用于vtg渦輪增壓器的致動器樞轉(zhuǎn)軸非對稱襯套的制作方法
【專利說明】用于VTG渦輪增壓器的致動器樞轉(zhuǎn)軸非對稱襯套
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求在2012年12月28日提交的并且題為“用于VTG渦輪增壓器的致動器樞轉(zhuǎn)軸非對稱襯套(Asymmetric Actuator Pivot Shaft Bushing For VTGTurbocharger) ”的美國臨時(shí)申請?zhí)?1/746，683的優(yōu)先權(quán)及所有權(quán)益。
[0003]發(fā)明背景
1.發(fā)明領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的一種可變渦輪幾何形狀的渦輪增壓器。更具體地講，本發(fā)明涉及一種用于致動器樞轉(zhuǎn)軸的非對稱襯套。
[0005]2.相關(guān)技術(shù)的說明
[0006]渦輪增壓器是一種與內(nèi)燃發(fā)動機(jī)一起使用的強(qiáng)制進(jìn)氣系統(tǒng)。渦輪增壓器將壓縮的空氣傳送到發(fā)動機(jī)進(jìn)氣端從而允許燃燒更多的燃料，因此增加了發(fā)動機(jī)的功率密度而沒有明顯地增加發(fā)動機(jī)的重量。因此，渦輪增壓器允許使用較小的發(fā)動機(jī)而形成與較大的、正常吸氣的發(fā)動機(jī)相同量的功率。在車輛中使用較小發(fā)動機(jī)具有減小車輛質(zhì)量、提高性能并且增強(qiáng)燃料經(jīng)濟(jì)性的所希望效果。此外，使用渦輪增壓器允許被遞送至發(fā)動機(jī)的燃料的更完全燃燒，這有助于實(shí)現(xiàn)排放量減少這一高度希望的目標(biāo)。
[0007]渦輪增壓器包括:一個渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)具有連接至發(fā)動機(jī)排氣歧管上的一個渦輪機(jī)殼體；一個壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)具有連接至發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管上的一個壓縮機(jī)殼體；以及一個軸承殼體，該軸承殼體將該渦輪機(jī)殼體與壓縮機(jī)殼體連接到一起。該渦輪機(jī)包括布置在該渦輪機(jī)殼體內(nèi)的一個渦輪機(jī)葉輪，并且該壓縮機(jī)包括布置在該壓縮機(jī)殼體內(nèi)的一個壓縮機(jī)葉輪。該渦輪機(jī)葉輪是由從該排氣歧管供應(yīng)的排氣流可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動的。一個軸被可旋轉(zhuǎn)地支撐在該軸承殼體內(nèi)并且將該渦輪機(jī)葉輪聯(lián)接至該壓縮機(jī)葉輪上，這樣使得該渦輪機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)造成該壓縮機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)。將該渦輪機(jī)葉輪與該壓縮機(jī)葉輪相連接的軸限定了一條渦輪增壓器旋轉(zhuǎn)軸線。當(dāng)壓縮機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，它使進(jìn)入壓縮機(jī)殼體的環(huán)境空氣壓縮，從而增大了經(jīng)由該發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管被遞送至發(fā)動機(jī)汽缸的空氣質(zhì)量流速、空氣流密度和空氣壓力。
[0008]為了改善渦輪增壓器的效率、響應(yīng)性或工作范圍，通常有利的是調(diào)節(jié)流向渦輪機(jī)葉輪的排氣流。調(diào)節(jié)流向渦輪機(jī)葉輪的排氣流的一種方法通常有若干名稱，包括可變渦輪幾何形狀(VTG)、可變幾何形狀渦輪(VGT)、可變噴嘴渦輪(VNT)或簡單地可變幾何形狀(VG) ο VTG渦輪增壓器包括多個可調(diào)導(dǎo)向葉片，這些可調(diào)導(dǎo)向葉片被樞轉(zhuǎn)地支撐在通向渦輪葉輪的一個葉輪入口中。對這些導(dǎo)向葉片進(jìn)行調(diào)整以便通過調(diào)節(jié)流向渦輪機(jī)葉輪的排氣流來控制排氣背壓以及渦輪增壓器速度。
[0009]例如，調(diào)整導(dǎo)向葉片來約束排氣流從而使排氣沖擊渦輪機(jī)葉輪的速度增加，這樣導(dǎo)致渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)更快。加快渦輪機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)進(jìn)而加快了壓縮機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)，由此增大了傳送到發(fā)動機(jī)的增壓壓力。相反地，調(diào)節(jié)導(dǎo)向葉片來打開排氣流從而使排氣沖擊渦輪機(jī)葉輪的速度減小，這樣導(dǎo)致渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)更慢。減慢渦輪機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)進(jìn)而減慢了壓縮機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)，由此降低了傳送到發(fā)動機(jī)的增壓壓力。
[0010]調(diào)整導(dǎo)向葉片還在使用排氣再循環(huán)(EGR)來控制氮氧化物(NOx)的排放的發(fā)動機(jī)中提供了用于產(chǎn)生和控制排氣背壓的一種手段。
[0011]參見圖1A至圖3，示出了一個典型VTG渦輪增壓器100的各種元件。渦輪增壓器100包括一個軸承殼體102，并且限定了一條渦輪增壓器旋轉(zhuǎn)軸線R10。一個葉片組件包括多個安裝在葉片軸105上、位于下部葉片環(huán)106與上部葉片環(huán)108之間的導(dǎo)向葉片104。轉(zhuǎn)動這些葉片軸105以調(diào)節(jié)導(dǎo)向葉片104的位置。一個葉片杠桿或葉片撥叉110被牢固地固定至葉片軸105的一端上。葉片撥叉110與葉片塊114相接合，這些葉片塊被可轉(zhuǎn)動地聯(lián)接到一個控制環(huán)116上。響應(yīng)于該控制環(huán)116在圍繞渦輪增壓器旋轉(zhuǎn)軸線RlO的第一方向和第二方向的轉(zhuǎn)動，這些導(dǎo)向葉片104被葉片撥叉110可轉(zhuǎn)動地驅(qū)動。該控制環(huán)116進(jìn)而由一個致動器樞轉(zhuǎn)軸118轉(zhuǎn)動。
[0012]該致動器樞轉(zhuǎn)軸118從該渦輪增壓器的100的外部延伸進(jìn)入軸承殼體102之中。一個樞轉(zhuǎn)軸叉122被附接至該致動器樞轉(zhuǎn)軸118的內(nèi)部端120上。一個致動裝置(未示出)使一個控制連桿124移位，這個移位使得被附接到軸承殼體102外部的致動器樞轉(zhuǎn)軸118上的一個樞轉(zhuǎn)臂126發(fā)生轉(zhuǎn)動。該控制連桿124的移位導(dǎo)致該致動器樞轉(zhuǎn)軸118圍繞其軸線R12轉(zhuǎn)動。該致動器樞轉(zhuǎn)軸118的這種轉(zhuǎn)動在軸承殼體102內(nèi)部被運(yùn)送并且被轉(zhuǎn)化成該樞轉(zhuǎn)軸叉122的轉(zhuǎn)動。樞轉(zhuǎn)軸叉122的轉(zhuǎn)動作用在一個可轉(zhuǎn)動地聯(lián)接到該控制環(huán)116上的一個致動器塊130，這導(dǎo)致該控制環(huán)116的轉(zhuǎn)動以及這些導(dǎo)向葉片104的相應(yīng)調(diào)整，如上所述。
[0013]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，該致動器樞轉(zhuǎn)軸118由兩個襯套支撐。一個主襯套132位于孔134內(nèi)，致動器樞轉(zhuǎn)軸118通過該孔延伸到軸承殼體102中。主襯套132對鄰近該樞轉(zhuǎn)軸叉122的致動器樞轉(zhuǎn)軸118提供徑向約束。次級襯套136位于軸承殼體102外部部分的一個孔138中，并且對致動器樞轉(zhuǎn)軸118的外部端140提供徑向約束。
[0014]致動器樞轉(zhuǎn)軸118與主襯套132之間的配合允許致動器樞轉(zhuǎn)軸118無約束地轉(zhuǎn)動。因此，當(dāng)操作該致動裝置以用于調(diào)節(jié)導(dǎo)向葉片104時(shí)，經(jīng)常存在著可能使致動器樞轉(zhuǎn)軸118傾斜或偏斜的非旋轉(zhuǎn)力。這些非旋轉(zhuǎn)力在該致動器樞轉(zhuǎn)軸118與主襯套132之間引起高接觸壓力，這導(dǎo)致致動器樞轉(zhuǎn)軸118過早磨損。
[0015]因此，希望提供一種防止致動器樞轉(zhuǎn)軸傾斜從而減少致動器樞轉(zhuǎn)軸與襯套之間的接觸壓力的經(jīng)改進(jìn)的襯套。
[0016]發(fā)明概述
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，渦輪增壓器包括一個渦輪增壓器殼體；一個致動機(jī)構(gòu)，用于致動該渦輪增壓器殼體內(nèi)的一個裝置；一個樞轉(zhuǎn)軸，具有位于該渦輪增壓器殼體內(nèi)部的一個內(nèi)部端和位于該渦輪增壓器殼體外部的一個外部端，其中，該樞轉(zhuǎn)軸被可轉(zhuǎn)動地安裝在該渦輪增壓器殼體中的一個孔內(nèi)，用于將致動運(yùn)動從該渦輪增壓器殼體的外部傳輸?shù)皆撝聞訖C(jī)構(gòu)；以及布置在該孔內(nèi)的一個襯套，該襯套包括一個非對稱部分，該非對稱部分在該渦輪增壓器殼體內(nèi)部延伸以支撐該樞轉(zhuǎn)軸的內(nèi)部端。
[0018]附圖的簡要說明
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將是容易了解的，因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)通過參照以下詳細(xì)說明在結(jié)合附圖考慮時(shí)將變得更好理解，在附圖中:
[0020]圖1A是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的VTG渦輪增壓器葉片組件的端視圖；
[0021]圖1B是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的葉片組件的截面視圖；
[0022]圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，與葉片組件相關(guān)聯(lián)的一個控制連桿的片段透視圖；
[0023]圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，一個典型VTG渦輪增壓器的片段截面視圖，展示出了被一對襯套支撐著的致動器樞轉(zhuǎn)軸；
[0024]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施例的一個典型VTG渦輪增壓器的片段截面視圖，展示出了被一個非對稱襯套支撐著的一個致動器樞轉(zhuǎn)軸；并且
[0025]圖5是致動器樞轉(zhuǎn)軸與非對稱襯套的透視圖。
[0026]實(shí)施方式的詳細(xì)說明
[0027]正如現(xiàn)有技術(shù)所熟知的，一個渦輪增壓器10包括:一個渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)具有連接至發(fā)動機(jī)排氣歧管上的一個渦輪機(jī)殼體12 ;—個壓縮機(jī)，該壓縮機(jī)具有連接至發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管上的一個壓縮機(jī)殼體14 ;以及一個軸承殼體16，該軸承殼體將該渦輪機(jī)殼體10與壓縮機(jī)殼體14連接到一起。渦輪機(jī)葉輪18被布置在渦輪機(jī)殼體12內(nèi)，并且壓縮機(jī)葉輪20被布置在壓縮機(jī)殼體14中。渦輪機(jī)葉輪18是由從該排氣歧管供應(yīng)的排氣可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動的。一個軸22被可旋轉(zhuǎn)地被支撐在軸承殼體16內(nèi)并且將該渦輪機(jī)葉輪18聯(lián)接至該壓縮機(jī)葉輪20上，從而使得該渦輪機(jī)葉輪18的旋轉(zhuǎn)造成該壓縮機(jī)葉輪20的旋轉(zhuǎn)。將渦輪機(jī)葉輪18與壓縮機(jī)葉輪20相連接的軸22限定了一條在軸向延伸的渦輪增壓器旋轉(zhuǎn)軸線Rl。當(dāng)壓縮機(jī)葉輪20旋轉(zhuǎn)時(shí)，使進(jìn)入該壓縮機(jī)殼體14中的周圍空氣壓縮，周圍空氣然后經(jīng)由進(jìn)氣歧管被遞送至發(fā)動機(jī)汽缸。
[0028]為了使渦輪增壓器10的性能和效率最大化，通常使用可變渦輪幾何形狀(VTG)來控制或調(diào)節(jié)流到渦輪機(jī)葉輪18的排氣。一個葉片組組件被定位在渦輪機(jī)殼體12內(nèi)，用以對流動到渦輪機(jī)葉輪18的排氣進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0029]葉片組組件包括在通向渦輪葉輪18的一個葉輪入28中圍繞該渦輪增壓器旋轉(zhuǎn)軸線Rl被環(huán)圓周地安排的多個導(dǎo)向葉片26。這些導(dǎo)向葉片26在圓周方向上被間隔開并且在一個下部葉片環(huán)30與一個上部葉片環(huán)32之間被可轉(zhuǎn)動地支撐。每個導(dǎo)向葉片26被安裝在沿軸向方向延伸的一個葉片軸34上。葉片軸34圍繞其軸線的旋轉(zhuǎn)使得相應(yīng)的導(dǎo)向葉片26進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或調(diào)整。每個葉片軸34延伸穿過該上部葉片環(huán)32，并且包括牢固地固定至葉片軸34 —端上的一個葉片杠桿或葉片撥叉36。這些葉片撥叉36在總體上垂直于這些葉片軸34的方向延伸，并且與被可轉(zhuǎn)動地聯(lián)接到一個控制環(huán)40上的葉片塊38相接合。響應(yīng)于控制環(huán)40在圍繞渦輪增壓器旋轉(zhuǎn)軸線Rl的第一方向和第二方向的轉(zhuǎn)動，這些導(dǎo)向葉片26被葉片撥叉36可轉(zhuǎn)動地驅(qū)動。該控制環(huán)40進(jìn)而由一個致動器樞轉(zhuǎn)軸42轉(zhuǎn)動。
[0030]致動器樞轉(zhuǎn)軸42從渦輪增壓器10的外部延伸，穿過該軸承殼體16，并且進(jìn)入該軸承殼體16內(nèi)部限定的一個軸承殼體腔44。一個致動機(jī)構(gòu)或樞轉(zhuǎn)軸叉46被牢固地固定至該致動器樞轉(zhuǎn)軸42的內(nèi)部端48上。該樞轉(zhuǎn)軸叉46在總體上垂直于該致動器樞轉(zhuǎn)軸42延伸，并且與被可轉(zhuǎn)動地聯(lián)接到一個控制環(huán)40上的致動器塊50相接合。一個樞轉(zhuǎn)臂54的第一端52被牢固地固定至該軸承殼體16外部的致動器樞轉(zhuǎn)軸42上，并且樞轉(zhuǎn)臂54的第二端56被可操作性地聯(lián)接到一個控制連桿58上。由一個致動裝置(未示出)使該控制連桿58移位，這個移位使該樞轉(zhuǎn)臂54轉(zhuǎn)動，這導(dǎo)致該