CN108442981B - 一种双活塞环可变喷嘴组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双活塞环可变喷嘴组件，涉及涡轮增压器领域，包括定位销、盖板、上活塞环、开度环、下活塞环、喷嘴环，喷嘴环为圆环形，包括喷嘴叶片、进气槽、下活塞环安装槽和基础板；开度环为环形，包括开度槽、拨叉槽和遮挡；盖板包括定位销安装孔、上活塞环安装槽和密封板，盖板位于喷嘴环与涡壳之间，底部设有活塞环安装槽，用于安装上活塞环，盖板沿圆周均匀设有定位销安装孔。本发明可以提高开度环转动的平顺性和气动性能，同时降低开度环的磨损量，延长喷嘴组件的寿命。

Description

一种双活塞环可变喷嘴组件

技术领域

本发明涉及涡轮增压器领域，尤其涉及一种双活塞环可变喷嘴组件。

背景技术

涡轮增压器是与内燃式发动机结合使用的装置，用于通过压缩输送到发动机进气口的空气以便与燃料混合并在发动机中燃烧来增大发动机的功率输出。涡轮增压器包括安装在压缩机壳体中压缩机叶轮和安装在涡轮机壳体中的涡轮。其中，涡轮机壳体与压缩机壳体分开地形成，并且还有另一个中间壳体连接在涡轮机壳体和压缩机壳体之间，用于轴承的安装及冷却润滑。涡轮机壳体限定出包围涡轮的大致环形流道，排气从发动机进入流道并吹向涡轮，并驱动涡轮转动，涡轮机带动同轴连接的压缩机转动。空气经过压缩机叶轮被压缩，然后从壳体出口连接到到发动机进气口。

在利用涡轮增压器来助推发动机性能方面的一个挑战是在发动机的整个工作范围内实现期望大小的发动机功率输出。已经发现，利用固定喷嘴尺寸的涡轮增压器通常不容易达到该目的；通过调节涡轮增压器的涡轮的进气流，在改善控制由涡轮增压器向相关内燃发动机输送的增压量的能力方面提供了公知的工作优点。通过在通向涡轮叶轮内的喷嘴中结合可变的几何形状，实现了对废气冲击涡轮的调节。通过改变喷嘴流动区域的大小，可调节进入涡轮叶轮的流量，从而调节由涡轮增压器的压缩机所提供的总体增压。

用于涡轮增压器的可变几何形状的喷嘴目前通常分为两个主要类型：可变叶片喷嘴和滑动活塞喷嘴。叶片通常包括在涡轮喷嘴中，用于沿有利的方向将排气引导至涡轮中。对于可变叶片喷嘴，一排周向间隔开的叶片沿轴向延伸穿过喷嘴，并可以被驱动装置驱动同步转动。来自涡壳流道的排气沿径向向内流动穿过叶片之间的通路，并且叶片可以改变气流流动的方向，以便沿期望的方向引导废气流入涡轮叶轮中。在大多数可变叶片喷嘴中，叶片可围绕其轴线旋转，以改变叶片所设置的角度，从而改变叶片间通路的流动区域。可变叶片喷嘴调节比较灵活，但是复杂的结构限制了可变叶片喷嘴的使用范围，由于运动零部件较多，在高温下极易出现卡滞失效的风险，所以可变叶片喷嘴的使用温度范围受到限制；同时，由于可变叶片喷嘴的结构复杂，成本比较高，同样也限制了其应用范围。

在滑动活塞型的喷嘴中，喷嘴也可以包括叶片，但是叶片固定在适合的位置上。通过在涡轮壳体内的孔洞中滑动的轴向滑动活塞，实现了喷嘴流动区域的改变。活塞是管状的，并且刚好位于喷嘴的径向内部。活塞的轴向运动有效改变了喷嘴的引入涡轮叶轮的轴向程度，从而改变了在涡轮叶轮入口处的“喉部区域”。当叶片包括在喷嘴中时，活塞可邻近叶片的径向内部边缘(即，后缘)滑动；作为备选，活塞和叶片可沿径向方向重叠，且活塞可包括槽口，用于在活塞沿轴向滑动以调整喷嘴时收容叶片的至少一部分。对于这种滑动活塞型喷嘴，并没有被广泛应用，主要是由于其控制结构难以被布置，由于其活塞需要在轴向滑动，所以控制机构也需要是轴向控制，由于涡壳一侧与中间壳相连接，一侧与尾气处理管路相连接，所以控制机构很难被布置在轴向。

可变叶片型和滑动活塞型的可变喷嘴，二者均具有优点和缺点。例如，具有可旋转叶片的可变叶片喷嘴通常具有良好的空气动力性能，但由于活动零件的数量很多，故而在机械上很复杂。滑动活塞型可变喷嘴在机械上简单得多，具有很少的活动零件，但通常在空气动力上不如可变叶片喷嘴好。

本公司已提交专利申请(专利号为201810373619.5，专利名称“用于涡轮增压器的可变喷嘴及其控制方法和涡轮增压器”)，以可行的设计结构，集合了叶片型喷嘴与滑动活塞型喷嘴的优点，结构简单，生产成本低，控制容易实现。在该发明的基础上，本领域的技术人员开发一种双活塞环可变喷嘴组件，使开度环转动更平顺，气动性能更好，同时还降低开度环的磨损量，延长喷嘴组件的寿命。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是进一步提高开度环转动的平顺性和气动性能，同时降低开度环的磨损量，延长喷嘴组件的寿命。

为实现上述目的，本发明提供了一种双活塞环可变喷嘴组件，包括定位销、盖板、上活塞环、开度环、下活塞环、喷嘴环，喷嘴环为圆环形，包括喷嘴叶片、进气槽、下活塞环安装槽和基础板，若干个喷嘴叶片成周向均匀阵列位于喷嘴环的一侧面，相邻喷嘴叶片之间的开口部分即进气槽用于引导废气吹向涡轮，喷嘴叶片底部设有活塞环安装槽，用于安装下活塞环；开度环为环形，包括开度槽、拨叉槽和遮挡，开度环直径尺寸略大于喷嘴环，开度环周向均匀设计有若干开度槽，数量与喷嘴叶片数量相同；开度环位于喷嘴环外侧，控制喷嘴开度大小；盖板包括定位销安装孔、上活塞环安装槽和密封板，盖板位于喷嘴环与涡壳之间，底部设有活塞环安装槽，用于安装上活塞环，盖板沿圆周均匀设有定位销安装孔。

进一步地，喷嘴叶片是喷嘴环的一部分，两者是一个整体，喷嘴叶片的角度固定不可调整。

进一步地，喷嘴叶片角度为效率最优的入射角度。

进一步地，开度槽的周向宽度与喷嘴叶片之间的进气槽大致相等，开度槽的高度与喷嘴叶片的高度大致相等，当开度环上的开度槽与喷嘴叶片之间的进气槽重合面积最大时，喷嘴组件开度最大，当开度槽与进气槽重合面积最小时，喷嘴组件开度最小，开度环上的开度槽与喷嘴叶片之间的进气槽重合的面积即决定了喷嘴组件的开度大小，开度环上的开度槽与喷嘴叶片之间的进气槽重合的面积最大、最小需要根据发动机实际需求设置。

进一步地，开度环轴向一侧设计有拨叉槽和拨叉，拨叉在该位置拨动开度环运动，即调整开度大小。

进一步地，拨叉以旋转的方式拨动拨叉槽，驱动开度环转动。

进一步地，驱动拨叉的方式有多种，可以是电控执行器驱动，也可以是气动执行器驱动。

进一步地，喷嘴环和盖板提供轴向定位功能，考虑到高温卡滞的风险，盖板与喷嘴环台阶之间的距离要略大于开度环的高度，即开度环轴向要留有一定的活动间隙，盖板外径要略大于开度环的内径。

进一步地，开度环轴向的活动间隙为0.1～0.5mm。

进一步地，上活塞环和下活塞环提供径向定位功能，上活塞环和下活塞环内径略大于活塞环安装槽外径，上活塞环和下活塞环外径略小于开度环内径，上活塞环和下活塞环可在活塞环安装槽上自由转动，开度环也可绕活塞环自由转动。

进一步地，上活塞环和所述下活塞环提供周向导向功能，在开度环转动过程中，上活塞环和所述下活塞环绕活塞环安装槽转动，开度环与上活塞环和所述下活塞环之间避免了硬摩擦，降低了开度环的驱动力，另外，由于上活塞环和所述下活塞环对开度环提供周向支撑与导向，提高了支撑能力并分摊了磨损量，提高了耐磨能力与可靠性。

本发明设计的双活塞环可变喷嘴组件具有以下技术效果：

1、提高了驱动的光顺性；

2、降低了驱动的摩擦力；

3、减小了开度环与喷嘴环的磨损量；

4、提高了组件的寿命和可靠性。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的双活塞环可变喷嘴组件***图；

图2是本发明的一个较佳实施例的喷嘴环示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的开度环示意图；

图4是本发明的一个较佳实施例的盖板示意图；

图5是本发明的一个较佳实施例的双活塞环可变喷嘴组件安装示意图；

图6是本发明的一个较佳实施例的双活塞环可变喷嘴组件局部放大图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1和图5所示，本实施例设计的一种双活塞环可变喷嘴组件包括定位销1、盖板2、上活塞环3、开度环4、下活塞环5和喷嘴环6。

如图2所示，喷嘴环6为圆环形，包括喷嘴叶片61、进气槽62、下活塞环安装槽63和基础板64，若干个喷嘴叶片61成周向均匀阵列位于喷嘴环6的一侧面，相邻喷嘴叶片61之间的开口部分即进气槽62用于引导废气吹向涡轮，喷嘴叶片61底部设有活塞环安装槽63，用于安装下活塞环5；喷嘴叶片61是喷嘴环6的一部分，两者是一个整体，喷嘴叶片61的角度固定不可调整，喷嘴叶片61角度为效率最优的入射角度。

如图3所示，开度环4为环形，包括开度槽41、拨叉槽42和遮挡43，开度环4直径尺寸略大于喷嘴环6，开度环4周向均匀设计有若干开度槽41，数量与喷嘴叶片61数量相同；开度环4位于喷嘴环6外侧，控制喷嘴开度大小；开度槽4的周向宽度与喷嘴叶片61之间的进气槽62大致相等，开度槽41的高度与喷嘴叶片61的高度大致相等，当开度环4上的开度槽41与喷嘴叶片61之间的进气槽62重合面积最大时，喷嘴组件开度最大，当开度槽41与进气槽62重合面积最小时，喷嘴组件开度最小，开度环4上的开度槽41与喷嘴叶片61之间的进气槽62重合的面积决定了喷嘴组件的开度大小，开度环4上的开度槽41与喷嘴叶片61之间的进气槽62重合的面积最大、最小需要根据发动机实际需求设置；开度环4轴向一侧设计有拨叉槽42和拨叉，拨叉在该位置拨动开度环运动，即调整开度大小，拨叉以旋转的方式拨动拨叉槽，驱动开度环转动，驱动拨叉的方式采用电控执行器驱动。

如图4所示，盖板2包括定位销安装孔21、上活塞环安装槽22和密封板23，盖板2位于喷嘴环6与涡壳之间，底部设有活塞环安装槽22，用于安装上活塞环3，盖板2沿圆周均匀设有定位销安装孔21，用于安装定位销1。

如图6所示，喷嘴环6和盖板2提供轴向定位功能，考虑到高温卡滞的风险，盖板2与喷嘴环台阶65之间的距离要略大于开度环4的高度，即开度环4轴向要留有一定的活动间隙，活动间隙为0.3mm，盖板2外径要略大于开度环4的内径。上活塞环3和下活塞环5提供径向定位功能，上活塞环3和下活塞环5内径略大于活塞环安装槽外径，上活塞环3和下活塞环5的外径略小于开度环4内径，上活塞环3和下活塞环5可在活塞环安装槽上自由转动，开度环4也可绕活塞环自由转动。上活塞环3和下活塞环5提供周向导向功能，在开度环4转动过程中，上活塞环3和下活塞环5也可以绕活塞环安装槽转动，开度环4与上活塞环3和下活塞环5之间避免了硬摩擦，降低了开度环4的驱动力，另外，由于上活塞环3和下活塞环5对开度环4提供周向支撑与导向，提高了支撑能力并分摊了磨损量，提高了耐磨能力与可靠性。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种双活塞环可变喷嘴组件，其特征在于，包括定位销、盖板、上活塞环、开度环、下活塞环、喷嘴环，所述喷嘴环为圆环形，包括喷嘴叶片、进气槽、下活塞环安装槽和基础板，若干个所述喷嘴叶片成周向均匀阵列位于所述喷嘴环的一侧面，相邻所述喷嘴叶片之间的开口部分为所述进气槽，所述喷嘴叶片底部设有所述下活塞环安装槽，用于安装下活塞环；所述开度环为环形，包括开度槽、拨叉槽和遮挡，所述开度环直径尺寸大于所述喷嘴环，所述开度环周向均匀设计有若干所述开度槽，数量与所述喷嘴叶片数量相同；所述开度环位于所述喷嘴环外侧，控制喷嘴开度大小；所述盖板包括定位销安装孔、上活塞环安装槽和密封板，所述盖板位于所述喷嘴环与涡壳之间，底部设有所述上活塞环安装槽，用于安装上活塞环，所述盖板沿圆周均匀设有定位销安装孔，所述上活塞环和所述下活塞环提供径向定位功能，所述上活塞环和所述下活塞环内径大于所述上活塞环安装槽和所述下活塞环安装槽外径，所述上活塞环和所述下活塞环外径小于所述开度环内径，所述上活塞环和所述下活塞环可以在所述上活塞环安装槽和所述下活塞环安装槽上自由转动，所述开度环可以绕所述上活塞环和所述下活塞环自由转动；所述上活塞环和所述下活塞环提供周向导向功能，在所述开度环转动过程中，所述上活塞环和所述下活塞环也可以绕所述上活塞环安装槽和所述下活塞环安装槽转动；所述喷嘴叶片是所述喷嘴环的一部分，两者是一个整体，所述喷嘴叶片的角度固定不可调整。

2.如权利要求1所述的双活塞环可变喷嘴组件，其特征在于，所述开度槽的周向宽度与所述进气槽相等，所述开度槽的高度与所述喷嘴叶片的高度相等，当所述开度槽与所述进气槽重合面积最大时，喷嘴组件开度最大，当所述开度槽与所述进气槽重合面积最小时，喷嘴组件开度最小，所述开度槽与所述进气槽重合的面积即决定喷嘴组件的开度大小。

3.如权利要求1或2所述的双活塞环可变喷嘴组件，其特征在于，所述开度环轴向一侧设计有所述拨叉槽和拨叉，所述拨叉拨动所述开度环运动，调整开度大小。

4.如权利要求3所述的双活塞环可变喷嘴组件，其特征在于，所述拨叉以旋转的方式拨动所述拨叉槽，驱动所述开度环转动。

5.如权利要求4所述的双活塞环可变喷嘴组件，其特征在于，所述拨叉的驱动方式是电控执行器驱动或者气动执行器驱动。

6.如权利要求1所述的双活塞环可变喷嘴组件，其特征在于，所述喷嘴环和所述盖板提供轴向定位功能，所述盖板与喷嘴环台阶之间的距离大于所述开度环的高度，所述开度环轴向留有活动间隙，所述盖板外径大于所述开度环的内径。

7.如权利要求6所述的双活塞环可变喷嘴组件，其特征在于，所述活动间隙为0.1~0.5mm。