CN101737099A - 可变容积涡轮机 - Google Patents

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Abstract

一种可变容积涡轮机的喷嘴调节机构，包括喷嘴驱动件、连杆和喷嘴叶片，喷嘴调节机构全部容纳在涡轮机壳体中涡管的内侧。这样减小了涡轮机的轴向长度，使其更紧凑并易于安装到汽车中。可以避免轴向壳体变得过于复杂的问题，并使涡轮机易于安装。可变容积涡轮机具有连接到致动器的喷嘴驱动件；包括多个连接部的喷嘴调节机构，将喷嘴驱动件与喷嘴叶片相连。喷嘴调节机构安装在涡管内的连接腔中，连接腔位于喷嘴叶片的气体出口侧。

Description

可变容积涡轮机
本申请为提交于2001年5月21日的申请号为01116993.1的发明名称为“可变容积涡轮机”的发明申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种径向流动的可变容积涡轮机，用作内燃机的增压机(排气涡轮增压器)。这种径向流动的可变容积涡轮机构造成：工作气体从涡轮机壳体中螺旋形的涡管经过多个可变角度的喷嘴叶片，气体流动到涡轮机转子，使得气体驱动转子旋转。
背景技术
近年来，如果内燃机有增压机的话，越来越普遍的情况是带有可变容积涡轮机形式的增压机。这种涡轮机根据发动机的工作状态改变由螺旋形涡管传输到涡轮机转子的排出气体的流速，涡轮机进行这种变化，使得发动机排出气体的流速与能够产生增压机最佳工作状态的流速相匹配。
图5示出了属于现有技术的带可变容积涡轮机的增压机的例子。图6和图7示出了连接板3、连杆1和喷嘴叶片2是如何连接的。图6为局部前视剖面图(相对于涡轮机的轴以直角截取)。图7沿研图6中B-B线截取的剖面图。
在这些附图中，10为涡轮机壳体，11为在涡轮机壳体10外周的螺旋形涡管。12为涡轮机转子，通过轴承(未示出)支撑在中心壳体上，使得其可以自由转动。转子与压缩机(亦未示出)同轴.
2为喷嘴叶片，多个喷嘴叶片在涡管11的内周边上沿涡轮机圆周的空间中设置。在喷嘴内端的喷嘴轴02支撑在喷嘴支座(nozzle mounts)4上，使得喷嘴轴可以自由的转动而改变喷嘴叶片的角度，喷嘴支座4固定在涡轮机壳体10上。14为废气壳体(gas exhaust casing)，一旦气体完成了膨胀以驱动涡轮机转子12的工作后，废气壳体引导废气排出发动机。废气壳体固定到涡轮机壳体10上。
3为盘状连接板，其由涡轮机壳体10支撑而可以自由转动。凹口3a沿周边设置，连杆1(下面将简要描述)可以接合在凹口中。07为通过连接板3驱动喷嘴叶片2的致动器。005为将致动器07的致动器杆7与连接板3相连的杆。
图6和7示出了连接板3、连杆1和喷嘴叶片是如何组装的。凹口(椭圆形孔(oblong holes))3a沿涡轮机圆周以等距离间隔设置在盘形连接板3的内周上。形成在连杆1的外端的凸起(boss)01接合在凹口(椭圆形孔)3a中，使得凸起可以转动并且滑擦凹口的表面。各前述喷嘴叶片2的喷嘴轴02固定到一个连杆1的内端。
在这种可变容积涡轮机中，致动器07的往复位移通过致动器杆7和曲柄机构的杆005传递到连接板3，从而驱动连接板3转动。当连接板3转动时，接合在连接板3的凹口3a中的连杆1的凸起01沿着连接板的圆周运动。固定在连杆1的内端的喷嘴轴02转动。这使得喷嘴叶片2转动，改变喷嘴的角度。
在图5和6所示的可变容积涡轮机中，在连杆1的外端的凸起01接合在沿涡轮机圆周以均匀间隔设置在盘状连接板3内侧的凹口3a内。喷嘴叶片2的喷嘴轴02固定在连杆1的内端。
采用现有的设计，各连接板3、连杆1和喷嘴叶片2在向着中心的径向方向实际上都设置在同一平面上，并且沿着涡轮机的圆周呈均匀间隔。因此，包括连接板3、连杆1和喷嘴叶片2的可变喷嘴机构的外径相当大，这样就难以在涡轮机壳体10中涡管11的内侧安装可变喷嘴机构。故，可变喷嘴机构必须位于安装有供涡轮机转子12使用的轴承的中心壳体中。可变喷嘴机构在轴向从涡管11伸出并在中心壳体中伸入得越多，则可变容积涡轮机的轴向尺寸越长。这增加了可变容积涡轮机的尺寸并使其更难安装在汽车中。
采用现有的设计，包括一系列复杂连杆的喷嘴调节和驱动机构容纳在安装轴承和密封件的中心壳体内。这使得中心壳体的设计复杂化，导致更多的装配和拆卸步骤并使得安装更困难。
发明内容
鉴于现有技术设计中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可变容积涡轮机，其中喷嘴调节机构包括作为驱动件的连接板、作为连接部机构的连杆和喷嘴叶片，喷嘴调节机构全部容纳在涡轮机壳体中涡管的内侧。这样减小了涡轮机的轴向长度，使其更紧凑并易于安装到汽车中。可以避免轴向壳体变得过于复杂的问题。装配和拆卸步骤也减少，涡轮机易于安装。
为解决这些问题，本发明的可变容积涡轮机(第一实施例)包括涡轮机壳体中的螺旋形涡管；多个沿涡轮机圆周在涡管的内周侧设置的喷嘴叶片，支撑在涡轮机壳体上使得叶片可以转动，并且改变叶片的角度；涡轮机转子，在喷嘴叶片的内周上自由旋转。工作气体从涡管开始经喷嘴叶片流动到涡轮机转子，驱动转子旋转。该可变容积涡轮机的区别特征如下。涡轮机具有喷嘴调节机构，该喷嘴调节机构包括用于喷嘴的喷嘴驱动件，其连接到使喷嘴驱动件绕涡轮机轴旋转的致动器上；和多个连接部，将喷嘴驱动件与喷嘴叶片相连。包括喷嘴驱动件和连接部的喷嘴调接机构安装在涡管内侧的连接腔中，设置喷嘴调节机构的连接腔相对于工作气体腔是气密的并且位于喷嘴叶片的气体出口侧。
本发明还涉及喷嘴驱动件和各种连接件的实际构型。本发明的一个方面包括如上所述的机构，而其它区别特征如下。喷嘴驱动件包括盘状连接板，连接板沿涡轮机轴的圆周具有多个椭圆形孔，椭圆形孔相对于经过涡轮机轴的径向线以特定的角度设置。连接部沿涡轮机轴的圆周设置在喷嘴叶片和盘状连接板之间。连接部包括连杆，其一端固定在喷嘴叶片上，另一端上具有凸起。该凸起与喷嘴驱动机构上的椭圆形孔接合，使得凸起可以沿孔的表面转动并滑动。
本发明的另一方面(第二实施例)包括上述第一实施例所述的结构。其它区别特征如下。喷嘴驱动件包括盘状连接板，连接板沿涡轮机轴的圆周具有多个椭圆形孔，椭圆形孔相对于经过涡轮机轴的径向线以特定的角度设置。连接部包括设置在盘状连接板的气体出口侧上的连杆，其一端固定在一个喷嘴叶片上，另一端上具有凸起。该凸起与喷嘴驱动机构上的椭圆形孔接合，使得凸起可以沿孔的表面转动并滑动。
通过这些实施例，形成喷嘴调节机构的连杆和连接板设置在连接腔中，连接腔位于比涡管更深的涡轮机内侧，喷嘴调节机构设置在喷嘴叶片的气体出口侧上。这种结构使得喷嘴调节机构的连杆和连接板可以位于比涡管更深的涡轮机内侧而无需增加涡管的外径。喷嘴调节机构的轴向长度几乎全部包含在涡管的直径内。因此，该可变容积涡轮机的轴向尺寸比现有技术设计中的短，使得增压机可以制造得更紧凑。
此外，如上所述，喷嘴调节机构位于比涡管更深的涡轮机内侧，因此其无需象现有技术中那样安装到装有轴承和密封机构的中心壳体中。这样避免使中心壳体的设计复杂化，减少了所需的装配和拆卸过程，并使得涡轮机易于安装。
此外，如上所述，臂状连杆的凸起接合在连接板的椭圆形孔中，椭圆形孔相对于经过涡轮机轴的径向线以特定的角度设置。由取决于喷嘴叶片的气体压力和喷嘴调节机构的各种元件的摩擦力引起的致动器的反作用力可减小，而不需增加连杆的臂长。如上所述，喷嘴调节机构的轴向尺寸可以很容易地安装在涡管中。这使得可变容积涡轮机的轴向尺寸的长度减小，增压机可以很容易地制造得更紧凑。
在本发明的第二实施例中，连杆的一端具有朝向连接板突出、即向内(连接板)突出的凸起。连接连接板和致动器的连接机构沿涡轮机轴线设置在内侧。这使得涡轮机的总长度减小，从而涡轮机可以制造得更紧凑。
附图说明
下面结合附图详细描述本发明。附图中：
图1为本发明第一优选实施例的带有可变容积涡轮机的增压机中喷嘴调节机构的必要零部件剖视图；
图2为沿第一实施例的可变容积涡轮机的轴截取的剖视图；
图3为沿图2中A-A线截取的剖视图；
图4为对应于图1的本发明第二实施例的剖视图；
图5示出了属于现有技术的带可变容积涡轮机的增压机的示例；
图6为局部前剖视图(相对于涡轮机轴以直角截取)；
图7为沿图6中B-B线截取的剖视图。
在这些附图中，1为连杆，2为喷嘴叶片，02为喷嘴轴，3为盘状连接板，4为喷嘴支座，05为连接部，6为凸起，07为致动器，7为致动器杆，10为涡轮机壳体，11为螺旋涡管，12为径向流动的涡轮机转子，13为连接腔，100为喷嘴调节机构。
具体实施方式
下面将结合附图详细描述本发明的优选实施例。在实施例中所描述的零部件形状、相对位置和其它方面没有明确地限定时，本发明的范围并不限于图中所示的零部件，图中所示的内容只是说明性的。
图1为本发明第一优选实施例的带有可变容积涡轮机的增压机中喷嘴调节机构的必要零部件剖视图。图2为沿第一实施例的可变容积涡轮机的轴截取的剖视图。在图2中，属于现有技术的部分在图5中示出。图3为沿图2中A-A线截取的剖视图。图4为对应于图1的本发明第二实施例的剖视图。
在图2和3中，10为涡轮机壳体，11为涡轮机壳体外周上的螺旋涡管，12为径向流动的涡轮机转子。该转子与压缩机(未示出)同轴。转子通过轴承(未示出)支撑在中心壳体中，使其可以自由旋转。
2为喷嘴叶片。多个喷嘴叶片沿涡轮机圆周以均匀间隔沿涡管11的内侧设置。位于喷嘴叶片端的喷嘴轴02通过喷嘴支座4支撑而使其可以自由旋转，喷嘴支座4固定到涡轮机壳体10上。叶片的角度通过下面所述的装置可以改变。14为气体通过其逸出的壳体。当气体膨胀并作用在涡轮机转子12上时，壳体14作为固定到涡轮机壳体10上的通道，引导废气排出涡轮机。16为气体出口。
3为盘状连接板，由涡轮机壳体10支撑，使其可以旋转。其中接合有连杆1的凸起6(下面将描述)的椭圆形孔03沿涡轮机圆周以均匀间隔设置。椭圆形孔03的中心线相对于经过涡轮机轴的径向线以固定的角度设置。这减小了从连接板3到连杆1的驱动力的传递阻力。
7为致动器杆，其为致动器07(见图5)的输出端，即驱动喷嘴叶片2的部件。致动器杆7的往复运动转化为连接机构17(包括驱动连杆06、曲柄控制器5和球窝接头)的转动并传递到连接板3。
在图1中，示出了体现本发明基本思想的喷嘴调节机构，100为喷嘴调节机构。其具有如下的结构。
3为盘状连接板。如图2和3所示，连接板3通过连接机构17、曲柄控制器5和驱动连杆06与致动器杆7相连，使得其可以在涡轮机轴上转动。椭圆形孔03沿涡轮机的圆周以均匀(或不均匀)间隔设置。2为喷嘴叶片。多个喷嘴叶片沿涡轮机圆周以均匀间隔在涡管11的内侧设置。位于喷嘴叶片端的喷嘴轴02通过喷嘴支座4支撑而使其可以通过密封单元4a自由旋转，密封单元4a为连接腔13的内部形成气体密封。各连杆1的一端采用填隙等方式通过连接部05固定到与喷嘴叶片2相对的喷嘴轴02的一端。形成在连杆1的另一端的凸起6接合在连接板3的椭圆形孔03中，使得凸起可以在孔的内表面转动和滑动。
如图2所示，连杆1和连接板3如下设置。连杆1位于连接腔13中喷嘴叶片2和连接板3之间，连接腔位于涡轮机的比涡管11更深的内侧。这些零件设置在喷嘴叶片的气体出口侧上。
在带有所述结构的可变容积涡轮机的增压机中，来自内燃机(未示出)的废气进入涡管11，经过涡管11的螺旋形结构而流入喷嘴叶片2。废气流过喷嘴叶片2的叶片空间。废气由周边流入涡轮机转子12，向着转子的中心移动。在膨胀气体作用在涡轮机转子12之后，气体在轴向流出，导引到气体出口16并排到外部。
为了在这种可变容积涡轮机中控制容积，通过控制装置(未示出)相对于致动器07设定喷嘴叶片2的叶片角度，使得通过喷嘴叶片2的废气的流速为所需的速度。对应给定叶片角度的致动器07的往复位移通过连接结构17转换为转动并传递给连接板3，驱动连接板的转动，连接结构17包括致动器杆7、驱动杆06、曲柄控制器5和球窝接头。
当连接板3转动时，接合在连接板3的椭圆形孔03中的连杆1的凸起6沿着圆周行进，沿椭圆形孔03的内表面转动和滑动。当凸起06运动时喷嘴轴02通过臂状连杆1转动，连杆1的基部固定在喷嘴轴02上。因此，喷嘴叶片2转动，致动器07改变叶片的角度。
通过该实施例，形成喷嘴调节机构100的连杆1和连接板3设置在连接腔13中，该连接腔位于涡轮机内比涡管11更深的内部，且该机构位于喷嘴叶片2的气体出口侧。该结构使得喷嘴调节机构100的连杆1和连接板3可以位于比涡管11更深的涡轮机内侧而无需增加涡管11的外径。喷嘴调节机构100的轴向长度几乎全部包含在涡管的直径内。因此，该可变容积涡轮机的轴向尺寸比现有技术设计中的短，使得增压机可以制造得更紧凑。
此外，如上所述，喷嘴调节机构100位于比涡管11更深的涡轮机内侧，因此其不必象现有技术中那样安装到装有轴承和密封机构的中心壳体中。这样避免使中心壳体的设计复杂化，减少了所需的装配和拆卸过程，并使得涡轮机易于安装。
此外，如上所述，臂状连杆1的凸起6接合在连接板3的椭圆形孔03中，椭圆形孔相对于经过涡轮机轴的径向线以固定的角度设置。由取决于喷嘴叶片2的气体压力和喷嘴调节机构100的各种元件的摩擦力引起的致动器7的反作用力可减小，而不增加连杆1的臂长。如上所述，喷嘴调节机构100的轴向尺寸可以很容易地安装在涡管11中。这使得可变容积涡轮机的轴向尺寸的长度减小，增压机可以很容易地制造得更紧凑。
在图4所示本发明的第二实施例中，连杆1设置在盘状连接板的气体排出侧。连杆1的一端固定在喷嘴叶片2上。其上具有凸起6的另一端朝向连接板3突出，即向内(向连接板3)突出。该凸起接合在连接板3的椭圆形孔03中，使得其可以沿着孔的外表面转动和滑动。
该构型的其它方面都与第一实施例相同。相同的元件标以相同的标号。
通过该实施例，连接板3位于连杆1的内侧，使得其非常靠近喷嘴支座4。因此，包括连接到连接板3的驱动连杆06、曲柄控制器5和球窝接头的连接单元17和连接到致动器杆7的致动器07的连接机构都沿涡轮机的轴线设置在内部。这样使得涡轮机的总长度减小，从而涡轮机可以制造得更紧凑。
如在优选实施例中已经描述的，形成喷嘴调节机构100的喷嘴驱动件和多个连接器设置在连接腔中，该连接腔位于涡轮机内比涡管更深的内部，该机构位于喷嘴叶片的气体出口侧。该结构使得喷嘴调节机构可以位于比涡管更深的涡轮机内侧而无需增加涡管的外径。喷嘴调节机构的直径几乎全部包含在涡管的直径内。因此，该可变容积涡轮机的轴向尺寸比现有技术设计中的短，使得增压机可以制造得更紧凑，更易于安装在汽车中。
此外，如上所述，喷嘴调节机构位于比涡管更深的涡轮机内侧，因此其无需象现有技术中那样安装到装有轴承和密封机构的中心壳体中。这样避免使中心壳体的设计复杂化，减少了所需的装配和拆卸过程，并使得涡轮机易于安装。
此外，如上所述，臂状凸起连杆接合在连接板的椭圆形孔中，椭圆形孔相对于经过涡轮机轴的径向线以固定的角度设置。由取决于喷嘴叶片的气体压力和喷嘴调节机构的各种元件的摩擦力引起的致动器的反作用力可减小，而不增加连杆的臂长。如上所述，喷嘴调节机构的轴向尺寸可以很容易地安装在涡管中。这使得可变容积涡轮机的轴向尺寸的长度减小，增压机可以很容易地制造得更紧凑。
在本发明的第二实施例中，连杆设置在盘状连接板的气体出口侧，连接到致动器杆7的致动器07的连接机构都沿涡轮机的轴线(在轴线上的尺寸较短)设置在内部。这使得涡轮机的总长度减小，从而涡轮机可以制造得更紧凑。

Claims (3)

1.一种可变容积涡轮机，包括：
涡轮机壳体中的螺旋形涡管；
多个沿涡轮机圆周在涡管的内周侧设置的喷嘴叶片，支撑在涡轮机壳体上使得叶片可以转动，并且改变叶片的角度；
涡轮机转子，通过工作气体而在喷嘴叶片的内周上自由旋转，工作气体从涡管经喷嘴叶片流动到涡轮机转子；
喷嘴调节机构，该喷嘴调节机构具有用于喷嘴的喷嘴驱动件，连接到使喷嘴驱动件绕涡轮机轴旋转的致动器上；多个连接部，将喷嘴驱动件与喷嘴叶片相连；
其中，包括喷嘴驱动件和连接部的所述喷嘴调节机构安装在涡管内侧的连接腔中，连接腔相对于工作气体腔是气密的，喷嘴调节机构位于喷嘴叶片的气体出口侧。
2.如权利要求1所述的可变容积涡轮机，其特征在于，喷嘴驱动件包括盘状连接板，连接板在沿涡轮机轴的圆周的表面上具有多个椭圆形孔，椭圆形孔相对于经过涡轮机轴的径向线以特定的角度设置，
连接部沿涡轮机轴的圆周设置在喷嘴叶片和盘状连接板之间，连接部包括连杆，其一端固定在喷嘴叶片上，另一端上具有凸起，该凸起与盘状连接板上的椭圆形孔接合，盘状连接板转动而使凸起在所述孔的内表面滑动。
3.如权利要求1所述的可变容积涡轮机，其特征在于，喷嘴驱动件包括盘状连接板，连接板在沿涡轮机轴的圆周的表面上具有多个椭圆形孔，椭圆形孔相对于经过涡轮机轴的径向线以特定的角度设置，
连接部沿涡轮机轴的圆周设置在盘状连接板的气体出口侧，所述连接部包括连杆，其一端固定在喷嘴叶片上，另一端上具有朝向喷嘴叶片侧突出的凸起，所述凸起与盘状连接板上的椭圆形孔接合，盘状连接板转动而使凸起在所述孔的内表面滑动。
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