CN1454285A - 带有滑动活塞的可变形状涡轮增压器 - Google Patents

带有滑动活塞的可变形状涡轮增压器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种涡轮增压器，该涡轮增压器带有一个可变形状涡轮机进口，该进口处具有一个可移动的柱形活塞，以改变进入涡轮机的进口的面积。在第一关闭位置，由挡热板延伸出的叶片与活塞相配合，控制喷嘴的流量；在第二打开位置，活塞与叶片之间隔开一定的距离，以增加进口的面积。

Description

带有滑动活塞的可变形状涡轮增压器
技术领域
总体来说，本发明涉及一种可变形状的涡轮增压器。具体来说，即这样一种增压器，其上带有一个滑动活塞，以使涡轮机具有可变的涡轮机进口，涡轮机进口带有叶片，在活塞的关闭位置，叶片伸过喷嘴。
背景技术
高效率的涡轮增压器常在涡轮机进口处采用可变的结构，以提高性能和空气动力学的效率。涡轮机的可变结构具有两种主要的类型：转动叶片型和活塞型。例如在美国专利5,947,681中便公开了一种转动叶片型的结构，该美国专利的名称为“压力平衡的双轴可变喷嘴涡轮增压器”，其在涡轮机进口处设有多个独立的叶片，这些叶片可以转动，以增大或减小喷嘴面积和流量。而美国专利5,214,920、5,231,831和5,441,383则分别是活塞型的例子。美国专利5,214,920和5,231,831的名称均为“涡轮增压器”，美国专利5,441,383的名称为“废气驱动的可变涡轮增压器”。如这三篇专利所示，在活塞型的结构中常采用一个柱形活塞或柱形壁，其可与涡轮机转轴同心地运动，以减小进口面积。在大多数情况下，活塞型的可变形涡轮增压器的叶片具有一个固定的气流冲角，该叶片既可以安装在活塞上，也可以安装在与活塞相对的固定喷嘴壁上，在活塞运动期间，叶片置于其相对表面的槽中。
在现有技术的活塞型可变形涡轮增压器中，主要的任务除了要提供其形状易于制造的活塞操纵装置外，还既要考虑接合面的间隙，也要具有最好的空气动力学性能。所述的接合面特别是指多数设计中采用的叶片和其容置槽，在多数情况下，这些面处于很大的温度变化范围和机械应力中。
发明内容
本发明的涡轮增压器具有一个带有涡轮机壳体的箱体，它的进口接收来自内燃机排气管中的废气，并且还带有一个废气出口；一个压缩机壳体，其上带有一个空气进口和一个第一蜗壳；和一个位于涡轮机壳体和压缩机壳体之间的中间壳体。设置在涡轮机壳体内的涡轮机叶轮吸收废气中的能量，该涡轮机叶轮与涡轮机壳体中由中间壳体的轴孔伸出的轴相联，且涡轮机叶轮有一个大致整圆的背盘和多个翼。设置在中间壳体的轴孔中的轴承支撑轴的旋转运动。压缩机叶轮与涡轮机叶轮对应的轴相联，并设置在压缩机壳体内。
一个大致为柱形的活塞与涡轮机叶轮同心，并可在与涡轮机叶轮的转轴平行的方向上移动。多个叶片从挡热板处沿大致与转轴平行的方向延伸。所述的挡热板的外周圆位于涡轮机壳体和中间壳体之间，且沿径向向内朝旋转轴的方向延伸。一个执行器使活塞从接近挡热板的第一位置移动到离开挡热板的第二位置。在第一位置，活塞的径向表面与叶片的一端相接合，在第二位置处，活塞离开叶片，形成了一个较大的喷嘴截面，从涡轮机蜗壳中流出的部分废气流流经叶片，且部分流经一个环状开口，直接进入涡轮机中。
附图说明
结合详细说明及如下的附图，可以更清楚地理解本发明的细节及特点。
图1是本发明实施例的涡轮增压器的正向剖视图，图中的活塞处于关闭位置；
图2是如图1所示涡轮增压器的正向剖视图，图中的活塞处于打开位置；
图3是本发明第二实施例的局部正向剖视图，图中的活塞处于关闭位置，形成交错状接合密封；
图4是如图3所示实施例的局部正向剖视图，图中的活塞处于打开位置。
具体实施方式
如图1所示，本发明涡轮增压器10的一个实施例包括一个涡轮机壳体12、一个中间壳体14和一个压缩机壳体16。涡轮机叶轮18经轴20与压缩机叶轮22相联，涡轮机叶轮将从发动机排气管(图中未示)中排出的废气中转换能量，该废气从排气管流到涡轮机壳体内的蜗壳24。废气流经涡轮机后膨胀，再由出口26从涡轮机中排出。
压缩机壳体带有一个进口28和一个出口蜗壳30，背板32由多个螺钉34连接到压缩机壳体上，同样，背板可被螺钉(图中未示)固定在中间壳体上，或者背板与中间壳体一体浇铸成型。V型夹带40和定位销42将涡轮机壳体与中间壳体联接在一起。
中间壳体的轴孔52中安装有一支撑该轴旋转的轴承50，轴套58位于轴承的止推面和压缩机叶轮中间，并与两者接合。轴套和背板之间的密封由一个如活塞环状的旋转密封件60完成。
本发明的可变形状机构包括一个大致为柱形的活塞70，该活塞安装在涡轮机壳体内，并与涡轮机的转动轴同轴。星形接头(本实施例中为三条棱)72分别连接到活塞70和操纵轴74上，其可带动活塞纵向移动。操纵轴安装在套筒76中，且延伸穿过涡轮机壳体并与执行器77相联。在图示的实施例中，执行器依一个托架78安装在涡轮机壳体的支架上。
活塞在涡轮机壳体内滑动，其间有一低磨擦的衬套82。在活塞和衬套间设有一柱状的密封件84。活塞可从图1所示的关闭位置移动，在关闭位置处大大减小了从蜗壳24到涡轮机的进口面积。在完全开启的位置处，活塞上的径向凸起86压在限制活塞行程的衬套端面88上。
喷嘴叶片90从挡热板92处伸出。在活塞的关闭位置，叶片与活塞上的径向凸起的端面相接合。挡热板的外周接合于涡轮机壳体和中间壳体之间。挡热板应从中间壳体和涡轮机壳体的交界面伸入到涡轮机壳体的腔室中，并构成了涡轮机进口的内壁。
图2表示了图1所示的活塞处于打开位置时的情形。叶片和活塞的径向凸起端面间形成了一个打开的环形通道94，叶片使流经该叶片和环形通道的废气流动方向得以稳定，环形通道包括打开的喷嘴。将活塞放置在其全开和全关间的预定位置上，即可决定喷嘴的流型。
在本发明附图所示的实施例中，用于活塞的操纵系统是一个气动执行器77，该执行器安装在托架78上(如图1和2所示)。
图3表示了本发明的第二个实施例，其上具有活塞70a，该活塞由金属板或薄壁铸件制造而成，其截面大致呈U形，带有一个外环94和一个内环96，外环94平行于活塞的移动方向，而内环96则一直延伸到盘98处，以便与操纵杆74相联。活塞的外环处于涡轮机壳体的槽100内，涡轮机壳体出口圆周内壁紧卡内环，从而形成了活塞的交错状接合密封。在关闭位置，U形活塞的连接板与叶片相接合，以形成最小的喷嘴面积。
图4表示了图3所示的实施例的活塞处于打开位置时的情形，活塞的连接板与叶片分离，从而构成了前述的环形空间，为打开的喷嘴提供最大的喷嘴进口面积。外环94的边缘与槽100的一端相接合，或者U形的连接板与其相邻的面88a相配合，以限制活塞的行程。
以上内容详细描述了本发明，本领域的技术人员均知晓，在所附权利要求限定范围内，可在所述实施例的基础上加以改进和替换。

Claims (2)

1.带有可变形状涡轮机进口的涡轮增压器，包括：
一个带有涡轮机壳体的箱体，它的进口接收来内燃机排气管中的废气，并且还具有一个废气出口；一个压缩机壳体，其上带有一个空气进口和一个第一蜗壳；和一个位于涡轮机壳体和压缩机壳体之间的中间壳体；
一个设置在涡轮机壳体内的涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮吸收废气中的能量，该涡轮机叶轮与涡轮机壳体中由中间壳体的轴孔伸出的轴相联；
一个设置在中间壳体的轴孔中的轴承，该轴承支撑轴的旋转运动；
一个压缩机叶轮，该叶轮与涡轮机叶轮对应的轴相联，并设置在压缩机壳体内；
一个大致为柱形的活塞，该活塞与涡轮机叶轮同心，并可沿与涡轮机叶轮的转轴平行的方向上移动；
一个挡热板，该挡热板的外周圆位于涡轮机壳体和中间壳体之间，且径向向内朝旋转轴的方向延伸；所述挡热板还具有多个叶片，该多个叶片大致沿平行于所述转轴的方向延伸；和
使活塞从接近挡热板并与叶片接触的第一位置移动到远离挡热板的第二位置的装置。
2.如权利要求1所述的涡轮增压器，其中活塞具有一个截面呈U形的薄壁，其上带有外环和内环，这两个环由一个连接板连接起来，所述的外环紧密容置于涡轮机壳体的一个柱形槽内，所述的内环则与出口的内圆周面紧密接合，内、外环构成了一种交错状的密封，在所述的第一位置，所述的连接板使叶片与活塞接触。
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