CN116557331B - 一种压气机及增压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发动机技术领域，具体公开了一种压气机及增压器，包括压气机壳、叶轮、驱动部件和拓流组件。其中，拓流组件包括内栅栏、中栅栏和外栅栏。内栅栏上沿周向设有多个一级引流前通孔，外栅栏上沿周向设有多个二级引流后通孔；中栅栏包括固定连接的内环和外环，内环上沿周向设有多个一级引流后通孔，外环上沿周向设有多个二级引流前通孔；驱动部件与拓流组件驱动连接，用于驱动内栅栏或者内栅栏和中栅栏旋转。应用本发明提供的压气机及增压器，能够根据发动机的不同进气量需求，相应打开或关闭一级引流功能，或者打开或关闭二级引流功能，解决了发动机在急减速工况下的喘振问题和急加速工况下的堵塞的问题。

Description

一种压气机及增压器

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，更具体地说，涉及一种压气机及增压器。

背景技术

涡轮增压器能够利用发动机做功后排出的废气能量驱动涡轮，带动与涡轮同轴的压气机叶轮旋转，压缩空气，增大进入气缸的气体密度，提高燃油的燃烧效率，使得发动机体积减小但功率密度提高，同时改善发动机排放，因而被广泛研究和使用。提高发动机功率密度最有效的手段之一是提升气缸进气增压压力，以便可以喷入更多燃油，但是随着增压器的增压比不断提高，叶轮进口马赫数也会不断增大，压气机内部流动转变为跨音速流动，会导致压气机稳定工作范围急剧变窄。

增压器压气机具有宽广而稳定的工作范围，对于工况变化剧烈重载工程机械发动机至关重要。在低速工况下，重载工程机械发动机需求足够高的增压压力，以得到更多的空气，才可以输出足够高的扭矩，但是在小流量范围获得高增压比时，气流将冲击压气机叶轮压力面，在压气机叶轮吸力面容易发生气流分离现象，导致叶轮进口产生大量低能流体涡团，而叶轮的旋转加剧了气流分离问题，使压气机进口压力低于压气机出口压力，气体会出现逆压梯度流动现象，此时气流会在叶轮的作用下正向流动，但还会因进气流量仍然过小和气流分离继续加剧导致逆压梯度流动反复出现，气流振荡强烈，引发增压器发生喘振。在急减速工况下，因发动机气量突然减小，而增压器转子由于惯性仍在高速旋转，工作范围较窄的增压器压气机也易出现喘振现象。当增压器发生喘振时，压气机叶轮将出现强烈机械振动，并瞬时造成压气机的叶片断裂等问题，导致发动机熄火等严重故障。

另外，在急加速工况下，因发动机气量突然增大，而增压器转子由于惯性仍在低速旋转，工作范围较窄的增压器压气机易出现堵塞现象，导致发动机排放性能差，尤其是颗粒物排放超标。

目前主要采用增加拓流槽结构的方法来增加压气机喘振和堵塞裕度。拓流槽结构位于压气机进口处，当压气机内出现逆压梯度流动时，一部分已经进入压气机叶轮的气体会流向压气机进口，另一部分已经进入压气机叶轮气体则流向拓流槽，并重新从叶轮进口流向叶轮出口，可以吹走叶轮进口的低能流体涡团，实现二次进气，抑制发动机耗气特性曲线左移，避免接近喘振线而出现喘振问题。但是增加拓流槽结构的方法解决喘振问题的能力有限，且拓流槽在增压器高速等工况下仍然是常开状态，影响增压器效率。

采用增加进气泄压阀结构也可以防止增压器出现喘振，包括进气泄压阀、控制进气泄压阀的电磁阀和气体泄流的旁通管路。当压气机进气压力过小时，进气泄压阀开启，使得压气机后的高压气体回到压气机前，提高压气机进气流量，避免压气机喘振的发生。但进气泄压阀系统控制过程较为复杂，造价较高，且管道布局会占据发动机大量空间。

综上所述，如何兼顾增压器效率的同时简单且低成本地有效解决发动机急减速工况下的喘振问题和急加速工况下的堵塞等问题，是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种压气机及增压器，该压气机及增压器的结构设计可以兼顾增压器效率的同时简单且低成本地有效解决发动机在急减速工况下的喘振问题和急加速工况下的堵塞的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种压气机，包括压气机壳和叶轮，所述压气机壳设有进气通道和出气通道，所述叶轮设于所述压气机壳内，还包括驱动部件和拓流组件，所述拓流组件包括：

内栅栏，所述内栅栏上沿周向设有多个一级引流前通孔，各所述一级引流前通孔位于所述进气通道内；

外栅栏，固设于所述压气机壳，所述外栅栏上沿周向设有多个二级引流后通孔；

中栅栏，包括固定连接的内环和外环，所述内环套设于所述内栅栏外，所述外环套设于所述外栅栏内，所述内环上沿周向设有多个一级引流后通孔，所述外环上沿周向设有多个二级引流前通孔，所述内环与所述外环之间形成一级拓流腔，所述外栅栏与所述压气机壳之间形成二级拓流腔，且所述一级拓流腔和所述二级拓流腔的开口端均位于所述叶轮位置；

所述驱动部件，与所述拓流组件驱动连接，用于驱动所述内栅栏或者所述内栅栏和所述中栅栏旋转，使所述一级引流前通孔与所述一级引流后通孔相对或相错及所述二级引流前通孔与所述二级引流后通孔相对或相错。

可选地，上述压气机中，所述内环的内壁面上沿周向设有至少一个一级限位凸台，各所述一级限位凸台插入于对应的所述一级引流前通孔内，并能够随所述内栅栏的旋转分别与对应的所述一级引流前通孔的两端壁面相抵，以带动所述中栅栏随所述内栅栏相应正反向旋转以使所述二级引流前通孔与所述二级引流后通孔相对或相错。

可选地，上述压气机中，所述一级引流前通孔对应的弧度满足所述一级限位凸台分别与对应的所述一级引流前通孔的两端壁面相抵时，所述一级引流前通孔与所述一级引流后通孔均相对。

可选地，上述压气机中，所述内栅栏上开设有与所述一级限位凸台对应的第一安装沉台，所述第一安装沉台的一端延伸至所述一级引流前通孔，另一端延伸至所述内栅栏的边缘。

可选地，上述压气机中，所述内栅栏包括内径不等的安装部和栅栏部，所述安装部与所述栅栏部之间形成台阶面，所述一级引流前通孔设于所述栅栏部，所述安装部与所述驱动部件的输出端连接；

所述中栅栏设于所述台阶面，且所述内环与所述栅栏部配合；

所述外栅栏包括主体部和设于所述主体部两端且分别向内和向外延伸的内凸缘和外凸缘，所述主体部与所述外环配合，且所述内凸缘与所述栅栏部和所述中栅栏的端部之间具有间距，所述外凸缘设于所述台阶面。

可选地，上述压气机中，所述驱动部件包括电控执行器，所述内栅栏上开设有螺纹孔并固定连接有螺纹杆，所述螺纹杆的端部通过旋转销与传动机构连接，所述传动机构与所述电控执行器的输出端连接。

可选地，上述压气机中，所述压气机壳上开设有引气通孔，所述引气通孔的一端与所述出气通道连通，另一端与所述二级拓流腔连通，所述外环的外壁面上设有引气凸台，所述外栅栏上开设有避位孔，所述引气凸台穿设于所述避位孔并能够旋转至将所述引气通孔封堵或打开。

可选地，上述压气机中，所述外环的外壁面上设有二级限位凸台，所述二级限位凸台插入于所述二级引流后通孔内，且所述二级限位凸台随所述内栅栏旋转至与对应的所述二级引流后通孔的两端壁面分别相抵时，所述引气凸台分别将所述引气通孔封堵或打开。

可选地，上述压气机中，所述外栅栏上开设有与所述二级限位凸台对应的第二安装沉台，所述第二安装沉台的一端延伸至所述二级引流前通孔，另一端延伸至所述外栅栏的边缘。

本发明的有益效果在于，通过内栅栏、中栅栏和外栅栏的配合，在发动机进气需求提高时，根据需求大小，驱动部件相应驱动内栅栏或者内栅栏和中栅栏旋转，从而单独打开一级拓流腔或者将一级拓流腔和二级拓流腔均打开，使得进入压气机叶轮的部分气流经一级拓流腔或者依次经二级拓流腔、一级拓流腔达到进气通道，重新进入压气机叶轮，实现一级拓流功能或者二级拓流功能。而在发动机进气需求降低时，可根据需要相应驱动内栅栏或者内栅栏和中栅栏旋转，从而将二级拓流腔单独关闭或者将二级拓流腔和一级拓流腔均关闭。综上，本发明提供的压气机，利用一级拓流功能和二级拓流功能，更大程度拓宽压气机叶轮进气流量，进一步避免喘振和堵塞发生，在发动机低速大扭矩工况下可以提供高增压比。另外，一级拓流腔和二级拓流腔可关闭，使得增压器在发动机高速工况下保持高效率，减小拓流功能导致的效率损失。

为了达到上述目的，本发明还提供了一种增压器，该增压器包括涡轮机、压气机和连接于涡轮机与压气机之间的中间体，其中，压气机为上述任一种压气机。由于上述的压气机具有上述技术效果，具有该压气机的增压器也应具有相应的技术效果。

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为本发明一个具体实施例的压气机的结构示意图；

图2为图1中内栅栏的结构示意图；

图3为图2的截面结构示意图；

图4为图1中中栅栏的结构示意图；

图5为图4的另一视角示意图；

图6为图1中外栅栏的结构示意图；

图7为图6的截面结构示意图；

图8为一级拓流功能开启时的径向剖视图；

图9为图8中A部位的放大示意图；

图10为一级拓流功能开启时的轴向剖视图；

图11为图10中A部位的放大示意图；

图12为一级拓流功能关闭时的径向剖视图；

图13为图12中A部位的放大示意图；

图14为一级拓流功能关闭时的轴向剖视图；

图15为图10中A部位的放大示意图；

图16为二级拓流功能开启时的径向剖视图；

图17为图16中A部位的放大示意图；

图18为二级拓流功能开启时的轴向剖视图；

图19为图18中A部位的放大示意图；

图20为二级拓流功能关闭时的径向剖视图；

图21为图20中A部位的放大示意图；

图22为二级拓流功能关闭时的轴向剖视图；

图23为图22中A部位的放大示意图；

图24为引气拓流功能开启时的径向剖视图；

图25为图24中A部位的放大示意图；

图26为引气拓流功能开启时的轴向剖视图；

图27为图26中A部位的放大示意图；

图28为引气拓流功能关闭时的径向剖视图；

图29为图28中A部位的放大示意图；

图30为引气拓流功能关闭时的轴向剖视图；

图31为图30中A部位的放大示意图；

图32为进气接头的结构示意图；

图33为本发明一个具体实施例的增压器的结构示意图。

附图中标记如下：

压气机1，中间体2，涡轮机3；

压气机壳10，机壳主体110，进气接头120，进气通道101，出气通道102，引气通孔103，螺杆限位槽121；

叶轮20；

拓流组件30，内栅栏310，中栅栏320，外栅栏330，一级拓流腔100，二级拓流腔200，一级拓流槽300；

一级引流前通孔311，第一安装沉台312，安装部313，栅栏部314，台阶面315，螺纹孔316；

内环321，外环322，一级引流后通孔323，二级引流前通孔324，一级限位凸台325，引气凸台326，二级限位凸台327；

二级引流后通孔331，主体部332，内凸缘333，外凸缘334，避位孔335，第二安装沉台336；

驱动部件40，螺纹杆50，旋转销60，传动机构70。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种压气机及增压器，以避免发动机在急减速工况下的喘振和急加速工况下的堵塞。

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。

本申请提供的压气机适用但不局限于增压器，增压器在一定的转速下，当流量减小到一定程度时，压气机工作出现了不稳定，即出现喘振。压气机喘振时，气流出现强烈的颤动，压气机的出口压力显著下降，同时引起叶片的强烈振动，并产生特有的噪声。这种喘振严重时会使压气机零件损坏，因此不允许压气机在喘振状态下工作。增压器在一定的转速下，随着增压器压比的减小，压气机流量基本不再增加的现象，称为增压器的堵塞。本申请中主要通过在压气机内增设拓流组件和与之配合的驱动部件，以实现多级可开闭的拓流，从而避免增压器的喘振和堵塞。以下实施例主要对拓流组件和驱动部件的设置进行说明，压气机的叶轮及进出通道的结构可参考现有技术。

请参阅图1-图7，在一个具体实施例中，该压气机包括压气机壳10、叶轮20、拓流组件30和驱动部件40。其中，压气机壳10设有进气通道101和出气通道102，压气机壳10内形成有腔体，叶轮20设于压气机壳10的腔体内，该腔体与进气通道101和出气通道102均连通，则在叶轮20的作用下，气体经进气通道101进入，经叶轮20增压后由出气通道102排出，以进入气缸等设备。

拓流组件30包括内栅栏310、中栅栏320和外栅栏330。内栅栏310上沿周向设有多个一级引流前通孔311，各一级引流前通孔311位于进气通道101内；外栅栏330固设于压气机壳10，外栅栏330上沿周向设有多个二级引流后通孔331；中栅栏320包括固定连接的内环321和外环322，内环321套设于内栅栏310外，外环322套设于外栅栏330内，内环321上沿周向设有多个一级引流后通孔323，外环322上沿周向设有多个二级引流前通孔324。也就是内栅栏310、中栅栏320和外栅栏330由内至外依次套设，内栅栏310和/或中栅栏320能够绕压气机1的中轴线旋转，以调整角度。一级引流后通孔323与一级引流前通孔311配合控制一级引流功能的开启和关闭。二级引流后通孔331与二级引流前通孔324配合控制二级引流功能的开启和闭合。内环321与外环322之间形成一级拓流腔100，一级拓流腔100为实现一级拓流功能提供通道；外栅栏330与压气机壳10之间形成二级拓流腔200，且一级拓流腔100和二级拓流腔200的开口端均位于叶轮20位置。

驱动部件40，与拓流组件30驱动连接，用于驱动内栅栏310和/或中栅栏320绕压气机1的中轴线旋转，使一级引流前通孔311与一级引流后通孔323相对或相错及二级引流前通孔324与二级引流后通孔331相对或相错。可以理解的是，此处及下文提到的一级引流前通孔311与一级引流后通孔323相对，指一级引流前通孔311与一级引流后通孔323至少部分相对即可，此处及下文提到的一级引流前通孔311与一级引流后通孔323相错，指一级引流前通孔311与一级引流后通孔323完全相错。二级引流前通孔324与二级引流后通孔331相对或相错的关系与之类似。

当内栅栏310或中栅栏320旋转至一级引流后通孔323与一级引流前通孔311相对时一级拓流腔100开启，进入压气机的叶轮20的部分气流能够由一级拓流腔100的开口端进入一级拓流腔100，并经由一级引流前通孔311到达进气通道101，重新进入压气机的叶轮20；当内栅栏310或中栅栏320旋转至一级引流后通孔323与一级引流前通孔311相错时一级拓流腔100关闭。

当内栅栏310和/或中栅栏320旋转至二级引流后通孔331与二级引流前通孔324相对时二级拓流腔200开启，进入压气机的叶轮20的部分气流能够由二级拓流腔200的开口端进入二级拓流腔200；当二级引流后通孔331与二级引流前通孔324相错时二级拓流腔200关闭。二级引流前通孔324与二级引流后通孔331相对且一级引流前通孔311与一级引流后通孔323相对时，二级拓流腔200与一级拓流腔100均开启，则进入二级拓流腔200的气流能够经由一级拓流腔100重新进入压气机的叶轮20，实现二级拓流功能。

应用本发明提供的压气机，通过内栅栏310、中栅栏320和外栅栏330的配合，在发动机进气需求提高时，根据需求大小，驱动部件40相应驱动内栅栏310和/或中栅栏320旋转，从而单独打开一级拓流腔100或者将一级拓流腔100和二级拓流腔200均打开，使得进入压气机的叶轮20的部分气流经一级拓流腔100或者依次经二级拓流腔200、一级拓流腔100达到进气通道101，重新进入压气机的叶轮20，实现一级拓流功能或者二级拓流功能。而在发动机进气需求降低时，可根据需要相应驱动内栅栏310和/或中栅栏320旋转，从而将二级拓流腔200关闭或者将一级拓流腔100关闭。综上，本发明提供的压气机，通过适时调整内栅栏310、中栅栏320、外栅栏330之间相对角度，实现各级拓流功能的开启或关闭，满足发动机低速大扭矩工况下增压比需求，并切实有效地扩宽增压器稳定工作流量范围，避免喘振和堵塞问题的发生，同时使得发动机在高速工况下增压效率不降低等，实现发动机在不同工况下均能获得稳定的动力输出性能。

在一个实施例中，驱动部件40与内栅栏310驱动连接，以驱动内栅栏310旋转。内栅栏310又与中栅栏320传动连接，以带动中栅栏320旋转。则在发动机低速大扭矩工况时，为满足进气需求，驱动部件40带动内栅栏310绕压气机1中轴线旋转，以将一级拓流腔100打开，空气不仅可以从进气通道101进入压气机的叶轮20，还可以从一级拓流腔100进入压气机的叶轮20，满足发动机低速大扭矩工况下较高的进气需求。随着压比需求不断增加，驱动部件40进一步驱动内栅栏310旋转，内栅栏310随后带动中栅栏320一起继续旋转，并将二级拓流腔200打开，空气可以从进气通道101和一级拓流腔100进入压气机的叶轮20的同时，还可以从二级拓流腔200进入压气机的叶轮20，进一步满足发动机低速大扭矩工况下更高的进气需求。同理，当压比需求逐渐降低时，也可以利用驱动部件40使得内栅栏310反向旋转，使得二级拓流腔200、一级拓流腔100先后关闭，及时适应发动机进气需求。

在发动机出现瞬间急减速工况时，为抑制增压器发生喘振，驱动部件40带动内栅栏310旋转打开一级拓流腔100，已经进入压气机的叶轮20的空气流入一级拓流腔100，重新进入压气机的叶轮20进口，促进进入压气机的叶轮20气流延续，避免喘振发生。在发动机急减速工况持续时，为进一步抑制增压器发生喘振，继续利用驱动部件40打开二级拓流腔200，已经进入压气机的叶轮20的空气也会流入二级拓流腔200，加大重新进入压气机的叶轮20进口的空气流量，进一步避免喘振发生。

在发动机出现瞬间急加速工况时，为抑制增压器发生堵塞，利用驱动部件40打开一级拓流腔100，空气不仅可以从进气通道101进入压气机的叶轮20，还可以从一级拓流腔100进入压气机的叶轮20，延迟堵塞发生。在发动机出现急加速工况持续时，继续利用驱动部件40使得内栅栏310继续旋转，内栅栏310带动中栅栏320同步旋转，并将二级拓流腔200打开，空气可以从进气通道101和一级拓流腔100进入压气机的叶轮20的同时，还可以从二级拓流腔200进入压气机的叶轮20，进一步拓宽进气通道101，避免堵塞发生。

在一个实施例中，内环321的内壁面上沿周向设有至少一个一级限位凸台325，各一级限位凸台325插入于对应的一级引流前通孔311内，并能够随内栅栏310的旋转分别与对应的一级引流前通孔311的两端壁面相抵，以带动中栅栏320随内栅栏310相应正反向旋转以使二级引流前通孔324与二级引流后通孔331相对或相错。也就是通过一级限位凸台325与一级引流前通孔311配合，既能够实现驱动部件40带动内栅栏310单独旋转，也能够实现内栅栏310带动中栅栏320的同步旋转。内栅栏310单独旋转以实现一级拓流腔100的开闭，内栅栏310带动中栅栏320同步旋转以实现二级拓流腔200的开闭。一级限位凸台325能够限定内栅栏310单独旋转角度。上述结构配合巧妙，便于驱动控制。可以理解的是，此处的正向旋转可以为逆时针旋转，反向旋转可以为顺时针旋转，或者正向旋转可以为顺时针旋转，反向旋转可以为逆时针旋转。为便于说明，附图1-16所示以内栅栏310正向旋转指逆时针旋转，反向旋转为顺时针旋转。

在一个实施例中，一级引流前通孔311对应的弧度满足一级限位凸台325分别与对应的一级引流前通孔311的两端壁面相抵时，一级引流前通孔311与一级引流后通孔323均相对，即一级拓流腔100均开启。也就是内栅栏310正向旋转至一级引流前通孔311的一端壁面与对应的一级限位凸台325相抵时，一级引流前通孔311与一级引流后通孔323相对，一级拓流腔100开启至正方向的最大；内栅栏310反向旋转过程中，一级引流前通孔311与一级引流后通孔323形成的通道尺寸逐渐减小，当一级引流前通孔311与一级引流后通孔323相错时，一级拓流腔100关闭。随着内栅栏310继续反向旋转，一级引流前通孔311与一级引流后通孔323相对且二者形成的通道尺寸逐渐增大，当内栅栏310反向旋转至一级引流前通孔311的另一端壁面与对应的一级限位凸台325相抵时，一级拓流腔100开启至反方向的最大，内栅栏310的进一步反向旋转将带动中栅栏320同步转动，从而控制二级拓流腔200的开启。

二级拓流腔200关闭时，则控制内栅栏310先单独正向旋转至一级引流前通孔311的一端壁面与对应的一级限位凸台325相抵，一级拓流腔100开启至正方向的最大，而后内栅栏310的进一步正向旋转将带动中栅栏320同步旋转，从而使二级拓流腔200关闭，且在此过程中，一级拓流腔100能够始终保持正向开启至最大。一级拓流腔100开启至正方向的最大和反方向的最大可以相同也可以不同。

具体的，请参阅图8-图11，发动机进气需求提高时，驱动部件40驱动内栅栏310绕压气机1中轴线逆时针旋转，此过程中一级拓流腔100开启并逐渐扩大。内栅栏310逆时针旋转角度由0°增大至A°（A°取值5°-25°）时，内栅栏310的一级引流前通孔311与中栅栏320的一级引流后通孔323重叠角为由0°增大至A°，已经进入压气机的叶轮20的部分气流沿着箭头方向，从一级拓流腔100先进入中栅栏320的一级引流后通孔323，并继续进入内栅栏310的一级引流前通孔311，然后到达压气机1进气通道101，重新进入压气机的叶轮20，实现一级拓流功能。

发动机进气需求降低时，请参阅图12-图15，驱动部件40驱动内栅栏310绕压气机1中轴线顺时针旋转，此过程中一级拓流腔100逐渐减小至关闭。内栅栏310顺时针旋转角度由0°增大至A°时，内栅栏310的一级引流前通孔311与中栅栏320的一级引流后通孔323重叠角由A°减小至0°。已经进入压气机的叶轮20的部分气流即使进入一级拓流腔100，再进入中栅栏320的一级引流后通孔323，但是在内栅栏310的一级引流前通孔311与中栅栏320的一级引流后通孔323重叠角为0°时，气流将无法进入内栅栏310的一级引流前通孔311，一级拓流功能关闭。

发动机进气需求更高时，即使在内栅栏310已经逆时针旋转A°，一级拓流功能完全开启，增压器的进气流量仍然无法满足发动机进气需求时，电控执行器继续工作，推动内栅栏310绕压气机中轴线继续逆时针旋转，此时由于中栅栏320的一级限位凸台325的存在，内栅栏310将带动中栅栏320开始旋转，此过程中二级拓流腔200开启并逐渐扩大。请参阅图16-图19，内栅栏310逆时针旋转角度在A°基础上，继续旋转角度B°（B°取值为5°-25°），同时中栅栏320跟随内栅栏310旋转角度B°，内栅栏310和中栅栏320同步旋转过程中，内栅栏310的一级引流前通孔311与中栅栏320的一级引流后通孔323重叠角保持为A°，中栅栏320的二级引流前通孔324与外栅栏330的二级引流后通孔331重叠角由0°增大到B°。在此过程中，一部分已经进入压气机的叶轮20的气流，沿着箭头方向，从一级拓流槽300进入一级拓流腔100，先流入中栅栏320的一级引流后通孔323，并继续进入内栅栏310的一级引流前通孔311，然后到达压气机1进口，重新进入压气机的叶轮20，仍然实现一级拓流功能；还有一部分已经进入压气机的叶轮20的气流，进入二级拓流腔200，先后流入外栅栏330的二级引流后通孔331、中栅栏320的二级引流前通孔324，进入到一级拓流腔100，再先后进入中栅栏320的一级引流后通孔323、内栅栏310的一级引流前通孔311，然后到达压气机1进口，重新进入压气机的叶轮20，实现二级拓流功能。通过一级拓流功能和二级拓流功能，满足发动机更高进气需求。

发动机进气需求降低时，仅开启一级拓流功能即可满足需求时，电控执行器将推动内栅栏310绕压气机中轴线顺时针旋转，内栅栏310首先独自旋转至可以带动中栅栏320一起旋转的角度后，内栅栏310和中栅栏320同时顺时针旋转，使得二级拓流腔200逐渐减小至关闭。请参阅图20-图23，内栅栏310单独逆时针旋转角度2A°时，将带动中栅栏320同时逆时针旋转角度开始由0°至B°，在此过程中，内栅栏310的一级引流前通孔311与中栅栏320的一级引流后通孔323重叠角保持为A°，中栅栏320的二级引流前通孔324与外栅栏330的二级引流后通孔331重叠角由B°减小到0°。在此过程中，一部分已经进入压气机的叶轮20的气流，沿着箭头方向，从一级拓流槽300进入一级拓流腔100，先流入中栅栏320的一级引流后通孔323，并继续进入内栅栏310的一级引流前通孔311，然后到达压气机1进口，重新进入压气机的叶轮20，仍然实现一级拓流功能；虽然还有一部分已经进入压气机的叶轮20的气流，可以从二级拓流槽进入二级拓流腔200，并流入外栅栏330的二级引流后通孔331，但是在中栅栏320的二级引流前通孔324与外栅栏330的二级引流后通孔331重叠角为0°时，该部分气流无法进入到中栅栏320的二级引流前通孔324，无法实现二级拓流功能，此时二级拓流功能关闭。

采用如上设置，通过驱动部件40单独与内栅栏310连接，便能够实现不同阶段内栅栏310的旋转及内栅栏310和中栅栏320的同步旋转，且在关闭二级拓流腔200时，能够始终保持一级拓流腔100的开启。在其他实施例中，也可以通过对应内栅栏310和中栅栏320分别设置驱动部件40，以分别驱动二者单独运动，也能够实现一级拓流腔100和二级拓流腔200分别开启和关闭。

在一个实施例中，内栅栏310上开设有与一级限位凸台325对应的第一安装沉台312，第一安装沉台312的一端延伸至一级引流前通孔311，另一端延伸至内栅栏310的边缘。第一安装沉台312为内栅栏310和中栅栏320装配时一级限位凸台325提供了避位空间，便于装配。

在一个实施例中，内栅栏310包括内径不等的安装部313和栅栏部314，安装部313与栅栏部314之间形成台阶面315，一级引流前通孔311设于栅栏部314，安装部313与驱动部件40的输出端连接；中栅栏320设于台阶面315，且内环321与栅栏部314配合；外栅栏330包括主体部332和设于主体部332两端且分别向内和向外延伸的内凸缘333和外凸缘334，主体部332与外环322配合，且内凸缘333与栅栏部314和中栅栏320的端部之间具有间距，外凸缘334设于台阶面315。如上设置，便于内栅栏310、中栅栏320和外栅栏330的定位和装配。另外，内凸缘333能够实现对气流的导向作用，其与栅栏部314和中栅栏320的端部之间具有间距以形成与一级拓流腔100连通的一级拓流槽300，已经进入压气机的叶轮20的部分气流由一级拓流槽300进入一级拓流腔100，再进入中栅栏320的一级引流后通孔323，并继续进入内栅栏310的一级引流前通孔311，然后到达压气机1进气通道101，重新进入压气机的叶轮20，实现一级拓流功能。当然，内凸缘333与压气机壳10之间也应具有间距，以形成二级拓流腔200的开口端。

在一个实施例中，压气机壳10上开设有引气通孔103，引气通孔103的一端与出气通道102连通，另一端与二级拓流腔200连通，外环322的外壁面上设有引气凸台326，外栅栏330上开设有避位孔335，引气凸台326穿设于避位孔335并能够旋转至将引气通孔103封堵或打开。引气凸台326是为了与压气机壳10上的引气通孔103配合控制引入压后气体拓流功能的开启和闭合。

在发动机急减速工况持续过长，通过一级拓流功能和二级拓流功能也无法避免喘振发生时，可以利用驱动部件40驱动内栅栏310旋转，并使内栅栏310带动中栅栏320继续旋转，或者分别通过驱动部件40驱动内栅栏310和中栅栏320旋转，当中栅栏320旋转至引气凸台326将引气通孔103打开时，使得部分压后气体进入二级拓流腔200，并经一级拓流腔100最终进入压气机的叶轮20，也就是在一级拓流功能和二级拓流功能开启的基础上，部分压后气体能够经引气通孔103进入进气通道101，彻底避免喘振发生。

在一个实施例中，外环322的外壁面上设有二级限位凸台327，二级限位凸台327插入于二级引流后通孔331内，且二级限位凸台327随内栅栏310旋转至与对应的二级引流后通孔331的两端壁面分别相抵时，引气凸台326分别将引气通孔103封堵或打开。二级限位凸台327能够限定中栅栏320和内栅栏310同时旋转角度，从而保证引气凸台326能够旋转至将引气通孔103封堵或打开。

具体的，发动机进气需求很高时，即使在内栅栏310已经逆时针旋转A°+B°，一级拓流功能已经完全开启，中栅栏320也跟随旋转B°，二级拓流功能也已经开启，但是增压器的进气流量仍然无法满足发动机进气需求时，驱动部件40驱动内栅栏310绕压气机1中轴线继续逆时针旋转，此时由于中栅栏320的一级限位凸台325的存在，内栅栏310将带动中栅栏320也继续旋转，此过程中二级拓流腔200开启并逐渐扩大。

请参阅图24-图27，内栅栏310逆时针旋转角度在A°+ B°基础上，继续旋转角度至A°+ C°（C°取值为1.2B°~2.2B°），同时中栅栏320跟随内栅栏310旋转角度至C°，内栅栏310和中栅栏320同步旋转过程中，内栅栏310的一级引流前通孔311与中栅栏320的一级引流后通孔323重叠角保持为A°，中栅栏320的二级引流前通孔324与外栅栏330的二级引流后通孔331重叠角由0增大到C°，中栅栏320的引气凸台326与压气机壳10的引气通孔103重叠角由0°增大到D°（D°=C°- B°）。在此过程中，一部分已经进入压气机的叶轮20的气流，沿着箭头方向，进入一级拓流腔100，先流入中栅栏320的一级引流后通孔323，并继续进入内栅栏310的一级引流前通孔311，然后到达压气机1进气通道101，重新进入压气机的叶轮20，仍然实现一级拓流功能；另一部分已经进入压气机的叶轮20的气流，进入二级拓流腔200，先后流入外栅栏330的二级引流后通孔331、中栅栏320的二级引流前通孔324，进入到一级拓流腔100，再先后进入中栅栏320的一级引流后通孔323、内栅栏310的一级引流前通孔311，然后到达压气机1进气通道101，重新进入压气机的叶轮20，实现二级拓流功能；另外，还有一部分压后高压气体，通过压气机壳10的引气通孔103，进入二级拓流腔200，而后流入外栅栏330的避位孔335或外栅栏330的二级引流后通孔331，再流入中栅栏320的二级引流前通孔324，进入到一级拓流腔100，再先后进入中栅栏320的一级引流后通孔323、内栅栏310的一级引流前通孔311，然后到达压气机1进气通道101后，进入压气机的叶轮20，实现引气拓流功能。通过一级拓流功能、二级拓流功能和引气拓流功能，可以最大程度满足发动机很高进气需求。

发动机进气需求降低时，仅开启一级拓流功能和二级拓流功能即可满足需求时，驱动部件40驱动内栅栏310绕压气机1中轴线顺时针旋转，则内栅栏310首先独自顺时针旋转至可以带动中栅栏320一起旋转的角度后，内栅栏310和中栅栏320同时顺时针旋转，使得引气拓流通道逐渐减小至关闭。

请参阅图28-图31，内栅栏310单独顺时针旋转角度2A°时，将带动中栅栏320同时顺时针旋转，中栅栏320的旋转角度开始由0°至D°，在此过程中，内栅栏310的一级引流前通孔311与中栅栏320的一级引流后通孔323重叠角保持为A°，中栅栏320的二级引流前通孔324与外栅栏330的二级引流后通孔331重叠角由C°减小到B°，中栅栏320的引气凸台326与压气机壳10的引气通孔103重叠角由D°减小到0°。在此过程中，一部分已经进入压气机的叶轮20的气流，沿着箭头方向，进入一级拓流腔100，先流入中栅栏320的一级引流后通孔323，并继续进入内栅栏310的一级引流前通孔311，然后到达压气机1进气通道101，重新进入压气机的叶轮20，仍然实现一级拓流功能；还有一部分已经进入压气机的叶轮20的气流，进入二级拓流腔200，先后流入外栅栏330的二级引流后通孔331、中栅栏320的二级引流前通孔324，进入到一级拓流腔100，再先后进入中栅栏320的一级引流后通孔323、内栅栏310的一级引流前通孔311，然后到达压气机1进气通道101，重新进入压气机的叶轮20，实现二级拓流功能；在中栅栏320的引气凸台326与压气机壳10的引气通孔103重叠角为0°时，由于中栅栏320的引气凸台326的封堵作用，压后高压气体不能通过压气机壳10的引气通孔103进入二级拓流腔200，无法实现引气拓流功能，此时引气拓流功能关闭。

在一个实施例中，外栅栏330上开设有与二级限位凸台327对应的第二安装沉台336，第二安装沉台336的一端延伸至二级引流前通孔324，另一端延伸至外栅栏330的边缘。第二安装沉台336为外栅栏330和中栅栏320装配时二级限位凸台327提供了避位空间，便于装配。

在一个实施例中，压气机壳10包括机壳主体110和与机壳主体110固定连接的进气接头120，外凸缘334具体可固定连接于进气接头120与机壳主体110之间，中栅栏320和内栅栏310装配于外栅栏330内。进气接头120上具体可以开设螺栓配合孔，以将进气接头120、外栅栏330与机壳主体110螺栓固定。

在一个实施例中，驱动部件40包括电控执行器，内栅栏310上开设有螺纹孔316并固定连接有螺纹杆50，螺纹杆50的端部通过旋转销60与传动机构70连接，传动机构70与电控执行器的输出端连接。当需要驱动内栅栏310旋转时，电控执行器开始工作，通过传动机构70推动旋转销60，使螺纹杆50绕压气机1中轴线旋转。由于螺纹杆50通过螺纹固定于内栅栏310上，则内栅栏310也绕压气机1中轴线旋转。驱动部件40采用上述结构，便于实现内栅栏310的电动控制。电控执行器的结构及与之配合的传动机构70和旋转销60的结构可参考常规发动机中的实现旋转驱动的结构设置，此处不再赘述。在其他实施例中，也可以通过伸缩缸并通过连杆机构驱动内栅栏310旋转，或者通过扭矩输出装置驱动内栅栏310旋转。

在压气机壳10包括机壳主体110和进气接头120的情况下，请参阅图32，进气接头120上具体开设有螺杆限位槽121，螺纹杆50穿设于螺杆限位槽121并能够在螺杆限位槽121内摆动，螺杆限位槽121能够限制螺纹杆50的摆动角度，从而限制内栅栏310的旋转角度。

基于上述实施例中提供的压气机，本发明还提供了一种增压器，请参阅图33，该增压器包括中间体2、涡轮机3和上述实施例中任意一种压气机1。由于该增压器采用了上述实施例中的压气机1，所以该增压器的有益效果请参考上述实施例。中间体2和涡轮机3的结构请参考常规增压器的相应设置，此处不再赘述。

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。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种压气机，包括压气机壳和叶轮，所述压气机壳设有进气通道和出气通道，所述叶轮设于所述压气机壳内，其特征在于，还包括驱动部件和拓流组件，所述拓流组件包括：

内栅栏，所述内栅栏上沿周向设有多个一级引流前通孔，各所述一级引流前通孔位于所述进气通道内；

外栅栏，固设于所述压气机壳，所述外栅栏上沿周向设有多个二级引流后通孔；

中栅栏，包括固定连接的内环和外环，所述内环套设于所述内栅栏外，所述外环套设于所述外栅栏内，所述内环上沿周向设有多个一级引流后通孔，所述外环上沿周向设有多个二级引流前通孔，所述内环与所述外环之间形成一级拓流腔，所述外栅栏与所述压气机壳之间形成二级拓流腔，且所述一级拓流腔和所述二级拓流腔的开口端均位于所述叶轮位置；

所述驱动部件，与所述拓流组件驱动连接，用于驱动所述内栅栏或者所述内栅栏和所述中栅栏旋转，使所述一级引流前通孔与所述一级引流后通孔相对或相错及所述二级引流前通孔与所述二级引流后通孔相对或相错。

2.根据权利要求1所述的压气机，其特征在于，所述内环的内壁面上沿周向设有至少一个一级限位凸台，各所述一级限位凸台插入于对应的所述一级引流前通孔内，并能够随所述内栅栏的旋转分别与对应的所述一级引流前通孔的两端壁面相抵，以带动所述中栅栏随所述内栅栏相应正反向旋转以使所述二级引流前通孔与所述二级引流后通孔相对或相错。

3.根据权利要求2所述的压气机，其特征在于，所述一级引流前通孔对应的弧度满足所述一级限位凸台分别与对应的所述一级引流前通孔的两端壁面相抵时，所述一级引流前通孔与所述一级引流后通孔均相对。

4.根据权利要求2所述的压气机，其特征在于，所述内栅栏上开设有与所述一级限位凸台对应的第一安装沉台，所述第一安装沉台的一端延伸至所述一级引流前通孔，另一端延伸至所述内栅栏的边缘。

5.根据权利要求1所述的压气机，其特征在于，所述内栅栏包括内径不等的安装部和栅栏部，所述安装部与所述栅栏部之间形成台阶面，所述一级引流前通孔设于所述栅栏部，所述安装部与所述驱动部件的输出端连接；

所述中栅栏设于所述台阶面，且所述内环与所述栅栏部配合；

所述外栅栏包括主体部和设于所述主体部两端且分别向内和向外延伸的内凸缘和外凸缘，所述主体部与所述外环配合，且所述内凸缘与所述栅栏部和所述中栅栏的端部之间具有间距，所述外凸缘设于所述台阶面。

6.根据权利要求1所述的压气机，其特征在于，所述驱动部件包括电控执行器，所述内栅栏上开设有螺纹孔并固定连接有螺纹杆，所述螺纹杆的端部通过旋转销与传动机构连接，所述传动机构与所述电控执行器的输出端连接。

7.根据权利要求1-6任一项所述的压气机，其特征在于，所述压气机壳上开设有引气通孔，所述引气通孔的一端与所述出气通道连通，另一端与所述二级拓流腔连通，所述外环的外壁面上设有引气凸台，所述外栅栏上开设有避位孔，所述引气凸台穿设于所述避位孔并能够旋转至将所述引气通孔封堵或打开。

8.根据权利要求7所述的压气机，其特征在于，所述外环的外壁面上设有二级限位凸台，所述二级限位凸台插入于所述二级引流后通孔内，且所述二级限位凸台随所述内栅栏旋转至与对应的所述二级引流后通孔的两端壁面分别相抵时，所述引气凸台分别将所述引气通孔封堵或打开。

9.根据权利要求8所述的压气机，其特征在于，所述外栅栏上开设有与所述二级限位凸台对应的第二安装沉台，所述第二安装沉台的一端延伸至所述二级引流前通孔，另一端延伸至所述外栅栏的边缘。

10.一种增压器，包括涡轮机、压气机和连接于所述涡轮机与所述压气机之间的中间体，其特征在于，所述压气机为权利要求1-9任一项所述的压气机。