CN107084040A - 一种非均匀导流叶片开度的可调向心涡轮增压器调节机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非均匀导流叶片开度的可调向心涡轮增压器调节机构，包括若干个导流叶片均匀地通过安装轴活动安装在圆环形叶片座的一个侧面的圆周上并将圆周等分，各导流叶片的开度沿圆周方向大小互不相等，或者也有可能其中部分导流叶片开度相等，每个导流叶片安装轴的另一端与一个从动摇臂紧固连接，从动摇臂所处的圆周上套装驱动齿圈，各从动摇臂与驱动齿圈的内缘啮合。驱动齿圈带动与导流叶片紧固连接的各从动摇臂同步转动，进而实现导流叶片开度的调整。为了实现精确控制导流叶片与从动摇臂之间的相对安装位置，设计了相应的安装模具，保证安装精度，简化安装流程，提高装配效率。

Description

一种非均匀导流叶片开度的可调向心涡轮增压器调节机构

技术领域

本发明涉及发动机增压器可调向心涡轮技术领域，具体涉及一种非均匀导流叶片开度的可调向心涡轮增压器调节机构。

背景技术

发动机增压技术是利用某种形式的能量驱动压气机，将进气进行压缩，提高进气压力（密度），由此增加气缸单位体积进气量的一项措施。根据压气机驱动方式的不同，发动机增压可分为废气涡轮增压、机械增压和气波增压三种方式。废气涡轮增压是将发动机排出的具有一定能量的废气引入涡轮膨胀做功，驱动与涡轮机同轴旋转的压气机叶轮，将新鲜空气在压气机中压缩后送入气缸。由于利用了废气能量，废气涡轮增压技术作为提高发动机升功率、改善发动机经济性和排放特性的重要措施，在车用发动机上得到了广泛应用。常规废气涡轮增压低速时，排气流量小能量不足，导致发动机低速转矩不足；涡轮增压器自身的惯性使其瞬态响应特性变差，致使加速时经济性和排放特性变差。车用发动机要求低速时输出高转矩和良好的瞬态响应特性。由于常规废气涡轮增压发动机转矩特性与车辆要求的发动机转矩特性不一致，应采取相应的技术措施改善常规废气涡轮增压发动机的转矩特性。可调向心涡轮增压因其改善发动机性能的优势明显而得到广泛应用，成为改善常规涡轮增压发动机低速转矩不足、瞬态响应性差等问题的有效手段。可调向心涡轮增压通过导流叶片开度的变化改变涡轮的有效流通面积，使涡轮的效率特性和流量特性发生变化，从而使涡轮与发动机在较宽广的工况范围内保持良好的匹配。现有技术中公开的可调向心涡轮增压器存在以下主要缺陷：在可调向心涡轮的研发和匹配中一般认为其内部流动是轴对称的。而实际上，蜗壳因集气需要通常设计成螺旋状的几何结构，蜗壳内部靠近壁面存在蜗舌，非轴对称结构是蜗壳固有的结构形式。非轴对称结构使蜗壳出现周向静压畸变的分布形式，导致蜗壳周向压力、速度等流场参数分布不均，蜗壳出口流动在周向存在很大的不均匀性。由于目前可调向心涡轮蜗壳截面形状是依据等环量的假设确定的，故均采用导流叶片开度大小相等的设计方案，无法满足蜗壳出口流动周向不均匀性的实际要求，导致出现蜗壳出口气流角与导流叶片的安装角在周向范围内不能完全匹配，加剧了涡轮的非轴对称流动现象，致使流动损失增加，涡轮效率降低。此外，叶轮流场的非轴对称流动特性还将导致进入叶轮各流道的流量沿周向变化较大，引起叶轮进口相对气流角周向分布不一致，势必造成叶轮进口的攻角损失，致使涡轮效率下降。此外，叶轮叶片载荷的周期性变化有可能诱发叶片振动，会对叶片工作的可靠性和使用寿命产生不利影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非均匀导流叶片开度的可调向心涡轮增压器调节机构，使蜗壳出口气流角与导流叶片的安装角在周向范围内完全匹配，减小了流动损失，提高了涡轮的工作效率。

实现本发明的目的采取如下技术方案：一种非均匀导流叶片开度的可调向心涡轮增压器调节机构，若干个导流叶片均匀地通过安装轴活动安装在圆环形叶片座的一个侧面的圆周上并将圆周等分，每个导流叶片安装轴的另一端与一个从动摇臂紧固连接，从动摇臂所处的圆周上套装有驱动齿圈，各从动摇臂与驱动齿圈的内缘啮合，各导流叶片的开度沿圆周方向大小互不相等，或者也有可能其中部分导流叶片开度相等，蜗壳出口气流角与导流叶片的安装角在周向范围内完全匹配，从而减小流动损失，提高涡轮的工作效率。

本发明中，导流叶片的安装轴与叶片座间为间隙配合，从动摇臂的端面高于导流叶片安装轴的端部。

为了实现调节机构的装配，设计了非均匀导流叶片开度的可调向心涡轮增压器调节机构的安装模具。

本发明中，导流叶片以及从动摇臂的形状可以根据需要确定具体形状。

本发明的非均匀导流叶片开度的可调向心涡轮增压器调节机构的工作原理是这样的：驱动齿圈带动与导流叶片紧固连接的各从动摇臂同步转动，进而实现导流叶片开度的调整。在发动机低速或加速运转时，通过关小导流叶片的开度，减小喷嘴环有效流通面积，使废气流速加快，增压器转速较高，增压压力相对提高，以改善发动机的低速转矩输出特性和瞬态响应特性；在发动机高速运转时，通过加大导流叶片的开度，增加喷嘴环有效流通面积，增压压力则相对减小，防止高速时增压器超速、增压压力和发动机热负荷过高。

本发明取得的有益效果是：1、本发明中各导流叶片的开度沿圆周方向设计成大小互不相等，或根据实际情况，也有可能其中部分导流叶片开度相等，使导流叶片的安装角与蜗壳出口气流角在周向范围内相适应，以减小流动损失，达到提高涡轮工作效率的目的。2、本发明中导流叶片的安装轴与叶片座间采用间隙配合，使运动阻力降低；从动摇臂的端面高于导流叶片安装轴的端部，便于焊接，能够防止焊点突出，造成安装困难。

附图说明

图1为本发明的结构示意图（正面视图）。

图2为本发明的后面视图。

图3为图2的A-A剖视图（图中省略了驱动齿圈）。

图4为本发明的安装模具示意图。

图5为图4的B-B剖视图。

图中标号代表的含义是：

1、导流叶片 2、叶片座 3、从动摇臂 4、驱动齿圈 5、安装模具

α、导流叶片开度。

具体实施方式

以下结合附图以及附图给出的实施例，具体说明本发明。

如附图1、附图2所示，若干个导流叶片1通过安装轴活动地安装在圆环形叶片座2一个侧面的同一圆周上，并将此圆周等分，导流叶片1的开度，导流叶片开度为叶片中心线在转轴处的切线与各叶片转轴所在圆在转轴处的切线间的夹角，沿圆周方向设计成大小互不相等，即α1≠α2……≠αn，或者根据实际情况，也有可能其中部分导流叶片开度相等；若干个与导流叶片1数目相等的从动摇臂3位于叶片座2另一侧面的圆周上，从动摇臂3与导流叶片1的安装轴紧固连接，从动摇臂3所处的外圆周上套装有驱动齿圈4，各从动摇臂3与驱动齿圈4的内缘啮合。驱动齿圈4带动沿所述驱动齿圈4内圈周向设置的若干个从动摇臂3转动，由于从动摇臂3通过安装轴和导流叶片1固连为一体，因此导流叶片1随从动摇臂3同步旋转，实现了导流叶片1开度的调整。

如附图3所示，显示了导流叶片1、叶片座2和从动摇臂3之间的内部连接结构。导流叶片1的安装轴与叶片座2之间为间隙配合，使运动阻力降低，保证了导流叶片1开度调整的灵活性。从动摇臂3与导流叶片1的安装轴连接端开有圆形孔，导流叶片1的安装轴末端截面的形状与从动摇臂3和导流叶片1安装轴连接端中间的圆形孔相同。连接时，导流叶片1安装轴插入从动摇臂3圆形孔中形成间隙配合，且其端部低于从动摇臂3端部，装配时采用焊接固定，保证了导流叶片1和从动摇臂3之间连接的可靠性，且安装时不受焊点突出造成的装配问题使导流叶片1的正常运动受到干涉；该连接方式从动摇臂3和导流叶片1的安装轴之间为圆形连接，既可简化导流叶片1安装轴和从动摇臂3的制造工艺，装配更加简便，又可以防止导流叶片1安装轴和从动摇臂3在高温下的连接失效。

如附图4、附图5所示，为了实现精确控制导流叶片1与从动摇臂3之间的相对安装位置，进而保证各导流叶片开度按计算结果设置，设计了调节机构的安装模具。安装时，首先将各导流叶片1插入安装模具上对应的导流叶片插槽中（安装模具中导流叶片插槽的原始角度设计是通过计算得到的），然后将叶片座2通过各导流叶片1安装轴放置到模具的对应位置，叶片座2与导流叶片1安装轴之间为间隙配合。将导流叶片1安装轴末端插入从动摇臂3对应的圆形孔中形成间隙配合，从动摇臂3驱动端置于安装模具对应的从动摇臂槽孔内，然后采用焊接的方式将从动摇臂3和导流叶片1安装轴固连为一体，从动摇臂的端面高于导流叶片安装轴的端部，便于焊接，能够防止焊点突出，造成安装困难。

由于导流叶片的位置优化是根据涡轮蜗壳进口的相对位置进行的，故蜗壳位置改变后，导流叶片位置优化将失去其应有的作用。因此，安装模具中将其中的一个从动摇臂槽孔设置为通槽，该槽孔对应涡轮进口处的导流叶片位置。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种非均匀导流叶片开度的可调向心涡轮增压器调节机构，其特征在于若干个导流叶片（1）均匀地通过安装轴活动安装在圆环形叶片座（2）的一个侧面的圆周上并将圆周等分，每个导流叶片安装轴的另一端与一个从动摇臂（3）紧固连接，从动摇臂（3）所处的圆周上套装有驱动齿圈（4），各从动摇臂与驱动齿圈的内缘啮合，各导流叶片的开度沿圆周方向大小互不相等。

2.根据权利要求1所述的可调向心涡轮增压器调节机构，其特征在于导流叶片中的部分导流叶片开度相等。

3.根据权利要求1所述的可调向心涡轮增压器调节机构，其特征在于所述导流叶片的安装轴与叶片座间为间隙配合。

4.根据权利要求1所述的可调向心涡轮增压器调节机构，其特征在于从动摇臂（3）的端面高于导流叶片安装轴的端部。