CN115638129A - 可调叶轮进气截面的涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开的可调叶轮进气截面的涡轮增压器，包括压气机，压气机包含压气机叶轮，其还包括一可变进气截面的叶片总成和一外部步进电机驱动机构，在压气机的进口段的内周壁面固定安装有一固定环，可变进气截面的叶片总成中的固定部分固定在固定环上，在压气机的进口段的外周壁套接有一驱动环，驱动环与压气机的进口段能够相对转动；在驱动环的外周面上设置有输入齿轮，外部步进电机驱动机构中的输出齿轮与输入齿轮啮合，通过输入齿轮使驱动环转动，在驱动环内配置有导轨，可变进气截面的叶片总成通过所述导轨驱动所述可变进气截面的叶片总成开启或者关闭，驱动环转动时，通过导轨驱动可变进气截面的叶片总成转动，从而控制压气机的进气截面开启与关闭。

Description

可调叶轮进气截面的涡轮增压器

技术领域

本发明涉及涡轮增压器技术领域，特别涉及一种新型可调叶轮进气截面的涡轮增压器。

背景技术

随着内燃机强化程度的不断提高以及排放标准的日益严格，采用涡轮增压技术成为提高发动机经济性、动力性以及排放标准最为关键的措施之一。涡轮增压器可分为普通、有废气旁通以及可变截面三种类型，现阶段市面上绝大部分涡轮增压器均为带有废气旁通，该技术路线中的涡轮增压器较普通涡轮增压器可选择小流通能力的涡轮机，主要为了提高发动机低速性能，当发动机高速时，通过废气旁通技术防止涡轮增压器超速，和保持原有性能。

目前市面上绝大部分涡轮增压器均采用传统压气机结构，该结构由于喘振和堵塞的影响，流量范围窄，效率低。随着发动机技术发展，转速范围越来越宽广，低速性能需求越来越高。可调叶轮进气截面的涡轮增压器解决了低速性能低的问题，同时拓宽了压气机的流量范围和提高了压气机高速性能。

但是带有废气旁通和可变截面的涡轮增压器往往受到压气机的喘振和堵塞边界的影响，难以满足高速的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有带有废气旁通和可变截面的涡轮增压器所存在的不足而提供一种可调叶轮进气截面的涡轮增压器，以拓宽涡轮增压器或压气机的流量范围，同时提升发动机工况点的性能。

为了实现本发明的目的，本发明的可调叶轮进气截面的涡轮增压器，包括压气机，所述压气机包含压气机叶轮，其特征在于，还包括一可变进气截面的叶片总成和一外部步进电机驱动机构，在所述压气机的进口段的内周壁面固定安装有一固定环，所述固定环靠近所述压气机叶轮的前端并与所述压气机的进口段之间相对静止；所述可变进气截面的叶片总成中的固定部分固定在所述固定环上，在所述压气机的进口段的外周壁套接有一驱动环，所述驱动环与所述压气机的进口段能够相对转动并向远离所述压气机叶轮方向延伸；在所述驱动环的外周面上设置有一输入齿轮，所述外部步进电机驱动机构中的输出齿轮与所述输入齿轮啮合，通过输入齿轮驱动所述驱动环转动，在所述驱动环内配置有导轨，所述可变进气截面的叶片总成与所述导轨连接，所述驱动环转动时，通过所述导轨驱动所述可变进气截面的叶片总成转动，从而控制所述压气机的进气截面开启与关闭。

在本发明的一个优选实施例中，所述驱动环与所述压气机的进口段的外周壁之间设置有活塞密封环。

在本发明的一个优选实施例中，在所述可变进气截面的叶片总成上设置有第一导柱，所述可变进气截面的叶片总成通过所述第一导柱固定在所述固定环上；在所述可变进气截面的叶片总成中的叶片上固定有第二导柱，所述第二导柱与所述导轨内连接，所述驱动环转动时，通过所述导轨驱动可变进气截面的叶片总成中的叶片以第一导柱为中心发生转动，使得所述可变进气截面的叶片总成开启和关闭，从而控制压气机的进气截面开启与关闭。

在本发明的一个优选实施例中，随着发动机工况变换，当发动机低速时，所述可变进气截面的叶片总成中的活动部分将所述压气机的进气截面完全关闭，压气机的进口段最小有效面积变小，所述压气机叶轮轮径面积比减小，压气机低速效率提升；当发动机高速时，所述可变进气截面的叶片总成中的活动部分将所述压气机的进气截面完全开启，压气机的进口段最小有效面积变大，所述压气机叶轮轮径面积比增大。

由于采用了如上的技术方案，本发明与现有技术相比，具有的有益效果：

1.采用可变进气截面的叶片总成，可拓宽涡轮增压器的流量范围，同时提升发动机工况点的性能。

2.采用可变进气截面的叶片总成，结构简单，可靠性高，并可通过电控实现精准控制。

3.采用可变进气截面的叶片总成，发动机加速时，可快速关闭进气截面提升发动机加速时响应性。

附图说明

图1是本发明的可调叶轮进气截面的涡轮增压器的结构示意图。

图2a是本发明的可调叶轮进气截面的涡轮增压器中的可变进气截面的叶片总成中的叶片呈开启状态示意图。

图2b是本发明的可调叶轮进气截面的涡轮增压器中的可变进气截面的叶片总成5中的叶片呈关闭状态示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式来进一步描述本发明。

参见图1，图中所示的可调叶轮进气截面的涡轮增压器，包括压气机1，该压气机1包含压气机叶轮2，其还包括一可变进气截面的叶片总成5和一外部步进电机驱动机构(图中未示出)，在压气机1的进口段1a的内周壁面1aa固定安装有一固定环3，该固定环3靠近压气机叶轮2的前端并与压气机1的进口段1a之间相对静止。

在压气机1的进口段1a的外周壁1ab套接有一驱动环4，驱动环4与压气机1的进口段1a能够相对转动；在驱动环4与压气机1的进口段1a的外周壁1ab之间设置有活塞密封环(图中未示出)。

在驱动环4的外周面上设置有一输入齿轮41，外部步进电机驱动机构中的输出齿轮与输入齿轮41啮合，通过输入齿轮41驱动驱动环4转动。

在驱动环4内配置有导轨42，可变进气截面的叶片总成5通过导柱5c固定在固定环3上，在可变进气截面的叶片总成5的叶片5b上固定有导柱5a，可变进气截面的叶片总成5中的叶片5b上的导柱5a与导轨42连接，驱动环4转动时，通过导轨42驱动可变进气截面的叶片总成5中的叶片5b以导柱5c为中心发生转动，可变进气截面的叶片总成5开启的状态如图2a，可变进气截面的叶片总成5关闭的状态如图2b，从而控制压气机1的进气截面开启与关闭。

本发明可调叶轮进气截面的涡轮增压器，具体工作过程如下：

1.发动机与涡轮增压器联合工作中，当发动机处于低速或低负荷时，可变进气截面的叶片总成5，通过导轨42驱动可变进气截面的叶片总成5中的叶片5b以导柱5c为中心发生顺时针转动，实现减少进气截面的效果，压气机1的进口截面最小有效面积变小，压气机叶轮2轮径面积比减小，压气机1喘振区域附近效率提升，从而发动机性能提升；

2.当发动机处于中高速或中高负荷时，可变进气截面的叶片总成5，通过导轨42驱动可变进气截面的叶片总成5中的叶片5b以导柱5c为中心发生逆时针转动，实现增大进气截面的效果，压气机1的进口截面最小有效面积变大，压气机叶轮2轮径面积比增大，压气机流量范围增大，并且压气机堵塞区域附近效率提升，从而发动机性能提升；

3.发动机全工况标定时，当发动机性能未达到要求时，ECU发送电控信号给该可调叶轮进气截面的涡轮增压器的外置控制单元，计算出进气截面的开启或者关闭值，增压器和发动机性能随之发生变化，ECU判断发动机是否达到要求，如否，则继续以上控制循环，直至达到性能要求；如是，将维持目前状态。

Claims (4)

1.可调叶轮进气截面的涡轮增压器，包括压气机，所述压气机包含压气机叶轮，其特征在于，还包括一可变进气截面的叶片总成和一外部步进电机驱动机构，在所述压气机的进口段的内周壁面固定安装有一固定环，所述固定环靠近所述压气机叶轮的前端并与所述压气机的进口段之间相对静止；所述可变进气截面的叶片总成中的固定部分固定在所述固定环上，在所述压气机的进口段的外周壁套接有一驱动环，所述驱动环与所述压气机的进口段能够相对转动并驱动叶片总成开启关闭；在所述驱动环的外周面上设置有一输入齿轮，所述外部步进电机驱动机构中的输出齿轮与所述输入齿轮啮合，通过输入齿轮驱动所述驱动环转动，在所述驱动环内配置有导轨，所述可变进气截面的叶片总成中的活动部分与所述导轨连接，所述驱动环转动时，通过所述导轨驱动所述可变进气截面的叶片总成开启或者关闭，从而控制所述压气机的进气截面开启与关闭。

2.如权利要求1所述的可调叶轮进气截面的涡轮增压器，其特征在于，所述驱动环与所述压气机的进口段的外周壁之间设置有活塞密封环。

3.如权利要求1或2所述的可调叶轮进气截面的涡轮增压器，其特征在于，在所述可变进气截面的叶片总成上设置有第一导柱，所述可变进气截面的叶片总成通过所述第一导柱固定在所述固定环上；在所述可变进气截面的叶片总成中的叶片上固定有第二导柱，所述第二导柱与所述导轨内连接，所述驱动环转动时，通过所述导轨驱动可变进气截面的叶片总成中的叶片以第一导柱为中心发生转动，使得所述可变进气截面的叶片总成开启和关闭，从而控制压气机的进气截面开启与关闭。

4.如权利要求1或2所述的可调叶轮进气截面的涡轮增压器，其特征在于，随着发动机工况变换，当发动机低速时，所述可变进气截面的叶片总成中的活动部分将所述压气机的进气截面完全关闭，压气机的进口段最小有效面积变小，所述压气机叶轮轮径面积比减小，压气机低速效率提升；当发动机高速时，所述可变进气截面的叶片总成中的活动部分将所述压气机的进气截面完全开启，压气机的进口段最小有效面积变大，所述压气机叶轮轮径面积比增大。

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