涡轮增压器 技术领域 本发明涉及一种可变几何构型涡轮机。 该可变几何构型涡轮机可以例如形成涡轮 增压器的一部分。
背景技术 众所周知， 涡轮增压器是用于在高于大气压的压力 ( 增压 ) 下将空气供给内燃机 的吸入口的装置。传统的涡轮增压器基本上包括废气 ( 排气 ) 驱动的涡轮机叶轮， 所述废 气驱动的涡轮机叶轮安装在涡轮机外壳内的可旋转轴上， 所述涡轮机外壳接合在发动机出 口歧管的下游。涡轮机叶轮的旋转转动安装在压缩机外壳内部的轴的另一端上的压缩机 叶轮。压缩机叶轮将压缩空气输送到引擎进气歧管。涡轮增压器轴通常由位于接合在涡 轮机与压缩机叶轮外壳之间的中心轴承外壳内的轴颈轴承 (journal bearing) 和止推轴承 (thrust bearing)( 包括适当的润滑系统 ) 支撑。
在已知的涡轮增压器中， 涡轮级包括 ： 涡轮室， 涡轮机叶轮安装在涡轮室内 ； 环状 入口通路， 限定在面对的径向壁 (facing radial wall) 之间， 所述面对的径向壁布置在涡 轮室的周围 ； 进气蜗壳， 布置在入口通路周围 ； 以及出口通路， 从涡轮室延伸。这些通路和 室连通， 使得允许进入进气室的加压废气经由涡轮机通过入口通路流动到出口通路， 并旋 转涡轮机叶轮。还已知的是， 通过在入口通路内设置叶片 ( 称为喷嘴叶片 ) 以偏转朝向涡 轮机叶轮的旋转方向流动通过入口通路的气体而提高涡轮机性能。
涡轮机可以是固定几何结构型或可变几何结构型的。 可变几何结构型涡轮机与固 定几何结构型的涡轮机的不同在于入口通路的尺寸可以变化， 以在质量流速范围内最优化 气体流动速度， 使得涡轮机的动力输出可以变化， 以适于变化的引擎需求。例如， 当输送给 涡轮机的废气的体积相对小时， 通过减小环状入口通路的尺寸， 到达涡轮机叶轮的气体的 速度被保持在确保有效的涡轮机运转的水平。 设置有可变几何结构涡轮机的涡轮增压器被 称为可变几何结构涡轮增压器。
在一种已知类型的可变几何构型涡轮机中， 有时称作 “喷嘴环” 的轴向可移动壁部 件限定了入口通路的一个壁。 该喷嘴环相对于入口通路的面对壁的位置可调节以控制入口 通路的轴向宽度。 因此， 例如， 当流经涡轮的气流减小时， 该入口通路宽度可被减小， 以保持 气体速度并优化涡轮机输出。
该喷嘴环可配置有叶片， 叶片延伸到入口和设置在限定入口通路的面对壁的 “挡 板” 中以容纳喷嘴环的移动的通中。 可选地， 叶片可从固定的面对壁和设置在喷嘴环中的通 槽延伸。
典型地， 该喷嘴环可包括径向延伸壁 ( 限定入口通路的一个壁 ) 和延伸入喷嘴环 的径向面之后的环形腔的径向内的轴向延伸壁或凸缘与径向外的轴向延伸壁或凸缘。 该腔 形成在涡轮增压器外壳的部分 ( 通常是涡轮机外壳或涡轮增压器轴承外壳 ) 中并容纳喷嘴 环的轴向移动。 凸缘可相对于腔壁密封， 以减小或防止围绕喷嘴环的背面的泄漏流。 在一种 通常装置中， 该喷嘴环被支撑在平行于涡轮机叶轮的旋转轴线 ( 涡轮轴线 ) 延伸的杆 ( 有
时称作为 “阀门挺杆 (pushrod)” ) 上或由其支撑。喷嘴环由轴向移位该杆的致动器组件移 动。
US5,868,552 公开了这种已知的致动器组件的例子。轭可枢转地支撑在轴承外壳 内并限定了两个臂， 每个臂延伸为与各个喷嘴环支撑杆的末端接合。轭安装在轴颈支承在 轴承外壳中的轴上并且支撑轴承外壳的外部的曲柄， 可以以任何合适的方式连接到致动器 上。所述轭的每个臂通过块体接合各个支撑杆的末端， 所述块体可枢转地安装至销上的所 述轭的端部， 并容纳在由所述杆限定的狭槽中， 所述杆限制所述块体沿所述杆的轴向的移 动， 但允许垂直于所述杆的轴向的移动。致动器被控制经由轭曲柄使所述轭围绕其支承轴 转动， 这依次地使轭臂的端部描画出圆弧。轭臂与喷嘴环支撑杆的接合使所述杆沿着它们 的轴线前后移动。 轭臂的离轴运动通过所述块体在由所述支撑杆限定的狭槽中的滑动来适 应。
移动所述轭的致动器可以采用各种形式， 包括气动、 液动和电动形式， 并且可以以 各种方式联接至所述轭。致动器通常将在引擎控制单元 (ECU) 的控制下调节喷嘴环的位 置， 以便修改通过涡轮机的气流以满足性能要求或需求。
在使用中， 可变几何构型涡轮机的喷嘴环经受高温。高温导致喷嘴环膨胀。如果 支撑喷嘴环的杆被固定到喷嘴环上的适当位置上， 那么喷嘴环的膨胀将导致杆移动， 从而 彼此分离开。通常提供用于支撑杆和 / 或引导杆的移动的一个或多个引导件。引导件可以 采用例如衬套等的形式。可替代地或另外地， 引导件可以是在轴承外壳中的一个或更多个 钻孔， 杆延伸通过该钻孔， 并且杆能够移动地通过该钻孔。 为了确保可变几何构型涡轮机的 可靠操作， 通常在杆和它们各自的引导件之间具有非常小的间隙。 因此， 当由于喷嘴环的膨 胀杆被推动彼此分离开时， 以很大的力将杆推靠到引导件上。这是因为引导件根本不在杆 的移动方向上移动， 或移动与杆相同的程度。 例如， 轴承外壳的热膨胀可以是不显著的或没 有喷嘴环的膨胀那样显著， 意思是轴承外壳中的引导件 ( 例如钻孔 ) 不会彼此移动分开到 与杆相同的程度。
当杆推靠到并且施加大的作用力到各个引导件上时， 可能会出现问题。 例如， 大的 作用力可能损坏杆或引导件， 或可替代地或另外地导致杆卡在引导件中。期望避免对杆或 引导件的损坏， 且减小或消除杆作为喷嘴环膨胀的结果而卡在引导件中的机会。 发明内容
本发明的目的是提供一种可变几何构型涡轮机， 其消除或减轻与现有的可变几何 构型涡轮机相关的问题 ( 是否在此处或在其它地方被识别 ) 中的一个或更多个。
根据本发明的一个方面， 提供了一种可变几何构型的涡轮机， 其包括 ： 涡轮机叶 轮， 该涡轮机叶轮安装到外壳组件中的涡轮机轴上， 用于围绕涡轮机轴线旋转， 外壳组件限 定了在涡轮机叶轮的上游的气流入口通路 ； 环形壁构件， 该环形壁构件限定了入口通路的 壁， 并且在大致平行于涡轮机轴线的方向上是可位移的， 用于控制通过入口通路的气流 ； 至 少一个可移动杆， 该可移动杆经由杆的第一末端可操作地连接至环形壁构件， 杆是可移动 的， 用于控制环形壁构件的位移， 杆在大致平行于涡轮机轴线的方向上延伸 ； 杆经由第一臂 和第二臂连接至环形壁构件， 第一臂的第一末端和第二臂的第一末端连接至杆， 第一臂的 第二末端在第一圆周位置连接至环形壁构件， 第二臂的第二末端在第二不同的圆周位置连接至环形壁构件 ； 第一臂和第二臂是弹性的， 用于在环形壁构件的膨胀期间允许杆的第一 末端和环形壁构件之间的相对移动。
如果将杆被直接地连接至喷嘴环上， 将不会消除或缓解上述讨论的问题。根据本 发明的实施例， 通过由两个弹性臂将杆连接至喷嘴环， 允许在环形壁构件的膨胀期间在杆 的第一末端和环形壁构件之间的相对移动。臂的弹性至少部分地补偿了环形壁构件的膨 胀， 从而例如减小了或消除了施加到杆的一个或更多个引导件上的力。这可以防止对杆或 引导件的损害， 或减小或消除了杆卡在引导件中的机会。
第一臂和第二臂被配置， 使得杆的第一末端在环形壁构件的膨胀方向上的任何移 动小于如果杆直接地连接至环形壁构件的移动。
第一臂和第二臂由具有比形成环形壁构件的材料低的热膨胀系数的材料 ( 或材 料的构成 ) 形成。形成臂的材料的热膨胀系数可以比形成喷嘴环的材料小 5-60％。形成臂 的材料的热膨胀系数可以比形成喷嘴环的材料小 15-40％。如果形成臂的热膨胀系数是任 意低， 那么在臂和喷嘴环之间的一个或更多个连接中的疲劳可能太高。
因为由具有比形成环形壁构件的材料低的热膨胀系数的材料形成臂， 所以臂不能 像环形壁构件那样膨胀。因为臂不能像环形臂构件那样膨胀， 所以杆的位置不能移动得如 同如果臂由具有与环形臂构件相同的热膨胀系数的材料形成那样。 臂的这个减小的膨胀进 一步地消除或减轻了在喷嘴环的膨胀的期间与杆的移动相关的问题。 环形壁构件可以在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上延伸。 例 如， 环形壁构件的直径的范围可以在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上 延伸。
第一臂和第二臂可以在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上延 伸。
第一臂和第二臂在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上是可伸 展的。
第一臂和第二臂可以被配置以在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的 方向上比在朝向平面或远离平面的方向上更能够伸展。
第一臂和第二臂可以在平行于涡轮机轴线的方向上比第一臂和第二臂在平行于 相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上更硬。
第一臂和第二臂每个可以在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向 上具有长度， 在平行于涡轮机轴线的方向上具有宽度以及具有垂直于长度和宽度的深度， 宽度大于深度。
第一臂和第二臂每个可以包括曲线或弯曲， 或者一个或更多个曲线或弯曲。曲线 或弯曲可以在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上延伸。 曲线或弯曲被相 对于曲线或弯曲轴线弯曲， 曲线或弯曲轴线大致平行于涡轮机轴线延伸。
第一臂和第二臂可以相对于环形壁构件沿大致圆周方向延伸。
杆可以被设置， 使得当涡轮机未处于使用中时， 杆的纵向轴线在环形壁构件的径 向外部范围和环形壁构件的径向内部范围之间延伸。
第一臂和第二臂是大致相同的。
臂被连接到一起。
涡轮机可以包括被配置用于引导杆的移动和 / 或支撑杆的引导件。引导件可以限 定了杆可移动通过的开口。
两个杆可以被设置， 每个杆经由第一臂和第二臂连接至环形壁构件， 第一臂的第 一末端和第二臂的第一末端连接至杆， 第一臂的第二末端在第一圆周位置连接至环形壁构 件， 第二臂的第二末端在第二不同的圆周位置处连接至环形壁构件。两个杆可以连接至环 形壁构件， 使得两个杆在直径上彼此相对。连接两个杆的桥被设置。
涡轮机形成涡轮增压器的一部分。
将从下述的描述清楚本发明的其它优点和优选的特征。 附图说明
以下参考附图仅通过举例的方式， 对本发明的特定实施例进行描述， 在附图中 ： 图 1 示意性地示出通过已知的可变几何构型涡轮增压器的轴向横截面 ； 图 2 示意性地示出图 1 的涡轮增压器的喷嘴环致动器组件中的部件的放大透视 图 3 示意性地示出图 2 的喷嘴环致动器组件中的部件的放大平面视图 ；图；
图 4 示意性地示出图 3 中显示的喷嘴环的膨胀和这种膨胀在支撑喷嘴环的杆的位 置上的作用 ；
图 5 示意性地示出延伸通过引导件的杆 ；
图 6 示意性地示出相对于引导件未对准的杆 ；
图 7 示意性地示出根据本发明的实施例的喷嘴环布置的端视图 ；
图 8 示意性地示出图 7 的喷嘴环布置的立体图 ；
图 9 示意性地示出根据本发明的实施例的用于将杆连接至喷嘴环的包括两个臂 的支架 ；
图 10 示意性地示出根据本发明的实施例的喷嘴环布置的端视图 ；
图 11 示意性地示出图 10 的喷嘴环的膨胀和在杆连接至喷嘴环的位置上的喷嘴环 的膨胀的作用 ；
图 12 示意性地示出根据本发明的实施例的喷嘴环和连接至所述喷嘴环的杆的平 面视图和在杆的位置上的喷嘴环的膨胀作用 ；
图 13 示意性地示出根据本发明的实施例的喷嘴环和连接至所述喷嘴环的杆以及 与所述杆连接在一起的桥的平面视图 ；
图 14 示意性地示出根据本发明的实施例的杆和将杆连接至喷嘴环的臂 ；
图 15 示意性地示出在图 15 的杆的位置上的喷嘴环的膨胀作用 ；
图 16 示意性地示出根据本发明的实施例的杆和将杆连接至喷嘴环的臂 ； 和
图 17 示意性地示出根据本发明的实施例的在图 16 的杆的位置上的喷嘴环的膨胀 作用。 具体实施方式
图 1 示出了已知的可变几何构型涡轮增压器， 包括由中心轴承外壳 3 相互连接的 可变几何构型涡轮机外壳 1 和压缩机外壳 2。涡轮增压器轴 4 从涡轮机外壳 1 通过轴承外壳 3 延伸到压缩机外壳 2。涡轮机叶轮 5 安装在轴 4 的一个末端上， 用于在涡轮机外壳 1 内 转动， 并且压缩机叶轮 6 安装在轴 4 的另一末端上， 用于在压缩机外壳 2 内转动。轴 4 围绕 涡轮增压器轴线 4a 在设置于轴承外壳 3 中的轴承组件上转动。
涡轮机外壳 1 限定进气蜗壳 7， 气体从内燃机 ( 未示出 ) 传递至进气蜗壳。废气经 由环形入口通路 9 和涡轮机叶轮 5 从进气室 7 流至轴向出口通路 8。入口通路 9 的一侧由 通常称为 “喷嘴环” 的可移动环形壁构件 11 的径向壁的面 10 限定， 并相对的一侧由形成入 口通路 9 的面对喷嘴环 11 的壁的环形挡板 (shroud)12 限定。挡板 12 覆盖在涡轮机外壳 1 中的环形凹陷 13 的开口。
喷嘴环 11 支撑周向地且等距离地间隔开的进口叶片 14 的阵列， 每个进口叶片延 伸跨过入口通路 9。 叶片 14 被定位或被取向为朝向涡轮机叶轮 5 的转动方向偏转流过入口 通路 9 的气体。当喷嘴环 11 靠近环形挡板 12 时， 叶片 14 通过在挡板 12 上适宜地构造的 狭槽突出， 进入凹陷 13。在另一个实施例 ( 未示出 ) 中， 入口通路的壁可以设置有叶片， 且 喷嘴环设置有凹陷和挡板。
参考上文， 喷嘴环 11 的位置由在 US 5,868,552 中公开的类型的致动器组件控制。 致动器 ( 未示出 ) 可操作为经由联接至轭 15 的致动器输出轴 ( 未示出 ) 调节喷嘴环 11 的 位置。轭 15 依次地接合支撑喷嘴环 11 的轴向延伸的可移动杆 16。因此， 通过适当地控制 该致动器 ( 其例如可以是气动的或电动的 )， 可以控制杆 16 的轴向位置以及因此控制喷嘴 环 11 的轴向位置。 喷嘴环 11 具有轴向延伸的径向内环形凸缘 17 和径向外环形凸缘 18， 它们延伸进 入设置在涡轮机外壳 1 中的环形腔 19 中。内密封环 20 和外密封环 21 设置为分别地对于 环形腔 19 的内环形表面和外环形表面密封喷嘴环 11， 同时允许喷嘴环 11 在环形腔 19 内滑 动。内密封环 20 被支撑在形成在腔 19 的径向内环形表面中的环形槽内， 并靠在喷嘴环 11 的内环形凸缘 17 上。外密封环 20 支撑在形成在腔 19 的径向外环形表面上的环形槽内， 并 靠在喷嘴环 11 的外环形凸缘 18 上。
从进气室 7 流至出口通路 8 的气体通过涡轮机叶轮 5， 结果， 施加转矩至轴 4， 以驱 动压缩机叶轮 6。压缩机叶轮 6 在压缩机外壳 2 内的转动对在进气口 22 中的环境空气加 压， 并将加压的空气传递至出气口蜗壳 23， 加压的空气从出气口蜗壳 23 供给至内燃机 ( 未 示出 )。涡轮机叶轮 5 的速度依赖于通过环形入口通路 9 的气体的速度。对于进入入口通 路的气体定量流动， 气体速率为入口通路 9 的宽度的函数， 所述宽度可以通过控制喷嘴环 11 的轴向位置来调整。图 1 示出了全部打开的环形入口通路 9。通过朝向挡板 12 移动喷 嘴环 11 的面 10， 入口通路 9 可以被关闭至最小。
图 2 示出了图 1 中示出的一般类型的喷嘴环和喷嘴环致动器组件的部件。为清楚 起见， 示出从涡轮增压器上卸下了的这些部件。具体地， 图 2 示出了喷嘴环 11 的背侧 ( 面 向远离涡轮机入口 )， 所述喷嘴环 11 被支撑在安装在衬套 24 内用于平行于涡轮增压器的轴 线移动的杆 16 上。轭 15 的每个臂经由枢轴销 25( 在图 2 中只能看见枢轴销中的一个 ) 和 滑块 26 连接至相应的杆 16 上。每个枢轴销 25 将轭 15 的臂的末端可枢转地连接至相应的 滑块 26 上， 所述滑块 26 容纳在限定在相应的支撑杆 16 中的狭槽内。轭 15 通过螺栓 28 夹 持到轭轴 27 上。轭轴 27 可转动地支撑在轴承 29 内， 所述轴承安装在轴承外壳壁中 ( 图 2 中未示出该轴承外壳 )。轭轴 27 的一端形成有适合连接至致动器的曲柄 30。在图 2 中示
出的例子中， 曲柄 30 为适合连接至由旋转电动致动器 ( 未示出 ) 驱动的齿轮组件的扇形齿 轮。
在操作中， 电动致动器的旋转运动被传递至曲柄 30， 曲柄 30 使轭轴 27 围绕其轴 线在衬套 29 内转动。这依次地转动轭 15， 使销 25 描绘或绘画出圆弧。这引起滑块 26 与 杆 16 一起轴向地移动， 同时在狭槽内滑动， 以适应销 25 的离轴移动。由此， 通过轭 15 的转 动， 喷嘴环 11 沿着涡轮增压器的轴线移动。
图 3 是示意性地显示出图 2 中的喷嘴环 11、 杆 16 和衬套 24 的平面视图。每个杆 16 的第一末端连接至喷嘴环 11。每个杆 16 的第二末端 ( 远离第一末端 ) 设置有狭槽 32， 用于将杆连接至参照图 2 显示且描述的致动器组件的一部分上。
图 4 示意性地显示出在图 3 中显示出且参考其描述的相同的平面视图。然而， 在 图 4 中喷嘴环 11 显示为在例如由于热气体的存在或流动等引起的热量的影响下的膨胀。 通 常由箭头 34 显示出喷嘴环 11 的膨胀。喷嘴环 11 的膨胀 34 导致连接至喷嘴环 11 的杆 16 被如由箭头 36 显示地推动彼此分离开。当杆 16 由于喷嘴环 11 的膨胀 34 被推动彼此分离 开 36 时， 可能遇到问题。参考图 5 和 6 描述这些问题。当每个杆 16 仅移动 0.6mm( 这是在 喷嘴环 11 的膨胀期间， 杆 16 的典型移动 ) 时， 可能引起这些问题。
图 5 示意性地显示出衬套 24 和延伸通过所述衬套 24 的杆 16 的横截面视图。杆 16 平行于衬套 24 的纵向轴线延伸， 使得所述杆 16 可以平滑地移动通过衬套 24。当连接到 杆 16 的喷嘴环膨胀时， 杆 16 不再沿平行于衬套 24 的纵向轴线的方向延伸通过衬套 24。相 反， 如图 6 所示， 杆 16 以与衬套 24 的纵向轴线成一角度延伸通过衬套 24。这意味着杆 16 没有很好地与衬套 24 对准， 并且可能接触且推靠衬套 24 的一个或更多个表面。衬套 24 的 径向方向上的负载可以例如是 15N 至 350N。这样推靠衬套 24 可能引起对杆 16 或衬套 24 的损坏。可替代地或另外地， 因为杆 16 没有与衬套 24 很好地对准， 所以杆 16 可能变成卡 住在衬套 24 内。这可能意味着不再可能移动连接到杆的喷嘴环。这是不被期望的。
已经参考延伸通过衬套的杆对上述的问题进行了描述。 所述问题也适用于通过任 何适合的引导件或沿着任何适合的引导件延伸的杆。如上文所述， 引导件可以是用于支撑 杆和 / 或引导杆的移动的衬套。可替代地或另外地， 引导件可以是设置在轴承外壳中的杆 延伸通过的钻孔。
图 7 和 8 示意性地示出以使得消除或减轻上文所述的至少一个问题的方式将杆连 接至喷嘴环的一种布置。将结合地参考图 7 和 8。图 7 示意性地显示出喷嘴环 40、 杆 42 以 及用于将杆 42 连接至喷嘴环 40 的布置的端视图。图 8 是如图 7 所示的喷嘴环 40、 杆 42 以 及将杆 42 连接至喷嘴环 40 的布置的立体图。
经由第一臂 44 和第二臂 46 将每个杆 42 的第一末端连接至喷嘴环 40。每个第一 臂 44 的第一末端和每个第二臂 46 的第一末端连接至杆 42。第一臂 44 的第二末端和第二 臂 46 的第二末端连接至喷嘴环 40。第一臂 44 的第二末端在第一圆周位置处连接至喷嘴 环， 并且第二臂的第二末端在第二不同的圆周位置处连接至喷嘴环。第一臂 44 大致与第二 臂 46 相同。
每个杆 42 被设置， 使得当涡轮机未处于使用中 ( 即当喷嘴环 40 没有膨胀时 ) 时， 每个杆 42 的纵向轴线在喷嘴环 40 的径向外部范围和喷嘴环 40 的径向内部范围之间延伸。 图 8 显示出杆 42 延伸通过引导件 48， 该引导件 48 在这一实施例中采用衬套 48 的形式。杆 42 与连接至喷嘴环 40 的每个臂 44、 46 的第二末端之间角度， 相对于喷嘴环的 中心， 可以是任何适合的角度。例如， 已知 60 度至 90 度的角度可以提供好的性能。
每个第一臂 44 和每个第二臂 46 的性质是弹性的。臂 44、 46 的弹性允许连接至臂 44、 46 的杆 42 的第一末端在喷嘴环 40 的膨胀期间与喷嘴环 40 之间相对移动。臂 44、 46 的 弹性还确保在喷嘴环 40 恢复成喷嘴环的初始形状时臂 44、 46 恢复成的臂 44、 46 的初始形 状。在功能性方面 ( 且如下文更加详细地描述的 )， 每个第一臂 44 和每个第二臂 46 被配 置， 使得沿喷嘴环 40 的膨胀方向的杆 42 的第一末端的任何移动小于如果杆 42 直接地连接 至喷嘴环 40 的杆 42 的第一末端的移动。
图 9 示意性显示出用于将杆连接至喷嘴环的布置的透视图。 所述布置采用支架 48 的形式。支架包括在图 7 和 8 中显示的且参考其描述的第一臂 44 和第二臂 46。第一臂 44 的第一末端和第二臂 46 的第一末端一起构成通道 50。通道 50 形成用于容纳杆的部分的 形状， 使得杆可以经由通道 50 连接至支架 48， 例如通过焊接等的一种或更多种形式。第一 臂 44 的第二末端和第二臂 46 的第二末端设置有突出 52。每个突出 52 便于将每个臂 44、 46 的第二末端连接至喷嘴环 ( 例如经由设置在喷嘴环中的一个或更多个开口或凹陷 )， 例 如通过焊接等的一种或更多种形式。可替代地， 可以以任何适合的方式将臂 44、 46 连接至 喷嘴环， 例如通过铆接等。可以将臂 44、 46 连接至喷嘴环的任何适合的部分。采用经由铰 链布置将臂 44、 46 连接至喷嘴环， 这可以在喷嘴环的膨胀期间提供进一步地挠曲性和进一 步减小杆的移动。 在所述描述的剩余部分中， 将对具有特定取向的平面做出参考。所述平面被描述 成相对于涡轮机轴线垂直地延伸。在图 7 中， 这一平面是喷嘴环所处的平面或平行于喷嘴 环所处的平面的平面。
返回参考图 9， 每个臂 44、 46 包括曲线或者说包括弯曲。曲线或弯曲便于每个臂 44、 46 的挠曲或弯曲， 用于允许在喷嘴环的膨胀期间的杆的第一末端和喷嘴环之间的相对 移动。曲线或弯曲沿平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向延伸。这一配置 可以可替代地或另外地被描述成， 沿平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向拓 展。每个曲线或弯曲被相对于曲线或弯曲轴线弯曲。曲线或弯曲轴线大致平行于涡轮机轴 线延伸。这意味着， 例如曲线或弯曲的底部或顶部也平行于涡轮机轴线延伸。这给予在臂 44、 46 中的每个曲线或弯曲在平行于涡轮机轴线的方向上的刚性， 但允许在平行于相对于 涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上的挠曲性。返回到图 8， 可以看到第一臂 44 和第二 臂 46 的配置的结果是每个臂 44、 46 相对于喷嘴环 40 大致沿圆周方向延伸。
再次参考图 8。由于每个臂 44、 46 的弯曲拓展的方向， 第一臂 44 和第二臂 46 在平 行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上是可伸展的。此外， 每个臂 44、 46 的曲 线或弯曲的拓展方向也平行于所述平面。此外， 曲线或弯曲延伸围绕的轴线大致平行于涡 轮机轴线。总之， 这意味着第一臂 44 和第二臂 44 在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸 的平面的方向上比在朝向或远离所述平面的方向上更能够延伸。 这可替代地或另外地被描 述成第一臂 44 和第二臂 46 在平行于涡轮机轴线的方向上比在平行于相对于涡轮机轴线垂 直地延伸的平面的方向上更硬或不易弯曲。
参考图 8 和 9， 第一臂 44 和第二臂 46 每个在平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸 的平面的方向上具有长度。这通常是每个臂 44、 46 在将每个臂 44、 46 的固定至喷嘴环 40
的点和连接到每个臂 44、 46 的杆 42 之间的延伸长度。每个臂 44、 46 也在平行于涡轮机轴 线的方向上具有宽度， 和具有垂直于每个臂 44、 46 的长度和宽度两者的深度。为了便利在 平行于相对于涡轮机轴线垂直地延伸的平面的方向上的挠曲性， 但提高或确保在平行于涡 轮机轴线的方向上刚性或硬度， 每个臂 44、 46 的宽度大于每个臂 44、 46 的深度。 每个臂 44、 46 的深度可以例如是 0.6mm 至 1.6mm。
现在将参考图 10 和 11 对经由第一和第二臂将每个杆连接至喷嘴环的方式的有利 性质进行描述。
图 10 和 11 示意性地显示喷嘴环 40、 杆 42 以及将每个杆 42 连接至喷嘴环 40 的第 一和第二臂 44、 46 的端视图。图 10 显示出在第一配置中的喷嘴环 40。图 11 显示出在第二 膨胀配置中的喷嘴环 40。由于加热喷嘴环 40， 例如由于在喷嘴环 40 附近的被加热的气体， 导致喷嘴环 40 膨胀。通过箭头 54 示意性地显示出膨胀的程度 ( 且为了清楚起见以夸张的 形式显示出 )。
尽管喷嘴环 40 膨胀， 每个杆 42 的位置基本上保持不变。这是因为在喷嘴环 40 的 膨胀期间， 臂 44 和 46 的性质是可挠曲的和弹性的， 至少部分地适应喷嘴环 40 的膨胀且因 此将杆 42 保持在大致相同的位置上。在这一实施例中， 这通过在喷嘴环 40 的膨胀期间臂 44、 46 中的弯曲变平来实现。臂 44、 46 的弯曲的平坦化可以可替代地或另外地被描述成臂 44、 46 的弯曲。 在与每个臂 44、 46 的固有弯曲形状相反的方向上出现臂 44、 46 的弯曲， 使得 每个臂 44、 46 被使得平坦。 图 12 示意性地显示出参考图 7-11 显示的和描述的喷嘴环 40、 杆 42 和衬套 48 的 平面视图。返回参考图 12， 通过箭头 56 示意性地显示出喷嘴环 40 的膨胀。在这一实施例 中， 然而， 喷嘴环 40 的膨胀 46 没有推动杆 42， 彼此远离开。这是因为参考图 10 和 11 显示 和描述的原理， 即， 杆 42 在喷嘴环 40 的膨胀期间基本上保持在相同的位置中。因为杆 42 在喷嘴环 40 的膨胀期间基本上保持在相同的位置上， 所以减少或消除了在这样的膨胀期 间杆 42 摩擦和 / 或卡在杆的引导件中的机会。
做出了前面的尝试， 用于克服在喷嘴环的膨胀期间杆被推动彼此离开的问题。在 一个例子中， 每个杆经由滑动布置连接至喷嘴环， 该滑动布置适应喷嘴环的膨胀且允许杆 基本上保持在相同的位置中。然而， 在这个例子中， 已知当喷嘴环膨胀时杆略微旋转。这样 的旋转是不被期望的， 这是因为旋转可能干涉致动器组件的元件， 该致动器组件用于轴向 地移动杆。本发明的实施例消除或减轻了在喷嘴环的膨胀期间杆被推动彼此离开的问题， 且没有与杆略微旋转相关的缺点。另外， 克服了这样的旋转可能在例如用于轴向地移动杆 的致动器组件中产生的问题， 同样地， 因为没有产生杆的旋转， 本发明的实施例可以进一步 地改善。
图 13 示意性地显示出在参考图 12 显示和描述的同一平面视图， 但没有参考喷嘴 环的膨胀。在这一实施例中， 桥 58 显示为将两个杆 42 连接起来。桥 58 整体上给所述布置 增加了另外程度的刚性， 并且例如， 防止或抑制杆 42 移动彼此分离开。从而桥进一步地消 除或减轻杆 42 摩擦和损坏衬套或卡在衬套 48 中的问题。可以理解， 如果杆在使用中旋转， 那么这样的桥 58 不能够被使用。
如上所述， 以延伸远离杆且在围绕喷嘴环的不同圆周位置处连接至喷嘴环的第一 和第二弹性臂的方式， 将用于支撑喷嘴环的杆连接至喷嘴环是有利的。这允许在喷嘴环膨
胀期间， 在杆的第一末端和喷嘴环之间的相对移动。杆在喷嘴环的膨胀方向上的移动将小 于如果杆直接地连接至喷嘴环时的移动。在喷嘴环的膨胀期间， 通过参考形成喷嘴环的材 料适当地选择形成将杆连接至喷嘴环的第一和第二臂的材料， 杆的第一末端的移动可以被 进一步地降低。具体地， 可以通过由具有比形成喷嘴环的材料低的热膨胀系数的材料形成 第一和第二臂以进一步减少杆的第一末端的移动。图 14-17 示意性地显示出支持本发明实 施例的原理。
图 14 示意性地显示出杆 42 的端视图。弹性臂 60 显示为连接至杆 42 并且远离杆 42 延伸。远离杆 42 的臂 60 的末端连接至喷嘴环 ( 为了清楚起见未显示出喷嘴环 )。臂 60 由大致具有与形成喷嘴环的材料相同的热膨胀系数的材料形成。远离杆 42 的臂 60 的末端 之间的距离定义为 W1。
图 15 示意性地显示出图 14 的布置， 但是由于加热连接到臂 60 的喷嘴环， 处于膨 胀的状态中。喷嘴环的膨胀导致远离杆 42 的臂 60 的末端之间的距离从距离 W1( 图 15 所 示 ) 增加至 W2。此外， 由于喷嘴环的热膨胀， 与喷嘴环接触的臂 60 将也被加热和膨胀。臂 60 的膨胀导致杆 42 的位置移动 ( 如图所示， 向上移动 )， 如由箭头 SH 显示的。
在图 15 和 16 中以夸张的方式显示出膨胀 SH， 用于辅助理解本发明的实施例。图 15 中显示的移动 SH 并不意味着在喷嘴环的膨胀期间弹性臂 ( 不管它们的构成 ) 没有提供 益处。应当理解， 期望从喷嘴环在膨胀期间减小或消除杆 42 的位置上的任何移动 SH， 尽管 很小。 图 16 显示出参考图 15 显示和描述的大致相同的布置。然而， 在图 16 中， 所述布 置的臂 62 由具有比形成喷嘴环的材料低的热膨胀系数的材料形成。形成臂 62 的材料的热 膨胀系数可以比形成喷嘴环的材料低 5-60％。形成臂 62 的材料的热膨胀系数可以比形成 喷嘴环的材料低 15-40％。如果形成臂 62 的材料的热膨胀系数是任意较低的， 那么臂和喷 嘴环之间的一个或更多个接头中的疲劳可能非常高。
图 17 显示出喷嘴环的膨胀， 其导致臂 62 的远离杆 42 的末端之间的距离从距离 W1 增加至距离 W2。因为臂 62 由具有比形成喷嘴环的材料低的热膨胀系数的材料形成， 所以 臂 62 不会像喷嘴环膨胀那样多。因为臂 62 不会像喷嘴环膨胀那么多， 且不会与图 15 中的 臂相比显示的膨胀那么多， 所以杆 42 的位置不会像如图 15 中显示的移动那么多。臂 62 的 这种减小的膨胀消除或减轻了在喷嘴环的膨胀期间与杆的移动相关的问题。 通过比较在图 14-17 中用虚线显示的三角形 ( 其在杆 42 的末端的中点和远离杆 42 的臂 60、 62 的末端之 间延伸 )， 可以以图的形式看到这种减小的膨胀。具体地， 通过比较图 15 和 17 中显示的三 角形， 可以看到， 与图 15 的三角形相比， 图 17 中的三角形被展平。这是由于图 17 的用于臂 62 的材料的选择。图 17 中的三角形的展平导致了在喷嘴环的膨胀期间， 杆 42 的位置移动 的减少或消除。
靠近杆 42 的三角形的顶角给出了相对于远离杆 42 的臂 62 的末端的杆 42 的位置 的表示。在没有处于使用中时， 这一角度可以例如是 90 度。较平坦的三角形将会是顶角大 于 90 度的三角形。增加这一角度可以减小臂上的应力， 例如在平行于涡轮机轴线的方向上 作用的远离喷嘴环的应力。这一顶角可以例如是 100-180 度 ( 当杆 42 和远离杆 42 的臂 62 的末端位于直线上时是 180 度 )、 130-180 度或 140-179 度。
应当理解， 将杆连接至喷嘴环的弹性臂包括一个或更多个弯曲。 应当理解， 将杆连
接至喷嘴环的臂可以由具有比形成喷嘴环的材料低的热膨胀系数的材料形成。 在优选的实 施例中， 臂包括一个或更多个弯曲且也由具有比形成环形构件的材料低的热膨胀系数的材 料形成。这导致了关于每个独立实施例的上述的优点被结合到一起， 用于在喷嘴环的喷嘴 期间进一步地减少或消除杆彼此远离的位置移动。
在上述的实施例中， 将杆连接至喷嘴环的臂已经描述成被结合到一起， 用于形成 单个支架。在另一个例子中， 臂可以以独立的形式形成， 且独立地连接至喷嘴环和杆。在每 个实施例中， 可以以任何适合的方式形成臂， 例如通过金属注射模制。 可以由能够承受臂在 使用中将被暴露至的温度的任何适合的金属或合金形成。例如可以由不锈钢 304L 形成臂。 例如也可以由不锈钢 304L 形成喷嘴环。在另一例子中， 例如可以由不锈钢 17-4PH 形成臂。 在另一个实施例中， 可以例如由镍基合金形成臂， 例如商标为 InconelTM 的适合的合金。
在上述提及的实施例中， 使用了术语 “弯曲” 和 “曲线” 。应当理解， 这些术语， 尤其 是术语 “弯曲” 的使用包括在所述臂或每个臂中的折叠。在上述提及的实施例中， 在每个臂 中显示单个曲线或弯曲。可以在每个臂中形成多于一个的弯曲或曲线。一个或更多个弯曲 或曲线可以沿每个臂的整个长度延伸， 其可以改善臂的挠曲性和臂适应喷嘴环的膨胀的能 力。在可替代的实施例中， 在臂的局部区域中， 例如在臂的中心， 或在将臂连接至杆或喷嘴 环的区域中或邻近区域中， 形成了一个或更多个弯曲或曲线。
虽然在涡轮增压器的涡轮机的应用中显示出本发明， 但是应当理解， 本发明可以 用于其它的应用中的可变几何构型涡轮机中。
适当熟练的技术人员将容易清楚对本发明的显示出的实施例的细节结构的其它 可能的修改。在不背离如由随后的权利要求限定的本发明的情况下， 可以对上述的本发明 的实施例做出各种修改。