可变几何涡轮机制造技术

本发明专利技术公开了一种可变几何涡轮机，具有涡轮叶轮(5)；入口通道(9)；可移动的壁构件(11)，其可径向移动以改变入口通道的宽度；环形密封件(127)，其被安装至可移动的壁构件(11)和邻近的壳体构件(103)中的一者，以分别提供可移动的壁构件(11)和壳体构件(103)的邻近表面之间的密封；其中，旁路通道(150)被设置在可移动的壁构件(11)和壳体构件(103)的另一者中，旁路通道(150)从入口旁路端口(151)延伸到出口旁路端口(152)，入口旁路端口(151)和出口旁路端口(152)彼此轴向间隔开，并且设置在可移动的壁构件(11)和壳体构件(103)的另一者的邻近表面中，其被布置成使得，随着可移动的壁构件(11)轴向移动，环形密封件(127)相对于入口旁路端口(151)和出口旁路端口(152)轴向移动，从而改变能够从密封件的内侧(113)的腔的区域通过旁路通道(150)的液流的量。

Variable geometry turbine

\u672c\u53d1\u660e\u516c\u5f00\u4e86\u4e00\u79cd\u53ef\u53d8\u51e0\u4f55\u6da1\u8f6e\u673a\uff0c\u5177\u6709\u6da1\u8f6e\u53f6\u8f6e(5)\uff1b\u5165\u53e3\u901a\u9053(9)\uff1b\u53ef\u79fb\u52a8\u7684\u58c1\u6784\u4ef6(11)\uff0c\u5176\u53ef\u5f84\u5411\u79fb\u52a8\u4ee5\u6539\u53d8\u5165\u53e3\u901a\u9053\u7684\u5bbd\u5ea6\uff1b\u73af\u5f62\u5bc6\u5c01\u4ef6(127)\uff0c\u5176\u88ab\u5b89\u88c5\u81f3\u53ef\u79fb\u52a8\u7684\u58c1\u6784\u4ef6(11)\u548c\u90bb\u8fd1\u7684\u58f3\u4f53\u6784\u4ef6(103)\u4e2d\u7684\u4e00\u8005\uff0c\u4ee5\u5206\u522b\u63d0\u4f9b\u53ef\u79fb\u52a8\u7684\u58c1\u6784\u4ef6(11)\u548c\u58f3\u4f53\u6784\u4ef6(103)\u7684\u90bb\u8fd1\u8868\u9762\u4e4b\u95f4\u7684\u5bc6\u5c01\uff1b\u5176\u4e2d\uff0c\u65c1\u8def\u901a\u9053(150)\u88ab\u8bbe\u7f6e\u5728\u53ef\u79fb\u52a8\u7684\u58c1\u6784\u4ef6(11)\u548c\u58f3\u4f53\u6784\u4ef6(103)\u7684\u53e6\u4e00\u8005\u4e2d\uff0c\u65c1\u8def\u901a\u9053(150)\u4ece\u5165\u53e3\u65c1\u8def\u7aef\u53e3(151)\u5ef6\u4f38\u5230\u51fa\u53e3\u65c1\u8def\u7aef\u53e3(152)\uff0c\u5165\u53e3\u65c1\u8def\u7aef\u53e3(151)\u548c\u51fa\u53e3\u65c1\u8def\u7aef\u53e3(152)\u5f7c\u6b64\u8f74\u5411\u95f4\u9694\u5f00\uff0c\u5e76\u4e14\u8bbe\u7f6e\u5728\u53ef\u79fb\u52a8\u7684\u58c1\u6784\u4ef6(11)\u548c\u58f3\u4f53\u6784\u4ef6(103)\u7684\u53e6\u4e00\u8005\u7684\u90bb\u8fd1\u8868\u9762\u4e2d\uff0c\u5176\u88ab\u5e03\u7f6e\u6210\u4f7f\u5f97\uff0c\u968f\u7740\u53ef The wall member (11) axially, an annular seal (127) relative to the entrance and exit port bypass (151) bypass port (152) axial movement, thus changing from inside the seal (113) of the cavity region through a bypass passage (150) of the liquid flow quantity.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】可变几何涡轮机
本专利技术涉及一种可变几何涡轮机，并且特别地但非限制性地应用于可变几何涡轮增压器。
技术介绍
涡轮增压器是一种公知的用于在高于大气压的(增压)的压力下将空气供应到内燃机的进气口的装置。传统的涡轮增压器基本上包括安装在涡轮壳体内的可旋转轴上由废气驱动的涡轮叶轮。涡轮叶轮的旋转使得安装在压缩机壳体内的轴的另一端上的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮将压缩空气传输到发动机进气口歧管。传统上，涡轮增压器轴被轴颈和推力轴承支撑，包括合适的润滑系统，位于连接在涡轮机和压缩机叶轮壳体之间的中心轴承壳体内。传统的涡轮增压器的涡轮级包括：涡轮壳体，其限定了涡轮腔室，其中涡轮叶轮安装在涡轮腔室内；环形入口通道，其限定在围绕涡轮腔室布置的径向面向的延伸壁之间的壳体中；入口，其布置在入口通道的周围；以及出口通道，其从涡轮腔室延伸。通道和腔室连通以使得进入入口的加压废气经由涡轮腔室、通过入口通道而流动到出口通道并且转动涡轮叶轮。已知的是通过在入口通道中设置叶片(被称为喷嘴叶片)可以改善涡轮性能，其使得流动通过入口通道的气体朝向涡轮叶轮的旋转方向而偏转。这种类型的涡轮可以为固定或可变几何类型。可变几何涡轮机与固定几何涡轮不同之处在于，入口通道的尺寸可被改变以优化在多个质量流率上的气体流动速度，从而涡轮的功率输出可以根据发动机的不同需求而改变。在一种已知类型的可变几何涡轮机中，可径向移动的壁构件限定了入口通道的一个壁。可移动的壁构件相对于入口通道的固定护面壁的位置可被调节以控制入口通道的轴向宽度。因此，例如，当流动通过涡轮的废气减少，入口通道的宽度可以减小以保持气体速度并且优化涡轮输出。可轴向移动的壁构件可以为“喷嘴环”，其设置有叶片，该叶片延伸到入口通道内并且通过设置在护板中的孔，护板限定了入口通道的固定护面壁，孔被设计成适应喷嘴环相对于护板的移动。通常地，喷嘴环可以包括径向延伸壁(限定了入口通道的一个壁)和径向的内轴向延伸壁或凸缘以及外轴向延伸壁或凸缘，壁或凸缘延伸到喷嘴环的径向面后方的环形腔中。腔形成在涡轮增压器壳体(通常涡轮壳体或涡轮增压器轴承壳体)的一部分中并且适应喷嘴环的轴向移动。凸缘可以相对于腔壁密封以减小或防止喷嘴环的后部周围的泄露流。在一个通常的布置中，喷嘴环被平行于涡轮叶轮的旋转轴延伸的杆支撑，并且通过致动器移动，该致动器使杆轴向移位。在替选类型的可变几何涡轮增压器中，喷嘴环被固定并且具有通过设置在移动护板中的孔从固定壁延伸的叶片。用于移动喷嘴环或可移动的护板的致动器可以采取多种形式，包括气动式、液动式和电动式，并且可以多种方式连接到喷嘴环或护板。致动器一般会在发动机控制单元(ECU)的控制下调节喷嘴环或可移动的护板的位置，以便改变通过涡轮的气流从而满足性能需求。除了在发动机点火模式(其中，燃料被供应到发动机以用于燃烧)对可变几何涡轮增压器的传统控制，已知的是还利用设备以使得涡轮增压器入口面积最小化以在发动机制动模式中提供发动机制动功能(在该模式下，不提供任何用于燃烧的燃料)，其中，相对于在正常发动机点火模式操作范围中的入口通道面积，在发动机制动模式中入口通道的面积减小到更小。各种形式的发动机制动系统广泛地适用于车辆发动机系统中，特别是适用于压燃式发动机(柴油发动机)，该压燃式发动机用于给大型的车辆(例如，卡车)提供动力。可以采用发动机制动系统以提高作用在车轮上的传统摩擦制动器的性能，或者在一些情况下，其可以独立于通常的摩擦制动系统而使用，以例如控制车辆的下坡速度。在一些发动机制动系统中，当发动机油门闭合(即，当驾驶员从油门踏板抬起其脚时)，制动器被设定以自动地致动，并且在其它情况下，发动机制动器可能需要驾驶员的手动致动，例如，按下独立的制动踏板。在一种形式的传统的发动机制动系统中，在废气管线中的排气阀被控制，以在需要制动时部分地阻挡发动机废气。这通过产生高背压提供发动机制动扭矩，其中高背压用于在排气冲程期间增加作在发动机活塞上的工而使得发动机减速。该制动效果通过车轮传动链而被传输至车轮。通过可变几何涡轮机，可以不必提供分离的排气阀。相反，涡轮入口通道可被简单地“闭合”以在需要制动时使得流动区域最小化。通过合适地控制喷嘴环或可移动的护板的轴向位置，可以通过控制入口通道尺寸而调制制动等级。在发动机制动模式中的“完全闭合”位置，喷嘴环或可移动的护板在一些情况下可以围绕入口通道的护面壁。可变几何涡轮增压器还可以以发动机点火模式操作，以将入口通道闭合到比适合正常发动机操作条件的最小宽度更小的最小宽度，从而控制废气温度。以这种“废气加热模式”操作的基本原理是，对于给定燃料供应等级，减小通过发动机的气流的量(同时，维持足够的气流以用于燃烧)以提高废气温度。当催化废气后处理系统存在时，这特别有用。在该系统中，性能直接与通过其的废气的温度直接相关。为了实现期望的性能，在所有发动机操作条件和环境条件下，废气温度必须高于阈值温度(通常在大约250°到370°的范围内)。废气后处理系统在阈值温度范围下操作将引起系统建立起不期望的积累。在再生循环中这些必须被烧尽以允许系统返回到所设计的性能等级。在这方面，热管理或者发动机再生为预定发动机过程，其使用废气加热，将入口通道闭合到比适合正常发动机操作条件的最小宽度更小的最小宽度，以将废气加热到将建立的不期望的积累物烧尽的温度。此外，废气后处理系统在阈值温度下长时间操作(且没有再生)将使系统不起作用，并且使得发动机不符合政府废气排放法规。例如，对于柴油发动机的大多数操作范围，废气温度将通常高于所需的阈值温度。然而，在一些情况下(例如，在轻负载情况和/或冷的环境温度的情况下)，废气温度经常可以降低到阈值温度以下。在该情况下，涡轮增压器原则上可以在废气加热模式下操作，以减少涡轮入口通道宽度，这旨在限制气流并由此降低气流冷却效果且提高废气温度。对于发动机制动和废气加热，重要的是，允许一些废气流动通过涡轮增压器的涡轮。如果发动机的废气排放在很大程度上被限制，则这可能导致在发动机气缸内产生过多的热、排气阀故障等。因此，当喷嘴环或可移动的护板移动到入口宽度较小的位置或移动到完全闭合位置(例如，在发动制动模式或废气加热模式中)时，必须提供至少一个最小的通过发动机的泄露流。在这方面，由于其高效率，因此现代的可变几何涡轮增压器即使在较小的入口宽度上也可以产生该较高的增压，其在发动机制动模式中的用途可能存在问题，因为气缸压力可能接近或超过可接受的限值，除非采取了对策(或牺牲制动效率)。类似地，对于废气加热，在小的入口宽度上实现的高增压实际上可以增大到达发动机的气流，抵消限制产生的效果并且因此降低期望的加热效果。作为示例，据信为了保持在以大约1000rpm空转的发动机的废气温度，涡轮效率必须为50％或更少。这些问题在一定程度上已经被EP1435434解决，该专利公开了一种可变几何涡轮机，该可变几何涡轮机具有在可移动的壁构件的径向壁和涡轮壳体的护面壁之间限定的环形通道。可移动的壁构件安装在设置在壳体内的环形腔内并且具有内环形表面和外环形表面。环形密封件设置在可移动的壁构件的环形凸缘和邻近的腔的内环形表面或外环形表面之间。涡轮包括以多个径向延伸旁路狭槽形式的旁路布置，该多个径向延伸旁路狭槽设置在环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变几何涡轮机，包括：涡轮叶轮，所述涡轮叶轮被支撑在壳体内以围绕涡轮轴线旋转；环形的主入口通道，所述主入口通道朝向涡轮叶轮径向向内延伸，所述主入口通道被限定在可移动的壁构件的径向壁的表面和所述壳体的护面壁的表面之间，可移动的壁构件，所述可移动的壁构件被安装在设置在所述壳体内的环形腔中，所述可移动的壁构件能够径向移动以改变所述入口通道的宽度；环形密封件，所述环形密封件被安装至可移动的壁构件和邻近的壳体构件中的一者，以分别提供所述可移动的壁构件和所述壳体构件的邻近表面之间的密封；其中，旁路通道被设置在所述可移动的壁构件和所述壳体构件的另一者中，所述旁路通道从入口旁路端口延伸到出口旁路端口，所述入口旁路端口和出口旁路端口彼此轴向间隔开，并且设置在所述可移动的壁构件和所述壳体构件的所述另一者的邻近表面中，辅助入口通道，所述辅助入口通道将密封件的外侧的腔的区域流体连接到涡轮叶轮，以使得在所述辅助入口通道中的液流绕过所述主入口通道的至少一部分，所述旁路通道和所述环形密封件被布置成使得随着所述可移动的壁构件轴向移动，所述环形密封件相对于所述入口旁路端口和出口旁路端口轴向移动，从而改变能够从所述密封件的内侧的所述腔的区域通过所述旁路通道到所述辅助入口通道的液流的量。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.10 GB 1417995.61.一种可变几何涡轮机，包括：涡轮叶轮，所述涡轮叶轮被支撑在壳体内以围绕涡轮轴线旋转；环形的主入口通道，所述主入口通道朝向涡轮叶轮径向向内延伸，所述主入口通道被限定在可移动的壁构件的径向壁的表面和所述壳体的护面壁的表面之间，可移动的壁构件，所述可移动的壁构件被安装在设置在所述壳体内的环形腔中，所述可移动的壁构件能够径向移动以改变所述入口通道的宽度；环形密封件，所述环形密封件被安装至可移动的壁构件和邻近的壳体构件中的一者，以分别提供所述可移动的壁构件和所述壳体构件的邻近表面之间的密封；其中，旁路通道被设置在所述可移动的壁构件和所述壳体构件的另一者中，所述旁路通道从入口旁路端口延伸到出口旁路端口，所述入口旁路端口和出口旁路端口彼此轴向间隔开，并且设置在所述可移动的壁构件和所述壳体构件的所述另一者的邻近表面中，辅助入口通道，所述辅助入口通道将密封件的外侧的腔的区域流体连接到涡轮叶轮，以使得在所述辅助入口通道中的液流绕过所述主入口通道的至少一部分，所述旁路通道和所述环形密封件被布置成使得随着所述可移动的壁构件轴向移动，所述环形密封件相对于所述入口旁路端口和出口旁路端口轴向移动，从而改变能够从所述密封件的内侧的所述腔的区域通过所述旁路通道到所述辅助入口通道的液流的量。2.如权利要求1所述的可变几何涡轮机，其中，所述可移动的壁构件可相对于所述壳体的护面壁在第一配置和第二配置之间轴向移动，其中，在所述第一配置，所述密封件相对于所述入口旁路端口和出口旁路端口定位成使得液流能够从所述密封件的内侧的腔的区域经由所述旁路通道通到所述辅助入口通道，在所述第二配置，所述密封件相对于所述入口旁路端口和出口旁路端口定位成使得大体上防止液流从所述密封件的所述内侧的腔的区域经由所述旁路通道通到所述辅助入口通道。3.如权利要求2所述的可变几何涡轮机，其中，当所述可移动的壁构件处于所述第一配置时，所述可移动的壁构件相对于所述壳体的护面壁处于第一位置。4.如权利要求3所述的可变几何涡轮机，其中，当可移动的壁构件处于所述第一位置时，所述密封件至少部分地设置在所述入口旁路端口的外侧，从而其不会覆盖所述入口旁路端口或仅仅部分地覆盖所述入口旁路端口。5.如权利要求3或4所述的可变几何涡轮机，其中，当可移动的壁构件处于所述第一位置时，所述密封件至少部分地设置在所述出口旁路端口的内侧，从而其不会覆盖所述出口旁路端口或仅仅部分地覆盖所述出口旁路端口的内侧部分。6.如权利要求3至5中任一项所述的可变几何涡轮机，其中，当可移动的壁构件处于所述第一位置时，所述密封件轴向设置在所述入口旁路端口和出口旁路端口之间。7.如前述权利要求中任一项所述的可变几何涡轮机，其中，所述入口旁路端口和出口旁路端口被所述可移动的壁构件和所述壳体构件中的所述另一者的部分轴向地分离。8.如前述权利要求中任一项所述的可变几何涡轮机，其中，所述出口旁路端口的截面面积等于或大于所述入口旁路端口的截面面积。9.如权利要求2至6或当引用权利要求2时的权利要求7或8所述的可变几何涡轮机，其中，当可移动的壁构件处于所述第二配置时，所述可移动的壁构件相对于所述壳体的护面壁处于第二位置。10.如权利要求9所述的可变几何涡轮机，其中，当所述可移动的壁构件处于所述第二位置时，其比处于所述第一位置时更接近于所述壳体的所述护面壁。11.如权利要求9或10所述的可变几何涡轮机，其中，当所述可移动的壁构件处于所述第二位置时，所述密封件大体上覆盖所述入口旁路端口或被设置在所述入口旁路端口的内侧，从而大体上防止液流从所述密封件的所述内侧的腔的区域通过所述入口旁路端口到达所述旁路通道中。12.如权利要求9至11中任一项所述的可变几何涡轮机，其中，当所述可移动的壁构件处于所述第二配置时，所述可移动的壁构件相对于所述壳体的所述护面壁处于第三位置。13.如权利要求12所述的可变几何涡轮机，其中，当所述可移动的壁构件处于所述第三位置时，其比当所述可移动的壁构件处于所述第一位置时距离所述壳体的所述护面壁更远。14.如权利要求12或13所述的可变几何涡轮机，其中，当所述可移动的壁构件处于所述第三位置时，所述密封件大体上覆盖所述出口旁路端口或被设置在所述出口旁路端口的外侧中，从而大体上防止液流通过所述出口旁路端口到达所述辅助入口通道中。15.如前述权利要求中任一项所述的可变几何涡轮机，其中，多个所述入口旁路端口设置在所述可移动的壁构件和所述壳体构件中的所述另一者的所述邻近表面中，多个所述入口旁路端口沿着所述表面在周向方向上分布。16.如前述权利要求中任一项所述的可变几何涡轮机，其中，多个所述出口旁路端口设置在所述可移动的壁构件和所述壳体构件中的所述另一者的所述邻近表面中，多个所述出口旁路端口沿着所述表面在周向方向上分布。17.如当引用权利要求15时的权利要求16所述的可变几何涡轮机，其中，具有多个所述旁路通道，每一所述旁路通道从相应的入口旁路端口而延伸到相应的出口旁路端口。18.如前述权利要求中任一项所述的可变几何涡轮机，其中，所述旁路通道形成大体上在所述入口旁路端口和出口旁路端口之间包围的通道。19.如前述权利要求中任一项所述的可变几何涡轮机，其中，所述旁路通道包括入口通道和出口通道，所述入口通道将所述入口旁路端口流体连接到旁路腔室，而所述出口通道将所述旁路腔室流体连接到所述出口旁路端口。20.如前述权利要求中任一项所述的可变几何涡轮机，其中，所述密封件被安装至所述可移动的壁构件，其中所述旁路通道被设置在所述邻近的壳体构件中，所述入口旁路端口和出口旁路端口被设置在所述壳体构件的所述邻近表面中。21.如前述权利要求中任一项所述的可变几何涡轮机，其中，所述密封件被安装至所述邻近壳体构件，其中所述旁路通道被设置在所述可移动的壁构件中，所述入口旁路端口和出口旁路端口被设置在可移动的壁构件的所述邻近表面中。22.如前述权利要求中任一项所述的可变几何涡轮机，其中，所述邻近壳体构件为壳体的支撑涡轮叶轮的部分。23.如前述权利要求中任一项所述的可变几何涡轮机，其中，所述可变几何涡轮机包括轴承壳体，所述轴承壳体容纳能够旋转地支撑安装有涡轮叶轮的轴的轴承组件，所述轴适于围绕轴线旋转，并且其中所述壳体构件为所述轴承壳体的一部分。24.如前述权利要求中任一项所述的可变几何涡轮机，其中，所述邻近的壳体构件包括轴向延伸的环形套筒。25.如当引用权利要求19时的权利要求24所述的可变几何涡轮机，其中，所述入口通道和所述出口通道或二者中的一者被设置在所述套筒中，其中相应的旁路腔室被设置在所述可变几何涡轮机的邻近壳体中。26.如前述权利要求中任一项所述的可变几何涡轮机，其中，所述旁路通道形成第一旁路特征，其中限定旁路液流路径的第二旁路特征被设置在所述可移动的壁构件和所述壳体构件中的所述另一者中，并且被布置成使得随着所述可移动的壁构件轴向移动，所述环形密封件相对于所述第二旁路特征轴向移动，从而改变能够从所述密封件的内侧的所述腔的区域通过所述旁路液流路径到所述辅助入口通道的液流的量。27.如前述权利要求中任一项所述的可变几何涡轮机，其中，所述第二旁路特征包括设置在所述可移动的壁构件和所述壳体构件中的所述另一者中的狭槽或凹部，所述狭槽或凹部限定了所述液流路径。28.如权利要求27所述的可变几何涡轮机，其中，所述狭槽或凹部被设置在所述壳体构件中，被设置在所述壳体构件的内侧端部中并且轴向延伸到所述内侧端部以使得所述凹部在其轴向内侧端部处对腔开放。29.如当引用权利要求24时的权利要求中27所述的可变几何涡轮机，其中，所述狭槽延伸通过套筒的径向厚度，从而所述狭槽的径向外端与所述腔流体连通，并且所述狭槽的径向内端设置在所述邻近表面内。30.如权利要求27至29中任一项所述的可变几何涡轮机，其中，所述第二旁路特征包括分布在所述周向方向上的多个所述凹部。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：丽莎·简·希尔，约翰·F·帕克，约翰·拜沃特，
申请(专利权)人：康明斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB