可变枢转中心vtg叶片以及叶片套件组件的制作方法
【专利说明】可变枢转中心VTG叶片以及叶片套件组件
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在2013年I月4日提交的并且题为“可变枢转中心VTG叶片以及叶片套件组件(Variable Pivot Center VTG Vanes And Vane Pack Assembly)，，的美国临时申请号61/748，921的优先权及所有权益。
[0003]发明背景
[0004]1.发明领域
[0005]本发明涉及用于内燃发动机的可变涡轮几何形状涡轮增压器。更具体而言，本发明涉及一种具有可调导向叶片的可变涡轮几何形状涡轮增压器，这些可调导向叶片具有一个可变枢转中心。
[0006]2.相关技术的说明
[0007]涡轮增压器是一种与内燃发动机一起使用的强制进气系统。涡轮增压器将压缩的空气传送到发动机进气端从而允许燃烧更多的燃料，因此增加了发动机的功率密度而没有明显地增加发动机的重量。因此，涡轮增压器允许使用较小的发动机而形成与较大的、正常吸气的发动机相同量的功率。在车辆中使用较小发动机具有减小车辆质量、提高性能并且增强燃料经济性的所希望效果。此外，使用涡轮增压器允许被递送至发动机的燃料的完全燃烧，这有助于实现排放物减少这一高度希望的目标。
[0008]涡轮增压器包括:一个涡轮机，该涡轮机具有连接至发动机排气歧管上的一个涡轮机壳体；一个压缩机，该压缩机级具有连接至发动机进气歧管上的一个压缩机壳体；以及一个轴承壳体，该轴承壳体将该涡轮机壳体与压缩机壳体连接到一起。该涡轮机包括布置在该祸轮机壳体内的一个祸轮机叶轮，并且该压缩机包括布置在该压缩机壳体内的一个压缩机叶轮。该涡轮机叶轮是由从该排气歧管供应的排气流可旋转地驱动的。一个轴被可旋转地支撑在该轴承壳体内并且将该涡轮机叶轮联接至该压缩机叶轮上，这样使得该涡轮机叶轮的旋转造成该压缩机叶轮的旋转。将该涡轮机叶轮与该压缩机叶轮相连接的轴限定了一条旋转轴线。当该压缩机叶轮旋转时，它将进入该压缩机壳体中的周围空气压缩，由此增大经由发动机进气歧管被递送至发动机汽缸的空气质量流速、空气流密度和空气压力。
[0009]为了改善涡轮增压器的效率、响应性或工作范围，通常有利的是调节流向涡轮机叶轮的排气。调节流向涡轮机叶轮的排气的一种方法通常有若干名称，包括可变涡轮几何形状(VTG)、可变几何形状涡轮(VGT)、可变槽口涡轮(VNT)或简单地可变几何形状(VG)。VTG涡轮增压器包括多个可调导向叶片，这些可调导向叶片枢转地支撑在通向涡轮机叶轮的一个叶轮入口中。相邻的导向叶片之间的空间构成用于调节排气流动到涡轮机叶轮的流动通道。通过在预定的角位置范围内在打开位置与关闭位置之间枢转这些导向叶片，这些流动通道的几何形状是可调节的。在打开位置中，这些导向叶片总体上在相对于该轴的旋转轴线径向延伸的位置上取向以允许排气流动穿过叶轮入口而到达祸轮机叶轮。在关闭位置中，这些导向叶片总体上在相对于该轴的旋转轴线切向延伸的位置上取向以阻碍排气流动到涡轮机叶轮。
[0010]为了控制传递到发动机的增压压力，对这些导向叶片进行调节以便限制或打开相邻导向叶片之间的流动通道。限制这些流动通道增加了排气撞击涡轮机叶轮的速度，这致使涡轮机叶轮更快地旋转。涡轮机叶轮的旋转增加进而增加了压缩机叶轮的旋转，并且由此增加传递到发动机的增压压力。相反地，打开这些流动通道减小了排气撞击涡轮机叶轮的速度，这致使涡轮机叶轮更慢地旋转。涡轮机叶轮的旋转减少进而减少压缩机叶轮的旋转，并且由此减小传递到发动机的增压压力。这些导向叶片还提供了一种用于控制并且产生发动机中排气背压的方法，这利用排气再循环(EGR)来控制氮氧化物(NOx)的排放。
[0011]典型地，这些导向叶片在打开位置与关闭位置之间围绕一个固定的枢转柱枢转。每个导向叶片的枢转柱被定位在相应导向叶片的一个前缘与一个后缘之间。当这些导向叶片处于打开位置时，空气动力学上有利的是使该枢转柱朝向前缘定位。这产生的结果是稳定的空气动力学排气流动穿过这些流动通道并且防止破坏性的叶片颤动发生。然而，如果当这些导向叶片处于关闭位置时该枢转柱朝向前缘定位，则排气在该枢转柱的前后产生一个压力变化增量(pressure delta)，这趋于促使这些导向叶片朝向打开位置枢转。如此，需要一个所不希望的高致动作用力来将这些导向叶片维持在关闭位置。相反，如果当这些导向叶片处于关闭位置时该枢转柱大体上被定位在前缘与后缘的中间，则该枢转柱的前后的压力变化增量是大体上均衡的。
[0012]因此希望的是提供一个包括可调节导向叶片的可变涡轮几何形状涡轮增压器，这些导向叶片具有一个随这些导向叶片在打开位置与关闭位置之间枢转而变化的枢转位置。进一步希望的是这些导向叶片围绕一个枢转柱枢转，当这些导向叶片处于打开位置时该枢转柱朝向一个前缘定位并且当这些导向叶片处于关闭位置时该枢转柱大体上被定位在前缘与后缘中间。
[0013]发明概述
[0014]根据本发明的一个方面，用于可变涡轮几何形状涡轮增压器的一种叶片套件组件是一个独立的组件并且可以与涡轮增压器分开组装和运输。该叶片套件组件包括在圆周方向上间隔开的多个引导叶片和多个枢转中心。这些枢转中心中的每个枢转中心对应于这些导向叶片中的一个导向叶片。当这些导向叶片的角位置调整时，这些枢转中心相对于这些导向叶片的位置随之而改变。
[0015]根据本发明的另一个实施例，用于可变涡轮几何形状涡轮增压器的一种叶片套件组件包括一个下部叶片环和在轴向方向上与该下部叶片环间隔开的一个上部叶片环。多个导向叶片在圆周方向上是间隔开的并且在轴向方向上被布置在该下部叶片环与上部叶片环之间。多个枢转中心中的每个枢转中心对应于这些导向叶片中的一个导向叶片。一个调节环被操作性地联接到这些导向叶片上，以用于响应于该调节环的旋转而改变这些导向叶片的角位置。邻近该调节环的一个固定环被联接到该下部叶片环上以将该叶片套件组件固持在一起。随着这些导向叶片的角位置响应于该调节环的旋转而调节时，这些枢转中心相对于这些导向叶片的位置随之改变。
[0016]根据本发明的又另一个实施例，用于可变涡轮几何形状涡轮增压器的一种叶片套件组件包括一个下部叶片环和在轴向方向上与该下部叶片环间隔开的一个上部叶片环。多个导向叶片在该下部叶片环与上部叶片环之间在圆周方向上是间隔开的。这些导向叶片的每个导向叶片包括在轴向方向上贯穿其延伸的一个长形槽。多个叶片柱头螺栓被固定地紧固到该下部叶片环上。这些叶片柱头螺栓中的每个叶片柱头螺栓在轴向方向上穿过这些导向叶片中的一个导向叶片的长形槽延伸。一个调节环被操作性地联接到这些导向叶片上，以用于响应于该调节环的旋转而改变这些导向叶片的角位置。邻近该调节环的一个固定环被联接到该下部叶片环上以将该叶片套件组件保持在一起。该调节环在相反的第一方向与第二方向上的旋转致使这些导向叶片相对于这些叶片柱头螺栓在打开位置与关闭位置之间的枢转运动和滑动运动。
[0017]附图的简要说明
[0018]本发明的优点将是容易了解的，因为这些优点通过参照以下详细说明在结合附图考虑时将变得更好理解，在附图中:
[0019]图1是根据本发