CN102536433B - 阶段式可调流量涡轮壳 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阶段式可调流量涡轮壳，包括涡轮壳体；涡轮壳体内安装有涡轮总成和废气进气流道；涡轮壳体上设有与废气进气流道连通的进气口；在废气进气流道内设有中间壁，中间壁将废气进气流道间隔成内流道和外流道；所述外流道内设有可将外流道关闭的第一阀门装置；所述中间壁上设有可将内流道与外流道连通或断开的第二阀门装置。本发明充分利用了的废气能量，提高涡轮转子的转速，提高发动机低速工况的进气量，使发动机做更多的功，增加发动机低速扭矩，实现与发动机低速工况的良好匹配，改善发动机低速工况的动力性和瞬态响应性。

Description

阶段式可调流量涡轮壳

技术领域

本发明涉及一种涡轮壳，具体的说涉及一种包括阶段式可调节流通截面的阶段式可调流量涡轮壳，能有效地满足发动机不同工况下的增压要求，属于发动机增压领域。

背景技术

涡轮增压技术随着社会对发动机性能及排放的要求日益提高而越来越受重视。增压技术通过提高发动机的进气压力，增加发动机进气密度，使得发动机在相同的工作容积中进更多的气，所以可相应地增加工作循环供油量，使得发动机做更多的功，发动机的输出功率和扭矩大幅度提高，相对强化了发动机结构，使得相同功率的发动机可以采用更小的外形结构。涡轮增压技术在基本不消耗发动机有效功的前提下，使用涡轮回收利用了废气能量，并通过压气机对发动机进气进行增压；而且涡轮机有消声的作用并使得废气中的有害成分进一步反应掉。所以涡轮增压器提高了发动机的动力性、经济性和环保性。涡轮增压技术已是应对能源紧缺和高排放法规要求的有效技术之一。

传统的普通涡轮增压器仅在设计工况范围内有较好的效率，而在其他大部分工况不能与发动机实现高效匹配。传统涡轮增压器不足之处主要有：低速时进气不足，致使发动机转矩不足，低速和部分负荷经济性差；瞬态响应性迟缓，使得发动机起动、加速性能差，冒烟严重；高速时增压过度，对发动机性能、结构和材料都有影响；高海拔时发动机功率下降严重。传统涡轮增压器已不能满足先进发动机的要求。所以，从发动机高性能、高环保性角度看，要求有更好的涡轮增压技术方案。

对于带废气旁通阀的涡轮增压器而言，虽然一定程度上克服了低速工况的进气不足、增压不够的现象，也在高工况时通过打开废气旁通阀而降低增压器的转速，避免增压过度，但是在很大部分工况下，废气旁通阀式涡轮壳没有实现与发动机的高效匹配，尤其在高工况下，废气旁通阀打开，废气能量没有经过涡轮而流失掉，没有充分利用废气的能量，使发动机的动力性和经济性相对不好。若其过分照顾低速工况，则在高工况时从废气旁通阀流掉的废气更多，废气能量利用率更低。并且流经废气旁通阀的高温废气由于流过的废气管道距离减小了，致使废气在高温环境中滞留的时间短了，本应该在高温管道中反应掉的废气中的有害成分流向下游或被排放到大气中，并且从废气旁通阀流失的高温废气会在下游的废气管中继续膨胀，其很大一部分能量转化为声波的振动能，加大了发动机的排放噪声。这样致使发动机的排放性能也有所下降。

新型涡轮增压器中，可变截面涡轮增压器是一个发展方向，现今已发展出多种可变截面涡轮增压器形式，主要有可变喷嘴环增压器、可变喉口增压器、舌形挡板增压器等。其中，可变喷嘴环增压器是进展最大的新型涡轮增压器之一。可变喷嘴环增压器通过调节活动的喷嘴环叶片的开度实现流通截面积的变化，以适应发动机不同运行工况的进气要求，实现增压器与发动机各工况的良好匹配。但是可变喷嘴环增压器的可变喷嘴环及其传动与控制机构复杂，零件较多，材料和加工要求高，使得成本过高，难于形成强大市场竞争力。并且喷嘴环叶片系统，包括其传动机构，是在发动机振动和六、七百摄氏度甚至更高的高温条件下工作，其要求喷嘴环叶片可动，又要求喷嘴环叶片和喷嘴环密封较好，形成了顾此失彼的矛盾；在这种条件下工作的各部件容易变形、损坏，实现精确调节喷嘴环叶片难度大，使得可变喷嘴环增压器可靠性和密封性难以保证，运行寿命也较短。可变喷嘴环增压器的这些固有缺点使得其至今没有大规模普及。

双流道涡轮壳式增压器（DLP）也有很大的发展，其主要原理就是根据涡轮壳的进气状态将流道分为两个，低速工况时采用单一流道进气，高速工况时采用双流道进气。双流道涡轮壳与可变喷嘴环增压器对比，结构相对简单，部件加工要求较低，更易实现，工作寿命更长，更可靠。但是当前双流道式涡轮壳的双流道很多都是并列布置，即两个流道的弧形长度相等，如专利201010279953.8，使得废气在流道中流动时与流道壁面接触面积大，流动损失较大。另外，现在已知的双流道涡轮壳工作模式大都只有两种模式，即低速工况与高速工况，如专利201010279953.8和专利201010280157.6，使得在某些中速工况时废气利用率不够理想。最后，现在已知的双流道涡轮壳结构特别是中间壁的铸造要求高，现有铸造工艺不易满足要求。

设计出成本相对较低、性能好、可靠性高的新型涡轮增压器是发动机行业的要求，也是各个增压器厂家追求的目标。

发明内容

本发明要解决的问题是为了克服带废气旁通阀式涡轮壳、可变喷嘴环式涡轮壳及现已知的双流道式涡轮壳（DLP）的上述缺陷，提供一种能够提高发动机废气能量的利用率，可靠性高的阶段式可调流量涡轮壳。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种阶段式可调流量涡轮壳，包括涡轮壳体；

涡轮壳体内安装有涡轮总成和废气进气流道；涡轮壳体上设有与废气进气流道连通的进气口；

在废气进气流道内设有中间壁，中间壁将废气进气流道间隔成内流道和外流道；

所述外流道内设有可将外流道关闭的第一阀门装置；所述中间壁上设有可将内流道与外流道连通或断开的第二阀门装置。

以下是本发明对上述方案的进一步改进：

所述内流道位于涡轮壳体的内侧，外流道位于涡轮壳体的外侧，外流道的弧形流道长度大于内流道的弧形流道长度，内流道和外流道的中心线均垂直于涡轮壳轴线。

进一步改进：第一阀门装置包括安装在外流道内的第一阀门；

第一阀门靠近进气口的一端传动连接有第一阀门转轴，第一阀门转轴位于外流道外侧壁面上；

第一阀门远离第一阀门转轴的一端可在阀门转轴的带动下沿进气方向下游的外流道内旋转，即第一阀门旋转时与中间壁形成的夹角始终为锐角。

进一步改进：第一阀门转轴的轴线与外流道的中心线垂直。

进一步改进：所述外流道外侧壁面上从安放第一阀门转轴的位置开始，设有一个结构形状与第一阀门相对应的凹槽，以放置贴近外流道外侧壁面时的第一阀门，即凹槽作为第一阀门的一个极限位置。

进一步改进：所述第一阀门转轴连接有第一执行器控制装置。

进一步改进：所述第一执行器控制装置包括通过执行器支架安装在涡轮壳体外部的第一执行器，第一执行器的外部设有第一执行器推杆，第一执行器内设有第一活塞，第一活塞与第一执行器的壳体密封滑动连接，所述第一执行器推杆的一端位于第一执行器内并与第一活塞固定连接，另一端通过第一连动杆与第一阀门转轴传动连接。

进一步改进：所述第一执行器推杆位于第一执行器的壳体内的部分的外侧套装有第一执行器弹簧。

进一步改进：所述第一执行器上设有第一气孔，所述第一气孔上连接有第一连通管，安装时，该第一连通管与相应压气机出口连通。

进一步改进：所述中间壁上在靠近进气口的位置设有旁通口，第二阀门装置包括安装在旁通口处的第二阀门，第二阀门可在外流道内旋转，第二阀门连接有第二阀门转轴，所述第二阀门转轴安装在旁通口远离进气口的一侧的位置，第二阀门旋转时与中间壁形成的夹角始终为锐角。

进一步改进：所述第二阀门转轴的轴线与外流道的中心线垂直。

进一步改进：所述第二阀门转轴连接有第二执行器控制装置。

进一步改进：第二执行器控制装置包括安装在涡轮壳体外部的第二执行器；

第二执行器的外部设有第二执行器推杆，第二执行器内设有第二活塞，第二活塞与第二执行器的壳体密封滑动连接，所述第二执行器推杆的一端位于第二执行器内并与第二活塞固定连接，另一端通过第二连动杆与第二阀门转轴传动连接。

进一步改进：所述第二执行器推杆位于第二执行器的壳体内的部分的外侧套装有第二执行器弹簧。

进一步改进：所述第二执行器上设有第二气孔，第二气孔连通有第三连通管，第三连通管的另一端连接有两位三通气体电磁阀，第二执行器的工作状态由两位三通气体电磁阀进行控制；

所述两位三通气体电磁阀上设有出口气孔、进口气孔及泄气孔，安装时，出口气孔与第三连通管连通；进口气孔通过第二连通管与相应压气机出口通道连通；所述两位三通气体电磁阀电连接有发动机电控单元，两位三通气体电磁阀的工作状态由发动机电控单元控制。

本发明通过以上所述结构实现灵活多变的工作模式，实现所述相应的增压器与发动机各工况高效匹配。高、中、低速工况的实施例如下：

发动机低速工况时，所述的阶段式可调流量涡轮壳要减小流道流通截面，增加涡轮壳体中废气的流速。

此时，第一执行器驱动第一阀门，使其与中间壁及外流道的壁面贴合，形成封闭结构，阻止了发动机废气进入外流道的下游。

同时，第二执行器驱动第二阀门使其与中间壁贴合而将的旁通口关闭，将内流道和外流道隔开。

这样，整个外流道的上下游都没有废气流动，发动机废气只从内流道的内流道废气进气口进入涡轮壳体的内流道。由于此时涡轮壳体的流通截面最小，使得小流量的进气也会在内流道中获得较高的流速。并且中间壁的布置使得涡轮进气形式是非全周的，出口喷嘴环截面积小，从而废气在涡轮壳体的出口喷嘴环上能以较高的动能流入涡轮，将更多的废气能量传递给涡轮，充分利用了的废气能量，提高涡轮转子的转速，提高发动机低速工况的进气量，使发动机做更多的功，增加发动机低速扭矩，实现与发动机低速工况的良好匹配，改善发动机低速工况的动力性和瞬态响应性。

发动机中速工况时，所述的阶段式可调流量涡轮壳要适当增加流道流通截面，加大流通能力，同时保证涡轮壳体中废气所必须的流速。

此时，第一执行器驱动第一阀门，使其与中间壁分离，同时，增压器的传动与控制机构驱动第二阀门，使其与中间壁上的旁通口分离，第二阀门的旋转顶端靠近第一阀门，即第二阀门处于另一个极限位置。

第一阀门和第二阀门及外流道的壁面对外流道形成封闭结构，阻止了发动机废气进入外流道的下游流道。

内流道和外流道通过打开的旁通口实现连通。这样，发动机的废气可以从涡轮壳体的内流道废气进气口和外流道废气进气口进入涡轮壳体，但是由于第一阀门和第二阀门及外流道的壁面对外流道形成封闭结构，阻止了从外流道废气进气口进入外流道的废气进一步向外流道的下游流动，而中间壁上旁通口的打开，使得进入外流道上游的废气可以通过旁通口与内流道的废气合流，共同流入内流道的下游流道，而外流道下游没有废气流动。

也就是说，中速工况时，所述涡轮壳体是通过打开中间壁上的旁通口实现流通截面的扩大，在内流道废气进气口进气的基础上额外增加外流道废气进气口进气，涡轮壳体额外增加的废气进气量有限，这也符合发动机中速工况废气量有限的这一事实，而此时，涡轮壳体通过内流道废气进气口和外流道废气进气口同时进气达到增加废气进气量的要求，又可保证较高的流动速度。

由于第一阀门和第二阀门分别与中间壁形成的夹角均始终为锐角，这就使得废气从外流道上游经旁通口进入内流道下游时的流场相对平缓，从而减少流动损失。

中速工况涡轮壳体的出口喷嘴环流通截面与低速工况时的出口喷嘴环流通截面是一样的，涡轮也是非全周进气，但相对低速工况而言，中速工况进气量更大，废气在出口喷嘴环处的流速更大，带入涡轮的能量更多，可转换的功更多，使得涡轮转子转速更高，加强压气机的增压能力。使得采用所述阶段式可调流量涡轮壳的增压器满足发动机中速工况的进气要求。

发动机高速工况时，发动机所排出的废气量大，废气能量充足，若涡轮壳流道截面较小的话，流道里废气的流速会非常高，容易会引起涡轮转子转速超过标定值，导致压气机增压过度和损害涡轮增压器的零部件。 

所以，在发动机高速工况时，本发明所述阶段式可调流量涡轮壳的流道流通截面增加到最大。此时，第一执行器驱动第一阀门，使其靠近外流道外侧壁面上的凹槽，使外流道的上、下游连通，以便从外流道废气进气口进入的废气能顺利流入外流道的下游流道。

同时，第二执行器驱动第二阀门 使其与中间壁贴合而将的旁通口关闭，将内流道和外流道隔开，使得内流道下游流动的废气只来自内流道废气进气口。

这样，整个外流道的上下游都有废气流动，发动机废气同时分别从内流道废气进气口和外流道废气进气口分别进入涡轮壳的内流道和外流道，内流道和外流道内流动的废气互不影响。

由于此时涡轮壳体的流通截面最大，使得涡轮壳体允许较大流量的废气流入。而且，内流道和外流道都有废气流动使得涡轮进气是全周形式的，从而在出口喷嘴环有更大的出口截面供较大流量的废气通过，这样可以使进入涡轮的废气流速不会太高而避免涡轮转子超速。

加上中间壁的布置，使得废气在涡轮壳体中流动时，废气流线尽量与中间壁平行，避免废气产生较大的横向流动，减少大的旋涡流和不同层废气之间的流动摩擦，以便将更多的废气能量传递给涡轮。

涡轮全周进气使得进气分布均匀，降低了增压器的不平衡性，提高了涡轮转换废气能量的效率。涡轮全周进气还使得所有发动机排出的废气都在涡轮壳中充分膨胀，避免废气旁通阀式增压器直接浪费掉部分废气能量的缺点，也为废气中的有害成分的进一步反应创造了条件，降低最后排除排气管的有害成分，降低排放噪声，提高发动机的排放性能。涡轮全周进气，既避免涡轮转子超速又充分利用了的废气能量，实现采用所述阶段式可调流量涡轮壳的增压器与发动机高速工况的良好匹配，提高发动机高速工况的动力性和排放性能。

从以上工作原理的来看，采用本发明所述的阶段式可调流量涡轮壳的增压器可满足发动机高中低等各个工况的进气要求，实现与发动机各工况的高效匹配。在各工况下与已知的旁通阀式涡轮壳、可变喷嘴环式涡轮壳及已知双流道式涡轮壳（DLP）相比，本发明所述的阶段式可调流量涡轮壳具有以下优势：

相对旁通阀式涡轮壳，在低速工况时，所述的阶段式可调流量涡轮壳中只有内流道有废气流动，通过中间壁的配合，其流动特性比旁通阀式涡轮壳流道的流动特性好，因为本发明所述阶段式可调流量涡轮壳只要将外流道关闭及中间壁上的旁通口关闭时，只让内流道单独工作的模式就是完全为低速工况设计的，而旁通阀式涡轮壳流道在布置时要考虑高速工况旁通阀打开时的流动状态，所以不能过分照顾低速工况。这样，即使和旁通阀式涡轮壳相比，本发明所述的阶段式可调流量涡轮壳在低速工况时的效率仍然占有优势，所述的阶段式可调流量涡轮壳的第二执行器和旁通阀式增压器的传动与控制机制一样。而且本发明所述的阶段式可调流量涡轮壳在高中低工况都有设计切入点，而旁通阀式涡轮壳只以低速工况为切入点，高速时则以单纯的放气予以照顾。在结构复杂程度差不多情况下，本发明所述的阶段式可调流量涡轮壳具有更高的废气能量利用率，尤其在发动机高速工况条件下。

相对可变喷嘴环式涡轮壳。在低速工况时，在设计为相同流通能力情况下，本发明所述的阶段式可调流量涡轮壳只有内流道有废气流动，因而使废气在流动时，更少产生垂直于流向的横向旋流及不同层流间的相互干扰，流动废气在截面上与边界接触的便更小，减小流动损失，使废气能量更多地被传递到涡轮进口处；而且，因只有内流道有废气流动，使废气从涡轮壳进气口流到涡轮壳出口喷嘴环的距离缩短，流动的废气与涡轮壳边界接触的面积大幅减小，进一步减小流动损失及传热损失；此外，避免了可变喷嘴环式涡轮壳过度改变废气流向的弊端。在高速工况时，所述的阶段式可调流量涡轮壳的双流道都有废气流动。中间壁的存在使内、外流道里的流动互不影响，减小横向旋流及流动摩擦，降低流动损失。可以在内、外流道的出口喷嘴环处分别设定不同的喷嘴环类型，以使两个流道里的废气都有流入涡轮的最佳角度。此时，配备所述涡轮壳的涡轮为全周进气，与可变喷嘴环式涡轮壳一样，涡轮运行平稳、能量转换效率高。所述涡轮壳在低速工况时有更合理的废气流动流场，具有更高效率，而且在高速工况时也会略有优势。所以，相对可变喷嘴环增压器，所述涡轮壳的双流道结构使废气流动更加合理，流动过程中能量损失更小，保证了更多的能量进入涡轮。在结构上更为简单，零件数更少、加工要求小、成本更低，更便于大规模生产，可靠性更高、运行寿命更长。

相对已知双流道式涡轮壳（DLP），可以看出本发明所述涡轮壳相对背景技术中所提到的专利中所述的双流道式涡轮壳有以下改进：在低速工况时，较并列布置双流道的涡轮壳（即两个流道的弧形长度相等）而言，本发明所述涡轮壳采用内流道进气模式，废气在流道中流动距离更小，与壁面接触面积更小，与壁面传热较少，使得能量损失更少。高速工况时，本发明所述阶段式可调流量涡轮壳中废气与流道壁面总的接触面积也较并列布置双流道的涡轮壳小。而且本发明所述阶段式可调流量涡轮壳还专门增加中速工况模式，提高了中速工况的废气能量利用率。此外，在并列布置双流道的涡轮壳中，高速工况时废气在出口喷嘴会相互干扰，增加能量损失；在低速工况时废气在出口喷嘴的喷出角度容易偏离最佳角度，使得进入涡轮后的废气能量转化效率降低。最后，现在已知的并列布置双流道的涡轮壳对铸造工艺要求高，双流道之间的中间隔壁曲线设计要求高，中间隔壁很难达到既要流动损失小又要容易铸造的要求，而本发明所述阶段式可调流量涡轮壳的中间壁直接与涡轮壳的两侧壁面连为一体，即方便铸造、降低工艺要求，又加强了涡轮壳的结构强度。

下面结合附图和具体实施对本发明做进一步说明。

附图说明

附图1为本发明实施例中阶段式可调流量涡轮壳结构示意图；

附图2为本发明实施例中第二控制阀门的第二执行器的结构示意图；

附图3为本发明实施例中第二执行器的弹簧受力与变形（N-S）关系图；

附图4为本发明实施例中第一控制阀门的第一执行器的结构示意图；

附图5为本发明实施例中第一执行器的弹簧受力与变形（N-S）关系图；

附图6为本发明实施例中涡轮壳低速工况的工作原理示意图；

附图7为本发明实施例中涡轮壳中速工况的工作原理示意图；

附图8为本发明实施例中涡轮壳高速工况的工作原理示意图。

图中：1-涡轮壳体；2-中间壁；3-内流道；4-涡轮总成；5-出口喷嘴环；6-外流道；7-旁通口；8-内流道废气进气口；9-外流道废气进气口；10-第一阀门转轴；11-第一阀门；12-第一连通管；13-第一执行器；14-执行器支架；15-第二连通管；16-凹槽；17-两位三通气体电磁阀；18-泄气孔；19-第三连通管；20-第二执行器；21-第二阀门；22-第二阀门转轴；23-第二执行器弹簧；24-第二活塞；25-第二气孔；26-第二连动杆；27-第一执行器弹簧；28–第一活塞；29-第一气孔；30-第一连动杆；31-第二执行器推杆；32-第一执行器推杆。

具体实施方式

实施例，如图1所示，一种阶段式可调流量涡轮壳，包括涡轮壳体1，涡轮壳体1内安装有涡轮总成4和废气进气流道，在废气进气流道内设有中间壁2，中间壁2将废气进气流道间隔成内流道3和外流道6，所述涡轮壳体1上设有与废气进气流道连通的进气口，该进气口包括与内流道3连通的内流道废气进气口8和与外流道6连通的外流道废气进气口9。

安装时，所述内流道废气进气口8和外流道废气进气口9分别与发动机排气管连接，涡轮总成4另一端穿过中间体，连接压气机。

涡轮壳体1内靠近涡轮总成4的位置设有出口喷嘴环5，涡轮壳体1外壁结构可作为本发明所涉及的气动式或电控式传动与控制机构的安装基体。

所述中间壁2的中间面与所述内流道3和外流道6的中心线所在的平面垂直，即与所述涡轮壳的轴线平行。中间壁2呈弧形结构，其弧度可调整，中间壁2的弧形尾端与出口喷嘴环5连接并影响着废气进入涡轮的进气角度。

所述内流道3位于涡轮壳体1的内侧，外流道6位于涡轮壳体1的外侧，外流道6的弧形流道长度大于内流道3的弧形流道长度，这样使得低速工况即只有内流道3内有废气流动时废气流动的距离小。内流道3和外流道6的中心线均垂直于涡轮壳轴线。

所述中间壁2上在靠近进气口的位置设有旁通口7，旁通口7处安装有可在外流道6内旋转的第二阀门21，第二阀门21连接有第二阀门转轴22，所述第二阀门转轴22位于靠近旁通口7远离进气口的一侧，第二阀门21旋转时与中间壁2形成的夹角始终为锐角，这样使得第二阀门21打开使外流道6上游流道与内流道3连通时废气气流能更顺畅地从外流道6上游流道流入内流道3下游，减少流动阻力。所述第二阀门转轴22的轴线与外流道6的中心线垂直。

所述第二阀门转轴22连接有第二执行器控制装置。

第二执行器控制装置包括通过执行器支架14安装在涡轮壳体1外部的第二执行器20；

如图2所示，第二执行器20的外部设有第二执行器推杆31，第二执行器20内设有第二活塞24，第二活塞24与第二执行器20的壳体密封滑动连接，所述第二执行器推杆31的一端位于第二执行器20内并与第二活塞24固定连接，另一端通过第二连动杆26与第二阀门转轴22传动连接。

所述第二执行器推杆31位于第二执行器20的壳体内的部分的外侧套装有第二执行器弹簧23。

所述第二执行器20上设有第二气孔25，第二气孔25连通有第三连通管19，第三连通管19的另一端连接有两位三通气体电磁阀17，第二执行器20的工作状态由两位三通气体电磁阀17进行控制；

所述两位三通气体电磁阀17上设有出口气孔、进口气孔及泄气孔18，安装时，出口气孔与第三连通管19连通；进口气孔通过第二连通管15与相应压气机出口通道连通；所述两位三通气体电磁阀17电连接有发动机电控单元ECU，两位三通气体电磁阀17的工作状态由发动机电控单元ECU控制。

如图1所示，所述外流道6的外侧壁面上设有可在外流道6内旋转的第一阀门11，第一阀门11的旋转顶端与中间壁2接触时，中间壁2与外流道6的壁面和第一阀门11形成密封结构，阻止所述外流道6的下游进气。

所述第一阀门11靠近进气口的一端传动连接有第一阀门转轴10，第一阀门转轴10位于外流道6外侧壁面上，第一阀门11远离的第一阀门转轴10的一端在阀门转轴10沿进气方向下游的外流道6内旋转，即第一阀门11旋转时与中间壁2形成的夹角始终为锐角，这样使得当第一阀门11与中间壁2接触时可作为第二阀门21离开中间壁2时极限位置。

第一阀门转轴10的轴线与外流道的中心线垂直。

所述外流道6上从安放第一阀门转轴10的位置开始，设有一个结构形状与第一阀门11相对应的凹槽16，以放置贴近外流道6外侧壁面时的所述第一阀门11，即凹槽16作为第一阀门11的一个极限位置。

所述第一阀门转轴10连接有第一执行器控制装置。

如图4所示，所述第一执行器控制装置包括安装在执行器支架14上的第一执行器13，第一执行器13的外部设有第一执行器推杆32，第一执行器20内设有第一活塞28，第一活塞28与第一执行器13的壳体密封滑动连接，所述第一执行器推杆32的一端位于第一执行器13内并与第一活塞28固定连接，另一端通过第一连动杆30与第一阀门转轴10传动连接。

所述第一执行器推杆32位于第一执行器13的壳体内的部分的外侧套装有第一执行器弹簧27。

所述第一执行器13上设有第一气孔29，所述第一气孔29上连接有第一连通管12，安装时，该第一连通管12与相应压气机出口连通。

第一阀门11与第二阀门21的旋转范围互不重叠，互不干涉。

所述第一阀门11可将两个极限位置之间的任意角度作为工作位置，所述第二阀门21的工作位置只能在两个极限位置上，即所述第二阀门21在两个极限位置之间没有工作位置。

附图5为第一执行器的弹簧受力与变形（N-S）关系图，其中N为受力大小，S为变形大小。

所述第一执行器13的第一执行器弹簧27的受力与变形呈线性关系或近似线性关系，受力范围较广，以使所述第一阀门11可停在极限位置之间的某一位置上。

附图3为第二执行器的弹簧受力与变形（N-S）关系图，其中N为受力大小，S为变形大小；

第二执行器20的第二执行器弹簧23的受力与变形呈非线性关系，受力范围较小，当第二执行器弹簧23受到较小的力时 ，经第二执行器20的第二执行器推杆31和第二连动杆26传动就可使所述第二阀门20快速在极限位置之间变换。

使得在超过一定压力时，第二执行器弹簧23就迅速变形而通过第二执行器推杆31和第二连动杆26驱动第二阀门21迅速旋转，保证了第二阀门21的工作位置只能在极限位置上而不停留在两个极限位置之间的某个位置上。

第二阀门21受两位三通气体电磁阀17控制，控制的程序由发动机电控单元（ECU）根据工作工况而发出。

当发动机处在低速工况时，ECU发出信号使两位三通气体电磁阀17切断进口气孔和进口气孔的连接，而将进口气孔和泄气孔18连通，第二执行器推杆31和第二连动杆26带动第二阀门21将旁通口7关闭，隔离内、外流道；同时，第一执行器13驱动第一连动杆30第一执行器推杆32，带动第一阀门11与中间壁2贴合。

当发动机处在中速工况时，ECU发出信号使两位三通气体电磁阀17的进口气孔和进口气孔的连接，而将进口气孔和泄气孔18断开，第二连动杆26带动第二阀门21离开旁通口7，连通内、外流道；同时，第一执行器13驱动第二连动杆30，带动第一阀门11与中间壁2分离而在极限位置之间的某一位置。

当发动机处在高速工况时，ECU发出信号使两位三通气体电磁阀17切断进口气孔和进口气孔的连接，而将进口气孔和泄气孔18连通，第二连动杆26带动第二阀门21将旁通口7关闭，隔离内、外流道；同时，第一执行器13驱动第一连动杆30，带动第一阀门11靠近外流道6上的凹槽16。

本发明各工况的实施例如下：

如附图6所示，发动机低速工况时，所述的阶段式可调流量涡轮壳要减小流道流通截面，增加涡轮壳体1中废气的流速。

此时，第一执行器13驱动第一阀门11，使其与中间壁2及外流道6的壁面贴合，形成封闭结构，阻止了发动机废气进入外流道6的下游。

同时，第二执行器20驱动第二阀门21使其与中间壁2贴合而将的旁通口7关闭，将内流道3和外流道6隔开。

这样，整个外流道6的上下游都没有废气流动，发动机废气只从内流道3的内流道废气进气口8进入涡轮壳体1的内流道3。由于此时涡轮壳体1的流通截面最小，使得小流量的进气也会在内流道3中获得较高的流速。并且中间壁2的布置使得涡轮进气形式是非全周的，出口喷嘴环5截面积小，从而废气在涡轮壳体1的出口喷嘴环5上能以较高的动能流入涡轮，将更多的废气能量传递给涡轮，充分利用了的废气能量，提高涡轮转子的转速，提高发动机低速工况的进气量，使发动机做更多的功，增加发动机低速扭矩，实现与发动机低速工况的良好匹配，改善发动机低速工况的动力性和瞬态响应性。

附图7所示，发动机中速工况时，所述的阶段式可调流量涡轮壳要适当增加流道流通截面，加大流通能力，同时保证涡轮壳体1中废气所必须的流速。

此时，第一执行器13驱动第一阀门11，使其与中间壁2分离，同时，增压器的传动与控制机构驱动第二阀门21，使其与中间壁2上的旁通口7分离，第二阀门21的旋转顶端13靠近第一阀门11，即第二阀门21处于另一个极限位置。

第一阀门11和第二阀门21及外流道6的壁面对外流道6形成封闭结构，阻止了发动机废气进入外流道6的下游流道。

内流道3和外流道6通过打开的旁通口7实现连通。这样，发动机的废气可以从涡轮壳体1的内流道废气进气口8和外流道废气进气口9进入涡轮壳体1，但是由于第一阀门11和第二阀门21及外流道6的壁面对外流道6形成封闭结构，阻止了从外流道废气进气口9进入外流道6的废气进一步向外流道6的下游流动，而中间壁2上旁通口7的打开，使得进入外流道6上游的废气可以通过旁通口7与内流道3的废气合流，共同流入内流道3的下游流道，而外流道6下游没有废气流动。

也就是说，中速工况时，所述涡轮壳体1是通过打开中间壁2上的旁通口7实现流通截面的扩大，在内流道废气进气口8进气的基础上额外增加外流道废气进气口9进气，涡轮壳体1额外增加的废气进气量有限，这也符合发动机中速工况废气量有限的这一事实，而此时，涡轮壳体1通过内流道废气进气口8和外流道废气进气口9同时进气达到增加废气进气量的要求，又可保证较高的流动速度。

由于第一阀门11和第二阀门21分别与中间壁2形成的夹角均始终为锐角，这就使得废气从外流道6上游经旁通口7进入内流道下游时的流场相对平缓，从而减少流动损失。

中速工况涡轮壳体1的出口喷嘴环5流通截面与低速工况时的出口喷嘴环流通截面是一样的，涡轮也是非全周进气，但相对低速工况而言，中速工况进气量更大，废气在出口喷嘴环5处的流速更大，带入涡轮的能量更多，可转换的功更多，使得涡轮转子转速更高，加强压气机的增压能力。使得采用所述阶段式可调流量涡轮壳的增压器满足发动机中速工况的进气要求。

如附图8所示，发动机高速工况时，发动机所排出的废气量大，废气能量充足，若涡轮壳流道截面较小的话，流道里废气的流速会非常高，容易会引起涡轮转子转速超过标定值，导致压气机增压过度和损害涡轮增压器的零部件。 

所以，在发动机高速工况时，本发明所阶段式可调流量涡轮壳将流道流通截面增加到最大。此时，第一执行器13驱动第一阀门11，使其靠近外流道6外侧壁面上的凹槽16，使外流道6的上、下游连通，以便从外流道废气进气口9进入的废气能顺利流入外流道6的下游流道。

同时，第二执行器20驱动第二阀门21 使其与中间壁2贴合而将的旁通口7关闭，将内流道3和外流道6隔开，使得内流道3下游流动的废气只来自内流道废气进气口8。

这样，整个外流道6的上下游都有废气流动，发动机废气同时分别从内流道废气进气口8和外流道废气进气口9分别进入涡轮壳的内流道3和外流道6，内流道3和外流道6内流动的废气互不影响。

由于此时涡轮壳体1的流通截面最大，使得涡轮壳体1允许较大流量的废气流入。而且，内流道3和外流道6都有废气流动使得涡轮进气是全周形式的，从而在出口喷嘴环5有更大的出口截面供较大流量的废气通过，这样可以使进入涡轮的废气流速不会太高而避免涡轮转子超速。

加上中间壁2的布置，使得废气在涡轮壳体1中流动时，废气流线尽量与中间壁2平行，避免废气产生较大的横向流动，减少大的旋涡流和不同层废气之间的流动摩擦，以便将更多的废气能量传递给涡轮。

涡轮全周进气使得进气分布均匀，降低了增压器的不平衡性，提高了涡轮转换废气能量的效率。涡轮全周进气还使得所有发动机排出的废气都在涡轮壳中充分膨胀，避免废气旁通阀式增压器直接浪费掉部分废气能量的缺点，也为废气中的有害成分的进一步反应创造了条件，降低最后排除排气管的有害成分，降低排放噪声，提高发动机的排放性能。涡轮全周进气，既避免涡轮转子超速又充分利用了的废气能量，实现采用所述阶段式可调流量涡轮壳的增压器与发动机高速工况的良好匹配，提高发动机高速工况的动力性和排放性能。

从以上对发动机各工况的实施例来看，所述阶段式可调流量涡轮壳结构简单，控制灵活，运行可靠。满足发动机高中低等各个工况的进气要求，实现与发动机各工况的高效匹配。采用所述阶段式可调流量涡轮壳的增压器的效率与可变喷嘴环增压器相比有优势，而且废气流动更加合理，结构更简单，零件数更少，可靠性更高。与旁通阀式增压器相比，废气能量利用效率则更高。

以上是我们按照国家专利法对发明进行的说明，本发明具体实现并不受限于上述说明，对于本领域的技术人员会识别本文所公开的具体实施例的改进或代替。这些修改是在本发明的精神和范围内的。

Claims (15)

1.一种阶段式可调流量涡轮壳，包括涡轮壳体（1）；

涡轮壳体（1）内安装有涡轮总成（4）和废气进气流道；涡轮壳体（1）上设有与废气进气流道连通的进气口；

在废气进气流道内设有中间壁（2），中间壁（2）将废气进气流道间隔成内流道（3）和外流道（6）；

所述进气口包括与内流道（3）连通的内流道废气进气口（8）和与外流道（6）连通的外流道废气进气口（9）；

所述外流道（6）内设有可将外流道（6）关闭的第一阀门装置；所述中间壁（2）上设有可将内流道（3）与外流道（6）连通或断开的第二阀门装置；

所述内流道（3）位于涡轮壳体（1）的内侧，外流道（6）位于涡轮壳体（1）的外侧，外流道（6）的弧形流道长度大于内流道（3）的弧形流道长度，内流道（3）和外流道（6）的中心线均垂直于涡轮壳轴线；

所述中间壁（2）上在靠近进气口的位置设有旁通口（7），第二阀门装置包括安装在旁通口（7）处的第二阀门（21），第二阀门（21）可在外流道（6）内旋转，第二阀门（21）连接有第二阀门转轴（22），所述第二阀门转轴（22）安装在旁通口（7）远离进气口的一侧的位置。

2.根据权利要求1所述的一种阶段式可调流量涡轮壳，其特征在于：

所述第一阀门装置包括安装在外流道（6）内的第一阀门（11）；

第一阀门（11）靠近进气口的一端传动连接有第一阀门转轴（10），第一阀门转轴（10）位于外流道（6）外侧壁面上；

第一阀门（11）远离第一阀门转轴（10）的一端可在阀门转轴（10）的带动下沿进气方向下游的外流道（6）内旋转。

3.根据权利要求2所述的阶段式可调流量涡轮壳，其特征在于：第一阀门（11）旋转时与中间壁（2）形成的夹角始终为锐角。

4.根据权利要求3所述的阶段式可调流量涡轮壳，其特征在于：第一阀门转轴（10）的轴线与外流道的中心线垂直。

5.根据权利要求4所述的阶段式可调流量涡轮壳，其特征在于：所述外流道（6）外侧壁面上从安放第一阀门转轴（10）的位置开始，设有一个结构形状与第一阀门（11）相对应的凹槽（16），以放置贴近外流道（6）外侧壁面时的第一阀门（11），即凹槽（16）作为第一阀门（11）的一个极限位置。

6.根据权利要求5所述的阶段式可调流量涡轮壳，其特征在于：所述第一阀门转轴（10）连接有第一执行器控制装置。

7.根据权利要求6所述的阶段式可调流量涡轮壳，其特征在于：所述第一执行器控制装置包括通过执行器支架（14）安装在涡轮壳体（1）外部的第一执行器（13），第一执行器（13）的外部设有第一执行器推杆（32），第一执行器（13）内设有第一活塞（28），第一活塞（28）与第一执行器（13）的壳体密封滑动连接，所述第一执行器推杆（32）的一端位于第一执行器（13）内并与第一活塞（28）固定连接，另一端通过第一连动杆（30）与第一阀门转轴（10）传动连接。

8.根据权利要求7所述的阶段式可调流量涡轮壳，其特征在于：所述第一执行器推杆（32）位于第一执行器（13）的壳体内的部分的外侧套装有第一执行器弹簧（27）。

9.根据权利要求8所述的阶段式可调流量涡轮壳，其特征在于：所述第一执行器（13）上设有第一气孔（29），所述第一气孔（29）上连接有第一连通管（12），安装时，该第一连通管（12）与相应压气机出口连通。

10.根据权利要求9所述的阶段式可调流量涡轮壳，其特征在于：第二阀门（21）旋转时与中间壁（2）形成的夹角始终为锐角。

11.根据权利要求10所述的阶段式可调流量涡轮壳，其特征在于：所述第二阀门转轴（22）的轴线与外流道（6）的中心线垂直。

12.根据权利要求11所述的阶段式可调流量涡轮壳，其特征在于：所述第二阀门转轴（22）连接有第二执行器控制装置。

13.根据权利要求12所述的阶段式可调流量涡轮壳，其特征在于：

第二执行器控制装置包括安装在涡轮壳体（1）外部的第二执行器（20）；

第二执行器（20）的外部设有第二执行器推杆（31），第二执行器（20）内设有第二活塞（24），第二活塞（24）与第二执行器（20）的壳体密封滑动连接，所述第二执行器推杆（31）的一端位于第二执行器（20）内并与第二活塞（24）固定连接，另一端通过第二连动杆（26）与第二阀门转轴（22）传动连接。

14.根据权利要求13所述的阶段式可调流量涡轮壳，其特征在于：

所述第二执行器推杆（31）位于第二执行器（20）的壳体内的部分的外侧套装有第二执行器弹簧（23）。

15.根据权利要求14所述的阶段式可调流量涡轮壳，其特征在于：

所述第二执行器（20）上设有第二气孔（25），第二气孔（25）连通有第三连通管（19），第三连通管（19）的另一端连接有两位三通气体电磁阀（17），第二执行器（20）的工作状态由两位三通气体电磁阀（17）进行控制；

所述两位三通气体电磁阀（17）上设有出口气孔、进口气孔及泄气孔（18），安装时，出口气孔与第三连通管（19）连通；进口气孔通过第二连通管（15）与相应压气机出口通道连通；所述两位三通气体电磁阀（17）电连接有发动机电控单元（ECU），两位三通气体电磁阀（17）的工作状态由发动机电控单元（ECU）控制。

Images