專利名稱：具有噴嘴環(huán)定位銷和整體式定位器及熱屏蔽的渦輪增壓器的制作方法
技術領域：
本公開涉及具有可變噴嘴渦輪機的渦輪增壓器，其中可動葉片設置在渦輪機的噴 嘴中，用于調節(jié)流入渦輪機的廢氣流。
背景技術：
廢氣驅動的渦輪增壓器是一種與內燃機一起使用的設備，用于通過壓縮空氣增加 發(fā)動機的功率輸出，上述空氣被傳遞到發(fā)動機的進氣口與燃料混合并且在發(fā)動機中燃燒。 渦輪增壓器包括在壓縮機殼體中安裝在軸的一端的壓縮機葉輪，以及在渦輪機殼體中安裝 在上述軸的另一端的渦輪機葉輪。特別地，渦輪機殼體與壓縮機殼體分別形成，而且還具有 連接在渦輪機殼體和壓縮機殼體之間的另一個中心殼體，用于容納軸的軸承。渦輪機殼體 限定了大體上環(huán)形腔室，其環(huán)繞渦輪機葉輪并且接收發(fā)動機的廢氣。渦輪機組件包括從腔 室通向渦輪機葉輪的噴嘴。廢氣從腔室通過噴嘴流至渦輪機葉輪，并且渦輪機葉輪由廢氣 驅動。因此渦輪機從廢氣提取能量并且驅動壓縮機。壓縮機通過壓縮機殼體的入口接收周 圍空氣，并且空氣由壓縮機葉輪壓縮，然后從殼體被排放到發(fā)動機進氣口。在具有渦輪增壓器的增壓發(fā)動機性能方面的一個難題是，在發(fā)動機的整個運行范 圍內獲得理想的發(fā)動機功率輸出量。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，具有固定幾何結構的渦輪增壓器通常不容 易達到這個目的，因此，出于在由渦輪增壓器提供的升壓量上提供較大程度的控制的目的， 已經(jīng)發(fā)展了可變幾何結構的渦輪增壓器。一種類型的可變幾何結構渦輪增壓器是可變噴嘴 渦輪增壓器(VNT)，其包括在渦輪機噴嘴中的可變葉片陣列。葉片樞轉地安裝在噴嘴中，并 且與能使葉片的安裝角改變的機構連接。改變葉片的安裝角的作用是，改變渦輪機噴嘴中 的有效流動面積，因此通過控制葉片位置可以調節(jié)進入渦輪機葉輪的廢氣流。如此，可以調 節(jié)渦輪機的功率輸出，這允許發(fā)動機功率輸出被控制達到比通常利用固定幾何結構渦輪增 壓器可能達到的范圍更大的范圍?？勺內~片機構相對復雜，因此出現(xiàn)了渦輪增壓器的組裝方面的難題。而且，上述機 構設置在渦輪機殼體和中心殼體之間，上述渦輪機殼體由于暴露于廢氣中而變得非常熱， 上述中心殼體處于比渦輪機殼體更低的溫度。因此，由于這種溫度梯度，可變葉片機構遭受 熱應力。本申請的受讓人之前通過提出一種可變噴嘴渦輪增壓器來解決上面提到的問題， 所述可變噴嘴渦輪增壓器包括包含可變葉片機構的套筒(cartridge)。渦輪機限定了噴嘴 和中心孔，廢氣通過上述噴嘴被傳遞到渦輪機葉輪，廢氣在通過渦輪機葉輪之后通過上述 中心孔被排放。套筒連接在中心殼體和渦輪機殼體之間，并且包括大體上環(huán)形噴嘴環(huán)和葉 片陣列的組件，上述葉片陣列繞噴嘴環(huán)周向間隔、可旋轉的安裝到噴嘴環(huán)上、并且連接可旋 轉的致動環(huán)，使得致動環(huán)的旋轉使葉片旋轉，用于調節(jié)流至渦輪機葉輪的廢氣流。套筒還包 括插入物，插入物具有被密封地接收入渦輪機殼體的孔中的管狀部分，并且具有從管狀部 分的一端大體上徑向延伸出的噴嘴部分，上述噴嘴部分從噴嘴環(huán)軸向間隔，使得葉片在噴 嘴環(huán)和噴嘴部分之間延伸。多個隔片(spacer)連接在插入物的噴嘴部分和噴嘴環(huán)之間，用于固定噴嘴環(huán)到插入物上，并且維持插入物的噴嘴部分和噴嘴環(huán)之間的軸向間隔。雖然上述的渦輪增壓器運行良好，但是仍進一步尋求改進。
發(fā)明內容
根據(jù)本公開的一方面，在通常的上述類型的渦輪增壓器中，中心殼體具有鄰近于 渦輪機葉輪的鼻部，鼻部限定了大體上徑向面對外部的第一表面和大體上軸向面朝渦輪機 葉輪的第二表面，噴嘴環(huán)在鄰近其內徑處限定了大體上徑向面對內部的第三表面以及與第 三表面結合的第四表面，所述第四表面大體上軸向面朝中心殼體。渦輪增壓器包括銷，所述 銷固定安裝中心殼體中并從該處大體上軸向延伸，且接合在噴嘴環(huán)的孔中以相對于中心殼 體旋轉地定向噴嘴環(huán)。銷的部分長度具有比余下的長度大很多的柔度(compliance)，以使 得銷具有接合在噴嘴環(huán)的孔中的柔性尖部。柔性尖部減少了噴嘴環(huán)的熱變形的約束。銷可 以包括片狀金屬管，具有實質上更大柔度的部分包括裂開且膨脹的一段上述管。在一些實施例中，渦輪增壓器可以包括整體的定位器和熱屏蔽，其具有鄰接中心 殼體的第一和第二表面且鄰接噴嘴環(huán)的第三表面用于相對于中心殼體使噴嘴環(huán)徑向定位 的定位部分和對中心殼體屏蔽熱廢氣的屏蔽部分。在一個實施例中，定位器和熱屏蔽包括形成為非平面結構的一片金屬片。在一個實施例中的定位部分包括彈簧，彈簧能以彈性形式徑向變形以允許噴嘴環(huán) 的實質上無約束地熱誘導徑向變形。彈簧可以形成為具有C形橫截面，C的開口側大體上 面對軸向。C形橫截面的徑向外腿可以鄰接噴嘴環(huán)的第三和第四表面。C形橫截面的徑向 內腿可以鄰接中心殼體的第一表面。在一個實施例中，徑向內腿包括多個周向間隔的舌片，舌片徑向向內彎曲并且構 造為由中心殼體的第一表面徑向向外地彈性變形。定位器和熱屏蔽的屏蔽部分可以從彈簧的徑向內腿大體上徑向向內延伸。中心殼 體的鼻部具有鄰近于所述軸的徑向最內區(qū)域，屏蔽部分設置成對徑向最內區(qū)域屏蔽廢氣。根據(jù)一個實施例的渦輪增壓器，還包括大體上環(huán)形法蘭，法蘭具有第一部分，第一 部分與面對噴嘴環(huán)的中心殼體的表面接合，并且在噴嘴環(huán)外徑的徑向向外部沿大體上軸向 方向延伸，法蘭具有第二部分，第二部分從第一部分大體上徑向向內延伸，并且與背離中心 殼體的噴嘴環(huán)的一側接合，從而抑制噴嘴環(huán)遠離中心殼體的軸向運動。根據(jù)一個實施例的渦輪增壓器，還包括大體上環(huán)形彈簧部件，其設置在面對噴嘴 環(huán)的中心殼體的表面和噴嘴環(huán)的相對表面之間，并且與這些表面鄰接，彈簧部件促使噴嘴 環(huán)軸向朝向并且抵靠法蘭的第二部分。
已經(jīng)概括地描述了本發(fā)明，現(xiàn)在將參考附圖，附圖不必按比例繪制，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的渦輪增壓器的部分分解圖；圖2是圖1的渦輪增壓器的部分分解圖；圖3是圖1的渦輪增壓器的軸向橫斷面視圖；圖4是圖1的渦輪增壓器的進一步的分解圖；圖5是圖3的橫斷面視圖的放大部分；
圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個實施方式的渦輪增壓器的分解圖；圖7是圖6的渦輪增壓器的噴嘴組件部分的部分透視圖；圖8是圖6的渦輪增壓器的橫斷面視圖。
具體實施例方式現(xiàn)在將在下文參考附圖更充分地描述本發(fā)明，其中，示出了本發(fā)明的一些但非全 部的實施方式。實際上，這些發(fā)明可以以不同的形式實施，不應該理解成限制于這里所列的 實施方式；而且，提供這些實施方式使得本公開將滿足適當?shù)姆梢?。在各個附圖中相同 的附圖標記指代相同的元件。圖1-5中示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的渦輪增壓器100。渦輪增壓器包括渦 輪機，渦輪機包括渦輪機殼體Iio和渦輪機葉輪120 (圖3)，渦輪機葉輪120安裝在渦輪機 殼體中并且連接到可旋轉軸130以隨其旋轉。渦輪機殼體限定了環(huán)繞渦輪機葉輪的腔室 112，用于接收廢氣，并且具有從腔室大體上徑向向內通向渦輪機葉輪的噴嘴114。渦輪機殼 體還限定軸向延伸孔116，廢氣在通過渦輪機葉輪之后通過該孔被排放。渦輪增壓器還包括壓縮機，壓縮機包括壓縮機殼體(未示出)和壓縮機葉輪140， 壓縮機葉輪140安裝在壓縮機殼體中并且連接到可旋轉軸130以隨其旋轉。中心殼體150 連接在壓縮機殼體和渦輪機殼體110之間，并且具有鄰近于渦輪機葉輪的鼻部152 (圖5)。 鼻部限定了大體上徑向面對外部的第一表面154和軸向面朝渦輪機葉輪的第二表面156。 軸130通過中心殼體，支撐著軸的軸承132。渦輪增壓器還包括可變噴嘴組件，可變噴嘴組件包括插入物160，插入物具有被密 封地接收入渦輪機殼體的孔116中的管狀部分162，并且具有從管狀部分的一端大體上徑 向延伸出的大體上環(huán)形噴嘴部分164。可變噴嘴組件還包括與噴嘴部分164軸向間隔的大 體上環(huán)形噴嘴環(huán)170，和繞噴嘴環(huán)周向間隔且可旋轉地安裝到噴嘴環(huán)的葉片180陣列，從而 可改變葉片的安裝角，用于調節(jié)流至渦輪機葉輪的廢氣流。噴嘴環(huán)170在鄰近其內徑處限 定了大體上徑向面對內部的第三表面172以及與第三表面結合的第四表面174，第四表面 174大體上軸向地面向中心殼體。參考圖5，渦輪增壓器包括具有定位部分192的整體式定位器和熱屏蔽190，定 位部分192鄰接中心殼體150的第一和第二表面154、156，還鄰接噴嘴環(huán)170的第三表面 172 (以及，任選地，第四表面174)，用于相對于中心殼體徑向定位(以及，任選地，軸向定 位)噴嘴環(huán)。定位器和熱屏蔽還包括對上述中心殼體屏蔽熱廢氣的屏蔽部分194。如圖所示，定位器和熱屏蔽190可以由鋼板形成，所述鋼板永久地變形為非平面 構造。在一個實施例中，定位部分192包括彈簧，彈簧能以彈性方式徑向變形，以允許噴嘴 環(huán)170的實質上無約束地熱誘導徑向變形。如圖所示，彈簧能形成為具有大體上C形橫截 面，C的開口側大體上面對軸向。C形橫截面的徑向外腿鄰接噴嘴環(huán)的第三表面172。C形 橫截面的徑向內腿鄰接中心殼體的第一表面154。在一個實施例中，徑向內腿可以包括多個 周向間隔的舌片(未示出)，舌片徑向向內彎曲并且構造為由中心殼體的第一表面154徑向 向外彈性變形。定位器和熱屏蔽的屏蔽部分194從彈簧的徑向內腿大體上徑向向內延伸。中心 殼體的鼻部152具有鄰近于軸的徑向最內區(qū)域，屏蔽部分被設置成對徑向最內區(qū)域屏蔽廢氣。最好參看圖3，渦輪增壓器100還包括由渦輪機殼體限定的大體上環(huán)形法蘭200。 法蘭具有第一部分202，第一部分202與面對噴嘴環(huán)的中心殼體150的表面接合，并且在噴 嘴環(huán)170的外徑的徑向外部沿大體上軸向方向延伸。法蘭具有第二部分204，第二部分204 從第一部分大體上徑向向內延伸，并且與背離中心殼體的噴嘴環(huán)的一側接合，從而抑制噴 嘴環(huán)遠離中心殼體的軸向運動。大體上環(huán)形彈簧部件210設置在面對噴嘴環(huán)的中心殼體的 表面和噴嘴環(huán)的相對表面之間，并且與這些表面鄰接，彈簧部件促使噴嘴環(huán)軸向朝向并且 抵靠法蘭200的第二部分。如此，噴嘴環(huán)相對于渦輪機殼體軸向定位。在示出的實施例中， 彈簧部件210具有大體上U形橫截面，其中，U的開口側徑向面對內部。然而，可以使用彈 簧部件的其它結構。現(xiàn)在參考圖6-8說明本發(fā)明的其它方面，其示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的 渦輪增壓器100’。渦輪增壓器100’在大多數(shù)方面類似于之前描述的渦輪增壓器100，這里 相同的方面將不再重復。兩個實施例的主要不同在于在渦輪增壓器100’中提供用于相對于 中心殼體旋轉定向噴嘴環(huán)的裝置。更特別地，渦輪增壓器包括銷220，銷220具有固定安裝 在中心殼體的孔158中的一端。孔158大體上平行于渦輪增壓器的中心縱向軸線而延伸。 銷220的相對端具有柔性尖部222，柔性尖部222接合在噴嘴環(huán)170’的孔176中，相對于中 心殼體150’旋轉定向噴嘴環(huán)。柔性尖部222包括銷220的部分長度，所述銷220的部分長 度具有比余下的長度實質上更大的柔度。柔性尖部減少了由在噴嘴環(huán)孔176中銷的接合而 引起的噴嘴環(huán)的熱變形的約束度。在一個實施例中，銷220包括片狀金屬管，柔性尖部222包括裂開和徑向膨脹的一 段上述管。更特別地，多個環(huán)繞上述管的周圍間隔設置的軸向裂縫在接近但是與管的一端 間隔一短距離處通過管壁形成，因此產(chǎn)生管壁的多個狹長帶。然后管的上述端朝向管的相 對端被軸向壓縮以促使上述帶徑向向外膨脹。與管的其余長度相比較，管的膨脹段相對于 管的軸線在徑向向內的方向具有實質上更大的柔度。這確保了當噴嘴環(huán)遭受熱變形時，噴 嘴環(huán)170’不被銷220過度約束。在圖6-8的實施例中，如同之前的實施例那樣，噴嘴環(huán)170’不直接鄰接渦輪機殼 體。替代地，渦輪增壓器100’包括法蘭230，法蘭230是環(huán)形的，并且具有被捕獲在渦輪機 殼體110’的外部和中心殼體150’的外部之間的徑向外部。法蘭230的徑向內部接合噴嘴 環(huán)170’的面對軸向的表面，所述面對軸向的表面大體上面朝插入物160的噴嘴部分164，如 此，法蘭230相對于渦輪機殼體110’軸向定位噴嘴環(huán)170’。如圖6-8所示，可以在渦輪增壓器中使用柔性銷220，而不具有一體式定位器和熱 屏蔽190，或者，能結合具有一體式定位器和熱屏蔽的渦輪增壓器100的特征。這里陳述的本發(fā)明的很多修改和其它實施例將使本領域技術人員想到這些發(fā)明 適于具有在前述的說明書和相關附圖中顯示出的教導的益處。因此，應當理解，本發(fā)明不限 于公開的具體實施例，修改和其它實施例旨在包括在所附權利要求的范圍之內。雖然這里 使用了具體的術語，但它們只是以一般且描述性的理解的方式來使用，而不是出于限制的 目的。
權利要求
一種具有可變噴嘴渦輪機的渦輪增壓器，包括渦輪機，其包括渦輪機殼體和渦輪機葉輪，渦輪機葉輪安裝在渦輪機殼體中并且連接到可旋轉軸以隨其旋轉，渦輪機殼體限定了用于接收廢氣的環(huán)繞渦輪機葉輪的腔室以及軸向延伸孔，廢氣在通過渦輪機葉輪之后通過所述軸向延伸孔被排放；噴嘴，其從腔室大體上徑向向內通向渦輪機葉輪；壓縮機，其包括壓縮機殼體和壓縮機葉輪，壓縮機葉輪安裝在壓縮機殼體中并且連接到可旋轉軸以隨其旋轉；中心殼體，其連接在壓縮機殼體和渦輪機殼體之間，并且具有鄰近于渦輪機葉輪的鼻部，鼻部限定了大體上徑向面對外部的第一表面和大體上軸向面朝渦輪機葉輪的第二表面；大體上環(huán)形噴嘴環(huán)，其包括噴嘴的一個壁，并且與噴嘴的相對壁軸向間隔，葉片陣列繞噴嘴環(huán)周向地間隔并且設置在噴嘴中，葉片可旋轉地安裝到噴嘴環(huán)，使得葉片的安裝角可變化，用于調節(jié)流向渦輪機葉輪的廢氣流，噴嘴環(huán)在鄰近其內徑處限定了大體上徑向面對內部的第三表面以及與第三表面結合的第四表面，第四表面大體上軸向面朝中心殼體；和整體式定位器和熱屏蔽，其具有鄰接中心殼體的第一和第二表面且鄰接噴嘴環(huán)的第三表面以相對于中心殼體徑向定位噴嘴環(huán)的定位部分，以及對中心殼體屏蔽熱廢氣的屏蔽部分。
2.根據(jù)權利要求1所述的渦輪增壓器，其中，所述定位器和熱屏蔽包括形成為非平面 結構的一片金屬片。
3.根據(jù)權利要求2所述的渦輪增壓器，其中，定位部分包括彈簧，彈簧能以彈性形式徑 向變形以允許噴嘴環(huán)的實質上無約束地熱誘導徑向變形。
4.根據(jù)權利要求3所述的渦輪增壓器，其中，彈簧形成為具有大體C形橫截面，C的開 口側大體上面對軸向。
5.根據(jù)權利要求4所述的渦輪增壓器，其中，C形橫截面的徑向外腿鄰接噴嘴環(huán)的第三 和第四表面。
6.根據(jù)權利要求5所述的渦輪增壓器，其中，C形橫截面的徑向內腿鄰接中心殼體的第一表面。
7.根據(jù)權利要求6所述的渦輪增壓器，其中，徑向內腿包括多個周向間隔的舌片，舌片 徑向向內彎曲并且構造成由中心殼體的第一表面徑向向外地彈性變形。
8.根據(jù)權利要求6所述的渦輪增壓器，其中，屏蔽部分從徑向內腿大體上徑向向內延伸。
9.根據(jù)權利要求8所述的渦輪增壓器，其中，中心殼體的鼻部具有鄰近于所述軸的徑 向最內區(qū)域，屏蔽部分設置成對徑向最內區(qū)域屏蔽廢氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有噴嘴環(huán)定位銷和整體式定位器及熱屏蔽的渦輪增壓器。具有可變噴嘴的渦輪增壓器包括銷，銷安裝中心殼體中并從該處軸向延伸而且接合在噴嘴環(huán)的孔中，以相對于中心殼體旋轉地定向噴嘴環(huán)。銷的部分長度具有比余下的長度大很多的柔度，使得銷具有柔性尖部，柔性尖部接合在噴嘴環(huán)的孔中。柔性尖部減少了噴嘴環(huán)的熱變形的約束。更大柔度的銷部分可以是裂開和膨脹的一段管。渦輪增壓器還可以包括整體式定位器和熱屏蔽，其具有鄰接中心殼體和噴嘴環(huán)用于相對于中心殼體使噴嘴環(huán)徑向定位的定位部分和對中心殼體屏蔽熱廢氣的屏蔽部分。
文檔編號F02B39/00GK101922345SQ20101025098
公開日2010年12月22日 申請日期2010年6月13日 優(yōu)先權日2009年6月15日
發(fā)明者E·塞弗林, F·阿貝爾, L·索斯, M·迪芬, P·巴瑟勒 申請人:霍尼韋爾國際公司