CN115142946A - 具有带叶片的涡轮喷嘴的涡轮增压器及其组装方法 - Google Patents

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Abstract

一种组装具有带叶片的涡轮喷嘴的涡轮增压器的方法,包括首先形成中心壳体、轴、轴承、压缩机叶轮、涡轮叶轮和叶片组件的子组件。叶片组件通过环形隔热罩保持捕获式附接到中心壳体,该隔热罩在其内周和外周处包括叉部等,以用于分别接合形成在中心壳体上的第一卡持部和形成在叶片组件的喷嘴环上的第二卡持部。隔热罩与中心壳体和喷嘴环形成卡扣配合,从而将筒连接到中心壳体。然后,在轴向压缩隔热罩和用于在喷嘴环上施加轴向偏压力的弹簧护罩的过程中,整个子组件被连接到涡轮壳体。

Description

具有带叶片的涡轮喷嘴的涡轮增压器及其组装方法
技术领域
本公开涉及具有涡轮的涡轮增压器,其中叶片的阵列设置在涡轮的喷嘴中,用于调节进入涡轮的排气流。
背景技术
排气驱动的涡轮增压器是一种与内燃机结合使用的装置,其通过压缩输送到发动机的进气口的空气以与燃料混合并在发动机中燃烧来增加发动机的功率输出。一种涡轮增压器包括安装在压缩机壳体中的轴的一端上的压缩机叶轮和安装在涡轮壳体中的轴的另一端上的涡轮叶轮。通常,涡轮壳体与压缩机壳体分开地形成,并且还有另一个中心壳体连接在涡轮壳体与压缩机壳体之间,用于容纳用于轴的轴承。涡轮壳体限定了围绕涡轮叶轮且接收来自发动机的排气的大致环形的腔室。涡轮组件包括从腔室通向涡轮叶轮的喷嘴。排气从腔室通过喷嘴流到涡轮叶轮,并且涡轮叶轮由排气驱动。因此,涡轮从排气中提取动力并驱动压缩机。压缩机通过压缩机壳体的入口接收环境空气,并且空气被压缩机叶轮压缩,然后从壳体排出到发动机进气口。
用涡轮增压器提高发动机性能的挑战之一是在发动机的整个操作范围内实现期望的发动机功率输出量。已经发现,这个目的对于固定几何形状的涡轮增压器通常不容易达到,因此已经开发了可变几何形状的涡轮增压器,其目的在于提供对涡轮增压器提供的增压量的更大程度的控制。
一种类型的可变几何形状涡轮增压器是可变喷嘴涡轮增压器(VNT),其包括在涡轮喷嘴中的可变叶片阵列。叶片枢转地安装到喷嘴环,喷嘴环形成喷嘴的一个壁。喷嘴的相对的壁由装配到涡轮壳体的轴向孔中的管或插入件形成。叶片连接到能够改变叶片的设定角的机构。改变叶片的设定角具有改变涡轮喷嘴中的有效流动面积的效果,并且因此可通过控制叶片位置来调节流向涡轮叶轮的排气的流量。这样,可以调节涡轮的功率输出,这允许发动机功率输出被控制到比固定几何形状涡轮增压器通常可能的程度更大的程度。
替代性地,喷嘴中的叶片可以是在组装期间作为单元安装到涡轮增压器中的固定叶片阵列。
本公开涉及具有带叶片的涡轮喷嘴的涡轮增压器,并且特别地涉及对这种涡轮增压器的各个方面的改进,其有助于组装涡轮增压器的过程。
发明内容
根据本发明的一个方面,本文描述了一种组装具有带叶片的涡轮喷嘴的涡轮增压器的方法,并且详细描述了能够实现该组装方法的对应结构。根据一个实施例,一种组装这种涡轮增压器的方法包括以下步骤:
提供转子组件,该转子组件包括中心壳体、轴、压缩机叶轮和涡轮叶轮,该中心壳体限定了贯穿其中延伸的中心孔并且具有容纳在该孔内的轴承,该轴由该轴承可旋转地支撑并且具有从该孔的一端延伸出的第一端和从该孔的相对端延伸出的相对的第二端,该压缩机叶轮连接到该轴的第一端,该涡轮叶轮连接到该轴的第二端,其中该中心壳体在该孔的所述相对端处限定了鼻部部分,该鼻部部分限定了径向外周表面和从所述径向外周表面径向向外突出的第一卡持部;
提供叶片组件,所述叶片组件包括大致环形的喷嘴环和与所述喷嘴环的第一面相邻的周向间隔开的叶片的阵列,其中,所述喷嘴环限定径向内周表面和第二卡持部,所述第二卡持部与所述喷嘴环的所述第二面相邻从所述径向内周表面径向向内突出;
提供具有内周和外周的环形隔热罩;
在该隔热罩的内周与该中心壳体的鼻部上的第一卡持部之间形成卡扣配合,以便形成该隔热罩到该中心壳体的捕获式连接;
在所述隔热罩的所述外周与所述喷嘴环上的所述第二卡持部之间形成卡扣配合,以便形成所述可变叶片组件与所述中心壳体的捕获式连接,从而形成包括与所述叶片组件联接的所述转子组件的转子和叶片组件;以及
将该转子和叶片组件作为单元朝向限定了容座的涡轮壳体移动,以便将该涡轮叶轮移动进入该涡轮壳体中的容座中,并且将该转子和叶片组件紧固到该涡轮壳体上。
在一个实施例中,在形成步骤之前,环形弹簧护罩可定位在隔热罩与中心壳体的轴向面向表面之间。因此,形成步骤导致弹簧护罩被捕获式地保持在隔热罩与中心壳体的所述轴向面向表面之间。随后,移动步骤可使中心壳体的所述轴向面向表面接合弹簧护罩的内周区域并将其朝向涡轮壳体轴向偏压,以便使弹簧护罩的外周区域接合隔热罩的外周区域并将其抵靠喷嘴环的表面轴向偏压,使得弹簧护罩和隔热罩在中心壳体和喷嘴环之间被轴向压缩。
根据一个实施例,移动步骤包括将涡轮壳体定向成使容座面向上,并且将转子和叶片组件定向成竖直地使涡轮叶轮面向下并且在涡轮壳体上方间隔开,并且降低转子和叶片组件直到涡轮设置在容座内。
在一个实施例中,叶片组件包括可变叶片组件。每个叶片可旋转地安装到喷嘴环上,并且可旋转的协调环邻近喷嘴环的与第一面相对的第二面设置,其中连杆将每个叶片连接到协调环上,使得协调环的旋转使叶片围绕其相应的枢转轴线旋转。
根据本发明的一个实施例的涡轮增压器包括转子组件,该转子组件包括中心壳体、轴、压缩机叶轮和涡轮叶轮,该中心壳体限定了贯穿其中延伸的中心孔并且具有容纳在该孔内的轴承,该轴由轴承可旋转地支撑并且具有从该孔的一端延伸出的第一端和从该孔的相对端延伸出的相对第二端,该压缩机叶轮连接到该轴的第一端,该涡轮叶轮连接到该轴的第二端,其中该中心壳体在该孔的所述相对端处限定了鼻部部分,该鼻部部分限定了径向外周表面和从所述径向外周表面径向向外突出的第一卡持部。涡轮增压器还包括叶片组件,叶片组件包括大致环形的喷嘴环和邻近喷嘴环的第一面的周向间隔开的叶片的阵列。喷嘴环限定了径向内周表面和第二卡持部,第二卡持部邻近喷嘴环的所述第二面从所述径向内周表面径向向内突出。
包括环形隔热罩,其具有内周和外周。隔热罩的内周与中心壳体的鼻部上的第一卡持部以其之间的卡扣配合的方式接合,以便形成隔热罩与中心壳体的捕获式连接,并且隔热罩的外周与喷嘴环上的第二卡持部以其之间的卡扣配合的方式接合,以便形成叶片组件与中心壳体的捕获式连接。
涡轮增压器还包括涡轮壳体,该涡轮壳体紧固到中心壳体,并且限定了容座,涡轮叶轮设置在所述容座中。
在一个实施例中,隔热罩的内周限定多个周向间隔开的第一叉部,该第一叉部与中心壳体上的第一卡持部形成卡扣配合。隔热罩的外周限定多个周向间隔开的第二叉部,所述第二叉部与喷嘴环上的第二卡持部形成卡扣配合。
附图说明
已经概括地如此描述了本发明,现在将参考附图,附图不必按比例绘制,并且其中:
图1是根据本发明的一个实施例的涡轮增压器的截面图;
图2是图1的放大部分;
图3是包括涡轮壳体、转子、弹簧护罩和隔热罩的子组件的分解图;
图4是包括涡轮壳体、转子组件(涡轮叶轮、轴和压缩机叶轮)、弹簧护罩和隔热罩的子组件的截面图;
图5是根据本发明的实施例的隔热罩的等距视图;
图6是隔热罩的正视图;
图7是沿图6中的线7-7的隔热罩的截面图;
图8是涡轮壳体的截面图,该涡轮壳体具有被定位并准备安装在其上的弹簧护罩和隔热罩;
图8A是图8的放大部分,示出了在被推到中心壳体上以将其卡扣就位之前的隔热罩;
图8B类似于图8A,但示出了卡扣就位之后的隔热罩;
图9是可变叶片筒的等距视图,示出了具有叶片臂的一侧;
图10是单独的可变叶片筒的喷嘴环的截面图;
图10A是图10的放大部分,详细示出了用于以卡扣配合的方式接合隔热罩的外周的卡持部;
图11示出了在筒被附接到中心壳体之后包括中心壳体、转子组件(压缩机叶轮、轴、轴承和涡轮叶轮)和可变叶片筒的子组件;
图11A是图11的放大部分;
图12是图11的子组件的等距视图;
图13示出了图11和图12的子组件已经被部分地降低,使得涡轮叶轮进入涡轮壳体中的容座,弹簧护罩处于松弛状态;
图13A是图13的放大部分;
图14类似于图13,但示出了已经完全降低到涡轮壳体中的子组件,弹簧护罩在中心壳体和喷嘴环之间被轴向压缩;以及
图14A是图14的放大部分。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明,在附图中示出了本发明的一些但不是全部实施例。实际上,这些发明可以以许多不同的形式实施,并且不应被解释为限于本文阐述的实施例;相反,提供这些实施例是为了使本公开将满足适用的法律要求。相同的数字始终表示相同的元件。
在图1中以截面图示出了根据本发明的一个实施例的涡轮增压器10。该涡轮增压器包括压缩机12,该压缩机具有安装在可旋转轴18一端的压缩机壳体16中的压缩机叶轮或浆叶14。该轴由安装在涡轮增压器的中心壳体20中的轴承19支撑。轴18由安装在轴18的远离压缩机叶轮的另一端上的涡轮叶轮22旋转,从而可旋转地驱动压缩机叶轮,该压缩机叶轮压缩通过压缩机入口吸入的空气并将压缩空气输送到内燃机(未示出)的进气口以提高发动机的性能。
涡轮增压器还包括容纳涡轮叶轮22的涡轮壳体24。该涡轮壳体限定了围绕涡轮叶轮的大致环形的腔室26,该腔室接收来自内燃机的排气以驱动涡轮叶轮。排气从腔室26大致径向向内通过涡轮喷嘴28被引导到涡轮叶轮22。当排气流过涡轮叶轮的轮叶30之间的通道时,气体膨胀到较低的压力,并且从叶轮排出的气体通过其中的大致轴向的孔32离开涡轮壳体。
涡轮喷嘴28是可变喷嘴,用于改变通过喷嘴的截面流动面积,以便调节进入涡轮叶轮的流动。参照图2、图9和图10,喷嘴包括多个围绕喷嘴周向间隔开的叶片34。每个叶片固定到轴杆(axle)36上,该轴杆穿过相对于涡轮叶轮22同轴安装的大致环形的喷嘴环38中的孔口。每个轴杆36可绕其轴线旋转,以便旋转所附接的叶片。喷嘴环38形成喷嘴28的流动通道的一个壁,并且在所示实施例中,喷嘴的相对壁由涡轮壳体24的一部分形成;然而,替代性地,喷嘴的相对的壁可以由单独的环形插入件或由具有管状部分和凸缘部分的管形成,该管状部分被接纳到涡轮壳体中的中心轴向孔中,该凸缘部分从管状部分的一端径向地延伸出并且形成喷嘴壁。
每个轴杆36具有固定到轴杆的端部的叶片臂40,该叶片臂从喷嘴环38突出,并且由大致环形的协调环42 (本文也称为协调环)接合,该协调环可绕其轴线旋转并且与喷嘴环38同轴。致动器(未示出)连接到协调环42上以使其绕其轴线旋转。当协调环旋转时,叶片臂旋转以使轴杆36绕其轴线旋转,从而使叶片34旋转以便改变通过喷嘴28的截面流动面积。如上所述,可变喷嘴机构通常对应于具有可变叶片的常规可变喷嘴。
在所示的实施例中,可变叶片机构以作为单元安装到涡轮增压器中和从涡轮增压器移除的筒50的形式提供。该筒50包括喷嘴环38、叶片34、轴杆36、叶片臂和协调环42。尽管该筒50的提供便于涡轮增压器的组装,但是仍然存在将涡轮壳体和中心壳体与设置在其间的可变叶片筒50放在一起的挑战。必须小心避免当涡轮叶轮插入涡轮壳体的开口端时对涡轮叶轮的损坏。如果转子组件(中心壳体、压缩机叶轮、涡轮叶轮和轴)被支撑在竖直位置,其中涡轮叶轮在上端处,则将可以将可变叶片筒放置在转子组件的顶部上,其中在中心壳体和筒之间布置有合适的隔热罩。然后,涡轮壳体可以降低到涡轮叶轮上。然而,这种方法存在不可接受的高度损坏涡轮叶轮的风险,因为涡轮壳体的质量很大,并且当涡轮壳体降低就位时,难以将涡轮壳体的开口端正确地对中成与涡轮叶轮对准。可设计组装夹具来帮助对准和降低涡轮壳体,但这将使组装操作承担额外的成本和复杂性。
本发明是出于对上述组装问题的解决方案的需要而构思的。根据本发明,涡轮增压器的组装可以以对涡轮叶轮的最小损坏风险来完成。这是通过采用一种特殊的隔热罩配置来实现的,该隔热罩配置在该可变叶片筒的中心壳体和喷嘴环上具有对应的特殊特征。这些使得筒能够在正确的对准位置中附接于并捕获式地保持在中心壳体上。这进而有助于用于将转子组件和涡轮壳体放在一起的更安全的过程,如以下所描述的。
参考图3,以分解图示出了子组件以解释其如何组装。该子组件包括中心壳体20、压缩机叶轮14、轴18和轴承19、涡轮叶轮22、环形弹簧护罩70和环形隔热罩80。中心壳体限定了大致柱形的通孔21,其直径稍大于用于轴18的轴承19的外径。涡轮叶轮22固定到轴的一端,并且轴承从其相对端套在轴上。中心壳体限定了鼻部部分20n,该鼻部部分包括在中心壳体的面向涡轮叶轮的一侧处的短的大致柱形的突出部。弹簧护罩70的内径大于中心壳体的鼻部部分的外径。隔热罩80的内周是大致圆形的,并且其直径大于鼻部部分的OD,但是存在从内周突出的叉部82,其延伸到比鼻部部分略小的直径,如下面进一步描述的。因此,隔热罩可以卡扣在鼻部部分上,使得其保持在中心壳体上,其中弹簧护罩设置在中心壳体和隔热罩之间。然后将涡轮叶轮、轴和轴承的组件插入中心壳体中,使得轴的自由端穿过中心壳体孔。然后,压缩机叶轮经由螺母15固定到轴。图4示出了完成的子组件。
参考图5、图6、图7、图8A和图8B,现在解释隔热罩80的结构及其与中心壳体的配合。如所述的,中心壳体限定了鼻部部分20n,该鼻部部分是从中心壳体的面向涡轮叶轮的面突出一短距离的大致柱形特征。鼻部部分具有径向外周表面,并且鼻部部分的端部限定从径向外周表面径向向外延伸的第一卡持部C1。第一卡持部的最大直径大于由叉部82在隔热罩80的径向内周处限定的最小直径。叉部82可弹性变形。鼻部部分20n的端部限定了从相对较小的直径开始并且在远离涡轮叶轮的方向上前进至第一卡持部的最大直径的锥形斜坡表面。图8A示出了处于适当位置的弹簧护罩70和在被推到鼻部部分上(图8A中向左)之前刚好邻接鼻部部分20n的端部的隔热罩80。将隔热罩轴向推到鼻部部分上使得叉部82通过鼻部部分的端部上的斜坡表面径向向外弹性变形,直到叉部越过第一卡持部C1的最大直径,由此叉部82返回到它们先前未变形的形状,由此形成隔热罩到中心壳体的鼻部部分上的卡扣配合,如图8B中所示。
参考图10和图10A,现在描述喷嘴环38的允许其与隔热罩80配合的特征。喷嘴环具有形成涡轮喷嘴的一个壁并邻近可变叶片34 (图12)的第一面F1。相对的第二面F2邻近叶片臂40和协调环42 (图9)。邻近第二面,喷嘴环限定了径向内周表面39和从所述径向内周表面径向向内突出的第二卡持部C2。第二卡持部的最小直径小于由在隔热罩80的径向外周处的叉部84限定的最大直径。叉部84是可弹性变形的。喷嘴环在第二面F2处的内周限定了锥形斜坡表面,该锥形斜坡表面从相对较大的直径开始并沿朝向涡轮叶轮的方向前进到第二卡持部的最小直径。因此,朝向中心壳体轴向地推动筒50抵靠隔热罩80,使得隔热罩的外周处的叉部84通过喷嘴环上的斜坡表面径向向内弹性变形,直到叉部离开第二卡持部C2,于是叉部至少部分地返回到其松弛状态,使得筒保持与中心壳体连接,如图11和图11A中所示。
图12示出了子组件,该子组件包括中心壳体20、转子组件(在图12中仅转子组件的涡轮叶轮22是可见的)、以及准备与涡轮叶轮组装的可变叶片筒50。图12中还示出了用于向协调环42施加旋转运动的主臂62。主臂的端部60与协调环的外周中的凹口接合。叶片臂40还接合协调环的外周中的相应凹口。主臂62在一个方向或另一个方向上的旋转在一个方向或另一个方向上将旋转施加给协调环,并且这种运动经由叶片臂40被转换成叶片34的枢转。
现在将描述用于将中心壳体20和可变叶片筒50的子组件与涡轮壳体24组装的方法。涡轮壳体支撑在稳定表面上,其中用于涡轮叶轮22的容座面向上,并且子组件在涡轮壳体上方竖直定向,其中筒50在下端处。
如图13和图13A中所示,子组件然后部分地降低,使得涡轮叶轮22进入限定在涡轮壳体24中的容座。在这个阶段处,弹簧护罩70保持在松弛的、非压缩状态,如图13A中最佳地示出,因为子组件还没有完全降低,直到中心壳体20的轴向面向表面邻接涡轮壳体24的相对的轴向面向表面,如图13中的间隙g所示。
图14和图14A示出了子组件进一步完全下降到涡轮壳体中,使得间隙g减小到零。这导致弹簧护罩70和隔热罩80在中心壳体20和喷嘴环38之间被轴向压缩。弹簧护罩和隔热罩组件在喷嘴环38上朝向涡轮壳体轴向地施加恢复力,这有助于将可变叶片筒相对于涡轮壳体保持在正确的轴向位置。紧固件90用于将中心壳体紧固到涡轮壳体上。然后采取进一步的步骤来完成涡轮增压器的组装,包括将压缩机壳体(未示出)连接到中心壳体的另一端。
受益于在前述描述和相关附图中呈现的教导,本发明所属领域的技术人员将想到本文阐述的本发明的许多修改和其他实施例。因此,应当理解,本发明不限于所公开的具体实施例,并且修改和其他实施例旨在包括在所附权利要求的范围内。尽管在本文使用了特定术语,但是它们仅在一般和描述性意义上使用,而不是为了限制的目的。

Claims (9)

1.一种组装具有带叶片的涡轮喷嘴的涡轮增压器的方法,包括以下步骤:
提供转子组件,所述转子组件包括中心壳体、轴、压缩机叶轮和涡轮叶轮,所述中心壳体限定了贯穿其中延伸的中心孔并且具有容纳在所述孔内的轴承,所述轴由所述轴承可旋转地支撑并且具有从所述孔的一端延伸出的第一端和从所述孔的相对端延伸出的相对的第二端,所述压缩机叶轮连接到所述轴的第一端,所述涡轮叶轮连接到所述轴的第二端,其中所述中心壳体在所述孔的相对端处限定了鼻部部分,所述鼻部部分限定了径向外周表面和从所述径向外周表面径向向外突出的第一卡持部;
提供叶片组件,所述叶片组件包括大致环形的喷嘴环和与所述喷嘴环的第一面相邻的周向间隔开的叶片的阵列,其中,所述喷嘴环限定径向内周表面和第二卡持部,所述第二卡持部与所述喷嘴环的所述第二面相邻从所述径向内周表面径向向内突出;
提供具有内周和外周的环形的隔热罩;
在所述隔热罩的内周与所述中心壳体的鼻部上的第一卡持部之间形成第一卡扣配合,以便形成所述隔热罩到所述中心壳体的捕获式连接;
在所述隔热罩的外周与所述喷嘴环上的第二卡持部之间形成第二卡扣配合,以便形成所述叶片组件到所述中心壳体的捕获式连接,由此形成转子和叶片组件,所述转子和叶片组件包括与所述叶片组件联接的转子组件;以及
将所述转子和叶片组件作为单元朝向限定了容座的涡轮壳体移动,以便将所述涡轮叶轮移动进入所述涡轮壳体中的容座中,并且将所述转子和叶片组件紧固到所述涡轮壳体。
2.根据权利要求1所述的方法,还包括在所述形成步骤之前执行的将环形的弹簧护罩定位在所述隔热罩与所述中心壳体的轴向面向表面之间的步骤,其中所述形成步骤导致所述弹簧护罩被捕获式地保持在所述隔热罩与所述中心壳体的所述轴向面向表面之间。
3.根据权利要求2所述的方法,其中,所述移动步骤导致所述中心壳体的所述轴向面向的表面接合所述弹簧护罩的内周区域,并且使所述弹簧护罩的内周区域朝向所述涡轮壳体轴向地偏压,以便导致所述弹簧护罩的外周区域接合所述隔热罩的外周区域,并且使所述隔热罩的外周区域抵靠所述喷嘴环的表面轴向地偏压,使得所述弹簧护罩和所述隔热罩在所述中心壳体和所述喷嘴环之间被轴向地压缩。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,所述移动步骤包括将所述涡轮壳体定向为使得所述容座面向上,并且将所述转子和叶片组件竖直定向为使得所述涡轮叶轮面向下且在所述涡轮壳体上方间隔开,并且降低所述转子和叶片组件,直到所述涡轮被设置在所述容座内。
5.一种具有带叶片的涡轮喷嘴的涡轮增压器,包括:
转子组件,包括:中心壳体,所述中心壳体限定了延伸通过其中的中心孔并且具有容纳在孔内的轴承;轴,所述轴由所述轴承可旋转地支撑,并且具有从所述孔的一端延伸出的第一端和从所述孔的相对端延伸出的相对的第二端;连接到所述轴的第一端的压缩机叶轮;以及连接到所述轴的第二端的涡轮叶轮,其中所述中心壳体在所述孔的所述相对端处限定了鼻部部分,所述鼻部部分限定了径向外周表面和从所述径向外周表面径向向外突出的第一卡持部;
叶片组件,其包括大致环形的喷嘴环和邻近所述喷嘴环的第一面的周向间隔开的叶片的阵列,其中所述喷嘴环限定径向内周表面和邻近所述喷嘴环的所述第二面从所述径向内周表面径向向内突出的第二卡持部;
环形的隔热罩,其具有内周和外周,其中,所述隔热罩的内周与所述中心壳体的鼻部上的第一卡持部以其之间的卡扣配合的方式接合,以便形成所述隔热罩与所述中心壳体的捕获式连接,并且其中,所述隔热罩的外周与所述喷嘴环上的第二卡持部以其之间的卡扣配合的方式接合,以便形成所述叶片组件与所述中心壳体的捕获式连接;以及
涡轮壳体,其限定容座,所述涡轮叶轮设置在所述容座内,所述涡轮壳体紧固到所述中心壳体。
6.根据权利要求5所述的涡轮增压器,其中,所述隔热罩的内周限定了多个周向间隔开的第一叉部,这些第一叉部与所述第一卡持部形成了卡扣配合。
7.根据权利要求6所述的涡轮增压器,其中,所述隔热罩的外周限定了多个周向间隔开的第二叉部,这些第二叉部与所述第二卡持部形成了卡扣配合。
8.根据权利要求5所述的涡轮增压器,还包括设置在所述隔热罩与所述中心壳体的轴向面向的表面之间的环形的弹簧护罩,其中所述弹簧护罩和所述隔热罩在所述中心壳体与所述喷嘴环之间被轴向压缩。
9.根据权利要求5所述的涡轮增压器,其中,所述叶片组件包括可变叶片组件,每个叶片可旋转地安装到所述喷嘴环,并且包括可旋转的协调环,所述协调环邻近所述喷嘴环的与所述第一面相对的第二面设置,其中连杆将每个叶片连接到所述协调环,使得所述协调环的旋转使所述叶片围绕其相应的枢转轴线旋转。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022210936A1 (de) 2022-10-17 2024-04-18 Borgwarner Inc. Hitzeschild für eine aufladevorrichtung

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6428293B1 (en) * 2001-04-09 2002-08-06 Scroll Technologies Heat shield with seal between end cap and non-orbiting scroll
US20090214330A1 (en) * 2008-02-25 2009-08-27 Olivier Espasa Variable-nozzle assembly for a turbocharger
US20110103938A1 (en) * 2009-10-06 2011-05-05 Holroyd Robert L Turbomachine
US20110182722A1 (en) * 2007-08-16 2011-07-28 Ihi Corporation Turbocharger
US20150252689A1 (en) * 2011-09-22 2015-09-10 Ihi Charing Systems International Gmbh Heat shield for an exhaust gas turbocharger and arrangement of a heat shield between two housing parts of an exhaust gas turbocharger
CN106870018A (zh) * 2017-04-11 2017-06-20 奕森科技(上海)有限公司 一种涡轮增压器可变喷嘴环及其装配方法
US20200291811A1 (en) * 2019-03-12 2020-09-17 Garrett Transportation I Inc. Turbocharger having variable-vane turbine nozzle including spacers that also serve as hard stops for the vanes

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004023284B4 (de) 2004-05-11 2014-11-06 Volkswagen Ag Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine mit variabler Turbinengeometrie
DE202005009491U1 (de) * 2005-06-16 2005-08-25 Borgwarner Inc., Auburn Hills Turbolader
DE102007057309A1 (de) * 2007-11-28 2009-06-10 Continental Automotive Gmbh Hitzeschild und Turbolader mit einem Hitzeschild
JP2016008575A (ja) 2014-06-26 2016-01-18 株式会社Ihi 可変容量型過給機
US10337518B2 (en) 2014-10-30 2019-07-02 Borgwarner Inc. Variable turbine geometry turbocharger vane pack retainer
CN204402584U (zh) 2014-12-12 2015-06-17 湖南天雁机械有限责任公司 对可变截面喷嘴环进行预紧的隔热片结构
US10927698B2 (en) 2019-01-10 2021-02-23 Garrett Transportation I Inc. Turbocharger with variable-nozzle cartridge, including resilient heat shield assembly to locate the cartridge axially
EP3795799A1 (de) 2019-09-20 2021-03-24 BMTS Technology GmbH & Co. KG Tellerfeder für einen abgasturbolader

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6428293B1 (en) * 2001-04-09 2002-08-06 Scroll Technologies Heat shield with seal between end cap and non-orbiting scroll
US20110182722A1 (en) * 2007-08-16 2011-07-28 Ihi Corporation Turbocharger
US20090214330A1 (en) * 2008-02-25 2009-08-27 Olivier Espasa Variable-nozzle assembly for a turbocharger
US20110103938A1 (en) * 2009-10-06 2011-05-05 Holroyd Robert L Turbomachine
US20150252689A1 (en) * 2011-09-22 2015-09-10 Ihi Charing Systems International Gmbh Heat shield for an exhaust gas turbocharger and arrangement of a heat shield between two housing parts of an exhaust gas turbocharger
CN106870018A (zh) * 2017-04-11 2017-06-20 奕森科技(上海)有限公司 一种涡轮增压器可变喷嘴环及其装配方法
US20200291811A1 (en) * 2019-03-12 2020-09-17 Garrett Transportation I Inc. Turbocharger having variable-vane turbine nozzle including spacers that also serve as hard stops for the vanes

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