专利名称：一种vnt流的校准调节装置的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及一种涡轮增压器，其具有可变几何机构以例如用 于调节进入涡轮机的排气流。
背景技术：
排气驱动的涡轮增压器包括带有涡轮机叶轮和压縮机叶轮的旋转 轴，其中旋转轴由一个或多个轴承可旋转地支撑在一个中心壳体里。在 运行期间，来自内燃机的排气驱动涡轮增压器的涡轮机叶轮，而涡轮机 叶轮又驱动压縮机叶轮，从而将增压空气送入内燃机中。
为了提高性能(例如功率、排放等)， 一些涡轮增压器包括设置于通 向涡轮机叶轮的排气流通路中的可变几何机构。用语"可变喷嘴涡轮机 (VNT)"和"可变几何涡轮机(VGT)"通常指的就是这种机构。VNT典型 地包括可枢轴转动的叶片，每一叶片都具有 -对从前缘延伸到后缘的表 面，其中一个叶片的表面和与其相邻的叶片的表面构成一个喷嘴。随着 叶片的枢转，喷嘴改变其形状。也就是说，随着叶片的枢转，喷嘴的几 何形状是变化的。
VNT通常在恶劣和多变的环境里运行。排气温度随着运行条件(例 如加速、减速、需求等)而循环，温度可超过50(TC。可变几何机构必须 可靠且有能力处理各种环境和运行条件。 一个可靠的机构必须有能力精 确地控制几何形状；也就是说从一个单元到另一个单元的变化不能太显 著。这里描述的各种示范性的方法、装置、系统等涉及具有改善的控制 性和耐用性的可变几何机构。
发明内容
根据本发明提供了一种通过限制曲轴的旋转来调节可变几何涡轮的 几何的停止器包括用于容纳曲轴的孔，其中曲轴具有旋转轴线，且该孔定心于旋转轴线；以及关闭停止表面，其从离旋转轴线为第一半径处 延伸到离旋转轴线为第二半径处，该关闭停止表面在轴向上具有一宽度， 其中，关闭停止表面和设置在涡轮增压器的中心壳体中的保护部件建立 接触以限制曲轴的旋转，并相应地为可变几何涡轮建立关闭位置。这样 的停止器可选地包括一凸轮。例如，该凸轮可以包括一个定心于曲轴旋 转轴线上的用来容纳曲轴的孔。
一个示范性停止器可选地包括开启停止表面，其与设置在涡轮增压 器的中心壳体中的保护部件建立接触以限制曲轴的旋转，并相应地为可 变几何涡轮建立开启位置。
在包括关闭停止表面和开启停止表面的例子中，当关闭停止表面和 开启停止表面各自与保护部件的接触建立时，在关闭停止表面和开启停
止表面之间存在角e。在该例子中，调节保护部件可改变角e。
如这里的那样，可变几何涡轮包括涡轮叶轮；可变几何组件，其 具有可旋转的控制环，控制环包括槽和多个叶片，各叶片包括通过控制 环的旋转而被可枢转地控制的杆，并且相邻的叶片限定了喷嘴以将排气 引入到涡轮叶轮中；曲轴，其包括容纳于控制环的槽中的销，其中曲轴 的旋转使控制环旋转；和中心壳体，其包括固定在所述曲轴上并具有关 闭停止表面的可旋转停止器、保护部件以及可平移的轴，其中可平移的 轴具有能与可旋转的停止器啮合的啮合机构，其中，轴的平移导致曲轴 的旋转，且关闭停止表面与保护部件建立接触以限制曲轴的旋转，并为 叶片建立关闭限制。
上述可变几何涡轮可选地包括固定在曲轴上的凸轮，其中凸轮与叶 片位置传感器协作。
上述可变几何涡轮可选地包括幵启停止表面，其与保护部件建立接 触以限制曲轴的旋转，并为叶片建立开启位置。在包括关闭停止表面和 开启停止表面的例子中，当关闭停止表面和开启停止表面各自与保护部
件的接触建立时，在关闭停止表面和开启停止表面之间存在角e。 一般来 说，调节保护部件可改变角e。
一种示例性方法包括致动可变几何涡轮机控制器以达到关闭位置；
响应于所述致动，使固定在位于可变几何涡轮的中心壳体内的曲轴上的
6停止器旋转；和响应于所述旋转，^吏停止器与设置在中心壳体中的保护
部件相接触以停止曲轴的旋转，从而到达可变几何涡轮的关闭位置。
一种示例性方法包括致动可^变几何涡轮控制器以到达开启位置；
响应于所述致动，使固定在位于可变几何涡轮的中心壳体内的曲轴上的
停止器旋转；和响应于所述旋转，使停止器与设置在中心壳体中的保护 部件相接触以停止曲轴的旋转，从而到达可变几何涡轮的开启位置。
在各种方法中，旋转可包括旋转固定在曲轴上的凸轮。这种例子可 包括感应凸轮的位置。
--种示范性方法可以包括调节保护部件的位置以改变所述关闭位 置。例如，这种调节可以是针对某个排放标准来进行。
一种示范性方法可以包括在停止器和保护部件之间形成接触，防止 可变几何涡轮的下游部件承受扭矩和相应的磨损。
一种示范性方法可以包括响应于内燃机的运行状况而进行致动。
为了更加完整地理解这里描述的各种方法、装置、系统、布置等， 下面将结合相应附图给出具体的描述
图1是内燃机和涡轮增压器系统的图2是一系列与示范性机构相关的各种部件的透视图3是图2所示示范性机构的各种部件的透视图和截面图4是示范性部件的透视图以及显示了关闭位置和开启位置的操作图。
具体实施例方式
这里公开的各种示范性的方法、装置、系统、布置等涉及与涡轮增 压器相关的技术方面的问题。涡轮增压器被广泛地用来增加内燃机的输 出。涡轮增压器通常用来从排气中抽取能量并将能量提供给吸入空气， 吸入空气还与燃料结合以形成燃烧气体。
现在参考图l，显示了一种现有技术中的系统100，其包括内燃机110 和涡轮增压器120。内燃机110包括容纳了一个或多个燃烧室的发动机机体118，所述燃烧室可操作地驱动轴112。如图1所示，进气口 114提供 了空气进入发动机机体118的通道，而排气口 116提供了排气离开发动 机机体118的通道。可以设置热交换器或冷却器119，用于在空气进入发 动机100之前对其进行冷却。
涡轮增压器120从排气中抽取能量并将能量提供给吸入空气，吸入 空气可与燃料结合而形成燃烧气体。如图1所示，一 涡轮增压器120包括 空气进口 134、轴122、压缩机124、涡轮126、壳体128和排气出口 136。 由于布置于压縮机124和涡轮126之间，因此壳体128可称为中心壳体。 轴122可以是包括了各种部件的轴组件。
正如背景技术部分中所介绍的那样，可变几何单元130和可变几何 控制器140可用来控制叶片、喷嘴等。可变几何单元130和可变几何控 制器140可选择地包括与市售的可变几何增压器(VGT)相关的部件。市售 的VGT例如包括GARRETT VNT预和AVNTTM涡轮增压器，它们利用 多个可调节的叶片来控制通过涡轮的排气流。示范性的涡轮增压器也可 选择应用废气门技术(wastegate technology)作为可变几何技术的替代或附 加。
正如这里描述的那样， 一个示范性的机构允许精确地控制可变几何 单元。对于减少从单元到单元的变化并提供更多可重复的结果来说，精 确的流体控制或调节是期望的。在图1所示情形中，可重复的结果有助 于提高发动机制造商实现某一排放目标的能力。
更具体地说， 一个示范性机构包括可限制曲轴移动的部件布置，其 中该曲轴可致动可变几何机构。在一个特例里，所述机构包括限制曲轴 移动的停止器和固定螺钉。这些部件可选择地用来与传统可变几何单元 的传统凸轮/齿轮布置相结合。
上述AVNT机构通常都不具有可调节的流设定。相反，此类AVNT 依赖于叶片凸台的底部与环槽相结合到一起，这是一种将一系列部件堆 叠起来的布置。根据一个示范性的停止器和固定螺钉的布置，通过停止 凸轮/齿轮的旋转，堆叠中的部件数量减少了。这就能减小从串-元到单元 的变化。停止凸轮/齿轮移动的另一个好处在于，停止器下游的部件不用 承受全部的致动扭矩，这就降低了部件的磨损。
8图2示出了一个可与各种传统的可变几何部件相结合的示范性机构
200。 一个示范性的中心壳体280容纳了各种部件以致动可变几何组件 300，所述组件300包括多个相对于涡轮叶轮260定向的叶片302。
中心壳体280包括轴孔282、曲轴孔284以及活塞缸286，其中，轴 孔282构造成容纳涡轮增压器轴(例如图1中的涡轮增压器120的轴122)， 曲轴孔284构造成容纳用来致动可变几何组件300的曲轴342，而活塞缸 286用来容纳活塞轴362和活塞头364。
中心壳体280包括流体端口 288和流体端口控制器290，该流体端口 控制器290包括用来接收能量信号和控制信号的连接器292。控制信号能 使流体端口控制器290允许流体进入中心壳体280。例如，这种布置能导 致流体流入活塞缸286，在该处压力造成活塞头364和相连的活塞轴362 的运动。进而，活塞轴362的平移通过啮合机构引起曲轴旋转，从而致 动可变几何组件300。在图2的例子中，曲轴342的旋转使得杠杆臂和销 344致动可变几何组件300。至于位置反馈，传感器(例如参见图3)可 设置在中心壳体280的开口 294里。
虽然在图2中没有示出，但涡轮壳体典型地连接到中心壳体280上， 例如利用由螺栓固定的多个夹具。涡轮壳体至少部分地容纳了涡轮叶轮 260。供给涡轮增压器的排气或者其它高能气体通过进口进入到涡轮壳 体，并且被分布在涡轮壳体的体积中，以通过一个周向喷嘴阵列大致径 向地进入涡轮叶轮内，这由可变几何组件300来确定。
关于可变几何组件300，叶片302设置在上环304和下环306之间。 杆303从各叶片中302延伸出，并与设置在控制环312中的瓣状件310 接合。控制环312还包括用来容纳杠杆臂和销344的槽314。曲轴342的 旋转导致杠杆臂和销344在槽314中运动，这又导致控制环312的旋转 以及叶片302绕各自杆303的枢转。
在图2中，子组件340包括曲轴342、杠杆臂和销344、固定螺钉346 (或螺栓)、螺母347以及凸轮/齿轮/停止器部件350，其可以是一个整体 部件或由多个部件装配成的组件。子组件340通过啮合机构(如活塞轴 362上的齿条和凸轮/齿轮/停止器部件350上的齿牙)与活塞轴362啮合。
图3显示图2所示示范性机构200中的各部件的截面图和透视图。透视图显示了子组件340,并标识出了部件350的停止器352、凸轮354和齿牙356。如上所述，轴362的平移通过啮合机导致曲轴342旋转。所述啮合机构可包括与活塞轴362上的齿条363啮合的齿牙356。在图3的例子中， 一旦固定螺钉346与停止器352之间建立接触，曲轴342的旋转就停止。也就是说，可操作停止器352以停止曲轴342的顺时针和/或逆时针的旋转。
在图3中，中心壳体280包括一个用来容纳固定螺钉346(或者螺栓)和螺母347的孔281。用盖283来密封所述孔281。活塞缸286也显示为被端盖285密封，需要注意的是也可选择其它的布置(例如活塞环密封等)。如图所示，中心壳体280还包括设于开口 294中的传感器297。在该实例中，传感器297包括轴298，其安放在凸轮354的表面上，从而使凸轮354的旋转导致轴298运动。进而，控制信号通过控制线299从传感器297中发出。
作为备选，轴362的平移可通过活塞头364与端盖285之间的接触来限制或停止。另外，端盖285相对于活塞缸286是可调节的，这就使得轴362和其相应的曲轴342的停止位置是可调节的。例如，图3所示的示范性机构200可以依靠部件350来停止曲轴342在某一方向上的旋转，并依靠端盖285来停止曲轴342在相反方向上的旋转。如图3中的实例所示，这种机构可具有通过所述部件350 (旋转停止)与固定螺钉346 (或螺栓)之间的接触所限定的关闭停止，以及通过活塞头364和端盖285 (平移停止)之间的接触所限定的开启停止。这样，示范性机构可以包括旋转停止机构和平移停止机构。
图4示出了在具有坐标x, r和e的极坐标系统中的示范性部件500。该部件500可围绕x轴旋转正e度或负e度。
部件500包括停止器520、凸轮540和啮合机构560。停止器520包括表面522，其基本上为圆柱外表面的一部分(例如设置在某个可随e的变化而变化的半径处)。表面522与从外半径(R2)到内半径(RJ向x轴延伸的"关闭停止"表面523相汇合。在图4的实施例中，关闭停止表面523具有-一轴向宽度Axs。关闭停止表面523又与包括了 "开启停止"表面524的另一表面相汇合。如图3所示，活塞364可与端盖285形成接触，以作为一个"开启停止"来停止曲轴342的旋转。正如所描述的那样，
示范性组件可以依靠旋转部件的表面或者平移部件的表面来为可变几何
机构(例如图2中的叶片302)限定开启停止。
如图4所示，当部件500顺时针旋转时，关闭停止表面523接触保护部件420 (例如紧固螺钉346);而当逆时针旋转时，开启停止表面524接触保护部件420。
关闭停止表面523与保护部件420在角y处接触(该角度可以为0或者其它任意角度)。同样地，开启停止表面524也在某个角度处与保护部件420接触。
正如所指出的那样，关闭停止表面523和开启停止表面524构造成允许一特定范围的运动，以角度e表示。该运动范围可以部分地由保护部件420的位置来确定。例如，如图3所示，固定螺钉346 (或螺栓)可以被调节(例如通过螺母347)。在运行中，当叶片被调节到关闭限制(例如保护部件420的端部和表面524)或者开启限制(例如保护部件420的侧部和表面524)时，由保护部件420和停止器520承受致动力。
保护部件420可以是具有充分耐久材料特性的螺栓。保护部件420被牢固地设置在中心壳体里。停止器520也可以具有充分耐久的材料特性。
示范性部件500使转矩和相应的磨损远离可变几何组件300 (下游)的部件，并将这些转矩和相应的磨损转至更接近于致动源处(如上游，中心壳体内)。
图4同时也示出了凸轮540的各个方面。特别地，凸轮540具有设置于在围绕x轴的9角处增大到RMAx的半径处的外表面542。在凸轮540旋转时，该外表面542导致传感器的柱塞或轴以与曲轴旋转位置相关的方式平移。
在图4的实施例中，停止器520包括设置在r-9平面上的大致平坦表面526，其与凸轮540的也设置在r-e平面上的大致平坦表面544之间具有一轴向距离。部件500可以是一个整体部件或多个分离的部件。例如，停止器520和凸轮540可以是安装在普通曲轴上的分开的部件。停止器520和凸轮540可以彼此邻近地安装，或者彼此间隔开一定的轴向距离。如图4所示，所述部件500包 舌一个用来容纳曲轴的孔。另外，取决于部件500的具体结构， 一个或多个紧固螺钉可用来将该部件固定到曲轴上。例如，停止器520可以焊接(或粘接)至l」凸轮540上。在这样一个实例中，凸轮540可以具有构造成容纳紧固螺钉的孔，以将凸轮540和停止器520固定在曲轴上。
虽然在各个实例中将齿牙和齿条作为啮合机构，但也可以使用其它的啮合机构。 一般来说，啮合机构提供停止器的旋转，该停止器可以连接到凸轮上或与之形成一体。
权利要求
1.一种用于限制曲轴的旋转以调节可变几何涡轮的几何形状的停止器，所述停止器包括用于容纳所述曲轴的孔，其中所述曲轴具有旋转轴线，且所述孔定心于所述旋转轴线；和关闭停止表面，其从离所述旋转轴线为第一半径处延伸到离所述旋转轴线为第二半径处，所述关闭停止表面在轴向上具有一宽度；其中，所述关闭停止表面和设置在涡轮增压器的中心壳体中的保护部件建立接触以限制曲轴的旋转，并相应地为所述可变几何涡轮建立关闭位置。
2. 根据权利要求1所述的停止器，其特征在于，还包括凸轮，所述 凸轮可选择地包括用于容纳所述曲轴的孔，所述孔可选择地定心于所述 曲轴的旋转轴线。
3. 根据权利要求1所述的停止^§，其特征在于，还包括开启停止表 面，其与设置在所述涡轮增压器的中心壳体中的所述保护部件建立接触 以限制所述曲轴的旋转，并相应地为所述可变几何涡轮建立幵启位置， 其中，当所述关闭停止表面和开启停止表面各自与所述保护部件的接触建立时，在所述关闭停止表面和所述开启停止表面之间存在角e，其中调 节所述保护部件可选择地改变所述角e。
4. 一种可变几何涡轮，包括 涡轮叶轮；可变几何组件，其具有可旋转的控制环，所述控制环包括槽和多个 叶片，各所述叶片包括通过所述控制环的旋转而被可枢转地控制的杆， 并且相邻的叶片限定了喷嘴以将排气引入到涡轮叶轮中；曲轴，其包括容纳于所述控制环的槽中的销，其中所述曲轴的旋转 使所述控制环旋转；和中心壳体，其包括固定在所述曲轴上并具有关闭停止表面的可旋转 停止器、保护部件以及可平移的轴，其中所述可平移的轴具有能与所述 可旋转的停止器啮合的啮合机构，其中，所述轴的平移导致所述曲轴的旋转，且所述关闭停止表面与 所述保护部件建立接触以限制所述曲轴的旋转，并为所述叶片建立关闭 限制。
5. 根据权利要求4所述的可变几何涡轮，其特征在于，还包括固定在所述曲轴上的凸轮，其中所述凸轮与叶片位置传感器协作。
6. 根据权利要求4所述的可变几何涡轮，其特征在于，还包括开启 停止表面，其与所述保护部件建立接触以限制所述曲轴的旋转，并为所 述叶片建立开启位置，其中，当所述关闭停止表面和开启停止表面各自 与所述保护部件的接触建立时，在所述关闭停止表面和所述开启停止表面之间存在角e，其中调节所述保护部件可选择地改变所述角e。
7. —种方法，包括致动可变几何涡轮机控制器以达到关闭位置；响应于所述致动，使固定在位于所述可变几何涡轮的中心壳体内的 曲轴上的停止器旋转；和响应于所述旋转，使所述停止器与设置在所述中心壳体中的保护部 件相接触以停止所述曲轴的旋转，从而到达所述可变几何涡轮的关闭位 置，其中，所述接触可选择地防止所述可变几何涡轮的下游部件承受扭 矩和相关的磨损。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括致动可变几何涡轮控制器以到达开启位置-，响应于所述致动，使固定在位于所述可变几何涡轮机的中心壳体内的曲轴上的停止器旋转；和响应于所述旋转，使所述停止器与设置在所述中心壳体中的保护部 件相接触以停止所述曲轴的旋转，从而到达所述可变几何涡轮机的开启 位置。
9. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述旋转包括使固定 在所述曲轴上的凸轮旋转，并且可选择地还包括感应所述凸轮的位置。
10. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括调节所述保 护部件的位置以改变所述关闭位置，其中所述调节可选择地包括进行调 节以达到某个排放标准，并且所述致动可选择地响应于内燃机的运行条:而发生(
全文摘要
本发明涉及一种VNT流的校准调节装置，尤其是一种示范性的可变几何涡轮机，其包括涡轮叶轮；可变几何组件，其具有可旋转的控制环，控制环包括槽和多个叶片，各叶片包括通过控制环的旋转而被可枢转地控制的杆，并且相邻的叶片限定了喷嘴以将排气引入到涡轮叶轮中；曲轴，其包括容纳于控制环的槽中的销，其中曲轴的旋转使控制环旋转；和中心壳体，其包括固定在曲轴上并具有关闭停止表面的可旋转停止器、保护部件以及可平移的轴，其中可平移的轴具有能与可旋转的停止器啮合的啮合机构，其中，轴的平移导致曲轴的旋转，且关闭停止表面与保护部件建立接触以限制曲轴的旋转，并为叶片建立关闭限制。本发明还披露了其它示范性的方法、设备、系统等。
文档编号F02B37/24GK101644184SQ20091016390
公开日2010年2月10日 申请日期2009年6月3日 优先权日2008年6月4日
发明者P·雷纳, 力 李, 李鸿玮 申请人:霍尼韦尔国际公司