CN113309607A - 一种可调节叶片的vgt结构及其应用的涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器包括，VGT组件，所述VGT组件包括安装盘，所述安装盘上设置螺旋槽，所述螺旋槽内设置有导向销，所述导向销的一端插入所述螺旋槽内，通过安装盘上的螺旋槽的两侧面进行叶片最大和最小开度的限位，有利于简化结构，减少零部件的数量，安装盘的螺旋槽采用螺旋式结构，能够实现安装盘轴向和周向的运动，在增压器低速、喷嘴环小开度时，安装盘轴向靠近后盖方向移动，将叶片顶面间隙减小为零，当增压器高速时，喷嘴环开度变大同时安装盘远离后盖方向移动，增加排气量，同时保证高速下性能。

Description

一种可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器。
背景技术
随着技术的发展，人们对于汽车发动机的要求也越来越苛刻，不仅要拥有强劲的动力，还必须拥有极高的效率和足够清洁的排放。这就要求发动机在各种工况下都能要达到其最高效的工作状态，因此就必须满足发动机各个工作状态下对于进气量的需求。这就要求发动机的各部件都能够通过“可变”来满足在不同工况下的条件。比如我们所熟悉的可变气门正时/升程技术，可变进气歧管技术都是如此。还有在柴油发动机上常见的VGT可变截面涡轮增压技术。
为解决涡轮迟滞，让涡轮增压发动机在高低转速下都能保证良好的增压效果，VGT(Variable Geometry Turbocharger)或者叫VNT可变截面涡轮增压技术便应运而生。在柴油发动机领域，VGT可变截面涡轮增压技术早已得到了很广泛的应用。由于汽油发动机的排气温度要远远高于柴油发动机，达到1000℃左右(柴油发动机为600℃左右)，而VGT所使用的硬件材质很难承受如此高温的环境，因此这项技术也迟迟未能在汽油机上应用。近年来，博格华纳与保时捷联手克服了这个难题，使用了耐高温的航空材料技术，从而成功开发出了首款搭载可变截面涡轮增压器的汽油发动机，保时捷则将这项技术称为VTG(VariableTurbine Geometry)可变涡轮叶片技术。
在喷嘴环小开度时，增压器喷嘴环中的叶片顶面间隙对增压器低速的性能影响很大，因此如何能够在增压器低速、喷嘴小开度下获得更小的叶片顶面间隙成为了关键性的指标要求。在喷嘴环大开度时，增压器喷嘴环的流通面积越大，增压器在高度下性能才会越高，因此在增压器高速时，需要增加叶片间隙。增压器高低速下性能指标越高才能保证发动机在高低速下性能指标越高，从而实现高性能、高低速兼顾、动态响应快的优异性能。
为提升增压器和发动机在低速、喷嘴小开度下性能，本专利设计出一种可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器，能够实现涡轮增压器在喷嘴小开度下叶片顶面间隙为零的目标。本专利设计出一种新的喷嘴环驱动叶片开度的结构方案，该方案中可变截面喷嘴环(VGT组件)中驱动机构采用通过VGT拨叉驱动VGT调节销带动安装盘进行转动来调节叶片的开度的设计方案。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明目的是提供一种可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括，VGT组件，所述VGT组件包括安装盘，所述安装盘上设置螺旋槽，所述螺旋槽内设置有导向销，所述导向销的一端插入所述螺旋槽内。
作为本发明所述可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器的一种优选方案，其中：所述VGT组件还包括后盖与背板，所述后盖与所述背板之间设置有定距套。
作为本发明所述可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器的一种优选方案，其中：所述安装盘设置在所述后盖上，所述安装盘上设置有多组绕所述安装盘圆心设置的插孔，所述插孔内均设置有穿过所述插孔的叶轴，所述叶轴一端设置有叶片，一端设置有拨叉。
作为本发明所述可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器的一种优选方案，其中：所述安装盘侧边边缘处设置有凸台，所述凸台上设置有安装孔，所述安装孔内设置有VGT调节销，所述VGT调节销上设置有VGT调节拨叉。
作为本发明所述可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器的一种优选方案，其中：所述螺旋槽的长度为15.4mm，所述螺旋槽的斜度角为6.7°。
作为本发明所述可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器的一种优选方案，其中：所述后盖外侧壁上设置有与所述螺旋槽组数位置相对应的限位孔，所述导向销一端与所述螺旋槽所连接，另一端处于所述限位孔内。
作为本发明所述可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器的一种优选方案，其中：所述后盖不与所述背板连接一端的端面上设置有平行槽，所述拨叉远离所述叶轴一端设置有凸块-，所述凸块-与所述平行槽之间间隙配合。
作为本发明所述可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器的一种优选方案，其中：还包括涡壳以及中间壳体，所述VGT组件设置在所述涡壳与所述中间壳体之间，所述VGT组件通过所述背板与所述涡壳连接，所述中间壳体上设置有电控执行器以及曲柄组件，所述曲柄组件一端穿过所述中间壳体安装端与所述安装孔连接，另一端与所述电控执行器连接。
作为本发明所述可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器的一种优选方案，其中：所述中间壳体与所述VGT组件安装侧设置有涡轮，所述涡轮上设置有隔热罩，并且在所述中间壳体安装端设置有V型密封环，所述涡壳内设置有密封环。
作为本发明所述可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器的一种优选方案，其中：所述螺旋槽设置三组，所述导向销同样设置三组。
本发明的有益效果：本发明简化了现有的VGT组件的结构，减少了零部件的数量，通过驱动安装盘对叶片开度进行调节，能够保证小开度下叶片顶面零间隙，大开度时叶片顶面较大的间隙，提升增压器低高速的性能，同时实现发动机较好的动态响应，通过安装盘上的螺旋槽结构，实现安装盘轴向和周向的运动，在增压器低速、喷嘴环小开度时，安装盘轴向靠近后盖方向移动，将叶片顶面间隙减小为零，当增压器高速时，喷嘴环开度变大同时安装盘远离后盖方向移动，增加排气量，同时保证高速下性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器的整体结构示意图。
图2为本发明可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器整体结构爆炸示意图。
图3为本发明可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器所述的VGT组件结构爆炸示意图。
图4为本发明可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器所述的安装盘侧视图
图5为本发明可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器所述的安装盘结构示意图。
图6为本发明可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器所述的后盖及背板结构示意图。
图7为本发明可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器所述的涡壳结构示意图。
图8为本发明可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器所述的中间壳体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例1
参照图1～5，提供了一种可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器的整体结构示意图，如图1，一种可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器包括VGT组件100。
具体的，本发明主体结构包括VGT组件100包括安装盘101，安装盘101侧边开设螺旋槽101a，螺旋槽101a内设置有导向销101h，所述导向销101h的一端插入所述螺旋槽101a内，所述螺旋槽101a沿所述安装盘101圆心方向设置有三组，其中每一组螺旋槽101a的斜度角为6.7°，其轴向长度为15.4mm，因此可以实现安装盘101的周向运动。
具体的工作原理及效果如下：螺旋槽101a与导向销101h之间配合，导向销101h可沿所述螺旋槽101a内进行运动，从而控制安装盘101上的叶片101d与涡轮303之间的间隙大小，该间隙的最大距离为0.16mm时，在大开度时，距离每提升0.01mm，增压器所带来的扭矩提升10NM，而在小开度的时候涡轮303与叶片101d之间的距离越小越好，即每缩小间隙0.01mm，小开度状态下的增压器所带来的扭矩提升10NM，而通过设置螺旋槽101a，可以达到一个安装盘101在周向运动的同时从而能够起到调整该间隙的作用，并且由电控执行器203发出控制命令从而达到分不同开度时对间隙的大小进行调节从而提升增压器及发动机的性能的作用。
实施例2
参照图1～8，该实施例不同于第一个实施例的是：VGT组件100还包括后盖102与背板103，后盖102与背板103之间设置有定距套104，其中后盖102以及背板103用于安装安装盘101以及与其他部件进行连接。
具体的，安装盘101设置在后盖102上，安装盘101上设置有多组绕安装盘101圆心设置的插孔101b，插孔101b内均设置有穿过插孔101b的叶轴101c，叶轴101c一端设置有叶片101d，一端设置有拨叉101e，其中拨叉101e用于调节安装盘101，其中拨叉101e与安装盘101、拨叉101e与后盖102轴向方向具有适当的间隙，安装盘101上设计螺旋式滑动槽，确保安装盘101在转动过程中能够轴向移动。
进一步的，安装盘101侧边边缘处设置有凸台101f，凸台101f上设置有安装孔101g，安装孔101g内设置有VGT调节销105，VGT调节销105上设置有VGT调节拨叉105a，螺旋槽101内设置有导向销101h，导向销101h的一端插入螺旋槽101a内；后盖102外侧壁上设置有与螺旋槽101a组数位置相对应的限位孔102a，导向销101h一端与螺旋槽101所连接，另一端处于限位孔102a内，其中凸台101f以及安装孔101g用于安装VGT调节销105，方便将VGT调节销105转动中心放在内侧，减小喷嘴环的径向尺寸，导向销101h与螺旋槽101a之间为间隙配合，固定叶片101d开度下导向销105限制安装盘101的轴向运动，并且后盖102的圆柱面限制安装盘101径向运动，安装盘101可以进行周向旋转，实现后盖102固定，安装盘101转动的功能。
更进一步的，后盖102不与背板103连接一端的端面上设置有平行槽102b，拨叉101e远离叶轴101c一端设置有凸块101e-1，凸块101e-1与平行槽102b之间间隙配合，平行槽102b用于配合拨叉101e，从而叶轴101c移动过程中，拨叉101e在槽内径向滑动，叶片101d在开关过程中，叶片101d不仅围绕叶轴101c转动，同时也围绕着安装盘101轴心转动。
实施例3
参照图6～8，该实施例不同于以上实施例的是：一种可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器还包括涡壳200以及中间壳体300。
具体的，所述VGT组件100设置在所述涡壳200与所述中间壳体300之间，所述VGT组件100通过所述背板103与所述涡壳200连接，所述中间壳体300上设置有电控执行器301以及曲柄组件302，所述曲柄组件302一端穿过所述中间壳体300安装端与所述安装孔101g连接，另一端与所述电控执行器301连接。
进一步的，VGT组件100的后盖102被中间壳体300和涡壳200夹持固定，靠夹持面摩擦力限制VGT组件100的周向和径向运动，靠中间壳体300和涡壳200的端面限制VGT组件100的轴向移动；安装盘101内圆柱面与中间壳体200外圆柱面间隙配合，隔热罩303a轴向一侧与安装盘101接触，另一侧与中间壳体300接触，隔热罩303a不仅具有较好的耐高温性能，同时具有良好的弹性，既保证隔热效果，也保证轴向良好收缩性，避免因零件轴向有间隙，导致高温气体通过；隔热罩303a和中间壳体300相互接触面，隔热罩303a与安装盘101相互接触面应具备良好的耐磨性，满足安装盘101转动过程中不会因磨损严重而失效。
更进一步的是，涡壳200径向内圆柱面与后盖102径向外圆柱面间隙配合，阻挡因振动导致导向销105脱落。
具体的工作流程及原理如下：VGT调节拨叉105a与VGT调节销105间隙配合，VGT调节销105与安装盘101通过过盈压装或者焊接或者铆接的方式固定连接在一起；安装盘101在轴向方向上均匀分布着多个孔，叶轴101c穿过安装盘101上的孔与拨叉101e通过焊接或者铆接的方式固定连接在一起；叶片101d的叶型和拨叉101e分别位于安装盘的两侧；安装盘101上设置有三组螺旋槽101a，后盖102上设置有多个限位孔102a，且与安装盘101上的螺旋槽101a位置对应，安装盘101与后盖102间隙配合，导向销105从后盖102上的多个限位孔插入，保证一端在后盖102上的限位孔102a中，另一端在安装盘101上的螺旋槽中；后盖102的端面在周向上均布设置了多个带有平行面的槽，即平行槽102b，拨叉101e上远离叶轴101d的一端的凸块101e-1与后盖102上均匀分布的平行槽102b间隙配合；当驱动VGT调节拨叉105a转动时，通过VGT调节销105带动安装盘101转动，安装盘101转动过程中叶片101d开度进行变化；发动机排气通过增压器的涡壳200径向入口处进入腔体内，推动涡轮303转动做功，然后从涡轮303轴向顺着涡壳200排出，涡壳200与中间壳体300通过螺栓连接在一起，涡壳200与中间壳体300有V型密封环304，防止气体从增压器内部泄漏出去；VGT组件100的后盖102被中间壳体300和涡壳200夹持固定，靠夹持面摩擦力限制VGT组件100的周向和径向运动，靠中间壳体300和涡壳200的端面限制VGT组件100的轴向移动；安装盘101内圆柱面与中间壳体200外圆柱面间隙配合，隔热罩303a轴向一侧与安装盘101接触，另一侧与中间壳体300接触，隔热罩303a不仅具有较好的耐高温性能，同时具有良好的弹性，既保证隔热效果，也保证轴向良好收缩性，避免因零件轴向有间隙，导致高温气体通过；隔热罩303a和中间壳体300相互接触面，隔热罩303a与安装盘101相互接触面应具备良好的耐磨性，满足安装盘101转动过程中不会因磨损严重而失效。
其中通过安装盘101上的螺旋槽101a的两侧面进行叶片101d最大和最小开度的限位，有利于简化结构，减少零部件的数量，并且通过上述结构，可以达到精确控制叶片101d顶面间隙大小的效果，其中当叶片处于小开度时，间隙越小则提升的扭矩性能越大，而处于大开度状态时，间隙越大则获得的扭矩提升越大，而该间隙最大取值应当为0.16mm，因此通过电控执行器301以及曲柄组件302的驱动VGT调节拨叉105a带动安装盘101进行调节，从而提升增压器在低高速状态下带来的发动机扭矩的提升，具体的提升数值为间隙每调节0.01mm可以带来发动机扭矩10NM的提升。
具体数据如下表所示：
表1为小开度状况下，随着顶面间隙的变化，所获得得的扭矩变化。
Figure BDA0003130794360000081
表1表2为大开度状况下，随着顶面间隙的变化，所获得得的扭矩变化
Figure BDA0003130794360000082
表2
重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种可调节叶片的VGT结构，其特征在于：包括，
VGT组件(100)，所述VGT组件(100)包括安装盘(101)，所述安装盘(101)上设置螺旋槽(101a)，所述螺旋槽(101a)内设置有导向销(101h)，所述导向销(101h)的一端插入所述螺旋槽(101a)内。
2.如权利要求1所述的可调节叶片的VGT结构，其特征在于：所述VGT组件(100)还包括后盖(102)与背板(103)，所述后盖(102)与所述背板(103)之间设置有定距套(104)。
3.如权利要求2所述的可调节叶片的VGT结构，其特征在于：所述安装盘(101)设置在所述后盖(102)上，所述安装盘(101)上设置有多组绕所述安装盘(101)圆心设置的插孔(101b)，所述插孔(101b)内均设置有穿过所述插孔(101b)的叶轴(101c)，所述叶轴(101c)一端设置有叶片(101d)，一端设置有拨叉(101e)。
4.如权利要求3所述的可调节叶片的VGT结构，其特征在于：所述安装盘(101)侧边边缘处设置有凸台(101f)，所述凸台(101f)上设置有安装孔(101g)，所述安装孔(101g)内设置有VGT调节销(105)，所述VGT调节销(105)上设置有VGT调节拨叉(105a)。
5.如权利要求1～4任一所述的可调节叶片的VGT结构，其特征在于：所述螺旋槽(101a)的长度为15.4mm，所述螺旋槽(101a)的斜度角为6.7°。
6.如权利要求5所述的可调节叶片的VGT结构，其特征在于：所述后盖(102)外侧壁上设置有与所述螺旋槽(101)组数位置相对应的限位孔(102a)，所述导向销(101h)一端与所述螺旋槽(101)所连接，另一端处于所述限位孔(102a)内。
7.如权利要求6所述的可调节叶片的VGT结构，其特征在于：所述后盖(102)不与所述背板(103)连接一端的端面上设置有平行槽(102b)，所述拨叉(101e)远离所述叶轴(101c)一端设置有凸块(101e-1)，所述凸块(101e-1)与所述平行槽(102b)之间间隙配合。
8.如权利要求7所述的可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器，其特征在于：包括涡壳(200)以及中间壳体(300)，所述VGT组件(100)设置在所述涡壳(200)与所述中间壳体(300)之间，所述VGT组件(100)通过所述背板(103)与所述涡壳(200)连接，所述中间壳体(300)上设置有电控执行器(301)以及曲柄组件(302)，所述曲柄组件(302)一端穿过所述中间壳体(300)安装端与所述安装孔(101g)连接，另一端与所述电控执行器(301)连接。
9.如权利要求8所述的可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器，其特征在于：所述中间壳体(300)与所述VGT组件(100)安装侧设置有涡轮(303)，所述涡轮(303)上设置有隔热罩(303a)，并且在所述中间壳体(300)安装端设置有V型密封环(304)，所述涡壳(200)内设置有密封环(201)。
10.如权利要求9所述的可调节叶片的VGT结构及其应用的涡轮增压器，其特征在于：所述螺旋槽(101)设置三组，所述导向销(101h)同样设置三组。
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