离的环形进气口部分126aw、126bw、126cw。相应叶片127aw、127bw、127cw的环形阵列轴向延伸跨过三个进气口部分126aw、126bw、126cw的每一个。叶片127aw、127bw、127cw是任选的，且在其它实施例中并非存在于所有的进气口部分126aw、126bw、126cw内。叶片127aw、127bw、127cw将每一相应的进气口部分126aw、126bw、126cw分隔以便形成在每一进气口部分126aw、126bw、126cw内的进气通道。
对比于图37所示的配置，图45中的隔板123aw、123bw以及叶片127aw、127bw、127cw是大体上环形隔板结构200w的一部分，其可轴向移动跨过进气口121w以便改变通过进气口121w的气体流动路径的构造(即改变涡轮机的几何形状)。图45示出隔板结构200w包括至少两个(或可仅仅两个)轴向偏离的进气口126aw、126bw、126cw，其中的至少两个(或可仅仅两个)可完全(即不是部分地)定位于环形进气口121W内。如果至少两个进气口部分126aw、126bw、126cw只部分地定位于进气口121w内，例如由于湍流增加或气流减少会使得性能降低。
隔板结构200w可设置于可轴向移动的套筒之内或之上(例如，在其端部处)。套筒可包括实心部分201w(即没有进气口部分)，其可至少部分定位于进气口121w内，例如以便至少部分阻断或封闭进气口。
如图中所示，至少一个进气口部分126aw、126bw、126cw可包括将进气口部分126aw、126bw、126cw分成进气通道的叶片127aw、127bw、127cw。再次如图中所示，至少两个进气口部分126aw、126bw、126cw可包括将相应进气口部分126aw、126bw、126cw分成进气通道的叶片127aw、127bw、127cw。第一进气口部分内的叶片配置可能与第二进气口部分(图中未显示)内的叶片配置不同。第二进气口部分内的叶片配置可与第二进气口部分内的配置相同，例如图中示意性示出的那样。
如图中所示，隔板结构200w可包括至少三个轴向偏离的进气口部分126aw、126bw、126cw，所有三个进气口部分126aw、126bw、126cw可完全位于环形进气口内。
在其它实施例中，优选的是可将(仅仅)整数的进气口部分定位于进气口内(即非一个部分进气口或多个部分进气口)。如果一个或多个进气口部分仅部分定位于进气口内，那么例如由于湍流增加或气流减少会使得性能降低。
返回参照附图，为了完整性起见，涡轮机122w还示出为包括涡轮机叶轮129w，其安装到涡轮机轴130w上以便围绕涡轮机轴旋转。
在图46中示出根据本发明实施例的涡轮机22w的涡轮机蜗壳20w和环形进气口21w。一个环形隔板23w位于进气口21w内，连同进气口的内外侧壁24w、25w限定两个具有同等轴向宽度的轴向偏离的环形进气口部分26aw、26bw。具有同等最大轴向厚度的相应叶片27aw、27bw的环形阵列轴向延伸跨过两个进气口部分26aw、26bw的每一个。如图46中所示，隔板23w的轴向厚度“TB”显著小于每一叶片27aw、27bw的最大轴向厚度“Tv”。此外，隔板23w的轴向厚度“TB”也显著小于涡轮机叶轮29w的直径“D”。在所示的具体实施例中，TB为D的2.25％左右。
图47示出本发明的或者实施例，其中涡轮机32y采用涡轮机蜗壳30w和环形进气口31y。三个环形隔板33ay、33by、33cy将进气口31y均等间隔开，连同进气口的内外侧壁34y、35y限定四个具有同等轴向宽度的轴向偏离的环形进气口部分36ay、36by、36cy、36dy。具有同等最大轴向厚度的相应叶片37ay、37by、37cy、37dy的环形阵列轴向延伸跨过四个进气口部分36ay、36by、36c y、36dy的每一个。每一隔板33ay、33by、33cy的轴向厚度“TB”显著小于每一叶片37ay、37by、37c y、37dy的最大轴向厚度“Tv”以及也显著小于涡轮机叶轮39y的直径“D”。在所示的该实施例中，TB为D的2.25％左右。
应该意识到，在或者实施例中，同一喷嘴结构内的阵列中的叶片数目和/或轮廓(轮廓)从一个阵列到另一个阵列可相互不同，和/或由阵列中的叶片限定的旋涡角与由其它阵列中的叶片所限定的旋涡角不同。
大体情况下，废气从周围蜗壳或腔室流向环形进气口，因此环形进气口限定在蜗壳下游，蜗壳的下游端终止于环形进气口的上游端。由此，蜗壳将气体传送到环形进气口，而本发明的进气通道接收来自蜗壳的气体。在一些实施例中，限定环形进气口的第一和第二侧壁是限定涡壳的延续的壁。环形进气口可由位于环形进气口内的一个或多个隔板分隔成至少两个轴向偏离的进气通道，因此上述进气通道位于蜗壳下游。
已经在附图中利用单个流体蜗壳对本发明的涡轮机进行了说明，但应该意识到，其也适用于轴向分隔开的壳体，由此来自发动机的一个或多个汽缸的气体被导引到被分隔开的蜗壳之一内，而来自一个或多个其它汽缸的气体被导引到不同的蜗壳内。还可能将涡轮壳体沿周向分隔开以便提供多个周向分隔开的蜗壳，或甚至将涡轮壳体在周向和轴向分隔开。但是应该意识到，应将轴向或周向分隔开的蜗壳与存在于本发明涡轮机中的多个进气通道相区分开。例如，进气通道涉及到喷嘴结构，其布置成使得从蜗壳接收的废气加速流向涡轮机，并且当其加速时任选地调整或控制气体的旋涡角。形成本发明一部分的多个进气通道可进一步与分隔开的蜗壳布置相区分，因为进气通道接收来自蜗壳(或分隔开的蜗壳)的气体，且将气体分隔成引导到涡轮机上的路径(流动通道)阵列，分隔开的蜗壳接收来自废气歧管的气体以便保持由单独的发动机汽缸打开事件导致的气体脉冲的气流速度。
应该意识到轴向偏离的进气通道包括具有不同轴向位置的进气通道和/或具有不同轴向延伸程度的进气通道。轴向偏离的进气通道可间隔开、相邻或轴向重叠。
图48中示出图8a-8c中所示实施例的一种可能变型，以及在合适时使用相同的附图标记。如图8a-8c中所示实施例的那样，可以看出叶片37wv-37zv不连续跨过进气口的整个宽度，而是限定进气通道39wv-39zv的每一环形阵列的叶片具有不同的构造。限定每一进气通道环形阵列的叶片的各种配置会是有利的，因为在一些实施例中，希望通过不同环形阵列的气体具有不同流动特性和/或效率，上述取决于环形阵列的轴向位置。
叶片37xv-37zv的前边缘位于相同外径上，而叶片37wv的前边缘位于不同外径上。叶片37wv、37xv和37zv的后边缘位于相同内径上，而叶片37yv的后边缘位于不同内径上。叶片37wv和37yv的径向延伸程度相同，但不同于叶片37xv和37zv的径向延伸程度。此外，还可以看出，进气口隔板38xv-38zv比至少一些叶片37v具有更大的径向延伸程度(在所示实施例中，其大于任何叶片的径向延伸程度)。也就是说，当隔板38xv-38zv具有与叶片37v大致相同的外径时，隔板38av-38cv的内径显著小于叶片37v的内径，这样隔板38xv-38zv比叶片37v进一步朝向涡轮机叶轮5v延伸(即，隔板延伸到叶片的径向内侧)。具体的，每个隔板在叶片内侧径向延伸到位于其轴向任一侧的进气口部分内。例如，隔板38xv在叶片37wv和37xv的内侧径向延伸。在一些实施例中，隔板可在叶片的径向内侧延伸到仅仅一个相邻的进气口部分内。在其它相邻的进气口部分内的叶片可具有后边缘，其具有的半径(或直径)与隔板的半径(或直径)相同。在一些实施例中，对于隔板而言，在叶片内侧径向延伸到至少一个相邻进气口部分内会是有利的，因为这限制了在涡轮机叶轮上游的轴向相邻进气口部分之间的流体连通和湍流。
在该具体实施例中，每个隔板38xv-38zv具有相同的外部径向尺寸(或外径)。在其它实施例中，至少一个隔板可具有不同的外部径向尺寸。在该具体实施例中，每个隔板38xv-38zv具有不同的内部径向尺寸(或内径)。在其它实施例中，只有一些隔板可具有不同的内部径向尺寸。隔板38xv-38zv的径向内部尺寸(或内径)形成下述趋势，即隔板38xv-38zv的相对内径在从进气口侧壁32v到进气口侧壁33v的轴向方向上增加。应该意识到，在其它实施例中，隔板的径向内部尺寸(或内径)形成下述趋势，即隔板的相对内径在从进气口侧壁32v到进气口侧壁33v的轴向方向上减小。在一些实施例中，具有下述趋势，即隔板的相对径向内部尺寸(或内径)在进气口侧壁之间在轴向方向上增加/减小仅仅是大体情况下的一种趋势。例如，隔板的相对径向内部尺寸(或内径)在进气口侧壁之间在轴向方向上大体会增加，而至少一个隔板可具有不符合上述趋势的相对内部径向尺寸。在一些实施例中，隔板的相对内部径向尺寸(内径)在进气口侧壁之间在轴向方向上增加/减少会是有利的，因为这使得通过每一进气口部分以及入射到涡轮机叶轮上的气体流动特性跨过进气口改变。
在该实施例中，由隔板38xv-38zv的内部径向尺寸(或内径)形成的轴向轮廓大体相应于由涡轮机叶轮旋转所扫掠的表面5pv的轴向轮廓。在该实施例中，每一隔板38xv-38zv和由涡轮机叶轮旋转所扫掠的表面5pv的相应径向相邻部分之间的径向间隔一般是恒定的。应该意识到，在其它实施例中，由涡轮机叶轮旋转所扫掠表面的轴向轮廓可能是不同的。此外还应该意识到，在一些实施例中，只有一些隔板具有的内部径向尺寸可形成一种轴向轮廓，其大体相应于由涡轮机叶轮旋转所扫掠表面的轴向轮廓。由隔板的内部径向尺寸(或内径)形成的轴向轮廓相应于由涡轮机叶轮旋转所扫掠表面的轴向轮廓的实施例会是有利的，其使得通过进气口部分流动到涡轮机叶轮的由隔板和涡轮机叶轮之间的间距限定的气体特性跨过不同进气口部分而保持恒定。
在该实施例中，可以看出每个隔板38xv-38zv具有一定的内部径向尺寸(内径)，这样在每一隔板的内径和邻近隔板的进气口部分的叶片(在叶片具有不同径向位置的情况下，其可为径向上最内侧的叶片)的后边缘之间的相对于涡轮轴的径向间距大于在所述隔板轴向位置处的在所述叶片的后边缘和涡轮机叶轮的外径之间的径向间距的大约50％。例如，参照隔板38yv和相邻的叶片37yv，隔板38yv具有一定的内部径向尺寸(内径)，这样在隔板的内径和相邻叶片37yv的后边缘之间的相对于涡轮轴的径向间距db大于在所述隔板轴向位置处的在所述叶片的后边缘和涡轮机叶轮的外径之间的径向间距的大约50％。在一些实施例中，在隔板的内径和邻近隔板的进气口部分的叶片后边缘之间的相对于涡轮轴的径向间距大于在所述隔板轴向位置处的在所述叶片的后边缘和涡轮机叶轮的外径之间的径向间距的大约60％，大约70％，大约80％，大约90％或大约95％。也就是说，在隔板的内径和邻近隔板的进气口部分的叶片后边缘之间的相对于涡轮轴的径向间距大体可为在所述隔板轴向位置处的在所述叶片的后边缘和涡轮机叶轮的外径之间的径向间距的大约50％和100％之间，50％和60％之间，60％和70％之间，80％和90％之间，90％和95％之间或95％和100％之间。通过确保在隔板的内径和邻近隔板的进气口部分的叶片后边缘之间的相对于涡轮轴的径向间距占在所述隔板轴向位置处的在所述叶片的后边缘和涡轮机叶轮的外径之间的径向间距的较大比例，上述可有助于通过进气口部分的气体在经过涡轮机叶轮之前进行不希望的膨胀。上述特征还有助于防止在涡轮机叶轮上游的相邻进气口部分之间的流体连通和湍流。此外，其还有助于防止气体从进气口部分环绕涡轮机叶轮流动，在涡轮机叶轮上不施加显著的力量。限制隔板朝向涡轮机叶轮外表面延伸的紧密程度的实际限制可通过负面影响涡轮机叶轮性能的表面效应(由于涡轮机叶轮与隔板靠近而引起的表面摩擦)来提供。
在图49中示出根据本发明实施例的涡轮机22u的涡轮(机)蜗壳20u和环形进气口22u。两个环形隔板23au、23bu跨过进气口21u将进气口21u均等间隔开，连同进气口的内外侧壁24u、25u限定三个具有同等轴向宽度的轴向偏离的环形进气口部分26au、26bu、26cu。叶片27au、27bu、27cu的相应环形阵列轴向延伸跨过三个进气口部分26au、26bu、26cu的每一个，上述叶片阵列具有不同的配置，以便将流动通过环形阵列27au、27bu、27cu的气体面积缩小到不同程度。
图54示出形成根据图49所示实施例的涡轮机一部分的喷嘴结构部分的部件。示出了喷嘴结构的透视图，其包括进气口侧壁30u，第一和第二轴向间隔开的隔板31au、31bu，轴向延伸叶片的三个环形阵列32au、32bu、32cu以及可轴向滑动的套筒33u。每个叶片环形阵列32au、32bu、32cu由多个叶片34au、34bu、34cu构成。在三个阵列32au-cu中，距离套筒33u的“关闭位置”(即当套筒33u覆盖整个涡轮机进气口以及叠盖到侧壁30u上时)最远的阵列32cu包括最小数目的叶片34cu。中间阵列32bu包含更多的叶片32bu，而最接近套筒33u“关闭位置”的阵列32au(即阵列32au位于环形进气口部分内，该环形进气口部分通过进气口侧壁30u在一侧接壤)包含最多数目的叶片34au。以该方式，最接近套筒33u“关闭位置”的阵列32au对于流动通过环形进气口的气体存在最大程度的收缩，而最远离套筒33u“关闭位置”的阵列32cu对于流动通过环形进气口的气体存在至少一定程度的收缩。
在图50中示出根据本发明实施例的涡轮机122u的涡轮(机)蜗壳120u和环形进气口122u。两个环形隔板123au、123bu跨过进气口121u将进气口121u均等间隔开，连同进气口的内外侧壁124u、125u限定三个具有同等轴向宽度的轴向偏离的环形进气口部分126au、126bu、126cu。叶片127au、127bu、127cu的相应环形阵列轴向延伸跨过三个进气口部分126au、126bu、126cu的每一个，上述叶片阵列具有不同的最大周向厚度，即径向横截面上的宽度，例如在图55B或55C中观察到的那样。
图55示出形成根据图50所示实施例的涡轮机一部分的喷嘴结构部分的部件。在图55(A)中示出了喷嘴结构的透视图，且其包括进气口侧壁130u，第一和第二轴向间隔开的隔板131au、131bu，轴向延伸叶片的三个环形阵列132au、132bu、132cu以及可轴向滑动的套筒133u。图55(B)示出包括在图55(A)中所示喷嘴结构内的三个叶片环形阵列132au、132bu、132cu的径向横截面视图。图55(C)示出在三个叶片环形阵列132au、132bu、132cu的每一个内的相应叶片134au、134bu、134cu的详细径向横截面视图。在每个阵列132au、132bu、132cu内的每个叶片134au、134bu、134cu的周向厚度由图55(C)中的每个叶片134au、134bu、134cu内的双向箭头标示。
如可从图55(B)和55(C)观察到的那样，在距离套筒133u的“关闭位置”(即当套筒133u覆盖整个涡轮机进气口以及叠盖到侧壁130u上时)最远的阵列132cu中的叶片134cu的周边更薄，从而比处于中间阵列132au内的叶片134bu更小的横截面积；中间阵列132au内的叶片134bu依次比最接近套筒133u“关闭位置”的阵列132au中的叶片134au(即叶片134au位于环形进气口部分内，该环形进气口部分通过进气口侧壁130u在一侧接壤)的周边更薄。在图55所示的实施例中，叶片的每个环形阵列132au-132cu包含的叶片134au-134cu总数目相同，且每个环形阵列限定类似的旋涡角。然而应该意识到，在或者实施例中，同一喷嘴结构内的阵列中的叶片数目从一个阵列到另一个阵列可相互不同，和/或由阵列中的叶片限定的旋涡角与由其它阵列中的叶片所限定的旋涡角不同。
在图51中示出根据本发明实施例的涡轮机222u的涡轮(机)蜗壳220u和环形进气口222u。两个环形隔板223au、223bu跨过进气口221u将进气口221u均等间隔开，连同进气口的内外侧壁224u、225u限定三个具有同等轴向宽度的轴向偏离的环形进气口部分226au、226bu、226cu。叶片227au、227bu、227cu的相应环形阵列轴向延伸跨过三个进气口部分226au、226bu、226cu的每一个，上述叶片阵列具有不同的最大周向厚度，即径向横截面上的宽度，例如在图56B或56C中观察到的那样
图56示出形成根据图51所示实施例的涡轮机一部分的喷嘴结构部分的部件。在图56(A)中示出了喷嘴结构的透视图，且其包括进气口侧壁230u，第一和第二轴向间隔开的隔板231au、231bu，轴向延伸叶片的三个环形阵列232au、232bu、232cu以及可轴向滑动的套筒233u。图56(B)示出包括在图56(A)中所示喷嘴结构内的三个叶片环形阵列232au、232bu、232cu的径向横截面视图。图56(C)示出在三个叶片环形阵列232au、232bu、232cu的每一个内的相应叶片234au、234bu、234cu的详细径向横截面视图。在每个阵列232au、232bu、232cu内的每个叶片234au、234bu、234cu的每个前边缘235au、235bu、235cu的厚度与如图56(C)中所限定的相应角度236au、236bu、236cu直接相关。
如可从图56(B)和56(C)观察到的那样，在距离套筒233u的“关闭位置”(即当套筒233u覆盖整个涡轮机进气口以及叠盖到侧壁230u上时)最远的阵列232cu中的叶片234cu具有更薄的前边缘235cu，其依次比最接近套筒233u“关闭位置”的阵列232au中的叶片234au(即叶片234au位于环形进气口部分内，该环形进气口部分通过进气口侧壁230u在一侧接壤)具有更薄的前边缘235bu。尽管前边缘厚度不同，但是三个叶片阵列232au-232cu的所有叶片234au-234cu大体上具有相同的周向厚度(由图56(C)中的每个叶片内的双向箭头标示)。在或者实施例中，三个叶片阵列232au-232cu的叶片234au-234cu可具有不同的最大周向厚度，例如，具有最厚前边缘235au的叶片阵列232au具有的最大周向厚度与另两个阵列232bu-232cu相比也是最大的。在图56所示的实施例中，叶片的每个环形阵列232au-232cu包含的叶片234au-234cu总数目相同，且每个环形阵列限定类似的旋涡角。然而应该意识到，在或者实施例中，同一喷嘴结构内的阵列中的叶片数目从一个阵列到另一个阵列可相互不同，和/或由阵列中的叶片限定的旋涡角与由其它阵列中的叶片所限定的旋涡角不同。
在图52中示出根据本发明实施例的涡轮机322u的涡轮(机)蜗壳320u和环形进气口322u。两个环形隔板323au、323bu跨过进气口321u将进气口321u均等间隔开，连同进气口的内外侧壁324u、325u限定三个具有同等轴向宽度的轴向偏离的环形进气口部分326au、326bu、326cu。叶片327au、327bu、327cu的相应环形阵列轴向延伸跨过三个进气口部分326au、326bu、326cu的每一个，上述叶片阵列具有不同的最大外径，即径向横截面上的宽度。如图52中可以看到的那样，与另两个叶片327bu-327cu相比，叶片327au具有较小的径向延伸程度，且限定的更小的“更大外径”。这进一步关于图57在下面进行描述。
图57示出形成根据图52所示实施例的涡轮机一部分的喷嘴结构部分的部件。在图57(A)中示出了喷嘴结构的透视图，且其包括进气口侧壁330u，第一和第二轴向间隔开的隔板331au、331bu，轴向延伸叶片的三个环形阵列332au、332bu、332cu以及可轴向滑动的套筒333u。图57(B)示出包括在图57(A)中所示喷嘴结构内的三个叶片环形阵列332au、332bu、332cu的径向横截面视图。每个叶片阵列332au、332bu、332cu由具有相似横截面轮廓的多个均等间隔开的叶片334au、334bu、334cu构成，其特征在于每个叶片334au、334bu、334cu的前边缘具有相同的厚度，每个叶片334au、334bu、334cu的最大周向厚度相同，以及每个叶片334au、334bu、334cu的径向横截面面积相同。
如可从图57(B)观察到的那样，在距离套筒333u的“关闭位置”(即当套筒333u覆盖整个涡轮机进气口以及叠盖到侧壁330u上时)最远的阵列332bu-332cu中的叶片334bu-334cu径向向外延伸更大程度，从而限定比最接近套筒333u“关闭位置”的阵列332au中的叶片334au(即叶片334au位于环形进气口部分内，该环形进气口部分通过进气口侧壁330u在一侧接壤)更大的外径。在图57所示的实施例中，三个阵列332au-332cu中的所有叶片334au-334cu具有的后边缘位于相同内径上，即限定相同的最大内径。但并不必须为这种情况。一个或多个阵列332au-332cu可限定比一个或多个其它阵列332au-332cu更大的最大内径。此外，在进一步的或者实施例中，每个叶片阵列332au-332cu可限定不同的最大外径。
在图57所示的实施例中，叶片的每个环形阵列332au-332cu包含的叶片334au-334cu总数目相同，且每个环形阵列限定类似的旋涡角。然而应该意识到，在或者实施例中，同一喷嘴结构内的阵列中的叶片数目从一个阵列到另一个阵列可相互不同，和/或由阵列中的叶片限定的旋涡角与由其它阵列中的叶片所限定的旋涡角不同。
在图53中示出根据本发明实施例的涡轮机422u的涡轮(机)蜗壳420u和环形进气口422u。两个环形隔板423au、423bu跨过进气口421u将进气口421u均等间隔开，连同进气口的内外侧壁424u、425u限定三个具有同等轴向宽度的轴向偏离的环形进气口部分426au、426bu、426cu。叶片的相应环形阵列427au、427bu、427cu轴向延伸跨过三个进气口部分426au、426bu、426cu的每一个，上述叶片阵列具有不同的最大内径，即径向横截面上的宽度。如图53中可以看到的那样，与中间叶片427bu相比，叶片阵列427au具有较小的径向延伸程度，以及限定更大的最大内径和在叶片427au和涡轮机叶轮428u之间限定更大的径向间隙。以类似的方式，与叶片427cu相比，中间叶片阵列427bu具有较小的径向延伸程度，以及限定更大的最大内径和在叶片427bu和涡轮机叶轮428u之间限定更大的径向间隙。这进一步关于图58在下面进行描述。
图58示出形成根据图53所示实施例的涡轮机一部分的喷嘴结构部分的部件。在图58(A)中示出了喷嘴结构的透视图，且其包括进气口侧壁430u，第一和第二轴向间隔开的隔板431au、431bu，轴向延伸叶片的三个环形阵列432au、432bu、432cu以及可轴向滑动的套筒433u。图58(B)示出包括在图58(A)中所示喷嘴结构内的三个叶片环形阵列432au、432bu、432cu的径向横截面视图。每个叶片阵列432au、432bu、432cu由具有相似横截面轮廓的多个均等间隔开的叶片434au、434bu、434cu构成，其特征在于每个叶片434au、434bu、434cu的前边缘具有相同的厚度，每个叶片434au、434bu、434cu的最大周向厚度相同，以及每个叶片434au、434bu、434cu的径向横截面面积相同。
如可从图58(B)观察到的那样，在距离套筒433u的“关闭位置”(即当套筒433u覆盖整个涡轮机进气口以及叠盖到侧壁430u上时)最远的阵列432cu中的叶片434cu径向向外延伸更大程度，以及限定比中间叶片阵列432bu中的叶片434bu更小的最大内径，中间叶片阵列427bu中的叶片434bu依次限定比最接近套筒433u“关闭位置”的阵列432au中的叶片434au(即叶片434au位于环形进气口部分内，该环形进气口部分通过进气口侧壁430u在一侧接壤)更小的最大内径。此外，在叶片434au-434cu的后边缘和涡轮机叶轮(在图58中未示出)限定的径向间隙从最远离套筒关闭(封闭)位置的阵列434cu到最靠近套筒关闭位置的阵列434au递增。凭借每个阵列432au-432cu内的叶片434au-434cu的不同取向，由叶片434au-434cu的阵列限定的旋涡角也从最远离套筒关闭(封闭)位置的阵列434cu到最靠近套筒关闭位置的阵列434au递增。
在图58所示的实施例中，三个阵列432au-432cu中的所有叶片434au-434cu具有的前边缘位于相同外径上，即限定相同的最大外径。但并不必须为这种情况。一个或多个阵列432au-432cu可限定比一个或多个其它阵列432au-432cu更大的最大外径。此外，在进一步的或者实施例中，两个叶片阵列432au-432cu可限定与另一个阵列432au-432cu不同的第一最大内径。
在图58所示的实施例中，叶片的每个环形阵列432au-432cu包含的叶片434au-434cu总数目相同。然而应该意识到，在或者实施例中，同一喷嘴结构内的阵列中的叶片数目从一个阵列到另一个阵列可相互不同。
在图59中示出根据本发明实施例的涡轮机22w的涡轮(机)蜗壳20w和环形进气口22w。两个环形隔板23aw、23bw跨过进气口21w将进气口21w均等间隔开，连同进气口的内外侧壁24w、25w限定三个具有同等轴向宽度的轴向偏离的环形进气口部分26aw、26bw、26cw。叶片的相应环形阵列27aw、27bw、27cw轴向延伸跨过三个进气口部分26aw、26bw、26cw的每一个。隔板23aw-23bw和叶片27aw-27cw一起表示位于环形进气口21w内的喷嘴组件，其以最合适的方式将自涡轮蜗壳20流动的废气导引到涡轮机22w的叶片上以便适应涡轮机22w叶片的操作要求。虽然在图59中不可见，在外部叶片阵列中的每个叶片27aw、27cw采用指状结构，其分别从叶片的内边缘朝向相邻的内部隔板23aw、23bw向内延伸，在中间叶片阵列中的每个叶片27bw采用一对指状部，其从叶片的每一相对边缘轴向向外延伸，上述指状部接纳在由每个隔板23aw-23bw限定的互补凹进处内。在或者实施例中，隔板23aw支撑叶片27aw，以及隔板23bw支撑叶片27bw。叶片27cw由进气口侧壁25w支撑。两个隔板23aw-23bw和叶片27aw-27bw的相应阵列大体上上具有相同的尺寸和形状，因此构成模块化组件，其连同叶片27cw一起提供在涡轮机进气口21w内所示的喷嘴组件。
图60示出形成根据本发明实施例的涡轮机一部分的喷嘴结构部分的部件。示出喷嘴组件的透视图，其与涡轮机进气通道的进气口侧壁30w相结合。喷嘴组件包括第一和第二轴向间隔开的隔板31at、31bt以及轴向延伸叶片的三个环形阵列32at、32bt、32ct。可轴向滑动的套筒33t围绕叶片阵列32at、32bt、32ct的外径设置且致动以便改变涡轮机机器通道的轴向宽度，这样做的过程中也改变涡轮机的“喉区”。每个叶片阵列32at-32ct由多个叶片34at、34bt、34ct构成。虽然在图60中不可见，但是在外部叶片阵列32at、32ct中的每个叶片34at、34ct采用轴向向内延伸的突起，其接纳于分别在轴向相邻的隔板31at、31bt中形成的这一组互补突起内，而中间叶片阵列32bt中的每个叶片34bt采用从叶片34bt的相对边缘轴向延伸的一对突起，上述突起接纳在由每个隔板31at-31bt限定的互补突起内。在或者实施例中，隔板31at支撑叶片阵列32bt，以及隔板31bt支撑叶片阵列32ct。叶片阵列32at由进气口侧壁30w支撑。两个隔板31at-31bt和叶片的相应阵列32at-32ct为模块化设计，且可经相同的铸造来生产。因此，与如果两个隔板31at-31bt和叶片的三个阵列32at-32ct独立制备的情况相比，上述可以更具成本效益的方式来制备喷嘴组件。
虽然图59和60所示的两个实施例采用也叶片，但是应该意识到，一个或多个所述叶片或所述叶片阵列可由替代形式的轴向延伸结构来代替，诸如具有蜂巢状内部的材料。此外，在或者实施例中，协作特征均可限定在隔板上，或均可限定在叶片或其它轴向延伸结构上。
再次参照图37，套筒28w在轴向方向上的移动可能会导致套筒影响一个或多个隔板23aw、23bw或叶片27aw、27bw，27cw。这种影响可能会导致对套筒28w的卡住或卡住，这是不可取的。根据本发明的实施例，可通过提供用于导引圆柱形套筒28轴向运动的导向器(其可称为运行导向器)来至少部分克服该问题。导向器在进气口部分26aw、26bw、26cw的一定径向延伸部分处至少部分地位于环形进气口内，且在大体上平行于涡轮轴的方向上延伸。取决于套筒28w的构造，导向器可位于进气口部分26aw、26bw、26cw的一定径向向外或向内的延伸部分处。图37中所示的构造包括这种导向器，但是该导向器在附图中不可见。图61用于示出导向器。
图61是隔板23aw、23bw和叶片27bw、27cw的透视图。导向器40r示出为包括叶片27bw、27cw的前边缘，上述前边缘在由隔板23aw、23bw限定的进气口部分的外部径向延伸部分处。叶片27bw、27cw的前边缘以平行于涡轮轴的线性、大体上连续方式延伸。上述连续性仅仅通过存在的隔板23aw、23bw来破坏，其径向向外延伸部分优选与形成导向器40r的叶片27bw、27cw的前边缘平齐。在使用过程中，套筒可沿导向器40r移动。
在该实施例中，套筒具有的内径大于进气口部分的外径，即套筒环绕进气口部分。例如另一个实施例中，如果套筒具有的外径小于进气口部分的内径，即进气口部分环绕着套筒，一个或多个叶片边缘可为后边缘，例如，其在叶片和/或进气口部分的内部径向延伸部分处限定导向器。
图62示意示出本发明的另一实施例。图62是隔板50ar、50br和叶片52ar、52br的透视图。导向器示出为包括细长构件54r。细长构件54r位于由隔板50ar、50br限定的进气口部分的外部径向延伸部分处。设置多个细长构件54r，其以线性、大体上连续方式在隔板50ar、50br之间平行于涡轮轴延伸。上述连续性仅仅通过存在的隔板50ar、50br来破坏，其径向向外延伸部分优选与形成导向器的细长构件54r的外部径向延伸部分平齐。在使用过程中，套筒可沿导向器移动。
为细长构件(其大体轴向延伸)形式的一个或多个导向器会不利地影响通过进气口的气流。为了减少(最小化)这种不良影响，一个或多个导向器可设置成与叶片或其它结构(优选轴向延伸)的前边缘或后边缘对准，上述叶片或其它结构设置于一个或两个进气口部分内或设置于那些部分中的通道内。
在另一相关的实施例中，一个或多个细长构件可不在隔板之间延伸。相反，细长构件可延伸跨过一个或多个隔板，这样隔板的径向外部延伸部分没有必要与形成导向器的细长构件的外部径向延伸部分平齐。
在图62所示的实施例中，套筒具有的内径大于进气口部分的外径，即套筒环绕进气口部分。例如另一个实施例中，如果套筒具有的外径小于进气口部分的内径，即进气口部分环绕着套筒，一个或多个细长构件可位于进气口部分的内部径向延伸部分处。
将本发明的导向器至少部分定位于进气口内可确保套筒在进气口本身内受到合适的导引，在此由于气体产生的力最大，因此另外可由叶片或隔板对套筒产生影响。套筒也可受到例如在涡轮机壳体内的通道等的导引。然而，在壳体内仅仅存在一个导向器不足以防止由进气口内的叶片或隔板对套筒产生的影响。
在任何实施例中，可设置在轴向方向上延伸的单个导向器。可设置多于一个的导向器，例如径向相对的导向器或位于环绕进气口的某些位置(如三个，四个，五个或更多的同等间隔开的位置，或在叶片前边缘的位置处，或在每个叶片的位置处，或在一组叶片的位置处)处的导向器。相反，单个导向器可理解成包括子导向器或导向器部分等，例如上述为径向相对的子导向器或导向器部分，或位于环绕进气口的某些位置(如三个，四个，五个或更多的同等间隔开的位置，或在叶片前边缘的位置处，或在每个叶片的位置处，或在一组叶片的位置处)处的子导向器或导向器部分。
虽然在图37中不可见，隔板23aw、23bw的一个、多个或所有端部部分，叶片27aw、27bw、27cw的端部部分和/或套筒28w的前端部可设有倾斜表面，以便于套筒28w移动跨过隔板23aw、23bw和/或叶片27aw、27bw、27cw。倾斜表面设置于可与套筒28w、隔板23aw、23bw和/或叶片27aw、27bw、27cw接触的表面上。
如果没有这种倾斜的表面，套筒28w可能会更容易越过更易于相对的表面上(例如，两个平面或边缘靠到一起)，上述这可能导致套筒28w卡住，或其至少可能会导致套筒28w塞住，或导致套筒28w、隔板23aw、23bw和/或叶片27aw、27bw、27cw的过度磨损。
图63示出套筒60r的实施例。在该实施例中，套筒60r具有的内径大于上述进气口部分的外径，即套筒60r环绕进气口部分。套筒60r的前端部62r的径向内部部分设有为腔室形式的倾斜表面64r，以便于套筒60r移动跨过形成进气口部分或通道的隔板和/或叶片。套筒60r的前端部62r的径向外部部分66r不包括倾斜表面，因为径向外部部分远离叶片或隔板，因此不与叶片或隔板接触。
图64a、64b和64c示出可用于根据本发明实施例的倾斜表面的不同实例。图64a示出了设有倒角72r的物件70r(例如套筒、隔板或叶片的一部分)的一部分。图64b示出了设有斜角82r的物件80r(例如套筒、隔板或叶片的一部分)的一部分。图64c示出了设有圆形边缘92r的物件90r(例如套筒、隔板或叶片的一部分)的一部分。
图64d示出图64a所示的倾斜表面，例如，可通过具有或设有另外倾斜表面102r的另外结构100r(例如唇、帽等)而得以延长。
图64e示出没有倾斜表面的物件110r。物件110r可通过具有或设有另外倾斜表面114r的另外结构112r(例如唇、帽等)而得以延长。
由于制造公差或特意设计(例如，出于性能原因)，隔板和叶片可不具有相同的外部径向延伸程度(部分)。图65和图66示出隔板和叶片不具有相同的外部径向延伸程度的实例。
图65示出叶片120r在径向方向上略微延伸超出隔板122r的径向延伸部分。由于叶片120r在略微延伸超出隔板122r的径向延伸部分，叶片120r更容易受到影响，且潜在地导致移动通过那些叶片120r的套筒被卡住。出于该原因，叶片120r的(至少)端部设有倾斜表面124r，以便于套筒移动跨过叶片120r。
在另一实施例(未示出)中，以及或者或另外的，上述段落中遇到的问题可通过下述来克服或减轻，即使得套筒的前端部设有围绕套筒周边分布的一个或多个离散(即，不沿着套筒的整个周边延伸)的倾斜表面，其位置(一个或多个)与叶片的位置重合。例如，这种离散倾斜表面的多个或一个阵列可沿套筒前端部的周边分布以便与沿进气口周向分布(例如，在进气口部分内)的多个或一个叶片阵列重合。
图66示出隔板130r在径向方向上略微延伸超出叶片132r的径向延伸部分。由于隔板130r略微延伸超出叶片132r的径向延伸部分，隔板130r更容易受到影响，且潜在地导致移动通过那些隔板130r的套筒被卡住。出于该原因，隔板130r的(至少)端部设有倾斜表面134r，以便于套筒移动跨过隔板130r。
在不同但相关的实施例中，或成组的实施例中，套筒外径小于上述进气口部分的内径-即套筒由进气口部分环绕。套筒的前端部的径向外部部分可设有为倒角等形式的倾斜表面(例如，任何倾斜表面)，以便于套筒移动跨过形成进气口部分或通道的隔板和/或叶片。在该实施例中或成组的实施例中，隔板或叶片的径向内部(与外部相对)端部的一部分可设有倾斜表面，因为在这些实施例中，套筒将在这些部分的上方移动(移动越过这些部分)。
倾斜表面可不沿着套筒的整个周边延伸，或不沿环形隔板的整个周边延伸，或可设置于每个叶片上。相反，倾斜的一个或多个表面可为离散的，且可位于套筒和/或隔板的合适部位或部分处，或只位于某些叶片上。例如，仅仅需要将倾斜表面设置成(或否则可能)可以在套筒和隔板和/或叶片之间进行相对(如潜在地被卡住)的接触。
叶片或隔板的一个或多个倾斜表面大体位于和/或取向成面朝套筒的前端部，这样套筒能够在倾斜表面上方且沿着倾斜表面滑行。
图37中的套筒28w可形成套筒组件的一部分。套筒组件包括套筒28w和用于使得套筒28w运动的致动器。通过使得套筒28w以某种方式移动或以某种方式限制或控制上述移动来进行上述移动。致动器或其部分可形成套筒28w本身的一部分，或设置在套筒28w本身之上或之内。根据本发明的实施例，在套筒组件中存在螺旋接口。螺旋接口配置成在使用过程中导致套筒组件一部分进行螺旋运动。组件一部分(其可能是致动器或套筒的一部分或全部)的螺旋运动确保或至少促进在套筒运动过程中施加到套筒上的力更均匀分布，上述可有助于确保或促进套筒的同轴移动。这种同轴移动可减少套筒与一个或多个隔板或叶片毗邻的可能性，否则的话上述可能导致套筒的塞住或卡住。这种塞住或卡住是不可取的。
图67中更详细地示出图37中所使用的套筒组件。图67示出套筒组件的展开视图。套筒组件包括套筒28r和可为可旋转轴环140r形式的致动器部分。在实践中，旋转轴环140r完全环绕套筒28r。然而，为了清楚起见，这在图中没有示出。
套筒28r设有一个或多个螺旋肋142r。可旋转轴环的内表面设有一个或多个轴承144，以便与一个或多个螺旋肋142r的相对侧接合可旋转轴环140r在轴向上固定在位。
在使用过程中，可旋转轴环140r通过致动器的另一部分(未示出)而旋转。可旋转轴环140r的旋转导致一个或多个螺旋肋144r在轴承144r之间移动。因为可旋转轴环140r在轴向上固定在位，以及一个或多个螺旋肋142r是螺旋形的，可旋转轴环140r的旋转导致套筒28r的螺旋运动。
图68示出了套筒组件另一实施例的展开视图。套筒组件包括套筒150r和可为可旋转轴环152r形式的在轴向上固定在位的第一致动器部分。可旋转轴环152r设有一个或多个螺旋槽或狭缝154r。套筒150r还设有一个或多个螺旋槽或狭缝156r。可旋转轴环152r的螺旋槽或狭缝154r具有与套筒150r的那些螺旋槽或狭缝156r相同的手侧。
设置于可旋转轴环152r和套筒150r之间的是为环形套管158r形式的第二致动器部分。环形套管158r容纳(罩盖)一个或多个轴承160r，上述轴承160r配置成坐落于可旋转轴环152r中的一个或多个螺旋槽或狭缝154r内，且也可坐落于设置于套筒150r内的螺旋槽或狭缝156r内。
在使用过程中，可旋转轴环152r通过致动器的另一部分(未示出)而旋转。可旋转轴环152r的旋转导致环形套管158r在螺旋和/或轴向方向上移动，其原因在于轴承160r在轴环152r的螺旋槽或狭缝154r内移动。环形套管158r的这种运动依次导致套筒150r运动，其原因在于轴承160r在套筒150r的螺旋槽或狭缝156r内移动以及螺旋槽或狭缝154r、156r的相同手侧。如果不以某种方式导引套筒150r的运动，套筒150r可能仅简单地随着环形套管158r旋转。因此，套筒组件可进一步包括用于引导(包括限制)套筒150r以轴向和/或螺旋方式运动的导向器。
在实践中，可旋转轴环152r完全环绕环形套管158r，环形套管158r完全环绕套筒150r。然而，为了清楚起见，这在图中未示出。
图69示出了以三阶操作方式操作的套筒组件的另一实施例的展开视图。套筒组件包括套筒170r和可为轴环172r形式的在轴向上固定在位的第一致动器部分。轴环172r设有一个或多个螺旋槽或狭缝174r。套筒170r还设有一个或多个螺旋槽或狭缝176r。轴环172r的螺旋槽或狭缝174r具有与套筒170r的那些螺旋槽或狭缝176r不同的手侧。
设置于轴环172r和套筒170r之间的是为环形套管178r形式的第二致动器部分。环形套管178r容纳(罩盖)一个或多个轴承180r，上述轴承180r配置成坐落于轴环172r中的一个或多个螺旋槽或狭缝174r内，且也可坐落于设置于套筒170r内的螺旋槽或狭缝176r内。
在使用过程中，套筒170r通过致动器的另一部分(例如为拉杆等)(未示出)而旋转。套筒170r的旋转导致环形套管178r在螺旋和/或轴向方向上移动，其原因在于轴承180r在轴环172r的螺旋槽或狭缝174r内和套筒170r本身的螺旋槽或狭缝176r内移动。轴承连同环形套管的运动，以及与轴环172r的螺旋槽或狭缝174r和套筒170r的螺旋槽或狭缝176r的不同手侧一起导致施加到套筒170r上的驱动力沿着(围绕)套筒170r均匀分布。
在实践中，轴环172r完全环绕环形套管178r，环形套管178r完全环绕套筒170r。然而，为了清楚起见，这在图中未示出。
在任意实施例中，轴环、可旋转轴环和/或套筒的一个或多个可设有多个螺旋槽或狭缝，其沿着相应轴环、可旋转轴环和/或套筒的周边设置(例如，均等地)。这可能会提高或进一步提高与驱动或运动相关的力沿着套筒均匀分布。
各种设备及其部件可被描述成减少或消除在限定轴向偏离的进气口部分的结构(如隔板，叶片，或其它结构)之间的接触。图70示出了可实现这一结果的或者的或另一种方式。
图70示意性示出根据本发明实施例的圆柱形套筒结构190r。圆柱形套筒结构190r可轴向移动跨过上述的环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸。圆柱形套筒结构190r延伸跨过进气口的整个宽度，这样套筒结构的第一端部192r支撑在第一进气口侧壁(或限定该壁的主体)之内或由其支撑，以及套筒结构的第二相对端194r支撑在第二进气口侧壁(或限定该壁的主体)之内或由其支撑。在进气口的相对侧处支撑套筒结构190r限制或降低了套筒结构与进气口内的结构相接触的可能性。
套筒结构190r包括可位于进气口内的一个或多个孔196r(如具有轴向延伸程度的孔)，以便在套筒结构190r运动时改变通过进气口的流体流动路径的尺寸。这可包括移动套筒结构190r以便使得孔196r与限定于进气口内的进气口部分或通道对准。
套筒结构190r可或者地或另外地描述为包括套筒结构，其设有或形成有一个或多个孔。
套筒结构190r可或者地或另外地描述为包括第一套筒部段192r，第二套筒部段194r，第一和第二套筒部段由一个或多个(例如，轴向延伸)支撑支柱198r结合和轴向分隔开。一个或多个支撑支柱198r可附接到第一和第二套筒部段192r、194r。然而，如果一个或多个支撑支柱198r可集成到(例如与其形成整体)套筒部段192r、194r，整体套筒结构可具有更大的刚性和机械稳固性。
在或者实施例(见图70a至70c)中，单个套筒部段200r、204r可设有一个或多个支撑支柱202r、206r。套筒部段200r、204r可支撑在第一进气口侧壁或限定该壁的主体之内或由其支撑，而支撑支柱202r、206r可支撑在第二进气口侧壁或限定该壁的主体之内或由其支撑，指向第二侧壁的支撑支柱202r、206r的两端可是自由的(见图70a)或通过一环208r链接(见图70b和70c)。然而，两个轴向分离的套筒部段可能是可取的，这样通过使得任一套筒部段进入进气口内来控制进气口的尺寸而可对进气口的尺寸进行控制。这将有助于从其中任一侧来控制进气口的尺寸，上述可提供额外的功能。或者的或另外的，使用两个套筒部段(其间限定合适间距)可允许以通过套筒结构整体的运动来选择性的方式将特定的进气口部分或其通道打开或关闭。
应该意识到，如果采用支柱，多个孔可设置在支柱之间或支柱之内和/或通过支柱。
支柱或环绕或限定上述孔的任意结构会不利地影响通过进气口的气流。为了减少(最小化)这种不良影响，支柱或结构可设置成与叶片或其它结构(优选轴向延伸)的前边缘或后边缘对准，上述叶片或其它结构设置于一个或两个进气口部分内或设置于那些部分中的通道内。
叶片可为将进气口部分分成一个或多个进气通道的任意结构。优选的，叶片可限定为可以特定方向引导气流的任何结构，例如根据所需的旋涡角或攻角等。
优选的，套筒围绕进气口部分，已发现上述赋予改进的空气动力学性能。换言之，套筒内径大于一个或多个进气口部分的外径(或外部径向延伸程度)。在另一个实施例中，套筒可由进气口部分环绕。换言之，套筒外径可小于一个或多个进气口部分的内径。在另一实施例中，套筒可移动通过一个或多个进气口部分。换言之，套筒直径(如内径或外径，或平均直径)可小于一个或多个进气口部分的外径，但大于一个或多个进气口部分的内径。
虽然在图37中不可见，但套筒28w的前端部(其包括前边缘或前面)的轴向延伸程度在幅度上沿着套筒28w的周边改变。图71a-71c示出这种变化的不同实例。
图71a示出套筒40q的实施例。套筒40q的前端部42q的轴向延伸程度在幅度上沿着套筒40q的周边改变。上述变化形成蜂窝状配置。蜂窝状配置可替代地或另外地被描述为以方波状方式进行的轴向变化。
图71b示出套筒50q的另一实施例。套筒50q的前端部52q的轴向延伸程度在幅度上沿着套筒50q的周边改变。上述变化形成蜂窝状配置。在该实施例中，蜂窝状配置不成严格意义上的角度，但是涉及蜂窝状配置侧边以及基底边缘的曲率。蜂窝状配置可替代地或另外地被描述为以波状方式进行的轴向变化。
图71c示出套筒60q的另一实施例。套筒60q的前端部62q的轴向延伸程度在幅度上沿着套筒60q的周边改变。上述变化具有波状属性，例如以正弦方式改变。由于套筒的前端部的轴向延伸程度在幅度上沿着套筒的周边改变，因此不会以明显的逐步方式打开或关闭进气口，而如果轴向延伸程度不变化，则会是以明显的逐步方式打开或关闭进气口的情况。这可能会导致涡轮机整体性能上的相关联或相关的逐步特性。相反，轴向变化确保以更加渐进的方式打开或关闭进气口部分，上述免除或减轻这种逐步方式的特点。
参照图图71a至71c，套筒70q轴向延伸部分在幅度变化上的最大值可大体上等于：进气口部分的轴向宽度；或进气口部分的轴向宽度加上分隔进气口的隔板的轴向宽度；或通过进气口部分的进气通道的轴向宽度。这可有利于当套筒轴向移动时促进通过进气口部分的气流中的平稳变化或过渡。
进气口部分可包括将进气口部分分隔成一个或多个进气通道的一个或多个叶片或其它结构。轴向延伸部分在周向方向(例如节距或波长72q)上的幅度变化以某些方式与一个或多个叶片或其它结构的位置或在一个或多个叶片或其它结构之间的间距同步。上述同步可沿着套筒的周边延长或继续。例如，同步可能是如此的，以至于幅度上的变化与叶片或其它结构的位置同相。或者的或另外的，在最大和最小的轴向延伸程度之间限定的区域(面积)可等于在变化附近的叶片或其它结构之间限定的面积(区域)。换言之，由套筒前端的凹进处(或换言之，突起之间)限定的面积可等于通过那些进气口部分的进气口部分或进气通道的开口或开放面积。这可确保当套筒前端前边缘与分隔进气口的隔板对准时，将通过由套筒部分封闭的进气口部分的气流进行优化。可将上述的关于轴向延伸程度的幅度变化的最大值的理念与同步结合使用。
参照图72，示出结合有切口区域A和B的套筒80q的另一实施例，其中在图72只可看见两个切口区域。切口区域A和B的总面积设计成大体上等于由位于套筒径向内侧的叶片所限定的喉区(未在图72中示出)的面积。以该方式，套筒的轴向位置主要控制通过涡轮机进气口而不是叶片喉区的气流量。每个区域A的轴向深度大体上等于在涡轮进气口内的相邻隔板之间的距离。每个区域B的目的是通过允许将更多的周向区域在区域A开始受到隔板遮挡的点处暴露给气流来尽可能过滤掉或减少对隔板的不良影响，由于该原因，区域B的轴向深度等于每个隔板的轴向厚度。
只有在如果切口的数目大体上等于叶片数目时，那么单个叶片喉区与套筒的径向叠加的切口部分的对准才是重要的。应该意识到在所有实施例中并不一定必需都是这种情况。在替代的实施例中，例如可希望存在更多的切口。在这种情况下，可以应用相同的大体上理论，即由套筒切口限定的总流通面积应该大体上近似或等于由所有叶片喉区的组合限定的总流通面积。由一个或多个切口部分限定的套筒端部轮廓的形状可定制成满足特定的要求。例如，套筒可设有锯齿，正弦或半圆形轮廓。
参考图73，具有半圆形切口92q的套筒90q是尤其期望的，因为半圆形切口在流体特性和制造设计之间提供很好的折衷。与一些更复杂的轮廓相比，半圆形轮廓可相对容易地加工，但仍然相对于轴向位置在流通区域中提供周长的增加以从隔板滤出。
在某些实施例中，套筒切口部分的轴向深度大体上等于在涡轮机进气口内的相邻隔板之间的间距(包括一个隔板的宽度)是重要的。在这种实施例中，还有利的是至少一个或多个隔板，更优选最多的隔板，或是所有的隔板应该具有大体上相等的轴向间距。
在一些实施例中，套筒端部的所有切口部分没有必要都具有相同的形状，尺寸或具有相等的间距，但大体优选的是，它们的相对于通过涡轮机进气口的气流的总横截面积应该大体上等于由叶片限定的至少一个环形阵列的进气通道的喉区的横截面积。
发明还可以现在将论述的一些方式来替代或另外地描述或限定。
套筒前端的轴向延伸程度沿着套筒周长在幅度上变化。这导致沿着套筒前端周长限定若干凹进处和/或突起。凹进处(其可限定为突起之间的间隔)延伸通过整个厚度或延伸通过套筒。在套筒移动时，凹进处和/或突起起到选择性地阻断或暴露(如关闭或打开)进气口部分或由其它结构在那些部分中提供的进气通道的作用。
显然套筒可不具有叶片。已知现有技术提供具有叶片的套筒以便影响气体流过叶片的攻角。然而，重要的是要注意到这种现有技术的套筒是圆柱形的，且该圆柱形套筒设有叶片。换言之，现有技术套筒前端的轴向延伸程度在幅度上不沿着套筒周长变化。在该现有技术的套筒中，沿着套筒前端的周长并没有限定若干凹进处和/或突起。相反，叶片从该套筒的圆形面伸出。
在另一种现有技术的套筒中，套筒的前面部分(即非端部)在轴向方向进一步延伸，这样当套筒进行合适的运动时，另外的相邻部分(例如外径部分)容纳叶片结构。然而，同样的是现有技术套筒前端的轴向延伸程度在幅度上不沿着套筒周长变化。相反，轴向延伸部分限定圆形结构。在该现有技术的套筒中，沿着套筒前端的周长并没有限定若干凹进处和/或突起。
优选的，套筒围绕进气口部分，已发现上述赋予改进的空气动力学性能。换言之，套筒内径大于一个或多个进气口部分的外径(或外部径向延伸程度)。在另一个实施例中，套筒可由进气口部分环绕。换言之，套筒外径可小于一个或多个进气口部分的内径。在另一实施例中，套筒可移动通过一个或多个进气口部分。换言之，套筒直径(如内径或外径，或平均直径)可小于一个或多个进气口部分的外径，但大于一个或多个进气口部分的内径。
套筒在径向方向上的延伸程度(其可描述为套筒的厚度)可是小的以便减少在套筒或其致动器上的气动载荷。“小”可限定为小于环形进气口的轴向宽度，或小于进气口部分或通道路径的轴向宽度。套筒的厚度可小于5mm，小于4mm，小于3mm，小于2mm，或小于1mm，例如厚度约为0.5毫米。
现在参照图74，示出根据本发明优选实施例的采用可轴向滑动的套筒401和隔板/叶片的布置的涡轮机的横截面视图，其中叶片402如此设置以致于其径向内边缘403(即，限定隔板/叶片结构排气口的叶片表面)与其径向外部边缘404(即，限定进气口到隔板/叶片结构的叶片表面)相比具有较少(或最小的)的轴向重叠。
图75a和75b是根据本发明另外或者实施例的隔板/叶片结构的透视图和侧视图，当其安装在通到涡轮机的环形进气口内时，将进气口分隔成轴向重叠的至少两个轴向偏离的进气通道。
图76和77仍然是根据本发明另外或者实施例的隔板/叶片结构的透视图，当其安装在通到涡轮机的环形进气口内时，将进气口分隔成轴向重叠的至少两个轴向偏离的进气通道。
图78是形成根据本发明实施例的涡轮机一部分的套筒30n的透视图。套筒30n大体是圆柱形的，且具有第一自由端30an，当套筒30n安装到根据本发明实施例的涡轮机内时，该第一自由端30an用于限定进气口的尺寸。套筒30n的第二端部30bn通过相应的耐热膨胀性的结构16an链接到一对导杆16n。当套筒30n安装到涡轮机内时，导杆16n轴向延伸以便支撑套筒30n。导杆16n也链接到致动器。因此，通过适当地控制致动器(例如，其可为气动或电动或任何其它合适的类型)，从而可以控制导杆16n以及进而套筒30n的轴向位置。
在图78中示出耐热膨胀性的结构16an，每个结构都具有一对弹簧臂16bn，其经由安装部分16cn安装到通到套筒30n的一个端部。弹簧臂16bn由柔顺性的材料(如金属板)制成，因此可以容忍由于套筒30n、导杆16n和/或包括涡轮机壳体的涡轮机的任意其它部分(未示出)的热膨胀而在套筒30n和导杆16n之间会发生的相对运动。弹簧臂16bn和/或安装部分16cn由下述材料构成，其具有的热膨胀系数与构造套筒30n和/或导杆16n的材料的热膨胀系数不同。应该意识到可以使用任意其它合适的耐热膨胀性结构。例如，在英国专利GB2468871公开的任意耐热膨胀性结构可适用于本发明的实施例。英国专利申请GB2468871的全部内容结合在此作为参考。
图79示出根据本发明的涡轮机一部分的轴向横截面视图。涡轮机具有涡轮机叶轮5k，其安装成绕涡轮壳体1ak内的轴旋转。喷嘴组件1k安装在环形进气口9k内，其在涡轮机叶轮5k的上游以及进气蜗壳7k的下游。套筒30k安装到涡轮机壳体1ak内的导杆16k(在附图中只示出其中一个)，这样导杆16k(因此套筒30k)可轴向移动控制进气口9的尺寸。导杆16k位于腔室4k内。环形密封件2k和3k位于涡轮机壳体1ak和套筒30k之间，分别位于套筒30k的径向外侧和套筒30k的径向内侧。通过将腔室4k与进气口9k进而进气口蜗壳7k分隔开，环形密封件2k和3k至少部分限定腔室4k。套筒30k的第一部分延伸到进气口9k内(因此暴露于进气口内处于进气压力下的气体)，而套筒30k的第二部分容纳于腔室4k内。套筒30k的轴向运动导致套筒30k的第一和第二部分的相对尺寸改变。环形密封件2k和3k大体上在套筒30k和涡轮机壳体1ak之间密封，两者都在套筒30k的径向外侧和径向内侧。从而大体上防止气体从进气口9k(因而进气蜗壳7k)流入腔室4k内。在这种方式下，导杆16k和位于腔室4k内的套筒30k的部分与进气口9k内的气体分离且因此不暴露于进气口9k内的气体。与腔室4k内的气压相比，进气口9k内的气体处于相对高的压力下。
应该意识到，在一些实施例中，密封件2k和3k可完全防止气体从进气口9k流入腔室4k内。在其它实施例中，可通过至少一个密封件2k和3k允许一定程度的气体从进气口9k流入腔室4k内。
图80示出了类似于图79所示的根据本发明的或者实施例。图80所示实施例与图79所示实施例的区别在于省略了位于套筒30k径向外侧的密封件(图79中的2k)。该密封件的省略意味着在进气口9k(因而进气蜗壳7k)和腔室4k之间存在气体流动路径6k。进而腔室4k内的气压与进气口9k(因而进气蜗壳7k)内的气压大致相等。因此，实质上整个套筒30k(此外还有导杆16k)暴露于大致相同气压的气体下(在这种情况下，暴露于进气口9k的压力，进而暴露于进气蜗壳7k的压力)。在本发明的一些实施例中，将大体上整个套筒暴露于大体上相同压力的气体下将由气体施加到套筒上的气体所施加的空气动力学力量最小化。因此，由气体施加到套筒上的空气动力学力量的减少可能会导致传送到致动器和与套筒和导杆联动的任何致动器的空气动力学的力量减少。传送到致动器和任意致动器联动件的空气动力学力量的减少可意味着可采用低动力的致动器和/或弹性较低的驱动器。这可能会导致涡轮机的成本、重量和尺寸降低，这在涡轮机的某些应用中是理想的。
图80所示的实施例与图79所示的实施例的进一步区别在于在进气蜗壳7k和腔室4k之间存在气体流动通道8k。气体流动通道8k在进气蜗壳7k(进而进气口9k)和腔室4k之间形成另一气体流动路径10k。气体流动路径10k的效果大体上与气体流动路径6k的效果相同，因为进气蜗壳7k内的气压(因此进气口9k的气压)大致相同。因此，大体上整个套筒30k(此外还有导杆16k)暴露于处于大致相同压力(在这种情况下，是进气口9k的压力以及进而进气蜗壳7k的压力)下的气体。
应该意识到，虽然图80中所示的实施例具有6k和10k两个气体流动路径，以便使得进气口9k(因而进气蜗壳7k)和腔室4k的气体压力大致相等。但是在其它实施例中，可以设置仅仅一个气体流动路径6k或10k。
图81示出另一实施例，其中存在的气体流动路径11k，其使得大体上整个相对薄的套筒30ak(例如，具有较小径向延伸程度的套筒)暴露于下述气体下，该气体所处的气体压力与进气口9k的气体压力大致相同。此外，套筒后面31k暴露于下述气体下，该气体所处的气体压力与进气口9k的气体压力大致相同。通过其所暴露于的气体施加到套筒30ak的后面31k上的力将迫使套筒30ak在下述方向上运动，该方向与由施加到处于进气口9k内的套筒30ak的部分上的力所迫使的方向相反。仅有一部分导杆16k接纳在腔室4k内，因此暴露于下述气体下，该气体所处的气体压力与进气口9k的气体压力大致相同。容纳导杆单独部分的腔室17k与腔室4k隔离(即，这样的话，气体不能在两者之间流动)。
图82示出其中相对厚的套筒30bk接纳在腔室4k内的另一实施例。气体流动路径11k确保腔室4k包含的气体所处的气体压力与进气口9k的气体压力大致相同。由于套筒30bk比套筒30ak厚(即具有较大的径向延伸程度)，因此其背面31k的面积将大于套筒30ak背面31k的面积。因此，由气体施加到套筒30bk背面31k上的力将大于由气体施加到套筒30ak背面31k上的力。
图82中所示的实施例与图81中所示的实施例的不同之处在于图82中所示的在涡轮机壳体1ak内的突起18k朝向进气口9k轴向延伸的程度小于图81中所示的在涡轮机壳体1ak内的突起19k的朝向进气口9k轴向延伸的程度。上述具有下述效果，即。当套筒30bk处于封闭位置(如图82中所示)时，与套筒30ak处于封闭位置(如图81中所示)时相比，更多地暴露于由流动通过进气口9k的气体所施加的大体径向力下。在本发明的一些实施例中，将施加到套筒30ak上的大体径向力最小化可降低对套筒30ak上的磨损。
参照图83至85，示出涡轮蜗壳1j与限定在第一和第二进气口侧壁2j、3j之间的环形进气口相结合。喷嘴结构安装在进气口内，喷嘴结构包括轴向延伸叶片4j的三个轴向偏离的环形阵列，其置于第一和第二环形隔板5j、6j之间以便限定进气通道，在操作过程中废气通过该进气通道朝向涡轮机叶轮(未示出)流动。还设置有可轴向滑动的套筒7j，其可在第一和第二侧壁2j、3j之间移动以便改变进气口的轴向宽度。
如可从图83至85观察到的那样，套筒7j所处的半径介于隔板5j、6j的内径和外径之间。因此，为了便于套筒7j的轴向运动，叶片4j和隔板5j、6j限定轴向延伸的狭缝，其中心在同一半径上且具有与套筒7j的径向厚度相比相似或更大的径向厚度。当套筒7j轴向移动跨过进气口时，将套筒7j定位在叶片4j的“喉区”内可减少或大体上消除废气质量流量的任何阶跃响应。
图86是根据本发明或者实施例的可轴向滑动套筒9j以及叶片8j阵列的径向横截面视图。图86中所示的配置与图85中所示的配置类似，除了套筒9j(仍旧显然为常规的圆柱形)由在轴向横截面上大体上笔直的若干部分或部段10j、11j组成的事实之外。例如这种实施例有利于将套筒9j与最小横截面积的位置(即由叶片8j限定的喉区)更好地对准。
根据本发明的喷嘴结构可配置成给不同的进气口宽度(即，对应于一个或多个套筒的不同位置)提供不同的效率。例如，如关于图3至6实施例在上面所述的那样，隔板可跨过进气口的轴向宽度非均等间隔开。当套筒能够移动到在隔板位置之间的位置时，与两个相对紧密间隔开的隔板之间相比，在两个相对稀疏间隔开的隔板之间的中间位置处的效率更低。以该方式来调节喷嘴效率的能力具有很多应用。
例如，涡轮增压发动机可具有废气流动路径，以便将废气返回到发动机进气口内。这种系统一般被称为“废气再循环”系统或EGR系统。EGR系统设计成通过再循环废气部分以便再燃烧来降低自发动机的微粒排放量，这大体是必要的以满足日益严格的排放法规。将再循环的废气引进升压的进气口气流内会要求在“短路线”EGR系统中存在升高的排气歧管压力，其中再循环废气从废气经过到达发动机进气口，而不到达涡轮增压发动机。
可变几何涡轮增压器可用于帮助废气升高到再循环所需的压力，以便提高在涡轮机上游的废气中的“背压”。当以这种方式使用可变几何涡轮增压器时，已经发现其有利于降低在某些进气口宽度处的涡轮机的运行效率。根据本发明通过构建喷嘴(例如，将进气口隔板间隔开)可以实现上述，这样进气通道39在套筒的中间行程位置的区域中特别宽(轴向)。例如，在两个以合适宽度定位的隔板之间，对于套筒而言存在一系列相对低效的位置，大体对应成对隔板在三分之一到三分之二开放的位置，且当整个进气口超过半开时，可以选择隔板位置来提供低效运行。当套筒完全开放时，或实际上完全或几乎完全关闭时，形成的这种故意低效对于喷嘴的效率不会具有任何显著影响。
这将有可能实现由根据本发明的“蜂窝”式喷嘴结构类似的效果，通过确保进气通道39在绕喷嘴组件中点或相应于效率降低到零的进气口宽度的喷嘴任意其它轴向位置具有的更大的最大轴向宽度。
在本发明的一些实施例中，在相应于套筒关闭或相对关闭位置的进气口区域内，它可能有利于减少隔板间距(或以其它方式增加进气通道39的轴向尺寸)。也就是说，使用给定数量的隔板可有利于将隔板靠近完全封闭位置更紧密地布置到一起。对于任何给定数量的隔板，这可能会增加套筒处于相对封闭位置时的效率。
可对本发明的某些实施例进行各种其它变型。例如，套筒可设有一个或多个旁孔，当套筒处于封闭或“过度封闭”位置时，上述旁孔仅暴露于通过进气口的气流。“过于封闭”位置被认为是其中套筒轴向移动超出完全阻断进气口所必要位置的那些位置。旁孔例如可允许废气流出通过套筒朝向涡轮机进气口、朝向其进气口下游的涡轮机(例如，经由涡轮导流罩)或甚至涡轮机的下游流动而完全旁路经过以便增加涡轮机下游的废气温度，其有利于氧化下游微粒过滤器收集的烟尘，以便过滤器再生。在其它应用中，可通过允许套筒移动到“过于封闭”位置从而打开或者的气体流动路径来获得其它有利的的空气动力学效果。
类似的，在本发明的一些实施例中，有利的是套筒可移动到“过度开放”位置以暴露旁路气体通道，当套筒移动通过其正常工作范围以便控制进气口的尺寸时，上述旁路气体通道大体不开放。例如，旁路通道包括一个或多个旁孔，其形成于延伸到滑动套筒(例如，作为通到套筒的延伸部分)内侧的圆柱形表面内。这种布置尤其适合于涡轮机侧安装的套筒。在或者布置中，套筒移动到“过度开放”位置会暴露设置于涡轮机壳体内的开孔，从而打开旁路流动路径。这种布置特别适合于安装在进气口轴承座侧的套筒。诸如在US7207176中披露的旁路布置适用于本发明的实施例。
应该理解，虽然关于涡轮增压器的涡轮机对本发明实施例进行了描述，但是本发明并不限于应用于涡轮增压器，而是可结合到其它设备的涡轮机内。这种替代的非限制实例包括电动涡轮机，蒸汽涡轮机和燃气涡轮机。在涡轮机为涡轮增压器一部分的实施例中，涡轮增压器可以是涡轮增压的内燃机的一部分，诸如像压缩点火(柴油)发动机，或汽油直喷(GDi)发动机。这些应用包括多个涡轮增压器，其包括根据本发明的涡轮机。其它可能的应用包括燃料电池涡轮增压器或涡轮机。
根据本发明的涡轮机可包括排气门，其可独立于套筒(或多个套筒)进行控制。可以使用废气门的常规设计。
本发明可用于多级(阶)涡轮机布置的一个或多个涡轮机中。例如，根据本发明的径向流入涡轮机可与径向或轴向的第二涡轮阶段相结合。多阶涡轮机可安装到同一涡轮轴上。根据本发明的涡轮机同样可包括在多个涡轮增压系统的涡轮增压器中。例如，串联或并联布置的涡轮增压器可包括根据本发明的涡轮机。
根据本发明的涡轮机也可用于产生电能(例如在汽车系统)，或可用于余热回收系统中(同样特别适用于汽车应用中，例如诸如水或制冷剂液体的辅助流体通过低级发动机/废热煮沸，并膨胀以便驱动涡轮机)。辅助流体甚至可以为布雷顿循环所述的压缩空气。
涡轮机进气口蜗壳可为被分隔开的蜗壳。例如，已知可以提供具有被分隔为多于一个腔室的蜗壳的涡轮增压器涡轮机，每个蜗壳腔室连接到不同组的发动机气缸。在这种情况下，上述分隔部大体是将蜗壳分隔为轴向相邻部分的蜗壳内的环形壁。还可以在周向上分隔蜗壳，这样蜗壳的不同弧形部分将气体传送到涡轮机进气口的不同弧形部分内。
已经在附图中利用单个流体蜗壳对本发明的涡轮机进行了说明，但它也适用于轴向分隔开的壳体，由此来自发动机的一个或多个汽缸的气体被导引到被分隔开的蜗壳之一内，而来自一个或多个其它汽缸的气体被导引到不同的蜗壳内。还可能将涡轮壳体沿周向分隔开以便提供多个周向分隔开的蜗壳，或甚至将涡轮壳体在周向和轴向分隔开。
但是应将轴向或周向分隔开的蜗壳与本发明的轴向和周向分隔开的进气通道相区分开。例如，后者(进气通道)涉及到喷嘴结构，其布置成使得从蜗壳接收的废气加速流向涡轮机，并且当其加速时任选地调整或控制气体的旋涡角。虽然原则上可为直形的进气通道，但是它们大体都是弯曲的，以便有效控制气体的旋涡角。进气通道也可与分隔开的蜗壳相区分，因为前者(进气通道)接收来自蜗壳(或分隔开的蜗壳)的气体，且将气体分为路径阵列。相比较而言，分隔开的蜗壳接收来自废气歧管的气体，以及大体接收来自发动机不同气缸的气体，以便保持由单独的发动机汽缸打开事件导致的气体脉冲的气流速度。这样，分隔开的蜗壳将气体传送到环形进气口，而本发明的进气通道接受来自蜗壳的气体。
本发明结合轴向分隔开的蜗壳是可能的。在这种实施例中，轴向分隔进气通道的一个或多个隔板将大体与轴向分隔蜗壳的一个或多个壁不同。
本发明结合周向分隔开的蜗壳是可能的。分成两个周向间隔开的蜗壳的壁可径向向内延伸，以便进一步用作叶片之一(同样设置成滑动套筒在进气通道的内径处运行)。或者的，这种蜗壳分隔壁可径向向内延伸且邻近滑动套筒，这样套筒在蜗壳分隔壁的径向内侧，而不是进气通道的外侧。这种布置有利于减轻在单个蜗壳涡轮机中所经历的气体脉冲中的气流速度损失，以及有助于导引滑动套筒，以减轻其变得不对准从而卡住的可能性。
已经关于径向流入涡轮机对本发明进行了大体的描述。然而，没有必要将流动完全限制到径向平面，相反可执行适度锥形的进气口。此外，本发明可应用于“混流”涡轮机，由此锥形进气口在高达45度的区域中或涡轮机壳体被轴向分为多于一个蜗壳的区域中具有锥角，每个具有不同程度的混流方向。例如一个蜗壳可具有大体上在径向平面内的进气口，而第二蜗壳可具有在45度区域内向后延伸的进气口。本发明可应用到这种实施例的一个或两个蜗壳。
目前所的发明可应用于轴向分隔开的涡轮机壳体的情况中，其中一个蜗壳将气体轴向引入到涡轮机，而另一个蜗壳径向引导气体，或在中间角度处将气体引导到涡轮机。
本发明也适用于双(或多)阶涡轮机。因此，它可应用于多阶的第一阶段，该阶段是径向流入阶段(或混流式涡轮机阶段)，以及存在一个或多个附加阶段，诸如轴向涡轮机阶段和/或径向排气涡轮机阶段。
如上所述，本发明可执行为改变轴向分隔开的蜗壳涡轮机的至少一个或一些的几何形状。事实上，其可提供如本文所述的两个可变几何机构，其利用两个滑动套筒，以便独立地改变两个轴向分隔开的蜗壳的流动。
本发明可结合诸如在US4557665，US5868552，US6931849中所述的现有技术中的滑动可变几何涡轮机机构。例如圆柱形的滑动壁上还另外可设有径向滑动壁。圆柱形滑动壁用于改变所暴露的进气通道的数目，而滑动径向壁用于改变第二组进气通道的跨度，第二组进气通道与其它进气通道处于不同的径向延伸程度。将本发明于现有技术的滑动可变几何涡轮机机构相结合的另一种方式是在轴向分隔开的蜗壳涡轮机的两个不同蜗壳内执行两种类型的可变几何机构。执行这些机构的结合的第三种方式是将它们设置在多个涡轮机系统的不同涡轮机上，诸如双阶段涡轮增压器。
本发明可以结合诸如在US6779971或US2008118349中所述的摆动叶片可变几何机构来执行。实现上述的一种可能的方式是提供摆动叶片阵列，每个叶片具有特定隔板(例如圆形)，其与环形隔板平齐布置。环形隔板具有足够的间隙以便允许叶片在预定的角度之间旋转。如本文所述的滑动套筒可允许滑动到环形隔板的内侧或外侧。该设计存在一些技术挑战，因此优选的是使得摆动叶片阵列位于如本文所述的轴向分隔开的进气通道阵列的径向内侧或径向外侧，但是上述的优势是具有相比较小的成本。将本发明与摆动叶片系统相结合的第三以及可能更好的方式是将具有摆动叶片阵列的双进气口(轴向分隔开的蜗壳)涡轮机设置在一个蜗壳内，以及将本文所述的滑动套筒和轴向分隔开的隔板设置在第二蜗壳内。将本发明与摆动叶片系统相结合的第四以及可能甚至更好的方式是在一个系统(例如，在双涡轮增压发动机系统内)内设置两个涡轮机(例如，两个涡轮增加器)，其中之一具有摆动叶片涡轮机，而另一个是根据本发明的涡轮机。
在本文中所述的轴向分隔开的气体通道和滑动套筒也可结合如在JP10008977中所述“变流涡轮机”设计来执行，在这些设计中，“变流涡轮机”具有内部主蜗壳以及外部(或在极少数情况下轴向相邻)的流延”蜗壳，其入口由形状类似于传统瓣阀或废气旁通阀的阀来控制，本发明可以实现改变从外部蜗壳返回到内部蜗壳的流动路径的横截面积。这会减轻外部蜗壳在其进气口处具有这种阀的需求。或者的/另外的，本发明可以实现通到涡轮机的内部蜗壳的流通横截面积。另外的/或者的，本发明还可在多涡轮系统(或多涡轮增压器)中实施，一个展示为本发明的涡轮机，另一个展示为如JP10008977所述的“变流涡轮机”。
上述论述了用于致动进气口套筒的机构的实例，但是应该意识到合适时可将其它机构应用于本发明的不同实施例和应用。
根据本发明的涡轮机喷嘴可以结合在DE102007058246中所述的周向滑动的蜗壳舌部延伸器来执行。
根据本发明的涡轮机喷嘴可以结合为非对称壳体的多个蜗壳涡轮机壳体来执行，其中一个蜗壳大于另一个蜗壳。蜗壳之间的隔板可能会或可能不会延伸到环形喷嘴内。
根据本发明的涡轮喷嘴可以启用成还致动第二设备，例如不同涡轮机、升压溢流阀的可变几何机构，或可变几何的压缩机机构。
根据本发明的涡轮喷嘴可结合在流体膜轴承(例如，送油)上操作的轴来执行，且可结合在滚动元件轴承(即球轴承)上操作的轴来执行，但诸如空气静压轴承、气动轴承或磁性轴承的其它轴承也是可能的。
根据本发明的涡轮喷嘴可以实现驱动电机。例如，其可以驱动支撑涡轮机、压缩机和发电机的轴。发电机可在压缩机和涡轮机之间，或者它可在压缩机的轴向外侧，尤其是超过压缩机。
根据本发明的涡轮喷嘴可以结合双壁或另外的绝热涡轮剂壳体结合来执行。或者的或另外的，涡轮机壳体例如可由水冷冷却。或者的或另外的，涡轮机壳体可设置非金属层，例如绝缘陶瓷或芳纶纤维或阻燃的替代性纤维。
此外，根据本发明的涡轮喷嘴(或实际上滑动套筒)的材料可为陶瓷、金属陶瓷、替代金属。如果是金属的话，金属可以是任意的钢，或镍基合金，诸如因科镍合金。可设置有涂层，例如在喷嘴和套筒的滑动界面上可能具有类金刚石碳涂层，阳极氧化涂层，或司太立(tribaloy)涂层或替代的耐磨涂层。空气动力学表面可设有促进光滑度或耐腐蚀的涂层。这种涂层可包括非沉积涂层，诸如等离子电解氧化层或替代的涂层。任选的，喷嘴或套筒可设有可为集成传感器的传感器(诸如压力、温度、振动或速度传感器)。这种传感器将需要与其它金属部件电绝缘。
根据本发明的涡轮喷嘴可结合降噪装置来执行，上述降噪装置如吸收或反射型消音器，其中包括四分之一波或亥姆霍兹共振器。这些原则上可设置于任何气动表面上。
根据本发明的涡轮喷嘴可结合涡轮轴上的油封装置来执行，上述油封装置可包括如活塞环的双向密封装置。可设置如现有技术中已知的一系列挡油环和其它油封。
根据本发明的涡轮喷嘴可结合低限弯管来执行，例如在涡轮机排气口处，弯管具有在弯曲处的扩大部分。
涡轮机可具有阀，其配置成控制在两个或多个蜗壳之间的进气口流量的比率，或控制诸如发动机汽缸的各种气源之间的流量(或背压)比率。
涡轮机进气口可形成为具有排气歧管的连续元件。
可执行广泛的控制策略以便控制本文所述的滑动套筒。可能控制策略的范围包括已经在说明书相对于控制可变几何机构、尤其是汽车涡轮增压器上使用的滑动叶片机构进行描述的所有那些。
在各种可能的致动方法中，可为轴向布置的三向轴，其例如允许使用气动执行器来允许轴的致动。滑动套筒可致动远离腔室，该腔室轴向远离涡轮机定位，其可包括烟尘收集器或氧化元件，如WO2010012992中所示的丝网或催化剂涂敷的丝网。
根据本发明的涡轮喷嘴可结合分隔开的涡轮机叶轮来使用，其中一些叶片延伸涡轮机进气口的整个轴向宽度，以及一些叶片只有一部分从涡轮机后面轴向延伸跨过进气口。例如较短的叶片可能会延长，但不超过特定的轴向喷嘴分隔件，如隔板。短和长的叶片可交替，或者可选的，每个长叶片之间具有几个短叶片。
另一种选择是具有多于两种类型的叶片。另外或或者的，沿着涡轮机的叶片数目也可变化。例如，一些叶片可从涡轮机进气口一直延伸到涡轮机排气口，而其它叶片(例如，交替)可仅仅从进气口的中途延伸到排气口，或仅仅从排气口的中途延伸到进气口。
涡轮机可设有完整的旋转壁，其可邻近由涡轮机壳体形成的涡轮机罩。上述形成适于涡轮机叶片之间通道的前面。另外或或者的，涡轮机可设有一个或多个旋转壁，其部分位于涡轮机的榖/背面和涡轮机前面之间。这样的一个或多个旋转壁与在本文中所述的轴向分隔开的喷嘴的一个或多个相应的轴向分隔件轴向对准。当滑动套筒仅仅部分开放时，上述将防止气体远离涡轮机毂和背面膨胀，因此将有助于涡轮机的效率。
合适的情况下，任何一个或多个上述的实施例或其特征可与其它实施例或其特征相结合。
对于本领域的合适技术人员而言，对于上面所示和所述实施例的其它可能变型和替代是很显然的。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种可变几何涡轮机，其包括：
涡轮机叶轮，安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及
圆柱形套筒，可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；
其中环形进气口被分隔成至少两个轴向偏离的进气通道；以及
其中套筒的内径大于进气通道的内径。
2.根据权利要求1所述的可变几何涡轮机，其中套筒的内径小于或大体上等于进气通道的外径。
3.根据权利要求1所述的可变几何涡轮机，其中套筒的内径大于进气通道的外径。
4.根据任一前述权利要求所述的可变几何涡轮机，其中套筒可在朝向第二进气口侧壁的方向上轴向移动跨过环形进气口，以便减小通过进气口的气体流动路径的尺寸，以及其中与第二进气口侧壁相比更靠近第一进气口侧壁的套筒端部的至少一部分可设置成暴露于使用过程中流动通过所述环形进气口的气体。
5.根据权利要求1-3任一项所述的可变几何涡轮机，其中套筒可在朝向第二进气口侧壁的方向上轴向移动跨过环形进气口，以便减小通过进气口的气体流动路径的尺寸，以及其中与第二进气口侧壁相比更靠近第一进气口侧壁的套筒端部的至少一部分可设置成在套筒轴向移动跨过环形进气口的过程中位于所述第一和第二进气口侧壁之间。
6.根据任一前述权利要求所述的可变几何涡轮机，其中套筒具有较小的径向厚度。
7.根据权利要求1所述的可变几何涡轮机，其中套筒具有的径向厚度小于环形进气口的轴向宽度。
8.根据权利要求1-6任一项所述的可变几何涡轮机，其中环形进气口由至少一个环形隔板分隔成至少两个轴向偏离的进气通道，所述环形隔板与第一和第二进气口侧壁轴向间隔开。
9.根据权利要求8所述的可变几何涡轮机，其中进气叶片轴向延伸跨过至少一个轴向偏离的进气通道。
10.根据权利要求9所述的可变几何涡轮机，其中隔板和涡轮机叶轮之间的最小距离小于相邻叶片和涡轮机叶轮之间的最小距离。
11.根据权利要求9或10所述的可变几何涡轮机，其中延伸跨过至少一个轴向偏离的进气通道的至少一些叶片的后边缘与延伸跨过另一轴向偏离的进气通道的至少一些叶片的后边缘处于不同的半径上。
12.根据权利要求1-7任一项所述的可变几何涡轮机，其中环形进气口分隔成大体朝向涡轮机叶轮延伸的大体上管形的进气通道的环形阵列，其中进气通道的环形阵列包括至少三个轴向偏离的进气通道。
13.根据权利要求1-12任一项所述的可变几何涡轮机，还包括邻近套筒自由端的密封圈，该密封圈的至少一部分位于套筒和进气通道之间内。
14.根据权利要求13所述的可变几何涡轮机，其中至少在使用过程中，所述密封圈与限定进气通道的结构相接触。
15.根据权利要求14所述的可变几何涡轮机，其中环形进气口由至少一个环形隔板分隔成至少两个轴向偏离的进气通道，所述环形隔板与第一和第二进气口侧壁轴向间隔开，其中至少在使用过程中，所述密封圈与环形隔板相接触。
16.根据权利要求13-15任一项所述的可变几何涡轮机，其中密封圈的轴向延伸程度与套筒自由端的轴向延伸程度平齐。
17.一种可变几何涡轮机，其包括：
涡轮机叶轮，安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及
圆柱形套筒，可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸，环形进气口被分隔成至少两个轴向偏离的进气通道；以及
邻近套筒自由端的密封圈，至少一部分密封圈位于套筒和进气通道之间内。
18.根据权利要求17所述的可变几何涡轮机，其中至少在使用过程中，所述密封圈与限定进气通道的结构相接触。
19.根据权利要求18所述的可变几何涡轮机，其中环形进气口由至少一个环形隔板被分隔成至少两个轴向偏离的进气通道，所述环形隔板与第一和第二进气口侧壁轴向间隔开，以及其中至少在使用过程中，所述密封圈与环形隔板相接触。
20.根据权利要求17-19任一项所述的可变几何涡轮机，其中密封圈的轴向延伸程度与套筒自由端的轴向延伸程度平齐。
21.根据权利要求17-20任一项所述的可变几何涡轮机，其中套筒的内径大于进气通道的外径。

Claims (12)

1.一种可变几何涡轮机，其包括：
涡轮机叶轮，安装成用于围绕壳体内的涡轮轴旋转，壳体限定环绕涡轮机叶轮的且在第一和第二进气口侧壁之间限定的环形进气口；以及
圆柱形套筒，可轴向移动跨过环形进气口以便改变通过进气口的气体流动路径的尺寸；
其中环形进气口被分隔成至少两个轴向偏离的进气通道；以及
其中套筒的内径大于进气通道的内径。
2.根据权利要求1所述的可变几何涡轮机，其中套筒的内径小于或大体上等于进气通道的外径。
3.根据权利要求1所述的可变几何涡轮机，其中套筒的内径大于进气通道的外径。
4.根据任一前述权利要求所述的可变几何涡轮机，其中套筒可在朝向第二进气口侧壁的方向上轴向移动跨过环形进气口，以便减小通过进气口的气体流动路径的尺寸，以及其中与第二进气口侧壁相比更靠近第一进气口侧壁的套筒端部的至少一部分可设置成暴露于使用过程中流动通过所述环形进气口的气体。
5.根据权利要求1-3任一项所述的可变几何涡轮机，其中套筒可在朝向第二进气口侧壁的方向上轴向移动跨过环形进气口，以便减小通过进气口的气体流动路径的尺寸，以及其中与第二进气口侧壁相比更靠近第一进气口侧壁的套筒端部的至少一部分可被设置成在套筒轴向移动跨过环形进气口的过程中位于所述第一和第二进气口侧壁之间。
6.根据任一前述权利要求所述的可变几何涡轮机，其中套筒具有较小的径向厚度。
7.根据权利要求1所述的可变几何涡轮机，其中套筒具有的径向厚度小于环形进气口的轴向宽度。
8.根据权利要求1-6任一项所述的可变几何涡轮机，其中环形进气口由至少一个环形隔板分隔成至少两个轴向偏离的进气通道，所述环形隔板与第一和第二进气口侧壁轴向间隔开。
9.根据权利要求8所述的可变几何涡轮机，其中进气叶片轴向延伸跨过至少一个轴向偏离的进气通道。
10.根据权利要求9所述的可变几何涡轮机，其中隔板和涡轮机叶轮之间的最小距离小于相邻叶片和涡轮机叶轮之间的最小距离。
11.根据权利要求9或10所述的可变几何涡轮机，其中延伸跨过至少一个轴向偏离的进气通道的至少一些叶片的后边缘与延伸跨过另一轴向偏离的进气通道的至少一些叶片的后边缘处于不同的半径上。
12.根据权利要求1-7任一项所述的可变几何涡轮机，其中环形进气口被分隔成大体朝向涡轮机叶轮延伸的大体上管形进气通道的环形阵列，其中进气通道的环形阵列包括至少三个轴向偏离的进气通道。
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