變容式渦輪機的製作方法
2023-06-07 02:07:01 1
專利名稱：變容式渦輪機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種變容式渦輪增壓器，它能通過操作噴嘴葉片來控制進入渦輪室的廢氣量。更具體地說，它涉及噴嘴驅動機構的一個改進，此噴嘴驅動機構是把操縱此噴嘴葉片的致動器的位移傳遞給噴嘴葉片。
一個渦輪增壓器是增加內燃機輸出的有效裝置。一個渦輪由發動機排出的廢氣轉動，一個安裝在與渦輪相同軸上的壓縮機把供給發動機的空氣加壓。渦輪增壓器通常安裝在各種發動機上。但是，廢氣的流量隨發動機轉速而變化。發動機實際排出的廢氣的流量不總是產生渦輪增壓器的理想的工況所需的量。為了調整這種情況並且使渦輪增壓器的優勢得到充分發揮，此變容式渦輪增壓器得到了發展。在渦輪增壓器中，根據內燃機的運轉狀況調節在渦輪室中的廢氣流量。
這種變容式渦輪增壓器在殼體內部的渦輪的噴嘴裝置中有多個噴嘴葉片。在噴嘴軸上設置的噴嘴葉片以它們能夠在開和關的位置之間轉動的方式被支撐。此噴嘴軸通過一槓桿與具有圓環形狀的連接板相連。連接板自由地在此渦輪的旋轉軸線上轉動。在殼體外部的一個致動器使連接板通過一個傳動機構轉動。當此連接板轉動時，噴嘴葉片同步操作，它在開和關的位置之間連續地運動來調節噴嘴葉片的開度。
在現有技術的用來驅動噴嘴葉片的噴嘴驅動機構中，連接板的轉動作用力不能平穩地轉換為噴嘴葉片的轉動作用力。為了得到理想的連接板的作用力，在變容式渦輪增壓器的殼體外部的致動器必須足夠大以使其產生一個適當的力。
本發明致力於的技術將解決現有技術中存在的這種缺點。本發明的目的是提供一用於連接板的噴嘴驅動機構，它能平穩地，同步地操作所有的噴嘴葉片。
根據本發明的控制噴嘴葉片開度的變容式渦輪增壓器具有設置在一個殼體內的渦輪，它在渦輪軸上自由地轉動；在噴嘴裝置中圍繞殼體中的渦輪設置的多個噴嘴葉片；一個繞設置在殼體中的渦輪自由地轉動的連接板，它通過槓桿與噴嘴葉片相連，並且在開和關的位置之間連續地使噴嘴葉片同步地運動；以及一個在殼體外部的致動器，它通過一個傳動機構與連接板相連。
在第一優選實施例中本發明公開的是如下特徵的變容式渦輪增壓器。
此噴嘴葉片以使其在開和關的位置之間繞噴嘴軸自由轉動的方式被支撐，並且噴嘴葉片與和噴嘴軸相應的槓桿相連，以使其和槓桿一起轉動，在每個槓桿端部的每個凸起提供有一個與噴嘴軸平行的軸。在噴嘴葉片中的軸以自由擺動的方式接合在連接板的橢圓形孔中，並從而使其與連接板相連。使橢圓形孔伸展至橢圓方向的傾斜的直或彎的中心線相應於連接板的半徑成一個給定角度。
如上面發明所公開的，在連接板中接收槓桿的軸的橢圓形孔在與連接板的由它的旋轉中心所確定的半徑成一定角度的軸向延伸。這樣當連接板轉動時，有一個作用力的分力，它在軸與沿徑向推軸的孔相接觸的一點上作用於連接板上。槓桿的軸在連接板的孔中能沿徑向平穩地運動，並且連接板能容易地操作。
在第二優選實施例中本發明公開的是彎曲的橢圓形孔。使橢圓形孔伸展至橢圓方向的彎曲的中心線沿一個弧彎曲，此弧與相對連接板的半徑成一給定角度延伸的傾斜直線相切。
如上面本發明所公開的，在連接板中接收槓桿的軸的每個橢圓形孔都沿一個弧彎曲，此弧與相對從連接板的旋轉中心延伸的一個半徑成一定角度延伸的直線相切。當連接板轉動時，沿徑向作用在軸上的推力的分力比本申請中的權利要求1中所公開的要大。這使槓桿的軸在連接板的孔中沿徑向更平穩地運動。
圖1是本發明的一個變容式渦輪增壓器的外部側視圖。
圖2是第一優選實施例中渦輪室的橫剖面圖。
圖3是圖1中變容式渦輪機的一個局部切下的正視圖。
圖4是圖3的一個局部放大圖。它示出了一個傳動機構，此機構把致動器的動作傳遞給連接板和連接它們兩者的元件。
圖5是圖4中所示的連接板的一個平面圖。
圖6是根據本發明的優選實施例的連接板上的橢圓形孔的放大圖。
圖7是本發明的另一優選實施例的連接板的局部平面圖。
圖8是一個傳遞至連接板的傳動機構的分解圖。
在這些圖中，10是渦輪殼體，50是致動器，52是杆，54是連接件，104是噴嘴葉片，112是連接板，112d是連接板上的橢圓形孔，112d″是根據另一優選實施例的橢圓形孔，114是槓桿，120是擺動件，130是橋，140是滾子。
在這一部分，將參照
幾個本發明的優選實施例。在實施例中所描述的零件的形狀、相關的位置和其它方面沒有清楚地被確定，本發明的範圍不僅僅局限於所示的零件，所示的零件僅是用來起說明的目的。
在這一部分中，將參照附圖對本發明的兩個優選實施例進行說明。
圖1示出了實施本發明的一個變容式渦輪增壓器10的外形。變容式渦輪增壓器10包括一個殼體，此殼體包括渦輪殼體20，壓縮機殼體40和主殼體30，主殼體30是在渦輪殼體20和壓縮機殼體40之間。渦輪殼體20有一個進氣口22和一個排氣口24。壓縮機殼體40有一個進氣口44和一個排氣口42。
在殼體20，30，40的外部上的是致動器50，它驅動噴嘴葉片(稍後將作解釋)。致動器50用空氣壓力，或者，更具體地說是用吸入內燃機(未示出)的空氣的負壓，在內燃機上設置有變容式渦輪增壓器10，它使杆10前後移動。但是，在本發明中有可能用任何形式的起相同作用的致動器，如一個靈敏的壓力致動器，或一個電磁致動器，代替此致動器。
在圖2中示出了渦輪室，尤其是主殼體。如圖2中所示，渦輪軸32以自由轉動的方式支承在主殼體30中。渦輪28，設置在渦輪機軸32的一端，在渦輪殼體20的內部。從內燃機排出的廢氣由進氣口22引入渦輪機殼體20。此廢氣通過渦旋通道26和噴嘴裝置100供給渦輪28，該渦旋通道26在渦輪殼體20內側上形成，且噴嘴裝置100是通向渦輪28的進氣口。在廢氣驅動渦輪28之後，所提供的廢氣通過排氣口24排出。
噴嘴單元100包括安裝板102，它固定在渦輪機殼體20上，以及側板106，它面對安裝板102並且沿軸向安裝。多個噴嘴葉片104以沿軸的圓周方向間隔相等的設置在兩個板之間。噴嘴葉片104的基部是軸部104a，它安裝在安裝板102上以使軸部104a在開和關位置之間自由轉動葉片。噴嘴葉片總成104的每個軸部104a的端部104b沿軸向穿過安裝板102。此軸與相應於噴嘴葉片的各槓桿114相連。(參見圖3和4)。噴嘴葉片104通過噴嘴軸104a隨槓桿114的轉動而轉動。每個槓桿114有一個安裝每個軸部104a的端部104b的孔114b，和在相對孔114b的側面上的一個凸起，軸部114a。
槓桿114的軸114a能夠在橢圓形的孔112d中滑動，此孔沿連接板112的圓周等間隔設置。在安裝板102的側面相對噴嘴裝置100有一圓柱形凸起102a。一個環形連接板112(參見圖5)安裝在凸起102a上，以使它繞渦輪28的旋轉軸線自由轉動。連接板112有一組沿其圓周等間隔設置橢圓孔112d以接收槓桿114的軸部114a。另外，連接板112在相同表面的一側上有一梯形的延伸部分112a。延伸部分112a的端部分成兩部分以形成鎖定臂112c。兩個臂112c形成一個長方形的凹部112b。
如在圖5和圖6中由雙點劃線所示的，在現有技術中，連接板112的橢圓形孔112d』形成在連接板112的旋轉中心的半徑上，即，它形成在以變容式渦輪增壓器10中渦輪28的旋轉中心O(渦輪軸)為中心的圓的半徑上。正如我們所描述的，由於這種現有技術的設計，因為連接板12不容易操作，所以致動器50必須能夠產生很大的力。關於這個問題，在這個實施例中，長方向上穿過連接板112的橢圓形孔112d的中心線r相對於穿過橢圓形孔112d的中心和渦輪28的中心O的連線R傾斜一個角度。這種設計使連接板112平穩地轉動並且減少了施加在致動器50上的負載。
這個實施例的變容式渦輪增壓器10也有一個把致動器50的作用力傳遞給連接板112的傳動機構。這個傳動機構包括致動器50的杆52；通過銷50a與杆52的端部相連的連接元件54(參見圖1)；連接到連接元件54上的擺動元件120；在元件120和連接板112之間的滾子140和橋130，它們用於把傳動機構連接到連接板112上。
如圖8所示，擺動元件120包括臂122，軸124，連接器128，和銷126，其中，軸124從臂122的一端沿一個給定的軸線O延伸，並且通過套筒118由渦輪殼體20支撐以使其能自由轉動；連接器128是在軸124的端部並且與其同軸，並且以不能相對於連接元件54移動的方式與連接元件54相連；銷126從臂122的側面相對軸124延伸並且與該軸平行。擺動元件120可以由金屬材料，例如，不鏽鋼製成，理想地是，它可以由一個單片奧氏體不鏽鋼構成。擺動元件120，臂122，軸124，連接器128和銷126可以分別形成再焊在一起。
如圖7所示，橋130包括相互間有一個小的間隙的彼此平行定位的兩個平板132，和與兩個板132相連的中心裝置134。在兩個板132之間設置的中心裝置134上有一個槽136，連接板112的鎖定臂112c接合於其中。橋130的包括中心裝置134的部分被去除至橋的中部以形成切除部分138。兩個相對的表面彼此平行並且彼此相對滑動。如圖8所示，當安裝傳動裝置時，當切除部分138進入滾子140時，形成鎖定，並且被安裝在擺動元件120的銷126上。橋130可以由金屬材料，例如，奧氏體不鏽鋼製成。
如圖8所示，滾子140大致是圓柱形，它的開口的直徑比銷126的外徑稍大。此滾子的外徑比橋130的滑動表面138之間的間隙稍小。滾子140可由金屬材料，如，馬氏體不鏽鋼製成。
在這一部分中，我們將說明這個實施例是如何工作的。
當內燃機運轉時，根據它的轉速和節氣門的開度產生一個進氣負壓，然後由電磁閥控制此壓力並把它傳給致動器50。致動器50根據此壓力工作。杆52根據此進氣負壓的大小沿軸向前後(圖1中的左右方向)移動。當杆52工作時，連接元件54相應地繞擺動元件120的軸124轉動。如圖1所示，由實線示出的連接元件54與止動件56頂部上的螺栓56a接觸。在這一點噴嘴葉片104處於打開位置，產生最大噴嘴開度的位置。當此發動機以低轉速運轉時，或節氣門僅是稍稍開啟時，致動器50拉回杆52。當杆52儘可能地被拉回時，連接元件54移至一個它與止動件56的較低位置上的螺栓56b相接觸的位置，如點劃線所示。在這一點上，噴嘴葉片104處於產生最小噴嘴開度的位置。
以這種方式，杆52的線性運動由連接元件54轉換成擺動元件120的擺動。元件120的銷126繞軸122的軸線O以一個弧線運動，如圖4和5所示。在這一點，銷126和滾子140是在橋130的切除部分138中，並且銷在滾子140和表面138a之間，其相對於橋130以如圖9所示的關係上下滑動，即，它沿渦輪28的轉動軸線滑動。同時，以渦輪28的旋轉軸線為中心，連接板112繞安裝板102上的凸起102a的圓周轉動。當連接板112轉動時，以葉片104的軸104a為中心，和連接板112相連的槓桿114與噴嘴葉片104一起轉動。
在連接板112的孔112d中槓桿114的軸114a的作用力能夠被分解為繞槓桿114的旋轉中心O的圓周方向的作用力和徑向的作用力。在這個第一實施例中，接收槓桿114的軸114a的每個孔112d沿橢圓形孔112d的中心線r形成，此中心線相對於來自連接板112的旋轉中心O的半徑R有一個給定的角度。當連接板112轉動時，沿孔112d的中心線r推每個軸114a的一個分力Fr，在連接板112在軸114a與孔112d接觸的這一點作用到槓桿114上的作用力F內產生。這個分力Fr使槓桿114的軸114a平穩地沿連接板112的橢圓形孔112d的傾斜的中心線方向運動。結果，作用在致動器50上的負載減小了。在現有技術的設計中，每個孔112d』直接在半徑上形成，因此在孔112d』中也沒有沿傾斜的中心線r的方向產生移動軸114a的作用力或者僅有一個很小的力。在現有技術中這樣的設計使連接板112不能平穩地工作。
在圖5和6中，連接板112的孔112d是橢圓的，並且此橢圓形孔的端部是圓的。但是，本發明不僅僅限於孔的這種形狀。孔112d也可以是一個簡單的矩形。而且，根據本發明的第二優選實施例，在連接板112中的孔，如圖7中的附圖標記112d″所示，當槓桿114繞噴嘴葉片104的軸104a旋轉時，可以相應於由槓桿114的軸114a描繪的軌跡彎曲。
這種設計可應用於具有下述特徵的各種變容式渦輪增壓器。噴嘴葉片藉助於與在連接板的圓周上的噴嘴葉片的軸平行的軸和連接板相連。這些軸在槓桿的橢圓形孔內相接合。在槓桿中的每個孔都沿一弧線彎曲，該弧線相對來自連接板的旋轉中心的半徑成一個給定角度延伸的線相切。
此橢圓形孔設置在連接板112的圓周上，並且它垂直地面對噴嘴葉片的噴嘴軸。槓桿114的軸114a與橢圓形孔112d相接合併且在橢圓形孔的內表面中滑動。因此，如上所述，軸114a能夠在此橢圓形孔中滑動，此孔沿與來自連接板的旋轉中心的半徑成一個給定角度延伸的線相切的弧形彎曲。
在這個第二實施例中，連接板112的每個孔112d″沿與從連接板112的旋轉中心O延伸的半徑R成一個給定角度延伸的半徑r相切的弧形彎曲。當連接板旋轉時，沿半徑R的方向推軸114a的力的分力比第一實施例中的分力大。更具體地說，當在連接板112中的每個孔112d″的形狀相應於槓桿114的軸114a所描述的軌跡時，槓桿114的軸114a能夠沿半徑方向R在連接板112的孔112d″中更加平穩地運動。
我們僅是公開了本發明所限定的優選實施例，但是，本發明的範圍不限於此，且本發明還包括任何本領域普通技術人員能夠做到的變化。
權利要求
1.一種控制噴嘴葉片開度的變容式渦輪增壓器，包括設置在殼體中的渦輪，其自由地繞渦輪軸轉動；在噴嘴裝置中圍繞所述殼體中的所述渦輪設置的多個噴嘴葉片，其以使它們在開和關的位置之間繞噴嘴軸自由轉動的方式被支撐，並且所述噴嘴葉片與和所述噴嘴軸相應的槓桿相連，以使其和所述槓桿一起轉動，在每個槓桿端部的每個凸起提供有與所述噴嘴軸平行的軸；繞設置在所述殼體中的所述渦輪自由轉動的連接板，其通過所述槓桿與所述噴嘴葉片相連，並且在開和關的位置之間連續地使所述噴嘴葉片同步運動，並且在每個槓桿端部設置所述凸起以所述凸起在所述橢圓形孔中自由擺動的方式接合在所述連接板的橢圓形孔中，並從而使其與連接板相連；以及在所述殼體外部的致動器，其通過傳動機構與所述連接板相連；其特徵在於，使所述橢圓形孔伸展至橢圓方向的傾斜的直或彎的中心線相對所述連接板的半徑成一個給定的角度延伸。
2.如權利要求1所述的渦輪增壓器，其特徵在於，使所述橢圓形孔伸展至橢圓方向的所述的彎曲的中心線沿一個弧彎曲，此弧與相對所述連接板的半徑成一給定角度延伸的所述傾斜直線相切。
全文摘要
一個用於連接板的噴嘴驅動機構,能平穩同步地操縱噴嘴葉片。噴嘴葉片被支撐成其在開和關的位置之間繞噴嘴軸自由轉動,且所述噴嘴葉片與相應所述噴嘴軸的槓桿相連,以使其和槓桿一起轉動。在每個槓桿端部的每個凸起提供有平行所述噴嘴軸的軸。在噴嘴葉片中的軸以它們自由擺動的方式接合於連接板的橢圓形孔中,從而與連接板相連。使橢圓形孔伸展至橢圓方向的傾斜的直或彎的中心線相應於連接板的半徑成一個給定的角度。
文檔編號F02B37/22GK1307172SQ0111133
公開日2001年8月8日 申請日期2001年1月24日 優先權日2000年1月24日
發明者陣內靖明 申請人:三菱重工業株式會社