CN101694166B - 双层流道变截面涡轮机控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双层流道变截面涡轮机控制装置，属于内燃机领域，该控制装置，包括涡轮壳，所述涡轮壳内具有进气内流道和进气外流道，所述进气外流道位于进气内流道的周向外侧，进气外流道与进气内流道之间设有间隔壁，其特征在于：所述进气内流道具有进气口，在间隔壁上靠近进气口的位置设有外流道进气口，在外流道进气口上设有进气控制装置，可以有效保证双流道变截面涡轮机满足发动机全工况范围的增压需求，同时不存在旋叶式和轴向移动式可变截面涡轮增压器的可靠性隐患，产品简单、可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种变截面废气涡轮增压器涡轮机控制装置，具体的说涉及一种双层流道变截面涡轮机控制装置，属于内燃机领域。
背景技术
在中国，随着国III排放法规的实施，人们对于能够兼顾发动机高低速性能的发动机增压器的需求越来越强烈，可变截面涡轮增压器成为了国内外研发的重点，目前普遍采用了涡轮机内部增加旋转的喷嘴叶片的结构以及轴向改变扩压通道结构来满足变截面的要求。旋叶式和轴向可调式可变截面涡轮增压器是通过改变喷嘴叶片之间的开度或者改变扩压宽度来改变涡轮机的流通通道，控制方便。但发动机排出的废气具有700摄氏度左右的排气温度，并且有进一步提升的趋势，排气高温对于旋转的喷嘴叶片、传动机构、轴向运动部件等都提出了更加严格的要求，发动机排出的高温废气中的杂质对复杂的运动部件形成了可靠性隐患，成本及可靠性限制了该类型可变截面涡轮增压器的市场。该产品因为昂贵的价格因素，仅仅被用在了高端发动机增压领域，市场推广压力大，可靠性指标差。
因此，希望设计一种变截面涡轮涡轮机装置，在满足发动机对变截面增压器性能需求的基础上，提高产品的可靠性，解决价格成本方面存在的问题。通过设计的涡轮壳流道的结构，用简单、可靠、低成本的控制方式来改变涡轮机内部高温气体的流动组织形式和控制方式，有效的满足发动机对可变截面涡轮机的需要。
发明内容
本发明所要解决的问题是针对传统可变截面涡轮增压器的局限性，提供一种双层流道变截面涡轮机控制装置，能够有效解决传统增压器固定截面增压器和废气旁通增压器的使用缺陷，同时减少旋叶式和轴向移动式可变截面涡轮增压器的复杂的调节结构，实现可变截面涡轮增压器的控制功能。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种双层流道变截面涡轮机控制装置，包括涡轮壳，所述涡轮壳内具有进气内流道和进气外流道，所述进气外流道位于进气内流道的周向外侧，进气外流道与进气内流道之间设有间隔壁，其特征在于：所述进气内流道具有进气口，在间隔壁上靠近进气口的位置设有外流道进气口，在外流道进气口上设有进气控制装置。
以下是本发明对上述方案的进一步改进：
所述进气控制装置包括安装在外流道进气口处的放气阀门和控制放气阀门开启或关闭的控制执行器。
进一步改进：
所述外流道进气口与涡壳进气外流道之间设有外流道控制室，所述放气阀门设置在外流道控制室内。
所述放气阀门靠近外流道进气口的一侧设有放气阀门配合面，所述外流道进气口设有外流道进气口法兰面，外流道进气口法兰面位于外流道控制室中并与放气阀门配合面配合。
所述外流道控制室设有控制室上端盖，以实现外流道涡壳进气口法兰面的加工和对放气阀门的限位。
更进一步改进：
所述放气阀门通过阀门传动销片与控制执行器传动连接。所述放气阀门与阀门传动销片通过焊接或者铆接成一体，在控制执行器的推动下沿轴套中心进行旋转，以实现放气阀门配合面的开启和关闭，通过对放气阀门配合端面开度的控制，来控制从涡壳外流道进气口进入双层涡壳进气外流道内的气体流量和气体压力，以实现变截面涡轮机的功能。
作为另一种改进：
放气阀门开启时，放气阀门配合面与外流道进气口法兰面之间形成的夹角为外流道开启角，为减少气体流动损失，外流道开启角值为30-75度。
作为另一种改进：
所述外流道控制室与涡壳进气外流道之间设有外流道连接通道，所述外流道连接通道为减缩状，与外流道控制室连接的外流道连接通道端部截面为圆形。
作为另一种改进：
所述涡轮壳为单进口的涡轮壳。
作为另一种改进：
所述涡轮壳为双进口的涡轮壳，在涡轮壳上具有两个外流道进气口，在两个外流道进气口上分别设有放气阀门，该两个放气阀门由一个进气控制装置控制。
作为进一步改进：所述两个放气阀门分别由两个进气控制装置控制。两个进气控制装置分别控制两个放气阀门开启和关闭，能够更加灵活的控制从涡壳外流道进气口进入进气外流道内的气体流量和压力。
本发明通过对双层流道变截面涡轮机控制装置的设计开发，有效的解决了可变截面涡轮增压器的调节部分的可靠性及较高的成本问题，实现了双层涡壳变截面涡轮机的不同进气压力和流量的控制。采用内外双层的进气通道组合，形成了不同的通流截面，有效的分段利用发动机的废气能量。该发明中的双层流道变截面涡轮机控制装置充分利用了常规的涡轮增压器结构，保证发动机连接管路不变的情况下，通过简单的控制阀门，实现了内外流道组合来改变涡轮机截面积的目的。
综上，采用双层流道变截面涡轮机控制装置可以有效保证双流道变截面涡轮机满足发动机全工况范围的增压需求，同时不存在旋叶式和轴向移动式可变截面涡轮增压器的可靠性隐患，产品简单、可靠。该类型增压器整体结构不发生大的变化，成本低，容易实现。
下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步的说明：
附图说明
附图1是本发明实施例1中单进口的双层流道变截面涡轮机控制装置的关闭状态的结构示意图；
附图2是本发明实施例1中单进口的双层流道变截面涡轮机控制装置的开启状态的结构示意图；
附图3是本发明实施例1中涡轮壳的结构示意图；
附图4是本发明实施例2中双进口双层流道变截面涡轮机控制装置的关闭状态的结构示意图；
附图5是本发明实施例2中双进口双层流道变截面涡轮机控制装置的开启状态的结构示意图；
附图6是本发明实施例2中涡轮壳的结构示意图；
附图7是本发明实施例3中双进口双层流道变截面涡轮机控制装置的双控执行器结构示意图。
图中：1-涡轮壳；2-进气外流道；3-进气内流道；4-内流道流动方向；5-外流道进气口；6-进气口；7-轴套；8-控制室上端盖；9-阀门传动销片；10-上端盖内面；11-外流道进气口法兰面；12-放气阀门；13-外流道控制室；14-放气阀门配合面；15-外流道控制室端面；16-外流道连接通道；17-控制执行器；18-外流道流动方向；19-外流道连接通道端部；20-外流道控制室隔板；21-间隔壁；α-涡壳进气夹角；β-外流道开启角。
具体实施方式
实施例1，如图1所示，一种双层流道变截面涡轮机控制装置，包括单进口的涡轮壳1，所述单进口的涡轮壳1内设有进气外流道2和进气内流道3，进气外流道2位于进气内流道3的周向外侧，进气外流道2和进气内流道3之间设有间隔壁21，所述进气内流道3具有进气口6，在间隔壁上靠近进气口6的位置设有外流道进气口5，在外流道进气口5处设有进气控制装置。
进气内流道3前端与进气口6直接连通，从发动机排出的高温废气直接沿进气口6进入进气内流道3然后给涡轮转子提供动力，形成了内流道流动方向4。为了减少从外流道进气口5进入进气外流道2的气体的流动损失，涡壳进气夹角α为锐角。
所述进气控制装置包括安装在外流道进气口5处的放气阀门12和控制放气阀门12开启或关闭的控制执行器17，所述放气阀门12通过阀门传动销片9与控制执行器17传动连接，放气阀门12与阀门传动销片9通过焊接或铆接在一体，所述放气阀门12可通过安装在涡轮壳体上的轴套7中旋转。
所述外流道进气口5与进气外流道2之间设有外流道控制室13，所述放气阀门12设置在外流道控制室13内，所述放气阀门12靠近外流道进气口5的一侧设有放气阀门配合面14。
外流道进气口5设有外流道进气口法兰面11，外流道进气口法兰面11位于外流道控制室13中，与放气阀门配合面14进行配合，放气阀门12在控制执行器17的带动下，在轴套7中旋转运动，控制放气阀门配合面14的外流道开启角β，从而控制从外流道进气口5进入外流道控制室13中的废气的流量。
如图2、图3所示，当外流道开启角β为0度时，从进气口6进入的发动机废气只沿着内流道流动方向4进行传递，当外流道开启角β为大于0度时，发动机废气将沿着内流道流动方向4和外流道流动方向18同时流动，从而起到改变涡壳截面积的作用。
外流道控制室13的上部设有外流道控制室端面15，外流道控制室端面15与控制室上端盖8配合，实现外流道控制室13的密封功能。当外流道开启角β达到外流道最大流量设定值时，放气阀门12的上部与控制室上端盖8的上端盖内面10接触，从而限制外流道开启角β继续增大，限制进入外流道控制室13中的废气流量。
外流道控制室13与进气外流道2之间设有外流道连接通道16，实现气流的流动控制，为了保证气流平稳过渡，外流道连接通道16为减缩状，与外流道控制室13连接的外流道连接通道端部19为圆形过渡。
本发明专利针对未来涡轮增压器对变截面涡轮机的需要，完成了双层流道变截面涡轮机中单进口双层流道变截面涡轮机控制装置的开发，有效的利用内、外流道的空间变化来控制废气能量。该发明控制加护简单，控制方法可靠，不存在复杂的传动控制装置。
实施例2，如图4所示，一种双层流道变截面涡轮机控制装置，包括双进口的涡轮壳1，双进口的涡轮壳1上设有位于双进口涡壳右侧的进气口6，涡轮壳1内设有位于双进口涡壳右侧的进气外流道2和进气内流道3，进气外流道2位于进气内流道3的周向外侧，进气内流道3前端与进气口6直接连通，从发动机排出的高温废气直接沿进气口6进入双进口涡壳右侧的进气内流道3中，然后给涡轮转子提供动力，形成了双进口涡壳右侧的内流道流动方向4。
双进口涡壳右侧的进气外流道2和双进口涡壳右侧的进气内流道3之间设有间隔壁21，在间隔壁21上靠近进气口6的位置设有外流道进气口5，在外流道进气口5处设有进气控制装置。
双进口涡壳右侧的进气内流道3前端为了减少从外流道进气口5进入进气外流道2的气体的流动损失，涡壳进气夹角α为锐角。
所述进气控制装置包括安装在双进口涡壳右侧的外流道进气口5处的放气阀门12和控制放气阀门12开启或关闭的控制执行器17，所述放气阀门12通过阀门传动销片9与控制执行器17传动连接，放气阀门12与阀门传动销片9通过焊接或铆接在一体，所述放气阀门12可通过安装在涡轮壳体上的轴套7中旋转。
双进口涡壳右侧的外流道进气口5处设有外流道进气口法兰面11，外流道进气口法兰面11位于右侧的外流道控制室13中，与同样设置于右侧的外流道控制室13中的放气阀门12的放气阀门配合面14进行配合，在控制执行器17的带动下，在轴套7中旋转运动，控制放气阀门配合面14与外流道进气口法兰面11之间的外流道开启角β，从而控制从双进口涡壳右侧的外流道进气口5中进入外流道控制室13中的废气的流量。
如图5所示，当外流道开启角β为0度时，从双进口涡壳右侧的进气口6进入的发动机废气只沿着双进口涡壳右侧的内流道流动方向4进行传递，当外流道开启角β为大于0度时，发动机废气将沿着双进口涡壳右侧的内流道流动方向4和双进口涡壳右侧的外流道流动方向18同时流动，从而起到改变涡壳截面积的作用。右侧的外流道控制室13的上部设有外流道控制室端面15，外流道控制室端面15与控制室上端盖8配合，实现右侧的外流道控制室13的密封功能。
当外流道开启角β达到外流道最大流量设定值时，放气阀门12的上部与控制室上端盖8的上端盖内面10接触，从而限制外流道开启角β继续增大，限制进入右侧的外流控制室13中的废气流量。右侧的外流道控制室13与双进口涡壳右侧的进气外流道2之间设有外流道连接通道16，实现气流的流动控制，为了保证气流平稳过渡，外流道连接通道16为减缩状，与外流道控制室13连接的外流道连接通道端部19为圆形过渡。
如图6所示，双进口的涡轮壳1上设有与双进口涡壳右侧的进气口6对称的左侧的进气口6和与双进口涡壳左侧的进气口6连通的双进口涡壳左侧的进气外流道和左侧的进气内流道，进气外流道和进气内流道之间设有间隔壁，在间隔壁上靠近进气口的位置设有外流道进气口，在外流道进气口处设有由同一控制执行器17控制的放气阀门。
发动机排出的废气同时进入双进口涡壳右侧的进气口6和双进口涡壳左侧的进气口6，进入双进口涡壳左侧的进气口6的气体与进入双进口涡壳右侧的进气口6的气体以相同的运动状态进行传递。左侧的外流道控制室13和右侧的外流道控制室13通过外流道控制室隔板20进行分隔，当左侧的外流道控制室13中与双进口涡壳左侧的外流道进气口法兰面11配合的放气阀门配合面14打开后，气流经过双进口涡壳左侧的外流道进气口5，沿双进口涡壳左侧的内流道流动方向4进入左侧的外流道控制室13中，然后经过左侧的外流道连接通道16进入左侧的外部流道中，实现了左侧涡壳变截面的功能。
实施例3，如图7所示，实施例2中的在双进口涡壳左侧的外流道进气口处和双进口涡壳右侧的外流道进气口处分别设有的放气阀门12还可以分别由两套进气控制装置进行控制，其中，双进口涡壳右侧的外流道进气口处的放气阀门12由原来的进气控制装置进行控制，在双进口涡壳左侧的外流道进气口处的放气阀门12由左侧进气控制装置控制，该左侧进气控制装置包括设置在涡壳外部左侧的控制执行器17，控制执行器17通过阀门传动销片9控制放气阀门单独运动。
这两套进气控制装置分别控制从双进口涡壳左侧的进气口6和双进口涡壳右侧的进气口6中进入左侧的外流道连接通道16和进入右侧的外流道连接通道16中的气体流量和质量，从而提高了控制的灵活精度，扩大了该类型双层涡轮壳的截面调节范围。
本发明专利针对未来涡轮增压器对变截面涡轮机的需要，完成了双层流道变截面涡轮机中双进口双层流道变截面涡轮机控制装置的开发，有效的利用双进口涡轮壳内、外流道的空间变化来控制废气能量。该发明控制加护简单，控制方法可靠，气流调节范围大，不存在复杂的传动控制装置。
Claims (9)
1.一种双层流道变截面涡轮机控制装置，包括涡轮壳(1)，所述涡轮壳(1)内具有进气内流道(3)和进气外流道(2)，所述进气外流道(2)位于进气内流道(3)的周向外侧，进气外流道(2)与进气内流道(3)之间设有间隔壁(21)，其特征在于：所述进气内流道(3)具有进气口(6)，在间隔壁(21)上靠近进气口(6)的位置设有外流道进气口(5)，在外流道进气口(5)上设有进气控制装置。
2.根据权利要求1所述的双层流道变截面涡轮机控制装置，其特征在于：所述进气控制装置包括安装在外流道进气口(5)处的放气阀门(12)和控制放气阀门(12)开启或关闭的控制执行器(17)。
3.根据权利要求2所述的双层流道变截面涡轮机控制装置，其特征在于：所述外流道进气口(5)与进气外流道(2)之间设有外流道控制室(13)，放气阀门(12)设置在外流道控制室(13)内。
4.根据权利要求2或3所述的双层流道变截面涡轮机控制装置，其特征在于：所述放气阀门(12)靠近外流道进气口(5)的一侧设有放气阀门配合面(14)，所述外流道进气口(5)设有外流道进气口法兰面(11)，外流道进气口法兰面(11)位于外流道控制室(13)中并与放气阀门配合面(14)配合。
5.根据权利要求4所述的双层流道变截面涡轮机控制装置，其特征在于：所述放气阀门(12)通过阀门传动销片(9)与控制执行器(17)传动连接。
6.根据权利要求5所述的双层流道变截面涡轮机控制装置，其特征在于：放气阀门(12)开启时，放气阀门配合面(14)与外流道进气口法兰面(11)之间形成的夹角为外流道开启角(β)。
7.根据权利要求4所述的双层流道变截面涡轮机控制装置，其特征在于：所述外流道控制室(13)与进气外流道(2)之间设有外流道连接通道(16)，所述外流道连接通道(16)为减缩状，与外流道控制室(13)连接的外流道连接通道端部截面为圆形。
8.根据权利要求1所述的双层流道变截面涡轮机控制装置，其特征在于：其特征在于：所述涡轮壳(1)为单进口的涡轮壳。
9.根据权利要求1所述的双层流道变截面涡轮机控制装置，其特征在于：所述涡轮壳(1)为双进口的涡轮壳，在涡轮壳上具有两个外流道进气口(6)，在两个外流道进气口(6)上分别设有放气阀门(12)，该两个放气阀门(12)由一个进气控制装置控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Owner name: KANGYUE TECHNOLOGY CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SHOUGUANG KANGYUE TURBOCHARGER CO., LTD. Effective date: 20101111 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 262711 GUCHENG SUBDISTRICT OFFICE, SHOUGUANG CITY, SHANDONG PROVINCE TO: 262700 SCIENCE AND TECHNOLOGY INDUSTRIAL PARK, DEVELOPMENT AREA, SHOUGUANG CITY, SHANDONG PROVINCE |
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Effective date of registration: 20101111 Address after: 262700 science and Technology Industrial Zone, Shouguang Development Zone, Shandong Applicant after: Kangyue Technology Co., Ltd. Address before: 262711 Shouguang City, Shandong Province ancient city streets do Applicant before: Shouguang Kangyue Turbocharger Co., Ltd. |
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Effective date of registration: 20201224 Address after: No.1 luoqian street, Gucheng street, Shouguang City, Weifang City, Shandong Province Patentee after: Kangyue Technology (Shandong) Co.,Ltd. Address before: 262700 science and Technology Industrial Zone, Shouguang Development Zone, Shandong Patentee before: KANGYUE TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Double channel variable section turbine control device Effective date of registration: 20220516 Granted publication date: 20120425 Pledgee: Shandong Shouguang Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: Kangyue Technology (Shandong) Co.,Ltd. Registration number: Y2022980005594 |