CN105298633A - 一种可调式废气涡轮增压器 - Google Patents

一种可调式废气涡轮增压器 Download PDF

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申华
袁小平
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Abstract

本发明公开了一种可调式废气涡轮增压器，包括压气机壳、轴承壳、涡轮壳，所述压气机壳、增压器涡轮壳固定连接在轴承壳轴向的两端，所述轴承壳内沿轴向设有一转轴，该转轴通过轴承可转动支撑于轴承壳，转轴的一端伸入压气机壳内，转轴的另一端伸入涡轮壳内，所述转轴位于压气机壳内的一端周向固定压气叶轮，所述转轴位于增压器涡轮壳内的一端周向固定涡轮，所述压气机壳的进气管内设置可调进口导叶，压气机壳的出气口设置可调扩压器，所述涡轮壳的进气口设置涡轮可调喷嘴环。它可以实现压气机在不同转速、流量、压力工况下都具有较好的效率和较低的功耗，同时提高了涡轮转速和做功效率。

Description

一种可调式废气涡轮增压器
技术领域
本发明涉及涡轮增压技术领域，特别是涉及一种可调式废气涡轮增压器。
背景技术
废气涡轮增压器的工作原理是利用柴油机排出废气驱动涡轮，由涡轮带动与其连在同一轴上的离心式压气机旋转，将空气压缩后送入气缸供燃烧使用，由于空气压缩后提高了空气(氧气)密度，能在不改变柴油机体积的情况下，提升柴油机的功率，同时由于高压进气也提高了气缸的空气与废气的交换能力，降低气缸温度、改善柴油机缸内燃烧状况，由于涡轮增压器是利用柴油机的废气能量、没有附加的驱动设施，因此对降低油耗、减少排放起作决定性，是现代发动机不可缺少的关键部套件之一。
传统涡轮增压器的压气机、涡轮都是不能调整的，在一些专利中也描述了涡轮增压器的涡轮喷嘴可调，或者压气机的扩压器可调，这些种类的废气涡轮压器的调节结构单一，其调节范围比较有限，都不能完全解决增压器发动机特别是现在的高强化程度发动机带来的高压比进气条件下的部分负荷与额定负荷的燃油经济性和排放完全达到现在的欧五、IMOTierIII等发动机排放标准。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可调式废气涡轮增压器，它可以实现压气机在不同转速、流量、压力工况下都具有较好的效率和较低的功耗，同时提高了涡轮转速和做功效率。
本发明的目的是这样实现的：
一种可调式废气涡轮增压器，包括压气机壳、轴承壳、涡轮壳，所述压气机壳、增压器涡轮壳固定连接在轴承壳轴向的两端，所述轴承壳内沿轴向设有一转轴，该转轴通过轴承可转动支撑于轴承壳，转轴的一端伸入压气机壳内，转轴的另一端伸入涡轮壳内，所述转轴位于压气机壳内的一端周向固定压气叶轮，所述转轴位于增压器涡轮壳内的一端周向固定涡轮，所述压气机壳的进气管内设置可调进口导叶，压气机壳的出气口设置可调扩压器，所述涡轮壳的进气口设置涡轮可调喷嘴环。
为了实现导叶可调，优选地，所述可调进口导叶包括第一驱动盘以及若干导叶，所述若干导叶沿进气管周向均匀分布于进气管内，各导叶的转轴沿进气管径向延伸且可转动地支撑于进气管管壁上设有的配合孔，各导叶转轴的端部伸出进气管管壁且分别连接一个第一拨块的固定端，所述第一驱动盘可转动地套在进气管上，所述各第一拨块的自由端与第一驱动盘之间通过关节轴承连接。进口导叶调节机构与可调可压器和可调喷嘴环相比，调节角度范围较大，能达到全开和全闭。
为了防止导叶的转轴与进气管之间发生磨损，优选地，所述各导叶的转轴与进气管上对应的配合孔之间分别设有内衬套和外衬套。
为了将第一驱动盘安装在进气管上，并轴向定位，优选地，所述第一驱动盘包括半环状的第一半块、第二半块，第一半块、第二半块通过螺栓固定连接成环状的第一驱动盘，第一驱动盘上沿周向均匀设有若干支撑轴承，第一驱动盘通过各支撑轴承可转动地支撑于进气管上沿周向设有的环形凹槽中。
为了驱动第一驱动盘转动，进而带动导叶转动，优选地，还包括驱动杆，所述第一驱动盘与驱动杆通过螺栓铰接。
为了实现扩压器叶片可调，优选地，所述可调扩压器包括第二驱动盘以及若干扩压器叶片，所述轴承壳与压气机壳对应的一端固定呈环状的压端隔墙，所述扩压器叶片设置在压端隔墙与压气机壳相邻的一侧，所述压端隔墙另一侧设置若干第二拨块与扩压器叶片对应，所述若干扩压器叶片沿压端隔墙周向均匀分布，各若干扩压器叶片的转轴沿压端隔墙轴向延伸且可转动地支撑于压端隔墙上设有的支撑孔，所述各扩压器叶片转轴的端部伸出对应的支撑孔与对应的第二拨块的固定端铰接，第二拨块的自由端与第二驱动盘铰接。本可调扩压器的第二驱动盘不需要额外的径向定位，可以防止发生摩擦，减少轴承等零件以及支撑结构，使废气涡轮增压器结构更加简单，制作成本更低。
为了驱动第二驱动盘旋转，进而带动扩压器叶片旋转，优选地，所述第二驱动盘连接一用于驱动第二驱动盘偏心旋转的直线驱动器。
为了使直线驱动器带动第二驱动盘旋转，并提供支点，优选地，所述第二驱动盘上固定一根沿第二驱动盘轴向延伸的连接轴，所述连接轴通过支撑轴承可转动地支撑于轴承壳，连接轴的一端连接连杆的一端，所述连杆的另一端通过螺栓连接所述的直线驱动器。
为了精确地调节扩压器叶片的转动范围，并限制极限值，优选地，所述连杆的下方设有刻度盘，所述刻度盘固定在所述压气机壳上，所述刻度盘上设有两个用于限定直线驱动器行程范围的限位器。
为了提高直线驱动器的调节精度，优选地，所述直线驱动器为伺服电动缸，直线驱动器通过螺栓固定在轴承壳上设有的的支座上。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
在实际使用过程中由于离心式压气机固有的特性：在不同转速、压力和流量工况下，叶轮进口、出口气流速度都不一样，因此通过调整叶轮前的进口导叶的角度来改变叶轮进口处气流角度，使气流角度能达到最佳设计点要求，同时调整叶轮后的扩压器叶片角度，使扩压器叶片的角度达到设计角度要求，从而实现压气机在不同转速、流量、压力工况下都具有较好的效率ηc和较低的功耗wc。发动机排出的废气进入增压器涡轮壳，从可调喷嘴环的外圆处进入喷嘴环，然后再从径向进入涡轮驱动其转动带动同一轴上的压气叶轮旋转压缩空气。在使用过程中根据废气的可用功w调整可调喷嘴环的角度和叶片与叶片之间的最小距离控制废气进入涡轮的角度和速度，实现提高涡轮做工能力效率和转速，使涡轮的功率wt＝w*ηt＝wc/ηc/η,同时压气叶轮的转速与涡轮的转速相等。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为可调进口导叶的结构示意图；
图3为图2的侧视示意图；
图4为可调扩压器的结构示意图；
图5为图4的侧视示意图。
附图标记
附图中，1为涡轮，2为涡轮壳，3为可调喷嘴环，4可调可调扩压器，4-1为若干扩压器叶片，4-2为连接轴，4-3为支撑轴承，4-4为限位器，4-5为螺栓，4-6为直线驱动器，4-7为支座，4-8为螺栓，4-9为密封圈，4-10为连杆，4-11为刻度盘，4-12为压端隔墙，4-13为第二驱动盘，4-14为螺栓，4-15为第二拨块，5压气叶轮，6压气机壳，7进气管，8可调进口导叶，8-1为内衬套，8-2为外衬套，8-3为弹性圆柱销，8-4为导叶，8-5为第一拨块，8-6为螺栓，8-7为驱动杆，8-8为第一驱动盘，8-9关节轴承，8-10为螺栓，8-11为螺栓，8-12为支撑轴承8-12，9轴承壳。
具体实施方式
参见图1-图5，为一种可调式废气涡轮增压器的一种较佳的实施例，本实施例中，所述废气涡轮增压器的压气机为离心式压气机。包括压气机壳6、轴承壳9、涡轮壳2，所述压气机壳6、增压器涡轮壳2固定连接在轴承壳9轴向的两端，所述轴承壳9内沿轴向设有一转轴，该转轴通过轴承可转动支撑于轴承壳9，转轴的一端伸入压气机壳6内，转轴的另一端伸入涡轮壳2内，所述转轴位于压气机壳9内的一端周向固定压气叶轮5，所述转轴位于增压器涡轮壳2内的一端周向固定涡轮1，所述压气机壳6的进气管7内设置可调进口导叶8，压气机壳6的出气口设置可调扩压器4，所述涡轮壳2的进气口设置涡轮可调喷嘴环3。
所述可调进口导叶8包括第一驱动盘8-8以及若干导叶8-4，所述若干导叶8-4沿进气管7周向均匀分布于进气管7内，各导叶8-4的转轴沿进气管7径向延伸且可转动地支撑于进气管7管壁上设有的配合孔，各导叶8-4转轴的端部伸出进气管7管壁且分别连接一个第一拨块8-5的固定端，所述各导叶8-4的转轴与进气管7上对应的配合孔之间分别设有内衬套8-1和外衬套8-2。本实施例中，导叶8-4转轴通过弹性圆柱销8-3与拨块8-5连接在一起，并随其转动。所述第一驱动盘8-8可转动地套在进气管7上，所述各第一拨块8-5的自由端与第一驱动盘8-8之间通过关节轴承8-9连接，关节轴承8-9的一端通过螺栓8-6与第一拨块8-5铰接，另一端通过螺栓8-11与第一驱动盘8-8铰接。
所述第一驱动盘8-8包括半环状的第一半块、第二半块，第一半块、第二半块通过螺栓8-10固定连接成环状的第一驱动盘8-8，第一驱动盘8-8上沿周向均匀设有若干支撑轴承8-12，第一驱动盘8-8通过各支撑轴承8-12可转动地支撑于进气管7上沿周向设有的环形凹槽中。还包括驱动杆8-7，所述第一驱动盘8-8与驱动杆8-7通过螺栓铰接。
所述可调扩压器4包括第二驱动盘4-13以及若干扩压器叶片4-1，所述轴承壳9与压气机壳6对应的一端固定呈环状的压端隔墙4-12，所述压端隔墙4-12与压气机壳6之间设有密封圈4-9，所述扩压器叶片4-1设置在压端隔墙4-12与压气机壳6相邻的一侧，所述压端隔墙4-12另一侧设置若干第二拨块4-15与扩压器叶片4-1对应，所述若干扩压器叶片4-1沿压端隔墙4-12周向均匀分布，各若干扩压器叶片4-1的转轴沿压端隔墙4-12轴向延伸且可转动地支撑于压端隔墙4-12上设有的支撑孔，所述各扩压器叶片4-1转轴的端部伸出对应的支撑孔与对应的第二拨块4-15的固定端铰接，第二拨块4-15的自由端通过螺栓4-14与第二驱动盘4-13铰接，所述第二驱动盘4-13以偏心旋转方式带动可调扩压器叶片4-1转动。所述第二驱动盘4-13连接一用于驱动第二驱动盘4-13偏心旋转的直线驱动器4-6，本实施例中，所述直线驱动器1为伺服电动缸，直线驱动器1通过螺栓4-8固定在轴承壳9上设有的的支座4-7上。
所述第二驱动盘4-13上固定一根沿第二驱动盘轴向延伸的连接轴4-2，所述连接轴4-2通过支撑轴承4-3可转动地支撑于轴承壳9，连接轴4-2的一端连接连杆4-10的一端，所述连杆4-10的另一端通过螺栓4-5连接所述的直线驱动器4-6。所述连杆4-10的下方设有刻度盘4-11，所述刻度盘4-11固定在所述压气机壳6上，所述刻度盘4-11上设有两个用于限定直线驱动器4-6行程范围的限位器4-4。
可调喷嘴环3的结构采用申请号为201510226312.9的船用混流式涡轮增压器的可调喷嘴环结构，当然，本实施例也可以采用其他结构的可调喷嘴环结构。可调喷嘴环在涡轮高温端，考虑到温度的不同材料线膨胀影响，防止叶片转轴和支撑孔受高温而咬死，因此叶片转轴和转轴孔之间的间隙设计较大，为了防止泄漏还设有活塞环。
本发明的工作过程如下：
增压器工作时，空气被旋转压气叶轮的通过进口可调进口导叶12从叶轮轴向吸入叶轮、经叶轮压缩后从叶轮外边径向流出叶轮，通过可调扩压器叶片7后，流入压气机壳6，经压气机壳6收集后送入发动机气缸。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种可调式废气涡轮增压器，包括压气机壳(6)、轴承壳(9)、涡轮壳(2)，所述压气机壳(6)、增压器涡轮壳(2)固定连接在轴承壳(9)轴向的两端，所述轴承壳(9)内沿轴向设有一转轴，该转轴通过轴承可转动支撑于轴承壳(9)，转轴的一端伸入压气机壳(6)内，转轴的另一端伸入涡轮壳(2)内，所述转轴位于压气机壳(9)内的一端周向固定压气叶轮(5)，所述转轴位于增压器涡轮壳(2)内的一端周向固定涡轮(1)，其特征在于：所述压气机壳(6)的进气管(7)内设置可调进口导叶(8)，压气机壳(6)的出气口设置可调扩压器(4)，所述涡轮壳(2)的进气口设置涡轮可调喷嘴环(3)。
2.根据权利要求1所述的一种可调式废气涡轮增压器，其特征在于：所述可调进口导叶(8)包括第一驱动盘(8-8)以及若干导叶(8-4)，所述若干导叶(8-4)沿进气管(7)周向均匀分布于进气管(7)内，各导叶(8-4)的转轴沿进气管(7)径向延伸且可转动地支撑于进气管(7)管壁上设有的配合孔，各导叶(8-4)转轴的端部伸出进气管(7)管壁且分别连接一个第一拨块(8-5)的固定端，所述第一驱动盘(8-8)可转动地套在进气管(7)上，所述各第一拨块(8-5)的自由端与第一驱动盘(8-8)之间通过关节轴承(8-9)连接。
3.根据权利要求2所述的一种可调式废气涡轮增压器，其特征在于：所述各导叶(8-4)的转轴与进气管(7)上对应的配合孔之间分别设有内衬套(8-1)和外衬套(8-2)。
4.根据权利要求2所述的一种可调式废气涡轮增压器，其特征在于：所述第一驱动盘(8-8)包括半环状的第一半块、第二半块，第一半块、第二半块通过螺栓(8-10)固定连接成环状的第一驱动盘(8-8)，第一驱动盘(8-8)上沿周向均匀设有若干支撑轴承(8-12)，第一驱动盘(8-8)通过各支撑轴承(8-12)可转动地支撑于进气管(7)上沿周向设有的环形凹槽中。
5.根据权利要求2所述的一种可调式废气涡轮增压器，其特征在于：还包括驱动杆(8-7)，所述第一驱动盘(8-8)与驱动杆(8-7)通过螺栓铰接。
6.根据权利要求1所述的一种可调式废气涡轮增压器，其特征在于：所述可调扩压器(4)包括第二驱动盘(4-13)以及若干扩压器叶片(4-1)，所述轴承壳(9)与压气机壳(6)对应的一端固定呈环状的压端隔墙(4-12)，所述扩压器叶片(4-1)设置在压端隔墙(4-12)与压气机壳(6)相邻的一侧，所述压端隔墙(4-12)另一侧设置若干第二拨块(4-15)与扩压器叶片(4-1)对应，所述若干扩压器叶片(4-1)沿压端隔墙(4-12)周向均匀分布，各若干扩压器叶片(4-1)的转轴沿压端隔墙(4-12)轴向延伸且可转动地支撑于压端隔墙(4-12)上设有的支撑孔，所述各扩压器叶片(4-1)转轴的端部伸出对应的支撑孔与对应的第二拨块(4-15)的固定端铰接，第二拨块(4-15)的自由端与第二驱动盘(4-13)铰接。
7.如权利要求6所述的一种可调式废气涡轮增压器，其特征在于：所述第二驱动盘(4-13)连接一用于驱动第二驱动盘(4-13)偏心旋转的直线驱动器(4-6)。
8.如权利要求6所述的一种可调式废气涡轮增压器，其特征在于：所述第二驱动盘(4-13)上固定一根沿第二驱动盘轴向延伸的连接轴(4-2)，所述连接轴(4-2)通过支撑轴承(4-3)可转动地支撑于轴承壳(9)，连接轴(4-2)的一端连接连杆(4-10)的一端，所述连杆(4-10)的另一端通过螺栓(4-5)连接所述的直线驱动器(4-6)。
9.如权利要求6所述的一种可调式废气涡轮增压器，其特征在于：所述连杆(4-10)的下方设有刻度盘(4-11)，所述刻度盘(4-11)固定在所述压气机壳(6)上，所述刻度盘(4-11)上设有两个用于限定直线驱动器(4-6)行程范围的限位器(4-4)。
10.如权利要求6所述的一种可调式废气涡轮增压器，其特征在于：所述直线驱动器(1)为伺服电动缸，直线驱动器(1)通过螺栓(4-8)固定在轴承壳(9)上设有的的支座(4-7)上。
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