专利名称：具有半分式喷嘴和半圈式活塞的涡轮组件的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及涡轮增压器，更特别是涉及具有轴向滑动活塞的排出气体 驱动涡轮增压器，上述滑动活塞用于改变通到涡轮轮体的喷嘴尺寸从而调整进 入涡轮轮体的流量。
背景技术：
对通湖咄气鹏动涡轮增压器的涡轮的排出气流的调整，在提高能力来 控制由涡轮增压器递送至湘关联的内燃机的增压量的方面，提供己知的操作优 点。fflil在通到涡轮轮体内的喷嘴中合并可变的几何形状来完成排出气流的调
整。Mil改变喷嘴流动区域的大小，可以调整进入涡轮轮体的流量，进而调整
由涡轮增压器压縮机提供的整体增压。
用于涡轮增压器的可变几何形状喷嘴通常分为两个主要类型可变叶片喷 嘴和滑动活塞喷嘴。叶片通常包含在涡轮喷嘴中，用于在有利的方向引导排出 气体到涡轮中。典型地， 一排在圆周上间隔的叶片沿轴向延伸过喷嘴。从环绕 涡轮轮体的腔排出的气体通常沿径向向内流动通过叶片间的通道，并且叶片使 流体转向以沿期望的方向引导流入涡轮轮体。在可变叶片喷嘴中，叶片绕其轴 线旋转用以改变其所设置的角度，从而改变叶片间通道的流动区域。
在滑动活塞式的喷嘴中，喷嘴也可以包括叶片，但，常叶片不是绕其轴 线旋转来调整到涡轮轮体的流动。而是通过轴向滑动活塞在涡轮壳体的孔中滑 动用以改变喷嘴流动区域。活塞是管状的，并且位于喷嘴的刚好径向内侧。活 塞的轴向运动有效地改变通到在涡轮轮体内的喷嘴开口的轴向长度。当喷嘴包 含叶片时，活塞能够吡邻叶片的径向内部边缘(即，后缘)滑动；可选择地， 活塞和叶片在径向上交迭，并且活塞包含凹槽用以当活塞轴向滑动以调整喷嘴 开度时容纳叶片的至少一部分。
滑动活塞式喷嘴的设计挑战之一是优化在活塞整个冲程中駄涡轮轮体的 排出气体的空气动力学特性。在一些滑动活塞式可变喷嘴中，特别是在活塞冲 程的开始，当活塞开始从闭合位置向打开一些的位置移动的时候，会发生流动 扰动。特别的是，当活塞开始打开甚至很小的量时，进入涡轮的流量会突然增
加，使得橄隹足够精确地调整活塞冲程以防止突然的流动浪涌。
发明内容
本公开涉及在涡轮增压器中可变喷嘴的滑动活塞装置的 。按照公开的
一个方面，用于涡轮增压器的一种涡轮组件包含涡轮壳体，该壳体限定沿轴 向延伸的孔和限定用于接收排出气体的围绕所述孔的室，该室在室的径向内侧 向孔打开；第一级喷嘴，该喷嘴包含安装在涡轮壳体上的第一喷嘴环和多个沿 圆周间隔的第一叶片，齡第一叶片具有连接至悌一喷嘴环的第一端，并且每 个第一叶片通常平行于轴向从第一端向相对的第二端延伸；第二级喷嘴，该喷 嘴包含连接到第一叶片的第二端的第二喷嘴环和多个沿圆周间隔的第二叶片， ^^第二叶片具有连接到第二喷嘴环的第一端，并且^^第二叶片通常平行于 轴向从第一端向相对的第二端延伸；和位于涡轮壳体的孔中的管状活塞，该活 塞沿着室的径向内侧相对于涡轮壳懒由向可滑动，因此根据活塞轴向位置，该 活塞阻断第二级喷嘴的轴向长度的可变部分。
活塞在关闭位置时; 4关闭第二级喷嘴，而第一级喷嘴保持打开，从而
排出气体通过第一级喷嘴流向涡轮轮体。活塞在非关闭位置时允许流过第二级 喷嘴。
当排出气舰量相对低时，第一级喷嘴能够被优化或者设计以达至犒效率。 当发动机在高速和/或高负载运行时，第二级喷嘴主要被设计，过大量流体。
第二喷嘴环作为分隔器，至少部分地分隔第二级喷嘴和第一级喷嘴。在一 个实施例中，第二喷嘴环将齡第一叶片的所有第二端与針第二叶片的所有 第一端分隔开。
在另外一个实施例中，第二喷嘴环仅将每个第一叶片的一部分与每个第二 叶片的一部分分隔开。特别的是，第二喷嘴环将^第一叶片的第二端的前缘 区从旨第二叶片的第一端的前缘区分隔开，而第一和第二叶片的后缘区不被 第二喷嘴环分隔开。例如，每个第一叶片的后缘和每个第二叶片的后缘在轴向 包含连续的叶片部分。相反地是，例如，每个第一叶片的前缘可以被设置成与 ^t第二叶片的前缘不同的攻角。
在一些实施例中，活塞是"半圈式"活塞，该活塞具有径向夕卜表面，在其 中形成有凹槽，用于分别地接纳第二叶片，使得*第二叶片的径向面向内表
面面对旨相应凹槽的径向面向夕卜壁。活塞上的凹槽仅围绕^第二叶片的周 长的一部分，所以术语"半圈式"被应用于此活塞。
活塞也可以限定通常轴向面对第二喷嘴环的端面，并且具有容纳第二喷嘴 环的部分的凹槽。
在一些实施例中，針第二叶片的第1包含自由端，并且第二叶片的第 二端在活塞处于关闭位置时邻接活塞壁，而在活塞处于非关闭位置时与活塞壁 倾。
在可变的实施例中，第二叶片以大致阻止活塞绕期由线旋转的方式与活塞接合。
已经以常规的术语描述了公开内容，相关的附图将被用以参考，该附图不
是必须按照一定比例，lj，其中
附图1是^M本发明的一个实施例的涡I^且件的子组件的透视亂显示了
活塞处于关闭的位置；
附图2是依照本发明的一个实施例的M31涡轮组件的轴向剖视亂 附图3是沿着附图2的线3-3的剖视图，显示了活塞处于关闭位置； 附图4是类似于附图1的子组件的透视图，但是活塞处于打开位置；并且
附图5是类似于附图2的轴向剖视图，但是活塞处于部分打开位置。
具体实施例方式
以下将参照附图对本发明进行更详细描述，其中显示了本发明的一些而不 是所有实施例。实际上，本发明可以具体为很多不同的形式，不能认为仅仅限
制于下述的实施例；相反地，这些实施例被提供以使公开满皿用的法律规定。 下文同样的元件对应同样的标记。
依照本发明的一个实施例的涡轮组件100显示在附图2， 3和5。涡轮组件 的组件200與 示在附图1和4中。初始参考附图2和3显示了完整的涡轮 组件100，该组{袍括其中限定了孔112的涡轮壳体110，该孔髓轴线A延伸。 当组件訓安装在涡辦压器(图上没有显示)中，涡轮轮体(没有显示)安 装在孔U2的上游(左手)端，且连接到其相对端连接至U压缩机轮(没有显示) 的旋转轴(没有显示)。涡轮壳体110同样限定了围绕孔112的通常为环形的或 环状的室14，该室在其径向内侧开口从而室114的内部和孔112流体连通。从
内燃机供应给室114的排出气体通过打开的径向内侧从室 狀安装在孔中的涡 轮轮体，气体驱动涡轮轮体，该轮体又驱动压缩机轮。排出气体i!31涡轮轮体 之后，通常轴向(与轴线A平行)地流动经过孔112 (在附图2ii^A^至佑的 方向)并从其排出。
安装在涡轮壳体的孔112中的是子组件200，斜^fe如图1和4所示。该 子组件包括固定地安装在涡轮壳体上的喷嘴环/叶片组件300，和安装为可、歸 平行于轴线A的方向相对于涡轮壳体和喷嘴环/叶片组件轴向滑动的滑动半圈式 活塞400。该喷嘴环/叶片组件300包含通常环形结构的第一喷嘴环310和多个 第一叶片320，第一叶片的第一端固定在第一喷嘴环上并且^环的圆周在圆周 上间隔。^^第一叶片320通常平行于轴线A从第一端延伸到相对的第二端。 喷嘴环/叶片组件300进一步包括第二喷嘴环330，该喷嘴环固定在第一叶片320 的第二端的至少部分上。第二喷嘴环通常是环形结构。喷嘴环/叶片组件300同 样包括多个第二叶片340，该第二叶片的第一端的至少部分固定在第二喷嘴环 330上。第二叶片340^第二喷嘴环的圆周在圆周上间隔。尽管不是必须的， 有利地，第二叶片340与第一叶片320在结构上不同。每个第二叶片340基本 上平行于轴线A 端延伸至湘对的第二端342，第H^ 342在iMf示实施
例中是自由端。
涡轮组件100因此具有限定在第一喷嘴环310和第二喷嘴环330之间的第 一级喷嘴，第一级喷嘴具有第一叶片320。涡轮组件也具有限定在第二喷嘴环 330和向第二喷嘴环的下游隔开的涡轮壳体110的壁之间的第二级喷嘴，第二级 段嘴具有第二叶片340。
半圈式活塞400包含通常管状的结构，该结构具有径向内表面402和径向 外表面404。 ^^f示实施例中，外表面404的直径仅仅比涡轮壳体的孔112的内 表面的直径小一点，密封环(没有显示)位于活塞外表面404的槽406内，从 而在允许活塞400在孔112中往复轴向滑动时靠着孔112的内表面密封。在可 选择的实施例中(没有显示)，中间的衬套自 (没有显示)可以被固定地 安装在孔112上，活塞可以和承载器的内表面密封地接合。活塞400具有在径 向与第二叶片340重叠的上游端408 (即，在附图l， 2， 4和5的左手端)，第 二叶片以大致防止活塞绕轴线旋转的方式接合活塞。特别地，如附图1-3和5 最好所示，活塞的上游端408的径向外表面限定了沿周向间隔的一系列凹槽
410，凹槽只有部分延伸Miih游端活塞壁的径向厚度，当活塞处于关闭或者部 分打开的位置时，每个凹槽410构造为容纳第二叶片340之一。*第二叶片 340的径向面向内表面344面对相应的凹槽410的径向面向夕卜表面412。在戶腐 的优选实施例中，活塞400上的凹槽410仅包围每个第二叶片340的周长的一 部分。例如，但不是作为限制，如图3最好所示，每个凹槽410育,包围小于 ^^第二叶片340的周长的大约四分;tH。 i^f述实施例中，^^第二叶片340 的第二端342包含自由端，当活塞处于如图2所示的关闭位置时，第二端342 邻接或者^iS邻接活塞的壁414。
在所述的一个实施例中，第二喷嘴环330把^h第一叶片320的第1的 仅一部分与#^第二叶片340的第一端的一部分分开。特别的是，参照附图4， 第二喷嘴环330把^^第一叶片320的第二端的前缘区322与^h第二叶片340 的第一端的前缘区346分开，但是第一和第二叶片的后缘区没有被第二喷嘴环 ，。例如，如附图4所示，^第一叶片320的后缘324和^h第二叶片340 的后缘348可以在轴向包含连续的叶片部分。相反地，例如，^^第一叶片320 的前缘322可以被^S成与第二叶片340的前缘346不同的攻角。可选择地， 第二喷嘴环330可以完射也把^^第一叶片的旨第二端从^第二叶片的整 个第一端分开。
如图所示，在一个实施例中，活塞400包含通常轴向面向第二喷嘴环330 的端面，并且该端面具有凹槽416 (附图4)用来接纳第二喷嘴环的一部分。
当涡轮组件100使第二喷嘴环330仅仅部分地把第一叶片320从第二叶片 340分开时，与隔开后缘区相比，第二喷嘴环330将叶片的前缘区互相隔开特别 有利。在这种方式下，第二喷嘴环330相对于轴A线处于更大的半径，由此减 小第二喷嘴环存在带来的负面的流动收缩效果。第二喷嘴环或者"半分隔器" 330的使用允许第一叶片320和第二叶片340的形状独立地在前缘区被优化。而 且，轮盖轮廓418 (附图2和5)可以斜虫在活塞400上加工，这与j顿"完全" 分隔器构造时必须的轮盖轮廓部分由分隔器或者第二喷嘴环限定盼瞎况相反。 ^ffi半分隔器330，活塞打开时产生的流动限制,于第二叶片340的中间发
生，充分ite离涡轮轮体从而减小对效率的负作用。
在一些实施例中的涡轮组件100可以包括分开的涡壳(没有显示)，在该涡 壳中，其第一部分将排出气体供应到第一级喷嘴，其第二部分将排出气体供应
到第二级喷嘴。
在一些实施例中，涡轮轮体可以为"带分离机"的涡轮轮体(没有显示)， 其中带有与部分长度轮叶交替的全长度轮叶。所述的带分离机的涡轮轮体的一
个例子在由Lombard等的公开pct申请WO2004/074643A描述，该申i青题目为 "Turbine Having Variable Throat",公开于2004年9月2日，其公开的内容合并 在此作为参考引入。^:度轮叶具有在轴向上长于部M度轮叶的长度。特别 的是，全长度轮叶被成形和定位，以使当活塞400完全打开时，錄度轮叶基 本JJta组合的第一级和第二级喷嘴的轴向全部长度。部分长度轮叶被成形和 定位，以使其離至少第一级喷嘴的轴向长度。因此，排出气條动M第一 级喷嘴时遇到全长度轮叶和部條度轮叶。当活塞打开或部分打开时，排出气 体流动通过第二级喷嘴时仅仅(或主要)遇到全长度轮叶的在部*度轮叶后 缘区的下游延伸的部分。
根据之前的描述和相应的附图所展示出的教示的益处，本领域技术人员能 够想到本发明的很多鹏和其它实施例。因此，很容易理解的是，本发明不限 于公开的具体实施例，,和其它实施例也被包括在附带的权利要求书的范围 中。尽管特有术语被应用在此，他们也仅应用在一般的和说明性的理解，并不 是为了限制。
权利要求
1、一种用于涡轮增压器的涡轮组件，包括涡轮壳体，该涡轮壳体限定了沿轴向延伸的孔且限定用于接收排出气体的围绕所述孔的室，该室在其径向内侧向孔打开；第一级喷嘴，其包含安装在涡轮壳体上的第一喷嘴环和多个沿圆周间隔的第一叶片，每个第一叶片具有连接到第一喷嘴环的第一端，并且每个第一叶片通常平行于轴向从第一端向相对的第二端延伸；第二级喷嘴，其包含连接到第一叶片的第二端的第二喷嘴环和多个沿圆周间隔的第二叶片，每个第二叶片具有连接到第二喷嘴环的第一端，并且每个第二叶片通常平行于轴向从第一端向相对的第二端延伸；和位于涡轮壳体的孔中的管状活塞，该活塞沿着室的径向内侧相对于涡轮壳体轴向可滑动，从而根据活塞的轴向位置，该活塞阻断第二级喷嘴的轴向长度的可变部分，活塞在关闭位置时大致关闭第二级喷嘴而第一级喷嘴保持打开，使得排出气体通过第一级喷嘴流入涡轮轮体，活塞在非关闭位置时允许流过第二级喷嘴。
2、 根据权利要求1所述的涡轮组件，其中第二叶片的构造与第一叶片 不同。
3、 根据权利要求1所述的涡轮组件，其中该活塞具有在其中形鹏于 分别容纳第二叶片的凹槽的径向外表面，使得每个第二叶片的径向面向内表面 面对旨相应凹槽的径向面向夕瞎。
4、 根据权利要求3所述的涡轮组件，其中活塞上的凹槽仅围纟^h第 二叶片周长的一部分。
5、 根据权利要求4所述的涡轮组件，其中凹槽包围小于^第二叶片 的周长的大约四分之三。
6、 根据权利要求3所述的涡轮组件，其中齡第二叶片的第二端包含 自由端，并且其中第二叶片的第二端在活塞处于关闭位置时邻接就乎邻接活 塞壁。
7、 根据权利要求1所述的涡轮组件，其中每个第二叶片的第二端包含 从下游壁轴向隔开的自由端，并且其中第二叶片的第二端在活塞处于关闭位置 时邻接或几伟接活塞壁。
8、 根据权利要求1所述的涡轮组件，其中第二喷嘴环仅将每个第一叶 片的第二端的一部分与每个第二叶片的第一端的一部分分隔开。
9、 根据权利要求8所述的涡轮组件，其中第二喷嘴环将^h第一叶片 的第二端的前缘区从*第二叶片的第一端的前缘区分隔开，而其中第一和第 二叶片的后缘区不被第二喷嘴环分隔开。
10、 根据权利要求8所述的涡轮组件，其中该活塞具有在其中形成用于分 别容纳第二叶片的凹槽的径向外表面，使得每个第二叶片的径向面向内表面面对^h相应凹槽的径向面向夕卜壁。
11、 根据权利要求10戶腿的涡轮组件，其中活塞包含通常轴向面向第二喷 嘴环的端面，并且具有容纳第二喷嘴环的部分的凹槽。
12、 根据权禾腰求10所述的涡傲且件，其中活塞上的凹槽仅围绕^t第二 叶片周长的一部分。
13、 根据权利要求12所述的涡$^且件，其中凹槽包围小于^h第二叶片的 周长的大约四分之三。
14、 根据权禾腰求10所述的涡轮组件，其中^h第二叶片的第J包含从 下游^l由向隔开的自由端，并且其中第二叶片的第二端在活塞处于关闭位置时 邻接活塞壁。
15、 根据权利要求1所述的涡轮组件，其中第二叶片以大致阻止活塞绕其 轴线旋转的方式与活塞接合。
全文摘要
用于涡轮增压器的一种涡轮组件，该组件包含由滑动的半圈式活塞形成的可变喷嘴。第一级喷嘴包含由第一喷嘴环支撑并且沿轴向延伸的多个第一叶片。第二级喷嘴具有连接到第一叶片的端部的第二喷嘴环和多个沿轴向延伸的第二叶片。当活塞完全关闭时，活塞调整流经第二级喷嘴的流量，而第一级喷嘴保持打开。第二喷嘴环至少部分将第一叶片与第二叶片分隔开。半圈式活塞包含容纳第二叶片且仅仅部分围绕每个第二叶片的周长的凹槽。
文档编号F01D17/14GK101363329SQ20081016110
公开日2009年2月11日 申请日期2008年8月11日 优先权日2007年8月10日
发明者J·米特卡, N·塞拉斯, Q·罗伯茨, S·费拉里 申请人:霍尼韦尔国际公司