CN102337961B - 可变流道的脉冲增压涡轮机装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变流道的脉冲增压涡轮机装置，包括蜗壳，蜗壳上设有进气口和出气口，蜗壳内安装有涡轮叶轮，在涡轮叶轮上安装有涡轮轴，所述蜗壳内部设有流道，所述流道靠近涡轮叶轮的位置设有与流道连通的无叶喷嘴，在所述流道内设有中间隔板，所述中间隔板将流道分隔成左侧流道和右侧流道：在左侧流道和右侧流道内分别设有弧形的气动隔板；所述气动隔板的一端为固定端，与中间隔板固接，另一端为导流出气端，设置在靠近无叶喷嘴的位置处，实现了蜗壳不同流道在不同圆周范围内对涡轮叶轮做功的目的，可使涡轮叶轮全周气流更加均匀，进一步提升了涡轮性能。

Description

可变流道的脉冲增压涡轮机装置

技术领域

本发明涉及一种内燃机增压装置，具体地说涉及一种能够有效兼顾发动机高低速增压需求，流道截面积不等的用于车用涡轮增压器的可变流道的脉冲涡轮机装置，属于内燃机技术领域。

背景技术

随着国家排放法规的日益严格及对发动机性能需求的不断提升，对车用涡轮增压器的性能提出了更高的要求。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，为了满足发动机全工况范围内的性能要求，可变几何涡轮增压技术受到越来越多的重视，其中可变流道涡轮技术因其结构简单、可靠性好等优点得到了更为广泛的应用，成为了国内外研发的重点。

为了适应发动机高低负荷排气性能，提升涡轮机效率，在双流道涡轮机基础上开发了多种可变截面涡轮机结构，但传统的可变截面涡轮机和与之相匹配的发动机排气管往往独立设计，匹配在一起性能势必受到影响，传统的可变截面涡轮机阀门设置在蜗壳内部，阀门处会造成较大的气动损失，同时传统的可变截面涡轮机蜗壳由于流道较少在与多缸机匹配时，合理组织发动机排气脉冲的能力受到制约，因此，该设计没有实现工程化和产品化。

为此，涡轮增压行业不得不开发了昂贵，结构复杂，在中间工作区域效率较高，而在小流量以及大流量两端工作效率较低的VNT（可变无叶喷嘴涡轮增压器）以满足发动机的性能要求。但是，通过多年的应用，发动机公司普遍反应VNT增压器成本高，故障率高，增压器低速效率不好，希望能够解决该类型增压器存在的问题。

专利CN2010102428627公开了一种可变流道的脉冲增压涡轮机装置，但是此装置的外流道结构与进口导向管形状变化较大，造成一定效率损失，同时由于无叶喷嘴空间狭小，使得工作效率圈只能偏向于某些设计工况点，高效工作区间受到限制，控制阀门流量特性与效率特性因阀门结构受到限制，不能完全获得全工况高效特性。

因此，本发明希望从系统角度设计一种在发动机高低工况下均能有效组织排气脉冲，充分利用发动机废气能量的高效、高性能可变流道的脉冲涡轮机系统，来解决传统可变截面涡轮机结构、VNT结构及专利CN2010102428627所存在的一个或多个问题。

发明内容

本发明要解决的问题是要提供一种能够在发动机高低工况下均能有效组织利用发动机排气脉冲能量的可变流道的脉冲增压涡轮机装置。

为了解决上述问题,本发明采用的技术方案是：

一种可变流道的脉冲增压涡轮机装置，包括蜗壳，蜗壳上设有进气口和出气口，蜗壳内安装有涡轮叶轮，在涡轮叶轮上安装有涡轮轴，所述蜗壳内部设有流道，所述流道靠近涡轮叶轮的位置设有与流道连通的无叶喷嘴，在所述流道内设有中间隔板，所述中间隔板将流道分隔成左侧流道和右侧流道：在左侧流道和右侧流道内分别设有弧形的气动隔板；所述气动隔板的一端为固定端，与中间隔板固接，另一端为导流出气端，设置在靠近无叶喷嘴的位置处。

以下是本发明对上述方案的进一步改进：

所述气动隔板位于蜗壳内流道中的内壁面在靠近无叶喷嘴处的径向距离为5-10mm，以诱导气流顺利进入涡轮叶轮。

进一步改进：所述中间隔板的出气端到无叶喷嘴出口位置的距离小于气动隔板导流出气端到无叶喷嘴出口的距离，以使气流顺利进入无叶喷嘴段。

进一步改进：所述气动隔板、中间隔板与蜗壳一体铸造成型。

进一步改进：位于左侧流道内的气动隔板将左侧流道分隔成蜗壳左侧外流道和蜗壳左侧内流道；

位于右侧流道内的气动隔板将右侧流道分隔成蜗壳右侧外流道和蜗壳右侧内流道；

所述蜗壳左侧外流道、蜗壳左侧内流道、蜗壳右侧内流道和蜗壳右侧外流道分别与无叶喷嘴连通。

所述气动隔板的设计符合空气动力学的特殊要求，气动隔板与蜗壳内壁一样在流向方向上呈渐缩型。气动隔板截面的内壁弧线和外壁弧线均与蜗壳截面的内壁弧线形状相近。

进一步改进：

所述蜗壳左侧外流道、蜗壳左侧内流道、蜗壳右侧内流道及蜗壳右侧外流道是并排布置在蜗壳内。

进一步改进：

所述蜗壳左侧内流道的截面积小于蜗壳左侧外流道的截面积；

所述蜗壳右侧内流道的截面积小于蜗壳右侧外流道的截面积。

进一步改进：

气动隔板位于蜗壳左侧外流道、蜗壳右侧外流道内的外壁弧线分别与蜗壳位于蜗壳左侧外流道、蜗壳右侧外流道内的内壁弧线在靠近无叶喷嘴部位的夹角为0-10度；

所述气动隔板位于蜗壳左侧内流道和蜗壳右侧内流道内的内壁弧线与中间隔板的壁面在靠近无叶喷嘴部位的夹角为0-10度。

进一步改进：

为降低发动机低工况时，废气流从内流道到外流道的回流损失以及外流道内的鼓风损失；为控制发动机高工况下废气流从蜗壳左侧外流道和蜗壳右侧外流道流入涡轮叶轮的气流角度，更加充分地利用废气能量；由于设置的气动隔板在内、外流道之间受到较大的热应力，为提高气动隔板的可靠性，在蜗壳左侧外流道和蜗壳右侧外流道内靠近无叶喷嘴位置的全周范围内分别设置一排静叶栅。

进一步改进：

所述静叶栅的叶片以非均布的方式分别倾斜安装在蜗壳左侧外流道和蜗壳右侧外流道的出口处，静叶栅的叶片铸造在蜗壳左侧外流道和蜗壳右侧外流道内壁上。

进一步改进：

所述蜗壳的进气口处设有四个蜗壳进孔，两个蜗壳左侧进孔和两个蜗壳右侧进孔，所述两个蜗壳左侧进孔分别与蜗壳左侧外流道、蜗壳左侧内流道连通，两个蜗壳右侧进孔分别与蜗壳右侧内流道和蜗壳右侧外流道相连通。

进一步改进：

所述蜗壳的进气口处连接有排气歧管，所述排气歧管内设有排气歧管出口左侧流道和排气歧管出口右侧流道，所述排气歧管出口左侧流道和排气歧管出口右侧流道分别与蜗壳左侧进孔和蜗壳右侧进孔连通。

进一步改进：

所述排气歧管出口左侧流道和排气歧管出口右侧流道内靠近排气歧管出口的位置分别设有阀门，所述阀门采用机翼型气动叶片结构，所述阀门通过阀门轴与排气歧管的管壁之间铰接，所述阀门与阀门轴固定。

进一步改进：

所述阀门的阀门轴心位于排气歧管出口和蜗壳进气口的配合面上。

进一步改进：

所述阀门的两端分别与排气歧管内壁和靠近蜗壳进口位置处的气动隔板的内壁以搭接的方式配合在一起。

发动机低工况运行时，阀门与排气歧管内壁紧密配合在一起，以保证蜗壳外流道完全密封，避免流经内流道的气流进入外流道。

进一步改进：

所述中间隔板的两流道壁面夹角为0-10度，气动隔板位于蜗壳内流道内的径向距离与中间隔板位于内流道内的径向距离之比为1/2-2/3。

采用上述方案，能够有效引导气流以合适的气流角进入涡轮叶轮，减小无叶喷嘴的流动损失。

另一种改进：

为保证进气流以合适的气流角进入涡轮叶轮，减小流经蜗壳内流道的气流回流到蜗壳外流道，并减少流经排气歧管气流流入蜗壳流道内气流的损失，提高进气效率，蜗壳内、外流道的中心被进一步提高，所述中间隔板的两流道壁面夹角为5-20度，所述气动隔板位于蜗壳内流道内的径向距离与中间隔板位于蜗壳内流道内的径向距离之比大于1/3。

进一步改进：

所述气动隔板位于蜗壳外流道内的直线型壁面到弧形壁面的过度角大于150度；

所述气动隔板位于蜗壳左侧外流道、蜗壳右侧外流道内靠近无叶喷嘴处的直线型壁面与无叶喷嘴出口处轴向夹角为50-60度。

另一种改进：

在蜗壳左侧外流道和蜗壳右侧外流道在靠近无叶喷嘴位置处设置对称的截面为弧形的无叶喷嘴隔板，所述蜗壳左侧外流道和蜗壳右侧外流道与无叶喷嘴隔板相对应的无叶喷嘴处封闭，所述无叶喷嘴隔板与蜗壳铸为一体。

进一步改进：

所述无叶喷嘴隔板的弧度为0-180度,取消该隔板位置所对应的原先安装在蜗壳左侧外流道和蜗壳右侧外流道内壁上的静叶栅。

当发动机高工况时，阀门打开，蜗壳四个流道同时进气，蜗壳左侧内流道和蜗壳右侧内流道出口气流实现对涡轮叶轮的360度做功，由于蜗壳外流道喉口处进行了0度-180度的角度前移，蜗壳左侧外流道和蜗壳右侧外流道只有不到360度的做功区间，气流进一步受到挤压，因此，需要全面评估中高转速增压器流动状态，确保中高速增压器输出扭矩和流动效率。

当发动机低工况时，阀门关闭，仅蜗壳的左侧内流道和蜗壳右侧内流道出口气流对涡轮叶轮全周作功，由于蜗壳左侧外流道和蜗壳右侧外流道只有不到360度的做功区间，再有在蜗壳外流道内壁上设有非均布的静叶栅叶片，一定程度上避免了从蜗壳内流道到蜗壳外流道的气流回流，有效减少了气流回流损失，充分利用了低工况时发动机的排气脉冲能量。

由于蜗壳外流道喉口处角度的前移，在阀门开启的状态下，实现了左侧内流道、右侧内流道、左侧外流道和右侧外流道在不同圆周方向做功的目的，并通过在蜗壳外流道出口设置非均布静叶栅叶片，从而使涡轮叶轮入口气流更加均匀，在减小气流回流损失及无叶喷嘴不同流道掺混损失的同时，进一步提升涡轮叶轮的效率。

另一种改进：所述无叶喷嘴隔板的弧度0-120度，取消该隔板位置所对应的原先安装在蜗壳左侧外流道和蜗壳右侧外流道内壁上的静叶栅。

该设计改进方案与上一种改进方案最大的不同是蜗壳内、外流道均是360度做功，但是喉口错开0-120度。

发动机运行在高工况范围内时，阀门打开，尽管蜗壳内流道和蜗壳外流道的喉口处错位，但蜗壳内、外流道的出口气流均是对涡轮叶轮进行360度全周做功，有效利用了高工况时发动机排气的脉冲能量，另外，非均布在外流道出口处静叶栅叶片从而进一步提升了能量的利用率，从而有效提高了涡轮叶轮的效率。

发动机运行在低工况范围时，阀门关闭，蜗壳左侧外流道和蜗壳右侧外流道停止进气，发动机废气全部流入蜗壳左侧内流道和蜗壳右侧内流道中，蜗壳左侧内流道和蜗壳右侧内流道出口气流实现对涡轮叶轮的全周做功，从而有效利用了发动机低工况下的废气能量，进一步提高了涡轮叶轮的效率。

本发明将发动机排气系统和涡轮机作为一个系统来考虑，在传统排气总管和双流道蜗壳的基础上，左右排气通道和蜗壳流道内部按照不同的工况进行设计。

发动机高工况时，实现蜗壳内部四个流道同时进气，有效利用了高工况时发动机排气的脉冲能量，并通过外流道出口非均布静叶栅叶片进一步提升了能量的利用率。发动机低工况时，蜗壳仅内部两个流道进气，使涡轮机有效利用了低工况时发动机的排气脉冲能量。从而实现了在涡轮机高低工况下均能有效利用发动机排气脉冲能量的目的。由于蜗壳流道处喉口的前移，蜗壳内、外流道错位两种设计方案，及相应非均布静叶栅叶片结构设计，实现了蜗壳不同流道在不同圆周范围内对涡轮叶轮做功的目的，可使涡轮叶轮全周气流更加均匀，进一步提升了涡轮性能。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1为本发明实施例1中可变流道涡轮机的结构示意图；

图2为本发明实施例1中可变流道涡轮机及排气管的组装图； 

图3为本发明实施例1中可变流道涡轮机蜗壳外部结构图；

图4为本发明实施例1中排气管的外观图； 

图5为本发明实施例2中可变流道涡轮机流道截面变化的结构示意图；

图6为本发明实施例3中可变流道涡轮机流道截面另一种变化的结构示意图； 

图7为本发明实施例4中的可变流道涡轮机0-180度截面结构示意图； 

图8为本发明实施例5中的0-180度截面结构示意图；

图9为本发明实施例6中可变流道涡轮机的180-360度截面的结构示意图。

图中：1-蜗壳；2-涡轮叶轮；3-出气口；4-中间隔板；5-涡轮轴；6-气动隔板；7-蜗壳内壁；8-蜗壳左侧外流道；9-蜗壳右侧外流道；10-蜗壳左侧内流道；11-蜗壳右侧内流道；12-静叶栅；13-无叶喷嘴；14-排气歧管；15-排气歧管出口左侧流道；16-排气歧管出口右侧流道；17-阀门；18-阀门轴；19-蜗壳左侧进孔；20-蜗壳右侧进孔；21-控制系统；22-无叶喷嘴隔板。

具体实施方式

实施例1，如图1所示，一种可变流道的脉冲增压涡轮机装置，包括蜗壳1，蜗壳1上设有进气口和出气口3，蜗壳1内安装有涡轮叶轮2，在涡轮叶轮2上安装有涡轮轴5，所述蜗壳1内部设有流道，所述流道靠近涡轮叶轮2的位置设有与流道连通的无叶喷嘴13，在所述流道内设有中间隔板4，所述中间隔板4将流道分隔成左侧流道和右侧流道，在左侧流道和右侧流道内分别设有弧形的气动隔板6。

位于左侧流道内的气动隔板6将左侧流道分隔成蜗壳左侧外流道8和蜗壳左侧内流道10。

位于右侧流道内的气动隔板6将右侧流道分隔成蜗壳右侧外流道9和蜗壳右侧内流道11。

所述气动隔板6的一端为固定端，与中间隔板4固接，另一端为导流出气端，设置在靠近无叶喷嘴13的位置处。

所述气动隔板6位于蜗壳内流道中的内壁面在靠近无叶喷嘴13处的径向距离Y为5-10mm，以诱导气流顺利进入涡轮叶轮2。

所述蜗壳左侧外流道8、蜗壳左侧内流道10、蜗壳右侧内流道11和蜗壳右侧外流道9分别与无叶喷嘴13连通。

所述中间隔板4的出气端到无叶喷嘴13出口位置的距离d1小于气动隔板6导流出气端到无叶喷嘴13出口的距离d2。

所述中间隔板4的出气端到无叶喷嘴13出口位置距离d1为2-5mm，气动隔板6导流出气端到无叶喷嘴13出口的距离d2为2-15mm，以使气流顺利进入无叶喷嘴13段。

所述气动隔板6、中间隔板4与蜗壳1一体铸造成型。

所述蜗壳左侧外流道8、蜗壳左侧内流道10、蜗壳右侧内流道11及蜗壳右侧外流道9是并排布置在蜗壳1内。

 [0053]所述蜗壳左侧内流道10的截面积小于蜗壳左侧外流道8的截面积；

所述蜗壳右侧内流道11的截面积小于蜗壳右侧外流道9的截面积。

为了保证废气在蜗壳1的流道内具有较好的气动性能，所述气动隔板6的设计符合空气动力学的特殊要求，所述气动隔板6与蜗壳内壁7一样在流向方向上呈渐缩型，气动隔板6截面的内壁弧线和外壁弧线均与蜗壳1截面的内壁弧线形状相近。

为了有效引导气流以合适的气流角进入涡轮叶轮2，减小无叶喷嘴13的流动损失，设定气动隔板6位于蜗壳左侧外流道8、蜗壳右侧外流道9内的外壁弧线分别与蜗壳1位于蜗壳左侧外流道8、蜗壳右侧外流道9内的内壁弧线在靠近无叶喷嘴13部位的夹角Φ1为0-10度，近似于平行；

所述气动隔板6位于蜗壳左侧内流道10和蜗壳右侧内流道11内的内壁弧线与中间隔板4的壁面在靠近无叶喷嘴13部位的夹角Φ2为0-10度，近似于平行。

为降低发动机低工况时，废气流从内流道到外流道的回流损失以及外流道内的鼓风损失；为控制发动机高工况下废气流从蜗壳左侧外流道和蜗壳右侧外流道流入涡轮叶轮的气流角度，更加充分地利用废气能量；由于设置的气动隔板在内、外流道之间受到较大的热应力，为提高气动隔板的可靠性，在蜗壳左侧外流道8和蜗壳右侧外流道9内靠近无叶喷嘴位置的全周范围内分别设置一排静叶栅12。

所述静叶栅12的叶片以非均布的方式分别倾斜安装在蜗壳左侧外流道8和蜗壳右侧外流道9的出口处，静叶栅12的叶片铸造在蜗壳左侧外流道8和蜗壳右侧外流道9内壁上。

如图2所示，所述蜗壳1的进气口处设有四个蜗壳进孔，两个蜗壳左侧进孔19和两个蜗壳右侧进孔20，所述两个蜗壳左侧进孔19分别与蜗壳左侧外流道8、蜗壳左侧内流道10连通，两个蜗壳右侧进孔20分别与蜗壳右侧内流道11和蜗壳右侧外流道9相连通。

如图3、图4所示，所述蜗壳1的进气口处连接有排气歧管14，所述排气歧管14内设有排气歧管出口左侧流道15和排气歧管出口右侧流道16，所述排气歧管出口左侧流道15和排气歧管出口右侧流道16分别与蜗壳左侧进孔19和蜗壳右侧进孔20连通。

所述排气歧管出口左侧流道15和排气歧管出口右侧流道16内靠近排气歧管出口的位置分别设有阀门17，所述阀门17采用机翼型气动叶片结构，所述阀门17通过阀门轴18与排气歧管14的管壁之间铰接，所述阀门17通过螺栓与阀门轴18固定。

为便于阀门17和阀门轴18的安装，所述阀门17的阀门轴心位于排气歧管14出口和蜗壳1进气口的配合面上。

所述阀门17的两端分别与排气歧管14内壁和靠近蜗壳1进口位置处的气动隔板6的内壁以搭接的方式配合在一起。发动机低工况运行时，阀门17与排气歧管14内壁紧密配合在一起，以保证蜗壳外流道完全密封，避免流经内流道的气流进入外流道。

所述阀门轴心到靠近排气管出口一端的距离占阀门弦长的1/3-1/2。

所述阀门轴18在外部控制系统21的控制下带动阀门17围绕阀门轴18转动，所述外部控制系统21由所监测的发动机运行参数按照预先设定的程序控制阀门17的开启或关闭。

所述排气歧管14出口壁面与蜗壳1进口壁面通过螺栓紧固连接。

发动机高工况时，阀门17开启，如图4中虚线所示，蜗壳四个流道同时进气；发动机低工况时，阀门17关闭，如图4中实线所示，阀门17引导气流顺利进入蜗壳左侧内流道10和蜗壳右侧内流道11。

本发明在发动机高工况时，实现蜗壳内部四个流道同时进气，有效利用了高工况时发动机排气的脉冲能量，并通过外流道出口静叶栅的设置进一步提升了能量的利用率。

发动机低工况时，蜗壳仅内部两个流道进气，使涡轮有效利用了低工况时发动机的排气脉冲能量。从而实现了在发动机高低工况下均能有效利用发动机排气脉冲能量的目的。同时设计的涡轮机以及与之相匹配的排气管机构进一步提升了发动机排气能量的利用率。该类型脉冲可变流道涡轮工艺简单，可以采用同类材料和现有的铸造及加工技术完成。

实施例2，实施例1中，如图5所示，为保证进气流以合适的气流角进入涡轮叶轮2，并保证流道截面设计符合A/R值的设计要求，还可以延长蜗壳左侧内流道10和蜗壳右侧内流道11的质心到喷嘴出口的距离R1。

以使得进气流经符合特殊宽径比（w/h）要求的相对平行无叶喷嘴13进入涡轮叶轮2。

所述中间隔板4的两流道壁面夹角α为0-10度，近似于平行。

气动隔板6位于蜗壳内流道内的径向距离h与中间隔板4位于内流道内的径向距离H之比为1/2-2/3。

蜗壳左侧内流道10、蜗壳右侧内流道11处无叶喷嘴13的宽径比（w/h）为0.05-0.5。

实施例3，实施例1中，如图8所示，为保证进气流以合适的气流角进入涡轮叶轮2，并保证流道截面设计符合A/R值的设计要求，还可以延长蜗壳左侧内流道10和蜗壳右侧内流道11的质心到喷嘴出口的距离R1，以使得进气流经符合特殊宽径比（w/h）要求的相对平行无叶喷嘴13进入涡轮叶轮2。 

所述中间隔板4的两流道壁面夹角β设定为5-20度。

所述气动隔板6位于蜗壳内流道内的径向距离d与中间隔板4位于蜗壳内流道内的径向距离D之比大于1/3。

所述气动隔板6位于蜗壳外流道内的直线型壁面到弧形壁面的过度角 γ大于150度。

所述气动隔板6位于蜗壳左侧外流道8、蜗壳右侧外流道9内靠近无叶喷嘴13处的直线型壁面与无叶喷嘴13出口处轴向夹角θ为50-60度。

实施例4，如图7所示，在实施例1的基础上，还可以在蜗壳左侧外流道8和蜗壳右侧外流道9在靠近无叶喷嘴13位置处设置对称的截面为弧形的无叶喷嘴隔板22，所述蜗壳左侧外流道8和蜗壳右侧外流道9与无叶喷嘴隔板22相对应的无叶喷嘴13处封闭，所述无叶喷嘴隔板22与蜗壳1铸为一体。

所述无叶喷嘴隔板22的弧度为0-180度，即将蜗壳左侧外流道8和蜗壳右侧外流道9喉口处进行了0-180度的角度前移（根据不同涡轮特性，给出了0-180度的最佳前移区间，但必须根据不同涡轮特性确定最佳值。）。取消该隔板位置所对应的原先安装在蜗壳左侧外流道8和蜗壳右侧外流道9内壁上的静叶栅12叶片。

当阀门17打开时，蜗壳四个流道同时进气，蜗壳左侧内流道10和蜗壳右侧内流道11出口气流实现对涡轮叶轮2的360度做功，由于蜗壳外流道喉口处进行了0-180度的角度前移，蜗壳左侧外流道8和蜗壳右侧外流道9的两个出口的气流在无叶喷嘴隔板22末端所在角度截面到360截面弧度范围内对涡轮叶轮2做功，蜗壳左侧外流道8和蜗壳右侧外流道9只有不到360度的作功区间。

当阀门17关闭时，蜗壳左侧外流道8和蜗壳右侧外流道9停止进气，发动机废气全部流入蜗壳左侧内流道10和蜗壳右侧内流道11中，蜗壳的左侧内流道11和蜗壳右侧内流道11出口气流对涡轮叶轮2全周作功。

本实施例在发动机高工况时，实现蜗壳内部四个流道同时进气，有效利用了高工况时发动机排气的脉冲能量，并通过外流道出口静叶栅的设置进一步提升了能量的利用率。

在发动机低工况时，蜗壳仅内部两个流道进气，使涡轮有效利用了低工况时发动机的排气脉冲能量。从而实现了在发动机高低工况下均能有效利用发动机排气脉冲能量的目的。

由于蜗壳外流道的喉口处进行了最佳角度的前移，实现在阀门开闭两种状态下，蜗壳左侧流道和右侧流道在不同圆周范围内对涡轮叶轮做功的目的，在一定程度上缓解了涡轮叶轮全周进气不均匀的问题，同时减小了不同流道出口的气流掺混损失，进一步提升涡轮叶轮的效率。

涡轮机以及与之相匹配的排气管机构进一步提升了发动机排气能量的利用率。该类型脉冲可变流道涡轮工艺简单，可以采用同类材料和现有的铸造及加工技术完成。

实施例5：如图8所示，还可以在蜗壳左侧外流道8和蜗壳右侧外流道9内靠近无叶喷嘴13位置处设置截面为弧形的无叶喷嘴隔板22，所述蜗壳左侧外流道8和蜗壳右侧外流道9与无叶喷嘴隔板22相对应的无叶喷嘴13处封闭，所述无叶喷嘴隔板22与蜗壳1铸为一体。

所述无叶喷嘴隔板22的弧度0-120度，即将蜗壳左侧外流道8、蜗壳右侧外流道9和蜗壳左侧内流道10、蜗壳右侧内流道11的喉口处错位（0-120度）。取消该隔板位置所对应的原先安装在蜗壳左侧外流道8和蜗壳右侧外流道9内壁上的静叶栅12叶片。

与实施例4不同的是，蜗壳左侧外流道8、蜗壳右侧外流道9、蜗壳左侧内流道10、蜗壳右侧内流道 11均是360度做功。根据不同涡轮特性确定蜗壳内、外流道喉口处错位的最佳角度值。

实施例6，在实施例5的基础上，如图9所示，所述蜗壳360度截面并不是0度截面。即蜗壳内、外流道在360度截面处并不收缩，而是有一段流道延伸段并与蜗壳0度处流道连通在一起，以减少气流损失，提高进气流的进气效率。

发动机在高工况运行时，阀门17打开，蜗壳四个流道同时进气，蜗壳左侧外流道8、蜗壳右侧外流道9和蜗壳左侧内流道10、蜗壳右侧内流道11的喉口处错位（0-120度），但蜗壳内、外流道的出口气流均是对涡轮叶轮2进行360度全周做功，有效利用了高工况时发动机排气的脉冲能量，另外，非均布在外流道出口处静叶栅叶片从而进一步提升了能量的利用率，从而有效提高了涡轮叶轮的效率。

发动机运行在低工况范围时，阀门17关闭，蜗壳左侧外流道8和蜗壳右侧外流道9停止进气，发动机废气全部流入蜗壳左侧内流道10和蜗壳右侧内流道11中，蜗壳左侧内流道10和蜗壳右侧内流道11出口气流实现对涡轮叶轮2的全周做功，从而有效利用了发动机低工况下的废气能量，进一步提高了涡轮叶轮的效率。

本实施例在发动机高工况时，蜗壳内部四个流道同时进气，并实现四个流道都是360度全周作功，有效利用了高工况时发动机排气的脉冲能量，并通过外流道出口静叶栅的设置进一步提升了能量的利用率。

在发动机低工况时，蜗壳仅内部两个流道进气，使涡轮有效利用了低工况时发动机的排气脉冲能量。从而实现了在发动机高低工况下均能有效利用发动机排气脉冲能量的目的。

由于将蜗壳内、外流道喉口处进行了0-120度错位，在阀门开启的状态下，实现了左侧内流道11、右侧内流道12、左侧外流道9和右侧外流道10在不同圆周方向上且360度的全周做功，从而使涡轮叶轮入口气流更加均匀，在减小无叶喷嘴不同流道掺混损失的同时，进一步提升涡轮叶轮的效率。

Claims (21)

1.一种可变流道的脉冲增压涡轮机装置，包括蜗壳（1），蜗壳（1）上设有进气口和出气口（3），蜗壳（1）内安装有涡轮叶轮（2），在涡轮叶轮（2）上安装有涡轮轴（5），所述蜗壳（1）内部设有流道，所述流道靠近涡轮叶轮（2）的位置设有与流道连通的无叶喷嘴（13），在所述流道内设有中间隔板（4），所述中间隔板（4）将流道分隔成左侧流道和右侧流道：其特征在于：

在左侧流道和右侧流道内分别设有弧形的气动隔板（6）；

所述气动隔板（6）的一端为固定端，与中间隔板（4）固接，另一端为导流出气端，设置在靠近无叶喷嘴（13）的位置处。

2.根据权利要求1所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：所述气动隔板（6）位于蜗壳内流道中的内壁面在靠近无叶喷嘴（13）处的径向距离（Y）为5-10mm，以诱导气流顺利进入涡轮叶轮（2）。

3.根据权利要求1或2所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：所述中间隔板（4）的出气端到无叶喷嘴（13）出口位置的距离（d1）小于气动隔板（6）导流出气端到无叶喷嘴（13）出口的距离（d2）。

4.根据权利要求3所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：所述气动隔板（6）、中间隔板（4）与蜗壳（1）一体铸造成型。

5.根据权利要求3所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：

位于左侧流道内的气动隔板（6）将左侧流道分隔成蜗壳左侧外流道（8）和蜗壳左侧内流道（10）；

位于右侧流道内的气动隔板（6）将右侧流道分隔成蜗壳右侧外流道（9）和蜗壳右侧内流道（11）；

所述蜗壳左侧外流道（8）、蜗壳左侧内流道（10）、蜗壳右侧内流道（11）和蜗壳右侧外流道（9）分别与无叶喷嘴（13）连通。

6.根据权利要求5所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于： 所述蜗壳左侧外流道（8）、蜗壳左侧内流道（10）、蜗壳右侧内流道（11）及蜗壳右侧外流道（9）是并排布置在蜗壳（1）内。

7.根据权利要求6所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：

所述蜗壳左侧内流道（10）的截面积小于蜗壳左侧外流道（8）的截面积；

所述蜗壳右侧内流道（11）的截面积小于蜗壳右侧外流道（9）的截面积。

8.根据权利要求7所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：

气动隔板（6）位于蜗壳左侧外流道（8）、蜗壳右侧外流道（9）内的外壁弧线分别与蜗壳（1）位于蜗壳左侧外流道（8）、蜗壳右侧外流道（9）内的内壁弧线在靠近无叶喷嘴（13）部位的夹角（Φ1）为0-10度；

所述气动隔板（6）位于蜗壳左侧内流道（10）和蜗壳右侧内流道（11）内的内壁弧线与中间隔板（4）的壁面在靠近无叶喷嘴（13）部位的夹角（Φ2）为0-10度。

9.根据权利要求8所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：在蜗壳左侧外流道（8）和蜗壳右侧外流道（9）内靠近无叶喷嘴（13）位

置的全周范围内分别设置一排静叶栅（12）。

10.根据权利要求9所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：所述静叶栅（12）的叶片以非均布的方式分别倾斜安装在蜗壳左侧外流道（8）和蜗壳右侧外流道（9）的出口处，静叶栅（12）的叶片铸造在蜗壳左侧外流道（8）和蜗壳右侧外流道（9）内壁上。

11.根据权利要求10所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：

所述蜗壳（1）的进气口处设有四个蜗壳进孔，两个蜗壳左侧进孔（19）和两个蜗壳右侧进孔（20），所述两个蜗壳左侧进孔（19）分别与蜗壳左侧外流道（8）、蜗壳左侧内流道（10）连通，两个蜗壳右侧进孔（20）分别与蜗壳右侧内流道（11）和蜗壳右侧外流道（9）相连通。

12.根据权利要求11所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：

所述蜗壳（1）的进气口处连接有排气歧管（14），所述排气歧管（14）内设有排气歧管出口左侧流道（15）和排气歧管出口右侧流道（16），所述排气歧管出口左侧流道（15）和排气歧管出口右侧流道（16）分别与蜗壳左侧进孔（19）和蜗壳右侧进孔（20）连通。

13.根据权利要求12所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：

所述排气歧管出口左侧流道（15）和排气歧管出口右侧流道（16）内靠近排气歧管出口的位置分别设有阀门（17），所述阀门（17）采用机翼型气动叶片结构，所述阀门（17）通过阀门轴（18）与排气歧管（14）的管壁之间铰接，所述阀门（17）与阀门轴（18）固定。

14.根据权利要求13所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：

所述阀门（17）的阀门轴心位于排气歧管（14）出口和蜗壳（1）进气口的配合面上。

15.根据权利要求14所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：

所述阀门（17）的两端分别与排气歧管（14）内壁和靠近蜗壳（1）进口位置处的气动隔板（6）的内壁以搭接的方式配合在一起。

16.根据权利要求15所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：

所述中间隔板（4）的两流道壁面夹角为0-10度，气动隔板（6）位于蜗壳内流道内的径向距离（h）与中间隔板（4）位于内流道内的径向距离（H）之比为1/2-2/3。

17.根据权利要求15所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：

所述中间隔板（4）的两流道壁面夹角为5-20度，所述气动隔板（6）位于蜗壳内流道内的径向距离（d）与中间隔板（4）位于蜗壳内流道内的径向距离（D）之比大于1/3。

18.根据权利要求17所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：

所述气动隔板（6）位于蜗壳外流道内的直线型壁面到弧形壁面的过度角（γ）大于150度；

所述气动隔板（6）位于蜗壳左侧外流道（8）、蜗壳右侧外流道（9）内靠近无叶喷嘴（13）处的直线型壁面与无叶喷嘴（13）出口处轴向夹角（θ）为50-60度。

19.根据权利要求15所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：

在蜗壳左侧外流道（8）和蜗壳右侧外流道（9）在靠近无叶喷嘴（13）位置处设置对称的截面为弧形的无叶喷嘴隔板（22），所述蜗壳左侧外流道（8）和蜗壳右侧外流道（9）与无叶喷嘴隔板（22）相对应的无叶喷嘴（13）处封闭，所述无叶喷嘴隔板（22）与蜗壳（1）铸为一体。

20.根据权利要求19所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：

所述无叶喷嘴隔板（22）的弧度为0-180度,取消该隔板位置所对应的原先安装在蜗壳左侧外流道（8）和蜗壳右侧外流道（9）内壁上的静叶栅（12）。

21.根据权利要求19所述的可变流道的脉冲增压涡轮机装置，其特征在于：所述无叶喷嘴隔板（22）的弧度0-120度，取消该隔板位置所对应的原先安装在蜗壳左侧外流道（8）和蜗壳右侧外流道（9）内壁上的静叶栅（12）。

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