CN103557069A - 一种可切换双入口非对称涡轮箱 - Google Patents

一种可切换双入口非对称涡轮箱 Download PDF

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邢卫东
陈化
王增全
程江华
庄丽
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Abstract

本发明涉及一种带切换阀的双入口非对称涡轮箱，包括带两个分支的双通道涡轮箱进口(1)、第一分支(2)、第二分支(3)和非对称的箱体(8)，其特征在于：所述箱体(8)上带有第一涡道(9)和第二涡道(10)，其中第一涡道(9)比第二涡道(10)的A／R小；所述第一分支(2)与第一涡道(9)连接，第二分支(3)与第二涡道(10)连接；还包括位于入口通道的切换阀(4)及切换阀(4)的控制机构。本发明通过采用在涡轮箱进口段安装摆动切换阀来控制双入口非对称涡轮箱的进口气流，可以有效拓宽涡轮流量范围。

Description

一种可切换双入口非对称涡轮箱
技术领域
本发明属于涡轮增压器技术领域，具体涉及一种可变几何涡轮机(简称VGT)结构。
背景技术
为配合内燃机往复的工作过程，涡轮增压器涡轮需要在宽流量范围内工作。当发动机低转速运转时，涡轮流量较小，导致涡轮膨胀比较低，致使涡轮无法提供有效功率驱动压气机。当发动机高转速运转时，涡轮流量大，却可能会导致涡轮阻塞，产生较高的发动机背压。
现有技术中有多种方式可以拓宽涡轮流量范围，如使用放气阀，可变喷嘴等。对于带放气阀涡轮，当膨胀比过高或涡轮做功超出需求时，可通过打开旁通阀或放气阀的方法增加涡轮流量，但该方法只能在一定范围内增加涡轮流量；可变喷嘴涡轮机(简称VNT)通常是用一组可摆动的喷嘴叶片，通过调节喷嘴叶片角度或喷嘴喉口面积来拓宽涡轮流量范围，该方法可在获得较好的流量范围的同时获得合理的涡轮效率，但其成本较高，对发动机燃油也比较敏感，因为燃油残余物会在喷嘴叶片或旋动机构上累积，导致喷嘴叶片卡死。
专利号00819834.9，名称为“带有滑动活塞的可变形状涡轮增压器”公开了一种增压器，该增压器带有可变形状涡轮机进口，该进口处具有一个可移动的柱形活塞，以改变进入涡轮机进口的面积。在第一关闭位置，由挡热板延伸出的叶片与活塞相配合，控制喷嘴的流量；在第二打开位置，活塞与叶片之间隔开一定的距离，以增加进口的面积。但是该专利存在一定的可靠性问题，一旦控制机构失效，可移动的柱形活塞将固定在关闭位置或打开位置，引起涡轮机转速过高或过低，影响涡轮机的流通能力。
发明内容
本发明的目的正是为了解决现有技术的不足，而提出一种可变几何涡轮机，通过一种可切换的双入口非对称涡轮箱改变涡轮流量。
本发明的技术方案是：
一种带切换阀的双入口非对称涡轮箱，包括带两个分支的双通道涡轮箱进口1、第一分支2、第二分支3和非对称的箱体8，其特征在于：所述箱体8上带有第一涡道9和第二涡道10，其中第一涡道9比第二涡道10的A／R小；所述第一分支2与第一涡道9连接，第二分支3与第二涡道10连接；还包括位于入口通道的切换阀4及切换阀4的控制机构。
本发明的有益效果：
本发明采用在涡轮箱进口段安装摆动切换阀来控制双入口非对称涡轮箱的进口气流，拓宽涡轮流量范围。
附图说明
图1为涡轮箱分支切换工作原理；
图2为非对称涡轮箱及转子结构示意图；
图3为切换阀、切换阀支点及阀臂结构示意图；
图4为放气阀结构示意图。
1-涡轮箱进口、2-第一分支、3-第二分支、4-切换阀、5-阀支点、6-阀臂、7-连杆、8-箱体、9-第一涡道、10-第二涡道、11-涡轮转子、12-放气阀、13-放气阀执行器。
具体实施方式
可变几何涡轮机(VGT)的工作原理基于涡道A／R与涡轮流量之间的关系，其中A是涡道喉口面积，R是涡道喉口形心到涡轮转轴的半径距离，涡道的A／R越大，涡轮流量也就越大。
结合图1说明本发明的实施例：一种带切换阀的双入口非对称涡轮箱，包括带两个分支的双通道涡轮箱进口1、第一分支2、第二分支3和非对称的箱体8，所述箱体8上带有第一涡道9和第二涡道10，其中第一涡道9比第二涡道10的A／R小；所述第一分支2与第一涡道9连接，第二分支3与第二涡道10连接，其特征在于：还包括位于入口通道的切换阀4及切换阀4的控制机构。
优选切换阀4的阀控制机构由阀支点5、阀臂6及连杆7组成。
优选切换阀4的阀控制机构采用电机辅助齿轮驱动机构，可以更精准的控制阀的位置。
优选切换阀4支撑于远离涡轮箱入口的一端，阀支点5位于第一分支和第二分支中间，这种布置可以通过单个阀实现不同涡道分支的切换。
优选切换阀4的形状为矩形，厚度为涡轮直径的5％-10％。
较大的L或较小的w／L可减小喷嘴叶片的旋转角度，更好的导向气流，优选两个分支的通道宽度w与切换阀4的长度L之比不大于0.866。
优选切换阀4厚度从支点至前缘从大到小分布，可以在维持切换阀功能的基础上，减轻阀重量。
当发动机转速较低时，切换阀通过阀控制机构调至最右端的位置，进入涡轮箱的废气将进入涡轮箱左边的第一分支2，继而进入与第一分支2连接的第一涡道9，涡轮箱第一涡道9比第二涡道10的A／R小，这样涡轮箱在小A／R涡轮箱的状态下工作，会使涡轮做更多的功，使压气机能提供更高的增压压力。
当发动机转速升高导致涡轮流量增加时，切换阀通过阀控制机构调至最左端的位置，进入涡轮箱的废气将进入涡轮箱右边的第二分支3，继而进入与第二分支3连接的第二涡道10，涡轮箱第二涡道10比第一涡道9的A／R大，这样涡轮箱将在大A／R涡轮箱的状态下工作，在保持合理涡轮膨胀比的同时，可维持较好的涡轮功率。
当发动机转速进一步增加并趋近最大转速时，可通过切换阀控制机构将阀调至中间位置。此时废气可以同时通过第一分支和第二分支，涡轮箱A／R值最大。涡轮流量也增至最大值，并保持涡轮膨胀比可控。
结合图2说明本发明的第二实施例：
一种带切换阀的双入口非对称涡轮箱，包括带两个分支的双通道涡轮箱进口1、第一分支2、第二分支3和非对称箱体8，所述箱体8上带有第一涡道9和第二涡道10，其中第一涡道9比第二涡道10A／R小；所述第一分支2与第一涡道9连接，第二分支3与第二涡道10连接，还包括位于入口通道的切换阀4及切换阀4的控制机构，其特征在于：第一涡道9对准涡轮的轮毂部位，第二涡道10对准涡轮的轮缘部位。
A／R比值会影响涡轮流量及两分支切换过程中涡轮工作的平稳度。优选第一涡道9和第二涡道10的A／R比值都介于0.4至0.8之间。
结合图4说明本发明的第三实施例：
一种带切换阀的双入口非对称涡轮箱，包括带两个分支的双通道涡轮箱进口1、第一分支2、第二分支3和非对称箱体8，所述箱体8上带有第一涡道9和第二涡道10，其中第一涡道9比第二涡道10的A／R小；所述第一分支2与第一涡道9连接，第二分支3与第二涡道10连接，还包括位于入口通道的切换阀4及切换阀4的控制机构，其特征在于：箱体8上带放气阀12与放气阀执行器13。
放气阀12的功能是切换阀4的控制机构失效时为气流提供旁通通道，还可以进一步增加涡轮流量。
当切换阀正常工作，放气阀保持关闭。当切换阀失效时，放气阀可以打开，为气流提供旁通通道以限制涡轮膨胀比。在正常工作时，也可以打开放气阀以进一步增加涡轮流量。

Claims (10)

1.一种带切换阀的双入口非对称涡轮箱，包括带两个分支的双通道涡轮箱进口(1)、第一分支(2)、第二分支(3)和非对称的箱体(8)，其特征在于：所述箱体(8)上带有第一涡道(9)和第二涡道(10)，其中第一涡道(9)比第二涡道(10)的A／R小；所述第一分支(2)与第一涡道(9)连接，第二分支(3)与第二涡道(10)连接；还包括位于入口通道的切换阀(4)及切换阀(4)的控制机构。
2.根据权利要求1所述的带切换阀的双入口非对称涡轮箱，其特征在于：切换阀(4)支撑于远离涡轮箱入口的一端，阀支点(5)位于第一分支(2)和第二分支(3)中间。
3.根据权利要求1所述的带切换阀的双入口非对称涡轮箱，其特征在于：切换阀(4)的阀控制机构由阀支点(5)、阀臂(6)及连杆(7)组成。
4.根据权利要求1所述的带切换阀的双入口非对称涡轮箱，其特征在于：切换阀(4)的阀控制机构采用电机辅助齿轮驱动机构。
5.根据权利要求1所述的带切换阀的双入口非对称涡轮箱，其特征在于：切换阀(4)的形状为矩形，厚度为涡轮直径的5％-10％。
6.根据权利要求1所述的带切换阀的双入口非对称涡轮箱，其特征在于：两个分支的通道宽度w与切换阀(4)的长度L之比不大于0.866。
7.根据权利要求1所述的带切换阀的双入口非对称涡轮箱，其特征在于：切换阀(4)的厚度从支点至前缘从大到小分布。
8.根据权利要求1所述的带切换阀的双入口非对称涡轮箱，其特征在于：第一涡道(9)对准涡轮的轮毂部位，第二涡道(10)对准涡轮的轮缘部位。
9.根据权利要求1所述的带切换阀的双入口非对称涡轮箱，其特征在于：第一涡道(9)和第二涡道(10)的A／R比值都介于0.4至0.8之间。
10.根据权利要求1所述的带切换阀的双入口非对称涡轮箱，其特征在于：箱体(8)上带放气阀(12)与放气阀执行器(13)。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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