[发明专利]可变截面喷嘴环及控制方法和工艺方案

说明书

技术领域:

本发明涉及一种可变截面喷嘴环及其控制方法和工艺方案。

背景技术:

  车用废气涡轮增压器的使用，在近十年在国内有了长足的发展。随着客户要求的不断提高、国内对环境要求的不断严格化、涡轮增压器设计技术的不断改进，根据车辆使用的实际状况，采取可变截面喷嘴环技术已经成为必然之路。众所周知，车辆在路面实际行驶过程中，随着道路状况的变化（特别是在城市内交通状况），车辆的实际行驶速度常常处于低速状态下。然而，在车用涡轮增压器设计过程中，为了充分发挥发动机的效率以及安全性原则，必然将涡轮增压器的设计最高转速设定在发动机满负荷的状态下。同时，涡轮增压器在与发动机匹配过程中，通常将压气机的最高效率设定在满负荷状态时70-80%位置。由于涡轮增压器的实际转速与发动机所排出的废气流量（也就是通常说的发动机待速）以及温度有直接关系。因此，在发动机低速工作状况下，低排量的废气直接导致涡轮增压器的转速同样处于低速状态下，这将直接影响到涡轮增压器的正常工作（压气机端出口无法形成较高压气的空气），因此大大影响了涡轮增压器在发动机低速状态下的工作效率。

    根据这一状况，专业生产厂家特别设计了可变截面的喷嘴环结构。该结构的原理是：当发动机在低速状态下工作时，通过减小增压器喷嘴环的出气口面积，以达到涡轮端在低流量状态下降低喷嘴面积增加气体压强，提高涡轮转子的工作转速，增加压气机端出气口的气体压力，借以改善发动机低速状态下涡轮增压器的工作效率。

目前常用可变截面喷嘴环的设计结构通常有以下两种结构方式：

1.    通过调整喷嘴环叶片的压力角，以改变喷嘴环叶片出气口的实际流通直径（也就是我们通常所说的φd值），而改变喷嘴环的出气口面积。以达到随着发动机转速的大幅度降低，涡轮转子的转速不会随之发生降低（在一定程度范围内），从而提高发动机低速状态下涡轮增压器的效率。该结构的可变截面喷嘴环，在设计过程中，由于喷嘴环叶片需要具备旋转功能，因此叶片旋转轴与喷嘴环叶片座孔设计为小间隙配合状态，确保喷嘴叶片的旋转功能顺利进行，同时必须避免由于间隙偏大导致的喷嘴叶片产生翘曲而无法旋转。然而，增压器涡轮端在正常工作状态下，由于发动机排出的燃气废气温度通常在600度左右（柴油发动机的排气温度），这样喷嘴环在实际工作状态下的温度在500-550度左右，在如此高的温度状况下，由于喷嘴环部件中每个部位的材料以及结构不同，热膨胀系数的不同，使得喷嘴环叶片旋转轴的实际变形量难以达到一个确定值，这样对于旋转轴与孔的间隙值控制要求大幅度提高，在大批量生产条件下（车用涡轮增压器必然处于大批量生产状况），该结构的稳定性以及可靠性随之降低（当然可以通过严格控制增加成本以提高稳定性和可靠性）。

2.    通过改变喷嘴环出气口高度，以改变喷嘴环的出气口面积，借以达到上叙功能。这一结构有两个关键零件，即：喷嘴环叶片座和导向圈。目前市场拥有的该设计结构的可变截面喷嘴环，喷嘴环叶片座采取的是整体铸造，然后通过铣削喷嘴环叶片轮廓，以满足喷嘴环叶片与导向圈内的间隙值要求（也就是喷嘴环叶片设计轮廓度要求）。大家知道，该喷嘴环由于工作温度非常高，所以设计采用的材料为铸造式高温合金，该材料的切削性能非常差，导致该叶片座加工时间以及周期长，难以满足大批量生产方式。

发明内容：

为了解决这一问题，本发明的目的在于提供一种可变截面喷嘴环及其控制方法和工艺方案，该可变截面喷嘴环结构简单、设计合理，有利于降低制作成本和提高可变截面喷嘴环使用的稳定性以及可靠性。

本发明可变截面喷嘴环，其特征在于：包括喷嘴环和均布在喷嘴环上的喷嘴环叶片，在喷嘴环叶片外围套设有一相对喷嘴环侧面靠近或远离的导向环。

进一步的，上述喷嘴环上固定连接有两调节杆，所述两调节杆端部连接在一U型拨叉上，所述U型拨叉的中断后侧穿设在一摇转臂上。

进一步的，上述摇转臂由电机驱动，在发动机转速降低时，电机驱动摇转臂使喷嘴环在U型拨叉作用下靠近导向环；在发动机转速增加时，电机驱动摇转臂使喷嘴环在U型拨叉作用下远离导向环。

进一步的，上述喷嘴环材料为316L，喷嘴环叶片采用粉末高温合金材料，喷嘴环叶片与喷嘴环通过铆接方式固定。