[发明专利]一种集成于涡轮壳体上的可变喷嘴涡轮增压器调节机构

说明书

技术领域

发明涉及车用可变喷嘴涡轮增压器技术领域，具体涉及一种集成于涡轮壳体上的可变喷嘴涡轮增压器调节机构。

背景技术

内燃机从发明发展到一百多年以后的今天，相关技术不断创新和走向成熟。但内燃机作为汽车动力仍然面临诸多问题：热效率不高（特别是汽油机）；所依赖的石油资源逐渐减少；废气排放污染大气环境，并难以集中治理等。发动机增压主要通过压气机提高进气密度，这项技术已作为提高发动机升功率、改善经济性和排放特性的重要措施得到广泛应用。根据驱动压气机方式的不同，发动机增压可分为机械增压、气波增压和废气涡轮增压三种基本方式。

废气涡轮增压将发动机排出的具有一定能量的废气引入涡轮并膨胀做功，废气涡轮的全部功率用于驱动与涡轮机同轴旋转的压气机工作叶轮，在压气机中将新鲜空气压缩后再送入气缸。废气涡轮增压由于利用了废气能量，提高了有效功率的输出比例，故发动机经济性明显提高，并可大幅度地降低有害气体的排放和噪声水平。

车用发动机是动力机械装置，要求低速时输出高转矩。对于废气涡轮增压，由于涡轮机是流体机械，其增压能力取决于增压器的转速。增压器转速的提高是通过发动机排出的废气所具有的能量在涡轮机上推动叶轮旋转而获得的。发动机低速时，排气流量小而能量不足，涡轮转速低致使压气机的增压效果不明显，发动机转矩增加不多，与车辆要求的发动机转矩特性互相矛盾。内燃机对负荷与转速的迅速响应，对车辆行驶的安全性与经济性十分重要。在发动机工况改变时，涡轮增压器自身的惯性使其瞬态响应特性较差，从排气能量的变化到进气压力的建立需要一定的时间，不仅影响了发动机对突变负荷的加速响应特性，而且由于过渡过程拖长致使加速时排放性能和经济性能变差。

为了保证发动机在低速时具有较高的增压压力和较高的转矩，同时保证发动机在高速时增压压力又不致过高，防止发动机热负荷过高和涡轮增压器超速，应采取相应的技术措施改善车用涡轮增压发动机的转矩特性。

调节喷嘴环叶片开度的方法因其发动机性能改善的优势明显而得到了广泛应用。采用可变喷嘴涡轮增压器与普通增压器相比，发动机的低速转矩、油耗、烟度及过渡性能等都得到了一定程度的改善。可变喷嘴涡轮增压器在发动机低速时，使喷嘴环可调叶片开度减小，从而提高了涡轮进口的气体压力，即提高了涡轮进口气体的做功能力，增大了涡轮驱动力矩，所以废气涡轮增压器转速得以提高，增压压力也提高；反之，在发动机高速时，喷嘴环可调叶片开度增大，增压压力则相对减小，防止高速时增压压力过高。

目前可变喷嘴涡轮增压器存在的主要缺陷如下：

1）传统的可变喷嘴涡轮增压器喷嘴环可调叶片驱动装置都安装于中间体部分，若想将固定喷嘴涡轮增压器变型改造为可变喷嘴涡轮增压器，需对中间体和涡轮部分同时进行结构上的改动，生产工艺复杂，零件的互换率和通用性低，提高了生产成本，不易实现产业化生产。

2）传统的可变喷嘴涡轮增压器各喷嘴环可调叶片的开度设计时完全一致，与车用发动机实际工作的进口气流角变化规律不符，增加了能量损失。

3）部分可变喷嘴涡轮增压器中，喷嘴环可调叶片的开度虽然能够随着发动机转速的改变而做出相应的调整，但在使用过程中其性能极不稳定，可靠性较差，使用过程中可能出现喷嘴环可调叶片不能完全按预设规律运动的情况，甚至卡死。因此，可变喷嘴涡轮增压器的应用范围受到限制，很难在车用发动机中大范围推广使用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种集成于涡轮壳体上的可变喷嘴涡轮增压器调节机构，其中开度可变的喷嘴环可调叶片和开度不可变的喷嘴环固定叶片周向均布安装在可变喷嘴涡轮增压器涡轮机的喷嘴环中，喷嘴环即安装盘表面相对分体式涡轮壳的内壁面之间形成的环形空腔，能提高涡轮在全部工况范围内的工作效率。

一种集成于涡轮壳体上的可变喷嘴涡轮增压器调节机构，机构包括喷嘴环可调叶片驱动装置、三个喷嘴环固定叶片、三个以上的喷嘴环可调叶片、分体式涡轮壳和涡轮壳盖板，外围设备为中间体；喷嘴环可调叶片驱动装置包括安装盘、被动齿轮、驱动齿圈、主动齿轮、主动齿轮轴和双摇杆驱动机构；其中，安装盘为圆环形结构；

在喷嘴环可调叶片驱动装置中，三个喷嘴环固定叶片通过安装轴固定在安装盘同一个侧面的同一圆周上，三个喷嘴环固定叶片在圆周上均布，喷嘴环可调叶片通过安装轴活动安装在安装盘上并均布在三个喷嘴环固定叶片之间，喷嘴环固定叶片和喷嘴环可调叶片将此圆周等分；