CN110397499A - 用于涡轮增压器的可变喷嘴及其控制方法和涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于涡轮增压器的可变喷嘴及带有该可变喷嘴的涡轮增压器。本发明的可变喷嘴包括喷嘴环、开度环和盖板，以可行的设计结构，集合了现有技术中可变叶片型喷嘴与滑动活塞型喷嘴的优点，气动性能好，应用温度范围广，且结构简单，生产成本低，控制容易实现。

Description

用于涡轮增压器的可变喷嘴及其控制方法和涡轮增压器

技术领域

本发明属于涡轮增压器领域，特别涉及一种用于涡轮增压器的可变喷嘴及其控制方法，以及带有该可变喷嘴的涡轮增压器。

背景技术

涡轮增压器是与内燃式发动机结合使用的装置，用于压缩输送到发动机进气口的空气，以便其与燃料充分混合并在发动机中燃烧，以增大发动机的功率输出。涡轮增压器包括安装在压缩机壳体中的压缩机叶轮和安装在涡轮机壳体中的涡轮。其中，涡轮机壳体与压缩机壳体分开地形成，并且还有另一个中间壳体连接在涡轮机壳体和压缩机壳体之间，用于轴承的安装及冷却润滑。涡轮机壳体限定出包围涡轮的大致环形流道，排气从发动机进入流道并吹向涡轮，并驱动涡轮转动，涡轮机带动同轴连接的压缩机转动。空气经过压缩机叶轮被压缩，然后从壳体出口连接到发动机进气口。

在利用涡轮增压器来助推发动机性能方面的一个挑战是在发动机的整个工作范围内实现期望大小的发动机功率输出。已经发现，利用固定喷嘴尺寸的涡轮增压器通常不容易达到上述目的。本领域公知的做法是通过调节涡轮增压器的涡轮的进气流，从而对由涡轮增压器向相关内燃发动机输送的增压量进行更好的控制。这种调节进气流的方式通过在通向涡轮叶轮内的喷嘴中结合可变的几何形状，实现了对废气冲击涡轮的调节。通过改变喷嘴流动区域的大小，可调节进入涡轮叶轮的流量，从而调节由涡轮增压器的压缩机所提供的总体增压。用于涡轮增压器的可变几何形状的喷嘴目前通常分为两个主要类型：可变叶片喷嘴和滑动活塞喷嘴。

对于可变叶片喷嘴而言，叶片通常包括在涡轮喷嘴中，用于将排气沿有利的方向引导至涡轮中。一排周向间隔开的叶片沿轴向延伸穿过喷嘴，并可以被驱动装置驱动同步转动，来自涡壳流道的排气沿径向向内流动穿过叶片之间的通路。叶片可以改变气流流动的方向，以便沿期望的方向引导废气流入涡轮叶轮中。在大多数可变叶片喷嘴中，叶片可围绕其轴线旋转，以改变叶片设置的角度，从而改变叶片间通路的流动区域。虽然可变叶片喷嘴调节比较灵活，但是复杂的结构限制了其使用范围。一方面由于可变叶片喷嘴中运动的零部件较多，在高温下极易出现卡滞失效的风险，因此其使用温度范围受到限制。以叶片为例，叶片在喷嘴环和盖板之间绕轴运动，所以叶片在转动轴的方向上必须与后两者之间存在间隙，且转动轴与转动轴孔之间必须存在间隙，这些间隙如果设计地较大，会导致性能降低，因为从间隙泄露的废气是不做功的；如果这个间隙设计地较小，由于零部件在高温下的热膨胀量不同，会存在卡滞风险，一旦叶片被高温膨胀卡滞，则会直接导致增压器的失效。所以，目前可变叶片喷嘴组件仅用于柴油机增压器，因为柴油机排气温度比较低。各增压器公司均在尝试将可变喷嘴应用于汽油机，但是由于汽油机温度较高，尚无法在汽油机上普遍推广。另一方面，由于可变叶片喷嘴的结构复杂，成本较高，其价格缺乏竞争力，应用范围也同样受到了限制。

对于滑动活塞型喷嘴而言，一般其不带有导向叶片，因此其气动性能较差，效率也较低；然而其也可以包括叶片，但是叶片固定在适合的位置上，通过在涡轮壳体内轴向滑动的滑动活塞，实现了喷嘴流动区域的改变，活塞是管状的，并且刚好位于喷嘴的径向内部。活塞的轴向运动有效改变了喷嘴引入涡轮叶轮的轴向长度，从而改变了在涡轮叶轮入口处的“喉部区域”。当叶片包括在喷嘴中时，活塞可沿邻近叶片的径向内部边缘(即后缘)轴向滑动；作为备选，活塞和叶片可沿径向方向重叠，且活塞可包括槽口，用于在活塞沿轴向滑动时收容叶片的至少一部分。但是这种滑动活塞型喷嘴并没有被广泛应用，主要是由于其控制结构难以被布置，由于活塞需要在轴向滑动，所以控制机构，例如气动执行器，也需要是轴向控制，但由于涡壳的一侧与中间壳相连接，另一侧与尾气处理管路相连接，气动执行器很难再被布置在轴向上，因此制造可行性不好；如果将气动执行器布置在涡壳上，由于工作温度高，容易出现失效，因为气动执行器的耐温极限一般在220～250℃。

可见，可变叶片型和滑动活塞型的可变喷嘴均具有各自的优点和缺点。例如，具有可旋转叶片的可变叶片喷嘴通常具有良好的空气动力性能，但由于活动零件的数量很多，故而在机械结构上很复杂，故障率或失效率高。滑动活塞型可变喷嘴虽然在机械结构上简单得多，具有很少的活动零件，但是通常在空气动力上不如可变叶片喷嘴好，实用性很差，虽然该技术出现得较早，但一直没有得到推广。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种用于涡轮增压器的可变喷嘴，以可行的设计结构，集合了可变叶片型喷嘴与滑动活塞型喷嘴的优点，气动性能好，应用温度范围广，且结构简单，生产成本低，控制容易实现。

本发明的第一个方面在于提供一种用于涡轮增压器的可变喷嘴，包括喷嘴环、开度环和盖板。其中，喷嘴环包括基板以及固定于基板上的多个导向件，基板上设有圆形开口，导向件沿圆形开口的周向分布，相邻的导向件之间形成进气槽，用于引导废气流入涡轮增压器的涡轮。开度环大致为圆环柱状，套设在喷嘴环的导向件的外围，可以相对于导向件转动。开度环沿其侧壁周向设有多个开度开口，用于露出进气槽的入口；相邻的开度开口之间形成遮挡部，用于遮挡进气槽的入口。盖板从上方覆盖进气槽以形成废气通道。

本发明的第二个方面在于提供一种用于涡轮增压器的可变喷嘴，包括喷嘴环、开度环和盖板。喷嘴环包括基板以及固定于基板上的多个导向件，基板上设有圆形开口，导向件沿圆形开口的周向分布，相邻的导向件之间形成进气槽，用于引导废气流入涡轮增压器的涡轮。开度环大致为圆环柱状，套设在喷嘴环的导向件的外围，可以相对于导向件在第一状态和第二状态之间转动。开度环沿其侧壁周向设有多个开度开口。盖板从上方覆盖进气槽以形成废气通道。当所述开度环转动到第一状态时，开度开口与进气槽的入口的重合程度最大，即最大限度地露出进气槽的入口；当开度环转动到第二状态时，开度开口与进气槽的入口的重合程度最小，即最小限度地露出进气槽的入口。

本发明的第三个方面在于提供一种用于涡轮增压器的可变喷嘴，包括喷嘴环、开度环和盖板。喷嘴环包括基板以及固定于基板上的多个导向件，基板上设有圆形开口，导向件沿圆形开口的周向分布，相邻的导向件之间形成进气槽，用于引导废气流入涡轮增压器的涡轮。开度环大致为圆环柱状，套设在喷嘴环的导向件的外围，可以相对于导向件转动。开度环沿其侧壁周向设有多个开度开口。盖板从上方覆盖进气槽以形成废气通道。当开度环相对于导向件转动时，开度开口与进气槽的入口的重合程度改变，废气由开度开口进入废气通道，经所述导向件导向后流入所述涡轮增压器的所述涡轮。

本发明的可变喷嘴的喷嘴环包括基板以及固定于基板上的多个导向件。基板上设有圆形开口，在使用时圆形开口套设于涡轮增压器的涡轮外围。基板的一侧沿圆形开口的周向分布有多个导向件，相邻导向件之间形成进气槽，用于引导废气流入涡轮。

进一步地，喷嘴环还包括喷嘴环法兰，用于为开度环的轴向一侧提供定位，且利于喷嘴环在涡轮增压器中的装配。

进一步地，多个进气槽的形状相同，且沿圆形开口的周向均匀分布。

进一步地，多个导向件的形状相同且沿圆形开口的周向均匀分布，从而形成的多个进气槽的形状也相同。

进一步地，基板大致为圆环状，圆环的内圆即为圆形开口，内圆限定了导向件在圆环径向内侧的边缘(即内缘)；圆环的外圆限定了导向件在圆环径向外侧的边缘(即外缘)。

进一步地，多个导向件固定在基板上，导向件的形状、位置和角度被设计为使得废气进入涡轮的角度大致为最优入射角度，即处于最优效率点附近。最优入射角度和最优效率点可以根据涡轮增压器的实际工况通过计算机模拟和/或实验得到。

进一步地，导向件和基板是一体的，例如可以通过一体铸造或加工而成，或者可以通过3D打印等方式一体成型。

进一步地，导向件和基板也可以是分体的，导向件通过紧固件或者压配的方式固定到基板上。常见的压配方式有过盈压装、弹性压配等方式。

进一步地，部分导向件上具有装配孔，用于配合装配销将盖板和喷嘴环装配在一起。

本发明的可变喷嘴的开度环大致为圆环柱状，套设在喷嘴环的导向件的外围，可以相对于导向件转动。开度环的内圆直径(即内径)略大于导向件的外缘所限定的圆的直径，即开度环与喷嘴环的导向件之间留有间隙，以防止高温导致开度环与喷嘴环产生卡滞。换句话说，此处“略大于”的标准是，在可变喷嘴的工作温度范围内，开度环与喷嘴环即使产生热膨胀，它们之间仍旧留有间隙，因而不会产生卡滞。开度环沿侧壁周向设有多个开度开口，用于露出进气槽的入口。开度开口的数量与进气槽的数量相同，开度开口的形状和尺寸也与进气槽的入口的形状和尺寸相同或大致相同。相邻的开度开口之间形成遮挡部，用于遮挡进气槽的入口，以调整可变喷嘴的开度大小。

进一步地，开度环的侧壁厚度总体上是较小的，即明显小于喷嘴环的圆环宽度，这一方面使得开度环具有较轻的重量，对其转动的控制比较容易实现；另一方面使得开度开口具有较小的深度，基本不影响喷嘴环的导向件对废气气流的导向。

进一步地，开度开口的形状为长方形，更准确地说是弯成一定弧度的长方形，该弧度的曲率与开度环的圆环截面的曲率相同。

进一步地，开度开口的高度与导向件的高度相同或大致相同。

进一步地，开度开口的周向尺寸略大于进气槽的入口的周向尺寸，以保证进气槽的入口能够完全被露出来，即能够达到入口全开的程度。

随着开度环的转动，开度环上的开度开口与进气槽的入口之间的重合程度随之改变，从而可以调整可变喷嘴的开度。开度环的转动可以为顺时针方向，也可以为逆时针方向。当开度环的开度开口与进气槽的入口完全重合时，可变喷嘴的开度最大；当开度环的开度开口与进气槽的入口部分重合时，可变喷嘴的开度减小；当开度环的开度开口与进气槽的入口不重合，即遮挡部将进气槽的入口完全遮挡，可变喷嘴的开度为零，达到最小开度。然而，在实际应用中，可变喷嘴的最小开度一般是大于零的，因为如果进气槽的入口完全遮蔽，会导致发动机废气无法排出，从而会由于背压过高导致发动机熄火。在涡轮增压器实际工作过程中，最小开度可以根据实际应用的需要进行设置，一方面可以通过开度环的设计来实现，例如设计开度开口和遮挡部的大小；另一方面也可以通过控制机构的控制来实现，例如限制开度环的转动角度。

本发明的可变喷嘴的盖板设置于喷嘴环的导向件的上方并覆盖导向件，即在使用时安装于导向件与涡壳之间，主要为导向件提供轴向密封及支撑作用。

进一步地，盖板的一侧与导向件完全贴合，即与导向件之间没有缝隙。本发明的导向件与现有技术中的可变叶片喷嘴中的叶片虽然功能类似，但是两者存在明显的不同：现有技术的可变叶片喷嘴中的盖板与叶片之间需要保留一定的间隙，以防止叶片在转动过程中卡滞，而该间隙会导致气动性能的损失；而本发明的导向件不转动，无卡滞风险，可以完全贴合盖板，因而其性能大大优于现有技术中的可变叶片喷嘴。

进一步地，盖板和喷嘴环可以为一体成型，即两者被集成为一个零部件，从而进一步降低可变喷嘴的零部件数量，进一步提高其可靠性，进一步降低其成本。盖板和喷嘴环的一体成型可通过铸造成型或金属3D打印成型。

进一步地，盖板可以由涡轮增压器的涡壳提供，或者将盖板与涡轮增压器的涡壳集成，由涡壳提供盖板的功能，从而进一步简化可变喷嘴的结构。例如，可将喷嘴环的导向件直接装配到涡壳上，由涡壳直接覆盖导向件。

进一步地，本发明的可变喷嘴还包括定位销和/或装配销。定位销的主要作用是为开度环提供轴向支撑和周向导向，装配销的主要作用是将盖板和喷嘴环装配在一起。开度环的轴向一侧由盖板提供定位，轴向另一侧由定位销的外侧法兰提供定位，定位销的内侧法兰外缘位置略大于喷嘴环的导向件的外缘位置，即开度环的周向定位由定位销的内侧法兰提供。

进一步地，本发明的可变喷嘴的喷嘴环的固定可以由涡轮增压器的隔热罩来提供。对于涡轮增压器，隔热罩是必需的，隔热罩位于喷嘴环、涡轮与中间壳之间，通过隔热罩将喷嘴环适压压装到涡壳上，即喷嘴环的轴向支撑由涡轮增压器的涡壳和隔热罩完成。

进一步地，本发明的可变喷嘴的喷嘴环也可以通过螺栓直接紧固到涡轮增压器的涡壳上，即螺栓贯穿喷嘴环拧紧到涡轮增压器的涡壳上。

进一步地，本发明的可变喷嘴的开度环上设有拨动件，便于控制机构拨动开度环使其转动，以调整可变喷嘴的开度大小。相应地，喷嘴环法兰上设有对应于拨动件位置的、具有一定宽度的弧形通孔，使得拨动件能够穿过喷嘴环法兰，并被控制机构拨动从而在该弧形通孔内作弧线运动。

进一步地，本发明的可变喷嘴还包括控制机构，控制机构被布置在涡轮增压器的中间壳上，该布置方式类似于现有技术中的喷嘴环控制机构，因而无需对现有技术的涡轮增压器的结构进行很大的改变，十分易于布置。

进一步地，控制机构包括与开度环的拨动件相对应的拨叉，拨叉以旋转的方式拨动开度环的拨动件，以驱动开度环转动。拨叉由外部驱动执行器进行驱动，其驱动方式有多种，可以是电控执行器，也可以是气动执行器。

本发明的另一个方面在于提供一种上述可变喷嘴的控制方法，即使用上述可变喷嘴控制发动机废气流入涡轮增压器的涡轮的方法，其包括：当发动机的废气排气量或背压超过设定值时，控制开度环相对于导向件转动，使得开度开口更大程度地露出进气槽的入口；当发动机的废气排气量或背压低于设定值时，控制开度环相对于导向件转动，使得遮挡部更大程度地遮挡进气槽的入口。

或者，当发动机的废气排气量或背压超过设定值时，控制开度环相对于导向件转动，使得开度环趋向或达到第一状态；当发动机的废气排气量或背压低于设定值时，控制开度环相对于导向件转动，使得开度环趋向或达到第二状态。

又或者，当发动机的废气排气量或背压超过设定值时，控制开度环相对于导向件转动，使得开度开口与进气槽的入口的重合程度增大；当发动机的废气排气量或背压低于设定值时，控制开度环相对于导向件转动，使得开度开口与进气槽的入口的重合程度减小。

本发明的又一个方面在于提供一种带有上述可变喷嘴的涡轮增压器。

本发明的可变喷嘴相对于现有技术中的可变叶片型喷嘴与滑动活塞型喷嘴存在诸多优点，其有益效果至少体现在以下几个方面：

(1)由于总体零部件数量少，结构简单，成本和故障率被大幅降低。因为一般而言零部件越多，结构越复杂，其故障率也越高。

(2)由于运动部件少，故障风险被进一步降低。因为一般而言运动部件相对于固定部件更易发生故障，尤其是在涡轮增压器的高温工况下，由于零部件之间的热胀冷缩程度不同，极易发生卡滞的风险，而本发明通过尽可能减少运动部件基本避免了高温卡滞的风险。

(3)由于运动部件少，对材料性能要求降低，可以大幅提高本发明的可变喷嘴温度的应用范围，解决了现有技术中的可变喷嘴不能应用于汽油机的问题。

(4)由于运动部件少，因此控制结构简单，且容易布置和实现。本发明的可变喷嘴中运动部件仅为开度环，其结构简单且重量较轻，因而容易控制。

(5)由于盖板与导向件之间无需留有间隙，因而密封性能好，气动性能优越。

(6)喷嘴环的导向件的形状、位置、角度被设计为最优的入流角度，进一步提高了气动性能。

附图说明

图1是典型的可变喷嘴涡轮增压器的剖面结构示意图；

图2是本发明一个较佳实施例的可变喷嘴的结构分解示意图；

图3是本发明一个较佳实施例的可变喷嘴的喷嘴环的结构示意图；

图4是本发明一个较佳实施例的可变喷嘴的开度环的结构示意图；

图5是本发明一个较佳实施例的可变喷嘴的喷嘴环和开度环的组合示意图；

图6是本发明一个较佳实施例的可变喷嘴在涡轮增压器中的安装位置示意图；

图7是本发明一个较佳实施例的可变喷嘴的不同开度大小的示意图；

图8是本发明一个较佳实施例的可变喷嘴的盖板设置方式示意图；

图9是本发明一个较佳实施例的可变喷嘴的盖板设置方式示意图；

图10是本发明一个较佳实施例的可变喷嘴的盖板设置方式示意图；

图11是本发明一个较佳实施例的可变喷嘴的结构分解示意图；

图12是本发明一个较佳实施例的可变喷嘴的定位销设置方式示意图；

图13是本发明一个较佳实施例的可变喷嘴的控制机构的剖面示意图；

图14是本发明一个较佳实施例的可变喷嘴的控制机构的结构示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，下述的实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

图1是一个典型的可变喷嘴涡轮增压器的剖面结构示意图。其中，涡壳A中包括涡壳流道B，涡壳流道B是围绕涡轮C的环形腔体，用于收集来自发动机的废气并利用废气驱动涡轮C转动。被废气驱动转动的涡轮C带动与其同轴的压轮F在压壳G内转动，并压缩压壳G中收集的空气，从而为发动机进气提供增压压力。压缩后的空气压力增大、密度增大，但是温度升高，所以一般压壳G与发动机进气歧管之间还有一个冷却系统，对压缩后的气体进行降温，以进一步增加进气密度。涡轮C与压轮F之间设有中间壳E，中间壳E中的轴承系统、润滑冷却系统保证可以在高转速下转动正常。

本发明的可变喷嘴D布置于涡轮C的外侧，并通过外部执行器驱动调整废气入口面积的大小，从而调整进入涡轮C的废气量，保证涡轮C可以在较高的效率下工作。具体地，由于发动机在不同工况下的废气排气量是不同的，如果可变喷嘴D的废气入口一直保持在大开度，发动机低速工况时排气量比较少，大开度会导致废气冲击涡轮的速度低，所以废气能量转化的效率也低；这时候可以通过把可变喷嘴D的开度调小，把进气压力和进气速度提上去，从而保证了发动机在低速工况时也具有较大的扭矩。反之，如果可变喷嘴D一直保持在小开度，那么发动机在中高速工况时，由于废气排气量比较多，小开度不能让所有废气顺畅地排出去，从而导致背压比较高，进而导致油耗比较高。因此，可变喷嘴D需要在不同的工况下保持最理想的开度，这也是可变喷嘴D在涡轮增压器中的作用和意义所在。

在一个优选实施例中，本发明的用于涡轮增压器的可变喷嘴如图2所示，包括喷嘴环1、开度环2和盖板3。

本发明所定义的“内侧”指的是喷嘴环1、开度环2、盖板3等组件的圆形或圆环形截面的径向内侧，即可变喷嘴靠近涡轮的一侧；“外侧”指的是圆形或圆环形截面的径向外侧，即可变喷嘴远离涡轮的一侧；“厚度”指的是圆形或圆环形截面的径向上的距离，即上述“内侧”和“外侧”方向上的距离(即内外距离)。本发明所定义的“上方”指的是可变喷嘴在使用时靠近压轮F的一侧，即靠近盖板3的一侧；“下方”指的是可变喷嘴在使用时远离压轮F的一侧，即远离盖板3的一侧；“高度”指的是涡轮C或压轮F轴向上的距离，即上述“上方”和“下方”方向上的距离(即上下距离)。

在本发明的一个优选实施例中，喷嘴环1的具体结构如图3所示，喷嘴环1包括基板11以及固定于基板11上的多个导向件12。基板11上设有圆形开口15，在使用时圆形开口15套设于涡轮增压器的涡轮外围。基板11的一侧沿圆形开口15的周向分布有多个导向件12，相邻导向件12之间形成进气槽13，用于引导废气进入涡轮。

优选地，喷嘴环1还包括喷嘴环法兰16，用于为开度环2的轴向一侧提供定位，且利于喷嘴环1在涡轮增压器中的装配。

优选地，多个导向件12沿圆形开口15的周向均匀分布，且形状相同，从而形成的多个进气槽13的形状也相同。

优选地，基板11大致为圆环状，圆环的内圆即为圆形开口15，内圆限定了导向件12在圆环径向内侧的边缘(即内缘)；圆环的外圆限定了导向件12在圆环径向外侧的边缘(即外缘)。

优选地，多个导向件12固定在基板11上，导向件12的形状、位置和角度被设计为使得废气进入涡轮的角度大致为最优入射角度，即处于最优效率点附近。最优入射角度和最优效率点可以根据涡轮增压器的实际工况通过计算机模拟和/或实验得到。

可选地，导向件12和基板11是一体的，例如可以一体铸造或加工而成，或者可以通过3D打印等方式一体成型。

可选地，导向件12和基板11也可以是分体的，导向件12通过紧固件或者压配的方式固定到基板11上。

优选地，部分导向件12上具有装配孔，用于配合装配销5将盖板3和喷嘴环1装配在一起。

在本发明的一个优选实施例中，开度环2的具体结构如图4所示，开度环2大致为圆环柱状，套设在喷嘴环1的导向件12的外围，可以相对于导向件12转动。开度环2的内圆直径(即内径)略大于导向件12的外缘所限定的圆的直径，即开度环2与喷嘴环1的导向件12之间留有间隙，以防止高温导致开度环2与喷嘴环1产生卡滞。开度环2沿侧壁周向设有多个开度开口21，用于露出进气槽13的入口。开度开口21的数量与进气槽13的数量相同，开度开口21的形状和尺寸也与进气槽13的入口的形状和尺寸相同或大致相同。相邻的开度开口21之间形成遮挡部22，用于遮挡进气槽13的入口，以调整可变喷嘴的开度大小。

优选地，开度开口21的形状为长方形，更准确地说是弯成一定弧度的长方形，该弧度的曲率与开度环的圆环截面的曲率相同。

优选地，开度开口21的高度与导向件12的高度相同或大致相同。

优选地，开度开口21的周向尺寸略大于进气槽13的入口的周向尺寸，以保证进气槽13的入口能够完全被露出来，即能够达到入口全开的程度。

在本发明的一个优选实施例中，喷嘴环1与开度环2的组合形态如图5所示，开度环2套设在喷嘴环1的导向件12的外围，可以相对于导向件12转动。可变喷嘴在涡轮增压器中的安装位置如图6所示，发动机废气经开度环2上的开度开口21进入喷嘴环1的进气槽13，经喷嘴环1的导向件12导向后喷入涡轮增压器的涡轮C。

如图7所示，随着开度环2的转动，开度环2上的开度开口21与进气槽13的入口之间的重合程度随之改变，从而可以调整可变喷嘴的开度。例如，当开度环2转动到图7a位置时，开度开口21与进气槽13的入口完全重合，可变喷嘴的开度最大；当开度环2转动到图7b位置时，开度开口21与进气槽13的入口仅部分重合，可变喷嘴的开度减小；而当开度环2转动到图7c位置时，开度开口21与进气槽13的入口不重合，即遮挡部22将进气槽13的入口完全遮挡，可变喷嘴的开度为零，达到最小开度。当然，在实际应用中，可变喷嘴的最小开度一般是大于零的，因为如果进气槽13的入口完全遮蔽，会导致发动机废气无法排出，从而会由于背压过高导致发动机熄火。在涡轮增压器实际工作过程中，最小开度可以根据实际应用的需要进行设置，一方面可以通过开度环2的设计来实现，例如设计开度开口21和遮挡部22的大小；另一方面也可以通过控制机构的控制来实现，例如限制开度环2的转动角度。

在本发明的一个优选实施例中，如图8所示，盖板3位于喷嘴环1的导向件12的上方并覆盖导向件12，即安装于导向件12与涡壳之间，主要为导向件12提供轴向密封及支撑作用。优选地，盖板3的一侧与导向件12完全贴合，即与导向件12之间没有缝隙。本发明的导向件12与现有技术中的可变叶片喷嘴中的叶片虽然功能类似，但是两者存在明显的不同：现有技术的可变叶片喷嘴中的盖板与叶片之间需要保留一定的间隙，以防止叶片在转动过程中卡滞，而该间隙会导致性能损失；而本发明的导向件12不转动，无卡滞风险，可以完全贴合盖板3，因而其性能优于现有技术中的可变叶片喷嘴。

在本发明的另一个优选实施例中，如图9所示，盖板3和喷嘴环1为一体成型，两者被集成为一个零部件，从而进一步降低可变喷嘴的零部件数量，进一步提高其可靠性，进一步降低其成本。盖板3和喷嘴环1的一体成型可通过铸造成型或金属3D打印成型。

在本发明的又一个优选实施例中，盖板3由涡轮增压器的涡壳提供，或者将盖板3与涡轮增压器的涡壳集成，由涡壳提供盖板的功能，从而进一步简化可变喷嘴的结构。例如，可将喷嘴环1的导向件12直接装配到图10中箭头所示的位置，即由涡壳直接覆盖导向件12。

优选地，无论盖板3采用上述哪种设置方式，其与喷嘴环1的导向件12均无间隙，因而其对进气槽13的密封性能更好，且完全无卡滞风险，从而使得本发明的可变喷嘴性能大大优于现有技术的可变叶片喷嘴。

在本发明的一个优选实施例中，如图11所示，可变喷嘴还包括定位销4和装配销5。定位销4的主要作用是为开度环2提供轴向支撑和周向导向，装配销5的主要作用是将盖板3和喷嘴环1装配在一起。但应当理解，定位销4和装配销5不是必需的，其结构也不是唯一的，本实施例只是给出了的一种优选的示例性结构。该优选的示例性结构如图12所示，开度环2位于喷嘴环1的周向外侧，与喷嘴环1存在一定的间隙，这一方面可以防止热膨胀卡滞，另一方面可以防止两个零件接触面积太大从而导致摩擦力太大。开度环2轴向一侧由喷嘴环法兰16提供定位，轴向另一侧由定位销4的外侧法兰41提供定位，定位销4的内侧法兰42外径位置略大于喷嘴环1的导向件12的外缘位置，即开度环2的周向定位由定位销4的内侧法兰42提供。

以上示例性地解释了作为转子的开度环2的一种设置方式。然而，对于作为定子的喷嘴环1，其固定方式可以有很多种，以下仅给出两种优选的示例性结构。

在本发明的一个优选实施例中，喷嘴环1的固定由带有弹性的隔热罩来提供。对于涡轮增压器，隔热罩是必需的，隔热罩位于喷嘴环1、涡轮C与中间壳E之间，通过隔热罩将喷嘴环1适压压装到涡壳上，即喷嘴环1的轴向支撑由涡壳和隔热罩完成。

在本发明的另一个优选实施例中，喷嘴环1通过螺栓直接紧固到涡壳上，即螺栓贯穿喷嘴环1拧紧到涡壳上。

在本发明的一个优选实施例中，如图4所示，开度环2上设有拨动件23，便于控制机构拨动开度环2使其转动，以调整可变喷嘴的开度大小。相应地，喷嘴环法兰16上设有对应于拨动件23位置的弧形通孔，使得拨动件23能够穿过喷嘴环法兰16。

在本发明的一个优选实施例中，如图13所示，其中图13a、图13b分别是未示出和示出中间壳E的情况下控制机构6的剖面示意图，控制机构6被布置在中间壳E上，该布置方式类似于现有技术中的喷嘴环控制机构，因而无需对现有技术的结构进行很大的调整，易于布置。控制机构6的具体结构如图14所示，控制机构包括拨叉61，拨叉61以旋转的方式拨动开度环2的拨动件23，以驱动开度环2转动。拨叉61由外部驱动执行器进行驱动，其驱动方式有多种，可以是电控执行器，也可以是气动执行器。例如，外部驱动执行器通过驱动销64驱动外部摇臂63转动，外部摇臂63通过驱动轴62带动同轴的拨叉61转动，从而拨动开度环2转动。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的试验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于涡轮增压器的可变喷嘴，其特征在于，所述可变喷嘴包括喷嘴环、开度环和盖板；

所述喷嘴环包括基板以及固定于所述基板上的多个导向件，所述基板上设有圆形开口，所述导向件沿所述圆形开口的周向分布，相邻的所述导向件之间形成进气槽，用于引导废气流入所述涡轮增压器的涡轮；

所述开度环大致为圆环柱状，套设在所述喷嘴环的所述导向件的外围，可以相对于所述导向件转动；所述开度环沿其侧壁周向设有多个开度开口，用于露出所述进气槽的入口；相邻的所述开度开口之间形成遮挡部，用于遮挡所述进气槽的入口；

所述盖板从上方覆盖所述进气槽以形成废气通道。

2.一种用于涡轮增压器的可变喷嘴，其特征在于，所述可变喷嘴包括喷嘴环、开度环和盖板；

所述喷嘴环包括基板以及固定于所述基板上的多个导向件，所述基板上设有圆形开口，所述导向件沿所述圆形开口的周向分布，相邻的所述导向件之间形成进气槽，用于引导废气流入所述涡轮增压器的涡轮；

所述开度环大致为圆环柱状，套设在所述喷嘴环的所述导向件的外围，可以相对于所述导向件在第一状态和第二状态之间转动；所述开度环沿其侧壁周向设有多个开度开口；

所述盖板从上方覆盖所述进气槽以形成废气通道；

当所述开度环转动到所述第一状态时，所述开度开口与所述进气槽的入口的重合程度最大，即最大限度地露出所述进气槽的入口；当所述开度环转动到所述第二状态时，所述开度开口与所述进气槽的入口的重合程度最小，即最小限度地露出所述进气槽的入口。

3.一种用于涡轮增压器的可变喷嘴，其特征在于，所述可变喷嘴包括喷嘴环、开度环和盖板；

所述喷嘴环包括基板以及固定于所述基板上的多个导向件，所述基板上设有圆形开口，所述导向件沿所述圆形开口的周向分布，相邻的所述导向件之间形成进气槽，用于引导废气流入所述涡轮增压器的涡轮；

所述开度环大致为圆环柱状，套设在所述喷嘴环的所述导向件的外围，可以相对于所述导向件转动；所述开度环沿其侧壁周向设有多个开度开口；

所述盖板从上方覆盖所述进气槽以形成废气通道；

当所述开度环相对于所述导向件转动时，所述开度开口与所述进气槽的入口的重合程度改变，所述废气由所述开度开口进入所述废气通道，经所述导向件导向后流入所述涡轮增压器的所述涡轮。

4.如权利要求1-3中任一项所述的可变喷嘴，其特征在于，所述导向件的形状相同，且沿所述圆形开口的周向均匀分布。

5.如权利要求1-3中任一项所述的可变喷嘴，其特征在于，所述导向件的形状、位置和角度被设置为使得所述废气进入所述涡轮的角度大致为最优入射角度。

6.如权利要求1-3中任一项所述的可变喷嘴，其特征在于，所述基板大致为圆环状，所述圆环的内圆即为圆形开口，所述内圆限定了所述导向件在所述圆环的径向内侧的边缘，即内缘；所述圆环的外圆限定了所述导向件在所述圆环的径向外侧的边缘，即外缘。

7.一种控制发动机废气流入涡轮增压器的涡轮的方法，其使用如权利要求1所述的可变喷嘴，所述方法包括：

当所述发动机的废气排气量或背压超过设定值时，控制所述开度环相对于所述导向件转动，使得所述开度开口更大程度地露出所述进气槽的入口；

当所述发动机的废气排气量或背压低于设定值时，控制所述开度环相对于所述导向件转动，使得所述遮挡部更大程度地遮挡所述进气槽的入口。

8.一种控制发动机废气流入涡轮增压器的涡轮的方法，其使用如权利要求2所述的可变喷嘴，所述方法包括：

当所述发动机的废气排气量或背压超过设定值时，控制所述开度环相对于所述导向件转动，使得所述开度环趋向或达到所述第一状态；

当所述发动机的废气排气量或背压低于设定值时，控制所述开度环相对于所述导向件转动，使得所述开度环趋向或达到所述第二状态。

9.一种控制发动机废气流入涡轮增压器的涡轮的方法，其使用如权利要求3所述的可变喷嘴，所述方法包括：

当所述发动机的废气排气量或背压超过设定值时，控制所述开度环相对于所述导向件转动，使得所述开度开口与所述进气槽的入口的重合程度增大；

当所述发动机的废气排气量或背压低于设定值时，控制所述开度环相对于所述导向件转动，使得所述开度开口与所述进气槽的入口的重合程度减小。

10.一种包括如权利要求1-3中任一项所述的可变喷嘴的涡轮增压器。