專(zhuān)利名稱(chēng)：可變噴口廢氣渦輪增壓器的渦卷結(jié)構(gòu)和渦輪增壓器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種配置有噴嘴噴口面積改變機(jī)構(gòu)(以下稱(chēng)為可變噴口機(jī)構(gòu))的可變噴口(variable-throat)廢氣渦輪增壓器的渦卷結(jié)構(gòu)和渦輪增壓器的制造方法，渦輪增壓器用于內(nèi)燃機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣導(dǎo)入渦卷腔，并且可變噴口機(jī)構(gòu)構(gòu)成為改變位于環(huán)形流動(dòng)通道內(nèi)的多個(gè)噴嘴葉片的葉片角度，其中廢氣通過(guò)該環(huán)形流動(dòng)通道進(jìn)入渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子以施加作用力以便旋轉(zhuǎn)渦輪轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
在用于車(chē)輛內(nèi)燃機(jī)的小型廢氣渦輪增壓器領(lǐng)域，廣泛使用配置有可變噴口機(jī)構(gòu)的徑流式可變噴口廢氣渦輪增壓器。這種渦輪增壓器例如公開(kāi)在JP2001-207858A中，其中發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣導(dǎo)入形成在渦輪機(jī)殼內(nèi)的渦卷腔，流動(dòng)通過(guò)設(shè)置有多個(gè)噴嘴葉片的環(huán)形流動(dòng)通道，從而可以改變噴嘴葉片的葉片角度，并且廢氣施加作用力以旋轉(zhuǎn)渦輪轉(zhuǎn)子。
在JP2001-207858A的渦輪增壓器中，發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣進(jìn)入渦輪機(jī)殼的渦卷腔內(nèi)并且流動(dòng)通過(guò)噴嘴葉片之間的空間從而進(jìn)入廢氣渦輪同時(shí)沿渦輪機(jī)殼內(nèi)的渦卷腔的渦旋通道流動(dòng)。廢氣從渦輪的外周邊側(cè)進(jìn)入渦輪以徑向向內(nèi)流動(dòng)，在其中膨脹以向渦輪傳遞膨脹功并且沿軸向從渦輪流出以被排放到外面。
渦輪增壓器的廢氣流量的控制如下進(jìn)行確定噴嘴葉片的葉片角度，使得廢氣流量成為需要的流量，確定致動(dòng)器的線性位移以對(duì)應(yīng)于需要的葉片角度，以將該位移通過(guò)驅(qū)動(dòng)環(huán)、驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)、連桿板轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)噴嘴軸，從而以需要的角度旋轉(zhuǎn)噴嘴葉片，因此通過(guò)致動(dòng)器改變?nèi)~片角度。
配置有可變噴口機(jī)構(gòu)的徑流式渦輪增壓器的另一個(gè)例子公開(kāi)在JP2004-132367中。
該例提供了一種可變噴口機(jī)構(gòu)的噴嘴組件，其尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且容易組裝。
在JP2004-138005A中公開(kāi)了一種工藝，利用該工藝，接觸另一個(gè)元件并在其上滑動(dòng)的一個(gè)元件，以及以很小的間隙面向另一個(gè)元件并在元件之間形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)元件，被浸入在二甲苯或類(lèi)似物與微碳粉末的溶液中，以使元件的表面涂覆上干碳膜。由此，降低了滑動(dòng)摩擦并且總是保持合適的小間隙。
在配置有可變噴口機(jī)構(gòu)的徑流式渦輪增壓器中，渦卷腔的渦旋通道的橫截面面積A與渦卷半徑R(從渦輪轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心到渦旋通道的橫截面面積A的中心的距離)是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。A/R比對(duì)于確定渦輪的空氣動(dòng)力學(xué)性能和流動(dòng)特性而言是重要的因素。當(dāng)要增加A/R比時(shí)，必須增大橫截面面積A或者減小渦卷半徑R。
對(duì)于JP2001-207858A中公開(kāi)的廢氣渦輪，當(dāng)要增加渦旋通道的橫截面面積A時(shí)，必須徑向和軸向加寬該通道，這導(dǎo)致渦輪機(jī)殼尺寸的增加。特別是，當(dāng)渦卷腔被徑向向外加寬時(shí)，渦卷半徑R增大而A/R比并不增大很多。
當(dāng)要減小渦卷半徑R時(shí)，需要徑向向內(nèi)移動(dòng)渦卷腔，但是這是困難的，因?yàn)樵跍u卷腔的徑向內(nèi)側(cè)具有設(shè)置有噴嘴葉片的環(huán)形流動(dòng)通道。
可以通過(guò)將渦卷腔成形得更扁平來(lái)減小渦卷半徑R，但是渦卷腔必須沿軸向延伸并且渦輪機(jī)殼變的相當(dāng)大。
已提出了軸向向內(nèi)大幅度地加寬渦卷腔以增大A/R比，但是在此情況下，鑄造時(shí)形成渦卷腔的型芯的制造更加困難并且生產(chǎn)率低下。
在JP2004-132367A的圖1表示出可變噴口廢氣渦輪增壓器，其中環(huán)形盤(pán)/連接環(huán)29構(gòu)成了渦卷腔的一部分。但是，盤(pán)/連接環(huán)29的外周邊限定了渦卷腔的內(nèi)表面的一部分，并且如果不增大渦輪機(jī)殼的外徑或?qū)挾鹊脑?huà)不能增大渦卷通道區(qū)域的橫截面面積。
公開(kāi)在JP2004-138005A中的工藝對(duì)于減小滑動(dòng)元件之間的摩擦或者總是保持以小間隙相互面對(duì)的元件之間的合適小間隙來(lái)說(shuō)是非常有效的，但是由于附加的處理必然增加制造成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可變噴口廢氣渦輪增壓器，通過(guò)增大渦卷通道的橫截面面積A與渦卷半徑R的比例A/R提高廢氣渦輪容量，而不會(huì)增大渦輪機(jī)殼的尺寸并且具有非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。渦輪增壓器的效率得以提高并且由此可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率。
為實(shí)現(xiàn)該目的，本發(fā)明提出一種配置有可變噴口機(jī)構(gòu)的可變噴口廢氣渦輪增壓器的渦卷結(jié)構(gòu)，該可變噴口機(jī)構(gòu)用于改變布置在形成于渦輪機(jī)殼的渦卷腔內(nèi)側(cè)的環(huán)形流動(dòng)通道內(nèi)的多個(gè)噴嘴葉片的葉片角度，從而發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣被導(dǎo)入渦卷腔以流動(dòng)通過(guò)環(huán)形流動(dòng)通道而進(jìn)入徑流式渦輪內(nèi)，其中可變噴口機(jī)構(gòu)的噴嘴組件單元構(gòu)成為多個(gè)噴嘴葉片由環(huán)形噴嘴底座可旋轉(zhuǎn)地支撐并且環(huán)形噴嘴板通過(guò)多個(gè)噴嘴支撐件連接于噴嘴底座以?shī)A持噴嘴葉片，噴嘴組件單元可拆卸地連接在渦輪機(jī)殼內(nèi)，噴嘴板通過(guò)將噴嘴組件單元連接于渦輪機(jī)殼而位于渦卷腔內(nèi)，以使得噴嘴板形成渦卷腔的內(nèi)側(cè)壁面的一部分以及環(huán)形流動(dòng)通道的壁面。
在該可變噴口廢氣渦輪增壓器中，優(yōu)選地密封環(huán)設(shè)置在噴嘴板和渦輪機(jī)殼之間，用于密封以防渦卷腔和環(huán)形流動(dòng)通道的下游側(cè)之間氣體泄漏。
本發(fā)明還提出一種制造配置有噴嘴噴口面積改變機(jī)構(gòu)的可變噴口廢氣渦輪增壓器的方法，其中該噴嘴噴口面積改變機(jī)構(gòu)用于改變布置在形成于渦輪機(jī)殼的渦卷腔內(nèi)側(cè)的環(huán)形流動(dòng)通道內(nèi)的多個(gè)噴嘴葉片的葉片角度，從而發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣被導(dǎo)入渦卷腔通過(guò)環(huán)形流動(dòng)通道而流動(dòng)進(jìn)入徑流式渦輪內(nèi)，該方法包括制造筒形噴嘴組件單元的步驟，該噴嘴組件單元構(gòu)成為多個(gè)噴嘴葉片由環(huán)形噴嘴底座可旋轉(zhuǎn)地支撐并且環(huán)形噴嘴板通過(guò)多個(gè)噴嘴支撐件連接于噴嘴底座以?shī)A持噴嘴葉片；將密封件裝配到渦輪機(jī)殼的將要配合環(huán)形噴嘴板的內(nèi)表面的支撐部分的步驟，用于密封以防渦卷腔和環(huán)形流動(dòng)通道下游側(cè)之間的氣體泄漏；以及將筒形噴嘴組件單元連接于渦輪機(jī)殼的步驟，使得噴嘴板形成渦卷腔的內(nèi)側(cè)壁面的一部分以及環(huán)形流動(dòng)通道的壁面。
根據(jù)本發(fā)明，可變噴口機(jī)構(gòu)的噴嘴板位于渦卷腔內(nèi)，使得噴嘴板形成渦卷腔的內(nèi)側(cè)壁面，從而渦輪機(jī)殼的用于容納噴嘴板的部分不再必要，并且可以增大渦卷通道的橫截面面積A與渦卷半徑R的比例A/R而無(wú)須增大渦輪機(jī)殼的尺寸。
由此，通過(guò)增大渦卷腔的橫截面面積A可以增大廢氣渦輪的容量而無(wú)須增加渦輪增壓器的尺寸，因此渦輪增壓更加接近于恒壓渦輪增壓，并且提高了渦輪增壓效率。
而且，由于渦輪機(jī)殼本身的重量得以減小，并且另外，渦輪機(jī)殼內(nèi)的渦卷腔的內(nèi)部輪廓變的簡(jiǎn)單，因此鑄造渦輪機(jī)殼時(shí)形成渦卷腔的型芯的輪廓變的簡(jiǎn)單并且提高了渦輪機(jī)殼的生產(chǎn)率。
通過(guò)使噴嘴板構(gòu)成渦卷腔的內(nèi)部輪廓的一部分而擔(dān)心在噴嘴板和渦輪機(jī)殼的配合部分發(fā)生廢氣泄漏。這通過(guò)在噴嘴板和渦輪機(jī)殼之間設(shè)置密封環(huán)而得以消除。密封環(huán)實(shí)現(xiàn)渦卷腔和環(huán)形流動(dòng)通道的下游通道之間的密封。
在本發(fā)明中，優(yōu)選地每個(gè)噴嘴支撐件松配合在沿圓周方向設(shè)置在噴嘴板內(nèi)的每個(gè)通孔內(nèi)，在噴嘴支撐件的端部的外圓周面和通孔的內(nèi)圓周面之間具有特定的間隙。
利用這種結(jié)構(gòu)，由于噴嘴支撐件連接于噴嘴板，在噴嘴板中的通孔和噴嘴支撐件的端部的外表面之間具有特定間隙，因此即使當(dāng)噴嘴底座和噴嘴板之間產(chǎn)生溫差以及固定于噴嘴底座的噴嘴支撐件的中心和容納噴嘴支撐件的通孔的中心不對(duì)準(zhǔn)時(shí)，中心偏移也可以由間隙吸收，因而防止產(chǎn)生過(guò)度的應(yīng)力。
而且，在本發(fā)明中，優(yōu)選地噴嘴板外周邊的角部被向著環(huán)形流動(dòng)通道的入口錐化或圓化，以形成引導(dǎo)部分，以使渦卷腔中的廢氣平滑地進(jìn)入環(huán)形流動(dòng)通道。
利用這種結(jié)構(gòu)，在噴嘴板的面向環(huán)形流動(dòng)通道的入口的外周邊形成錐化部分或圓化部分，從而形成廢氣引導(dǎo)部分，通過(guò)該廢氣引導(dǎo)部分，廢氣流動(dòng)面積從渦卷腔到環(huán)形流動(dòng)通道的入口平滑地減小，因此渦卷腔內(nèi)的廢氣到環(huán)形流動(dòng)通道的入口的壓頭損失得以減小，并且空氣動(dòng)力學(xué)性能得以提高并可以提高渦輪效率。
在本發(fā)明中，優(yōu)選地噴嘴板成型為其面向渦卷腔的后面是平滑地連續(xù)于渦卷腔的內(nèi)圓表面的彎曲的螺旋面。
利用噴嘴板的這種結(jié)構(gòu)，噴嘴板的渦卷腔側(cè)表面可以理想地適合于渦卷腔內(nèi)廢氣的流動(dòng)，因此提高了設(shè)計(jì)渦卷腔輪廓時(shí)的自由度，并且提高了空氣動(dòng)力學(xué)性能并可以提高渦輪效率。
而且，當(dāng)需要增大噴嘴板的厚度以保證其強(qiáng)度滿(mǎn)足由于噴嘴板的不均勻溫度分布引起的高熱應(yīng)力時(shí)，噴嘴板可以制作得厚些，同時(shí)利用其一部分來(lái)限定渦卷腔內(nèi)部輪廓的一部分，而不會(huì)減小渦卷腔的空間。因此，可以實(shí)現(xiàn)噴嘴板的強(qiáng)度保證和渦輪機(jī)殼的簡(jiǎn)單化。
在本發(fā)明中，優(yōu)選地噴嘴板構(gòu)形為其外周邊部分彎曲，使得面向環(huán)形流動(dòng)通道的入口的部分成型為彎曲表面，由此環(huán)形流動(dòng)通道在其入口處平滑地減小，從而形成引導(dǎo)部分，以便平滑地導(dǎo)入渦卷腔中的廢氣。
利用噴嘴板的這種結(jié)構(gòu)，環(huán)形流動(dòng)通道的入口形成為類(lèi)似半鐘形口，可以通過(guò)機(jī)加工、壓力加工、或鍛造容易地形成彎曲表面。
由于引導(dǎo)部分的曲率半徑可以制造得相當(dāng)大，因而減小入口壓頭損失，并且提高了空氣動(dòng)力學(xué)性能并可以提高渦輪效率。
優(yōu)選地噴嘴板成型為具有平行于渦輪轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心線延伸的圓筒部分以及垂直于圓筒部分并與圓筒部分連續(xù)的環(huán)形板部分，環(huán)形流動(dòng)通道形成在噴嘴底座和噴嘴板的環(huán)形板部分之間，并且圓筒部分的內(nèi)周邊連續(xù)于環(huán)形板部分的環(huán)形流動(dòng)通道側(cè)表面，具有彎曲表面以遮蓋從渦輪的入口延伸到渦輪的出口的渦輪葉片的彎曲周邊。
優(yōu)選地，在本發(fā)明中，噴嘴板的圓筒部分在其端部通過(guò)承插接合連接于渦輪機(jī)殼，從而噴嘴板的圓筒部分的外表面形成渦卷腔的內(nèi)圓表面的一部分。
根據(jù)本發(fā)明，由于噴嘴板如上所述構(gòu)形為噴嘴板的圓筒部分沿渦輪轉(zhuǎn)子的軸向延伸，而噴嘴板的環(huán)形板部分形成渦卷腔的內(nèi)側(cè)壁面的一部分和環(huán)形流動(dòng)通道的壁面，因此與現(xiàn)有技術(shù)中由渦輪機(jī)殼的鑄造材料形成遮蓋部分相比，可以通過(guò)在高溫下由諸如奧氏體不銹鋼的高強(qiáng)度可延展材料制成噴嘴板來(lái)減小構(gòu)成渦輪遮蓋部分的圓筒部分的厚度。
由此，可以減小渦輪機(jī)殼的尺寸，而不會(huì)減小渦卷通道的橫截面面積A，或者當(dāng)要增大渦輪出口直徑時(shí)，可以增大遮蓋部分的內(nèi)徑而無(wú)須減小渦卷通道的橫截面面積A。這樣，通過(guò)使得噴嘴板還用做渦輪葉片和廢氣通道的遮蓋，簡(jiǎn)化了渦輪機(jī)殼的渦卷部分，鑄造渦輪機(jī)殼時(shí)形成渦卷腔的型芯的形狀也得以簡(jiǎn)化，并且可以減小渦輪機(jī)殼的重量。
圓筒部分的端部配合在渦輪機(jī)殼的沉孔內(nèi)，在圓筒部分的端面和渦輪機(jī)殼的沉孔的端面之間具有間隙，由此間隙可以允許由于噴嘴組件單元的熱膨脹引起的噴嘴板的軸向偏移。
根據(jù)本發(fā)明，可變噴口機(jī)構(gòu)的噴嘴板位于渦卷腔內(nèi)，使得噴嘴板形成渦卷腔的內(nèi)側(cè)壁面，從而渦輪機(jī)殼的用于容納噴嘴板的部分不再必要，并且可以增大渦卷通道的橫截面面積A與渦卷半徑R的比例A/R而無(wú)須增大渦輪機(jī)殼的尺寸。
由此，通過(guò)增大渦卷腔的橫截面面積A可以增大廢氣渦輪的容量而無(wú)須增加渦輪增壓器的尺寸，因此渦輪增壓更加接近于恒壓渦輪增壓，并且提高了渦輪增壓效率并提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
而且，將要形成在通過(guò)鑄造模制成的渦輪機(jī)殼內(nèi)的渦卷腔的輪廓得以簡(jiǎn)化，從而除了渦輪機(jī)殼的重量得以減小之外，通過(guò)鑄造形成渦卷腔的型芯的形狀也得以簡(jiǎn)化，并且提高了渦輪增壓器的生產(chǎn)率。
根據(jù)本發(fā)明，噴嘴板的圓筒部分沿渦輪轉(zhuǎn)子的軸向延伸，而噴嘴板的環(huán)形板部分構(gòu)成壁以形成環(huán)形流動(dòng)通道，因此可以通過(guò)在高溫下由高強(qiáng)度可延展材料制成噴嘴板并且可以減小用做渦輪出口遮蓋部分的圓筒部分的厚度。
由此，可以減小渦輪機(jī)殼的尺寸，并且可以增大遮蓋部分的內(nèi)徑而不會(huì)減小渦卷通道的橫截面面積A。這樣，通過(guò)使得噴嘴板還用做渦輪葉片和廢氣通道的遮蓋，簡(jiǎn)化了渦輪機(jī)殼的渦卷部分，鑄造時(shí)形成渦卷腔的型芯的形狀也得以簡(jiǎn)化，并且可以減小渦輪機(jī)殼的重量。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的配置有可變噴口機(jī)構(gòu)的可變噴口廢氣渦輪增壓器的相關(guān)部分的縱向截面圖。
圖2是表示第一實(shí)施例的噴嘴板和噴嘴支撐件的連接的視圖，圖2A是前視圖，圖2B是沿圖2A中線E-E的截面圖。
圖3是與圖1相應(yīng)的第二實(shí)施例的視圖。
圖4是與圖1相應(yīng)的第三實(shí)施例的視圖。
圖5是與圖1相應(yīng)的第四實(shí)施例的視圖。
圖6是與圖1相應(yīng)的第五實(shí)施例的視圖。
圖7是與圖1相應(yīng)的第六實(shí)施例的視圖。
圖8是配置有適用于本發(fā)明的可變噴口機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有可變噴口廢氣渦輪增壓器的縱向截面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。但是，除非特別指明，實(shí)施例中的組成部件的尺寸、材料、相對(duì)位置等等應(yīng)當(dāng)理解為僅僅為了示意而不是對(duì)本發(fā)明范圍的限制。
圖8是配置有適用于本發(fā)明的可變噴口機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有可變噴口廢氣渦輪增壓器的縱向截面圖。
在圖8中，附圖標(biāo)記10是渦輪機(jī)殼，11是形成在渦輪機(jī)殼10內(nèi)的渦卷腔。附圖標(biāo)記12是徑流式渦輪轉(zhuǎn)子，其同軸線地連接于壓縮機(jī)葉輪8，并且它的渦輪軸12a通過(guò)軸承16由軸承架13支撐以便旋轉(zhuǎn)。附圖標(biāo)記7是容納壓縮機(jī)8的壓縮機(jī)殼，9是壓縮機(jī)殼7的空氣入口，7a是渦旋空氣通道(渦卷通道)。
附圖標(biāo)記100a表示廢氣渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)中心。
附圖標(biāo)記2是噴嘴葉片，多個(gè)噴嘴葉片沿圓周方向等間距地設(shè)置在形成于渦卷腔11內(nèi)側(cè)的廢氣環(huán)形流動(dòng)通道內(nèi)，并且每個(gè)噴嘴葉片的噴嘴軸02由固定于渦輪機(jī)殼10的噴嘴底座4可旋轉(zhuǎn)地支撐，從而噴嘴葉片2的葉片角度可以由可變噴口機(jī)構(gòu)100改變。
在可變噴口機(jī)構(gòu)100中，噴嘴葉片布置在形成于噴嘴底座4和環(huán)形噴嘴板6之間的環(huán)形流動(dòng)通道內(nèi)，噴嘴板6由多個(gè)噴嘴支撐件5連接于噴嘴底座4，并且噴嘴板6容納在位于渦輪機(jī)殼10內(nèi)用于支撐噴嘴板6的環(huán)形凹槽內(nèi)。
附圖標(biāo)記3是驅(qū)動(dòng)環(huán)，其形成為環(huán)形盤(pán)并且可旋轉(zhuǎn)地支撐在噴嘴底座4的外圍的一部分上。多個(gè)驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)32沿圓周方向等間距地固定于驅(qū)動(dòng)環(huán)3。附圖標(biāo)記1是連桿板，每個(gè)連桿板結(jié)合于每個(gè)驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)32，位于其輸入側(cè)(外側(cè)端部)的槽由驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)32結(jié)合并且噴嘴軸02固定于其輸出側(cè)(中央側(cè)端部)。
附圖標(biāo)記15是連接于未示出的致動(dòng)器以驅(qū)動(dòng)噴嘴葉片2的連桿，14是連接于連桿15的銷(xiāo)。銷(xiāo)14結(jié)合于驅(qū)動(dòng)環(huán)3以旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)環(huán)3。
在具有可變噴口面積機(jī)構(gòu)的可變噴口廢氣渦輪增壓器中，未示出的內(nèi)燃機(jī)的廢氣進(jìn)入渦卷腔11并且然后進(jìn)入環(huán)形流動(dòng)通道，同時(shí)沿渦卷腔11的渦旋旋動(dòng)。廢氣流過(guò)噴嘴葉片之間的空間以從渦輪轉(zhuǎn)子12的外圍進(jìn)入渦輪轉(zhuǎn)子12以沿徑向向著中央流動(dòng)并且沿軸向流出同時(shí)在渦輪轉(zhuǎn)子12上施加膨脹功。然后，從渦輪轉(zhuǎn)子流出的廢氣流動(dòng)通過(guò)渦輪機(jī)殼的出口通道10b并被排放到外面。
當(dāng)控制廢氣流經(jīng)廢氣渦輪時(shí)，通過(guò)未示出的葉片角度控制裝置確定噴嘴葉片2的葉片角度，使得流經(jīng)噴嘴葉片之間的空間的廢氣的流量是需要的流量。未示出的致動(dòng)器旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)環(huán)3以通過(guò)連桿15和銷(xiāo)14將噴嘴葉片2轉(zhuǎn)動(dòng)到由葉片角度控制裝置確定的角度。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)環(huán)3旋轉(zhuǎn)時(shí)，每個(gè)連桿板1圍繞每個(gè)噴嘴軸02的中心軸線擺動(dòng)，其中噴嘴軸02由沿圓周方向等間距地固定于驅(qū)動(dòng)環(huán)3的每個(gè)驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)32可旋轉(zhuǎn)地支撐在噴嘴底座內(nèi)，由此固定于每個(gè)連桿板的每個(gè)噴嘴軸02旋轉(zhuǎn)并且與每個(gè)噴嘴軸02成一體的每個(gè)噴嘴葉片2旋轉(zhuǎn)，因此改變噴嘴葉片的葉片角度。
本發(fā)明涉及配置有上述可變噴口面積機(jī)構(gòu)100的可變噴口廢氣渦輪增壓器的渦卷結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的配置有可變噴口機(jī)構(gòu)的可變噴口廢氣渦輪增壓器的相關(guān)部分的縱向截面圖，圖2A和2B是表示第一實(shí)施例的噴嘴板和噴嘴支撐件的連接的視圖，圖2A是前視圖，圖2B是沿圖2A中線E-E的截面圖。
參見(jiàn)圖1，附圖標(biāo)記10是渦輪機(jī)殼，11是形成在渦輪機(jī)殼10內(nèi)的渦卷腔。附圖標(biāo)記100a是廢氣渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)中心，其中該圖中省去廢氣渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)子12(見(jiàn)圖8)。
附圖標(biāo)記2是噴嘴葉片，多個(gè)噴嘴葉片沿圓周方向等間距地設(shè)置在形成于渦卷腔11內(nèi)側(cè)的廢氣環(huán)形流動(dòng)通道內(nèi)，并且每個(gè)噴嘴葉片的噴嘴軸02由固定于渦輪機(jī)殼10的噴嘴底座4可旋轉(zhuǎn)地支撐，從而噴嘴葉片2的葉片角度可以由可變噴口機(jī)構(gòu)改變。
在可變噴口機(jī)構(gòu)100中，噴嘴組件單元構(gòu)造為類(lèi)似于一個(gè)筒，其中由噴嘴軸02可旋轉(zhuǎn)地支撐于噴嘴底座4的噴嘴葉片2布置在形成于噴嘴底座4和環(huán)形噴嘴板6之間的環(huán)形流動(dòng)通道內(nèi)，噴嘴板6由多個(gè)噴嘴支撐件5連接于噴嘴底座4，噴嘴組件單元的噴嘴底座4通過(guò)圖中未示出的螺栓連接于渦輪機(jī)殼10，并且環(huán)形噴嘴板6的內(nèi)周邊裝配于位于形成渦卷腔11的內(nèi)側(cè)壁的圓形壁的端部的支撐部分的外周邊10c，這樣噴嘴組件作為組裝好的單元可拆卸地包含于渦輪機(jī)殼。
以此方式，可變噴口機(jī)構(gòu)100的噴嘴板6定位在渦卷腔11內(nèi)以形成渦卷腔11的內(nèi)側(cè)壁的一部分，從而渦卷腔11的內(nèi)部輪廓由內(nèi)表面11a(具有直徑D1)和噴嘴板6的渦卷腔側(cè)面限定。
在圖1中，符號(hào)Y表示渦卷通道的橫截面區(qū)域的中心，R表示渦卷半徑，即從旋轉(zhuǎn)中心100a的距離。
如圖1B所示，密封環(huán)20容納在由噴嘴板6的側(cè)面、外周邊10c的一部分、以及具有直徑D1的內(nèi)壁的階梯部分的凸肩面形成的凹槽內(nèi)。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖2A和2B，多個(gè)噴嘴支撐件5(該例中是四個(gè)支撐件)連接于噴嘴板6，從而每個(gè)噴嘴支撐件5的端部5a松配合在沿圓周方向等間距鉆制在噴嘴板6內(nèi)的每個(gè)通孔61內(nèi)，在噴嘴支撐件5的端部5a的外圓周面和通孔61的內(nèi)圓周面之間具有特定的間隙，并且每個(gè)噴嘴支撐件5的端部填嵌有放置在噴嘴板后面的墊圈5c(填嵌由5b表示)。
利用這種結(jié)構(gòu)，由于噴嘴支撐件5連接于噴嘴板6，在噴嘴板6中的通孔61和噴嘴支撐件5的端部5a之間具有特定間隙，因此即使當(dāng)噴嘴底座4和噴嘴板6之間產(chǎn)生溫差以及固定于噴嘴底座4的噴嘴支撐件5的中心和容納噴嘴支撐件5的通孔的中心不對(duì)準(zhǔn)時(shí)，中心偏移也可以由間隙吸收，因而防止產(chǎn)生過(guò)度的應(yīng)力。
當(dāng)制造如上所述構(gòu)造的可變噴口廢氣渦輪增壓器時(shí)，制造構(gòu)造為類(lèi)似筒的噴嘴組件單元，該噴嘴組件單元構(gòu)造為多個(gè)噴嘴葉片2由環(huán)形的噴嘴底座4通過(guò)噴嘴軸可旋轉(zhuǎn)地支撐，并且噴嘴葉片布置在噴嘴底座4和通過(guò)多個(gè)噴嘴支撐件5連接于噴嘴底座4的環(huán)形的噴嘴板6之間(見(jiàn)圖8)。
然后，類(lèi)似筒的噴嘴組件單元連接于渦輪機(jī)殼10，從而噴嘴板6位于渦卷腔11內(nèi)并構(gòu)成渦卷腔11的內(nèi)側(cè)壁面的一部分。
在連接噴嘴組件之前，密封環(huán)20放置在位于形成渦卷腔11的內(nèi)壁的圓形壁的端部的支撐部分的外周邊10c上，使得密封環(huán)20被保持在噴嘴板6的側(cè)面和階梯部分的凸肩面之間。密封環(huán)20實(shí)現(xiàn)渦卷腔11和環(huán)形流動(dòng)通道的下游側(cè)通道10d之間的密封。
根據(jù)第一實(shí)施例，由于渦卷腔11的側(cè)壁面通過(guò)將可變噴口機(jī)構(gòu)100的噴嘴板6定位在渦卷腔11內(nèi)而由內(nèi)表面11a和噴嘴板6的表面限定，因此如圖8中的現(xiàn)有渦輪增壓器上的渦卷腔的圓形內(nèi)壁的圍繞噴嘴板6的部分不再必要。因此，可以增大渦卷通道的橫截面面積A而無(wú)須向外增大渦卷腔，并且可以增大渦卷腔的A/R比。
由此，通過(guò)增大渦卷腔的橫截面面積A可以增大廢氣渦輪的容量而無(wú)須增加渦輪增壓器的尺寸，因此渦輪增壓更加接近于恒壓渦輪增壓，并且提高了渦輪增壓效率并提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能。
而且，由于取消了渦輪機(jī)殼10的圓形內(nèi)壁的用于圍繞噴嘴板的部分，因此渦輪機(jī)殼本身的重量得以減小。另外，渦輪機(jī)殼10的內(nèi)部輪廓變的簡(jiǎn)單，因此鑄造渦輪機(jī)殼時(shí)形成渦卷腔的型芯的輪廓變的簡(jiǎn)單并且提高了渦輪機(jī)殼的生產(chǎn)率。
至于通過(guò)使噴嘴板6構(gòu)成渦卷腔11的內(nèi)側(cè)壁的一部分而擔(dān)心在噴嘴板和渦輪機(jī)殼10的配合部分發(fā)生的廢氣泄漏，通過(guò)在噴嘴板6和渦輪機(jī)殼10之間設(shè)置密封環(huán)20而得以消除。密封環(huán)20實(shí)現(xiàn)渦卷腔11和環(huán)形流動(dòng)通道的下游側(cè)通道10d之間的密封。
圖3是與圖1相應(yīng)的第二實(shí)施例的視圖。
在第二實(shí)施例中，噴嘴板6的外周邊向著布置有噴嘴葉片2的環(huán)形流動(dòng)通道10e的入口錐化。由此，形成廢氣引導(dǎo)部分6a，通過(guò)該廢氣引導(dǎo)部分6a，廢氣流動(dòng)面積從渦卷腔11到環(huán)形流動(dòng)通道10e的入口平滑地減小。
除此之外，其結(jié)構(gòu)和第一實(shí)施例相同，并且與第一實(shí)施例相同的部件由相同的附圖標(biāo)記表示。
圖4是與圖1相應(yīng)的第三實(shí)施例的視圖。
在第三實(shí)施例中，噴嘴板6的外周邊面向布置有噴嘴葉片2的環(huán)形流動(dòng)通道10e的入口圓化。由此，形成廢氣引導(dǎo)部分6b，通過(guò)該廢氣引導(dǎo)部分6b，廢氣流動(dòng)面積從渦卷腔11到環(huán)形流動(dòng)通道10e的入口平滑地減小。
除此之外，其結(jié)構(gòu)和第一實(shí)施例相同，并且與第一實(shí)施例相同的部件由相同的附圖標(biāo)記表示。
根據(jù)第二和第三實(shí)施例，通過(guò)在噴嘴板6的面向環(huán)形流動(dòng)通道10e的入口的外周邊提供錐化部分(第二實(shí)施例)或圓化部分(第三實(shí)施例)，從而形成廢氣引導(dǎo)部分6a(第二實(shí)施例)或6b(第三實(shí)施例)，通過(guò)該廢氣引導(dǎo)部分6a或6b，廢氣流動(dòng)面積從渦卷腔11到環(huán)形流動(dòng)通道10e的入口平滑地減小，因此從渦卷腔到環(huán)形流動(dòng)通道的入口處的壓頭損失得以減小，并且空氣動(dòng)力學(xué)性能得以提高并可以提高渦輪效率。
圖5是與圖1相應(yīng)的第四實(shí)施例的視圖。
在第四實(shí)施例中，噴嘴板6成型為其面向渦卷腔11的后面是平滑地連接于渦卷腔11的內(nèi)圓表面11a的彎曲的螺旋面6c。
根據(jù)第四實(shí)施例，由于噴嘴板6的渦卷腔側(cè)表面可以理想地適合于渦卷腔內(nèi)廢氣的流動(dòng)，因此提高了設(shè)計(jì)渦卷腔輪廓時(shí)的自由度，并且提高了空氣動(dòng)力學(xué)性能并可以提高渦輪效率。
而且，當(dāng)需要增大噴嘴板6的厚度以保證其強(qiáng)度滿(mǎn)足由于噴嘴板6的不均勻溫度分布引起的高熱應(yīng)力時(shí)，噴嘴板6可以制作得厚些，同時(shí)利用其一部分來(lái)限定渦卷腔內(nèi)部輪廓的一部分，而不會(huì)減小渦卷腔的空間。因此，可以實(shí)現(xiàn)噴嘴板的強(qiáng)度保證和渦輪機(jī)殼的簡(jiǎn)單化。
除此之外，其結(jié)構(gòu)和第一實(shí)施例相同，并且與第一實(shí)施例相同的部件由相同的附圖標(biāo)記表示。
圖6是與圖1相應(yīng)的第五實(shí)施例的視圖。
在第五實(shí)施例中，噴嘴板6構(gòu)形為其外周邊部分彎曲，使得面向環(huán)形流動(dòng)通道10e的入口的部分成型為彎曲表面，由此環(huán)形流動(dòng)通道10e在其入口處平滑地減小，從而形成引導(dǎo)部分6d，以便平滑地導(dǎo)入渦卷腔中的廢氣。
根據(jù)第五實(shí)施例，環(huán)形流動(dòng)通道10e的入口形成為類(lèi)似半鐘形口并且可以通過(guò)機(jī)加工、壓力加工、或鍛造容易地形成彎曲表面。引導(dǎo)部分6d的曲率半徑可以制造得相當(dāng)大，從而減小入口壓頭損失，并且提高了空氣動(dòng)力學(xué)性能并可以提高渦輪效率。
除此之外，其結(jié)構(gòu)和第一實(shí)施例相同，并且與第一實(shí)施例相同的部件由相同的附圖標(biāo)記表示。
圖7是與圖1相應(yīng)的第六實(shí)施例的視圖。
根據(jù)第六實(shí)施例，噴嘴板6成型為具有平行于渦輪轉(zhuǎn)子12的旋轉(zhuǎn)中心線100a(見(jiàn)圖8)延伸的圓筒部分以及垂直于圓筒部分并與圓筒部分連續(xù)的環(huán)形板部分，環(huán)形流動(dòng)通道10e形成在噴嘴底座4和噴嘴板6的環(huán)形板部分之間，并且圓筒部分的內(nèi)周邊連續(xù)于環(huán)形板部分的環(huán)形流動(dòng)通道側(cè)表面，具有彎曲表面以遮蓋從渦輪的入口延伸到渦輪的出口的渦輪葉片的彎曲周邊。
這樣，由噴嘴板6形成遮蓋表面6e，用于遮蓋渦輪葉片的彎曲周邊和將廢氣導(dǎo)入渦輪排放口的廢氣通道的外圍。
在第六實(shí)施例中，噴嘴板6的圓筒部分的端部通過(guò)承插接合連接于渦輪機(jī)殼10，并且噴嘴板6的環(huán)形板部分通過(guò)噴嘴支撐件5如圖2B所示以非松配合連接同心并剛性地連接于噴嘴底座4。
根據(jù)第六實(shí)施例，由于噴嘴板6成型為縱截面具有字母“L”的大體形狀，其中包括垂直部分(環(huán)形板部分)和水平部分(圓筒部分)，垂直部分面對(duì)環(huán)形流動(dòng)通道而水平部分渦輪轉(zhuǎn)子12的旋轉(zhuǎn)中心線100a延伸以形成渦輪葉片和廢氣通道的遮蓋，因此與現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)模制將渦輪葉片和廢氣通道的遮蓋部分成型為渦輪機(jī)殼10的一部分的情況相比，可以通過(guò)在高溫下由諸如奧氏體不銹鋼的高強(qiáng)度可延展材料制成噴嘴板6來(lái)減小水平部分的厚度。
由此，可以減小渦輪機(jī)殼10的尺寸，并且當(dāng)要增大渦輪出口直徑時(shí)，可以增大遮蓋表面6e的內(nèi)徑而無(wú)須減小渦卷通道的橫截面面積A。這樣，通過(guò)使得噴嘴板6還用做渦輪葉片和廢氣通道的遮蓋，簡(jiǎn)化了渦輪機(jī)殼10的渦卷部分，鑄造渦輪機(jī)殼時(shí)形成渦卷腔的型芯的形狀也得以簡(jiǎn)化，并且可以減小渦輪機(jī)殼10的重量。
通過(guò)噴嘴板的水平部分的端面和渦輪機(jī)殼的承窩部分的端面之間的間隙，可以允許由于噴嘴組件單元的熱膨脹引起的噴嘴板的軸向偏移。
除此之外，其結(jié)構(gòu)和第一實(shí)施例相同，并且與第一實(shí)施例相同的部件由相同的附圖標(biāo)記表示。
根據(jù)本發(fā)明，可以增大渦卷通道的橫截面面積A與渦卷半徑R的比例A/R，而不會(huì)增大渦輪機(jī)殼的尺寸并且具有非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，提高了廢氣渦輪容量，因此可以提供一種渦輪增壓器，其具有提高的效率并由此可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。
權(quán)利要求
1.一種配置有噴嘴噴口改變機(jī)構(gòu)的可變噴口廢氣渦輪增壓器的渦卷結(jié)構(gòu)，該噴嘴噴口改變機(jī)構(gòu)用于改變布置在形成于渦輪機(jī)殼的渦卷腔內(nèi)側(cè)的環(huán)形流動(dòng)通道內(nèi)的多個(gè)噴嘴葉片的葉片角度，從而發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣被導(dǎo)入渦卷腔以通過(guò)環(huán)形流動(dòng)通道而流動(dòng)進(jìn)入徑流式渦輪內(nèi)，其中所述噴嘴噴口改變機(jī)構(gòu)的噴嘴組件單元構(gòu)成為多個(gè)噴嘴葉片由環(huán)形噴嘴底座可旋轉(zhuǎn)地支撐并且環(huán)形噴嘴板通過(guò)多個(gè)噴嘴支撐件連接于所述噴嘴底座以?shī)A持所述噴嘴葉片；其中所述噴嘴組件單元可拆卸地連接在所述渦輪機(jī)殼內(nèi)；并且所述噴嘴板通過(guò)將噴嘴組件單元連接于渦輪機(jī)殼而位于渦卷腔內(nèi)，以使得噴嘴板形成渦卷腔的內(nèi)側(cè)壁面的一部分以及環(huán)形流動(dòng)通道的壁面。
2.如權(quán)利要求1所述的可變噴口廢氣渦輪增壓器的渦卷結(jié)構(gòu)，其中密封件設(shè)置在所述噴嘴板和渦輪機(jī)殼之間，用于密封以防渦卷腔和所述環(huán)形流動(dòng)通道的下游側(cè)之間氣體泄漏。
3.如權(quán)利要求1所述的可變噴口廢氣渦輪增壓器的渦卷結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)所述噴嘴支撐件松配合在沿圓周方向設(shè)置在所述噴嘴板內(nèi)的每個(gè)通孔內(nèi)，在噴嘴支撐件的端部的外圓周面和通孔的內(nèi)圓周面之間具有特定的間隙。
4.如權(quán)利要求1所述的可變噴口廢氣渦輪增壓器的渦卷結(jié)構(gòu)，其中噴嘴板外周邊的角部被向著所述環(huán)形流動(dòng)通道的入口錐化或圓化，以形成引導(dǎo)部分，以使渦卷腔中的廢氣平滑地進(jìn)入環(huán)形流動(dòng)通道。
5.如權(quán)利要求1所述的可變噴口廢氣渦輪增壓器的渦卷結(jié)構(gòu)，其中噴嘴板成型為其面向渦卷腔的后面是平滑地連續(xù)于渦卷腔的內(nèi)圓表面的彎曲的螺旋面。
6.如權(quán)利要求1所述的可變噴口廢氣渦輪增壓器的渦卷結(jié)構(gòu)，其中所述噴嘴板構(gòu)形為其外周邊部分彎曲，使得面向環(huán)形流動(dòng)通道的入口的部分成型為彎曲表面，由此環(huán)形流動(dòng)通道在其入口處平滑地減小，從而形成引導(dǎo)部分，以便平滑地導(dǎo)入渦卷腔中的廢氣。
7.如權(quán)利要求1所述的可變噴口廢氣渦輪增壓器的渦卷結(jié)構(gòu)，其中所述噴嘴板成型為具有平行于渦輪轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)中心線延伸的圓筒部分以及垂直于圓筒部分并與圓筒部分連續(xù)的環(huán)形板部分，環(huán)形流動(dòng)通道形成在噴嘴底座和噴嘴板的環(huán)形板部分之間，并且圓筒部分的內(nèi)周邊連續(xù)于環(huán)形板部分的環(huán)形流動(dòng)通道側(cè)表面，具有彎曲表面以遮蓋從渦輪的入口延伸到渦輪的出口的渦輪葉片的彎曲周邊。
8.如權(quán)利要求1所述的可變噴口廢氣渦輪增壓器的渦卷結(jié)構(gòu)，其中所述噴嘴板的圓筒部分在其端部通過(guò)承插接合連接于渦輪機(jī)殼，從而噴嘴板的圓筒部分的外表面形成渦卷腔的內(nèi)圓表面的一部分。
9.一種制造配置有噴嘴噴口面積改變機(jī)構(gòu)的可變噴口廢氣渦輪增壓器的方法，其中該噴嘴噴口面積改變機(jī)構(gòu)用于改變布置在形成于渦輪機(jī)殼的渦卷腔內(nèi)側(cè)的環(huán)形流動(dòng)通道內(nèi)的多個(gè)噴嘴葉片的葉片角度，從而發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣被導(dǎo)入渦卷腔通過(guò)環(huán)形流動(dòng)通道而流動(dòng)進(jìn)入徑流式渦輪內(nèi)，該方法包括制造筒形噴嘴組件單元的步驟，該噴嘴組件單元構(gòu)成為多個(gè)噴嘴葉片由環(huán)形噴嘴底座可旋轉(zhuǎn)地支撐并且環(huán)形噴嘴板通過(guò)多個(gè)噴嘴支撐件連接于噴嘴底座以?shī)A持所述噴嘴葉片；將密封件裝配到渦輪機(jī)殼的將要配合環(huán)形噴嘴板的內(nèi)表面的支撐部分的步驟，該密封件用于密封以防渦卷腔和所述環(huán)形流動(dòng)通道下游側(cè)之間的氣體泄漏；以及將筒形噴嘴組件單元連接于渦輪機(jī)殼的步驟，使得所述噴嘴板形成渦卷腔的內(nèi)側(cè)壁面的一部分以及環(huán)形流動(dòng)通道的壁面。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明，可以增大渦卷通道的橫截面面積A與渦卷半徑R的比例A/R而無(wú)須增大渦輪機(jī)殼的尺寸，具有非常簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，并且可以增大廢氣渦輪的容量，因此提供了一種可變噴口廢氣渦輪增壓器，利用它可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。該渦輪增壓器配置有噴嘴噴口改變機(jī)構(gòu)，噴嘴噴口改變機(jī)構(gòu)的噴嘴組件單元構(gòu)成為多個(gè)噴嘴葉片由環(huán)形噴嘴底座可旋轉(zhuǎn)地支撐并且環(huán)形噴嘴板通過(guò)多個(gè)噴嘴支撐件連接于噴嘴底座以?shī)A持噴嘴葉片，噴嘴板通過(guò)將噴嘴組件單元連接于渦輪機(jī)殼而位于渦卷腔內(nèi)，以使得噴嘴板形成渦卷腔的內(nèi)側(cè)壁面的一部分以及環(huán)形流動(dòng)通道的壁面。
文檔編號(hào)F02B37/24GK1818359SQ20061000647
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2006年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月10日
發(fā)明者陣內(nèi)靖明, 中川大志, 御子神隆 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社