CN1433501A - 具有金属外壳的可变几何形状的涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用支架(34)的可变几何形状的涡轮增压器，包括由固定到中央壳体(18)的基座(38)和固定到基座(38)的套管插入体构成的涡轮进口喷嘴中的叶片。单独的排气壳体(24)容纳在支架(34)上，在套管插入体(64)的外侧，以便为驱动涡轮增压器涡轮飞轮的废气提供入口和出口。

Description

具有金属外壳的可变几何形状的涡轮增压器
技术领域
本发明一般地涉及一种有可变涡轮入口几何形状的涡轮增压器。更具体地说，本发明提供一种结构方案(arrangement)，用于独立于涡轮壳体的可变进口叶片支撑。
背景技术
在涡轮增压器中，经常希望控制进入涡轮中废气的气流，以提高效率或操作范围。采用可变喷嘴的不同构形(configuration)以控制废气气流。绕涡轮入口环形地设置多重旋转叶片，以改变叶片之间通道喷口面积，是一种已成功使用在现有涡轮增压器的途径。Swihart等的发明名称为“可变喷嘴涡轮机的驱动系统”的美国第4,679,984号专利和Fleury的名称为“用于可变喷嘴涡轮增压器的旋转叶片驱动机构的悬架(Suspension)”的美国第4,804,316号专利(该专利与本发明申请有共同的受让人)公开了用于实现可变喷嘴方法的不同途径。
虽然，多重叶片可变喷嘴涡轮增压器已极大地增加了涡轮增压器的总效率和能力，但叶片支撑和叶片驱动结构的复杂性增加了制造成本，并因此而带来了维护问题。另外，叶片支撑结构与涡轮壳体的连接限制了在涡轮壳体设计和结构方面的灵活性。涡轮壳体是巨大的热负荷，这可影响自动应用中发射系统的性能。此外，涡轮壳体与排气歧管的整体化可降低自动涡轮增压器安装的零部件数量和复杂性。因此，希望提供独立于涡轮增压器壳体的可变喷嘴结构支撑方案，以改进驱动系统，从而增加可靠性，并且降低使用它们的涡轮增压器的制造成本。
发明内容
采用本发明的可变几何形状涡轮增压器包括具有中心孔的中央壳体，以安装轴承组件，该轴承组件支撑一个轴，该轴的第一端安装涡轮飞轮，第二端安装压缩机叶轮。包围叶轮的压缩机壳体连接于中央壳体，并且具有空气入口和压缩空气出口。
具有基座和插入体的支架(cartridge)连接于中央壳体与压缩机壳体相对。该支架包括基座和插入体。基座和插入体互相形成废气进气喷嘴，并且该喷嘴具有排气口，该排气口具有与涡轮飞轮相匹配的空气动力学的形状。
多个具有旋转杆的叶片提供可变喷嘴，旋转杆从基本平行于内喷嘴壁的第一表面伸展。杆容纳在内喷嘴壁上的基座的圆周间隔的孔中。该杆有延伸的驱动臂，用于与接合在中央壳体和基座之间的调和环(unison ring)的凹槽啮合。
调和环的驱动通过具有啮合在调和环槽的驱动臂的曲柄完成的。该曲柄可从第一位置连续地运动到第二位置，使驱动臂在径向槽中移动，并且施加一垂直于径向槽的力，以促使调和环旋转运动。调和环的旋转运动使叶片臂转动叶片。
片状金属排气壳体装在中央壳体的支架上，提供入口用于使废气进入喷嘴。
附图说明
通过详细说明及附图能更清楚地理解本发明的细节及特性。
图1是采用本发明的涡轮增压器实施例的正视剖视图；
图2a是关于中心线的侧视半剖视图，详细示出排气壳体、中央壳体和支架组件，该支架组件具有由轴承系统支撑的涡轮轴飞轮组件；
图2b是在从图2a枢轴转动平面中的侧视半剖视图，示出支架的其它细节；
图3是中央壳体和支架组件的示意图，示出本发明的实施例，其中排气壳体部分地去掉；
图4是中央壳体和支架组件的第二示图，插入体被剖开，以展现可变几何形状的喷嘴叶片；和
图5是可变几何形状叶片臂的底示图，示出部分调和环和叶片曲柄组件的。
具体实施方式
现参照附图，图1所示的本发明实施例包括压缩机壳体10，利用两个或两个以上由螺钉16固定的夹子14连接到支承板12。支承板用多个螺钉20和密封环22连接于中央壳体18。就本实施方案所示，片状的金属排气壳体24用由螺钉28固定的卡箍26连接于中央壳体。废气或供应涡轮增压器的其它高能气体通过入口32进入排气壳体。
如图2a、2b、3和4所示，用34标记的支架安装于中央壳体。涡轮飞轮和轴组件30由轴承承载，涡轮飞轮悬挂在支架内。多重叶片36安装于支架基座38。在杆40上的叶片转动，该杆40从叶片伸展进基座表面43上的孔42中，表面43形成内入口喷嘴壁。驱动臂44从叶片杆延伸，被调和环48上的凹槽46啮合。执行机构曲柄50在具有销钉54的杠杆臂52的第一端终止，该销钉与调和环中的槽56相啮合，以使环转动。曲柄从中央壳体的凸台(boss)58延伸，穿过套管60，终止于与执行机构啮合的外臂62上。
参见图2a、2b和3，插入体64由容纳在孔68中的螺钉66连接于中央壳体。支撑杆70保持基座，促使基座靠近中央壳体容纳的限位销39(参见图1)。绕插入体园周伸展的凸缘(rim)71也被V形卡箍咬合。插入体包括喷嘴72的外壁，紧靠叶片。另外，插入体提供涡轮73的排气口，排气口具有与涡轮转轮上叶片相匹配的空气动力学形状。插入体和具有连接叶片的基座及驱动元件构成支架，它与中央壳体和排气壳体分开，并安装在这两个部件之间。使用本发明的支架使得排气壳体能够在现有技术的结构之上被简化，便于进行与本发明实施方案中所示的片状金属排气壳体一样的这种改进。
回到图1，有两个轴承74和轴承衬套76的轴承系统，或可选实施方案中的整体轴承，支撑中央壳体78的中心孔中的轴轮组件。轴进一步伸展通过支撑轴环80，该支撑轴环80与安装在中央壳体和压缩机支承板之间的支撑轴承82相啮合。活塞环84用支承板的轴孔密封支撑轴环。压缩机叶轮86连接于到轴轮组件。
现已对本发明进行了说明，本领域普通技术人员可对在此所公开的实施方案进行修改和变化。这种修改和变化是在下述权利要求所限定的本发明的范围之内。

Claims (3)

1.一种可变几何形状的涡轮增压器，包括：
中央壳体(18)，具有安装一轴承组件(74)的中心孔；
涡轮飞轮，连接于延伸通过所述中央壳(18)体的轴，由所述轴承组件(74)支撑，所述轴末端地相对所述涡轮非轮被安装于压缩机叶轮；
支架(34)具有包括内喷嘴的基座(38)和连接于所述基座(38)的插入体(64)，所述插入体(64)具有与内喷嘴壁间隔开的外喷嘴壁(72)，和排气口，该排气口具有与所述涡轮飞轮基本相匹配的空气动力学的形状，支架(34)支撑多个位于所述内喷嘴壁和外喷嘴壁之间的叶片(36)，并且进一步包括用于转动所述叶片的装置；
压缩机壳体(10)，有空气入口和压缩气体出口，所述压缩机壳体(10)连接于所述中央壳体(18)，与所述支架相对，并包围压缩机叶轮(86)；
排气壳体(24)，具有废气入口和出口，所述排气壳体(24)从所述中央壳体(18)连接于所述支架(34)的外侧。
2.如权利要求1所述的可变几何形状的涡轮增压器，其特征在于用于转动所述叶片(36)的装置包括：
旋转杆(40)，从基本平行于所述内喷嘴壁的各叶片(36)的第一表面伸展，所述杆(40)容纳在所述内喷嘴壁上的圆周地间隔的孔中；
驱动臂(44)，从所述杆(40)延伸；
调和环(48)，位于所述中央壳体(18)和基座(38)中间，所述调和环(48)有与所述叶片(36)数量相等的多个凹槽(46)，所述凹槽(46)容纳所述臂(44)，所述调和环(48)进一步具有槽(56)；
曲柄(40)，具有与槽(56)相啮合的驱动臂(44)，所述曲柄(40)可从第一位置到第二位置连续地运动，所述曲柄(40)的运动使所述驱动臂(44)在所述槽(56)中移动，并且施加垂直于所述槽(56)的力，促使所述调和环(48)的旋转运动，所述调和环(48)的旋转运动使所述叶片臂(44)与凹槽(46)转动；和
用于移动所述曲柄(50)的装置。
3.如权利要求1所述的可变几何形状的涡轮增压器，其特征在于所述排气壳体由片状金属制成。
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