本發(fā)明屬于發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種軸向可變截面的渦輪增壓器。

背景技術(shù)：

渦輪增壓器是一種通過壓縮空氣來增加進(jìn)氣量的裝置，它是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣慣性沖力來推動(dòng)渦輪室內(nèi)的渦輪，渦輪又帶動(dòng)同軸的壓氣機(jī)葉輪，壓氣機(jī)葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進(jìn)入氣缸。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增大時(shí)，廢氣排出速度與渦輪轉(zhuǎn)速也同步增加，壓氣機(jī)葉輪就壓縮更多的空氣進(jìn)入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應(yīng)地增加了燃料量和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而增加發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。由于車用發(fā)動(dòng)機(jī)需要適應(yīng)不同的路況和負(fù)荷，其工作狀態(tài)經(jīng)常會(huì)不斷變化，這就需要與其相匹配的渦輪增壓器具有工作流量范圍廣、渦輪遲滯小及高效率區(qū)域大等特點(diǎn)。

普通的渦輪增壓器都是按照發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率來匹配的，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于低工況運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，由于轉(zhuǎn)速低，發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣壓力低，導(dǎo)致渦輪增壓器產(chǎn)生壓縮空氣密度也低，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣空氣充量數(shù)會(huì)快速降低，造成進(jìn)氣量不足，使得發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的燃料不能充分燃燒，不僅燃油消耗率高，而且會(huì)出現(xiàn)冒黑煙、排氣溫度過高、有害氣體排放超標(biāo)、低速扭矩小等缺陷。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況條件下都能滿足燃料充分燃燒的要求，解決現(xiàn)有的渦輪增壓器普遍存在的渦輪遲滯、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出非線性、低轉(zhuǎn)速時(shí)增壓效果不明顯等問題，必須使渦輪增壓器的排氣進(jìn)口截面能夠適時(shí)調(diào)節(jié)，于是便產(chǎn)生了可變截面的渦輪增壓器。

目前，可變截面的渦輪增壓器在實(shí)際應(yīng)用中，仍會(huì)在性能匹配方面存在一些不足。外部控制系統(tǒng)對(duì)可變截面渦輪增壓器噴嘴環(huán)中的可變?nèi)~片的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣通過噴嘴環(huán)葉片，獲得一定的預(yù)旋速度，再流入渦輪葉片，以得到較高的效率。但是，其調(diào)節(jié)方式基本為階段調(diào)節(jié)，即只有兩個(gè)或有限個(gè)工作開度檔位，很難在整個(gè)運(yùn)行工況中都保持高效率，而且可變噴嘴環(huán)可靠性較差，對(duì)制造精度要求高，且由于普通材料的噴嘴環(huán)葉片無法適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫排氣，因而還存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜及制造成本高等不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種能夠滿足不同工況下車用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣要求且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的軸向可變截面的渦輪增壓器。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種軸向可變截面的渦輪增壓器，該渦輪增壓器包括依次相連的壓氣機(jī)、中間體、渦輪殼體及排氣殼體，所述的渦輪殼體上設(shè)有廢氣進(jìn)口，內(nèi)部設(shè)有渦輪以及分別與廢氣進(jìn)口、渦輪相連通的渦管流道，所述的排氣殼體的一端設(shè)有排氣出口，所述的渦輪殼體的內(nèi)側(cè)與排氣殼體的外側(cè)之間設(shè)有腔體及移動(dòng)控制環(huán)，該移動(dòng)控制環(huán)的一端位于渦管流道與渦輪之間，另一端位于腔體內(nèi)，所述的渦輪增壓器還包括與移動(dòng)控制環(huán)傳動(dòng)連接的電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動(dòng)移動(dòng)控制環(huán)沿排氣殼體的軸向往復(fù)移動(dòng)，調(diào)節(jié)渦輪的有效進(jìn)氣面積。廢氣經(jīng)廢氣進(jìn)口進(jìn)入渦管流道，并穿過移動(dòng)控制環(huán)的端部與渦輪殼體之間的空間進(jìn)入渦輪的工作區(qū)域，之后由排氣出口排出。

所述的渦管流道與渦輪之間設(shè)有噴嘴，所述的移動(dòng)控制環(huán)的一端位于噴嘴處。渦管流道的廢氣經(jīng)噴嘴噴射進(jìn)入渦輪的工作區(qū)域，通過調(diào)節(jié)移動(dòng)控制環(huán)的軸向位置，改變移動(dòng)控制環(huán)的端部與渦輪殼體之間的空間，即改變噴嘴的實(shí)際通氣面積，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)渦輪有效進(jìn)氣面積的目的。當(dāng)移動(dòng)控制環(huán)的端部與渦輪殼體之間完全接觸時(shí)，噴嘴的通氣口關(guān)閉，以將渦管流道與渦輪之間的供氣通道封閉。

所述的渦輪殼體上設(shè)有相互垂直的隔板及腔體壁，所述的隔板位于渦管流道與腔體之間，所述的排氣殼體的外側(cè)面設(shè)有腔體蓋板，所述的隔板、腔體壁、腔體蓋板與排氣殼體之間圍成腔體。隔板將渦管流道與腔體隔開，使渦管流道內(nèi)的廢氣能夠順利進(jìn)入渦輪的工作區(qū)域。

所述的腔體壁與腔體蓋板之間設(shè)有氣封墊片。腔體壁與腔體蓋板之間通過3-4個(gè)連接螺釘固定相連，并通過氣封墊片保證腔體的密封性。

所述的排氣殼體的外側(cè)面開設(shè)有第一滾動(dòng)斜槽，所述的移動(dòng)控制環(huán)的內(nèi)側(cè)面開設(shè)有與第一滾動(dòng)斜槽相適配的第二滾動(dòng)斜槽，所述的第一滾動(dòng)斜槽與第二滾動(dòng)斜槽之間設(shè)有滾珠，所述的移動(dòng)控制環(huán)通過滾珠沿排氣殼體的軸向往復(fù)移動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)控制環(huán)繞自身中軸線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于第一滾動(dòng)斜槽、滾珠及第二滾動(dòng)斜槽的相互作用，使移動(dòng)控制環(huán)在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，還會(huì)沿排氣殼體的軸向同步移動(dòng)，即通過移動(dòng)控制環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)其軸向移動(dòng)，以調(diào)節(jié)渦輪的有效進(jìn)氣面積。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的第一滾動(dòng)斜槽沿軸向并列設(shè)有兩條，作為一組；所述的第二滾動(dòng)斜槽沿軸向并列設(shè)有兩條，作為一組；每條第一滾動(dòng)斜槽與每條第二滾動(dòng)斜槽之間設(shè)有一個(gè)或多個(gè)可以滾動(dòng)的滾珠。

作為進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的排氣殼體的外側(cè)面沿周向開設(shè)有多組第一滾動(dòng)斜槽，所述的移動(dòng)控制環(huán)的內(nèi)側(cè)面沿周向開設(shè)有多組與第一滾動(dòng)斜槽相適配的第二滾動(dòng)斜槽。

所述的第二滾動(dòng)斜槽與移動(dòng)控制環(huán)的中軸線之間的夾角為15-75°，所述的第一滾動(dòng)斜槽與第二滾動(dòng)斜槽相平行。以保證移動(dòng)控制環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)與軸向移動(dòng)同時(shí)進(jìn)行。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的第二滾動(dòng)斜槽與移動(dòng)控制環(huán)的中軸線之間的夾角為30-60°。

所述的電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在壓氣機(jī)側(cè)面上的電機(jī)基座、設(shè)置在電機(jī)基座上的電機(jī)、與電機(jī)傳動(dòng)連接的電機(jī)輸出軸、分別與電機(jī)輸出軸及移動(dòng)控制環(huán)傳動(dòng)連接的齒輪傳動(dòng)組件以及與電機(jī)電連接的控制器，所述的電機(jī)的外部設(shè)有電機(jī)隔熱罩。在控制器的調(diào)控下，電機(jī)帶動(dòng)電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過齒輪傳動(dòng)組件帶動(dòng)移動(dòng)控制環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，使移動(dòng)控制環(huán)在周向旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行軸向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)渦輪增壓器軸向可變截面的目的。電機(jī)輸出軸的中軸線與排氣殼體的中軸線相平行。

所述的移動(dòng)控制環(huán)的外側(cè)面上沿周向設(shè)有從動(dòng)齒條，所述的齒輪傳動(dòng)組件包括套設(shè)在電機(jī)輸出軸上的主動(dòng)齒輪、沿排氣殼體的軸向貫穿腔體蓋板并與腔體蓋板轉(zhuǎn)動(dòng)連接的從動(dòng)軸、套設(shè)在從動(dòng)軸的一端并與主動(dòng)齒輪相嚙合的第一從動(dòng)齒輪以及套設(shè)在從動(dòng)軸的另一端并與從動(dòng)齒條相嚙合的第二從動(dòng)齒輪，所述的從動(dòng)齒條及第二從動(dòng)齒輪均位于腔體內(nèi)。電機(jī)輸出軸依次帶動(dòng)主動(dòng)齒輪、第一從動(dòng)齒輪、從動(dòng)軸、第二從動(dòng)齒輪及從動(dòng)齒條轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)控制環(huán)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述的腔體包括上下相連的控制腔及齒輪驅(qū)動(dòng)腔，所述的從動(dòng)齒條及第二從動(dòng)齒輪均位于齒輪驅(qū)動(dòng)腔內(nèi)。

所述的從動(dòng)齒條彎曲成弧形，并與移動(dòng)控制環(huán)的外側(cè)面弧度一致。

所述的從動(dòng)齒條為直齒齒條。直齒齒條能夠避免與第二從動(dòng)齒輪之間產(chǎn)生軸向推力，因而省去了止推軸承。

所述的從動(dòng)軸與腔體蓋板之間設(shè)有從動(dòng)軸襯套，所述的從動(dòng)軸與從動(dòng)軸襯套轉(zhuǎn)動(dòng)連接。從動(dòng)軸襯套與腔體蓋板固定連接，從動(dòng)軸襯套上位于腔體內(nèi)的一端設(shè)有定位凸緣。

本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于高工況時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)移動(dòng)控制環(huán)向排氣出口一側(cè)移動(dòng)，使噴嘴的實(shí)際通氣面積最大；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于部分負(fù)荷工況時(shí)，電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣需要控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，從而使移動(dòng)控制環(huán)處于合適的位置；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要緊急停車時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)移動(dòng)控制環(huán)向壓氣機(jī)一側(cè)移動(dòng)，直至關(guān)閉渦管流道向渦輪供氣的通道。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：

1)通過移動(dòng)控制環(huán)的周向旋轉(zhuǎn)及軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)軸向可變截面，以調(diào)節(jié)噴嘴的實(shí)際通氣面積，進(jìn)而根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣需要調(diào)節(jié)渦輪的有效進(jìn)氣面積，相對(duì)于可變?nèi)~片噴嘴環(huán)技術(shù)來說，本發(fā)明省去了可動(dòng)的葉片結(jié)構(gòu)，因而整體結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，對(duì)材料的要求較低，降低了制造成本，且控制更為簡(jiǎn)單，更易于實(shí)現(xiàn)無級(jí)控制；

2)通過電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)移動(dòng)控制環(huán)的軸向位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)過程快速靈敏，安全可靠，能夠滿足不同工況下車用發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣要求，有效減小渦輪遲滯，提升發(fā)動(dòng)機(jī)在低速工況下的扭矩，并實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的緊急停車，提升汽車的行駛安全性能；

3)彌補(bǔ)了可變?nèi)~片噴嘴環(huán)技術(shù)的缺陷，能夠適應(yīng)較高溫度的工作環(huán)境，適用于排氣溫度較高的汽油機(jī)。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1中渦輪增壓器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例1中渦輪殼體的右視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實(shí)施例1中排氣殼體的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為實(shí)施例1中第一滾動(dòng)斜槽沿周向展開后的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為實(shí)施例1中移動(dòng)控制環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為實(shí)施例1中第二滾動(dòng)斜槽沿周向展開后的后視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為實(shí)施例1中電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為實(shí)施例1中從動(dòng)齒條的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)記說明：

1—渦輪殼體、101—廢氣進(jìn)口、102—渦管流道、103—噴嘴、104—隔板、105—腔體壁、2—排氣殼體、201—排氣出口、202—腔體蓋板、203—第一滾動(dòng)斜槽、3—電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)、301—控制器、302—電機(jī)、303—電機(jī)輸出軸、304—主動(dòng)齒輪、305—第一從動(dòng)齒輪、306—第二從動(dòng)齒輪、307—從動(dòng)軸、308—從動(dòng)軸襯套、309—電機(jī)基座、310—電機(jī)隔熱罩、4—腔體、5—?dú)夥鈮|片、6—移動(dòng)控制環(huán)、601—第二滾動(dòng)斜槽、602—從動(dòng)齒條、7—中間體、8—壓氣機(jī)、9—渦輪、10—滾珠。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

實(shí)施例1：

如圖1所示的一種軸向可變截面的渦輪增壓器，該渦輪增壓器包括依次相連的壓氣機(jī)8、中間體7、渦輪殼體1及排氣殼體2。如圖2所示，渦輪殼體1上設(shè)有廢氣進(jìn)口101，內(nèi)部設(shè)有渦輪9以及分別與廢氣進(jìn)口101、渦輪9相連通的渦管流道102。排氣殼體2的一端設(shè)有排氣出口201，渦輪殼體1的內(nèi)側(cè)與排氣殼體2的外側(cè)之間設(shè)有腔體4及移動(dòng)控制環(huán)6，該移動(dòng)控制環(huán)6的一端位于渦管流道102與渦輪9之間，另一端位于腔體4內(nèi)，渦輪增壓器還包括與移動(dòng)控制環(huán)6傳動(dòng)連接的電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)3，該電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)3帶動(dòng)移動(dòng)控制環(huán)6沿排氣殼體2的軸向往復(fù)移動(dòng)，調(diào)節(jié)渦輪9的有效進(jìn)氣面積。

其中，渦管流道102與渦輪9之間設(shè)有噴嘴103，移動(dòng)控制環(huán)6的一端位于噴嘴103處。渦輪殼體1上設(shè)有相互垂直的隔板104及腔體壁105，隔板104位于渦管流道102與腔體4之間，排氣殼體2的外側(cè)面設(shè)有腔體蓋板202，隔板104、腔體壁105、腔體蓋板202與排氣殼體2之間圍成腔體4。腔體壁105與腔體蓋板202之間設(shè)有氣封墊片5。

如圖3、圖4所示，排氣殼體2的外側(cè)面開設(shè)有第一滾動(dòng)斜槽203，如圖5、圖6所示，移動(dòng)控制環(huán)6的內(nèi)側(cè)面開設(shè)有與第一滾動(dòng)斜槽203相適配的第二滾動(dòng)斜槽601，第一滾動(dòng)斜槽203與第二滾動(dòng)斜槽601之間設(shè)有滾珠10，移動(dòng)控制環(huán)6通過滾珠10沿排氣殼體2的軸向往復(fù)移動(dòng)。第二滾動(dòng)斜槽601與移動(dòng)控制環(huán)6的中軸線之間的夾角為60°，第一滾動(dòng)斜槽203與第二滾動(dòng)斜槽601相平行。

如圖7所示，電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)3包括設(shè)置在壓氣機(jī)8側(cè)面上的電機(jī)基座309、設(shè)置在電機(jī)基座309上的電機(jī)302、與電機(jī)302傳動(dòng)連接的電機(jī)輸出軸303、分別與電機(jī)輸出軸303及移動(dòng)控制環(huán)6傳動(dòng)連接的齒輪傳動(dòng)組件以及與電機(jī)302電連接的控制器301，電機(jī)302的外部設(shè)有電機(jī)隔熱罩310。

如圖8所示，移動(dòng)控制環(huán)6的外側(cè)面上沿周向設(shè)有從動(dòng)齒條602，齒輪傳動(dòng)組件包括套設(shè)在電機(jī)輸出軸303上的主動(dòng)齒輪304、沿排氣殼體2的軸向貫穿腔體蓋板202并與腔體蓋板202轉(zhuǎn)動(dòng)連接的從動(dòng)軸307、套設(shè)在從動(dòng)軸307的一端并與主動(dòng)齒輪304相嚙合的第一從動(dòng)齒輪305以及套設(shè)在從動(dòng)軸307的另一端并與從動(dòng)齒條602相嚙合的第二從動(dòng)齒輪306，從動(dòng)齒條602及第二從動(dòng)齒輪306均位于腔體4內(nèi)。從動(dòng)齒條602為直齒齒條。從動(dòng)軸307與腔體蓋板202之間設(shè)有從動(dòng)軸襯套308，從動(dòng)軸307與從動(dòng)軸襯套308轉(zhuǎn)動(dòng)連接。

渦輪增壓器在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于高工況時(shí)，電機(jī)302帶動(dòng)移動(dòng)控制環(huán)6向排氣出口201一側(cè)移動(dòng)，使噴嘴103的實(shí)際通氣面積最大；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于部分負(fù)荷工況時(shí)，電控執(zhí)行機(jī)構(gòu)3根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣需要控制電機(jī)302的旋轉(zhuǎn)角度，從而使移動(dòng)控制環(huán)6處于合適的位置；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)需要緊急停車時(shí)，電機(jī)302驅(qū)動(dòng)移動(dòng)控制環(huán)6向壓氣機(jī)8一側(cè)移動(dòng)，直至關(guān)閉渦管流道102向渦輪9供氣的通道。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例中，第二滾動(dòng)斜槽601與移動(dòng)控制環(huán)6的中軸線之間的夾角為15°，其余同實(shí)施例1。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例中，第二滾動(dòng)斜槽601與移動(dòng)控制環(huán)6的中軸線之間的夾角為75°，其余同實(shí)施例1。

上述的對(duì)實(shí)施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。