專利名稱：可變幾何渦輪機的制作方法
技術領域：
本發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力(增加壓力)向內燃機的進氣口供給空氣的裝置。傳統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。壓縮機葉輪向發動機進氣口歧管輸送壓縮空氣。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； 限定于環繞渦輪機腔室設置的相對徑向壁之間的環形進氣口 ；環繞環形進氣口設置的進氣口渦殼；以及自渦輪機腔室延伸的出口通道。所述通道與渦輪機腔室連通，使得進入進氣口渦殼的增壓廢氣通過進氣口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口的氣體偏轉。也就是說，流動通過環形進氣口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。可變幾何渦輪機與固定幾何渦輪機的區別在于其進氣口的尺寸可以改變以便在氣體質量流率范圍內優化氣體流速，這樣渦輪機的輸出功率可以改變以便適應不同的發動機要求。例如，當傳送到渦輪機的廢氣量相對低時，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口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”，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。可變幾何機構的可移動部件(無論是噴嘴環還是罩板)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中披露。聯動裝置包括軛，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(在該實例中為噴嘴環)的相應推桿的端部接合。軛安裝到一個軸上，該軸在軸承座內徑向滑動且支撐處于軸承座外部的曲軸，其可以任何適當的方式連接到致動器。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。致動器通常在發動機控制單元(ECU)的控制下調節可移動壁的位置，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，通過流動通過進氣口的氣體將軸向力施加到可移動壁上，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，扭矩施加到噴嘴環上。如果噴嘴環是可變幾何機構的可移動壁，則扭矩也必須由致動器組件(諸如聯動裝置的一部分)激發或另外提供。
發明內容
本發明的一個目的是消除或減輕上述缺陷。本發明還有一個目的是提供改進或替代的可變幾何機構和渦輪機。 根據本發明的一方面，提供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形進氣口 ；以及圓柱形套筒，其可軸向移動跨過環形進氣口以便改變通過進氣口的進氣流動路徑的尺寸；其中環形進氣口由設置于第一和第二進氣口側壁之間的兩個或者兩個以上的進氣通道壁分隔成至少三個軸向偏離的進氣通道。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。進氣通道壁是軸向間隔的環形隔板，所述隔板將環形進氣口分為軸向相鄰的環形部分。隔板的數量是兩個，三個，四個，五個或六個的其中之一。可變幾何渦輪機可進一步包括進氣葉片，其軸向延伸跨過至少兩個所述軸向相鄰的環形部分；其中圓柱形套筒可軸向移動跨過環形進氣口以改變通過套筒自由端和第一進氣口側壁之間的進氣口的氣體流動路徑的尺寸；以及其中延伸跨過進氣口的第一環形部分的軸向寬度小于延伸跨過進氣口的第二環形部分的軸向寬度，第一環形部分與第一進氣口側壁靠近的程度大于第二環形部分靠近第一進氣口側壁的程度。兩個或兩個以上的進氣通道壁限定通常朝向渦輪機葉輪延伸的基本管形進氣通道的環形陣列，其中進氣通道的環形陣列包括至少三個軸向偏離的進氣通道。套筒可在開放位置和封閉位置之間軸向移動，在開放位置存在通過在套筒自由端和第一進氣口側壁之間的進氣口的氣體流動路徑，通過所述軸向偏離的至少三個進氣通道的至少之一的氣體流動路徑，而在封閉位置，通過在套筒自由端和第一進氣口側壁之間的進氣口的所述氣體流動路徑的尺寸與套筒處于開放位置時相比減小；以及其中當套筒在從開放位置朝向封閉位置移動時，套筒在朝向所述第一進氣口側壁的方向上移動。當套筒處于封閉位置時，在套筒的至少一部分自由端和第一進氣口側壁之間的軸向間距可小于在兩個或多個進氣通道壁的至少兩個進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的每一相應軸向間距。當套筒處于封閉位置時，在套筒所有自由端和第一進氣口側壁之間的軸向間距可小于在兩個或多個進氣通道壁的至少兩個進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的每一相應軸向間距。其中當套筒處于封閉位置時，在套筒的至少一部分自由端和第一進氣口側壁之間的軸向間距可小于在兩個或多個進氣通道壁的每一進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的每一相應軸向間距。其中當套筒處于封閉位置時，在套筒所有自由端和第一進氣口側壁之間的軸向間距可小于在兩個或多個進氣通道壁的每一進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的每一相應軸向間距。當套筒處于封閉位置時，在套筒的至少一部分自由端和第一進氣口側壁之間的軸向間距可小于在兩個或多個進氣通道壁的所述一個進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的軸向間距，以及其中兩個或多個進氣通道壁的所述一個進氣通道壁定位成使得在兩個或多個進氣通道壁的所述一個進氣通道壁和第一進氣通道壁之間的軸向距離小于或等于第一和第二進氣口側壁之間的軸向間距的大約50 %。 當套筒處于封閉位置時，在套筒的至少一部分自由端和第一進氣口側壁之間的軸向間距可小于在兩個或多個(兩個以上)進氣通道壁的一個進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的軸向間距，以及其中當套筒處于封閉位置時，所述套筒大體上不接觸兩個或多個進氣通道壁的所述一個進氣通道壁。當套筒處于封閉位置時，在套筒的至少一部分自由端和第一進氣口側壁之間的軸向間距可小于在兩個或多個進氣通道壁的一個進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的軸向間距，以及其中套筒安裝成當套筒處于封閉位置時使得氣體可在兩個或多個進氣通道壁的所述一個進氣通道壁和套筒之間通過，之后氣體通過進氣口。套筒安裝成當套筒處于封閉位置時，套筒大體上不接觸兩個或多個進氣通道壁的任意一個。所述軸向偏離的第一進氣通道的軸向尺寸可小于所述軸向偏離的第二進氣通道的軸向尺寸，以及其中所述軸向偏離的第一進氣通道比所述軸向偏離的第二進氣通道更靠近第一進氣口側壁定位。一種可變幾何渦輪機可包括圍繞渦輪機葉輪的環形進氣口，所述渦輪機葉輪被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繞渦輪機葉輪的環形進氣口，環形進氣口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；以及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形進氣口的尺寸；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。廢氣通常可經由周圍渦殼流向環形進氣口。在本發明的一些實施例中，渦殼可軸向或周向分隔開，因此環形進氣口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口處的下游端處。進氣口的內側和外側壁例如可以是限定渦殼的延續的壁。通常情況下，進氣口的最大寬度將相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剩余對進氣通道至少部分阻斷氣流。
成對的進氣通道的每一個進氣通道可為環繞渦輪機葉輪的周向間隔開的進氣通道的相應環形陣列的一部分。每對進氣通道或進氣通道環形陣列可包括大體上軸向重合的通道。至少一對進氣通道或至少一個進氣通道環形陣列的至少一個進氣通道可與相鄰對進氣通道或相鄰進氣通道環形陣列的至少一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形陣列的每一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形進氣口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。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形進氣口，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形進氣口的至少一部分，從而改變環形進氣口的尺寸，所述可變幾何渦輪機還包括至少一個環形隔板，其與環形進氣口的內側壁和外側壁軸向間隔開，以便將環形進氣口分隔成軸向相鄰的環形部分，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形部分。同樣，氣體可經由環繞環形進氣口的環形渦殼或類似腔室流向環形進氣口。在一些實施例中，渦殼可為分隔開的渦殼，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兩個或兩個以上的軸向間隔開的進氣口隔板，其將環形進氣口軸向分隔成三個或更多的環形區域，其中進氣葉片延伸跨過至少三個所述環形區域。至少一些進氣葉片可延伸跨過在內側壁和外側壁之間的環形進氣口的整個寬度。例如，一個進氣葉片環形陣列可延伸跨過在內側壁和外側壁之間的環形進氣口，以及兩個或兩個以上的環形進氣口隔板可在環形進氣口內軸向間隔開，上述隔板連同葉片一起限定三個或更多的軸向間隔開的進氣通道環形陣列。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，殼體具有環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形進氣口，其中環形進氣口由兩個或多個環形進氣口隔板軸向分隔成相鄰的環形區域，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形進氣口的至少一部分，從而改變環形進氣口的尺寸。至于其它可變幾何渦輪機，環形進氣口可限定在周圍渦輪(其可為分隔開的渦殼)或類似氣體腔室的下游。進氣葉片可延伸跨過至少一個環形區域以便將該環形區域分隔成周向間隔開的進氣通道陣列。包括如上所述進氣葉片的一些可變幾何渦輪機可以為使得延伸跨過進氣口環形部分的至少大多數葉片的后邊緣具有的半徑可大于限定環形部分的隔板的內徑。
在一些可變幾何渦輪機中，延伸跨過進氣口環形部分的所有葉片的后邊緣具有的半徑可大于限定環形部分的隔板的內徑。在一些實施例中，每個環形隔板具有的內徑可小于環形進氣口內任意葉片的前邊緣內徑。延伸跨過進氣口第一環形部分內的至少一些葉片可具有不同于延伸跨過進氣口第二環形部分的至少一些葉片的構造。一些可變幾何渦輪機可包括至少兩個所述環形隔板，其將環形進氣口軸向分隔成至少三個軸向相鄰的環形區域。套筒在限定進氣口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。—些可變幾何渦輪機可包括至少兩個所述環形隔板，其將環形進氣口分隔成至少三個軸向相鄰的環形部分，其中至少一個所述環形部分不包括任何進氣葉片。可變幾何渦輪機可包括渦輪機葉輪，被安裝成用于圍繞殼體內的渦輪軸旋轉，殼體包括環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形進氣口，其中進氣葉片的環形陣列在進氣口的內偵彳壁和外側壁之間延伸，在相鄰的進氣葉片之間限定周向間隔開的葉片通道，以及其中大體上周向延伸的隔板壁在至少一些相鄰的進氣葉片對之間延伸，以便將相應的葉片通道分隔成軸向間隔開的進氣通道。至少一個隔板壁可為環形的。可變幾何渦輪機可包括渦輪機葉輪，被安裝成用于圍繞殼體內的渦輪軸旋轉，殼體包括環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形進氣口，其中環形進氣口包括噴嘴結構，其包括大體朝向渦輪機葉輪延伸的大體為管形的進氣通道的環形陣列，其中進氣通道的環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形渦殼(其可軸向或周向分隔)的下游，其環繞著環形進氣通道以便將氣流傳送到環形進氣通道。進氣通道可具有沿著其長度的至少一部分的大體菱形，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增加。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口(上游)端具有一個橫截面，而在其排氣口(下游)端具有另一個橫截面。能有其入口的一個斷面(上游)結束和另一個在其出口處的橫截面(下游)結束。橫截面可沿其長度從進氣口到排氣口逐漸變化。進氣通道可大體上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。可存在兩個或多個相鄰的進氣通道環形陣列。相鄰的環形陣列可包括不同數目和/或不同尺寸和/或不同幾何形狀或構造的進氣通道。例如，一個環形陣列通道可限定不同于另一個環形陣列通道的旋渦角。進氣通道可由位于環形進氣口內的兩個或多個環形進氣口隔板限定，其中相鄰的進氣口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域之間限定進氣通道。環形進氣口隔板可在周向成波形(波狀)，這樣在相鄰隔板之間的接觸區域大體上延伸跨過每個環形隔板的整個徑向寬度。
本發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形進氣口內以便限定環形進氣口的覽度。因此，可在套筒的自由端和外側壁之間限定通過環形進氣口的氣流。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。備選的，本發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形進氣口內以便限定環形進氣口的寬度。因此，可在套筒的自由端和內側壁之間限定通過環形進氣口的氣流。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。圓柱形套筒優選可移動跨過環形進氣口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，圓柱形套筒優選可移動跨過環形進氣口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。優選的，套筒圍繞進氣口部分(即，套筒可移動跨過環形進氣口的外徑)，已發現上述賦予改進的空氣動力學性能。換言之，套筒內徑大于一個或多個進氣口部分的外徑(或外部徑向延伸程度)。在另一個實施例中，套筒可由進氣口部分環繞。換言之，套筒外徑可小于一個或多個進氣口部分的內徑。在另一實施例中，套筒可移動通過一個或多個進氣口部分。換言之，套筒直徑(如內徑或外徑，或平均直徑)可小于一個或多個進氣口部分的外徑，但大于一個或多個進氣口部分的內徑。可變幾何渦輪機可包括渦輪機葉輪，被安裝成用于圍繞殼體內的渦輪軸旋轉，殼體限定環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形進氣口，且還包括與環形進氣口的內側壁和外側壁軸向間隔開的至少一個環形隔板以便將環形進氣口分隔成軸向相鄰的環形部分，以及圓柱形套筒可在環形進氣口內圍繞環形進氣口部分的外徑和所述至少一個環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形進氣口的尺寸。再次地，環形進氣口可限定在周圍蝸殼(包括分隔開的蝸殼或用于將氣流傳動到環形進氣口的腔室)的下游。在套筒自由端和內側壁或外側壁之間限定進氣口的有效軸向寬度(取決于套筒安裝在殼體的哪一側)。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形隔板的一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口隔板的位置。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一個環形進氣口部分。
因此，根據本發明提供了一種控制或操作渦輪機的方法，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，套筒的自由端與環形進氣口隔板對準)的位置之間移動。
現在將參照附圖對本發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所示渦輪機的環形進氣口一部分周邊的徑向視圖。圖3是通過包括根據本發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。圖5是示意示出沿著圖4a和4b所示噴嘴組件的環形進氣口一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7g是通過根據本發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_8c示意示出本發明的另外實施例。圖9a至圖9f、10a至10d、ll、12a至12d以及圖13至18的每幅圖是示意示出根據本發明各個實施例的沿相應進氣口結構的周向部分的徑向視圖。圖19是示意示出根據本發明實施例的沿環形進氣口結構的周向部分的徑向視圖。圖20a到20b示出根據本發明實施例的變型。圖21a到21c是通過根據本發明另一實施例的渦輪機一部分的軸向橫截面。圖22a到22b示意示出根據本發明實施例的可能變型的細節。
具體實施方式
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。潤輪機殼體I限定蝸殼7,來自內燃機(未不出)的氣體傳送到該蝸殼7。廢氣經由環形進氣口 9和渦輪機葉輪5從蝸殼7流動到軸向排氣通道8。進氣口 9在側壁之間限定，一個側壁是可移動環形噴嘴環側壁構件11的徑向壁的表面10，而另一側壁在環形罩板12上。罩板12覆蓋渦輪機殼體I內的環形凹進處13的開口。
噴嘴環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口 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
11靠近環形罩12時，葉片14通過環形罩12內的合適構造的槽突出(凸出)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11的軸向延伸導桿16。因此，通過適當地控制致動器(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11的軸向位置。應該意識到，噴嘴環安裝和導向器設置的細節可與那些所述的不同。噴嘴環11具有軸向延伸的徑向內側和外側環形凸緣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形腔室19的內側和外側環形表面來密封噴嘴環11，同時允許噴嘴環11在環形腔室19內滑動。內側密封圈20支撐在形成于腔室19的環形徑向內側表面中的環形槽內，并且承靠噴嘴環11的內側環形凸緣17。外側密封圈20被支撐在形成于腔室19的環形徑向外側表面中的環形槽內，并且承靠噴嘴環11的外側環形凸緣18。從進氣口蝸殼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口 22內的環境空氣的壓力，且將該加壓氣體傳送到排氣蝸殼23，氣體從排氣蝸殼23送入到內燃機(未示出)。渦輪機5的速度取決于通過環形進氣口 9的氣體流速。對于流動到進氣口9內的固定氣體質量流率而言，氣體流速隨著進氣口 9的寬度變化，上述寬度可通過控制噴嘴環11的軸向位置來進行調節。(隨著進氣口 9的寬度減少，流動通過該進氣口 9的氣體流速增加。)圖I示出進氣通道9完全開放。通過使得噴嘴環11朝向環形罩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的渦輪機環形進氣口 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11和罩板12，且平行線14代表延伸跨過進氣口 9的噴嘴葉片14的前邊緣。尺寸c是進氣口 9的周邊部分，以及尺寸w是環形進氣口 9的最大寬度。從圖2可以看出，葉片14將環形進氣口 9分隔成周向相鄰的進氣通道14a的環形陣列。每個進氣通道14a大體上徑向延伸，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口 9的氣體朝向渦輪機的旋轉方向偏轉。延伸跨過進氣口 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，其具有常規矩形的橫截面。圖3是通過包括根據本發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限定蝸殼7，廢氣從該蝸殼7傳送到環繞渦輪機葉輪5的環形進氣口 9。按照本發明，進氣口 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的單個環形的徑向延伸凸緣。套筒30具有突出到進氣口 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口的寬度。此外，根據本發明，進氣口 9至少部分地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32和33。在圖4a和4b中示出噴嘴組件34 (連同套筒30的部段，和導桿31)的更詳細細節。噴嘴組件34的第一噴嘴環32徑向延伸跨過套筒30的渦輪機殼體腔室19的開口。密封圈35相對于套筒30密封噴嘴環32以便防止氣體在進氣口 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32的徑向內邊緣的渦輪機殼體來密封噴嘴環32。噴嘴環組件34的第二噴嘴環33固定到由渦輪機殼體限定的淺顯環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的環形陣列在第一和第二噴嘴環32和33之間延伸。噴嘴葉片37將環形進氣口分隔成周向間隔開的進氣口部分。徑向延伸的環形進氣口隔板38a、38b和38c在噴嘴環32和33之間軸向均等間隔開，并進一步將環形進氣口 9分隔成分為軸向間隔開的進氣口部分。隔板38是與渦輪軸共軸且平行于噴嘴環32和33取向的相對薄的環，這樣它們具有軸向延伸的面。因此，葉片37連同進氣口隔板38a-38c將環形進氣口 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中所示的已知進氣口結構。同樣，尺寸w是進氣口 9的整個寬度以及尺寸c是進氣口周長的一部分。參照圖5，葉片37以及進氣口隔板38a_38c分別將進氣口 9分隔成周向間隔開的進氣口通道39a、39b、39c和39d的四個軸向間隔開的環形陣列。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形陣列，每個進氣通道延伸跨過進氣口 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，每個環形陣列中的進氣通道39在周向上相鄰，且每個環形陣列39a至39d彼此軸向相鄰。如上所述，通過調節套筒30的軸向位置來控制進氣口 9的尺寸，套筒30滑動超過葉片和隔板的外徑。取決于套筒30的位置，由此進氣通道39a至39d的一個或多個軸向間隔開的環形陣列可阻斷或部分阻斷通過進氣口 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的第一環形陣列部分阻斷氣流，而進氣通道39b至39d的第二和第四環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33，而進氣通道39a至39d的所有四個軸向相鄰的環形陣列封閉(在套筒30和噴嘴環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的所選數目的軸向相鄰的環形陣列。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的第一環形陣列封閉，而進氣通道39b至39d的第二和第四環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口隔板38b和38c之間，進氣通道39a和39b的第一和第二環形陣列將完全封閉，而進氣通道39d的第四環形陣列將完全開放，而進氣通道39c的第三環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。在本發明的上述(及以下)實施例中，套筒30可完全封閉進氣口，即完全阻斷進氣口 9。在其它實施例中，上述套筒沒有必要能夠完全封閉進氣口，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域之間限定流動間隙。在本發明的該實施例中，通過減小在進氣通道39上游處的進氣口 9的尺寸可實現氣流的加速度增加。在沒有進氣口隔板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口 9的整個寬度。這在氣流通過進氣口時導致氣流中顯著的能量損失，這可顯著影響限制(縮小)進氣口的所需效果。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。根據本發明，當套筒30移動超過第一和隨后的進氣口隔板時，氣體可在其內擴展的進氣口 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口 9內的氣流擴展膨脹可能造成的能量損失。這依次明顯地提高進氣效率。當套筒的自由端與給定的進氣口隔板對準時，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口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，本發明的進氣口結構具有的效率比一些已知的移動壁進氣口結構尤其是比較小進氣口寬度下時的效率甚至更高。圖3至圖6所示的本發明實施例具有三個進氣口隔板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，僅僅提供單個進氣口隔板(例如在噴嘴環32和33的中間)可提聞效率使其聞于在沒有任何進氣口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口隔板的位置預期渦輪機進氣口的效率可隨著進氣口尺寸的漸變而改變。然而，通過增加隔板數目可順利地獲得這種效果。雖然增加隔板(其具有軸向厚度)數目對于任何給定進氣口寬度W的氣流會獲得增加空氣阻力以及減少最大橫截面流通面積的效果，但是如有必要，可通過將環形進氣口 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。根據本發明的渦輪機還具有優于圖I中所示已知移動噴嘴環渦輪機的許多其它優勢。根據本發明，作用于套筒上的壓力和空氣動力與作用于徑向壁上的那些相比會顯著減小。例如，由流動通過進氣口的空氣導致的作用于套筒30上的軸向力比作用于套筒30上的軸向力顯著減小。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動件的鏈接穩固性低，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力小于作用于徑向壁上的軸向力，上述還簡化了對進氣口尺寸的精確控制。將圓柱形套筒用作用于改變進氣口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，因為進氣口尺寸減小，上述需求是已知進氣口結構所需的，該已知進氣口結構包括可移動噴嘴環(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口寬度。因此，本發明消除了在移動部件和 葉片陣列之間的許多接口需求，上述需求反過來又增加了制造公差。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。已知的設備包括可移動的噴嘴環，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。本發明在移動部件上不存在這種扭矩，上述進一步降低致動器和致動器鏈接件上的力。根據圖3和4所示的本發明實施例，進氣口通道39由噴嘴組件34限定，噴嘴組件34包括支撐進氣口葉片37和隔板38的噴嘴環32和33。噴嘴環32和33從而限定渦輪機的環形進氣口 9的側壁。這種結構具有很多優勢，例如允許不同構造的噴嘴組件安裝到同一個渦輪機殼體，這樣進氣口結構(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)構造可具有生產效益。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)一體鑄造或加工。在這種實施例中，進氣口 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來標識區分渦輪機進氣口 9的側壁，但這些并不應該被認為是對噴嘴環32和33的限制。在圖3-6所示的本發明實施例中，渦輪機噴嘴包括三個進氣口隔板38，但如上所述，在本發明的備選實施例中可存在更多或更少的進氣口隔板。例如，僅僅具有一個或兩個進氣口隔板的實施例可有效地顯著地提高渦輪機進氣口的效率，其中用于改變進氣口尺寸的移動部件是環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口 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口 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口相鄰側壁之間的軸向間距可從進氣口 9的軸向一側向另一側增加或減小，或可先增加后減小，或反之亦然。例如，在多于一個進氣口隔板的情況下，在相鄰隔板之間的或在任意隔板和進氣口側壁之間的軸向間隔可跨過進氣口 9而減小/增加，這樣隨著進氣口 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/增加。在圖3-6所示的本發明實施例中，每個進氣口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，以及平行于限定環形進氣口 9側壁的噴嘴環32和33的相面對表面。在本發明的備選實施例中，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口側壁的相面對表面。例如，單個進氣口隔板相對表面的一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，進氣口側壁(例如噴嘴環32和33)可具有與相鄰進氣口隔板的面對表面平行或成角度的表面。進氣口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，進氣口隔板可具有錐度或可具有徑向的橫截面，其具有類似于傳統進氣葉片的翼形狀。上述的一些可能備選實施例的實例在圖7a到7g中示出。這些附圖是通過渦輪機進氣口 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省略了進氣葉片37的細節。圖7a示出了包括環形進氣口 9的一個實施例，該環形進氣口 9限定在側壁32和33之間，且包括具有三個隔板38a-38c的一個噴嘴。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。換句話說，在隔板38c以及側壁33之間限定的進氣口通道的軸向尺寸小于側壁32和隔板38a之間限定的進氣口通道的軸向尺寸，或者小于側壁32a和隔板38b之間限定的進氣口通道的軸向尺寸。側壁33和隔板38c之間限定的進氣口通道的軸向尺寸定位于比起側壁32和隔板38a之間限定的進氣口通道或者側壁32a和隔板38b之間限定的進氣口通道而言，更為接近進氣口側壁33。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形進氣口 9的兩個側面對內成錐度。圖7c示出了一個實施例，其包括三個進氣口隔板38a_38c，其具有跨過進氣口 9的逐漸增加的間距，這樣當套筒30移動而更靠近進氣口時，進氣通道39的軸向寬度增加。在圖7d所示的實施例中，進氣口噴嘴包括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，位于進氣口側壁32和33之間的中央隔板38c位于徑向平面上，而噴嘴環38a、38b以及隔板38d和38e都傾斜定位，這樣它們中的每一個定位于截頭圓錐形表面上，其效果是進氣通道39趨于朝向中央進氣口隔板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38a和噴嘴環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38a和38e而非使得側壁32和33傾斜可獲得類似的效果。在圖7e中，示出向內漸細的兩個進氣口隔板38。為清楚起見將漸細的隔板放大，且為了避免復雜化僅示出兩個隔板，但在其它備選實施例中，可僅僅存在一個或三個或更多的隔板。為清楚起見將葉片省略。圖7f是圖7e中所示實施例的變型修，其中隔板38具有翼型橫截面。在圖7g所示的實施例中，隔板同樣是具有簡單的均一厚度的環形環，但在該實施例中，每個環位于平行的截頭圓錐形表面上，這樣使隔板38相對于側壁32和33成角度，但彼此平行。如圖所示，隔板隨著半徑減小而成角度遠離于內側壁32。在備選實施例中，隔板可在與如圖所示方向的相對方向上成角度。如果隔板在進氣口的每個軸向端部處接觸側壁32和33，它們可有效地構成限定進氣口 9最大寬度的噴嘴環。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翼型構造，或它們可具有任何另外的構造，選擇上述構造以便限定進氣通道39的特定布置和構 造。即，由于葉片和進氣口隔板一起限定進氣通道39的構造和取向，通過適當地設計單獨的噴嘴葉片或進氣口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，渦輪機進氣口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口的效率大于定位于隔板之間時的渦輪機進氣口的效率。因此，在本發明的一些實施例中，適于套筒的致動器和/或控制系統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”)位置以及相應于一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口，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點，并可允許使用較低成本的致動器。類似的，在本發明的一些實施例中，希望將隔板定位于相應于套筒位置(即，進氣口尺寸)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動機峰值扭矩、額定發動機轉速和高速公路巡航點的優選進氣口寬度。在某些應用中，例如在渦輪增壓發電機中，產生動力的發電機可以固定負載和/或速度運行，沒有必要連續地調整渦輪機的進氣口寬度。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口寬度的位置處，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。在上述的本發明實施例中，每個進氣葉片可視為包括由進氣口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口 9整個寬度的單個葉片。然而，在其它的實施例中，例如希望使得相鄰成對的進氣口隔板之間的進氣葉片部分在周向上錯開，而在一些實施例中，不再可能確定延伸跨過進氣口 9整個寬度的單個葉片的等同度。再次參照圖7a，可以看出，在該實施例中，套筒30可在開放位置和關閉位置之間移動。在開放位置(未示出，但是就是在套筒30在附圖內的左方向上縮進時)，在該開放位置中存在通過設置于套筒自由端(在圖中為右側的套筒一端)和第一進氣口側壁33之間的進氣口 9的氣體流動路徑。通過進氣口的氣體流動路徑可以穿過至少一個軸向偏移的進氣口通道。在封閉位置(附圖中示出一個實例)，通過設置于套筒30自由端和第一進氣口側壁33之間的進氣口 9的所述氣體流動路徑的尺寸與套筒處于開放位置時的尺寸相比減小。當套筒30從開放位置朝向封閉位置移動時，套筒30在朝向進氣口側壁33的方向上移動。圖7a中示出套筒30處于封閉位置。在套筒自由端的任何部分(圖中所示的右端)和進氣口側壁33之間的軸向距離小于在至少一個進氣通道壁(在該實例中為隔板38a、38b和38c)和進氣口側壁33之間的每個相應軸向距離。應該意識到，在該實施例中，噴嘴組件具有三個進氣通道壁(在該情況下為隔板)。在其它實施例中，噴嘴組件可具有任意合適數量的進氣通道壁。優選的，進氣通道壁(其限定軸向相鄰的進氣通道)的數目是兩個或兩個以上。在圖7a所示的套筒30的封閉位置中，套筒30的自由端和進氣口側壁33之間的軸向距離小于每一隔板38a和38b與進氣口側壁33之間的軸向距離。套筒30的自由端和進氣口側壁33之間的軸向距離大體上等于隔板38c與進氣口側壁33之間的軸向距離。這是因為在圖7a所示的套筒30的封閉位置中，套筒定位成使得套筒30的自由端基本與隔板38c的位置軸向對準。因此在圖7a所示的套筒30的封閉位置中，據信套筒30移動經過隔板38a和38b，且與隔板38c對準。在其它實施例中，套筒的封閉位置可使得套筒與任意 進氣通道壁(例如隔板)大體上軸向對準。或者，在一些實施例中，套筒的封閉位置可使得套筒不與進氣通道壁(例如隔板)軸向對準，而是套筒的自由端部分阻斷由至少一個進氣通道壁限定的進氣通道。如上所述，在圖7a中所示的套筒30的封閉位置中，套筒30被定位成經過兩個進氣通道壁(隔板38a和38b)。這是因為套筒30的自由端和進氣口側壁33之間的軸向距離小于每一隔板38a和38b與進氣口側壁33之間的軸向距離。在其它實施例中，在套筒的閉合位置中，套筒可定位成經過任何適當數量的進氣口通道壁。例如，套筒可定位成經過一個、兩個、三個或更多的進氣口通道壁。在一些實施例中，在套筒的封閉位置中，套筒可被定位成不經過進氣通道壁(這樣套筒自由端和進氣口側壁之間的軸向距離大于每一進氣通道壁和進氣口側壁之間的相應軸向距離)。在其它實施例中，在套筒的封閉位置中，套筒可定位成經過所有的進氣通道壁(這樣套筒自由端和進氣口側壁之間的軸向距離小于每一進氣通道壁和進氣口側壁之間的相應軸向距離)。在圖7a所示的實施例中，環形套筒30具有自由端(附圖的右端)，其具有通常平坦的端面30f。端面30f通常位于垂直于渦輪軸的平面上。換句話說，對于套筒30的給定位置而言，端面30f的任何部分和進氣口側壁33之間的軸向距離大致不變。在其它實施例中，并不需要如此。例如，端面30f可能不是大體平坦的，即對于套筒30的給定位置而言，端面30f的第一部分和進氣口側壁33之間的軸向距離不同于端面30f的第二部分和進氣口側壁33之間的軸向距離。例如，端面30f可具有大致為波狀的周邊輪廓。在套筒30的端面30f非平坦的這種實施例中，當套筒30處于封閉位置時，套筒自由端的至少一部分和第一進氣口側壁之間的軸向距離可小于至少一個進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的每一相應軸向距離。在一些實施例中，當套筒處于封閉位置時，套筒自由端的至少一部分和第一進氣口側壁之間的軸向距離可小于任意數目的進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的每一相應軸向距離。例如，當套筒處于封閉位置時，套筒自由端的至少一部分和第一進氣口側壁之間的軸向距離可小于至少兩個或至少三個進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的每一相應軸向距離。在備選實施例中，當套筒處于封閉位置時，套筒自由端的至少一部分和第一進氣口側壁之間的軸向距離可大于任意進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的每一相應軸向距離。在圖7a所示的實施例中，可以看出，雖然處于封閉位置，套筒30延伸通過兩個進氣通道壁(隔板)38a和38b。隔板38b定位于進氣口 9內，這樣隔板和進氣口側壁33之間的軸向距離稍微小于進氣口側壁32和33之間的軸向距離的大約50%。在其它實施例中，當處于封閉位置時，套筒可延伸通過至少一個進氣通道壁(例如隔板)，其被定位成使得進氣通道壁和進氣口側壁33之間的軸向距離基本為進氣口側壁32和33之間的軸向距離的大約50%。在其它實施例中，當處于封閉位置時，套筒可延伸通過至少一個進氣通道壁(例如隔板)，其定位成使得進氣通道壁和進氣口側壁33之間的軸向距離基本為進氣口側壁32和33之間的軸向距離的大約50 %和40 %之間，大約40 %和30 %之間，大約30 %和20 %之間，大約20%和10%之間，大約10%和5%之間，或大約5%和0%之間。在一些實施例中可設置進氣通道壁，其定位成使得進氣通道壁和進氣口側壁之間的軸向距離基本為進氣口側壁之間的軸向距離的大約50%或更小，以提高渦輪機的性能和/或提高對流通通過進氣口的氣體的控制。考慮處于封閉位置的套筒和進氣通道壁(隔板)的如圖7a所示的相對定位的另 一種方式是至少有一個進氣通道壁(在該實例下為隔板38b)比進氣口側壁32更靠近進氣口側壁33。當套筒從開放位置移動到封閉位置時(即當套筒移動以便減小進氣口 9的尺寸時)，進氣口側壁33是套筒朝向其移動的側壁。此外，當套筒30處于封閉位置時，與進氣通道壁(隔板38b)靠近進氣口側壁33的程度相比，套筒30的自由端更靠近進氣口側壁33。圖7a中所示實施例的套筒30和進氣通道壁38a_38c配置成使得套筒接觸進氣通道壁。更具體地，套筒的徑向內側表面接觸進氣通道壁的徑向外側部分。當套筒30在開放位置和封閉位置之間移動時，套筒30可接觸至少一個進氣通道壁38a-38c，至少一個進氣通道壁有助于引導套筒的移動。在其它實施例中，套筒可大體上不接觸一個或多個進氣通道壁，當套筒處于封閉位置時，套筒經過上述進氣通道壁。換句話說，套筒可安裝成當套筒處于封閉位置時，氣體可在至少一個進氣通道壁(套筒經過其)和套筒之間經過。在一些實施例中，當套筒處于封閉位置時，套筒可不與任何進氣通道壁接觸。例如在圖8a_8c中示出圖3至圖6實施例的一種可能變型，以及在合適時使用相同的附圖標記。首先參照圖8a，可以看出葉片37不連續跨過進氣口 9的整個寬度，而是限定進氣通道39a-39d的每一環形陣列的葉片具有不同的徑向延伸程度。雖然所有葉片37的前邊緣位于相同外徑上，但是葉片的后邊緣半徑可不同，這是因為每個葉片環形陣列后邊緣的徑向位置從第一環形陣列39a至第四環形陣列39d遞減。此外，還可以看出，進氣口隔板38a-38c比至少一些葉片37具有更大的徑向延伸程度(在所示實施例中，其大于任何葉片的徑向延伸程度)。也就是說，當隔板38a-38c具有與葉片37大致相同的外徑時，隔板38a-38c的內徑顯著小于葉片37的內徑，這樣隔板38a_38c比葉片37進一步朝向渦輪機葉輪5延伸。在該特定的實施例中，每個隔板38a-38c具有相同的徑向尺寸，但是在其它實施例中可不是這種情況。此外，隔板比葉片更靠近渦輪機葉輪延伸的實施例可包括其中所有葉片具有相同徑向延伸程度的實施例。此外從圖8a中也可很明顯地看出，進氣口隔板38a_38c的軸向間距是不規則的，因此當進氣通道39b和39c的環形陣列的寬度相同時，環形陣列39a的軸向寬度大于環形陣列38b和38c的軸向寬度，以及環形陣列39d的軸向寬度小于軸向陣列38b和38c的軸
向覽度。雖然從圖8a不能明顯看出，但在圖8b和8c中示出，每個環形陣列39a_39d的葉片數目可有所不同。此外，圖8b和圖Sc示出具有不同徑向延伸程度或不同旋渦角的葉片(即在圖Sc中可見的葉片比圖Sb中所示的葉片向前掃掠過更大程度，因此具有更大的旋渦角)。因此，在優化噴嘴的各種特征以便滿足特殊要求和效率狀態方面，本發明提供了很大程度的靈活性。例如，在如圖8a至8c所示的本發明的一個實施例中，在陣列39d中存在八個葉片，在每個陣列39b和39c中存在十二個葉片，以及在陣列39a中存在十五個葉片。在陣列39d中的旋渦角可最大且可到陣列39a遞減。這僅僅是一個實例,應該意識到很多其它變型也是可能的。各種因素可能會影響到特定的噴嘴設計，其可包括最小化渦輪機葉片的高周疲勞(即最大限度地減少對葉片的迫使功能)，以及優化或以其它方式調整渦輪機效率和臨界流量(例如在寬進氣口開口處提供低效率，如下所述，上述在一些應用 中是有用的諸如EGR發動機)。例如，在一個實施例中，套筒30從進氣口的渦輪機殼體側被驅動，因此，當進氣口封閉時，套筒30的自由端朝向進氣口的軸承座側移動(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)。在本發明的一些應用中，會希望在較小的進氣口開口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域中受到更穩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口隔板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行橫截面流通面積。在本發明的上述實施例中，每個進氣口隔板是環形的，因此圍繞進氣口 9的整個周邊(周長)延伸。然而，每個進氣口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，且在一些實施例中，不再可能確定環繞進氣口 9的整個周邊延伸的單個進氣口隔板的等同度(等效性)。在圖9a至9f以及圖IOa至IOd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9a示出了一個實施例，其中進氣葉片部分37a_37d在相鄰的進氣口隔板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形陣列39a-39b (在軸向相鄰的通道39之間存在周向重疊)。圖9b是圖8a中所示實施例的變型，其中一些葉片37確實延伸跨過進氣口 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與使能的進氣口側壁32/33之間延伸。同樣存在周向相鄰進氣通道39a-39d的四個環形陣列，但在這種情況下，每個環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9c示出本發明的一個實施例，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延伸進氣口 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具有常規的方形橫截面。圖9d示出本發明的一個實施例，其中進氣口葉片37僅延伸跨過進氣口 9的整體寬度的一半，在這種情況下，其從側壁32延伸到中央進氣口隔板38b。在這種情況下，只存在進氣通道39a和39b的兩個環形陣列，而39c和39d的每個“陣列”分別由單個環形通道路徑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9d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口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之一和通道的環形陣列之間(即在渦輪機進氣口的一個軸向端處)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口在軸向上可比徑向向內的排氣口(未示出)更寬。附圖9e和9f的實施例還包括沒有任何葉片的至少一個環形進氣通道。在圖9e的實施例中，單個的進氣口隔板38和葉片37從側壁32延伸到進氣口隔板38，但不從進氣口隔板38延伸到側壁33。這形成相鄰的進氣口通道39a的第一環形陣列和單個的環形進氣通道3%。圖9f是圖9e中所示實施例的一個極端實例，其中僅存在單個葉片37，示出其從側壁32延伸到單個的進氣口隔板38。雖然在此僅僅示出單個葉片37，但是可以理解，存在徑向相對的葉片37，這樣在第一環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形進氣通道3%。在實踐中，不太可能具有將本發明使用到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上述。在一些實施例中，可存在至少9個葉片，優選存在至少12個葉片，通常存在至少14個葉片。舉例來說，這種渦輪機進氣口可具有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。根據目前可得到的材料，以及預期的氣體脈動和溫度變化，例如對于本發明的一些應用(例如重型發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)。根據本發明的一個實施例，可提供兩個軸向分隔開的氣體通道環形陣列，每個環形陣列具有12至100個周向分布的氣體通道。因此，應該意識到，葉片數目可與圖9a_9f所示的那些不同。圖IOa至IOd示出其中葉片37延伸跨過進氣口 9整個寬度的實施例，但至少一個或多個進氣口隔板可僅僅沿著部分進氣口周邊延伸。圖IOa示出本發明實施例，其包括延伸跨過進氣口 9整個周邊(在該情況下在側壁32和33之間)的單個進氣口隔板38和在其它對葉片37之間延伸的進氣口隔板部分38a和38c (其延伸跨過進氣口 9的整體寬度)。 圖IOb所示實施例與圖IOa所示實施例的不同之處在于存在沿著進氣口 9的整個周邊延伸的兩個隔板38a和38d，但是在此隔板38c分為在每一其它對葉片37之間延伸的非連續隔板部分。圖IOc示出一個實施例，其中不存在沿著環形進氣口 9的整個周邊延伸的單個進氣口隔板，而是進氣口隔板38a-38c包括在相鄰對的進氣口葉片37之間延伸的隔板部分。在所示的特定實施例中，進氣口隔板部分38b相對于進氣口隔板部分38a和38c在周向上交錯。單獨的進氣通道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IOd的實施例示出噴嘴的另一實例，該噴嘴不包括沿著環形進氣口 9的整個周邊延伸的單個進氣口隔板。此外，該實施例示出在一對葉片之間延伸的進氣口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口隔板部分之間的間隔不同。圖9和10的實施例具有進氣口通道39的常規規則陣列。但是沒有必要一定是這種情況。例如，圖11示意性示出一個實施例，其中不存在沿著環形進氣口的整個周邊延伸的單個進氣口隔板，也不存在延伸跨過進氣口整個寬度的單個進氣口葉片。在該情況下，通道陣列是非常不規則的。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本發明一些實施例可獲得的變型程度(存在制造業適用性的問題)。應該意識到上述的本發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增加。葉片前邊緣的厚度增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，取決于渦輪機蝸殼內的流量/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。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口流動通道39。例如，通道39彎曲而非沿著大致為直線的路徑通常是有利的。鑒于根據本發明的各種可能的替代結構，因此不會總是可以將進氣口噴嘴結構視為包括傳統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口隔板或隔板部分。相反，在更廣泛的方面，它可能更適合于將本發明視為有關的進氣口噴嘴結構，該進氣口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11中所示的本發明實施例相同的是，渦輪機噴嘴包括至少兩個軸向間隔開的進氣通道環形陣列。在一些實施例中，單個軸向“陣列”實際上可包括僅僅一個周向上的進氣通道。然而，在大多數實施例中，預期每個環形陣列將包括圍繞環形進氣口在周向上間隔開(例如相鄰)的許多進氣通道。在本發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的環形陣列。例如，圖12a至12d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的軸向間隔開的環形陣列。例如，首先參照圖12a，確定四個進口通道39a至39d的環形陣列。在該情況下，第一陣列的進氣通道39a具有不同的軸向 度，但是彼此相鄰。第二陣列的每一進氣通道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的第四環形陣列相應于第一陣列39a。對于本發明的任何特定實施例而言，未必有必要確定進氣通道的兩個以上的不同軸向間隔的環形陣列，甚至可存在兩個以上的此類陣列時。例如，圖12b示出間隔開的進氣通道39a和39b的僅僅兩個環形陣列。在該情況下，每個環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12c中示出周向間隔開的進氣通道的兩個不同環形陣列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12d示出確定進氣通道39a和39b的兩個軸向間隔開的環形陣列的另一種方法。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，根據本發明的進氣通道的進一步可能的不同環形陣列可由圖12a_12d所示的本發明實施例來確定，且與本發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形陣列。根據圖3至圖12中所示的本發明的所有實施例，每個進氣通道39具有大體直線形橫截面。然而，替代的橫截面部分也是可能的，諸如像在圖13和14中所示的由進氣口側壁50限定的菱形或六角形橫截面。這些是實施例的實例，其中不一定適當地將任意單個的進氣口側壁50視為構成傳統意義上的葉片或有別于進口葉片的進氣口隔板。然而，在每一種情況下，噴嘴結構顯然包括多個進氣通道39。在圖13或14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形陣列的一種方法。在這些實施例的每一實施例中，在所確定的每一環形陣列的進氣通道在周向上彼此相鄰。這些實施例的另一個特點是，跨過進氣口軸向間隔開的相鄰環形陣列在一定程度上彼此重疊。也就是說，第二環形陣列的每一獨立進氣通道39b的一部分與第一環形陣列的每一進氣通道39a的一部分軸向重疊。據信這種噴嘴結構將進一步緩和渦輪機效率的任何傾向，以便具有帶有不同進氣口尺寸的“逐階”特點。圖15和16示出與圖13和14相同的實施例，但是示出確定進氣通道39a和39b的軸向間隔開的環形陣列的不同方法。在該情況下，在每一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17中示出圖13和14所示的“蜂窩型”實施例的變型。根據該實施例，進氣口側壁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則的。示出確定兩個軸向間隔開的進氣通道39a和39b的實例的一種特定方法。應該意識到通過采取類似于例如關于圖12a至12d上述的方法來確定交替間隔開的進氣通道環形陣列。在圖3至圖17所示以及上述的本發明所有實施例中，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一個進氣通道，或實際上與其它兩個進氣通道的每一個都周向和軸向間隔開的至少一個進氣通道。上述間隔可以是以致于至少一些通道彼此相鄰，并且在至少一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個本發明實施例中，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18示出了圖14和16所示的上述實施例。參照圖13，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二對進氣通道，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。雖然從某種意義上而言，例如圖13和14中所示的“菱形”和“蜂窩狀”結構沒有必要被視為包括傳統意義上的葉片，或清楚分辨的隔板，但實際上其可由合適構造的離散進氣口隔板來構建這種噴嘴結構。例如，圖19示出如何通過將軸向相鄰的隔板壓到一起來構建圖14中示意性示出的結構，在圖中標出其中的四個78a-78d。這些隔板的每一個是環形的，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。應該意識到可對圖19所示的本發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)的隔板放置到一對或多對波狀隔板之間以便改變進氣通道39的構造和跨過進氣口的某些軸向位置。類似的，個別(單獨的或不同的)波狀隔板80不需要具有相同的波紋深度。此外，在某些實施例中隔板80可以用下述方式壓到一起，使得隔板80之間的接觸面積大于或小于圖17至18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。根據圖19所示的本發明實施例，相鄰隔板以反相對準，使每一其它隔板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。如圖20a和20b中所示，一些流通通道可被阻斷以便調整相應于某些進氣口寬度的區域中的效率。例如在圖20a和20b中示出在噴嘴軸向端部處的部分六角形通道被阻斷。在圖20b的情況下，當這些通道暴露于進氣流體時，這些區域中通道的軸向寬度減小，上述有助于減少葉片上的振動。例如，在圖3、圖4a-4b、7a-7g、23_25及27a_27d示出的本發明實施例中的每一個實施例示出渦輪機進氣口結構，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21a至21c示出在圖3和圖4a-4b中所示的本發明實施例的變型，其中變型的套筒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。本發明的該實施例的其它細節基本與關于圖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之一的標為噴嘴環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一個以及如上所述的所有變型可包括在其中套筒130在進氣口噴嘴的內徑處圍繞渦輪機葉輪定位的本發明實施例中。在本發明的一些實施例中，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國進氣口 9寬度的相同徑向延伸程度，或在至少一個位置處兩個套筒的一個可比另一個延伸的更遠，這樣在這種位置中，環形進氣口的整個軸向寬度從其上游到其下游開口可不同。兩個套筒可聯接到一起(或成一體)，以便作為一個單元進行致動，或者獨立地設置和致動。以上所述的本發明實施例示出套筒30和130從渦輪機葉輪的軸承座側延伸跨過環形進氣口 9。在本發明的其它實施例中，套筒可從渦輪機葉輪的渦輪機殼體側延伸跨過環形進氣口 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32a和32b、33a和33b中示出本發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。如上所述，本發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。圖22a和22b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100，從而防止氣體在套筒30和根據本發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可具有上述的根據本發明的任何可能構造。或者，在本發明的一些實施例(其可具有任意噴嘴組件，上述噴嘴組件具有上述的任意可能構造，例如多個隔板)中，沒有鄰近套筒自由端的活塞環密封圈。以該方式，套筒可安裝成使得氣體可在套筒和噴嘴組件之間經過。例如，在噴嘴組件包括多個環形隔板以及套筒安裝于環形隔板外徑之外的情況下，套筒可安裝為其自身和至少一個環形隔板之間具有間隙。在這種情況下，套筒可具有大于至少一個環形隔板外徑的內徑。在圖7C中可看出在套筒30和噴嘴組件34之間的氣體流動路徑38g的實例。氣體流動路徑38g經過在套筒30和噴嘴組件34的隔板38b之間的徑向間隙。氣體流動路徑38g是如此的，即一旦氣體經過套筒30和隔板38b之間的間隙，則氣體通過進氣口 9朝向渦輪機葉輪流動。在其它實施例中，可采用套筒和噴嘴組件(其限定噴嘴組件和套筒之間的氣體流動路徑)之間的任何其它合適的間隙。在圖7c中，為了清楚起見將套筒和隔板38a-38c之間的間隙放大。在套筒朝向進氣口側壁軸向移動以便減小氣體可流動通過其的進氣口尺寸的情況下，套筒和噴嘴組件之間的間隙是如此的，以致于其允許氣體在噴嘴組件和套筒之間在通常與套筒朝向進氣口側壁移動以便減小進氣口尺寸的移動方向相反的方向上流動。此外，套筒和噴嘴組件之間的間隙可能是如此的，以致于其允許氣體在噴嘴組件和套筒之間在通常徑向向內朝向渦輪機葉輪的方向上流動。在一些實施例中，噴嘴組件和套筒可構造成使得在所有的隔板和套筒(例如，所 有的隔板具有小于套筒內徑的外徑)之間存在間隙。然而，在其它實施例中，噴嘴組件和套筒可配置成僅在一些隔板和套筒之間存在間隙。例如，使得在噴嘴和套筒之間不存在間隙的隔板通常接觸套筒。在這種情況下，緊靠套筒的這種隔板由于可以改變進氣口的尺寸而可導引套筒的移動。已經發現，在一些實施例中，在套筒和噴嘴組件之間提供間隙(因此提供氣體流動路徑)可提聞潤輪機的性能。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，以及減輕例如隔板對套筒卡住的可能性。根據本發明的噴嘴結構可配置成給不同的進氣口寬度(即，對應于一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，隔板可跨過進氣口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。以該方式來調節噴嘴效率的能力具有很多應用。在本發明的一些實施例中，在相應于套筒關閉或相對關閉位置的進氣口區域內，它可能有利于減少隔板間距(或以其它方式增加進氣通道39的軸向尺寸)。也就是說，使用給定數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。對于任何給定數量的隔板，這可能會增加套筒處于相對封閉位置時的效率。應該理解，雖然關于渦輪增壓器的渦輪機對本發明實施例進行了描述，但是本發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)發動機，或汽油直噴(⑶i)發動機。這些應用包括多個渦輪增壓器，其包括根據本發明的渦輪機。其它可能的應用包括燃料電池渦輪增壓器或渦輪機。渦輪機進氣口蝸殼可為被分隔開的蝸殼。例如，已知可以提供具有被分隔為多于一個腔室的蝸殼的渦輪增壓器渦輪機，每個蝸殼腔室連接到不同組的發動機氣缸。在這種情況下，上述分隔部通常是將蝸殼分隔為軸向相鄰部分的蝸殼內的環形壁。還可以在周向上分隔蝸殼，這樣蝸殼的不同弧形部分將氣體傳送到渦輪機進氣口的不同弧形部分內。已經在附圖中利用單個流體蝸殼對本發明的渦輪機進行了說明，但它也適用于軸向分隔開的殼體，由此來自發動機的一個或多個汽缸的氣體被導引到被分隔開的蝸殼之一內，而來自一個或多個其它汽缸的氣體被導引到不同的蝸殼內。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蝸殼，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蝸殼與本發明的軸向和周向分隔開的進氣通道相區分開。例如，后者(進氣通道)涉及到噴嘴結構，其布置成使得從蝸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蝸殼相區分，因為前者(進氣通道)接收來自蝸殼(或分隔開的蝸殼)的氣體，且將氣體分為路徑陣列。相比較而言，分隔開的蝸殼接收來自廢氣歧管的氣體，以及通常接收來自發動機不同氣缸的氣體，以便保持由單獨的發動機汽缸打開事件導致的氣體脈沖的氣流速度。這 樣，分隔開的蝸殼將氣體傳送到環形進氣口，而本發明的進氣通道接受來自蝸殼的氣體。 本發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一個或多個隔板將通常與軸向分隔蝸殼的一個或多個壁不同。本發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，以便進一步用作葉片之一(同樣設置成滑動套筒在進氣通道的內徑處運行)。或者，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側，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。雖然上面論述了用于致動進氣口套筒的機構的實例，但是應該意識到合適的時候其它機構(機械結構)可應用于本發明的不同實施例和應用上。渦輪機進氣口可形成為具有排氣歧管的連續元件。可執行廣泛的控制策略以便控制本文所述的滑動套筒。可能控制策略的范圍包括已經在說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。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，包括 渦輪機葉輪，被安裝成用于圍繞殼體內的渦輪軸旋轉，殼體限定環繞渦輪機葉輪的，且在第一和第二進氣口側壁之間限定的環形進氣口；以及 圓柱形套筒，可軸向移動跨過環形進氣口以便改變通過進氣口的進氣流動路徑的尺寸； 其中環形進氣口由設置于第一和第二進氣口側壁之間的兩個或者兩個以上的進氣通道壁分隔成至少三個軸向偏離的進氣通道。
2.根據權利要求I所述的可變幾何渦輪機，其中進氣通道壁是軸向間隔的環形隔板，所述隔板將環形進氣口分為軸向相鄰的環形部分。
3.根據權利要求2所述的可變幾何渦輪機，其中隔板的數量是兩個，三個，四個，五個或六個的其中之一。
4.根據權利要求2或3所述的可變幾何渦輪機，進一步包括進氣葉片，其軸向延伸跨過至少兩個所述軸向相鄰的環形部分；其中圓柱形套筒可軸向移動跨過環形進氣口以改變通過套筒自由端和第一進氣口側壁之間的進氣口的氣體流動路徑的尺寸；以及其中延伸跨過進氣口的第一環形部分的軸向寬度小于延伸跨過進氣口的第二環形部分的軸向寬度，第一環形部分與第一進氣口側壁靠近的程度大于第二環形部分靠近第一進氣口側壁的程度。
5.根據權利要求I所述的可變幾何渦輪機，其中兩個或兩個以上的進氣通道壁限定大體朝向渦輪機葉輪延伸的大體為管形的進氣通道的環形陣列，其中進氣通道的環形陣列包括至少三個軸向偏離的進氣通道。
6.根據任一前述權利要求所述的可變幾何渦輪機，其中套筒可在開放位置和封閉位置之間軸向移動，在開放位置存在通過在套筒自由端和第一進氣口側壁之間的進氣口的氣體流動路徑，通過所述軸向偏離的至少三個進氣通道的至少之一的氣體流動路徑，而在封閉位置，通過在套筒自由端和第一進氣口側壁之間的進氣口的所述氣體流動路徑的尺寸與套筒處于開放位置時相比減小；以及其中當套筒在從開放位置朝向封閉位置移動時，套筒在朝向所述第一進氣口側壁的方向上移動。
7.根據權利要求6所述的可變幾何渦輪機，其中，當套筒處于封閉位置時，在套筒的至少一部分自由端和第一進氣口側壁之間的軸向間距小于在兩個或多個進氣通道壁的至少兩個進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的每一相應軸向間距。
8.根據權利要求6或7所述的可變幾何渦輪機，其中當套筒處于封閉位置時，在套筒所有自由端和第一進氣口側壁之間的軸向間距小于在兩個或多個進氣通道壁的至少兩個進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的每一相應軸向間距。
9.根據權利要求6至8任一項所述的可變幾何渦輪機，其中當套筒處于封閉位置時，在套筒的至少一部分自由端和第一進氣口側壁之間的軸向間距小于在兩個或多個進氣通道壁的每一進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的每一相應軸向間距。
10.根據權利要求6至9任一項所述的可變幾何渦輪機，其中當套筒處于封閉位置時，在套筒所有自由端和第一進氣口側壁之間的軸向間距小于在兩個或多個進氣通道壁的每一進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的每一相應軸向間距。
11.根據權利要求6至10任一項所述的可變幾何渦輪機，其中當套筒處于封閉位置時，在套筒的至少一部分自由端和第一進氣口側壁之間的軸向間距小于在兩個或多個進氣通道壁的所述一個進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的軸向間距，以及其中兩個或多個進氣通道壁的所述一個進氣通道壁定位成使得在兩個或多個進氣通道壁的所述一個進氣通道壁和第一進氣通道壁之間的軸向距離小于或等于第一和第二進氣口側壁之間的軸向間距的大約50%。
12.根據權利要求6至11任一項所述的可變幾何渦輪機，其中，當套筒處于封閉位置時，在套筒的至少一部分自由端和第一進氣口側壁之間的軸向間距小于在兩個或多個進氣通道壁的一個進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的軸向間距，以及其中當套筒處于封閉位置時，所述套筒大體上不接觸兩個或多個進氣通道壁的所述一個進氣通道壁。
13.根據權利要求6至12任一項所述的可變幾何渦輪機，當套筒處于封閉位置時，在套筒的至少一部分自由端和第一進氣口側壁之間的軸向間距小于在兩個或多個進氣通道壁的一個進氣通道壁和第一進氣口側壁之間的軸向間距，以及其中套筒安裝成當套筒處于封閉位置時使得氣體可在兩個或多個進氣通道壁的所述一個進氣通道壁和套筒之間通過，之后氣體通過進氣口。
14.根據權利要求6至13任一項所述的可變幾何渦輪機，其中套筒安裝成當套筒處于封閉位置時，套筒基本不接觸兩個或多個進氣通道壁的任意一個。
15.根據權利要求6至14任一項所述的可變幾何渦輪機，其中所述軸向偏離的第一進氣通道的軸向尺寸小于所述軸向偏離的第二進氣通道的軸向尺寸，以及其中所述軸向偏離的第一進氣通道比所述軸向偏離的第二進氣通道更靠近第一進氣口側壁定位。
全文摘要
本發明公開一種可變幾何渦輪機，包括渦輪機葉輪，被安裝成用于圍繞殼體內的渦輪軸旋轉，殼體限定環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形進氣口；以及圓柱形套筒，其可軸向移動跨過環形進氣口以便改變通過進氣口的進氣流動路徑的尺寸；其中環形進氣口由設置于第一和第二進氣口側壁之間的兩個或者兩個以上的進氣通道壁分隔成至少三個軸向偏離的進氣通道。
文檔編號F01D17/14GK102782259SQ201080055342
公開日2012年11月14日 申請日期2010年10月6日 優先權日2009年10月6日
發明者湯姆·J·羅伯茨, 約翰·F·帕克, 羅伯特·L·霍洛德 申請人:康明斯有限公司