CN1292149C - 变功率涡轮的叶片调节机构及其装配方法 - Google Patents

Abstract

提供一种控制排气量的叶片调节机构，该机构包括基座元件，其具有内基座元件和外基座元件，内基座元件有第一和第二凸缘，并压入外基座元件中。多个从第一凸缘到第二凸缘的、等角度间隔的U形凹口，当内基座元件插入外基座元件以堵塞U形凹口时，U形凹口形成安装叶片控制杆元件的叶片轴孔。这样叶片控制杆元件可自由转动。连接盘在其整个外周边上有U形凹口，叶片控制杆元件的凸起插入该凹口。

Description

变功率涡轮的叶片调节机构及其装配方法

技术领域

本发明涉及用于变功率涡轮以控制排气量的叶片调节机构。该叶片调节机构与现有技术相比部件更少、结构更简单，且该叶片调节机构能稳定工作和寿命较长。本发明还涉及该叶片调节机构的装配方法。

背景技术

如何使排气更清洁，即如何减少排气中的有害氮氧化物(Nox)和微粒的含量是一个环境问题，尤其对于柴油发动机。柴油机的动力功率，即它的扭矩和输出能够通过安装涡轮增压器而提高。在涡轮增压器中，排气产生的涡轮功率用于驱动压气机，而该压气机能向发动机供给大量的进气。将更多的空气压入发动机能够使发动机的燃烧速度增大，从而增加其输出。

因为涡轮增压器的具体情况是公知的，这里就不再进行介绍；不过，一种能满足柴油发动机的要求并能增加其动力功率的装置是有叶片调节机构的涡轮增压器，该涡轮增压器装有变容量叶片，以便控制发动机的排气量。

如图7所示，控制排气量的叶片调节机构51位于涡轮增压器60的涡轮壳体61中，该涡轮增压器60装在伸入发动机E的进气管E1和排气管E2上。该叶片调节机构51装在轴62一端的涡轮叶片63的外部。在图7中，64是在涡轮轴62的另一端的压气机叶轮。

现有技术中控制排气量的叶片调节机构如图8和9所示。52是由短管件形成的基座元件，该短管件的一端是基座凸缘52a。涡轮叶片63装在基座元件52的内部并与该基座元件同轴。

第二凸缘52b形成于基座元件52的、与形成有凸缘52a的一端相对的另一端上。叶片轴孔52c的数量等于涡轮导向器叶片元件53的数量，该涡轮导向器叶片元件53从凸缘52a延伸到凸缘52b。凸缘52a上的盖体52d保护涡轮导向器叶片元件53，下面将简要介绍该涡轮导向器叶片元件53。

该涡轮导向器叶片元件53是变容量叶片，它的叶片轴53a可以滑入与叶片轴53a配合的叶片轴孔52c内。涡轮导向器叶片元件53相对于凸缘52a的表面成直角从该凸缘伸出。涡轮导向器叶片元件53的表面的倾斜角可以在相对于基座元件53的中心线成直角和成圆弧角(arc angle)之间调节。叶片轴53a的一端有涡轮导向器叶片元件53，叶片轴53a的另一端通过铆接安装在控制杆54的钻孔54a中，该控制杆54将在下面简要介绍。

54是在凸缘52b顶部的控制杆。控制杆54的数量等于涡轮导向器叶片元件53的数量。在控制杆54的一端有通孔54a，涡轮导向器叶片元件53的叶片轴53a通过该通孔54a穿过基座元件52。在控制杆54另一端的、与涡轮导向器叶片元件53所处表面相对的另一表面上有凸起54b，该凸起54b与连接盘55的一个孔55a配合，该连接盘55将在下面简要介绍。

涡轮导向器叶片元件53的叶片轴53a的末端铆接，即插入控制杆54的孔54a中的轴的末端铆接，因此，该涡轮导向器叶片元件53和控制杆54形成一个部件。这样，涡轮导向器叶片元件53和控制杆54通过基座元件52连接。因为叶片轴53a的末端铆接，控制杆54的运动将改变涡轮导向器叶片元件53表面的角度方向。

55是连接盘。连接盘55的圆形中心部分与基座元件52的外表面配合。在该圆形部分的圆弧上有偏心孔55a，控制杆54的凸起54b与该偏心孔55a配合。该连接盘在其外周部分还有连接部分55b，该连接部分55b与传动器元件配合。

前述结构的控制排气量的叶片调节机构51由与连接盘55的连接部分55b连接的传动器(未示出)驱动。当连接盘55转过给定的旋转角时，控制杆54的凸起54b旋转，固定叶片轴53a的控制杆54的另一端也旋转。这样，叶片轴53a作为轴旋转，并使涡轮导向器叶片元件53的角度改变。以这种方式驱动的叶片调节机构51可以调节涡轮增压器60的排气量，从而能最优化发动机的性能。

如图8和9所示，现有技术中控制排气量的叶片调节机构51需要以精确尺寸钻制在基座元件52中的叶片轴孔52c，该叶片轴孔52c用于安装涡轮导向器叶片元件53的叶片轴53a。在叶片调节机构51的制造过程中，必须很仔细地形成该孔52c。还有，因为叶片轴53a必须与叶片轴孔52c紧密配合，因此，粘在其表面上的排气中的微粒将使插入轴和叶片轴孔52c表面熔合起来，从而对使用寿命有不利影响。

现有技术的叶片调节机构51中有控制杆54和与该控制杆54铆接在一起的叶片轴53a。这需要多个部件，例如叶片轴53a(涡轮导向器叶片元件53)和控制杆54，这既增加了零件数量，也增加了装配步骤。正如前面所述，这些部件还必须进行高精度的机械加工。保证以正确位置(即正确的角度)将涡轮导向器叶片元件53装在控制杆54上也需要很高的精度。

在现有技术的叶片调节机构51中，连接盘55的孔55a和控制杆54的凸起54b之间也有同样的问题。

现有技术中，控制排气量以便能在涡轮增压器中多种状态下使用的叶片调节机构需要进行高精度的机械加工，这增加了它在制造时所需的工时和成本。此外，它有很多的部件，这使它的结构复杂，增加了制造时间，降低了生产效率和增加了成本。

发明内容

本发明是为了解决上述问题。本发明的目的是提供一种控制排气量的叶片调节机构，该叶片调节机构的部件数量更少、设计更简单，且它能稳定工作并有很好的耐用性。

为了实现这些目的，本发明的叶片调节机构有以下主要特征。在现有技术的叶片调节机构中，基座元件和连接盘的孔都是钻孔形成，而本发明采用U形凹口，从而省略形成通孔的钻孔步骤。在现有技术的控制排气量的机构中，调节叶片的部件和控制杆包含多个零件，而本发明采用单个部件，以便减少零件的数目。在现有技术的控制排气量的机构中，插入叶片控制杆元件中的插入轴是线性的，而本发明的插入通道的直径沿其长度方向变小，以便减小制造轴所需的加工精度。通过选用这些改进方式的一部分或全部，制造商能够减少所需的零件数量，简化机械结构，提高其工作稳定性和使用寿命，并能改进该叶片调节机构的装配方法。

本申请所公开的用于控制排气量的叶片调节机构包括：一具有短管形状的基座元件，该基座元件在排气方向的外表面上有第一凸缘，在排气方向的内侧有第二凸缘；位于基座元件的周围的多个叶片，这些叶片调节排气量；在基座元件的第二凸缘上的连接盘，该连接盘的内圆周边与基座元件的外周边以这样的方式配合，即该连接盘能自由旋转；以及与多个叶片和连接盘相连的多个叶片控制杆元件，这些叶片控制杆元件穿过基座元件中的叶片轴孔。

该机构有以下区别结构特征。基座元件包括内基座元件和外基座元件，该内基座元件有第一和第二凸缘，该内基座元件压入该外基座元件中，且在内基座元件或外基座元件的内表面上有多个从第一凸缘到第二凸缘的、等角度间隔的U形凹口，这样，当内基座元件压入外基座元件以便以叶片控制杆元件能自由旋转的方式堵塞U形凹口时，该U形凹口形成安装叶片控制杆元件的叶片轴孔。在本发明的装配方法中，与现有技术区别的特征也与上述特征相同。

当内基座这样压入外基座中时，各凹口的一部分被堵塞，因此，该凹口起到叶片轴孔的作用。换句话说，当外基座元件的内侧或内基座元件的外侧有凹口时，不需要穿孔步骤。而且，需要用扩孔钻头精加工的区域更少，因此，制造该机构的工作更简单。

叶片和叶片控制杆元件形成一整体件。实际结构中，它包括：位于第一凸缘顶部的叶片元件，每个叶片元件包括其表面垂直于第一凸缘表面的叶片；以及控制杆，各控制杆包括：叶片轴，该叶片轴从叶片元件向第二凸缘延伸，并接合一个凹口中；与该叶片轴相连的连接器，该连接器平行于第二凸缘的表面；以及凸起，该凸起与该连接器相连并垂直于第二凸缘的表面延伸。该叶片和控制杆形成一整体件。

通过使叶片元件和控制杆形成一单个部件，我们能减少零件数量，同时减少了装配步骤的数量。此外，我们还不需要确定控制杆和叶片元件的表面之间的正确角度，这减少了所需的工时。

连接盘在其整个周边有U形切口或凹口，叶片控制杆元件的凸起接合该切口或凹口。与在连接盘上形成孔的方法相比，本发明有很好的热变形强度，并易于制造。

叶片控制杆元件的叶片轴的中间部分有一狭小部分，该狭小部分的直径小于叶片轴端部的直径，这样能减小叶片轴与U形凹口接触的表面积，防止该叶片轴卡在U形凹口中。使叶片轴的中间部分变小不会使叶片轴与凹口表面的接触更少，这将不需要进行精加工，由此缩短制造时间。这还能防止零件被卡住。

附图说明

图1是本发明的变功率涡轮增压器的叶片调节机构的示意图；图1A是从叶片调节机构的连接盘看的视图，图1B是叶片控制杆的放大图；

图2是本发明的变功率涡轮增压器的叶片调节机构的沿图1中线B-B的剖面图；

图3所示为本发明的调节排气量的机构的基座元件。图3A是表示基座元件的第二凸缘侧的视图，图3B是沿图3A线C-C的剖面图，表示将内基座元件插入外基座元件中；

图4所示为本发明的调节叶片角度的机构的传动器叶片连接元件；图4A是从传动器叶片连接元件側面凸起看的视图，图4B是图4A的传动器叶片连接元件的侧视图；

图5所示为本发明的叶片调节机构的连接盘，图5A是连接盘的顶视图，图5B是沿图5A线D-D的剖视图；

图6所示为本发明另一优选实施例的叶片调节机构的连接盘；图6A是连接盘的顶视图，图6B是沿图6A线E-E的剖视图；

图7表示在装有现有技术中变功率涡轮增压器的发动机中叶片调节机构的位置；

图8是现有技术的变功率涡轮增压器的叶片调节机构的示意图；图8A是从叶片调节机构连接盘側看的视图，图8B是沿8A中的线A-A的剖视图；

图9是现有技术的变功率涡轮增压器的叶片调节机构的示意图；图9A是表示可变叶片和控制杆的放大图，图9B是表示叶片调节机构的叶片侧面的叶片防护盖。

具体实施方式

在这些附图中，1是一叶片调节机构，2是一基座元件，2A是一基座元件，2B是一外基座元件，2a是一第一凸缘，2b是一第二凸缘，2c是一凹口，3是一叶片控制杆元件，3A是一叶片，3B是一控制杆，3a是一叶片轴，3b是一连接器，3c是一凸起，3d是一缩小的部分，4是一连接盘，4a是一U形切口或凹口，4b是一传动部分。

在这一部分，我们将参考附图介绍本发明的几个优选实施例。在这些实施例中所介绍的部件的形状、相对位置和其它方面都不是对本发明的明确限定，本发明的范围并不限定于图示部件，图示部件仅仅是为了清楚说明。

下面将参考图1至6介绍本发明的控制排气量的叶片调节机构的一个优选实施例。

图1和2所示为本发明的控制变功率涡轮增压器排气量的叶片调节机构的结构示意图。图3所示为本发明的控制排气量的机构的基座元件。图4所示为本发明的控制排气量的机构中的、用于调节叶片角度的叶片控制杆元件。图5和6所示为本发明的控制排气量的机构中的连接盘。

图1至图6中，1是控制本发明的排气量的叶片调节机构，叶片调节机构1有控制排气量的叶片，该排气使涡轮叶片旋转。该机构装于未示出的涡轮增压器内，其结构将在下面介绍。

2是基座元件，其形状为短管形。如图2所示，该基座元件2包括内基座元件2A和外基座元件2B，该内基座元件2A形成基座元件的内侧部分，内基座元件2A压入该外基座元件2B内。

外基座元件2B在其一侧表面上有凸缘2a，在相对侧表面上有第二凸缘2b。在本实施例中，外基座元件2B在其内表面上有等角度间隔的U形凹口2c，该凹口2c从凸缘2a一直到凸缘2b。在外基座元件2B中，凸缘2a、凸缘2b和凹口2c都由一单件材料制成。

如图3所示，当内基座元件2A压入外基座元件2B时，外基座元件2B上的凹口2c的开口端被内基座元件2A的外表面覆盖。因此，当内基座元件2A和外基座元件2B装配好后，凹口2c形成叶片轴孔。这样的机械结构不需要进行钻孔工序。

如图4所示，3是叶片控制杆元件。在它的一端是叶片3A，另一端是改变叶片3A表面的角度的控制杆3B。这两端形成作为一单个部件。在叶片控制杆元件3中，形成叶片控制杆元件的一端部的叶片3A置于凸缘2a的顶部，这样，叶片表面垂直于该凸缘。叶片表面的角度通过控制杆3B而旋转变化。

在叶片控制杆元件3中，在该元件的一端的控制杆3B包括：叶片轴3a，该叶片轴3a装入凹口2c中并从凸缘2a延伸到凸缘2b；连接器3b，该连接器3b从叶片轴3a的端部平行于凸缘2b延伸；以及凸起3c，该凸起3c从连接器3b的端部垂直于凸缘2b延伸。

在叶片轴3a的中部是缩小的部分3d，该部分3d的直径小于轴端部的直径。缩小的部分3d减少了轴与凹口2c相接触的接触面积，并能防止该轴被卡在凹口中。该可变叶片控制杆3形成有叶片3A和控制杆3B中的叶片轴3a、连接器3b及凸起3c，它们都形成作为一单件元件。

4是连接盘，其内圆周边与内基座元件2A的外边缘以该连接盘能自由旋转的方式配合。例如，该连接盘4如图5所示，在其整个外周边有从一侧延伸到另一侧的U形切口4a，凸起3c插入该U形切口4a中。

对于另一优选实施例，在图6所示的连接盘4中，插入凸起3c的U形凹口4a，通过在该盘的背面施加压力而冲孔制成。连接盘4的外周边有传动部分4b，该传动部分4b与传动器(未示出)配合，以便使连接盘4旋转。

在图5所示连接盘4中，在形成传动部分4b的部分上有孔，而不是切口4a。不过，当传动部分4b被置于没有切口4a的盘的部分上时，在连接盘4的整个外周边可以有切口。

5是叶片3A的防护盖。(见图2)防护盖5成角度形状。通过连接硬件5a装在凸缘2a上，且在防护盖和凸缘之间有间距，该间距稍微大于叶片3a的宽度。

当控制涡轮增压器排气量的叶片调节机构的结构如上所述时，由于其装配方法，因此它的工作过程如下。当传动部分4b由传动器(未示出)驱动旋转一定角度时，连接盘4将旋转同样角度。

当连接盘4旋转时，叶片控制杆元件3的控制杆3B上的凸起3c插入连接盘4的凹口4a中，因此也旋转。连接器3b也将旋转，使得叶片轴3a绕其轴旋转。当叶片轴3a绕其轴旋转时，将改变叶片控制杆元件3中的叶片3A表面的角度。这将调节流入内基座元件2A中的排气量。

下面，我们将根据本发明实施例的控制排气量的叶片调节机构1，与如图8和9所示的现有技术机构51的区别来介绍本发明的效果。

(1)在现有技术的控制排气量的叶片调节机构51中，叶片轴孔52c是采用直径稍微小于涡轮导向器叶片元件53的叶片轴53a的直径的钻头而在基座元件52上形成。这样，现有技术的控制排气量的机构51需要钻的叶片轴孔52c的数量与涡轮导向器叶片元件53的数量相等，这需要相当多的工时。因为与孔52c配合的叶片轴53a的表面需要高精度加工，这甚至需要更多的工时。

相反，本发明的控制排气量的叶片调节机构1，在基座元件2的外基座元件2B上有从凸缘2a延伸到凸缘2b的凹口2c。当内基座元件2A压入外基座元件2B时，凹口2c的开口端由内基座元件2A的外表面堵塞。因此，该凹口能起到叶片轴孔的作用，其在三点支承叶片控制杆元件3的叶片轴3a。

因此，在本发明的控制排气量的叶片调节机构1中，凹口2c可以通过对坯件拉孔或冷锻而制成。如前所述，当内基座元件2A压入外基座元件2B时，凹口2c能起到叶片轴孔的作用，其在三点支承叶片轴。这减少了加工的工时，并且使得叶片轴3a卡在由内基座元件2A和凹口2c构成的叶片轴孔内的可能性减小。

(2)在现有技术的控制排气量的叶片调节机构51中，涡轮导向器叶片元件53的叶片轴53a是线性的，它们与控制杆54铆接。这样，在现有技术的控制排气量的叶片调节机构51中，(涡轮导向器叶片元件53的)叶片轴53a和控制杆需要多个零件。这既增加了零件数量，也增加了装配步骤的数量。而且，正如上面所述，轴的加工需要很高精度，增加了制造的工时和成本。

相反，在制造本发明的控制排气量的叶片调节机构1的叶片控制杆元件3时，在叶片3A和控制杆3B中的各叶片轴3a、连接器3b和凸起3c可以锻造形成一单件。这样，本发明的控制排气量的叶片调节机构1所需的零件数量更少，从而减少了装配步骤。而且，调节控制杆3B与叶片3A的安装角度的工作也可以省略，这显著减少了所需的工时。

(3)在现有技术的控制排气量的叶片调节机构51中，连接盘55的孔是真正的孔，控制杆54的凸起54b装入该孔中。这样，现有技术的控制排气量的机构51需要具有与涡轮导向器叶片元件53的相同数量的孔55a，这需要相当多的加工工时。由于凸起54b和孔55a的表面彼此接触，需要进行高精度的精加工，因此，它们需要更多的工时进行生产。

相反，本发明的控制排气量的叶片调节机构1有环绕连接盘4的等间距凹口4a，叶片控制杆元件3的控制杆3B的凸起3c插入该凹口4a。因为本发明的控制排气量的机构1中的凸起3c装配入连接盘4的凹口4a中，而不是装入真正的钻孔中，因此该部件更耐热变形，同时更易于机加工。

因此，本发明的控制排气量的叶片调节机构1与现有技术相比，需要的零件更少，结构更简单，且所需的精加工步骤更少。因此能以更少的时间、更高的生产率和更低的成本生产。

本发明并不局限于所述实施例，而是可以有各种变化形式。例如，在上述实施例中，凹口2c在外基座元件2B的内周边上，内基座元件2A压入安装部分。不过，凹口2c也可以在内基座元件2A的外周边上，该内基座元件2A压入内周边没有凹口2c的外基座元件2B中。这可以获得与前述结构相同的工作效果。

如前所述，本发明的控制排气量的叶片调节机构有沿安装部分的内周边或内基座元件的外周边上等间距布置的U形凹口。当内基座元件压入该安装部分时，该凹口起到叶片轴孔的作用。这样可以节省钻孔所需的工时，且需要精加工的区域更小。因此，加工更容易完成，且控制杆插入凹口中的部分被卡住的可能性非常小。

在本发明的控制排气量的叶片调节机构中，包括叶片部分、轴、连接器和凸起的叶片整个制成一单个部件，该叶片部分作为可变叶片，有与第一凸缘的表面垂直的表面。这样就减少了零件数量和装配步骤的数量。也节省了调节叶片与控制杆的相对角度所需的工时。

在本发明的控制排气量的叶片调节机构中，连接盘的外周边上有U形凹口，该U形凹口从连接盘的一侧表面延伸到另一侧表面，叶片控制杆元件中的控制杆的凸起接合该U形凹口中。这节省了在盘上钻孔的工时，且生成的产品很少出现热变形，并易于加工。

在本发明的控制排气量的叶片调节机构中，各叶片控制杆元件的叶片轴的中间部分穿过凹口，该中间部分是变小的。这减小了轴与凹口接触的表面积，缩短了零件精加工所需的时间，并防止两零件产生卡死现象。

Claims (5)

1.一种用于变功率涡轮中以控制排气量的叶片调节机构，该叶片调节机构包括：

具有短管形状的基座元件，所述基座元件在排气方向的外侧表面上有第一凸缘，在相对于排气方向的内侧有第二凸缘；

其中，所述基座元件包括内基座元件和外基座元件，该内基座元件有所述第一和第二凸缘，所述内基座元件插入该外基座元件中；

位于所述基座元件的周围的多个叶片，用于调节排气量；

具有内圆周边的连接盘，该连接盘的内圆周与所述基座元件的外周边，以该连接盘能自由旋转的方式配合；

与所述多个叶片和所述连接盘相连的多个叶片控制杆元件，其中所述叶片控制杆元件穿过所述基座元件中的叶片轴孔；以及

在所述内基座元件或外基座元件的内表面上，有多个从所述第一凸缘到第二凸缘的、等角度间隔的U形凹口，这样，当所述内基座元件插入所述外基座元件、以便以所述叶片控制杆元件能自由旋转的方式堵塞所述U形凹口时，所述U形凹口形成为安装所述叶片控制杆元件的所述叶片轴孔。

其中，每个所述叶片控制杆元件的叶片轴的中间部分有一狭小部分，该狭小部分的直径小于所述叶片轴端部的直径，这样能减小叶片轴与所述U形凹口接触的表面积，防止所述叶片轴卡在所述U形凹口中。

2.根据权利要求1所述的叶片调节机构，其中所述内基座元件的外圆周表面与所述连接盘的圆形中心部分，以所述连接盘能自由旋转的方式配合。

3.根据权利要求1所述的叶片调节机构，其中每个所述叶片和所述相应的叶片控制杆元件形成一整体件。

4.根据权利要求1所述的叶片调节机构，其中所述连接盘在其整个外周边上有U形凹口，所述叶片控制杆元件的凸起接合入该凹口。

5.一种用于变功率涡轮中以控制排气量的叶片调节机构的装配方法，所述叶片调节机构包括：

具有短管形状的基座元件，所述基座元件在排气方向的外侧表面上有第一凸缘，在相对于排气方向的内侧有第二凸缘；

位于所述基座元件的周围的多个叶片，用于调节排气量；

具有内圆周边的连接盘，该连接盘的内圆周边与所述基座元件的外周边，以所述连接盘能自由旋转的方式配合；以及

与所述多个叶片和所述连接盘相连的多个叶片控制杆元件，

所述装配方法包括以下步骤：

在所述内基座元件的外表面和所述外基座元件的内表面的一个上，提供多个等角度间隔的U形凹口，其中每个U形凹口从第一凸缘到第二凸缘延伸，这样，所述U形凹口形成安装所述叶片控制杆元件的叶片轴孔；

分别将所述叶片控制杆元件定位于所述U形凹口；以及

将所述内基座元件插入所述外基座元件，以便以所述叶片控制杆元件能自由旋转的方式堵塞所述U形凹口，其中，每个所述叶片控制杆元件的叶片轴的中间部分有一狭小部分，该狭小部分的直径小于所述叶片轴端部的直径，这样能减小叶片轴与所述每个U形凹口接触的表面积，防止所述叶片轴卡在所述每个U形凹口中。

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