CN112360763B - 涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮增压器。该涡轮增压器包括增压壳体，增压壳体的一侧端面设置有主进气口以及次级进气组件，次级进气组件包括多个呈环状的次级进气口，次级进气组件的多个次级进气口间隔地设置在主进气口的外侧，每个次级进气口内均设置有一个单向阀。本发明可兼顾低速工况以及高速工况下的动力性能，避免影响发动机的经济及排放性能。

Description

涡轮增压器

技术领域

本发明属于发动机动力技术领域，尤其涉及一种涡轮增压器。

背景技术

随着汽车行业的快速发展，国家和市场对于油耗和尾气排放要求日益严格，由于废气涡轮增压器能够提高发动机进气压力，改善空燃比，使发动机燃烧更完全，能够在节油的同时提高发动机功率，减少废气排放，达到节能减排的目的，因此得到越来越广泛的应用。

现有技术中，由于涡轮增压器与汽油机之间无机械功传递，而是以气动方式联系在一起，因此涡轮增压器是涡轮增压发动机的关键机构，其设计的合理性和创新性直接决定涡轮增压发动机的动力性、经济性、排放性能水平，从而影响整车产品的法规符合性和市场竞争力。

在实现本发明的过程中，申请人发现现有技术中至少存在以下不足：

传统的涡轮增压发动机在低速工况下容易出现明显的低速涡轮“迟滞”现象，在高速工况下容易出现动力不足，即“较肉”现象，无法兼顾低速和高速工况下的动力性能，从而影响发动机的经济及排放性能。

因此，需对现有技术进行改进。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种涡轮增压器，以解决现有技术中低速和高速工况下的动力性能不能兼顾的技术问题。

本发明的技术方案为：

一种涡轮增压器，所述涡轮增压器包括：

增压壳体，所述增压壳体的一侧端面设置有主进气口以及次级进气组件，所述次级进气组件包括多个呈环状的次级进气口，所述次级进气组件的多个所述次级进气口间隔地设置在所述主进气口的外侧，每个所述次级进气口内均设置有单向阀。

进一步地，所述涡轮增压器还包括：

主叶轮组件，所述主叶轮组件设置在所述增压壳体内，所述主叶轮组件包括主级叶轮轴和主级叶片，多个所述主级叶片等间隔地固定设置在所述主级叶轮轴的一端的周面上，多个所述主级叶片位于所述主进气口内，所述主级叶轮轴的另一端可转动地连接在所述增压壳体的另一侧的端面上；

次级叶轮组件，所述次级叶轮组件包括次级叶轮轴、连接环以及次级叶片，多个所述次级叶片绕所述次级叶轮轴等角度间隔设置，多个所述次级叶片固定连接在所述连接环上，所述连接环同轴固定在所述次级叶轮轴上，所述次级叶轮轴活动套装在所述主级叶轮轴上，所述次级叶轮轴可选择地与所述主级叶轮轴同轴连接；

优选地，所述次级叶片和所述主级叶片一一对应设置，当所述次级叶轮轴与所述主级叶轮轴同轴连接时，所述次级叶片和对应的所述主级叶片形成一完整叶片。

进一步地，所述次级叶轮轴通过连接组件可选择地与所述主级叶轮轴同轴连接，所述连接组件包括：

固定杆，所述固定杆沿所述主级叶轮轴的径向穿过所述主级叶轮轴，所述固定杆沿轴向中空设置；

弹性复位件，所述弹性复位件设置有两个，两个所述弹性复位件相对设置在所述固定杆内，所述弹性复位件的一端连接在所述固定杆内，所述弹性复位件的另一端向所述固定杆的轴向外侧延伸；

质量块，所述质量块连接在所述弹性复位件的另一端上，所述质量块可在所述固定杆的内部滑动，所述质量块可与所述次级叶轮轴连接。

进一步地，所述固定杆的内部设置有固定板，两个所述弹性复位件的一端分别连接在所述固定板的两侧。

进一步地，两个所述质量块的相背的侧面上均设置有啮齿，所述次级叶轮轴的内侧面设置有和所述啮齿相啮合的啮合部。

可选地，所述次级叶轮轴的内侧面的啮合部呈环状设置。

可选地，所述次级叶轮轴的内侧面的啮合部设置有相对两个。

进一步地，所述主叶轮组件包括连接盘，所述连接盘固定套装在所述主级叶轮轴上，多个所述主级叶片固定设置在所述连接盘上，所述连接盘活动套装在所述连接环内。

进一步地，所述连接盘背向所述主级叶片的一侧设置有限位槽，所述次级叶轮轴的一端设置在所述限位槽中；

所述增压壳体的另一侧端面设置有连接孔，所述连接孔内安装有轴承，所述次级叶轮轴的另一端设置在所述轴承中。

本发明的有益效果是：

本发明所提供的一种涡轮增压器，由于该涡轮增压器包括增压壳体，且增压壳体的一侧端面设置有主进气口以及次级进气组件，次级进气组件包括多个呈环状的次级进气口，次级进气组件的多个次级进气口间隔地设置在主进气口的外侧，每个次级进气口内均设置有单向阀，这样即可根据增压压力的需求，控制单向阀，将多个次级进气口选择性的开启，从而可调节增压壳体的进风量，以满足不同的进气量需求，从而可兼顾低速工况以及高速工况下的动力性能，避免影响发动机的经济及排放性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例的一种涡轮增压器的结构示意图；

图2为图1中的主叶轮组件以及主叶轮组件的装配示意图；

图3为本实施例的次级叶轮组件的结构示意图；

图4为图2中的连接组件的结构示意图；

图5为图4中的质量块的结构示意图；

图6为次级叶轮轴的内部示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供了一种车辆，该车辆上安装有发动机，该发动机包括涡轮增压器。

图1为本实施例的一种涡轮增压器的结构示意图，结合图1，本实施例的涡轮增压器包括增压壳体1、主叶轮组件2以及次级叶轮组件3。

结合图1，本实施例的增压壳体1具有现有技术中的涡轮增压的功能以及外形外，其一侧端面设置有主进气口101以及次级进气组件，次级进气组件包括多个呈环状的次级进气口102，次级进气组件的多个次级进气口102间隔地设置在主进气口101的外侧，每个次级进气口102内均设置有单向阀。

进一步地，本实施例中，主进气口101为常开状态，通过控制次级进气口102内的单向阀，使次级进气口102为选择性开启常开状态，主进气口101开设在增压壳体1的一端侧面的中部，多个次级进气口102绕设在主进气口101的外侧。当涡轮增压器的增压压力需求不大时，单向阀处于关闭状态，次级进气口102处于关闭状态，即只通过主进气口101进气，涡轮增压器的增压压力需求增大时，控制单向阀开启，使次级进气口102打开，此时，通过主进气口101以及次级进气口102共同进气，提高进气量。

本实施例中，次级进气口102内的单向阀可选用电磁阀，具有很好的控制精度和控制灵活度。

另外，本实施例中，次级进气通道内的单向阀的开启逻辑为：首先读取发动机转速和油门开度信号，然后检索单向阀的通电电流预设数据表，最后发出单向阀的通电电流信号，控制单向阀的关闭和开启工作状态，进而控制对应层级进气通道的进气量。

图2为图1中的主叶轮组件以及主叶轮组件的装配示意图，结合图1以及图2，本实施例中，主叶轮组件2设置在增压壳体1内，主叶轮组件2包括主级叶轮轴201和主级叶片202，多个主级叶片202等间隔地固定设置在主级叶轮轴201的一端的周面上，多个主级叶片202位于主进气口101内，主级叶轮轴202的另一端可转动地连接在增压壳体101的另一侧的端面上。

具体地，结合图2，本实施例中，主叶轮组件2还包括连接盘203，连接盘203固定套装在主级叶轮轴201上，多个主级叶片202固定设置在该连接盘203上，以提高主级叶轮轴201和主级叶片202装配的可靠性。

当然，本实施例还可以不设置连接盘203，多个主级叶片202直接固定设置在主级叶轮轴201上。

图3为本实施例的次级叶轮组件的结构示意图，结合图1以及图3，本实施例的次级叶轮组件3包括次级叶轮轴301、连接环302以及次级叶片303，其中，多个次级叶片303绕次级叶轮轴301等角度间隔设置，多个次级叶片303固定连接在连接环302上，连接环302同轴固定在次级叶轮轴301上，次级叶轮轴301活动套装在主级叶轮轴201上，次级叶轮轴301可选择地与主级叶轮轴201同轴连接。

具体地，本实施例中，连接盘203活动套装在连接环302内，当次级叶轮轴301没有和主级叶轮轴201同轴连接时，主级叶轮轴201在次级叶轮轴301内转动，次级叶片303相对主级叶片203不发生相对转动，连接盘203在连接环302内转动，反之，当次级叶轮轴301和主级叶轮轴201同轴连接时，主级叶轮轴201和次级叶轮轴301同步转动，进而带动次级叶片303和主级叶片203同步转动，连接盘203和连接环302同步转动。

进一步地，结合图3，本实施例的次级叶轮组件3还包括连接筋304，连接筋304设置有多个，多个连接筋304的一端均连接在次级叶轮轴301的周面上，多个连接筋304的另一端呈辐射状发散，多个连接筋304的另一端连接在连接环302背向次级叶片303的一侧面上，以实现连接环302和次级叶轮轴301的同轴固定连接。

本实施例中，次级叶片303和主级叶片202一一对应设置，当次级叶轮轴301与主级叶轮轴201同轴连接时，次级叶片303和对应的主级叶片202可形成一完整叶片，以提高进气量。

当然，本实施例中，当次级叶轮轴301与主级叶轮轴201同轴连接时，次级叶片303和对应的主级叶片202也可错位布置，此种布置形式和上述布置形式相比，会产生一定的紊流，进气量会稍有不足，但在转速满足的情况下，进气量也可满足使用需求。

结合图2以及图3，本实施例中，次级叶轮轴301通过连接组件5可选择地与主级叶轮轴201同轴连接。

图4为图2中的连接组件的结构示意图，结合图2以及图4，本实施例的连接组件5包括固定杆501、弹性复位件502以及质量块503，其中，固定杆501沿主级叶轮轴201的径向穿过主级叶轮轴201，固定杆501沿轴向中空设置，弹性复位件502设置有两个，两个弹性复位件502相对设置在固定杆501内，弹性复位件502的一端连接在固定杆501内，弹性复位件502的另一端向固定杆501的轴向外侧延伸，质量块503即连接在弹性复位件502的另一端上，质量块503可在固定杆501的内部滑动，并可与次级叶轮轴301连接。

当主级叶轮轴201的转速较慢时，此时质量块503随主级叶轮轴201同轴转动产生的惯性离心力尚不足以克服弹性复位件502的拉力，因此，质量块503与次级叶轮轴301分离，在此条件下，次级叶轮轴301无驱动力驱动，保持静止状态；当主级叶轮轴201的转速加大时，此时质量块503随主级叶轮轴201同轴转动产生的惯性离心力克服弹性复位件502的拉力，质量块503在固定杆501内向外滑动，质量块503与次级叶轮轴301连接，在此条件下，次级叶轮轴301可和主级叶轮轴201同步转动。

本实施例中，固定杆501的内部设置有固定板，两个弹性复位件502的一端分别连接在固定板504的两侧，即可实现弹性复位件502在固定杆501的内部的连接。

本实施例中的弹性复位件502可选用弹簧、碟簧等，本实施例对此不作限制。

图5为图4中的质量块的结构示意图，结合图5，本实施例中，两个质量块503的相背的侧面上均设置有啮齿504，图6为次级叶轮轴的内部示意图，结合图6，次级叶轮轴301的内侧面设置有和啮齿504相啮合的啮合部305，当啮齿504和啮合部305对接时，即可实现质量块503和次级叶轮轴301的装配，进而实现次级叶轮轴301与主级叶轮轴201同轴连接。

结合图5以及图6，本实施例中，啮齿504和啮合部305均可包括多道锯齿，啮齿504和啮合部305上的锯齿卡接后，具有很好的连接可靠性。

本实施例中，次级叶轮轴301的内侧面的啮合部305可呈环状设置，当然，次级叶轮轴301的内侧面的啮合部305可只设置有相对两个，当啮齿504和两个啮合部305对接后，次级叶片303和对应的主级叶片202可形成一完整叶片，以提高进气量。

当然，本实施例的连接组件也可以采用其他结构，例如该连接组件可以为电机，电机具有两个输出端，次级叶轮轴301的内壁设置有两个和输出端对应的安装孔，控制电机的两个输出端伸缩，当电机的输出端伸至安装孔时，即可将次级叶轮轴301和主级叶轮轴201同轴连接，反之，二者即处于分离状态，本实施例对此不作限制。

进一步地，本实施例中，连接盘203背向主级叶片202的一侧设置有限位槽，次级叶轮轴301的一端设置在限位槽202中，而增压壳体1的另一侧端面设置有连接孔，该连接孔内安装有轴承4，次级叶轮轴301的另一端设置在该轴承4中，即可实现次级叶轮轴301的定位安装。

本实施例中，主进气通道101为常开状态，涡轮增压器的增压压力需求不大时，次级进气通道102处于关闭状态，即只通过主进气口101进气，涡轮增压器的增压压力需求增大时，主级叶片203和次级叶片303同步转动，增压壳体1内部压力低于外部压力，产生负压，使次级进气通道102打开，此时，次级进气通道102和对应的次级进气口102连通，通过主进气口101以及次级进气口102共同进气，提高进气量。

本实施例中，次级进气通道102可设置有个可开启的挡板，挡板可转动地连接在次级进气通道102上，且挡板只可向增压壳体1内部转动，当负压产生时，挡板向增压壳体1内部转动，即可将次级进气通道102开启。次级进气通道102开启幅度，可根据负压大小自动调节。

基于上述涡轮增压器，本实施例还提供了一种涡轮增压器的调节方法，该调节方法包括：

单气道工作模式：当动力需求不高(车辆低速行驶或起步)，涡轮增压器的压力需求不大，主叶轮组件2的主级叶片202转速有限，此时质量块503随主级叶轮轴201转动所产生的惯性离心力尚不足以克服弹性复位件502所产生的回复力，因此，质量块503与次级叶轮轴301分离，在此条件下，次级叶轮组件3无驱动力驱动，保持静止状态。由于次级叶轮组件3不工作，此时涡轮增压器内外的空气压力差不足以开启次级进气口102，此时涡轮增压器仅通过主进气口101进气，以满足此工况下的进气量需求。该工作模式仅单级叶轮工作，涡轮增压器参与工作的主叶轮组件旋转惯量小，因此启动迅速，满足了该整车工况下对增压器快速响应的性能特性需求，有效改善低速工况下的涡轮增压发动机涡轮迟滞现象。

全气道工作模式：当动力需求较高(车辆高速行驶或大油门加速)，增压器增压压力需求较大，主叶轮组件2的主级叶片202转速较高，此时质量块503随主级叶轮轴201转动所产生的惯性离心力可克服弹性复位件502所产生的回复力，因此，质量块503在固定杆501内向外滑动，质量块503与次级叶轮轴301连接，次级叶轮轴301和主级叶轮轴201同轴连接，二者同步转动，由于主叶轮组件2、次级叶轮组件3同时工作，涡轮增压器内外的空气压力差可使次级进气口102开启，此时涡轮增压器通过主进气口101以及次级进气口102共同进气，以满足此工况下的进气量需求，进一步增加进气量。该工作模式下所有进气叶轮均开启，涡轮增压器通过所有进气口共同进气，以满足此工况下的大进气量需求，有效提升整车高动力工况下的发动机输出功率。

另外，需要说明的是，本实施例的涡轮增压器还可以设置有更多级别的叶轮组件，相应的也设置有更多级别的进气口，这样可根据动力需要，进气叶轮随工况下所需求的动力需求逐级参与工作，同时多级进气通道实现逐级进气，以满足工况下的进气量需求，实现进气量、进气压力、发动机输出功率的逐级变化，有效改善驾驶员响应的线性感，提升整车驾驶性能。

以下所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式下的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (9)

1.一种涡轮增压器，其特征在于，所述涡轮增压器包括：

增压壳体，所述增压壳体的一侧端面设置有主进气口以及次级进气组件，所述次级进气组件包括多个呈环状的次级进气口，所述次级进气组件的多个所述次级进气口间隔地设置在所述主进气口的外侧，每个所述次级进气口内均设置有单向阀；

主叶轮组件，所述主叶轮组件设置在所述增压壳体内，所述主叶轮组件包括主级叶轮轴和主级叶片，多个所述主级叶片等间隔地固定设置在所述主级叶轮轴的一端的周面上，多个所述主级叶片位于所述主进气口内，所述主级叶轮轴的另一端可转动地连接在所述增压壳体的另一侧的端面上；

次级叶轮组件，所述次级叶轮组件包括次级叶轮轴、连接环以及次级叶片，多个所述次级叶片绕所述次级叶轮轴等角度间隔设置，多个所述次级叶片固定连接在所述连接环上，所述连接环同轴固定在所述次级叶轮轴上，所述次级叶轮轴活动套装在所述主级叶轮轴上，所述次级叶轮轴可选择地与所述主级叶轮轴同轴连接。

2.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器，其特征在于，所述次级叶片和所述主级叶片一一对应设置，当所述次级叶轮轴与所述主级叶轮轴同轴连接时，所述次级叶片和对应的所述主级叶片形成一完整叶片。

3.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器，其特征在于，所述次级叶轮轴通过连接组件可选择地与所述主级叶轮轴同轴连接，所述连接组件包括：

固定杆，所述固定杆沿所述主级叶轮轴的径向穿过所述主级叶轮轴，所述固定杆沿轴向中空设置；

弹性复位件，所述弹性复位件设置有两个，两个所述弹性复位件相对设置在所述固定杆内，所述弹性复位件的一端连接在所述固定杆内，所述弹性复位件的另一端向所述固定杆的轴向外侧延伸；

质量块，所述质量块连接在所述弹性复位件的另一端上，所述质量块可在所述固定杆的内部滑动，所述质量块可与所述次级叶轮轴连接。

4.根据权利要求3所述的一种涡轮增压器，其特征在于，所述固定杆的内部设置有固定板，两个所述弹性复位件的一端分别连接在所述固定板的两侧。

5.根据权利要求3所述的一种涡轮增压器，其特征在于，两个所述质量块的相背的侧面上均设置有啮齿，所述次级叶轮轴的内侧面设置有和所述啮齿相啮合的啮合部。

6.根据权利要求5所述的一种涡轮增压器，其特征在于，所述次级叶轮轴的内侧面的啮合部呈环状设置。

7.根据权利要求6所述的一种涡轮增压器，其特征在于，所述次级叶轮轴的内侧面的啮合部设置有相对两个。

8.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器，其特征在于，所述主叶轮组件包括连接盘，所述连接盘固定套装在所述主级叶轮轴上，多个所述主级叶片固定设置在所述连接盘上，所述连接盘活动套装在所述连接环内。

9.根据权利要求8所述的一种涡轮增压器，其特征在于，所述连接盘背向所述主级叶片的一侧设置有限位槽，所述次级叶轮轴的一端设置在所述限位槽中；

所述增压壳体的另一侧端面设置有连接孔，所述连接孔内安装有轴承，所述次级叶轮轴的另一端设置在所述轴承中。

Images