專利名稱：帶有沖壓的調(diào)節(jié)環(huán)組件的降低成本的可變幾何形狀渦輪增壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明著手解決對于一種降低成本的可變幾何形狀渦輪增壓器的需要，并且這是通過使用一個沖壓的調(diào)節(jié)環(huán)組件來實現(xiàn)的。
背景技術(shù)：
渦輪增壓器是一種強制性進氣系統(tǒng)。它們將空氣以與在正常吸氣布置中將有可能的情況相比更大的密度傳送到發(fā)動機進氣系統(tǒng)、從而允許燃燒更多的燃料，因此在沒有明顯增壓發(fā)動機重量的情況下提升了發(fā)動機的馬力。這使得能夠使用一臺較小的渦輪增壓的發(fā)動機來替代一個較大物理尺寸的正常吸氣的發(fā)動機，因此減少了車輛的質(zhì)量以及空氣動力學(xué)的前端面積。
渦輪增壓器(圖I)使用來自發(fā)動機排氣歧管的排氣流100 (該排氣流在渦輪機殼體2的渦輪機入口 5處進入渦輪機殼體)來驅(qū)動一個渦輪機葉輪70，該渦輪機葉輪位于渦輪機殼體內(nèi)。該渦輪機葉輪被穩(wěn)固地附著到一個軸的一端上，該軸的另一端包括一個壓縮機葉輪20，該壓縮機葉輪被安裝到該軸上并且通過來自一個壓縮機螺母的夾緊負載而保持在適當(dāng)?shù)奈恢弥小Ｔ摐u輪機葉輪的主要功能是提供用來驅(qū)動該壓縮機的旋轉(zhuǎn)能量。一旦排氣已經(jīng)通過渦輪機葉輪70并且渦輪機葉輪已經(jīng)從該排氣中提取了能量，用過的排氣101通過出口導(dǎo)流器6從渦輪機殼體2排出并且被輸送到車輛下行管并且通常到一些后處理裝置上，如催化轉(zhuǎn)化器、微粒收集器和NOx收集器。由渦輪級產(chǎn)生的動力是穿過渦輪級的膨脹比的一個函數(shù)，該膨脹比是從渦輪機入口 5到渦輪機出口導(dǎo)流器6的膨脹比。除其他參數(shù)外，渦輪機動力的范圍是通過該渦輪級的氣流的一個函數(shù)。壓縮級包括一個葉輪以及其殼體。過濾的空氣通過壓縮機葉輪20的旋轉(zhuǎn)被軸向地抽取到壓縮機蓋件10的入口 11中。由渦輪級產(chǎn)生的到達軸和葉輪上的動力驅(qū)動壓縮機葉輪20以產(chǎn)生靜態(tài)壓力與一些剩余動能和熱量的一種組合。被加壓的氣體穿過壓縮機排放口 12從壓縮機蓋件10排出并且通常經(jīng)由一個中冷器被傳送到發(fā)動機進氣中。渦輪級的設(shè)計是以下各項的一種折衷在發(fā)動機運行包絡(luò)線中在不同流動狀況下用來驅(qū)動壓縮機所要求的動力；該階段的空氣動力學(xué)設(shè)計；旋轉(zhuǎn)組件的慣量，其中，渦輪機的慣量是一個大的部分，因為渦輪機葉輪典型地由鉻鎳鐵合金(它具有的密度是壓縮機葉輪的鋁的密度3倍)制造的；影響該設(shè)計的結(jié)構(gòu)以及材料方面的渦輪增壓器的運行周期；以及相對于葉片激勵而言該渦輪機葉輪的上游以及下游的近場作用(near field)。基本渦輪增壓器構(gòu)形是一個固定的渦輪機殼體的構(gòu)形。在這種構(gòu)形中，渦輪機殼體蝸殼的形狀和容積是在設(shè)計階段確定的以及鑄造在位的。這種基本固定的渦輪機殼體是以下這些選項中最為成本有效的，這簡單地是因為它是最簡單的并且具有最少的零件。復(fù)雜度的下一個層級是有廢氣門的渦輪機殼體。在這個構(gòu)形中，蝸殼被鑄造在位，如在以上固定的構(gòu)形中。蝸殼21是通過一個管道而被流體地連接到出口導(dǎo)流器6上。通過該管道的流動是由一個廢氣門閥來控制的。因為這個廢氣門管道的出口是在蝸殼的出口導(dǎo)流器側(cè)上，在渦輪機葉輪的下游，通過廢氣門管道的流動在旁通模式時旁路通過渦輪機葉輪70，因而不會有助于動力傳送到渦輪機葉輪上。在標準的低成本固定式渦輪級中增加一個廢氣門就使得這種固定式渦輪增壓器增加了一個大致16%的成本因素。在渦輪增壓器的增壓控制中下一個復(fù)雜度層級是VTG (對于可變渦輪幾何形狀的統(tǒng)稱)。這些渦輪增壓器中的一些具有旋轉(zhuǎn)的葉片并且一些具有滑動段或環(huán)。用于這些裝置的一些名稱是可變渦輪幾何形狀(VTG)、可變幾何形狀渦輪機(VGT)、可變噴嘴渦輪機(VNT )、或者簡單的可變幾何形狀(VG )。VTG渦輪增壓器利用所安裝的可調(diào)整的導(dǎo)向葉片來在一對葉片環(huán)和/或一個葉片環(huán)與一個噴嘴壁之間旋轉(zhuǎn)。對這些葉片進行調(diào)整以便通過調(diào)節(jié)到渦輪機葉輪的排氣流動來控制排氣背壓以及渦輪增壓器速度。在許多構(gòu)形中，該葉片在其上旋轉(zhuǎn)的這個軸是機械地連接到一個處于上部葉片環(huán)上方的葉片臂上的。這些葉片可以由接合在一個調(diào)節(jié)環(huán)中的多 個撥叉來可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動。在許多構(gòu)形中，在葉片臂的末端上的這些撥叉獨立地驅(qū)動多個可旋轉(zhuǎn)的“滑塊”以便使得系統(tǒng)中的摩擦最小化并且應(yīng)對渦輪機殼體以及由此的多個連桿中的不可避免的變形和腐蝕。這種調(diào)節(jié)環(huán)必須被允許以最小的摩擦來環(huán)圓周地旋轉(zhuǎn)，并且必須徑向地對準從而使得它與這些上部和下部的葉片環(huán)同心(這些葉片環(huán)支撐這些葉片；“上部”是指更靠近該中央殼體，“下部”是指更靠近渦輪機殼體)，并且軸向地對準從而使得這些安裝到該葉片環(huán)上的塊與這些葉片臂保持接觸。圖3A和圖3B示出了一種構(gòu)形，在這種構(gòu)形中調(diào)節(jié)環(huán)33是由在這些葉片臂34上的多個凸輪件35來支撐的。一個大的塊37被一個軸連接到調(diào)節(jié)環(huán)33上。這種單一的大的塊37的圍繞渦輪增壓器中心線I的環(huán)圓周運動致使調(diào)節(jié)環(huán)33圍繞該渦輪增壓器中心線I而旋轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)環(huán)33圍繞渦輪增壓器中心線I的旋轉(zhuǎn)致使這些小塊38圍繞渦輪增壓器中心線I而旋轉(zhuǎn)，同時這些塊中的每一個也圍繞著這些葉片軸36的中心線27而旋轉(zhuǎn)。這些小塊的這種運動致使這些葉片臂34圍繞葉片軸36的中心線27旋轉(zhuǎn)并且改變這些葉片對于排氣流的攻角。這些旋轉(zhuǎn)的塊被設(shè)計成使得在這些塊面與這些撥叉面之間的界面在該旋轉(zhuǎn)的塊的一個面的整個面積上占主導(dǎo)的是滑動摩擦。這種設(shè)計提供了均勻的載荷分配，這就減少了磨損并且提供了比線接觸更長的使用期限，但是相反地與線接觸設(shè)計相比提高了摩擦。在圖3A和圖3B描繪的并且以上討論的這個實例中，調(diào)節(jié)環(huán)33是由制造在這些葉片臂34的凸輪件35上的這些軸向與徑向的形狀來限制和支撐的。在圖4A和圖4B描繪的另一個實例中，該調(diào)節(jié)環(huán)是由一組滾子28來徑向地支撐和限制的，這組滾子自身是由該渦輪機殼體或上部葉片環(huán)來限制的。在這種構(gòu)形中，這些葉片臂39是平坦的并且并不包括先前實例的這些凸輪件。渦輪機殼體會經(jīng)受很大的溫度通量。渦輪機殼體的外側(cè)是以環(huán)境溫度來與空氣相接觸的，同時這些蝸殼表面取決于在發(fā)動機中所使用的燃料而被范圍在740°C至1050°C的排放氣體“潤濕”(處于流動接觸中)。渦輪機殼體也經(jīng)受從入口 5到出口 6的大的溫度通量，這種通量使得蝸牛形狀的蝸殼傾向于解開纏繞。如果蝸殼形狀是以任何形式而受限制的，那么渦輪機殼體就試圖發(fā)生扭絞。在這些強大的熱力使渦輪機殼體扭曲的界限內(nèi)，葉片套件(從下部葉片環(huán)30到大的旋轉(zhuǎn)塊37的這種組件)就必須在多個方向上被支撐和限制。這種葉片套件中的物件是相對準確的，所以葉片套件在物件之間的公差是相對緊密的。這種緊公差設(shè)計經(jīng)常致使葉片套件的這些部件在這些大的熱改變的過程中發(fā)生阻滯。結(jié)合了對于使用能夠容忍這些溫度并且可以被高溫的腐蝕性排放氣體潤濕的在獲得方面是昂貴的機器和焊接(在要求時)外來材料的需求，VTG就變成了在激烈的成本競爭的市場中的一種昂貴的選項。如果將一種有廢氣門的渦輪增壓器作為成本的一個基礎(chǔ)線來考慮的的話，那么典型的VTG的成本在相同的生產(chǎn)量下是相同的尺寸、固定的、渦輪增壓器的成本的270%到300%。這種不均勻性是由于幾個相關(guān)的因素，即部件數(shù)目、部件的材料、這些部件的生產(chǎn)和機加工中對于速度與準確度所要求的準確度、以及致動器的可重復(fù)性。圖2中的圖表示出了對于從固定式到VTG的渦輪增壓器范圍的比較成本。柱“A”代表對于一個給定的應(yīng)用的一個固定渦輪增壓器的基準成本。柱“B”代表對于相同應(yīng)用的一個有廢氣門的渦輪增壓器的成本，并且柱“D”代表對于相同尺寸和應(yīng)用的一個VTG的成本。
由此可見，由于技術(shù)原因以及成本驅(qū)動因素二者，在此所需的是一個相對低成本VTG0對于這樣一種裝置的目標成本價格需要是在一個簡單、固定的渦輪增壓器的成本的145%到165%范圍之內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種簡化的、低成本的VTG葉片環(huán)組件，這種葉片環(huán)組件提供了軸向與徑向二者的限制和支撐，同時基本上減少了零件計數(shù)(對于VTG零件為41%并且對于整個渦輪增壓器為19%)，并且這種葉片環(huán)組件是通過使用一種沖壓的調(diào)節(jié)環(huán)組件來實現(xiàn)此目的的。


本發(fā)明是通過舉例而非限制的方式展示在這些附圖中，其中類似的參考數(shù)字表示相似的部分，并且在這些附圖中圖I描繪了一個典型的VTG渦輪增壓器的截面；圖2是示出渦輪增壓機相對成本的一個圖表；圖3A、圖3B描繪了一個帶有凸輪件的典型VTG渦輪增壓器的一對截面；圖4A、圖4B描繪了一個帶有滾子的典型VTG渦輪增壓器的一對截面；圖5A、圖5B、圖5C描繪了本發(fā)明的多個葉片臂；圖6A、圖6B描繪了一個帶有平坦的葉片臂的葉片套件的兩個視圖；圖7A、圖7B描繪了一個帶有在葉片環(huán)上的舌部的葉片套件的兩個視圖；圖8A、圖SB描繪了一個帶有向上彎曲的葉片臂的葉片套件的兩個視圖；圖9A、圖9B描繪了一個帶有向下彎曲的葉片臂的葉片套件的兩個視圖；并且圖10A、圖IOB描繪了一個薄的調(diào)節(jié)環(huán)的兩個視圖。
具體實施例方式使用由排氣流動“潤濕”的多個葉片以及用于控制和移動所述葉片的機構(gòu)增加了大量的成本。這種增加使得基本渦輪增壓器的成本變?yōu)閮杀兑陨?。因此諸位發(fā)明人提出了帶有由歷史性地較小能力的制造過程制成的部件的設(shè)計，而這些制造過程對于葉片套件減少了 40%的零件計數(shù)并且減少了 19%的總渦輪增壓器零件計數(shù)。(這等于總渦輪增壓器的4. 6%的成本減少，或者葉片套件的15%的成本減少)。圖2中的柱“ C”描繪了僅為由本發(fā)明性設(shè)計而產(chǎn)生的成本減少的一部分的零件成本。除了這些成本減少，諸位發(fā)明人還提出了一種設(shè)計，這種設(shè)計使得葉片套件免于受渦輪機殼體變形以及與渦輪機殼體相關(guān)聯(lián)的腐蝕的很大影響。因為調(diào)節(jié)環(huán)的支撐與限制的典型的方法依賴于昂貴的葉片臂(這些葉片臂包含了用于葉片調(diào)節(jié)環(huán)的徑向與軸向二者定位的多個凸輪件)、或者安裝到渦輪機殼體上的或者由渦輪機殼體中的特征來定位的多個滾子，諸位發(fā)明人尋求的是使得限制該調(diào)節(jié)環(huán)的軸向和徑向位置與該渦輪機殼體相隔離。
為了做到這一點，諸位發(fā)明人在上部葉片環(huán)中設(shè)計了一種鏜孔，當(dāng)與致動器環(huán)上的一個基本上圓柱形的特征匹配時，它提供了對于調(diào)節(jié)環(huán)的在軸向與徑向二者上的支撐與限制，同時從組件中移除了小旋轉(zhuǎn)塊(加上它們的軸和組裝成本)。在這樣做時，不僅零件計數(shù)與成本減少，而且這種在設(shè)計中的改變也導(dǎo)致了對于100，000個單元的生產(chǎn)批量的資金成本中的大致一百萬美元的實質(zhì)性減少。這種改變也使得致動器環(huán)免于渦輪機殼體中累積的腐蝕的影響，而這種腐蝕會導(dǎo)致阻滯問題。在圖4A和圖4B的常規(guī)設(shè)計中，葉片的旋轉(zhuǎn)是通過以下相互作用來管理的，即調(diào)節(jié)環(huán)29圍繞渦輪增壓器中心線I的轉(zhuǎn)動，將這種運動通過撥叉在葉片臂中的接合而通過這些小旋轉(zhuǎn)塊38傳遞到這些葉片臂34上。這些小旋轉(zhuǎn)塊38圍繞渦輪增壓器中心線I的這種轉(zhuǎn)動運動導(dǎo)致了這些葉片軸36與葉片31圍繞葉片軸軸線27的轉(zhuǎn)動運動。就成本減少的意義而言，諸位發(fā)明人意識到的是小旋轉(zhuǎn)塊3在葉片臂34中的撥叉上的滑動作用是可以由一種較為簡單的沖壓的或精坯制造的葉片臂40在調(diào)節(jié)環(huán)54的一個槽縫上的滑動來代替。生產(chǎn)葉片調(diào)節(jié)環(huán)的方法必須符合這些設(shè)計目標。諸位發(fā)明人所選擇的生產(chǎn)當(dāng)前的葉片調(diào)節(jié)環(huán)的方法是精坯制造過程。精坯制造的零件通常是平坦的板材金屬零件。這種精坯制造過程提供了公差大約在O. 001英寸的相當(dāng)準確的特征，并且提供了具有90%垂直的邊緣的特征。同時用于精坯制造的工具加工成本和準確度是比用于常規(guī)沖壓的更大的，而不再要求有輔助過程(如刮平、銑削拉削、鉸削、以及研磨)。諸位發(fā)明人意識到的是，通過將一些特征沖壓或金屬旋轉(zhuǎn)到調(diào)節(jié)環(huán)中并且通過加入替代的精細的最終加工過程的成本，他們能夠免除對小旋轉(zhuǎn)塊以及它們的安裝軸的需要，能夠免除用來對葉片調(diào)節(jié)環(huán)進行定位的昂貴的軸向與徑向的凸輪件或滾子，并且生產(chǎn)一種低成本組件。在常規(guī)精坯制造的設(shè)計中，用于這些旋轉(zhuǎn)塊的軸是焊接到調(diào)節(jié)環(huán)上的。這個過程要求非常昂貴的、自動的、惰性氣體保護的、組裝與焊接中心，其成本超過一百萬美元。為了減少成本，諸位發(fā)明人覺得有必要避免這樣的資金密集型制造技術(shù)。類似地通過使用沖壓而不是用于從基礎(chǔ)板材金屬擠出調(diào)節(jié)環(huán)毛坯的更復(fù)雜的精坯制造過程，并且通過將這些凸緣成形，使外部以一種堞形的方式被沖壓成具有完成的尺寸的這些槽縫，并且內(nèi)部凸緣被沖壓然后在軸向面及其周邊上的外徑上被修圓，減少了資金成本，并且略微減少了預(yù)制零件成本。大的節(jié)省是來自零件計數(shù)的減少。不僅這種新的沖壓調(diào)節(jié)環(huán)其自身是更加成本有效的，而且還免除了所有這些小旋轉(zhuǎn)塊、它們的軸、所述零件的組裝與焊接所涉及的這些過程并且這些葉片臂是成本較低的。在本發(fā)明的所有實施方案中，葉片臂40、41、42都包括鑄造到該葉片臂的外側(cè)頭部中的一種砧部特征43。這個特征被提供來生產(chǎn)在這些葉片臂與該調(diào)節(jié)環(huán)的這些槽縫的表面之間的線接觸即便是這些葉片臂相對于該調(diào)節(jié)環(huán)樞轉(zhuǎn)時也是如此。這些接觸表面可以是硬化的或涂層的以便使磨損最小化。葉片臂的這種砧部末端可以是直的，如圖5A中與葉片臂的本體共面的，或者這種砧部末端可以是向下或向上彎曲的以便與具體的調(diào)節(jié)環(huán)的設(shè)計意圖相匹配。在圖5B的葉片臂的描繪中，葉片臂41的砧部末端是向上彎曲的，并且在圖5C的描繪中，葉片臂42的砧部末端是向下彎曲的。在本發(fā)明的這些示例性實施方案中，在葉片軸36與葉片臂40、41、42之間的結(jié)合可以由在葉片軸的末端的兩側(cè)的一對平面與葉片臂的頭部中的一個互補形狀的開口相匹配而組成，以便防止葉片臂40、41、42與軸36之間的相對轉(zhuǎn)動；同時該軸的末端被型鍛或者被錘打以便將葉片臂限制到該軸上。有多種方法(如擠壓、花鍵加工、其他形狀)來防止葉片臂對于該軸的相對轉(zhuǎn)動，并且類似地有多種方法(如軌道鉚接、一些形式的鍛壓、焊接等等)來將這種葉片臂軸向地保持在該軸上。 在這些發(fā)明性構(gòu)形中，調(diào)節(jié)環(huán)的軸向與徑向的位置的定位控制與常規(guī)設(shè)計相比被大大改進。由于較少地懼怕阻滯，在上部葉片環(huán)與調(diào)節(jié)環(huán)的相應(yīng)的表面之間的公差可以是比調(diào)節(jié)環(huán)的軸向與徑向的位置被定位在渦輪機殼體中的情況更加緊密的。這些發(fā)明性構(gòu)形的另一個大的好處是與對于一個給定的渦輪機殼體結(jié)構(gòu)性限制而言的旋轉(zhuǎn)塊設(shè)計是可能的接觸線相比，葉片臂與調(diào)節(jié)環(huán)之間的接觸線是處于更大的半徑上。這種更大的半徑的結(jié)果是力矩臂更大。進而，改進了葉片位置的分辨率。在一種旋轉(zhuǎn)塊構(gòu)形中，接觸面積是該塊在撥叉的一個面上滑動的一個頰面。這種設(shè)計產(chǎn)生了沿著該接觸面積的均勻的加載、更多的摩擦以及更長的壽命。在這種發(fā)明性構(gòu)形中，該接觸面積被減少到線接觸的接觸面積。摩擦將會更小，同時增加了對于在接觸區(qū)中的擦傷或磨損的傾向。諸位發(fā)明人意識到在成本、摩擦與磨損之間的權(quán)衡是一種平衡法則；然而，基于試驗經(jīng)驗所投射出的是本發(fā)明性設(shè)計能夠滿足或超出所有的持久性和性能要求而無需常規(guī)設(shè)計的昂貴的構(gòu)件。在本發(fā)明的任何以下實施方案中，可以將多個減重孔59制造到在這兩個凸緣之間的這個平坦的表面中用以既減少質(zhì)量以及由此的調(diào)節(jié)環(huán)的慣量，又用以提供用于在葉片軸36的頂部進行鍛壓或型鍛的間隙，而該葉片軸的頂部機械性地將葉片臂40鎖定到葉片軸36上。在這個特征的一種變體中，該調(diào)節(jié)環(huán)在這兩個凸緣之間的平坦的上部(面向渦輪機殼體)表面能夠被偏置以便為以上討論的這種鍛壓或型鍛提供間隙。在圖IOB中描繪了這種榫接或偏置60。在本發(fā)明的第一實施方案中，調(diào)節(jié)環(huán)54是沖壓的或者通過旋轉(zhuǎn)制造來生產(chǎn)的，其中一對凸緣55、58是制造在這種平坦的調(diào)節(jié)環(huán)毛坯的內(nèi)側(cè)和外側(cè)直徑上的。這兩個凸緣都是大致垂直于該調(diào)節(jié)環(huán)的平坦的表面的。該內(nèi)部凸緣會將該調(diào)節(jié)環(huán)在徑向與軸向二者上定位；該外部凸緣被開槽縫以便驅(qū)動這些葉片臂。調(diào)節(jié)環(huán)54的這種徑向的定向是由上部葉片環(huán)32中的一個面向內(nèi)的內(nèi)部直徑62來控制的。該凸緣在調(diào)節(jié)環(huán)的內(nèi)部凸緣上的面向外的外部表面61是由上部葉片環(huán)32的面向內(nèi)的相似表面62來徑向地限制的。
調(diào)節(jié)環(huán)54的這種軸向的定向是通過調(diào)節(jié)環(huán)的內(nèi)部凸緣55上的一個面向上部葉片環(huán)32的表面63與一個面向調(diào)節(jié)環(huán)54的對接部64共同工作來控制的。本發(fā)明的第一實施方案的該調(diào)節(jié)環(huán)的外部凸緣58是朝向該上部葉片環(huán)彎曲的。多個槽縫50被制造到該外部凸緣中以便為這些葉片臂40提供控制。這些在調(diào)節(jié)環(huán)中的槽縫是與安裝到上部葉片環(huán)32上的這些葉片臂40的數(shù)目和取向相匹配的。在本發(fā)明的如圖8A和圖8B所描繪的第二實施方案中，調(diào)節(jié)環(huán)53是一個沖壓的或者旋轉(zhuǎn)的制件，其中有一個凸緣55在該平坦的調(diào)節(jié)環(huán)的內(nèi)側(cè)直徑上。該內(nèi)部凸緣是大致垂直于該調(diào)節(jié)環(huán)的平坦的表面的。該內(nèi)部凸緣有待在徑向與軸向二者上定位該調(diào)節(jié)環(huán)。調(diào)節(jié)環(huán)53的這種徑向的定向是由上部葉片環(huán)32中的一個面向內(nèi)的內(nèi)部直徑62來控制的。該凸緣在調(diào)節(jié)環(huán)的內(nèi)部直徑上的面向外的外部表面61是由上部葉片環(huán)32中的面向內(nèi)的類似表面62來徑向地限制的。調(diào)節(jié)環(huán)53的這種軸向的定向是通過調(diào)節(jié)環(huán)的內(nèi)部凸緣55上的一個面向上部葉片環(huán)的表面63與一個面向調(diào)節(jié)環(huán)53的對接部64共同工作來控制的。多個槽縫50被制造到該調(diào)節(jié)環(huán)的周邊中以便為這些葉片臂40提供控制。這些在調(diào)節(jié)環(huán)中的槽縫是與安裝到上部葉片環(huán)32上的這些向上彎曲的葉片臂41的數(shù)目和取向相匹配的。在本發(fā)明的如圖9A和圖9B所描繪的第三實施方案中，調(diào)節(jié)環(huán)54是一個沖壓的或者金屬的旋轉(zhuǎn)的制件，其中有一個凸緣55在該調(diào)節(jié)環(huán)的內(nèi)側(cè)直徑上。該內(nèi)部凸緣是大致垂直于該調(diào)節(jié)環(huán)的平坦的表面的。該內(nèi)部凸緣有待在徑向與軸向二者上定位該調(diào)節(jié)環(huán)。調(diào)節(jié)環(huán)54的這種徑向的定向是由上部葉片環(huán)32中的一個面向內(nèi)的內(nèi)部直徑62來控制的。該凸緣在調(diào)節(jié)環(huán)的內(nèi)部直徑上的面向外的表面61是由上部葉片環(huán)32中的面向內(nèi)的類似表面62來徑向地限制的。
調(diào)節(jié)環(huán)54的這種軸向的定向是通過調(diào)節(jié)環(huán)的內(nèi)部凸緣55上的一個面向上部葉片環(huán)的表面63與一個面向調(diào)節(jié)環(huán)54的對接部64共同工作來控制的。多個槽縫50被制造到該外部凸緣中以便為這些葉片臂40提供控制。這些在調(diào)節(jié)環(huán)中的槽縫是與安裝到上部葉片環(huán)32上的這些葉片臂40的數(shù)目和取向相匹配的。在對于本發(fā)明的第一和第二實施方案的如圖7A和圖7B所描繪的一個變體中，這些葉片臂和調(diào)節(jié)環(huán)的基本輪廓是與本發(fā)明的這些示例性的第一、第二、和第三實施方案相同的；但是改變了位置、以及與大旋轉(zhuǎn)塊37相鄰近的面積的設(shè)計。在對于本發(fā)明的第一和第二實施方案的這些變體中，在鄰近于大旋轉(zhuǎn)塊37的面積中，調(diào)節(jié)環(huán)54的外部凸緣58不是曲線形的，并且材料是被沖壓或者被制造的，其形式是作為一個平坦的舌部57而存在。在這種舌部中形成了一個孔，該孔用于大的旋轉(zhuǎn)石圍繞該軸旋轉(zhuǎn)。這種改變允許了這種大旋轉(zhuǎn)石被定位在距離渦輪增壓器中心線I更大的一個半徑處，由此增加了大旋轉(zhuǎn)石樞轉(zhuǎn)的力矩臂，從而增加了機械優(yōu)點，并且降低了需要施加到該旋轉(zhuǎn)石上的載荷。這種發(fā)明性構(gòu)形還增加了調(diào)節(jié)環(huán)、葉片臂、以及由此的葉片的轉(zhuǎn)動位置的分辨率。雖然這可能不是一個大的優(yōu)點，但它也能減少對VTG致動器的載荷要求，而這可以導(dǎo)致顯著的成本減少。在以上列出的這些實施方案中的任一項的一個進一步的變體中，用于制造該調(diào)節(jié)環(huán)的材料可以是更薄的并且可以在關(guān)鍵區(qū)域要求加倍器來進行加強。圖IOA和圖IOB描繪了本發(fā)明的示例性第一實施方案的構(gòu)形，它是由4mm厚的材料制造的。在圖IOA和圖IOB中描繪的這種變體是由3_的材料構(gòu)建的，并且所要求的剛度和強度是由如所希望地加入加倍器來產(chǎn)生的。在給出的這個實例中，一個加倍器52在大旋轉(zhuǎn)石37以及這些內(nèi)部和外部凸緣的區(qū)域中被增加到該調(diào)節(jié)環(huán)上。
現(xiàn)在已經(jīng)說明了本發(fā)明，我們提出了權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種可變幾何形狀渦輪增壓器，具有一個渦輪機末端以及一個壓縮機末端，并且包括 至少一個葉片環(huán)(32)，該葉片環(huán)具有一個葉片側(cè)以及一個葉片臂側(cè)， 多個葉片軸(36),這些葉片軸可轉(zhuǎn)動地安裝穿過所述葉片環(huán),每個軸具有一個葉片末端以及一個臂末端， 一個葉片(31)，該葉片被安裝到該葉片軸的葉片末端上， 一個葉片臂(40，41，42)，該葉片臂被無轉(zhuǎn)矩地連接到該葉片軸的臂末端上，每個葉片臂具有一個軸末端以及一個致動末端， 一個調(diào)節(jié)環(huán)(53，54)，該調(diào)節(jié)環(huán)具有一個面向葉片環(huán)的表面，并且包括一個內(nèi)部凸緣(55)，該內(nèi)部凸緣從該面向葉片環(huán)的表面上延伸，接觸所述調(diào)節(jié)環(huán)并且使得所述調(diào)節(jié)環(huán)相對于所述葉片環(huán)在徑向與軸向上定位，以及 一個徑向外部邊緣，該徑向外部邊緣包括一個槽縫(50),該槽縫對應(yīng)地可操作地與在多個相對的接觸壁之間的每個杠桿臂的致動末端相接合， 其中所述調(diào)節(jié)環(huán)(53，54)的轉(zhuǎn)動致使所述葉片(31) —致地轉(zhuǎn)動。
2.如權(quán)利要求I所述的可變幾何形狀渦輪增壓器，其中，該調(diào)節(jié)環(huán)(53)的外部半徑是平坦的，并且所述葉片臂(41)具有朝向該渦輪增壓器與該調(diào)節(jié)環(huán)中的這些槽縫相接合的該壓縮機末端而彎曲的一個末端。
3.如權(quán)利要求2所述的可變幾何形狀渦輪增壓器，其中，該葉片臂(41)朝向該渦輪增壓器的壓縮機末端彎曲的末端具有與這些槽縫的接觸壁相接觸的一個修圓的砧部頭部表面。
4.如權(quán)利要求I所述的可變幾何形狀渦輪增壓器，其中，所述調(diào)節(jié)環(huán)(54)包括從所述葉片側(cè)上延伸的一個外部凸緣(58)。
5.如權(quán)利要求4所述的可變幾何形狀渦輪增壓器，其中，每個葉片臂(40)的致動末端徑向地向外延伸。
6.如權(quán)利要求4所述的可變幾何形狀渦輪增壓器，其中，每個葉片臂(41)的致動末端是彎曲的，延伸在該調(diào)節(jié)環(huán)的方向上的。
7.如權(quán)利要求4所述的可變幾何形狀渦輪增壓器，其中，每個葉片臂(42)的致動末端是彎曲的，延伸在遠離該調(diào)節(jié)環(huán)的方向上的。
8.—種制造包括調(diào)節(jié)環(huán)(53，54)的可變幾何形狀渦輪增壓器的方法，該方法包括 (al)沖壓一個毛坯，該毛坯包括一個圓形內(nèi)部直徑以及一個圓形外部直徑， (a2)在步驟(al)的同時或之后，形成從所述調(diào)節(jié)環(huán)的所述面向葉片環(huán)的表面上大體上垂直地延伸的一個凸緣(55), (a3)在步驟(al)或步驟(a2)之前、同時或者之后，在所述外部直徑中沖壓、剪切或者沖出多個槽縫， (b)形成一個葉片環(huán)(32)，該葉片環(huán)具有一個葉片側(cè)以及一個葉片臂側(cè)，帶有可轉(zhuǎn)動地安裝穿過所述葉片環(huán)的多個葉片軸(36)，每個軸具有一個葉片末端以及一個臂末端；安裝到該葉片末端上的一個葉片(31)以及安裝到該臂末端上的一個葉片臂(40，41，42)，每個葉片臂具有一個軸末端以及一個致動末端， (c)將所述調(diào)節(jié)環(huán)(53，54)安裝到所述葉片環(huán)(32)上，這樣使得所述內(nèi)部凸緣(55)接觸所述調(diào)節(jié)環(huán)并且將所述調(diào)節(jié)環(huán)相對于所述葉片環(huán)在徑向與軸向上定位，并且所述槽縫(50)對應(yīng)地可操作地接合在相對的多個接觸壁之間的每個杠桿臂的致動末端，由此所述調(diào)節(jié)環(huán)(53，54)的轉(zhuǎn)動致使所述葉片(31) —致地轉(zhuǎn)動。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，進一步包括形成從所述調(diào)節(jié)環(huán)的所述葉片側(cè)(54)上延伸的一個外部凸緣(58)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，步驟(al)和(a2)是與形成從所述調(diào)節(jié)環(huán)的所述葉片側(cè)(54)上延伸的一個外部凸緣(58)的步驟同時進行的。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，步驟(al)、(a2)和(a3)是與形成從所述調(diào)節(jié)環(huán)的所述葉片側(cè)(54)上延伸的一個外部凸緣(58)的步驟同時進行的。
12.如權(quán)利要求8所述的方法，進一步包括對所述葉片臂的多個接觸表面進行硬化或化學(xué)處理從而減小磨損。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，進一步包括在所述致動環(huán)上提供多個加強元件。
14.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，步驟(al)和步驟(a2)是同時進行的。
15.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，步驟(al)、(a2)和(a3)是同時進行的。
全文摘要
一種可變幾何形狀渦輪增壓器被簡化但仍能以魯棒的、成本有效的方式可靠地操作。該調(diào)節(jié)環(huán)組件在該葉片調(diào)節(jié)組件中具有減少的零件數(shù)目但是仍然像在常規(guī)的組件中帶有這些零件一樣運行，卻具有較少的零件和資金成本。這種調(diào)節(jié)環(huán)在軸向和徑向上是通過一個內(nèi)部直徑與提供在該葉片組的上部葉片環(huán)中的一個對接部的相互作用來限制的。
文檔編號F02B39/00GK102782283SQ201180009490
公開日2012年11月14日 申請日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月3日
發(fā)明者N·梅耶尼克, R·瓦米拉 申請人:博格華納公司