可變截面噴嘴環(huán)及控制方法和工藝方案的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種可變截面噴嘴環(huán)及其控制方法和工藝方案。
[0002]【背景技術(shù)】:
車用廢氣渦輪增壓器的使用，在近十年在國(guó)內(nèi)有了長(zhǎng)足的發(fā)展。隨著客戶要求的不斷提高、國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)境要求的不斷嚴(yán)格化、渦輪增壓器設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷改進(jìn)，根據(jù)車輛使用的實(shí)際狀況，采取可變截面噴嘴環(huán)技術(shù)已經(jīng)成為必然之路。眾所周知，車輛在路面實(shí)際行駛過(guò)程中，隨著道路狀況的變化(特別是在城市內(nèi)交通狀況)，車輛的實(shí)際行駛速度常常處于低速狀態(tài)下。然而，在車用渦輪增壓器設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的效率以及安全性原貝1J，必然將渦輪增壓器的設(shè)計(jì)最高轉(zhuǎn)速設(shè)定在發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷的狀態(tài)下。同時(shí)，渦輪增壓器在與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配過(guò)程中，通常將壓氣機(jī)的最高效率設(shè)定在滿負(fù)荷狀態(tài)時(shí)70-80%位置。由于渦輪增壓器的實(shí)際轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)所排出的廢氣流量(也就是通常說(shuō)的發(fā)動(dòng)機(jī)待速)以及溫度有直接關(guān)系。因此，在發(fā)動(dòng)機(jī)低速工作狀況下，低排量的廢氣直接導(dǎo)致渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速同樣處于低速狀態(tài)下，這將直接影響到渦輪增壓器的正常工作(壓氣機(jī)端出口無(wú)法形成較高壓氣的空氣)，因此大大影響了渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)低速狀態(tài)下的工作效率。
[0003]根據(jù)這一狀況，專業(yè)生產(chǎn)廠家特別設(shè)計(jì)了可變截面的噴嘴環(huán)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)的原理是:當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在低速狀態(tài)下工作時(shí)，通過(guò)減小增壓器噴嘴環(huán)的出氣口面積，以達(dá)到渦輪端在低流量狀態(tài)下降低噴嘴面積增加氣體壓強(qiáng)，提高渦輪轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速，增加壓氣機(jī)端出氣口的氣體壓力，借以改善發(fā)動(dòng)機(jī)低速狀態(tài)下渦輪增壓器的工作效率。
[0004]目前常用可變截面噴嘴環(huán)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)通常有以下兩種結(jié)構(gòu)方式:
1.通過(guò)調(diào)整噴嘴環(huán)葉片的壓力角，以改變噴嘴環(huán)葉片出氣口的實(shí)際流通直徑(也就是我們通常所說(shuō)的Φ(1值)，而改變噴嘴環(huán)的出氣口面積。以達(dá)到隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的大幅度降低，渦輪轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不會(huì)隨之發(fā)生降低(在一定程度范圍內(nèi))，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)低速狀態(tài)下渦輪增壓器的效率。該結(jié)構(gòu)的可變截面噴嘴環(huán)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于噴嘴環(huán)葉片需要具備旋轉(zhuǎn)功能，因此葉片旋轉(zhuǎn)軸與噴嘴環(huán)葉片座孔設(shè)計(jì)為小間隙配合狀態(tài)，確保噴嘴葉片的旋轉(zhuǎn)功能順利進(jìn)行，同時(shí)必須避免由于間隙偏大導(dǎo)致的噴嘴葉片產(chǎn)生翹曲而無(wú)法旋轉(zhuǎn)。然而，增壓器渦輪端在正常工作狀態(tài)下，由于發(fā)動(dòng)機(jī)排出的燃?xì)鈴U氣溫度通常在600度左右(柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣溫度)，這樣噴嘴環(huán)在實(shí)際工作狀態(tài)下的溫度在500-550度左右，在如此高的溫度狀況下，由于噴嘴環(huán)部件中每個(gè)部位的材料以及結(jié)構(gòu)不同，熱膨脹系數(shù)的不同，使得噴嘴環(huán)葉片旋轉(zhuǎn)軸的實(shí)際變形量難以達(dá)到一個(gè)確定值，這樣對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸與孔的間隙值控制要求大幅度提高，在大批量生產(chǎn)條件下(車用渦輪增壓器必然處于大批量生產(chǎn)狀況)，該結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及可靠性隨之降低(當(dāng)然可以通過(guò)嚴(yán)格控制增加成本以提高穩(wěn)定性和可靠性)。
[0005]2.通過(guò)改變噴嘴環(huán)出氣口高度，以改變噴嘴環(huán)的出氣口面積，借以達(dá)到上敘功能。這一結(jié)構(gòu)有兩個(gè)關(guān)鍵零件，即:噴嘴環(huán)葉片座和導(dǎo)向圈。目前市場(chǎng)擁有的該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的可變截面噴嘴環(huán)，噴嘴環(huán)葉片座采取的是整體鑄造，然后通過(guò)銑削噴嘴環(huán)葉片輪廓，以滿足噴嘴環(huán)葉片與導(dǎo)向圈內(nèi)的間隙值要求(也就是噴嘴環(huán)葉片設(shè)計(jì)輪廓度要求)。大家知道，該噴嘴環(huán)由于工作溫度非常高，所以設(shè)計(jì)采用的材料為鑄造式高溫合金，該材料的切削性能非常差，導(dǎo)致該葉片座加工時(shí)間以及周期長(zhǎng)，難以滿足大批量生產(chǎn)方式。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
為了解決這一問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種可變截面噴嘴環(huán)及其控制方法和工藝方案，該可變截面噴嘴環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理，有利于降低制作成本和提高可變截面噴嘴環(huán)使用的穩(wěn)定性以及可靠性。
[0007]本發(fā)明可變截面噴嘴環(huán)，其特征在于:包括噴嘴環(huán)和均布在噴嘴環(huán)上的噴嘴環(huán)葉片，在噴嘴環(huán)葉片外圍套設(shè)有一相對(duì)噴嘴環(huán)側(cè)面靠近或遠(yuǎn)離的導(dǎo)向環(huán)。
[0008]進(jìn)一步的，上述噴嘴環(huán)上固定連接有兩調(diào)節(jié)桿，所述兩調(diào)節(jié)桿端部連接在一 U型撥叉上，所述U型撥叉的中斷后側(cè)穿設(shè)在一搖轉(zhuǎn)臂上。
進(jìn)一步的，上述搖轉(zhuǎn)臂由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)搖轉(zhuǎn)臂使噴嘴環(huán)在U型撥叉作用下靠近導(dǎo)向環(huán)；在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)搖轉(zhuǎn)臂使噴嘴環(huán)在U型撥叉作用下遠(yuǎn)離導(dǎo)向環(huán)。
[0009]進(jìn)一步的，上述噴嘴環(huán)材料為316L，噴嘴環(huán)葉片采用粉末高溫合金材料，噴嘴環(huán)葉片與噴嘴環(huán)通過(guò)鉚接方式固定。
[0010]本發(fā)明噴嘴環(huán)可變截面的控制方法，其特征在于:包括噴嘴環(huán)和均布在噴嘴環(huán)上的噴嘴環(huán)葉片，在噴嘴環(huán)葉片外圍套設(shè)有一相對(duì)噴嘴環(huán)側(cè)面靠近或遠(yuǎn)離的導(dǎo)向環(huán)；在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)搖轉(zhuǎn)臂使噴嘴環(huán)在U型撥叉作用下靠近導(dǎo)向環(huán)；在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)搖轉(zhuǎn)臂使噴嘴環(huán)在U型撥叉作用下遠(yuǎn)離導(dǎo)向環(huán)。
[0011]進(jìn)一步的，上述搖轉(zhuǎn)臂由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)搖轉(zhuǎn)臂使噴嘴環(huán)在U型撥叉作用下靠近導(dǎo)向環(huán)；在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)搖轉(zhuǎn)臂使噴嘴環(huán)在U型撥叉作用下遠(yuǎn)離導(dǎo)向環(huán)。
[0012]本發(fā)明通過(guò)改變噴嘴環(huán)以及噴嘴環(huán)葉片的軸向位移，調(diào)整噴嘴環(huán)出氣邊葉片的流通實(shí)際高度，以改變(減小或增加)噴嘴環(huán)的出氣邊喉口面積，達(dá)到與發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作轉(zhuǎn)速想匹配的噴嘴環(huán)理想面積。具體工作狀況如下:當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)(一定程度上)，控制系統(tǒng)得到信號(hào)，使電機(jī)帶動(dòng)搖轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)，通過(guò)撥叉結(jié)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)調(diào)節(jié)桿和噴嘴環(huán)做直線運(yùn)動(dòng)，而導(dǎo)向環(huán)固定不變，導(dǎo)致噴嘴環(huán)與導(dǎo)向環(huán)間距H值減小，噴嘴環(huán)喉口面積降低。
[0013]當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升時(shí)，系統(tǒng)做反向動(dòng)作，則噴嘴環(huán)與導(dǎo)向環(huán)間距H值增大，噴嘴環(huán)喉口面積增加。
[0014]本發(fā)明可變截面噴嘴環(huán)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是:
a、將噴嘴環(huán)以及噴嘴環(huán)葉片分為兩個(gè)零件，葉片采用粉末高溫合金材料，噴嘴環(huán)采用不銹鋼材料。這樣，可以大幅度降低材料成本(原噴嘴環(huán)設(shè)計(jì)采用的是整體高溫合金)。
[0015]b、噴嘴環(huán)葉片采用粉末冶金的方式直接得到成品，葉片型面的輪廓度要求
0.03_完全可以滿足。這樣可以避免由于高溫合金切削加工的難度大周期長(zhǎng)無(wú)法批量生產(chǎn)的缺陷得到徹底解決。在通過(guò)一次性投入(粉末冶金模具費(fèi)用)的前提下，大批量生產(chǎn)可以得到有效滿足，同時(shí)零件結(jié)構(gòu)尺寸的穩(wěn)定性好。
[0016]該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以在一定程度上改善可變截面噴嘴環(huán)的制作成本，同時(shí)一定層度上降低了可變截面噴嘴環(huán)的制作成本，提高了可變截面噴嘴環(huán)使用的穩(wěn)定性以及可靠性。
[0017]【附圖說(shuō)明】: 圖1是本發(fā)明的側(cè)視圖；
圖2是本發(fā)明的立體構(gòu)造示意圖；
圖3是本發(fā)明噴嘴環(huán)和噴嘴環(huán)葉片的剖面圖。
[0018]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖和實(shí)際實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]本發(fā)明可變截面噴嘴環(huán)，包括噴嘴環(huán)I和均布在噴嘴環(huán)I上的噴嘴環(huán)葉片2，在噴嘴環(huán)葉片2外圍套設(shè)有一相對(duì)噴嘴環(huán)側(cè)面靠近或遠(yuǎn)離的導(dǎo)向環(huán)3。
[0020]進(jìn)一步的，上述噴嘴環(huán)上固定連接有兩調(diào)