[发明专利]一种涡轮增压器可变喷嘴环及其装配方法

说明书

技术领域

本发明属于机械领域，尤其是涉及一种涡轮增压器可变喷嘴环及其装配方法。

背景技术

涡轮增压器是与内燃式发动机结合使用的装置，用于通过压缩输送到发动机进气口的空气以便与燃料混合并在发动机中燃烧来增大发动机的功率输出。涡轮增压器包括安装在压缩机壳体中压缩机叶轮和安装在涡轮机壳体中的涡轮。其中，涡轮机壳体与压缩机壳体分开地形成，并且还有另一个中间壳体连接在涡轮机壳体和压缩机壳体之间，用于轴承的安装。涡轮机壳体限定出包围涡轮的大致环形流道。涡轮机组件包括流道通到涡轮中的喷嘴。排气从流道通过该喷嘴流到涡轮，并驱动涡轮转动。涡轮机带动同轴连接的压缩机转动。空气经过压缩机叶轮被压缩，然后从壳体出口连接到发动机进气口。

在利用涡轮增压器来助推发动机性能方面的一个挑战是在发动机的整个工作范围内实现期望大小的发动机功率输出。已经发现，利用固定喷嘴尺寸的涡轮增压器通常不容易达到该目的，因此在对涡轮增压器提供的助推量提供更大程度的控制这一目的的驱使下，已经研发出了可变喷嘴尺寸的涡轮增压器。一种类型的可变尺寸涡轮增压器是可变喷嘴涡轮增压器(VNT)，其包括涡轮机喷嘴中的一组可变叶片。这些叶片可转动地安装在喷嘴环中并连接于使得叶片角度能够改变的驱动机构。改变叶片的设定角度对改变涡轮机喷嘴中的有效流动面积具有影响，因此能够通过控制叶片相对位置来调节流向涡轮的排气流动。通过这种方式，能够调节涡轮的功率输出，这使得与利用固定喷嘴尺寸的涡轮增压器所通常能够实现的相比，能够在更大程度上控制发动机功率的输出。

一般地，可变叶片组件包括喷嘴环，该喷嘴环以可以旋转的方式支撑与喷嘴环的一个面临近的叶片。叶片具有延伸穿过喷嘴环中的安装孔的转轴，并且叶片摇臂刚性地固定于该轴体的伸出超过喷嘴环的相反面的端部。因此，能够通过使叶片摇臂旋转而使叶片绕由所述转轴限定的轴线旋转，从而改变叶片的设定角。

可变喷嘴组件另一面由于零部件数量众多，并且加工精度要求极高，装配工艺复杂，产品的可靠性受到了严格考验，目前可变喷嘴技术在柴油机涡轮增压器上应用广泛，但是当面临温度更高的汽油机涡轮增压器时，目前的设计结构已无法保证产品的可靠性及一致性，同时，现有柴油机涡轮增压器上的可变喷嘴环也由于其复杂的工艺导致零部件成本居高不下。

现有叶片组件式的可变喷嘴环设计，其叶片与摇臂均采用分开生产加工，再进行组装，装配采用焊接或者铆接，这种设计结构具有以下缺点：

1、叶片与摇臂分开设计，很大程度上增加了零部件数量，降低了可靠性；

2、叶片与摇臂一般采用焊接或者铆接工艺进行装配，多少个叶片就需要焊接/铆接多少次，增加了装配难度，同时也增加了装配时间，提高了产品的成本；

3、叶片与摇臂的装配角度主要靠工装保证，工装本身存在较大误差，故装配完成后存在叶片与摇臂的角度一致性较差的问题，会导致各叶片开度不一致，从而引起增压器性能波动。

发明内容

本发明提供一种新的结构、工艺都更简单的可变喷嘴组件，通过降低零部件数量，简化零部件生产及装配工艺，达到降低零部件成本，提高零部件可靠性的目的。本发明是通过以下技术方案实现，一种涡轮增压器可变喷嘴环，包括一体成型的叶片组件、喷嘴内环和喷嘴外环；叶片组件的一端为叶片，中间为转轴，另一端为摇臂，摇臂通过转轴带动叶片运动；喷嘴外环套设在喷嘴内环外，使得喷嘴外环的内壁上的半圆形凹槽与喷嘴内环的外壁上的半圆形凹槽组合成圆形通孔；转轴匹配设置在圆形通孔中，叶片和摇臂分别伸出圆形通孔的两端。叶片组件的数量可以根据不同的增压器机型进行匹配计算得出，可以是9个，也可以是11个，或者其他任意合适的数量；同一个涡轮增压器可变喷嘴环上所有叶片组件具有相同的形状及尺寸，各叶片组件装配完成后首尾相连，通过前一个叶片组件尾端与后一个叶片组件的前端之间的开度控制通过的废气量及废气角度。叶片为气流提供导向作用，叶片可以设置为不同的形状，可以为平面，也可以为曲面。叶片的长度及叶片的高度需要根据增压器的进气量计算得出，要使废气对涡轮做功效率最大化。转轴与叶片相连接为一体，为叶片开闭提供转动支撑。优选地转轴呈圆柱状。摇臂为叶片转动提供驱动力，摇臂一端与转轴相连接为一体。