專利名稱：一種響應(yīng)迅速的變量葉輪增壓裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機渦輪增壓技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種與發(fā)動機當(dāng)前輸出功率相匹配的響應(yīng)迅速的變量葉輪增壓裝置。
背景技術(shù)：
隨著汽車制造技術(shù)日新月異的發(fā)展，人們對汽車發(fā)動機性能的要求也越來越高， 不僅要擁有強勁的動力，還必須有極高的效率和足夠清潔的排放。這就要求發(fā)動機在各種工況下都能要達到其最高效的工作狀態(tài)，以滿足發(fā)動機在各個工作狀態(tài)下對于進氣量的需求。渦輪增壓器相當(dāng)于一個由發(fā)動機排出的廢氣所驅(qū)動的空氣泵，通過壓縮空氣來增加發(fā)動機的進氣量，從而提高發(fā)動機的功率和扭矩，使車輛動力強勁，同時提高了燃油經(jīng)濟性和降低尾氣排放。雖然發(fā)動機在全負荷狀態(tài)下時排氣量非?？捎^，但當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低時，排氣量卻小得可憐，此時渦輪增壓器就會由于驅(qū)動力不足而無法達到工作轉(zhuǎn)速，這樣造成的結(jié)果就是，在低轉(zhuǎn)速時，渦輪增壓器并不能發(fā)揮作用，這時渦輪增壓發(fā)動機的動力表現(xiàn)甚至?xí)∮谝慌_同排量的自然吸氣發(fā)動機，這就是“渦輪遲滯”現(xiàn)象。傳統(tǒng)解決渦輪遲滯現(xiàn)象的方法是使用小尺寸輕質(zhì)渦輪，其擁有較小的轉(zhuǎn)動慣量，在發(fā)動機較低轉(zhuǎn)速下渦輪就能達到最佳工作轉(zhuǎn)速，從而有效改善渦輪遲滯現(xiàn)象。但由于小渦輪排氣截面小，會使排氣阻力增加(產(chǎn)生排氣回壓)，因此發(fā)動機在大功率和大扭矩的情況下會受到一定影響。為解決上述矛盾采用的技術(shù)方案一讓渦輪增壓發(fā)動機在高低轉(zhuǎn)速下都能保證良好的增壓效果，VGT (Variable Geometry iTurbocharger)可變截面渦輪增壓技術(shù)便應(yīng)運而生，其在渦輪的外側(cè)增加了一圈可由電子系統(tǒng)控制角度的導(dǎo)流葉片(參見圖1)，導(dǎo)流葉片的相對位置固定，但葉片角度可以調(diào)整。當(dāng)系統(tǒng)工作時，廢氣會順著導(dǎo)流葉片送至增壓渦輪上，通過調(diào)整葉片角度控制流過增壓渦輪的氣體的流量和流速，從而控制渦輪的轉(zhuǎn)速，有效減輕了渦輪遲滯現(xiàn)象，也改善了發(fā)動機的響應(yīng)時間和加速能力。但因廢氣渦輪增壓的排氣管溫度過高對增壓器的機油潤滑密封性造成影響，促使密封件磨損，因此廢氣渦輪增壓時燒機油問題始終難以解決。為解決上述矛盾采用的技術(shù)方案二 采用電子渦輪增壓裝置，電子渦輪增壓裝置可以避免類似于廢氣渦輪增壓燒機油問題，但由于采用線性控制電機轉(zhuǎn)速，因此往往在操作者踏下油門需要增速時，增壓渦輪響應(yīng)遲緩，從而極大的影響了發(fā)動機增壓的效率與效^ ο

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有的渦輪增壓技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種響應(yīng)迅速且與發(fā)動機當(dāng)前輸出功率相匹配的變量葉輪增壓裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種響應(yīng)迅速的變量葉輪增壓裝置，包括一渦輪殼體；一設(shè)置于所述渦輪殼體內(nèi)的至少一個渦輪；一渦輪電機；用于驅(qū)動所述渦輪；一電子控制單元，用于控制所述渦輪電機；它還包括一可控制氣體通過量的變量葉輪，所述變量葉輪由若干葉片組成，所述變量葉輪設(shè)置在所述渦輪的進氣端或者出氣端；所述變量葉輪與一控制變量葉輪的壓控器連接， 所述壓控器與所述電子控制單元連接。進一步地，所述渦輪包括一吸氣渦輪以及一增壓渦輪，所述變量葉輪設(shè)置在所述吸氣渦輪與所述增壓渦輪之間。進一步地，所述渦輪為一吸氣渦輪，所述變量葉輪設(shè)置在所述吸氣渦輪的出氣端。進一步地，所述渦輪為一增壓渦輪，所述變量葉輪設(shè)置在所述增壓渦輪的進氣端。進一步地，所述殼體內(nèi)設(shè)有一可軸向來回移動的導(dǎo)向軸以及一固定框架，所述導(dǎo)向軸與所述渦輪電機的轉(zhuǎn)子在同一軸線上，所述變量葉輪的一端安裝在所述導(dǎo)向軸上，所述變量葉輪的另一端安裝在所述固定框架上。進一步地，它還包括一設(shè)于所述渦輪殼體內(nèi)的用于改變所述變量葉輪開合角度的驅(qū)動裝置，所述電子控制單元與所述驅(qū)動裝置連接，用于控制所述驅(qū)動裝置軸向來回移動。進一步地，它還包括一壓控器，進氣口壓力溫度傳感器和排氣口壓力溫度傳感器， 所述壓控器設(shè)置在所述導(dǎo)向軸的另一端，所述進氣口壓力溫度傳感器設(shè)置在所述渦輪殼體上進氣口一側(cè)，所述排氣口壓力溫度傳感器設(shè)置在所述渦輪殼體上排氣口一側(cè)。本專利的有益效果在于本發(fā)明渦輪增壓裝置采用變量葉輪來控制渦輪中氣體流量，變量葉輪可以由導(dǎo)向軸控制開度利用改變變量葉輪的展開程度以達到控制渦輪氣體通過量的目的，從而改善渦輪增壓裝置與發(fā)動機的匹配性能。當(dāng)汽車需要增壓時，首先操作者會踏下油門，踏下油門的同時，電子控制單元同步控制變量葉輪的開度，保證增壓渦輪的進氣量迅速增大，這樣渦輪增壓幾乎與渦輪電機的加速同步，從而有效克服動力輸出滯后的缺點。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明；
圖1為現(xiàn)有技術(shù)中可變截面渦輪增壓裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為安裝有本發(fā)明的渦輪增壓裝置的渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為變量葉輪的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為增壓渦輪的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中標(biāo)號說明
I-渦輪殼體2-變量葉輪 3-導(dǎo)向軸 4-吸氣渦輪 5-渦輪電機 6-增壓軸座 7-增壓渦輪 8-壓控器 9-排氣口 10-進氣口
II-排氣口壓力溫度傳感器12-進氣口壓力溫度傳感器
13-氣流減速腔 14-增壓腔 15-電機支架 16-發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號接口 17-水溫信號接口 18-節(jié)氣門信號接口 19-電源
20-電子控制單元 21-模式控制器22-空氣濾清器23--進氣流量傳感器24--節(jié)氣門體25--進氣管26--進氣支管27--發(fā)動機28--排氣支管29--驅(qū)動軸30--渦輪增壓裝置31--壓控器齒輪32--壓控器轉(zhuǎn)子軸33--推拉軸套34--環(huán)形軸座35--變量葉板a_第一連接端b-第二連接端C-第三連接端d-球頭
具體實施例方式以下將由所列舉之實施例結(jié)合附圖，詳細說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及特征。實施例一結(jié)合圖2至圖5說明本發(fā)明一較佳實施例，渦輪增壓裝置30安裝在發(fā)動機27與空氣濾清器22之間，并通過進氣管25連接成為一體。兩端分別設(shè)有進氣口 10 和排氣口 9的筒狀渦輪殼體1內(nèi)由垂直于殼體的電機支架15分隔為相通的氣流減速腔13 和增壓腔14，壓控器8 (壓力控制器的簡稱)和渦輪電機5均平行設(shè)置在渦輪殼體1內(nèi)的電機支架15上，并位于氣流減速腔13內(nèi)，一端與壓控器8連接的導(dǎo)向軸3與渦輪電機5的轉(zhuǎn)子在同一軸線上，導(dǎo)向軸3的另一端安裝有增壓渦輪7，增壓渦輪外框與若干徑向延伸的葉片活動連接，這些由高強度金屬材料制成的葉片沿導(dǎo)向軸3徑向均布并位于增壓腔14內(nèi)組成變量葉輪2，每個葉片上均設(shè)有三個連_，第一連接端a活動連接在可沿渦輪殼體1內(nèi)壁滑動的吸氣渦輪4的外框架上，吸氣渦輪4的內(nèi)框架與增壓軸座6及渦輪電機5的轉(zhuǎn)子固定連接，第二連接端b與增壓軸座6活動連接。第三連接端c與增壓渦輪7外框活動連接。電子控制單元20分別與排氣口壓力溫度傳感器11、進氣口壓力溫度傳感器12、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號接口 16、水溫信號接口 17、節(jié)氣門信號接口 18及模式控制器20信號連接，電源19與電子控制單元20相連，電子控制單元20與渦輪電機5和壓控器8的相應(yīng)接口連接。 當(dāng)汽車發(fā)動機的電子控制器上的電壓信號反饋到電子控制單元20，電子控制單元20同步控制渦輪電機5的轉(zhuǎn)速以及變量葉輪2的開度，保證渦輪增壓幾乎與發(fā)動機加油同步，克服進氣滯后的缺點。工作過程渦輪增壓裝置30由電子控制單元20 (ECU，即Electronic Control Unit)控制，電子控制單元20根據(jù)模式控制器21選擇狀態(tài)執(zhí)行增壓狀態(tài)，模式控制器21有多種模式選擇慣性模式、自動模式和增壓模式等；增壓形式有兩種途徑第一種是變量葉輪2始終保持全開，通過渦輪電機5轉(zhuǎn)速的快慢實現(xiàn)增壓量的變化，該模式優(yōu)點是渦輪電機 5工作負擔(dān)小，缺點是駕駛者在急加速時，增壓過程偏柔且增壓反應(yīng)慢；第二種是渦輪電機 5轉(zhuǎn)速不變，通過改變變量葉輪2的迎角(氣流的方向和葉片的夾角)實現(xiàn)變量增壓，此模式優(yōu)點是駕駛者在急加速時增壓迅速且強勁有力，缺點是無論停車怠速還是低速，渦輪電機5 始終保持全速運轉(zhuǎn)，因此有些噪音。電子控制單元20根據(jù)采集的水溫信號決定增壓裝置何時運行，當(dāng)水溫低于80°C 或大于120°C時，增壓裝置被強行關(guān)閉，以避免發(fā)動機溫度過低或過高造成損傷。發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號用于反饋增壓前后發(fā)動機轉(zhuǎn)速狀況并參與增壓修正。節(jié)氣門信號是增壓主控信號， 增壓裝置何時運行以及增壓程度調(diào)節(jié)均由ECU根據(jù)采集節(jié)氣門信號進行控制。進氣口壓力溫度傳感器12和排氣口壓力溫度傳感器11是用來監(jiān)測增壓裝置進、排氣口壓力和溫度狀況，從而直接監(jiān)測增壓狀況而進行增壓修正，同時在慣性模式下決定何時以何等轉(zhuǎn)速控制增壓電機運行，以確保發(fā)動機氣缸吸氣順暢。模式控制器21為運動模式時，電子控制單元20將執(zhí)行第二種增壓形式，通過改變變量葉輪2的迎角完成增壓量的變化。此時，水溫信號在80°C與120°C之間，增壓裝置允許增壓，ECU上的可控硅控制渦輪電機5全速運轉(zhuǎn)，節(jié)氣門信號向ECU提供駕駛者施加的油門信號，ECU根據(jù)節(jié)氣門信號變化控制壓控器8動作，壓控器8通過導(dǎo)向軸3帶動與其固定連接的增壓渦輪7，渦輪電機5得到全速運轉(zhuǎn)電壓，電機轉(zhuǎn)子帶動吸氣渦輪4同時通過導(dǎo)向軸 3帶動增壓渦輪7運轉(zhuǎn)，渦輪電機5的轉(zhuǎn)子軸與導(dǎo)向軸3在同一軸線上，導(dǎo)向軸3可前后往返滑動通過增壓渦輪7促使變量葉輪定向調(diào)節(jié)變量葉輪2的迎角，渦輪電機5全速運轉(zhuǎn)，壓控器8通過E⑶獲取節(jié)氣門信號、發(fā)動機轉(zhuǎn)速信號、進氣口壓力溫度信號、排氣口壓力溫度信號并修正，壓控器8通過控制導(dǎo)向軸3的進退，導(dǎo)向軸3經(jīng)增壓渦輪7與變量葉輪2的第三連接端c活動連接，增加壓力時壓控器8向排氣口方向A推動導(dǎo)向軸3，使得增壓渦輪 7向排氣口方向A運動，進而帶動變量葉輪2的第三連接端c向排氣口方向A移動，而變量葉輪2的第一連接點a和第二連接點b分別受到吸氣渦輪4和增壓軸座6的牽制，因此變量葉輪2逐漸展開，空氣流量增大，增壓渦輪7得到氣流量增多，增壓渦輪7輸出壓力增大。 反之，E⑶收到減壓信號時，E⑶控制壓控器8使導(dǎo)向軸3回移(即向進氣口方向B運行)，通過增壓渦輪7回移使變量葉輪2收展，空氣流量減少，增壓渦輪7獲得空氣量減少，增壓渦輪7輸出壓力因此下降，以達到減壓目的。若變量葉輪2完全收回而閉合，空氣流量為零， 增壓渦輪7無法獲得氣流而停止增壓。但渦輪電機5仍始終保持全速運轉(zhuǎn)，為再次急速加速而準(zhǔn)備快速增壓。模式控制器21為自動模式時，ECU將執(zhí)行第一種增壓形式，ECU獲取增減壓信號與第二種增壓形式相同，ECU通過可控硅逐漸增大渦輪電機5的電壓，電機轉(zhuǎn)速加快，變量葉輪2始終保持全開狀態(tài)，因此渦輪電機5轉(zhuǎn)速提高，吸氣量增大，輸出壓力增加。反之，可控硅逐漸減小渦輪電機5的電壓，電機轉(zhuǎn)速下降，吸氣量減少，輸出壓力下降。節(jié)氣門信號為怠速時可控硅停止供電，渦輪電機5為自由狀態(tài)，但變量葉輪2始終完全打開，進氣量與發(fā)動機氣缸吸氣關(guān)聯(lián)，但發(fā)動機接近中等或以上負荷時，渦輪電機5將實施進氣增壓，以此實現(xiàn)發(fā)動機在不同負荷狀態(tài)下對增壓的需求。模式控制器為慣性模式時，ECU停止增壓控制，渦輪電機5為自由狀態(tài)，變量葉輪2 完全打開，保證空氣順暢流過增壓裝置，但發(fā)動機大負荷運行時，ECU根據(jù)進氣口壓力溫度傳感器12與排氣口壓力溫度傳感器11的壓差信號，控制渦輪電機5運轉(zhuǎn)，以保證發(fā)動機運行所需的進氣量不受增壓裝置節(jié)流的影響，但此時的渦輪電機5運轉(zhuǎn)并不提供增壓，只是保證增壓裝置進氣口 10與排氣口 9兩端的壓力平衡。實施例二 結(jié)合圖6說明本實施例，實施例二與實施例一的區(qū)別在于控制變量葉輪2開度不是通過導(dǎo)向軸3，而是通過設(shè)置在渦輪殼體1上的一個驅(qū)動裝置控制，在渦輪殼體1上設(shè)置一用于改變變量葉輪2開合角度的驅(qū)動軸四，變量葉輪2 —端固定，另一端與驅(qū)動軸四相連接，電子控制單元20與驅(qū)動軸四連接，用于控制驅(qū)動軸四軸向來回移動，驅(qū)動裝置往返移動控制變量葉輪2兩端之間的距離，進而控制其開合程度。本專利中控制變量葉輪2開度的方式也可以有本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到的其他方式，在此不一一展開。
實施例三結(jié)合圖7說明本實施例，實施例三與實施例一的區(qū)別在于僅有一個增壓渦輪7，沒有設(shè)置吸氣渦輪4，而變量葉輪2 (即變量葉板35)設(shè)置在增壓渦輪7的進氣端。當(dāng)然本專利中，也可以僅有一個吸氣渦輪4，而不設(shè)置增壓渦輪7，而變量葉輪2的位置可以設(shè)置在渦輪的進氣端或者出氣端，更進一步，渦輪可以設(shè)置兩個以上，譬如三個、 四個，變量葉輪2可以設(shè)置在渦輪的進氣端或者出氣端也可以在多個渦輪之間。變量葉輪 2的葉片形狀可以為三角形或者長方形或者扇形或者其他慣常的形狀。變量葉輪可以與吸氣渦輪或者增壓渦輪固接在一起從而與渦輪同時旋轉(zhuǎn)，變量葉輪也可以獨立固定，這樣渦輪旋轉(zhuǎn)時，變量葉輪固定不動。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該認識到，上述的具體實施方式
只是示例性的，是為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更好的理解本專利內(nèi)容，不應(yīng)理解為是對本專利保護范圍的限制，只要是根據(jù)本專利所揭示精神所作的任何等同變更或修飾，均落入本專利保護范圍。
權(quán)利要求
1. 一種響應(yīng)迅速的變量葉輪增壓裝置，包括一渦輪殼體；一設(shè)置于所述渦輪殼體內(nèi)的至少一個渦輪；一渦輪電機；用于驅(qū)動所述渦輪；一電子控制單元，用于控制所述渦輪電機；其特征在于它還包括一可控制氣體通過量的變量葉輪，所述變量葉輪由若干葉片組成，所述變量葉輪設(shè)置在所述渦輪的進氣端或者出氣端；所述變量葉輪與一控制變量葉輪的壓控器連接，所述壓控器與所述電子控制單元連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變量葉輪增壓裝置，其特征在于所述渦輪包括一吸氣渦輪以及一增壓渦輪，所述變量葉輪設(shè)置在所述吸氣渦輪與所述增壓渦輪之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變量葉輪增壓裝置，其特征在于所述渦輪為一吸氣渦輪，所述變量葉輪設(shè)置在所述吸氣渦輪的出氣端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變量葉輪增壓裝置，其特征在于所述渦輪為一增壓渦輪，所述變量葉輪設(shè)置在所述增壓渦輪的進氣端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一權(quán)利要求所述的變量葉輪增壓裝置，其特征在于所述殼體內(nèi)設(shè)有一可軸向來回移動的導(dǎo)向軸以及一固定框架，所述導(dǎo)向軸與所述渦輪電機的轉(zhuǎn)子在同一軸線上，所述變量葉輪的一端安裝在所述導(dǎo)向軸上，所述變量葉輪的另一端安裝在所述固定框架上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變量葉輪增壓裝置，其特征在于它還包括一設(shè)于所述渦輪殼體內(nèi)的用于改變所述變量葉輪開合角度的驅(qū)動裝置，所述電子控制單元與所述驅(qū)動裝置連接，用于控制所述驅(qū)動裝置軸向來回移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的變量葉輪增壓裝置，其特征在于它還包括一壓控器，進氣口壓力溫度傳感器和排氣口壓力溫度傳感器，所述壓控器設(shè)置在所述導(dǎo)向軸的另一端，所述進氣口壓力溫度傳感器設(shè)置在所述渦輪殼體上進氣口一側(cè)，所述排氣口壓力溫度傳感器設(shè)置在所述渦輪殼體上排氣口一側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種響應(yīng)迅速的變量葉輪增壓裝置，涉及發(fā)動機渦輪增壓技術(shù)領(lǐng)域。它包括一渦輪殼體；一設(shè)置于所述渦輪殼體內(nèi)的至少一個渦輪；一渦輪電機，用于驅(qū)動所述渦輪；一電子控制單元，用于控制所述渦輪電機；它還包括一可控制氣體通過量的變量葉輪，所述變量葉輪由若干葉片組成，所述變量葉輪設(shè)置在所述渦輪的進氣端或者出氣端；所述變量葉輪與一控制變量葉輪的壓控器連接，所述壓控器與所述電子控制單元連接。本發(fā)明尤其適用于現(xiàn)代汽車發(fā)動機小排量大功率的需求。
文檔編號F02B33/40GK102322335SQ20111012908
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者榮奇 申請人:上海空中樓格電子科技有限公司