本公開涉及具有用于調(diào)節(jié)通過渦輪機的排氣流量的可變幾何構(gòu)件的排氣驅(qū)動渦輪增壓器。本公開具體地涉及一種用于引起可變幾何構(gòu)件的運動的線性致動器。

背景技術(shù)：
用于內(nèi)燃發(fā)動機的渦輪增壓器通常包括一些類型的可變幾何構(gòu)件來調(diào)節(jié)通過渦輪機的排氣流量，以便對于渦輪增壓器提供給發(fā)動機的增壓的量提供較大程度的控制。這種可變幾何構(gòu)件可以包括可變?nèi)~片裝置、廢氣門、滑動活塞等。線性致動器經(jīng)常用于提供原動力以使渦輪增壓器可變幾何構(gòu)件運動。致動器的致動器桿或軸機械地聯(lián)接到可變幾何構(gòu)件。這種線性致動器的例子包括通過來自發(fā)動機進氣系統(tǒng)的真空來操作的氣動致動器。為了精確控制可變幾何構(gòu)件的位置，通常，傳感器組件被包括在線性致動器中，用于感測致動器桿沿著致動器桿的名義移位路徑的位置。一種傳感器組件包括永磁體和霍爾效應(yīng)傳感器。磁體被容納在致動器的可移動部件內(nèi)，該可移動部件使致動器桿運動。傳感器布置在致動器的固定部件中，接近磁體。致動器桿的名義移位路徑通常與致動器桿的縱軸線重合。然而，致動器桿的實際運動通常不是沿著桿的縱軸線的純平移，而是還包括繞著不平行于縱軸線的一個或多個軸線的桿的一些旋轉(zhuǎn)量。致動器桿的此復(fù)雜運動使傳感器組件對致動器桿位置的精確感測變得困難。其他人已經(jīng)嘗試通過提供用于致動器桿的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)來解決此問題。導(dǎo)向結(jié)構(gòu)圍繞和接觸致動器桿且將其約束成繞著接近傳感器的固定樞轉(zhuǎn)點樞轉(zhuǎn)。磁體被包含在鄰近傳感器的所述桿的一部分中。這種布置的目的是保持磁體和傳感器之間的徑向間距恒定，而不論桿是否純粹地平移或經(jīng)歷復(fù)雜的平移和旋轉(zhuǎn)運動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
本公開涉及用于渦輪增壓器的可變幾何構(gòu)件的真空操作的線性致動器。根據(jù)本文所述的一個實施例，用于內(nèi)燃發(fā)動機的渦輪增壓器包括安裝在公共軸上的壓縮機輪和渦輪機輪，所述壓縮機輪布置在壓縮機殼體內(nèi)并且所述渦輪機輪布置在渦輪機殼體內(nèi)，所述渦輪機殼體限定用于接收排氣、向所述渦輪機輪引導(dǎo)排氣并從所述渦輪機殼體排出排氣的通道。渦輪增壓器進一步包括可變幾何構(gòu)件和真空操作的線性致動器，所述可變幾何構(gòu)件可操作以調(diào)節(jié)通過所述渦輪機殼體的排氣流量，所述線性致動器與所述可變幾何構(gòu)件聯(lián)接并且可操作以引起所述可變幾何構(gòu)件的運動。所述線性致動器包括具有沿軸向方向間隔開的第一端壁和相對的第二端壁的封罩以及在所述封罩內(nèi)的柔性隔膜，所述封罩和隔膜協(xié)作以限定能夠支持橫跨所述隔膜的流體壓力差的內(nèi)室。金屬的大致杯狀活塞具有連接到所述隔膜的底壁和從所述底壁大致朝向所述封罩的第一端壁延伸的側(cè)壁。彈簧接合在所述封罩的第一端壁和所述活塞之間以便沿著與所述隔膜上的流體壓力差相反的方向偏置所述活塞和所述隔膜。致動器桿連接到所述活塞和所述隔膜并且大致軸向地延伸且穿透所述封罩的第二端壁。所述致動器進一步包括傳感器組件，所述傳感器組件包括相對于所述封罩且接近所述封罩的第一端壁各自固定地安裝的永磁體和傳感器，以及安裝在所述活塞上的非磁化金屬通量修改器。所述通量修改器可被容納在大致圓筒形載體中，所述載體在接近所述第一端壁的近端至接近所述活塞的遠端之間大致軸向地延伸。所述隔膜和活塞的運動導(dǎo)致所述載體和容納在其內(nèi)的所述通量修改器的運動，并且所述通量修改器的運動引起所述永磁體的磁場的變化。所述磁場的該變化被所述傳感器感測，所述傳感器產(chǎn)生指示所述磁場的輸出信號?；瑒訕修D(zhuǎn)軸承安裝在所述封罩的第一端壁處并且接收所述載體，所述滑動樞轉(zhuǎn)軸承允許所述載體軸向地移動和相對于所述封罩樞轉(zhuǎn)。所述載體被關(guān)節(jié)接頭連接到所述活塞的底壁，所述關(guān)節(jié)接頭允許所述載體相對于所述活塞的樞轉(zhuǎn)運動使得所述活塞相對于軸向方向的給定量的角失準（angularmisalignment）導(dǎo)致所述載體相對于軸向方向的較少量的角失準。替代地，所述通量修改器不是必須容納在大致圓筒形載體內(nèi)。所述傳感器可以包括霍爾效應(yīng)傳感器。在一個實施例中，載體和活塞之間的關(guān)節(jié)接頭包括附著到活塞底壁且限定承窩的承窩構(gòu)件以及被接收在承窩中的載體的端部，所述承窩呈現(xiàn)大致球形構(gòu)造的內(nèi)壁部分，所述端部呈現(xiàn)大致球形構(gòu)造的表面，與所述承窩的內(nèi)壁部分接合。在一個實施例中，致動器包括附著到活塞底壁的壓接構(gòu)件，所述承窩構(gòu)件被壓接構(gòu)件壓接。在一個實施例中，致動器桿的端部延伸進入承窩的內(nèi)部，并且致動器包括布置在致動器桿的端部和載體的表面之間的彈性偏置構(gòu)件，所述偏置構(gòu)件在載體上施加大致軸向的預(yù)載荷。替代地，所述通量修改器可以通過柔性構(gòu)件連接到活塞，所述柔性構(gòu)件彎曲以允許通量修改器相對于活塞樞轉(zhuǎn)。附圖說明已經(jīng)在總體上描述了本公開，現(xiàn)在將參照附圖，附圖不必按比例繪制且附圖中：圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的渦輪增壓器和致動器的剖視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的在相對伸出位置的致動器的剖視圖；圖3是在相對伸出位置的致動器的剖視圖（為了清楚起見，除去了螺旋彈簧和隔膜），其中，致動器桿和相關(guān)聯(lián)的部件已經(jīng)相對于致動器的軸向方向樞轉(zhuǎn)了5度；圖4是與圖3相似的視圖，其中，致動器在部分縮回位置；圖5是與圖3相似的視圖，其中，致動器在進一步縮回的位置，其中，致動器桿和相關(guān)聯(lián)的部件已經(jīng)相對于致動器的軸向方向樞轉(zhuǎn)了3度；并且圖6示出了根據(jù)進一步實施例的通量修改器和柔性附件裝置的組件。具體實施方式現(xiàn)在將參照附圖在后文更全面地描述渦輪增壓器和致動器，附圖中示出了一些但不是所有可能的實施例。事實上，渦輪增壓器和致動器可以以多種不同方式實施且不應(yīng)被認為限于本文描述的實施例；相反，提供這些實施例以使本公開滿足可應(yīng)用的法律要求。貫通全文，相同的附圖標記指代相同的元件。圖1示出了根據(jù)一個實施例的渦輪增壓器和致動器。渦輪增壓器包括安裝在壓縮機殼體22內(nèi)的壓縮機輪20和安裝在渦輪機殼體32內(nèi)的渦輪機輪30。壓縮機輪和渦輪機輪安裝在軸34的相對的端部上，軸34被支撐在安裝于中心殼體42內(nèi)的軸承中。壓縮機殼體22被緊固到中心殼體42的一側(cè)并且渦輪機殼體32被緊固到中心殼體的另一側(cè)。來自發(fā)動機的排氣供給到渦輪機殼體內(nèi)的入口中，進入圍繞渦輪機輪30的渦卷38。排氣通過可變噴嘴50被從渦卷38供給到渦輪機輪30。在所示實施例中，可變噴嘴50包括可變?nèi)~片51，可通過協(xié)調(diào)環(huán)52繞其軸線的旋轉(zhuǎn)來改變可變?nèi)~片51的設(shè)置角，該軸線基本上與渦輪機輪30的旋轉(zhuǎn)軸線重合。協(xié)調(diào)環(huán)52通過被線性致動器60操作的機械聯(lián)動裝置（在圖1中不可見）而旋轉(zhuǎn)。致動器60包括從致動器突出且以適當(dāng)方式與機械聯(lián)動裝置相聯(lián)接的致動器桿62。根據(jù)渦輪增壓器及其可變幾何構(gòu)件的具體設(shè)計，將致動器聯(lián)接到渦輪機的可變幾何構(gòu)件的細節(jié)在渦輪增壓器之間可變化。這是渦輪增壓器領(lǐng)域的普通技術(shù)人員熟知的，并且因此不需要在此詳細描述。本公開具體地涉及致動器60的設(shè)計，因此，本說明書將會聚焦于致動器。圖2示出了根據(jù)一個實施例的致動器60的剖面圖。廣義地，致動器包括固定部分和可移動部分，固定部分包括封罩或殼體70，可移動部分包括隔膜80、杯狀構(gòu)件或活塞90、螺旋彈簧100和致動器桿62。殼體70由兩個大致杯狀部件72和74制成，部件72和74開放端對開放端地彼此連接以形成封罩。殼體具有由部件72形成的第一端壁73和由部件74形成的相對的第二端壁75。隔膜80是流體不可透的柔性和彈性材料片，例如橡膠或橡膠狀材料。隔膜的外圍被以流體密封方式捕獲在兩個殼體部件72和74之間，使得隔膜把殼體的內(nèi)部分隔為上室和下室（相對于圖2所示的取向）。上室關(guān)于大氣密封，而下室與大氣通風(fēng)。殼體70例如通過螺栓76附接到支架（未示出），支架進而通過螺栓附接到渦輪增壓器的固定殼體結(jié)構(gòu)之一。致動器的杯狀活塞90布置成其封閉的底壁抵靠隔膜80的上表面并且其開放端面向上方。螺旋彈簧100布置成相對于活塞90是基本同心的并且其一端接合抵靠活塞90底壁且其相對端接合抵靠上殼體部件72的內(nèi)表面（不過，螺旋彈簧的接合殼體部件72的卷匝在圖2的剖面圖中不可見）。致動器包括延伸到殼體70的上室中的流體通道78，流體（典型地空氣）可以通過該流體通道78從上室排出或供給到上室中。當(dāng)通過流體通道被抽真空時，上室被部分地抽空以在上室中產(chǎn)生真空。由于在隔膜80另一側(cè)上的下室是與大氣相通的，所以流體壓差橫跨存在于隔膜上，促使隔膜和活塞90向上從而壓縮彈簧100。活塞90所移動到的位置取決于相對于彈簧力的真空度。致動器桿62的一端連接到活塞90，因此其隨著活塞移動。桿62的另一端聯(lián)接到渦輪機的可變幾何構(gòu)件，使得桿62在一個方向或另一個方向上（由施加到致動器室上的真空量來調(diào)節(jié)）的線性移動導(dǎo)致可變幾何構(gòu)件的移動。致動器桿62穿過環(huán)狀萬向節(jié)（gimbal）120，環(huán)狀萬向節(jié)120位于封罩70的第二端壁75附近。萬向節(jié)將桿的處于萬向節(jié)內(nèi)的部分保持成相對于致動器殼體大致居中，但是允許桿經(jīng)歷繞著橫向于桿的縱軸線的軸線的一定程度樞轉(zhuǎn)。該樞轉(zhuǎn)能力是有必要的，因為作為桿62的遠端所連接到的可變幾何機構(gòu)的特性的結(jié)果，一些渦輪增壓器中的桿62將不是平行于其縱軸線進行純粹的平移，而是會經(jīng)歷復(fù)雜運動，該復(fù)雜運動主要由平行于縱軸線的平移分量組成，但還包括繞不平行于桿的縱軸線的至少一個軸線的次級旋轉(zhuǎn)分量。致動器桿62的該復(fù)雜運動還被傳遞到活塞90，這是因為它們之間的基本剛性連接。這進而使致動器位置的精確感測變得困難，如下面進一步描述的。致動器60還包括傳感器組件130，用于感測致動器桿62沿致動器（圖2）的名義縱軸線A的位置。傳感器組件130包括永磁體132、傳感器134和通量修改器136。傳感器組件130包括用于接收插頭（未示出）的插座部分140。插座部分140容納導(dǎo)電插針142，導(dǎo)電插針142電連接到傳感器134。插頭包括插孔，所述插孔分別接收插針142，并且插頭的導(dǎo)體將插針上的信號傳輸?shù)教幚砥鳎ɡ畿囕vECU，未示出），處理器對信號進行處理以從該信號確定致動器位置。傳感器134可以是霍爾效應(yīng)傳感器等。通量修改器136是非磁化金屬構(gòu)件，其具有大致桿狀構(gòu)造。通量修改器被容納在大致圓筒形載體138中。載體可以是非金屬的（例如塑料），并且具有接近第一端壁73和傳感器134的上端或近端以及遠離傳感器且更靠近第二端壁75的相對的下端或遠端。永磁體132是環(huán)狀磁體且容納在位于第一端壁73附近的環(huán)形滑動樞轉(zhuǎn)軸承150的殼體內(nèi)。滑動樞轉(zhuǎn)軸承150限定通道152，通道152的尺寸設(shè)置成以足夠的徑向間隙來接收載體138以允許載體自由地軸向移動以及在有限的程度上樞轉(zhuǎn)。為此，由軸承150的通道152限定的軸承表面可以具有這樣的形狀，該形狀通過使圓?。ㄆ湓趶较蛳騼?nèi)方向上是凸的）沿著關(guān)于通道152的中心縱軸線的圓形路徑旋轉(zhuǎn)來描述，從而產(chǎn)生回轉(zhuǎn)面。換言之，限定通道152的表面具有圓環(huán)面的徑向內(nèi)表面的形狀。然而，該形狀不是必須為精確的環(huán)面，而是可以使用許多變體，只要載體138能夠自由地軸向平移和樞轉(zhuǎn)，如下面進一步說明的。載體138的下端或遠端通過關(guān)節(jié)接頭160連接到活塞90的底壁。關(guān)節(jié)接頭160由承窩構(gòu)件162和載體138的放大端部139形成，承窩構(gòu)件162附著到活塞90的底壁并限定承窩（socket），放大端部139被接收在該承窩內(nèi)。承窩呈現(xiàn)大致球形構(gòu)造的內(nèi)壁部分（或更確切地，通常構(gòu)造為空心球的內(nèi)表面），并且端部139呈現(xiàn)與承窩的內(nèi)壁部分接合的大致球形構(gòu)造的表面。到承窩中的開口的直徑小于端部139但顯著地大于載體138的大致圓筒形部分。因此，載體138的端部139能夠相對于承窩構(gòu)件162樞轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)，以及在承窩構(gòu)件162中的載體延伸穿過的開口的尺寸所設(shè)置的界限內(nèi)能夠經(jīng)歷相對于承窩構(gòu)件的側(cè)向移動。載體138和承窩構(gòu)件162實際上形成了球窩接頭160。壓接環(huán)164或類似物被壓接到承窩構(gòu)件162上。壓接環(huán)164剛性地附著到活塞90的底壁，并且致動器桿62也剛性地附著到活塞90。桿62的端部延伸進入由承窩構(gòu)件162限定的承窩內(nèi)。彈性偏置構(gòu)件166設(shè)置在桿的該端和載體138之間。偏置構(gòu)件166實質(zhì)上是塞子，該塞子塞住空心圓筒形載體138的開放端并且接合容納在其內(nèi)的通量修改器136，從而將通量修改器保持在載體內(nèi)的固定位置。偏置構(gòu)件還沿著圖2中的向上方向在載體上施加大致軸向的預(yù)載荷。致動器桿62、活塞90、壓接環(huán)164和承窩構(gòu)件162共同形成一組件，該組件能夠軸向移動并且還能相對于致動器的封罩70和其它固定部件樞轉(zhuǎn)。理想地，當(dāng)致動器使致動器桿62伸出和縮回時，該活塞/桿組件可以經(jīng)歷純平移，但是如前面記載的，桿62和可變幾何構(gòu)件之間的連接被致動的機制可以使得桿62在致動期間被迫一定程度地樞轉(zhuǎn)。這例如在圖3至圖5中描述。圖3示出了在相對伸出位置（即活塞90定位成鄰近端壁75，并且彈簧相對地未被壓縮，為了清楚，從圖3中去除了彈簧）的致動器。活塞/桿組件已經(jīng)相對于致動器軸線A樞轉(zhuǎn)了5度。萬向節(jié)120允許該樞轉(zhuǎn)，但是因為萬向節(jié)與致動器桿62連接到活塞90的點軸向地間隔開，所以桿62的樞轉(zhuǎn)導(dǎo)致活塞90沿圓弧移動，該圓弧的中心由萬向節(jié)限定。因此，活塞90相對于軸向傾斜5度并且還移動得更靠近封罩70的一個側(cè)壁。這進而導(dǎo)致承窩構(gòu)件162移動成偏心并且樞轉(zhuǎn)，承窩構(gòu)件和載體138之間的關(guān)節(jié)接頭以這樣方式允許該運動，使得載體138樞轉(zhuǎn)比活塞/桿組件所樞轉(zhuǎn)的5度小得多的程度。載體138的樞轉(zhuǎn)量主要取決于活塞/桿組件的樞轉(zhuǎn)量和載體138的軸向位置。當(dāng)載體138縮回（即在圖2至圖5中向上運動）時，活塞/桿組件的給定的樞轉(zhuǎn)量引起載體的樞轉(zhuǎn)量增加。這是因為載體繞滑動樞轉(zhuǎn)軸承150樞轉(zhuǎn)，并且載體的縮回使載體的端部139沿著移動的圓弧路徑的半徑減小。因此，對于載體的端部139的給定的側(cè)向移動量，載體縮回越多，則載體樞轉(zhuǎn)越多（例如比較圖3和圖5）。然而，相對于不具有接頭的情況，關(guān)節(jié)接頭160顯著地減少了載體的樞轉(zhuǎn)量。因此，載體138能夠沿相對軸向的路徑移動，僅僅相對小量的樞轉(zhuǎn)運動疊加到大致軸向的運動上。這有益于傳感器組件130進行的位置感測的精度。當(dāng)致動器被操作以使活塞/桿組件伸出或縮回時，容納在載體138中的通量修改器136軸向地移動并且還相對小程度地樞轉(zhuǎn)。通量修改器136的軸向運動引起永磁體132的磁場變化。磁場中的該變化被傳感器134感測，傳感器134產(chǎn)生指示磁場的電信號。磁場的特性與通量修改器的軸向位置相關(guān)。如此，可基于來自傳感器134的信號來確定通量修改器的軸向位置并從而確定桿62的軸向位置。得益于在前面的說明和相關(guān)附圖中呈現(xiàn)的教導(dǎo)，本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將會了解本文陳述的本發(fā)明的許多修改和其它實施例。例如，已經(jīng)描述了致動器的一個實施例，其中，具有將載體138連接到活塞90的關(guān)節(jié)接頭160，該接頭實質(zhì)上包括球接頭。然而，還有其它方式來實施此類接頭，并且本發(fā)明不限于任何具體實施方式。例如，圖6示出了一組件，其中，通量修改器136未被容納在大致圓筒形載體內(nèi)。通量修改器136的遠端緊固到柔性構(gòu)件170，柔性構(gòu)件170可以例如是柔性塑料材料。柔性構(gòu)件170進而緊固到實質(zhì)剛性構(gòu)件172，實質(zhì)剛性構(gòu)件172可以例如是剛性塑料材料。構(gòu)件172可以用適當(dāng)?shù)姆绞礁街交钊Ｈ嵝詷?gòu)件170能夠彎曲并且允許通量修改器136相對于構(gòu)件172和活塞樞轉(zhuǎn)。如圖6所示，柔性構(gòu)件170相較于通量修改器是相對短的，使得通量修改器長度的大部分不被柔性構(gòu)件容納。然而，替代地，如果需要，柔性構(gòu)件可以更長以容納通量修改器的長度的大部分或全部。此外，將通量修改器連接到活塞的柔性構(gòu)件可以包括合適類型的彈簧，而非柔性塑料構(gòu)件。也可以進行對于上述具體實施例的其它修改。因此，應(yīng)當(dāng)明白的是本發(fā)明不限于所公開的具體實施例并且修改及其它實施例意圖被包括在所附權(quán)利要求的范圍中。雖然本文使用了特定術(shù)語，但是它們僅僅用在一般性的和敘述性的情況下而非用于限制的目的。