专利名称：Vgs型涡轮增压器中的杆板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及作为调整机构的一部分的杆板(lever plate)，所述调整机构使可调 整叶片适当地转动以调整供给到汽车发动机等中使用的可变几何系统(VGS)型涡轮增压 器中的涡轮的排气的流量(flow rate)。特别地，本发明涉及轻量化且精度提高的新的杆板 和所述杆板的制造方法。
背景技术：
涡轮增压器是一种已知的增压器，其被用作增强汽车发动机的动力和性能用的部 件。涡轮增压器是如下装置其利用发动机的排气的能量来驱动涡轮以使压缩机转动，由此 在发动机中实现不能通过自然吸气实现的增压状态。然而，当发动机低速运转时，排气流量 也较低，因此，涡轮转子不能令人满意地转动。因此，在高速发动机中，涡轮增压器的缺点在 于涡轮增压器需要花费较长的时间来有效地驱动涡轮，并且之后需要一定的时间、即所谓 的涡轮增压器延迟(turbo lag)来使发动机提速。另外，在低速的柴油机中，涡轮增压器的 缺点是难以提供涡轮效果。为了克服上述缺点，已经开发出了即使在低转速下也能够有效地运转的VGS型涡 轮增压器(VGS单元)。当发动机低速运转时，VGS型涡轮增压器利用可调整叶片(翼)适 当地对减小的排气进行节流，以增大排气的速度，由此增大涡轮转子的功(work)，使得VGS 型涡轮增压器即使在发动机低速运转时也能够获得高动力。因此，VGS单元还需要可调整 叶片用的调整机构等，由此，与传统的增压器相比，周边部件的构成等不可避免地复杂化。考虑到上述情况，本申请人也已经对VGS型涡轮增压器进行了研究与开发，并已 经申请了多项专利(例如，见专利文献1至8)。VGS型涡轮增压器的排气引导组件具有调整机构，所述调整机构包括驱动环，该驱 动环用于均一地开闭以圆周状等间隔地配置的多个可调整叶片。调整机构被构造成使得 由外部致动器驱动驱动环转动，杆板将驱动环的转动运动传递至多个可调整叶片，以同时 地并且均一地开闭(转动)可调整叶片。下面将更为详细地说明可调整叶片和用于使可调 整叶片移动的机构。如图1示意性示出的那样，多个可调整叶片1以圆周状配置。杆板5 的一端以曲柄状被固定于各可调整叶片1的轴部的一端。杆板5的另一端以连杆状与致动 驱动环31接合。驱动环31的转动使杆板5绕可调整叶片1的轴转动，由此改变可调整叶 片1的角度。存在各种类型的传统的杆板。图8示出了该传统的杆板的示例。传统的杆板105 具有长片状的板主体151 ；形成于板主体151的一端的装配孔152，可调整叶片的轴部被 装配到该装配孔152中；和形成于板主体151的另一端的接合突起153，该接合突起153用 于与驱动环接合。当杆板通过塑性加工而成型时，通过使板主体的一部分立起而形成接合 突起。因此，所准备的杆板的材料具有足以容许加工的厚度to。结果，例如存在如下的技 术困难使杆板105轻量化；以及对厚的构件进行穿孔，以形成用于固定可调整叶片的轴部 的装配孔152。更具体地，难以选择适当的穿孔冲头(piercing punch)来形成所述孔。另外，即使能够成功地完成穿孔，但由于加工的高负荷，穿孔冲头快速磨损，结果，不能令人满 意地减少整个制造装置的维护费用等。另外，当然，如果维护不足，则所制造的产品的精度 会不可避免地降低。 另外，作为最重要的功能部位的接合突起受材料的厚度的限制，因此，不能任意设 定确保可靠接合所要求的接合突起的高度。现有技术文献
专利f献
专利文献1日本特开2003-49655号公报
专利文献2日本特开2003-49663号公报
专利文献3日本特开2003-49656号公报
专利文献4日本特开2003-49657号公报
专利文献5日本特开2003-49658号公报
专利文献6日本特开2003-49659号公报
专利文献7日本特开2003-48033号公报
专利文献8日本特开2003-49660号公报
发明内容
发明要解决的问题考虑到这样的情况，提出了本发明，并且本发明的目的在于提供一种新的制造杆 板的方法，该杆板由具有较小厚度的材料制成，但杆板所具有的接合突起仍具有足够的厚 度和足够的高度。用于解决问题的方案根据方案1的VGS型涡轮增压器中的杆板是被装配在VGS型涡轮增压器的排气引 导组件中的杆板，所述排气引导组件通过经由所述杆板将驱动环的移位传递到多个可调整 叶片以使所述多个可调整叶片转动，利用所述可调整叶片适当地对从发动机排出的较少量 的排气进行节流，以增大所述排气的速度，利用所述排气的能量使所述涡轮转子转动，并且 利用直接连接到所述涡轮转子的压缩机向发动机供给等于或大于通过自然吸气所供给的 空气量的空气，实现即使在低速运转时发动机也能发挥高动力，其中，所述多个可调整叶片 被配置在围绕涡轮转子的多个位置，其中，所述杆板由奥氏体系耐热钢制成，并且所述杆板 具有装配孔，其形成于所述杆板的长片状平板主体的一端部附近，用来装配可调整叶片的 轴部；和接合突起，其形成于所述杆板的另一端部并且用于与所述驱动环接合，通过弯曲具 有平板长片形状的冲裁材料而形成所述接合突起，所述接合突起沿其立起的方向被压缩， 以使其厚度大于所述杆板的板主体的厚度，并且所述接合突起的相对的侧周面经受精整冲 裁而形成圆弧形状。根据方案2的VGS型涡轮增压器中的杆板是根据方案1的杆板，其中，在对所述接 合突起进行精整冲裁的同时通过穿孔而形成所述装配孔。根据方案3的制造VGS型涡轮增压器中的杆板的方法是制造被装配在VGS型涡 轮增压器的排气引导组件中的杆板的方法，所述排气引导组件通过经由所述杆板将驱动环 的移位传递到多个可调整叶片以使所述多个可调整叶片转动，利用所述可调整叶片适当地
5对从发动机排出的较少量的排气进行节流，以增大所述排气的速度，利用所述排气的能量 使所述涡轮转子转动，并且利用直接连接到所述涡轮转子的压缩机向发动机供给等于或大 于通过自然吸气所供给的空气量的空气，实现即使在低速运转时发动机也能发挥高动力， 其中，所述多个可调整叶片被配置在围绕涡轮转子的多个位置，其中，所述杆板由奥氏体系 耐热钢制成，并且所述杆板具有装配孔，其形成于所述杆板的长片状平板主体的一端部附 近，用来装配可调整叶片的轴部；和接合突起，其形成于所述杆板的另一端部并且用于与所 述驱动环接合，在冲裁步骤中，通过将具有与所述板主体的厚度大致相同的厚度的材料冲 压成平板长片状而获得冲裁件，接着，在弯曲步骤中，将呈长片状的冲裁件在一端部弯曲立 起约90度从而形成接合突起的预成形部，从而获得弯曲中间件，接着，在压扁步骤中，所述 接合突起预成形部沿其立起的方向被压缩，以使所述接合突起预成形部的厚度大于所述板 主体的厚度，从而获得压扁中间件，接着，在精整冲裁步骤中，通过捋清所述压扁中间件的 周围使其成为完成品的形状，从而获得成形件，和在于所述精整冲裁步骤之前进行、与所述 精整冲裁步骤同时进行或者在所述精整冲裁步骤之后进行的穿孔步骤中，通过在与所述板 主体的与所述接合突起所在端部相反的端部接近的位置穿孔而形成所述装配孔，从而获得 最终成品。根据方案4的制造VGS型涡轮增压器中的杆板的方法是根据方案3的方法，其中， 使用同一模具同时进行所述精整冲裁步骤和所述穿孔步骤。根据方案5的制造VGS型涡轮增压器中的杆板的方法是根据方案3或4的方法， 其中，在所述精整冲裁步骤中，形成于所述压扁中间件的所述接合突起的相对的侧周面被 加工成圆弧面。发明的效果如上述方案所述地构造的本发明解决了上述问题。具体地，根据本发明的方案1，提供下述优点。能够用较薄的材料制成杆板的板主体，同时保持杆板的接合突起的足够厚度。因 此，能够使杆板轻量化。另外，不用施加过大的负荷就能够形成装配孔，结果，能够以高精度 制造杆板。另外，由于形成接合突起的工艺，接合突起的特性被改变。结果，所得到的杆板具 有显著提高的抵抗初期氧化和初期磨损的耐性。根据本发明的方案2，提供了下述优点。如果同时进行在杆板中形成装配孔的穿孔和对包括接合突起的整个杆板进行的 精整冲裁(finish banking)，则能够在与模具上的位置相同的位置精确地形成接合突起和 装配孔，并且能够以高精度制造杆板。根据本发明的方案3，提供了下述优点。即使当杆板的板主体由具有较小厚度的材料制成时，杆板的接合突起也可以具有 较大的厚度。因此，能够防止在形成装配孔期间所施加的负荷过大，同时使杆板轻量化。结 果，能够以高精度制造杆板。另外，由于形成接合突起的工艺，使接合突起的特性被改变。结果，所得到的杆板 具有显著提高的抵抗初期氧化和初期磨损的耐性。根据本发明的方案4，提供了下述优点。
由于使用同一模具同时对杆板的接合突起的形状进行整形和在杆板中形成装配 孔，所以，能够以高精度制造杆板。根据本发明的方案5，提供了下述优点。由于精整冲裁，杆板的接合突起的侧周部可以具有适当的圆弧面。
图1是示出装配有根据本发明的杆板的排气引导组件的示例的分解立体图。图1的(a)是示出VGS型涡轮增压器的示例的立体图。图1的(b)是示出根据本发明的被应用于排气引导组件的杆板的放大立体图。图2的(a)是根据本发明的杆板的放大立体图。图2的(b)是根据本发明的杆板的局部剖切侧视图。图3包括逐步地示出制造根据本发明的杆板的工艺的图。图4是示出渐进法(progressing method)的情况中的冲裁的俯视图。图5包括示出根据本发明的杆板和传统的杆板的基本形式的立体图，用于进行比 较。图6是示出根据本发明的重量减少的状态的图。图7是示出根据本发明的压制率(pressing ratio)、材料的厚度和接合突起的厚 度之间的关系的图。图8包括由传统方法制造的杆板的局部剖切立体图和纵向截面图。
具体实施例方式用于实现本发明的方式包括下面说明的实施方式和所述实施方式在本发明的技 术思想的范围内的各种可能的改进。下面，将首先示意性地说明VGS型涡轮增压器C中的排气引导组件AS，其中，VGS 型涡轮增压器C装配有调整机构3，根据本发明的杆板5被应用到调整机构3，然后，将说明 调整机构3和杆板5。实施方式排气弓I导组件AS特别地用于在发动机低转速运转时通过适当地对排气G进行节 流而调整排气流量。例如，如图1所示，排气引导组件AS包括多个可调整叶片1，其绕涡 轮转子T配置并且有效地设定排气流量；框架基部2，其以可转动的方式保持可调整叶片1 ； 和调整机构3，其使可调整叶片1转动预定角度，以适当地设定排气G的流量。下面，将分别 说明各构成部件。首先，将说明可调整叶片1。如用于示例目的的图1所示，沿涡轮转子T的外周以 圆弧状配置多个可调整叶片1(通常，一个排气引导组件AS具有10至15个可调整叶片1)。 可调整叶片1同时地且通常均一地转动以调整排气流量。可调整叶片1包括叶片部11和 轴部12。下面，将说明这些部分。叶片部11的预定宽度主要依赖于涡轮转子T的宽度，并且叶片部11在与宽度方 向垂直的方向上具有翼形截面，使得排气G被有效地导向涡轮转子T。根据需要，叶片部11在与轴部12的交界部(连接部)具有直径稍大于轴部12的
7直径的凸缘部13。凸缘部13的底面(座面(bearing surface))与叶片部11的端面大致 齐平，并且用作可调整叶片1插入框架基部2中时的座面，以限制可调整叶片1相对于涡轮 转子T在宽度方向上的位置。另一方面，轴部12与叶片部11 一体地并且连续地形成，并且轴部12用作使叶片 部11移动的转轴。轴部12在其前端形成有用于安装可调整叶片1的基准面15。如下所 述，轴部12在基准面15处通过嵌塞(caulking)等被固定于调整机构3。例如，如图1所 示，通过在两个相反的位置切割轴部12而形成两个基准面15。图1所示的可调整叶片1是所谓的悬臂式可调整叶片1，其仅在叶片部11的一侧 具有轴部12。然而，可选地，可调整叶片1可以是所谓的双轴式或中央式可调整叶片1，其 在叶片部11的两侧具有轴部12。接着，将说明框架基部2。框架基部2是以可转动的方式保持多个可调整叶片1的 框架构件。例如，如图1所示，框架基部2包括安装侧框架基部21和相对侧框架基部22， 安装侧框架基部21和相对侧框架基部22被配置成在二者之间保持可调整叶片1 (叶片部 11)。安装侧框架基部21具有形成在其中央部的开口和等间隔地形成在开口的周围区 域以接收可调整叶片ι的轴部12的轴承部23。下面所述的调整机构3绕安装侧框架基部 21配置。例如，如图1所示，相对侧框架基部22具有在中央部具有开口的圆板形状。安装侧框架基部21与相对侧框架基部22之间的距离大致保持恒定(具有可调整 叶片1的宽度h的程度)，使得保持在这两个部件之间的可调整叶片1能够平滑地转动。例 如，4个嵌塞销M被设置于轴承部23的外侧，以保持这两个部件之间的距离。形成在安装 侧框架基部21和相对侧框架基部22中的用于接收嵌塞销M的孔被称为销孔MP。接着，将说明包括根据本发明的杆板5的调整机构3。调整机构3用于使可调整叶 片1适当地转动以调整排气流量。例如，如图1所示，调整机构3主要包括驱动环31，其 在排气引导组件AS中产生转动运动；和杆板5，其将所述转动运动传递到可调整叶片1。例如，如图所示，驱动环31具有形成于其周部的多个驱动接合部33，所述驱动接 合部具有槽口(notch)形状。杆板5与驱动接合部33接合，使得驱动环31的转动运动被 传递到杆板5。驱动环31的输入部36具有U形槽口形状，驱动环31在输入部36处接收来自致 动器AC的驱动力。如根据上面的说明能够理解的那样，杆板5介于驱动环31与可调整叶片1的轴部 12之间，以使可调整叶片1转动。接着，将详细说明杆板5。如图2所示，杆板5具有长片状的板主体51 ；形成于板主体51的接近于其一端部 的位置的装配孔52，其中，可调整叶片1的轴部12被装配在装配孔52中；和接合突起53， 其形成于板主体51的与装配孔52所在端部相反的端部并且用于与驱动环31接合。板主体51是在中间部稍微收缩的长片状的板主体。板主体51的厚度t2大致等 于稍后说明的作为板主体51的材料的冲裁件5A的厚度tl。厚度tl可以是如图8所示的 上述传统杆板105的厚度t0的大约40%至70%。
形成于板主体51的一端部的装配孔52在俯视图中具有大致矩形形状，以与可调 整叶片1的轴部12的截面的形状对应，该轴部12在其端部具有相对的基准面15。通过弯曲具有平板长片形状的冲裁件5A而形成接合突起53，该接合突起53形成 于板主体51的与装配孔52所在端部相反的端部。更具体地，具有板主体51的厚度的冲裁 件5A在该端部处被弯曲立起，然后，被立起的端部沿其立起的方向被压缩。结果，接合突起 53的厚度t3大于板主体51的厚度t2。对接合突起53的侧周部530进行精整冲裁以使其在俯视图中具有圆弧形状。圆 弧形状的侧周部530抵接驱动环31的驱动接合部33以传递动力。如上所述地构造根据本发明的杆板5，并且由包括下面所述的步骤的制造方法制 造根据本发明的杆板5。下面，将参考图3逐步说明该制造方法。⑴冲裁步骤适用于使用环境的奥氏体系耐热钢被用作杆板5的原材料，并且将该原材料冲压 成长片状的冲裁件5A。为了易于理解原理，图3示出了被单独加工的一个杆板5。但是，如图4所示，也可 以在渐进加工的情况中使用彼此连接的多个冲裁件5A。在冲裁步骤中，在冲裁件5A的一端 部形成接合突起预成形部53A，该接合突起预成形部53A将形成接合突起53，冲裁件5A的 其余的较长部分是板主体预成形部51A，并且接合突起预成形部53A和板主体预成形部51A 彼此齐平。(ii)弯曲步骤在弯曲步骤中，冲裁步骤中的冲裁件5A的接合突起预成形部53A从初始位置被弯 曲立起大约90度，以形成弯曲中间件5B。将形成接合突起53的立起部被示出为接合突起 预成形部53B。接合突起预成形部53B的弯曲部的外周稍微成圆弧状，而不是成直角。弯曲步骤中的接合突起预成形部5 可以具有材料的厚度tl或者具有板主体的 厚度t2。(iii)压扁步骤在压扁步骤中，在前述步骤中弯曲的接合突起预成形部5 被加工成具有减小的 长度和增大的厚度以提供压扁中间件5C。更具体地，用精密冲裁模(blanking die)、单纯 的压模(pressing die)或者顶锻镦锻模(upsetting header die)向材料施加平面应变压 缩(plane strain compression)而从上方压扁接合突起预成形部53B。结果，材料的一部 分沿增加板厚的方向或者沿朝向侧周部的方向变形，并且弯曲部的圆弧状的外周被加工成 具有直角。图3的(iii)示出了作为接合突起预成形部53C的变形部。将说明通过基于精密冲裁的闭合平面应变增厚压制成型(closed plane strain thickening press molding)进行加工的具体示例。利用限制最终形状的所谓的顶锻 模在如下条件下进行该加工室温；由于压缩产生的尺寸变化比、即压制比或压入率 (indentation ratio) ν在0. 3至0. 7的范围内。在冲裁件由奥氏体系耐热钢制成的情况 中，可以通过将大气加热到50°C至200°C的温度来提高生产率和产品性能。当需要精确地实现板主体51的厚度t2时，该部分也可以被压制。(iv)精整冲裁和穿孔步骤
在精整冲裁和穿孔步骤中，在先前的压扁步骤中获得的压扁中间件5C的平面轮 廓被修整(trim)，同时，通过穿孔形成装配孔52，由此获得成品杆板5。更具体地，板主体51在其中间部稍微收缩以减轻重量，接合突起53、特别是接合 突起53的侧周部530被圆弧化。同时，通过穿孔形成装配孔52。接合突起53和装配孔52 以如下方式形成装配孔中心Cl和接合突起中心C2之间的位置关系由模具精确限定，装 配孔中心Cl是装配孔52的轴线的位置，而接合突起中心C2是接合突起53的轴线的位置。 以该方式制造成品杆板5。精整冲裁和穿孔优选同时进行。但是，如图3的(iv)_(a)、(iv)-(b)和(iv)-(c) 所示，在压扁步骤之后，可以首先单独进行精整冲裁步骤。之后，可以对板主体51的轮廓进 行修整，接合突起53的侧周部530可以被圆弧化，然后，可以在剩余的加工步骤中通过穿孔 形成装配孔52。可选地，可以首先进行穿孔步骤，然后，可以在剩余的加工步骤中进行精整冲裁， 以完成广品。这样，完成了上述杆板5。下面，将说明这样制成的杆板5由于该加工工艺而具有的优点。首先，将基于示意性分析说明弯曲和压扁(压制/压缩)与重量和板厚之间的关 系，并且将说明通过本发明实现的轻量化。为了便于理解原理，将基于例如通过如图5所示的长方体的组合而形成杆板的假 设进行下面的讨论。图5的(a)示出根据本发明的杆板，图5的(b)示出传统的杆板。[1]传统的杆板的重量Wtl表示如下[式1]
权利要求
1.一种被装配在VGS型涡轮增压器的排气引导组件中的杆板，所述排气引导组件通 过经由所述杆板将驱动环的移位传递到多个可调整叶片以使所述多个可调整叶片转动，利 用所述可调整叶片适当地对从发动机排出的较少量的排气进行节流，以增大所述排气的速 度，利用所述排气的能量使所述涡轮转子转动，并且利用直接连接到所述涡轮转子的压缩 机向发动机供给等于或大于通过自然吸气所供给的空气量的空气，实现即使在低速运转时 发动机也能发挥高动力，其中，所述多个可调整叶片被配置在围绕涡轮转子的多个位置，所述杆板由奥氏体系耐热钢制成，所述杆板具有装配孔，其形成于所述杆板的长片状 平板主体的一端部附近，用来装配可调整叶片的轴部；和接合突起，其形成于所述杆板的另 一端部并且用于与所述驱动环接合，通过弯曲具有平板长片形状的冲裁材料而形成所述接合突起，所述接合突起沿其立起的方向被压缩，以使其厚度大于所述杆板的板主体的厚度，并 且所述接合突起的相对的侧周面经受精整冲裁而形成圆弧形状。
2.根据权利要求1所述的VGS型涡轮增压器中的杆板，其特征在于，在对所述接合突起 进行精整冲裁的同时通过穿孔而形成所述装配孔。
3.—种制造被装配在VGS型涡轮增压器的排气引导组件中的杆板的方法，所述排气引 导组件通过经由所述杆板将驱动环的移位传递到多个可调整叶片以使所述多个可调整叶 片转动，利用所述可调整叶片适当地对从发动机排出的较少量的排气进行节流，以增大所 述排气的速度，利用所述排气的能量使所述涡轮转子转动，并且利用直接连接到所述涡轮 转子的压缩机向发动机供给等于或大于通过自然吸气所供给的空气量的空气，实现即使在 低速运转时发动机也能发挥高动力，其中，所述多个可调整叶片被配置在围绕涡轮转子的 多个位置，所述杆板由奥氏体系耐热钢制成，所述杆板具有装配孔，其形成于所述杆板的长片状 平板的主体的一端部附近，用来装配可调整叶片的轴部；和接合突起，其形成于所述杆板的 另一端部并且用于与所述驱动环接合，在冲裁步骤中，通过将具有与所述板主体的厚度大致相同的厚度的材料冲压成平板长 片状而获得冲裁件，接着，在弯曲步骤中，将呈长片状的冲裁件的一端部弯曲立起约90度从而形成接合突 起预成形部，从而获得弯曲中间件，接着，在压扁步骤中，所述接合突起预成形部沿其立起的方向被压缩，以使所述接合突 起预成形部的厚度大于所述板主体的厚度，从而获得压扁中间件，接着，在精整冲裁步骤中，通过捋清所述压扁中间件的周围使其成为完成品的形状，从 而获得成形件，和在于所述精整冲裁步骤之前进行、与所述精整冲裁步骤同时进行或者在所述精整冲裁 步骤之后进行的穿孔步骤中，通过在与所述板主体的与所述接合突起所在端部相反的端部 接近的位置穿孔而形成所述装配孔，从而获得最终成品。
4.根据权利要求3所述的制造VGS型涡轮增压器中的杆板的方法，其特征在于，使用同 一模具同时进行所述精整冲裁步骤和所述穿孔步骤。
5.根据权利要求3或4所述的制造VGS型涡轮增压器中的杆板的方法，其特征在于，在 所述精整冲裁步骤中，形成于所述压扁中间件的所述接合突起的相对的侧周面被加工成圆弧面。
全文摘要
本发明的目的是提供一种新的制造杆板的方法，该杆板由具有较小厚度的材料制成，但该杆板所具有的接合突起仍具有足够的厚度和足够的高度。根据本发明的VGS型涡轮增压器中的杆板是被装配在VGS型涡轮增压器中的排气引导组件中的杆板。该杆板具有装配孔，其形成于杆板的长片状平板主体的一端部附近，用来装配可调整叶片的轴部；和接合突起，其形成于杆板的另一端部并且用于与驱动环接合。通过弯曲具有平板长片形状的冲裁材料而形成接合突起。接合突起沿其立起的方向被压制，以使其厚度大于杆板的板主体的厚度，并且接合突起的相对的侧周面经受精整冲裁而形成圆弧形状。
文档编号F02B37/24GK102149913SQ20108000256
公开日2011年8月10日 申请日期2010年1月19日 优先权日2009年3月13日
发明者秋田隆弘 申请人:株式会社秋田精密冲压