CN1289791C - 具有阶形叶片的滑动叶片涡轮增压器 - Google Patents

具有阶形叶片的滑动叶片涡轮增压器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种涡轮增压器，该涡轮增压器具有可变涡轮吸气喷嘴，包括一个可移动的圆柱状活塞以改变吸气喷嘴在涡轮中的面积。装在活塞上以控制进入喷嘴的流量的叶片穿过一个槽形隔热屏，该隔热屏将平稳的空气动力气流供应到涡轮叶片中。叶片还包括一个阶形部分，该阶形部分具有较大的弦长和深度，在活塞处于闭合位置上时与隔热屏的表面接合并密封槽。连接有一个轴向驱动装置以操纵活塞。

Description

具有阶形叶片的滑动叶片涡轮增压器
技术领域
本发明一般涉及变几何形涡轮增压器。尤其涉及这样一种涡轮增压器，即，它具有一个滑动叶片可变喷嘴涡轮入口，叶片通过悬置的槽形片金属隔热屏容纳在涡轮机壳体中，叶片具有阶形形状以密封住隔热屏的表面。
背景技术
高效涡轮增压器将变几何形系统用于涡轮喷嘴入口，以提高性能和空气动力效率。用于涡轮增压器的变几何形系统一般有两种类型：转动叶片和活塞。由发明名称为“PRESSURE BALANCED DUAL AXLE VARIABLENOZZLE TURBOCHARGER”的美国专利5947681例示的转动叶片型提供了多个独立的叶片，这些叶片位于涡轮入口喷嘴中，可转动地减小或增大喷嘴面积和流量。由发明名称同为“TURBOCHARGER APPARATUS”的美国专利5214920和5231831以及发明名称为“VARIABLE EXHAUST DRIVENTURBOCHARGERS”的美国专利5441383例示的活塞型采用了一种圆柱状活塞或壁，其可移动地与涡轮转动轴同心以减小喷嘴入口的面积。在发明名称为“VARIABLE EXHAUST DRIVEN TURBOCHARGERS”的欧洲专利0571205中，在隔热屏之间设置有环形喷嘴，该隔热屏具有容置叶片的槽，所述叶片由可在排气管中轴向移动的轴套来承载。在大多数情况下，活塞型变几何形涡轮增压器装有相对于气流具有固定冲击角的叶片，其或装在活塞上或装在与该活塞相对的固定喷嘴壁上，并在活塞的运动过程中容纳在对立表面的槽中。
在现有技术中活塞型的变几何形涡轮增压器中，一直面临的挑战就是，最大程度地使空气动力性能与匹配表面的容许性相平衡，尤其是经受极端温度变化和机械应力的叶片和容纳槽，以及采用容易制造的结构提供启动活塞的装置。
发明内容
一种本发明的涡轮增压器具有一个外壳，该外壳具有一个涡轮机壳体、一个压缩机壳体和一个中心壳体，该涡轮机壳体容纳来自入口处一内燃机的排气歧管的废气并具有一个排气口，该压缩机壳体具有一个进气口和第一蜗壳，该中心壳体介于该涡轮机壳体和压缩机壳体的中间。一个涡轮叶轮承载在涡轮机壳体中用来从废气中吸取能量。该涡轮叶轮连接在一根通过中心壳体内的轴孔从涡轮机壳体延伸的轴上。一个承载在中心壳体轴孔中的轴承支承旋转运动的轴，且一个压缩机叶轮相对于涡轮叶轮连接在轴上并被封闭在压缩机壳体中。
一个基本上为圆柱状的活塞与涡轮叶轮同心并可平行于涡轮叶轮的转动轴移动。多个叶片基本上平行于转动轴从贴近隔热屏的活塞的第一端延伸。每个叶片都具有一个第一部分和一个第二部分，第一部分具有第一弦长和深度，第二部分介于第一部分和活塞第一端的中间，第二部分具有大于第一弦长和深度的第二弦长和深度。该隔热屏在其外圆周处接合在涡轮机壳体与中心壳体之间，并朝转动轴径向向内延伸。该隔热屏具有多个容纳叶片的槽。一个驱动器被提供用来使活塞从第一端贴近隔热屏的第一位置移动到第一端远离隔热屏的第二位置。叶片具有大小能容纳在槽中的第一部分和第二部分或台阶，第二部分介于第一部分和活塞之间，活塞的大小被设定成在活塞处于第一位置上时与隔热屏的表面接合并覆盖槽。
该涡轮增压器的特征在于，各叶片的第二部分具有大于第一弦长和深度的第二弦长和深度，以形成围绕第一部分的台阶。
附图说明
根据下面详细的说明和附图，将会更清楚地理解本发明的细节和特征，其中：
图1是采用本发明一实施例的涡轮增压器的横剖正视图；
图2是隔热屏的俯视图；
图3是附加叶片的活塞的仰视图；
图4是叶片的侧视图；
图5a是本发明涡轮增压器的局部侧视图，示出了活塞位于闭合位置的隔热屏的叶片台阶接合的细节；
图5b是本发明涡轮增压器的局部侧视图，示出了活塞位于打开位置的隔热屏的叶片台阶接合的细节；
图6a是隔热屏的仰视图，以虚线示出了密封槽的叶片上台阶的足迹；
图6b是叶片和台阶足迹的一可选实施例的细部图，台阶弦线(cord line)与叶片弦线成一角度。
具体实施方式
参见附图，图1示出了一个用于涡轮增压器10的本发明的实施例，该涡轮增压器10装有一个涡轮机壳体12、一个中心壳体14和一个压缩机壳体16。涡轮叶轮18通过轴20连接到压缩机叶轮22上。涡轮叶轮将来自从一排气歧管(未示出)提供的内燃机废气的能量转换成涡轮机壳体中的蜗壳24的气体能量。废气通过涡轮扩张并经出口26排出涡轮机壳体。
压缩机壳体具有一入口28和一出口蜗壳30。底板32通过螺栓34连接在压缩机壳体上。反过来，底板又利用螺栓(未示出)固定在中心壳体上。第一环封36接合在底板与压缩机壳体之间，而第二环封38接合在底板与中心壳体之间。螺栓40和固定垫圈42将涡轮机壳体连接到中心壳体上。
装在中心壳体的轴孔52中的轴颈轴承50转动地支承轴。在所示实施例中，邻近压缩机叶轮装在轴上的止推轴环54接合在一个止推轴承56上，该止推轴承56被限制在中心壳体与底板之间。一轴套58接合在止推轴环与压缩机叶轮中间。—旋转密封件60比如一活塞环在该轴套和底板之间提供了密封。弹性挡圈62将轴颈轴承限定在孔中，而螺母64限定压缩机叶轮和轴上的轴承部件。
本发明的变几何形机构包括一个基本上为圆柱状的活塞70，该活塞被容纳在涡轮机壳体中、与涡轮的转动轴同心对齐。该活塞通过一个三脚架72可纵向移动，该三脚架在所示的实施例中具有三个支脚，与该活塞和一驱动轴74相连。该驱动轴被容纳在一个贯穿涡轮机壳体的轴衬76中并与一个驱动器77相连。在所示实施例中，该驱动器利用一支架78和螺栓80安装在涡轮机壳体的支座上。
活塞通过一个小摩擦插件82在涡轮机壳体中滑动。一圆柱状封条84被插在活塞与插件之间。活塞可从图1所示的闭合位置处移动，基本上减小了从蜗壳24到涡轮的入口喷嘴的面积。在完全打开的位置上，一个活塞上的径向突起86被容纳在限制活塞运行的保险塞(relief)88中。
喷嘴叶片90从活塞上的径向突起延伸。在活塞的闭合位置上，叶片被容纳在中心壳体铸件的突出部分中。隔热屏92接合在涡轮机壳体与中心壳体之间。该屏的轮廓被设计成从中心壳体与涡轮机壳体之间的界面伸入涡轮机壳体的空腔中，并给涡轮入口喷嘴提供一内壁。
图2示出了装有闭合槽96的隔热屏，该闭合槽96用来容纳叶片90。如图3和4所示，叶片具有第一部分98和第二部分100，该第一部分被容纳在槽中，该第二部分为一台阶形式，其在弦长(cord)和深度上都长过槽的大小。如图5b所示，在活塞处于打开位置时，涡轮入口喷嘴面积的大小被定成使最大的流量进入涡轮。在活塞处于闭合位置时，如图5a所示，叶片的第一部分被容纳在槽中，而叶片上的第二部分或台阶与隔热屏的表面接合。台阶密封隔热屏中的槽，以避免涡轮输入流量的过多渗漏，可在图6a中最好地看出。台阶的空气动力外形保持输入流在活塞的闭合和打开位置上都能平稳流动。图6b描述了阶形叶片的一可选实施例，此时由线106表示的该台阶弦长与由104表示的叶片弦长呈倾斜关系。这种布置方式在活塞的打开和闭合位置上改变叶片相对于气流的冲击角以增强空气动力控制。
图中示出的实施例中的活塞的驱动系统是一个气动驱动器77，该驱动器77具有一个如图1所示的固定在支架78上的壳体底端102。
虽然现已按专利法的要求详细地描述了本发明，但对于本领域的技术人员来说，将会认识到，可对这里披露的特定实施例作出改进和替换。这样的改进和替换落在下面权利要求限定的本发明的范围和目的中。

Claims (3)

1.一种涡轮增压器，它包括：
一个外壳，该外壳具有一个涡轮机壳体、一个压缩机壳体和一个中心壳体，该涡轮机壳体容纳来自入口处一内燃机的排气歧管的废气并具有一个排气口，该压缩机壳体具有一个进气口和第一蜗壳，该中心壳体介于该涡轮机壳体和压缩机壳体的中间；
一个承载在涡轮机壳体中并从废气中吸取能量的涡轮叶轮，所述涡轮叶轮连接在一根通过中心壳体内的轴孔从涡轮机壳体延伸的轴上；
一个承载在中心壳体轴孔中的轴承，所述轴承支承旋转运动的轴；
一个相对于涡轮叶轮连接在轴上并被封闭在压缩机壳体中的压缩机叶轮；
一个基本上为圆柱状的活塞，该活塞与涡轮叶轮同心并可平行于涡轮叶轮的转动轴移动；
多个基本上平行于转动轴从贴近隔热屏的活塞的第一端延伸的叶片，每个叶片都具有一个第一部分和一个第二部分，第一部分具有第一弦长和深度，第二部分介于第一部分和活塞第一端的中间；
该隔热屏，其外圆周接合在涡轮机壳体与中心壳体之间，并朝转动轴径向向内延伸，所述隔热屏还具有多个紧密容纳叶片第一部分的弦长和深度的槽；及
使活塞从第一端贴近隔热屏的第一位置移动到第一端远离隔热屏的第二位置的装置，活塞处于第一位置上时，叶片的第二部分与隔热屏接合并密封槽；
其特征在于，各叶片的第二部分具有大于第一弦长和深度的第二弦长和深度，以形成围绕第一部分的台阶。
2.如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，叶片的第二部分具有空气动力外形以促进涡轮入口气体的平稳流动。
3.如权利要求2所述的涡轮增压器，其特征在于，叶片的第二部分与第一部分呈倾斜关系以在活塞处于闭合位置上时改变气流冲击角。
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