阅读说明：本技术 可变几何涡轮增压器及其叶片操纵机构 (Variable geometry turbocharger and vane operating mechanism thereof ) 是由 A·瑞卡 于 2019-05-15 设计创作，主要内容包括：一种可变几何涡轮增压器(VGT)包括涡轮壳体；涡轮叶轮,其布置在涡轮壳体内并且构造为借助经由涡轮壳体进口传递到涡轮叶轮的后燃烧气体旋转；压缩机叶轮,其经由轴可操作地连接至涡轮叶轮；以及可变位置叶片机构,其包括多个可移动叶片,可移动叶片设置为自涡轮叶轮径向向外且与涡轮叶轮同心并且布置在涡轮壳体进口与涡轮叶轮之间,其中,每个叶片包括致动部件,致动部件构造为由自多个致动部件径向向内布置的冠状件操纵。冠状件包括中心孔,轴穿过中心孔布置。通过冠状件操纵叶片中的每一个,可以增加或降低可变几何涡轮增压器的增压比。每个致动部件可以是与冠状件平行的叶轮。(A Variable Geometry Turbocharger (VGT) includes a turbine housing; a turbine wheel disposed within the turbine housing and configured to rotate with post-combustion gases transmitted to the turbine wheel via the turbine housing inlet; a compressor wheel operatively connected to the turbine wheel via a shaft; and a variable position vane mechanism comprising a plurality of movable vanes disposed radially outward from and concentric with the turbine wheel and disposed between the turbine housing inlet and the turbine wheel, wherein each vane comprises an actuating member configured to be manipulated by a crown disposed radially inward from the plurality of actuating members. The crown includes a central bore through which the shaft is disposed. By manipulating each of the vanes via the crown, the boost ratio of the variable geometry turbocharger may be increased or decreased. Each actuating member may be an impeller parallel to the crown.)

可变几何涡轮增压器及其叶片操纵机构

背景技术

通常，要求内燃机(ICE)在可靠的基础上长时间产生相当大的动力。许多这样的内燃机组件采用增压装置，比如废气涡轮驱动的涡轮增压器，以在气流进入发动机的进气歧管之前压缩气流，从而增加动力和效率。

具体地，涡轮增压器是离心式气体压缩机，与环境大气压下相比，它将更多的空气、从而更多的氧气，压入内燃机的燃烧室中。被压入内燃机的额外的含氧空气提高了发动机的容积效率，使其在给定循环中能够燃烧更多的燃料，从而产生更多的动力。

发明内容

提供用于可变几何涡轮增压器的可变位置叶片机构。该机构包括：多个环形设置的叶片，每个叶片包括叶片本体以及经由叶片柱联接到叶片本体的致动部件，以及环形冠状件，其与多个叶片致动部件接合并且布置为与多个叶片致动部件同心且自多个叶片致动部件径向向内。环形冠状件旋转实现多个叶片的运动。多个致动部件可以是叶轮。叶轮中的每一个可以与冠状件平行。叶片致动部件中的每一个可以包括齿状边缘，并且冠状件可以包括构造为与每个叶片致动部件的齿状边缘接合的齿状外缘。冠状件可以包括中心孔。可变位置叶片机构还可以包括冠状件致动器，其经由联动组件联接到冠状件并且构造为实现冠状件的旋转以及多个叶片的后续运动。

提供一种可变几何涡轮增压器(VGT)，包括涡轮壳体，涡轮叶轮，其布置在涡轮壳体内并且构造为借助经由涡轮壳体进口传递到涡轮叶轮的后燃烧气体旋转，压缩机叶轮，其经由轴可操作地连接至涡轮叶轮，以及可变位置叶片机构。可变位置叶片机构包括多个可移动叶片，可移动叶片设置为自涡轮叶轮径向向外且与涡轮叶轮同心并且布置在涡轮壳体进口与涡轮叶轮之间。每个叶片可以包括致动部件，致动部件构造为由自多个致动部件径向向内布置的冠状件操纵。通过冠状件操纵叶片中的每一个，可以增加或降低可变几何涡轮增压器的增压比。多个致动部件可以是叶轮。叶轮中的每一个可以与冠状件平行。叶片致动部件中的每一个可以包括齿状边缘，并且冠状件可以包括构造为与每个叶片致动部件的齿状边缘接合的齿状外缘。冠状件可以包括中心孔，轴穿过中心孔布置。可变位置叶片机构还可包括冠状件致动器，其构造为实现冠状件的旋转以及多个叶片的后续运动。

还提供一种车辆，包括内燃机。内燃机包括汽缸，其构造为接收用于在其中燃烧的空气燃料混合物，往复式活塞，其布置在汽缸内并且构造为将后燃烧气体从汽缸中排出，以及可变几何涡轮增压器。可变几何涡轮增压器包括涡轮壳体，涡轮叶轮，其布置在涡轮壳体内并且构造为借助经由涡轮壳体进口传递到涡轮叶轮的后燃烧气体旋转，压缩机叶轮，其经由轴可操作地连接至涡轮叶轮并且构造为对压缩机供应气流加压以输送到汽缸，以及可变位置叶片机构，其包括多个可移动叶片，可移动叶片设置为自涡轮叶轮径向向外且与涡轮叶轮同心并且布置在涡轮壳体进口与涡轮叶轮之间。每个叶片可以包括致动部件，致动部件构造为由自多个致动部件径向向内布置的冠状件操纵。通过冠状件操纵叶片中的每一个，可以增加或降低可变几何涡轮增压器的增压比。多个致动部件可以是叶轮。叶轮中的每一个可以与冠状件平行。叶片致动部件中的每一个可以包括齿状边缘，并且冠状件可以包括构造为与每个叶片致动部件的齿状边缘接合的齿状外缘。冠状件可以包括中心孔，轴穿过中心孔布置。车辆还可以包括冠状件致动器，其构造为实现冠状件的旋转以及多个叶片的后续运动。

通过以下示例性实施例的详细描述以及附图，示例性实施例的其他目的、优点以及新颖特征将更加清楚。

附图说明

图1示出了根据一个或多个实施例的车辆的示意图；

图2示出了根据一个或多个实施例的发动机的示意图；

图3示出了根据一个或多个实施例的可变几何涡轮增压器的截面图；

图4示出了根据一个或多个实施例的用于可变几何涡轮增压器的可变位置叶片机构的透视图；

图5示出了根据一个或多个实施例的可变位置叶片机构的顶视图；

图6A示出了根据一个或多个实施例的高流量排气状态下的可变几何涡轮增压器的示意性截面图；以及

图6B示出了根据一个或多个实施例的低流量排气状态下的可变几何涡轮增压器的示意性截面图。

具体实施方式

参考附图，其中，在所有附图中，相同的附图标记对应相同或相似的部件，图1示出了车辆6，其具有多个可被内燃机(ICE)10驱动的轮8。如图2所示，内燃机10包括汽缸体12，汽缸体12中设置有一个或多个汽缸14。内燃机10还包括汽缸盖16。每个汽缸14包括构造为在汽缸14中往复运动的活塞18。内燃机10可以设计为火花点火或压缩点火。

如图2所示，汽缸14内部在汽缸盖16的底部表面及活塞18的顶部之间形成有燃烧室20。如本领域技术人员已知的，燃烧室20构造为接收燃料和空气，从而形成燃料空气混合物以用于燃烧室中的后续燃烧。内燃机10还包括曲轴22，其构造为在汽缸体12内旋转。燃烧室20中的燃料空气混合物燃烧造成压力增大，从而使活塞18带动曲轴22旋转。空气燃料混合物在特定燃烧室20内燃烧之后，特定活塞18的往复运动用于将后燃烧气体23从相应汽缸14排出。

内燃机10还包括构造为将气流26从周围环境引导至汽缸14的进气系统24。进气系统24包括进气管28，可变几何涡轮增压器(VGT)30以及进气歧管(未示出)。尽管未示出，进气系统24可另外包括位于可变几何涡轮增压器30上游的空气过滤器，用于从气流26中去除外来颗粒和其他空气传播的碎屑。进气管28构造为将气流26从周围环境引导至可变几何涡轮增压器30，可变几何涡轮增压器构造为对接收到的气流加压并将加压的气流排放到进气歧管。进气歧管又将先前加压的气流26分配给汽缸14，以与适量的燃料混合得到燃料空气混合物用于后续燃烧。

如图3所示，可变几何涡轮增压器30包括具有第一端36和第二端38的轴34。轴34由轴承42支撑以绕轴线40旋转。例如，轴承42可以安装在轴承壳体44中并且可以由供油润滑。涡轮叶轮46靠近第一端36安装在轴34上，并且构造为借助从汽缸14排出的后燃烧气体23绕轴线40旋转。涡轮叶轮46保持在包括涡形或涡卷50的涡轮壳体47。涡卷50限定通向涡轮叶轮46的涡轮壳体进口48。涡卷50接收后燃烧废气23并通过进口48将该废气引导至涡轮叶轮46。因此，涡轮叶轮46和轴34借助后燃烧气体23绕轴线40旋转。涡卷50构造为实现可变几何涡轮增压器30的特定性能特性，例如效率和响应。

可变几何涡轮增压器30还包括安装在第一端36和第二端38之间的公共轴34上的压缩机叶轮64。压缩机叶轮64构造为对从周围环境接收的气流26加压，以最终输送到汽缸14。压缩机叶轮64保持在包括涡形或涡卷68的压缩机盖66内。涡卷68从压缩机叶轮64接收已被压缩的气流26。涡卷68构造为实现特定的性能特性，例如可变几何涡轮增压器30的峰值气流和效率。因此，驱动涡轮叶轮46的后燃烧废气23带动轴34旋转，并且由于压缩机叶轮被固定在轴上，旋转又被传递到压缩机叶轮64。如本领域技术人员所理解的，后燃烧废气23的可变流速和焓影响压缩机叶轮64在内燃机10的整个工作范围内可以产生的增压压力的大小。

可变几何涡轮增压器30还包括可变位置叶片机构52。图4示出了可变位置叶片机构52的透视图。如图所示，叶片机构52包括多个在进口48和涡轮叶轮46之间环形设置的可移动叶片55。每个叶片55包括叶片本体56，致动部件58，以及任选地，将叶片本体56联接到致动部件58上的叶片柱57。叶片56构造为相对于涡轮壳体47移动以选择进口48与涡轮机叶轮46的特定压力比(PR)。如本领域技术人员所理解的，PR被定义为涡轮进口48处和涡轮出口49处的压力之比。环形冠状件54与多个叶片致动部件58接合并布置为与多个叶片致动部件58同心且自多个叶片致动部件58径向向内。因此，向内布置的冠状件54在不牺牲功能性的情况下减小了可变几何涡轮增压器30的整体包装尺寸。

环形冠状件54旋转实现多个叶片本体56的运动，例如以实现所需的PR。冠状件54可以通过致动器60旋转，致动器60可通过例如联动组件59联接到冠状件54。如本领域技术人员所知的，联动组件59可包括各种数量、形状、尺寸的、适于在可变几何涡轮增压器30的包装限制内实现冠状件54所需旋转的联动装置。联动组件59在图3和图4中示出为包括不同数量的联动装置，以说明各种构造、包括那些未示出的构造，都是可行的，并且与本文的公开内容密切相关。

多个致动部件58可以包括如图4所示的叶轮。叶轮中的每一个可以与冠状件54平行。图5示出了可变位置叶片机构52的顶视图。冠状件包括中心孔53，轴34穿过中心孔53布置。如图所示，叶片致动部件58的每一个包括齿状边缘，并且冠状件54包括构造为与每个叶片致动部件58的齿状边缘接合的齿状外缘。叶片致动部件58和冠状件54被示出为具有完整齿状边缘，但是叶片致动部件58和/或冠状件54可以可替代地包括足够实现每个叶片致动部件58适当运动的局部齿状边缘。例如，在一些实施例中，叶片致动部件可以包括大约30％带齿的外缘。

叶片机构52还可以包括致动器60。如图所示，致动器60构造为选择性地改变叶片机构52的位置、特别是叶片本体56的位置，以选择可变几何涡轮增压器30的特定PR。致动器60可以具有机电构造，从而致动器60与例如控制器(未示出)的外部命令源电子通信，并且能够控制叶片56的位置并实现所需的PR以满足可变几何涡轮增压器30或车辆6的各种操作需要。例如，致动器60可以从控制器接收命令信号来改变叶片56的位置并实现可变几何涡轮增压器30的特定PR。

叶片机构52构造为通过根据内燃机10的运行速度改变的涡轮壳体47的有效几何形状来选择性地改变可变几何涡轮增压器30的有效PR，从而有助于提高内燃机的工作效率。图6A和图6B示出了可变几何涡轮增压器30的两种工作状态。在图6A、6B中，为了清楚起见省略了冠状件54和叶片致动部件58。图6A示出了处于高流量排气状态61下的可变几何涡轮增压器30，图6B示出了处于低流量排气状态62下的可变几何涡轮增压器30。在高流量状态61下，多个叶片本体56中的每一个都铰接到“打开”位置，由此排出的后燃烧气体23可以更自由地接触涡轮叶轮46。在低流量状态62下，多个叶片本体56中的每一个都铰接到“基本关闭”位置，由此排出的后燃烧气体23能够朝向涡轮叶轮46喷射。

内燃机10的运行效率可以利用叶片机构52来提高，这是因为典型内燃机在较低运行速度期间的最优PR与较高运行速度期间的最优PR是非常不同的。通过在内燃机10加速时改变涡轮壳体47的几何形状，可变几何涡轮增压器30的PR可以保持在其最优值附近。由于可变几何涡轮增压器30能够在最优PR附近工作，因此与固定几何形状的涡轮增压器相比，可变几何涡轮增压器30会表现出增压滞后量减小、增压阈值较低，并且在较高的发动机速度下也会效率更高。可变几何涡轮增压器30的另一个优点是可变几何涡轮增压器不需要废气门来调节涡轮叶轮46的转速。

具体实施例和附图支持并描述本发明，但是本发明的范围仅由权利要求限定。虽然已经详细描述了实施所要求保护的发明的一些最佳模式和其他实施例，但是存在实现由所附权利要求限定的本发明的各种替代设计和实施例。此外，在附图中示出的实施例或在本说明书中提及的各种实施例的特征不必理解为彼此独立的实施例。相反，在实施例的一个示例中描述的每个特性可以与其他实施例的一个或多个其他所需特性组合，从而得到其他未采用文字或参考附图描述的实施例。因此，这些其他实施例落入所附权利要求的范围的框架内。