CN114251134B - 一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环，属于汽车发动机增压器技术领域，包括叶片、安装盘、拨叉、拨动盘，叶片通过叶杆连接安装盘，叶杆两端分别连接叶片与拨叉，所述拨动盘用于控制拨叉角度，从而调整叶片角度，所述拨动盘包括环形片和凸起结构，所述凸起结构设置在环形片上，用于轴向定位和\或径向定位，所述叶杆外设有轴套或高温涂层。凸起结构既能起加强筋作用，使拨动盘不易变形，又能对拨动盘起定位作用，并且减少了拨动盘与安装盘的接触面积，摩擦力小，摩擦损耗小。
Description
技术领域
本公开涉及汽车发动机增压器技术领域，具体涉及一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环。
背景技术
目前用于涡轮增压的可变截面喷嘴环，一般有一个圆环状的安装盘和一个圆环状的后盖，在两个圆盘间有一组定距支撑元件使两个圆盘保持一定距离并尽可能平行，在圆盘间有一组旗形叶片，叶片垂直于盘面，呈周向分布在两个圆盘中间并互相呈一定夹角，叶片连接叶杆，叶杆穿过安装盘上的一组周向分布的安装孔贯穿安装盘，在叶杆端部设有一组拨叉，拨叉的一端与叶杆相连接，另一端与一个圆环状的拨动盘上的孔或槽等间隙配合，当拨动盘做圆周方向拨动时，带动拨叉和叶片转动一个角度，使相邻叶片间的夹角改变，发动机排气流过叶片夹角形成的通道，驱动安装于安装盘和后盖之间的涡轮叶片旋转，带动与之相连的压轮做功压缩新鲜空气供给发动机进气。
其中叶片、拨叉一般采用焊铆等方式固定连接，叶杆与安装孔产生线接触的摩擦运动，而拨叉的侧面与拨动盘也是线接触的摩擦运动，除正常寿命范围内叶片的正常腐蚀磨损外，叶杆与安装孔易产生摩擦微焊接、摩擦磨损，而拨动盘的变形将使拨动盘与拨叉之间的磨损变形加剧，这是涡轮增压可变截面喷嘴环在使用过程中的主要失效原因之一。
又，为了转动时减小驱动力和减小接触面积，减小磨擦和磨损的目的，拨动盘的厚度被控制在较小的尺寸，而发动机排气温度非常高，一般汽油发动机排气最高温可达到1050℃，柴油发动机排气温度可达850℃左右，拨动盘作为直径比较大的薄壁圆环件，极易在高温废气的作用下变形，导致拨叉与拨动盘的配合失效，卡死。
公开号CN209569033U的专利公开了具有可变涡轮几何形状的涡轮增压器，调整环由金属片材制成、调整环布置在叶片支承环的圆柱形表面上。其中调整环即拨动盘，叶片支承环即安装盘，该公开中拨动盘为圆形平板结构，容易受热变形，并且，拨动盘以安装盘的台阶面做限位，拨动盘的下表面和内孔与安装盘接触，接触面较大，摩擦力较大，磨损较严重。以及公开号CN104295325A的专利中，拨动盘利用筒状部和环状部进行定位(即利用台阶面和外周面进行定位)，存在摩擦力大的缺陷，而且装配拨动盘时，安装间隙不能太小，而大的间隙又使拨动盘会径向移动，导致与拨叉配合时调节一致性不好，同时面接触的定位方式也难以适应在汽油机排气温度1050℃的工作环境。
又，公开号为CN102121401A的专利提供了具有协调环的可变叶片组件，协调环被设置为靠近喷嘴环的第一面，与喷嘴环上的隆起垫圈相接触，通过设置径向引导滚动件、轴向-径向引导销等限位协调环，即，利用销，滚轮等定位圆形平板拨动盘，需要增加多个零件，成本较高，且协调环受热状态下易翘曲变形导致卡死。以及公开号CN103089344A的拨动盘双向定位叶片双支撑可变截面喷嘴环组件，其增加隔热支撑盘、限位盘以降低拨动盘一侧的温度，但是零部件多，成本高。
综上，现有的喷嘴环存在如下缺点：
拨动盘与安装盘面接触，接触面积较大，摩擦力较大，磨损较严重，叶杆与安装孔易产生摩擦微焊接，易摩擦磨损；
为使拨动盘与安装盘形成线接触所需的附加零件较多，成本高；
拨动盘为圆环形平板结构，在摩擦作用及汽车高温废气的作用下易变形，加剧拨动盘与拨叉之间的磨损，导致卡死。
为了使可变截面喷嘴环的结构更可靠，不但能在最高850℃的柴油机涡轮增压器中长寿命地工作，也能在最高温度1050℃的汽油机涡轮增压器中稳定可靠地工作，本公开针对上述不足之处进行了改进和创新设计。以避免上述缺陷。
发明内容
本公开针对现有技术中，拨动盘设计为平板结构，拨动盘与安装盘接触面积大、易摩擦损耗、受热形变导致卡死的问题，提供一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环，其改进了拨动盘的结构，使得拨动盘不易形变，更为耐用，并且成本低。
本公开的构思之一在于，在现有的圆环形平板拨动盘上，增设凸起结构作为加强筋，使拨动盘在结构上和力学性能上得到强化，拨动盘在高温环境下不易变形。
本公开的另一构思在于，拨动盘通过凸起结构与安装盘接触，减少了拨动盘与安装盘的接触面积，降低了摩擦损耗，且，凸起结构能够用于轴向定位和\或径向定位。
本公开的另一构思在于，可在环形轴向凸起的基础上再设置点状轴向凸起，其中环形轴向凸起主要用于增加拨动盘的力学性能、防形变，点状轴向凸起主要用于减少拨动盘与安装盘的接触面积，减少摩擦力。
本公开的另一构思在于，叶杆外设有轴套或高温涂层，轴套、高温涂层用于减小叶杆和安装孔的磨损、避免产生摩擦微焊接和粘连。
本公开的另一构思在于，安装盘上设有径向限位机构，以避免拨动盘内孔与安装盘直接接触，减小接触面和摩擦力。
本公开的另一构思在于，所述凸起结构与安装盘接触的表面设置为外凸曲面，使凸起结构与安装盘形成线接触。
本公开的另一构思在于，采用冲压工艺加工得到凸起结构，拨动盘加工成本低，生产效率更高。
本公开提供的一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环，包括后盖板、定距元件、叶片、安装盘、拨叉、拨动盘，所述后盖板、安装盘、拨动盘依次设置，后盖板与安装盘间通过定距元件实现平行设置，后盖板与安装盘间设置有一组圆周阵列的旗形叶片，叶片通过叶杆连接安装盘，叶杆两端分别连接叶片与拨叉，所述拨动盘用于控制拨叉角度，从而调整叶片角度。
进一步的，所述拨动盘包括环形片和凸起结构，所述凸起结构设置在环形片上，相对于传统的环形平板式拨动盘，本公开增设的凸起结构，能够作为加强筋，使拨动盘具有更好的抗变形能力，在高温环境下不易变形，并且，凸起结构能用于拨动盘的轴向定位和\或径向定位，使拨动盘安装定位更精准，且拨动盘和安装盘的接触面更小，摩擦力更小，减小拨动盘的磨损形变。
进一步的，为了避免叶杆和安装盘的安装孔的摩擦在高温下可能产生的微焊接和粘连，叶杆外设有轴套或高温涂层，用于减小叶杆和安装孔的磨损、避免产生摩擦微焊接和粘连。
进一步的，所述轴套可以采用球墨铸铁等具有摩擦力小或具有自润滑效果，耐磨性更好的其它金属或非金属材料，或，作为优选也可采用具有减小摩擦力和有润滑效果的高温涂层代替轴套。
在一些实施例中，凸起结构可以设为环形轴向凸起，或条状轴向凸起，或点状轴向凸起，环形轴向凸起作为加强筋加强拨动盘力学性能的效果较好，而点状轴向凸起、条状轴向凸起相比环形轴向凸起能进一步减少拨动盘与安装盘台阶面的接触、摩擦面积。
进一步的，凸起结构可设置为，在环形轴向凸起的基础上再设置点状轴向凸起，其中环形轴向凸起主要用于增加拨动盘的力学性能、防形变，点状轴向凸起主要用于减少拨动盘与安装盘的接触面积，减少摩擦力。
或，凸起结构还可以包括沿拨动盘径向设置的径向凸起，径向凸起设置在拨动盘的内孔或环形轴向凸起上，径向凸起用于减少拨动盘内孔与安装盘外周面间的接触面积，并用于拨动盘的径向定位。
在一些实施例中，所述拨动盘可采用粉末冶金、铸造或机加工等工艺，作为优选，采用冲压工艺加工得到凸起结构，加工成本低，生产效率更高。
在一些实施例中，所述凸起结构为块状凸起，块状凸起具有相对拨动盘中心向外弯曲的弧度，块状凸起一端设置在拨动盘内孔，另一端抵在安装盘台阶面，能用于轴向定位，并且，块状凸起具有第一曲面与第二曲面，所述第一曲面靠近拨动盘中心，为内凸曲面，所述第二曲面远离拨动盘中心，为内凹曲面，块状凸起的第一曲面与安装盘的外周面接触，能实现径向定位。所述块状凸起是相对环形片冲压弯折得到的，加工方便，易成型。
在一些实施例中，凸起结构与安装盘接触的面设为外凸曲面，外凸曲面用于使拨动盘与安装盘的盘面间形成线接触，使摩擦力更小，定位更可靠，同时省去了现有技术中各种附加的滚轮销，滚轮，凸台等附件，使成本更低。
在一些实施例中，所述安装盘上设有径向限位机构，以避免拨动盘内孔与安装盘的台阶面直接接触，减小接触面和摩擦力。
进一步的，所述径向限位机构采用加工或装配的方式设置于安装盘的外周面。
进一步的，所述径向限位机构设置为凸台、圆柱形销钉或镶块，所述销钉或镶块装配在安装盘上，能够减小在安装盘上直接加工凸台的加工成本。
进一步的，所述安装盘与拨动盘可采用小间隙装配，以提高拨动盘的定位精度，保证拨动盘调节拨叉时的一致性。
进一步的，所述销钉或镶块的端面可做成球面或弧形面，更贴合拨动盘的内孔表面。
进一步的，所述销钉、镶块的材料可选用球墨铸铁等自润滑性能好的耐高温合金材料，也可选用其它带耐高温涂层的材料，或耐高温和耐磨性好的其它金属或非金属材料。
相比现有技术，本公开提供的一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环的有益效果为：
1)拨动盘上设置有凸起结构，既能起加强筋作用，使拨动盘不易变形，又能对拨动盘起定位作用，并且减少了拨动盘与安装盘的接触面积，摩擦力小，摩擦损耗小；此外，拨动盘可采用冲压加工以节省加工成本；通过将凸起结构与安装盘接触的表面设置为外凸曲面，使凸起结构与安装盘面间形成线接触，能进一步减少摩擦、降低设置额外附件的成本；凸起结构还可以为径向凸起，用于使拨动盘内孔定位更精确，减小与外周面间的摩擦力，增加喷嘴环的可靠性和灵活性。
2)通过在安装孔内设置轴套或耐高温涂层，能减小叶杆在安装孔内摩擦时同类金属产生的微焊接，避免采用性能更高材料时带来的成本升高，使叶杆磨损更小，寿命更久。
3)通过在安装盘上设计径向限位机构，对拨动盘的内孔进行定位，减小接触面和摩擦力，可以对拨动盘进行更精确的定位，使喷嘴环的流量一致性更好，高温下工作更可靠。
附图说明
以下将结合附图和优选实施例来对本公开进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本公开范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。
图1：本公开提供的一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环的主视示意图(虚线代表透视)；
图2：图1中A-A剖面线的剖视示意图；
图3：图2的局部放大结构示意图；
图4：本公开提供的第一种拨动盘的结构示意图；
图5：本公开提供的第二种拨动盘的结构示意图；
图6：本公开提供的第三种拨动盘的结构示意图；
图7：本公开提供的第四种拨动盘的结构示意图；
图8：本公开提供的第五种拨动盘的结构示意图；
图9：本公开提供的第六种拨动盘的结构示意图；
图10：本公开提供的第七种拨动盘的结构示意图；
其中，1、安装盘；11、台阶面；12、外周面；2、定距元件；3、后盖板；4、拨叉；5、叶杆；6、轴套；7、拨动盘；71、环形片；72、点状轴向凸起；73、条状轴向凸起；74、环形轴向凸起；75、块状凸起；751、第一曲面；752、第二曲面；76、径向凸起；8、径向限位机构。
具体实施方式
下面结合附图，对本公开作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本公开进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本公开，并不用于限定本公开。
实施例一：本公开提供的一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环，详细描述如下：
如图1-3所示，所述喷嘴环包括后盖板3、定距元件2、叶片、安装盘1、拨叉4、拨动盘7，后盖板3、安装盘1、拨动盘7依次设置，后盖板3与安装盘1间通过定距元件2连接并尽可能保持平行，后盖板3与安装盘1间设置有一组圆周阵列的旗形叶片，定距元件2的高度大于叶片的高度，确保叶片在安装盘1和后盖间有一定间隙可以转动。
叶片通过叶杆5连接安装盘1，叶杆5两端分别连接叶片与拨叉4，拨动盘7用于控制拨叉4角度，从而调整叶片角度。
更具体的，拨叉4上开有凹槽，环形的拨动盘7上有与凹槽适配的拨块，拨叉4上的凹槽与拨块配合，当拨动盘7转动时，带动拨叉4组同步旋转一定角度，从而带动叶片形成一定的夹角。
拨块可以中部开孔并用销轴进行固定在拨动盘7上。
作为优选，所述凹槽可以设置为常见的方形槽，所述拨块可以设置为对应的方形块，结构简单，易加工。
所述拨动盘7包括环形片71和凸起结构，所述凸起结构设置在环形片71上，凸起结构能够作为加强筋，使拨动盘7具有更好的抗变形能力，在高温环境下不易变形，同时，凸起结构用于使拨动盘7安装定位更精准，使拨动盘7和安装盘1的接触面更小，摩擦力更小，减小磨损。
进一步的，为了避免叶杆5和安装盘1的安装孔的摩擦在高温下可能产生的微焊接和粘连，叶杆5外设有轴套6或高温涂层，用于减小叶杆5和安装孔的磨损、避免产生摩擦微焊接和粘连。
轴套6可以采用球墨铸铁等具有摩擦力小或具有自润滑效果，耐磨性更好的其它金属或非金属材料，或，作为优选也可采用具有减小摩擦力和有润滑效果的高温涂层代替轴套6。通过在安装孔内设置轴套6或耐高温涂层，能减小叶杆5在安装孔内摩擦时同类金属产生微焊接，和避免采用性能更高材料时带来的成本升高，使叶杆5磨损更小，寿命更久。
如图6、图7、图9所示，凸起结构设置在拨动盘7盘面，可以设为环形轴向凸起74，或条状轴向凸起73，或点状轴向凸起72，环形轴向凸起74作为加强筋加强拨动盘7力学性能的效果较好，而点状轴向凸起72、条状轴向凸起73相比环形轴向凸起74能进一步减少拨动盘7与安装盘1台阶面11的接触、摩擦面积。
进一步的，所述环形轴向凸起74的内径大于环形片71的内径，且环形轴向凸起74的外径小于环形片71的外径。
进一步的，如图8所示，凸起结构可设置为，在环形轴向凸起74的基础上再设置点状轴向凸起72，其中环形轴向凸起74主要用于增加拨动盘7的力学性能、防形变，点状轴向凸起72主要用于减少拨动盘7与安装盘1的接触面积，减少摩擦力。
或，如图4、图10所示，凸起结构还可以包括沿拨动盘7径向设置的径向凸起76，径向凸起76设置在拨动盘7的内孔或环形轴向凸起74上，径向凸起76用于减少拨动盘7内孔与安装盘1外周面12间的接触面积，并用于拨动盘7的径向定位。
拨动盘7可采用粉末冶金、铸造或机加工等工艺，作为优选，采用冲压工艺加工得到凸起结构，加工成本低，生产效率更高。
凸起结构与安装盘1接触的面设为外凸曲面，外凸曲面用于使拨动盘7与安装盘1的盘面间形成线接触，使摩擦力更小，定位更可靠，同时省去了现有技术中各种附加的滚轮销，滚轮，凸台等附件，使成本更低。
实施例二，基于实施例一的变形，本公开提供的一种拨动盘7，详细描述如下：
所述凸起结构为块状凸起75，块状凸起75具有相对拨动盘中心向外弯曲的弧度，能同时用于轴向定位和径向定位。
更具体的，块状凸起75一端设置在拨动盘内孔，另一端抵在安装盘台阶面11，能用于轴向定位，并且，块状凸起75具有第一曲面751与第二曲面752，所述第一曲面751靠近拨动盘中心，为内凸曲面，所述第二曲面752远离拨动盘中心，为内凹曲面，块状凸起75的第一曲面751与安装盘的外周面12接触，能实现径向定位。所述块状凸起75是相对环形片71冲压弯折得到的，加工方便，易成型。
如图4所示，环形片71上设有径向凸起76和块状凸起75，径向凸起76与安装盘外周面12接触的表面设置为曲面，块状凸起75则设置有第一曲面751与第二曲面752。
基于图4的变形，如图5所示，仅设置块状凸起75即可同时实现拨动盘的轴向定位与径向定位，减少拨动盘与安装盘台阶面11、安装盘外周面12的接触面积。
如图5所示，块状凸起75至少设置为三个，以保证安装盘1与拨动盘7间受力的均匀，同理点状轴向凸起72、条状轴向凸起73至少设置有三个。
实施例三，基于实施例一、实施例二的进一步改进，本实施例提供一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环，所述安装盘1上设有径向限位机构8，以避免拨动盘7内孔与安装盘1的台阶面11直接接触，减小接触面和摩擦力。
在安装盘1上沿周向分布有至少3个向外径向安装的径向限位机构8，径向限位机构8的端面加工为圆弧面或球面，与拨动盘7内孔表面保持很小的装配间隙，用于对拨动盘7进行径向限位。
进一步的，所述径向限位机构8采用加工或装配的方式设置于安装盘1的外周面12。
进一步的，所述径向限位机构8设置为凸台、圆柱形销钉或镶块。
进一步的，所述安装盘1与拨动盘7可采用小间隙装配，以提高拨动盘7的定位精度，保证拨动盘7调节拨叉4时的一致性。
进一步的，所述销钉或镶块的端面可做成球面或弧形面，更贴合拨动盘7的内孔表面，所述销钉或镶块装配在安装盘1上，能够减小在安装盘1上直接加工凸台的加工成本。
进一步的，所述销钉、镶块的材料可选用球墨铸铁等自润滑性能好的耐高温合金材料，也可选用其它带耐高温涂层的材料，或耐高温和耐磨性好的其它金属或非金属材料。
本实施例通过在安装盘1上设计径向限位机构8，对拨动盘7的内孔进行定位，减小接触面和摩擦力，可以对拨动盘7进行更精确的定位，使喷嘴环的流量一致性更好，高温下工作更可靠。
以上对本公开进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本公开原理的前提下，还可以对本公开进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本公开权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环，其特征在于：包括叶片、安装盘(1)、拨叉(4)、拨动盘(7)，叶片通过叶杆(5)连接安装盘(1)，叶杆(5)两端分别连接叶片与拨叉(4)，所述拨动盘(7)用于控制拨叉(4)角度，从而调整叶片角度，所述拨动盘(7)包括环形片(71)和凸起结构，所述凸起结构设置在环形片(71)上，能用于轴向定位和\或径向定位，所述叶杆(5)外设有轴套(6)或高温涂层；所述凸起结构设置在拨动盘(7)盘面，所述凸起结构为点状轴向凸起(72)，或条状轴向凸起(73)，或环形轴向凸起(74)，其中，所述环形轴向凸起(74)的内径大于环形片(71)的内径，且环形轴向凸起(74)的外径小于环形片(71)的外径；所述凸起结构包括块状凸起(75)，块状凸起(75)具有相对拨动盘(7)中心向外弯曲的弧度，块状凸起(75)一端设置在拨动盘(7)内孔，另一端抵在安装盘(1)台阶面(11)，并且，块状凸起(75)具有第一曲面(751)与第二曲面(752)，所述第一曲面(751)靠近拨动盘(7)中心，为内凸曲面，所述第二曲面(752)远离拨动盘(7)中心，为内凹曲面；所述凸起结构与安装盘(1)接触的表面设置为外凸曲面，使凸起结构与安装盘(1)面间形成线接触。
2.根据权利要求1所述的一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环，其特征在于：所述凸起结构还包括沿拨动盘(7)径向设置的径向凸起(76)，径向凸起(76)设置在拨动盘(7)的内孔处，或环形轴向凸起(74)上。
3.根据权利要求1所述的一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环，其特征在于：所述凸起结构设置为，在环形轴向凸起(74)的基础上再设置点状轴向凸起(72)。
4.根据权利要求1所述的一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环，其特征在于：所述拨动盘(7)由冲压加工形成。
5.根据权利要求1所述的一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环，其特征在于：所述安装盘(1)上设有径向限位机构(8)，用于径向定位拨动盘(7)。
6.根据权利要求5所述的一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环，其特征在于：所述径向限位机构(8)经加工或装配形成。
7.根据权利要求6所述的一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环，其特征在于：所述径向限位机构(8)设置为凸台、圆柱形销钉或镶块。
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