專利名稱：階段式可調流量渦輪殼的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種渦輪殼，具體的說涉及一種包括階段式可調節(jié)流通截面的階段式可調流量渦輪殼，能有效地滿足發(fā)動機不同工況下的增壓要求，屬于發(fā)動機增壓領域。
背景技術：
渦輪增壓技術隨著社會對發(fā)動機性能及排放的要求日益提高而越來越受重視。增壓技術通過提高發(fā)動機的進氣壓力，增加發(fā)動機進氣密度，使得發(fā)動機在相同的工作容積中進更多的氣，所以可相應地增加工作循環(huán)供油量，使得發(fā)動機做更多的功，發(fā)動機的輸出功率和扭矩大幅度提高，相對強化了發(fā)動機結構，使得相同功率的發(fā)動機可以采用更小的外形結構。渦輪增壓技術在基本不消耗發(fā)動機有效功的前提下，使用渦輪回收利用了廢氣能量，并通過壓氣機對發(fā)動機進氣進行增壓；而且渦輪機有消聲的作用并使得廢氣中的有害成分進一步反應掉。所以渦輪增壓器提高了發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和環(huán)保性。渦輪增壓技術已是應對能源緊缺和高排放法規(guī)要求的有效技術之一。傳統(tǒng)的普通渦輪增壓器僅在設計工況范圍內有較好的效率，而在其他大部分工況不能與發(fā)動機實現(xiàn)高效匹配。傳統(tǒng)渦輪增壓器不足之處主要有低速時進氣不足，致使發(fā)動機轉矩不足，低速和部分負荷經(jīng)濟性差；瞬態(tài)響應性遲緩，使得發(fā)動機起動、加速性能差，冒煙嚴重；高速時增壓過度，對發(fā)動機性能、結構和材料都有影響；高海拔時發(fā)動機功率下降嚴重。傳統(tǒng)渦輪增壓器已不能滿足先進發(fā)動機的要求。所以，從發(fā)動機高性能、高環(huán)保性角度看，要求有更好的渦輪增壓技術方案。對于帶廢氣旁通閥的渦輪增壓器而言，雖然一定程度上克服了低速工況的進氣不足、增壓不夠的現(xiàn)象，也在高工況時通過打開廢氣旁通閥而降低增壓器的轉速，避免增壓過度，但是在很大部分工況下，廢氣旁通閥式渦輪殼沒有實現(xiàn)與發(fā)動機的高效匹配，尤其在高工況下，廢氣旁通閥打開，廢氣能量沒有經(jīng)過渦輪而流失掉，沒有充分利用廢氣的能量，使發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性相對不好。若其過分照顧低速工況，則在高工況時從廢氣旁通閥流掉的廢氣更多，廢氣能量利用率更低。并且流經(jīng)廢氣旁通閥的高溫廢氣由于流過的廢氣管道距離減小了，致使廢氣在高溫環(huán)境中滯留的時間短了，本應該在高溫管道中反應掉的廢氣中的有害成分流向下游或被排放到大氣中，并且從廢氣旁通閥流失的高溫廢氣會在下游的廢氣管中繼續(xù)膨脹，其很大一部分能量轉化為聲波的振動能，加大了發(fā)動機的排放噪聲。這樣致使發(fā)動機的排放性能也有所下降。新型渦輪增壓器中，可變截面渦輪增壓器是一個發(fā)展方向，現(xiàn)今已發(fā)展出多種可變截面渦輪增壓器形式，主要有可變噴嘴環(huán)增壓器、可變喉口增壓器、舌形擋板增壓器等。 其中，可變噴嘴環(huán)增壓器是進展最大的新型渦輪增壓器之一。可變噴嘴環(huán)增壓器通過調節(jié)活動的噴嘴環(huán)葉片的開度實現(xiàn)流通截面積的變化，以適應發(fā)動機不同運行工況的進氣要求，實現(xiàn)增壓器與發(fā)動機各工況的良好匹配。但是可變噴嘴環(huán)增壓器的可變噴嘴環(huán)及其傳動與控制機構復雜，零件較多，材料和加工要求高，使得成本過高，難于形成強大市場競爭力。并且噴嘴環(huán)葉片系統(tǒng)，包括其傳動機構，是在發(fā)動機振動和六、七百攝氏度甚至更高的高溫條件下工作，其要求噴嘴環(huán)葉片可動，又要求噴嘴環(huán)葉片和噴嘴環(huán)密封較好，形成了顧此失彼的矛盾；在這種條件下工作的各部件容易變形、損壞，實現(xiàn)精確調節(jié)噴嘴環(huán)葉片難度大，使得可變噴嘴環(huán)增壓器可靠性和密封性難以保證，運行壽命也較短?？勺儑娮飙h(huán)增壓器的這些固有缺點使得其至今沒有大規(guī)模普及。雙流道渦輪殼式增壓器(DLP)也有很大的發(fā)展，其主要原理就是根據(jù)渦輪殼的進氣狀態(tài)將流道分為兩個，低速工況時采用單一流道進氣，高速工況時采用雙流道進氣。雙流道渦輪殼與可變噴嘴環(huán)增壓器對比，結構相對簡單，部件加工要求較低，更易實現(xiàn)，工作壽命更長，更可靠。但是當前雙流道式渦輪殼的雙流道很多都是并列布置，即兩個流道的弧形長度相等，如專利201010279953. 8，使得廢氣在流道中流動時與流道壁面接觸面積大，流動損失較大。另外，現(xiàn)在已知的雙流道渦輪殼工作模式大都只有兩種模式，即低速工況與高速工況，如專利201010279953. 8和專利20101(^80157. 6，使得在某些中速工況時廢氣利用率不夠理想。最后，現(xiàn)在已知的雙流道渦輪殼結構特別是中間壁的鑄造要求高，現(xiàn)有鑄造工藝不易滿足要求。設計出成本相對較低、性能好、可靠性高的新型渦輪增壓器是發(fā)動機行業(yè)的要求， 也是各個增壓器廠家追求的目標。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的問題是為了克服帶廢氣旁通閥式渦輪殼、可變噴嘴環(huán)式渦輪殼及現(xiàn)已知的雙流道式渦輪殼(DLP)的上述缺陷，提供一種能夠提高發(fā)動機廢氣能量的利用率， 可靠性高的階段式可調流量渦輪殼。為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術方案 一種階段式可調流量渦輪殼，包括渦輪殼體；
渦輪殼體內安裝有渦輪總成和廢氣進氣流道；渦輪殼體上設有與廢氣進氣流道連通的進氣口 ；
在廢氣進氣流道內設有中間壁，中間壁將廢氣進氣流道間隔成內流道和外流道； 所述外流道內設有可將外流道關閉的第一閥門裝置；所述中間壁上設有可將內流道與外流道連通或斷開的第二閥門裝置。以下是本發(fā)明對上述方案的進一步改進
所述內流道位于渦輪殼體的內側，外流道位于渦輪殼體的外側，外流道的弧形流道長度大于內流道的弧形流道長度，內流道和外流道的中心線均垂直于渦輪殼軸線。進一步改進第一閥門裝置包括安裝在外流道內的第一閥門；
第一閥門靠近進氣口的一端傳動連接有第一閥門轉軸，第一閥門轉軸位于外流道外側壁面上；
第一閥門遠離第一閥門轉軸的一端可在閥門轉軸的帶動下沿進氣方向下游的外流道內旋轉，即第一閥門旋轉時與中間壁形成的夾角始終為銳角。進一步改進第一閥門轉軸的軸線與外流道的中心線垂直。進一步改進所述外流道外側壁面上從安放第一閥門轉軸的位置開始，設有一個結構形狀與第一閥門相對應的凹槽，以放置貼近外流道外側壁面時的第一閥門，即凹槽作為第一閥門的一個極限位置。
進一步改進所述第一閥門轉軸連接有第一執(zhí)行器控制裝置。進一步改進所述第一執(zhí)行器控制裝置包括通過執(zhí)行器支架安裝在渦輪殼體外部的第一執(zhí)行器，第一執(zhí)行器的外部設有第一執(zhí)行器推桿，第一執(zhí)行器內設有第一活塞，第一活塞與第一執(zhí)行器的殼體密封滑動連接，所述第一執(zhí)行器推桿的一端位于第一執(zhí)行器內并與第一活塞固定連接，另一端通過第一連動桿與第一閥門轉軸傳動連接。進一步改進所述第一執(zhí)行器推桿位于第一執(zhí)行器的殼體內的部分的外側套裝有第一執(zhí)行器彈簧。進一步改進所述第一執(zhí)行器上設有第一氣孔，所述第一氣孔上連接有第一連通管，安裝時，該第一連通管與相應壓氣機出口連通。進一步改進所述中間壁上在靠近進氣口的位置設有旁通口，第二閥門裝置包括安裝在旁通口處的第二閥門，第二閥門可在外流道內旋轉，第二閥門連接有第二閥門轉軸， 所述第二閥門轉軸安裝在旁通口遠離進氣口的一側的位置，第二閥門旋轉時與中間壁形成的夾角始終為銳角。進一步改進所述第二閥門轉軸的軸線與外流道的中心線垂直。進一步改進所述第二閥門轉軸連接有第二執(zhí)行器控制裝置。進一步改進第二執(zhí)行器控制裝置包括安裝在渦輪殼體外部的第二執(zhí)行器；
第二執(zhí)行器的外部設有第二執(zhí)行器推桿，第二執(zhí)行器內設有第二活塞，第二活塞與第二執(zhí)行器的殼體密封滑動連接，所述第二執(zhí)行器推桿的一端位于第二執(zhí)行器內并與第二活塞固定連接，另一端通過第二連動桿與第二閥門轉軸傳動連接。進一步改進所述第二執(zhí)行器推桿位于第二執(zhí)行器的殼體內的部分的外側套裝有第二執(zhí)行器彈簧。進一步改進所述第二執(zhí)行器上設有第二氣孔，第二氣孔連通有第三連通管，第三連通管的另一端連接有兩位三通氣體電磁閥，第二執(zhí)行器的工作狀態(tài)由兩位三通氣體電磁閥進行控制；
所述兩位三通氣體電磁閥上設有出口氣孔、進口氣孔及泄氣孔，安裝時，出口氣孔與第三連通管連通；進口氣孔通過第二連通管與相應壓氣機出口通道連通；所述兩位三通氣體電磁閥電連接有發(fā)動機電控單元，兩位三通氣體電磁閥的工作狀態(tài)由發(fā)動機電控單元控制。本發(fā)明通過以上所述結構實現(xiàn)靈活多變的工作模式，實現(xiàn)所述相應的增壓器與發(fā)動機各工況高效匹配。高、中、低速工況的實施例如下
發(fā)動機低速工況時，所述的階段式可調流量渦輪殼要減小流道流通截面，增加渦輪殼體中廢氣的流速。此時，第一執(zhí)行器驅動第一閥門，使其與中間壁及外流道的壁面貼合，形成封閉結構，阻止了發(fā)動機廢氣進入外流道的下游。同時，第二執(zhí)行器驅動第二閥門使其與中間壁貼合而將的旁通口關閉，將內流道和外流道隔開。這樣，整個外流道的上下游都沒有廢氣流動，發(fā)動機廢氣只從內流道的內流道廢氣進氣口進入渦輪殼體的內流道。由于此時渦輪殼體的流通截面最小，使得小流量的進氣也會在內流道中獲得較高的流速。并且中間壁的布置使得渦輪進氣形式是非全周的，出口噴嘴環(huán)截面積小，從而廢氣在渦輪殼體的出口噴嘴環(huán)上能以較高的動能流入渦輪，將更多的廢氣能量傳遞給渦輪，充分利用了的廢氣能量，提高渦輪轉子的轉速，提高發(fā)動機低速工況的進氣量，使發(fā)動機做更多的功，增加發(fā)動機低速扭矩，實現(xiàn)與發(fā)動機低速工況的良好匹配，改善發(fā)動機低速工況的動力性和瞬態(tài)響應性。發(fā)動機中速工況時，所述的階段式可調流量渦輪殼要適當增加流道流通截面，加大流通能力，同時保證渦輪殼體中廢氣所必須的流速。此時，第一執(zhí)行器驅動第一閥門，使其與中間壁分離，同時，增壓器的傳動與控制機構驅動第二閥門，使其與中間壁上的旁通口分離，第二閥門的旋轉頂端靠近第一閥門，即第二閥門處于另一個極限位置。第一閥門和第二閥門及外流道的壁面對外流道形成封閉結構，阻止了發(fā)動機廢氣進入外流道的下游流道。內流道和外流道通過打開的旁通口實現(xiàn)連通。這樣，發(fā)動機的廢氣可以從渦輪殼體的內流道廢氣進氣口和外流道廢氣進氣口進入渦輪殼體，但是由于第一閥門和第二閥門及外流道的壁面對外流道形成封閉結構，阻止了從外流道廢氣進氣口進入外流道的廢氣進一步向外流道的下游流動，而中間壁上旁通口的打開，使得進入外流道上游的廢氣可以通過旁通口與內流道的廢氣合流，共同流入內流道的下游流道，而外流道下游沒有廢氣流動。也就是說，中速工況時，所述渦輪殼體是通過打開中間壁上的旁通口實現(xiàn)流通截面的擴大，在內流道廢氣進氣口進氣的基礎上額外增加外流道廢氣進氣口進氣，渦輪殼體額外增加的廢氣進氣量有限，這也符合發(fā)動機中速工況廢氣量有限的這一事實，而此時，渦輪殼體通過內流道廢氣進氣口和外流道廢氣進氣口同時進氣達到增加廢氣進氣量的要求， 又可保證較高的流動速度。由于第一閥門和第二閥門分別與中間壁形成的夾角均始終為銳角，這就使得廢氣從外流道上游經(jīng)旁通口進入內流道下游時的流場相對平緩，從而減少流動損失。中速工況渦輪殼體的出口噴嘴環(huán)流通截面與低速工況時的出口噴嘴環(huán)流通截面是一樣的，渦輪也是非全周進氣，但相對低速工況而言，中速工況進氣量更大，廢氣在出口噴嘴環(huán)處的流速更大，帶入渦輪的能量更多，可轉換的功更多，使得渦輪轉子轉速更高，加強壓氣機的增壓能力。使得采用所述階段式可調流量渦輪殼的增壓器滿足發(fā)動機中速工況的進氣要求。發(fā)動機高速工況時，發(fā)動機所排出的廢氣量大，廢氣能量充足，若渦輪殼流道截面較小的話，流道里廢氣的流速會非常高，容易會引起渦輪轉子轉速超過標定值，導致壓氣機增壓過度和損害渦輪增壓器的零部件。所以，在發(fā)動機高速工況時，本發(fā)明所述階段式可調流量渦輪殼的流道流通截面增加到最大。此時，第一執(zhí)行器驅動第一閥門，使其靠近外流道外側壁面上的凹槽，使外流道的上、下游連通，以便從外流道廢氣進氣口進入的廢氣能順利流入外流道的下游流道。同時，第二執(zhí)行器驅動第二閥門使其與中間壁貼合而將的旁通口關閉，將內流道和外流道隔開，使得內流道下游流動的廢氣只來自內流道廢氣進氣口。這樣，整個外流道的上下游都有廢氣流動，發(fā)動機廢氣同時分別從內流道廢氣進氣口和外流道廢氣進氣口分別進入渦輪殼的內流道和外流道，內流道和外流道內流動的廢氣互不影響。
由于此時渦輪殼體的流通截面最大，使得渦輪殼體允許較大流量的廢氣流入。而且，內流道和外流道都有廢氣流動使得渦輪進氣是全周形式的，從而在出口噴嘴環(huán)有更大的出口截面供較大流量的廢氣通過，這樣可以使進入渦輪的廢氣流速不會太高而避免渦輪轉子超速。加上中間壁的布置，使得廢氣在渦輪殼體中流動時，廢氣流線盡量與中間壁平行， 避免廢氣產(chǎn)生較大的橫向流動，減少大的旋渦流和不同層廢氣之間的流動摩擦，以便將更多的廢氣能量傳遞給渦輪。渦輪全周進氣使得進氣分布均勻，降低了增壓器的不平衡性，提高了渦輪轉換廢氣能量的效率。渦輪全周進氣還使得所有發(fā)動機排出的廢氣都在渦輪殼中充分膨脹，避免廢氣旁通閥式增壓器直接浪費掉部分廢氣能量的缺點，也為廢氣中的有害成分的進一步反應創(chuàng)造了條件，降低最后排除排氣管的有害成分，降低排放噪聲，提高發(fā)動機的排放性能。 渦輪全周進氣，既避免渦輪轉子超速又充分利用了的廢氣能量，實現(xiàn)采用所述階段式可調流量渦輪殼的增壓器與發(fā)動機高速工況的良好匹配，提高發(fā)動機高速工況的動力性和排放性能。從以上工作原理的來看，采用本發(fā)明所述的階段式可調流量渦輪殼的增壓器可滿足發(fā)動機高中低等各個工況的進氣要求，實現(xiàn)與發(fā)動機各工況的高效匹配。在各工況下與已知的旁通閥式渦輪殼、可變噴嘴環(huán)式渦輪殼及已知雙流道式渦輪殼(DLP)相比，本發(fā)明所述的階段式可調流量渦輪殼具有以下優(yōu)勢
相對旁通閥式渦輪殼，在低速工況時，所述的階段式可調流量渦輪殼中只有內流道有廢氣流動，通過中間壁的配合，其流動特性比旁通閥式渦輪殼流道的流動特性好，因為本發(fā)明所述階段式可調流量渦輪殼只要將外流道關閉及中間壁上的旁通口關閉時，只讓內流道單獨工作的模式就是完全為低速工況設計的，而旁通閥式渦輪殼流道在布置時要考慮高速工況旁通閥打開時的流動狀態(tài)，所以不能過分照顧低速工況。這樣，即使和旁通閥式渦輪殼相比，本發(fā)明所述的階段式可調流量渦輪殼在低速工況時的效率仍然占有優(yōu)勢，所述的階段式可調流量渦輪殼的第二執(zhí)行器和旁通閥式增壓器的傳動與控制機制一樣。而且本發(fā)明所述的階段式可調流量渦輪殼在高中低工況都有設計切入點，而旁通閥式渦輪殼只以低速工況為切入點，高速時則以單純的放氣予以照顧。在結構復雜程度差不多情況下，本發(fā)明所述的階段式可調流量渦輪殼具有更高的廢氣能量利用率，尤其在發(fā)動機高速工況條件下。相對可變噴嘴環(huán)式渦輪殼。在低速工況時，在設計為相同流通能力情況下，本發(fā)明所述的階段式可調流量渦輪殼只有內流道有廢氣流動，因而使廢氣在流動時，更少產(chǎn)生垂直于流向的橫向旋流及不同層流間的相互干擾，流動廢氣在截面上與邊界接觸的便更小， 減小流動損失，使廢氣能量更多地被傳遞到渦輪進口處；而且，因只有內流道有廢氣流動， 使廢氣從渦輪殼進氣口流到渦輪殼出口噴嘴環(huán)的距離縮短，流動的廢氣與渦輪殼邊界接觸的面積大幅減小，進一步減小流動損失及傳熱損失；此外，避免了可變噴嘴環(huán)式渦輪殼過度改變廢氣流向的弊端。在高速工況時，所述的階段式可調流量渦輪殼的雙流道都有廢氣流動。中間壁的存在使內、外流道里的流動互不影響，減小橫向旋流及流動摩擦，降低流動損失?？梢栽趦取⑼饬鞯赖某隹趪娮飙h(huán)處分別設定不同的噴嘴環(huán)類型，以使兩個流道里的廢氣都有流入渦輪的最佳角度。此時，配備所述渦輪殼的渦輪為全周進氣，與可變噴嘴環(huán)式渦輪殼一樣，渦輪運行平穩(wěn)、能量轉換效率高。所述渦輪殼在低速工況時有更合理的廢氣流動流場，具有更高效率，而且在高速工況時也會略有優(yōu)勢。所以，相對可變噴嘴環(huán)增壓器，所述渦輪殼的雙流道結構使廢氣流動更加合理，流動過程中能量損失更小，保證了更多的能量進入渦輪。在結構上更為簡單，零件數(shù)更少、加工要求小、成本更低，更便于大規(guī)模生產(chǎn)，可靠性更高、運行壽命更長。相對已知雙流道式渦輪殼(DLP)，可以看出本發(fā)明所述渦輪殼相對背景技術中所提到的專利中所述的雙流道式渦輪殼有以下改進在低速工況時，較并列布置雙流道的渦輪殼(即兩個流道的弧形長度相等)而言，本發(fā)明所述渦輪殼采用內流道進氣模式，廢氣在流道中流動距離更小，與壁面接觸面積更小，與壁面?zhèn)鳠彷^少，使得能量損失更少。高速工況時，本發(fā)明所述階段式可調流量渦輪殼中廢氣與流道壁面總的接觸面積也較并列布置雙流道的渦輪殼小。而且本發(fā)明所述階段式可調流量渦輪殼還專門增加中速工況模式，提高了中速工況的廢氣能量利用率。此外，在并列布置雙流道的渦輪殼中，高速工況時廢氣在出口噴嘴會相互干擾，增加能量損失；在低速工況時廢氣在出口噴嘴的噴出角度容易偏離最佳角度，使得進入渦輪后的廢氣能量轉化效率降低。最后，現(xiàn)在已知的并列布置雙流道的渦輪殼對鑄造工藝要求高，雙流道之間的中間隔壁曲線設計要求高，中間隔壁很難達到既要流動損失小又要容易鑄造的要求，而本發(fā)明所述階段式可調流量渦輪殼的中間壁直接與渦輪殼的兩側壁面連為一體，即方便鑄造、降低工藝要求，又加強了渦輪殼的結構強度。下面結合附圖和具體實施對本發(fā)明做進一步說明。


附圖1為本發(fā)明實施例中階段式可調流量渦輪殼結構示意圖； 附圖2為本發(fā)明實施例中第二控制閥門的第二執(zhí)行器的結構示意圖； 附圖3為本發(fā)明實施例中第二執(zhí)行器的彈簧受力與變形(N-S)關系圖； 附圖4為本發(fā)明實施例中第一控制閥門的第一執(zhí)行器的結構示意圖； 附圖5為本發(fā)明實施例中第一執(zhí)行器的彈簧受力與變形(N-S)關系圖； 附圖6為本發(fā)明實施例中渦輪殼低速工況的工作原理示意附圖7為本發(fā)明實施例中渦輪殼中速工況的工作原理示意圖； 附圖8為本發(fā)明實施例中渦輪殼高速工況的工作原理示意圖。圖中1-渦輪殼體；2-中間壁；3-內流道；4-渦輪總成；5-出口噴嘴環(huán)；6_外流道；7-旁通口 ；8-內流道廢氣進氣口 ；9-外流道廢氣進氣口 ；10-第一閥門轉軸；11-第一閥門；12-第一連通管；13-第一執(zhí)行器；14-執(zhí)行器支架；15-第二連通管；16-凹槽；17-兩位三通氣體電磁閥；18-泄氣孔；19-第三連通管；20-第二執(zhí)行器；21-第二閥門；22-第二閥門轉軸；23-第二執(zhí)行器彈簧；24-第二活塞；25-第二氣孔；26-第二連動桿；27-第一執(zhí)行器彈簧；觀-第一活塞；29-第一氣孔；30-第一連動桿；31-第二執(zhí)行器推桿；32-第一執(zhí)行器推桿。
具體實施例方式實施例，如圖1所示，一種階段式可調流量渦輪殼，包括渦輪殼體1，渦輪殼體1內安裝有渦輪總成4和廢氣進氣流道，在廢氣進氣流道內設有中間壁2，中間壁2將廢氣進氣流道間隔成內流道3和外流道6，所述渦輪殼體1上設有與廢氣進氣流道連通的進氣口，該進氣口包括與內流道3連通的內流道廢氣進氣口 8和與外流道6連通的外流道廢氣進氣口 9。安裝時，所述內流道廢氣進氣口 8和外流道廢氣進氣口 9分別與發(fā)動機排氣管連接，渦輪總成4另一端穿過中間體，連接壓氣機。渦輪殼體1內靠近渦輪總成4的位置設有出口噴嘴環(huán)5，渦輪殼體1外壁結構可作為本發(fā)明所涉及的氣動式或電控式傳動與控制機構的安裝基體。所述中間壁2的中間面與所述內流道3和外流道6的中心線所在的平面垂直，即與所述渦輪殼的軸線平行。中間壁2呈弧形結構，其弧度可調整，中間壁2的弧形尾端與出口噴嘴環(huán)5連接并影響著廢氣進入渦輪的進氣角度。所述內流道3位于渦輪殼體1的內側，外流道6位于渦輪殼體1的外側，外流道6 的弧形流道長度大于內流道3的弧形流道長度，這樣使得低速工況即只有內流道3內有廢氣流動時廢氣流動的距離小。內流道3和外流道6的中心線均垂直于渦輪殼軸線。所述中間壁2上在靠近進氣口的位置設有旁通口 7，旁通口 7處安裝有可在外流道 6內旋轉的第二閥門21，第二閥門21連接有第二閥門轉軸22，所述第二閥門轉軸22位于靠近旁通口 7遠離進氣口的一側，第二閥門21旋轉時與中間壁2形成的夾角始終為銳角，這樣使得第二閥門21打開使外流道6上游流道與內流道3連通時廢氣氣流能更順暢地從外流道6上游流道流入內流道3下游，減少流動阻力。所述第二閥門轉軸22的軸線與外流道 6的中心線垂直。所述第二閥門轉軸22連接有第二執(zhí)行器控制裝置。第二執(zhí)行器控制裝置包括通過執(zhí)行器支架14安裝在渦輪殼體1外部的第二執(zhí)行器20 ；
如圖2所示，第二執(zhí)行器20的外部設有第二執(zhí)行器推桿31，第二執(zhí)行器20內設有第二活塞M，第二活塞M與第二執(zhí)行器20的殼體密封滑動連接，所述第二執(zhí)行器推桿31的一端位于第二執(zhí)行器20內并與第二活塞M固定連接，另一端通過第二連動桿沈與第二閥門轉軸22傳動連接。所述第二執(zhí)行器推桿31位于第二執(zhí)行器20的殼體內的部分的外側套裝有第二執(zhí)行器彈簧23。所述第二執(zhí)行器20上設有第二氣孔25，第二氣孔25連通有第三連通管19，第三連通管19的另一端連接有兩位三通氣體電磁閥17，第二執(zhí)行器20的工作狀態(tài)由兩位三通氣體電磁閥17進行控制；
所述兩位三通氣體電磁閥17上設有出口氣孔、進口氣孔及泄氣孔18，安裝時，出口氣孔與第三連通管19連通；進口氣孔通過第二連通管15與相應壓氣機出口通道連通；所述兩位三通氣體電磁閥17電連接有發(fā)動機電控單元ECU，兩位三通氣體電磁閥17的工作狀態(tài)由發(fā)動機電控單元ECU控制。如圖1所示，所述外流道6的外側壁面上設有可在外流道6內旋轉的第一閥門11， 第一閥門11的旋轉頂端與中間壁2接觸時，中間壁2與外流道6的壁面和第一閥門11形成密封結構，阻止所述外流道6的下游進氣。所述第一閥門11靠近進氣口的一端傳動連接有第一閥門轉軸10，第一閥門轉軸 10位于外流道6外側壁面上，第一閥門11遠離的第一閥門轉軸10的一端在閥門轉軸10沿進氣方向下游的外流道6內旋轉，即第一閥門11旋轉時與中間壁2形成的夾角始終為銳角，這樣使得當?shù)谝婚y門11與中間壁2接觸時可作為第二閥門21離開中間壁2時極限位置。第一閥門轉軸10的軸線與外流道的中心線垂直。所述外流道6上從安放第一閥門轉軸10的位置開始，設有一個結構形狀與第一閥門11相對應的凹槽16，以放置貼近外流道6外側壁面時的所述第一閥門11，即凹槽16作為第一閥門11的一個極限位置。所述第一閥門轉軸10連接有第一執(zhí)行器控制裝置。如圖4所示，所述第一執(zhí)行器控制裝置包括安裝在執(zhí)行器支架14上的第一執(zhí)行器 13，第一執(zhí)行器13的外部設有第一執(zhí)行器推桿32，第一執(zhí)行器20內設有第一活塞觀，第一活塞觀與第一執(zhí)行器13的殼體密封滑動連接，所述第一執(zhí)行器推桿32的一端位于第一執(zhí)行器13內并與第一活塞觀固定連接，另一端通過第一連動桿30與第一閥門轉軸10傳動連接。所述第一執(zhí)行器推桿32位于第一執(zhí)行器13的殼體內的部分的外側套裝有第一執(zhí)行器彈簧27。所述第一執(zhí)行器13上設有第一氣孔四，所述第一氣孔四上連接有第一連通管 12，安裝時，該第一連通管12與相應壓氣機出口連通。第一閥門11與第二閥門21的旋轉范圍互不重疊，互不干涉。所述第一閥門11可將兩個極限位置之間的任意角度作為工作位置，所述第二閥門21的工作位置只能在兩個極限位置上，即所述第二閥門21在兩個極限位置之間沒有工作位置。附圖5為第一執(zhí)行器的彈簧受力與變形(N-S)關系圖，其中N為受力大小，S為變形大小。所述第一執(zhí)行器13的第一執(zhí)行器彈簧27的受力與變形呈線性關系或近似線性關系，受力范圍較廣，以使所述第一閥門11可停在極限位置之間的某一位置上。附圖3為第二執(zhí)行器的彈簧受力與變形(N-S)關系圖，其中N為受力大小，S為變形大小；
第二執(zhí)行器20的第二執(zhí)行器彈簧23的受力與變形呈非線性關系，受力范圍較小，當?shù)诙?zhí)行器彈簧23受到較小的力時，經(jīng)第二執(zhí)行器20的第二執(zhí)行器推桿31和第二連動桿 26傳動就可使所述第二閥門20快速在極限位置之間變換。使得在超過一定壓力時，第二執(zhí)行器彈簧23就迅速變形而通過第二執(zhí)行器推桿 31和第二連動桿沈驅動第二閥門21迅速旋轉，保證了第二閥門21的工作位置只能在極限位置上而不停留在兩個極限位置之間的某個位置上。第二閥門21受兩位三通氣體電磁閥17控制，控制的程序由發(fā)動機電控單元(EOT) 根據(jù)工作工況而發(fā)出。當發(fā)動機處在低速工況時，ECU發(fā)出信號使兩位三通氣體電磁閥17切斷進口氣孔和進口氣孔的連接，而將進口氣孔和泄氣孔18連通，第二執(zhí)行器推桿31和第二連動桿沈帶動第二閥門21將旁通口 7關閉，隔離內、外流道；同時，第一執(zhí)行器13驅動第一連動桿30 第一執(zhí)行器推桿32，帶動第一閥門11與中間壁2貼合。
11
當發(fā)動機處在中速工況時，E⑶發(fā)出信號使兩位三通氣體電磁閥17的進口氣孔和進口氣孔的連接，而將進口氣孔和泄氣孔18斷開，第二連動桿沈帶動第二閥門21離開旁通口 7，連通內、外流道；同時，第一執(zhí)行器13驅動第二連動桿30，帶動第一閥門11與中間壁2分離而在極限位置之間的某一位置。當發(fā)動機處在高速工況時，ECU發(fā)出信號使兩位三通氣體電磁閥17切斷進口氣孔和進口氣孔的連接，而將進口氣孔和泄氣孔18連通，第二連動桿沈帶動第二閥門21將旁通口 7關閉，隔離內、外流道；同時，第一執(zhí)行器13驅動第一連動桿30，帶動第一閥門11靠近外流道6上的凹槽16。本發(fā)明各工況的實施例如下
如附圖6所示，發(fā)動機低速工況時，所述的階段式可調流量渦輪殼要減小流道流通截面，增加渦輪殼體1中廢氣的流速。此時，第一執(zhí)行器13驅動第一閥門11，使其與中間壁2及外流道6的壁面貼合，形成封閉結構，阻止了發(fā)動機廢氣進入外流道6的下游。同時，第二執(zhí)行器20驅動第二閥門21使其與中間壁2貼合而將的旁通口 7關閉， 將內流道3和外流道6隔開。這樣，整個外流道6的上下游都沒有廢氣流動，發(fā)動機廢氣只從內流道3的內流道廢氣進氣口 8進入渦輪殼體1的內流道3。由于此時渦輪殼體1的流通截面最小，使得小流量的進氣也會在內流道3中獲得較高的流速。并且中間壁2的布置使得渦輪進氣形式是非全周的，出口噴嘴環(huán)5截面積小，從而廢氣在渦輪殼體1的出口噴嘴環(huán)5上能以較高的動能流入渦輪，將更多的廢氣能量傳遞給渦輪，充分利用了的廢氣能量，提高渦輪轉子的轉速， 提高發(fā)動機低速工況的進氣量，使發(fā)動機做更多的功，增加發(fā)動機低速扭矩，實現(xiàn)與發(fā)動機低速工況的良好匹配，改善發(fā)動機低速工況的動力性和瞬態(tài)響應性。附圖7所示，發(fā)動機中速工況時，所述的階段式可調流量渦輪殼要適當增加流道流通截面，加大流通能力，同時保證渦輪殼體1中廢氣所必須的流速。此時，第一執(zhí)行器13驅動第一閥門11，使其與中間壁2分離，同時，增壓器的傳動與控制機構驅動第二閥門21，使其與中間壁2上的旁通口 7分離，第二閥門21的旋轉頂端 13靠近第一閥門11，即第二閥門21處于另一個極限位置。第一閥門11和第二閥門21及外流道6的壁面對外流道6形成封閉結構，阻止了發(fā)動機廢氣進入外流道6的下游流道。內流道3和外流道6通過打開的旁通口 7實現(xiàn)連通。這樣，發(fā)動機的廢氣可以從渦輪殼體1的內流道廢氣進氣口 8和外流道廢氣進氣口 9進入渦輪殼體1，但是由于第一閥門11和第二閥門21及外流道6的壁面對外流道6形成封閉結構，阻止了從外流道廢氣進氣口 9進入外流道6的廢氣進一步向外流道6的下游流動，而中間壁2上旁通口 7的打開， 使得進入外流道6上游的廢氣可以通過旁通口 7與內流道3的廢氣合流，共同流入內流道 3的下游流道，而外流道6下游沒有廢氣流動。也就是說，中速工況時，所述渦輪殼體1是通過打開中間壁2上的旁通口 7實現(xiàn)流通截面的擴大，在內流道廢氣進氣口 8進氣的基礎上額外增加外流道廢氣進氣口 9進氣，渦輪殼體1額外增加的廢氣進氣量有限，這也符合發(fā)動機中速工況廢氣量有限的這一事實， 而此時，渦輪殼體1通過內流道廢氣進氣口 8和外流道廢氣進氣口 9同時進氣達到增加廢氣進氣量的要求，又可保證較高的流動速度。由于第一閥門11和第二閥門21分別與中間壁2形成的夾角均始終為銳角，這就使得廢氣從外流道6上游經(jīng)旁通口 7進入內流道下游時的流場相對平緩，從而減少流動損失。中速工況渦輪殼體1的出口噴嘴環(huán)5流通截面與低速工況時的出口噴嘴環(huán)流通截面是一樣的，渦輪也是非全周進氣，但相對低速工況而言，中速工況進氣量更大，廢氣在出口噴嘴環(huán)5處的流速更大，帶入渦輪的能量更多，可轉換的功更多，使得渦輪轉子轉速更高，加強壓氣機的增壓能力。使得采用所述階段式可調流量渦輪殼的增壓器滿足發(fā)動機中速工況的進氣要求。如附圖8所示，發(fā)動機高速工況時，發(fā)動機所排出的廢氣量大，廢氣能量充足，若渦輪殼流道截面較小的話，流道里廢氣的流速會非常高，容易會引起渦輪轉子轉速超過標定值，導致壓氣機增壓過度和損害渦輪增壓器的零部件。所以，在發(fā)動機高速工況時，本發(fā)明所階段式可調流量渦輪殼將流道流通截面增加到最大。此時，第一執(zhí)行器13驅動第一閥門11，使其靠近外流道6外側壁面上的凹槽16， 使外流道6的上、下游連通，以便從外流道廢氣進氣口 9進入的廢氣能順利流入外流道6的下游流道。同時，第二執(zhí)行器20驅動第二閥門21使其與中間壁2貼合而將的旁通口 7關閉， 將內流道3和外流道6隔開，使得內流道3下游流動的廢氣只來自內流道廢氣進氣口 8。這樣，整個外流道6的上下游都有廢氣流動，發(fā)動機廢氣同時分別從內流道廢氣進氣口 8和外流道廢氣進氣口 9分別進入渦輪殼的內流道3和外流道6，內流道3和外流道 6內流動的廢氣互不影響。由于此時渦輪殼體1的流通截面最大，使得渦輪殼體1允許較大流量的廢氣流入。 而且，內流道3和外流道6都有廢氣流動使得渦輪進氣是全周形式的，從而在出口噴嘴環(huán)5 有更大的出口截面供較大流量的廢氣通過，這樣可以使進入渦輪的廢氣流速不會太高而避免渦輪轉子超速。加上中間壁2的布置，使得廢氣在渦輪殼體1中流動時，廢氣流線盡量與中間壁2 平行，避免廢氣產(chǎn)生較大的橫向流動，減少大的旋渦流和不同層廢氣之間的流動摩擦，以便將更多的廢氣能量傳遞給渦輪。渦輪全周進氣使得進氣分布均勻，降低了增壓器的不平衡性，提高了渦輪轉換廢氣能量的效率。渦輪全周進氣還使得所有發(fā)動機排出的廢氣都在渦輪殼中充分膨脹，避免廢氣旁通閥式增壓器直接浪費掉部分廢氣能量的缺點，也為廢氣中的有害成分的進一步反應創(chuàng)造了條件，降低最后排除排氣管的有害成分，降低排放噪聲，提高發(fā)動機的排放性能。 渦輪全周進氣，既避免渦輪轉子超速又充分利用了的廢氣能量，實現(xiàn)采用所述階段式可調流量渦輪殼的增壓器與發(fā)動機高速工況的良好匹配，提高發(fā)動機高速工況的動力性和排放性能。從以上對發(fā)動機各工況的實施例來看，所述階段式可調流量渦輪殼結構簡單，控制靈活，運行可靠。滿足發(fā)動機高中低等各個工況的進氣要求，實現(xiàn)與發(fā)動機各工況的高效匹配。采用所述階段式可調流量渦輪殼的增壓器的效率與可變噴嘴環(huán)增壓器相比有優(yōu)勢， 而且廢氣流動更加合理，結構更簡單，零件數(shù)更少，可靠性更高。與旁通閥式增壓器相比，廢氣能量利用效率則更高。 以上是我們按照國家專利法對發(fā)明進行的說明，本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受限于上述說明，對于本領域的技術人員會識別本文所公開的具體實施例的改進或代替。這些修改是在本發(fā)明的精神和范圍內的。
權利要求
1.一種階段式可調流量渦輪殼，包括渦輪殼體(1);渦輪殼體(1)內安裝有渦輪總成(4)和廢氣進氣流道；渦輪殼體(1)上設有與廢氣進氣流道連通的進氣口；在廢氣進氣流道內設有中間壁(2 )，中間壁(2 )將廢氣進氣流道間隔成內流道(3 )和外流道(6)；其特征在于所述外流道(6)內設有可將外流道(6)關閉的第一閥門裝置；所述中間壁(2)上設有可將內流道(3)與外流道(6)連通或斷開的第二閥門裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的階段式可調流量渦輪殼，其特征在于所述內流道(3)位于渦輪殼體(1)的內側，外流道(6)位于渦輪殼體(1)的外側，外流道(6)的弧形流道長度大于內流道(3)的弧形流道長度，內流道(3)和外流道(6)的中心線均垂直于渦輪殼軸線。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的階段式可調流量渦輪殼，其特征在于第一閥門裝置包括安裝在外流道(6 )內的第一閥門(11)；第一閥門(11)靠近進氣口的一端傳動連接有第一閥門轉軸(10)，第一閥門轉軸(10) 位于外流道(6)外側壁面上；第一閥門(11)遠離第一閥門轉軸(10)的一端可在閥門轉軸(10)的帶動下沿進氣方向下游的外流道(6)內旋轉。
4.根據(jù)權利要求3所述的階段式可調流量渦輪殼，其特征在于第一閥門(11)旋轉時與中間壁(2)形成的夾角始終為銳角。
5.根據(jù)權利要求4所述的階段式可調流量渦輪殼，其特征在于第一閥門轉軸(10)的軸線與外流道的中心線垂直。
6.根據(jù)權利要求5所述的階段式可調流量渦輪殼，其特征在于所述外流道(6)外側壁面上從安放第一閥門轉軸(10)的位置開始，設有一個結構形狀與第一閥門(11)相對應的凹槽(16)，以放置貼近外流道(6)外側壁面時的第一閥門(11)，即凹槽(16)作為第一閥門 (11)的一個極限位置。
7.根據(jù)權利要求6所述的階段式可調流量渦輪殼，其特征在于所述第一閥門轉軸 (10)連接有第一執(zhí)行器控制裝置。
8.根據(jù)權利要求7所述的階段式可調流量渦輪殼，其特征在于所述第一執(zhí)行器控制裝置包括通過執(zhí)行器支架(14)安裝在渦輪殼體(1)外部的第一執(zhí)行器(13)，第一執(zhí)行器 (13)的外部設有第一執(zhí)行器推桿(32)，第一執(zhí)行器(20)內設有第一活塞(28)，第一活塞 (28)與第一執(zhí)行器(13)的殼體密封滑動連接，所述第一執(zhí)行器推桿(32)的一端位于第一執(zhí)行器(13)內并與第一活塞(28)固定連接，另一端通過第一連動桿(30)與第一閥門轉軸 (10)傳動連接。
9.根據(jù)權利要求8所述的階段式可調流量渦輪殼，其特征在于所述第一執(zhí)行器推桿 (32)位于第一執(zhí)行器(13)的殼體內的部分的外側套裝有第一執(zhí)行器彈簧(27)。
10.根據(jù)權利要求9所述的階段式可調流量渦輪殼，其特征在于所述第一執(zhí)行器(13) 上設有第一氣孔(29)，所述第一氣孔(29)上連接有第一連通管(12)，安裝時，該第一連通管(12)與相應壓氣機出口連通。
11.根據(jù)權利要求3所述的階段式可調流量渦輪殼，其特征在于所述中間壁(2)上在靠近進氣口的位置設有旁通口(7)，第二閥門裝置包括安裝在旁通口(7)處的第二閥門(21)，第二閥門(21)可在外流道(6)內旋轉，第二閥門(21)連接有第二閥門轉軸(22)，所述第二閥門轉軸(22)安裝在旁通口(7)遠離進氣口的一側的位置。
12.根據(jù)權利要求11所述的階段式可調流量渦輪殼，其特征在于第二閥門(21)旋轉時與中間壁(2)形成的夾角始終為銳角。
13.根據(jù)權利要求12所述的階段式可調流量渦輪殼，其特征在于所述第二閥門轉軸 (22)的軸線與外流道(6)的中心線垂直。
14.根據(jù)權利要求13所述的階段式可調流量渦輪殼，其特征在于所述第二閥門轉軸 (22)連接有第二執(zhí)行器控制裝置。
15.根據(jù)權利要求14所述的階段式可調流量渦輪殼，其特征在于第二執(zhí)行器控制裝置包括安裝在渦輪殼體(1)外部的第二執(zhí)行器(20)；第二執(zhí)行器(20)的外部設有第二執(zhí)行器推桿(31)，第二執(zhí)行器(20)內設有第二活塞 (24)，第二活塞(24)與第二執(zhí)行器(20)的殼體密封滑動連接，所述第二執(zhí)行器推桿(31)的一端位于第二執(zhí)行器(20)內并與第二活塞(24)固定連接，另一端通過第二連動桿(26)與第二閥門轉軸(22)傳動連接。
16.根據(jù)權利要求15所述的階段式可調流量渦輪殼，其特征在于所述第二執(zhí)行器推桿(31)位于第二執(zhí)行器(20)的殼體內的部分的外側套裝有第二執(zhí)行器彈簧(23)。
17.根據(jù)權利要求16所述的階段式可調流量渦輪殼，其特征在于所述第二執(zhí)行器(20)上設有第二氣孔(25)，第二氣孔(25)連通有第三連通管(19)，第三連通管(19)的另一端連接有兩位三通氣體電磁閥(17)，第二執(zhí)行器(20)的工作狀態(tài)由兩位三通氣體電磁閥(17)進行控制；所述兩位三通氣體電磁閥(17)上設有出口氣孔、進口氣孔及泄氣孔(18)，安裝時，出口氣孔與第三連通管(19)連通；進口氣孔通過第二連通管(15)與相應壓氣機出口通道連通；所述兩位三通氣體電磁閥(17)電連接有發(fā)動機電控單元(E⑶)，兩位三通氣體電磁閥 (17)的工作狀態(tài)由發(fā)動機電控單元(ECU)控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種階段式可調流量渦輪殼，包括渦輪殼體；渦輪殼體內安裝有渦輪總成和廢氣進氣流道；渦輪殼體上設有與廢氣進氣流道連通的進氣口；在廢氣進氣流道內設有中間壁，中間壁將廢氣進氣流道間隔成內流道和外流道；所述外流道內設有可將外流道關閉的第一閥門裝置；所述中間壁上設有可將內流道與外流道連通或斷開的第二閥門裝置。本發(fā)明充分利用了的廢氣能量，提高渦輪轉子的轉速，提高發(fā)動機低速工況的進氣量，使發(fā)動機做更多的功，增加發(fā)動機低速扭矩，實現(xiàn)與發(fā)動機低速工況的良好匹配，改善發(fā)動機低速工況的動力性和瞬態(tài)響應性。
文檔編號F02B37/16GK102536433SQ20121000673
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權日2012年1月11日
發(fā)明者李永泰, 王航, 范厚傳 申請人:康躍科技股份有限公司