CN107725178A - 一种喷嘴环导叶自适应调节增压器涡轮 - Google Patents

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施新
王智慧
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Abstract

本发明涉及一种喷嘴环导叶自适应调节增压器涡轮，包括涡轮、压气机、中间体及导叶自适应调节装置，导叶自适应调节装置包括支撑盘及多个导叶、摇臂、转轴和弹性杆，支撑盘环绕安装于涡轮叶轮外部，支撑盘中部具有通孔；多个导叶安装在支撑盘外侧面且呈环形布置；摇臂呈环形均匀分布在支撑盘内侧；转轴一端与对应的导叶一体化制造，另一端可转动的穿过支撑盘与摇臂一端固定连接；弹性杆的两端分别与相邻的两个摇臂的另一端连接。本发明去除了ECU通过执行机构对导叶的主动控制，避免了结构的复杂性，同时大大降低了生产成本；导叶可根据流量大小自适应调节开合程度。

Description

一种喷嘴环导叶自适应调节增压器涡轮
技术领域
本发明属于汽车零部件领域，具体涉及一种喷嘴环导叶自适应调节增压器涡轮。
背景技术
随着排放标准和节能减排的要求提高，涡轮增压调节技术几乎成为满足更高要求的标准配置。涡轮增压内燃机由于转子转动惯量的存在，在加速过程中会出现加速迟滞现象，甚至会导致加速冒烟，影响排放。
目前，可变几何增压器(VGT)能够在加速过程中通过调节涡轮流通截面增加涡轮能量供给，提高转子的加速性，进而解决加速迟滞问题，此外，VGT是提高车辆内燃机低速扭矩、低速燃油经济性的重要措施，而低速工况也是车用内燃机的常用工况，因此给车辆节能带来了更大的空间。但VGT通常需要ECU通过执行机构对其根据工况变化进行主动控制，带来结构上的复杂性，从而使成本提高。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种喷嘴环导叶自适应调节增压器涡轮，其特征在于，包括涡轮、压气机、中间体及导叶自适应调节装置，压气机与涡轮通过中间体连接，涡轮包括叶轮、涡轮外壳；压气机包括压气机壳和压气机叶轮，扩压器位于压气机壳内部并环绕安装于压气机叶轮外部，导叶自适应调节装置包括支撑盘及多个导叶、摇臂、转轴和弹性杆，支撑盘位于涡轮外壳内部并环绕安装于叶轮外部，支撑盘中部具有通孔；多个导叶安装在支撑盘外侧面且呈环形布置；摇臂、转轴和弹性杆的数量均与导叶的数量一致；摇臂呈环形均匀分布在支撑盘内侧且每个摇臂长度方向沿着支撑盘径向方向布置；转轴一端与对应的导叶一体化制造，另一端可转动的穿过支撑盘与摇臂一端固定连接；弹性杆的两端分别与相邻的两个摇臂的另一端连接。
本发明的有益效果是：去除了ECU通过执行机构对导叶的主动控制，避免了结构的复杂性，同时大大降低了生产成本；导叶在气流气动力矩作用下发生偏转，使摇臂位置角度发生变化，同时导致相邻摇臂弹性杆之间的距离和弹性杆相对于摇臂的位置角度发生变化，进而使弹性杆发生变形而弹力发生变化，直到气动力矩和弹性杆作用到导叶上的弹性力矩相平衡，导叶达到平衡位置，实现了导叶与涡轮流量之间的自适应调节。
进一步的，在靠近摇臂一端的位置设有安装孔，靠近摇臂另一端的位置设有两个相对于摇臂中心轴线对称布置的连接孔；转轴与导叶采用一体化制造成形再经过机械加工而成另一端穿过支撑盘与对应的摇臂安装孔过盈配合连接或焊接，弹性杆两端分别插入两相邻摇臂距离最近的两个连接孔中。
采用上述技术方案的有益效果是：导叶转轴与摇臂安装孔过盈配合连接或焊接，转轴与安装孔之间无缝隙紧密配合连接，当导叶转动时，摇臂可灵敏的进行相应转动，进而使弹性杆产生弹性力矩使导叶根据流量大小自适应调节。
进一步的，每个摇臂在可增大导叶开口的转动方向的一侧设有最大开度限位柱，最小开度限位由导叶重叠来实现。
进一步的，导叶自适应调节装置还包括中间体法兰该法兰与涡轮壳通过螺栓连接，与支撑盘共同形成摇臂安装空间。
进一步的，还包括预紧力调节装置，预紧力调节装置包括凸轮轴、锁紧螺母及凸轮，中间体法兰沿周向均匀钻有多个螺纹孔，螺纹孔中螺纹连接有凸轮轴，凸轮轴与螺纹孔相互配合；凸轮轴靠近弹性杆一端设有凸轮，凸轮与弹性杆接触，凸轮轴另一端连接有可与中间体法兰锁紧的锁紧螺母。
进一步的，预紧力调节装置的数量最小为1，最大等于弹性杆的数量。
附图说明
图1为本发明的自适应调节装置的立体结构示意图(导叶开度最小状态，摇臂与限位柱之间有间隙)；
图2为本发明的自适应调节装置的立体结构示意图(导叶开度最大状态，摇臂与限位柱之间间隙消除)；
图3为本发明的弹性杆安装示意图；
图4为本发明的弹性杆安装示意图A-A面剖面图；
图5为本发明的预紧力调节装置结构及原理局部示意图；
图6为本发明的凸轮轴相对弹性杆的位置示意图；
图7为本发明的弹性杆的立体结构示意图；
图8为本发明安装于涡轮增压器示意图。
其中，1-支撑盘，2-导叶，3-最大开度限位柱，4-摇臂，5-弹性杆，6-凸轮轴，7-锁紧螺母，8-中间体法兰，9-连接孔，10-转轴，11-安装孔,12-凸轮，13-压气机，14-涡轮。
具体实施方式
如图1-图8所示，根据本发明实施例一种喷嘴环导叶自适应调节增压器涡轮，包括涡轮14、压气机13、、中间体及导叶自适应调节装置，压气机13与涡轮14通过中间体连接，涡轮14包括涡轮外壳和位于涡轮外壳内的叶轮；压气机13包括压气机壳和位于压气机壳内的压气机叶轮，导叶自适应调节装置包括支撑盘1及多个导叶2、摇臂4、转轴10和弹性杆5，支撑盘1位于涡轮外壳内部并环绕安装于叶轮外侧端，支撑盘1中部具有通孔，多个导叶2安装在支撑盘1涡轮叶轮一侧且呈环形布置；摇臂4、转轴10和弹性杆5的数量均与导叶2的数量一致；摇臂4呈环形均匀分布在支撑盘1内侧面且每个摇臂4长度方向大致沿着支撑盘1径向方向布置，转轴10一端与对应的导叶2制成一体另一端可转动的穿过支撑盘1与摇臂4一端固定连接；弹性杆5的两端分别与相邻的两个摇臂4的另一端连接。
根据本发明实施例，具体地，在靠近摇臂4一端的位置设有安装孔11，靠近摇臂4另一端的位置设有两个相对于摇臂4中心轴线对称布置的连接孔9；转轴10一端与导叶2制成一体，另一端穿过支撑盘1与对应的摇臂安装孔11过盈配合连接或焊接，弹性杆5两端分别插入两相邻摇臂4距离最近的两个连接孔9中。
本发明上述的压气机13和中间体可以是本领域涡轮增压器的常规结构，其具有多个部件，如具有：压气机叶轮、压气机壳体、机油入口、机油出口、推力轴承、挡油板、气体通道等。
根据本发明的实施例，当通过导叶2的气体流量发生变化时，导叶2在气流气动力矩作用下发生偏转，使摇臂4位置角度发生变化，同时导致相邻摇臂4弹性杆5之间的距离和弹性杆5相对于摇臂4的位置角度发生变化，进而使弹性杆5发生变形而弹力发生变化，直到气动力矩和弹性杆5作用到导叶2上的弹性力矩相平衡，导叶2达到平衡位置，实现了导叶2与涡轮流量之间的自适应调节。
本发明上述的弹性杆5仅仅需要满足可以通过凸轮12锁紧及使导叶2自由开合的要求即可，在不同的温度工况下，本领域技术人员可以根据要求选择适当的材质，并在一定范围内保证一周所有弹性杆5的性能和形状的一致性，即便存在一定程度的不均匀性，也可以获得综合平均的涡轮流量特性；弹性杆5通过折弯成型，两端焊接或铰接到两相邻摇臂4距离最近的两个连接孔9中。导叶2的初始状态为导叶2开度最小状态。
根据本发明实施例的一种导叶自适应调节涡轮增压器，每个摇臂4向可增大导叶开口的转动方向的一侧设有最大开度限位柱3，可以起到限制导叶2最大偏转角度的作用，防止特殊情况下导叶2尾缘进入到叶轮中去或碰撞到支撑盘1外缘，提高了结构的安全性和稳定性。
有利地，支撑盘1被涡轮壳和中间体法兰8定位压紧，中间体法兰8完全覆盖摇臂4且，中间体法兰8沿周向均匀钻有多个螺纹孔，螺纹孔中螺纹连接有凸轮轴6，凸轮轴6与螺纹孔相互配合；凸轮轴6靠近弹性杆5一端设有凸轮12，凸轮12与弹性杆5接触，凸轮轴6另一端连接有锁紧螺母7，凸轮轴6、锁紧螺母7、凸轮12共同组成预紧力调节装置；当转动凸轮轴6时，凸轮12随之转动，便可以对一个弹性杆5产生压迫作用，从而增加或减小预紧力，旋紧锁紧螺母7，用以固定和锁紧凸轮轴6的位置。预紧力调节装置的数量为最少1个，最多等于导叶数量。预紧力调节装置的作用是在一定范围内调节涡轮的流量，使涡轮增压器可以在合适的流量条件下进行工作，提高了涡轮增压器的工作效率。
根据本发明实施例的一种导叶自适应调节涡轮增压器，导叶自适应调节装置初始状态为导叶2最小开度状态，在气流作用下，产生了与弹性杆5相平衡的气动力矩，随流量的变化，所形成的气动力矩也会发生变化，其中的叶片表面压力分布发生变化，气动力矩也将随之变化，推动叶片发生转动即角位移，导致弹性杆5发生变形，变形带来的新的弹性力矩与气动力矩相平衡。弹性杆5的弹性力矩与在气流的作用下导叶2两面的气动力矩相平衡，就实现了导叶2随涡轮流量的自适应调节变化，从而实现了导叶2与涡轮流量之间的自适应调节。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种喷嘴环导叶自适应调节增压器涡轮，其特征在于，包括涡轮(14)、压气机(13)、中间体(16)及导叶自适应调节装置，所述压气机(13)与所述涡轮(14)通过中间体(16)连接，所述涡轮(14)包括涡轮外壳及位于涡轮外壳内的叶轮；所述压气机(13)包括压气机壳和位于压气机壳内的压气机叶轮；所述导叶自适应调节装置包括支撑盘(1)及多个导叶(2)、摇臂(4)、转轴(10)和弹性杆(5)，所述支撑盘(1)位于所述涡壳内部并环绕安装于所述叶轮外部，所述支撑盘(1)中部具有通孔；所述多个导叶(2)安装在所述支撑盘(1)外侧面且呈环形布置；所述摇臂(4)、转轴(10)和弹性杆(5)的数量均与所述导叶(2)的数量一致；多个所述摇臂(4)呈环形均匀分布在所述支撑盘(1)内侧面且每个所述摇臂(4)长度方向沿着所述支撑盘(1)径向方向布置；所述转轴(10)一端与对应的导叶(2)一体化制成，另一端可转动的穿过所述支撑盘(1)与摇臂(4)一端固定连接；所述弹性杆(5)的两端分别与相邻的两个摇臂(4)的另一端连接。
2.根据权利要求1所述的一种喷嘴环导叶自适应调节增压器涡轮，其特征在于，在靠近所述摇臂(4)一端的位置设有安装孔(11)，靠近所述摇臂(4)另一端的位置设有两个相对于摇臂(4)中心轴线对称布置的连接孔(9)；所述转轴(10)一端与所述导叶(2)固定连接，另一端穿过支撑盘(1)与对应的所述安装孔(11)过盈配合连接，所述弹性杆(5)两端分别插入两相邻摇臂(4)距离最近的两个连接孔(9)中。
3.根据权利要求1所述的一种喷嘴环导叶自适应调节增压器涡轮，其特征在于，每个所述摇臂(4)在可增大导叶开口的转动方向的一侧设有最大开度限位柱(3)。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种喷嘴环导叶自适应调节增压器涡轮，其特征在于，还包括中间体法兰(8)，所述中间体法兰(8)位于所述支撑盘(1)内侧端且通过螺栓连接，所述中间体法兰(8)完全覆盖所述摇臂(4)区域且中心为通孔。
5.根据权利要求4所述的一种喷嘴环导叶自适应调节增压器涡轮，其特征在于，还包括预紧力调节装置，所述预紧力调节装置包括凸轮轴(6)、锁紧螺母(7)及凸轮(12)，所述中间体法兰(8)沿周向均匀钻有多个螺纹孔，所述螺纹孔中螺纹连接有凸轮轴(6)，所述凸轮轴(6)与所述螺纹孔相互配合；所述凸轮轴(6)靠近弹性杆(5)一端连接有凸轮(12)，所述凸轮(12)与弹性杆(5)接触，所述凸轮轴(6)另一端连接有与所述中间体法兰锁紧的锁紧螺母(7)。
6.根据权利要求5所述的一种喷嘴环导叶自适应调节增压器涡轮，其特征在于，所述预紧力调节装置的数量与螺纹孔相同，所述螺纹孔的数量为最少1，最多与弹性杆数量相同。
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