具有可變入口噴嘴幾何形狀的渦輪機的製作方法

2023-07-06 22:58:06 2

專利名稱：具有可變入口噴嘴幾何形狀的渦輪機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種可變式渦輪機(variable geometry turbine)以及控制 可變式渦輪機的方法。具體地但不排他地，本發明涉及可變式渦輪增壓器， 更具體地，涉及操作以控制發動機制動或影響內燃機的廢氣溫度的渦輪增 壓器。
背景技術：
渦輪增壓器是公知的用於在高於大氣壓的壓力(升壓)下將空氣供給 到內燃機的入口的裝置。傳統的渦輪增壓器基本包括安裝在連接到發動機 出口歧管的下遊的渦輪機殼體內的可旋轉軸上的廢氣驅動的渦輪機葉輪。 渦輪機葉輪的旋轉使得安裝在壓縮機殼體內的軸的另一端上的壓縮機葉 輪旋轉。壓縮機葉輪將壓縮空氣輸送到發動機入口歧管。渦輪增壓器軸傳 統地通過包括適當的潤滑系統的軸頸軸承和止推軸承支撐，軸承位於連接 在渦輪機和壓縮機葉輪殼體之間的中心軸承箱內。
在渦輪增壓器中，渦輪機平臺包括在其內安裝渦輪機葉輪的渦輪機 室；限定在布置在渦輪機室周圍的覆面徑向壁之間的環形入口通道；布置 在入口通道周圍的入口；以及從渦輪機室延伸的出口通道。通道和室連通 使得允許進入到進入室的增壓廢氣通過渦輪機流過入口通道，到達出口通 道，並使渦輪機葉輪旋轉。渦輪機的性能可以通過在入口通道中設置稱為 排氣葉片的葉片改進，以便使流過入口通道的氣體朝向渦輪機葉輪的旋轉 方向偏轉。
渦輪機可以為固定式或可變式。可變式渦輪機與固定式渦輪機的不同 之處是入口通道的尺寸可以改變為在質量流量的範圍內最佳化氣體流動 速度，使得渦輪機的功率輸出可以改變為適應變化的發動機需求。例如， 當輸送到渦輪機的廢氣量相對低時，到達渦輪機葉輪的氣體的速度保持在 通過減小環形入口通道的尺寸保證有效的渦輪機操作的水平。設置有可變
式渦輪機的渦輪增壓器稱為可變式渦輪增壓器。
在一種類型的可變式渦輪機中，通常稱為"噴嘴環"的軸向可移動壁件
限定入口通道的一個壁。噴嘴環相對入口通道的覆面壁(facing wall)的 位置可調節以控制入口通道的軸向寬度。因此，例如，當通過渦輪機的氣 流減少時，入口通道寬度可以減小，以保持氣體速度和最佳的渦輪機輸出。
噴嘴環可以設置有葉片，所述葉片延伸進入口並延伸通過設置在限定 入口通道的覆面壁的"護罩"中的狹槽以適應噴嘴環的運動。可供選擇地， 葉片可以從固定的覆面壁延伸並通過設置在噴嘴環中的狹槽。
典型地，噴嘴環可以包括徑向延伸壁(限定入口通道的一個壁)以及 在內部徑向延伸和在外部軸向延伸的壁或延伸進噴嘴環的徑向面後面的 環形腔中的凸緣。環形腔形成於一部分渦輪增壓器殼體(通常為渦輪機殼 體或渦輪增壓器軸承箱)中，並且適應噴嘴環的軸向運動。凸緣可以相對 腔壁密封以減少或防止在噴嘴環的背面流動洩漏。在一種普通的布置中， 噴嘴環被支撐在平行於渦輪機葉輪的旋轉軸延伸的杆上，並通過軸向移動 杆的致動器移動。
噴嘴環致動器可以採用包括氣動、液壓和電氣的各種形式，並可以以 各種方式連接到噴嘴環。致動器通常在發動機控制單元(ECU)的控制下 調節噴嘴環的位置，以便改進通過渦輪機的氣流以滿足性能要求。
此種普通類型的可變式渦輪增壓器的一個實例公開在EP 0654587中。
該申請公開了另外設置有通過其徑向壁的壓力平衡孔的上述噴嘴環。壓力 平衡孔保證噴嘴環腔內的壓力基本等於，但總是稍微小於通過流過入口通 道的氣體施加到噴嘴環面的壓力。這特別是在噴嘴環移動靠近入口的相對 壁以朝向其最小寬度減小入口通道時，保證在噴嘴環上只具有少量的單向 力，有助於精確地調節噴嘴環的位置。
除了在發動機點火模式(其中燃料供給到發動機中用於燃燒)中的可 變式渦輪增壓器的最佳化氣流的控制外，還可以具有輕便的優點以最小化 渦輪增壓器的入口面積，以在發動機制動模式(其中沒有燃料供給用於燃 燒)中提供發動機制動功能，在制動模式中，入口通道減小到比正常點火 模式操作範圍小的面積。
各種形式的發動機制動系統廣泛地裝配到車輛發動機系統中，特別是
裝配到用於對大型車輛(例如，卡車)供以動力的壓燃式發動機(柴油發 動機)中。發動機制動系統可以用於增強作用在車輪上的摩擦制動的效果， 或者，在一些環境中，可以獨立於標準的輪制動系統使用，例如，控制車 輛的下坡速度。對於一些發動機制動系統，制動設定為當發動機油門關閉 時(即，當駕駛員從油門踏板上抬起其腳時)自動起動，而在其它的制動 系統中，發動機的制動可能需要通過駕駛員手動起動，例如，單獨的制動 踏板的下壓。
在發動機制動系統的一種形式中，排氣管路中的排氣閥控制為當需要 制動時基本堵塞發動機的排氣。這樣就通過產生高的背壓產生發動機制動 轉矩，所述背壓增加在排氣衝程期間在發動機活塞上做的功。美國專利第
4, 526， 004號公開了用於渦輪增壓發動機的這種發動機制動系統，其中排 氣閥設置在固定式渦輪增壓器的渦輪機殼體中。
對於可變式渦輪機，不需要提供單獨的排氣閥。反之，當需要制動時， 渦輪機入口通道可以僅僅被"關閉"到最小的流動面積。制動的程度可以通 過噴嘴環的軸向位置的適當控制由入口通道尺寸的控制進行調節。在發動 機制動模式中的"全關閉"位置，在一些情況下，噴嘴環可以鄰接入口通道 的覆面壁。在一些公知作為減壓制動系統的排氣制動系統中，氣缸內減壓 閥的布置受到控制以將來自發動機氣缸的壓縮空氣釋放到排氣系統中，以 釋放壓縮過程所做的功。在這種系統中，渦輪機入口的關閉不僅增加背壓， 而且提供升壓以最大化壓縮功。
重要的是在發動機制動期間允許一些廢氣流過發動機，以便防止在發 動機氣缸中產生過量的熱量。因此，在發動機制動模式中，當噴嘴環處於 全關閉位置時，必須設置流過渦輪機的至少最小洩漏。此外，除非採用相 反措施(或損失制動效率)，否則當氣缸壓力可以接近或超過可接收的極 限時，即使在使用發送機制動模式的小入口寬度時，現代的可變式渦輪增 壓器的高效率也可以產生這種高的增壓的問題。這樣就可能具有包括減壓 制動結構的發動機制動系統的具體問題。
包括用於當在發動機制動模式中操作時防止在發動機氣缸中產生過 大壓力的措施的可變式渦輪增壓器的實例公開在EP 1435434中。該申請公
開了設置有提供旁通路徑的旁通孔的噴嘴環結構，其中當噴嘴環接近關閉
位置時，所述旁通路徑打開以允許一些廢氣從渦輪機進氣室通過噴嘴環腔 流到渦輪機葉輪，從而繞過入口通道。旁通氣流做的功比流過入口通道的 氣體做的功少，使得旁通通道打開，渦輪機效率下降，從而防止了在發動 機氣缸內產生過大壓力。此外，旁通氣流可以提供或有助於避免在發動機 制動期間產生過量的熱量所需的最小流動。
可變式渦輪增壓器還可以在發動機的點火模式中操作，以便將入口通 道關閉到小於適用於正常發動機操作狀態的最小寬度的最小寬度，以便控 制廢氣溫度。這種"廢氣加熱模式"中的操作的基本原理為降低通過發動機 用於規定燃料供給水平的氣流量(同時保持用於燃燒的充分的氣流)，以
便增加廢氣溫度。這對存在催化廢氣後處理系統(catalytic exhaust after-treatment system)的情況具有特殊應用。
催化廢氣後處理系統的性能直接涉及通過該系統的廢氣的溫度。對於 理想的性能，在所有的發動機操作狀態和環境條件下，廢氣溫度都必須高 於臨界溫度(典型地位於大約250'C到370'C的範圍內)。在臨界溫度範圍 以下的後處理系統的操作將使後處理系統產生不希望有的積聚物，所述積 聚物必須在再生循環中燒掉以使後處理系統返回到設計的性能水平。此 外，在臨界溫度以下的不能恢復的後處理系統的延長操作將使後處理系統 失去作用，並造成發動機變得不適應控制廢氣排放調節。
例如，對於大多數柴油發動機的操作範圍，廢氣溫度通常高於所需的 臨界溫度。然而，在一些狀態下，例如，輕載狀態和/或寒冷的環境溫度 狀態下，廢氣溫度可能經常下降到臨界溫度之下。
在發動機操作狀態下，例如，輕載狀態下，其中廢氣溫度可能另外下 降到要求的臨界溫度以下，渦輪增壓器原則上可以在廢氣溫度加熱模式下 操作，以便為了限制氣流降低渦輪機入口通道的寬度，從而降低氣流冷卻 效果，並增加廢氣溫度。然而，釆用此方式的現代有效的渦輪增壓器的操 作的潛在問題是以小入口寬度實現的增加的升壓實際上可能增加了補償 限制效果的氣流，因此降低加熱效果，並可能根本上可防止任何顯著的加 熱。
可變式渦輪增壓器的廢氣加熱模式操作的以上問題在美國出版的專 利申請第US2005/0060999A1號中獲得解決。此專利教示了在廢氣加熱模
式中使用EP 1435434 (上述)的渦輪增壓器噴嘴環結構。旁通氣體路徑被 布置為打開小於適用於正常點火模式操作狀態的入口通道寬度，但適合於 在廢氣加熱模式中操作。當在制動模式時，旁通氣體流降低了渦輪機效率， 因此避免了可能另外抵抗加熱效果的高升壓。除了旁通氣體路徑外，壓力 平衡孔(在上述EP0654587中所教示)可以設置為有助於廢氣加熱模式中 的噴嘴環位置的控制。
無論在發動機制動模式(具有或沒有減壓制動系統)下操作還是在廢 氣加熱模式下操作，以很小入口寬度對噴嘴環位置的控制可能存在的問題 是，隨著其接近關閉位置，其在噴嘴環上的載荷可能快速增加。即使設置 有上述的壓力平衡孔，還可能具有隨著其接近靠近入口的相對壁使噴嘴環 "突然"關閉的傾向。另外，可能需要很大的力來打開噴嘴環，所述噴嘴環 在全關閉位置時還鄰接入口的相對壁。還可能很難保證在噴嘴環在全關閉 位置時總是具有通過渦輪機的最佳最小流動。

發明內容
本發明的一些實施例的一個目的是消除或減輕以上缺點。 根據本發明的第一方面，提供一種可變式渦輪機，所述可變式渦輪機
包括
渦輪機葉輪，所述渦輪機葉輪被支撐在殼體中，用於繞渦輪機軸線旋
轉；
環形入口通道，所述環形入口通道限定在可移動壁件的徑向面和殼體
的覆面壁之間；
可移動壁件可沿渦輪機軸線移動以改變入口通道的寬度； 其中基本呈環形的肋部設置在所述徑向面上，使得入口通道的最小寬
度限定在肋部和殼體的覆面壁的一部分之間；
根據本發明的第二方面，提供一種可變式渦輪機，所述可變式渦輪機
包括
渦輪機葉輪，所述渦輪機葉輪被支撐在殼體中，用於繞渦輪機軸線旋
轉；
環形入口通道，所述環形入口通道限定在可移動壁件的徑向面和殼體
的覆面壁之間；
可移動壁件可沿渦輪機軸線移動以改變入口通道的寬度；
其中基本呈環形的肋部設置在殼體的所述覆面壁上，使得入口通道的
最小寬度限定在肋部和可移動壁件的表面的一部分之間；
採用本發明，入口的面積可以通過肋部精確地限定，肋部使得如以下 進一步說明的能夠在可移動壁件的所有位置處更準確地控制入口面積。肋 部的其它優點將從以下詳細的說明清楚呈現。
可移動壁件優選可移動進使該可移動壁件鄰接殼體的全關閉位置。因 此，可以密封入口通道，或者肋部和/或殼體的覆面壁(或可移動壁件的 表面)的所述部分可以設置有至少一個氣體通道結構，當可移動壁件在所 述全關閉位置處時，氣體通道結構限定至少部分氣體通道，以使氣體流過 穿過肋部的入口通道。例如，狹槽的沿圓周分隔開的陣列可以設置在肋部 中。
肋部中的狹槽或其它氣體通道結構的設置保證通過入口的最小氣流。 例如，在渦輪機形成裝配到內燃機的渦輪增壓器的部件的情況下，當可移 動壁件在全關閉位置時，最小氣流的提供如以下更充分地說明使可移動壁 件在廢氣加熱或發動機制動模式中往裡移動到全關閉位置。
優選地，入口葉片的環形陣列橫過所述入口通道延伸，使得所述肋部 限制所述入口葉片，葉片通道限定在相鄰葉片之間。
根據本發明的渦輪機可以包括在噴嘴環在關閉位置時提供環繞入口
的旁通氣流以降低在EP 1435434中教示的渦輪機的效率的結構。
同樣地，可移動環形壁件可以設置有在上述EP0654587中公開的壓力 平衡孔。在一些實施例中，壓力平衡孔可以結合有在EP1435434中教示的 旁通通道結構。
裝配有根據本發明的可變式渦輪機的渦輪增壓器特別適用於在發動 機制動或廢氣加熱模式中操作。因此，本發明也提供了一種包括根據上述 本發明的第一和第二方面的渦輪機的渦輪增壓器。
根據本發明的第三方面，提供一種方法，包括步驟.-在發動機制動模式下操作裝配到內燃機的根據本發明的渦輪增壓器， 在發動機制動模式中，停止到發動機的燃料供給，且可移動壁件移動以減
小渦輪機入口通道的寬度。
根據本發明的第四方面，提供一種方法，包括步驟
在廢氣加熱模式下操作裝配到內燃機的根據本發明的渦輪增壓器，在 廢氣加熱模式中，入口的寬度降低到小於適合於正常發動機操作範圍的寬 度，以提高通過渦輪機的廢氣的溫度。
本發明的各方面的其它優選和有利的特徵將從以下說明清楚呈現。


下面將參照附圖，只通過實例說明本發明的具體實施例，其中 圖1是穿過可變式渦輪增壓器的軸向橫截面；
圖2a和圖2b是穿過示意性地顯示圖1的渦輪機的入口結構的可變式
渦輪機入口結構的一部分的橫截面；
圖3a和圖3b顯示了根據本發明的一個實施例的噴嘴環；
圖4顯示了根據本發明的穿過包括圖3a和圖3b的噴嘴環的可變式渦
輪機的入口的橫截面；
圖5a和圖5b顯示了圖4中所示的本發明的實施例的修改方式；
圖6a和圖6b顯示了根據本發明的進一步的噴嘴環；
圖7顯示了根據本發明的包括圖6a和圖6b的噴嘴環的可變式渦輪機
的入口結構；
圖8a和圖8b顯示了根據本發明的進一步的噴嘴環； 圖9a和圖9b顯示了根據本發明的包括圖8a和圖8b的噴嘴環的可變 式渦輪機的入口；
圖IO顯示了根據本發明的噴嘴環的進一步實施例；
圖11顯示了根據本發明的包括圖10的噴嘴環的可變式渦輪機的入
圖12顯示了根據本發明的實施例的進一步的噴嘴環；
圖13a和圖13b顯示了根據本發明的噴嘴環的進一步實施例，該實施
例為圖12所示的噴嘴環的修改方式；
圖14顯示了根據本發明的包括圖13a和圖13b的噴嘴環的可變式渦
輪機的入口；
圖15顯示了根據本發明的噴嘴環的進一步實施例；
圖16顯示了根據本發明實施例的進一步的可變式渦輪機的入口結構;
圖17顯示了根據本發明實施例的另一個可變式渦輪機的入口結構；
以及
圖18顯示了根據本發明實施例的又一個可變式渦輪機的入口結構。
具體實施例方式
參照圖1，顯示的可變式渦輪增壓器包括通過中心軸承箱3相互連接 的可變式渦輪機殼體1和壓縮機殼體2。渦輪增壓器軸4穿過軸承箱3從 渦輪機殼體1延伸到壓縮機殼體2。渦輪機葉輪5安裝在用於在渦輪機殼 體1內旋轉的軸4的一端上，而壓縮機葉輪6安裝在用於在壓縮機殼體2 內旋轉的軸4的另一端上。軸4繞著位於軸承箱中的軸承組件上的渦輪增 壓器軸線4a旋轉。
渦輪機殼體1限定進氣室7 (典型地為旋渦形)，氣體從內燃機(未示 出)輸送到進氣室7。廢氣通過環形入口通道9和渦輪機葉輪5從進氣室 7流到軸向出口通道8。入口通道9在一側由通常稱為"噴嘴環"的可移動 環形壁件11的徑向壁的表面10限定，而在相對側由形成面對噴嘴環11 的入口通道9的壁的環形護罩12限定。護罩12覆蓋渦輪機殼體1中的環 形凹部13的開口。
噴嘴環11支撐沿圓周且等距分隔開的入口葉片14的陣列，每個入口 葉片14都橫過入口通道9延伸。葉片14定向為朝向渦輪機葉輪5的旋轉 方向偏轉流過入口通道9的氣體。當噴嘴環11緊靠環形護罩12時，葉片 14突出穿過護罩12中的適當構成的狹槽進入凹部13。
氣動致動器(未示出)可操作以通過致動器輸出軸(未示出)控制噴 嘴環11的位置，所述致動器輸出軸連接到馬鐙形件(stirrupmember) 15。 馬鐙形件15依次接合支撐噴嘴環11的軸向延伸的導向杆16。因此，可以 通過致動器的適當控制(例如，所述控制可以為氣動或電氣控制)來控制 導向杆16的軸向位置，並因此控制噴嘴環ll的軸向位置。應該清楚，噴
嘴環安裝及導向布置的細節可能與說明的不同。
噴嘴環ii具有軸向延伸的徑向內環形凸緣和外環形凸緣17和18，所
述環形凸緣延伸進設置在渦輪機殼體1中的環形腔19中。設置內密封環 和外密封環20和21以分別相對環形腔19的內環形表面和外環形表面密 封噴嘴環ll，同時允許噴嘴環11在環形腔19內滑動。內密封環20支撐 在形成於腔19的徑向內環形表面中的環形溝槽內，並抵靠在噴嘴環ll的 內環形凸緣17上。外密封環20支撐在形成於腔19的徑向外環形表面中 的環形溝槽內，並抵靠在噴嘴環11的外環形凸緣18上。應該理解，內密 封環和/或外密封環可以不是如圖所示而是安裝在噴嘴環凸緣中的各自的 環形溝槽中(例如，參見圖2a)。
從進氣室7流到出口通道8的氣體通過渦輪機葉輪5，結果，轉矩施加 到軸4以驅動壓縮機葉輪6。壓縮機葉輪6在壓縮機殼體2內的旋轉給存在於 空氣入口22中的環境空氣增壓，並將增壓的空氣輸送到出氣口渦殼23，所 述增壓空氣被從所述出氣口蝸殼供給到內燃機(未示出)。渦輪機葉輪5的 速度依賴於通過環形入口通道9的氣體的速度。對於流進入口通道的氣體 的固定質量速度，氣體速度為入口通道9的寬度的函數，所述寬度可通過 控制噴嘴環ll的軸向位置調節。(當入口通道9的寬度減小時，通過所述入 口通道的氣體速度增加)。圖1顯示完全打開的環形入口通道9。入口通道9 可以通過將噴嘴環11的表面10朝向護罩12移動關閉到適合於不同的操作 模式的最小程度。
在發動機制動模式中，停止供給到發動機的燃料，而噴嘴環ll移動到 使得渦輪機入口9關閉到通常比適合於正常發動機點火模式操作的最小寬 度小很多的寬度。渦輪增壓器入口可以關閉到的最小寬度必須受到限制， 以避免產生過度的升壓和過度的加壓發動機氣缸。然而，以此方式限制最 小入口可能危害制動性能。可供選擇地，如EP1435434中所公開，可以進 行測量以提供以適合於發動機制動操作模式的小入口寬度繞過正常的入 口通道9的最小流動。這樣就降低了渦輪機的效率，以避免過度加壓發動 機氣缸。在一些情況下，可能需要噴嘴環ll在最小入口寬度位置保持延長 的時間周期，例如，當發動機制動用於控制在長的下坡坡道上行駛的大型 車輛的速度。
在廢氣加熱模式中，噴嘴環U移動，以響應下降到臨界溫度以下的後 處理系統內的溫度降低入口通道的尺寸。例如，後處理系統內的溫度可以
通過溫度檢測器確定，所述溫度檢測器可以用於以不連續時間間隔檢測氣 體溫度，或者以連續或一直連續的方式檢測氣體溫度。如果在點火模式操 作期間，後處理系統內的溫度確定為低於臨界值，則噴嘴環ll移動以降低 入口寬度以充分地限制氣流，以便使廢氣溫度升高，而不會妨礙發動機氣 缸內的燃燒所必須的氣流。噴嘴環ll可以保持在最小寬度位置，直到檢測 的溫度在臨界溫度下或高於臨界溫度為止，所述最小寬度位置通常在適合 正常點火模式操作的最小寬度之下。在一些情況下，可能需要噴嘴環ll在 最小位置處保持持久的時間周期。
如同發動機制動模式一樣，在廢氣加熱模式中，當以小渦輪機入口寬 度操作渦輪增壓器時，高的渦輪機效率可能產生問題。例如，如上所述，
美國專利申請第2005/0060999Al教示了當在廢氣加熱模式中控制渦輪增 壓器時使用的EP 1435434的噴嘴環旁通結構的使用。
如上所述，噴嘴環11的關閉位置並因此使得入口通道9的最小寬度可 以在不同的操作模式之間改變。例如，在正常點火操作模式中，最小入口 寬度可以相對較大，典型地為3-12毫米的數量級。然而，在發動機制動模 式或廢氣加熱模式中，最小寬度將通常小於在正常點火模式中使用的最小 寬度。典型地，在發動機制動模式或廢氣加熱模式中的最小寬度將小於4 毫米。然而，應該理解，最小寬度的尺寸某種程度上將依賴於渦輪機的尺 寸和結構。典型地，用於在正常點火模式中操作的發動機的渦輪機入口的 最小寬度將不小於最大入口寬度的大約25%，但典型地將小於發動機制動 模式或廢氣加熱模式中的最大間隙寬度的25%。
應該理解，雖然在發動機廢氣加熱9期間渦輪機入口的關閉完全不同 於在發動機制動期間關閉入口的效果，但也會遇到相似的問題。需要避免 過大的發動機氣缸壓力和溫度；要求精確地控制在很小入口通道寬度時的 噴嘴環的位置，在噴嘴環上的載荷平衡在所述入口通道寬度下對噴嘴環的 運動可能敏感；並且需要以可預見的方式進行控制，並且當入口關閉到最 小時，最佳化通過渦輪機的最小氣流的水平。
下面參照圖2a和圖2b，所述圖式為通過顯示在圖l中的普通類型的可 變式渦輪機入口的一部分的示意橫截面圖。因此，相同的參考符號用在適 合的位置。所述視圖為對應於圖l所示的橫截面視圖的橫截面視圖，並顯
示了噴嘴環11支撐橫過環形入口通道9在渦輪機進氣室7和渦輪機葉輪5之 間延伸的葉片14。噴嘴環11在噴嘴環腔19內可軸向滑動。噴嘴環ll的徑向 內環形凸緣和外環形凸緣17和18通過環形密封件20和21相對於腔19密封， 在此實例中，所述環形密封件位於設置在各自的凸緣17、 18中的溝槽中， 而不是在形成於腔壁中的溝槽中。入口通道9的一側由噴嘴環11的表面10 限定，而另一側由護罩12限定。護罩12設置有允許葉片14通過護罩12進入 凹部13的狹槽(在這些圖中不可見)，以便適應噴嘴環12的軸向運動，以 改變噴嘴環的表面10和護罩12之間的入口寬度。
在圖2a中，噴嘴環顯示處於打開位置，使得限定在噴嘴環的表面IO 與護罩12之間的入口通道9的寬度相對較大。顯示的位置不是必須為"全" 開位置，在一些渦輪增壓器中，可以撤出噴嘴環ll而使其進一步進入例如 圖1所示的噴嘴環腔19中。
在圖2b中，噴嘴環ll顯示處於關閉位置，其中噴嘴環11的表面10移動 靠近護罩12以朝向最小值減小入口通道9的寬度。
如上所述，在發動機制動模式或廢氣加熱模式中，當入口9關閉到最 小寬度時，至少必須允許少量的洩漏流。例如，這可以通過保證入口寬度 大於零實現，或者如果在全關閉位置入口寬度為零通過在入口周圍提供適 當的洩漏路徑實現。然而，最小流動不應該太大，或者可能危害制動效率 或廢氣加熱效果。
圖3a和圖3b分別為根據本發明實施例的噴嘴環30的前視圖和側視圖。 噴嘴環30為圖1中所示的普通類型，並在圖2a和圖2b中示意顯示。噴嘴環 30具有限定噴嘴環表面31的徑向延伸壁、徑向外環形凸緣36和徑向內環形 凸緣(在這些視圖中不可見)。入口葉片32的圓周陣列從噴嘴環30的表面 3l延伸。噴嘴環30包括從限制入口葉片32的噴嘴環30的表面3l軸向延伸的 環形肋部33。在此具體的實施例中，肋部33的徑向內輪廓具有由噴嘴環30 的表面的加工形成的徑向凹口，以限定肋部33和葉片32，結果肋部33的徑 向寬度在其圓周周圍改變。此輪廓對於肋部33的功能不是必須的。例如， 肋部33的寬度可以一致、具有不同的變化或位置，並且可以大於或小於所 說明的寬度。
圖4是對應於圖2b但包括顯示在圖3a和圖3b中的根據本發明的噴嘴環
的示意視圖。其中保持圖2a中所使用的適當的參考符號。內噴嘴環密封件 和外噴嘴環密封件20和21相對於噴嘴環腔19密封噴嘴環凸緣35和36。密封 件20和21被安置在設置在各自的凸緣35和36中的環形溝槽(在圖3a和圖3b 中未示出)中。
可以看出，採用根據本發明的噴嘴環30，入口9的最小寬度不限定在 噴嘴環30的表面31和護罩12之間，而是在肋部33和護罩12之間。這提供了 如下所述超過現有技術的優點。
在具有可移動噴嘴環的可變式渦輪機中，噴嘴環利用鉚釘或其它頭部 典型地暴露到噴嘴環的表面上的緊固件(未示出)固定到支撐結構，例如， 圖l所示的導向杆。在這種情況下，鉚釘抵靠限定渦輪機入口的相對壁的 護罩的鄰接部分限制限定在噴嘴環的表面和相對的護罩之間的可獲得的 最小入口寬度。雖然不是肯定在正常發動機點火模式中的操作具有問題， 但當噴嘴環在發動機制動或廢氣加熱模式下關閉時，最終的入口尺寸可以 導致不希望有的較大的最小流動。
此問題可以通過本發明的實施例避免，其中肋部33在噴嘴環30的表面
31之上延伸，到達大於任何暴露的鉚釘頭或類似緊固件的高度的高度，使 得肋部33限定延伸到最靠近入口通道9的相對壁12的噴嘴環30的部分。因 此，可以精確地控制入口9的最小寬度，且如果需要可以降低到比通過噴 嘴環可以獲得的寬度小的寬度(包括零)。此外，用噴嘴環限制入口寬度 的任何暴露的鉚釘頭根據渦輪機的尺寸在渦輪機入口的最小面積上具有 不同的作用。根據本發明，入口面積可以控制為任何值，而與渦輪機的尺 寸無關。
除了改進指定任何所需的入口通道9的最小寬度的能力外，與渦輪機 的入口寬度的特徵相比，可以預期到在噴嘴環30的表面31上的肋部33的設 置還將降低效率，同時噴嘴環朝向適合於發動機制動或廢氣加熱操作模式 的最小入口寬度關閉。如上所述，在這些情況下，效率的降低可以是理想 的，以有助於避免在發動機制動或廢氣加熱模式中可能造成問題的過大的 升壓。
由於當與入口的表層壁(即，護罩12)鄰接時，肋部33使得獲得該接 觸，因此肋部33的設置還允許入口寬度降低到零。如果適當地加工或另外
形成或固定(例如，通過成型、焊接、緊固或其組合)肋部33和護罩12， 則例如，所述肋部和所述護罩之間的接觸可以形成氣密封。在當入口寬度 降低為零時設置其它結構以保證最小流動的情況下，在發動機制動或廢氣 加熱模式中完全關閉噴嘴環30避免了精細平衡通過由入口9內的氣體壓力 造成的噴嘴環30的表面31上的載荷操縱力的噴嘴環30的問題。因此，環形 肋部33的設置通過對制動或加熱效果的綜合改進可以有助於顯著改進在 發動機制動和/或廢氣加熱操作模式期間對噴嘴環的位置控制。在此情況 下，如果噴嘴環完全關閉，則由於入口的最小尺寸不改變，所以最小洩漏 流的尺寸還可以獨立於入口的最小尺寸限定。
例如，圖5a和5b顯示了本發明的實施例，其中旁通氣體流動路徑根據 EP 1435434的教示設置。說明的實例為圖4中所示的實施例的改進方式，
並且在適當的情況下使用相同的參考符號。在此具體的實施例中，旁通路 徑通過在噴嘴環腔19的徑向內壁和外壁中的每一個中的凹部34的圓周陣 列(或連續的環形凹部)限定。如圖5a所示，採用在與用於在正常發動機 點火模式的最小入口寬度相對應的位置中的噴嘴環30，通過噴嘴環30承載 的密封件20和21可防止通過噴嘴環腔19的在噴嘴環30的後面周圍的任何 氣體流動。然而，如圖5b所示，採用關閉到將入口9減小到適合於發動機 制動或廢氣加熱模式的最小寬度的噴嘴環30，密封件20和21與凹部34對 齊，使得氣體可以通過腔19經由凹部34流過密封件20和21，因此，繞過入 口通道9，特別是繞過入口導向葉片32。繞過入口通道9和入口導向葉片32 的氣體由渦輪機葉輪5產生很少量的功，使得渦輪增壓器的效率由於上述 優點降低。此外，即使噴嘴環30通過鄰接護罩12的肋部33完全關閉，旁通 路徑也可以保證具有通過渦輪機的最小洩漏流。因此，如上所述，當完全 關閉時，簡化了噴嘴環的位置控制，且洩漏路徑的尺寸通過旁通路徑精確 地限定。
如圖5a和圖5b所示，即使噴嘴環完全關閉，特定的旁通路徑結構也只 是用於提供最小流動的一個可能性。例如，具有在EP1435434中說明的許 多其它旁通路徑結構，所有的結構都可以通過適當地修改噴嘴環30和/或 噴嘴環腔19與根據本發明的環形肋部33相結合。
可以與根據本發明具有有利效果的環形肋部結合的另一入口輪廓入
上述在EP 0654587中所公開提供了壓力平衡孔。顯示在圖3a和3b中設 置有壓力平衡孔的噴嘴環的修改方式顯示在圖6a和圖6b中。圖7為穿過 說明在完全關閉位置的圖6的噴嘴環的渦輪機入口的橫截面。從圖6a和 圖6b可以看出，除了在葉片42之間存在通過噴嘴環40的表面41的壓力 平衡孔44夕卜，修改的噴嘴環40與圖3a和3b所示相同。從圖7可以清楚， 即使當噴嘴環通過鄰接護罩12的肋部43完全關閉以將入口 9的寬度降為 零時，由於肋部43從表面41的突出也在噴嘴環41的表面和護罩12之間 造成空間。因此，壓力平衡孔44保持與入口9和肋部43的渦輪機出口下 遊連通。這樣，即使當噴嘴環40完全關閉時，也可以保證壓力平衡孔44 繼續起到載荷平衡的作用。這改進了噴嘴環在最小入口寬度下的位置的控 制，例如，減少噴嘴環40在其接近完全關閉位置時突然關閉的趨勢，並 且也減小了從完全關閉位置打開噴嘴環40所需的力。因此，肋部43和壓 力平衡孔44結合的效果改進了在適合於發動機制動和廢氣加熱模式的入 口寬度下的噴嘴環40的運動和定位的控制，從而改進對制動或加熱效果 的控制。
當然，壓力平衡孔可以與提供上述旁通或洩漏流的結構相結合。例如， 壓力平衡孔可以與根據本發明的與肋部相結合的EP1435434中說明的任 何旁通路徑結構相結合。例如，圖6a和圖6b的噴嘴環可以修改為提供用 於例如如圖8a和8b中顯示的根據EP1435434的教示的旁通氣體路徑。
從圖8a和8b可以看出，修改的噴嘴環50的內徑向凸緣和外徑向凸 緣55和56每個都設置有為旁通狹槽57形式的旁通路徑孔。另外，顯示 的噴嘴環50與圖6a和圖6b所示的根據本發明的噴嘴環相同。
圖9a為對應於圖7的橫截面，但具有圖8a和圖8b的噴嘴環。這顯 示了在完全關閉位置的噴嘴環，從圖中可以看出，旁通孔(即，旁通狹槽 57)與位於噴嘴環腔19的內徑向壁和外徑向壁中的各自溝槽中的內徑向 密封件和外徑向密封件20、 21對齊。應該理解，如果噴嘴環移動以將入 口 9打開到適合於正常發動機點火模式操作狀態的最小寬度，則例如如圖 9b所示，狹槽57將移動進從密封件20、 21向內的腔19中，因此關閉旁 通路徑。這只是用於形成根據可以併入本發明中的EP1435434的教示的旁
通氣體通道的一個可能的可供選擇的結構。
圖10顯示了根據本發明的顯示在圖3a和3b中的噴嘴環的另一修改方 式。首先參照圖IO，顯示的噴嘴環60具有設置有徑向狹槽68的噴嘴肋部63， 使得在噴嘴環60的表面61之上的肋部63的高度在每個狹槽68的位置處降 低。該修改方式的主要效果顯示在圖ll中，圖ll顯示了在完全關閉位置中 的噴嘴環60，其中肋部63鄰接入口通道9的覆面壁7。狹槽61限定開口或洩 漏流路徑，其中即使當噴嘴環完全關閉時，洩漏氣流通過所述開口或洩漏 流路徑也可以流過入口通道9。在圖11中，為清楚起見，洩漏狹槽68顯示 為只有部分延伸進肋部63。應該理解，狹槽還可以延伸到如圖10所示的噴 嘴環的表面68。
因此，採用本發明的此實施例，不需要採取任何其它的措施，或提供 任何其它結構，以便當渦輪增壓器在廢氣加熱或發動機制動模式中操作以 及噴嘴環在完全關閉位置時，通過渦輪機保證最小氣流。由於噴嘴環可以 在發動機制動或廢氣加熱模式中完全關閉，並且另外，在有利的簡單結構 中可以精確地限定和提供洩漏流路徑的尺寸，因此改進了對噴嘴環60的位 置的控制。
此外，在肋部63中的洩漏狹槽68可以構成為降低適用於具有上述優點
的發動機制動或廢氣加熱模式的在小入口寬度下的渦輪機的效率。例如， 效率的降低效果可以通過以一些洩漏狹槽68定位和構造來實現(或增強)， 以將氣流引導到入口葉片62的前緣或入口葉片的側部，使得降低葉片對流 動的作用。例如，與通過EP1435434的旁通路徑結構獲得的效率相比，效 率降低可以在允許最小氣流路徑的尺寸的完全控制的同時用有利的簡單 結構實現。
允許的最小流的尺寸通過如狹槽的尺寸和數量的參數的改變可以在 不同的應用之間改變。
對於給定的最小流量的效率降低作用的大小通過適當地改變狹槽的 數量、位置和結構(例如，尺寸、形狀和方位)在噴嘴環之間相似地改變。 例如， 一些狹槽可以設計為將氣體引導到葉片的前緣，而其它狹槽可以設 計為在葉片之間引導氣體。例如，可供選擇地，可以改變一個或多個狹槽 引導空氣到葉片的前緣的程度。作為另一種可能， 一個或多個狹槽可以構 成為在與渦輪機葉輪的旋轉相反的方向上引導空氣。對於本領域的普通技
術人員來說，明顯還具有許多其它的可能性。
應該理解，圖10的噴嘴環可以通過設置如圖12所示的壓力平衡孔進行 修改，以提供關於圖6和圖7的上述進一步優點。圖12的噴嘴環70具有穿過 葉片72之間的其表面71的壓力平衡孔74。
另外，與壓力平衡孔相結合的洩漏狹槽可以限定一部分旁通氣體路 徑，以降低(或進一步降低)如在EP 1435434中所教示的發動機制動或廢 氣加熱模式中操作時的渦輪機效率。此實例顯示在圖13a和圖13b中，該圖 顯示了基本為圖12的噴嘴環但修改為只包括在內噴嘴環凸緣85中的旁通 狹槽87的噴嘴環80。
圖14顯示了具有鄰接入口護罩12的肋部83的完全關閉位置中的噴嘴 環80。在正常發動機點火模式操作期間，與外凸緣密封件21相結合的內凸 緣密封件20可防止任何氣流通過噴嘴環腔19。然而，在適合於發動機制動
或廢氣加熱操作模式的噴嘴環位置(包括所示的完全關閉位置)處，內凸 緣密封件20對齊旁通狹槽87,以提供來自壓力平衡孔84的流動路徑，使得 一些氣流繞過入口9和壓力平衡孔84的葉片部分的下遊。即使當噴嘴環80 完全關閉時，壓力平衡孔84也可以通過洩漏狹槽保持暴露到通過入口9的 氣流。因此，渦輪機效率隨著其噴嘴環朝向適合於具有上述優點的發動機 制動和廢氣加熱模式的最小入口寬度關閉降低。例如，洩漏狹槽和旁通路 徑的效率下降作用可以相結合，從而可能實現比通過另外單獨措施實現的 效率下降更大的效率下降。如果渦輪機操作為使得噴嘴環在發動機制動或 廢氣加熱操作模式中完全關閉，則噴嘴環的位置可以再次更容易地控制， 且最小流動路徑的尺寸可以精確地限定。
顯示在圖14中的本發明的實施例可以修改為提供可供選擇的形式的 氣體旁通路徑，包括在EP 1435434中教示的其它可能。例如，噴嘴環80可 以在其外凸緣以及其內凸緣中設置有旁通狹槽(即，顯示在圖9a和9b中的 結構)，或取代形成於噴嘴環中的旁通狹槽，旁通凹部可以設置在噴嘴環 腔19的內壁和/或外壁中(例如，如同顯示在圖5a和圖5b中一樣)。還應該 理解，在這種實施例中，可以省略壓力平衡孔，例如，產生同圖5a和圖5b 所示相似的本發明的實施例，但其中噴嘴環肋部設置有洩漏狹槽。
同樣地，在肋部中具有洩漏狹槽的本發明的實施例可以結合用於提供
通過渦輪機的洩漏流的其它結構。
在上述圖8到圖12中所示的本發明的實施例中，當噴嘴環完全關閉時，
通過由設置在肋部中的洩漏狹槽限定的洩漏路徑允許通過入口通道的流 動。然而，應該理解，通過肋部限定洩漏路徑的孔可以以其它方式設置， 例如，通過徑向延伸通過肋部的孔或通過孔和狹槽在肋部中結合設置。孔 的尺寸、形狀、定位和結構可以以與如上所述改變狹槽的方式相同的方式 改變以修改其效果。同樣地，洩漏路徑可以通過肋部的結構的其它變更形 式提供，例如，在形成峰部的肋部的軸向表面中的"輕微"起伏以及在噴嘴 環的表面之上的肋部的高度中的槽。這種一系列的淺槽可以認為是寬的淺槽。
應該理解，狹槽限定洩露路徑，特別是如果設置在噴嘴環肋部中的洩 露狹槽延伸到噴嘴環的表面的平面，則肋部可以視為包括沿圓周分隔開的 突出部分或肋部的環形陣列，在肋部之間的空間通過狹槽形成。與肋部的
徑向內輪廓和外輪廓相結合的狹槽的結構將限定肋部的結構。例入，圖15 顯示了顯示在圖13a和圖13b的本發明的實施例的修改方式，其中狹槽和肋 部輪廓為使得噴嘴環肋部有效地包括弓形肋部93的環形陣列，弓形肋部在 與葉片相對於渦輪機葉輪旋轉的相同方向上被掃過。採用此具體的實施 例，每個肋部93都具有弓形輪廓，每個肋部的一端都比相鄰肋部93的相鄰
端更靠近噴嘴環的軸線。
應該理解，具有可供選擇的構成的狹槽以及成形的肋部，肋部可以由 圖15所示改變。例如，在一個修改方式中，肋部可以在與葉片相反的方向 上被掃過。作為另一個可供選擇的方式，圖15所示的肋部可以基本為直線 形而不是弓形。本領域的普通技術人員應該理解，也可以為許多其它的可 供選擇的方式。例如，在一些情況下，狹槽可以構成為使得一個肋部的徑 向內端與相鄰肋部的徑向外端重疊。總體地說，通過相鄰肋部的相鄰端在 噴嘴環的軸線處對向的角度小於通過單個肋部的相對端在噴嘴環的軸線 處對向的角度。
上述本發明的所有實施例的共同特徵在於，在噴嘴環的噴嘴環表面和 相對壁之間的洩漏流通道通過由肋部限定的孔洞(例如，狹槽或孔)形成。 可供選擇地，洩漏流通道可以通過設置在入口通道的相對壁(例如，
護罩)中的適當構成的結構提供。例如，圖16顯示了圖4中顯示的本發明 的實施例的修改方式，其中取代提供具有洩漏部的肋部33，噴嘴環沒有例 如顯示在圖ll中的孔洞(例如，狹槽或孔)，而是凹部100的環形陣列限定 在與噴嘴環肋部33的半徑相對應的半徑處的入口通道9的相對壁中。當噴 嘴環完全關閉(如圖16所示)時，氣體可以通過與肋部33—起限定洩漏流 通道的凹部100流過穿過噴嘴環30的入口。
應該理解，例如，圖5a、圖5b、圖7、圖9a、圖9b和圖14所示的本發 明的實施例可以與通過在相對於噴嘴環表面的入口9的壁中設置凹部相似 的方式修改，以與圖16所示的方式提供穿過噴嘴環肋部的洩漏流路徑。
採用如圖16所示的本發明的實施例，其中凹部100限定洩漏流路徑， 洩漏流路徑的尺寸可以通過改變凹部的尺寸、結構和數量進行修改。同樣 地，凹部的任何效率下降效果還可以通過以上述關於肋部洩漏孔的通常方 式改變凹部的尺寸、定位和結構進行修改。此外，應該理解，本發明的實 施例可以將肋部中的洩漏孔與凹部或限定入口通道的相對壁的其它洩漏 通道相結合。例如，洩漏流通道可以部分通過設置在肋部中的狹槽限定， 部分通過護罩的表面中所限定的凹部限定，當噴嘴環完全關閉時，所述凹 部可以或無法彼此對齊。
所有上述本發明的實施例共有的特徵在於肋部設置在噴嘴環的表面 上。如同上述本發明的所有實施例的可供選擇方式，肋部可以改為設置在 相對噴嘴環的入口通道的壁的表面(例如，護罩)上。在本發明的這種實 施例中，肋部可以具有包括上述所有結構的任何適當的結構，使得氣體洩 漏通道限定在肋部和噴嘴環的表面之間或通過肋部。同樣地，洩漏氣體通 道可以通過在噴嘴環的表面中設置通道等而形成，噴嘴環的表面允許當噴 嘴環完全關閉時氣體流過肋部。換言之，上述本發明的所有實施例都具有 肋部限定在相對噴嘴環的表面的入口通道的壁上的類似實施例。僅如一個 實例，圖17顯示了圖14所示的本發明的實施例的修改方式，其中取代設置 有狹槽68的肋部63 (如圖14所示)，噴嘴環本身不設置有肋部，但限定入 口的相對壁的渦輪機殼體壁設置有肋部IIO (例如，具有圖13a和圖13b所 示的肋部結構)，且具有通過肋部110由狹槽1U限定的洩漏通道。如另外 的實例，圖18為圖17所示的實施例的修改方式，其中肋部112不具有洩漏
狹槽，而是更換為噴嘴環的表面用凹部113修改，當噴嘴環完全關閉時， 凹部113與肋部112對齊，以與用於噴嘴環肋部周圍的洩漏氣體通道的圖16 的實施例的凹部100基本相同的方式形成洩漏氣體通道。
應該理解，可以構成具有限定在噴嘴環和入口通道的相對壁兩者上的 肋部的本發明實施例。例如，從噴嘴環和入口通道的相對壁突出的肋部可 以在噴嘴環完全關閉時彼此鄰接，或者可以構成為當噴嘴環完全關閉時互 相交叉。
本發明的實施例可以結合本發明的所有上述實施例的特徵。
權利要求
1.一種可變式渦輪機，包括渦輪機葉輪，所述渦輪機葉輪被支撐在殼體中，用於繞渦輪機軸線旋轉；環形入口通道，所述環形入口通道限定在可移動壁件的徑向面和所述殼體的覆面壁之間；所述可移動壁件可沿所述渦輪機軸線移動以改變所述入口通道的寬度；其中基本呈環形的肋部設置在所述徑向面上，使得所述入口通道的最小寬度限定在所述肋部和所述殼體的所述覆面壁的一部分之間。
2. 根據權利要求l所述的可變式渦輪機，其中所述可移動壁件移動到 使所述肋部鄰接所述殼體的所述覆面壁的所述部分的完全關閉位置。
3. 根據權利要求2所述的可變式渦輪機，其中在所述完全關閉位置，所述肋部與所述殼體的所述覆面壁的所述部分形成密封接觸，有效地基本 防止氣流通過所述入口通道。
4. 根據權利要求2所述的可變式渦輪機，其中所述肋部和所述殼體的所述覆面壁的所述部分中的至少一個設置有至少一個氣體通道結構，當所 述可移動壁件在所述完全關閉位置時，所述氣體通道結構限定至少部分氣 體通道，以允許氣體流過穿過所述肋部的所述入口通道。
5. 根據權利要求4所述的可變式渦輪機，其中所述至少一個氣體通道結構包括設置在所述肋部中的狹槽的沿圓周分隔開的陣列。
6. 根據權利要求5所述的可變式渦輪機，其中所述狹槽在朝向所述表面的方向上從遠離所述可移動壁件的表面的所述肋部的軸向端部延伸，從 而限定通過所述狹槽分隔開的肋部部分的環形陣列。
7. 根據權利要求6所述的可變式渦輪機，其中至少一個所述狹槽具有至少延伸到所述可移動壁件的表面的深度。
8. 根據權利要求6或7所述的可變式渦輪機，其中所述狹槽具有在基本徑向的方向延伸到所述渦輪機軸線的長度。
9. 根據權利要求6或7所述的可變式渦輪機，其中所述狹槽具有在相對於從所述渦輪機軸線延伸的徑向線在向前或向後掃過的方向上延伸的長 度。
10. 根據權利要求6到9中任一項所述的可變式渦輪機，其中每個所述 狹槽的寬度都小於限定在所述狹槽之間的每個肋部部分的寬度。
11. 根據權利要求6到10中任一項所述的可變式渦輪機，其中所述狹槽 等間隔。
12. 根據權利要求6到11中任一項所述的可變式渦輪機，其中所述狹槽 中的每個都具有基本相同的尺寸和結構。
13. 根據權利要求4到12中任一項所述的可變式渦輪機，其中所述至少 一個氣體通道結構包括形成於所述殼體的所述覆面壁的所述部分中的凹 部或通道。
14. 根據權利要求13所述的可變式渦輪機，包括所述凹部或通道的環 形陣列。
15. 根據權利要求14所述的可變式渦輪機，其中所述凹部或通道在所 述陣列內等間隔。
16. 根據權利要求1到15中任一項所述的可變式渦輪機，包括橫過所述 入口通道延伸的入口葉片的環形陣列，使得所述肋部限制所述入口葉片， 並且葉片通道限定在相鄰的葉片之間。
17. 根據權利要求16所述的可變式渦輪機，其中所述入口葉片從所述 殼體的所述覆面壁延伸，並且延伸通過設置在所述可移動壁件的所述表面 中的各自的葉片狹槽，以適應朝向所述殼體的所述覆面壁的所述可移動壁 件的運動。
18. 根據權利要求1到17中任一項所述的可變式渦輪機，其中所述肋部 從所述可移動壁件的表面延伸的距離比從所述可移動壁件的任何其它特 徵延伸的距離更遠。
19. 根據權利要求16所述的可變式渦輪機，其中所述入口葉片從所述可移動壁件的所述表面延伸，並且所述殼體的所述覆面壁設置有一個或多 個腔，以便在所述可移動件朝向所述殼體的所述覆面壁移動時容納所述葉 片。
20. 根據權利要求19所述的可變式渦輪機，其中所述葉片通過設置在護罩板中的各葉片狹槽延伸進所述腔。
21. 根據權利要求20所述的可變式渦輪機，其中所述殼體的所述覆面 壁的所述部分由所述護罩板限定。
22. 根據權利要求19到21中任一項所述的可變式渦輪機，其中除了所述葉片以外，所述肋部從所述可移動壁件的表面延伸的距離也比從所述可 移動壁件的任何其它特徵延伸的距離更遠。
23. 根據權利要求1到22中任一項所述的可變式渦輪機，其中所述殼體 的所述覆面壁的所述部分為基本呈環形的肋部或平臺(land)。
24. 根據權利要求1到17中任一項所述的可變式渦輪機，其中所述殼體 的所述覆面壁的所述部分為基本呈環形的肋部或平臺，且其中與設置在所 述殼體的所述覆面壁上的所述肋部或平臺的高度相結合的所述噴嘴環的 表面上的所述肋部的高度大於所述可移動壁件的任何其它特徵從所述可移動壁件的表面延伸出的距離。
25. 根據權利要求19到21中任一項所述的可變式渦輪機，其中所述殼體的所述覆面壁的所述部分為基本呈環形的肋部或平臺，且其中除了所述 葉片之外，與設置在所述殼體的所述覆面壁上的所述肋部或平臺的高度相 結合的所述可移動壁件的表面之上的所述肋部的高度大於所述可移動壁 件的任何其它特徵從所述可移動壁件的表面延伸出的距離。
26. 根據權利要求1到25中任一項所述的可變式渦輪機，其中所述可移動壁件安裝在設置在所述殼體內的環形腔內，所述可移動壁件的所述表面 由所述可移動壁件的徑向壁限定，其中孔的圓周陣列設置通過所述徑向 壁，所述孔通過所述環形肋部限制，使得所述肋部下遊的入口通道通過所 述孔與所述腔流體連通。
27. 根據權利要求16到22、 24和25中任一項所述的可變式渦輪機，其中所述可移動壁件安裝在設置在所述殼體內的環形腔內，所述可移動壁件 的所述表面由所述可移動壁件的徑向壁限定，其中孔的圓周陣列設置通過 所述徑向壁，所述孔通過所述環形肋部限制，使得所述肋部下遊的入口通 道通過所述孔與所述腔流體連通，至少一些所述孔位於入口葉片通道中。
28. 根據權利要求16到22和24到27中任一項所述的可變式渦輪機，包括用於在小於預定值的入口通道寬度下使至少一部分所述葉片通道周圍 的氣流旁通的裝置。
29. 根據權利要求28所述的可變式渦輪機，其中所述裝置包括至少一 個旁通流動路徑，所述旁通流動路徑只在所述可移動壁件移動為限定小所 述預定值的入口寬度時打開，所述流動路徑通過限定在所述可移動壁件的 表面後面的腔引導來自所述入口的至少一些氣流，然後將所述氣流引導到 所述入口葉片通道下遊的渦輪機葉輪。
30. 根據權利要求29所述的可變式渦輪機，其中所述至少一個旁通流 動路徑的上遊端與所述入口葉片通道的下遊端上遊的入口通道連通，而所 述至少一個旁通流動路徑的下遊端與所述入口葉片通道的所述下遊端下 遊的所述入口通道連通。
31. 根據權利要求30所述的可變式渦輪機，其中每個旁通通道的所述 上遊端在所述通道的下遊端上遊的葉片通道內的所述可移動壁件的表面 處打開。
32. —種可變式渦輪機，包括渦輪機葉輪，所述渦輪機葉輪被支撐在殼體中，用於繞渦輪機軸線旋轉；環形入口通道，所述環形入口通道限定在可移動壁件的徑向面和所述 殼體的覆面壁之間；所述可移動壁件可沿所述渦輪機軸線移動以改變所述入口通道的寬度；其中基本呈環形的肋部設置在所述殼體的所述覆面壁上，使得所述入 口通道的最小寬度限定在所述肋部和所述可移動壁件的表面的一部分之 間。
33. 根據權利要求32所述的可變式渦輪機，其中所述可移動壁件移動 到使所述肋部鄰接所述可移動壁件的表面的所述部分的完全關閉位置。
34. 根據權利要求33所述的可變式渦輪機，其中在所述完全關閉位 置，所述肋部與所述可移動壁件的表面的所述部分形成密封接觸，有效地 基本防止氣流通過所述入口通道。
35. 根據權利要求33所述的可變式渦輪機，其中所述肋部和/或所述 可移動壁件的表面的所述部分設置有至少一個氣體通道結構，當所述可移 動壁件在所述完全關閉位置時，所述氣體通道結構限定至少一部分氣體通 道，以允許氣體流過穿過所述肋部的所述入口通道。
36. 根據權利要求35所述的可變式渦輪機，其中所述至少一個氣體通 道結構包括設置在所述肋部中的狹槽的沿圓周分隔開的陣列。
37. 根據權利要求36所述的可變式渦輪機，其中所述狹槽從遠離所述 殼體的所述覆面壁的所述肋部的軸向端部朝向所述覆面壁延伸，從而限定 通過所述狹槽分隔開的肋部部分的環形陣列。
38. 根據權利要求37所述的可變式渦輪機，其中至少一個所述狹槽具 有至少延伸到所述殼體的所述覆面壁的深度。
39. 根據權利要求6或7所述的可變式渦輪機，其中所述狹槽具有在 基本徑向的方向上延伸到所述渦輪機軸線的長度。
40. 根據權利要求37或38所述的可變式渦輪機，其中所述狹槽具有 在相對於從所述渦輪機軸線延伸的徑向線向前或向後掃過的方向上延伸 的長度，並且與所述渦輪機葉輪的旋轉方向相關。
41. 根據權利要求37到40中任一項所述的可變式渦輪機，其中每個狹槽的寬度都小於限定在所述狹槽之間的每個肋部部分的寬度。
42. 根據權利要求37到41中任一項所述的可變式渦輪機，其中所述狹槽等間隔。
43. 根據權利要求37到42中任一項所述的可變式渦輪機，其中所述狹槽中的每個具有基本相同的尺寸和結構。
44. 根據權利要求35到43中任一項所述的可變式渦輪機，其中所述至少一個氣體通道結構包括形成於所述可移動壁件的表面的所述部分中 的凹部或通道。
45. 根據權利要求44所述的可變式渦輪機，包括所述凹部或通道的環 形陣列。
46. 根據權利要求45所述的可變式渦輪機，其中所述凹部或通道在所 述陣列內等間隔。
47. 根據權利要求1到46中任一項所述的可變式渦輪機，包括橫過所 述入口通道延伸的入口葉片的環形陣列，使得所述肋部限制所述入口葉 片，葉片通道限定在相鄰的葉片之間。
48. 根據權利要求47所述的可變式渦輪機,其中所述入口葉片從所述 殼體的所述覆面壁延伸，並且延伸通過設置在所述可移動壁件的所述表面 中的各自的葉片狹槽，以適應所述可移動壁件朝向所述殼體的所述覆面壁 的運動。
49. 根據權利要求32到48中任一項所述的可變式渦輪機，其中所述 肋部從所述殼體的所述覆面壁延伸的距離比所述可移動壁件的任何其它 特徵從所述可移動壁件的表面延伸的距離更遠。
50. 根據權利要求47所述的可變式渦輪機,其中所述入口葉片從所述 可移動壁件的所述表面延伸，且所述殼體的所述覆面壁設置有一個或多個 腔，以便在所述可移動壁件朝向所述殼體的所述覆面壁移動時容納所述葉 片。
51. 根據權利要求50所述的可變式渦輪機，其中所述葉片通過設置在 護罩板中的各葉片狹槽延伸進所述腔。
52. 根據權利要求51所述的可變式渦輪機,其中所述肋部設置在由所 述護罩板限定的所述殼體的所述覆面壁的一部分上。
53. 根據權利要求50到52中任一項所述的可變式渦輪機，其中除了所 述葉片以外，所述肋部從所述殼體的所述覆面壁延伸的距離比所述可移動壁件的任何特徵從所述可移動壁件的表面延伸的距離更遠。
54. 根據權利要求1到53中任一項所述的可變式渦輪機，其中所述可移動壁件的表面的所述部分為基本呈環形的肋部或平臺。
55. 根據權利要求32到48中任一項所述的可變式渦輪機，其中所述可移動壁件的表面的所述部分為基本呈環形的肋部或平臺，且其中與設置 在所述可移動壁件的表面上的所述肋部或平臺的高度相結合的所述殼體 的所述覆面壁之上的所述肋部的高度大於所述可移動壁件的任何其它特 徵從所述可移動壁件的表面延伸出的距離。
56. 根據權利要求50到52中任一項所述的可變式渦輪機，其中所述可移動壁件的表面的所述部分為基本呈環形的肋部或平臺，且其中除了所 述葉片之外，與設置在所述可移動壁件的表面上的所述肋部或平臺的高度 相結合的所述殼體的所述覆面壁之上的所述肋部的高度大於所述可移動 壁件的任何其它特徵從所述可移動壁件的表面延伸出的距離。
57. 根據權利要求32到56中任一項所述的可變式渦輪機，其中所述 可移動壁件安裝在設置在所述殼體內的環形腔內，所述可移動壁件的所述 表面由所述可移動壁件的徑向壁限定，其中孔的圓周陣列設置通過所述徑 向壁，所述孔通過所述環形肋部限制，使得所述肋部下遊的所述入口通道 通過所述孔與所述腔流體連通。
58. 根據權利要求47到53、 55和56中任一項所述的可變式渦輪機， 其中所述可移動壁件安裝在設置在所述殼體內的環形腔內，所述可移動壁 件的所述表面由所述可移動壁件的徑向壁限定，其中孔的圓周陣列設置通 過所述徑向壁，所述孔通過所述環形肋部限制，使得所述肋部下遊的所述 入口通道通過所述孔與所述腔流體連通，至少一些所述孔位於入口葉片通 道中。
59. 根據權利要求47到53和55到58中任一項所述的可變式渦輪機， 包括用於在小於預定值的入口通道寬度下使至少一部分所述葉片通道周 圍的氣流旁通的裝置。
60. 根據權利要求59所述的可變式渦輪機，其中所述裝置包括至少一 個旁通流動路徑，所述旁通流動路徑只在所述可移動壁件移動為限定小於 所述預定值的入口寬度時打開，所述流動路徑通過限定在所述可移動壁件 的表面後面的腔引導來自所述入口的至少一些氣流，然後將所述氣流引導 到所述入口葉片通道下遊的所述渦輪機葉輪。
61. 根據權利要求60所述的可變式渦輪機，其中所述至少一個旁通流 動路徑的上遊端與所述入口葉片通道的下遊端上遊的入口通道連通，而所 述至少一個旁通流動路徑的下遊端與所述入口葉片通道的所述下遊端下 遊的入口通道連通。
62. 根據權利要求61所述的可變式渦輪機，其中所述或每個旁通通道的所述上遊端在所述通道的下遊端上遊的葉片通道內在所述可移動壁件 的表面處打開。
63. —種包括根據權利要求1到62中任一項所述的可變式渦輪機的渦輪增壓器。
64. —種方法，包括步驟在發動機制動模式下操作裝配到內燃機的根據權利要求63所述的渦輪增壓器，在所述發動機制動模式中，停止到發動機的燃料供給，且可移 動壁件移動以減小渦輪機入口通道的寬度。
65. 根據權利要求64所述的方法，其中在所述發動機制動模式中，所 述可移動壁件移動到完全關閉位置，在所述完全關閉位置，所述可移動壁 件鄰接渦輪機殼體的相對壁。
66. —種方法，包括步驟在廢氣加熱模式下操作裝配到內燃機的根據權利要求63所述的渦輪 增壓器，在所述廢氣加熱模式中，入口的寬度降低到小於適合於正常發動 機操作範圍的寬度，以提高通過渦輪機的廢氣的溫度。
67. 根據權利要求66所述的方法，其中在所述廢氣加熱模式中，可移 動壁件移動到完全關閉位置，在所述完全關閉位置，所述可移動壁件鄰接 渦輪機殼體的相對壁。
68. 根據權利要求66或67所述的方法，其中所述可移動壁件移動， 以響應下降到臨界溫度以下的廢氣溫度的確定減小用於廢氣加熱的入口寬度。
69. 根據權利要求68所述的方法，進一步包括步驟 使廢氣從所述可變式渦輪機傳遞到後處理系統，其中所述廢氣的溫度的確定包括在所述後處理系統中的廢氣的溫度的確定，且其中所述臨界溫 度為所述後處理系統中的廢氣的臨界溫度狀態。
全文摘要
一種可變式渦輪機，所述可變式渦輪機包括支撐在殼體中用於繞渦輪機軸線旋轉的渦輪機葉輪，且環形入口通道限定在可移動噴嘴環的徑向面和殼體的覆面壁之間。噴嘴環可沿渦輪機軸線移動以改變入口通道的寬度。基本呈環形的肋部設置在噴嘴環的表面上(使得入口通道的最小寬度限定在肋部和殼體的覆面壁之間)或設置在殼體的覆面壁上(使得入口通道的最小寬度限定在肋部和噴嘴環之間)。
文檔編號F01D17/16GK101341313SQ200680047946
公開日2009年1月7日 申請日期2006年10月20日 優先權日2005年10月20日
發明者約翰·帕克 申請人:康明斯渦輪增壓技術有限公司