CN116398289B - 一种高效旁通型涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效旁通型涡轮增压器，涉及涡轮增压技术领域，高效旁通型涡轮增压器包括：压气机、涡轮机、中间体、执行器以及控制机构，压气机和涡轮机通过中间体连通，涡轮机的涡轮和压气机的叶轮同轴连接，执行器的一端和压气机的出气口连通，执行器的另一端用于驱动控制机构运行；涡轮机的进气通道用于与发动机气缸的排气口连通，涡轮机的侧流涡道的一端和进气通道连通，侧流涡道的另一端和涡轮的子午线区域连通，控制机构用于控制侧流涡道的开闭。本装置可兼顾发动机高低速性能的高效和高可靠性、又能够满足发动机的进一步降低排放需求。

Description

一种高效旁通型涡轮增压器

技术领域

本发明涉及涡轮增压技术领域，更具体地说，涉及一种高效旁通型涡轮增压器。

背景技术

相关技术中，内燃机行业对增压器的性能要求不断提高，如何最大程度利用能源、减少能量浪费的同时提升增压器的性能，成为当前增压器技术发展的难点。

目前，应用广泛的传统废气旁通型增压器包括压气机01、涡轮机02、涡轮04、叶轮05、旁通阀门06、执行器07以及控制结构08。其工作原理如图1所示。在发动机处于低速状态，发动机气缸03中排出的废气进入涡轮机02，吹动涡轮04旋转，并带动与涡轮04同轴的压气机01叶轮05旋转，进入压气机01的新鲜空气被压缩，实现增压器的增压功能，为发动机气缸03提供合适压力的压缩气体。此时，增压压力低，而执行器07中的弹簧具有一定的预紧力，增压气体的压力不足以克服执行器07弹簧的预紧力，因此，旁通阀门06是关闭状态。

在发动机处于高速状态下，如图2所示，发动机气缸03中排出更多的废气，高速吹动涡轮04旋转，并带动与涡轮04同轴的压气机01叶轮05高速旋转。此时，发动机废气蕴含的能量远高于增压器匹配发动机所需要的能量，需要将多余的废气能量不通过涡轮机02直接排放出去，从而避免增压器回收过多的能量而导致超速失效。随着发动机工况的提升，压气机01压缩能力增强，增压气体的压力升高，当增压压力增高至一定程度时，足以克服执行器07弹簧预紧力，执行器07推动控制机构，打开旁通阀门06，此时，除了大部分废气进入涡轮04，还有一部分废气会被旁通到达涡轮04出口后被排出，避免了增压器的超速，而这部分旁通废气的能量也同时被浪费。

此外，另一种应用较为广泛的增压器为可变喷嘴环涡轮增压器，其包括压气机01、涡轮机02、涡轮04、叶轮05、可变喷嘴环09、执行器07以及控制结构08，其工作原理如图3所示，发动机气缸03中排出的废气在流入涡轮04之前，利用电动执行器07调整可变喷嘴环09中喷嘴叶片010之间夹角，改变废气进入涡轮04的流通面积，控制涡轮04旋转，并带动与涡轮04同轴的压气机01的叶轮05旋转，进入压气机01的新鲜空气被压缩，实现增压器的增压功能，尽可能满足缸内燃烧所需要的增压压力和进气量。

在发动机处于低速状态，利用电动执行器07的调节，如图4所示，可变喷嘴环09中喷嘴叶片010开度小，通流面积较小，使得发动机气缸03中排出的废气经过喷嘴叶片010的整流后，涡轮04进气周向速度加大，压力提高，进气量增加，相应的压气机01端的增压压力提升，进而改善发动机低速时经济性。在发动机处于高速状态下，发动机气缸03中排出更多的废气，利用电动执行器07的调节，如图5所示，可变喷嘴环09中喷嘴叶片010开度大，通流面积增大，降低排气背压，避免增压器超速的同时，不降低发动机的经济性。

也即可变喷嘴环涡轮增压器虽然利用可变喷嘴环09改变涡轮04进口面积来尽可能满足缸内燃烧所需要的增压压力和进气量，实现低速和高速工况下，涡轮04增压器与发动机均良好匹配。但是，由于可变喷嘴环09控制机构非常复杂、成本高，在高温环境下，各组件的形变容易引起喷嘴环的卡滞。并且，发动机低速工况下调小喷嘴叶片010开度来减小涡轮04进口面积，此时的涡轮04进气周向速度加大，涡轮04效率偏低，且造成发动机排气背压过高。而发动机高速工况下调大喷嘴叶片010开度来增大涡轮04进口面积时，喷嘴叶片010距离涡轮04叶片前缘较近，废气中的颗粒会对喷嘴叶片010造成较大的磨损。因此，可变喷嘴环涡轮增压器虽然能够兼顾发动机高低速性能，但是具有可靠性差，制造成本大幅提高的缺点。

综上所述，如何提供一种既可兼顾发动机高低速性能的高效和高可靠性、又能够满足发动机的进一步降低排放需求的涡轮增压器，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种高效旁通型涡轮增压器，可兼顾发动机高低速性能的高效和高可靠性、又能够满足发动机的进一步降低排放需求。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高效旁通型涡轮增压器，包括：压气机、涡轮机、中间体、执行器以及控制机构，所述压气机和所述涡轮机通过所述中间体连通，所述涡轮机的涡轮和所述压气机的叶轮同轴连接，所述执行器的一端和所述压气机的出气口连通，所述执行器的另一端用于驱动所述控制机构运行；

所述涡轮机的进气通道用于与发动机气缸的排气口连通，所述涡轮机的侧流涡道的一端和所述进气通道连通，所述侧流涡道的另一端和所述涡轮的子午线区域连通，所述控制机构用于控制所述侧流涡道的开闭。

优选的，还包括引流涡道，所述引流涡道的一端与所述进气通道连通，所述引流涡道的另一端与所述涡轮机的出气通道连通，所述控制机构用于控制所述引流涡道的开闭。

优选的，所述进气通道的一侧设有侧流旁通孔和引气旁通孔，所述侧流旁通孔和所述侧流涡道的连通处、所述引气旁通孔和所述引流涡道的连通处均设有所述控制机构。

优选的，所述引流涡道包括与所述引气旁通孔连通的引气腔和多个具有射流作用的射流孔，所述射流孔设于所述出气通道上，且所述射流孔和所述引气腔连通。

优选的，所述控制机构包括与所述执行器连接的旋转轴和套设于所述旋转轴外周部的衬套，所述旋转轴上设有第一凹槽和第二凹槽，所述衬套上设有第一开口、第二开口、第三开口以及第四开口；所述第一开口和所述第二开口均用于与所述第一凹槽配合，以控制所述侧流涡道开启和闭合，当所述第一凹槽与所述第一开口相通时，所述第二开口与所述侧流涡道相通，所述侧流旁通孔和所述第一开口相通，所述第一凹槽与所述第二开口的重叠角为0°；所述第三开口和所述第四开口均用于与所述第二凹槽配合，以控制所述引流涡道开启和闭合，当所述第二凹槽与所述第三开口相通时，所述第四开口与所述引气腔相通，所述引气旁通孔和所述第三开口相通，所述第二凹槽与所述第四开口的重叠角为A。

优选的，所述旋转轴上设有第一环槽、第二环槽以及第三环槽，所述第一环槽内安装有第一密封环，所述第二环槽内安装有第二密封环，所述第三环槽内安装有第三密封环；所述旋转轴的端部和所述第一凹槽之间设有所述第一环槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽之间设有所述第二环槽，所述第二凹槽和所述旋转轴的端部之间设有所述第三环槽。

优选的，所述旋转轴的一端设有旋转半球，所述旋转轴的另一端设有用于防止所述旋转轴脱出的限位挡板。

优选的，所述限位挡板和所述旋转轴端部之间设有密封槽，所述密封槽内设有U型密封圈。

优选的，A的角度范围为5°-15°。

优选的，还包括用于对废气进行导流的固定导叶喷嘴环，以使废气通过所述侧流涡道进入所述子午线的1/4至3/4区域。

在使用本发明所提供的高效旁通型涡轮增压器时，在发动机低速工况下，发动机排出的废气流量较少，废气流经涡轮机的进气通道，吹动涡轮旋转，涡轮可带动与涡轮同轴的叶轮旋转，实现涡轮增压器正常的增压功能。由于此时的增压压力未达到执行器的开启限值，使得执行器并未启动、控制机构保持关闭状态，也即废气不会进入侧流涡道，会直接通过进气通道进入涡轮，以实现涡轮机功能。

随着发动机转速的持续升高，发动机排出的废气流量增多，废气流经涡轮机的进气通道，吹动涡轮旋转，涡轮可带动与涡轮同轴的叶轮旋转，以实现涡轮增压器正常的增压功能。此时，增压压力逐渐达到执行器的开启限值，执行器开启后，控制机构可在执行器的驱动作用下运行，进而控制侧流涡道逐渐打开，使得大部分废气流经涡轮的进气通道，小部分废气流经侧流涡道后进入涡轮的子午线位置，两股废气共同吹动涡轮旋转，以带动与涡轮同轴的叶轮更快速的旋转，使得涡轮增压器的增压能力更强，有效提升涡轮机效率。

其中，可以将涡轮的叶片轮廓两侧分别作为子午线的起点和终点，起点和终点之间的区域记为涡轮的子午线位置，子午线起点的一侧为涡轮进气口，子午线终点的一侧为涡轮出气口。将侧流涡道与涡轮子午线区域连通，是为了将流经侧流涡道的废气导入涡轮叶片内直接进入涡轮中下游流道。从而使这部分旁通气流绕过了涡壳主流道的喉口，避免了发动机工况提升导致涡壳主流道堵塞的问题。这部分废气，进入侧流道经喷嘴膨胀加速后，可继续推动涡轮转动，实现废气再次利用。也即本申请利用侧流涡道的进气结构，使得部分的旁通废气进入涡轮子午线区域，提高涡轮机总通流能力，可有效利用旁通废气能量，提升涡轮机整机效率，改变旁通废气直接被浪费的现状。

综上所述，本发明所提供的高效旁通型涡轮增压器，可兼顾发动机高低速性能的高效和高可靠性、又能够满足发动机的进一步降低排放需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为现有技术中传统废气旁通型增压器在发动机处于低速状态时的工作原理图；

图2为传统废气旁通型增压器在发动机处于高速状态时的工作原理图；

图3为可变喷嘴环涡轮增压器的工作原理图；

图4为可变喷嘴环涡轮增压器在发动机处于低速状态时的喷嘴叶片示意图；

图5为可变喷嘴环涡轮增压器在发动机处于高速状态时的喷嘴叶片的结构示意图；

图6为本发明所提供的高效旁通型涡轮增压器在发动机低速时控制机构关闭时的原理示意图；

图7为在发动机高速运转时侧流涡道打开时的原理示意图；

图8为在发动机高速运转时侧流涡道和引流涡道均打开时的原理示意图；

图9为高效旁通型涡轮增压器的结构示意图；

图10为高效旁通型涡轮增压器的剖视图；

图11为增压压力小于P1时的废气流动状态示意图；

图12为控制机构的结构示意图；

图13为旋转轴的结构示意图；

图14为衬套的结构示意图；

图15为增压压力小于P1时侧流涡道闭合时的结构示意图；

图16为图15的局部放大图；

图17为增压压力小于P1时引流涡道闭合的结构示意图；

图18为图17的局部放大图；

图19为增压压力小于P1时执行器带动控制机构旋转的示意图；

图20为增压压力由P1增加至P2时执行器带动控制机构旋转的示意图；

图21为增压压力由P1增加至P2时侧流涡道开启状态下的示意图；

图22为图21的局部放大图；

图23为涡轮的子午线区域示意图；

图24为增压压力由P1增加至P2时引流涡道闭合的结构示意图；

图25为图24的局部放大图；

图26为侧流涡道开启时的废气流动状态示意图；

图27为增压压力由P1增加至P2时侧流涡道的状态示意图；

图28为图27的局部放大图；

图29为增压压力由P1增加至P2时引流涡道开启的结构示意图；

图30为图29的局部放大图；

图31为侧流涡道开启时的废气流动状态示意图。

图1-图5中：

01为压气机、02为涡轮机、03为发动机气缸、04为涡轮、05为叶轮、06为旁通阀门、07为执行器、08为控制结构、09为可变喷嘴环、010为喷嘴叶片；

图6-图31中；

1为压气机、11为叶轮、2为涡轮机、21为进气通道、22为出气通道、23为固定导叶喷嘴环、24为涡轮、25为子午线、3为中间体、4为执行器、41为推杆、5为控制机构、51为旋转轴、511为第一凹槽、512为第二凹槽、513为第一环槽、514为第二环槽、515为第三环槽、516为第一密封环、517为第二密封环、518为第三密封环、519为密封圈、52为衬套、521为第一开口、522为第二开口、523为第三开口、524为第四开口、53为旋转半球、54为限位挡板、55为U型密封圈、6为发动机气缸、7为侧流涡道、71为侧流旁通孔、8为引流涡道、81为引气旁通孔、82为引气腔、83为射流孔。

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。

本发明的核心是提供一种高效旁通型涡轮增压器，可兼顾发动机高低速性能的高效和高可靠性、又能够满足发动机的进一步降低排放需求。

请参考图6至图31。

本具体实施例提供了一种高效旁通型涡轮增压器，包括：压气机1、涡轮机2、中间体3、执行器4以及控制机构5，压气机1和涡轮机2通过中间体3连通，涡轮机2的涡轮24和压气机1的叶轮11同轴连接，执行器4的一端和压气机1的出气口连通，执行器4的另一端用于驱动控制机构5运行；涡轮机2的进气通道21用于与发动机气缸6的排气口连通，涡轮机2的侧流涡道7的一端和进气通道21连通，侧流涡道7的另一端和涡轮24的子午线25区域连通，控制机构5用于控制侧流涡道7的开闭。

需要说明的是，在发动机处于低速状态下，如图6所示，发动机气缸6中排出的废气进入涡轮机2，吹动涡轮24旋转，并带动与涡轮24同轴的压气机1的叶轮11旋转，进入压气机1的新鲜空气被压缩，实现增压器的增压功能，为发动机气缸6提供合适压力的压缩气体。此时，增压压力较低，而执行器4中的弹簧具有一定的预紧力，增压气体的压力不足以克服执行器4的弹簧预紧力，因此，执行器4此时不会控制控制机构5运行，也即控制机构5此时处于关闭状态。

在发动机处于中、高速状态下，如图7所示，发动机气缸6中排出更多的废气，高速吹动涡轮24旋转，并带动与涡轮24同轴的压气机1叶轮11也高速旋转，压气机1的压缩能力更强，增压气体的压力更高，当增压压力增高至一定程度时，足以克服执行器4的弹簧预紧力，执行器4推动控制机构5运行，将侧流涡道7的通道打开，此时，除了大部分废气进入涡轮24，还有一部分废气会进入侧流涡道7后，再进入涡轮24的子午线25区域，这部分气流可绕过涡轮机2喉口位置，直接进入到涡轮24中后部，既增大了涡轮机2的通流，且这部分废气能推动涡轮24做功，提升涡轮24对于废气的利用率，并且，这部分废气不会影响原有涡轮24的进气通道21。

可以在实际运用过程中，根据实际情况和实际需求，对压气机1、涡轮机2、中间体3、执行器4、进气通道21、侧流涡道7以及控制机构5的形状、结构、尺寸、位置等进行确定。

在使用本发明所提供的高效旁通型涡轮增压器时，在发动机低速工况下，发动机排出的废气流量较少，废气流经涡轮机2的进气通道21，吹动涡轮24旋转，涡轮24可带动与涡轮24同轴的叶轮11旋转，实现涡轮24增压器正常的增压功能。由于此时的增压压力未达到执行器4的开启限值，使得执行器4并未启动、控制机构5保持关闭状态，也即废气不会进入侧流涡道7，会直接通过进气通道21进入涡轮24，以实现涡轮机2功能。

随着发动机转速的持续升高，发动机排出的废气流量增多，废气流经涡轮机2的进气通道21，吹动涡轮24旋转，涡轮24可带动与涡轮24同轴的叶轮11旋转，以实现涡轮24增压器正常的增压功能。此时，增压压力逐渐达到执行器4的开启限值，执行器4开启后，控制机构5可在执行器4的驱动作用下运行，进而控制侧流涡道7逐渐打开，使得大部分废气流经涡轮24的进气通道21，小部分废气流经侧流涡道7后进入涡轮24的子午线25位置，两股废气共同吹动涡轮24旋转，以带动与涡轮24同轴的叶轮11更快速的旋转，使得涡轮24增压器的增压能力更强，有效提升涡轮机2效率。

其中，可以将涡轮24的叶片轮廓两侧分别作为子午线25的起点和终点，起点和终点之间的区域记为涡轮24的子午线25位置，子午线25起点的一侧为涡轮24进气口，子午线25终点的一侧为涡轮24出气口。将侧流涡道7与涡轮24的子午线25区域连通，是为了将流经侧流涡道7的废气导入涡轮24叶片内、直接进入涡轮24的中下游流道。从而使这部分旁通气流绕过了涡轮机2的涡壳主流道的喉口，避免了发动机工况提升导致涡壳主流道堵塞的问题。并且，这部分废气进入侧流涡道7经喷嘴膨胀加速后，可继续推动涡轮24转动，实现废气再次利用。也即本申请利用侧流涡道7的进气结构，使得部分的旁通废气进入涡轮24的子午线25区域，提高涡轮机2的总通流能力，可有效利用旁通废气能量，提升涡轮机2整机效率，改变旁通废气直接被浪费的现状。

综上所述，本发明所提供的高效旁通型涡轮增压器，可兼顾发动机高低速性能的高效和高可靠性、又能够满足发动机的进一步降低排放需求。

在上述实施例的基础上，优选的，还包括引流涡道8，引流涡道8的一端与进气通道21连通，引流涡道8的另一端与涡轮机2的出气通道22连通，控制机构5用于控制引流涡道8的开闭。也即通过控制该控制机构5运行，即可实现引流涡道8的打开或关闭，以利用流经引流涡道8的废气对其它气体进行引流操作。

优选的，进气通道21的一侧设有侧流旁通孔71和引气旁通孔81，侧流旁通孔71和侧流涡道7的连通处、引气旁通孔81和引流涡道8的连通处均设有控制机构5。也即侧流旁通孔71和侧流涡道7选择性连通或关闭，引气旁通孔81和引流涡道8选择性连通或关闭，并且，侧流旁通孔71和引气旁通孔81分开设置，可避免进气通道21处的开孔过大而影响进气通道21的正常运行。

优选的，引流涡道8包括与引气旁通孔81连通的引气腔82和多个具有射流作用的射流孔83，射流孔83设于出气通道22上，且射流孔83和引气腔82连通。

需要说明的是，在发动机处于高速状态下，当侧流涡道7的通流能力达到极限时，如图8所示，此时，随着增压气体的继续升高，执行器4继续推动控制机构5，将控制机构5的引气腔82通道打开，使得除了大部分废气进入涡轮24、一部分废气进入侧流涡道7，还有另外一部分废气通过引气腔82进入射流孔83，此时通流截面急剧减小，气流膨胀，废气流速增加，废气压力下降，使得在射流孔83（可以将射流孔83设置为锥形孔）出口处产生低压区域，对涡轮24出口的主流气体产生引射作用，促进涡轮24出口废气快速排出，降低涡后压力，降低发动机的排气阻力，改善发动机经济性。

优选的，控制机构5包括与执行器4连接的旋转轴51和套设于旋转轴51外周部的衬套52，旋转轴51上设有第一凹槽511和第二凹槽512，衬套52上设有第一开口521、第二开口522、第三开口523以及第四开口524；第一开口521和第二开口522均用于与第一凹槽511配合，以控制侧流涡道7开启和闭合，当第一凹槽511与第一开口521相通时，第二开口522与侧流涡道7相通，侧流旁通孔71和第一开口521相通，第一凹槽511与第二开口522的重叠角为0°；第三开口523和第四开口524均用于与第二凹槽512配合，以控制引流涡道8开启和闭合，当第二凹槽512与第三开口523相通时，第四开口524与引气腔82相通，引气旁通孔81和第三开口523相通，第二凹槽512与第四开口524的重叠角为A。

需要说明的是，控制机构5包括旋转轴51和衬套52，结构如图12所示，旋转轴51和衬套52配合控制不同通道的开启和闭合。衬套52上设置第一开口521、第二开口522、第三开口523以及第四开口524。其中，设置第一开口521和第二开口522是为了与第一凹槽511配合，控制侧流涡道7的进气结构开启与闭合；设置第三开口523和第四开口524是为了与第二凹槽512配合，控制引流涡道8的射流引气结构开启与闭合。

在发动机低速工况下，发动机排出的废气流量较少，废气流经涡轮24进口，吹动涡轮24旋转，带动与涡轮24同轴的叶轮11旋转，实现涡轮24增压器正常的增压功能。由于增压压力没有达到执行器4开启限值P1（P1可以根据发动机的重点工况的匹配策略进行设计，例如可取值120kPa至300kPa），此时，控制机构5保持关闭，即使废气进入侧流旁通孔71和引气旁通孔81，其也不会进入侧流涡道7和引流涡道8，废气可直接进入涡轮24，实现涡轮机2功能，此时的废气流动状态如图11所示，其中箭头方向为废气流动方向。

控制机构5保持关闭是指第一凹槽511与第一开口521相通，第二开口522与侧流涡道7相通，废气从侧流旁通孔71进入后经过第一开口521到达第一凹槽511，但由于第一凹槽511与第二开口522重叠角为0°，废气无法继续流入第二开口522，即废气不会进入侧流涡道7，此时，侧流涡道7进气结构功能未开启，如图15所示。

另外，如图16所示，第二凹槽512与第三开口523相通，第四开口524与引气腔82相通，废气从引气旁通孔81进入后经过第三开口523到达第二凹槽512，但由于第二凹槽512与第四开口524之间相差A才开始重叠，即重叠角为A，当衬套52旋转A后、第二凹槽512与第四开口524才开始重叠。而此时的废气无法继续流入第四开口524，即废气不会进入引气腔82，射流引气结构功能未开启。

在上述实施例的基础上，优选的，旋转轴51上设有第一环槽513、第二环槽514以及第三环槽515，第一环槽513内安装有第一密封环516，第二环槽514内安装有第二密封环517，第三环槽515内安装有第三密封环518；

旋转轴51的端部和第一凹槽511之间设有第一环槽513，第一凹槽511和第二凹槽512之间设有第二环槽514，第二凹槽512和旋转轴51的端部之间设有第三环槽515。

需要说明的是，可以将第一密封环516、第二密封环517以及第三密封环518均设置为密封圈519，通过在旋转轴51与衬套52之间装配有三个密封圈519，可有效防止废气在不同通道之间泄漏。如图12、图13所示，在旋转轴51上设置第一凹槽511，是为了控制侧流涡道7的进气结构开启与闭合，设置第一密封环516槽是为了放置第一密封环516，避免在侧流涡道7进气结构无需开启时，有部分废气从旋转轴51与衬套52之间间隙泄漏到侧流涡道7；在旋转轴51上设置第二凹槽512，是为了控制引流涡道8进气结构开启与闭合，设置第二密封环517是为了放置第二密封环517，避免在射流引气结构无需开启时，有部分废气从旋转轴51与衬套52之间间隙泄漏到引气腔82；在旋转轴51上设置第三环槽515和第三密封环518，是为了放置第三密封环518，避免有部分废气从旋转轴51与衬套52之间间隙向外部环境泄漏。

优选的，旋转轴51的一端设有旋转半球53，旋转轴51的另一端设有用于防止旋转轴51脱出的限位挡板54。其中，可以将旋转轴51一端和执行器4的推杆41通过连接片、销钉等部件连接，以将推杆41的伸缩运动转化为旋转轴51的旋转运动。设置旋转半球53是为了方便旋转轴51旋转，以向旋转轴51提供旋转支撑点，限位挡板54可有效防止旋转轴51在旋转过程中出现脱落现象。

优选的，限位挡板54和旋转轴51端部之间设有密封槽，密封槽内设有U型密封圈55。通过设置U型密封圈55可进一步防止废气向大气泄漏。

优选的，A为5°-15°，也即可以根据实际情况和实际需求，对A的具体角度进行确定，以对旋转轴51和衬套52的具体形状、尺寸等进行确定。

优选的，还包括用于对废气进行导流的固定导叶喷嘴环23，以使废气通过侧流涡道7进入子午线25的1/4至3/4区域。

需要说明的是，本装置与传统的旁通型增压器形似，主要包括压气机1、中间体3、涡轮机2以及执行器4等。但是与传统旁通型增压器相比，本申请提供的增压器涡轮机增设了控制机构5、侧流涡道7（主要由侧流涡道7和固定导叶喷嘴环23组成）以及引流涡道8（主要由引气腔82和多个射流孔83组成），示意图如图10所示。

为了进一步说明本发明所提供的高效旁通型涡轮增压器，可以将A设置为10°，并以其为例进行说明。

在发动机高速工况下，发动机排出的废气流量较多，废气流经涡轮24进口，吹动涡轮24旋转，带动与涡轮24同轴的叶轮11旋转更快，涡轮24增压器增压能力更强。当增压压力超过执行器4开启限值P1且不超过P2（P1可以根据发动机的重点工况的匹配策略进行设计，P2可取值为P1＋10kPa至P1＋50kPa）时，执行器4的推杆41下行，推动控制机构5转动，带动旋转轴51旋转10°，如图19和图20所示，分别为推杆41未下行和下行时旋转轴51运动对比示意图。其中，图19、图20中的浅色线条为透视后的内部结构线条，以与外部结构线条进行区分。

此时，随着旋转轴51旋转10°，如图21所示，控制机构5中的第一凹槽511与第一开口521继续保持相通，第二开口522与侧流涡道7继续保持相通，但第一凹槽511与第二开口522之间重叠角开始由0°开始增大，最大重叠角为10°，在这个过程中，废气从侧流旁通孔71进入后经过第一开口521到达第一凹槽511，并继续进入第二开口522后，流入侧流涡道7并进入固定导叶喷嘴环23，通过固定导叶喷嘴环23的整流作用，废气以合适的进气角度进入涡轮24后、可驱动涡轮24旋转做功，进入涡轮24的位置选择涡轮24的子午线25的1/4到3/4区域（如图23所示的方框区间），从而实现侧流涡道7进气结构功能开启，提升涡轮机2的效率。

同时，随着旋转轴51旋转10°，如图24、图25所示，控制机构5的第二凹槽512与第三开口523继续保持相通，第四开口524与引气腔82继续保持相通，废气从引气旁通孔81进入后经过第三开口523到达第二凹槽512，第二凹槽512与第四开口524之间重叠角由-10°开始增加至0°，即第二凹槽512与第四开口524仍未相通，废气无法继续流入第四开口524，也不会进入引气腔82，此时，引流涡道8进气结构功能仍未开启。增压压力由P1增加至P2时增压器废气流动状态如图26所示。

随着发动机转速的继续升高，发动机排出的废气流量更多，大部分废气流经涡轮24进口，一部分废气流经侧流涡道7进气结构后进入涡轮24子午线25的1/4~3/4位置，共同吹动涡轮24旋转，带动与涡轮24同轴的叶轮11旋转更快，涡轮24增压器增压能力更强。

当增压压力继续增加至超过P2时，侧流涡道7进气结构的通流达到极限，随着执行器4的推杆41继续下行，推动控制机构5继续转动，带动控制机构5中旋转轴51继续旋转，使得旋转轴51的旋转角度由10°增大至20°。如图27、图28所示，控制机构5中的第一凹槽511与第一开口521继续保持相通，第二开口522与侧流涡道7继续保持相通，但第一凹槽511与第二开口522之间重叠角由10°开始增大，最大重叠角为20°，该过程中，更多的废气从侧流旁通孔71进入后经过第一开口521到达第一凹槽511，并继续进入第二开口522后，流入侧流涡道7并进入固定导叶喷嘴环23，通过固定导叶喷嘴环23的整流作用，更多的废气以合适的进气角度进入涡轮24后驱动涡轮24旋转做功，进入涡轮24的位置选择涡轮24的子午线25的1/4到3/4区域，继续提升涡轮机2效率。

同时，随着旋转轴51旋转角度由10°增大至20°，如图29、图30所示，控制机构5的第二凹槽512与第三开口523继续保持相通，第四开口524与引气腔82继续保持相通，废气从引气旁通孔81进入后经过第三开口523到达第二凹槽512，第二凹槽512与第四开口524之间重叠角由0°开始增加至10°，即第二凹槽512与第四开口524开始相通，废气流入第四开口524后进入引气腔82。引气腔82内的废气流经锥形的射流孔83时，废气通流截面急剧减小，气流膨胀，废气平行于涡轮24出口方向流速增加，废气压力下降，使得在射流孔83出口处产生低压区域，对涡轮24出口的主流产生引射作用，促进涡轮24出口废气快速排出，降低涡后压力，提升发动机经济性，此时射流引气结构功能开启。

当增压压力超过P2时增压器废气流动状态如图26所示，发动机排出的废气中大部分废气流经涡轮24进口，一部分废气流经侧流涡道7进气结构后进入涡轮24的子午线25的1/4~3/4位置，增加涡轮24进气流量，实现侧流涡道7进气结构功能；另一部分废气流经引气腔82后进入射流孔83，在射流孔83出口处喷射，促进涡轮24出口处的气流快速排出。

本装置通过设置侧流涡道7进气结构，将旁通废气再次通入到涡轮24子午线25位置，增加涡轮24质量流量，提升效率，改变旁通废气直接被浪费的现状；而且，本装置增设引流涡道8进气结构，使得部分旁通废气进入射流孔83产生射流，进而出现低压区域，加快废气流动，将旁通废气通过引气腔82进入射流孔83后的射流作用，有效加快涡后废气的排出，降低涡后压力，提升性能，有效改变旁通废气直接被浪费的现状。

而且，本装置的控制机构5可同时控制侧流涡道7进气结构和引流涡道8进气结构的开启或闭合，实现废气的选择性密封和导通。本装置的结构简单、制作成本低，结构可靠性高，可同时实现在发动机低速和高速工况下均良好匹配，且无需专门设置电动的控制机构5，即可解决可变喷嘴环增压器在发动机低速时效率低以及系统特别复杂导致可靠性差等问题，并可解决传统废气旁通型增压器的旁通排气容易对主流气体产生堵塞的问题。

需要进行说明的是，本申请文件中提到的第一凹槽511和第二凹槽512、第一环槽513和第二环槽514以及第三环槽515、第一密封环516和第二密封环517以及第三密封环518、第一开口521和第二开口522和第三开口523以及第四开口524，其中，第一和第二和第三以及第四只是为了区分位置的不同，并没有先后顺序之分。

另外，还需要说明的是，本申请的“进出”等指示的方位或位置关系，是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述和便于理解，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。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。

以上对本发明所提供的高效旁通型涡轮增压器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高效旁通型涡轮增压器，其特征在于，包括：压气机（1）、涡轮机（2）、中间体（3）、执行器（4）以及控制机构（5），所述压气机（1）和所述涡轮机（2）通过所述中间体（3）连通，所述涡轮机（2）的涡轮（24）和所述压气机（1）的叶轮（11）同轴连接，所述执行器（4）的一端和所述压气机（1）的出气口连通，所述执行器（4）的另一端用于驱动所述控制机构（5）运行；

所述涡轮机（2）的进气通道（21）用于与发动机气缸（6）的排气口连通，所述涡轮机（2）的侧流涡道（7）的一端和所述进气通道（21）连通，所述侧流涡道（7）的另一端和所述涡轮（24）的子午线（25）区域连通，所述控制机构（5）用于控制所述侧流涡道（7）的开闭；还包括引流涡道（8），所述引流涡道（8）的一端与所述进气通道（21）连通，所述引流涡道（8）的另一端与所述涡轮机（2）的出气通道（22）连通，所述控制机构（5）用于控制所述引流涡道（8）的开闭；所述进气通道（21）的一侧设有侧流旁通孔（71）和引气旁通孔（81），所述侧流旁通孔（71）和所述侧流涡道（7）的连通处、所述引气旁通孔（81）和所述引流涡道（8）的连通处均设有所述控制机构（5），所述控制机构（5）同时控制所述侧流涡道（7）进气结构和所述引流涡道（8）进气结构的开启或闭合，实现废气的选择性密封和导通；

所述侧流旁通孔（71）和所述引气旁通孔（81）分开预设距离设置，以避免所述进气通道（21）处的开孔过大而影响所述进气通道（21）的正常运行；所述引流涡道（8）包括与所述引气旁通孔（81）连通的引气腔（82）和多个具有射流作用的射流孔（83），所述射流孔（83）设于所述出气通道（22）上，且所述射流孔（83）和所述引气腔（82）连通；

所述控制机构（5）包括与所述执行器（4）连接的旋转轴（51）和套设于所述旋转轴（51）外周部的衬套（52），所述旋转轴（51）上设有第一凹槽（511）和第二凹槽（512），所述衬套（52）上设有第一开口（521）、第二开口（522）、第三开口（523）以及第四开口（524）；

所述第一开口（521）和所述第二开口（522）均用于与所述第一凹槽（511）配合，以控制所述侧流涡道（7）开启和闭合，当所述第一凹槽（511）与所述第一开口（521）相通时，所述第二开口（522）与所述侧流涡道（7）相通，所述侧流旁通孔（71）和所述第一开口（521）相通，所述第一凹槽（511）与所述第二开口（522）的重叠角为0°；

所述第三开口（523）和所述第四开口（524）均用于与所述第二凹槽（512）配合，以控制所述引流涡道（8）开启和闭合，当所述第二凹槽（512）与所述第三开口（523）相通时，所述第四开口（524）与所述引气腔（82）相通，所述引气旁通孔（81）和所述第三开口（523）相通，所述第二凹槽（512）与所述第四开口（524）的重叠角为A。

2.根据权利要求1所述的高效旁通型涡轮增压器，其特征在于，所述旋转轴（51）上设有第一环槽（513）、第二环槽（514）以及第三环槽（515），所述第一环槽（513）内安装有第一密封环（516），所述第二环槽（514）内安装有第二密封环（517），所述第三环槽（515）内安装有第三密封环（518）；

所述旋转轴（51）的端部和所述第一凹槽（511）之间设有所述第一环槽（513），所述第一凹槽（511）和所述第二凹槽（512）之间设有所述第二环槽（514），所述第二凹槽（512）和所述旋转轴（51）的端部之间设有所述第三环槽（515）。

3.根据权利要求2所述的高效旁通型涡轮增压器，其特征在于，所述旋转轴（51）的一端设有旋转半球（53），所述旋转轴（51）的另一端设有用于防止所述旋转轴（51）脱出的限位挡板（54）。

4.根据权利要求3所述的高效旁通型涡轮增压器，其特征在于，所述限位挡板（54）和所述旋转轴（51）端部之间设有密封槽，所述密封槽内设有U型密封圈（55）。

5.根据权利要求1至4任一项所述的高效旁通型涡轮增压器，其特征在于，A的角度范围为5°-15°。

6.根据权利要求1至4任一项所述的高效旁通型涡轮增压器，其特征在于，还包括用于对废气进行导流的固定导叶喷嘴环（23），以使废气通过所述侧流涡道（7）进入所述子午线（25）的1/4至3/4区域。