CN1188587C - 带有流线型表面和隔热板以及轴向可拆卸启动装置的滑动翼片式涡轮增压机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮增压机，它带有可变结构的涡轮机入口，设有一个可移动的圆柱形活塞(70)，用以改变涡轮机(18)的入口喷嘴的面积。一些翼片(90)安装在活塞上，用来控制排气自喷嘴中穿过隔热板(92)的流动，所述的隔热板设有一些开缝和一个中央孔，涡轮机涡轮的尾盘插在该中央孔中，以便在涡轮叶片中提供平稳的流线型流动。一个挡板(100)安装在涡轮增压机的隔热板和中央壳体之间，阻止气流从尾盘空腔向翼片容纳腔的泄漏再循环，以进一步改善流线型流动。还设有一个用来启动活塞的启动装置(77)，通过一个没有螺纹的快速接头(122)并借助于十字轴(72)将轴连接于活塞和启动装置中的启动套筒(118)。

Description

带有流线型表面和隔热板以及轴向可拆卸启动装置的滑动翼片式 涡轮增压机
发明的领域
本发明一般地说涉及几何结构可变的涡轮增压机，更具体地说，本发明提供了一种涡轮增压机，它具有滑动翼片式的可变喷嘴型涡轮机入口，所述翼片通过一个由薄钢板制成的隔热板进入到悬置在涡轮机壳体中的开缝内；还具有被包容在所述涡轮机壳体中的涡轮机涡轮，以便提供一个流线型表面，引导排气朝着带有基本完整的尾盘的涡轮机涡轮流动；另外还具有流线型挡板和为了便于安装可轴向拆卸的启动装置。
现有技术描述
高效率的涡轮增压机其喷嘴型的涡轮机入口大都采用几何结构可变装置，以提高性能和空气动力学效率。涡轮增压机的几何结构可变装置通常有两种类型：旋转翼片型和活塞型。旋转翼片型的例如有美国专利5,947,681号，名称为“压力平衡的双轴式可变喷嘴型涡轮增压机”，它设有一些安装在涡轮机喷嘴型入口中的彼此独立的翼片，这些翼片能够转动，以便减小或者增大喷嘴的面积以及流量。活塞型的例如有美国专利5,214,920和5,231,831号，名称都是“涡轮增压机装置”；以及美国专利5,441,383号，名称为“可变排气量驱动的涡轮增压机”，该装置利用一个与涡轮机的转动轴线同轴移动的活塞或者缸壁来减小喷嘴的入口面积。在大多数情况下，活塞型的可变结构涡轮增压机设有一些相对于气流具有固定角度迎面角的翼片，这些翼片被安装在活塞上，或者安装在喷嘴的面对活塞的静止壁上，以及当活塞运动时，这些翼片进入到相对表面上的开缝中。
在现有技术的活塞型可变结构涡轮增压机中，始终面临的挑战是要通过接触表面之间的公差，尤其是承受着机械应力和温度剧烈变化的翼片与接纳翼片的开缝之间的公差，最大限度地获得平稳的空气动力学性能，因而始终面临的挑战也在于要根据一种便于制造的结构来提供一种启动活塞的方法。
发明的概述
本发明的涡轮增压机设有一个壳体，壳体包括在入口处接受来自内燃发动机排气总管的排气以及有一个排气出口的涡轮机壳体；具有空气入口和第一螺旋线的压气机壳体；以及位于涡轮机壳体和压气机壳体之间的中央壳体。涡轮机的涡轮安装在涡轮机壳体中以获取排气中的能量。涡轮机的涡轮与一个轴相连接，该轴从涡轮机壳体开始延伸，穿过中央壳体的轴孔。涡轮机涡轮有一个基本上完整的尾盘和一些涡轮叶片。轴承安装在中央壳体的轴孔中，支承着轴使它转动。以及在涡轮机涡轮相对端、与轴相连且被包容在压气机壳体中的叶轮。
基本上为圆柱形的活塞与涡轮机涡轮同轴，并且能够以平行于涡轮机涡轮转动轴线的方式进行移动。基本上平行于转动轴线地从活塞的第一端延伸至尾盘附近的一些翼片。隔热板以其外周边安装在涡轮机壳体与中央壳体之间，并且朝着转动轴线向内径向延伸。涡轮机涡轮的尾盘插在隔热板中以使排气在涡轮叶片中平稳流动。隔热板还有一些用来接纳翼片的开缝。还设有一个启动装置，该启动装置使活塞从活塞的第一端靠近隔热板的第一位置移向活塞的第一端远离隔热板的第二位置。
附图的简要说明
通过附图和下文的详细说明，将能够更好地理解本发明的细节和各项特征，其中：
图1是采用本发明实施例的涡轮增压机的横截面视图；
图2是隔热板第一实施例的侧视图；
图3是隔热板第二实施例的侧视图；
图4是本发明一个实施例的横截面视图，其中带有一个与隔热板相连的流线型挡板；
图5是启动装置的分解图；
图6是在隔膜组件与连接轴头之间的快速接头的详细图。
发明的详细描述
参见附图，图1表示了本发明涡轮增压机的一个实施例。该涡轮增压机配备有涡轮机壳体12，中央壳体14和压气机壳体16。涡轮机的涡轮通过轴20连接于压气机叶轮22。涡轮机的涡轮转换内燃机排气中的能量，内燃机设有位于涡轮机壳体内的螺旋线状的排气管(未示出)。排气在经过涡轮机时发生膨胀并且从出口26离开涡轮机壳体。
压气机壳体设有进口28和螺旋线出口30。尾板32通过一些螺钉34连接于压气机壳体。在尾板32的周边上使用一些(未示出的)螺钉将尾板固定到中央壳体上。第一环形密封圈36嵌接在尾板与压气机壳体之间；第二环形密封圈38嵌接在尾板与中央壳体之间。一些螺钉40和固定垫圈42使涡轮机壳体与中央壳体相互连接。
安装在中央壳体的轴孔52中的轴颈轴承50使轴20能够转动。在所示的实施例中，安装在轴上靠近压气机叶轮处的卡圈54将一个推力轴承56压配合到中央壳体与尾板之间。套管58装在卡圈与压气机叶轮之间。一个旋转密封圈60，例如一段活塞，在套管58与尾板之间提供了一个密封圈。卡环62使轴颈轴承位于轴孔中，以及螺母64使压气机叶轮和轴承元件位于轴20上。
本发明的几何可变结构包括一个与涡轮机的转动轴线同轴对齐地进入到涡轮机壳体中的圆柱形活塞70。通过十字轴72，该活塞可以纵向移动。在所示的实施例中，十字轴72有三个分支，分别固定到活塞和启动轴74上。启动轴74伸进穿过涡轮机壳体而延伸的套筒76中，并且连接于启动装置77。在所示的实施例中，启动装置77通过一个支承件78和一些螺钉80安装到涡轮机壳体的凸出部分上。
活塞70通过一个易磨损的嵌入件82能够在涡轮机壳体中滑动。圆柱形密封件84嵌在该活塞和嵌入件之间。活塞能够从图1所示的关闭状态开始移动，所示的关闭状态显著地减小了自螺旋线24到涡轮机的入口喷嘴的面积；在完全开启状态，活塞上的径向突缘86抵靠到限制活塞行程的背部88上。
喷嘴的翼片90自活塞的径向突缘开始延伸。在活塞的关闭状态，翼片伸进中央壳体的一个模制件的去除部分中。隔热板92装在涡轮机壳体和中央壳体之间。隔热板具有适当的形状，以便延伸到自中央壳体与涡轮机壳体之间的接触面开始的一个涡轮机壳体空腔中，以及为涡轮机的入口喷嘴提供一个内壁。涡轮机的涡轮包括一个基本上完整的尾盘和一个以插入方式容纳着涡轮机涡轮尾盘的隔热板中央孔94(如下文所述，在图2和图3中能够更好地看到该中央孔)，以便提供自涡轮机壳体的螺旋线至涡轮机涡轮的基本上平滑的流线型路径。
图2表示了隔热板的第一实施例，它设有用来接纳翼片90的开闭缝96。其中装有涡轮机涡轮尾盘的中央孔94的圆周位于开闭缝96的容纳着翼片后缘的那部分轮廓的内侧。该实施例提供了理想的流线型轮廓，但是，产品的应力和开闭缝与翼片之间的配合公差有可能阻碍该实施例在某些场合的有效应用。
图3表示了隔热板的第二实施例，它将开闭缝的邻近中央孔94的后缘处98设置成开放的截面，以便在一定程度上降低对这些开闭缝的公差要求。开闭缝的一侧轮廓基本上沿着翼片的外表面延伸并且延伸超过翼片的外表面，一直到达涡轮机涡轮尾盘的直径处；而开闭缝的沿着翼片内表面的一侧轮廓则任其终止于紧邻中央孔的、通常标示为98的开口处。在这两个实施例中，将涡轮机涡轮轮毂的偏心距和尾盘置于中央孔中，这就减小了翼片后缘与涡轮机涡轮的叶片尖端直径处两者之间的间距和无翼片时的空间。
图4表示了安装在隔热板和中央壳体之间的流线型挡板100。挡板100阻止排气从背部88处的涡轮机涡轮尾盘空腔开始的向中央壳体内的泄漏再循环，所述中央壳体容纳着活塞关闭状态下的翼片。阻止从尾盘空腔开始的泄漏再循环有助于从入口喷嘴向涡轮机涡轮叶片的平稳流动。在所示的实施例中，挡板借助于一个弹簧的作用固定在隔热板与中央壳体之间，该弹簧相当于一个凸起的弹性垫圈。
附图所示实施例中的活塞启动装置是一个气动式启动装置77，它具有固定在图1所示支承件78上的框架型底座102。如图1所示以及图5的分解图详细表示的那样，一个隔膜104安装在框架型底座102和盖子106之间。弹簧座108连同盖子106作用于弹簧110，目的是恢复施加在隔膜104上的作用力。盖子106由启动装置的罩112保持就位，罩112带有用于启动的中空进气孔114。在盖子106和罩112之间设有密封圈116。
启动套筒118通过一个弹性垫圈120固定到隔膜104上，弹性垫圈120还为弹簧110起着弹簧座的作用。启动套筒通过一个下文将要详细描述的快速接头122连接到轴上。轴上直径减小的定心接头124插入到套筒的反方向的孔126中。
如图1所示，轴上的直径增大部分130利用轴的直线运动以滑动方式进入到涡轮机壳体的孔132中。在一些实施例中，一个偏导装置134安装在轴的周围，以偏引从套筒76泄漏出的气体，并使这些泄漏气体远离启动装置。
在图5和图6中详细示出的快速接头由薄钢板加工而成，形状基本上是圆柱形，带有一个纵向开缝140。在圆柱形壁上与之相反方向的一些切口142为舌片144提供了一个间距，舌片下弯到圆柱体中。舌片144的第一个作用是要适合于插入安装到轴上的开缝146中；舌片144的第二个作用是要适合于插入安装到启动套筒上的开缝148中。薄钢板舌片的弹性以及劈开的圆柱体的弹性，使得能够通过舌片瞬间啮合到开缝中而将轴和启动套筒插入到快速接头中，这就无需在轴和启动套筒之间设置任何的螺纹接头。定心接头124和启动套筒中的孔使整个组件保持轴向对准。
快速接头结构的另一优点在于，能够在只有少量拆卸工作的情况下拆下涡轮增压机的启动装置，在大多数的安装结构中都无需拆下车辆的涡轮增压机，这点尤为重要。首先将支承件78从涡轮机壳体上松开，然后使用一个压缩工具使舌片离开开缝，并且能够从快速接头中卸下轴和/或套筒。
快速接头的一个替换实施例是一种卡在启动套筒的一个切口中的星形垫圈。在将轴插入套筒时，星形垫圈与轴上的凸肩相啮合。切口的周边被弯折，以便将星形垫圈固定到切口中。第二实施例能够减小整个连接装置的长度。
正如工业产权法规所要求的那样，上面已对本发明作了详细的描述。本领域的技术人员将会注意到针对目前已公开的特定实施例的各种改进和替换。所有这些改进和替换都将包括在下文的权利要求书所定义的本发明的目的和范围之中。

Claims (7)

1.一种涡轮增压机(10)，它包括：
一个壳体，壳体包括在入口处接受来自内燃发动机排气总管的排气的以及有一个排气出口的涡轮机壳体(12)；具有空气入口和第一螺旋线的压气机壳体(16)；以及位于涡轮机壳体(12)和压气机壳体(16)之间的中央壳体(14)；
安装在涡轮机壳体(12)中并获取排气中的能量的涡轮机涡轮(18)，所述涡轮机涡轮(18)与一个轴(20)相连接，该轴从涡轮机壳体(12)开始延伸，穿过中央壳体(14)的轴孔(52)，所述涡轮机涡轮(18)有一个尾盘和一些涡轮叶片；
安装在中央壳体(14)的轴孔(52)中的轴承(50)，所述轴承支承着轴(20)使它转动；
在涡轮机涡轮(18)的相对端、与所述轴(20)相连且被包容在压气机壳体(16)中的叶轮(22)；
基本上为圆柱形的活塞(70)，所述活塞与涡轮机涡轮(18)同轴，并且能够以平行于涡轮机涡轮(18)转动轴线的方式进行移动；
基本上平行于转动轴线地从活塞的第一端延伸至尾盘附近的一些翼片(90)；
一个隔热板(92)，它以其外周边安装在涡轮机壳体(12)与中央壳体(14)之间，并且朝着转动轴线向内径向延伸，涡轮机涡轮的尾盘插在隔热板(92)中以使排气在涡轮叶片中平稳流动，隔热板还有一些用来接纳翼片(90)的开缝(96)；以及
装置(77)，用于使活塞(70)从活塞的其第一端靠近隔热板的第一位置移向活塞的其第一端远离隔热板的第二位置。
其特征在于，还包括：
位于涡轮机涡轮(18)的尾盘与中央壳体(14)之间的流线型挡板(100)，它的外周边啮合于隔热板(92)的内周边，所述的流线型挡板具有在轴孔附近啮合于中央壳体的内周边。
2.如权利要求1所述的涡轮增压机，其特征在于，隔热板(92)有一个中央孔，尾盘插入到所述中央孔中；以及隔热板(92)上有一些开缝，每个开缝的后缘在中央孔附近闭合。
3.如权利要求1所述的涡轮增压机，其特征在于，隔热板(92)有一个中央孔，尾盘插入到所述中央孔中；以及隔热板(92)上有一些开缝，每个开缝的一部分轮廓延伸超过相应翼片的外表面，基本上到达中央孔的直径处，而沿着相应翼片内表面延伸的那部分轮廓则终止于中央孔附近，并且在开缝的后缘处留有一个与中央孔接合的开口。
4.如权利要求1所述的涡轮增压机，其特征在于，用来移动活塞的装置包括：
一个十字轴(72)，它有一些与活塞相连的分支，所述这些分支朝着一个与转动轴线同轴的启动轴汇集；
一个带有启动套筒(118)的启动装置(77)；以及
用来连接启动轴和启动元件的快速连接机构(122)。
5.如权利要求4所述的涡轮增压机，其特征在于，所述的启动装置是气动式启动装置，具有一个与启动套筒(118)相连的隔膜。
6.如权利要求4所述的涡轮增压机，其特征在于，快速连接装置包括一个薄钢板的圆柱体，它具有一个纵向开缝(140)，以及至少一对在相对的纵向上间隔开的弹性舌片(144)，这对舌片还朝着圆柱体向内延伸；所述这对舌片其中之一能够啮合于启动轴上的圆周开缝(146)，其中的另一个舌片能够啮合于启动套筒(118)上的圆周开缝(148)。
7.如权利要求6所述的涡轮增压机，其特征在于，启动套筒(118)包括一个反方向的孔(126)，用于配合良好地容纳一个从启动轴延伸的定心接头(124)。
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