用于涡轮增压器的喷嘴组件以及具有其的涡轮增压器的制作方法

本发明涉及涡轮增压器的。具体来说，本发明涉及一种用于涡轮增压器的喷嘴组件，以及具有该组件的涡轮增压器。

背景技术：

1、在涡轮增压器的涡轮机中，在涡轮叶轮的上游设置有喷嘴。喷嘴具有固定式叶片或活动式叶片。喷嘴的叶片对流入涡轮机的来自上游的排气气体进行导向和偏转，使它们以给定的角度、沿给定的方向喷射到位于下游的涡轮叶轮上，从而提升涡轮机的效率。

2、在现有的涡轮机中，存在一体式的喷嘴，即，带有叶片的喷嘴与涡轮机的壳体一体地制造成型。该结构使喷嘴的叶片在涡轮机的壳体的涡道内整体成形，从而能在涡轮机的叶轮上游形成固定的流动引导通道。

3、然而，已经发现由于一体式的喷嘴的叶片与涡轮机的壳体一体地成型，喷嘴的叶片的型面需在涡轮机的壳体的整体结构上加工。受到壳体的内腔结构、装夹方式和加工基准等因素限制，喷嘴的叶片的型面的轮廓、角度及表面质量难以保证，叶片的型面加工精度下降，容易使所得到的用于引导流动的型面偏离期望的空气动力学状态，影响涡轮叶轮的气流匹配。此外，叶片与壳体一体成型使得叶片的型面和安装角度在成型后就无法再单独更换或调整。由此，当涡轮叶轮规格或空气动力学性能需求变化时，只能改变整个涡轮机的壳体的构造，涡轮机在设计构造上灵活性较差，也不利于喷嘴的叶片损伤后的单独更换。

4、在现有的涡轮机中，还存在分离式的喷嘴，即具有叶片的喷嘴与涡轮机的壳体分别独立地制造再装配在一起。装配后，喷嘴受到分别位于其两侧的支撑结构和壳体的支承。这样的构造同样能在涡轮叶轮上游形成确定的流动引导，对流入涡轮机的来自上游的排气气体进行流动引导。

5、然而，已经发现，对于这样的分离式喷嘴，由于喷嘴与涡轮机的壳体的装配关系，一种喷嘴的叶片的型面只能与特定的涡轮叶轮对应。当涡轮叶轮规格改变时，原有的分离式喷嘴就不再适用，可能需要重新加工制造。这使得喷嘴无法通用，灵活性较低，涡轮增压器整体成本较高。此外，对于这类分离式的喷嘴，需要在与涡轮机的壳体装配时设置密封圈，以便实现配合面密封，导致涡轮增压器的零件数量和装配环节增多，成本升高，且密封圈在高温的排气气体的工作环境下容易出现氧化、蠕变和松弛，进而造成密封接触压力下降和涡轮机的壳体与喷嘴的配合面之间的气体泄漏，密封可靠性随使用过程逐渐降低，进而导致涡轮机的效率降低。

6、因此，本领域希望能提出一种改善的涡轮增压器，其能改善或避免上述现有涡轮增压器的缺陷中的至少一种缺陷。

技术实现思路

1、本发明是鉴于上述技术问题而完成的，其目的在于提供一种用于涡轮增压器的喷嘴组件，其能够提升喷嘴的通用性，使得喷嘴组件可以更灵活地应用于具有不同流量需求的涡轮叶轮的涡轮增压器。

2、根据本发明的第一方面，提出了一种用于涡轮增压器的喷嘴组件，所述涡轮增压器包括涡轮机和中间体，所述喷嘴组件包括：所述涡轮机的壳体；喷嘴，所述喷嘴具有从环状的喷嘴本体的两侧伸出的多个叶片，各所述叶片具有型面，用于引导气体流动；插入件，所述插入件设置于所述中间体处，并且独立于所述壳体和所述喷嘴，其中，所述喷嘴在所述涡轮增压器的轴向方向上夹设在所述壳体与所述插入件之间，使得位于所述喷嘴本体的两侧上的所述叶片以各自的叶片顶面分别抵靠于所述插入件的插入件顶面和所述壳体的内周表面。

3、在根据本发明的喷嘴组件中，具有固定的叶片的喷嘴相对于涡轮机的壳体和插入件是独立的构件，可单独加工成型，例如通过机加工或铸造成型。因此，喷嘴的叶片型面的加工精度不会受到涡轮机的壳体的装夹限制。进一步地，当喷嘴组件需要适应不同流量规格的涡轮叶轮时，仅需更换喷嘴即可，而涡轮机的壳体和插入件能够以模块化的形式重复使用，由此提升了喷嘴组件中其它部件的通用性，降低了喷嘴组件整体对于不同流量规格的涡轮叶轮的适配成本。

4、优选地，根据本发明的喷嘴组件还包括弹性件，所述弹性件预张紧地布置在所述涡轮增压器的所述中间体与所述插入件之间，以在涡轮增压器的轴向方向上将所述插入件的插入件顶面压抵于所述喷嘴的叶片的叶片顶面，使得所述插入件的插入件顶面密封地贴靠于所述喷嘴的叶片的叶片顶面。

5、由此，在根据本发明的喷嘴组件中，借助弹性件的预紧力保证了插入件的插入件顶面与叶片的叶片顶面之间的接触式面密封，确保了密封可靠性，进而降低排气气体泄漏的概率，保证了涡轮机的工作效率。

6、优选地，在根据本发明的喷嘴组件中，在所述插入件与所述喷嘴之间不设有密封件，且在所述喷嘴与所述涡轮机的壳体之间也不设有密封件。

7、在此，根据本发明的喷嘴组件无需额外的诸如密封圈之类的密封件即实现了相互独立的喷嘴、插入件以及涡轮机壳体的组装，减少了喷嘴组件中的零件数量，降低了喷嘴组件的成本并且简化了喷嘴组件的组装。此外，由于省去了密封件的使用，还能避免在排气气体高温工况下密封件逐渐氧化、蠕变、松弛导致的泄漏风险。

8、优选地，在根据本发明的喷嘴组件中，插入件设计构造为环状，在所述插入件的插入件内周面处形成有插入件台阶部，上述弹性件预张紧地布置在所述中间体与所述插入件台阶部之间。

9、在此，插入件的上述插入件台阶部与中间体为弹性件提供了支承界面，从而使得弹性件的预紧力能够作用到插入件上，实现将插入件压靠于喷嘴上，并且使得喷嘴组件整体结构紧凑。

10、在本发明的一优选的实施例中，上述弹性件为所述涡轮增压器的罩弹簧。

11、罩弹簧是涡轮增压器的已有的部件，将其用作上述预张紧的弹性件不会增加喷嘴组件和涡轮增压器的零件数量，也不会增大喷嘴组件的组装复杂程度，进而在保证喷嘴组件的灵活性、通用性的同时还能避免使用根据本发明的喷嘴组件的涡轮增压器的成本提高。

12、在本发明的一优选的实施例中，喷嘴组件还包括销，用于联接所述插入件与所述中间体。中间体具有插入件接纳部，插入件被容纳在所述插入件接纳部中。插入件接纳部的底部开设有开口，而所述插入件的与所述插入件顶面相对的插入件底面中设有孔。所述销设置在所述插入件接纳部的所述开口与所述孔中。

13、在此，通过借助销实现喷嘴组件中的插入件与涡轮增压器的中间体的键连接，能够限制插入件相对于中间体的转动以及在轴向方向上的窜动，从而为抵靠插入件的喷嘴提供稳定的轴向支承。

14、在本发明的一非限制性实施例中，涡轮机的壳体具有涡道部段，所述壳体搁放在所述中间体的中间体台阶部上，所述涡道部段的涡道部段端面设计构造为与所述中间体台阶部的台阶部侧面相适配，所述涡道部段的涡道部段侧面设计构造为与所述中间体台阶部的台阶部底面相适配。

15、在此，无需设置额外的定位结构就能实现涡轮机的壳体相对于中间体在轴向上的定位，简化了使用根据本发明的喷嘴组件的涡轮增压器的装配。

16、在本发明的一非限制性实施例中，插入件被接纳在所述中间体的插入件接纳部中，并且所述插入件的插入件外周面与所述涡轮机的壳体的涡道部段的涡道部段端面贴合形成接触面。

17、在此，在根据本发明的喷嘴组件中，在涡轮机的壳体与插入件的配合面之间也形成了接触式面密封，从而防止排气气体旁通泄漏而降低涡轮机的运行效率。

18、在本发明的一非限制性实施例中，喷嘴组件的涡轮机壳体的涡道部段具有分隔壁。分隔壁将所述涡道部段分隔为彼此独立的第一流道和第二流道。

19、在此，根据本发明的喷嘴组件能够尤其适用于具有双涡道构造的涡轮机。

20、优选地，喷嘴组件的涡轮机壳体的涡道部段的上述分隔壁的分隔壁端面与喷嘴的喷嘴外周面贴合。

21、在此，通过喷嘴组件的喷嘴的喷嘴外周面与涡轮机壳体的分隔壁的分隔壁端面的贴合，避免了在涡轮机壳体的涡道部段的第一流道与第二流道之间的可能的泄漏路径，保证了双涡道的流量分配精度。优选地，在涡轮机的第一流道和第二流道中的气体能分别被引向位于喷嘴本体的两侧上的叶片。

22、优选地，在根据本发明的喷嘴组件中，喷嘴的喷嘴本体具有加厚的外周缘部分，使得所述喷嘴的喷嘴外周面的宽度大于所述喷嘴的喷嘴内周面的宽度。

23、在此，喷嘴本体的加厚的外周缘部分能提高喷嘴的环向刚度与抗变形能力，并为与其接触的涡轮机的壳体的部分、例如是涡道部段的分隔壁的分隔壁端面提供更宽的贴合面，从而实现两条流道之间的分隔的气密可靠性。

24、优选地，在根据本发明的喷嘴组件中，喷嘴的叶片的型面设计构造为斜面或非平面的坡面。

25、在本发明的一非限制性实施例中，在喷嘴本体的两侧上的叶片的型面设计是彼此相同的。

26、在此，喷嘴组件的制造和装配由于叶片具有相同设计构造的型面而是方便的。

27、进一步地，位于喷嘴的两侧的、向喷嘴提供支承的插入件的插入件顶面和涡轮机的壳体的内周表面也是对称形成为相同的。

28、替代地，在根据本发明的喷嘴组件中，在喷嘴本体的两侧上的叶片的型面设计可以设计为不完全相同的。例如，在喷嘴的多个叶片中提供两种以上不同的叶片的型面构型。在制造喷嘴时，根据具体的涡轮叶轮的流量规格和进气要求来对喷嘴本体的两侧上的叶片的型面进行对应的加工。

29、有利地，叶片的型面的构型可根据喷嘴组件所用于的涡轮增压器中的涡轮叶轮的流量需求、进气角度需求等进行选择、定制。进而通过机加工或铸造等方式得到具有相应的型面的固定式的叶片的喷嘴。有利地，对于具有不同型面的叶片，只需适应性改变插入件即可使它们满足喷嘴组件在涡轮增压器的轴向方向上、在涡轮机中的宽度，涡轮机的壳体可尽可能保持通用。

30、优选地，在根据本发明的喷嘴组件中，位于喷嘴的喷嘴本体的两侧上的多个所述叶片沿周向方向彼此间隔开布置。对于其中的每个叶片，叶片的前缘端部到后缘端部的延伸方向与叶片的所述后缘端部所在位置处的径向方向成坡度角度。

31、在根据本发明的喷嘴组件中，单独加工制造的喷嘴上的叶片将排气气体以适宜角度导向涡轮叶轮。喷嘴上的叶片的数量和上述坡度角度，即，每个叶片自前缘端部至后缘端部的延伸方向相对于后缘端部处的径向方向所成的角度是可根据需要在加工喷嘴时定制的，从而匹配不同的涡轮叶轮的流量需求。

32、可选地，在喷嘴本体的两侧上，多个叶片分别在周向方向上均匀地布置，即，彼此隔开相等的间距，以实现期望的排气气体流动引导效果。

33、替代地，根据需要，在喷嘴本体的两侧上，多个叶片可以在周向方向上非均匀地布置，即，叶片之间彼此间隔开的间距不完全相同。

34、可选地，在喷嘴本体的两侧上，各叶片的坡度角度是相同的，以实现期望的排气气体流动引导效果，并使得喷嘴组件的制造和装配是简便的。

35、替代地，根据需要，在喷嘴本体的两侧上，多个叶片中可具有两种或更多种不同的坡度角度，特别是大小不同的坡度角度。

36、优选地，在根据本发明的喷嘴组件中，位于所述喷嘴本体两侧上的多个所述叶片关于所述喷嘴本体镜像对称地设置，或位于所述喷嘴本体两侧上的多个所述叶片关于所述喷嘴本体非镜像对称地设置。

37、在此，当喷嘴本体的两侧上的叶片镜像对称布置时，这在制造喷嘴和装配喷嘴组件的效率方面是有利的，且成本较低。至于喷嘴本体的两侧上的叶片非镜像对称布置的情况，具有这样的叶片布置的喷嘴尤其适用于具有双涡道构型的涡轮机的壳体。它使得喷嘴两侧的叶片可以分别适配于双涡道中不同的气流需求，优化在大气体流量的情况下喷嘴组件对于不同流道中的气体的引导效率。

38、根据本发明的第二方面，还提出了一种涡轮增压器，其包括：涡轮机，所述涡轮机具有壳体；中间体；以及如上述任一方案所述的喷嘴组件。

39、该涡轮增压器由于根据本发明的喷嘴组件所带来的高通用性、叶片的型面的高加工精度、密封可靠，而运行效率高、成本较低、便于维护。

40、本文所描述的额外特征和优点将在下文的详细描述中陈述，并且通过下文对于本领域技术人员显然或者从通过实践本文所描述的实施方式而被本领域技术人员认识到，这些描述包括下文的详细描述、权利要求、以及附图。

41、应了解前文的一般描述和下文的详细描述说明了各种实施方式并且意图提供理解要求保护的主题的性质和特征的概述或框架。包括附图以提供对各种实施方式的进一步理解并且附图合并于本说明书中并且构成本说明书的部分。附图示出了本文所描述的各种实施方式，并且与描述一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。