本發(fā)明涉及一種渦輪增壓器配件，特別是一種有效防止葉片卡滯的可變噴嘴環(huán)組件。

背景技術(shù)：

渦輪增壓器是一種與內(nèi)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)合使用的裝置，用于通過壓縮輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的空氣，以便與燃料混合并在發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒，從而增大了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出。渦輪增壓器包括安裝在壓縮機(jī)殼體中的壓縮機(jī)葉輪和安裝在渦輪機(jī)殼體中的渦輪，并且還有另一個(gè)連接在渦輪機(jī)殼體和壓縮機(jī)殼體之間的中間殼體，該中間殼體用于軸承的安裝、冷卻及潤滑。其中，渦輪機(jī)殼體與壓縮機(jī)殼體是分開形成的，渦輪機(jī)殼體限定出包圍渦輪的大致環(huán)形流道，渦輪機(jī)組件包括流道通到渦輪中的噴嘴?？諝鈴牧鞯劳ㄟ^該噴嘴流到渦輪，并驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，渦輪機(jī)從而帶動(dòng)同軸連接的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。最后，空氣經(jīng)過壓縮機(jī)葉輪被壓縮，再從殼體出口流到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口。

在利用渦輪增壓器來助推發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，其性能方面的一個(gè)挑戰(zhàn)是在發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)工作范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)期望大小的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出。本領(lǐng)域技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，利用固定噴嘴尺寸的渦輪增壓器通常不容易達(dá)到該目的，因此為了實(shí)現(xiàn)對渦輪增壓器產(chǎn)生的助推量進(jìn)行更大程度地控制，已經(jīng)研發(fā)出了可變噴嘴尺寸的渦輪增壓器。其中，一種類型的可變尺寸渦輪增壓器是可變噴嘴渦輪增壓器(vnt)，其包括渦輪機(jī)噴嘴中的一組可變?nèi)~片。這些葉片可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在噴嘴環(huán)中并連接于使得葉片角度能夠改變的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。改變?nèi)~片的設(shè)定角度對改變渦輪機(jī)噴嘴中的有效流動(dòng)面積具有影響，因此能夠通過控制葉片的相對位置來調(diào)節(jié)流向渦輪的排氣流動(dòng)。通過這種方式，能夠調(diào)節(jié)渦輪的功率輸出，這使得與利用固定噴嘴尺寸的渦輪增壓器通常所能實(shí)現(xiàn)的相比，能夠在更大程度上控制發(fā)動(dòng)機(jī)功率的輸出。

一般地，可變?nèi)~片組件包括噴嘴環(huán)，該噴嘴環(huán)以可旋轉(zhuǎn)的方式支撐與噴嘴環(huán)的一個(gè)面臨近的葉片。葉片具有延伸穿過噴嘴環(huán)中的安裝孔的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，并且葉片搖臂剛性地固定于該軸體的伸出超過噴嘴環(huán)的相反面的端部。因此，能夠通過使葉片搖臂旋轉(zhuǎn)而使葉片繞由轉(zhuǎn)動(dòng)軸限定的軸線旋轉(zhuǎn)，從而改變?nèi)~片的設(shè)定角。

為了保證低速性能，需要控制葉片上下兩端的間隙，該間隙目前主要通過定距銷進(jìn)行控制，定距銷同時(shí)起到軸向支撐作用。但是，目前定距銷設(shè)計(jì)均為兩端焊接/鉚接式設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)存在的主要缺點(diǎn)是，間隙設(shè)計(jì)必須足夠大，以防止葉片在高溫下出現(xiàn)卡滯，較大的葉片間隙又會(huì)導(dǎo)致廢氣泄漏量較大，從而會(huì)降低渦輪做功效率降低，該影響在低速時(shí)由于總氣量比較低會(huì)尤為明顯。如果間隙設(shè)計(jì)不合理，高溫膨脹就會(huì)有導(dǎo)致葉片卡滯的風(fēng)險(xiǎn)，而由于現(xiàn)有設(shè)計(jì)的定距銷兩端均為固定式裝配，所以葉片卡滯無法自動(dòng)消除，從而會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致增壓器失效。

現(xiàn)有技術(shù)的噴嘴環(huán)組件結(jié)構(gòu)，如說明書附圖圖1所示，一般在噴嘴環(huán)x3和插入件x1之間有3個(gè)定距銷x2，定距銷x2均布在葉片周圍，定距銷x2結(jié)構(gòu)如說明書附圖圖2所示，定距銷兩端各有一個(gè)臺階面x4，分別與噴嘴環(huán)x3和插入件x1上的孔相配合，并且兩端進(jìn)行固定，一般采用焊接或者鉚接的方式，支撐噴嘴環(huán)x3與插入件x1。兩個(gè)臺階面x4之間的距離減去葉片的高度就是葉片間隙，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要缺點(diǎn)是：當(dāng)葉片出現(xiàn)卡滯時(shí)，由于兩端均采用固定裝配，無法自動(dòng)消除卡滯，從而導(dǎo)致增壓器失效發(fā)生；如果采用兩端固定裝配結(jié)構(gòu)，為了避免葉片在使用過程中出現(xiàn)卡滯，設(shè)計(jì)之初會(huì)將葉片間隙設(shè)計(jì)的比較大，較大的間隙可以降低卡滯風(fēng)險(xiǎn)，但是同時(shí)也會(huì)增加漏氣量，從而降低渦輪的做功效率，在低速時(shí)尤為明顯。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于以上問題，本發(fā)明提供一種有效防止葉片卡滯的可變噴嘴環(huán)組件，將定距銷設(shè)計(jì)為一端固定，另一端與葉片護(hù)板上的孔采用間隙配合，并在葉片護(hù)板與渦殼之間增加兩個(gè)密封彈簧。在該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)下，當(dāng)葉片發(fā)生卡滯時(shí)，由于葉片護(hù)板與定距銷為自由裝配，所以葉片可以將葉片護(hù)板頂起來，從而自動(dòng)消除葉片卡滯。另外，由于該設(shè)計(jì)具備自動(dòng)消除卡滯的結(jié)構(gòu)，所以葉片與兩端板之間的間隙可以設(shè)計(jì)的更小，所以該結(jié)構(gòu)的噴嘴環(huán)組件工作效率更高，低速性能更好。

具有可變噴嘴環(huán)組件的渦輪增壓器的渦端包括渦殼和渦輪，所述渦輪設(shè)置在所述渦殼內(nèi)，所述渦殼的環(huán)形流道接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣，環(huán)形的可變噴嘴環(huán)組件設(shè)置在渦輪增壓器的所述渦殼的環(huán)形流道與所述渦輪之間，將所述渦殼的環(huán)形流道內(nèi)的廢氣引導(dǎo)吹向所述渦輪；并且可以調(diào)整氣流吹向所述渦輪的角度,從而調(diào)節(jié)所述渦輪的做功效率。壓輪機(jī)包括壓殼和壓輪，所述壓輪設(shè)置在所述壓殼內(nèi)。所述渦輪帶動(dòng)同軸的壓輪機(jī)對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓縮做功，提高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣密度，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的升功率和升扭矩。

本發(fā)明提供了一種有效防止葉片卡滯的可變噴嘴環(huán)組件，包括葉片護(hù)板、定距銷、葉片、安裝盤、裝配銷、同步環(huán)和調(diào)節(jié)搖臂。葉片護(hù)板、定距銷、葉片、安裝盤、裝配銷、同步環(huán)、調(diào)節(jié)搖臂依次設(shè)置，并相互配合使用。所述葉片護(hù)板位于所述渦殼和所述葉片之間，所述定距銷、所述葉片和所述裝配銷裝配在所述安裝盤上，所述裝配銷將所述同步環(huán)固定在所述安裝盤上，所述調(diào)節(jié)搖臂與所述同步環(huán)連接，所述調(diào)節(jié)搖臂與所述葉片的軸末端進(jìn)行裝配。

進(jìn)一步地，所述葉片護(hù)板的朝向葉片端面設(shè)計(jì)有三個(gè)盲孔，所述盲孔與所述定距銷間隙配合。

進(jìn)一步地，所述定距銷的一端設(shè)計(jì)有裝配軸，所述裝配軸采用焊接或者鉚接的形式與所述安裝盤上的定距銷裝配孔進(jìn)行固定裝配，另一端為自由端，與所述葉片護(hù)板上的所述盲孔進(jìn)行間隙配合。

進(jìn)一步地，所述定距銷與所述安裝盤配合的臺階面到所述自由端的端面的距離大于所述葉片的導(dǎo)流面的高度和所述盲孔的深度之和。

進(jìn)一步地，所述葉片主要由導(dǎo)流面和轉(zhuǎn)動(dòng)軸組成，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸安裝在所述安裝盤上預(yù)設(shè)的安裝孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸末端的小徑部分用于與所述調(diào)節(jié)搖臂焊接或者鉚接裝配。

進(jìn)一步地，所述安裝盤的中心設(shè)置有圓形的渦輪配合孔，在所述安裝盤的周向上配置有若干直徑不同的孔，分別用于所述定距銷、所述葉片和所述裝配銷的裝配。

進(jìn)一步地，所述裝配銷將所述同步環(huán)固定在所述安裝盤上，所述同步環(huán)上有與所述調(diào)節(jié)搖臂數(shù)量相等的凹槽，并且與外部驅(qū)動(dòng)搖臂相連接。

進(jìn)一步地，所述調(diào)節(jié)搖臂一端的通孔與所述葉片軸末端進(jìn)行配合，并主要采用焊接或者鉚接的裝配方法進(jìn)行固定約束；所述調(diào)節(jié)搖臂的另一端與所述同步環(huán)上的凹槽進(jìn)行裝配。

進(jìn)一步地，與所述葉片護(hù)板對應(yīng)的所述渦殼上設(shè)計(jì)有密封彈簧裝配槽，所述密封彈簧裝配槽內(nèi)裝配密封彈簧，所述密封彈簧的軸向最大高度要大于所述密封彈簧裝配槽的底部到所述葉片護(hù)板之間的距離，從而保證所述密封彈簧在任何形狀下都處于壓縮狀態(tài)。

本發(fā)明提供一種有效防止葉片卡滯的可變噴嘴環(huán)組件設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)，相對于現(xiàn)有技術(shù)方案，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、當(dāng)葉片發(fā)生卡滯時(shí)，葉片可以將葉片護(hù)板頂起來，從而消除高溫卡滯的問題；

2、由于卡滯風(fēng)險(xiǎn)比較低，所以減小葉片間隙的設(shè)計(jì)值可以提高低速性能；

3、渦殼與葉片護(hù)板之間的彈簧，不僅有助于消除卡滯問題，而且能防止廢氣從葉片護(hù)板與渦殼之間泄露。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的組件裝配示意圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)的定距銷的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式的渦輪增壓器總成剖面圖；

圖4是本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式的可變噴嘴環(huán)組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式的葉片護(hù)板結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式的定距銷結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式的葉片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式的安裝盤結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是本發(fā)明一種優(yōu)選實(shí)施方式的可變噴嘴環(huán)組件與渦殼裝配局部放大圖。

具體實(shí)施方式

以下將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中顯示了本發(fā)明的一些而不是所有的實(shí)施例。實(shí)際上，本發(fā)明可以具體為很多不同的形式，不能認(rèn)為僅僅限制于下述的實(shí)施例，相反地，這些實(shí)施例被提供以使公開滿足適用的法律規(guī)定。

如圖3所示，具有可變噴嘴環(huán)組件的渦輪增壓器的渦端包括渦殼13和渦輪14，渦輪14設(shè)置在渦殼13內(nèi)，渦殼13的環(huán)形流道接收來自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣，環(huán)形的可變噴嘴環(huán)組件設(shè)置在渦輪增壓器的渦殼13的環(huán)形流道與渦輪14之間，將渦殼13的環(huán)形流道內(nèi)的廢氣引導(dǎo)吹向渦輪14；并且可以調(diào)整氣流吹向渦輪14的角度,從而調(diào)節(jié)渦輪14的做功效率。壓輪機(jī)包括壓殼11和壓輪12，壓輪12設(shè)置在壓殼11內(nèi)。渦輪14帶動(dòng)同軸的壓輪機(jī)對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓縮做功，提高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣密度，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的升功率和升扭矩。

如圖4所示，一種有效防止葉片卡滯的可變噴嘴環(huán)組件，包括葉片護(hù)板21、定距銷22、葉片23、安裝盤24、裝配銷25、同步環(huán)26和調(diào)節(jié)搖臂27。葉片護(hù)板21、定距銷22、葉片23、安裝盤24、裝配銷25、同步環(huán)26、調(diào)節(jié)搖臂27依次設(shè)置，相互配合使用。葉片護(hù)板21位于渦殼13和葉片23之間，定距銷22、葉片23和裝配銷25裝配在安裝盤24上，裝配銷25將同步環(huán)26固定在安裝盤24上，調(diào)節(jié)搖臂27與同步環(huán)26連接，調(diào)節(jié)搖臂27與葉片23的軸末端進(jìn)行裝配。

如圖5所示，葉片護(hù)板21的朝向葉片端面211設(shè)計(jì)有三個(gè)盲孔212，盲孔212的直徑大于定距銷22與盲孔212配合段的直徑，即保證定距銷22與盲孔212為間隙配合，該間隙需要保證在任何工況下定距銷22與葉片護(hù)板21都不會(huì)產(chǎn)生膨脹卡滯。

圖6顯示了定距銷22的一種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其一端設(shè)計(jì)有裝配軸221，用于與安裝盤24上的定距銷裝配孔進(jìn)行裝配，并采用焊接或者鉚接的形式進(jìn)行固定裝配；另一端為自由端222，與葉片護(hù)板21上的盲孔212進(jìn)行間隙配合，支撐葉片護(hù)板。

將定距銷22的裝配軸221裝配到安裝盤24上的定距銷裝配孔內(nèi)，然后將葉片護(hù)板21上的三個(gè)盲孔212對應(yīng)裝配到三個(gè)定距銷22的自由端222；盲孔212的直徑大于定距銷22的自由端222的直徑，盲孔212和定距銷22為間隙配合。

如圖7所示，葉片23主要由導(dǎo)流面231和轉(zhuǎn)動(dòng)軸232組成，其中導(dǎo)流面231主要用于調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)組件的開度大小，并且調(diào)整廢氣吹向渦輪14的角度，導(dǎo)流面231的形狀對噴嘴環(huán)組件及增壓器整體性能影響比較大，在設(shè)計(jì)之初需要與渦輪14進(jìn)行聯(lián)合氣動(dòng)仿真分析，從而確定導(dǎo)流面231的尺寸及形狀；轉(zhuǎn)動(dòng)軸232安裝在安裝盤上預(yù)設(shè)的安裝孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸232末端的小徑部分用于與調(diào)節(jié)搖臂27焊接或者鉚接裝配。所有葉片23的形狀尺寸一致，葉片23的數(shù)量需要根據(jù)具體的產(chǎn)品應(yīng)用進(jìn)行確定，可以是6個(gè)、8個(gè)、11個(gè)等。

為了保證裝配完成后葉片軸向存在間隙，定距銷22與安裝盤24配合的臺階面到自由端222的端面的距離大于葉片23的導(dǎo)流面231的高度和盲孔212的深度之和，從而防止葉片卡滯。

安裝盤24是噴嘴環(huán)組件與增壓器裝配固定的主要承接件，其為基本的環(huán)形結(jié)構(gòu)，如圖8所示，安裝盤24的中心有圓形貫通孔，該孔為渦輪配合孔241，在安裝盤24的周向上配置有若干直徑不同的孔，分別用于定距銷22、葉片23和裝配銷25的裝配。

葉片23的軸穿過安裝盤24上的葉片安裝孔，所有葉片23與調(diào)節(jié)搖臂27裝配完成后，調(diào)節(jié)搖臂27與同步環(huán)26上面對應(yīng)的裝配凹槽相配合，然后將裝配銷25安裝在安裝盤24上為同步環(huán)26提供限位。

裝配銷25用于對同步環(huán)26提供軸向約束，即將同步環(huán)26固定在安裝盤24上，但是同時(shí)不影響同步環(huán)26的周向運(yùn)動(dòng)。同步環(huán)26上有與調(diào)節(jié)搖臂27數(shù)量相等的凹槽，并且與外部驅(qū)動(dòng)搖臂相連接，將外部的驅(qū)動(dòng)力轉(zhuǎn)化為所有調(diào)節(jié)搖臂27的同步運(yùn)動(dòng)，保證所有可調(diào)的葉片23的開度相同。

調(diào)節(jié)搖臂27一端的通孔與葉片23軸末端進(jìn)行配合，并進(jìn)行固定約束，主要采用焊接或者鉚接的裝配方法；調(diào)節(jié)搖臂27的另一端與同步環(huán)26上的凹槽進(jìn)行裝配，兩者是間隙配合，保證在任何開度下無卡滯。調(diào)節(jié)搖臂27的主要作用是將同步環(huán)26的外部驅(qū)動(dòng)力傳遞至葉片23的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，從而調(diào)節(jié)葉片的開度。

如果可變噴嘴環(huán)組件與渦殼13在軸向上存在剛性接觸，那么在高溫下渦殼13產(chǎn)生的熱形變會(huì)擠壓葉片護(hù)板21，導(dǎo)致葉片護(hù)板21產(chǎn)生向葉片23方向的變形量，從而會(huì)導(dǎo)致葉片23卡滯，所以二者在軸向上不能產(chǎn)生剛性接觸。但是如果葉片護(hù)板21與渦殼13之間存在間隙，首先會(huì)導(dǎo)致廢氣泄露，降低渦輪14的作用效率，在低速時(shí)尤為明顯；其次，由于葉片護(hù)板21與定距銷22沒有軸向上的固定約束，所以如果間隙較大，也會(huì)導(dǎo)致葉片護(hù)板21產(chǎn)生較大的晃動(dòng)。因此，如圖9所示，與葉片護(hù)板21對應(yīng)的渦殼13上設(shè)計(jì)有密封彈簧裝配槽31，該槽內(nèi)裝配密封彈簧32，密封彈簧32的軸向最大高度要大于安裝在槽底部到葉片護(hù)板21之間的距離，從而保證密封彈簧32在任何形狀下都處于壓縮狀態(tài)。密封彈簧32有兩個(gè)作用，首先是為葉片護(hù)板21提供軸向約束，保證葉片23與定距銷22之間的緊密配合，其次是起到密封的作用，防止廢氣從葉片護(hù)板21與渦殼13之間泄露。密封彈簧32的剛度不能太大，如果密封彈簧32對葉片護(hù)板21的壓力太大，那么葉片23產(chǎn)生卡滯時(shí)，葉片23對葉片護(hù)板21的力就不足以將葉片護(hù)板頂起來，從而無法消除卡滯問題；密封彈簧32的剛度不能太小，如果太小不足以壓住葉片護(hù)板21的話，葉片護(hù)板21產(chǎn)生的軸向移動(dòng)也會(huì)增大葉片23的間隙，從而導(dǎo)致效率下降。密封彈簧32的剛度及壓縮量需要根據(jù)具體設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，但這種計(jì)算對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言并不存在任何困難，所以本發(fā)明中未對密封彈簧的形狀和數(shù)量進(jìn)行詳細(xì)描述，本發(fā)明的主要特征為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所以改變各個(gè)零部件的尺寸仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。