专利名称：用于制造涡轮增压器所用的可变叶片机构的方法
技术领域：
本发明涉及用于制造如以上总体所述的涡轮增压器的涡轮所用的可变叶片机构 的方法，该方法有助于以允许对组成部件使用相对大的公差的方式实现插入件与喷嘴环之 间的期望的同心度。这样，可使制造成本保持相对低，同时仍获得小的同心度公差。根据本 发明的一个方面，用于制造涡轮增压器的可变几何涡轮所用的可变叶片机构的方法包括以 下步骤(a)提供可变叶片盒所用的部件，该可变叶片盒包括大致环形的喷嘴环，用于支 撑绕该喷嘴环的中心轴线周向隔开的一列叶片；插入件，该插入件具有用于密封地接收到 涡轮壳体的孔洞中的管状部分，并具有从该管状部分的一端大致沿径向向外延伸的喷嘴部 分，该插入件具有中心轴线；以及多个间隔件，用于在所述插入件的喷嘴部分与所述喷嘴环 之间延伸并连接二者；(b)形成通过所述喷嘴环的多个周向隔开的第一孔，用于分别接收 所述间隔件的第一部分，所述间隔件的所述第一部分松配合在所述第一孔中；(c)形成通 过所述插入件的所述喷嘴部分的多个周向隔开的第二孔，用于分别接收所述间隔件的第二 部分，所述间隔件的所述第二部分松配合在所述第二孔中；(d)通过将所述间隔件插入所 述第一孔和所述第二孔中而组装所述盒；(e)使所述盒与定位夹具接合以调整所述喷嘴环 与所述插入件的相对径向定位，使得所述喷嘴环与所述插入件的中心轴线具有期望的位置 关系，必要时所述间隔件在所述第一孔和所述第二孔内径向运动，以允许通过所述夹具建 立所述喷嘴环和所述插入件的相对径向定位；以及(f)将所述间隔件固定至所述喷嘴环和 所述插入件，从而以所述夹具建立的相对径向定位固定所述喷嘴环和所述插入件。
在一个实施方式中，所述间隔件的相对端部伸出超过所述喷嘴环和所述插入件的 外面，并且步骤(f)包括将所述间隔件的相对端部焊接至所述外面。可采用各种焊接技术， 包括但不限于激光焊、等离子焊以及电(弧)焊。 在一个实施方式中，步骤(e)包括使所述插入件的径向向内表面与所述夹具的径 向向外的第一表面接合，并使所述喷嘴环的径向向内表面与所述夹具的径向向外的第二表 面接合。例如，所述插入件的所述表面可包括所述插入件的管状部分的径向内表面，其有利 地可为圆柱表面。所述喷嘴环的所述表面可包括该喷嘴环的圆柱状定位表面，该圆柱状定 位表面用于将该喷嘴环径向定位在涡轮增压器内。 该方法使得能够采用精度相对低的处理来形成喷嘴环和插入件中的孔以及制造 间隔件。尽管喷嘴环和插入件均必须具有以相对精确的尺寸形成的定位表面，但是这样的 表面容易形成，例如通过在车床上加工等。因此，该方法还简化了具有喷嘴环和插入件的精 确相对定位的可变叶片盒的制造。
在这样概括描述了本发明之后参照附图，这些附图未必按比例绘制，在附图中 图IA是从第一角度看到的分解图，示出了根据本发明一个实施方式的具有可变 叶片盒的涡轮增压器的一部分；
图IB是从第二角度看到的图1A的涡轮增压器部分的分解图； 图1C是穿过图1A的涡轮增压器部分的剖视图； 图2是涡轮增压器所用的可变叶片盒的子组件的立体图； 图3是穿过根据本发明的一个实施方式的定位夹具的剖视图，示出了安装在该夹 具中的喷嘴环和插入件的组装以将其同心地定位，从而为组装过程的后续步骤做好准备； 图3A示出图3的放大部分，以示出通过该方法而成为可能的组成部件制造的大的 公差； 图4是与图3A类似的视图，示出了组装过程的最终步骤，该步骤以定位夹具建立 的大致同心关系固定喷嘴环和插入件；以及 图5是根据另一实施方式的涡轮增压器的一部分的剖视图。
具体实施例方式
以下将参照附图更完整地描述本发明，在附图中示出了本发明的一些实施方式而 非全部。事实上，这些发明能以多种不同方式实施，而不应解释为局限于这里阐述的实施方 式；而且，为了使本发明符合适用的法律要求而提供这些实施方式。在所有附图中相同附图 标记指代相同元件。 可应用本发明方法的涡轮增压器10的一部分的一个实施方式在图1A和图IB中 以分解立体图示出，在图1C中以剖视图示出。所述涡轮增压器部分用在这样的涡轮增压器 中该涡轮增压器包括压縮机，该压縮机具有压縮机叶轮或叶轮，该压縮机叶轮安装在可旋 转的轴18的一端上并布置在压縮机壳体中(为了图示的清楚方便，省略了涡轮增压器的压 縮机部分)。该轴被支撑在安装于涡轮增压器的中央壳体20中的轴承(未具体示出)中。 轴18通过安装在轴18的相对于压縮机叶轮的另一端上的涡轮叶轮22旋转，从而可旋转地 驱动压縮机叶轮，压縮机叶轮压縮通过压縮机入口吸入的空气并将压縮空气输送至内燃机 (未示出)的进气口以提升发动机性能。 涡轮增压器还包括容纳涡轮叶轮22的涡轮壳体24。涡轮壳体限定大致环形的腔 26，该腔环绕涡轮叶轮并接收来自内燃机的排气以驱动涡轮叶轮。排气从腔26大致沿径向 向内穿过涡轮喷嘴28被引向涡轮叶轮22。当排气流过涡轮叶轮的翼片30之间的通道时， 该气体膨胀成低压，并且从该叶轮排出的气体通过涡轮壳体内的大致轴向的孔洞32退出 涡轮壳体。 涡轮喷嘴28为可变喷嘴，用于改变穿过喷嘴的流动横截面积和流动方向，从而调 节进入涡轮叶轮的流动。该喷嘴包括绕喷嘴周向隔开的多个叶片34。各叶片固定至销36， 该销穿过相对于涡轮叶轮22同轴安装的大致环形的喷嘴环38中的孔隙。各销36均可绕着 其轴线旋转以使附接的叶片旋转。喷嘴环38形成喷嘴28的流动通道的一个壁。各销36均 具有固定至销的从喷嘴环38向外突出的一端的叶片臂40，并由大致环形的协调环42 (这里 也称为致动器环)接合，该协调环可绕其轴线旋转并与喷嘴环38同轴。致动器(未示出) 连接至协调环42以使协调环绕其轴线旋转。当协调环旋转时，叶片臂40转动以致使销36 绕其轴线旋转，从而使叶片34旋转以便改变穿过喷嘴28的流动横截面积和流动方向。
在涡轮增压器10中，可变叶片机构设置成盒50的形式，盒50可作为单元安装到 涡轮增压器中并可作为单元从涡轮增压器中去除。盒50包括喷嘴环38、叶片34、销36、叶
6片臂40以及协调环42。该盒还包括插入件52(以独立立体图示于图2)，该插入件具有管 状部分54，该管状部分密封地接收在涡轮壳体的孔洞32的部分32a中；以及喷嘴部分56， 该喷嘴部分从管状部分54的一端大致沿径向地向外延伸，喷嘴部分56与喷嘴环38轴向隔 开，使得叶片34在喷嘴环38和喷嘴部分56之间延伸。涡轮壳体的孔洞部分32a的半径超 过孔洞32的其余部分的半径。如图1所示，管状部分54的径向外表面具有一个或多个轴向 隔开的周向槽58，在各槽中保持有密封环59(图3)以密封地接合孔洞部分32a的内表面。 有利的是，插入件的管状部分54的外径略小于孔洞部分32a的内径，从而在二者之间限定 微小间隙，因此孔洞部分32a的内表面仅与密封环接触。此外，在喷嘴部分56与涡轮壳体 位于孔洞部分32a的端部处的相邻端部之间具有间隙60。这样，插入件52与涡轮壳体24 机械解耦并且热解耦。 在喷嘴环38与插入件52的喷嘴部分56之间连接有多个间隔件62，用于将喷嘴环 固定至插入件并保持喷嘴环38与喷嘴部分56之间的期望轴向间距。各间隔件62穿过喷 嘴部分56中的孔112 (图3A)，并且该端部的远端62e略超过喷嘴部分的外面伸出。形成焊 块62h以将间隔件的该伸出端固定至喷嘴部分56。各间隔件还具有一对扩大的肩部62s， 该肩部62s沿着间隔件的长度轴向隔开，使得一个肩部62s抵接于喷嘴部分56的内面，另 一肩部62s抵接于喷嘴环38的相对的内面，从而设定喷嘴环与喷嘴部分之间的轴向间距。 各间隔件62的一个端部穿过喷嘴环38中的孔110 (图3A)，该端部的远端62e略超过喷嘴 环的外面伸出。形成焊块62h以将间隔件的该伸出端固定至喷嘴环。有利的是，间隔件62 由具有良好的高温机械特性和相对低的导热性的材料制成，例如不锈钢(例如310不锈钢) 等，使得喷嘴环38和插入件52有效地相互热解耦。 可变叶片盒50还包括大致环形的支撑环64，当涡轮壳体24与中央壳体20螺栓连 接在一起时，该支撑环的径向外周卡在这些壳体之间。支撑环64的径向内周与喷嘴环38 的面向插入件52的表面接合。支撑环64与喷嘴环38之间的接合优选沿喷嘴环的满360° 圆周，从而基本密封支撑环与喷嘴环之间的界面。支撑环64还辅助间隔件62约束喷嘴环 沿朝向插入件52方向的轴向运动。有利的是，支撑环64具有面向喷嘴环38的径向外表面 的径向内表面，并且该支撑环表面的直径略大于喷嘴环表面的直径，使得在这些表面之间 存在径向间隙。该间隙接纳喷嘴环表面相对于相对的支撑环表面的径向位移，该径向位移 例如通过差异热膨胀或其它原因可能会出现。 盒50还包括定位环80，当将该盒安装到中央壳体上时，该定位环被卡住而保持在 喷嘴环38与中央壳体20之间。定位环80具有与中央壳体20的径向向外表面接合的径向 内表面，从而在中央壳体与定位环之间建立大致同心。定位环80的径向外表面与喷嘴环38 的径向向内的定位表面39 (图3)接合，从而将喷嘴环径向定位成与定位环大致同心，并因 此与中央壳体大致同心。这样建立喷嘴环38相对于中央壳体(并因此相对于涡轮叶轮22) 的同心。因而，不管涡轮壳体24如何，只要插入件52与喷嘴环38大致同心，则由插入件52 限定的涡轮流动路径轮廓就会与涡轮叶轮大致同心。 本发明涉及用于实现插入件52与喷嘴环38之间的期望大致同心关系的方法。具 体地说，期望的是插入件52的管状部分54的径向内表面55 (图1C)与喷嘴环38大致同 心。这样的同心可通过以下方式实现，即以高尺寸精度和位置精度加工喷嘴环和插入件中 的用于间隔件62的孔，并以高尺寸精度制造间隔件62，从而使它们紧密配合在该孔内。然而，实际上这样的高精度加工实现起来是困难且昂贵的。 根据本发明，采用另选的制造方法，该方法允许将间隔件62以及喷嘴环38和插入 件52中的对应孔加工为低精度。参照图3和图3A，该方法采用定位夹具100，包括喷嘴环 38、叶片34、插入件52以及间隔件62 (以及可选的协调环42，如所示)的盒组件50置于该 定位夹具上。夹具100延伸通过喷嘴环38和插入件52的中央开口。夹具的第一部分100a 具有与插入件52的径向内表面55接触的径向外表面102。表面55和102有利地为圆柱 表面。夹具的第二部分100b相对于第一部分100a固定就位，并具有与喷嘴环38的定位表 面39接触的径向外表面104，并且表面39和104有利地为圆柱表面。夹具的表面102、104 加工成以高精度相互同心，并且它们的直径加工成高精度以仅分别略小于喷嘴环和插入件 的对应表面39、55的期望的内侧直径。针对不圆度和直径将喷嘴环的表面39加工成高精 度，使得表面39以大致线对线的方式与夹具表面104接合(g卩，二者之间基本无游隙)。同 样，针对不圆度和直径将插入件的表面55加工成高精度，使得表面55以大致线对线的方式 (即，二者之间基本无游隙)与夹具表面102接合。 因而，如图3中所示，当将夹具100插入盒组件50中时，喷嘴环的定位表面39将 与插入件的内表面55大致同心。此时，间隔件62仍未固定至喷嘴环和插入件。如图3A中 最佳可见，间隔件62延伸通过喷嘴环38中的孔110以及插入件52的喷嘴部分56中的孔 112。根据本发明的方法，孔110、112就其直径以及其轴线相对于中心轴线的位置和取向而 言可加工成相对低的精度，期望喷嘴环和插入件与所述中心轴线同心或同轴。具体地说，如 图3A所示，孔110U12的直径被加工成显著地大于间隔件62的接收在孔中的部分的直径， 并且孔直径和位置的公差可相对大。重要要求是(1)喷嘴环38中的孔110与插入件52中 的孔112必须能相互对准并允许间隔件62插入其内；(2)间隔件62与孔110U12之间必 须存在充足的游隙，以允许喷嘴环38与插入件50的相对径向位置仅由夹具100建立；以及 (3)孔110、112必须小于间隔件上形成的肩部62s，从而使肩部正确发挥作用以保持喷嘴环 与插入件之间的期望间距。 如图3A中所示，对于接收给定间隔件62的任何一对孔110、112来说都可以显著 的程度不同轴，并可具有明显不同的直径。因而，如所示，孔112的直径显著地小于对应的 孔110的直径，并且孔112的中心以很大的量偏离孔110的中心。如果不使用夹具100，孔 110、 112的如此大的公差就会导致喷嘴环与插入件之间的不良同心。 然而，通过利用夹具100，借助先前所述的喷嘴环和插入件与夹具的表面102、 104 的接合，与孔110、112无关地建立喷嘴环与插入件之间的同心。接下来，如图4所示，借助 由夹具建立的期望的同心关系，通过将间隔件62固定至喷嘴环和插入件而以该同心关系 固定喷嘴环和插入件。具体地说，各间隔件均具有略超过喷嘴环和插入件的相应的外面伸 出的端部62e (图3A)。通过在间隔件62的端部62e处形成焊块62h，以便将端部62e焊接 至喷嘴环和插入件，从而将间隔件固定至喷嘴环和插入件。合适的焊接方法包括但不限于 激光焊、等离子焊以及电(弧)焊。 一旦如此焊接了所有间隔件，就将夹具100从盒组件50 去除，该组件就为安装在涡轮增压器中做好了准备。 在上述实施方式中，夹具100建立喷嘴环38与插入件52之间的径向定位，但是二 者之间的轴向定位由间隔件62建立，具体地说是由间隔件上的肩部62s(图3和图3A)建 立。在另选的实施方式中(未示出)，夹具可构造成具有用于建立喷嘴环与插入件之间的相对轴向定位的表面，并因此间隔件可为不具有肩部的简单的柱状销。 一旦将间隔件焊接到 喷嘴环和插入件，二者之间建立的轴向定位和径向定位就被固定。 参照图5，本发明的方法还可应用于具有这样的叶片盒的涡轮增压器所述叶片 盒不利用先前实施方式的定位环80地相对于中央壳体径向定位。在图5的实施方式中，喷 嘴环38使其径向向内定位表面39与中央壳体上的定位表面21直接接触，从而相对于中央 壳体大致同心地定位喷嘴环。在其它方面，图5的实施方式与上述第一实施方式基本类似。
本发明所属领域的技术人员得益于以上说明和附图所提供的教导将会想到这里 阐述的发明的多种变型和其它实施方式。例如，如所示及以上所述的方法需要首先利用间 隔件62将喷嘴环38与插入件52组装在一起，然后使所形成的盒组件与定位夹具100接合。 然而，可替代地，可以如以下所述(l)使喷嘴环和插入件之一与夹具接合；接着，(2)将间 隔件插入夹具上的部件中的孔内；然后，(3)在喷嘴环和插入件中的另一个部件与夹具接 合的同时，将间隔件插入该另一个部件的孔内。步骤(1)和(2)的顺序也可以颠倒。此外，
可在喷嘴环和插入件上设置各种构造和各种取向的各种定位表面以与夹具接合。因此，应 当理解，本发明不局限于所公开的具体实施方式
，多种变型和其它实施方式理应包含在所
附权利要求的范围内。尽管这里采用了具体术语，但是它们仅用于普通描述意义而非限制 之目的。
9
权利要求
一种用于制造涡轮增压器的可变几何涡轮所用的可变叶片机构的方法，该方法包括以下步骤(a)提供可变叶片盒所用的部件，该可变叶片盒包括大致环形的喷嘴环，用于支撑绕该喷嘴环的中心轴线周向隔开的一列叶片；插入件，该插入件具有用于密封地接收到涡轮壳体的孔洞中的管状部分，并具有从该管状部分的一端大致沿径向向外延伸的喷嘴部分，该插入件具有中心轴线；以及多个间隔件，用于在所述插入件的喷嘴部分与所述喷嘴环之间延伸并连接二者；(b)形成通过所述喷嘴环的多个周向隔开的第一孔，用于分别接收所述间隔件的第一部分，所述间隔件的所述第一部分松配合在所述第一孔中；(c)形成通过所述插入件的所述喷嘴部分的多个周向隔开的第二孔，用于分别接收所述间隔件的第二部分，所述间隔件的所述第二部分松配合在所述第二孔中；(d)通过将所述间隔件插入所述第一孔和所述第二孔中而组装所述盒；(e)使所述盒与定位夹具接合以调整所述喷嘴环与所述插入件的相对径向定位，使得所述喷嘴环与所述插入件的中心轴线具有期望位置关系，必要时所述间隔件在所述第一孔和所述第二孔内径向运动，以便允许通过所述夹具建立所述喷嘴环和所述插入件的相对径向定位；以及(f)将所述间隔件固定至所述喷嘴环和所述插入件，从而以所述夹具建立的相对径向定位来固定所述喷嘴环和所述插入件。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述间隔件的相对端部伸出超过所述喷嘴环和所述 插入件的外面；并且步骤(f)包括将所述间隔件的相对端部焊接至所述外面。
3. 如权利要求l所述的方法，其中步骤(e)包括使所述喷嘴环的径向向内表面与所述 夹具的径向向外表面接合。
4. 如权利要求l所述的方法，其中步骤(e)包括使所述插入件的径向向内表面与所述 夹具的径向向外表面接合。
5. 如权利要求4所述的方法，其中所述插入件的所述径向向内表面包括所述插入件的 所述管状部分的内表面。
6. 如权利要求l所述的方法，其中步骤(e)包括使所述插入件的径向向内表面与所述 夹具的径向向外的第一表面接合，并使所述喷嘴环的径向向内表面与所述夹具的径向向外 的第二表面接合。
7. 如权利要求1所述的方法，其中步骤(d)在步骤(e)开始之前完成。
8. 如权利要求1所述的方法，其中步骤(e)在步骤(d)完成之前至少部分执行。
9. 如权利要求1所述的方法，其中步骤(e)在步骤(d)开始之前至少部分执行。
10. 如权利要求1所述的方法，其中各间隔件均具有第一肩部，当所述间隔件的所述 第一部分接收在所述第一孔之一中时，所述喷嘴环的内面抵接于该第一肩部；和第二肩部， 当所述间隔件的所述第二部分接收在所述第二孔之一中时，该第二肩部抵接于所述喷嘴部 分的内面，这些肩部界定所述喷嘴环与所述插入件的所述喷嘴部分之间的轴向间距。
11. 一种用于制造涡轮增压器的可变几何涡轮所用的可变叶片盒的方法，该盒包括 大致环形的喷嘴环，用于支撑绕该喷嘴环的中心轴线周向隔开的一列叶片；插入件，该插入 件具有用于密封地接收到涡轮壳体的孔洞中的管状部分，并具有从该管状部分的一端大致沿径向向外延伸的喷嘴部分，该插入件具有中心轴线；以及多个间隔件，用于在所述插入 件的喷嘴部分与所述喷嘴环之间延伸并连接二者，所述喷嘴环具有通过其中的多个周向隔 开的第一孔，所述第一孔用于分别接收所述间隔件的第一部分，所述插入件的所述喷嘴部 分具有通过其中的多个周向隔开的第二孔，所述第二孔用于分别接收所述间隔件的第二部分，该方法包括以下步骤(1) 使所述喷嘴环的径向定位部与定位夹具的第一表面接合，使得该喷嘴环相对于该夹具的轴线径向定位在预定位置；(2) 将所述间隔件的所述第一部分分别插入所述第一孔中；(3) 将所述间隔件的所述第二部分分别插入所述插入件的所述喷嘴部分中的所述第二 孔中；(4) 使所述插入件的径向定位部与所述夹具的第二表面接合，使得所述插入件相对于 所述夹具的所述轴线径向定位在预定位置；以及(5) 将所述喷嘴环固定至所述插入件，从而维持由所述夹具建立的所述喷嘴环和所述 插入件的相对径向位置。
12. 如权利要求12所述的方法，其中步骤(5)包括以刚性形式将所述间隔件固定至所 述喷嘴环和所述插入件。
13. 如权利要求12所述的方法，其中步骤(5)包括将所述间隔件冶金结合至所述喷嘴 环和所述插入件。
14. 如权利要求12所述的方法，其中步骤(2)和(3)中的至少一个步骤在步骤(1)或 (4)中的任一个步骤开始之前完成。
15. 如权利要求12所述的方法，其中所述步骤(1)和(4)中的至少一个步骤在步骤(2) 或(3)中的任一个步骤完成之前完成。
16. 如权利要求12所述的方法，其中步骤(4)在步骤(1)之前执行。
17. 如权利要求12所述的方法，其中步骤(1)和(4)在步骤(2)和(3)完成之后基本 上同时执行。
18. 如权利要求12所述的方法，其中步骤(1)在步骤(4)之前执行。
19. 如权利要求12所述的方法，该方法还包括利用所述夹具以建立所述喷嘴环与所述 插入件之间的相对轴向定位，并且其中步骤(5)包括将所述喷嘴环固定至所述插入件，从 而维持由所述夹具建立的所述喷嘴环和所述插入件的相对径向位置和轴向位置。
全文摘要
一种涡轮增压器所用的可变叶片盒机构，由喷嘴环、与涡轮壳体孔洞接合的插入件以及多个间隔件组装而成。在喷嘴环和插入件的喷嘴部分中形成直径大于间隔件的孔，使得间隔件松配合在所述孔中。使定位夹具与喷嘴环和插入件接合，以使这些部件相对于彼此精确地径向定位(还可以选择为轴向定位)；必要时可使间隔件在孔内运动以允许调整部件的位置。一旦相对于彼此定位，通过例如借助焊接将间隔件固定至喷嘴环和插入件，而将喷嘴环和插入件固定在期望的相对位置。
文档编号F01D17/16GK101743382SQ200880007018
公开日2010年6月16日 申请日期2008年2月6日 优先权日2007年2月8日
发明者E·塞弗兰, E·布歇尔, L·索斯, O·埃斯帕萨 申请人:霍尼韦尔国际公司