CN108361077A - 一种可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涉及涡轮增压器领域，包括定位销、盖板、开度环和喷嘴环，喷嘴环为圆环形，若干个喷嘴叶片成周向均匀阵列位于喷嘴环的一侧面，相邻喷嘴叶片之间的开口部分为进气槽；开度环为环形，直径尺寸略大于喷嘴环，开度环在周向设计有若干开度槽，数量与喷嘴叶片数量相等，开度环位于喷嘴环外侧，控制喷嘴开度大小；喷嘴叶片从入口到出口为非等高设计，由H1渐变为H2，且H1＞H2。本发明提供的一种可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构，气体在进气槽内流动时，由于空间渐缩，流速和压力会逐渐增大，所以气动性能和气动效率会被提高。

Description

一种可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构

技术领域

本发明涉及涡轮增压器领域，尤其涉及一种可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构。

背景技术

涡轮增压器是与内燃式发动机结合使用的装置，用于通过压缩输送到发动机进气口的空气以便与燃料混合并在发动机中燃烧来增大发动机的功率输出。涡轮增压器包括安装在压缩机壳体中压缩机叶轮和安装在涡轮机壳体中的涡轮。其中，涡轮机壳体与压缩机壳体分开地形成，并且还有另一个中间壳体连接在涡轮机壳体和压缩机壳体之间，用于轴承的安装及冷却润滑。涡轮机壳体限定出包围涡轮的大致环形流道，排气从发动机进入流道并吹向涡轮，并驱动涡轮转动，涡轮机带动同轴连接的压缩机转动。空气经过压缩机叶轮被压缩，然后从壳体出口连接到到发动机进气口。

在利用涡轮增压器来助推发动机性能方面的一个挑战是在发动机的整个工作范围内实现期望大小的发动机功率输出。已经发现，利用固定喷嘴尺寸的涡轮增压器通常不容易达到该目的；通过调节涡轮增压器的涡轮的进气流，在改善控制由涡轮增压器向相关内燃发动机输送的增压量的能力方面提供了公知的工作优点。通过在通向涡轮叶轮内的喷嘴中结合可变的几何形状，实现了对废气冲击涡轮的调节。通过改变喷嘴流动区域的大小，可调节进入涡轮叶轮的流量，从而调节由涡轮增压器的压缩机所提供的总体增压。

用于涡轮增压器的可变几何形状的喷嘴目前通常分为两个主要类型：可变叶片喷嘴和滑动活塞喷嘴。叶片通常包括在涡轮喷嘴中，用于沿有利的方向将排气引导至涡轮中。对于可变叶片喷嘴，一排周向间隔开的叶片沿轴向延伸穿过喷嘴，并可以被驱动装置驱动同步转动。来自涡壳流道的排气沿径向向内流动穿过叶片之间的通路，并且叶片可以改变气流流动的方向，以便沿期望的方向引导废气流入涡轮叶轮中。在大多数可变叶片喷嘴中，叶片可围绕其轴线旋转，以改变叶片所设置的角度，从而改变叶片间通路的流动区域。可变叶片喷嘴调节比较灵活，但是复杂的结构限制了可变叶片喷嘴的使用范围，由于运动零部件较多，在高温下极易出现卡滞失效的风险，所以可变叶片喷嘴的使用温度范围受到限制；同时，由于可变叶片喷嘴的结构复杂，成本比较高，同样也限制了其应用范围。

在滑动活塞型的喷嘴中，喷嘴也可以包括叶片，但是叶片固定在适合的位置上。通过在涡轮壳体内的孔洞中滑动的轴向滑动活塞，实现了喷嘴流动区域的改变。活塞是管状的，并且刚好位于喷嘴的径向内部。活塞的轴向运动有效改变了喷嘴的引入涡轮叶轮的轴向程度，从而改变了在涡轮叶轮入口处的“喉部区域”。当叶片包括在喷嘴中时，活塞可邻近叶片的径向内部边缘(即，后缘)滑动；作为备选，活塞和叶片可沿径向方向重叠，且活塞可包括槽口，用于在活塞沿轴向滑动以调整喷嘴时收容叶片的至少一部分。对于这种滑动活塞型喷嘴，并没有被广泛应用，主要是由于其控制结构难以被布置，由于其活塞需要在轴向滑动，所以控制机构也需要是轴向控制，由于涡壳一侧与中间壳相连接，一侧与尾气处理管路相连接，所以控制机构很难被布置在轴向。

可变叶片型和滑动活塞型的可变喷嘴，二者均具有优点和缺点。例如，具有可旋转叶片的可变叶片喷嘴通常具有良好的空气动力性能，但由于活动零件的数量很多，故而在机械上很复杂。滑动活塞型可变喷嘴在机械上简单得多，具有很少的活动零件，但通常在空气动力上不如可变叶片喷嘴好。

本公司已提交专利申请(专利号为201810373619.5，专利名称“用于涡轮增压器的可变喷嘴及其控制方法和涡轮增压器”)，以可行的设计结构，集合了叶片型喷嘴与滑动活塞型喷嘴的优点，结构简单，生产成本低，控制容易实现，同时气动性能优良。为了进一步提高气动性能和效率，本领域的技术人员为该专利产品开发了一种可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是进一步改善气动性能，提高气动效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构，包括定位销、盖板、开度环和喷嘴环，喷嘴环成基本的圆环形结构，若干个喷嘴叶片成周向均匀阵列位于喷嘴环的一侧面上，相邻喷嘴叶片之间的开口部分即进气槽，用于引导废气吹向涡轮；开度环是环形结构，直径尺寸略大于喷嘴环，开度环在周向设计有若干开口槽即开度槽，数量与喷嘴叶片数量一致；开度环位于喷嘴环外侧，控制喷嘴开度大小；盖板位于喷嘴环与涡壳之间，一方面为喷嘴环提供保护密封，另一方面为定位销提供安装孔；喷嘴叶片从入口到出口为非等高设计，由H1渐变为H2，H1为喷嘴叶片入口高度，H2为喷嘴叶片出口高度，且H1＞H2。

进一步地，喷嘴叶片是喷嘴环的一部分，两者是一个整体，喷嘴叶片的角度固定不可调整。

进一步地，喷嘴叶片角度设计为约等于效率最优的入射角度。

进一步地，开度环与喷嘴环之间要留有间隙，以防止高温导致开度环与喷嘴环产生卡滞。

进一步地，开度环与喷嘴环之间间隙范围0.2～1mm。

进一步地，开度槽的周向宽度与喷嘴叶片之间的进气槽大致相等，开口槽的高度与喷嘴叶片的高度大致相等，当开度环上的开度槽与喷嘴叶片之间的进气槽重合面积最大时，喷嘴组件开度最大，当开度槽与进气槽重合面积最小时，喷嘴组件开度最小，开度环上的开度槽与喷嘴叶片之间的进气槽重合的面积即决定了喷嘴组件的开度大小，开度环上的开度槽与喷嘴叶片之间的进气槽重合的面积最大、最小需要根据发动机实际需求设置。

进一步地，开度环轴向一侧设计有拨叉槽和拨叉，拨叉在该位置拨动开度环运动，即调整开度大小。

进一步地，拨叉以旋转的方式拨动拨叉槽，驱动开度环转动。

进一步地，驱动拨叉的方式有多种，可以是电控执行器驱动，也可以是气动执行器驱动。

进一步地，盖板与喷嘴叶片配合的面设计为形状相同的锥面，从而保证两个锥面可以贴合到一起。

进一步地，盖板与喷嘴叶片通过非固定的连接方式装配在一起。

进一步地，盖板与喷嘴叶片的连接方式为螺栓连接或者铆钉压装。

进一步地，H2的高度设计要保证能够满足产品最大废气流量的要求，H1的高度设计要保证在涡壳流道内的安装可行性，避免与涡壳干涉。

本发明提供的一种可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构，进气槽的空间从入口到出口逐渐减小，气体在进气槽内流动时，由于空间渐缩，流速和压力会逐渐增大，所以气动性能和气动效率会被提高；同时零部件数量少，结构简单，零件成本及装配成本大幅降低。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的可变喷嘴组件爆炸图；

图2是本发明的一个较佳实施例的可变喷嘴组件安装剖面图；

图3是本发明的一个较佳实施例的盖板和喷嘴叶片锥面配合示意图；

图4是本发明的一个较佳实施例的喷嘴叶片斜度示意图；

图5是本发明的一个较佳实施例的盖板斜度示意图；

图6是本发明的一个较佳实施例的开度环示意图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1和图2所示，本实施例设计的一种可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构包括定位销1、盖板2、开度环4和喷嘴环3。如图3所示，喷嘴环3成基本的圆环形结构，若干个喷嘴叶片31成周向均匀阵列位于喷嘴环3的一侧面上，并且喷嘴叶片31是喷嘴环3的一部分，两者是一个整体，即喷嘴叶片31的角度是固定不可调整的，喷嘴叶片31角度被设计为效率最优的入射角度，相邻叶片之间的开口部分即进气槽32用于引导废气吹向涡轮。如图5所示，喷嘴叶片31从入口到出口为非等高，由H1渐变为H2，H1为喷嘴叶片入口高度，H2为喷嘴叶片出口高度，且H1＞H2，H2保证满足产品最大废气流量的要求，H1保证在涡壳流道内的安装，避免与涡壳干涉。

如图6所示，开度环4是环形结构，直径尺寸略大于喷嘴环3，开度环4与喷嘴环3之间要留有间隙，,防止高温导致开度环4与喷嘴环3产生卡滞。开度环4与喷嘴环3间隙为0.2mm，开度环4在周向设计有若干开口槽即开度槽41，开度槽41数量与喷嘴叶片31数量一致，开度槽41的周向宽度与喷嘴叶片31之间的进气槽相等，开度槽41的高度与喷嘴叶片31的高度相等。当开度环4上的开度槽与喷嘴叶片31之间的进气槽32重合面积最大时，喷嘴组件开度最大，当开度槽41与进气槽32重合面积最小时，喷嘴组件开度最小，开度环4上的开度槽41与喷嘴叶片31之间的进气槽32重合的面积即决定了喷嘴组件的开度大小。

如图6所示，开度环4轴向一侧设计有拨叉槽42，拨叉42在该位置以旋转的方式拨动开度环4运动，即调整开度大小；驱动拨叉42的方式有多种，本实施例采用电控执行器驱动。

如图3所示，盖板2与喷嘴叶片31配合的面为形状相同的锥面，两个锥面可以贴合到一起，盖板2一方面为喷嘴环3提供保护密封，另一方面为定位销1提供安装孔。盖板2与喷嘴叶片31的连接方式为螺栓连接，通过定位销1装配在一起。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构，其特征在于，包括定位销、盖板、开度环和喷嘴环，所述喷嘴环为圆环形，若干个喷嘴叶片成周向均匀阵列位于所述喷嘴环的一侧面，相邻所述喷嘴叶片之间的开口部分为进气槽；所述开度环为环形，直径尺寸略大于所述喷嘴环，所述开度环在周向设计有若干开度槽，数量与所述喷嘴叶片数量相等，所述开度环位于所述喷嘴环外侧，控制喷嘴开度大小；所述喷嘴叶片从入口到出口为非等高设计，由H1渐变为H2，且H1＞H2。

2.如权利要求1所述的可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构，其特征在于，所述喷嘴叶片是和所述嘴环是一个整体，所述喷嘴叶片的角度固定不可调整。

3.如权利要求1所述的可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构，其特征在于，所述喷嘴叶片角度约等于效率最优的入射角度。

4.如权利要求1所述的可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构，其特征在于，所述开度环与所述喷嘴环之间要留有间隙，所述间隙范围0.2～1mm。

5.如权利要求1-4任一所述的可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构，其特征在于，所述开度槽的周向宽度与所述喷嘴叶片之间的进气槽大致相等，所述开度槽的高度与所述喷嘴叶片的高度大致相等，当所述开度槽与所述进气槽重合面积最大时，喷嘴组件开度最大，当所述开度槽与所述进气槽重合面积最小时，喷嘴组件开度最小，所述开度槽与所述进气槽重合的面积最大、最小开度需要根据发动机实际需求设置。

6.如权利要求5所述的可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构，其特征在于，所述开度环轴向一侧设计有拨叉槽和拨叉，所述拨叉以旋转的方式拨动所述拨叉槽，驱动开度环转动，调整喷嘴组件开度大小。

7.如权利要求6所述的可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构，其特征在于，所述拨叉的驱动方式是电控执行器驱动。

8.如权利要求6所述的可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构，其特征在于，所述所述拨叉的驱动方式是气动执行器驱动。

9.如权利要求1所述的可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构，其特征在于，所述盖板与所述喷嘴叶片配合的面为形状相同的锥面，所述盖板与所述喷嘴叶片的锥面可以贴合到一起。

10.如权利要求9所述的可变喷嘴组件的倾斜渐缩的喷嘴叶片结构，其特征在于，所述盖板与所述喷嘴叶片通过非固定的连接方式装配在一起。