CN113931735A - 一种具有可变几何压气机的涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有可变几何压气机的涡轮增压器，包括可变几何压气机，该压气机包括压气机叶轮和压气机蜗壳基体；压气机蜗壳基体的内腔，设置有压气机导流套；压气机叶轮位于压气机导流套的内腔中；压气机导流套的右端径向外壁设置有环绕分布的可变流道滑块；压气机导流套中部径向外壁和压气机蜗壳基体的内腔壁之间，具有可变流道滑块安装内腔；可变流道滑块，位于可变流道滑块安装内腔中；可变流道滑块的右侧壁、压气机导流套右端外壁以及压气机蜗壳基体的内腔壁之间的空间，是横截面面积可调节的压气机蜗壳腔道。本发明能够提高涡轮增压器的性能，兼顾发动机的高低速工况性能，同时可以消除因使用工况急剧变化而带来的压气机喘振现象。

Description

一种具有可变几何压气机的涡轮增压器

技术领域

本发明涉及流体机械涡轮增压器技术领域，特别是涉及一种具有可变几何压气机的涡轮增压器。

背景技术

涡轮增压器的作用，是向发动机提供更多的压缩空气，使发动机可以燃烧更多的燃油，从而产生更多的功率，改善发动机的燃油经济性，减少发动机排放废气的有害成分。正是由于增压器具有节能环保的效果，使得增压技术在发动机领域得到了全面推广。

涡轮增压器，是增压发动机的重要零部件，在发动机小型化、降低燃油消耗率、降低排放污染物等方面，起到了重要作用。涡轮增压器需要与发动机联合匹配，以达到最佳的使用性能，不同用途的发动机对于涡轮增压器的性能要求各不相同。其中，对于道路及非道路领域的发动机而言，涡轮增压器需要兼顾发动机的低速及高速性能；另外，如果发动机的使用工况复杂以及不合理的使用，容易造成涡轮增压器发生喘振，影响涡轮增压器的可靠性。

参见图1a所示，现有的涡轮增压器，主要包括压气机蜗壳1、轴承体2和涡轮箱3。压气机蜗壳1和涡轮箱3中的流道结构，直接影响涡轮增压器的性能，通常用0-0截面面积来描述压气机蜗壳1和涡轮箱3中的流道的流通能力。

需要说明的是，压气机蜗壳1中的流道结构，即为：压气机蜗壳1中位于压气机蜗壳进气口以及压气机蜗壳出口之间的、用于外部空气流入、通过并流出的空气流道，该空气流道中的空气进气气流会驱动位于压气机蜗壳进气口和压气机蜗壳出口之间的压气机叶轮；

涡轮箱3中的流道结构，即为：涡轮箱3中位于压气机蜗壳进气口和压气机蜗壳出口之间的废气流道，该废气流道中的废气气流，驱动涡轮转轴转动。

压气机蜗壳1和涡轮箱3中流道的0-0截面面积，是指壳体的腔道(例如压气机蜗壳1中的空气流道，或涡轮箱3中的废气流道)从0度到360度，按照预设的间隔角度(例如22.5度)为单位，在对每一个截面面积进行等环量设计时，0度截面(即横截面)对应的截面面积，0-0截面面积为壳体腔道(即压气机蜗壳1中的空气流道，或涡轮箱3中的废气流道)的最大面积(横截面面积)，用于描述和评价壳体腔道的最大流通能力，参见图1b和图1c所示。

如图1b所示，图1b为压气机蜗壳1中的空气流道(即压气机蜗壳腔道1001)的纵向(即前后方向)截面示意图；该视图为面向空气进口501(即压气机蜗壳进气口)方向展示的压气机蜗壳腔道1001角度划分图示，压气机蜗壳腔道1001的另一端为增压后气体出口502(即压气机蜗壳出气口)。0°的起始位置与水平方向成22.5°夹角，腔道的角度划分是沿逆时针方向以22.5°为间隔设计的。为了提高腔道1001内壁壁面的光滑程度，可以选择0°的起始位置与水平方向成22.5°夹角，腔道的角度划分是沿逆时针方向以11.25°为间隔设计。0°的起始位置与水平方向的夹角取值范围为0～45°，腔道的角度划分最大为30°间隔设计。图1b所示的压气机蜗壳腔道角度划分的设计旋转方向为逆时针方向，是用于配合右旋压气机叶轮的，如果配合左旋压气机叶轮，则压气机蜗壳腔道角度划分设计旋转方向为顺时针方向。

如图1c所示，图1c为涡轮箱中的废气流道(即涡轮箱蜗壳腔道1002)的纵向(即前后方向)截面示意图；该视图为面向废气出口602(即涡轮机出气口)方向展示的涡轮箱蜗壳腔道角度划分图示，涡轮箱蜗壳腔道1002的另一端为废气进口601(即涡轮机进气口)。0°的起始位置与水平方向成22.5°夹角，腔道的角度划分是沿逆时针方向以22.5°为间隔设计的。为了提高腔道1002内壁壁面的光滑程度，可以选择0°的起始位置与水平方向成22.5°夹角，腔道的角度划分是沿逆时针方向以11.25°为间隔设计。0°的起始位置与水平方向的夹角取值范围为0～45°，腔道的角度划分最大为30°间隔设计。图1c所示的涡轮箱蜗壳腔道角度划分的设计旋转方向为逆时针方向，是用于配合右旋涡轮叶轮的，如果配合左旋涡轮叶轮，则涡轮箱腔道角度划分设计旋转方向为顺时针方向。

目前，可变几何压气机技术，为有效的解决上述问题提供了一种技术路线，使得涡轮增压器满足发动机的全工况性能需求的适应性显著提高。

现有的可变几何压气机，通常使用可调扩压器技术、压气机进气预旋技术等。其中，可调扩压器技术，对于调节压气机的增压比具有一定的优势，更适用于船舶动力领域，但是，对于空气流量需求较大，使用工况较为复杂的道路及非道路用发动机而言，其调节能力有限，机构复杂，可靠性问题不容忽视；而压气机进气预旋技术，通过在压气机进气前端设置可以调节叶片角度的叶轮，能够用于疏导引流进气气流方向，减少气流的摩擦损失，以此提高压气机效率，但是，对于提高压气机的空气流量及延缓、消除喘振的发生，作用有限。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种具有可变几何压气机的涡轮增压器。

为此，本发明提供了一种具有可变几何压气机的涡轮增压器，包括压气机蜗壳基体、轴承体和涡轮箱；

轴承体的左右两端，分别与中空的压气机蜗壳基体和中空的涡轮箱相密封连接；

其中，轴承体的内腔中心位置，枢接有横向分布的涡轮转轴；

涡轮转轴的左端径向外壁，设置有环绕分布的压气机叶轮；

其中，可变几何压气机，包括压气机叶轮和压气机蜗壳基体；

其中，压气机蜗壳基体的内腔，设置有横向分布的、中空的压气机导流套；

压气机叶轮，位于压气机导流套的内腔中；

压气机导流套的右端径向外壁，设置有环绕分布的可变流道滑块；

其中，压气机导流套中部径向外壁和压气机蜗壳基体的内腔壁之间，具有环绕分布的、中空的可变流道滑块安装内腔；

可变流道滑块，位于可变流道滑块安装内腔中；

可变流道滑块的右侧壁、压气机导流套右端外壁以及压气机蜗壳基体的内腔壁之间的空间，是一个横截面面积可调节的压气机蜗壳腔道；

其中，压气机导流套的左端，设置有空气进口；

压气机蜗壳基体的顶部，设置有增压后气体出口；

空气进口，通过压气机导流套的内腔以及压气机蜗壳腔道，与增压后气体出口相连通。

优选地，压气机蜗壳基体和压气机导流套的中部外侧边缘，通过环绕设置的多个第一紧固螺栓相螺纹固定连接。

优选地，压气机导流套的左端径向外壁，套有一个压气机进气盖板；

所述压气机进气盖板的径向四周边缘，与压气机蜗壳基体的左端径向四周边缘，通过环形分布的卡箍带相连接。

优选地，包括可变流道滑块的运动机构组件；

可变流道滑块的运动机构组件，用于调节压气机蜗壳腔道的横截面面积；

可变流道滑块的运动机构组件，具体包括两个可变流道滑块导杆、两个拨叉和一个驱动杆；

其中，每个可变流道滑块导杆的右端，贯穿压气机导流套上预留的横向通孔后，伸入到所述可变流道滑块安装内腔里面；

每个可变流道滑块导杆的右端，与可变流道滑块安装内腔中的可变流道滑块左端设置的一个螺纹孔相螺纹固定连接。

优选地，每个可变流道滑块导杆伸入到所述可变流道滑块安装内腔里面的部分外壁，分别套有一个螺旋型的弹簧。

优选地，可变流道滑块的径向四周内侧壁，环绕地设置有可变流道滑块内活塞环槽；

可变流道滑块的径向四周外侧壁，环绕地设置有可变流道滑块外活塞环槽；

可变流道滑块内活塞环槽内，设置有第一活塞环；

可变流道滑块外活塞环槽内，设置有第二活塞环。

优选地，每个可变流道滑块导杆的右端外壁，具有导杆连接螺纹；

每个可变流道滑块导杆通过导杆连接螺纹与可变流道滑块左端设置的一个螺纹孔相螺纹连接。

优选地，每个可变流道滑块导杆的左端，固定设置有圆柱体形状的导杆驱动头；

导杆驱动头的左端上下两侧，分别设置有一个沿着导杆驱动头径向分布的导杆引导轴；

其中，两个可变流道滑块导杆的左端，分别与一个拨叉的前端相连接；

两个拨叉的后端，与一个垂直分布的驱动杆的上下两端相连接。

优选地，拨叉的前端，设置有拨叉限位板；

拨叉限位板上，设置有横向左右贯通的导杆驱动头限位槽；

可变流道滑块导杆中的导杆驱动头，嵌入到导杆驱动头限位槽中；

拨叉限位板的横向中间位置，设置有垂直上下贯通的导杆引导轴限位槽；

可变流道滑块导杆中的导杆引导轴，嵌入到导杆引导轴限位槽中；

其中，拨叉的后端，具有横向贯通的拨叉摇臂螺纹通孔；

拨叉的后端，具有垂直上下贯通的拨叉摇臂连接通孔；

驱动杆的上下两端，分别开有一个驱动杆组件连接通孔；

驱动杆与拨叉的后端通过两根第二紧固螺栓紧固在一起；

每根第二紧固螺栓，依次贯穿位置对应的一个驱动杆组件连接通孔和一个拨叉摇臂螺纹通孔。

优选地，压气机蜗壳基体的左端上下两侧，分别开孔安装有一个衬套；

驱动杆的上端部和下端部，分别枢接在一个衬套中；

驱动杆的下端部，向下突出于衬套的底面；

驱动杆的下端部底面，固定连接一个水平分布的驱动杆导向板；

驱动杆导向板的底面前端，设置有一个垂直分布的驱动杆台阶轴；

驱动杆台阶轴的径向四周外壁，环绕地设置有驱动杆挡圈卡槽；

其中，驱动杆台阶轴的径向四周外壁，套有一个执行器推杆的左端；

驱动杆挡圈卡槽上，嵌入有一个挡圈的内侧部分；

挡圈，位于执行器推杆的左端下方。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种具有可变几何压气机的涡轮增压器，其结构设计科学，采用独有的滑块式腔道(即压气机蜗壳腔道)，通过运动机构的调节，可以消除因使用工况急剧变化而带来的压气机喘振现象，有利于提高涡轮增压器厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

此外，对于本发明，能够提高涡轮增压器的性能，同时兼顾发动机的高低速工况性能。

附图说明

图1a为现有的一种涡轮增压器的轴向整体剖面结构示意图；

图1b为压气机蜗壳中的空气流道(即压气机蜗壳腔道)的纵向(即前后方向)截面示意图；

图1c为涡轮箱中的废气流道(即涡轮箱蜗壳腔道)的纵向(即前后方向)截面示意图；

图2为本发明提供的一种具有可变几何压气机的涡轮增压器的轴向整体剖面结构示意图，此时压气机蜗壳腔道的横截面面积处于最小面积状态；

图3为本发明提供的一种具有可变几何压气机的涡轮增压器的轴向整体剖面结构示意图，此时压气机蜗壳腔道的横截面面积处于最大面积状态；

图4为本发明提供的一种具有可变几何压气机的涡轮增压器中，可变流道滑块的运动机构组件的结构示意图；

图5为本发明提供的一种具有可变几何压气机的涡轮增压器中，可变流道滑块导杆的结构示意图；

图6a为本发明提供的一种具有可变几何压气机的涡轮增压器中，拨叉的左视图；

图6b为本发明提供的一种具有可变几何压气机的涡轮增压器中，拨叉的俯视图；

图7为本发明提供的一种具有可变几何压气机的涡轮增压器中，驱动杆的左视图；

图8为本发明提供的一种具有可变几何压气机的涡轮增压器中，可变几何压气机的运动机构的左视图；

图中，1为压气机蜗壳，2为轴承体，3为涡轮箱，4为压气机叶轮，5为执行器推杆；

101为压气机蜗壳基体，102为压气机进气盖板，103为压气机导流套，104为驱动杆，105为第一紧固螺栓；

106为衬套，107为卡箍带，108为第二紧固螺栓，109为拨叉，110为可变流道滑块导杆；

111为弹簧，112为可变流道滑块，1131为第一活塞环，1132为第二活塞环；

1041为驱动杆台阶轴，1042为驱动杆导向板，1043为驱动杆挡圈卡槽，1044为驱动杆组件连接通孔；

1091为拨叉限位板，1092为导杆驱动头限位槽，1093为导杆引导轴限位槽，1094为拨叉摇臂螺纹通孔，1095为拨叉摇臂连接通孔；

1121为可变流道滑块内活塞环槽，1122为可变流道滑块外活塞环槽；

1101为导杆驱动头，1102为导杆引导轴，1103为导杆连接螺纹。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明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作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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图2至图8，本发明提供了一种具有可变几何压气机的涡轮增压器，通过对压气机蜗壳的结构进行调整，用于调节压气机蜗壳的0-0截面面积(即压气机蜗壳基体101中空气流道的最大截面面积，具体为横截面面积)，从而起到调节压气机进气流量和进气压力的作用。

在本发明中，对于压气机蜗壳基体101，其具有的流道的0-0截面面积，是指壳体腔道(即压气机蜗壳基体101中的空气流道)从0度到360度，按照预设的间隔角度(例如22.5度)为单位，对每一个截面面积进行等环量设计时0度截面对应的截面面积，即为壳体腔道的最大面积，用于描述和评价壳体腔道的最大流通能力。具体可以参见图1b所示和前文所述。

对于本发明，通过调节结构(即下文的可变流道滑块的运动机构组件)，实现调节压气机蜗壳腔道1001的横截面面积的轴向长度(即图2所示左右横向的长度)，从而实现调节压气机蜗壳基体101中空气流道的0-0截面面积(即最大面积，也即最大的横截面面积)，达到调节压气机进气流量的作用。

本发明提供的一种具有可变几何压气机的涡轮增压器，具体包括压气机蜗壳基体101、轴承体2和涡轮箱3；

轴承体2的左右两端，分别与中空的压气机蜗壳基体101和中空的涡轮箱3相密封连接；

其中，轴承体2的内腔中心位置，枢接(即可旋转地设置)有横向分布的涡轮转轴6；例如，涡轮转轴6的右端径向外壁套有轴承(例如滚珠轴承)，轴承安装在轴承体2的内侧空腔中，轴承的内圈与涡轮转轴6相接触。

涡轮转轴6的左端径向外壁，设置有环绕分布的压气机叶轮4；

需要说明的是，涡轮转轴6中包括其左端以及中部的部分，称为转子轴，该转子轴的外壁套有轴承(例如滚珠轴承)，该转子轴的左端径向外壁固定设置有环绕分布的压气机叶轮4；

涡轮转轴6的右端部径向外壁，设置有环绕分布的涡轮叶轮8；

其中，可变几何压气机，包括压气机叶轮4和压气机蜗壳基体101；

其中，压气机蜗壳基体101的内腔，设置有横向分布的、中空的压气机导流套103；

压气机叶轮4，位于压气机导流套103的内腔中；

压气机导流套103的右端径向外壁，设置有环绕分布的可变流道滑块112；可变流道滑块112的形状，是变径的环形(例如变径的圆环)；

在本发明中，压气机导流套103起到了引导气流进入压气机的作用，同时该结构以模块化的形式与压气机蜗壳基体101组合，便于与不同的压气机叶轮4匹配，便于装配、制造、降低生产成本。

其中，压气机导流套103中部径向外壁和压气机蜗壳基体101的内腔壁之间，具有环绕分布的、中空的可变流道滑块安装内腔2001；可变流道滑块安装内腔2001是变径的环形空间。

可变流道滑块112，位于可变流道滑块安装内腔2001中；

可变流道滑块112的右侧壁、压气机导流套103右端外壁以及压气机蜗壳基体101的内腔壁之间的空间，是一个横截面面积可调节的压气机蜗壳腔道1001；

需要说明的是，对于本发明，压气机蜗壳基体101、压气机导流套103和可变流道滑块112，共同围绕形成一个横截面面积可以调节的压气机蜗壳腔道1001(即滑块式腔道)。

在本发明中，压气机蜗壳腔道1001只有一个，是一个环绕分布的中空腔体。

在本发明中，通过调节结构(即下文的可变流道滑块的运动机构组件)，能够实现调节压气机蜗壳腔道1001的截面面积(即横截面面积)，具体调节压气机蜗壳腔道1001的横截面面积的轴向长度(即图2所示左右横向的长度)，从而实现调节0-0截面面积，达到调节压气机进气流量的作用。

在本发明中，具体实现上，压气机蜗壳基体101和压气机导流套103的中部外侧边缘，通过环绕设置的多个第一紧固螺栓105相螺纹固定连接。第一紧固螺栓105的使用数量，根据涡轮箱的尺寸大小做出相应调整，为了保持压气机蜗壳基体101和压气机导流套103的连接紧固程度，第一紧固螺栓105的使用数量，通常不少于6个。

在本发明中，具体实现上，压气机导流套103的左端径向外壁，套有一个压气机进气盖板102(其具有中心通孔)；

所述压气机进气盖板102的径向四周边缘，与压气机蜗壳基体101的左端径向四周边缘，通过环形分布的卡箍带107相连接(即相卡接)。

在本发明中，具体实现上，为了让压气机蜗壳腔道1001的横截面面积可调节，包括可变流道滑块的运动机构组件；

可变流道滑块的运动机构组件，用于调节压气机蜗壳腔道1001的横截面面积；

可变流道滑块的运动机构组件，具体包括两个可变流道滑块导杆110、两个拨叉109和一个驱动杆104；

其中，每个可变流道滑块导杆110的右端，贯穿压气机导流套103上预留的横向通孔后，伸入到所述可变流道滑块安装内腔2001里面；

每个可变流道滑块导杆110的右端，与可变流道滑块安装内腔2001中的可变流道滑块112左端设置的一个螺纹孔相螺纹固定连接。

具体实现上，每个可变流道滑块导杆110伸入到所述可变流道滑块安装内腔2001里面的部分外壁，分别套有一个螺旋型的弹簧111。

其中，位于上方的可变流道滑块导杆110所套的弹簧111的直径，小于位于下方的可变流道滑块导杆110所套的弹簧111的直径。

需要说明的是，当弹簧111处于未压缩状态时，可变流道滑块112右边的压气机蜗壳腔道1001处于最小横截面面积位置(此时压气机蜗壳腔道1001的轴向长度最短，即左右方向长度最短)；当弹簧111处于最大压缩状态时，可变流道滑块112右边的压气机蜗壳腔道1001处于最大横截面面积位置(此时压气机蜗壳腔道1001的轴向长度最长，即左右方向长度最长)。所述弹簧111在未压缩状态及最大压缩状态之间变化时，可变流道滑块112右边的压气机蜗壳腔道1001的横截面面积，在最小横截面面积和最大横截面之间调节。

在本发明中，具体实现上，参见图4，可变流道滑块112的径向四周内侧壁，环绕地设置有可变流道滑块内活塞环槽1121；

可变流道滑块112的径向四周外侧壁，环绕地设置有可变流道滑块外活塞环槽1122；

可变流道滑块内活塞环槽1121内，设置有第一活塞环1131；

可变流道滑块外活塞环槽1122内，设置有第二活塞环1132；

需要说明的是，如前所述，每个可变流道滑块导杆110的右端，与可变流道滑块112左端设置的一个螺纹孔相螺纹固定连接。

需要说明的是，可变流道滑块112上设置有两道活塞环(即第一活塞环1131和第二活塞环1132)，能够起到对压气机蜗壳腔道1001的气体密封作用，根据可变流道滑块的尺寸以及流道密封性的要求，可以设置多道活塞环，以此提高机构的密封性能。

具体实现上，每个可变流道滑块导杆110的右端外壁，具有导杆连接螺纹1103；

每个可变流道滑块导杆110通过导杆连接螺纹1103与可变流道滑块112左端设置的一个螺纹孔相螺纹连接。

具体实现上，参见图5，每个可变流道滑块导杆110的左端，固定设置有圆柱体形状的导杆驱动头1101；

导杆驱动头1101的左端上下两侧，分别设置有一个沿着导杆驱动头1101径向分布的导杆引导轴1102；

在本发明中，具体实现上，两个可变流道滑块导杆110的左端，分别与一个拨叉109的前端相连接；

两个拨叉109的后端，与一个垂直分布的驱动杆104的上下两端相连接。

具体实现上，参见图6，拨叉109的前端，设置有拨叉限位板1091；

拨叉限位板1091上，设置有横向左右贯通的导杆驱动头限位槽1092；

可变流道滑块导杆110中的导杆驱动头1101，嵌入到导杆驱动头限位槽1092中；

拨叉限位板1091的横向中间位置，设置有垂直上下贯通的导杆引导轴限位槽1093；

可变流道滑块导杆110中的导杆引导轴1102，嵌入到导杆引导轴限位槽1093中；

其中，拨叉109的后端，具有横向贯通的拨叉摇臂螺纹通孔1094；

拨叉109的后端，具有垂直上下贯通的拨叉摇臂连接通孔1095。

需要说明的是，对于本发明，拨叉109与可变流道滑块导杆110采用轴槽限位方式配合连接，可变流道滑块导杆110中的导杆驱动头1101与拨叉109中的导杆驱动头限位槽1092配合，受到拨叉限位板1091的约束，可变流道滑块导杆110中的导杆引导轴1102与拨叉109中的导杆引导轴限位槽1093配合。

对于本发明，可变流道滑块导杆110由拨叉109及弹簧111限制其运动范围，其中，拨叉109用于调节可变流道滑块112的开闭位置，弹簧111用于对可变流道滑块112右边的压气机蜗壳腔道1001的最小横截面面积位置的复位，同时确保可变流道滑块导杆110的运动机构(包括驱动杆104、拨叉109以及执行器推杆5等)工作顺畅，不出现卡死的现象，起到稳定作用。

对于本发明，其中，驱动杆104用于调节可变流道滑块112的横向左右运动位置。

在本发明中，可变流道滑块112由可变流道滑块导杆110推动，第二紧固螺栓108将拨叉109和驱动杆104连接固定，拨叉109与可变流道滑块导杆110连接，形成完整的运动机构。

具体实现上，参见图7，驱动杆104的上下两端，分别开有一个驱动杆组件连接通孔1044；

驱动杆104与拨叉109的后端通过两根第二紧固螺栓108(具体是内六角紧固螺栓)紧固在一起；

每根第二紧固螺栓108，依次贯穿位置对应的一个驱动杆组件连接通孔1044和一个拨叉摇臂螺纹通孔1094。

具体实现上，压气机蜗壳基体101的左端上下两侧，分别开孔安装有一个衬套106；

驱动杆104的上端部和下端部，分别枢接(可转动地连接)在一个衬套106中。例如，驱动杆104的上端部和下端部，分别插入在一个衬套106中。

需要说明的是，对于本发明，压气机蜗壳基体101上设置有两个衬套106，用于起到稳定引导驱动杆104运动。

具体实现上，驱动杆104的下端部，向下突出于衬套106的底面；

驱动杆104的下端部底面，固定连接一个水平分布的驱动杆导向板1042；

驱动杆导向板1042的底面前端，设置有一个垂直分布的驱动杆台阶轴1041；

驱动杆台阶轴1041的径向四周外壁，环绕地设置有驱动杆挡圈卡槽1043；

其中，驱动杆台阶轴1041的径向四周外壁，套有一个执行器推杆5的左端。

需要说明的是，执行器推杆5，例如，可以是一个电动推杆上的推杆或者一个电动推杆上的推杆。

在本发明中，具体实现上，执行器推杆5位于执行器上，执行器泛指能够驱动所述驱动杆104的外部控制器，可以是放气阀、真空阀、电磁阀等，当然还可以是其他现有的具有驱动功能的模块，其控制信号由发动机给出，外部控制器的控制策略，是依据涡轮增压器增压压力值与发动机功率或扭矩的对应关系来实现的，通过发动机性能试验，预先标定出执行器推杆的运动位置与涡轮增压器增压压力值的对应关系，从而实现执行器推杆的运动位置与发动机功率或扭矩的控制关联。

具体实现上，执行器推杆5，泛指上述的外部控制器与驱动杆104相连接的连接杆。此处采用上位概念，不涉及具体的执行器，只要能够通过外部控制，实现对驱动杆104的调节，从而实现本专利的目的即可。

对于本发明，执行器推杆5受到外部控制器(即执行器)的调节，推动驱动杆104转动，带动拨叉109运动，拨叉109带动导杆引导轴1102运动，进而带动可变流道滑块112沿着可变流道滑块安装内腔2001中横向左右移动，从而实现压气机蜗壳腔道1001的横截面面积的可调节功能，即能够调节压气机蜗壳腔道1001的实际体积大小。

可变流道滑块导杆110中的导杆引导轴1102

驱动杆挡圈卡槽1043上，嵌入有一个挡圈1045的内侧部分；

挡圈1045，位于执行器推杆5的左端下方；

挡圈1045，用于对执行器推杆5进行限位固定，防止执行器推杆5脱落。

需要说明的是，对于本发明，执行器包括执行器推杆5，驱动杆台阶轴1041与执行器推杆5连接，并用挡圈1045进行限位固定，防止执行器推杆5从驱动杆台阶轴1041上脱落。

需要说明的是，对于本发明，参见图8，驱动杆104固定在压气机蜗壳基体101上下两端的两个衬套106上，驱动杆104穿过两个拨叉109中的拨叉摇臂连接通孔1095，将拨叉109中的拨叉摇臂螺纹通孔1094与驱动杆104中的驱动杆组件连接通孔1044对齐，并使用第二紧固螺栓108(具体是内六角紧固螺栓)将驱动杆104与拨叉109的后端固定。

在本发明中，具体实现上，执行器，可以由涡轮增压器外部的气泵或负压气泵提供气压或负压驱动，或由电子线束连接发动机ECU(电子控制单元)，由所述发动机ECU(电子控制单元，即行车电脑)提供控制信号驱动，从而带动执行器上的执行器推杆5，使得执行器推杆5推动驱动杆104运动(例如，执行器推杆5顺时针转动，使得驱动杆104向右移动)，进而通过拨叉109带动可变流道滑块导杆110运动，可变流道滑块导杆110接着推动可变流道滑块112在可变流道滑块安装内腔2001中横向左右移动，从而最终实现压气机蜗壳1的腔道横截面面积(即压气机蜗壳腔道1001的横截面面积)的可调节功能，也就是能够调节压气机蜗壳腔道1001的实际体积大小。

在本发明中，压气机导流套103的左端，设置有空气进口501(即压气机蜗壳进气口)，用于通入外部环境的空气；

压气机蜗壳基体101的顶部，设置有增压后气体出口502(即压气机蜗壳出口)；

空气进口501，通过压气机导流套103的内腔以及压气机蜗壳腔道1001(是一个滑块式腔道)，与增压后气体出口502相连通；

压气机蜗壳腔道1001，与压气机叶轮4所在空间直接相连通；

涡轮箱3的底部，设置有废气进口601；

涡轮箱3的右端，设置有废气出口602；

废气进口601，通过位于涡轮箱3内环绕分布的压气机蜗壳腔道1002(是一个滑块式腔道)以及涡轮箱3的内腔，与废气出口602相连通；

压气机蜗壳腔道1002，与涡轮叶轮8所在空间直接相连通；

需要说明的是，本发明的基本工作原理为：外部发动机排出的高温废气由涡轮箱3底部的废气进口601进入本发明的增压器内部，流经压气机蜗壳腔道1002，用来驱动涡轮转轴6(具体是涡轮叶轮8)旋转，并从废气出口602流出，而涡轮转轴6通过最左端安装的轴端螺母9带动压气机叶轮4高速旋转，对于从空气进口501进入的空气，压气机叶轮4旋转压缩空气，然后由管径越来越大的压气机导流套103以及压气机导流套103内的压气机蜗壳腔道1001不断扩压后，通过增压后气体出口502流出后注入外部的发动机气缸，从而可以增加发动机内燃料在燃烧时的进气和压力，提升发动机的燃烧效率，同时可降低排放，减少环境污染。

需要说明的是，对于本发明提供的涡轮增压器，其具有的压气机蜗壳1中空气流道的流道结构，具体为：气流首先经过空气进口501(即压气机蜗壳进气口)进入，通过压气机叶轮4进入到压气机蜗壳流道1001，最后通过增压后气体出口502(即压气机蜗壳出口)进入到发动机的进气口。因此，对空气进气气流起到引导、压缩的作用，以此提高发动机的进气密度，提高空气进气量。

同时，对于本发明提供的涡轮增压器，其具有的涡轮箱3中的废气流道的流道结构，具体为：发动机废气通过涡轮箱进口(即废气进口601)进入到涡轮箱3中，经过涡轮箱蜗壳流道1002进入到涡轮转轴6，最后通过涡轮箱出气口(即废气出口602)进入到发动机的排气管，从而能够对发动机废气气流起到引导、膨胀的作用，是涡轮机对压气机做功的动力来源。

基于以上技术方案可知，本发明提供的涡轮增压器，通过执行器调节可变几何压气机的腔道面积(也就是说，能够调节可变几何压气机的腔道体积，该腔道即压气机蜗壳腔道1001)，从而实现可变压气机的进气流量的调节，进而实现压气机的进气流量和增压压力的可调节，以此提高涡轮增压器与发动机的性能匹配能力。

另外，对于本发明，在面对发动机复杂的急剧变化的工况时，通过包括执行器推杆5在内的执行机构的调节，迅速增大可变几何压气机的腔道面积(也就是说，能够增大可变几何压气机的腔道体积)，消除喘振现象的发生，等待工况稳定后，再恢复原发生喘振状态前的压气机的腔道面积。

需要说明的是，对于本发明提供的涡轮增压器，外部流入的气流，首先经过空气进口501(即压气机蜗壳进气口)进入，通过压气机叶轮4进入到压气机蜗壳流道1001，最后通过增压后气体出口502(即压气机蜗壳出口)进入到发动机进气口。对空气进气气流起到引导、压缩的作用，以此提高发动机的进气密度，提高空气进气量。

鉴于在发动机低速工况时，发动机所需要的空气进气流量相对较小，高速工况时，发动所需的空气进气流量相对较大，而现有的压气机的流量范围不能很好的适应发动机的实际工况的需求，满足低速工况的压气机，在发动机高速工况时存在进气量不足的问题，而满足高速工况的压气机在发动机低速工况时存在进气量偏低、转子动力响应性差的问题，因此，通过应用本发明的技术方案，本发明通过压气机蜗壳腔道可调节的结构设计(可变流道滑块的运动机构组件)，实现压气机进气流量的可调节，最大程度的兼顾发动机的高低速工况性能，在发动机低速工况时调节压气机蜗壳腔道1001为最小面积，以此提高转子的动力响应性，提高压气机进气流量，在发动机高速工况时调节压气机蜗壳腔道1001为最大面积，以此增大压气机的进气流量，实现发动机的高速工况的动力需求。

需要说明的是，喘振是压气机中气流的前进运动的稳定性遭到破坏所致，此时压气机进气流量、进气压力、发动机功率均出现波动现象，压气机进气气流在压气机叶轮的进气口和出气口反复的进出，发生碰撞，气流反复撞击压气机叶轮叶片，严重的喘振，会对压气机叶轮叶片造成不可逆的破坏，因此，压气机严禁在发生喘振的区域内工作。当发动机在某一工况稳定运行时，突然的加速(加大喷油量)由于涡轮增压器具有迟滞性，会造成压气机短时的进气不足，形成压气机后的压力低于发动机的进气压力，造成压气机的气流倒流，形成喘振。

通过应用本发明的技术方案，通过调节压气机蜗壳腔道1001的容积，使其容积短时间内迅速增大，可以消除或大大延缓发生压气机气流的倒流现象，从而可以起到消除喘振的作用。具体操作为：通过执行器推杆5推动驱动杆104运动，带动可变流道滑块112沿着可变流道滑块安装内腔2001中横向移动，增大压气机蜗壳腔道1001的容积，迅速增大的压气机蜗壳腔道1001容积能够消除或大大延缓压气机的气流倒流，从根源上消除喘振的发生。

需要说明的是，对于本发明，通过调节压气机蜗壳中的可变流道，来提高涡轮增压器与发动机的匹配适应性能，消除因发动机复杂的急剧变化的工况而导致的喘振现象的发生，该装置具有重大的实践意义和使用价值。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种具有可变几何压气机的涡轮增压器，其结构设计科学，采用独有的滑块式腔道(即压气机蜗壳腔道)，通过运动机构的调节，可以消除因使用工况急剧变化而带来的压气机喘振现象，有利于提高涡轮增压器厂家产品的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

此外，对于本发明，能够提高涡轮增压器的性能，同时兼顾发动机的高低速工况性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有可变几何压气机的涡轮增压器，其特征在于，包括压气机蜗壳基体(101)、轴承体(2)和涡轮箱(3)；

轴承体(2)的左右两端，分别与中空的压气机蜗壳基体(101)和中空的涡轮箱(3)相密封连接；

其中，轴承体(2)的内腔中心位置，枢接有横向分布的涡轮转轴(6)；

涡轮转轴(8)的左端径向外壁，设置有环绕分布的压气机叶轮(4)；

其中，可变几何压气机，包括压气机叶轮(4)和压气机蜗壳基体(101)；

其中，压气机蜗壳基体(101)的内腔，设置有横向分布的、中空的压气机导流套(103)；

压气机叶轮(4)，位于压气机导流套(103)的内腔中；

压气机导流套(103)的右端径向外壁，设置有环绕分布的可变流道滑块(112)；

其中，压气机导流套(103)中部径向外壁和压气机蜗壳基体(101)的内腔壁之间，具有环绕分布的、中空的可变流道滑块安装内腔(2001)；

可变流道滑块(112)，位于可变流道滑块安装内腔(2001)中；

可变流道滑块(112)的右侧壁、压气机导流套(103)右端外壁以及压气机蜗壳基体(101)的内腔壁之间的空间，是一个横截面面积可调节的压气机蜗壳腔道(1001)；

其中，压气机导流套(103)的左端，设置有空气进口(501)；

压气机蜗壳基体(101)的顶部，设置有增压后气体出口(502)；

空气进口(501)，通过压气机导流套(103)的内腔以及压气机蜗壳腔道(1001)，与增压后气体出口(502)相连通。

2.如权利要求1所述的具有可变几何压气机的涡轮增压器，其特征在于，压气机蜗壳基体(101)和压气机导流套(103)的中部外侧边缘，通过环绕设置的多个第一紧固螺栓(105)相螺纹固定连接。

3.如权利要求1所述的具有可变几何压气机的涡轮增压器，其特征在于，压气机导流套(103)的左端径向外壁，套有一个压气机进气盖板(102)；

所述压气机进气盖板(102)的径向四周边缘，与压气机蜗壳基体(101)的左端径向四周边缘，通过环形分布的卡箍带(107)相连接。

4.如权利要求1所述的具有可变几何压气机的涡轮增压器，其特征在于，包括可变流道滑块的运动机构组件；

可变流道滑块的运动机构组件，用于调节压气机蜗壳腔道(1001)的横截面面积；

可变流道滑块的运动机构组件，具体包括两个可变流道滑块导杆(110)、两个拨叉(109)和一个驱动杆(104)；

其中，每个可变流道滑块导杆(110)的右端，贯穿压气机导流套(103)上预留的横向通孔后，伸入到所述可变流道滑块安装内腔(2001)里面；

每个可变流道滑块导杆(110)的右端，与可变流道滑块安装内腔(2001)中的可变流道滑块(112)左端设置的一个螺纹孔相螺纹固定连接。

5.如权利要求4所述的具有可变几何压气机的涡轮增压器，其特征在于，每个可变流道滑块导杆(110)伸入到所述可变流道滑块安装内腔(2001)里面的部分外壁，分别套有一个螺旋型的弹簧(111)。

6.如权利要求4所述的具有可变几何压气机的涡轮增压器，其特征在于，可变流道滑块(112)的径向四周内侧壁，环绕地设置有可变流道滑块内活塞环槽(1121)；

可变流道滑块(112)的径向四周外侧壁，环绕地设置有可变流道滑块外活塞环槽(1122)；

可变流道滑块内活塞环槽(1121)内，设置有第一活塞环(1131)；

可变流道滑块外活塞环槽(1122)内，设置有第二活塞环(1132)。

7.如权利要求4所述的具有可变几何压气机的涡轮增压器，其特征在于，每个可变流道滑块导杆(110)的右端外壁，具有导杆连接螺纹(1103)；

每个可变流道滑块导杆(110)通过导杆连接螺纹(1103)与可变流道滑块(112)左端设置的一个螺纹孔相螺纹连接。

8.如权利要求4所述的具有可变几何压气机的涡轮增压器，其特征在于，每个可变流道滑块导杆(110)的左端，固定设置有圆柱体形状的导杆驱动头(1101)；

导杆驱动头(1101)的左端上下两侧，分别设置有一个沿着导杆驱动头(1101)径向分布的导杆引导轴(1102)；

其中，两个可变流道滑块导杆(110)的左端，分别与一个拨叉(109)的前端相连接；

两个拨叉(109)的后端，与一个垂直分布的驱动杆(104)的上下两端相连接。

9.如权利要求8所述的具有可变几何压气机的涡轮增压器，其特征在于，拨叉(109)的前端，设置有拨叉限位板(1091)；

拨叉限位板(1091)上，设置有横向左右贯通的导杆驱动头限位槽(1092)；

可变流道滑块导杆(110)中的导杆驱动头(1101)，嵌入到导杆驱动头限位槽(1092)中；

拨叉限位板(1091)的横向中间位置，设置有垂直上下贯通的导杆引导轴限位槽(1093)；

可变流道滑块导杆(110)中的导杆引导轴(1102)，嵌入到导杆引导轴限位槽(1093)中；

其中，拨叉(109)的后端，具有横向贯通的拨叉摇臂螺纹通孔(1094)；

拨叉(109)的后端，具有垂直上下贯通的拨叉摇臂连接通孔(1095)；

驱动杆(104)的上下两端，分别开有一个驱动杆组件连接通孔(1044)；

驱动杆(104)与拨叉(109)的后端通过两根第二紧固螺栓(108)紧固在一起；

每根第二紧固螺栓(108)，依次贯穿位置对应的一个驱动杆组件连接通孔(1044)和一个拨叉摇臂螺纹通孔(1094)。

10.如权利要求8所述的具有可变几何压气机的涡轮增压器，其特征在于，压气机蜗壳基体(101)的左端上下两侧，分别开孔安装有一个衬套(106)；

驱动杆(104)的上端部和下端部，分别枢接在一个衬套(106)中；

驱动杆(104)的下端部，向下突出于衬套(106)的底面；

驱动杆(104)的下端部底面，固定连接一个水平分布的驱动杆导向板(1042)；

驱动杆导向板(1042)的底面前端，设置有一个垂直分布的驱动杆台阶轴(1041)；

驱动杆台阶轴(1041)的径向四周外壁，环绕地设置有驱动杆挡圈卡槽(1043)；

其中，驱动杆台阶轴(1041)的径向四周外壁，套有一个执行器推杆(5)的左端；

驱动杆挡圈卡槽(1043)上，嵌入有一个挡圈(1045)的内侧部分；

挡圈(1045)，位于执行器推杆(5)的左端下方。

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