CN104870755B - 用于vtg涡轮增压器的致动器枢转轴非对称衬套 - Google Patents

Abstract

一种涡轮增压器(10)，包括一个壳体(12，14，16)和一个用于对该壳体(12，14，16)内的一个装置(40)进行致动的致动机构(46)。枢转轴(42)具有一个在壳体(12，14，16)内部的内部端(48)和一个在壳体(12，14，16)外部的外部端(82)。该枢转轴(42)被可转动地安装在该壳体(12，14，16)中的孔(64)中，用于将一种致动运动从该壳体(12，14，16)的外部传输到该致动机构(46)。一个衬套(62)被布置在该孔(64)中。该衬套(62)包括一个非对称部分(68)，该非对称部分在该壳体(12，14，16)内部延伸以支撑该枢转轴(42)的内部端(48)。

Description

用于VTG涡轮增压器的致动器枢转轴非对称衬套

相关申请的交叉引用

本申请要求在2012年12月28日提交的并且题为“用于VTG涡轮增压器的致动器枢转轴非对称衬套（Asymmetric Actuator Pivot Shaft Bushing For VTG Turbocharger）”的美国临时申请号61/746,683的优先权及所有权益。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及用于内燃发动机的一种可变涡轮几何形状的涡轮增压器。更具体地讲，本发明涉及一种用于致动器枢转轴的非对称衬套。

2.相关技术的说明

涡轮增压器是一种与内燃发动机一起使用的强制进气系统。涡轮增压器将压缩的空气传送到发动机进气端从而允许燃烧更多的燃料，因此增加了发动机的功率密度而没有明显地增加发动机的重量。因此，涡轮增压器允许使用较小的发动机而形成与较大的、正常吸气的发动机相同量的功率。在车辆中使用较小发动机具有减小车辆质量、提高性能并且增强燃料经济性的所希望效果。此外，使用涡轮增压器允许被递送至发动机的燃料的更完全燃烧，这有助于实现排放量减少这一高度希望的目标。

涡轮增压器包括：一个涡轮机，该涡轮机具有连接至发动机排气歧管上的一个涡轮机壳体；一个压缩机，该压缩机具有连接至发动机进气歧管上的一个压缩机壳体；以及一个轴承壳体，该轴承壳体将该涡轮机壳体与压缩机壳体连接到一起。该涡轮机包括布置在该涡轮机壳体内的一个涡轮机叶轮，并且该压缩机包括布置在该压缩机壳体内的一个压缩机叶轮。该涡轮机叶轮是由从该排气歧管供应的排气流可旋转地驱动的。一个轴被可旋转地支撑在该轴承壳体内并且将该涡轮机叶轮联接至该压缩机叶轮上，这样使得该涡轮机叶轮的旋转造成该压缩机叶轮的旋转。将该涡轮机叶轮与该压缩机叶轮相连接的轴限定了一条涡轮增压器旋转轴线。当压缩机叶轮旋转时，它使进入压缩机壳体的环境空气压缩，从而增大了经由该发动机进气歧管被递送至发动机汽缸的空气质量流速、空气流密度和空气压力。

为了改善涡轮增压器的效率、响应性或工作范围，通常有利的是调节流向涡轮机叶轮的排气流。调节流向涡轮机叶轮的排气流的一种方法通常有若干名称，包括可变涡轮几何形状（VTG）、可变几何形状涡轮（VGT）、可变喷嘴涡轮（VNT）或简单地可变几何形状（VG）。VTG涡轮增压器包括多个可调导向叶片，这些可调导向叶片被枢转地支撑在通向涡轮叶轮的一个叶轮入口中。对这些导向叶片进行调整以便通过调节流向涡轮机叶轮的排气流来控制排气背压以及涡轮增压器速度。

例如，调整导向叶片来约束排气流从而使排气冲击涡轮机叶轮的速度增加，这样导致涡轮机叶轮旋转更快。加快涡轮机叶轮的旋转进而加快了压缩机叶轮的旋转，由此增大了传送到发动机的增压压力。相反地，调节导向叶片来打开排气流从而使排气冲击涡轮机叶轮的速度减小，这样导致涡轮机叶轮旋转更慢。减慢涡轮机叶轮的旋转进而减慢了压缩机叶轮的旋转，由此降低了传送到发动机的增压压力。

调整导向叶片还在使用排气再循环（EGR）来控制氮氧化物（NOx）的排放的发动机中提供了用于产生和控制排气背压的一种手段。

参见图1A至图3，示出了一个典型VTG涡轮增压器100的各种元件。涡轮增压器100包括一个轴承壳体102，并且限定了一条涡轮增压器旋转轴线R10。一个叶片组件包括多个安装在叶片轴105上、位于下部叶片环106与上部叶片环108之间的导向叶片104。转动这些叶片轴105以调节导向叶片104的位置。一个叶片杠杆或叶片拨叉110被牢固地固定至叶片轴105的一端上。叶片拨叉110与叶片块114相接合，这些叶片块被可转动地联接到一个控制环116上。响应于该控制环116在围绕涡轮增压器旋转轴线R10的第一方向和第二方向的转动，这些导向叶片104被叶片拨叉110可转动地驱动。该控制环116进而由一个致动器枢转轴118转动。

该致动器枢转轴118从该涡轮增压器的100的外部延伸进入轴承壳体102之中。一个枢转轴叉122被附接至该致动器枢转轴118的内部端120上。一个致动装置（未示出）使一个控制连杆124移位，这个移位使得被附接到轴承壳体102外部的致动器枢转轴118上的一个枢转臂126发生转动。该控制连杆124的移位导致该致动器枢转轴118围绕其轴线R12转动。该致动器枢转轴118的这种转动在轴承壳体102内部被运送并且被转化成该枢转轴叉122的转动。枢转轴叉122的转动作用在一个可转动地联接到该控制环116上的一个致动器块130，这导致该控制环116的转动以及这些导向叶片104的相应调整，如上所述。

根据现有技术，该致动器枢转轴118由两个衬套支撑。一个主衬套132位于孔134内，致动器枢转轴118通过该孔延伸到轴承壳体102中。主衬套132对邻近该枢转轴叉122的致动器枢转轴118提供径向约束。次级衬套136位于轴承壳体102外部部分的一个孔138中，并且对致动器枢转轴118的外部端140提供径向约束。

致动器枢转轴118与主衬套132之间的配合允许致动器枢转轴118无约束地转动。因此，当操作该致动装置以用于调节导向叶片104时，经常存在着可能使致动器枢转轴118倾斜或偏斜的非旋转力。这些非旋转力在该致动器枢转轴118与主衬套132之间引起高接触压力，这导致致动器枢转轴118过早磨损。

因此，希望提供一种防止致动器枢转轴倾斜从而减少致动器枢转轴与衬套之间的接触压力的经改进的衬套。

发明概述

根据本发明的一个方面，涡轮增压器包括一个涡轮增压器壳体；一个致动机构，用于致动该涡轮增压器壳体内的一个装置；一个枢转轴，具有位于该涡轮增压器壳体内部的一个内部端和位于该涡轮增压器壳体外部的一个外部端，其中，该枢转轴被可转动地安装在该涡轮增压器壳体中的一个孔内，用于将致动运动从该涡轮增压器壳体的外部传输到该致动机构；以及布置在该孔内的一个衬套，该衬套包括一个非对称部分，该非对称部分在该涡轮增压器壳体内部延伸以支撑该枢转轴的内部端。

附图的简要说明

本发明的优点将是容易了解的，因为这些优点通过参照以下详细说明在结合附图考虑时将变得更好理解，在附图中：

图1A是根据现有技术的VTG涡轮增压器叶片组件的端视图；

图1B是根据现有技术的叶片组件的截面视图；

图2是根据现有技术，与叶片组件相关联的一个控制连杆的片段透视图；

图3是根据现有技术，一个典型VTG涡轮增压器的片段截面视图，展示出了被一对衬套支撑着的致动器枢转轴；

图4是根据本发明一个实施例的一个典型VTG涡轮增压器的片段截面视图，展示出了被一个非对称衬套支撑着的一个致动器枢转轴；并且

图5是致动器枢转轴与非对称衬套的透视图。

实施方式的详细说明

正如现有技术所熟知的，一个涡轮增压器10包括：一个涡轮机，该涡轮机具有连接至发动机排气歧管上的一个涡轮机壳体12；一个压缩机，该压缩机具有连接至发动机进气歧管上的一个压缩机壳体14；以及一个轴承壳体16，该轴承壳体将该涡轮机壳体10与压缩机壳体14连接到一起。涡轮机叶轮18被布置在涡轮机壳体12内，并且压缩机叶轮20被布置在压缩机壳体14中。涡轮机叶轮18是由从该排气歧管供应的排气可旋转地驱动的。一个轴22被可旋转地被支撑在轴承壳体16内并且将该涡轮机叶轮18联接至该压缩机叶轮20上，从而使得该涡轮机叶轮18的旋转造成该压缩机叶轮20的旋转。将涡轮机叶轮18与压缩机叶轮20相连接的轴22限定了一条在轴向延伸的涡轮增压器旋转轴线R1。当压缩机叶轮20旋转时，使进入该压缩机壳体14中的周围空气压缩，周围空气然后经由进气歧管被递送至发动机汽缸。

为了使涡轮增压器10的性能和效率最大化，通常使用可变涡轮几何形状（VTG）来控制或调节流到涡轮机叶轮18的排气。一个叶片组组件被定位在涡轮机壳体12内，用以对流动到涡轮机叶轮18的排气进行调节。

叶片组组件包括在通向涡轮叶轮18的一个叶轮入口28中围绕该涡轮增压器旋转轴线R1被环圆周地安排的多个导向叶片26。这些导向叶片26在圆周方向上被间隔开并且在一个下部叶片环30与一个上部叶片环32之间被可转动地支撑。每个导向叶片26被安装在沿轴向方向延伸的一个叶片轴34上。叶片轴34围绕其轴线的旋转使得相应的导向叶片26进行旋转或调整。每个叶片轴34延伸穿过该上部叶片环32，并且包括牢固地固定至叶片轴34一端上的一个叶片杠杆或叶片拨叉36。这些叶片拨叉36在总体上垂直于这些叶片轴34的方向延伸，并且与被可转动地联接到一个控制环40上的叶片块38相接合。响应于控制环40在围绕涡轮增压器旋转轴线R1的第一方向和第二方向的转动，这些导向叶片26被叶片拨叉36可转动地驱动。该控制环40进而由一个致动器枢转轴42转动。

致动器枢转轴42从涡轮增压器10的外部延伸，穿过该轴承壳体16，并且进入该轴承壳体16内部限定的一个轴承壳体腔44。一个致动机构或枢转轴拨叉46被牢固地固定至该致动器枢转轴42的内部端48上。该枢转轴拨叉46在总体上垂直于该致动器枢转轴42延伸，并且与被可转动地联接到一个控制环40上的致动器块50相接合。一个枢转臂54的第一端52被牢固地固定至该轴承壳体16外部的致动器枢转轴42上，并且枢转臂54的第二端56被可操作性地联接到一个控制连杆58上。由一个致动装置（未示出）使该控制连杆58移位，这个移位使该枢转臂54转动，这导致该致动器枢转轴42围绕其轴线R2转动。该致动器枢转轴42的这种转动在轴承壳体16内部被运送并且被转化成枢转轴拨叉46的转动。枢转轴拨叉46的转动作用于该致动器块50上，这导致该控制环40的转动以及这些导向叶片26的相应调整，如上所述。

该致动器枢转轴42由两个衬套支撑。一个主衬套62位于该轴承壳体16中的孔64内，该致动器枢转轴42通过该孔延伸进入该轴承壳体腔44。该主衬套62对邻近该枢转轴拨叉46的致动器枢转轴42提供径向约束。主衬套62包括第一部分66、非对称部分68，以及布置在第一部分66与非对称部分68之间的一个套环70。该第一部分66是圆柱形的，并且被压配合或以其他方式被布置在该轴承壳体16中的孔64内。该套环70的外部圆周具有的直径大于该第一部分66的外部圆周的直径。该套环70邻接该轴承壳体16内侧的一个凹肩72，以在轴向方向定位该主衬套62。非对称部分68是半圆柱形的，并且在该轴向方向从该套环70延伸进入该轴承壳体腔44，并且总体上与该致动器枢转轴42的内部端48的一个端面74齐平。在本实施例中，在非对称部分68的一个外表面与该轴承壳体16之间在径向方向上存在一个间隙76，使得该非对称部分68以悬臂形式延伸进入该轴承壳体腔44中。非对称部分68是非对称的，因为它部分地围绕该致动器枢转轴42。相比之下，第一部分66是对称的，因为它完全围绕着该致动器枢转轴42。在非对称部分68的边缘78与枢转轴拨叉46的侧面之间在圆周方向上存在间隙，以允许该致动器枢转轴42相对于该主衬套62转动，而不会将该枢转轴拨叉46束缚在非对称部分68的边缘78上。该非对称部分68直接接触该致动器枢转轴42的内部端48并且对其进行支撑。这样，该非对称部分68防止使该致动器枢转轴42在该主衬套62内倾斜或偏斜的非旋转力作用在该致动器枢转轴42上。

可以预期的是，在一个可替代的实施例中，非对称部分68的外表面可以与该轴承壳体16接触而不脱离本发明的范围。

一个次级衬套80位于该轴承壳体16的外部部分的一个孔82中，并且对该致动器枢转轴42的一个外部端84提供径向约束。

一个活塞环86位于一个凹槽88中，该凹槽围绕该致动器枢转轴42的外部圆周延伸。活塞环86密封住该主衬套62的一个内孔，以防止气体和油从轴承壳体16中漏出。

在此以说明性的方式描述了本发明，并且应理解的是，所使用的术语旨在本质上是描述词语而非限制词语。鉴于以上的传授内容，本发明的许多修改和变体都是可能的。因此应理解的是，在所附权利要求书的范围内，可以按照与在本说明内具体列举的不同方式来实践本发明。

Claims (15)

1.一种涡轮增压器（10），包括：

一个涡轮增压器壳体；

一个致动机构，该致动机构用于对所述涡轮增压器壳体内的一个装置进行致动；

一个致动器枢转轴（42），该致动器枢转轴具有一个外部端（84）、以及在所述涡轮增压器壳体内部的一个内部端（48），其中所述致动器枢转轴被可转动地安装在所述涡轮增压器壳体中的一个孔（64）内，用于将一种致动运动从所述涡轮增压器壳体外部传输到所述致动机构；以及

布置在所述孔（64）中的一个主衬套（62），所述主衬套（62）包括一个非对称部分（68），该非对称部分被构造成部分地围绕所述致动器枢转轴（42），并且该非对称部分在所述涡轮增压器壳体内部延伸以支撑所述致动器枢转轴（42）的所述内部端（48）。

2.如权利要求1所述的涡轮增压器（10），其中所述非对称部分（68）是半圆柱形的，并且其中，在所述非对称部分（68）的边缘（78）与所述致动机构之间在圆周方向上提供间隙，以允许所述致动器枢转轴（42）相对于所述主衬套（62）转动。

3.如权利要求2所述的涡轮增压器（10），其中所述主衬套（62）包括布置在所述孔（64）中的第一部分（66），所述第一部分（66）完全围绕所述致动器枢转轴（42）。

4.如权利要求3所述的涡轮增压器（10），其中所述主衬套（62）包括一个被布置在所述第一部分（66）与所述非对称部分（68）之间的套环（70），其中所述套环（70）包括一个外部圆周，该外部圆周具有的直径比所述第一部分（66）的外部圆周的直径大。

5.如权利要求4所述的涡轮增压器（10），其中所述套环（70）邻接所述涡轮增压器壳体内部的一个凹肩（72），以便在轴向方向定位所述主衬套（62）。

6.如权利要求5所述的涡轮增压器（10），其中所述非对称部分（68）总体上与所述致动器枢转轴（42）的所述内部端（48）的一个端面（74）齐平。

7.如权利要求6所述的涡轮增压器（10），包括在所述非对称部分（68）与所述涡轮增压器壳体之间在径向方向延伸的一个间隙（76），使得所述非对称部分（68）在所述涡轮增压器壳体内部以悬臂形式延伸。

8.一种涡轮增压器（10），包括：

一个涡轮增压器壳体，该涡轮增压器壳体具有一个孔（64）；

布置在所述涡轮增压器壳体内部的多个导向叶片（26）；

一个可操作性地联接至所述多个导向叶片（26）上的控制环（40）；

一个致动器枢转轴（42），该致动器枢转轴具有一个外部端（84）、以及在所述涡轮增压器壳体内部且带有一个枢转轴拨叉（46）的一个内部端（48），其中所述枢转轴拨叉（46）被可操作性地联接至所述控制环（40）上以用于致动所述控制环（40），并且其中所述致动器枢转轴（42）被可转动地安装在所述孔（64）中，用于将一种致动运动从所述涡轮增压器壳体的外部传输到所述枢转轴拨叉（46）；以及

布置在所述孔（64）中的一个主衬套（62），所述主衬套（62）包括一个非对称部分（68），该非对称部分被构造成部分地围绕所述致动器枢转轴（42），并且该非对称部分在所述涡轮增压器壳体内部延伸以支撑所述致动器枢转轴（42）的所述内部端（48）。

9.如权利要求8所述的涡轮增压器（10），其中所述非对称部分（68）是半圆柱形的，并且其中，在所述非对称部分（68）的边缘（78）与所述枢转轴拨叉（46）之间在圆周方向上提供间隙，以允许所述致动器枢转轴（42）相对于所述主衬套（62）转动。

10.如权利要求9所述的涡轮增压器（10），其中所述主衬套（62）包括布置在所述孔（64）中的第一部分（66），所述第一部分（66）完全围绕所述致动器枢转轴（42）。

11.如权利要求10所述的涡轮增压器（10），其中所述主衬套（62）包括一个被布置在所述第一部分（66）与所述非对称部分（68）之间的套环（70），其中所述套环（70）包括一个外部圆周，该外部圆周具有的直径比所述第一部分（66）的外部圆周的直径大。

12.如权利要求11所述的涡轮增压器（10），其中所述套环（70）邻接所述涡轮增压器壳体内部的一个凹肩（72），以便在轴向方向定位所述主衬套（62）。

13.如权利要求12所述的涡轮增压器（10），其中所述非对称部分（68）总体上与所述致动器枢转轴（42）的所述内部端（48）的一个端面（74）齐平。

14.如权利要求13所述的涡轮增压器（10），包括在所述非对称部分（68）与所述涡轮增压器壳体之间在径向方向延伸的一个间隙（76），使得所述非对称部分（68）在所述涡轮增压器壳体内部以悬臂形式延伸。

15.一种涡轮增压器（10），包括：

一个轴承壳体，该轴承壳体具有一个孔（64），所述轴承壳体限定一个轴承壳体腔（44）；

布置在所述涡轮增压器（10）内部的多个导向叶片（26）；

一个致动器枢转轴（42），该致动器枢转轴具有一个外部端（84）、以及布置在所述轴承壳体腔（44）内部且带有一个枢转轴拨叉（46）的一个内部端（48），其中所述枢转轴拨叉（46）被可操作性地联接至所述多个导向叶片（26）以用于致动所述多个导向叶片（26），并且其中所述致动器枢转轴（42）被可转动地安装在所述孔（64）中，用于将一种致动运动从所述轴承壳体的外部传输到所述枢转轴拨叉（46）；以及

布置在所述孔（64）中的一个主衬套（62），所述主衬套（62）包括一个非对称部分（68），该非对称部分被构造成部分地围绕所述致动器枢转轴（42），并且该非对称部分延伸进入所述轴承壳体腔（44）之中以支撑所述致动器枢转轴（42）的所述内部端（48）。