用于可變幾何渦輪增壓器的致動器機構(gòu)以及齒輪驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)的制作方法
【專利說明】用于可變幾何渦輪増壓器的致動器機構(gòu)以及齒輪驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年9月30日提交的名稱為“用于可變幾何渦輪增壓器的致動器機構(gòu)以及齒輪驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)”的第61/884，289號美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)和所有權(quán)益，該臨時申請通過引用并入本文。
技術(shù)領域
[0003]本發(fā)明涉及一種用于可變渦輪幾何渦輪增壓器的調(diào)節(jié)環(huán)的致動器機構(gòu)。更具體地，本發(fā)明涉及一種齒輪驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)，以調(diào)節(jié)可變渦輪幾何渦輪增壓器中的渦輪葉片，并且涉及一種用于可變渦輪幾何渦輪增壓器中的調(diào)節(jié)環(huán)的彈性安裝的致動器機構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0004]渦輪增壓器是一種與內(nèi)燃機一起使用的增壓式進氣系統(tǒng)。渦輪增壓器將壓縮空氣傳送至發(fā)動機進氣口而允許燃燒更多的燃料，從而提高發(fā)動機的馬力而不顯著增加發(fā)動機的重量。渦輪增壓器允許使用較小的發(fā)動機，其與較大的普通吸氣式發(fā)動機具有相同的馬力量。較小的發(fā)動機在車輛中的使用減小車輛質(zhì)量、提升性能并提高燃料經(jīng)濟性。此外，渦輪增壓器使傳送至發(fā)動機的燃料更完全地燃燒，這有利于實現(xiàn)更清潔環(huán)境的高理想目標。
[0005]渦輪增壓器通常包括:連接至發(fā)動機的排氣歧管的渦輪殼體，連接至發(fā)動機的進氣歧管的壓縮機殼體，以及聯(lián)接在渦輪殼體與壓縮機殼體之間的中心軸承殼體。渦輪殼體中的渦輪轉(zhuǎn)輪由排氣歧管所供給的排氣流入旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。旋轉(zhuǎn)支撐于中心軸承殼體中的軸將渦輪轉(zhuǎn)輪連接至壓縮機殼體中的壓縮機轉(zhuǎn)輪，使得渦輪轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)引起壓縮機轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)。連接渦輪轉(zhuǎn)輪和壓縮機轉(zhuǎn)輪的所述軸限定旋轉(zhuǎn)的軸線。當壓縮機轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)時，其增加經(jīng)由進氣歧管傳送至發(fā)動機氣缸的空氣質(zhì)量流率、氣流密度和空氣壓力。
[0006]渦輪增壓器僅在有限的條件范圍內(nèi)提供理想的增壓。因此，對于給定的發(fā)動機，較大的渦輪在高速下提供良好的增壓，但在低速下卻表現(xiàn)不佳，這是因為其經(jīng)受渦輪延時并因此不能在需要時提供增壓。小渦輪在低速下提供良好的增壓，但在高速下可能會阻塞發(fā)動機。這個問題的一個解決方案是提供具有可變幾何渦輪(VGT)的渦輪增壓器，該可變幾何渦輪在渦輪殼體中具有可動葉片。在低速下，當需要快速增壓時，可以關閉葉片而生成用于排氣流的較窄通道。該窄通道使排氣加速朝向渦輪轉(zhuǎn)輪片，而使渦輪增壓器在需要時提高發(fā)動機的功率。另一方面，當發(fā)動機以高速運轉(zhuǎn)且排氣壓力高時，可以打開葉片，并且渦輪增壓器就相關聯(lián)的速度向發(fā)動機提供適當?shù)脑鰤毫?。通過允許葉片打開以及關閉，渦輪增壓器可以根據(jù)發(fā)動機所要求的功率在各種驅(qū)動條件下操作。這樣，使用調(diào)節(jié)環(huán)機構(gòu)來頻繁調(diào)節(jié)葉片。葉片附接至軸，該軸進而附接至葉片臂，葉片臂接合設置在調(diào)節(jié)環(huán)上的銷。因此，當調(diào)節(jié)環(huán)旋轉(zhuǎn)時，每個葉片的位置與其他葉片被一同調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)環(huán)由致動器驅(qū)動并通過本領域熟知的各種機械驅(qū)動連接裝置連接至該致動器。遺憾的是，一些當前可用的連接裝置并不精確并具有滯后現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]VGT渦輪增壓器包括位于渦輪殼體中的可動葉片。所述葉片相對于渦輪殼體旋轉(zhuǎn)以調(diào)節(jié)流至渦輪轉(zhuǎn)輪的排氣量，從而允許渦輪增壓器在多種條件下正確地操作。當在低速下關閉葉片時，使排氣加速朝向渦輪轉(zhuǎn)輪片，以允許渦輪增壓器提供所需的增壓。在高速下，葉片打開，以減少流向渦輪轉(zhuǎn)輪片的排氣，并且根據(jù)需要調(diào)節(jié)增壓。所述VGT渦輪增壓器包括齒輪驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)致動器機構(gòu)，其配置為使葉片在渦輪殼體中精確地移動，與通常使用塊驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)致動器機構(gòu)來調(diào)節(jié)葉片的一些VGT渦輪增壓器相比，減少了滯后。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于控制可變渦輪幾何渦輪的調(diào)節(jié)環(huán)的旋轉(zhuǎn)運動的齒輪驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)致動器機構(gòu)，其中使用齒條齒輪和小齒輪系統(tǒng)來移動葉片。所述齒條齒輪相對于調(diào)節(jié)環(huán)定位，使得齒條齒輪的齒相對于調(diào)節(jié)環(huán)的外邊緣向外設置。通過這種布置，避免了齒條齒輪與復雜的葉片調(diào)節(jié)部件的干擾。所述齒條齒輪可以形成為使齒條齒輪齒徑向面朝內(nèi)，或可選地，可以形成為使齒條齒輪齒徑向面朝外。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，每個葉片經(jīng)由葉片臂連接至調(diào)節(jié)環(huán)。所述葉片臂響應于小齒輪相對于齒輪驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)致動器的齒條的移動來使葉片旋轉(zhuǎn)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，齒條齒輪是調(diào)節(jié)環(huán)的一個整體部分，其中齒輪被切割成調(diào)節(jié)環(huán)。葉片臂與小齒輪可以用于旋轉(zhuǎn)葉片。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，每個葉片臂可以設置有齒輪傳動式徑向面朝外邊緣，該邊緣與形成在調(diào)節(jié)環(huán)的徑向面朝內(nèi)邊緣上的相應的齒輪齒相接合，因而小齒輪的旋轉(zhuǎn)引起調(diào)節(jié)環(huán)的旋轉(zhuǎn)，其又經(jīng)由葉片臂之間的齒輪傳動式連接件引起每個葉片臂的旋轉(zhuǎn)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，齒條齒輪與調(diào)節(jié)環(huán)分開且然后附接至調(diào)節(jié)環(huán)，以使得齒條齒輪的齒設置在與調(diào)節(jié)環(huán)的外邊緣相同的徑向朝外位置處。通過將齒條齒輪形成為分開的實體，齒條齒輪可以有利地由與調(diào)節(jié)環(huán)的其余部分不同的材料形成。例如，齒條齒輪可由與調(diào)節(jié)環(huán)的其余部分相比相對昂貴的、高耐磨性的材料形成，因而調(diào)節(jié)環(huán)的耐久性能夠得以提高，且相對于整體上由高耐磨性的材料形成的調(diào)節(jié)環(huán)，其制造成本可得以降低。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，齒輪驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)致動器機構(gòu)設置有彈性支架，該彈性支架設置在軸承殼體與圍繞致動器機構(gòu)的軸設置的軸套之間。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個發(fā)明，提供有齒輪驅(qū)動以用于控制可變渦輪幾何的渦輪的調(diào)節(jié)環(huán)。調(diào)節(jié)環(huán)包括齒條齒輪，且響應于小(例如，驅(qū)動)齒輪的運動而旋轉(zhuǎn)。響應于致動器的致動，小齒輪發(fā)生旋轉(zhuǎn)。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，塊驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)致動器還組合使用彈性支架，該彈性支架設置在軸承殼體與圍繞致動器機構(gòu)的軸設置的軸套之間。
【附圖說明】
[0016]通過參照以下結(jié)合附圖所作的詳細說明，本發(fā)明的優(yōu)勢容易更好的理解，在所述附圖中:
[0017]圖1是傳統(tǒng)的包括可變幾何渦輪的排氣渦輪增壓器的截面圖。
[0018]圖2是權(quán)利要求1的渦輪增壓器的調(diào)節(jié)環(huán)組件的側(cè)視圖。
[0019]圖3是沿圖2的線A-A看的調(diào)節(jié)環(huán)組件的截面圖。
[0020]圖4是包括具有徑向面朝內(nèi)齒條齒輪的調(diào)節(jié)環(huán)的齒輪驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)致動器機構(gòu)的透視圖；
[0021]圖5是包括具有徑向面朝外齒條齒輪的調(diào)節(jié)環(huán)的另一齒輪驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)致動器機構(gòu)的透視圖；
[0022]圖6是包括具有整體形成的齒條齒輪的調(diào)節(jié)環(huán)的另一齒輪驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)致動器機構(gòu)的透視圖；
[0023]圖7是圖6的齒輪驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)致動器機構(gòu)的從其相對側(cè)看的透視圖；
[0024]圖8是圖6的齒輪驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)致動器機構(gòu)的齒輪傳動式葉片臂的透視圖；
[0025]圖9是包括具有附接的齒條齒輪的調(diào)節(jié)環(huán)的另一齒輪驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)致動器機構(gòu)的透視圖；
[0026]圖10是用于支撐圖6的齒輪驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)致動器機構(gòu)的軸承殼體的一部分的截面圖，其示出設置在軸承殼體與致動器樞軸之間的彈性件；
[0027]圖1Ia至圖1Id是詳細示出圖10的彈性元件的各種截面形狀的截面圖；
[0028]圖12是用于支撐圖1的傳統(tǒng)的塊驅(qū)動調(diào)節(jié)環(huán)致動器機構(gòu)的軸承殼體的一部分的截面圖，其示出設置在