用于可變幾何形狀渦輪增壓器機構(gòu)的整合式葉片停止件的制作方法
【專利說明】用于可變幾何形狀渦輪增壓器機構(gòu)的整合式葉片停止件
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求在2013年3月15日提交的并且題為“用于可變幾何形狀渦輪增壓器機構(gòu)的整合式葉片停止件”的美國臨時申請?zhí)?1/786，724的優(yōu)先權(quán)及所有權(quán)益。
[0003]發(fā)明背景
[0004]披露領(lǐng)域
[0005]本披露涉及用于帶有可變渦輪幾何形狀(VTG)的渦輪增壓器的控制部件。更具體地是，本披露涉及整合式葉片開放停止件，這些葉片開放停止件控制VTG機構(gòu)的全開位置來調(diào)節(jié)到渦輪機的排氣流。
[0006]相關(guān)技術(shù)的說明
[0007]渦輪增壓的優(yōu)點包括功率輸出增大、燃料消耗較小以及污染物排放減少。不再主要從高功率性能方面來看發(fā)動機的渦輪增壓，而是將其視作一種由于較低的二氧化碳(CO2)排放而減少燃料消耗和環(huán)境污染的手段。當(dāng)前，渦輪增壓的一個主要原因是使用排氣能量來減少燃料消耗和排放。在渦輪增壓發(fā)動機中，燃燒空氣在供應(yīng)至發(fā)動機之前被預(yù)先壓縮。發(fā)動機吸取與自然吸氣發(fā)動機相同體積的空氣燃料混合物，但由于較高的壓力導(dǎo)致的更高密度，使得更多的空氣和燃料質(zhì)量供應(yīng)到燃燒室中。因此，可以燃燒更多的燃料，從而使得發(fā)動機的功率輸出相對于速度和排量而增大。
[0008]在排氣渦輪增壓過程中，使用正常情況下浪費掉的排氣能量中的一些排氣能量來驅(qū)動渦輪機。該渦輪機包括一個渦輪機葉輪，該渦輪機葉輪安裝在一個軸上并且被排氣流可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動。渦輪增壓器將通常被浪費掉的排氣能量中的一些能量返回到發(fā)動機，從而有助于發(fā)動機效率和節(jié)省燃料。被渦輪機驅(qū)動的一個壓縮機吸取經(jīng)過濾的周圍空氣、將其壓縮、并且然后將它供應(yīng)給發(fā)動機。該壓縮機包括安裝在同一軸上的一個壓縮機葉輪/栗輪，從而使得該渦輪機葉輪的旋轉(zhuǎn)致使壓縮機葉輪/栗輪旋轉(zhuǎn)。
[0009]本披露的焦點在于渦輪增壓器的可變渦輪幾何形狀(VTG)方面。VTG渦輪增壓器
(I)利用可調(diào)整的多個導(dǎo)向葉片(8)，這些導(dǎo)向葉片樞轉(zhuǎn)連接到下部環(huán)(12)和上部葉片環(huán)
(16)(包括多種不同的可能的環(huán))和/或噴嘴壁上。對這些導(dǎo)向葉片(8)進行調(diào)整以便通過調(diào)節(jié)到渦輪機葉輪(5)的排氣流來控制排氣背壓和渦輪增壓器速度。這些導(dǎo)向葉片(8)由多個葉片桿(11)樞轉(zhuǎn)，這些葉片桿可以是定位在上部葉片環(huán)(16)的上方。性能和到該渦輪的流動是受到樞轉(zhuǎn)這些導(dǎo)向葉片(8)來改變到渦輪機葉輪(5)的流動角度的影響的。
[0010]VTG渦輪增壓器(I)的一個目的是在保持高的效率水平的同時，擴大在實際應(yīng)用中可使用的流速范圍。為了實現(xiàn)這一目的，渦輪機的輸出是通過改變渦輪機葉輪入口處的排氣流的流入角和流入速度來調(diào)節(jié)的。通過VTG渦輪增壓器，這是通過在渦輪機葉輪(5)的前方使用多個導(dǎo)向葉片(8)來改變這些導(dǎo)向葉片與排氣流速間的攻角來實現(xiàn)的。這減少了在低速時的滯后，而同時對于防止較高速度的排氣背壓是開放的。
[0011]通過VTG，渦輪增壓器的比率可以隨條件改變而變化。當(dāng)這些導(dǎo)向葉片(8)處于關(guān)閉位置時，流速的這些高環(huán)圓周分量和劇變的焓梯度導(dǎo)致了高的渦輪機輸出并且因此導(dǎo)致了高的增壓壓力。當(dāng)這些導(dǎo)向葉片(8)處于全開位置時，該渦輪機達到其最大流速并且流動的速度向量具有大的向心分量。這種類型的輸出控制優(yōu)于旁通控制的優(yōu)點在于，全部排氣流總是引導(dǎo)通過該渦輪機并且可以被轉(zhuǎn)換成輸出。這些導(dǎo)向葉片(8)的調(diào)整可以是由多種不同的氣動或電動調(diào)節(jié)器來控制的。
[0012]在美國專利7，886，536的現(xiàn)有技術(shù)圖1至圖3中示出的一個示例性排氣渦輪增壓器(I)包括一個渦輪機殼體(2)以及一個軸承殼體(3)，帶有一個旋轉(zhuǎn)軸(4)。在一個末端上，軸(4)承載壓縮機葉輪/栗輪(33)并且在該軸的另一末端上承載渦輪機葉輪(5)。在渦輪機殼體(2)之內(nèi)渦輪機葉輪(5)的一側(cè)上形成了一個蝸殼￠)，該蝸殼在徑向方向上演化成一個喉管(7)。可調(diào)整的多個導(dǎo)向葉片(8)被定位在喉部(7)的內(nèi)部。
[0013]這些導(dǎo)向葉片(8)是從一個葉片支承環(huán)(12)并且從一個推力與支承環(huán)(28)樞轉(zhuǎn)的，該推力與支承環(huán)與葉片支承環(huán)(12)通過一個間隔件(29)保持特定距離，并且它們是可通過使協(xié)調(diào)環(huán)(9)致動的一個致動器(32)來調(diào)整的。協(xié)調(diào)環(huán)(9)相對于葉片支承環(huán)(12)的轉(zhuǎn)動被傳遞到這些導(dǎo)向葉片(8)上，這些導(dǎo)向葉片可以在打開位置與關(guān)閉位置之間的預(yù)定范圍內(nèi)調(diào)整。
[0014]典型地，這些導(dǎo)向葉片⑶的關(guān)閉位置被用于建立(獲知)這些葉片⑶相對于致動器(32)的位置。當(dāng)前的葉片獲知方法是針對葉片關(guān)閉位置“獲知”的。當(dāng)這些導(dǎo)向葉片(8)的關(guān)閉位置相對固定時，該致動器相對于這些導(dǎo)向葉片(8)關(guān)閉位置的位置由于在這些導(dǎo)向葉片(8)與其他部件(例如致動器(32))之間的部件空隙的大量層疊以及部件公差而變化。由于致動器(32)的有固定極限的行進，該打開葉片位置將取決于所獲知的葉片關(guān)閉位置而變化。所獲知的葉片關(guān)閉位置導(dǎo)致在渦輪增壓器中的這些導(dǎo)向葉片(8)的打開葉片位置從一個渦輪增壓器到另一個渦輪增壓器發(fā)生變化。
[0015]美國專利7，886，536披露了一種“排氣渦輪增壓器，用于排氣渦輪增壓器的調(diào)節(jié)裝置以及用于調(diào)節(jié)裝置的葉片桿”。帶有軸向凸臺(14)的葉片桿(11)具有圓形彎曲輪廓的多個扇段(22)，這些扇段為滾動移動提供了協(xié)調(diào)環(huán)(9)的內(nèi)部圓周。這允許了葉片桿(11)抵靠協(xié)調(diào)環(huán)(9)滾動，但不能在全開位置處抵靠協(xié)調(diào)環(huán)(9)停止。
[0016]美國專利8，328，520披露了帶有分開地形成的葉片桿停止件的一種VTG渦輪增壓器。停止件(25)被實施成一個分開的部件，該部件可以被固定在引導(dǎo)柵(18)上以用于調(diào)整最小貫通流動。
[0017]在某些應(yīng)用中，調(diào)節(jié)該全開位置可以是關(guān)鍵。某些渦輪增壓器要求VTG的全部流動容量，當(dāng)葉片沒有完全打開時，VTG可能具有不充足的最大流動容量。因此令人希望的是，提供一種方法使得該葉片全開位置由一個固定的停止件建立。
[0018]概述
[0019]本披露提供一種裝置，該裝置用于通過提供一個整合的固定停止件來控制VTG機構(gòu)的全開位置。用于VTG渦輪增壓器機構(gòu)的葉片打開停止件可以被整合到控制部件(例如葉片桿)中，其中該停止件在葉片全開位置調(diào)節(jié)到渦輪機的排氣的最大流動。用于VTG機構(gòu)的葉片打開停止件可以:1)減少該葉片全開角度中的變化，2)減少總體葉片行進跨度中的變化，并且3)防止葉片與渦輪機葉輪之間的接觸，由此使間隙層疊最小化并且調(diào)節(jié)葉片打開位置的貫通流動。用于VTG渦輪增壓器的整合的葉片打開停止件可以采取若干形式。
[0020]第一實施例用一個共面的凸出部改進葉片桿來在全開位置允許鄰近的葉片桿抵靠彼此以及可能的整合的螺栓來停止。這會為打開位置的良好控制提供最小化的層疊。
[0021]一個進一步的實施例將整合的螺栓位置提供成其特征為限制了鄰近的葉片桿的行進。在各螺栓位置處的這些葉片止動套環(huán)可以控制鄰近的多個葉片桿，例如與三個臨近螺栓相互作用的三個葉片桿。
[0022]另一個實施例用一個橫向凸出部改進葉片桿來允許該葉片桿與上部葉片環(huán)(包括一個協(xié)調(diào)環(huán))接觸。這會為打開位置的良好控制提供最小化的層疊。
[0023]用于葉片打開停止件的每個設(shè)計都是整合的并且控制了VTG機構(gòu)的全開位置來通過可調(diào)整的導(dǎo)向葉片調(diào)節(jié)到渦輪機的最大排氣流動。通過使得這種針對葉片打開位置的“認知“作為一個新的策略，就可以將致動器認知軟件修改成保證針對新的葉片打開停止件的一致認知。同樣，可以改變偏置連桿設(shè)計，從而使得在所有條件下都可以達到打開停止件，但是對連桿升高或下降(更加打開或關(guān)閉)的調(diào)整在使用整合的固定葉片打開停止件時并不是主要手段。
[0024]附圖的簡要說明
[0025]本披露的優(yōu)點將是容易了解的，因為這些優(yōu)點通過參照以下詳細說明在結(jié)合附圖考慮時將變得更好理解，在附圖中:
[0026]圖1是一個排氣VTG渦輪增壓器的現(xiàn)有技術(shù)的軸向橫截面視圖；
[0027]圖2是插入在渦輪機殼體中的一個導(dǎo)引裝置的現(xiàn)有技術(shù)的透視圖；
[0028]圖3是沒有軸承殼體側(cè)籠罩的該導(dǎo)引裝置的現(xiàn)有技術(shù)的透視圖；
[0029]圖4示出了一個VTG渦輪增壓器的多個部分的端視圖，該渦輪增壓器帶有在全開位置上抵靠鄰近葉片桿停止的葉片桿；
[0030]圖5示出了具有一個基部延伸部以及一個在支腿構(gòu)件上的凸出部的一個葉片桿；
[0031]圖6示出了一個VTG渦輪增壓器的多個部分的端視圖，該渦輪增壓器帶有在全開位置上停止在葉片止動螺栓上的葉片桿；并且
[0032]圖7示出了一個VTG渦輪增壓器的多個部分的端視圖，該渦輪增壓器帶有通過接觸上部葉片環(huán)來停止的葉片桿。
[0033]實施方案的詳細說明
[0034]帶有可變渦輪幾何形狀(VTG)機構(gòu)30的渦輪增壓器I (或可變幾何形狀渦輪增壓器)是總體上已知的，其中，壓縮機葉輪/栗輪33由渦輪機殼體2中的渦輪機葉輪5通過軸4來可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動，其包括多個導(dǎo)向葉片8，這些導(dǎo)向葉片在渦輪機葉輪5的前方改變其攻角。VTG渦輪增壓器I可以具有一個葉片環(huán)組件17，該葉片環(huán)組件包括一個下部葉片環(huán)12 (例如葉片支承環(huán))、一個上部葉片環(huán)16 (其可以包括一個協(xié)調(diào)環(huán)(9))、在下部葉片環(huán)12與上部葉片環(huán)16之間至少部分地樞轉(zhuǎn)安裝的一系列導(dǎo)向葉片8、以及定位在下部葉片環(huán)12與上部葉片環(huán)16之間的多個間隔件29。
[0035]圖4和圖5示出了具有葉片桿11的第一實施例，該葉片桿在全開位置中允許鄰近的葉片桿11抵靠彼此來停止。該葉片桿安排的實例允許十三個葉片桿11中的十個葉片桿抵靠鄰近葉片桿11