專利名稱：一種非對稱雙流道變截面渦輪增壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及增壓發(fā)動機(jī)采用的一種廢氣渦輪增壓器，具體的說涉及一種能夠 有效兼顧發(fā)動機(jī)高低速增壓需求，具有流通截面積大小不等的非對稱雙流道變截面渦輪增 壓器，屬于內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著國家排放法規(guī)和用戶需求的不斷發(fā)展，發(fā)動機(jī)尤其是柴油發(fā)動機(jī)的增壓技術(shù) 也有了長足的進(jìn)步，廢氣渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)從傳統(tǒng)的固定截面發(fā)展到了能夠兼顧發(fā)動機(jī)低 速扭矩的廢氣旁通結(jié)構(gòu)增壓器，到了國III排放法規(guī)實(shí)施以后，人們對于能夠兼顧發(fā)動機(jī) 高低速性能的發(fā)動機(jī)增壓器的需求越來越強(qiáng)烈，可變截面渦輪增壓器成為了國內(nèi)外研發(fā)的 重點(diǎn)，目前普遍采用了渦輪內(nèi)部增加旋轉(zhuǎn)的噴嘴葉片的結(jié)構(gòu)滿足變截面的要求。如圖1、圖2所示，旋葉式可變渦輪增壓器1的渦輪部分包括渦輪渦殼5、渦殼噴嘴 7和渦輪葉輪9三部分，在正常工作下發(fā)動機(jī)排出的廢氣通過渦輪渦殼5進(jìn)行收集，通過渦 殼進(jìn)氣流道11按照規(guī)律流動，然后通過渦殼噴嘴7分布到渦輪葉輪9的周邊，推動渦輪葉 輪9高速旋轉(zhuǎn)，在中間殼3內(nèi)部浮動軸承12的支撐下，通過渦輪轉(zhuǎn)子軸13帶動壓氣機(jī)葉輪 14高速旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)最終壓縮氣體的目的，壓縮后的氣體通過壓氣機(jī)殼2收集后送入發(fā)動機(jī) 參與燃燒，起到增壓的目的。為了使增壓器能夠起到兼顧高低速工況的目的，旋葉式可變截面渦輪增壓器1的 渦輪內(nèi)部在渦殼噴嘴7內(nèi)部設(shè)置了噴嘴葉片8，噴嘴葉片8分布在渦輪葉輪9的周邊的噴 嘴環(huán)支撐盤6上，通過傳動機(jī)構(gòu)4調(diào)整開度al，從而改變渦殼噴嘴7的實(shí)際通流面積，來改 變渦輪葉輪9的旋轉(zhuǎn)速度，發(fā)動機(jī)的高溫氣體在渦輪葉輪9內(nèi)部做完功后，通過渦殼排氣口 10排到發(fā)動機(jī)排氣管路中。旋葉式可變截面渦輪增壓器1通過改變噴嘴葉片8之間的開度al來改變流通通 道，控制方便。但發(fā)動機(jī)排出的廢氣具有600度左右的排氣溫度，并且有進(jìn)一步提升的趨 勢，排氣高溫對于噴嘴葉片8、傳動機(jī)構(gòu)4、噴嘴環(huán)支撐盤6以及外部的控制系統(tǒng)都有嚴(yán)格的 要求；另外，渦輪增壓器工作環(huán)境惡劣，強(qiáng)烈的振動、發(fā)動機(jī)廢氣中的顆粒和硫化物等對傳 動機(jī)構(gòu)的可靠性有著極高的要求，成本及使用壽命限制了該類型可變截面渦輪增壓器的市 場，僅僅被用在了高端發(fā)動機(jī)增壓領(lǐng)域，市場推廣壓力大。因此，希望設(shè)計(jì)一種能夠改變通流截面的渦輪增壓器的渦輪，來解決目前旋轉(zhuǎn)噴 嘴葉片結(jié)構(gòu)的可變截面增壓器在可靠性和效率方面存在的問題。通過設(shè)計(jì)的渦輪渦殼流道 的結(jié)構(gòu)，改變渦輪內(nèi)部高溫氣體的流動組織形式，簡單有效的實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)對可變截面渦輪 的需要，以滿足在不同工況下發(fā)動機(jī)對增壓壓力的需要。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的問題是針對傳統(tǒng)可變截面渦輪增壓器的局限性，提供一種 非對稱雙流道變截面渦輪增壓器，有效解決傳統(tǒng)增壓器固定截面的使用缺陷，同時減少復(fù)雜的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)并提高渦輪效率。為了解決上述問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案一種非對稱雙流道變截面渦輪增壓器，包括渦輪渦殼，渦輪渦殼內(nèi)設(shè)有渦輪葉輪 和渦殼進(jìn)氣流道，渦殼進(jìn)氣流道靠近渦輪葉輪的位置設(shè)有渦殼噴嘴，所述渦殼進(jìn)氣流道包 括渦殼進(jìn)氣小流道和渦殼進(jìn)氣大流道，所述渦殼進(jìn)氣大流道位于渦殼進(jìn)氣小流道一側(cè)。所述的渦殼小進(jìn)氣流道位于渦輪渦殼一側(cè)，截面固定，滿足發(fā)動機(jī)中低轉(zhuǎn)速增壓 需求，提高發(fā)動機(jī)低速時的增壓比并確保發(fā)動機(jī)有好的加速性能。以下是本實(shí)用新型對上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)所述渦殼進(jìn)氣小流道的流通截面小于渦殼進(jìn)氣大流道的流通截面。進(jìn)一步的改進(jìn)所述渦殼進(jìn)氣小流道與渦殼進(jìn)氣大流道之間設(shè)有流道中間壁。所述渦殼進(jìn)氣大流道與渦殼進(jìn)氣小流道通過中間壁連接在一起，各自具有獨(dú)立的 氣流流動通道。更進(jìn)一步改進(jìn)所述流道中間壁上設(shè)有使渦殼進(jìn)氣小流道與渦殼進(jìn)氣大流道連通的進(jìn)氣口，在進(jìn) 氣口上安裝有進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥門。通過調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)渦殼進(jìn)氣流道的選擇，從而實(shí)現(xiàn)渦輪增壓器渦輪流通截面的變 化。更進(jìn)一步改進(jìn)所述渦殼進(jìn)氣小流道與渦殼噴嘴連通的出口部分設(shè)有小流道氣流內(nèi)導(dǎo)向面，所述 的渦殼進(jìn)氣大流道與渦殼噴嘴連通的出口部分設(shè)有大流道氣流內(nèi)導(dǎo)向面，所述小流道氣流 內(nèi)導(dǎo)向面和大流道氣流內(nèi)導(dǎo)向面之間形成的出口成減縮狀。所述渦殼中間壁兩側(cè)的末端壁面盡可能平行，其形狀使渦殼進(jìn)氣小流道和渦殼進(jìn) 氣大流道的出口氣流方向盡可能朝向渦輪，并有效地減小兩股氣流流動相互干擾。更進(jìn)一步改進(jìn)所述流道中間壁的一端與渦輪渦殼一體連接，其另一端為自由端，其截面厚度從 與渦輪渦殼連接的一端向自由端逐漸變薄。所述渦殼中間壁呈減縮狀，為保證有效的鑄造成型其末端具有一定的壁厚并留有 機(jī)加工余量。作為更進(jìn)一步的改進(jìn)為進(jìn)一步改善低速工況，所述渦殼進(jìn)氣小流道和渦殼進(jìn)氣大流道可以設(shè)計(jì)的更 小。為保證增壓器不超速，所述渦殼進(jìn)氣大流道上設(shè)有旁通孔，在旁通孔上安裝有旁 通閥門，在發(fā)動機(jī)排量超出渦殼進(jìn)氣小流道和渦殼進(jìn)氣大流道調(diào)節(jié)能力后，通過旁通閥門 進(jìn)行增壓器的自我保護(hù)。本實(shí)用新型通過對傳統(tǒng)渦輪渦殼進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，采用了雙進(jìn)氣通道組合，形成了 不同的通流截面，有效的利用發(fā)動機(jī)的廢氣能量。本實(shí)用新型中的非對稱雙流道變截面渦 輪能夠在發(fā)動機(jī)低速時就建立較高的增壓比，并且比旋葉式可變截面渦輪增壓器具有更高 的效率。本實(shí)用新型中的雙流道變截面渦輪充分利用了常規(guī)的渦輪增壓器結(jié)構(gòu)，通過改進(jìn)傳統(tǒng)流道實(shí)現(xiàn)了變截面渦輪的功能，同時兼顧了常規(guī)的無葉擴(kuò)壓器的具有較寬流量范圍的 優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型中的變截面渦輪繼承性好、結(jié)構(gòu)簡單，產(chǎn)品容易升級切換、成本低，容易快速實(shí)現(xiàn)工程化。綜上，采用具有非對稱雙流道的變截面渦輪可以有效滿足發(fā)動機(jī)全工況范圍的增 壓需求，同時不需要設(shè)置復(fù)雜的旋葉式氣動調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。該實(shí)用新型通過對發(fā)動機(jī)排出的廢 氣能量的充分利用，實(shí)現(xiàn)了相同的變截面渦輪功能。該類型增壓器整體結(jié)構(gòu)不發(fā)生大的變 化，成本低，容易實(shí)現(xiàn)。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型專利作進(jìn)一步的說明
附圖1是背景技術(shù)中旋葉式可變截面渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是背景技術(shù)中旋葉式可變截面渦輪增壓器的旋葉調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例1中非對稱雙流道變截面渦輪的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例1中非對稱雙流道變截面渦輪中進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)示 意圖；附圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例1中非對稱雙流道變截面渦輪的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；附圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例2中非對稱雙流道變截面渦輪中旁通結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1-旋葉式可變渦輪增壓器、2-壓氣機(jī)殼、3-中間殼、4-傳動機(jī)構(gòu)、5-渦輪渦 殼、6-噴嘴環(huán)支撐盤、7-渦殼噴嘴、8-噴嘴葉片、9-渦輪葉輪、10-渦殼排氣口、11-渦殼進(jìn) 氣流道、12-浮動軸承、13-渦輪轉(zhuǎn)子軸、14-壓氣機(jī)葉輪、16-渦殼進(jìn)氣小流道、17-小流道氣 流內(nèi)導(dǎo)向面、18-流道中間壁、19-大流道氣流內(nèi)導(dǎo)向面、20-渦殼進(jìn)氣大流道、21-渦殼進(jìn)氣 法蘭、22-進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥門、23-閥門安裝孔蓋板、25-渦殼進(jìn)氣大流道旁通孔、26-旁通閥門。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1，如圖3、圖4所示，一種非對稱雙流道變截面渦輪增壓器，包括渦輪渦殼 5，渦輪渦殼5內(nèi)設(shè)有渦輪葉輪9和渦殼進(jìn)氣流道，渦輪葉輪9安裝在渦輪轉(zhuǎn)子軸13上，渦 殼進(jìn)氣流道靠近渦輪葉輪9的位置設(shè)有渦殼噴嘴7，渦殼進(jìn)氣流道包括渦殼進(jìn)氣小流道16 和渦殼進(jìn)氣大流道20，渦殼進(jìn)氣大流道20位于渦殼進(jìn)氣小流道一側(cè)16。渦殼進(jìn)氣小流道 16和渦殼進(jìn)氣大流道20中間設(shè)有渦殼進(jìn)氣流道中間壁18，渦殼進(jìn)氣小流道16在發(fā)動機(jī)全 工況范圍內(nèi)應(yīng)用，流道中間壁18上設(shè)有使渦殼進(jìn)氣小流道16與渦殼進(jìn)氣大流道20連通的進(jìn)氣口， 在進(jìn)氣口上安裝有進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥門22，在渦殼進(jìn)氣大流道20的一側(cè)設(shè)有閥門安裝孔蓋板23， 渦殼進(jìn)氣大流道20在發(fā)動機(jī)中高轉(zhuǎn)速通過渦輪渦殼5的進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥22開啟使用。流道中間壁18的一端與渦輪渦殼5 —體連接，其另一端為自由端，其截面從與渦 輪渦殼5連接的一端向自由端逐漸變薄。渦殼進(jìn)氣小流道16與渦殼噴嘴7連通的出口部分設(shè)有小流道氣流內(nèi)導(dǎo)向面17，其 流通截面積滿足發(fā)動機(jī)低速增壓需求；的渦殼進(jìn)氣大流道20與渦殼噴嘴7連通的出口部分 設(shè)有大流道氣流內(nèi)導(dǎo)向面19，小流道氣流內(nèi)導(dǎo)向面17和大流道氣流內(nèi)導(dǎo)向面19之間形成 的出口呈減縮狀，流道中間壁18的尾緣的兩側(cè)壁面盡量保持平行并保證一定的澆注成型厚度，使渦殼進(jìn)氣小流道和渦殼進(jìn)氣大流道的出口氣流盡量不發(fā)生相互干涉。從渦殼進(jìn)氣 小流道16和渦殼進(jìn)氣大流道20中通過的高溫廢氣，通過渦殼噴嘴7進(jìn)入并推動渦輪葉輪 9旋轉(zhuǎn)做功。渦殼進(jìn)氣小流道16和渦殼進(jìn)氣大流道20的位置可以互換，如圖5所示，渦殼進(jìn)氣 小流道16可位于渦輪葉輪進(jìn)口輪緣一側(cè)，渦殼進(jìn)氣大流道20位于渦輪葉輪進(jìn)口輪轂一側(cè)， 這種結(jié)構(gòu)可方便增壓器在發(fā)動機(jī)上的安裝和布置。發(fā)動機(jī)排出的廢氣能量通過進(jìn)氣法蘭21進(jìn)入渦輪渦殼5工作，進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥門22 與氣流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)配合，在發(fā)動機(jī)低速時進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥門22關(guān)閉，廢氣只通過進(jìn)氣小流道 16進(jìn)入渦輪工作，在發(fā)動機(jī)中高速時進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥門22打開，其開度由氣流調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制， 從而控制大小流道的選擇和開啟，實(shí)現(xiàn)變截面渦輪的功能。本實(shí)用新型專利針對渦輪增壓器對變截面渦輪的需要，完成了由非對稱雙渦殼進(jìn) 氣流道完成的變截面渦輪的開發(fā)，有效的利用了廢氣能量，兼顧了發(fā)動機(jī)低速和中高速工 況下的增壓需求。該類型具有非對稱雙渦殼進(jìn)氣流道的渦輪增壓器變截面渦輪可以采用同 類增壓器使用的現(xiàn)有的鑄造及加工技術(shù)完成。實(shí)施例2，如圖6所示，考慮到發(fā)動機(jī)超速工況下的安全性，可以在實(shí)施例1中的 渦殼進(jìn)氣大流道20上設(shè)有旁通孔25，在旁通孔25上安裝有旁通閥26，的渦殼進(jìn)氣道旁通 孔25通過旁通閥門26打開或關(guān)閉，從而控制渦殼進(jìn)氣大流道20內(nèi)部氣流的壓力，在發(fā)動 機(jī)排氣流量超過進(jìn)氣小流道16和進(jìn)氣大流道20的通流能力之和后旁通放氣，避免增壓器 超速實(shí)現(xiàn)保護(hù)增壓器的目的。為方便渦輪增壓器的安裝布置，渦殼進(jìn)氣大流道20和渦殼進(jìn)氣小流道16的位置 可以互換。可如說明書附圖3進(jìn)行布置，渦殼進(jìn)氣大流道20位于渦輪葉輪進(jìn)口輪緣一側(cè)， 渦殼進(jìn)氣小流道16位于渦輪葉輪進(jìn)口輪轂一側(cè)；也可如說明書附圖5進(jìn)行布置，渦殼進(jìn)氣 大流道20位于渦輪輪轂一側(cè)，渦殼進(jìn)氣小流道16位于渦輪葉輪進(jìn)口輪緣一側(cè)。本實(shí)用新型專利針對渦輪增壓器對變截面渦輪的需要，完成了由非對稱雙渦殼進(jìn) 氣流道完成的旁通非對稱雙流道變截面渦輪的開發(fā)，不但有效的利用了發(fā)動機(jī)的廢氣能 量，兼顧了發(fā)動機(jī)低速和高速工況下的增壓需求，而且使渦殼進(jìn)氣小流道和渦殼進(jìn)氣大流 道的截面設(shè)計(jì)更具靈活性以更好的滿足發(fā)動機(jī)在各工況下的增壓需求。該類型具有非對稱 雙渦殼進(jìn)氣流道的渦輪增壓器變截面渦輪可以采用同類增壓器使用的現(xiàn)有的鑄造及加工 技術(shù)完成?，F(xiàn)在我們已經(jīng)按照國家專利法對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員會識別本文所公開的具體實(shí)施例的改進(jìn)或代替。這些修改是在本實(shí)用新型的精 神和范圍內(nèi)的。
權(quán)利要求一種非對稱雙流道變截面渦輪增壓器，包括渦輪渦殼(5)，渦輪渦殼(5)內(nèi)設(shè)有渦輪葉輪(9)和渦殼進(jìn)氣流道，渦殼進(jìn)氣流道靠近渦輪葉輪(9)的位置設(shè)有渦殼噴嘴(7)，其特征在于所述渦殼進(jìn)氣流道包括渦殼進(jìn)氣小流道(16)和渦殼進(jìn)氣大流道(20)，所述渦殼進(jìn)氣大流道(20)位于渦殼進(jìn)氣小流道(16)一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非對稱雙流道變截面渦輪增壓器，其特征在于所述渦 殼進(jìn)氣小流道(16)的流通截面小于渦殼進(jìn)氣大流道(20)的流通截面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種非對稱雙流道變截面渦輪增壓器，其特征在于所 述渦殼進(jìn)氣小流道(16)與渦殼進(jìn)氣大流道(20)之間設(shè)有流道中間壁(18)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非對稱雙流道變截面渦輪增壓器，其特征在于所述流 道中間壁(18)上設(shè)有使渦殼進(jìn)氣小流道(16)與渦殼進(jìn)氣大流道(20)連通的進(jìn)氣口，在進(jìn) 氣口上安裝有進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥門(22)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非對稱雙流道變截面渦輪增壓器，其特征在于所述渦 殼進(jìn)氣小流道(16)與渦殼噴嘴(7)連通的出口部分設(shè)有小流道氣流內(nèi)導(dǎo)向面(17)，所述的 渦殼進(jìn)氣大流道(20)與渦殼噴嘴(7)連通的出口部分設(shè)有大流道氣流內(nèi)導(dǎo)向面(19)，所述 小流道氣流內(nèi)導(dǎo)向面(17)和大流道氣流內(nèi)導(dǎo)向面(19)之間形成的出口呈減縮狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非對稱雙流道變截面渦輪增壓器，其特征在于所述流 道中間壁(18)的一端與渦輪渦殼(5) —體連接，其另一端為自由端，其截面厚度從與渦輪 渦殼(5)連接的一端向自由端逐漸變薄。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種非對稱雙流道變截面渦輪增壓器，其特征在于所述渦 殼進(jìn)氣大流道(20)上設(shè)有旁通孔(25)，在旁通孔(25)上安裝有旁通閥門(26)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種非對稱雙流道變截面渦輪增壓器，包括渦輪渦殼，渦輪渦殼內(nèi)設(shè)有渦輪葉輪和渦殼進(jìn)氣流道，渦殼進(jìn)氣流道靠近渦輪葉輪的位置設(shè)有渦殼噴嘴，所述渦殼進(jìn)氣流道包括渦殼進(jìn)氣小流道和渦殼進(jìn)氣大流道，所述渦殼進(jìn)氣大流道位于渦殼進(jìn)氣小流道一側(cè)，本實(shí)用新型通過對傳統(tǒng)渦輪渦殼進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，采用了雙進(jìn)氣通道組合，形成了不同的通流截面，有效的利用發(fā)動機(jī)的廢氣能量。該實(shí)用新型通過對發(fā)動機(jī)排出的廢氣能量的充分利用，實(shí)現(xiàn)了相同的變截面渦輪功能。該類型增壓器整體結(jié)構(gòu)不發(fā)生大的變化，成本低，容易實(shí)現(xiàn)。
文檔編號F02B37/12GK201554544SQ200920249668
公開日2010年8月18日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者朱智富, 李延昭, 李永泰, 楊恒星, 王航, 郭倫海, 郭錫祿 申請人:壽光市康躍增壓器有限公司