專利名稱：可變幾何渦輪機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可變幾何渦輪機。該可變幾何渦輪機可以例如形成渦輪增壓器的一部分。
背景技術：
渦輪增壓器是眾所周知的以高于大氣壓的壓カ(増加壓カ)向內燃機的進氣口供給空氣的裝置。傳統(tǒng)的渦輪增壓器基本上包括安裝在渦輪機殼體內旋轉軸上的由廢氣驅動的渦輪機葉輪，所述渦輪機殼體被連接到發(fā)動機出口歧管的下游。渦輪機葉輪的旋轉使安裝在壓縮機殼體內旋轉軸另一端上的壓縮機葉輪旋轉。壓縮機葉輪向發(fā)動機進氣ロ歧管輸送壓縮空氣。渦輪增壓器軸一般被包括適當潤滑系統(tǒng)的軸頸和推力軸承支撐，其位于連接渦輪機和壓縮機葉輪殼體之間的中心軸承座內。典型的渦輪增壓器中的渦輪機部分包括其中安裝有渦輪機葉輪的渦輪機腔室；限定于環(huán)繞渦輪機腔室設置的相對徑向壁之間的環(huán)形進氣ロ ；環(huán)繞環(huán)形進氣ロ設置的進氣ロ渦殼；以及自渦輪機腔室延伸的出ロ通道。所述通道與渦輪機腔室連通，使得進入進氣ロ渦殼的增壓廢氣通過進氣ロ經過渦輪機流到出口通道，同時使渦輪機葉輪旋轉。此外已知的是，通過在進氣口內設置葉片(稱之為噴嘴葉片)來提高渦輪機的性能以便使流動通過進氣ロ的氣體偏轉。也就是說，流動通過環(huán)形進氣ロ的氣體流動通過進氣通道(其由相鄰的葉片所限定)，上述進氣通道可引起氣流渦旋，使流動方向朝向渦輪機葉輪的旋轉方向偏轉。渦輪機可以具有固定或者可變幾何類型?？勺儙缀螠u輪機與固定幾何渦輪機的區(qū)別在于其進氣ロ的尺寸可以改變以便在氣體質量流率范圍內優(yōu)化氣體流速，這樣渦輪機的輸出功率可以改變以便適應不同的發(fā)動機要求。例如，當傳送到渦輪機的廢氣量相對低吋，到達渦輪機葉輪的氣體流速保持在一定的水平，其通過利用可變幾何機構減小進氣ロ的尺寸而確保渦輪機的高效運行。設有可變幾何渦輪機的渦輪增壓器被稱為可變幾何渦輪增壓器。設置于可變幾何渦輪機增壓器內的噴嘴葉片可以具有不同的形式。在一種類型中，被稱為“滑動噴嘴環(huán)”，所述葉片被固定到軸向可移動的壁上，該壁滑動穿過進氣通道。所述軸向可移動壁向罩板移動以關閉進氣通道，并且在這樣做時，葉片通過罩板中的孔。另夕卜，噴嘴環(huán)固定于渦輪機的一個壁而罩板在葉片的上方移動以改變進氣通道的尺寸?？勺儙缀螜C構的可移動部件(無論是噴嘴環(huán)還是罩板)受到支撐以便在一部分渦輪增壓器殼體(通常是渦輪機殼體或渦輪增壓器軸承座)內的腔內進行軸向運動。上述殼體可相對腔壁密封以便減少或防止噴嘴環(huán)背面周圍的流體泄漏。可變幾何機構的可移動壁可通過由致動器和聯(lián)動裝置構成的合適致動器組件進行軸向位移。這種已知的致動器組件的一個實例例如在US5，868，552中有所披露。聯(lián)動 裝置包括軛，其樞轉支撐在軸承座內且具有兩個臂，每個臂延伸與其上安裝有可移動部件(在該情況下為噴嘴環(huán))的相應推桿的端部接合。軛安裝到ー個軸上，該軸在軸承座內徑向滑動且支撐處于軸承座外部的曲軸，其可以任何適當?shù)姆绞竭B接到致動器。使得軛移動的致動器采取各種形式，包括氣動、液壓和電氣的形式，且可以各種方式鏈接到軛。致動器通常在發(fā)動機控制單元(ECT)的控制下調節(jié)可移動壁的位置，以便改變通過渦輪機的氣流，從而滿足性能要求。
在使用過程中，通過流動通過進氣ロ的氣體將軸向カ施加到可移動壁上，該軸向力必須由致動器組件提供。此外，作為使得氣流葉片通道朝向渦輪機葉輪的旋轉方向偏轉的結果，扭矩施加到噴嘴環(huán)上。如果噴嘴環(huán)是可變幾何機構的可移動壁，則扭矩也必須由致動器組件(諸如聯(lián)動裝置的一部分)激發(fā)或另外提供。

發(fā)明內容
本發(fā)明的ー個目的是消除或減輕上述缺陷。本發(fā)明還有ー個目的是提供改進或替代的可變幾何機構和渦輪機。根據(jù)本發(fā)明的ー個方面，提供一種可變幾何渦輪機，包括渦輪機葉輪，所述渦輪機葉輪安裝在殼體內用于繞渦輪機軸線旋轉，所述殼體限定所述渦輪機葉輪周圍的環(huán)形進氣ロ，所述進氣ロ在第一進氣口和第二進氣ロ側壁之間被限定；以及圓柱型套筒，所述圓柱型套筒可軸向移動穿過所述環(huán)形進氣ロ以改變經過所述進氣ロ的氣體流動路徑的尺寸；其中環(huán)形進氣ロ被分隔為至少兩個軸向偏離的進氣通道，這些進氣通道軸向重疊。應該意識到軸向偏離的進氣通道包括具有不同軸向位置的進氣通道和/或具有不同軸向延伸程度的進氣通道。軸向偏離的進氣通道可間隔開、相鄰或軸向重疊。環(huán)形進氣ロ可被分隔成大致朝向渦輪機葉輪延伸的大體為管形進氣通道的環(huán)形陣列，其中進氣通道的環(huán)形陣列包括至少三個軸向重疊的軸向偏離進氣通道。至少兩個所述軸向重疊的軸向偏離進氣通道在周向上重疊。大體為管形的進氣通道具有大體為菱形或大體為六角形的橫截面。進氣ロ通過進氣通道壁分隔為所述的進氣通道，其中進氣通道壁由多個大體為環(huán)形的非平面隔板限定。隔板可以是在周向上為波狀的大體環(huán)形的環(huán)。隔板具有大體為雙曲拋物線的表面。進氣通道的環(huán)形陣列可由若干離散的周向相鄰的部段構成?？勺儙缀螠u輪機包括圍繞渦輪機葉輪的環(huán)形進氣ロ，所述渦輪機葉輪安裝成用于圍繞由殼體限定的渦輪室內的渦輪軸旋轉，渦輪室具有在進氣口內側壁和外側壁之間限定的且環(huán)繞渦輪機葉輪的環(huán)形進氣ロ，環(huán)形進氣ロ包括第一和第二周向間隔開的進氣通道構成的第一對進氣通道；第三和第四周向間隔開的進氣通道構成的第二對進氣通道；其中第二對進氣通道與第一對進氣通道軸向間隔開；以及其中一圓柱形套筒支撐在殼體內，以便在軸向方向上進行往復運動來改變環(huán)形進氣ロ的尺寸；以及其中套筒可在至少第一位置和第二位置之間移動，其中在第一位置，第一對進氣通道的每個進氣通道朝向氣流至少部分開放，以及第二對進氣通道朝向氣流完全開放，而在第二位置，第一對進氣通道完全阻斷氣流，而第二對進氣通道的每個進氣通道至少部分阻斷氣流。典型的，廢氣可經由周圍渦殼流向環(huán)形進氣ロ。在本發(fā)明的一些實施例中，渦殼可軸向或周向分隔開，因此環(huán)形進氣ロ限定在渦殼或渦殼的任意分隔開部分的下游。在這種渦殼分隔開的渦輪機中，相鄰的渦殼部分通常彼此不連通，除了在相鄰渦殼部分終止于進氣ロ處的下游端處。進氣ロ的內側和外側壁例如可以是限定渦輪的延續(xù)的壁。通常情況下，進氣ロ的最大寬度將對應于由渦輪機葉輪葉片的尖端旋轉所掃掠過的面積。當套筒處于第二位置時，第二對進氣通道的每個進氣通道可完全阻斷氣流。一些可變幾何渦輪增壓器可包括由周向間隔開的第四和第五進氣通道構成的第三對進氣通道，其與第一對和第二對進氣通道兩者都軸向位移間隔開。這種實施例可包括由周向間隔開的進氣通道構成的軸向位移間隔開的四對或多對進氣通道。當套筒處于第二位置時，由周向間隔開的進氣通道構成的所述軸向間隔開的成對進氣通道中只有一對進氣通道可完全阻斷氣流，由周向間隔開的進氣通道的剰余對進氣通道至少部分阻斷氣流。成對的進氣通道的每ー個進氣通道可為環(huán)繞渦輪機葉輪的周向間隔開的進氣通道的相應環(huán)形陣列的一部分。每對進氣通道或進氣通道環(huán)形陣列可包括大體軸向重合的通道。至少ー對進氣通道或至少ー個進氣通道環(huán)形陣列的至少ー個進氣通道可與相鄰對進氣通道或相鄰進氣通道環(huán)形陣列的至少ー個進氣通道軸向重疊。套筒的第一位置可為開放位置，其中由周向間隔開的進氣通道構成的所述成對進氣通道或進氣通道環(huán)形陣列的每ー個進氣通道朝向氣流開放。套筒的第二位置可為封閉位置，其中套筒的自由端跨過環(huán)形進氣ロ凸出且鄰接內側壁或外側壁。套筒可受控地定位于所述第一和第二位置之間。在一些實施例中，由周向間隔開的進氣通道構成的每個環(huán)形陣列的進氣通道數(shù)目可相同。在其它的實施例中，包括一個周向間隔開的進氣通道的環(huán)形陣列的進氣通道數(shù)量，可以與包括周向間隔開的進氣通道的至少ー個其它的環(huán)形陣列的進氣通道數(shù)量不同?？勺儙缀螠u輪機可包括安裝為位于殼體內的圍繞渦輪機軸旋轉的渦輪機葉輪，該殼體限定包圍渦輪機葉輪并限定于進氣口內側壁和外側壁之間，其中圓柱形套筒安裝于可體內，以在環(huán)形進氣ロ的至少一部分內進行軸向滑動運動，以改變環(huán)形進氣ロ的尺寸，還包括至少ー個環(huán)形隔板，其與環(huán)形進氣ロ的內側壁和外側壁軸向間隔開，以便將環(huán)形進氣ロ分隔成軸向相鄰的環(huán)形部分，且其中進氣葉片軸向延伸跨過由所述或每個隔板限定的至少兩個所述環(huán)形部分。同樣，氣體可經由環(huán)繞環(huán)形進氣ロ的環(huán)形渦殼或類似腔室流向環(huán)形進氣ロ。在一些實施例中，渦殼可給分隔開的渦殼，例如分隔成單獨的軸向或周向部分，上述部分例如可 接收來自不同源(例如，在多缸內燃機中汽缸的不同腔內)的氣體。在本發(fā)明的實施例中，進氣口和隔板將處于渦殼或分隔開的渦殼的任意渦殼部分的下游。
可變幾何渦輪機可包括渦輪機葉輪，其安裝成用于圍繞殼體內的渦輪軸旋轉，殼體限定環(huán)繞渦輪機葉輪的且在進氣口內側壁和外側壁之間限定的環(huán)形進氣ロ，其中環(huán)形進氣ロ由兩個或多個環(huán)形進氣ロ隔板軸向分隔成相鄰的環(huán)形區(qū)域，以及其中圓柱形套筒安裝在殼體內以便可軸向滑動移動跨過環(huán)形進氣ロ的至少一部分，從而改變環(huán)形進氣ロ的尺寸。至于其它可變幾何渦輪機，環(huán)形進氣ロ可限定在周圍渦輪(其可為分隔開的渦売)或類似氣體腔室的下游。一些可變幾何渦輪機 可包括至少兩個所述環(huán)形隔板，其將環(huán)形進氣ロ軸向分隔成至少三個軸向相鄰的環(huán)形區(qū)域。套筒在限定進氣ロ最大和最小寬度的位置之間的移動限定相應于所述或每個環(huán)形隔板的軸向位置的離散位置。因此，在一些可變幾何渦輪機中，套筒可受控地以逐步進行的方式在可相應于開放位置、封閉位置以及中間位置的離散位置之間移動，其中每個中間位置相應于環(huán)形隔板的位置。在這種中間位置，套筒的自由端可與隔板的前邊緣軸向對準?！┛勺儙缀螠u輪機可包括至少兩個所述環(huán)形隔板，其將環(huán)形進氣ロ軸向分隔成至少三個軸向相鄰的環(huán)形部分，其中至少ー個所述環(huán)形部分不包括任何進氣葉片?？勺儙缀螠u輪機可包括渦輪機葉輪，其安裝成用于圍繞殼體內的渦輪軸旋轉，殼體限定環(huán)繞渦輪機葉輪的且在進氣口內側壁和外側壁之間限定的環(huán)形進氣ロ，其中環(huán)形進氣ロ包括噴嘴結構，其包括大體朝向渦輪機葉輪延伸的大體為管形進氣通道的環(huán)形陣列，其中進氣通道的環(huán)形陣列包括至少三個軸向位移間隔開的進氣通道。噴嘴結構可設置于環(huán)形渦殼(其可軸向或周向分隔)的下游，其環(huán)繞著環(huán)形進氣通道以便將氣流傳送到環(huán)形進氣通道。進氣通道可具有沿著其至少部分長度的大體菱形，五角形，六角形或其它多邊形橫截面。在一些可變幾何渦輪機中，任何給定的進氣通道的幾何形狀可沿其長度變化。例如，進氣通道的橫截面積可減少到最低限度然后再増加。類似的，橫截面積可在沿其長度的不同位置處改變形狀。例如，進氣通道可在其進氣ロ(上游)端具有一個橫截面，而在其排氣ロ(下游)端具有另ー個橫截面。橫截面可沿其長度從進氣ロ到排氣ロ逐漸變化。進氣通道可基本是直的或可以是彎曲的。在這兩種情況下，橫截面都會相對于渦輪機葉輪的旋轉方向向前或向后掃掠?？纱嬖趦蓚€或多個相鄰的進氣通道環(huán)形陣列。相鄰的環(huán)形陣列可包括不同數(shù)目和/或不同尺寸和/或不同幾何形狀或構造的進氣通道。例如，一個環(huán)形陣列通道可限定不同于另ー個環(huán)形陣列通道的旋渦角。進氣通道可由位于環(huán)形進氣ロ內的兩個或多個環(huán)形進氣ロ隔板限定，其中相鄰的進氣ロ隔板彼此接觸或另外在周向間隔開的位置處彼此結合以便在接觸區(qū)域之間限定進氣通道。環(huán)形進氣ロ隔板可在周向成波形(波狀)，這樣在相鄰隔板之間的接觸區(qū)域大體上延伸跨過每個環(huán)形隔板的整個徑向寬度。本發(fā)明任意方面的圓柱形套筒可安裝在通過所述內側壁與進氣通道隔開的殼體腔室內，其中圓柱形套筒的自由端從所述腔室延伸到環(huán)形進氣ロ內以便限定環(huán)形進氣ロ的覽度。因此，可在套筒的自由端和外側壁之間限定通過環(huán)形進氣ロ的氣流。在一些可變幾何渦輪機中，殼體包括軸承座或中央殼體部分，以及渦輪機殼體部分，其中渦輪機葉輪在軸承座/中央殼體與渦輪殼體部分之間限定的腔室內旋轉，以及其中圓柱形套筒安裝成在軸承座/中央殼體內限定殼體腔室。本發(fā)明任意方面的圓柱形套筒可安裝在通過所述外側壁與進氣通道隔開的殼體腔室內，其中圓柱形套筒的自由端從所述腔室延伸到環(huán)形進氣ロ內以便限定環(huán)形進氣ロ的覽度。因此，可在套筒的自由端和內側壁之間限定通過環(huán)形進氣ロ的氣流。在一些可變幾何渦輪機中，殼體包括軸承座或中央殼體部分，以及渦輪機殼體部 分，其中渦輪機葉輪在軸承座/中央殼體與渦輪殼體部分之間限定的腔室內旋轉，以及其中圓柱形套筒安裝成在渦輪機殼體內限定殼體腔室。圓柱形套筒優(yōu)選可移動跨過環(huán)形進氣ロ的外徑以便選擇性地相對于通過渦輪機的氣流阻斷相應進氣通道或部分的上游端。然而，在其它可變幾何渦輪機中，圓柱形套筒優(yōu)選可移動跨過環(huán)形進氣ロ的內徑以便選擇性地相對于通過渦輪機的氣流阻斷相應進氣通道或部分的下游端?？勺儙缀螠u輪機可包括渦輪機葉輪，其安裝成用于圍繞殼體內的渦輪軸旋轉，殼體限定環(huán)繞渦輪機葉輪的且在進氣ロ內側壁和外側壁之間限定的環(huán)形進氣ロ，且還包括與環(huán)形進氣ロ的內側壁和外側壁軸向間隔開的至少ー個環(huán)形隔板以便將環(huán)形進氣ロ分隔成軸向相鄰的環(huán)形部分，以及圓柱形套筒可在環(huán)形進氣口內圍繞環(huán)形進氣ロ部分的外徑和所述至少一個環(huán)形隔板軸向移動以便改變在套筒自由端和內側壁或外側壁之間限定的環(huán)形進氣ロ的尺寸。再次，環(huán)形進氣ロ可限定在周圍渦殼(包括分隔開的渦殼或用于將氣流傳動到環(huán)形進氣ロ的腔室)的下游。在套筒自由端和內側壁或外側壁之間限定進氣ロ的有效軸向寬度(取決于套筒安裝在殼體的哪ー側)。在一些可變幾何渦輪機中，圓柱形套筒安裝成以逐步進行的方式在開放位置、封閉位置以及相應于所述或每個環(huán)形隔板的ー個或多個位置之間移動。因此套筒限制到在離散的預定位置之間移動，其中一些相應于進氣ロ隔板的位置。在一些實施例中，可防止套筒定位成其自由端位于相鄰的隔板之間。一個或多個葉片可延伸跨過至少ー個環(huán)形進氣ロ部分。因此，提供控制或操作根據(jù)本發(fā)明渦輪機的方法，其中套筒以離散的軸向步驟在相應于開放位置、封閉位置以及中間位置(在該位置，套筒的自由端與環(huán)形進氣ロ隔板對準)的位置之間移動。


現(xiàn)在將參照附圖對本發(fā)明的具體實施例進行描述。圖I是通過包括可變幾何渦輪機的已知渦輪增壓器的軸向橫截面。圖2是示意示出沿著圖I所示渦輪機的環(huán)形進氣ロー部分周邊的徑向視圖。圖3是通過包括根據(jù)本發(fā)明實施例的可變幾何渦輪機的渦輪增壓器一部分的軸向橫截面。圖4a和4b示出圖3所示渦輪機的噴嘴組件的細節(jié)。圖5是示意示出沿著圖4a和4b所示噴嘴組件的環(huán)形進氣ロー部分周邊的徑向視圖。圖6是示出圖5的示意視圖變化以便示出形成圖4a和4b所示噴嘴組件一部分的套筒的示意圖。圖7a到7d是通過根據(jù)本發(fā)明備選實施例的可變幾何渦輪機一部分的軸向橫截面。
圖8a至圖8f、9a至9d、10、lla至Ild以及圖12至17的每幅圖是示意示出根據(jù)本發(fā)明各個實施例的沿相應進氣ロ結構的周向部分的徑向視圖。圖18至19是示意示出本發(fā)明實施例的軸向橫截面。圖21是示意示出根據(jù)本發(fā)明實施例的沿環(huán)形進氣ロ結構的周向部分的徑向視圖。圖22a到22b示出根據(jù)本發(fā)明實施例的渦輪機和噴嘴組件的部分。圖23和圖24的每幅圖是示意示出根據(jù)本發(fā)明相應實施例的沿環(huán)形進氣ロ結構的周向部分的徑向視圖。圖25a和25b示出本發(fā)明實施例的變型。圖27a至27b是通過根據(jù)本發(fā)明另ー實施例的渦輪機一部分的軸向橫截面。圖28a至28b是通過根據(jù)本發(fā)明另ー實施例的渦輪機一部分的軸向橫截面。圖29a至29c示出根據(jù)本發(fā)明實施例的進氣套筒的細節(jié)。圖30a和30b示意示出本發(fā)明的可能變型實施例的細節(jié)。圖31示意性示出采用根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的軸向滑動套筒和隔板/葉片布置的渦輪機。圖32a和32b是根據(jù)本發(fā)明另外備選實施例的隔板/葉片結構的透視圖和側視示意性視圖。圖33是示意性示出了根據(jù)本發(fā)明另ー實施例的隔板/葉片結構的透視圖。圖34是示意性示出了根據(jù)本發(fā)明另ー實施例的隔板/葉片結構的透視圖。
具體實施例方式參照圖1，其示出已知的渦輪增壓器，該渦輪增壓器包括經由中央軸承座3互連的可變幾何渦輪機殼體I和壓縮機殼體2。渦輪增壓器軸4從渦輪機殼體I通過軸承座3延伸到壓縮機殼體2。渦輪機葉輪5安裝在軸4的一個端部上，以便在渦輪機殼體I內旋轉，以及壓縮機葉輪6安裝在軸4的另一端部上以便在壓縮機殼體2內旋轉。軸4圍繞著位于軸承座內軸承組件上的渦輪增壓器軸4a旋轉。渦輪機殼體I限定渦殼7，來自內燃機(未示出)的氣體傳送到該渦殼7。廢氣經由環(huán)形進氣ロ 9和渦輪機葉輪5從渦殼7流動到軸向排氣通道8。進氣ロ 9在側壁之間限定，一個側壁是可移動環(huán)形噴嘴環(huán)側壁構件11的徑向壁的表面10，而另ー側壁在環(huán)形罩板12上。罩板12覆蓋渦輪機殼體I內的環(huán)形凹進處13的開ロ。噴嘴環(huán)11支撐周向且均等間隔開的噴嘴葉片14的陣列，每個葉片延伸跨過進氣ロ 9的整個軸向寬度。噴嘴葉片14的氣體朝向渦輪機葉輪5的旋轉方向偏轉。當噴嘴環(huán)11靠近環(huán)形罩12時，葉片14通過環(huán)形罩12內的合適構造的槽突出到凹進處13內。致動器(未示出)可操作成經由致動器輸出軸(未示出)來控制噴嘴環(huán)11的位置，該致動器輸出軸鏈接到箍筋構件15。箍筋構件15依次嚙合支撐噴嘴環(huán)11的軸向延伸導桿16。因此，通過適當?shù)乜刂浦聞悠?例如該致動器可以是氣動或電動或任何其它合適的類型)，因此可以控制導桿16的軸向位置從而控制噴嘴環(huán)11的軸向位置。應該意識到，噴嘴環(huán)安裝和導向器設置的細節(jié)可與那些所述的不同。噴嘴環(huán)11具有軸向延伸的徑向內側和外側環(huán)形凸緣17和18，上述凸緣延伸到設置于渦輪機殼體I內的環(huán)形腔室19內。內側和外側密封圈20和21設置成分別相對于環(huán)形腔室19的內側和外側環(huán)形表面來密封噴嘴環(huán)11，同時允許噴嘴環(huán)11在環(huán)形腔室19內滑動。內側密封圈20支撐在形成于腔室19的環(huán)形徑向內側表面中的環(huán)形槽內，并且承靠噴 嘴環(huán)11的內側環(huán)形凸緣17。外側密封圈20支撐在形成于腔室19的環(huán)形徑向外側表面中的環(huán)形槽內，并且承靠噴嘴環(huán)11的外側環(huán)形凸緣18。從進氣ロ渦殼7流向排氣通道8的氣體越過渦輪機葉輪5，因此轉矩施加到軸4上以便驅動壓縮機葉輪6。壓縮機葉輪6在壓縮機殼體2內的旋轉增加存在于進氣ロ 22內的環(huán)境空氣的壓力，且將該加壓氣體傳送到排氣渦殼23，氣體從排氣渦殼23送入到內燃機(未示出)。渦輪機5的速度取決于通過環(huán)形進氣ロ 9的氣體流速。對于流動到進氣ロ9內的固定氣體質量流率而言，氣體流速隨著進氣ロ 9的寬度變化，上述寬度可通過控制噴嘴環(huán)11的軸向位置來進行調節(jié)。(隨著進氣ロ 9的寬度減少，流動通過該進氣ロ 9的氣體流速増加。)圖I示出進氣通道9完全開放。通過使得噴嘴環(huán)11朝向環(huán)形罩12移動，可將進氣通道9封閉到最小程度。參照圖2，其是示意性示出沿著圖I的渦輪機環(huán)形進氣ロ 9周邊部分的徑向視圖，展開且在紙張平面內平放。在該視圖中，噴嘴環(huán)11處于完全開放的位置，這樣平行線11和12分別代表噴嘴環(huán)11和罩板12，且平行線14代表延伸跨過進氣ロ 9的噴嘴葉片14的前邊緣。尺寸c是進氣ロ 9的周邊部分，以及尺寸w是環(huán)形進氣ロ 9的最大寬度。從圖2可以看出，葉片14將環(huán)形進氣ロ 9分隔成周向相鄰的進氣通道14a的環(huán)形陣列。每個進氣通道14a通常徑向延伸，但是具有由葉片14的構造導致的向前掃掠(具有減小的半徑)，如上所述，葉片14設計成使得流動通過進氣ロ 9的氣體朝向渦輪機的旋轉方向偏轉。延伸跨過進氣ロ 9整個寬度w的每個進氣通道14a的幾何形狀通過控制葉片14的構造和間距限制，但是如圖所示，其具有大體為矩形的橫截面。圖3是通過包括根據(jù)本發(fā)明實施例的可變幾何渦輪機的渦輪增壓器一部分的橫截面。其中圖I和圖3的渦輪增壓器的合適相應特征由相同的附圖標記進行標識。參考術語“軸向”和“軸向地”應該理解成指代渦輪機葉輪的旋轉軸。圖3示出渦輪增壓器的軸承座3和渦輪機殼體4，其中將壓縮機(未示出)移除。至于圖I所示的已知渦輪增壓器，渦輪增壓器軸4通過軸承座3延伸到渦輪機殼體I以及渦輪機葉輪5安裝到渦輪機殼體I內的軸4的一個端部上。渦輪機殼體I限定渦殼7，廢氣從該渦殼7傳送到環(huán)繞渦輪機葉輪5的環(huán)形進氣ロ 9。按照本發(fā)明，進氣ロ 9的尺寸通過控制可軸向滑動的圓柱形套筒30的位置來改變，圓柱形套筒30支撐在導桿31上，導桿31可滑動地安裝在由軸承座3限定的腔室19內。導桿31可具有與圖I所示的導桿16大致相同的配置，并以同樣的方式通過鏈接到導桿31的內端部31a的軛(未示出)致動。導桿31的外端部31a連接到套筒30的徑向延伸的凸緣30a。如圖所示，相應獨立的凸緣30a可設置成連接到導桿31，或套筒30可包括連接到導桿31的單個環(huán)形的徑向延伸凸緣。套筒30具有突出到進氣ロ 9內的自由端，這樣以通過套筒30經由導桿31的合適運動和定位的可控方式來改變進氣ロ的寬度。此外 ，根據(jù)本發(fā)明，進氣ロ 9至少部分限定在渦輪機殼體的面對側壁之間，在該實施例中，渦輪機殼體包括噴嘴組件34的噴嘴環(huán)32和33。在圖4a和4b中示出噴嘴組件34(連同套筒31的部段，和導桿31)的更詳細細節(jié)。噴嘴組件34的第一噴嘴環(huán)32徑向延伸跨過套筒30的渦輪機殼體腔室19的開ロ。密封圈35相對于套筒30密封噴嘴環(huán)32以便防止氣體在進氣ロ 9和腔室19之間的泄露。類似的，密封圈36相對于鄰近噴嘴環(huán)32的徑向內邊緣的渦輪機殼體來密封噴嘴環(huán)32。噴嘴環(huán)組件34的第二噴嘴環(huán)33固定到由渦輪機殼體限定的淺顯環(huán)形凹進處內的渦輪機殼體的徑向壁，而通過密封圈36相對地固定到到該徑向壁，以便防止氣體在噴嘴環(huán)33和渦輪機殼體之間泄露。周向均等間隔開的噴嘴葉片37的環(huán)形陣列在第一和第二噴嘴環(huán)32和33之間延イ申。噴嘴葉片37將環(huán)形進氣ロ分隔成周向間隔開的進氣ロ部分。徑向延伸的環(huán)形進氣ロ隔板38a、38b和38c在噴嘴環(huán)32和33之間軸向均等間隔開，并進一步將環(huán)形進氣ロ 9分隔成分為軸向間隔開的進氣ロ部分。隔板38是與渦輪軸共軸且平行于噴嘴環(huán)32和33取向的相對薄的環(huán)，這樣它們具有軸向延伸的面。因此，葉片37連同進氣ロ隔板38a-38c將環(huán)形進氣ロ 9分隔成若干分離的進氣通道39(在附圖中并未對所有進氣通道進行單獨標記)，其在圖5中最佳地示出，圖5是示意示出噴嘴組件34周邊的展開部分的徑向視圖，該噴嘴組件34相應于圖2中所示的已知進氣ロ結構。同樣，尺寸w是進氣ロ 9的整個寬度以及尺寸c是進氣ロ周長的一部分。參照圖5，葉片37以及進氣ロ隔板38a_38c分別將進氣ロ 9分隔成周向間隔開的進氣ロ通道39a、39b、39c和39d的四個軸向間隔開的環(huán)形陣列。相比之下，圖2的已知構造具有周向間隔開的進氣通道的單個環(huán)形陣列，每個進氣通道延伸跨過進氣ロ 9的整個寬度。進氣通道39a至39d的確切構造由葉片37和隔板38a至38c的構造限定，但是如圖所示，可以看出通道具有常規(guī)的矩形(在該情況下，近似正方形)橫截面。每個進氣通道39a至39d將氣流引導到渦輪機葉輪，且由于葉片37的掃掠而將氣流在朝向渦輪機葉輪5的旋轉方向的方向上偏轉。在該實施例中，每個環(huán)形陣列中的進氣通道39在周向上相鄰，且每個環(huán)形陣列39a至39d彼此軸向相鄰。如上所述，通過調節(jié)套筒30的軸向位置來控制進氣ロ 9的尺寸，套筒30滑動超越葉片和隔板的外徑。取決于套筒30的位置，由此進氣通道39a至39d的ー個或多個軸向間隔開的環(huán)形陣列可阻斷或部分阻斷通過進氣ロ 9的氣流。例如，圖4a示出套筒30處于幾乎完全開放的位置，在該位置中，氣體流動通道39a的第一環(huán)形陣列部分阻斷氣流，而進氣通道39b至39d的第二和第四環(huán)形陣列對于氣流完全開放。圖4b (以及圖3)示出套筒30處于完全封閉的位置，其中套筒30的端部承靠噴嘴環(huán)33，而進氣通道39a至39d的所有四個軸向相鄰的環(huán)形陣列封閉(在套筒30和噴嘴環(huán)33之間的進氣通道39d內經受可能的最小量的泄露)。通過控制套筒30在開放位置和封閉位置之間的位置，可打開或阻斷，或部分打開/阻斷進氣通道39a至39d的所選數(shù)目的軸向相鄰的環(huán)形陣列。例如，通過將套筒30定位成使得套筒的自由端與第一進氣隔板38a對準，進氣通道39a的第一環(huán)形陣列封閉，而進氣通道39b至39d的第二和第四環(huán)形陣列對于氣流完全開放。類似的，通過將套筒30的自由端部分地定位于進氣ロ隔板38b和38c之間，進氣通道39a和39b的第一和第二環(huán)形陣列將完全封閉，而進氣通道39d的第四環(huán)形陣列將完全開放，而進氣通道39c的第三環(huán)形陣列對于氣流將部分開放。這在圖6中示意性地示出，其疊加到圖5所示視圖的套筒30上。在本發(fā)明的上述(及以下)實施例中，套筒30可完全封閉進氣ロ，即完全阻斷進氣ロ 9。在其它實施例中，上述套筒沒有必要能夠完全封閉進氣ロ，而是可具有最終通道陣列39至少部分開放的“封閉”位置。例如，套筒的自由端可設有軸向延伸的區(qū)域，其提供適于套筒封閉位置的堅硬止動部，在圍繞 套筒周邊的區(qū)域之間限定流動間隙。在本發(fā)明的該實施例中，通過減小在進氣通道39上游處的進氣ロ 9的尺寸可實現(xiàn)氣流的加速度增加。在沒有進氣ロ隔板38的情況下，加速經過套筒30端部的氣體在其到達渦輪機葉輪5之前將軸向擴展跨過進氣ロ 9的整個寬度。這在氣流通過進氣ロ時導致氣流中顯著的能量損失，這可顯著影響限制(縮小)進氣ロ的所需效果。因此，可以預期這樣的可變幾何渦輪機是非常低效的，從而對許多應用(諸如像應用于渦輪增壓器渦輪機)而言不切實際。根據(jù)本發(fā)明，當套筒30移動超過第一和隨后的進氣ロ隔板時，氣體可在其內擴展的進氣ロ 9內的體積減小，上述類似地導致由渦輪機葉輪上游的進氣ロ 9內的氣流擴展膨脹可能造成的能量損失。這導致可以明顯地提高進氣效率。當套筒的自由端與給定的進氣ロ隔板對準時，其有效地等效于移動的徑向壁構件。在這些位置之間可存在效率下降，但是這與沒有任何進氣ロ隔板的情況的效率降低程度不同。令人驚訝的是，模擬結果表明，本發(fā)明的進氣ロ結構具有的效率比ー些已知的移動壁進氣ロ結構尤其是比較小進氣ロ寬度下時的效率甚至更高。圖3至圖6所示的本發(fā)明實施例具有三個進氣ロ隔板38，但在備選實施例中可以采用多于或少于三個的隔板。例如，僅僅提供單個進氣ロ隔板(例如在噴嘴環(huán)32和33的中間)可提聞效率使其聞于在沒有任何進氣ロ隔板的情況下的效率，且效率提聞到足夠的程度以便提供適用于渦輪增壓器和其它應用程序的有效可用的可變幾何渦輪機結構。相應于所述或每個進氣ロ隔板的位置預期渦輪機進氣ロ的效率可隨著進氣ロ尺寸的漸變而改變。然而，通過增加隔板數(shù)目可順利地獲得這種效果。雖然增加隔板(其具有軸向厚度)數(shù)目對于任何給定進氣ロ寬度w的氣流會獲得增加空氣阻カ以及減少最大橫截面流通面積的效果，但是如有必要，可通過將環(huán)形進氣ロ 9構建成使其具有比不設置隔板的情況更大的最大軸向寬度進行補償。根據(jù)本發(fā)明的渦輪機還具有優(yōu)于圖I中所示已知移動噴嘴環(huán)渦輪機的許多其它優(yōu)勢。根據(jù)本發(fā)明，作用于套筒上的壓カ和空氣動カ與作用于徑向壁上的那些相比會顯著減小。例如，由流動通過進氣ロ的空氣導致的作用于套筒30上的軸向カ比作用于套筒30上的軸向カ顯著減小。這允許使用更小、功能更強大的驅動器，此外在致動器和套筒之間的聯(lián)動件的鏈接穩(wěn)固性低，因為移動套筒并將其保持在位所需的軸向力顯著小于控制徑向壁位置所需的軸向力。作用于套筒上的軸向カ小于作用于徑向壁上的軸向力，上述還簡化了對進氣ロ尺寸的精確控制。將圓柱形套筒用作用于改變進氣ロ尺寸而不是移動徑向壁的尺寸還避免了對設置接納葉片的槽的需求，因為進氣ロ尺寸減小，上述需求是已知進氣ロ結構所需的，該已知進氣ロ結構包括可移動噴嘴環(huán)(例如如圖I所示)和另外的可選結構，其中葉片是固定的，且開槽罩板在葉片上方軸向移動以便改變進氣ロ寬度。因此，本發(fā)明消除了在移動部件和葉片陣列之間的許多接ロ需求，上述需求反過來又増加了制造公差。不設置這種插槽也減少了葉片陣列周圍的氣體泄漏，并簡化了密封要求。優(yōu)選的，套筒圍繞進氣ロ部分，已發(fā)現(xiàn)上述賦予改進的空氣動力學性能。換言之，套筒內徑大于ー個或多個進氣ロ部分的外徑(或外部徑向延伸程度)。在另ー個實施例中，套筒可由進氣ロ部分環(huán)繞。換言之，套筒外徑可小于ー個或多個進氣ロ部分的內徑。在另ー實施例中，套筒可移動通過一個或多個進氣ロ部分。換言之，套筒直徑(如內徑或外徑，或平均直徑)可小于ー個或多個進氣ロ部分的外徑，但大于一個或多個進氣ロ部分的內徑。已知的設備包括可移動的噴嘴環(huán)，其中移動壁構件包括例如如圖I中所示的葉片，已知設備還經受由葉片使其偏轉的氣流導致的很大扭矩。本發(fā)明在移動部件上不存在這種扭矩，上述進ー步降低致動器和致動器鏈接件(聯(lián)動裝置)上的力。根據(jù)圖3和4所示的本發(fā)明實施例，進氣ロ通道39由噴嘴組件34限定，噴嘴組件34包括支撐進氣ロ葉片37和隔板38的噴嘴環(huán)32和33。噴嘴環(huán)32和33從而限定渦輪機的環(huán)形進氣ロ 9的側壁。這種結構具有很多優(yōu)勢，例如允許不同構造的噴嘴組件安裝到同ー個渦輪機殼體，這樣進氣ロ結構(即進氣通道39的構造)可在另外的大致相同的渦輪機之間進行變化。該(模塊化)構造可具有制造上的效益。然而，應該意識到限定進氣通道39的葉片37和隔板38 (或限定如下所述進氣通道39的任何其它結構)沒有必要形成于可分離的模塊化噴嘴組件內，但可以與渦輪增壓器殼體(例如典型渦輪機結構內的軸承座和/或渦輪機殼體)一體鋳造或加工。在這種實施例中，進氣ロ 9的側壁沒有必要由圖3和圖5的實施例那樣的離散噴嘴環(huán)形成。因此，雖然在下述說明中通常利用附圖標記32和33來標識區(qū)分渦輪機進氣ロ 9的側壁，但這些并不應該被認為是對噴嘴環(huán)32和33的限定。在圖3-6所示的本發(fā)明實施例中，渦輪機噴嘴包括三個進氣ロ隔板38，但如上所述，在本發(fā)明的備選實施例中可存在更多或更少的進氣ロ隔板。例如，僅僅具有ー個或兩個進氣ロ隔板的實施例可有效地顯著地提高渦輪機進氣ロ的效率，其中用于改變進氣ロ尺寸的移動部件是環(huán)繞葉片陣列的圓柱形套筒。類似的，在某些實施例中，具有多于三個隔板的實施例可能是有利的。在某些應用中，諸如像渦輪增壓器的應用中，預計3至6個隔板將是合適的。隔板沒有必要跨過進氣ロ 9的寬度軸向均等間隔開，在單個隔板的情況下，氣沒有必要位于進氣ロ 9的側壁之間。在任意兩個相鄰的隔板之間或在隔板與進氣ロ相鄰側壁之間的軸向間距可從進氣ロ 9的軸向ー側向另ー側增加或減小，或可先增加后減小，或反之亦然。例如，在多于ー個進氣ロ隔板的情況下，在相鄰隔板之間的或在任意隔板和進氣ロ側壁之間的軸向間隔可跨過進氣ロ 9而減小/増加，這樣隨著進氣ロ 9逐漸由圓柱形套筒封閉，任意暴露的進氣通道39的軸向寬度減小/増加。
在圖3-6所示的本發(fā)明實施例中，每個進氣ロ隔板包括同等厚度的徑向延伸壁，這樣每個隔板的相對表面位于徑向平面內。此外，每個隔板的相面對表面都平行于彼此，以及平行于限定環(huán)形進氣ロ 9側壁的噴嘴環(huán)32和33的相面對表面。在本發(fā)明的備選實施例中，任意給定隔板的相面對表面沒有必要平行于彼此和/或沒有必要平行于相鄰隔板或進氣ロ側壁的相面對表面。例如，單個進氣ロ隔板相對表面的ー個或兩個可位于圍繞渦輪軸旋轉的截頭圓錐形表面。這些表面可彼此平行，或可以相反方向成角度傾斜。在包括若干截頭圓錐形隔板的實施例中，相鄰隔板可具有相面對的表面，上述表面可彼此平行，或定位于相對于彼此成一定角度。類似的，進氣ロ側壁(例如噴嘴環(huán)32和33)可具有與相鄰進氣ロ隔板的面對表面平行或成角度的表面。進氣ロ隔板可具有均一的軸向厚度，或可具有沿其半徑變化的厚度。例如，隔板可具有隨半徑縮小的軸向厚度。例如，進氣ロ隔板可具有錐度或可具有徑向的橫截面，其具有類似于傳統(tǒng)進氣葉片的翼形狀。上述的ー些可能備選實施例的實例在圖7a到7d中示出。這些附圖是通過渦輪機進氣ロ 9的簡化的徑向橫截面，其包括側壁11和12，以及隔板38。為了簡化在一些附圖中省略了進氣葉片37的細節(jié)。
圖7a示出了包括環(huán)形進氣ロ 9的一個實施例，該環(huán)形進氣ロ 9限定在側壁32和33之間，且包括具有三個隔板38a-38c的ー個噴嘴。在該特定情況下，隔板38c比相鄰隔板38b更靠近側壁33。類似的，隔板38a和38b之間的間隔以及側壁32和隔板38a的間隔大于隔板38c和側壁33之間的間隔。在該特定實施例中，隔板相對于彼此以及相對于側壁32和33成徑向且與其平行。圖7b是圖7a中所示結構的變型，其中渦輪機殼體I的側壁33定位成截頭圓錐形表面，因此相對于隔板38c成角度。在備選實施例中，側壁32可以類似的方式成角度，以及在一些實施例中，兩個側壁32和33都可成角度從而使得環(huán)形進氣ロ 9的兩個側面對內成錐度。圖7c示出了一個實施例，其包括三個進氣ロ隔板38a_38c，其具有跨過進氣ロ 9的逐漸增加的間距，這樣當套筒30移動而更靠近進氣ロ時，進氣通道39的軸向寬度増加。在圖7d所示的實施例中，進氣ロ噴嘴包括5個隔板38a_38e。如可以看出的那樣，隔板的橫截面具有“扇形”布置。也就是說，位于進氣ロ側壁32和33之間的中央隔板38c位于徑向平面上，而噴嘴環(huán)38a、38b以及隔板38d和38e都傾斜定位，這樣它們中的每ー個定位于截頭圓錐形表面上，其效果是進氣通道39趨于朝向中央進氣ロ隔板38c收斂會聚。此外，其效果還有限定漸細的噴嘴，其具有在噴嘴環(huán)38a和噴嘴環(huán)38e之間限定的最大寬度，且上述最大寬度隨著半徑縮小而變窄。換句話說，噴嘴向內逐漸減小(漸細)。通過布置噴嘴環(huán)38a和38e而非使得側壁32和33傾斜可獲得類似的效果。進氣葉片可具有任何合適的構造，例如可具有類似于已知進氣葉片的常規(guī)翼型構造，或它們可具有任何備選的構造，選擇上述構造以便限定進氣通道39的特定布置和構造。即，由于葉片和進氣ロ隔板一起限定進氣通道39的構造和取向，通過適當?shù)卦O計單獨的噴嘴葉片或進氣ロ隔板的構造和取向可得到各種不同的進氣通道構造，此外，可設計成在單個的噴嘴組件內具有各種不同構造的進氣通道。如上所述，渦輪機進氣ロ的效率可隨著套筒移動到不同位置而改變，且在套筒自由端與其中一個隔板對準的位置處的渦輪機進氣ロ的效率大于定位于隔板之間時的渦輪機進氣ロ的效率。因此，在本發(fā)明的一些實施例中，適于套筒的致動器和/或控制系統(tǒng)可配置成使得套筒只在完全開放和封閉(包括任何“過度開放”或“過度封閉”)位置以及相應于ー些或所有隔板定位的位置之間以逐步方式移動，且不會移動到相鄰隔板之間的位置。上述導致的效果是提供進氣ロ，其具有介于最大和最小之間的若干離散尺寸。這可提供效率高的優(yōu)點，并可允許使用較低成本的致動器。類似的，在本發(fā)明的一些實施例中，希望將隔板定位于相應于套筒位置(即，進氣ロ尺寸)的特定軸向位置處，上述對于渦輪機的某些預定運行狀況是最佳的。例如，適于渦輪增壓器渦輪機的這種位置可相應于適于以發(fā)動機峰值扭矩、額定發(fā)動機轉速和高速公路巡航點的優(yōu)選進氣ロ寬度。在某些應用中，例如在渦輪增壓發(fā)電機中，產生動力的發(fā)電機可以固定負載和/或速度運行，沒有必要連續(xù)地調整渦輪機的進氣ロ寬度。在這種實施例中，隔板可設置于相應于特定運行條件所需的最佳進氣ロ寬度的位置處，以及套筒操作成僅在相應于所述或每個隔板位置的位置之間移動。在上述的本發(fā)明實施例中，每個進氣葉片可視為包括由進氣ロ隔板分隔開的軸向相鄰的進氣葉片部分。因此，在所示的實施例中，每個葉片37可視為包括下述部分，其軸向對準使其等同于延伸跨過進氣ロ整個寬度的單個葉片。然而，在可選實施例中，例如希望使得相鄰成對的進氣ロ隔板之間的進氣葉片部分在周向上錯開，而在ー些實施例中，不再可能確定延伸跨過進氣ロ 9整個寬度的單個葉片的等同度。例如，在一個實施例中，套筒30從進氣ロ的渦輪機殼體側被驅動，因此，當進氣ロ封閉時，套筒30的自由端朝向進氣ロ的軸承座側移動(這種可能性在下文進行進一步的更詳細論述)，進氣通道39c和39d的陣列導致渦輪機葉片中的振動和疲勞的能力降低，因為渦輪機前邊緣的輪轂端更牢固地連接到渦輪機輪轂(由此更靠近渦輪機葉輪背面)。在本發(fā)明的一些應用中，會希望在較小的進氣ロ開ロ處將渦輪機效率最大化，從而葉片陣列39c和39d可具有相對于渦輪機葉輪的減小的間隙(如圖所示)，以提高效率(假設當渦輪機葉片在該區(qū)域中受到更穩(wěn)固支撐時上述不導致任意明顯的振動/疲勞問題)。此外，當套筒處于幾乎封閉位置(其中套筒30的前邊緣延伸超過進氣ロ隔板38c的位置)時，陣列39d中葉片的旋渦角增加可以提供些許的效率提高。這樣當套筒幾乎封閉時，上述具有降低橫截面流通面積隨著套筒運動的變化速率的額外效果，上述允許致動器更精確地控制執(zhí)行橫截面流通面積。對于某些發(fā)動機應用(諸如對于廢氣再循環(huán)EGR)而言，希望降低ー個或多個進氣ロ通道陣列39a-39d中的渦輪機效率。例如，在某些應用中希望在進氣ロ寬度相對開放的情況下降低效率。例如這種效率降低可通過降低葉片的徑向延伸程度(如圖所示)和/或通過增加葉片的周向寬度或以其它方式配置葉片來減小有效的進氣面積?？梢酝ㄟ^提供對流動的其它障礙，例如軸向延伸到通道內的柱可進ー步減小進氣面積。陣列的軸向寬度可減少以便增加有效的摩擦損失，以及葉片的旋渦角可配置成提供混合的旋渦。其它實例(未示出)可包括由相似的和均勻分布的柱構成的環(huán)，由柱構成的兩個或兩個以上的同心環(huán)，由不均勻和隨機分布的柱構成的環(huán)，或者甚至是設置成逆轉氣體旋渦角的葉片構成的 環(huán)形(即使得氣體在渦輪機相反的方向上旋轉)的葉片構成的環(huán)。在本發(fā)明的上述實施例中，每個進氣ロ隔板是環(huán)形的，因此圍繞進氣ロ 9的整個周邊(周長)延伸。然而，每個進氣ロ隔板可被視為包括在相鄰進氣葉片(或葉片部分)之間限定的相鄰隔板部分的環(huán)形陣列。在圖3-6所示的實施例中，每個隔板38的隔板“部分”對準以限定相應的環(huán)形隔板。然而，在備選實施例中，會希望有效地省略一些隔板部分，且在ー些實施例中，不再可能確定環(huán)繞進氣ロ 9的整個周邊延伸的單個進氣ロ隔板的等同度(等效性)。在圖8a至8f以及圖9a至9d中示出各種備選實施例的非限制實例。這些附圖是相應實施例的周邊未滾軋部分的例如相應于圖2和圖5所示視圖的示意性徑向視圖。圖8a示出了一個實施例，其中進氣葉片部分37a_37d在相鄰的進氣ロ隔板38之間以及在隔板38內和側壁32、33之間延伸。不存在跨過隔板38連續(xù)的單個進氣葉片37，其效果是獨立的進氣通道39布置成周向交錯的環(huán)形陣列39a-39b (在軸向相鄰的通道39之間存在周向重疊)。圖8b是圖8a中所示實施例的變型，其中一些葉片37確實延伸跨過進氣ロ 9的整個寬度，而其它葉片部分僅僅在相鄰的隔板38之間或隔板38與使能的進氣ロ側壁32/33 之間延伸。同樣存在周向相鄰進氣通道39a-39d的四個環(huán)形陣列，但在這種情況下，每個環(huán)形陣列包括不同尺寸的進氣通道39，在這種情況下，一些進氣通道具有長方形的橫截面，而其它進氣通道具有方形的橫截面。圖8c示出本發(fā)明的一個實施例，其中進氣葉片37分別從側壁32和33延伸，但其中沒有單個的進氣葉片37延伸進氣ロ 9的整體寬度。在這種情況下的效果是形成進氣通道39a-39b的周向相鄰的四個環(huán)形陣列，其中鄰近每個側壁32和33的通道具有長方形的橫截面，而在隔板38之間限定的通道39b和39c具有常規(guī)的方形橫截面。圖8d示出本發(fā)明的一個實施例，其中進氣ロ葉片37僅延伸跨過進氣ロ 9的整體寬度的一半，在這種情況下，其從側壁32延伸到中央進氣ロ隔板38b。在這種情況下，只存在進氣通道39a和39b的兩個環(huán)形陣列，而39c和39d的每個“陣列”分別由單個環(huán)形通道路徑39c和39d替代。雖然可設置沒有任何葉片或跨過其的其它結構的單個“無葉片”空間39d，但是如果要設置兩個無葉片空間(如圖8d中所示)，那么將其隔開的隔板將需要支撐。這例如可以是下述形式，軸向延伸的至少三個小支柱圍繞渦輪機進氣ロ在該中央隔板和相鄰隔板或側壁之間間隔開。在側壁32或33之一和通道的環(huán)形陣列之間(即在渦輪機進氣ロ的一個軸向端處)的單個無葉片空間19c會是非常有益的。當套筒完全開放時，通過暴露所包括的無葉片空間，可變幾何渦輪機的流通范圍可顯著增加。任選的，無葉片空間的徑向向外的進氣ロ在軸向上可比徑向向內的排氣ロ(未示出)更寬。附圖8e和8f的實施例還包括沒有任何葉片的至少ー個環(huán)形進氣通道。在圖8e的實施例中，單個的進氣ロ隔板38和葉片37從側壁32延伸到進氣ロ隔板38，但不從進氣ロ隔板38延伸到側壁33。這形成相鄰的進氣ロ通道39a的第一環(huán)形陣列和單個的環(huán)形進氣通道3%。圖8f是圖Se中所示實施例的ー個極端實例，其中僅存在單個葉片37，示出其從側壁32延伸到單個的進氣ロ隔板38。雖然在此僅僅示出單個葉片37，但是可以理解，存在徑向相対的葉片37，這樣在第一環(huán)形陣列中存在兩個相鄰的半圓形進氣部分39a，以及軸向相鄰的單個環(huán)形進氣通道3%。在實踐中，本發(fā)明不太可能被用于僅僅需要單對徑向相對的葉片37的應用。在一些實施例中，存在至少六個葉片，以幫助確保葉片的兩端足夠靠近到一起而不會不切實際的長和導致過多的氣體摩擦。這也可有助于氣體以相對均勻的方式旋渦(例如圍繞周向的恒定旋渦角)，如果少于六個葉片則難于實現(xiàn)上述。在一些實施例中，可存在至少9個葉片，優(yōu)選存在至少12個葉片，通常存在至少14個葉片。舉例來說，這種渦輪機進氣ロ可具有9-18個葉片，對于非常小的渦輪增壓器的渦輪機適于具有大約13-16個葉片以及對于非常大的機動渦輪機適于具有大約15-18個葉片。在本發(fā)明的一些實施例中，由隔板導致的表面摩擦可通過降低隔板和葉片的軸向延伸程度由此降低葉片長度而減小。如果有必要或需要，可増加葉片數(shù)目以便增カロ“葉片的穩(wěn)固性”。根據(jù)目前可得到的材料，以及預期的氣體脈動和溫度變化，例如對于本發(fā)明的一些應用(例如重型發(fā)動機渦輪增壓器應用)而言，周向分布多達30個氣體通道會是合適的。在其它實施例中，例如對于輕型發(fā)動機渦輪增壓器應用而言，周向分布多達40個氣體通道會是合適的。例如對于燃料電池渦輪增壓器應用而言，周向分布多達75個或以上的氣體通道會是合適的(原因在于較低的排氣溫度和沒有氣體脈動)。對于在低溫、低渦輪機壓差、低的氣體流速以及沒有氣體脈動和溫度變化的情況下運行的非常大的渦輪機而言，周向分布100個氣體通道會是合適的。因此周向分布的氣體通道(可能所有都至少部分軸向重疊)數(shù)目會一般在8和 100之間。在其它實施例中，會在12和100之間，或在18和100之間(或許是23和100之間，可能是26和100之間或可以想象到的30至100之間)。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可提供兩個軸向分隔開的氣體通道環(huán)形陣列，每個環(huán)形陣列具有12至100個周向分布的氣體通道。為了簡單起見，沒有示出具有較大數(shù)目周向分布氣體通道的這種結構，但應理解在此所述的結構是示例性的，所述的原則可適用于設置具有較大數(shù)目周向分布氣體通道，任選的在18和100之間。因此，應該意識到，葉片數(shù)目可與圖8a_8f所示的那些不同。圖9a至9d示出其中葉片37延伸跨過進氣ロ 9整個寬度的實施例，但至少ー個或多個進氣ロ隔板可僅僅沿著部分進氣ロ周邊延伸。圖9a示出本發(fā)明實施例，其包括延伸跨過進氣ロ 9整個周邊(在該情況下在側壁32和33之間)的單個進氣ロ隔板38和在其它對葉片37之間延伸的進氣ロ隔板部分38a和38c (其延伸跨過進氣ロ 9的整體寬度)。圖9b所示實施例與圖9a所示實施例的不同之處在于存在沿著進氣ロ 9的整個周邊延伸的兩個隔板38a和38d，但是在此隔板38c分為在每ー其它對葉片37之間延伸的非連續(xù)隔板部分。圖9c示出一個實施例，其中不存在沿著環(huán)形進氣ロ 9的整個周邊延伸的單個進氣ロ隔板，而是進氣ロ隔板38a-38c包括在相鄰對的進氣ロ葉片37之間延伸的隔板部分。在所示的特定實施例中，進氣ロ隔板部分38b相對于進氣ロ隔板部分38a和38c在周向上交錯。単獨的進氣通道39在軸向上交錯，因為在周向相鄰的通道39之間存在軸向重疊。圖9d的實施例示出噴嘴的另ー實例，該噴嘴不包括沿著環(huán)形進氣ロ 9的整個周邊延伸的單個進氣ロ隔板。此外，該實施例示出在ー對葉片之間延伸的進氣ロ隔板部分之間的間隔如何與在相鄰對葉片之間延伸的進氣ロ隔板部分之間的間隔不同。圖8和9的實施例具有進氣ロ通道39的常規(guī)規(guī)則陣列。但是沒有必要是這種情況。例如，圖10示意性示出一個實施例，其中不存在沿著環(huán)形進氣ロ的整個周邊延伸的單個進氣ロ隔板，也不存在延伸跨過進氣ロ整個寬度的單個進氣ロ葉片。在該情況下，通道陣列是非常不規(guī)則的。在實踐中，該特定模式可能不是特別理想的，但包括其以便示出根據(jù)本發(fā)明ー些實施例可獲得的變型程度(存在制造業(yè)適用性的問題)。應該意識到上述的本發(fā)明的各個實施例的葉片或葉片部分可具有任意合適的橫截面或構造。例如，葉片可具有相對傳統(tǒng)的翼型構造。在一般情況下，其可有利于確保每個葉片的前邊緣具有與每個葉片后邊緣相比的厚度増加。葉片前邊緣的厚度増加對于氣流撞擊到葉片上的入射角的任何變化提供更高的寬容性。也就是說，取決于渦輪機渦殼內的流量/壓力，可以改變氣體將撞擊到葉片上的方向。如果氣體以一定的角度撞擊到簡單的片狀結構上，它可能會導致流動到里側的氣流與片狀結構分開而留下顯著降低效率的旋渦/紊流區(qū)。
此外，應該意識到，葉片的構造和/或布置可有所不同，以便形成具有所需構造的進氣ロ流動通道39。例如，通道39彎曲而非沿著基本直線路徑通常是有利的。鑒于根據(jù)本發(fā)明的各種可能的替代結構，因此不會總是可以將進氣ロ噴嘴結構視為包括傳統(tǒng)意義上的離散進氣葉片或甚至葉片部分。因此類似的，可能會不能確定各個進氣ロ隔板或隔板部分。相反，在更廣泛的方面，它可能更適合于將本發(fā)明視為有關的進氣ロ噴嘴結構，該進氣ロ噴嘴結構可限定多個離散的進氣通道，上述進氣通道可采取不同構造，且可以各種不同的方式進行布置。與圖3至圖10中所示的本發(fā)明實施例相同，渦輪機噴嘴包括至少兩個軸向間隔開的進氣通道環(huán)形陣列。在一些實施例中，單個軸向“陣列”實際上可包括僅僅ー個周向上的進氣通道。然而，在大多數(shù)實施例中，預期每個環(huán)形陣列將包括圍繞環(huán)形進氣ロ在周向上間隔開(例如相鄰)的許多進氣通道。在本發(fā)明的任意給定實施例中，可以不同的方式來確定周向間隔開的進氣通道39的環(huán)形陣列。例如，圖Ila至Ild示出圖9d的實施例，但是可以不同的方式確定周向間隔開的通道39的軸向間隔開的環(huán)形陣列。例如，首先參照圖11a，確定四個進ロ通道39a至39d的環(huán)形陣列。在該情況下，第一陣列的進氣通道39a具有不同的軸向寬度，但是彼此相鄰。第二陣列的每ー進氣通道39b具有相同的軸向寬度，但彼此相對交錯(錯開)，且并不總是彼此相鄰。周向間隔開的進氣通道39c的第三環(huán)形陣列確定成具有相同的軸向寬度和位置，但并不彼此相鄰。最后，周向間隔開的進氣通道39d的第四環(huán)形陣列相應于第一陣列39a。對于本發(fā)明的任何特定實施例而言，沒有必要確定進氣通道的兩個以上的不同軸向間隔的環(huán)形陣列，甚至可存在兩個以上的此類陣列吋。例如，圖Ilb示出間隔開的進氣通道39a和39b的僅僅兩個環(huán)形陣列。在該情況下，每個環(huán)形陣列內的進氣通道相對于彼此在周向和軸向上都不相鄰。在圖Ilc中示出周向間隔開的進氣通道的兩個不同環(huán)形陣列39a和3%。在該情況下，第一陣列的進氣通道39a實際上與第二陣列的進氣通道39b在周向上相鄰，通過每個陣列的通道軸向尺寸的重疊來獲得軸向間距。也就是說，進氣通道39b具有大于進氣通道39a的軸向寬度，這樣每個進氣通道39b的至少一部分與進氣通道39a軸向間隔開。最后，圖Ild示出確定進氣通道39a和39b的兩個軸向間隔開的環(huán)形陣列的另ー種方法。在該情況下，通道39a和39b彼此軸向相鄰，但每個陣列的通道39在周向上并不相鄰。
應該理解，根據(jù)本發(fā)明的進氣通道的進ー步可能的不同環(huán)形陣列可由圖Ila-Ild所示的本發(fā)明實施例來確定，且與本發(fā)明的其它實施例類似，可以不同的方式來確定進氣通道的軸向間隔開的不同環(huán)形陣列。根據(jù)圖3至圖11所示的本 發(fā)明所有實施例，每個進氣通道39具有大體為直線形的橫截面。然而，替代的橫截面部分也是可能的，諸如像在圖12和13中所示的由進氣ロ側壁50限定的菱形或六角形橫截面。這些是實施例的實例，其中不一定適當?shù)貙⑷我鈫蝹€的進氣ロ側壁50視為構成傳統(tǒng)意義上的葉片或有別于進ロ葉片的進氣ロ隔板。然而，在每一種情況下，噴嘴結構清楚地包括多個進氣通道39。在圖12或13中示出確定周向間隔開的通道39a和39b的兩個軸向間隔開的不同環(huán)形陣列的ー種方法。在這些實施例的每ー實施例中，在所確定的每ー環(huán)形陣列的進氣通道在周向上彼此相鄰。這些實施例的另ー個特點是，跨過進氣ロ軸向間隔開的相鄰環(huán)形陣列在一定程度上彼此重疊。也就是說，第二環(huán)形陣列的每ー獨立進氣通道39b的一部分與第一環(huán)形陣列的每ー進氣通道39a的一部分軸向重疊。據(jù)信這種噴嘴結構將進ー步緩和渦輪機效率的任何傾向，以便具有帶有不同進氣ロ尺寸的“逐階”特點?？邕^進氣ロ軸向間隔開的相鄰環(huán)形陣列以另外ー種方式彼此重疊。也就是說，第ニ環(huán)形陣列的每ー獨立進氣通道39b的一部分與第一環(huán)形陣列的每ー進氣通道39a的一部分軸向重疊。據(jù)信這種噴嘴結構將進ー步緩和渦輪機效率的任何傾向，以便具有帶有不同進氣ロ尺寸的“逐階”特點。圖14和15示出與圖12和13相同的實施例，但是示出確定進氣通道39a和39b的軸向間隔開的環(huán)形陣列的不同方法。在該情況下，在每ー實施例中確定軸向間隔開但不軸向重疊的兩個進氣通道環(huán)形陣列。再次應該意識到，進氣通道的精確構造通過限定上述構造的壁來控制，以及可將噴嘴結構設計成在噴嘴結構內的不同進氣通道具有的構造與同一噴嘴結構內的其它進氣通道的構造不同。例如圖16中示出圖12和13所示的“蜂窩型”實施例的變型。根據(jù)該實施例，進氣ロ側壁50同樣限定大體為六角形的進氣通道39，但在該情況下，陣列是稍微有點不規(guī)則的。示出確定兩個軸向間隔開的進氣通道30a和39b的實例的ー種特定方法。應該意識到通過采取類似于例如關于圖Ila至Ild上述的方法來確定交替間隔開的進氣通道環(huán)形陣列。在圖3至圖16所示以及上述的本發(fā)明所有實施例中，噴嘴結構包括多個進氣通道，上述進氣通道包括分別與其它兩個進氣通道周向和軸向間隔開的至少ー個進氣通道，或實際上與其它兩個進氣通道的每ー個都周向和軸向間隔開的至少ー個進氣通道。上述間隔可是如此的以致于至少一些通道彼此相鄰，并且在至少ー些通道之間可存在軸向和/或周向的重疊。表達這種關系的一種其它方式是在所示的每一本發(fā)明實施例中，可以確定周向間隔開(以及可能相鄰和/或周向重疊(或交錯))的第一對進氣通道，以及可以確定軸向間隔開(以及可能相鄰和/或周向重疊(或交錯))的第二對進氣通道。根據(jù)如何確定上述成對的進氣通道，在某些情況下可能僅僅需要三個通道來限定上述兩對進氣通道，其中第一和第二對共用一個進氣通道。例如，圖17示出了圖13和15所示的上述實施例。參照圖12，第一進氣通道60與第二進氣通道61周向間隔開且與第三進氣通道62軸向間隔開。在該情況下，通道彼此相鄰。類似的，單個進氣通道63與進氣通道64周向間隔開以及與進氣通道65軸向間隔開。在此通道不相鄰。例如進氣通道60和61可被視為包括第一對周向間隔開的進氣通道(以及憑借其軸向重疊而軸向間隔開)，以及進氣通道60和62可被視為包括軸向間隔開的第ニ對進氣通道，其中上述第一和第二對共用單個進氣通道60。類似的，例如進氣通道63和64可被視為包括周向間隔開但非相鄰的第一對進氣通道，以及進氣通道63和65可被視為包括軸向間隔開(且在該情況下還周向間隔開)的第二對進氣通道，在該情況下上述第一和第二對共用單個進氣通道63。備選的，例如進氣通道60和63可被視為包括第一對周向間隔開的進氣通道，以及進氣通道64和65可被視為包括第二對軸向間隔開的進氣通道參照圖18到20，這些示出本發(fā)明的實施例的視圖，其包括軸向橫截面通常分別相應于圖7a、7b和7d的“菱形”進氣通道39的陣列。其示出噴嘴向內漸細，包括隨著半徑減小而變窄的不同進氣通道39。應該意識到，同樣的方法可采取例如在圖13和15中所示的六邊形進氣通道陣列。更一般性的，應該意識到，進氣通道39的構造可在本發(fā)明的實施例之間顯著變化。例如，進氣通道39可具有相對于渦輪機葉輪5的旋轉方向的更大或更小程度的向前掃掠，以便導致進氣氣流中的更多或更少的旋渦。掃掠的程度(或旋渦角)可沿進氣通道的長度變化。不同的進氣通道可具有不同的旋渦角。例如，一個進氣通道環(huán)形陣列的所有進氣通道可具有相同的旋渦角，但是可與另ー進氣通道環(huán)形陣列(例如相鄰)的旋渦角不同。此外，個別(単獨的或不同的)進氣通道39可具有沿其長度為恒定的橫截面面積，或其可漸細，或例如其可變窄然后再次在其上游到下游兩端之間擴展。例如在進氣通道進氣ロ處的橫截面積可從ー種尺寸和/或形狀變化到在其排氣ロ處的另ー種尺寸和/或形狀通。例如橫截面形狀在其進氣ロ處可為菱形或六角形，且逐漸變?yōu)樵谄渑艢猊硖幍母鼮殚L方形或正方形的形狀。在本發(fā)明的一些實施例中，合適的是使得進氣通道39受限到徑向平面，例如大致等同于已知的渦輪增壓器噴嘴設計，其包括直形葉片，即上述葉片位于包含渦輪增壓器軸的平面上。參照圖18，例如，如前所述，隨著套筒30的軸向移動，進氣ロ 9的尺寸也改變。噴嘴的進氣通道39具有兩個大體上為徑向的氣體通道(在使用過程中其將氣體向內大體上為徑向朝向渦輪機葉輪引導)。這兩個大體上為徑向的氣體通道39在周向上彼此間隔開，且布置成使得每個氣體通道39具有ー個開ロ，該開ロ布置成單個的大體為圓柱形軸向滑動套筒可軸向移動經過氣體通道，并且可選擇性地關閉開ロ的至少一部分?；瑒犹淄策€可大體上關閉兩個氣體通道39中的每個開ロ。氣體通道39的每個開ロ在軸向方向上重疊。當套筒處于第一位置吋，套筒可關閉兩個開ロ的第一開ロ的至少一部分，而兩個開ロ的第ニ開ロ基本不由套筒阻斷而完全暢通無阻。例如，套筒可使兩個開ロ的第二開ロ完全暴露于進氣渦殼。在套筒的第二位置，套筒至少部分關閉第一和第二開ロ。雖然從某種意義上而言，例如圖12和13中所示的“菱形”和“蜂窩狀”結構沒有必要被視為包括傳統(tǒng)意義上的葉片，或清楚分辨的隔板，但實際上其可由合適構造的離散進氣ロ隔板來構建這種噴嘴結構。例如，圖21示出如何通過將軸向相鄰的隔板壓到一起來構建圖13中示意性示出的結構，在圖中標出其中的四個78a-78d。這些隔板的每ー個是環(huán)形的，但沿著“波狀墊圈”的線在周向上成波狀，且以“異相”對準(在周向上交錯)，這樣在相鄰隔板之間限定六邊形的進氣通道39。如果每個隔板的波紋嚴格地徑向延伸，則每個進氣通道39將沿半徑延伸。然而，通過使得波紋相對于周向方向向前掃掠，可限定類似向前掃掠的進氣通道39。上述在圖22a到22d中示出。圖22a示出隔板80中的七個隔板，上述隔板在組裝到噴嘴結構內之前設置螺旋波紋。為了形成最終的噴嘴，可通過任何適當?shù)姆绞綄⒏舭?0壓在一起且相互結合。圖22b是通過渦輪增壓器一部分的橫截面，其中最終的噴嘴結構保持原位。圖22c是沿著渦輪增壓器軸4m看去的環(huán)繞渦輪機葉輪5的噴嘴結構的端視圖，以及圖22d是例如相應于圖18的軸向橫截面。應該意識到可對圖21和圖22a至22d所示的本發(fā)明實施例進行各種變型。例如，波紋或波浪可采取各種形式，包括正弦和對角線或“V”形，或適于限定進氣通道39的所需構造的任何其它形狀。此外，根據(jù)所示實施例，每個隔板80為波紋構造，但在其它實施例中，希望將非波紋狀(波狀)(例如嚴格意義上的徑向)的隔板放置到ー對或多對波狀隔板之間以便改變進氣通道39的構造和跨過進氣ロ的某些軸向位置。類似的，個別(単獨的或 不同的)波狀隔板80可以下述方式壓到一起，使得隔板80之間的接觸面積大于或小于圖16至17中所示的那些，從而同樣改變進氣通道的構造。事實上，接觸面積可跨過噴嘴結構的半徑來限定進氣通道39，其具有相應的不同(變化)橫截面面積。存在用于將隔板結合到一起的各種可能性。例如隔板可被焊在一起(例如使用銀釬焊或適于在渦輪機進氣ロ內所經受高溫的其它釬焊)，或相鄰隔板可設置有配合結構，諸如互補的突起和凹進處。備選的，隔板可被點焊到一起。對于本領域的合適技術人員而言明了其它適當?shù)闹苽浞椒?。根?jù)圖21和圖22a至22d所示的本發(fā)明實施例，相鄰隔板以反相對準，使每ー其它隔板70直接對準。這將形成蜂窩狀結構，其中軸向相鄰的進氣通道39沿著渦輪增壓器軸精確對準。但是，通過在如圖23所示的每個連續(xù)隔板內引入稍微周向的偏離，軸向相鄰的進氣通道39可如線90所示那樣在周向上錯開，示出線90與虛線91成一定的角度，虛線91平行于渦輪增壓器軸。例如當套筒處于開放位置時，上述可用于部分緩解渦輪機葉片的高周疲勞。在一些實施例中，隔板通?？蔀榄h(huán)形，且具有大致為雙曲拋物面的表面(即通常由雙曲拋物面表面部分限定的表面)。通常將雙曲拋物面稱為具有鞍形。在笛卡爾幾何坐標系中通過下述方程可限定一種類型的雙曲拋物面f へ—ニ.
ベ·. Ui其中x，y和z是三維的笛卡爾直角坐標，以及a和b是常數(shù)。在某些情況下，a和b可具有大致相同的值。雙曲拋物面或“馬鞍”形隔板可包括任何數(shù)目的角，邊緣或位于隔板主平面上方或下方的頂點。雖然這種隔板通常采取四個這種角，邊緣或頂點，但是根據(jù)需要，其可采取任意其它數(shù)目，諸如六個，八個或更多。圖24示出一種替代方法，用于形成與圖21所示基本相同的蜂窩狀結構，但其由單個螺旋隔板結構100形成，而不是由例如如圖21中所示的不同環(huán)形隔板形成。例如如圖16中所示的結構也可由波狀隔板制成，但具有所限定的構造以便形成如圖所示的更“不規(guī)則”的蜂窩狀陣列。在該情況下，并返回參照圖16，例如通過將如圖中粗線所示的三個不同構造的環(huán)形隔板(其中兩個互為鏡像)壓到一起或以其它方式結合到一起來設置壁50，其示出三個隔板彼此相鄰壓下，以及第四隔板鄰近進氣ロ 9的壁33。如圖25a和25b中所示，ー些流通通道可被阻斷以便調整相應于某些進氣ロ寬度的區(qū)域中的效率。例如在圖25a和25b中示出在噴嘴軸向端部處的部分六角形通道被阻斷。在圖25b的情況下，當這些通道暴露于進氣流體時，這些區(qū)域中通道的軸向寬度減小，上述有助于減少葉片上的振動。無論噴嘴組件(例如葉片/隔板或“蜂窩狀”結構的組件)的構造或其構建方法，限定改變通過進氣ロ氣體流動路徑尺寸的進氣通道和/或套筒的表面至少部分涂敷有用于在渦輪機運行的高溫下氧化煙塵的合適催化劑，以便有助于防止煙塵在噴嘴表面上的沉積和積聚。本領域的技術人員應該意識到，有很多種不同的方法可以用來構造根據(jù)本發(fā)明的噴嘴組件和進氣ロ結構的其它細節(jié)。例如，在蜂窩狀結構的情況下，噴嘴組件可由離散的部 段構造而成。上述部段可限定一個或多個進氣通道。這些部段可具有相同的形狀或不同的形狀。在一些實施例中，上述部段可以首尾相接的方式在周向上布置以便形成蜂窩狀結構。備選的，上述部段這些配件可交叉或者鑲嵌以便形成噴嘴組件的環(huán)形部分。例如，在圖3、圖4a-4b、7a-7d、18_20及22a_22d示出的本發(fā)明實施例中的每ー個實施例示出渦輪機進氣ロ結構，其中套筒30圍繞噴嘴結構的外徑滑動，這樣套筒起到在其上游端處阻斷/開放進氣通道的作用。然而，在本發(fā)明的替代實施例中，圓柱形套筒可位于噴嘴的內徑上，這樣圓柱形套筒可在其鄰近渦輪機葉輪的下游端處打開和封閉進氣通道39。例如，圖26a至26c示出在圖3和圖4a_4b中所示的本發(fā)明實施例的變型，其中修改了的套筒130滑動跨過進氣通道39下游的進氣通道9，這樣其在噴嘴和渦輪機葉輪之間滑動。本發(fā)明的該實施例的其它細節(jié)基本與關于圖3和圖4a-4b中所示和所述的那些基本相同，以及合適時可使用相同的附圖標記。唯一明顯的差異在于適配直徑減小套筒130所必須的那些，即重新定位兩個噴嘴環(huán)之ー的標為噴嘴環(huán)132的那些，以及支撐桿31連接到其的凸緣130a。具體的，應該意識到如上所示和所述的各種噴嘴結構的每ー個以及如上所述的所有變型可包括在其中套筒130在進氣ロ噴嘴的內徑處圍繞渦輪機葉輪定位的本發(fā)明實施例中。在本發(fā)明的一些實施例中，有利的是提供兩個可軸向滑動的套筒，其包括沿著進氣通道的外徑定位的第一套筒和位于進氣通道內徑處的第二圓柱形套筒。在這種情況下，第一和第二套筒可具有跨過進氣ロ 9寬度的相同徑向延伸程度，或在至少ー個位置處兩個套筒的一個可比另ー個延伸的更遠，這樣在這種位置中，環(huán)形進氣ロ的整個軸向寬度從其上游到其下游開ロ可不同。兩個套筒可聯(lián)接到一起(或成一體)，以便作為ー個單元進行致動，或者獨立地設置和致動。以上所述的本發(fā)明實施例示出套筒30和130從渦輪機葉輪的軸承座側延伸跨過環(huán)形進氣ロ 9。在本發(fā)明的其它實施例中，套筒可從渦輪機葉輪的渦輪機殼體側延伸跨過環(huán)形進氣ロ 9。換句話說，套筒和致動機構可容納于渦輪機殼體內而不是軸承座內。在圖27a和27b、28a和28b中示出本發(fā)明這種實施例的實例。從渦輪機側致動套筒可有利于緩解渦輪機葉片的高周疲勞，因為套筒幾乎被封閉時，只暴露出一個環(huán)形進氣通道。當套筒從渦輪機側封閉時，那么通常朝向軸承座側以及朝向渦輪機葉輪的后部關閉，此時渦輪機背面更牢固地支撐渦輪機葉片。然而還應當指出，雖然可能在一側上設置執(zhí)行器，其設置成從另ー側經由ー個或多個支柱(一般至少兩個，通常情況下三個將是必要的)拉動套筒。因此，致動器可處于軸承座中，且通過ー些“拉桿”(未示出)連接到渦輪機殼體內的套筒?！袄瓧U”朝向軸承座拉動套筒，以阻斷進氣ロ。備選的，致動器可處于渦輪機殼體內通過“拉桿”連接到套筒，從軸承座朝向渦輪機殼體側拉動套筒，以阻斷進氣ロ。未示出這些實施例，部分原因是為了簡潔起見，部分原因是因為它通常會優(yōu)選地將致動器和套筒設置于環(huán)形渦輪機進氣ロ的相同側上。
如果需要拉桿，希望將上述拉桿在周向上與葉片對準，例如沿著一些葉片(例如三組軸向分隔開的葉片)邊緣(例如徑向外邊緣)，上述葉片可能是周向對準(即非交錯)的葉片。拉桿系統(tǒng)(未示出)的ー個可能優(yōu)勢是其可有助于將套筒圍繞噴嘴對準(由于套筒系統(tǒng)的額外軸向長度)，從而防止傾斜和形成卡住。執(zhí)行拉桿系統(tǒng)的另ー個原因是獲得軸承座致動的益處，同時也減輕由套筒從渦輪機側滑動導致的渦輪機葉片的高周疲勞。首先參照圖27a和27b，噴嘴組件通常由附圖標記34表示，且可采取上述的任意形式及其替代形式。圖27a和27b的實施例和例如圖3的實施例之間的顯著差異是圓柱形套筒230安裝在腔室240內，該腔室240限定在渦輪機殼體I內而非軸承座3內。由于套筒230定位于上述不同的位置，這樣其從渦輪機側到軸承座側滑動跨過進氣ロ 9，安裝和致動套筒的方式非常類似于圖3中所示的方式。也就是說，套筒230安裝到鏈接到致動器軛243的導桿241上，該導桿241依次由包括氣、液壓和電動的各種不同形式的致動器致動。在所示的實例中，導桿241滑動支撐在軸襯244內。噴嘴組件34包括第一噴嘴環(huán)232，其限定進氣ロ 9的第一側壁；以及第二噴嘴環(huán)233，其封閉通到進氣ロ 9的環(huán)形凹槽240，由此限定進氣ロ 9的第二側壁。環(huán)形密封圈107設置成相對于噴嘴環(huán)233密封套筒230。應該意識到，在本發(fā)明該實施例中運行的其它方面將基本與本發(fā)明的其中套筒30從軸承座側致動的上述實施例的那些方面相同。具體的，進氣通道39將以大致相同的方式起作用。參照圖28a和28b，這些示出圖27a和27b中所示實施例的變型，其中套筒330位于噴嘴組件34的內徑上而不是外徑上。在該特定實施例中，噴嘴組件34位于殼體I的側壁332和面對的側壁332之間，該面對的側壁332位于環(huán)形進氣ロ 9的相對側且其封閉環(huán)形腔室240，導桿241滑動支撐在環(huán)形腔室240內。在此同樣的，套筒330通過憑借軛243鏈接到套筒的任意合適的致動器進行致動。在該實施例中，腔室240通過支撐于環(huán)形構件335內徑上的密封圈334相對于環(huán)形進氣ロ 9進行密封。如上所述，本發(fā)明的其它實施例可包括兩個平行的套筒，一個位于內徑上以及另一個位于外徑上，上述套筒可布置和控制成一起移動或彼此獨立地移動，并可具有不同的長度。可對套筒的結構做出各種變型。例如，圖29a和29c示出套筒30自由端的三種可能的不同輪廓。其中圖29a的套筒30具有方形端，套筒30的自由端可彎曲，或另外以如圖29b和29c中所示的其它流線型。當氣體通過進氣ロ 9的開放部分流經套筒時，這會提高空氣動力學效率。圖30a和30b示出適于套筒30的兩種可能布置，其包括鄰近套筒30自由端的活塞式密封環(huán)100，從而防止氣體在套筒30和根據(jù)本發(fā)明的通常由附圖標記101標識的噴嘴陣列。應該意識到噴嘴組件101可具有上述的根據(jù)本發(fā)明的任何可能構造。還應該意識到，套筒30的自由端例如可如圖29b和29c中所示那樣的構造(且如果處于噴嘴內徑處，可為相反輪廓，即位于其外徑上)?？刹扇∵@種形狀以及諸如徑向脊(未示出)的其它形狀，以便改變渦輪機的空氣動力學效率或改變套筒經受的軸向或徑向空氣動力?，F(xiàn)在參照圖31，示出根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的采用可軸向滑動的套筒401和隔板/葉片的布置的渦輪機的橫截面視圖，其中葉片402如此設置以致于其徑向內邊緣403(即，限定隔板/葉片結構排氣ロ的葉片表面)與其徑向外部邊緣404 (即，限定進氣ロ到隔板/葉片結構的葉片表面)相比具有較少(或最小的)的軸向重疊。圖32a和32b是根據(jù)本發(fā)明另外備選實施例的隔板/葉片結構的透視圖和側視圖，當其安裝在通到渦輪機的環(huán)形進氣口內吋，將進氣ロ分隔成軸向重疊的至少兩個軸向偏離的進氣通道。圖33和34仍然是根據(jù)本發(fā)明另外備選實施例的隔板/葉片結構的透視圖，當其安裝在通到渦輪機的環(huán)形進氣口內吋，將進氣ロ分隔成軸向重疊的至少兩個軸向偏離的進氣通道。也可能對套筒的相對側(即接觸噴嘴的邊緣)進行成型或倒角以便使得運行平穩(wěn)，以及減輕例如隔板對套筒卡住的可能性。此外，應該意識到，包括在圖29a_29c、25a和25b所示那些的這些可能性可適用于套筒，不管是否其安裝在軸承座或噴嘴的渦輪機殼體側，以及不管其是否安裝在噴嘴的內徑或外徑上或者兩者上。根據(jù)本發(fā)明的噴嘴結構可配置成給不同的進氣ロ寬度(即，對應于ー個或多個套筒的不同位置)提供不同的效率。例如，如關于圖3至6實施例在上面所述的那樣，隔板可跨過進氣ロ的軸向寬度非均等間隔開。當套筒能夠移動到在隔板位置之間的位置時，與兩個相對緊密間隔開的隔板之間相比，在兩個相對稀疏間隔開的隔板之間的中間位置處的效率更低。以該方式來調節(jié)噴嘴效率的能力具有很多應用。例如，渦輪增壓發(fā)動機可具有廢氣流動路徑，以便將廢氣返回到發(fā)動機進氣ロ內。這種系統(tǒng)一般被稱為“廢氣再循環(huán)”系統(tǒng)或EGR系統(tǒng)。EGR系統(tǒng)被設計成通過再循環(huán)廢氣部分以便再燃燒來降低自發(fā)動機的微粒排放量，這通常是必要的以滿足日益嚴格的排放法規(guī)。將再循環(huán)的廢氣引進升壓的進氣ロ氣流內會要求在“短路線"EGR系統(tǒng)中存在升高的排氣歧管壓カ，其中再循環(huán)廢氣從廢氣經過到達發(fā)動機進氣ロ，而不到達渦輪增壓發(fā)動機?？勺儙缀螠u輪增壓器可用于幫助廢氣升高到再循環(huán)所需的壓力，以便提高在渦輪機上游的廢氣中的“背壓”。當以這種方式使用可變幾何渦輪增壓器吋，已經發(fā)現(xiàn)其有利于降低在某些進氣ロ寬度處的渦輪機的運行效率。根據(jù)本發(fā)明通過構建噴嘴(例如，將進氣ロ隔板間隔開)可以實現(xiàn)上述，這樣進氣通道39在套筒的中間行程位置的區(qū)域中特別寬(軸向)。例如，在兩個以合適寬度定位的隔板之間，對于套筒而言存在一系列相對低效的位置，通常對應成對隔板在三分之一到三分之ニ開放的位置，且當整個進氣ロ超過半開吋， 可以選擇隔板位置來提供低效運行。當套筒完全開放時，或實際上完全或幾乎完全關閉吋，形成的這種故意低效對于噴嘴的效率不會具有任何顯著影響。這將有可能實現(xiàn)由根據(jù)本發(fā)明的“蜂窩”式噴嘴結構類似的效果，通過確保進氣通道39在繞噴嘴組件中點或相應于效率降低到零的進氣ロ寬度的噴嘴任意其它軸向位置具有的更大的最大軸向寬度。在本發(fā)明的一些實施例中，在相應于套筒關閉或相對關閉位置的進氣ロ區(qū)域內，它可能有利于減少隔板間距(或以其它方式増加進氣通道39的軸向尺寸)。也就是說，使用給定數(shù)量的隔板可有利于將隔板靠近完全封閉位置更緊密地布置到一起。對于任何給定數(shù)量的隔板，這可能會增加套筒處于相對封閉位置時的效率。可對本發(fā)明的某些實施例進行各種其它變型。例如，套筒可設有ー個或多個旁孔，當套筒處于封閉或“過度封閉”位置吋，上述旁孔僅暴露于通過進氣ロ的氣流。“過于封閉”位置被認為是其中套筒軸向移動超出完全阻斷進氣ロ所必要位置的那些位置。旁孔例如可允許廢氣流出通過套筒朝向渦輪機進氣ロ、朝向其進氣口下游的渦輪機(例如，經由渦輪導流罩)或甚至渦輪機的下游流動而完全旁路經過以便增加渦輪機下游的廢氣溫度，其有利于氧化下游微粒過濾器收集的煙塵，以便過濾器再生。在其它應用中，可通過允許套筒移動到“過于封閉”位置從而打開備選的氣體流動路徑來獲得其它有利的空氣動力學效果。
類似的，在本發(fā)明的一些實施例中，有利的是套筒可移動到“過度開放”位置以暴露旁路氣體通道，當套筒移動通過其正常工作范圍以便控制進氣ロ的尺寸吋，上述旁路氣體通道通常不開放。這樣的旁路通道可以例如提供廢氣門功能，該功能可以增加渦輪機的有效流動范圍。例如，旁路通道包括一個或多個旁孔，其形成于延伸到滑動套筒(例如，作為通到套筒的延伸部分)內側的圓柱形表面內。這種布置尤其適合于渦輪機側安裝的套筒。在備選布置中，套筒移動到“過度開放”位置會暴露設置于渦輪機殼體內的開孔，從而打開旁路流動路徑。這種布置特別適合于安裝在進氣ロ軸承座側的套筒。諸如在US7207176中披露的旁路布置適用于本發(fā)明的實施例。應該理解，雖然關于渦輪增壓器的渦輪機對本發(fā)明實施例進行了描述，但是本發(fā)明并不限于應用于渦輪增壓器，而是可結合到其它設備的渦輪機內。這種替代的非限制實例包括電動渦輪機，蒸汽渦輪機和燃氣渦輪機。在渦輪機為渦輪增壓器一部分的實施例中，渦輪增壓器可以是渦輪增壓的內燃機的一部分，諸如像壓縮點火(柴油)發(fā)動機，或汽油直噴(⑶i)發(fā)動機。這些應用包括多個渦輪增壓器，其包括根據(jù)本發(fā)明的渦輪機。其它可能的應用包括燃料電池渦輪增壓器或渦輪機。根據(jù)本發(fā)明的渦輪機可包括排氣門，其可獨立于套筒(或多個套筒)進行控制?？梢允褂脧U氣門的常規(guī)設計。本發(fā)明可用于多級(階)渦輪機布置的一個或多個渦輪機中。例如，根據(jù)本發(fā)明的徑向流入渦輪機可與徑向或軸向的第二渦輪階段相結合。多階渦輪機可安裝到同一渦輪軸上。根據(jù)本發(fā)明的渦輪機同樣可包括在多個渦輪增壓系統(tǒng)的渦輪增壓器中。例如，串聯(lián)或并聯(lián)布置的渦輪增壓器可包括根據(jù)本發(fā)明的渦輪機。根據(jù)本發(fā)明的渦輪機也可用于產生電能(例如在汽車系統(tǒng))，或可用于余熱回收系統(tǒng)中(同樣特別適用于汽車應用中，例如諸如水或制冷劑液體的輔助流體通過低級發(fā)動機/廢熱煮沸，并膨脹以便驅動渦輪機)。輔助流體甚至可以為布雷頓循環(huán)所述的壓縮空氣。渦輪機進氣ロ渦殼可為被分隔開的渦殼。例如，已知可以提供具有被分隔為多于ー個腔室的渦殼的渦輪增壓器渦輪機，每個渦殼腔室連接到不同組的發(fā)動機氣缸。在這種情況下，上述分隔部通常是將渦殼分隔為軸向相鄰部分的渦殼內的環(huán)形壁。還可以在周向上分隔渦殼，這樣渦殼的不同弧形部分將氣體傳送到渦輪機進氣ロ的不同弧形部分內。已經在附圖中利用單個流體渦殼對本發(fā)明的渦輪機進行了說明，但它也適用于軸向分隔開的殼體，由此來自發(fā)動機的一個或多個汽缸的氣體被導引到被分隔開的渦殼之一內，而來自ー個或多個其它汽缸的氣體被導引到不同的渦殼內。還可能將渦輪殼體沿周向分隔開以便提供多個周向分隔開的渦殼，或甚至將渦輪殼體在周向和軸向分隔開。但是應將軸向或周向分隔開的渦殼與本發(fā)明的軸向和周向分隔開的進氣通道相區(qū)分開。例如，后者(進氣通道)涉及到噴嘴結構，其布置成使得從渦殼接收的廢氣加速流向渦輪機，并且當其加速時任選地調整或控制氣體的旋渦角。雖然原則上可為直形的進氣通道，但是它們通常都是彎曲的，以便有效控制氣體的旋渦角。進氣通道也可與分隔開的渦殼相區(qū)分，因為前者(進氣通道)接收來自渦殼(或分隔開的渦殼)的氣體，且將氣體分為路徑陣列。相比較而言，分隔開的渦殼接收來自廢氣歧管的氣體，以及通常接收來自發(fā)動機不同氣缸的氣體，以便保持由単獨的發(fā)動機汽缸打開事件導致的氣體脈沖的氣流速度。這樣，分隔開的渦殼將氣體傳送到環(huán)形進氣ロ，而本發(fā)明的進氣通道接受來自渦殼的氣體。本發(fā)明結合軸向分隔開的蝸殼是可能的。在這種實施例中，軸向分隔進氣通道的ー個或多個隔板將通常與軸向分隔蝸殼的ー個或多個壁不同。本發(fā)明結合周向分隔開的蝸殼是可能的。分成兩個周向間隔開的蝸殼的壁可徑向向內延伸，以便進一歩用作葉片之ー(同樣設置成滑動套筒在進氣通道的內徑處運行)。備選的，這種蝸殼分隔壁可徑向向內延伸且鄰近滑動套筒，這樣套筒在蝸殼分隔壁的徑向內偵牝而不是進氣通道的外側。這種布置有利于減輕在單個蝸殼渦輪機中所經歷的氣體脈沖中的氣流速度損失，以及有助于導引滑動套筒，以減輕其變得不對準從而卡住的可能性。已經關于徑向流入渦輪機對本發(fā)明進行了通常的描述。然而，沒有必要將流動完全限制到徑向平面，相反可執(zhí)行適度錐形的進氣ロ。此外，本發(fā)明可應用干“混流”渦輪機，由此錐形進氣ロ在高達45度的區(qū)域中或渦輪機殼體被軸向分為多于一個蝸殼的區(qū)域中具有錐角，每個具有不同程度的混流方向。例如一個蝸殼可具有大體在徑向平面內的進氣ロ，而第二蝸殼可具有在45度區(qū)域內向后延伸的進氣ロ。本發(fā)明可應用到這種實施例的ー個或兩個蝸殼。目前所的發(fā)明可應用于軸向分隔開的渦輪機殼體的情況中，其中一個蝸殼將氣體軸向引入到渦輪機，而另ー個蝸殼徑向引導氣體，或在中間角度處將氣體引導到渦輪機。本發(fā)明也適用于雙(或多)階渦輪機。因此，它可應用于多階的第一階段，該階段是徑向流入階段(或混流式渦輪機階段)，以及存在ー個或多個附加階段，諸如軸向渦輪機階段和/或徑向排氣渦輪機階段。
如上所述，本發(fā)明可執(zhí)行為改變軸向分隔開的蝸殼渦輪機的至少ー個或一些的幾何形狀。事實上，其可提供如本文所述的兩個可變幾何機構，其利用兩個滑動套筒，以便獨立地改變兩個軸向分隔開的蝸殼的流動。本發(fā)明可結合諸如在US4557665，US5868552，US6931849中所述的現(xiàn)有技術中的滑動可變幾何渦輪機機構。例如圓柱形的滑動壁上還另外可設有徑向滑動壁。圓柱形滑動壁用于改變所暴露的進氣通道的數(shù)目，而滑動徑向壁用于改變第二組進氣通道的跨度，第ニ組進氣通道與其它進氣通道處于不同的徑向延伸程度。將本發(fā)明于現(xiàn)有技術的滑動可變幾何渦輪機機構相結合的另ー種方式是在軸向分隔開的蝸殼渦輪機的兩個不同蝸殼內執(zhí)行兩種類型的可變幾何機構。執(zhí)行這些機構的結合的第三種方式是將它們設置在多個渦輪機系統(tǒng)的不同渦輪機上，諸如雙階段渦輪增壓器。本發(fā)明可以結合諸如在US6779971或US2008118349中所述的擺動葉片可變幾何機構來執(zhí)行。實現(xiàn)上述的ー種可能的方式是提供擺動葉片陣列，每個葉片具有特定隔板(例如圓形)，其與環(huán)形隔板平齊布置。環(huán)形隔板具有足夠的間隙以便允許葉片在預定的角度之間旋轉。如本文所述的滑動套筒可允許滑動到環(huán)形隔板的內側或外側。該設計存在一些技術挑戰(zhàn)，因此優(yōu)選的是使得擺動葉片陣列位于如本文所述的軸向分隔開的進氣通道陣列的徑向內側或徑向外側，但是上述的優(yōu)勢是具有相比較小的成本。將本發(fā)明與擺動葉片系統(tǒng)相結合的第三以及可能更好的方式是 將具有擺動葉片陣列的雙進氣ロ(軸向分隔開的蝸殼)渦輪機設置在一個蝸殼內，以及將本文所述的滑動套筒和軸向分隔開的隔板設置在第二蝸殼內。將本發(fā)明與擺動葉片系統(tǒng)相結合的第四以及可能甚至更好的方式是在ー個系統(tǒng)(例如，在雙渦輪增壓發(fā)動機系統(tǒng)內)內設置兩個渦輪機(例如，兩個渦輪增加器)，其中之一具有擺動葉片渦輪機，而另ー個是根據(jù)本發(fā)明的渦輪機。在本文中所述的軸向分隔開的氣體通道和滑動套筒也可結合如在JP10008977中所述“變流渦輪機”設計來執(zhí)行，在這些設計中，“變流渦輪機”具有內部主蝸殼以及外部(或在極少數(shù)情況下軸向相鄰)的流延”蝸殼，其入口由形狀類似于傳統(tǒng)瓣閥或廢氣旁通閥的閥來控制，本發(fā)明可以實現(xiàn)改變從外部蝸殼返回到內部蝸殼的流動路徑的橫截面積。這會減輕外部蝸殼在其進氣ロ處具有這種閥的需求。備選的/另外的，本發(fā)明可以實現(xiàn)通到渦輪機的內部蝸殼的流通橫截面積。另外的/備選的，本發(fā)明還可在多渦輪系統(tǒng)(或多渦輪增壓器)中實施，ー個展示為本發(fā)明的渦輪機，另ー個展示為如JP10008977所述的“變流渦輪機，，。上述論述了用于致動進氣ロ套筒的機構的實例，但是應該意識到合適時可將其它機構應用于本發(fā)明的不同實施例和應用。根據(jù)本發(fā)明的渦輪機噴嘴可以結合在DE102007058246中所述的周向滑動的蝸殼舌部延伸器來執(zhí)行。根據(jù)本發(fā)明的渦輪機噴嘴可以結合為非對稱殼體的多個蝸殼渦輪機殼體來執(zhí)行，其中一個蝸殼大于另ー個蝸売。蝸殼之間的隔板可能會或可能不會延伸到環(huán)形噴嘴內。根據(jù)本發(fā)明的渦輪噴嘴可以啟用成還致動第二設備，例如不同渦輪機、升壓溢流閥的可變幾何機構，或可變幾何的壓縮機機構。根據(jù)本發(fā)明的渦輪噴嘴可結合在流體膜軸承(例如，送油)上操作的軸來執(zhí)行，且可結合在滾動元件軸承(即球軸承)上操作的軸來執(zhí)行，但諸如空氣靜壓軸承、氣動軸承或磁性軸承的其它軸承也是可能的。根據(jù)本發(fā)明的渦輪噴嘴可以實現(xiàn)驅動電機。例如，其可以驅動支撐渦輪機、壓縮機和發(fā)電機的軸。發(fā)電機可在壓縮機和渦輪機之間，或者它可在壓縮機的軸向外側，尤其是越過壓縮機。根據(jù)本發(fā)明的渦輪噴嘴可以結合雙壁或另外的絕熱渦輪劑殼體結合來執(zhí)行。備選的或另外的，渦輪機殼體例如可由水冷冷卻。備選的或另外的，渦輪機殼體可設置非金屬層，例如絕緣陶瓷或芳綸纖維或阻燃的替代性纖維。
此外，根據(jù)本發(fā)明的渦輪噴嘴(或實際上滑動套筒)的材料可為陶瓷、金屬陶瓷、替代金屬。如果是金屬的話，金屬可以是任意的鋼，或鎳基合金，諸如因科鎳合金?？稍O置有涂層，例如在噴嘴和套筒的滑動界面上可能具有類金剛石碳涂層，陽極氧化涂層，或司太立(tribaloy)涂層或替代的耐磨涂層?？諝鈩恿W表面可設有促進光滑度或耐腐蝕的涂層。這種涂層可包括非沉積涂層，諸如等離子電解氧化層或替代的涂層。任選的，噴嘴或套筒可設有可為集成傳感器的傳感器(諸如壓力、溫度、振動或速度傳感器)。這種傳感器將需要與其它金屬部件電絕緣。根據(jù)本發(fā)明的渦輪噴嘴可結合降噪裝置來執(zhí)行，上述降噪裝置如吸收或反射型消音器，其中包括四分之一波或亥姆霍茲共振器。這些原則上可設置于任何氣動表面上。根據(jù)本發(fā)明的渦輪噴嘴可結合渦輪軸上的油封裝置來執(zhí)行，上述油封裝置可包括如活塞環(huán)的雙向密封裝置?？稍O置如現(xiàn)有技術中已知的一系列擋油環(huán)和其它油封。根據(jù)本發(fā)明的渦輪噴嘴可結合低限彎管來執(zhí)行，例如在渦輪機排氣ロ處，彎管具有在彎曲處的擴大部分。渦輪機可具有閥，其配置成控制在兩個或多個蝸殼之間的進氣ロ流量的比率，或控制諸如發(fā)動機汽缸的各種氣源之間的流量(或背壓)比率。渦輪機進氣ロ可形成為具有排氣歧管的連續(xù)元件?？蓤?zhí)行廣泛的控制策略以便控制本文所述的滑動套筒?？赡芸刂撇呗缘姆秶ㄒ呀浽谡f明書相對于控制可變幾何機構、尤其是汽車渦輪增壓器上使用的滑動葉片機構進行描述的所有那些。在各種可能的致動方法中，可為軸向布置的三向軸，其例如允許使用氣動執(zhí)行器來允許軸的致動?；瑒犹淄部芍聞舆h離腔室，該腔室軸向遠離渦輪機定位，其可包括煙塵收集器或氧化元件，如W02010012992中所示的絲網或催化劑涂敷的絲網。根據(jù)本發(fā)明的渦輪噴嘴可結合分隔開的渦輪機葉輪來使用，其中一些葉片延伸渦輪機進氣ロ的整個軸向寬度，以及ー些葉片只有一部分從渦輪機后面軸向延伸跨過進氣ロ。例如較短的葉片可能會延長，但不超過特定的軸向噴嘴分隔件，如隔板。短和長的葉片可交替，或者可選的，每個長葉片之間具有幾個短葉片。另ー種可選的情況是具有多于兩種類型的葉片。另外或備選的，沿著渦輪機的葉片數(shù)目也可變化。例如，一些葉片可從渦輪機進氣ロー直延伸到渦輪機排氣ロ，而其它葉片(例如，交替)可僅僅從進氣ロ的中途延伸到排氣ロ，或僅僅從排氣ロ的中途延伸到進氣 □。渦輪機可設有完整的旋轉壁，其可鄰近由渦輪機殼體形成的渦輪機罩。上述形成適于渦輪機葉片之間通道的前面。另外或備選的，渦輪機可設有ー個或多個旋轉壁，其部分位于渦輪機的榖/背面和渦輪機前面之間。這樣的一個或多個旋轉壁與在本文中所述的軸向分隔開的噴嘴的一個或多個相應的軸向分隔件軸向對準。當滑動套筒僅僅部分開放吋，上述將防止氣體遠離渦輪機轂和背面膨脹，因此將有助于渦輪機的效率。對如上所示和所述實施例進行其它可能的變型和替代對于本領域技術人員而言是非常顯而易見的。
權利要求
1.一種可變幾何渦輪機，其包括 渦輪機葉輪，安裝成用于圍繞殼體內的渦輪軸旋轉，殼體限定環(huán)繞渦輪機葉輪的，且在第一和第二進氣ロ側壁之間限定的環(huán)形進氣ロ；以及 圓柱形套筒，可軸向移動跨過環(huán)形進氣ロ以便改變通過進氣ロ的進氣流動路徑的尺寸； 其中環(huán)形進氣ロ被分隔為至少兩個軸向偏離的進氣通道，這些進氣通道軸向重疊。
2.根據(jù)權利要求I所述的可變幾何渦輪機，其中環(huán)形進氣ロ分隔成大體朝向渦輪機葉輪延伸的大體為管形的進氣通道的環(huán)形陣列，其中進氣通道的環(huán)形陣列包括至少三個軸向重疊的軸向偏離進氣通道。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的可變幾何渦輪機，其中至少兩個所述軸向重疊的軸向偏離進氣通道在周向上重疊。
3.根據(jù)權利要求2所述的可變幾何渦輪機，其中大體為管形的進氣通道具有大體為菱形或大體為六角形的截面。
4.根據(jù)任一前述權利要求所述的可變幾何渦輪機，其中進氣ロ通過進氣通道壁分隔為所述的進氣通道，其中進氣通道壁由多個大體環(huán)形的非平面隔板限定。
5.根據(jù)權利要求4所述的可變幾何渦輪機，其中隔板大體上為周向上為波狀的環(huán)形環(huán)。
6.根據(jù)權利要求4所述的可變幾何渦輪機，其中隔板具有大體為雙曲拋物線的表面。
7.根據(jù)權利要求2或3所述的可變幾何渦輪機，其中進氣通道的環(huán)形陣列由若干離散的周向相鄰的部段構成。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可變幾何渦輪機，包括渦輪機葉輪，其安裝成用于圍繞殼體內的渦輪軸旋轉，殼體限定環(huán)繞渦輪機葉輪的且在第一和第二進氣口側壁之間限定的環(huán)形進氣口；圓柱形套筒可軸向移動跨過環(huán)形進氣口以便改變通過進氣口的進氣流動路徑的尺寸；其中環(huán)形進氣口被分隔為至少兩個軸向偏離的進氣通道，其中進氣通道軸向重疊。
文檔編號F01D17/14GK102667069SQ201080055314
公開日2012年9月12日 申請日期2010年10月6日 優(yōu)先權日2009年10月6日
發(fā)明者提姆·德諾姆, 詹姆士·亞歷山大·麥克文 申請人:康明斯有限公司