CN1307172A - 变容式涡轮机 - Google Patents

Abstract

一个用于连接板的喷嘴驱动机构,能平稳同步地操纵喷嘴叶片。喷嘴叶片被支撑成其在开和关的位置之间绕喷嘴轴自由转动,且所述喷嘴叶片与相应所述喷嘴轴的杠杆相连,以使其和杠杆一起转动。在每个杠杆端部的每个凸起提供有平行所述喷嘴轴的轴。在喷嘴叶片中的轴以它们自由摆动的方式接合于连接板的椭圆形孔中,从而与连接板相连。使椭圆形孔伸展至椭圆方向的倾斜的直或弯的中心线相应于连接板的半径成一个给定的角度。

Description

变容式涡轮机

本发明涉及一种变容式涡轮增压器，它能通过操作喷嘴叶片来控制进入涡轮室的废气量。更具体地说，它涉及喷嘴驱动机构的一个改进，此喷嘴驱动机构是把操纵此喷嘴叶片的致动器的位移传递给喷嘴叶片。

一个涡轮增压器是增加内燃机输出的有效装置。一个涡轮由发动机排出的废气转动，一个安装在与涡轮相同轴上的压缩机把供给发动机的空气加压。涡轮增压器通常安装在各种发动机上。但是，废气的流量随发动机转速而变化。发动机实际排出的废气的流量不总是产生涡轮增压器的理想的工况所需的量。为了调整这种情况并且使涡轮增压器的优势得到充分发挥，此变容式涡轮增压器得到了发展。在涡轮增压器中，根据内燃机的运转状况调节在涡轮室中的废气流量。

这种变容式涡轮增压器在壳体内部的涡轮的喷嘴装置中有多个喷嘴叶片。在喷嘴轴上设置的喷嘴叶片以它们能够在开和关的位置之间转动的方式被支撑。此喷嘴轴通过一杠杆与具有圆环形状的连接板相连。连接板自由地在此涡轮的旋转轴线上转动。在壳体外部的一个致动器使连接板通过一个传动机构转动。当此连接板转动时，喷嘴叶片同步操作，它在开和关的位置之间连续地运动来调节喷嘴叶片的开度。

在现有技术的用来驱动喷嘴叶片的喷嘴驱动机构中，连接板的转动作用力不能平稳地转换为喷嘴叶片的转动作用力。为了得到理想的连接板的作用力，在变容式涡轮增压器的壳体外部的致动器必须足够大以使其产生一个适当的力。

本发明致力于的技术将解决现有技术中存在的这种缺点。本发明的目的是提供一用于连接板的喷嘴驱动机构，它能平稳地，同步地操作所有的喷嘴叶片。

根据本发明的控制喷嘴叶片开度的变容式涡轮增压器具有：设置在一个壳体内的涡轮，它在涡轮轴上自由地转动；在喷嘴装置中围绕壳体中的涡轮设置的多个喷嘴叶片；一个绕设置在壳体中的涡轮自由地转动的连接板，它通过杠杆与喷嘴叶片相连，并且在开和关的位置之间连续地使喷嘴叶片同步地运动；以及一个在壳体外部的致动器，它通过一个传动机构与连接板相连。

在第一优选实施例中本发明公开的是如下特征的变容式涡轮增压器。

此喷嘴叶片以使其在开和关的位置之间绕喷嘴轴自由转动的方式被支撑，并且喷嘴叶片与和喷嘴轴相应的杠杆相连，以使其和杠杆一起转动，在每个杠杆端部的每个凸起提供有一个与喷嘴轴平行的轴。在喷嘴叶片中的轴以自由摆动的方式接合在连接板的椭圆形孔中，并从而使其与连接板相连。使椭圆形孔伸展至椭圆方向的倾斜的直或弯的中心线相应于连接板的半径成一个给定角度。

如上面发明所公开的，在连接板中接收杠杆的轴的椭圆形孔在与连接板的由它的旋转中心所确定的半径成一定角度的轴向延伸。这样当连接板转动时，有一个作用力的分力，它在轴与沿径向推轴的孔相接触的一点上作用于连接板上。杠杆的轴在连接板的孔中能沿径向平稳地运动，并且连接板能容易地操作。

在第二优选实施例中本发明公开的是弯曲的椭圆形孔。使椭圆形孔伸展至椭圆方向的弯曲的中心线沿一个弧弯曲，此弧与相对连接板的半径成一给定角度延伸的倾斜直线相切。

如上面本发明所公开的，在连接板中接收杠杆的轴的每个椭圆形孔都沿一个弧弯曲，此弧与相对从连接板的旋转中心延伸的一个半径成一定角度延伸的直线相切。当连接板转动时，沿径向作用在轴上的推力的分力比本申请中的权利要求1中所公开的要大。这使杠杆的轴在连接板的孔中沿径向更平稳地运动。

图1是本发明的一个变容式涡轮增压器的外部侧视图。

图2是第一优选实施例中涡轮室的横剖面图。

图3是图1中变容式涡轮机的一个局部切下的正视图。

图4是图3的一个局部放大图。它示出了一个传动机构，此机构把致动器的动作传递给连接板和连接它们两者的元件。

图5是图4中所示的连接板的一个平面图。

图6是根据本发明的优选实施例的连接板上的椭圆形孔的放大图。

图7是本发明的另一优选实施例的连接板的局部平面图。

图8是一个传递至连接板的传动机构的分解图。

在这些图中，10是涡轮壳体，50是致动器，52是杆，54是连接件，104是喷嘴叶片，112是连接板，112d是连接板上的椭圆形孔，112d″是根据另一优选实施例的椭圆形孔，114是杠杆，120是摆动件，130是桥，140是滚子。

在这一部分，将参照附图说明几个本发明的优选实施例。在实施例中所描述的零件的形状、相关的位置和其它方面没有清楚地被确定，本发明的范围不仅仅局限于所示的零件，所示的零件仅是用来起说明的目的。

在这一部分中，将参照附图对本发明的两个优选实施例进行说明。

图1示出了实施本发明的一个变容式涡轮增压器10的外形。变容式涡轮增压器10包括一个壳体，此壳体包括涡轮壳体20，压缩机壳体40和主壳体30，主壳体30是在涡轮壳体20和压缩机壳体40之间。涡轮壳体20有一个进气口22和一个排气口24。压缩机壳体40有一个进气口44和一个排气口42。

在壳体20，30，40的外部上的是致动器50，它驱动喷嘴叶片(稍后将作解释)。致动器50用空气压力，或者，更具体地说是用吸入内燃机(未示出)的空气的负压，在内燃机上设置有变容式涡轮增压器10，它使杆10前后移动。但是，在本发明中有可能用任何形式的起相同作用的致动器，如一个灵敏的压力致动器，或一个电磁致动器，代替此致动器。

在图2中示出了涡轮室，尤其是主壳体。如图2中所示，涡轮轴32以自由转动的方式支承在主壳体30中。涡轮28，设置在涡轮机轴32的一端，在涡轮壳体20的内部。从内燃机排出的废气由进气口22引入涡轮机壳体20。此废气通过涡旋通道26和喷嘴装置100供给涡轮28，该涡旋通道26在涡轮壳体20内侧上形成，且喷嘴装置100是通向涡轮28的进气口。在废气驱动涡轮28之后，所提供的废气通过排气口24排出。

喷嘴单元100包括安装板102，它固定在涡轮机壳体20上，以及侧板106，它面对安装板102并且沿轴向安装。多个喷嘴叶片104以沿轴的圆周方向间隔相等的设置在两个板之间。喷嘴叶片104的基部是轴部104a，它安装在安装板102上以使轴部104a在开和关位置之间自由转动叶片。喷嘴叶片总成104的每个轴部104a的端部104b沿轴向穿过安装板102。此轴与相应于喷嘴叶片的各杠杆114相连。(参见图3和4)。喷嘴叶片104通过喷嘴轴104a随杠杆114的转动而转动。每个杠杆114有一个安装每个轴部104a的端部104b的孔114b，和在相对孔114b的侧面上的一个凸起，轴部114a。

杠杆114的轴114a能够在椭圆形的孔112d中滑动，此孔沿连接板112的圆周等间隔设置。在安装板102的侧面相对喷嘴装置100有一圆柱形凸起102a。一个环形连接板112(参见图5)安装在凸起102a上，以使它绕涡轮28的旋转轴线自由转动。连接板112有一组沿其圆周等间隔设置椭圆孔112d以接收杠杆114的轴部114a。另外，连接板112在相同表面的一侧上有一梯形的延伸部分112a。延伸部分112a的端部分成两部分以形成锁定臂112c。两个臂112c形成一个长方形的凹部112b。

如在图5和图6中由双点划线所示的，在现有技术中，连接板112的椭圆形孔112d’形成在连接板112的旋转中心的半径上，即，它形成在以变容式涡轮增压器10中涡轮28的旋转中心O(涡轮轴)为中心的圆的半径上。正如我们所描述的，由于这种现有技术的设计，因为连接板12不容易操作，所以致动器50必须能够产生很大的力。关于这个问题，在这个实施例中，长方向上穿过连接板112的椭圆形孔112d的中心线r相对于穿过椭圆形孔112d的中心和涡轮28的中心O的连线R倾斜一个角度。这种设计使连接板112平稳地转动并且减少了施加在致动器50上的负载。

这个实施例的变容式涡轮增压器10也有一个把致动器50的作用力传递给连接板112的传动机构。这个传动机构包括致动器50的杆52；通过销50a与杆52的端部相连的连接元件54(参见图1)；连接到连接元件54上的摆动元件120；在元件120和连接板112之间的滚子140和桥130，它们用于把传动机构连接到连接板112上。

如图8所示，摆动元件120包括臂122，轴124，连接器128，和销126，其中，轴124从臂122的一端沿一个给定的轴线O延伸，并且通过套筒118由涡轮壳体20支撑以使其能自由转动；连接器128是在轴124的端部并且与其同轴，并且以不能相对于连接元件54移动的方式与连接元件54相连；销126从臂122的侧面相对轴124延伸并且与该轴平行。摆动元件120可以由金属材料，例如，不锈钢制成，理想地是，它可以由一个单片奥氏体不锈钢构成。摆动元件120，臂122，轴124，连接器128和销126可以分别形成再焊在一起。

如图7所示，桥130包括相互间有一个小的间隙的彼此平行定位的两个平板132，和与两个板132相连的中心装置134。在两个板132之间设置的中心装置134上有一个槽136，连接板112的锁定臂112c接合于其中。桥130的包括中心装置134的部分被去除至桥的中部以形成切除部分138。两个相对的表面彼此平行并且彼此相对滑动。如图8所示，当安装传动装置时，当切除部分138进入滚子140时，形成锁定，并且被安装在摆动元件120的销126上。桥130可以由金属材料，例如，奥氏体不锈钢制成。

如图8所示，滚子140大致是圆柱形，它的开口的直径比销126的外径稍大。此滚子的外径比桥130的滑动表面138之间的间隙稍小。滚子140可由金属材料，如，马氏体不锈钢制成。

在这一部分中，我们将说明这个实施例是如何工作的。

当内燃机运转时，根据它的转速和节气门的开度产生一个进气负压，然后由电磁阀控制此压力并把它传给致动器50。致动器50根据此压力工作。杆52根据此进气负压的大小沿轴向前后(图1中的左右方向)移动。当杆52工作时，连接元件54相应地绕摆动元件120的轴124转动。如图1所示，由实线示出的连接元件54与止动件56顶部上的螺栓56a接触。在这一点喷嘴叶片104处于打开位置，产生最大喷嘴开度的位置。当此发动机以低转速运转时，或节气门仅是稍稍开启时，致动器50拉回杆52。当杆52尽可能地被拉回时，连接元件54移至一个它与止动件56的较低位置上的螺栓56b相接触的位置，如点划线所示。在这一点上，喷嘴叶片104处于产生最小喷嘴开度的位置。

以这种方式，杆52的线性运动由连接元件54转换成摆动元件120的摆动。元件120的销126绕轴122的轴线O以一个弧线运动，如图4和5所示。在这一点，销126和滚子140是在桥130的切除部分138中，并且销在滚子140和表面138a之间，其相对于桥130以如图9所示的关系上下滑动，即，它沿涡轮28的转动轴线滑动。同时，以涡轮28的旋转轴线为中心，连接板112绕安装板102上的凸起102a的圆周转动。当连接板112转动时，以叶片104的轴104a为中心，和连接板112相连的杠杆114与喷嘴叶片104一起转动。

在连接板112的孔112d中杠杆114的轴114a的作用力能够被分解为绕杠杆114的旋转中心O的圆周方向的作用力和径向的作用力。在这个第一实施例中，接收杠杆114的轴114a的每个孔112d沿椭圆形孔112d的中心线r形成，此中心线相对于来自连接板112的旋转中心O的半径R有一个给定的角度。当连接板112转动时，沿孔112d的中心线r推每个轴114a的一个分力Fr，在连接板112在轴114a与孔112d接触的这一点作用到杠杆114上的作用力F内产生。这个分力Fr使杠杆114的轴114a平稳地沿连接板112的椭圆形孔112d的倾斜的中心线方向运动。结果，作用在致动器50上的负载减小了。在现有技术的设计中，每个孔112d’直接在半径上形成，因此在孔112d’中也没有沿倾斜的中心线r的方向产生移动轴114a的作用力或者仅有一个很小的力。在现有技术中这样的设计使连接板112不能平稳地工作。

在图5和6中，连接板112的孔112d是椭圆的，并且此椭圆形孔的端部是圆的。但是，本发明不仅仅限于孔的这种形状。孔112d也可以是一个简单的矩形。而且，根据本发明的第二优选实施例，在连接板112中的孔，如图7中的附图标记112d″所示，当杠杆114绕喷嘴叶片104的轴104a旋转时，可以相应于由杠杆114的轴114a描绘的轨迹弯曲。

这种设计可应用于具有下述特征的各种变容式涡轮增压器。喷嘴叶片借助于与在连接板的圆周上的喷嘴叶片的轴平行的轴和连接板相连。这些轴在杠杆的椭圆形孔内相接合。在杠杆中的每个孔都沿一弧线弯曲，该弧线相对来自连接板的旋转中心的半径成一个给定角度延伸的线相切。

此椭圆形孔设置在连接板112的圆周上，并且它垂直地面对喷嘴叶片的喷嘴轴。杠杆114的轴114a与椭圆形孔112d相接合并且在椭圆形孔的内表面中滑动。因此，如上所述，轴114a能够在此椭圆形孔中滑动，此孔沿与来自连接板的旋转中心的半径成一个给定角度延伸的线相切的弧形弯曲。

在这个第二实施例中，连接板112的每个孔112d″沿与从连接板112的旋转中心O延伸的半径R成一个给定角度延伸的半径r相切的弧形弯曲。当连接板旋转时，沿半径R的方向推轴114a的力的分力比第一实施例中的分力大。更具体地说，当在连接板112中的每个孔112d″的形状相应于杠杆114的轴114a所描述的轨迹时，杠杆114的轴114a能够沿半径方向R在连接板112的孔112d″中更加平稳地运动。

我们仅是公开了本发明所限定的优选实施例，但是，本发明的范围不限于此，且本发明还包括任何本领域普通技术人员能够做到的变化。

Claims (2)

1.一种控制喷嘴叶片开度的变容式涡轮增压器，包括：

设置在壳体中的涡轮，其自由地绕涡轮轴转动；

在喷嘴装置中围绕所述壳体中的所述涡轮设置的多个喷嘴叶片，其以使它们在开和关的位置之间绕喷嘴轴自由转动的方式被支撑，并且所述喷嘴叶片与和所述喷嘴轴相应的杠杆相连，以使其和所述杠杆一起转动，在每个杠杆端部的每个凸起提供有与所述喷嘴轴平行的轴；

绕设置在所述壳体中的所述涡轮自由转动的连接板，其通过所述杠杆与所述喷嘴叶片相连，并且在开和关的位置之间连续地使所述喷嘴叶片同步运动，并且在每个杠杆端部设置所述凸起以所述凸起在所述椭圆形孔中自由摆动的方式接合在所述连接板的椭圆形孔中，并从而使其与连接板相连；以及

在所述壳体外部的致动器，其通过传动机构与所述连接板相连；

其特征在于，使所述椭圆形孔伸展至椭圆方向的倾斜的直或弯的中心线相对所述连接板的半径成一个给定的角度延伸。

2.如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，使所述椭圆形孔伸展至椭圆方向的所述的弯曲的中心线沿一个弧弯曲，此弧与相对所述连接板的半径成一给定角度延伸的所述倾斜直线相切。

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