一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环的叶片组件、喷嘴环的制作方法

1.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的叶片组件、喷嘴环。


背景技术：

2.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，在两个圆环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，在圆环盘间有一组叶片，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孔贯穿安装盘，在叶杆端部设有一组拔叉，拔叉的一端与叶杆相连接，拔叉另一端与一个圆环状的拔动盘上的孔或槽等间隙配合，当拔动盘做圆周方向拔动时，带动拔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。
3.以叶片、叶杆统称为叶片组件，叶片组件是涡轮增压可变截面喷嘴环中的主要部件之一，喷嘴环工作在发动机排出的尾气中，同时承受高温高压和颗粒物的冲击，而叶杆做为旋转轴带动叶片旋转。由于发动机的排气温度非常高，所以在运动部件如叶杆上无法使用润滑剂等进行润滑，叶杆在安装盘的孔内旋转时与孔内壁发生滑动摩擦，摩擦力大，磨损快。
4.现有技术中叶片的叶杆一般加工成圆柱状，为了减小摩擦力，有一些叶杆在中间部位会去掉部份作为避空，如图1为现有技术中的单头叶片组件的结构示意图，叶片设置在叶杆端部，叶杆上设有用于减少摩擦力的避空；为了使叶片更稳定，有部份叶片组件的叶片安装在叶杆中部，叶杆分别穿过安装盘和后盖盘面上的孔支撑叶片在工作时旋转，如图2为现有技术中的双头叶片组件的结构示意图。
5.现有的喷嘴环叶片叶杆存在如下缺点：
6.叶杆为圆柱形，在与安装盘或后盖的圆柱形的孔内壁接触时均为线接触，虽然有的叶杆中间去掉一段进行避空，但接触线段较长，接触面大，还是会有摩擦力大，转动不灵活或卡死的风险，特别是在高温环境下，接触面越大，叶杆与孔的磨损越快，而且线接触的叶杆与孔间如果间隙过小，且有微小颗粒物进入孔隙时，阻力将迅速增大，造成剧烈摩擦、卡滞，同时，这种结构对单头叶片组件中叶杆加工的圆度、直线度和对双头叶片组件中双头叶杆加工时的同轴度、圆度、直线度要求非常高，一旦叶杆的圆度不好，变成椭圆，或叶杆加工精度较差、发生轻微变形等造成直线度较差，其在孔内的旋转会受到更大阻力并且会造成旋转不畅、卡滞以及加快磨损。
7.双头叶片组件中叶杆一端穿过安装盘孔，一端穿过后盖孔，如果叶杆两端不同轴，或者两个盘的孔不同轴，直线段的接触有很大概率会由原来的2个接触点1变为4个接触点1或者3个接触点1，多点接触造成卡滞，如图3所示为双头叶片组件中叶杆倾斜后的受力示意图，存在4个受力点01。双头叶片组件对安装盘和后盖的孔要求同轴的同时，也对叶杆的同
轴和圆度有很高的要求，加工的成本也非常高，而达到完全的同轴状态是非常困难的，因此这种圆柱形的双头叶片组件结构卡滞的风险非常高。


技术实现要素：

8.本公开针对现有技术中，叶杆与安装盘孔、后盖孔间的摩擦力大、磨损快，尾气中微小颗粒物的干扰及加工误差加剧摩擦、造成叶杆卡滞的问题，提供一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环的叶片组件、喷嘴环。本发明对叶杆形状进行优化，使可变截面喷嘴环叶片组件更灵活，在运动时的摩擦力和损耗更小，降低加工要求、避免叶杆运动时有颗粒物进入孔隙造成卡滞或由于加工精度问题造成卡滞。
9.本公开的构思之一在于，通过在叶杆周向设置弧面，弧面相对相邻部分向外凸出，使弧面与安装盘和/或后盖的孔相连接产生点摩擦，相比现有技术中柱状叶杆的外圆周面与孔线接触，弧面具有避空功能，摩擦接触面积更小，叶杆与安装盘孔和/或后盖孔间的摩擦力和损耗更小，弧面的避空使喷嘴环能够避免因为尾气中微小颗粒物的干扰导致的叶杆卡滞问题；此外，弧面相对相邻部分向外凸出，即使叶杆不同轴或倾斜时，叶杆与孔的接触线段较少，大大降低了卡滞风险，这就意味着，叶杆本身的同轴度、圆度、直线度容许相对较大的加工误差，以及叶杆与后盖的孔、安装盘的孔两者间的同轴度也允许一定范围的加工误差，实现了降低加工要求，叶片组件更灵活的效果。
10.本公开的另一构思在于，所述弧面环绕叶杆一周形成一圈弧形凸起，整圈的弧面较易加工。
11.本公开的另一构思在于，所述弧面还可以沿叶杆周向设置为多段，每段弧面基本呈圆弧凸起，或呈球状凸起，其中至少两段弧面处于叶杆同一高度的外周面上，相比设置为整圈的弧形凸起，多段式凸起进一步降低了接触面积，摩擦力更小，并且在轴向上留出了供孔隙内颗粒物排出的空间，防卡滞效果更好。
12.本公开提供一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环的叶片组件，包括叶片和叶杆，所述叶杆用于带动叶片旋转，叶杆与安装盘和/或后盖对应的孔相连接，并且所述叶杆上至少设有一个相对相邻部分向外凸出的弧面，弧面环绕叶杆周向设置，弧面至少部分处于孔内。
13.在一些实施例中，叶片组件为单头，所述叶片安装在叶杆的端部，叶杆安装在安装盘的孔内，弧面至少部分处于安装盘的孔内。弧面能减少叶杆在运动时的摩擦力和损耗。
14.在一些实施例中，叶片组件为双头，叶片安装在叶杆中部，叶杆分别穿过安装盘和后盖盘上的孔支撑叶片在工作时旋转，弧面至少部分处于安装盘的孔和/或后盖的孔内。双头叶片组件的叶杆因加工精度和颗粒物干扰，会因不同轴导致卡滞，而弧面结构的设置对于双头叶片组件的防卡滞效果明显。
15.进一步的，对于弧面沿叶杆轴向的分布长度、弧度大小、沿叶杆轴向或周向设置为一段或多段并不必作具体限定，厂家可以根据喷嘴环的产品特性、加工成本等条件进行灵活的设计。不同的弧面都可以减小叶杆与孔的接触线段，把原来的线接触变为点接触，从而减少摩擦、降低加工要求、避免叶杆运动时有颗粒物进入孔隙造成卡滞或由于加工精度问题造成卡滞。
16.本公开还可以提供喷嘴环，其包含所述的一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环的
叶片组件，还包括安装盘和后盖，该喷嘴环的叶杆与孔之间点接触，有助于产品的快速磨合，提早进入使用的稳定期。
附图说明
17.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。
18.图1：现有技术中的单头叶片组件的结构示意图；
19.图2：现有技术中的双头叶片组件的结构示意图；
20.图3：现有技术中双头叶片组件中叶杆倾斜后的受力示意图；
21.图4：本公开提供的第一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环的叶片组件；
22.图5：本公开提供的第二种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环的叶片组件；
23.图6：本公开提供的第三种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环的叶片组件；
24.图7：本公开提供的第四种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环的叶片组件；
25.图8：本公开提供的一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环的叶片组件的受力示意图；
26.图9：本公开提供的一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环的叶片组件的另一受力示意图；
27.其中，01、受力点；1、接触点；2、叶片；3、叶杆；4、弧面。
具体实施方式
28.下面结合附图，对本公开作详细的说明。
29.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。
30.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的叶片组件，包括叶片2和叶杆3，叶杆3与叶片2连接，叶杆3可相对安装盘旋转，以带动叶片2旋转。叶杆3与安装盘和/或后盖对应的孔相连接，并且所述叶杆3上至少设有一个相对相邻部分向外凸出的弧面4，弧面4环绕叶杆3周向设置，弧面4至少部分处于孔内。
31.叶杆3旋转时弧面4与孔内壁点接触，在高温环境下，接触面越大，叶杆3与孔的磨损越快，点接触相比传统柱状叶杆3的线接触，接触面积小，使叶杆3在运动时的摩擦力和损耗更小。
32.传统柱状叶杆3加工精度较差导致圆度不好，变成椭圆，或，发生轻微变形造成直线度较差时，叶杆3在孔内的旋转会受到更大阻力并且会造成旋转不畅、卡滞以及加快磨损，而使用弧面4作为接触点1，能够降低对叶杆3的加工精度要求，并且点接触有助于叶杆3与孔的快速磨合，使喷嘴环提早进入使用的稳定期。
33.喷嘴环工作在发动机排出的尾气中，同时承受高温高压和颗粒物的冲击，有异物颗粒进入孔隙时，由于是点接触，且叶杆3上有更多的避让空间，可最大限度减小卡滞和阻
力增大的发生。
34.能够理解的是，做为耐温更高的汽油机喷嘴环的结构设计，该叶杆3的结构同样适用于目前的柴油机可变截面喷嘴环。
35.实施例二、作为实施例一的进一步细化，如图4所示，本公开提供的一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环的叶片组件，包括叶片2和叶杆3，本实施例中叶片组件为单头叶片组件，即叶片2安装在叶杆3的端部，叶杆3安装在安装盘的孔内，叶杆3两端分别连接有叶片2和拨叉。
36.叶杆3基本为圆柱状，叶杆3上设有一整段弧面4，结构简单易加工。
37.沿着叶杆3周向，弧面4包络整个圆柱面，即，弧面4环绕叶杆3一周形成一圈弧形凸起，并且弧面4的上下两边与叶杆3其他部分自然衔接，整圈的弧面4较易加工。
38.沿叶杆3轴向，弧面4的长度可以大于等于安装盘的孔的深度，也可以小于安装盘的孔的深度，只要弧面4部分重叠在孔内即可起到降摩擦与防卡滞的作用。
39.实施例三、基于实施例二，本公开再提供一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环的叶片组件，包括叶片2和叶杆3，所述叶杆3上至少设有一个相对相邻部分向外凸出的弧面4，弧面4环绕叶杆3周向设置，弧面4至少部分处于孔内。
40.弧面4沿叶杆3周向设置为多段，单段弧面4基本呈圆弧凸起，或呈球状凸起，其中至少两段弧面4处于叶杆3同一高度的外周面上。此处多段指两段及以上。
41.弧面4沿叶杆3周向设置为多段相对包络整个圆柱面，进一步降低了接触面积，摩擦力更小，并且在轴向上留出了供孔隙内颗粒物排出的空间，防卡滞效果更好。
42.实施例四、基于实施例二，本公开又提供一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环的叶片组件，包括叶片2和叶杆3，弧面4沿叶杆3轴向设置为多段，此处多段指两段或以上。
43.图5、图6所示分别为两种单头叶片组件。
44.图5中，弧面4沿叶杆3轴向设置为上下两段，上下两段弧面4沿轴向分布长度不同，且两段弧面4分别沿叶杆3的不同高度包络叶杆3的外圆周面；图6中，弧面4沿叶杆3轴向设置为上下两段，上下两段弧面4大小形状相同，两段弧面4分别沿叶杆3的不同高度包络叶杆3的外圆周面。叶杆3结构简单、易加工。
45.图5、图6所示叶杆3结构可以根据旧有的，如图1所示，在中间部位去掉部份作为避空的叶杆3改造加工得到，改造方式简单，改造成本低。
46.能够理解的是，由于弧面4本身具备较好的避空功能，现有技术中，叶杆3中部的一圈内凹避空可以保留，也可以直接省去。直接省去一圈内凹避空的优点是相对减少了加工步骤，降低了生产成本，保留内凹避空则避空功能更好，减少卡滞效果更好，并且，由于弧面4的凸起是相对叶杆3的相邻部位而言的，内凹避空能使弧面4在沿叶杆3轴向的方向上，更易加工出相对较大的弧度。
47.此外，本实施例可以与实施例三结合形成其他实施例，例如，叶杆3沿轴向设置上下两段弧面4，上段弧面4为一圈间隔分布的圆弧凸起，下段弧面4为包络外周面的整圈弧状凸起。
48.对于弧面4沿叶杆3轴向的分布长度、弧度大小、沿叶杆3轴向或周向设置为一段或多段并不作具体限定，厂家可以根据喷嘴环的产品特性、加工成本等条件进行灵活的设计。
49.实施例五、基于实施例一，本公开提供的还一种汽油机涡轮增压可变截面喷嘴环
的叶片组件，包括叶片2和叶杆3，叶片2与叶杆3连接。本实施例中叶片组件为双头叶片组件，即为了使叶片2更稳定，叶片2安装在叶杆3中部，叶杆3分别穿过安装盘和后盖盘上的孔支撑叶片2在工作时旋转，所述叶杆3上至少设有一个相对相邻部分向外凸出的弧面4，弧面4环绕叶杆3周向设置，弧面4至少部分处于孔内。
50.如图3所示，现有技术中，由于必然存在的加工精度误差，会出现叶杆3两端不同轴，或者两个盘的孔不同轴的情况，叶杆3外周面与安装盘的孔或后盖的孔间的受力点01(同接触点1)有很大概率会由原来的2个受力点01变为3个、4个受力点01，多点接触摩擦力大造成卡滞，这使得双头叶片组件对安装盘和后盖的孔要求同轴的同时，也对叶杆3的同轴和圆度有很高的要求，加工的成本也非常高，而达到完全的同轴状态是非常困难的，因此这种圆柱形的双头叶片组件结构卡滞的风险非常高。
51.在叶杆3外周面设置弧面4后，叶杆3与安装盘孔和\或后盖孔间的接触点1由圆柱面变为弧面4，从线接触变为点接触，优点有：不仅能降低对圆度和直线度的加工要求，而且能降低对同轴度的要求。
52.本实施例中，可以仅在叶杆3与安装盘的孔的连接处设置弧面4，也可以仅在叶杆3与后盖的孔的连接处设置弧面4，都能够起到减少接触点1，降低旋转阻力的作用，但是，叶杆3位于叶片2的两边分别设置有弧面4时，防卡滞效果比仅在一个连接处设置弧面4更好。
53.作为优选的，如图8所示，叶杆3在叶片2的上下两侧分别设有弧面4，使得叶杆3与安装盘孔和后盖孔间的接触点1都由圆柱面变为弧面4，则无论叶杆3是否倾斜，叶杆3与安装盘、后盖均处于2点接触状态而不会造成卡滞，如图8、图9所示。
54.沿叶杆3轴向，所述弧面4的长度可以大于等于孔的深度，此时弧面4相对较长，更易加工，沿叶杆3轴向所述弧面4的长度也可以小于孔的深度，则整个弧面4位于孔内，增设的弧面4不会干绕喷嘴环在孔外的任何结构。
55.结合实施例二至四，本实施中对于弧面4沿叶杆3轴向的分布长度、弧度大小、沿叶杆3轴向或周向设置为一段或多段、是否设置内凹避空并不作具体限定，厂家可以根据喷嘴环的产品特性、加工成本等条件进行灵活的设计，其中优选的，如图7、图8所示，叶杆3沿叶片2的上下两侧分别设置整圈的环状凸起，叶杆3结构简单，加工方便。
56.作为改进的，叶杆3靠近后盖的端部可直接加工为球状或圆弧面4，省略了端部的一段柱面，进一步简化叶杆3结构，降低加工成本。
57.实施例六、基于实施例一至实施例五任一实施例，本公开提供一种喷嘴环，其包括一个圆环状的安装盘和一个圆环状的后盖，在两个圆环盘间有一组定距支撑元件使两个圆环盘保持一定距离并尽可能平行，叶片2垂直于盘面，呈周向分布在两个圆环盘中间并互相呈一定夹角，叶片2连接叶杆3，叶杆3穿过安装盘上的一组周向分布的孔贯穿安装盘，在叶杆3端部设有一组拔叉，拔叉的一端与叶杆3相连接，拔叉另一端与一个圆环状的拔动盘上的孔或槽等间隙配合，当拔动盘做圆周方向拔动时，带动拔叉和叶片2转动一个角度，使相邻叶片2间的夹角改变，发动机排气流过叶片2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2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。
58.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。