CN1289792C - 可变容积式涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是消除不通过可变容积式涡轮增压器的喷嘴叶片之间的通道提供给涡轮的废气量。在涡轮增压器10中的喷嘴单元100具有：安装板102和安装在壳体20内的凹槽20中的侧板，以使侧板可以在凹槽内移动，两板平行于涡轮轴设置；一向安装板102推动侧板的推动装置116、150；以及一限制侧板平行于涡轮轴向安装板102运动的限位装置108。

Description

可变容积式涡轮增压器

技术领域

本发明涉及一种可变容积式涡轮增压器。更具体地说，涉及一种用于向涡轮提供废气的喷嘴单元的改进。

背景技术

涡轮增压器是一种提高内燃机输出功率的有效装置。涡轮由来自内燃机的废气旋转，并且安装在与涡轮相同的轴上的压缩机压缩提供给内燃机的空气。目前，涡轮增压器安装在各种发动机上。然而，废气的流量随着发动机的转速而变化。实际上从发动机上提供的废气的流量并不总是产生理想的压气机工作所需要的条件。为了调整这种情况，并使涡轮增压器的使用容量最有利，已对可变容积式涡轮增压器进行了研制。在一种可变容积式涡轮增压器中，根据内燃机的状态来调节涡轮室中的废气流量。

这种可变容积式涡轮增压器在位于壳体内的涡轮喷嘴单元上具有多个喷嘴叶片。图8示出在属于现有技术的一种可变容积式涡轮增压器中的喷嘴单元的一局部横截面。

在图8中，涡轮228被轴承231以可自由转动的方式支撑在可变容积式涡轮增压器的主壳体230中。来自内燃机中的废气通过可变容积式涡轮增压器的进气口进入壳体220。通过在壳体220内形成的涡旋通道226以及形成涡轮228的入口的喷嘴单元210将这些废气提供到涡轮228上。然后，提供给涡轮228的废气在驱动涡轮228之后经排气口排出。

喷嘴单元210包括固定在壳体220上的安装板202和位于安装板202对面的侧板206。多个喷嘴叶片204沿着两板之间的周边以等间距设置。侧板206通过支撑栓208固定于安装板202上，该支撑栓208穿过板206。喷嘴叶片204具有一轴部204a。它们安装在安装板202上，以便其随轴部204a一起自由旋转。

由于侧板206通过支撑栓208固定到位，所以，提供到涡轮的废气的热量使其温度升高，从而产生热变形。如图8所示，在喷嘴叶片204与侧板206之间提供一空间，以防止在旋转过程中喷嘴叶片204卡住或粘住，并使它们能够顺畅地运转。这就是为什么在现有技术的可变容积式涡轮增压器中提供给涡卷通道226中的废气的一部分穿过喷嘴叶片204与侧板206之间的空间提供给涡轮228，而没有穿过围绕着喷嘴叶片204的区域。于是，在现有技术的设计中，由于一些气体没有穿过围绕着叶片204的通道提供给涡轮228，所以，降低了可变容积式涡轮增压器的效率。

发明内容

本发明就是要克服现有技术中的上述缺点。本发明的目的是尽可能地减少或消除没有穿过喷嘴叶片之间的通道而提供给涡轮的废气量。本发明在减小从侧板后而不经过喷嘴单元提供给涡轮的废气方面也是有效的。

为实现上述目的，本发明提供了一种可变容积式涡轮增压器，包括：

设置在壳体内的涡轮，所述涡轮可在涡轮轴上自由旋转；

喷嘴单元，其包括：

围绕所述涡轮布置的多个喷嘴叶片；

相对于所述壳体固定的安装板，所述喷嘴叶片安装到所述安装板上；

侧板，其设置在所述壳体的凹槽中以便可以在所述凹槽内移动，而所述喷嘴叶片从所述安装板伸向所述侧板；

在所述凹槽内的推动机构，用以向所述安装板推动所述侧板，使得所述侧板和所述喷嘴叶片之间的空间被基本上消除；以及

限位装置，用以限制所述侧板在平行于所述涡轮轴的方向上并朝向所述安装板的移动；

连板，其设置在所述壳体内，其中所述连板围绕所述涡轮可旋转，而所述连板通过多个杆连接到所述喷嘴叶片上，并用以在开启和关闭位置之间移动所述喷嘴叶片；以及

致动器，其在所述壳体外侧，并通过传动机构连接到所述连板上。

优选地，所述推动机构包括所述凹槽和所述侧板之间的压力腔室。

优选地，所述推动机构包括安装在所述凹槽和所述侧板之间的弹簧板。

优选地，所述推动机构包括弹簧板，该弹簧板设置在所述凹槽内以将所述侧板推向所述安装板，并吸收所述侧板的热变形，其中所述凹槽限制所述侧板由于热变形而在所述涡轮径向上的运动，同时允许所述侧板在所述涡轮轴向上运动；所述限位装置是支撑栓。

优选地，所述侧板具有环形，该环形的中心在所述涡轮轴上，所述凹槽的直径略大于所述侧板的直径，所述凹槽在其内表面上具有环形凸起，该凸起平行于涡轮轴伸向所述侧板，所述弹簧板与所述环形凸起接合，并固定于所述环形凸起。

这种控制喷嘴叶片的开启程度的可变容积式涡轮增压器具有：在壳体内设置的涡轮，其可在涡轮轴上自由旋转；多个围绕着壳体内的涡轮设置在喷嘴单元中的喷嘴叶片；一个围绕着壳体内设置的涡轮自由旋转的连板，其借助于多个杆连接于喷嘴叶片，并在开启和关闭位置之间连续地且同步地移动喷嘴叶片；以及一在壳体外的致动器，其通过传动机构连接于连板。按照本发明的涡轮增压器的特征如下：它具有一个固定于壳体的安装板和一个侧板，侧板安装在壳体内的一个凹槽上，以使侧板在凹槽内可以移动，二者都平行于涡轮轴设置；以及一推动装置，该装置将侧板向安装板推动；一限位装置，该装置限制侧板平行于涡轮轴并朝向安装板的运动。

推动侧板的推动装置可以是一个在侧板与凹槽之间形成的压力室，或者一个安装在所述侧板与所述凹槽之间的弹簧板。

侧板为一环形，其中心为涡轮轴。凹槽的直径略大于侧板的直径，且凹槽在内表面上还有一个圆形凸起，其平行于涡轮轴伸向侧板。弹簧板与该圆形凸起接合，并固定于该凸起上。

附图说明

图1是实施本发明的可变容积式涡轮增压器的外部的侧视图；

图2是在第一优选实施例中的涡轮室的横剖面图；

图3是图1所示的可变容积式涡轮增压器的局部剖开的前视图；

图4是图3所示的一部分的放大视图，其示出了将致动器的动作传到连板以及连接二者的元件的传导机构；

图5是连板的平面视图；

图6是将致动器的动作传递给连板的传动机构的分解视图；

图7是本发明的第二优选实施例的涡轮室的横剖面图；

图8是属于现有技术的喷嘴单元的局部放大的横剖面图。

在这些附图中，10表示一涡轮罩壳，50是一个致动器，52是一根杆，54是一连接件，104是喷嘴叶片，106是侧板，112是连板，116是弹簧板，114是杆，120是摆动件，130是桥，140是滚柱，150是压力室。

具体实施方式

在这部分中，将参照附图解释本发明的几个优选实施例。本发明的范围不仅仅局限于所示的零件、以及实施例中描述的零件的形状、相对位置和其他方面，它们仅仅用于举例说明目的。

在这部分中，我们将参照附图表述本发明的两个优选实施例。图1示出实施本发明的可变容积式涡轮增压器10的外部。可变容积式涡轮增压器10包括一个壳体，其包括涡轮壳体20、压缩机壳体40和位于涡轮壳体20与压缩机壳体40之间的主壳体30。涡轮壳体20具有一进气口22和一排气口24。压缩机壳体40具有一进气口44和一排气口42。

在壳体20、30和40的外侧是致动器50，其驱动喷嘴叶片(不久将要说明)。致动器50采用空气压力，或者更具体地说，它采用吸入内燃机(未示出)的空气的负压，以使杆52前后运动，可变容积式涡轮增压器10安装于内燃机上。

图2中示出了按照本发明优选实施例的涡轮室，特别是主壳体。正如从图2中可以看出的，涡轮轴32以可自由转动的方式支撑在主壳体30内。安装于涡轮轴32的一端的涡轮28位于涡轮壳体20内。当然，压缩机叶轮(未示出)安装在压缩机壳体40内的涡轮轴32的另一端上。来自内燃机的废气从进气口22引入涡轮壳体20。其通过涡轮壳体20内侧形成的涡卷通道26和喷嘴单元100提供给涡轮28。喷嘴单元100是涡轮28的入口。在驱动涡轮28之后，所提供的废气通过排气口24排出。

喷嘴单元100包括固定于涡轮壳体20的安装板102和面向安装板102并安装于轴向的侧板106。多个喷嘴叶片104沿着轴的周边以有规律的间距设置在两板之间。侧板106是一个圆形部件，其沿径向在垂直于涡轮28的轴的轴线的平面内延伸。其安装方式使其可以沿轴向在凹槽20a内移动，凹槽20a是为其在涡轮壳体20内提供的一凹槽。在喷嘴单元100中，以有规律的间隔沿着轴的周边提供若干支撑栓108，用作限制侧板106在轴向上向安装板102运动的止挡件或装置。

如上所述，在现有技术的设计中，在侧板106与喷嘴叶片104之间提供一空间，以适应侧板106的热变形。如后面简短地解释的，通过本实施例，侧板106的外径与凹槽20a的内径的尺寸差是允许侧板106在轴向上移动的最小的尺寸差。于是，侧板106与喷嘴叶片104之间的空间有效地消除了。

在侧板106与涡轮壳体20之间提供一个弹簧板116，作为推动侧板的推动装置。弹簧板116具有一个环形部分116a，其位于一个大致垂直于涡轮28的轴线的表面上，还有一圆柱形安装部分116b，其在轴向上从凸缘116a的内边缘向涡轮28延伸。弹簧板116的环形部分116a与侧板106的背面，即，侧板106上与喷嘴单元100相对的表面接触。安装部分116b与环形凸起20b接合，该环形凸起从凹槽20a的表面沿轴向向侧板106凸出。

在喷嘴叶片104的基部是轴部分104a，其安装在安装板102上，使得该部分104a将叶片在开启与关闭位置之间自由旋转。如图3和4所示，喷嘴叶片组件104的各轴部104a的端部104b在轴向上穿过安装板102。这些轴连接于与喷嘴叶片相对应的各杆114(见图3和4)。随着杆114的旋转，喷嘴叶片104通过喷嘴轴104a旋转。每个杆114具有一孔114b，以接收轴部104a之一的端部104b，以及一位于与孔114b相对的侧面上的凸起或轴部114a。

杆114的轴114a可以在沿着连板112的周边以有规律的间隔提供的椭圆形的孔112d内滑动。如图2所示，在安装板102上与喷嘴单元100相对的一侧上有一个圆柱形凸起102a。一个环形连板112(见图5)安装在凸起102a上，使其在涡轮28的旋转轴线上自由旋转。连板112具有一系列沿着其周边以有规律的间隔分布的椭圆孔112d，用于接收杆114的轴部114a。此外，连板112在一侧的相同的表面上具有一梯形的细长部分112a。细长部分112a的端部划分成两个部分，以形成锁定臂112c。两个臂112c形成一矩形的凹槽112b。

本实施例的这种可变容积式涡轮增压器10还具有一个传动机构，以将致动器50的动作传递到连板112，如图1和2所示。传动机构包括致动器50的杆52；通过销50a连接于杆52的端部的连接件54(见图1)；连接于连接件54的摆动件120(见图2和6)；以及，在摆动件120与连板112之间的且用于将传动机构连接于连板112的滚轮140和桥130。

从图6可以看出，摆动件120包括臂122；沿着一个给定的轴线O从臂122的一端延伸的轴124，且该轴通过套筒118由涡轮壳体20以可自由旋转的方式支撑；在轴124的端部上并与其同轴的连接器128，该连接器128连接于连接件54，以使其不能相对于连接件运动；以及销126，其从臂122的与轴124相对的一侧伸出并平行于该轴。摆动件120可以由金属材料，例如不锈钢制成。理想的是，应该由一单片的奥氏体不锈钢制成。摆动件120、臂122、轴124、连接器128和销126可以单独地制成，并焊接在一起。

桥130包括两个扁平板132，二者彼此平行定位，之间有一个很小的间隙，还包括中间单元134，其连接两板132。在两板132之间设置的中间单元134处的是一个槽136，连板112的锁定臂112c接合在该槽内。包括中间单元134在内的桥130的一部分被去除到桥的中间，以形成切除部分138。两相对表面彼此平行并相对滑动。在图6中可以看出，在组装传动机构时，当切除部分138进入安装在摆动件120的销126上的滚轮140时形成锁定单元。桥130可以由一种金属材料，例如奥氏体不锈钢材料制成。

如图6所示，滚柱140大致是圆柱形的，其开口直径略大于销126的外径。滚柱的外径略小于桥130的滑动面138之间的间隙。滚柱140可以由一种金属材料，例如马氏体不锈钢制成。

在此部分中我们将解释这一实施例是如何工作的。

当内燃机运转时，如图1所示，根据其转速和节气门的开度形成一负的进气压力，然后由一磁性阀对该压力进行控制，将其传递到致动器50。致动器50按照该压力工作。杆52按照所述负的进气压力的大小在轴向上(图1中的左右)前、后运动。当杆52运行时，连接件54相应地在摆动件120的轴124上旋转。从图1中可以看出，在图中以实线示出的连接件54与止挡件56的顶部上的螺栓56a接触。这时，喷嘴叶片104处于开启位置，即，产生最大的喷嘴开启的位置。当内燃机以低转速运转，或者节气门稍稍开启时，致动器50将杆52抽回。当杆52抽回到其能够抽回的最大位置时，连接件54移动到一个其与止挡件56的下部上的螺栓56b接触的位置，在图中以虚线示出。这时，喷嘴叶片104处于形成最小的喷嘴开启的位置。

以这种方式，通过连接件54将杆52的直线运动转变成摆动件120的摆动。摆动件120的销126在围绕着轴122轴线O的弧线上运动，如图4和5所示。这时，销126与滚柱140位于桥130上的去除部分138中，且该销位于滚柱140与表面138a之间。它相对桥130以图6所示的关系上下滑动，即，它沿着涡轮28的旋转轴线滑动。同时，连板112围绕着在安装板102上的凸起102a的圆周旋转，以涡轮28的旋转轴线作为其中心。当连板112旋转时，与连板112连接着的杆114与喷嘴叶片104一起旋转，以叶片104的轴104a为其中心。

如上所述，在现有技术的设计中，在侧板106与喷嘴叶片104之间提供一空间，以适应侧板106的热变形。为此，现有技术的设计使本应进入涡卷通道26与喷嘴叶片104之间的通道的一部分废气旁通到侧板106与喷嘴叶片104之间的区域，即，由喷嘴104所形成的通道，并直接提供给涡轮28。这引起可变容积式涡轮增压器10的效率减低。

在现有技术的设计中，通过支撑栓208将侧板206固定于安装板202。为了适应当侧板206的温度升高时发生的热变形，必需在侧板206与喷嘴叶片204之间留出一空间。一部分废气沿着侧板的外侧或背部，即，沿着侧板的主壳体30的表面从侧板的外表面与凹槽的内表面之间被引导。该气体没有穿过喷嘴单元100就提供到涡轮。这也引起可变容积式涡轮增压器10的效率下降。在现有技术中很难减少以这种方式分流的气体的量。

通过按照本发明的这一实施例，侧板106安装在凹槽20a内，因此，它可以在轴向上运动。其位置由弹簧板116确定，该弹簧板将其推向支撑栓108。这样，既使侧板106在径向上悬在凹槽20a内，它也仍然能够在轴向上移动。侧板106的热变形被吸收在其轴向运动内。这样就基本上消除了侧板106与喷嘴叶片104之间的空间。

在我们已经讨论了的实施例中，取代如现有技术那样的用支撑栓208将侧板206固定在安装板202上(见图8)，而是通过使侧板106能够在轴向上移动来确定侧板106相对于安装板102的位置。从而，侧板106的热变形被吸收在其轴向移动之内。当侧板106接合在凹槽20a内时，其在径向上固定。弹簧板116将其推向支撑栓108，并使其在轴向上固定。从而，侧板106相对于安装板102保持在位。在轴向上，在支撑栓108的方向上作用于侧板106的唯一的力是由弹簧板116提供的。于是，侧板106的热变形被其轴向运动所吸收。

用于推动侧板106顶着支撑栓108的推动装置不一定局限于图2所示的弹簧板116。任何将侧板106向支撑栓108推，同时又允许其沿轴向运动的装置都可以使用。

根据本发明的第二优选实施例示于图7中。在该实施例中，除了推动侧板的推动装置以外，各方面的结构都与前一实施例中的相同。因此，我们不对它们作进一步的讨论，而是仅仅说明那些不同的方面。图7中所示的与前面的实施例相同的部件采用与前面相同的附图标记。

图7中，涡轮壳体20的凹槽20a包括侧板106和压力腔150，该压力腔形成推动侧板的推动件。如果我们将图7所示的实施例中的环形凸起150a与图2所示的实施例中的环形凸起20b进行比较，就可以看到，前者的轴向尺寸明显地大，因此，它与侧板106的背面接触。在图7所示的实施例中，正如在图2所示的前面的实施例那样，凹槽20a的内径与侧板106的外径的尺寸之间的差是使侧板106能够沿轴向移动的最小的可能差。然而，为了完全防止废气从该空间泄漏，应使压力腔室中的压力大于喷嘴单元100的压力。结果，侧板106被推向支撑栓108，正如在图2所示实施例中的。为了使腔室150中的压力更高，可以在环形凸起150a与侧板106的后表面之间提供一环形密封件152。

Claims (5)

1.一种可变容积式涡轮增压器，包括：

设置在壳体内的涡轮，所述涡轮可在涡轮轴上自由旋转；

喷嘴单元，其包括：

围绕所述涡轮布置的多个喷嘴叶片；

相对于所述壳体固定的安装板，所述喷嘴叶片安装到所述安装板上；

侧板，其设置在所述壳体的凹槽中以便可以在所述凹槽内移动，而所述喷嘴叶片从所述安装板伸向所述侧板；

在所述凹槽内的推动机构，用以向所述安装板推动所述侧板，使得所述侧板和所述喷嘴叶片之间的空间被基本上消除；以及

限位装置，用以限制所述侧板在平行于所述涡轮轴的方向上并朝向所述安装板的移动；

连板，其设置在所述壳体内，其中所述连板围绕所述涡轮可旋转，而所述连板通过多个杆连接到所述喷嘴叶片上，并用以在开启和关闭位置之间移动所述喷嘴叶片；以及

致动器，其在所述壳体外侧，并通过传动机构连接到所述连板上。

2.如权利要求1所述的可变容积式涡轮增压器，其中，所述推动机构包括所述凹槽和所述侧板之间的压力腔室。

3.如权利要求1所述的可变容积式涡轮增压器，其中，所述推动机构包括安装在所述凹槽和所述侧板之间的弹簧板。

4.如权利要求1所述的可变容积式涡轮增压器，其中，所述推动机构包括弹簧板，该弹簧板设置在所述凹槽内以将所述侧板推向所述安装板，并吸收所述侧板的热变形，其中所述凹槽限制所述侧板由于热变形而在所述涡轮径向上的运动，同时允许所述侧板在所述涡轮轴向上运动；

所述限位装置是支撑栓。

5.如权利要求3所述的涡轮增压器，其中，所述侧板具有环形，该环形的中心在所述涡轮轴上，所述凹槽的直径略大于所述侧板的直径，所述凹槽在其内表面上具有环形凸起，该凸起平行于涡轮轴伸向所述侧板，所述弹簧板与所述环形凸起接合，并固定于所述环形凸起。

Images