CN112360808A - 一种用于涡轮增压器的多级叶轮结构以及涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮增压器的多级叶轮结构以及涡轮增压器。叶轮结构的主叶轮组件包括主级叶轮轴和主级叶片，多个主级叶片等间隔地固定设置在主级叶轮轴的一端的周面上，次级叶轮组件包括次级叶轮轴、连接环以及次级叶片，多个次级叶片绕次级叶轮轴等角度间隔设置，多个次级叶片固定连接在连接环上，连接环同轴固定在次级叶轮轴上，次级叶轮轴活动套装在主级叶轮轴上，次级叶轮轴通过连接组件可选择地与主级叶轮轴同轴连接。本发明可根据增压压力的需求，通过连接组件的控制，使主叶轮组件的主叶轮轴和次级叶轮组件的次级叶轮轴选择性地连接，进而可改变进风量，以满足不同的进气量需求，以兼顾低速工况以及高速工况下的动力性能。

Description

一种用于涡轮增压器的多级叶轮结构以及涡轮增压器

技术领域

本发明属于发动机动力技术领域，尤其涉及一种用于涡轮增压器的多级叶轮结构以及涡轮增压器。

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，本发明提供一种用于涡轮增压器的多级叶轮结构以及涡轮增压器，以解决现有技术中涡轮增压发动机在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：

一方面，本发明提供了一种用于涡轮增压器的多级叶轮结构，所述叶轮结构包括：

主叶轮组件，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；

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；

阀芯，所述阀芯连接在所述弹性复位件的另一端上，所述阀芯可在所述固定杆的内部滑动，所述阀芯可与所述次级叶轮轴连接；

电磁线圈，所述电磁线圈设置在所述固定杆的两端内部，通电后的所述电磁线圈可带动所述阀芯在所述固定杆的内部滑动。

进一步地，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，两个所述阀芯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，所述啮合部呈环状。

可选地，所述次级叶轮轴的内侧面的啮合部相对设置有两个。

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，所述次级叶轮轴的另一端设置在轴承中。

进一步地，所述次级叶轮组件还包括连接筋，所述连接筋设置有多个，多个所述连接筋的一端均连接在所述次级叶轮轴的周面上，多个所述连接筋的另一端呈辐射状发散，多个所述连接筋的另一端连接在所述连接环背向所述次级叶片的一侧面上。

另一方面，本发明还提供了一种涡轮增压器，所述涡轮增压器包括上述用于涡轮增压器的多级叶轮结构。

本发明的有益效果是：

本发明所提供的一种用于涡轮增压器的多级叶轮结构，安装在涡轮增压器的增压壳体中，可根据增压压力的需求，通过连接组件使主叶轮组件的主叶轮轴和次级叶轮组件的次级叶轮轴选择性地连接，进而可改变进风量，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的拆分示意图；

图3为图1中的增压壳体的结构示意图；

图4为图1中的主叶轮组件以及主叶轮组件的装配示意图；

图5为本实施例的次级叶轮组件的结构示意图；

图6为图1中的连接组件的结构示意图；

图7为图6中的阀芯的结构示意图；

图8为次级叶轮轴的内部示意图；

图9为图1中的进气壳体的结构示意图；

图10为涡轮增压器处于单气道工作模式的结构示意图；

图11为单气道工作模式下连接组件的剖视示意图；

图12为涡轮增压器处于全气道工作模式的结构示意图；

图13为全气道工作模式下连接组件的剖视示意图。

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，图2为图1的拆分示意图，结合图1 以及图2，本实施例的涡轮增压器包括增压壳体5、主叶轮组件2、次级叶轮组件3以及进气壳体1。

图3为图1中的增压壳体的结构示意图，结合图1-图3，本实施例的增压壳体5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501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502，次级进气组件的多个次级进气口502间隔地设置在主进气口501的外侧。

本实施例中，主进气口501以及次级进气口502均为常开状态，主进气口501开设在增压壳体5的一端侧面的中部，多个次级进气口502绕设在主进气口501的外侧。

图4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、图2以及图4，本实施例中，主叶轮组件2设置在增压壳体5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501内，主级叶轮轴202的另一端可转动地连接在增压壳体501的另一侧的端面上。

具体地，结合图4，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5为本实施例的次级叶轮组件的结构示意图，结合图1、图2以及图5，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5，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1以及图2，本实施例中，次级叶轮轴301通过连接组件6可选择地与主级叶轮轴201同轴连接。

图6为图1中的连接组件的结构示意图，结合图1、图2以及图6，本实施例的连接组件 6包括固定杆601、弹性复位件602、阀芯603以及电磁线圈(图中未标出)，其中，固定杆601沿主级叶轮轴201的径向穿过主级叶轮轴201，固定杆601沿轴向中空设置，弹性复位件602设置有两个，两个弹性复位件602相对设置在固定杆601内，弹性复位件602的一端连接在固定杆601内，弹性复位件602的另一端向固定杆601的轴向外侧延伸，阀芯603即连接在弹性复位件602的另一端上，阀芯603可在固定杆601的内部滑动，并可与次级叶轮轴 301连接，电磁线圈设置在固定杆601的两端内部，通电后的电磁线圈可带动阀芯603在固定杆601的内部滑动。

本实施例中，电磁线圈通电时将阀芯603向靠近次级叶轮轴301的方向吸附，为阀芯603 的移动提供驱动力，电磁线圈断电时，阀芯603在回位弹簧602的弹性回复力作用下回复到初始位置。回位弹簧603外侧可结合具体工况在固定杆601内腔所形成的导向空间中进行拉伸及回复运动，回位弹簧603的拉伸长度在没有形成足够的形变量时，可以使得阀芯602与次级叶轮轴301的内接触面处于分离状态，此时次级叶轮轴301处于静止状态，当回位弹簧 602随阀芯603拉伸量达到系统匹配设定值时可以使得阀芯603与次级叶轮轴301连接结合，从而进一步使次级叶轮组件进入工作状态。

本实施例中，固定杆601的内部设置有固定板，两个弹性复位件602的一端分别连接在固定板604的两侧，即可实现弹性复位件602在固定杆601的内部的连接。

本实施例中的弹性复位件602可选用弹簧、碟簧等，本实施例对此不作限制。

图7为图6中的阀芯的结构示意图，结合图7，本实施例中，两个阀芯603的相背的侧面上均设置有啮齿604，图8为次级叶轮轴的内部示意图，结合图8，次级叶轮轴301的内侧面设置有和啮齿604相啮合的啮合部305，当啮齿604和啮合部305对接时，即可实现阀芯 603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7以及图8，本实施例中，啮齿604和啮合部305均可包括多道锯齿，啮齿604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604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。

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5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。

图9为图1中的进气壳体的结构示意图，结合图1、图2以及图9，本实施例中，进气壳体1套装在增压壳体5的一侧的端面上，进气壳体1上设置有主进气通道101以及多个可开启的次级进气通道102，主进气通道101与主进气口501连通，多个次级进气通道102间隔地绕设在主进气通道101外侧，次级进气通道102以及次级进气口502对应设置。

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501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5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502连通，通过主进气口501以及次级进气口502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5内部转动，当负压产生时，挡板向增压壳体5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：图10为涡轮增压器处于单气道工作模式的结构示意图，图11为单气道工作模式下连接组件的剖视示意图，结合图10以及图11，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转速可满足涡轮增压器的压力需求，此时，电磁线圈断电，阀芯603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通道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：图12为涡轮增压器处于全气道工作模式的结构示意图，图13为全气道工作模式下连接组件的剖视示意图，结合图12以及图13，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的转速不能满足供气需求，此时，电磁线圈通电，阀芯603与次级叶轮轴301连接结合，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通道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以及连接组件，相应的也设置有更多级别的进气口和进气通道，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 (10)

1.一种用于涡轮增压器的多级叶轮结构，其特征在于，所述叶轮结构包括：

主叶轮组件，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；

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；

阀芯，所述阀芯连接在所述弹性复位件的另一端上，所述阀芯可在所述固定杆的内部滑动，所述阀芯可与所述次级叶轮轴连接；

电磁线圈，所述电磁线圈设置在所述固定杆的两端内部，通电后的所述电磁线圈可带动所述阀芯在所述固定杆的内部滑动。

2.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器的多级叶轮结构，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所述的用于涡轮增压器的多级叶轮结构，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。

4.根据权利要求3所述的用于涡轮增压器的多级叶轮结构，其特征在于，两个所述阀芯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。

5.根据权利要求4所述的用于涡轮增压器的多级叶轮结构，其特征在于，所述啮合部呈环状。

6.根据权利要求4所述的用于涡轮增压器的多级叶轮结构，其特征在于，所述次级叶轮轴的内侧面的啮合部相对设置有两个。

7.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器的多级叶轮结构，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。

8.根据权利要求7所述的用于涡轮增压器的多级叶轮结构，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，所述次级叶轮轴的另一端设置在轴承中。

9.根据权利要求1所述的用于涡轮增压器的多级叶轮结构，其特征在于，所述次级叶轮组件还包括连接筋，所述连接筋设置有多个，多个所述连接筋的一端均连接在所述次级叶轮轴的周面上，多个所述连接筋的另一端呈辐射状发散，多个所述连接筋的另一端连接在所述连接环背向所述次级叶片的一侧面上。

10.一种涡轮增压器，其特征在于，所述涡轮增压器包括权利要求1-9任一项所述的用于涡轮增压器的多级叶轮结构。

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