本發(fā)明屬于機械領域，尤其是涉及一種渦輪增壓器可變噴嘴組件及其裝配方法。

背景技術：

渦輪增壓器是與內燃式發(fā)動機結合使用的裝置，用于通過壓縮輸送到發(fā)動機進氣口的空氣以便與燃料混合并在發(fā)動機中燃燒來增大發(fā)動機的功率輸出。渦輪增壓器包括安裝在壓縮機殼體中壓縮機葉輪和安裝在渦輪機殼體中的渦輪。其中，渦輪機殼體與壓縮機殼體分開地形成，并且還有另一個中間殼體連接在渦輪機殼體和壓縮機殼體之間，用于軸承的安裝。渦輪機殼體限定出包圍渦輪的大致環(huán)形流道。渦輪機組件包括流道通到渦輪中的噴嘴。排氣從流道通過該噴嘴流到渦輪，并驅動渦輪轉動。渦輪機帶動同軸連接的壓縮機轉動?？諝饨涍^壓縮機葉輪被壓縮，然后從殼體出口連接到發(fā)動機進氣口。

在利用渦輪增壓器來助推發(fā)動機性能方面的一個挑戰(zhàn)是在發(fā)動機的整個工作范圍內實現(xiàn)期望大小的發(fā)動機功率輸出。已經發(fā)現(xiàn)，利用固定噴嘴尺寸的渦輪增壓器通常不容易達到該目的，因此在對渦輪增壓器提供的助推量提供更大程度的控制這一目的的驅使下，已經研發(fā)出了可變噴嘴尺寸的渦輪增壓器。一種類型的可變尺寸渦輪增壓器是可變噴嘴渦輪增壓器(vnt)，其包括渦輪機噴嘴中的一組可變葉片。這些葉片可轉動地安裝在噴嘴環(huán)中并連接于使得葉片角度能夠改變的驅動機構。改變葉片的設定角度對改變渦輪機噴嘴中的有效流動面積具有影響，因此能夠通過控制葉片相對位置來調節(jié)流向渦輪的排氣流動。通過這種方式，能夠調節(jié)渦輪的功率輸出，這使得與利用固定噴嘴尺寸的渦輪增壓器所通常能夠實現(xiàn)的相比，能夠在更大程度上控制發(fā)動機功率的輸出。

一般地，可變葉片組件包括噴嘴環(huán)，該噴嘴環(huán)以可以旋轉的方式支撐與噴嘴環(huán)的一個面臨近的葉片。葉片具有延伸穿過噴嘴環(huán)中的安裝孔的轉軸，并且葉片搖臂剛性地固定于該軸體的伸出超過噴嘴環(huán)的相反面的端部。因此，能夠通過使葉片搖臂旋轉而使葉片繞由所述轉軸限定的軸線旋轉，從而改變葉片的設定角。

可變噴嘴組件另一面由于零部件數(shù)量眾多，并且加工精度要求極高，裝配工藝復雜，產品的可靠性受到了嚴格考驗，目前可變噴嘴技術在柴油機渦輪增壓器上應用廣泛，但是當面臨溫度更高的汽油機渦輪增壓器時，目前的設計結構已無法保證產品的可靠性及一致性，同時，現(xiàn)有柴油機渦輪增壓器上的可變噴嘴環(huán)也由于其復雜的工藝導致零部件成本居高不下。

現(xiàn)有葉片組件式的可變噴嘴環(huán)設計，其葉片與搖臂均采用分開生產加工，再進行組裝，裝配采用焊接或者鉚接，這種設計結構具有以下缺點：

1、葉片與搖臂分開設計，很大程度上增加了零部件數(shù)量，降低了可靠性；

2、葉片與搖臂一般采用焊接或者鉚接工藝進行裝配，多少個葉片就需要焊接/鉚接多少次，增加了裝配難度，同時也增加了裝配時間，提高了產品的成本；

3、葉片與搖臂的裝配角度主要靠工裝保證，工裝本身存在較大誤差，故裝配完成后存在葉片與搖臂的角度一致性較差的問題，會導致各葉片開度不一致，從而引起增壓器性能波動。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種新的結構、工藝都更簡單的可變噴嘴組件，通過降低零部件數(shù)量，簡化零部件生產及裝配工藝，達到降低零部件成本，提高零部件可靠性的目的。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)，一種渦輪增壓器可變噴嘴組件，包括一體成型的葉片組件和噴嘴環(huán)；葉片組件的一端為葉片，中間為轉軸，另一端為搖臂，搖臂通過轉軸帶動葉片運動；噴嘴環(huán)的內壁上設置有搖臂安裝槽和與搖臂安裝槽連通的轉軸通孔，使得轉軸設置在轉軸通孔內，葉片和搖臂分別伸出轉軸通孔的兩端；搖臂與轉軸連接的那一端朝內，搖臂的另一端朝外；搖臂能夠穿過搖臂安裝槽。轉軸通孔的孔徑與轉軸的最大外徑相匹配。

葉片組件的數(shù)量可以根據(jù)不同的增壓器機型進行匹配計算得出，可以是9個，也可以是11個，或者其他任意合適的數(shù)量；同一個渦輪增壓器可變噴嘴組件上所有葉片組件具有相同的形狀及尺寸，各葉片組件裝配完成后首尾相連，通過前一個葉片組件尾端與后一個葉片組件的前端之間的開度控制通過的廢氣量及廢氣角度。葉片為氣流提供導向作用，葉片可以設置為不同的形狀，可以為平面，也可以為曲面。葉片的長度及葉片的高度需要根據(jù)增壓器的進氣量計算得出，要使廢氣對渦輪做功效率最大化。轉軸與葉片相連接為一體，為葉片開閉提供轉動支撐。優(yōu)選地轉軸呈圓柱狀。搖臂為葉片轉動提供驅動力，搖臂一端與轉軸相連接為一體。

進一步地，轉軸依次分為第一段、中間段和第三段；中間段的外徑小于第一段的外徑和第三段的外徑。因為轉軸對直徑尺寸精度要求很高，需要進行精確加工處理，中間段設計為小徑段可以減少轉軸的加工工作量，降低加工成本，同時，還可以通過減少轉軸與圓形通孔的接觸面積來減小摩擦力損失。噴嘴環(huán)的轉軸通孔直徑略大于轉軸的第一段和第三段的直徑，用于葉片組件轉動支撐。

進一步地，搖臂與轉軸相連的部位的外徑小于轉軸第三段的外徑，從而保證安裝方便。優(yōu)選地，轉軸第一段的外徑和轉軸第三段的外徑相等。

進一步地，搖臂兩端之間采用平面體連接并光滑過渡。

進一步地，葉片組件通過鑄造進行一體制作而成。也可以是其他合適的方法。葉片組件各部件采用相同的材質制成，目的是保證葉片組件的強度。

進一步地，還包括同步環(huán)；搖臂設置在同步環(huán)的內壁的凹槽中，使得搖臂能夠隨同步環(huán)轉動而運動，從而驅動葉片運動。

進一步地，還包括插入件和間隔套；插入件通過間隔套與噴嘴外環(huán)連接；間隔套依次分為第一間隔套段、第二間隔套段和第三間隔套段；第二間隔套段的外徑大于第一間隔套段的外徑和第三間隔套段的外徑；插入件上設置有與第一間隔套段的外徑匹配的孔洞供第一間隔套段插入；噴嘴環(huán)上設置有與第三間隔套段的外徑匹配的孔洞供第三間隔套段插入；葉片設置在第二間隔套段與插入件、噴嘴環(huán)圍成的空間中，且葉片能夠在空間運動。

該空間的大小剛好夠葉片運動即可。噴嘴環(huán)朝向葉片的一面是平面，主要是與葉片底部配合，并通過兩個平面(即噴嘴環(huán)朝向葉片的一面和插入件朝向葉片的一面)的間隙大小(即第二間隔套段與插入件、噴嘴環(huán)圍成的空間大小)控制廢氣從該間隙的泄漏量。如果間隙比較大，廢氣泄漏量比較多，導致渦輪效率降低，在葉片關閉時尤為明顯，如果間隙比較小，會存在高溫下因膨脹而導致卡滯，從而功能失效。間隔套的主要作用是為插入件提供支撐，保證插入件與噴嘴環(huán)之間的間隙。

進一步地，插入件上設置有活塞環(huán)。方便與渦輪增壓器的其他部件密封連接。插入件位于葉片與渦輪增壓器的渦殼之間。其中，插入件朝向葉片的一端呈圓盤狀，為葉片提供密封及軸向保護，并且與葉片的上端面之間有一定的間隙，防止因高溫膨脹導致葉片卡滯，該間隙作用等同于葉片與噴嘴環(huán)之間的間隙。插入件背向葉片的一端設計為圓筒狀，并且該圓筒狀結構插入渦殼的圓筒形的排氣孔中?；钊h(huán)設置在插入件上插入渦殼排氣筒中的部分上，用于減少插入件和渦殼之間間隙導致的廢氣泄露。活塞環(huán)的數(shù)量是1道或者多道。當為多道時，其軸向排列在插入件上插入渦殼排氣筒中的部分上。優(yōu)選為2道。

進一步地，間隔套的數(shù)量是≥3個。優(yōu)選3-5個。

進一步地，搖臂安裝槽包括依次連接的內側段、中段和外側段；外側段與轉軸通孔連接；內側段的厚度小于中段的厚度；中段的厚度小于外側段的厚度；外側段的厚度等于轉軸通孔的厚度。內側段兩側的凸臺的厚度與內側段的厚度相同。內側段兩側的凸臺的作用中包括用于當噴嘴環(huán)裝配到渦輪增壓器時，由隔熱罩通過該內側段兩側的凸臺為噴嘴環(huán)提供軸向支撐。

進一步地，噴嘴環(huán)的背向葉片的那一面的轉軸通孔周圍設置有環(huán)形開口凸起，為搖臂提供軸向支撐。

進一步地，葉片組件的數(shù)量是8-16個；搖臂安裝槽和轉軸通孔均與葉片組件的數(shù)量相同。同步環(huán)上有與葉片組件數(shù)量相等并且與搖臂末端配合的凹槽，用于驅動葉片組件與同步環(huán)的同步運動。

進一步地，搖臂與轉軸相連的部位的外徑小于轉軸第三段的外徑，從而保證安裝方便。如下所述，由于搖臂與轉軸相連的部位的外徑小于轉軸第三段的外徑才使得步驟一中轉軸能夠裝入直徑與轉軸相匹配的轉軸通孔內。

本發(fā)明還公開了一種如上所述的渦輪增壓器可變噴嘴組件的裝配方法，包括以下步驟：

步驟一、將葉片組件安裝到噴嘴環(huán)上，具體為，將搖臂朝向搖臂安裝槽的方向，轉軸對準轉軸通孔，使得搖臂穿過搖臂安裝槽，轉軸裝入轉軸通孔內，葉片露在轉軸通孔外；

步驟二、將搖臂轉動到背向搖臂安裝槽的方向；

步驟三、安裝間隔套和插入件；

步驟四、安裝同步環(huán)；

步驟三和步驟四不存在先后順序。

進一步地，步驟三具體為將間隔套的第三間隔套段插入到噴嘴環(huán)上與第三間隔套段的外徑匹配的孔洞中，然后再將間隔套的第一間隔套段插入到插入件上與第一間隔套段的外徑匹配的孔洞中。

其有益效果是：

1、葉片、轉軸與搖臂采用一體生產再機加工的設計方法，取消了單獨的搖臂設計，減少了零部件數(shù)量，提高了整體的可靠性；

2、噴嘴環(huán)上設計用于葉片組件安裝的搖臂安裝槽，極大的簡化了裝配工藝，降低了零部件成本，壓縮了裝配工時；

3、由于一體成型，因此葉片與搖臂的角度和間隙主要通過模具和機加工保證，相對于裝配工裝一致性更好。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的渦輪增壓器可變噴嘴組件的結構分解示意圖一。

圖2是本發(fā)明的葉片組件的結構示意圖。

圖3是本發(fā)明的葉片組件的剖切結構示意圖。

圖4是本發(fā)明的噴嘴環(huán)的結構示意圖一。

圖5是本發(fā)明的噴嘴環(huán)的結構示意圖二。

圖6是本發(fā)明的葉片組件通過搖臂安裝槽和轉軸通孔安裝到噴嘴環(huán)上的局部放大結構示意圖。

圖7是本發(fā)明的葉片組件與噴嘴環(huán)安裝完成后的剖切結構示意圖。

圖8是本發(fā)明的渦輪增壓器可變噴嘴組件的結構分解示意圖二。

圖9是本發(fā)明的葉片組件通過搖臂安裝槽和轉軸通孔安裝到噴嘴環(huán)上的結構示意圖。

圖10是本發(fā)明的葉片組件與噴嘴環(huán)安裝完成后的結構示意圖。

圖11是本發(fā)明的葉片組件與噴嘴環(huán)、同步環(huán)安裝完成后的結構示意圖。

圖12是可變噴嘴渦輪增壓器渦端剖切結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作詳細說明。

圖1示出了本發(fā)明的一個具體實施例。在該實施例中，渦輪增壓器可變噴嘴組件包括插入件1、葉片組件2、噴嘴環(huán)4、同步環(huán)5和間隔套3。插入件1上設置有2道活塞環(huán)11。葉片組件2為一體成型的結構，其一端是葉片21，中間是轉軸22，另一端是搖臂23。本實施例中的渦輪增壓器可變噴嘴組件包括11個相同的葉片組件2。在不同的渦輪增壓器可變噴嘴組件中，葉片組件的數(shù)量可以有所不同，不限于11個。

插入件1朝向葉片21的一端呈圓盤狀，為葉片21提供密封及軸向保護，并且與葉片21的上端面之間有一定的間隙，防止因高溫膨脹導致葉片卡滯。插入件1背向葉片21的一端設計為圓筒狀，2道活塞環(huán)11軸向排列在插入件1的該圓筒狀結構上。

噴嘴環(huán)4的內壁上設置有搖臂安裝槽42和與搖臂安裝槽42聯(lián)通的轉軸通孔41。轉軸22匹配設置在轉軸通孔41中，葉片21和搖臂23分別外露在轉軸通孔41的兩端。轉軸22的數(shù)量與轉軸通孔41的數(shù)量相同。

組裝好的渦輪增壓器可變噴嘴組件的搖臂23與轉軸22連接的那一端朝內，搖臂23的另一端朝外，見圖7所示。同步環(huán)5的內壁上設置有用于與搖臂23匹配的凹槽51，搖臂23的尾端設置在其中。當同步環(huán)5轉動時帶動搖臂23轉動，通過轉軸22帶動葉片21轉動，從而調整葉片角度，調節(jié)流向渦輪的排氣流動。

間隔套3依次分為第一間隔套段31、第二間隔套段32和第三間隔套段，如圖8所示。第二間隔套段32的外徑大于第一間隔套段31的外徑和第三間隔套段的外徑。插入件1上設置有與第一間隔套段31的外徑匹配的孔洞12(如圖8所示)供第一間隔套段31插入；噴嘴環(huán)4上設置有與第三間隔套段的外徑匹配的孔洞43(如圖4所示)供第三間隔套段插入。葉片21設置在第二間隔套段32與插入件1、噴嘴環(huán)4圍成的空間中。葉片21并非卡死在該空間，而是能夠在該空間運動。

圖2和3示出了葉片組件2的一個具體實施方式。轉軸22依次分為第一段24、中間段25和第三段26。中間段25的外徑小于第一段24的外徑和第三段26的外徑。第一段24的外徑和第三段26的外徑相等。搖臂與第三段26的相接部分27的外徑小于第三段26的外徑。第一段24與葉片21連接。葉片組件2整體為鑄造或其他方式打造的一體成型結構。轉軸通孔41的孔徑與轉軸22的最大外徑相匹配。

圖4和5分別主要示出了噴嘴環(huán)4朝向和背向葉片的那一面的結構。如圖4和5所示，搖臂安裝槽42包括依次連接的內側段46、中段45和外側段44；外側段44與轉軸通孔41連接。內側段46的厚度小于中段45的厚度；中段45的厚度小于外側段44的厚度。外側段44的厚度等于轉軸通孔41的厚度。噴嘴環(huán)4的背向葉片的那一面的轉軸通孔41周圍設置有環(huán)形開口凸起43，為搖臂提供軸向支撐。內側段46兩側的凸臺47的厚度與內側段46的厚度相同。內側段46兩側的凸臺47的作用中包括用于當噴嘴環(huán)裝配到渦輪增壓器時，由隔熱罩通過內側段46兩側的凸臺47為噴嘴環(huán)4提供軸向支撐。

裝配過程如圖6-11所示，包括以下步驟：

步驟一、將葉片組件安裝到噴嘴環(huán)4上，具體為，將搖臂23朝向搖臂安裝槽42的方向，轉軸22對準轉軸通孔，使得搖臂23穿過搖臂安裝槽42，轉軸22裝入轉軸通孔內，葉片21露在轉軸通孔外，如圖6和9所示。

步驟二、將搖臂23轉動到背向搖臂安裝槽42的方向，如圖7和10所示；

步驟三、安裝間隔套和插入件。具體為將間隔套3的第三間隔套段插入到噴嘴環(huán)4上與第三間隔套段的外徑匹配的孔洞中，然后再將間隔套3的第一間隔套段31插入到插入件1上與第一間隔套段31的外徑匹配的孔洞12中。

步驟四、安裝同步環(huán)5，使得搖臂23的末端安裝在同步環(huán)5的內壁的凹槽51中。

步驟三和步驟四不存在先后順序。

圖12示出了渦輪增壓器可變噴嘴組件在渦輪增壓器中的位置，圖中a區(qū)域圈出了本發(fā)明的渦輪增壓器可變噴嘴組件的大體位置。從圖中可以看出渦輪增壓器包括渦輪增壓器可變噴嘴組件、渦輪100、渦殼101和中間殼102。渦殼100的環(huán)形流道接收來自發(fā)動機的廢氣，環(huán)形的渦輪增壓器可變噴嘴組件設置在渦輪增壓器流道與渦輪100之間，將渦殼流道內的廢氣引導吹向渦輪100，并且可以調整氣流吹向渦輪100的角度，從而調節(jié)渦輪100的做功效率。渦輪100帶動同軸的壓輪對發(fā)動機進氣壓縮做功。

以上詳細描述了本發(fā)明的一個具體實施方式，僅為了說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓本領域技術人員能夠了解本發(fā)明的內容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。應當理解，本領域的普通技術人員無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發(fā)明的構思在現(xiàn)有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。