[發明專利]可變截面噴嘴環及控制方法和工藝方案

在審

• 申請號: 201510322163.6
• 申請日: 2015-06-12
• 公開（公告）號: CN104989462A
• 公開（公告）日: 2015-10-21
• 發明（設計）人: 李慧棟
• 申請（專利權）人: 光隆精密工業（福州）有限公司
• 主分類號: F01D9/04
• 分類號: F01D9/04;F01D9/02;F01D17/12;F01D17/24
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域:

本發明涉及一種可變截面噴嘴環及其控制方法和工藝方案。

背景技術:

??車用廢氣渦輪增壓器的使用，在近十年在國內有了長足的發展。隨著客戶要求的不斷提高、國內對環境要求的不斷嚴格化、渦輪增壓器設計技術的不斷改進，根據車輛使用的實際狀況，采取可變截面噴嘴環技術已經成為必然之路。眾所周知，車輛在路面實際行駛過程中，隨著道路狀況的變化（特別是在城市內交通狀況），車輛的實際行駛速度常常處于低速狀態下。然而，在車用渦輪增壓器設計過程中，為了充分發揮發動機的效率以及安全性原則，必然將渦輪增壓器的設計最高轉速設定在發動機滿負荷的狀態下。同時，渦輪增壓器在與發動機匹配過程中，通常將壓氣機的最高效率設定在滿負荷狀態時70-80%位置。由于渦輪增壓器的實際轉速與發動機所排出的廢氣流量（也就是通常說的發動機待速）以及溫度有直接關系。因此，在發動機低速工作狀況下，低排量的廢氣直接導致渦輪增壓器的轉速同樣處于低速狀態下，這將直接影響到渦輪增壓器的正常工作（壓氣機端出口無法形成較高壓氣的空氣），因此大大影響了渦輪增壓器在發動機低速狀態下的工作效率。

????根據這一狀況，專業生產廠家特別設計了可變截面的噴嘴環結構。該結構的原理是：當發動機在低速狀態下工作時，通過減小增壓器噴嘴環的出氣口面積，以達到渦輪端在低流量狀態下降低噴嘴面積增加氣體壓強，提高渦輪轉子的工作轉速，增加壓氣機端出氣口的氣體壓力，借以改善發動機低速狀態下渦輪增壓器的工作效率。

目前常用可變截面噴嘴環的設計結構通常有以下兩種結構方式：

1.????通過調整噴嘴環葉片的壓力角，以改變噴嘴環葉片出氣口的實際流通直徑（也就是我們通常所說的φd值），而改變噴嘴環的出氣口面積。以達到隨著發動機轉速的大幅度降低，渦輪轉子的轉速不會隨之發生降低（在一定程度范圍內），從而提高發動機低速狀態下渦輪增壓器的效率。該結構的可變截面噴嘴環，在設計過程中，由于噴嘴環葉片需要具備旋轉功能，因此葉片旋轉軸與噴嘴環葉片座孔設計為小間隙配合狀態，確保噴嘴葉片的旋轉功能順利進行，同時必須避免由于間隙偏大導致的噴嘴葉片產生翹曲而無法旋轉。然而，增壓器渦輪端在正常工作狀態下，由于發動機排出的燃氣廢氣溫度通常在600度左右（柴油發動機的排氣溫度），這樣噴嘴環在實際工作狀態下的溫度在500-550度左右，在如此高的溫度狀況下，由于噴嘴環部件中每個部位的材料以及結構不同，熱膨脹系數的不同，使得噴嘴環葉片旋轉軸的實際變形量難以達到一個確定值，這樣對于旋轉軸與孔的間隙值控制要求大幅度提高，在大批量生產條件下（車用渦輪增壓器必然處于大批量生產狀況），該結構的穩定性以及可靠性隨之降低（當然可以通過嚴格控制增加成本以提高穩定性和可靠性）。

2.????通過改變噴嘴環出氣口高度，以改變噴嘴環的出氣口面積，借以達到上敘功能。這一結構有兩個關鍵零件，即：噴嘴環葉片座和導向圈。目前市場擁有的該設計結構的可變截面噴嘴環，噴嘴環葉片座采取的是整體鑄造，然后通過銑削噴嘴環葉片輪廓，以滿足噴嘴環葉片與導向圈內的間隙值要求（也就是噴嘴環葉片設計輪廓度要求）。大家知道，該噴嘴環由于工作溫度非常高，所以設計采用的材料為鑄造式高溫合金，該材料的切削性能非常差，導致該葉片座加工時間以及周期長，難以滿足大批量生產方式。

發明內容：

為了解決這一問題，本發明的目的在于提供一種可變截面噴嘴環及其控制方法和工藝方案，該可變截面噴嘴環結構簡單、設計合理，有利于降低制作成本和提高可變截面噴嘴環使用的穩定性以及可靠性。

本發明可變截面噴嘴環，其特征在于：包括噴嘴環和均布在噴嘴環上的噴嘴環葉片，在噴嘴環葉片外圍套設有一相對噴嘴環側面靠近或遠離的導向環。

進一步的，上述噴嘴環上固定連接有兩調節桿，所述兩調節桿端部連接在一U型撥叉上，所述U型撥叉的中斷后側穿設在一搖轉臂上。

進一步的，上述搖轉臂由電機驅動，在發動機轉速降低時，電機驅動搖轉臂使噴嘴環在U型撥叉作用下靠近導向環；在發動機轉速增加時，電機驅動搖轉臂使噴嘴環在U型撥叉作用下遠離導向環。

進一步的，上述噴嘴環材料為316L，噴嘴環葉片采用粉末高溫合金材料，噴嘴環葉片與噴嘴環通過鉚接方式固定。