可變葉片組件的同步環的驅動裝置的制造方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]本發明涉及具有可變噴嘴渦輪機的渦輪增壓器，其中可移動葉片陣列被設置在渦輪機的所述噴嘴內以調節進入渦輪機的廢氣流。
[0002]廢氣驅動的渦輪增壓器是和內燃發動機一起使用通過壓縮被傳遞到發送機的進氣口以與燃料混合并在發動機內燃燒的空氣來增加發動機的動力輸出的設備。渦輪增壓器包括安裝在位于壓縮機殼體內的軸的一端上的壓縮機葉輪和安裝在該軸在渦輪機殼體內的另一端上的渦輪機葉輪。通常渦輪機殼體是與壓縮機殼體分開形成，并且在渦輪機殼體和壓縮機殼體之間還有另外的中間殼體以包含用于該軸的軸承。渦輪機殼體限定了基本上環形的室，該室圍繞渦輪機葉輪并且從發動機接收廢氣。渦輪機組件包括從該室通向渦輪機葉輪的噴嘴。廢氣從所述室流過噴嘴到達渦輪機葉輪并且渦輪機葉輪由所述廢氣驅動。渦輪機由此從廢氣提取動力并驅動壓縮機。壓縮機通過壓縮機殼體的進口接收環境空氣并且該空氣由壓縮機葉輪壓縮并且之后被從該殼體排放到發動機進氣口。
[0003]在利用渦輪增壓器提高發動機性能中的挑戰之一是在發動機的整個運行范圍上實現期望量的發動機動力輸出。已經發現使用固定幾何形狀渦輪增壓器經常不容易實現這個目標，并且因此已經開發出了可變幾何形狀渦輪增壓器，目的是提供對由渦輪增壓器所提供的增壓量的更大程度的控制。一種類型的可變幾何形狀渦輪增壓器是可變噴嘴渦輪增壓器(VNT)，其包括在渦輪機噴嘴中的可變葉片陣列。葉片被可樞轉地安裝在噴嘴中并且被連接到使得葉片的設置角度能被改變的機構。改變葉片的設置角度具有改變在渦輪機噴嘴中的有效流動面積的效果，并且因此可通過控制葉片位置來調節流到渦輪機葉輪的廢氣。以這種方式，可調節渦輪機的動力輸出，這允許以比利用固定幾何形狀渦輪增壓器通常能所能實現的更大的程度來控制發動機動力輸出。
[0004]通常，可變葉片組件包括噴嘴環，該噴嘴環可旋轉地支撐鄰近該噴嘴環的一個面的所述葉片。葉片具有延伸通過噴嘴環內的軸承孔的軸，并且葉片臂剛性地固定到所述軸的從噴嘴環的相對面伸出的端部。因此，可通過樞轉葉片臂來圍繞由所述軸限定的軸線來樞轉葉片以改變葉片的設置角度。為了同步地樞轉葉片，致動環或“同步環”被設置成鄰近噴嘴環的所述相對面，并且在其徑向內邊緣上包括凹部以接收葉片臂的自由端。因此，同步環圍繞噴嘴環的軸線的旋轉引起葉片臂樞轉并因此引起葉片樞轉從而改變設置角度。
[0005]在如何可旋轉地驅動同步環方面存在挑戰。通常，鄰近同步環定位的曲柄臂被連接到致動器，致動器用來引起曲柄臂沿一個方向或相反方向樞轉。曲柄臂的端部具有大致圓柱形構造的部分，該部分被接合到同步環的徑向外周中的對應形狀的凹部中。所述大致圓柱形接合部分能在所述凹部中樞轉。曲柄臂的樞轉被轉換成同步環圍繞其軸線的旋轉運動。
[0006]在曲柄臂的大體圓柱形接合部分和同步環之間的界面承載著由葉片載荷、VNT機構的內部摩擦、和振動引起的載荷。因此，這個界面往往隨時間出現顯著量的磨損。
【發明內容】
[0007]本公開涉及用于例如在渦輪增壓器中使用的可變噴嘴渦輪機的可變葉片組件。在本文中描述的一個實施例中，可變葉片組件包括具有相對的第一和第二面的噴嘴環，以及鄰近所述噴嘴環的第二面并具有各自的軸的多個葉片，所述軸被接收在所述噴嘴環的孔中并且能在所述孔中旋轉以使得葉片能繞由所述軸限定的相應的軸線旋轉，每個軸的遠端都在第一面從相應的孔伸出。所述組件包括相應地剛性固定到所述軸的遠端的多個葉片臂，每個葉片臂具有自由端，以及鄰近所述噴嘴環定位的同步環，所述同步環的第一面與所述噴嘴環的第一面相對。所述同步環被連接到葉片臂的自由端，同步環可繞旋轉軸線旋轉從而圍繞所述葉片軸線樞轉葉片臂，由此同步地樞轉葉片。
[0008]可變葉片組件包括用于可旋轉地驅動同步環以樞轉葉片的曲柄機構。曲柄機構包括定位在同步環的徑向外側的外部曲柄組件、非圓形驅動塊和曲柄臂，非圓形驅動塊設置在同步環的外周中的相應地成形的非圓形凹部中使得阻止驅動塊相對于同步環旋轉，所述曲柄臂具有連接到所述驅動塊的叉形端和連接到所述外部曲柄的相對端。叉形端限定了在平行于同步環的旋轉軸線的方向上間隔開的兩個腿。驅動塊被設置在所述腿之間并且可樞轉地連接到所述腿使得驅動塊可繞基本上平行于同步環的旋轉軸線的樞轉軸線相對于所述曲柄臂樞轉。曲柄機構設置成使得使曲柄臂沿著圍繞位于曲柄臂的所述相對端的軸線的運動弧線搖擺，由此旋轉同步環。
[0009]有利地，驅動塊和凹部構造成使得驅動塊沿著同步環的徑向方向能在所述凹部中滑動，使得驅動塊能夠在曲柄臂沿著所述運動弧線搖擺時經歷相對于同步環的徑向運動。驅動塊的能相對于曲柄臂樞轉的能力以及其能相對于同步環徑向運動的能力的組合導致了在驅動塊和同步環之間的接觸應力的大大緩解。另外，在驅動塊和同步環之間的接觸表面積的大小相對于傳統的主臂/同步環界面也有所增加，其結果是減小了接觸壓力并且因此減小了表面磨損。
[0010]本文中還描述了在曲柄臂的叉形端和所述驅動塊之間的連接的特定構造。兩個突出部分別從驅動塊的兩個相對面延伸，并且叉形端的所述腿中的每一個都被固定到所述突出部中的相應一個。在一個實施例中，所述突出部包括延伸通過所述驅動塊中的孔的銷的相對端。所述銷的相對端可被剛性固定(例如，通過壓配合或焊接)到叉形端的所述腿。所述銷可包括圓柱形部分，所述圓柱形部分位于所述驅動塊中的所述孔內并且可相對于所述驅動塊繞所述孔的軸線旋轉。
[0011]所述噴嘴環的所述第一面可包括機加工的凹穴以容納所述曲柄臂的所述叉形端的所述腿中的一個。
[0012]根據本文中描述的裝置，同步環、葉片臂、和曲柄臂都基本上位于同一平面內，由此大大減少了在這些部件上的任何平面外的力。
【附圖說明】
[0013]因此在概括地描述了本公開后，現在將參照附圖，附圖不一定是按比例繪制的，并且附圖中:
圖1是根據本發明的一個實施例的可變葉片組件的透視圖；
圖2是圖1的所述組件的透視圖，相對于圖1中的方位來說上下倒置；
圖3是根據本發明的實施例的部分組件的不完整的透視圖，其包括同步環、葉片臂、葉片、曲柄臂、驅動塊、和外部曲柄組件；以及圖4是根據本發明的實施例的同步環、驅動塊、曲柄臂、和外部曲柄組件的剖面透視圖。
【具體實施方式】
[0014]現在將在下文中參照附圖更加全面地描述本發明，附圖中示出了本發明的一些但不是全部的實施例。實際上，這些發明可以許多不同的形式被體現并且不應該被理解為被限制到本文公開的實施例；相反，這些實施例被提供是使得本公開會滿足可適用的法律要求。通篇中相同的標記表示相同的元件。
[0015]圖1和2示出了根據本發明的一個實施例的可變葉片組件的透視圖(分別是朝上和朝下)。可變葉片組件包括噴嘴環20，所述噴嘴環具有在其上安裝的多個導銷22。噴嘴環具有延伸到所述噴嘴環的第一面內的多個周向間隔開的第一孔以接收導銷22。更具體地，每個導銷具有大體圓柱形的端部，所述端部的直徑相對較小，該直徑的大小被設置為適合裝入對應的第一孔以形成干涉配合。導銷22的端部被壓配合到所述第一孔內，使得導銷的引導部分從噴嘴環的第一面軸向伸出，如在圖2中所示。每個導銷的引導部分包括桿25和直徑比桿25大的肩部26。在圖2所示的圖示實施例中，圍繞噴嘴環20的圓周大致均等地間隔設置有五個導銷22，但是同樣可行的是，采用不同數量的導銷和/或以非均等的方式圍繞圓周將導銷間隔開。
[0016]可變葉片組件還包括同步環30。同步環具有徑向內邊緣32，徑向內邊緣32的直徑小于由導銷22的引導部分的肩部26共同限定的最大直徑。換句話說，導銷的肩部26在徑向上與同步環的徑向內邊緣32交疊。由導銷的桿25共同限定的最大直徑稍微小于或者大約等于同步環30的徑向內邊緣32的直徑。因此，同步環被相對于導銷定位，使得同步環的徑向內邊緣32 (在軸向方向上)被俘獲在導銷的肩部26和噴嘴環20之間。同時,導銷22的桿25抑制同步環相對于噴嘴環的徑向運動。
[0017]可變葉片組件包括多個間隔件60 (在圖1和2中僅一個這樣的間隔件可見)，這些間隔件60被剛性固定到噴嘴環20并且從噴嘴環的第二面軸向伸出以與渦輪機殼體插件70接合。渦輪機殼體插件70具有三個孔以接收間隔件60的端部。所述間隔件具有肩部或徑向凸臺，肩部或