專利名稱：可變截面渦輪機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種可變截面渦輪增壓器，具體涉及到一種在改變喉口截面同時也改 變進氣流道的可變截面渦輪機，屬于內燃機領域。
背景技術：
渦輪增壓器廣泛的應用于車用發(fā)動機，它能顯著地提高發(fā)動機性能。隨著發(fā)動機 排放法規(guī)要求的日益嚴格，對車用渦輪增壓器的性能也提出了更高的要求。渦輪增壓器在 與發(fā)動機匹配時普遍存在發(fā)動機低速扭矩不足、排放性能差及高速增壓過量的問題。為了 滿足發(fā)動機全工況范圍內的性能要求，可變截面渦輪增壓技術得到了廣泛的研究和應用。 其中舌形擋板可變截面渦輪機由于結構簡單、便于控制而被廣泛應用。過去的十幾年國內外學者對舌形擋板可變截面渦輪機做過大量的研究，典型的舌 形擋板可變截面渦輪的結構示意圖如附圖1所示，其通過改變設置在噴嘴環(huán)處的舌形擋板 的轉動角度來調節(jié)流道流通面積。蝸殼ι內有環(huán)形氣流道3，環(huán)形氣道3與進氣口 2連通， 環(huán)形氣道3上設置有用于改變喉口截面面積的調節(jié)裝置7。調節(jié)裝置7由直齒條5、弧形齒 條6、舌形擋板8構成。舌形擋板8的根部活動地連接在蝸殼1上，弧形齒條6固定在舌形 擋板8的頭部，設置在蝸殼外側的執(zhí)行器4控制直齒條5直線移動，弧形齒條6與直齒條5 嚙合從而對舌形擋板8的開度進行調節(jié)，從而改變環(huán)形氣流道3的進氣口面積。當舌形擋 板8背離渦輪方向轉動時，環(huán)形氣流道3的進氣口面積減小，使得進入渦輪的廢氣能量增 加，對渦輪的做功能力增強，提高了發(fā)動機在低速時的增壓壓力。反之空氣增壓壓力減小。 調節(jié)裝置7可根據(jù)發(fā)動機的實際工況，對舌形擋板8進行調節(jié)，以滿足發(fā)動機各個工況的增 壓要求。但是調節(jié)裝置7在加工安裝實現(xiàn)上較復雜，并且舌形擋板的在改變進氣截面時流 道變形不符合流體流動要求使流動損失較大，對氣體流量的調節(jié)范圍有限，增壓器的總效 率較低。因此希望發(fā)明設計一種控制簡便、流動損失小、效率較高、調節(jié)范圍較廣的可變截 面渦輪來有效地拓寬渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配范圍，同時滿足發(fā)動機低速富氣和高速增 壓適量的要求。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的問題是要提供一種操控簡便靈活、流動損失小效率較高、有效 地拓寬渦輪增壓器與發(fā)動機的匹配范圍的可變截面渦輪機，能夠解決舌形擋板增壓器效率 低、對氣體流量調節(jié)范圍有限的問題，以滿足發(fā)動機全工況范圍的增壓要求。為了解決以上問題，本發(fā)明采用以下技術方案一種可變截面渦輪機，包括蝸殼，蝸殼上安裝有執(zhí)行機構，蝸殼內設有環(huán)形氣流 道，環(huán)形氣流道具有進氣口，所述環(huán)形氣流道內設有進氣截面調節(jié)機構，所述進氣截面調節(jié) 機構與執(zhí)行機構傳動連接。
以下是本發(fā)明對上述方案的進一步優(yōu)化所述進氣截面調節(jié)機構包括安裝在環(huán)形氣流道內靠近進氣口處的固定擋板，所述 固定擋板靠近進氣口的一端轉動連接有可動直板，另一端轉動連接有可動舌形擋板。進一步優(yōu)化氣流進入蝸殼后利用流動慣性對渦輪做功，為了充分利用氣流在做功起始段的能 量，特別是滿足發(fā)動機低速時的增壓要求，固定擋板的另一端設置在環(huán)形氣流道內與進氣 口的橫截面呈0 90°角的位置處。進一步優(yōu)化所述固定擋板與可動直板之間通過可動直板轉動軸轉動連接，固定擋板與可動舌 形擋板通過可動舌形擋板轉動軸轉動連接。進一步優(yōu)化所述可動直板轉動軸和可動舌形擋板轉動軸安裝在蝸殼上并與蝸殼之間轉動連 接。進一步優(yōu)化所述可動直板轉動軸的其中一端和可動舌形擋板轉動軸的其中一端分別伸出到 蝸殼的外部，所述可動直板轉動軸的端部與可動舌形擋板轉動軸的端部之間設有調節(jié)撥 片，所述調節(jié)撥片與執(zhí)行機構傳動連接。進一步優(yōu)化所述調節(jié)撥片的其中一端設有弧形滑槽，所述可動直板轉動軸的一端安裝在調節(jié) 撥片的弧形滑槽內，可動舌形擋板轉動軸的一端固定在調節(jié)撥片上。所述執(zhí)行機構通過控制調節(jié)撥片可同時改變可動直板及可動舌形擋板的轉動角 度可順序改變喉口截面面積和進氣流道。進一步優(yōu)化所述固定擋板與蝸殼鑄為一體，所述固定擋板、可動直板和可動舌形擋板沿環(huán)形 氣流道的軸向設置，為了減少流動損失，由可動直板、固定擋板和可動舌形擋板組成的型線 與蝸殼內壁的型線相近。進一步優(yōu)化所述可動舌形擋板的另一端依次轉動連接有第一可動舌形擋板和第二可動舌形 擋，所述第二可動舌形擋的末端位于靠近環(huán)形氣流道內相對于進氣口的另一端的位置處。進一步優(yōu)化所述所述第一可動舌形擋板和第二可動舌形擋板沿環(huán)形氣流道的軸向設置。這樣可以實現(xiàn)流通面積在整個流道的流動區(qū)域內可調，更有效地滿足發(fā)動機全工 況范圍的增壓要求。進一步優(yōu)化所述第一可動舌形擋板和第二可動舌形擋板分別安裝在蝸殼上并與由執(zhí)行機構 傳動連接。可根據(jù)需求設置一個或多個執(zhí)行機構進行獨立或聯(lián)合調節(jié)，以滿足不同發(fā)動機、 不同工況工作要求。本發(fā)明中的渦輪蝸殼結構與普通增壓器蝸殼結構基本相同，結構簡單，繼承性好，成本低，容易快速實現(xiàn)工程化。本發(fā)明中的進氣截面調節(jié)控制機構簡單，控制方式容易實 現(xiàn)，可靠性高。本發(fā)明通過將蝸殼從入口到90°截面的流道區(qū)分為上下流通能力不同的兩部分， 采用一種可自由調節(jié)的氣體導向裝置調節(jié)、控制兩個不同的流道順序工作，以達到控制流 道的流通面積，調節(jié)進入渦輪的燃氣狀態(tài)，滿足發(fā)動機全工況范圍的增壓要求，所述執(zhí)行機 構可根據(jù)發(fā)動機的實際工況實時調節(jié)可動直板及可動舌形擋板的轉動角度來改變喉口截 面和進氣流道，以實現(xiàn)渦輪增壓器與發(fā)動機全工況的良好匹配。在小流道工作時，舌形擋板與其他擋板一起將不工作的大流道封閉，減少了其他 形式可調機構存在的小流道工作燃氣在未封閉的非工作流道產生的渦流損失，提高渦輪機 小流量時的氣動效率。同時，舌形擋板的結構既保證小流道工作時整個流道結構符合流體 運動規(guī)律，也可保證在擋板開啟狀態(tài)下，大流道參與工作時，大小流道均符合流體運動規(guī) 律，可保證在兩種狀態(tài)下獲得良好的氣動效率，避免了傳統(tǒng)舌形擋板結構中存在的流道突 變形象，極大改善了渦輪機氣動效率。綜上所述，采用本發(fā)明專利的同時改變喉口截面和進氣流道可變截面渦輪機可以 有效的滿足發(fā)動機全工況范圍的增壓要求，該類型增壓器整體結構不發(fā)生大的變化，成本 低，容易實現(xiàn)，具有廣闊的市場推廣價值，能取得良好的應用效果。
附圖1是背景技術中安裝有舌形擋板的可變截面渦輪的結構示意圖；附圖2是本發(fā)明實施例中可變截面渦輪外觀圖；附圖3是本發(fā)明實施例1中小流量可變截面渦輪機剖面示意圖；附圖4是本發(fā)明實施例1中大流量可變截面渦輪機剖面示意圖；附圖5是本發(fā)明實施例1中可變截面渦輪機可動舌形擋板分別處于小流量和大流 量時的位置示意圖；附圖6是本發(fā)明實施例2中可變截面渦輪機剖面示意圖；附圖7是本發(fā)明實施例3中可變截面渦輪機剖面示意圖；附圖8為本發(fā)明實施例中環(huán)形截面雙流道的結構示意圖；附圖9為本發(fā)明實施例中矩形截面單流道的結構示意圖；附圖10為本發(fā)明實施例中矩形截面雙流道的結構示意圖。圖中1-蝸殼；2-進氣口 ；3-環(huán)形氣流道；4-執(zhí)行器；5-直齒條；6_弧形齒條； 7-調節(jié)裝置；8-舌形擋板；9-可動直板；10-可動直板轉動軸；11-固定擋板；12-可動舌形 擋板轉動軸；13-可動舌形擋板；14-弧形滑槽；15-執(zhí)行機構；16-調節(jié)撥片；17-進氣截面 調節(jié)機構；18-第一可動舌形擋板；19-第二可動舌形擋板。
具體實施例方式實施例1，如附圖2所示，一種可變截面渦輪機，包括蝸殼1，蝸殼1內設有環(huán)形氣 流道3，環(huán)形氣流道3具有進氣口 2，環(huán)形氣流道3內設有進氣截面調節(jié)機構17，所述進氣截 面調節(jié)機構17與執(zhí)行機構15傳動連接。如圖3所示，所述進氣截面調節(jié)機構17包括安裝在環(huán)形氣流道3內靠近進氣口 2處的固定擋板11，所述固定擋板11與蝸殼1鑄為一體。所述固定擋板11、可動直板9和可動舌形擋板13沿環(huán)形氣流道3的軸向設置，為 了減少流動損失，由可動直板、固定擋板和可動舌形擋板組成的形線與蝸殼內壁的型線相 近。所述固定擋板11靠近進氣口 2的一端通過可動直板轉動軸10轉動連接有可動直 板9，另一端通過可動舌形擋板轉動軸12轉動連接有可動舌形擋板13。所述可動直板轉動軸10和可動舌形擋板轉動軸12安裝在蝸殼1上并與蝸殼1之 間轉動連接。如圖2所示，所述可動直板轉動軸10的其中一端和可動舌形擋板轉動軸12的其 中一端分別伸出到蝸殼1的外部，所述可動直板轉動軸10的端部與可動舌形擋板轉動軸12 的端部之間設有調節(jié)撥片6。所述調節(jié)撥片6的其中一端設有弧形滑槽14，所述可動直板轉動軸10的一端安裝 在調節(jié)撥片16的弧形滑槽14內，可動舌形擋板轉動軸12的一端固定在調節(jié)撥片16上。所述調節(jié)撥片6與執(zhí)行機構15傳動連接，執(zhí)行機構15帶動調節(jié)撥片16轉動時， 同時帶動可動直板9和可動舌形擋板13轉動。如圖3所示，所述可動直板9、固定擋板11和可動舌形擋板13將蝸殼進口處的環(huán) 形氣流道3分為上下兩部分，可動直板9和可動舌形擋板13的轉動可以改變喉口截面面積 和進氣流道，并通過改變進氣流道和喉口截面面積控制氣流對渦輪葉輪的做功實現(xiàn)對增壓 壓力的調節(jié)。如圖5所示，所述環(huán)形氣流道3為環(huán)形截面單流道。發(fā)動機低速時，進入渦輪廢氣流量小，在執(zhí)行機構15的作用下調節(jié)撥片16逆時針 轉動，同時帶動可動舌形擋板13也逆時針轉動，可動直板9順時針轉動，舌形擋板13位于 如圖5中的A處位置，此時可動直板9和可動舌形擋板13都與蝸殼1內壁貼合，防止氣流 反串造成流動損失，上進氣流道關閉喉口截面積變小，氣流速度增大，渦輪轉速升高，增壓 壓力升高，滿足發(fā)動機低速工況增壓要求，改善排放性能。如圖4所示，發(fā)動機高速時，進入渦輪廢氣流量大，在執(zhí)行機構15的作用下調節(jié)撥 片16順時針轉動，同時帶動可動舌形擋板13順時針轉動可動直板9逆時針轉動，舌形擋板 13位于如圖5中的B處位置，此時可動直板9和可動舌形擋板13離開蝸殼1內壁上進氣流 道打開，喉口截面積變大，氣流速度相對減小對渦輪做功減少以滿足增壓器的流量要求，解 決了發(fā)動機高速工況增壓過量的問題。實施例2，如圖6所示，在實施例1的基礎上，為了進一步擴大進氣流量的調節(jié)范 圍，所述可動舌形擋板13的另一端依次轉動連接有第一可動舌形擋板18和第二可動舌形 擋19，所述第二可動舌形擋19的末端位于靠近環(huán)形氣流道3內相對于進氣口 2的另一端的 位置處，所述所述第一可動舌形擋板18和第二可動舌形擋板19沿環(huán)形氣流道3的軸向設置。第一可動舌形擋板18和第二可動舌形擋板19分別安裝在蝸殼1上并與由執(zhí)行機 構15傳動連接，這樣可以實現(xiàn)流通面積在整個流道的流動區(qū)域內可調，更有效地滿足發(fā)動 機全工況范圍的增壓要求。上述實施例中，可根據(jù)需求設置一個或多個執(zhí)行機構進行獨立或聯(lián)合調節(jié)，以滿足不同發(fā)動機、不同工況工作要求。實施例3，氣流進入蝸殼后利用流動慣性對渦輪做功，氣流在起始段內的做功在渦 輪整個做功過程中占據(jù)很重要的地位。為了充分利用氣流在做功起始段的能量，如圖7所 示，在實施例1的基礎上，固定擋板11延長至環(huán)形氣流道3內靠近與進氣口 2的橫截面呈 90°角的位置處，同樣可動舌形擋板13的安裝位置也隨之后移，安裝方式不變，這樣可以 防止氣流在蝸殼1內過早膨脹，使氣流的能量得到更充分的利用。特別是在發(fā)動機低速時， 可以更有效地提高增壓壓力，滿足發(fā)動機低速增壓要求。上述實例中，可根據(jù)需要所述固定擋板11的另一端部設置在環(huán)形氣流道3內與進 氣口 2的橫截面呈0 90°角的位置處，以調節(jié)固定擋板的長度，以滿足不同發(fā)動機、不同 工況工作要求。上述實施例中，所述環(huán)形氣流道3還可以采用如圖8所示的環(huán)形截面雙流道。上述實施例中，所述環(huán)形氣流道3還可以采用如圖9所示的矩形截面單流道。上述實施例中，所述環(huán)形氣流道3還可以采用如圖10所示的矩形截面雙流道。
權利要求
1.可變截面渦輪機，包括蝸殼(1)，蝸殼(1)上安裝有執(zhí)行機構(15)，蝸殼(1)內設有 環(huán)形氣流道(3)，環(huán)形氣流道C3)具有進氣口 O)，其特征在于所述環(huán)形氣流道(3)內設有 進氣截面調節(jié)機構(17)，所述進氣截面調節(jié)機構(17)與執(zhí)行機構(15)傳動連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的可變截面渦輪機，其特征在于所述進氣截面調節(jié)機構(17) 包括安裝在環(huán)形氣流道(3)內的固定擋板(11)，所述固定擋板(11)靠近進氣口( 的一端 轉動連接有可動直板(9)，另一端轉動連接有可動舌形擋板(13)。
3.根據(jù)權利要求2所述的可變截面渦輪機，其特征在于所述固定擋板(11)的另一端 部設置在環(huán)形氣流道(3)內與進氣口( 的橫截面呈0 90°角的位置處。
4.根據(jù)權利要求2所述的可變截面渦輪機，其特征在于所述固定擋板(11)與可動直 板(9)之間通過可動直板轉動軸(10)轉動連接，固定擋板(11)與可動舌形擋板(1 通過 可動舌形擋板轉動軸(12)轉動連接。
5.根據(jù)權利要求5所述的可變截面渦輪機，其特征在于所述可動直板轉動軸(10)和 可動舌形擋板轉動軸(1 安裝在蝸殼(1)上并與蝸殼(1)之間轉動連接。
6.根據(jù)權利要求6所述的可變截面渦輪機，其特征在于所述可動直板轉動軸(10)的 其中一端和可動舌形擋板轉動軸(1 的其中一端分別伸出到蝸殼(1)的外部，所述可動直 板轉動軸(10)的端部與可動舌形擋板轉動軸(1 的端部之間設有調節(jié)撥片(6)，所述調節(jié) 撥片(6)與執(zhí)行機構(15)傳動連接。
7.根據(jù)權利要求7所述的可變截面渦輪機，其特征在于所述調節(jié)撥片(6)的其中一 端設有弧形滑槽(14)，所述可動直板轉動軸(10)的一端安裝在調節(jié)撥片(16)的弧形滑槽 (14)內，可動舌形擋板轉動軸(1 的一端固定在調節(jié)撥片(16)上。
8.根據(jù)權利要求2 8其中之一所述的可變截面渦輪機，其特征在于所述固定擋板 (11)、可動直板(9)和可動舌形擋板(1 沿環(huán)形氣流道(3)的軸向設置。
9.根據(jù)權利要求4所述的可變截面渦輪機，其特征在于所述可動舌形擋板(1 的另 一端依次轉動連接有第一可動舌形擋板(18)和第二可動舌形擋(19)，所述第二可動舌形 擋(19)的末端位于靠近環(huán)形氣流道(3)內相對于進氣口( 的另一端的位置處。
10.根據(jù)權利要求10所述的可變截面渦輪機，其特征在于所述第一可動舌形擋板 (18)和第二可動舌形擋板(19)分別安裝在蝸殼(1)上并與由執(zhí)行機構(15)傳動連接。
11.根據(jù)權利要求8所述的可變截面渦輪機，其特征在于所述所述第一可動舌形擋板 (18)和第二可動舌形擋板(19)沿環(huán)形氣流道(3)的軸向設置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可變截面渦輪機，包括蝸殼，蝸殼上安裝有執(zhí)行機構，蝸殼內設有環(huán)形氣流道，環(huán)形氣流道具有進氣口，所述環(huán)形氣流道內設有進氣截面調節(jié)機構，所述進氣截面調節(jié)機構與執(zhí)行機構傳動連接，本發(fā)明通過將蝸殼從入口到90°截面的流道區(qū)分為上下流通能力不同的兩部分，采用一種可自由調節(jié)的氣體導向裝置調節(jié)、控制兩個不同的流道順序工作，以達到控制流道的流通面積，調節(jié)進入渦輪的燃氣狀態(tài)，滿足發(fā)動機全工況范圍的增壓要求，所述執(zhí)行機構可根據(jù)發(fā)動機的實際工況實時調節(jié)可動直板及可動舌形擋板的轉動角度來改變喉口截面和進氣流道，以實現(xiàn)渦輪增壓器與發(fā)動機全工況的良好匹配。
文檔編號F02B37/22GK102080577SQ20101060420
公開日2011年6月1日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權日2010年12月24日
發(fā)明者劉云崗, 宋麗華, 朱智富, 李永泰, 王航, 紀旭娜 申請人:康躍科技股份有限公司