專利名稱：渦輪增壓器的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種可變幾何構(gòu)型渦輪機。該可變幾何構(gòu)型渦輪機可以例如形成渦輪 增壓器的一部分。
背景技術(shù)：
眾所周知，渦輪增壓器是用于在高于大氣壓的壓力(增壓)下將空氣供給內(nèi)燃機 的吸入口的裝置。傳統(tǒng)的渦輪增壓器基本上包括廢氣(排氣)驅(qū)動的渦輪機葉輪，所述廢 氣驅(qū)動的渦輪機葉輪安裝在渦輪機外殼內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)軸上，所述渦輪機外殼接合在發(fā)動機出 口歧管的下游。渦輪機葉輪的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動安裝在壓縮機外殼內(nèi)部的軸的另一端上的壓縮機 葉輪。壓縮機葉輪將壓縮空氣輸送到引擎進氣歧管。渦輪增壓器軸通常由位于接合在渦 輪機與壓縮機葉輪外殼之間的中心軸承外殼內(nèi)的軸頸軸承(journal bearing)和止推軸承 (thrust bearing)(包括適當?shù)臐櫥到y(tǒng))支撐。在已知的渦輪增壓器中，渦輪級包括渦輪室，渦輪機葉輪安裝在渦輪室內(nèi)；環(huán)狀 入口通路，限定在面對的徑向壁(facing radial wall)之間，所述面對的徑向壁布置在渦 輪室的周圍；進氣蝸殼，布置在入口通路周圍；以及出口通路，從渦輪室延伸。這些通路和 室連通，使得允許進入進氣室的加壓廢氣經(jīng)由渦輪機通過入口通路流動到出口通路，并旋 轉(zhuǎn)渦輪機葉輪。還已知的是，通過在入口通路內(nèi)設置葉片(稱為噴嘴葉片)以偏轉(zhuǎn)朝向渦 輪機葉輪的旋轉(zhuǎn)方向流動通過入口通路的氣體而提高渦輪機性能。渦輪機可以是固定幾何結(jié)構(gòu)型或可變幾何結(jié)構(gòu)型的?？勺儙缀谓Y(jié)構(gòu)型渦輪機與固 定幾何結(jié)構(gòu)型的渦輪機的不同在于入口通路的尺寸可以變化，以在質(zhì)量流速范圍內(nèi)最優(yōu)化 氣體流動速度，使得渦輪機的動力輸出可以變化，以適于變化的引擎需求。例如，當輸送給 渦輪機的廢氣的體積相對小時，通過減小環(huán)狀入口通路的尺寸，到達渦輪機葉輪的氣體的 速度被保持在確保有效的渦輪機運轉(zhuǎn)的水平。設置有可變幾何結(jié)構(gòu)渦輪機的渦輪增壓器被 稱為可變幾何結(jié)構(gòu)渦輪增壓器。在一種已知類型的可變幾何構(gòu)型渦輪機中，有時稱作“噴嘴環(huán)”的軸向可移動壁部 件限定了入口通路的一個壁。該噴嘴環(huán)相對于入口通路的面對壁的位置可調(diào)節(jié)以控制入口 通路的軸向?qū)挾?。因此，例如，當流?jīng)渦輪的氣流減小時，該入口通路寬度可被減小，以保持 氣體速度并優(yōu)化渦輪機輸出。該噴嘴環(huán)可配置有葉片，葉片延伸到入口和設置在限定入口通路的面對壁的“擋 板”中以容納噴嘴環(huán)的移動的通中?？蛇x地，葉片可從固定的面對壁和設置在噴嘴環(huán)中的通 槽延伸。典型地，該噴嘴環(huán)可包括徑向延伸壁(限定入口通路的一個壁)和延伸入噴嘴環(huán) 的徑向面之后的環(huán)形腔的徑向內(nèi)的軸向延伸壁或凸緣與徑向外的軸向延伸壁或凸緣。該腔 形成在渦輪增壓器外殼的部分(通常是渦輪機外殼或渦輪增壓器軸承外殼)中并容納噴嘴 環(huán)的軸向移動。凸緣可相對于腔壁密封，以減小或防止圍繞噴嘴環(huán)的背面的泄漏流。在一種 通常裝置中，該噴嘴環(huán)被支撐在平行于渦輪機葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線(渦輪軸線)延伸的桿(有時稱作為“閥門挺桿(pushrod) ”)上或由其支撐。噴嘴環(huán)由軸向移位該桿的致動器組件移動。US5, 868，552公開了這種已知的致動器組件的例子。軛可樞轉(zhuǎn)地支撐在軸承外殼 內(nèi)并限定了兩個臂，每個臂延伸為與各個噴嘴環(huán)支撐桿的末端接合。軛安裝在軸頸支承在 軸承外殼中的軸上并且支撐軸承外殼的外部的曲柄，可以以任何合適的方式連接到致動器 上。所述軛的每個臂通過塊體接合各個支撐桿的末端，所述塊體可樞轉(zhuǎn)地安裝至銷上的所 述軛的端部，并容納在由所述桿限定的狹槽中，所述桿限制所述塊體沿所述桿的軸向的移 動，但允許垂直于所述桿的軸向的移動。致動器被控制經(jīng)由軛曲柄使所述軛圍繞其支承軸 轉(zhuǎn)動，這依次地使軛臂的端部描畫出圓弧。軛臂與噴嘴環(huán)支撐桿的接合使所述桿沿著它們 的軸線前后移動。軛臂的離軸運動通過所述塊體在由所述支撐桿限定的狹槽中的滑動來適 應。移動所述軛的致動器可以采用各種形式，包括氣動、液動和電動形式，并且可以以 各種方式聯(lián)接至所述軛。致動器通常將在引擎控制單元(ECU)的控制下調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)的位 置，以便修改通過渦輪機的氣流以滿足性能要求或需求。在使用中，可變幾何構(gòu)型渦輪機的噴嘴環(huán)經(jīng)受高溫。高溫導致噴嘴環(huán)膨脹。如果 支撐噴嘴環(huán)的桿被固定到噴嘴環(huán)上的適當位置上，那么噴嘴環(huán)的膨脹將導致桿移動，從而 彼此分離開。通常提供用于支撐桿和/或引導桿的移動的一個或多個引導件。引導件可以 采用例如襯套等的形式?？商娲鼗蛄硗獾兀龑Ъ梢允窃谳S承外殼中的一個或更多個 鉆孔，桿延伸通過該鉆孔，并且桿能夠移動地通過該鉆孔。為了確?？勺儙缀螛?gòu)型渦輪機的 可靠操作，通常在桿和它們各自的引導件之間具有非常小的間隙。因此，當由于噴嘴環(huán)的膨 脹桿被推動彼此分離開時，以很大的力將桿推靠到引導件上。這是因為引導件根本不在桿 的移動方向上移動，或移動與桿相同的程度。例如，軸承外殼的熱膨脹可以是不顯著的或沒 有噴嘴環(huán)的膨脹那樣顯著，意思是軸承外殼中的引導件(例如鉆孔)不會彼此移動分開到 與桿相同的程度。當桿推靠到并且施加大的作用力到各個引導件上時，可能會出現(xiàn)問題。例如，大的 作用力可能損壞桿或引導件，或可替代地或另外地導致桿卡在引導件中。期望避免對桿或 引導件的損壞，且減小或消除桿作為噴嘴環(huán)膨脹的結(jié)果而卡在引導件中的機會。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可變幾何構(gòu)型渦輪機，其消除或減輕與現(xiàn)有的可變幾何 構(gòu)型渦輪機相關(guān)的問題(是否在此處或在其它地方被識別)中的一個或更多個。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種可變幾何構(gòu)型的渦輪機，其包括渦輪機葉 輪，該渦輪機葉輪安裝到外殼組件中的渦輪機軸上，用于圍繞渦輪機軸線旋轉(zhuǎn)，外殼組件限 定了在渦輪機葉輪的上游的氣流入口通路；環(huán)形壁構(gòu)件，該環(huán)形壁構(gòu)件限定了入口通路的 壁，并且在大致平行于渦輪機軸線的方向上是可位移的，用于控制通過入口通路的氣流；至 少一個可移動桿，該可移動桿經(jīng)由桿的第一末端可操作地連接至環(huán)形壁構(gòu)件，桿是可移動 的，用于控制環(huán)形壁構(gòu)件的位移，桿在大致平行于渦輪機軸線的方向上延伸；桿經(jīng)由第一臂 和第二臂連接至環(huán)形壁構(gòu)件，第一臂的第一末端和第二臂的第一末端連接至桿，第一臂的 第二末端在第一圓周位置連接至環(huán)形壁構(gòu)件，第二臂的第二末端在第二不同的圓周位置連
5的，用于在環(huán)形壁構(gòu)件的膨脹期間允許桿的第一 末端和環(huán)形壁構(gòu)件之間的相對移動。如果將桿被直接地連接至噴嘴環(huán)上，將不會消除或緩解上述討論的問題。根據(jù)本 發(fā)明的實施例，通過由兩個彈性臂將桿連接至噴嘴環(huán)，允許在環(huán)形壁構(gòu)件的膨脹期間在桿 的第一末端和環(huán)形壁構(gòu)件之間的相對移動。臂的彈性至少部分地補償了環(huán)形壁構(gòu)件的膨 脹，從而例如減小了或消除了施加到桿的一個或更多個引導件上的力。這可以防止對桿或 引導件的損害，或減小或消除了桿卡在引導件中的機會。第一臂和第二臂被配置，使得桿的第一末端在環(huán)形壁構(gòu)件的膨脹方向上的任何移 動小于如果桿直接地連接至環(huán)形壁構(gòu)件的移動。第一臂和第二臂由具有比形成環(huán)形壁構(gòu)件的材料低的熱膨脹系數(shù)的材料(或材 料的構(gòu)成)形成。形成臂的材料的熱膨脹系數(shù)可以比形成噴嘴環(huán)的材料小5-60%。形成臂 的材料的熱膨脹系數(shù)可以比形成噴嘴環(huán)的材料小15-40%。如果形成臂的熱膨脹系數(shù)是任 意低，那么在臂和噴嘴環(huán)之間的一個或更多個連接中的疲勞可能太高。因為由具有比形成環(huán)形壁構(gòu)件的材料低的熱膨脹系數(shù)的材料形成臂，所以臂不能 像環(huán)形壁構(gòu)件那樣膨脹。因為臂不能像環(huán)形臂構(gòu)件那樣膨脹，所以桿的位置不能移動得如 同如果臂由具有與環(huán)形臂構(gòu)件相同的熱膨脹系數(shù)的材料形成那樣。臂的這個減小的膨脹進 一步地消除或減輕了在噴嘴環(huán)的膨脹的期間與桿的移動相關(guān)的問題。環(huán)形壁構(gòu)件可以在平行于相對于渦輪機軸線垂直地延伸的平面的方向上延伸。例 如，環(huán)形壁構(gòu)件的直徑的范圍可以在平行于相對于渦輪機軸線垂直地延伸的平面的方向上 延伸。第一臂和第二臂可以在平行于相對于渦輪機軸線垂直地延伸的平面的方向上延 伸。第一臂和第二臂在平行于相對于渦輪機軸線垂直地延伸的平面的方向上是可伸展的。第一臂和第二臂可以被配置以在平行于相對于渦輪機軸線垂直地延伸的平面的 方向上比在朝向平面或遠離平面的方向上更能夠伸展。第一臂和第二臂可以在平行于渦輪機軸線的方向上比第一臂和第二臂在平行于 相對于渦輪機軸線垂直地延伸的平面的方向上更硬。第一臂和第二臂每個可以在平行于相對于渦輪機軸線垂直地延伸的平面的方向 上具有長度，在平行于渦輪機軸線的方向上具有寬度以及具有垂直于長度和寬度的深度， 寬度大于深度。第一臂和第二臂每個可以包括曲線或彎曲，或者一個或更多個曲線或彎曲。曲線 或彎曲可以在平行于相對于渦輪機軸線垂直地延伸的平面的方向上延伸。曲線或彎曲被相 對于曲線或彎曲軸線彎曲，曲線或彎曲軸線大致平行于渦輪機軸線延伸。第一臂和第二臂可以相對于環(huán)形壁構(gòu)件沿大致圓周方向延伸。桿可以被設置，使得當渦輪機未處于使用中時，桿的縱向軸線在環(huán)形壁構(gòu)件的徑 向外部范圍和環(huán)形壁構(gòu)件的徑向內(nèi)部范圍之間延伸。第一臂和第二臂是大致相同的。臂被連接到一起。
渦輪機可以包括被配置用于引導桿的移動和/或支撐桿的引導件。引導件可以限 定了桿可移動通過的開口。兩個桿可以被設置，每個桿經(jīng)由第一臂和第二臂連接至環(huán)形壁構(gòu)件，第一臂的第 一末端和第二臂的第一末端連接至桿，第一臂的第二末端在第一圓周位置連接至環(huán)形壁構(gòu) 件，第二臂的第二末端在第二不同的圓周位置處連接至環(huán)形壁構(gòu)件。兩個桿可以連接至環(huán) 形壁構(gòu)件，使得兩個桿在直徑上彼此相對。連接兩個桿的橋被設置。渦輪機形成渦輪增壓器的一部分。將從下述的描述清楚本發(fā)明的其它優(yōu)點和優(yōu)選的特征。


以下參考附圖僅通過舉例的方式，對本發(fā)明的特定實施例進行描述，在附圖中圖1示意性地示出通過已知的可變幾何構(gòu)型渦輪增壓器的軸向橫截面；圖2示意性地示出圖1的渦輪增壓器的噴嘴環(huán)致動器組件中的部件的放大透視 圖；圖3示意性地示出圖2的噴嘴環(huán)致動器組件中的部件的放大平面視圖；圖4示意性地示出圖3中顯示的噴嘴環(huán)的膨脹和這種膨脹在支撐噴嘴環(huán)的桿的位 置上的作用；圖5示意性地示出延伸通過引導件的桿；圖6示意性地示出相對于引導件未對準的桿；圖7示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的噴嘴環(huán)布置的端視圖；圖8示意性地示出圖7的噴嘴環(huán)布置的立體圖；圖9示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于將桿連接至噴嘴環(huán)的包括兩個臂 的支架；圖10示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的噴嘴環(huán)布置的端視圖；圖11示意性地示出圖10的噴嘴環(huán)的膨脹和在桿連接至噴嘴環(huán)的位置上的噴嘴環(huán) 的膨脹的作用；圖12示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的噴嘴環(huán)和連接至所述噴嘴環(huán)的桿的平 面視圖和在桿的位置上的噴嘴環(huán)的膨脹作用；圖13示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的噴嘴環(huán)和連接至所述噴嘴環(huán)的桿以及 與所述桿連接在一起的橋的平面視圖；圖14示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的桿和將桿連接至噴嘴環(huán)的臂；圖15示意性地示出在圖15的桿的位置上的噴嘴環(huán)的膨脹作用；圖16示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的桿和將桿連接至噴嘴環(huán)的臂；和圖17示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的在圖16的桿的位置上的噴嘴環(huán)的膨脹作用。
具體實施例方式圖1示出了已知的可變幾何構(gòu)型渦輪增壓器，包括由中心軸承外殼3相互連接的 可變幾何構(gòu)型渦輪機外殼1和壓縮機外殼2。渦輪增壓器軸4從渦輪機外殼1通過軸承外殼3延伸到壓縮機外殼2。渦輪機葉輪5安裝在軸4的一個末端上，用于在渦輪機外殼1內(nèi) 轉(zhuǎn)動，并且壓縮機葉輪6安裝在軸4的另一末端上，用于在壓縮機外殼2內(nèi)轉(zhuǎn)動。軸4圍繞 渦輪增壓器軸線4a在設置于軸承外殼3中的軸承組件上轉(zhuǎn)動。渦輪機外殼1限定進氣蝸殼7，氣體從內(nèi)燃機(未示出)傳遞至進氣蝸殼。廢氣經(jīng) 由環(huán)形入口通路9和渦輪機葉輪5從進氣室7流至軸向出口通路8。入口通路9的一側(cè)由 通常稱為“噴嘴環(huán)”的可移動環(huán)形壁構(gòu)件11的徑向壁的面10限定，并相對的一側(cè)由形成入 口通路9的面對噴嘴環(huán)11的壁的環(huán)形擋板(shroud) 12限定。擋板12覆蓋在渦輪機外殼 1中的環(huán)形凹陷13的開口。噴嘴環(huán)11支撐周向地且等距離地間隔開的進口葉片14的陣列，每個進口葉片延 伸跨過入口通路9。葉片14被定位或被取向為朝向渦輪機葉輪5的轉(zhuǎn)動方向偏轉(zhuǎn)流過入口 通路9的氣體。當噴嘴環(huán)11靠近環(huán)形擋板12時，葉片14通過在擋板12上適宜地構(gòu)造的 狹槽突出，進入凹陷13。在另一個實施例(未示出)中，入口通路的壁可以設置有葉片，且 噴嘴環(huán)設置有凹陷和擋板。參考上文，噴嘴環(huán)11的位置由在US 5，868，552中公開的類型的致動器組件控制。 致動器(未示出)可操作為經(jīng)由聯(lián)接至軛15的致動器輸出軸(未示出)調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)11的 位置。軛15依次地接合支撐噴嘴環(huán)11的軸向延伸的可移動桿16。因此，通過適當?shù)乜刂?該致動器(其例如可以是氣動的或電動的)，可以控制桿16的軸向位置以及因此控制噴嘴 環(huán)11的軸向位置。噴嘴環(huán)11具有軸向延伸的徑向內(nèi)環(huán)形凸緣17和徑向外環(huán)形凸緣18，它們延伸進 入設置在渦輪機外殼1中的環(huán)形腔19中。內(nèi)密封環(huán)20和外密封環(huán)21設置為分別地對于 環(huán)形腔19的內(nèi)環(huán)形表面和外環(huán)形表面密封噴嘴環(huán)11，同時允許噴嘴環(huán)11在環(huán)形腔19內(nèi)滑 動。內(nèi)密封環(huán)20被支撐在形成在腔19的徑向內(nèi)環(huán)形表面中的環(huán)形槽內(nèi)，并靠在噴嘴環(huán)11 的內(nèi)環(huán)形凸緣17上。外密封環(huán)20支撐在形成在腔19的徑向外環(huán)形表面上的環(huán)形槽內(nèi)，并 靠在噴嘴環(huán)11的外環(huán)形凸緣18上。從進氣室7流至出口通路8的氣體通過渦輪機葉輪5，結(jié)果，施加轉(zhuǎn)矩至軸4，以驅(qū) 動壓縮機葉輪6。壓縮機葉輪6在壓縮機外殼2內(nèi)的轉(zhuǎn)動對在進氣口 22中的環(huán)境空氣加 壓，并將加壓的空氣傳遞至出氣口蝸殼23，加壓的空氣從出氣口蝸殼23供給至內(nèi)燃機(未 示出)。渦輪機葉輪5的速度依賴于通過環(huán)形入口通路9的氣體的速度。對于進入入口通 路的氣體定量流動，氣體速率為入口通路9的寬度的函數(shù)，所述寬度可以通過控制噴嘴環(huán) 11的軸向位置來調(diào)整。圖1示出了全部打開的環(huán)形入口通路9。通過朝向擋板12移動噴 嘴環(huán)11的面10，入口通路9可以被關(guān)閉至最小。圖2示出了圖1中示出的一般類型的噴嘴環(huán)和噴嘴環(huán)致動器組件的部件。為清楚 起見，示出從渦輪增壓器上卸下了的這些部件。具體地，圖2示出了噴嘴環(huán)11的背側(cè)(面 向遠離渦輪機入口)，所述噴嘴環(huán)11被支撐在安裝在襯套24內(nèi)用于平行于渦輪增壓器的軸 線移動的桿16上。軛15的每個臂經(jīng)由樞軸銷25(在圖2中只能看見樞軸銷中的一個)和 滑塊26連接至相應的桿16上。每個樞軸銷25將軛15的臂的末端可樞轉(zhuǎn)地連接至相應的 滑塊26上，所述滑塊26容納在限定在相應的支撐桿16中的狹槽內(nèi)。軛15通過螺栓28夾 持到軛軸27上。軛軸27可轉(zhuǎn)動地支撐在軸承29內(nèi)，所述軸承安裝在軸承外殼壁中(圖2 中未示出該軸承外殼)。軛軸27的一端形成有適合連接至致動器的曲柄30。在圖2中示
8出的例子中，曲柄30為適合連接至由旋轉(zhuǎn)電動致動器(未示出)驅(qū)動的齒輪組件的扇形齒 輪。在操作中，電動致動器的旋轉(zhuǎn)運動被傳遞至曲柄30，曲柄30使軛軸27圍繞其軸 線在襯套29內(nèi)轉(zhuǎn)動。這依次地轉(zhuǎn)動軛15，使銷25描繪或繪畫出圓弧。這引起滑塊26與 桿16 —起軸向地移動，同時在狹槽內(nèi)滑動，以適應銷25的離軸移動。由此，通過軛15的轉(zhuǎn) 動，噴嘴環(huán)11沿著渦輪增壓器的軸線移動。圖3是示意性地顯示出圖2中的噴嘴環(huán)11、桿16和襯套24的平面視圖。每個桿 16的第一末端連接至噴嘴環(huán)11。每個桿16的第二末端(遠離第一末端)設置有狹槽32， 用于將桿連接至參照圖2顯示且描述的致動器組件的一部分上。圖4示意性地顯示出在圖3中顯示出且參考其描述的相同的平面視圖。然而，在 圖4中噴嘴環(huán)11顯示為在例如由于熱氣體的存在或流動等引起的熱量的影響下的膨脹。通 常由箭頭34顯示出噴嘴環(huán)11的膨脹。噴嘴環(huán)11的膨脹34導致連接至噴嘴環(huán)11的桿16 被如由箭頭36顯示地推動彼此分離開。當桿16由于噴嘴環(huán)11的膨脹34被推動彼此分離 開36時，可能遇到問題。參考圖5和6描述這些問題。當每個桿16僅移動0.6mm(這是在 噴嘴環(huán)11的膨脹期間，桿16的典型移動)時，可能引起這些問題。圖5示意性地顯示出襯套24和延伸通過所述襯套24的桿16的橫截面視圖。桿 16平行于襯套24的縱向軸線延伸，使得所述桿16可以平滑地移動通過襯套24。當連接到 桿16的噴嘴環(huán)膨脹時，桿16不再沿平行于襯套24的縱向軸線的方向延伸通過襯套24。相 反，如圖6所示，桿16以與襯套24的縱向軸線成一角度延伸通過襯套24。這意味著桿16 沒有很好地與襯套24對準，并且可能接觸且推靠襯套24的一個或更多個表面。襯套24的 徑向方向上的負載可以例如是15N至350N。這樣推靠襯套24可能引起對桿16或襯套24 的損壞?？商娲鼗蛄硗獾?，因為桿16沒有與襯套24很好地對準，所以桿16可能變成卡 住在襯套24內(nèi)。這可能意味著不再可能移動連接到桿的噴嘴環(huán)。這是不被期望的。已經(jīng)參考延伸通過襯套的桿對上述的問題進行了描述。所述問題也適用于通過任 何適合的引導件或沿著任何適合的引導件延伸的桿。如上文所述，引導件可以是用于支撐 桿和/或引導桿的移動的襯套?？商娲鼗蛄硗獾兀龑Ъ梢允窃O置在軸承外殼中的桿 延伸通過的鉆孔。圖7和8示意性地示出以使得消除或減輕上文所述的至少一個問題的方式將桿連 接至噴嘴環(huán)的一種布置。將結(jié)合地參考圖7和8。圖7示意性地顯示出噴嘴環(huán)40、桿42以 及用于將桿42連接至噴嘴環(huán)40的布置的端視圖。圖8是如圖7所示的噴嘴環(huán)40、桿42以 及將桿42連接至噴嘴環(huán)40的布置的立體圖。經(jīng)由第一臂44和第二臂46將每個桿42的第一末端連接至噴嘴環(huán)40。每個第一 臂44的第一末端和每個第二臂46的第一末端連接至桿42。第一臂44的第二末端和第二 臂46的第二末端連接至噴嘴環(huán)40。第一臂44的第二末端在第一圓周位置處連接至噴嘴 環(huán)，并且第二臂的第二末端在第二不同的圓周位置處連接至噴嘴環(huán)。第一臂44大致與第二 臂46相同。每個桿42被設置，使得當渦輪機未處于使用中(即當噴嘴環(huán)40沒有膨脹時)時， 每個桿42的縱向軸線在噴嘴環(huán)40的徑向外部范圍和噴嘴環(huán)40的徑向內(nèi)部范圍之間延伸。 圖8顯示出桿42延伸通過引導件48，該引導件48在這一實施例中采用襯套48的形式。
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桿42與連接至噴嘴環(huán)40的每個臂44、46的第二末端之間角度，相對于噴嘴環(huán)的 中心，可以是任何適合的角度。例如，已知60度至90度的角度可以提供好的性能。每個第一臂44和每個第二臂46的性質(zhì)是彈性的。臂44、46的彈性允許連接至臂 44,46的桿42的第一末端在噴嘴環(huán)40的膨脹期間與噴嘴環(huán)40之間相對移動。臂44、46的 彈性還確保在噴嘴環(huán)40恢復成噴嘴環(huán)的初始形狀時臂44、46恢復成的臂44、46的初始形 狀。在功能性方面(且如下文更加詳細地描述的)，每個第一臂44和每個第二臂46被配 置，使得沿噴嘴環(huán)40的膨脹方向的桿42的第一末端的任何移動小于如果桿42直接地連接 至噴嘴環(huán)40的桿42的第一末端的移動。圖9示意性顯示出用于將桿連接至噴嘴環(huán)的布置的透視圖。所述布置采用支架48 的形式。支架包括在圖7和8中顯示的且參考其描述的第一臂44和第二臂46。第一臂44 的第一末端和第二臂46的第一末端一起構(gòu)成通道50。通道50形成用于容納桿的部分的 形狀，使得桿可以經(jīng)由通道50連接至支架48，例如通過焊接等的一種或更多種形式。第一 臂44的第二末端和第二臂46的第二末端設置有突出52。每個突出52便于將每個臂44、 46的第二末端連接至噴嘴環(huán)(例如經(jīng)由設置在噴嘴環(huán)中的一個或更多個開口或凹陷)，例 如通過焊接等的一種或更多種形式。可替代地，可以以任何適合的方式將臂44、46連接至 噴嘴環(huán)，例如通過鉚接等?？梢詫⒈?4、46連接至噴嘴環(huán)的任何適合的部分。采用經(jīng)由鉸 鏈布置將臂44、46連接至噴嘴環(huán)，這可以在噴嘴環(huán)的膨脹期間提供進一步地撓曲性和進一 步減小桿的移動。在所述描述的剩余部分中，將對具有特定取向的平面做出參考。所述平面被描述 成相對于渦輪機軸線垂直地延伸。在圖7中，這一平面是噴嘴環(huán)所處的平面或平行于噴嘴 環(huán)所處的平面的平面。返回參考圖9，每個臂44、46包括曲線或者說包括彎曲。曲線或彎曲便于每個臂 44,46的撓曲或彎曲，用于允許在噴嘴環(huán)的膨脹期間的桿的第一末端和噴嘴環(huán)之間的相對 移動。曲線或彎曲沿平行于相對于渦輪機軸線垂直地延伸的平面的方向延伸。這一配置 可以可替代地或另外地被描述成，沿平行于相對于渦輪機軸線垂直地延伸的平面的方向拓 展。每個曲線或彎曲被相對于曲線或彎曲軸線彎曲。曲線或彎曲軸線大致平行于渦輪機軸 線延伸。這意味著，例如曲線或彎曲的底部或頂部也平行于渦輪機軸線延伸。這給予在臂 44、46中的每個曲線或彎曲在平行于渦輪機軸線的方向上的剛性，但允許在平行于相對于 渦輪機軸線垂直地延伸的平面的方向上的撓曲性。返回到圖8，可以看到第一臂44和第二 臂46的配置的結(jié)果是每個臂44、46相對于噴嘴環(huán)40大致沿圓周方向延伸。再次參考圖8。由于每個臂44、46的彎曲拓展的方向，第一臂44和第二臂46在平 行于相對于渦輪機軸線垂直地延伸的平面的方向上是可伸展的。此外，每個臂44、46的曲 線或彎曲的拓展方向也平行于所述平面。此外，曲線或彎曲延伸圍繞的軸線大致平行于渦 輪機軸線?？傊?，這意味著第一臂44和第二臂44在平行于相對于渦輪機軸線垂直地延伸 的平面的方向上比在朝向或遠離所述平面的方向上更能夠延伸。這可替代地或另外地被描 述成第一臂44和第二臂46在平行于渦輪機軸線的方向上比在平行于相對于渦輪機軸線垂 直地延伸的平面的方向上更硬或不易彎曲。參考圖8和9，第一臂44和第二臂46每個在平行于相對于渦輪機軸線垂直地延伸 的平面的方向上具有長度。這通常是每個臂44、46在將每個臂44、46的固定至噴嘴環(huán)40的點和連接到每個臂44、46的桿42之間的延伸長度。每個臂44、46也在平行于渦輪機軸 線的方向上具有寬度，和具有垂直于每個臂44、46的長度和寬度兩者的深度。為了便利在 平行于相對于渦輪機軸線垂直地延伸的平面的方向上的撓曲性，但提高或確保在平行于渦 輪機軸線的方向上剛性或硬度，每個臂44、46的寬度大于每個臂44、46的深度。每個臂44、 46的深度可以例如是0. 6mm至1. 6mm?，F(xiàn)在將參考圖10和11對經(jīng)由第一和第二臂將每個桿連接至噴嘴環(huán)的方式的有利 性質(zhì)進行描述。圖10和11示意性地顯示噴嘴環(huán)40、桿42以及將每個桿42連接至噴嘴環(huán)40的第 一和第二臂44、46的端視圖。圖10顯示出在第一配置中的噴嘴環(huán)40。圖11顯示出在第二 膨脹配置中的噴嘴環(huán)40。由于加熱噴嘴環(huán)40，例如由于在噴嘴環(huán)40附近的被加熱的氣體， 導致噴嘴環(huán)40膨脹。通過箭頭54示意性地顯示出膨脹的程度(且為了清楚起見以夸張的 形式顯示出)。盡管噴嘴環(huán)40膨脹，每個桿42的位置基本上保持不變。這是因為在噴嘴環(huán)40的 膨脹期間，臂44和46的性質(zhì)是可撓曲的和彈性的，至少部分地適應噴嘴環(huán)40的膨脹且因 此將桿42保持在大致相同的位置上。在這一實施例中，這通過在噴嘴環(huán)40的膨脹期間臂 44,46中的彎曲變平來實現(xiàn)。臂44、46的彎曲的平坦化可以可替代地或另外地被描述成臂 44,46的彎曲。在與每個臂44、46的固有彎曲形狀相反的方向上出現(xiàn)臂44、46的彎曲，使得 每個臂44、46被使得平坦。圖12示意性地顯示出參考圖7-11顯示的和描述的噴嘴環(huán)40、桿42和襯套48的 平面視圖。返回參考圖12，通過箭頭56示意性地顯示出噴嘴環(huán)40的膨脹。在這一實施例 中，然而，噴嘴環(huán)40的膨脹46沒有推動桿42，彼此遠離開。這是因為參考圖10和11顯示 和描述的原理，即，桿42在噴嘴環(huán)40的膨脹期間基本上保持在相同的位置中。因為桿42 在噴嘴環(huán)40的膨脹期間基本上保持在相同的位置上，所以減少或消除了在這樣的膨脹期 間桿42摩擦和/或卡在桿的引導件中的機會。做出了前面的嘗試，用于克服在噴嘴環(huán)的膨脹期間桿被推動彼此離開的問題。在 一個例子中，每個桿經(jīng)由滑動布置連接至噴嘴環(huán)，該滑動布置適應噴嘴環(huán)的膨脹且允許桿 基本上保持在相同的位置中。然而，在這個例子中，已知當噴嘴環(huán)膨脹時桿略微旋轉(zhuǎn)。這樣 的旋轉(zhuǎn)是不被期望的，這是因為旋轉(zhuǎn)可能干涉致動器組件的元件，該致動器組件用于軸向 地移動桿。本發(fā)明的實施例消除或減輕了在噴嘴環(huán)的膨脹期間桿被推動彼此離開的問題， 且沒有與桿略微旋轉(zhuǎn)相關(guān)的缺點。另外，克服了這樣的旋轉(zhuǎn)可能在例如用于軸向地移動桿 的致動器組件中產(chǎn)生的問題，同樣地，因為沒有產(chǎn)生桿的旋轉(zhuǎn)，本發(fā)明的實施例可以進一步 地改善。圖13示意性地顯示出在參考圖12顯示和描述的同一平面視圖，但沒有參考噴嘴 環(huán)的膨脹。在這一實施例中，橋58顯示為將兩個桿42連接起來。橋58整體上給所述布置 增加了另外程度的剛性，并且例如，防止或抑制桿42移動彼此分離開。從而橋進一步地消 除或減輕桿42摩擦和損壞襯套或卡在襯套48中的問題?？梢岳斫?，如果桿在使用中旋轉(zhuǎn)， 那么這樣的橋58不能夠被使用。如上所述，以延伸遠離桿且在圍繞噴嘴環(huán)的不同圓周位置處連接至噴嘴環(huán)的第一 和第二彈性臂的方式，將用于支撐噴嘴環(huán)的桿連接至噴嘴環(huán)是有利的。這允許在噴嘴環(huán)膨脹期間，在桿的第一末端和噴嘴環(huán)之間的相對移動。桿在噴嘴環(huán)的膨脹方向上的移動將小 于如果桿直接地連接至噴嘴環(huán)時的移動。在噴嘴環(huán)的膨脹期間，通過參考形成噴嘴環(huán)的材 料適當?shù)剡x擇形成將桿連接至噴嘴環(huán)的第一和第二臂的材料，桿的第一末端的移動可以被 進一步地降低。具體地，可以通過由具有比形成噴嘴環(huán)的材料低的熱膨脹系數(shù)的材料形成 第一和第二臂以進一步減少桿的第一末端的移動。圖14-17示意性地顯示出支持本發(fā)明實 施例的原理。圖14示意性地顯示出桿42的端視圖。彈性臂60顯示為連接至桿42并且遠離桿 42延伸。遠離桿42的臂60的末端連接至噴嘴環(huán)(為了清楚起見未顯示出噴嘴環(huán))。臂60 由大致具有與形成噴嘴環(huán)的材料相同的熱膨脹系數(shù)的材料形成。遠離桿42的臂60的末端 之間的距離定義為W1。圖15示意性地顯示出圖14的布置，但是由于加熱連接到臂60的噴嘴環(huán)，處于膨 脹的狀態(tài)中。噴嘴環(huán)的膨脹導致遠離桿42的臂60的末端之間的距離從距離Wl (圖15所 示)增加至W2。此外，由于噴嘴環(huán)的熱膨脹，與噴嘴環(huán)接觸的臂60將也被加熱和膨脹。臂 60的膨脹導致桿42的位置移動(如圖所示，向上移動)，如由箭頭SH顯示的。在圖15和16中以夸張的方式顯示出膨脹SH，用于輔助理解本發(fā)明的實施例。圖 15中顯示的移動SH并不意味著在噴嘴環(huán)的膨脹期間彈性臂(不管它們的構(gòu)成)沒有提供 益處。應當理解，期望從噴嘴環(huán)在膨脹期間減小或消除桿42的位置上的任何移動SH，盡管 很小。圖16顯示出參考圖15顯示和描述的大致相同的布置。然而，在圖16中，所述布 置的臂62由具有比形成噴嘴環(huán)的材料低的熱膨脹系數(shù)的材料形成。形成臂62的材料的熱 膨脹系數(shù)可以比形成噴嘴環(huán)的材料低5-60%。形成臂62的材料的熱膨脹系數(shù)可以比形成 噴嘴環(huán)的材料低15-40%。如果形成臂62的材料的熱膨脹系數(shù)是任意較低的，那么臂和噴 嘴環(huán)之間的一個或更多個接頭中的疲勞可能非常高。圖17顯示出噴嘴環(huán)的膨脹，其導致臂62的遠離桿42的末端之間的距離從距離Wl 增加至距離W2。因為臂62由具有比形成噴嘴環(huán)的材料低的熱膨脹系數(shù)的材料形成，所以 臂62不會像噴嘴環(huán)膨脹那樣多。因為臂62不會像噴嘴環(huán)膨脹那么多，且不會與圖15中的 臂相比顯示的膨脹那么多，所以桿42的位置不會像如圖15中顯示的移動那么多。臂62的 這種減小的膨脹消除或減輕了在噴嘴環(huán)的膨脹期間與桿的移動相關(guān)的問題。通過比較在圖 14-17中用虛線顯示的三角形(其在桿42的末端的中點和遠離桿42的臂60、62的末端之 間延伸)，可以以圖的形式看到這種減小的膨脹。具體地，通過比較圖15和17中顯示的三 角形，可以看到，與圖15的三角形相比，圖17中的三角形被展平。這是由于圖17的用于臂 62的材料的選擇。圖17中的三角形的展平導致了在噴嘴環(huán)的膨脹期間，桿42的位置移動 的減少或消除?？拷鼦U42的三角形的頂角給出了相對于遠離桿42的臂62的末端的桿42的位置 的表示。在沒有處于使用中時，這一角度可以例如是90度。較平坦的三角形將會是頂角大 于90度的三角形。增加這一角度可以減小臂上的應力，例如在平行于渦輪機軸線的方向上 作用的遠離噴嘴環(huán)的應力。這一頂角可以例如是100-180度(當桿42和遠離桿42的臂62 的末端位于直線上時是180度)、130-180度或140-179度。應當理解，將桿連接至噴嘴環(huán)的彈性臂包括一個或更多個彎曲。應當理解，將桿連接至噴嘴環(huán)的臂可以由具有比形成噴嘴環(huán)的材料低的熱膨脹系數(shù)的材料形成。在優(yōu)選的實 施例中，臂包括一個或更多個彎曲且也由具有比形成環(huán)形構(gòu)件的材料低的熱膨脹系數(shù)的材 料形成。這導致了關(guān)于每個獨立實施例的上述的優(yōu)點被結(jié)合到一起，用于在噴嘴環(huán)的噴嘴 期間進一步地減少或消除桿彼此遠離的位置移動。在上述的實施例中，將桿連接至噴嘴環(huán)的臂已經(jīng)描述成被結(jié)合到一起，用于形成 單個支架。在另一個例子中，臂可以以獨立的形式形成，且獨立地連接至噴嘴環(huán)和桿。在每 個實施例中，可以以任何適合的方式形成臂，例如通過金屬注射模制?？梢杂赡軌虺惺鼙墼?使用中將被暴露至的溫度的任何適合的金屬或合金形成。例如可以由不銹鋼304L形成臂。 例如也可以由不銹鋼304L形成噴嘴環(huán)。在另一例子中，例如可以由不銹鋼17-4PH形成臂。 在另一個實施例中，可以例如由鎳基合金形成臂，例如商標為Inconel 的適合的合金。在上述提及的實施例中，使用了術(shù)語“彎曲”和“曲線”。應當理解，這些術(shù)語，尤其 是術(shù)語“彎曲”的使用包括在所述臂或每個臂中的折疊。在上述提及的實施例中，在每個臂 中顯示單個曲線或彎曲。可以在每個臂中形成多于一個的彎曲或曲線。一個或更多個彎曲 或曲線可以沿每個臂的整個長度延伸，其可以改善臂的撓曲性和臂適應噴嘴環(huán)的膨脹的能 力。在可替代的實施例中，在臂的局部區(qū)域中，例如在臂的中心，或在將臂連接至桿或噴嘴 環(huán)的區(qū)域中或鄰近區(qū)域中，形成了一個或更多個彎曲或曲線。雖然在渦輪增壓器的渦輪機的應用中顯示出本發(fā)明，但是應當理解，本發(fā)明可以 用于其它的應用中的可變幾何構(gòu)型渦輪機中。適當熟練的技術(shù)人員將容易清楚對本發(fā)明的顯示出的實施例的細節(jié)結(jié)構(gòu)的其它 可能的修改。在不背離如由隨后的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的情況下，可以對上述的本發(fā)明 的實施例做出各種修改。
權(quán)利要求
一種可變幾何構(gòu)型的渦輪機，其包括渦輪機葉輪，該渦輪機葉輪安裝到外殼組件中的渦輪機軸上，用于圍繞渦輪機軸線旋轉(zhuǎn)，所述外殼組件限定了在所述渦輪機葉輪的上游的氣流入口通路；環(huán)形壁構(gòu)件，該環(huán)形壁構(gòu)件限定了所述入口通路的壁，且在大致平行于所述渦輪機軸線的方向上是可位移的，用于控制通過所述入口通路的氣流；至少一個可移動桿，該可移動桿經(jīng)由所述桿的第一末端可操作地連接至所述環(huán)形壁構(gòu)件，所述桿是可移動的，用于控制所述環(huán)形壁構(gòu)件的位移，所述桿在大致平行于所述渦輪機軸線的方向上延伸；所述桿經(jīng)由第一臂和第二臂連接至所述環(huán)形壁構(gòu)件，所述第一臂的第一末端和所述第二臂的第一末端連接至所述桿，并且所述第一臂的第二末端在第一圓周位置連接至所述環(huán)形壁構(gòu)件，并且所述第二臂的第二末端在第二不同的圓周位置連接至所述環(huán)形壁構(gòu)件；所述第一臂和所述第二臂是彈性的，用于在所述環(huán)形壁構(gòu)件的膨脹期間允許所述桿的第一末端和所述環(huán)形壁構(gòu)件之間的相對移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪機，其中，所述第一臂和所述第二臂被配置，使得所述桿 的第一末端在所述環(huán)形壁構(gòu)件的膨脹方向上的任何移動小于如果將所述桿直接地連接至 所述環(huán)形壁構(gòu)件上的移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的渦輪機，其中，所述第一臂和所述第二臂由具有比形成所 述環(huán)形壁構(gòu)件的材料低的熱膨脹系數(shù)的材料形成。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其中，所述環(huán)形壁構(gòu)件在平行于相對 于所述渦輪機軸線垂直地延伸的平面的方向上延伸。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其中，所述第一臂和所述第二臂在平 行于相對于所述渦輪機軸線垂直地延伸的平面的方向上延伸。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其中，所述第一臂和所述第二臂在平 行于相對于所述渦輪機軸線垂直地延伸的平面的方向上是可伸展的。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其中，所述第一臂和所述第二臂被配 置以在平行于相對于所述渦輪機軸線垂直地延伸的平面的方向上比在朝向所述平面或遠 離所述平面的方向上更能夠伸展。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其中，所述第一臂和所述第二臂在平 行于所述渦輪機軸線的方向上比所述第一臂和所述第二臂在平行于相對于所述渦輪機軸 線垂直地延伸的平面的方向上更硬。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其中，所述第一臂和所述第二臂的每 個在平行于相對于所述渦輪機軸線垂直地延伸的平面的方向上具有長度，在平行于所述渦 輪機軸線的方向上具有寬度以及具有垂直于所述長度和寬度的深度，所述寬度大于所述深 度。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其中，所述第一臂和所述第二臂的每 個包括曲線或彎曲。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的渦輪機，其中，所述曲線或彎曲在平行于相對于所述渦輪 機軸線垂直地延伸的平面的方向上延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦輪機，其中，所述曲線或彎曲相對于曲線或彎曲軸線折彎或彎曲，所述曲線或彎曲軸線大致平行于所述渦輪機軸線延伸。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其中，所述第一臂和所述第二臂相對 于所述環(huán)形壁構(gòu)件沿大致圓周方向延伸。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其中，所述桿被設置，使得當所述渦 輪機未處于使用中時，所述桿的縱向軸線在所述環(huán)形壁構(gòu)件的徑向外部范圍和所述環(huán)形壁 構(gòu)件的徑向內(nèi)部范圍之間延伸。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其中，所述第一臂和所述第二臂是大 致相同的。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其中，所述臂被連接到一起。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其中，所述渦輪機包括被配置用于引 導所述桿的移動和/或支撐所述桿的引導件。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的渦輪機，其中，所述引導件限定了所述桿能夠移動通過的開口。
19.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其中，兩個桿被設置，每個桿經(jīng)由第 一臂和第二臂連接至所述環(huán)形壁構(gòu)件，所述第一臂的第一末端和所述第二臂的第一末端連 接至所述桿，并且所述第一臂的第二末端在第一圓周位置處連接至所述環(huán)形壁構(gòu)件，并且 所述第二臂的第二末端在第二不同的圓周位置處連接至所述環(huán)形壁構(gòu)件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的渦輪機，其中，所述兩個桿連接至所述環(huán)形壁構(gòu)件，使得所 述兩個桿在直徑上彼此相對。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的渦輪機，其中，連接所述兩個桿的橋被設置。
22.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的渦輪機，其中，所述渦輪機形成渦輪增壓器的 一部分。
全文摘要
本發(fā)明提供一種渦輪增壓器，其包括渦輪機葉輪，該渦輪機葉輪安裝到外殼組件中的渦輪機軸上，用于圍繞渦輪機軸線旋轉(zhuǎn)，所述外殼組件限定了在所述渦輪機葉輪的上游的氣流入口通路；環(huán)形壁構(gòu)件，該環(huán)形壁構(gòu)件限定了所述入口通路的壁，且在大致平行于所述渦輪機軸線的方向上是可位移的，用于控制通過所述入口通路的氣流；至少一個可移動桿，該可移動桿經(jīng)由所述桿的第一末端可操作地連接至所述環(huán)形壁構(gòu)件，所述桿是可移動的，用于控制所述環(huán)形壁構(gòu)件的位移，所述桿在大致平行于所述渦輪機軸線的方向上延伸；所述桿經(jīng)由第一臂和第二臂連接至所述環(huán)形壁構(gòu)件，所述第一臂的第一末端和所述第二臂的第一末端連接至所述桿，所述第一臂的第二末端在第一圓周位置連接至所述環(huán)形壁構(gòu)件，所述第二臂的第二末端在第二不同的圓周位置連接至所述環(huán)形壁構(gòu)件；所述第一臂和所述第二臂是彈性的，用于在所述環(huán)形壁構(gòu)件的膨脹期間允許所述桿的第一末端和所述環(huán)形壁構(gòu)件之間的相對移動。
文檔編號F01D17/16GK101899998SQ201010144658
公開日2010年12月1日 申請日期2010年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者羅伯特·莫費特, 羅伯特·霍爾羅伊德 申請人:康明斯渦輪增壓技術(shù)有限公司