專(zhuān)利名稱(chēng)：一種引流渦輪增壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車(chē)、船用增壓內(nèi)燃機(jī)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的渦輪增壓器。
背景技術(shù)：
渦輪增壓技術(shù)對(duì)內(nèi)燃機(jī)在提高功率、降低燃料消耗及滿(mǎn)足環(huán)保要求等方面具 有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。但因增壓內(nèi)燃機(jī)是旋轉(zhuǎn)式葉輪機(jī)械的渦輪增壓器與往復(fù)式活 塞機(jī)械的內(nèi)燃機(jī)的復(fù)合聯(lián)合運(yùn)行，由于兩種機(jī)械本身的特性不同，雖然二者在內(nèi) 燃機(jī)某一工況(轉(zhuǎn)速、負(fù)荷)的參數(shù)下實(shí)現(xiàn)了優(yōu)佳匹配，也勢(shì)必在工況參數(shù)變化 后，會(huì)造成渦輪增壓器與內(nèi)燃機(jī)之間匹配的不適應(yīng)。對(duì)于按內(nèi)燃機(jī)額定工況參數(shù) 匹配的增壓內(nèi)燃機(jī)，因?yàn)樵鰤簝?nèi)燃機(jī)的增壓壓力和空氣流量不僅受到內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速 的影響，也受到負(fù)荷的影響，因此，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在低速低負(fù)荷工況運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，增壓壓 力和空氣流量迅速降低。增壓壓力的降低就會(huì)造成進(jìn)氣量不能滿(mǎn)足氣缸內(nèi)燃料完 全燃燒所需空氣量的要求，從而產(chǎn)生冒黑煙、排氣溫度過(guò)高、低速扭矩較小和燃 料消耗率高等不良后果。這種高、低速工況增壓優(yōu)佳匹配難以兼顧的現(xiàn)象，對(duì)工 況參數(shù)(轉(zhuǎn)速、負(fù)荷)變化范圍大的車(chē)、船用增壓內(nèi)燃機(jī)尤為突出。
上述分析說(shuō)明，對(duì)于船用內(nèi)燃機(jī)，特別是車(chē)用內(nèi)燃機(jī)，如果增壓系統(tǒng)滿(mǎn)足了 高轉(zhuǎn)速時(shí)增壓適量的要求，則在低轉(zhuǎn)速時(shí)供氣就會(huì)不足；反之，如果滿(mǎn)足了低轉(zhuǎn) 速時(shí)的供氣量，則在高轉(zhuǎn)速時(shí)就可能增壓過(guò)量。因此，須采用一些改善措施，才 能緩解這一高、低速工況不能同時(shí)滿(mǎn)足良佳匹配的矛盾，現(xiàn)有技術(shù)采用的高速工 況放氣、引流渦輪增壓器、變幾何截面渦輪、進(jìn)排氣旁通、相繼增壓等渦輪增壓 器和渦輪增壓系統(tǒng)，都是改善內(nèi)燃機(jī)低(轉(zhuǎn)速、負(fù)荷)工況性能的有效方法。而 將本身壓氣機(jī)端放出的部分增壓空氣引流至其渦輪端的所謂引流渦輪增壓器，其 改善低速性能的功能、特點(diǎn)、效果與潛力尤其令人關(guān)注。關(guān)于引流渦輪增壓器的 結(jié)構(gòu)與性能介紹請(qǐng)參見(jiàn)朱大鑫編著《渦輪增壓與渦輪增壓器》 北京 機(jī)械工業(yè) 出版社 1992 第434 435頁(yè)中的相關(guān)內(nèi)容。引流渦輪增壓器的主要目的是為了實(shí)現(xiàn)壓氣機(jī)的無(wú)喘振工作，進(jìn)而改善內(nèi)燃 機(jī)低速時(shí)的扭矩，與此同時(shí)仍保持內(nèi)燃機(jī)高速時(shí)的額定功率。引流渦輪增壓器的 功能與低工況進(jìn)排氣旁通渦輪增壓系統(tǒng)(參見(jiàn)陸家祥主編《柴油機(jī)渦輪增壓技 術(shù)》 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 第M4頁(yè))基本相同，但前者較后者效果 更佳、提高低速扭矩的能力更強(qiáng)。由于現(xiàn)有技術(shù)引流渦輪增壓器與內(nèi)燃機(jī)都按額 定工況(轉(zhuǎn)速、負(fù)荷)參數(shù)匹配，并在中、低速工況空氣引流補(bǔ)氣，因此引流渦 輪增壓器的渦輪和壓氣機(jī)的通流部分的尺寸也都較大。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)在低轉(zhuǎn)速工況運(yùn) 行時(shí)，也就需要數(shù)量相應(yīng)較大的旁通引流空氣向渦輪補(bǔ)氣，以補(bǔ)償與抑緩因內(nèi)燃 機(jī)轉(zhuǎn)速下降造成的渦輪工質(zhì)流量減少所產(chǎn)生的增壓壓力下降。這樣，除非引流渦 輪增壓器在內(nèi)燃機(jī)低工況能有很大的引流補(bǔ)氣量，否則會(huì)因?yàn)槠渫鞒叽巛^大， 而不能像車(chē)用小型徑(混)流渦輪增壓器(其通流尺寸很小)那樣能在低工況提 供足夠高的增壓壓力，從而獲得較大扭矩?，F(xiàn)有技術(shù)引流渦輪增壓器的這一特點(diǎn)， 使它很適宜于轉(zhuǎn)速變化范圍不很大的大、中功率內(nèi)燃機(jī)按螺旋槳特性運(yùn)行時(shí)(在 該情況下，低轉(zhuǎn)速工況的增壓壓力下降幅度不大)改善低工況特性采用；而不適 合在轉(zhuǎn)速、負(fù)荷變化范圍均很大的車(chē)用內(nèi)燃機(jī)按速度特性運(yùn)行時(shí)，改善其低工況 性能的情況中采用，因?yàn)檫@時(shí)的增壓壓力降幅很大，令驅(qū)動(dòng)引流補(bǔ)氣的靜壓差很 小，致使引流空氣量也相應(yīng)甚小，結(jié)果導(dǎo)致引流對(duì)改善低工況性能的增益劇降。
此外，在現(xiàn)有技術(shù)引流渦輪增壓器所采用的引流(放氣)結(jié)構(gòu)(也即，經(jīng)在 擴(kuò)壓器壁和擴(kuò)壓器葉片上開(kāi)割的放氣槽縫和鉆孔，將壓氣機(jī)葉輪流出的部分增壓 空氣引流至渦輪葉輪背面的隔熱板上的鉆孔向渦輪葉輪噴吹)的技術(shù)方案中，存 在著較大的節(jié)流損失，這就直接降低了驅(qū)動(dòng)引流補(bǔ)氣的擴(kuò)壓器與渦輪葉輪之間的 氣流靜壓壓差，使引流空氣流量減少和不能有效利用引流空氣的動(dòng)能。

發(fā)明內(nèi)容
為了消除現(xiàn)有技術(shù)引流渦輪增壓器結(jié)構(gòu)存在的上述缺點(diǎn)與弱化其影響的程 度，使引流渦輪增壓器與車(chē)用內(nèi)燃機(jī)的匹配能近似滿(mǎn)足內(nèi)燃機(jī)按全負(fù)荷速度特性 (外特性)運(yùn)行的需要(也即，當(dāng)車(chē)用內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速改變時(shí)，渦輪增壓器的增壓比 應(yīng)近似保持不變——參見(jiàn)陸家祥主編《柴油機(jī)渦輪增壓技術(shù)》 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 第139頁(yè))，從而可將其推廣應(yīng)用于車(chē)用內(nèi)燃機(jī)，本發(fā)明提供了 一種具有這種功能的引流渦輪增壓器新結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的技術(shù)核心在于它的渦輪
蝸殼自進(jìn)口法蘭至進(jìn)口管出口喉部(流道零度截面附近)的整個(gè)進(jìn)口管部分的設(shè) 計(jì)和構(gòu)造，采用了與現(xiàn)有技術(shù)引流渦輪增壓器或傳統(tǒng)普通常規(guī)結(jié)構(gòu)車(chē)用徑(混) 流渦輪增壓器的渦輪蝸殼進(jìn)口管均不相同的設(shè)計(jì)和構(gòu)造。也即，不像現(xiàn)有技術(shù)渦 輪蝸殼進(jìn)口管內(nèi)只通內(nèi)燃機(jī)排氣燃?xì)?，而是在本發(fā)明構(gòu)造的渦輪蝸殼進(jìn)口管中， 除安排了一個(gè)專(zhuān)通內(nèi)燃機(jī)排氣的燃?xì)夤苈吠?，還讓蝸殼進(jìn)口管內(nèi)剩下的通流面積 成為一個(gè)具有能在內(nèi)燃機(jī)低(轉(zhuǎn)速、負(fù)荷)工況時(shí)通引流空氣，而在高(轉(zhuǎn)速、 負(fù)荷)工況時(shí)改通旁通排氣燃?xì)獾臅r(shí)斷、時(shí)通功能的共用管道或通流夾層(在該 通道中，引流空氣與旁通排氣燃?xì)獾耐?、斷流及空、燃?xì)庵g的切換，分別各 由一個(gè)依預(yù)先設(shè)定增壓壓力變化范圍的增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥(或電磁閥)和 一個(gè)排氣燃?xì)馀酝ㄕ{(diào)節(jié)閥(或放氣閥)進(jìn)行控制)。
本發(fā)明引流渦輪增壓器的本體結(jié)構(gòu)除渦輪蝸殼進(jìn)口管部分有上述特殊構(gòu)造 外，其余部分的結(jié)構(gòu)均與現(xiàn)有技術(shù)普通常規(guī)車(chē)用徑(混)流渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)相 同(在增壓器本體結(jié)構(gòu)之外，引流增壓器一般較普通增壓器結(jié)構(gòu)還要多空氣引流 閥和燃?xì)馀酝ㄩy兩個(gè)閥門(mén)及相應(yīng)連接管路)。與現(xiàn)有技術(shù)引流渦輪增壓器按內(nèi)燃 機(jī)額定工況參數(shù)對(duì)其渦輪和壓氣機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)和選用的情況不同，本發(fā)明引流渦輪 增壓器系按內(nèi)燃機(jī)外特性上最大扭矩工況附近(約50%額定轉(zhuǎn)速)處的工況參數(shù) 對(duì)其渦輪和壓氣機(jī)設(shè)計(jì)和選用，以保證引流渦輪增壓器能像車(chē)用徑(混)流渦輪 增壓器般尺寸小、重量輕、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，從而在內(nèi)燃機(jī)低(轉(zhuǎn)速、負(fù)荷)工 況能具有較高的增壓壓力和在全轉(zhuǎn)速工況都有良好的加速性。
對(duì)于渦輪蝸殼進(jìn)口管部位的特殊構(gòu)造，為了使引流渦輪增壓器的增壓比(或 增壓壓力)在內(nèi)燃機(jī)外特性的全轉(zhuǎn)速工況范圍內(nèi)都近似保持不變，本發(fā)明采用下 述方式進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)控
參渦輪蝸殼進(jìn)口管出口喉部(流道零度截面附近)處的面積4和積徑比
(J/及)。，按車(chē)用內(nèi)燃機(jī)外特性上(80 100) %額定轉(zhuǎn)速附近工況的排氣燃?xì)獾?br> 壓力、溫度、流量等參數(shù)及所選定的蝸殼構(gòu)造形式(單/雙流道)，依渦輪蝸殼的 常規(guī)氣動(dòng)熱力設(shè)計(jì)方法確定；參渦輪蝸殼進(jìn)口管內(nèi)只通內(nèi)燃機(jī)排氣燃?xì)獾?燃?xì)鈨?nèi)管"管路中出口喉部 (流道零度截面附近)處的面積4和積徑比(^/及)，，一般按車(chē)用內(nèi)燃機(jī)外特性 上約30%額定轉(zhuǎn)速附近工況的排氣燃?xì)鈪?shù)依蝸殼的常規(guī)氣動(dòng)熱力設(shè)計(jì)方法確 定；
參引流空氣/旁通排氣燃?xì)獾那袚Q共用管道或通流夾層，它在蝸殼進(jìn)口管出
口喉部(流道零度截面附近)處的通流面積則為4 = 4>一(4 + 4'),式中4為
喉部處的燃?xì)鈨?nèi)管壁厚占據(jù)的截面積。
參燃?xì)鈨?nèi)管在蝸殼進(jìn)口管內(nèi)應(yīng)盡量布置在緊靠蝸殼通道半徑較大的外壁處，
以期獲得較小的04/及)，值，有利于內(nèi)燃機(jī)低工況增壓壓力的提高。相反，引流
空氣/旁通排氣燃?xì)夤灿霉艿涝谖仛みM(jìn)口管內(nèi)的位置則宜盡量布置在靠近蝸殼通 道半徑較小的內(nèi)壁側(cè)。這樣，引流空氣/旁通排氣燃?xì)饬鞒鑫仛みM(jìn)口管處的氣流 靜壓就非常接近渦輪葉輪入口處的燃?xì)忪o壓，從而有利于增大驅(qū)動(dòng)引流空氣補(bǔ)氣 /旁通燃?xì)夥艢獾撵o壓差，增加引流空氣/旁通燃?xì)夥艢獾臍饬?，以增大增壓器?高增壓壓力的能力及對(duì)氣流動(dòng)能的有效利用。
參本發(fā)明技術(shù)結(jié)構(gòu)引流渦輪增壓器與車(chē)用內(nèi)燃機(jī)增壓匹配運(yùn)行時(shí)，在低(轉(zhuǎn) 速、負(fù)荷)工況與高(轉(zhuǎn)速、負(fù)荷)工況分別各由一個(gè)以壓氣機(jī)出口增壓壓力作 為調(diào)節(jié)控制參數(shù)的增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥(或電磁閥)和排氣燃?xì)馀酝ㄕ{(diào)節(jié)閥 (或放氣閥)對(duì)低工況的引流空氣補(bǔ)氣量和高工況的排氣燃?xì)馀酝ǚ艢饬坑枰哉{(diào) 節(jié)控制。具體的調(diào)控方式如下預(yù)先給增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥(或電磁閥)和 排氣燃?xì)馀酝ㄕ{(diào)節(jié)閥(或放氣閥)分別設(shè)定它們各自啟、閉閥門(mén)的增壓壓力限止 值。當(dāng)增壓壓力低于開(kāi)啟閥門(mén)的限止值時(shí)，閥門(mén)處于關(guān)閉狀態(tài)；而當(dāng)增壓壓力高 于關(guān)閉閥門(mén)的限止值時(shí)，則閥門(mén)呈開(kāi)啟狀態(tài)。對(duì)于調(diào)節(jié)閥，閥門(mén)開(kāi)度大小與增壓 壓力值的大小成正比變化；對(duì)于放氣閥，閥門(mén)開(kāi)度則只有全開(kāi)與全閉兩個(gè)狀態(tài)。 在本發(fā)明結(jié)構(gòu)引流渦輪增壓器的方案中，調(diào)節(jié)閥一般采用氣膜式壓力調(diào)節(jié)閥(直
接用承受氣壓載荷薄膜變形所產(chǎn)生的閥桿位移進(jìn)行閥門(mén)升程調(diào)節(jié)，或用車(chē)用內(nèi)燃 機(jī)中類(lèi)似冒煙限制器的結(jié)構(gòu)，利用承載膜片變形帶動(dòng)凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而推移閥桿使 閥門(mén)升程改變的調(diào)節(jié)閥)；放氣閥則大多采用氣膜式放氣閾(現(xiàn)有技術(shù)車(chē)用內(nèi)燃 機(jī)的小型徑、混流渦輪增壓器在高轉(zhuǎn)速工況放氣調(diào)節(jié)中經(jīng)常采用的排氣燃?xì)馀酝ǚ艢忾y)或用氣壓通、斷開(kāi)關(guān)控制閥門(mén)全啟、全閉的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)電磁閥(放氣閥)。 在下述本發(fā)明采用的諸技術(shù)方案引流渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)中，增壓空氣旁通引流調(diào) 節(jié)閥(或電磁閥)都安裝于增壓器本體外，且無(wú)一例外地都采用閥門(mén)與壓氣機(jī)出 口增壓空氣的旁通支管聯(lián)結(jié)成一體的結(jié)構(gòu)。
參本發(fā)明結(jié)構(gòu)引流渦輪增壓器與車(chē)用內(nèi)燃機(jī)按外特性增壓匹配由低轉(zhuǎn)速工況 向額定轉(zhuǎn)速工況運(yùn)行時(shí)的情況如下
當(dāng)車(chē)用內(nèi)燃機(jī)在由怠速工況至增壓壓力尚未達(dá)到為增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥 (或放氣閥)預(yù)先設(shè)定的"開(kāi)啟閥門(mén)限止值"的低速工況范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，增壓空 氣旁通引流調(diào)節(jié)閥(或放氣閥)的閥門(mén)在自身壓縮彈簧壓緊力的作用下始終處于 關(guān)閉狀態(tài)。這時(shí)，內(nèi)燃機(jī)的排氣燃?xì)馊拷?jīng)由渦輪蝸殼進(jìn)口管的燃?xì)鈨?nèi)管流入渦 輪葉輪。由于該燃?xì)鈨?nèi)管的出口面積4和積徑比Q/及乂，它們均小于現(xiàn)有技術(shù)
車(chē)用徑(混)流渦輪增壓器結(jié)構(gòu)中一般都按外特性上最大扭矩(約50% 55%額 定轉(zhuǎn)速)工況附近的參數(shù)設(shè)計(jì)配置的渦輪蝸殼進(jìn)口管出口喉部處的相應(yīng)出口面積 和積徑比的值，因此，本發(fā)明結(jié)構(gòu)引流渦輪增壓器在該工況范圍運(yùn)行時(shí)產(chǎn)出的增 壓壓力值要比普通常規(guī)結(jié)構(gòu)車(chē)用徑(混)流渦輪增壓器高得多。
當(dāng)車(chē)用內(nèi)燃機(jī)繼續(xù)向更高的轉(zhuǎn)速工況運(yùn)行，增壓壓力也相應(yīng)增加。在增壓壓 力達(dá)到為增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥預(yù)先設(shè)置的"開(kāi)啟壓力"(譬如0.13M尸a絕對(duì)
壓力)時(shí)，增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥開(kāi)始開(kāi)啟，引流空氣補(bǔ)氣開(kāi)始由增壓器自身 壓氣機(jī)出口處的增壓空氣旁通支管經(jīng)過(guò)增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥(或放氣閥)流 入"引流空氣/旁通排氣燃?xì)夤灿霉艿?，對(duì)流進(jìn)增壓器渦輪葉輪的排氣燃?xì)鈱?shí)施 "補(bǔ)氣"。引流空氣補(bǔ)氣的加入，增加了流經(jīng)渦輪葉輪工質(zhì)的質(zhì)量流量，從而使 渦輪進(jìn)口的燃?xì)鈮毫μ岣?，增加了渦輪級(jí)的烚降或渦輪功率，帶動(dòng)壓氣機(jī)以更高 的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，致使增壓壓力相應(yīng)增加，閥門(mén)開(kāi)度也相應(yīng)增大，直至引流渦輪增壓 器的渦輪級(jí)因引流空氣補(bǔ)氣得到的功率增益與壓氣機(jī)級(jí)因增壓壓力提高多消耗 的功率相抵消而達(dá)到平衡時(shí)，工況才呈穩(wěn)定。隨著車(chē)用內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加，增 壓壓力也相應(yīng)繼續(xù)增高，在增壓壓力達(dá)到為增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥(或放氣閥) 預(yù)先設(shè)置的"關(guān)閉壓力"(一般為最大扭矩工況附近的增壓壓力值，譬如0. 25M/>。 絕對(duì)壓力)時(shí)，增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥(或放氣閥)開(kāi)始關(guān)閉，"引流空氣/旁通排氣燃?xì)夤灿霉艿?中呈現(xiàn)斷流，車(chē)用內(nèi)燃機(jī)在外特性該轉(zhuǎn)速工況的排氣燃 氣，全部經(jīng)過(guò)"燃?xì)鈨?nèi)管"流入渦輪葉輪。由于排氣燃?xì)獾馁|(zhì)量流量近似與轉(zhuǎn)速 成正比關(guān)系變化，所以當(dāng)車(chē)用內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，增壓壓力也相應(yīng)增大。直至轉(zhuǎn) 速增加到使增壓壓力的值達(dá)到為排氣燃?xì)馀酝ㄕ{(diào)節(jié)閥(或放氣閥)預(yù)先設(shè)定的"開(kāi) 啟壓力"(例如外特性80%額定轉(zhuǎn)速附近工況的增壓壓力值，譬如0. 3M戶(hù)。絕對(duì)壓
力)時(shí)，閥門(mén)開(kāi)始開(kāi)啟，旁通排氣燃?xì)庥?燃?xì)鈨?nèi)管"經(jīng)過(guò)閥門(mén)流入"引流空氣
/旁通燃?xì)獾墓灿霉艿?。這時(shí)，排氣燃?xì)庠谖仛みM(jìn)口管的喉部出口面積由4值驟
然增加到(4+^)值，遂使流入渦輪葉輪的燃?xì)饬魉傧陆担瑴u輪功率減小，壓
氣機(jī)出口增壓壓力的增升受到抑緩，這種狀態(tài)將一直延續(xù)至額定工況。
綜上所述可知通過(guò)合理調(diào)整渦輪蝸殼進(jìn)口管中"燃?xì)鈨?nèi)管"和"引流空氣/ 旁通燃?xì)夤灿霉艿?幾何形狀、尺寸與位置的配置，以及適當(dāng)選擇"空氣引流閥" 和"燃?xì)馀酝ㄩy"的閥門(mén)尺寸、升程和啟閉壓力(或通過(guò)閥門(mén)的氣體流量)，即 可近似滿(mǎn)足車(chē)用內(nèi)燃機(jī)與本發(fā)明結(jié)構(gòu)引流渦輪增壓器按外特性運(yùn)行時(shí)增壓壓力 (或增壓比)不隨轉(zhuǎn)速改變的要求。
根據(jù)對(duì)車(chē)用內(nèi)燃機(jī)與引流渦輪增壓器增壓匹配性能的優(yōu)良程度以及安裝空間
限制方面的要求，本發(fā)明引流渦輪增壓器的基本結(jié)構(gòu)有如下三種技術(shù)方案可供選 擇
①在引流渦輪增壓器渦輪蝸殼進(jìn)口法蘭與內(nèi)燃機(jī)排氣管出口法蘭之間加裝 "引流空氣/旁通燃?xì)夤灿眠M(jìn)氣室"的結(jié)構(gòu)方案-
命增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥(或電磁閥)與排氣燃?xì)馀酝ㄕ{(diào)節(jié)閥(或放氣閥) 均布置于進(jìn)氣室外部的"燃?xì)馀酝ㄩy外置方案"(附圖1)
在該結(jié)構(gòu)方案中，引流空氣由引流渦輪增壓器自身壓氣機(jī)出口處的增壓空氣旁通 支管經(jīng)過(guò)增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥(或電磁閥)在進(jìn)氣室下表面的管接口流入進(jìn) 氣室；旁通燃?xì)鈩t由聯(lián)結(jié)于內(nèi)燃機(jī)排氣管出口支管上的旁通閥的出口，在進(jìn)氣室 上表面的管接口流入進(jìn)氣室。
命增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥(或電磁閥)布置于進(jìn)氣室外部，但排氣燃?xì)馀?通調(diào)節(jié)閾(或放氣閥)布置于進(jìn)氣室內(nèi)的"燃?xì)馀酝ㄩy內(nèi)置方案"(附圖2)
在該方案中，引流空氣流入進(jìn)氣室的方式與上述"外置方案"相同，但旁通燃?xì)鈩t直接由安裝于進(jìn)氣室內(nèi)的旁通閥流出后進(jìn)入渦輪蝸殼進(jìn)口管。
② 本發(fā)明技術(shù)方案引流空氣經(jīng)布置于引流渦輪增壓器外部與壓氣機(jī)出口增壓 空氣旁通支管聯(lián)結(jié)在一起的增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥(或電磁閥)，在渦輪蝸殼 進(jìn)口管內(nèi)"引流空氣/旁通燃?xì)夤灿霉艿?部位外表面上的管接口流入共用管道; 而旁通燃?xì)鈩t由渦輪蝸殼內(nèi)的"燃?xì)鈨?nèi)管"經(jīng)它與相鄰"共用管道"之間分隔壁 面上的燃?xì)馀酝ǚ艢忾y的閥孔，流入共用管道。在本發(fā)明技術(shù)方案中，該燃?xì)馀?通放氣閥的結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)車(chē)用內(nèi)燃機(jī)的小型徑(混)流渦輪增壓器在內(nèi)燃機(jī)高 轉(zhuǎn)速工況旁通放氣時(shí)采用的放氣閥的通用典型結(jié)構(gòu)全同，唯一區(qū)別在于它的放氣 閥門(mén)的啟閉部件在本發(fā)明技術(shù)方案中是安裝于"共用管道"的內(nèi)部(附圖3)。
③ 本發(fā)明技術(shù)方案(如附圖4所示)的渦輪蝸殼進(jìn)口管的結(jié)構(gòu)與上述諸方案 有所不同，其區(qū)別有以下兩點(diǎn)
B在渦輪蝸殼進(jìn)口管內(nèi)仍然布置著兩個(gè)通道--個(gè)內(nèi)燃機(jī)排氣燃?xì)馔鞴?br> 道和一個(gè)引流空氣補(bǔ)氣的通流管道(或通流夾層)。但該引流空氣通道不再與旁 通燃?xì)夤灿?，也是?dú)用管道。
畫(huà)旁通燃?xì)夥艢獠涣魅霚u輪葉輪，而是如同現(xiàn)有技術(shù)車(chē)用內(nèi)燃機(jī)的普通常規(guī) 結(jié)構(gòu)小型徑(混)流渦輪增壓器在高轉(zhuǎn)速工況旁通放氣時(shí)采用的放氣閥結(jié)構(gòu)與放 氣方式一樣，旁通燃?xì)庥膳艢馊細(xì)馔ǖ纻?cè)壁上的放氣閥的閥孔放出，繞過(guò)(不經(jīng) 過(guò))渦輪葉輪，直接流至渦輪的出氣管道排出。
上述三種技術(shù)方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較方案①當(dāng)采用排氣燃?xì)馀酝ㄕ{(diào)節(jié)閥時(shí)，因 閥門(mén)升程隨增壓壓力改變呈緩變狀態(tài)，工況調(diào)節(jié)過(guò)渡較采用燃?xì)馀酝ǚ艢忾y的技 術(shù)方案②和③平穩(wěn)，同時(shí)也有利于引流空氣補(bǔ)氣對(duì)提高渦輪入口燃?xì)鈮毫?從而 提高了壓氣機(jī)出口的增壓空氣壓力)作用的積累和維持。此外，因?yàn)榫哂懈浇舆M(jìn) 氣室，因此只要有足夠的安裝空間，則空氣引流閥與燃?xì)馀酝ㄩy通過(guò)連接管路就 可自由與進(jìn)氣室聯(lián)接，從而獲得較大的布置自由度，以及可將它們整合在一起作 為專(zhuān)利技術(shù)組件附接在渦輪蝸殼的進(jìn)口法蘭上再與內(nèi)燃機(jī)排氣管出口法蘭相聯(lián) 結(jié)，這些特點(diǎn)都有利于將現(xiàn)有技術(shù)普通結(jié)構(gòu)的車(chē)用小型徑(混)流渦輪增壓器改 造成本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)結(jié)構(gòu)的引流渦輪增壓器工作的推廣和普及。方案①的缺點(diǎn)是 所需安裝空間較大，這對(duì)燃?xì)馀酝ㄩy"外置方案"尚不嚴(yán)重，但對(duì)"內(nèi)置方案" 就較突出。致使方案①對(duì)在安裝空間有嚴(yán)格要求的部分轎車(chē)上的應(yīng)用會(huì)受到限制。方案②的優(yōu)點(diǎn)是它能如方案①一樣充分利用高工況旁通燃?xì)獾哪芰?，使其?渦輪葉輪內(nèi)作功，但安裝尺寸卻明顯較方案①小。此外，方案②可利用現(xiàn)有技術(shù) 普通結(jié)構(gòu)車(chē)用徑(混)流渦輪增壓器的雙流道渦輪蝸殼的構(gòu)造，重新設(shè)計(jì)分配兩 個(gè)流道的面積比例，分別使較大面積的通道作為"燃?xì)鈨?nèi)管"，而較小面積的通 道為"引流空氣和旁通燃?xì)獾墓灿猛ǖ?，再兼加該方案的燃?xì)馀酝ǚ艢忾y也是 現(xiàn)有技術(shù)車(chē)用徑(混)流渦輪增壓器中應(yīng)用很廣的技術(shù)成熟結(jié)構(gòu)。因此，方案②
較方案①更接近于現(xiàn)有技術(shù)普通結(jié)構(gòu)車(chē)用徑(混)流渦輪增壓器的構(gòu)造，在安裝 尺寸、技術(shù)成熟程度(制造、使用的可靠性和耐久性)以及零部件的低成本制造 與采購(gòu)方面均明顯占有優(yōu)勢(shì)，從而成為實(shí)用中最具發(fā)展?jié)摿Φ谋景l(fā)明技術(shù)結(jié)構(gòu)。 方案③與方案①和方案②相比，其結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，它雖與方案①和②一樣，同樣具 有在低工況用引流空氣補(bǔ)氣改善車(chē)用內(nèi)燃機(jī)低工況性能的"引流渦輪增壓器"的 基本功能，但在高轉(zhuǎn)速工況卻因采用旁通放氣，使旁通燃?xì)馕唇?jīng)渦輪葉輪作功而 損失了這部分燃?xì)獾哪芰?，故其配機(jī)性能不及方案①和②。
至于本發(fā)明技術(shù)方案引流渦輪增壓器與現(xiàn)有技術(shù)方案引流渦輪增壓器間的比 較，很明顯，本發(fā)明的上述①、②、③技術(shù)方案在結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、高性能、低造價(jià) 及高可調(diào)性諸方面均遠(yuǎn)優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)方案，并具有可推廣用于車(chē)用內(nèi)燃機(jī)低工況 性能改善的優(yōu)點(diǎn)。


圖1示出了 "燃?xì)馀酝ㄩy外置方案"中在渦輪蝸殼進(jìn)口法蘭與內(nèi)燃機(jī)排氣管 出口法蘭之間加接"引流空氣/旁通燃?xì)夤灿眠M(jìn)氣室"結(jié)構(gòu)的示意圖。圖中數(shù)字 含義1——渦輪蝸殼進(jìn)口管，2——排氣燃?xì)鈨?nèi)管，3——引流空氣/旁通燃?xì)夤?br> 用管道，4——引流空氣/旁通燃?xì)夤灿眠M(jìn)氣室，5——內(nèi)燃機(jī)排氣管出口法蘭， 6——渦輪蝸殼。
圖2示出了在"燃?xì)馀酝ㄩy內(nèi)置方案"中加接于渦輪蝸殼進(jìn)口法蘭與內(nèi)燃機(jī) 排氣管出口法蘭之間的"引流空氣/旁通燃?xì)夤灿眠M(jìn)氣室"的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中 數(shù)字含義1——渦輪蝸殼進(jìn)口管，2——排氣燃?xì)鈨?nèi)管，3——引流空氣/旁通燃 氣共用管道，4——引流空氣/旁通燃?xì)夤灿眠M(jìn)氣室，5——排氣燃?xì)馀酝ㄕ{(diào)節(jié)閥，6——引流增壓空氣管接口。
圖3示出了旁通燃?xì)夥艢忾y的閥門(mén)啟閉部件布置于渦輪蝸殼進(jìn)口管中的"引 流空氣補(bǔ)氣/旁通燃?xì)夥艢夤灿霉艿?內(nèi)部的本發(fā)明技術(shù)方案結(jié)構(gòu)示意圖。圖中
數(shù)字含義1——渦輪蝸殼進(jìn)口管，2——排氣燃?xì)鈨?nèi)管，3——引流空氣/旁通燃 氣共用管道，4——增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥，5——排氣燃?xì)馀酝ǚ艢忾y， 6——引流增壓空氣管接口。 7——壓氣機(jī)，8——渦輪，9——壓氣機(jī)出口管， 10——內(nèi)燃機(jī)排氣管出口法蘭。
圖4示出的是內(nèi)燃機(jī)排氣燃?xì)夂鸵骺諝饩跍u輪蝸殼內(nèi)布置有獨(dú)立通道， 旁通燃?xì)庥蓽u輪蝸殼進(jìn)口管內(nèi)"燃?xì)鈨?nèi)管"側(cè)壁的放氣閥孔不流經(jīng)渦輪葉輪而直 接排放至渦輪出口管的本發(fā)明技術(shù)方案構(gòu)造示意圖。
圖5示出的是德國(guó)KKK公司(現(xiàn)Borg-Warner公司)曾大量生產(chǎn)和應(yīng)用的一種 帶有散熱肋片結(jié)構(gòu)的氣膜壓力調(diào)節(jié)式"排氣燃?xì)馀酝ㄕ{(diào)節(jié)閥"的構(gòu)造。
具體實(shí)施例方式
圖2示出的是相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)車(chē)用徑(混)流渦輪增壓器普通常規(guī)結(jié)構(gòu)，須 對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案②的引流渦輪增壓器，進(jìn)行零部件改動(dòng)和加裝部件構(gòu)造的縱剖 面視圖(但在該圖中，安裝于壓氣機(jī)出口增壓空氣旁通支管上的空氣引流閥未作 顯示)。本發(fā)明技術(shù)方案引流渦輪增壓器的本體設(shè)計(jì)與構(gòu)造，除渦輪蝸殼進(jìn)口管 1的相關(guān)部分在設(shè)計(jì)與構(gòu)造上有所不同外，其余均與按車(chē)用內(nèi)燃機(jī)外特性上最大 扭矩工況附近參數(shù)設(shè)計(jì)或適配的普通車(chē)用徑(混)流渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)相同、通 流部分尺寸相近或稍小。在該發(fā)明方案中，渦輪蝸殼進(jìn)口管1在出口喉部的面積 ^和積徑比04/系按車(chē)用內(nèi)燃機(jī)額定工況附近參數(shù)設(shè)計(jì)或選用。在渦輪蝸殼
進(jìn)口管1的通道內(nèi)布置著"內(nèi)燃機(jī)排氣燃?xì)鈱?zhuān)用內(nèi)管"2和"引流空氣補(bǔ)氣/旁 通燃?xì)夥艢夤灿霉艿?或通流夾層)"3共兩個(gè)氣流通道。其中，"燃?xì)鈨?nèi)管"2 在蝸殼進(jìn)口管出口喉部的面積4和積徑比(J/及),系按車(chē)用內(nèi)燃機(jī)外特性上比最
大扭矩(一般約50% 55%額定轉(zhuǎn)速)工況更低的轉(zhuǎn)速(譬如30%額定轉(zhuǎn)速)附近 的工況參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)或選用的，因此它們的值更小。這樣，在空氣引流閥開(kāi)啟之 前的低轉(zhuǎn)速工況，本發(fā)明結(jié)構(gòu)增壓器就能比普通車(chē)用增壓器獲得高得多的增壓壓力，而有利于低工況性能的改善和引流空氣補(bǔ)氣。此外，在該發(fā)明技術(shù)方案的渦 輪蝸殼進(jìn)口法蘭與車(chē)用內(nèi)燃機(jī)排氣管的出口法蘭之間加裝了一個(gè)"引流空氣補(bǔ)氣 /排氣燃?xì)馀酝ǚ艢獾墓灿眠M(jìn)氣室"4，因?yàn)榕艢馊細(xì)馀酝ㄕ{(diào)節(jié)閥5安裝于該進(jìn)氣 室4內(nèi)，而呈燃?xì)馀酝ㄩy5內(nèi)置于進(jìn)氣室4的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。這種燃?xì)馀酝ㄩy的內(nèi)置 式結(jié)構(gòu)，因去除了防止燃?xì)庑孤┑拇胧┒?jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，也消除了旁通燃?xì)馔庑乖?成的能量損失和污染環(huán)境的弊端。與現(xiàn)有技術(shù)引流渦輪增壓器將引流空氣補(bǔ)氣截 止閥設(shè)置于渦輪增壓器本身的中間體(軸承體)中并聯(lián)結(jié)成一體的結(jié)構(gòu)不同，本 實(shí)施例與本發(fā)明的全部技術(shù)方案一樣都將增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥(或放氣閥) 安裝于渦輪增壓器外部，并與壓氣機(jī)出口的增壓空氣旁通支管聯(lián)結(jié)在一起。引流 空氣補(bǔ)氣經(jīng)增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥(或放氣閥)的閥門(mén)流出，在"引流空氣補(bǔ) 氣/旁通燃?xì)夥艢夤灿眠M(jìn)氣室"4兩個(gè)側(cè)面的管接口 (在進(jìn)氣室縱剖視圖上只標(biāo) 出了一個(gè)管接口螺孔6)處流入共用進(jìn)氣室，并再繼續(xù)流向與其流道光順連接的 渦輪蝸殼進(jìn)口管內(nèi)的"引流空氣/旁通燃?xì)夤灿霉艿?3。
增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥(或放氣閥) 一般如前文發(fā)明內(nèi)容部分中所述采用 普通氣膜式壓力調(diào)節(jié)閥或開(kāi)關(guān)式放氣電磁閥的結(jié)構(gòu)；旁通燃?xì)夥艢忾y的結(jié)構(gòu)也與 現(xiàn)有技術(shù)車(chē)用徑(混)流渦輪增壓器高轉(zhuǎn)速工況放氣采用的放氣閥的結(jié)構(gòu)全同； 但燃?xì)馀酝ㄕ{(diào)節(jié)閥5因處于燃?xì)飧邷氐沫h(huán)境中，故閥體上須布置有散熱肋片，致 使其構(gòu)造特殊且占位體積較大。附圖5示出了德國(guó)KKK公司(現(xiàn)Borg-Warner 公司)曾長(zhǎng)期生產(chǎn)、應(yīng)用過(guò)的燃?xì)馀酝ㄕ{(diào)節(jié)閥典型構(gòu)造的示意圖。
引流渦輪增壓器的渦輪蝸殼進(jìn)口管1內(nèi)的"燃?xì)鈨?nèi)管"2和"引流空氣/旁通 燃?xì)夤灿霉艿?3，可以沿用制作渦輪蝸殼的普通鑄造工藝，將三者的內(nèi)、外模 組合成一體并與蝸殼其它部分(進(jìn)、出口法蘭及蝸殼內(nèi)部的周向流道)的模具合 模后，整體澆鑄成渦輪蝸殼坯件，然后再采用機(jī)械加工制成渦輪蝸殼成品零件。
進(jìn)氣室4因形狀比較復(fù)雜，宜采用精密鑄造方式制作坯件，然后僅對(duì)其接合 面(如法蘭接合面、閥門(mén)座等)實(shí)施機(jī)械加工，以保證其達(dá)到所需的尺寸精度與 表面光潔度要求。閥體散熱肋片部分的零件也同樣可以采用精密鑄造方式制作。 旁通燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥5的閥門(mén)(含閥桿)則可由內(nèi)燃機(jī)氣門(mén)零件的配件中選用，不必 專(zhuān)門(mén)制作，因此很方便。
權(quán)利要求
1、一種引流渦輪增壓器，它由一個(gè)普通常規(guī)結(jié)構(gòu)的車(chē)用小型徑(混)流渦輪增壓器與兩個(gè)閥門(mén)——一個(gè)增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥(或放氣閥)和一個(gè)排氣燃?xì)馀酝ㄕ{(diào)節(jié)閥(或放氣閥)，以及聯(lián)接它們的管路組合而成。其特征在于渦輪增壓器的渦輪蝸殼進(jìn)口管中的通道由下述兩部分組成一部分為專(zhuān)通內(nèi)燃機(jī)排氣燃?xì)獾耐ǖ溃Ｏ碌牧硪徊糠謩t為引流增壓空氣獨(dú)用或引流增壓空氣與旁通排氣燃?xì)夤灿玫耐ǖ馈?br> 2、 按權(quán)利要求1所述的引流渦輪增壓器，其特征在于與壓氣機(jī)出口增壓 空氣旁通支管聯(lián)結(jié)成一體的增壓空氣旁通引流調(diào)節(jié)閥(或放氣閥)，其閥門(mén)進(jìn)氣 端的管路與增壓空氣旁通支管連通；而閥門(mén)出氣端的管路則既可與"引流空氣/ 旁通燃?xì)夤灿眠M(jìn)氣室"的相應(yīng)進(jìn)氣口對(duì)接，也可直接與渦輪蝸殼進(jìn)口管內(nèi)通引流 增壓空氣的獨(dú)用通道或引流增壓空氣與旁通排氣燃?xì)夤灿玫耐ǖ澜油ā?br> 3、 按權(quán)利要求1所述的引流渦輪增壓器，其特征在于安裝于渦輪蝸殼進(jìn) 口法蘭前或渦輪蝸殼進(jìn)口管部位的排氣燃?xì)馀酝ㄕ{(diào)節(jié)閥(或放氣閥)，其閥門(mén)進(jìn) 氣端須與排氣燃?xì)獾膶?zhuān)用通道連通；而閥門(mén)出氣端(即閥門(mén)啟、閉部件所在部位 的一端)則既可與"引流空氣/旁通燃?xì)夤灿眠M(jìn)氣室"的相應(yīng)進(jìn)氣口對(duì)接，也可 直接與渦輪蝸殼進(jìn)口管內(nèi)的引流增壓空氣與旁通排氣燃?xì)獾墓灿猛ǖ阑驕u輪蝸 殼的出口燃?xì)夤艿澜油ā?br> 全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種適用于車(chē)用增壓內(nèi)燃機(jī)以改善低工況性能與瞬態(tài)特性，且能兼顧滿(mǎn)足全轉(zhuǎn)速工況特性需要的引流渦輪增壓器。它主要由一個(gè)普通常規(guī)結(jié)構(gòu)的車(chē)用小型徑(混)流渦輪增壓器與兩個(gè)閥門(mén)——一個(gè)增壓空氣引流閥和一個(gè)排氣燃?xì)馀酝ㄩy組成。在低工況引自壓氣機(jī)出口支管旁通流出的部分增壓空氣，經(jīng)空氣引流閥流入渦輪蝸殼進(jìn)口管的引流空氣通道，對(duì)流入渦輪葉輪的燃?xì)鈱?shí)施“補(bǔ)氣”，提高了渦輪功率和增壓壓力。而在高工況，則通過(guò)燃?xì)馀酝ㄩy對(duì)排氣燃?xì)鈱?shí)施“放氣”以抑緩增壓壓力的提高。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、調(diào)控力度大且范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F02B37/12GK101560909SQ20091004965
公開(kāi)日2009年10月21日 申請(qǐng)日期2009年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者孫敏超, 孫正柱 申請(qǐng)人:孫敏超;孫正柱