CN201474730U - 一种可变几何涡轮增压器的气动喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可变几何涡轮增压器的气动喷嘴，包括气动喷嘴支撑盘和设置在气动喷嘴支撑盘上的若干个气动喷嘴叶片，气动喷嘴叶片包括气动喷嘴动叶片和气动喷嘴静叶片，气动喷嘴静叶片内部设置有流道；在涡轮增压器工作时，可以通过调节气动喷嘴动叶片的旋转角度来调节相邻气动喷嘴叶片之间的气流通道的宽度，调节涡轮增压器的增压比，使涡轮增压器与发动机的工况相匹配；当发动机的工况进一步降低，相邻气动喷嘴叶片之间的气流通道宽度已调至最小时，仍不能提供足够的增压比，可以通过连接管、气动喷嘴支撑盘上的通道和气动喷嘴静叶片上流道向涡轮增压器内喷入补充气体，来提高涡轮增压器的增压比，使涡轮增压器与发动机的工况相匹配。

Description

一种可变几何涡轮增压器的气动喷嘴

技术领域

本实用新型涉及一种涡轮增压器喷嘴，具体的说涉及一种可变几何涡轮增压器的气动喷嘴，属于内燃机领域。

背景技术

涡轮增压器是利用发动机排出的废气，按照一定的路线流入涡轮增压器的涡轮壳内以驱动涡轮，并带动与涡轮同轴的压气机叶轮高速旋转，新鲜空气在压气机叶轮离心力的作用下被压缩进入发动机的汽缸，由于压缩空气密度大，从而增加了发动机的供气量，可使更多的燃油完全燃烧，提高了发动机的功率，节省了燃油的消耗，同时由于燃油燃烧充分，减少了发动机所排放气体中的CO、HC、NO_X以及PM等有害物的含量，经过对发动机废气气流的引导作用也同步降低了发动机的噪音。

普通涡轮增压器由于其流通截面不能改变，在发动机低速工况时不能提供足够的增压比，并且由于响应特性差造成发动机加速烟度高；为了改善发动机涡轮增压器的响应特性和低工况时的增压比，人们在增压器中采用了可变几何涡轮，可变几何涡轮可以通过对涡轮流通面积进行调节以提高涡轮增压器的响应特性和低工况时的增压比，使发动机低速扭矩特性和加速响应特性得到改善；可变喷嘴涡轮增压器就是可变几何涡轮增压器的一种，通过控制传动机构来带动分布在涡轮壳进气通道中的若干摆动喷嘴叶片，这些喷嘴叶片被共同控制，通过调整叶片的不同角度来改变叶片间流道的喉口面积，从而起到控制进入涡轮的废气能量的作用。复合喷嘴是应用在可变喷嘴涡轮增压器上的一种新型喷嘴形式，由喷嘴动叶片和喷嘴静叶片组成，喷嘴动叶片的端部设有动叶片旋转轴，喷嘴动叶片通过动叶片旋转轴与喷嘴支撑盘转动连接，通过动、静叶片配合，实现气流调节，有效的解决了目前喷嘴式可变几何涡轮增压器中单一的气动喷嘴所固有的气动调节缺陷，能够有效的改善可变喷嘴涡轮增压器的匹配效果，尤其是改善低速匹配效果。现在所使用的可变几何涡轮增压器的复合喷嘴结构如下：如图1所示，可变几何涡轮增压器的复合喷嘴，包括支撑盘5，支撑盘5位于涡轮4一侧的表面上设有若干个复合喷嘴叶片1，支撑盘5的另一侧的表面上设置有若干个拨叉，复合喷嘴叶片1包括动叶片3和静叶片2，如图2所示，动叶片3与静叶片2相配合的一端设有旋转轴6，动叶片3通过旋转轴6与支撑盘5转动连接，旋转轴6穿过支撑盘5与拨叉相连，静叶片2通过静叶片2的连接轴7固定连接在支撑盘5上，动叶片3和静叶片2分别具有弧形结构，如图3所示，动叶片3可以按照图3中所示的方向转动，动叶片3转过的最大角度为C1。

现在所使用复合喷嘴的可变几何涡轮增压器，在实际应用中发现可变几何涡轮增压器在性能匹配方面还存在一些不足，现代发动机转速越来越高，需匹配范围也越来越广，现在所使用的可变几何增压器很难在整个运行工况都保持高的效率。可变喷嘴涡轮增压器是标定点匹配，以保证增压器的通流能力达到要求，低速工况则完全依靠喷嘴叶片来调节，调节范围过宽，很难保证大范围内都具备良好的效果和高的涡轮效率；复合喷嘴是大扭矩点匹配，在标定点与大扭矩点之间喷嘴叶片是闭合的，在低速工况下，喷嘴动叶片打开，减小了喷嘴叶片的调节范围，有利于实现整个调节范围内的优化控制，但标定点又需配置放气阀等辅助调节装置。另外，上述两种可调喷嘴涡轮增压器在低工况都是完全依靠减小喷嘴流通面积来提高涡轮进气压力，使涡轮可获取的能量增加而达到提高涡轮输出功的目的，由于发动机低速工况下的排气流量小，单纯依靠提高排气压力来提高涡轮输出功的效果比较差，而且过高的排气压力不利于发动机工作效率的提高。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是针对以上问题，提供一种能够提高涡轮增压器响应特性和增压比、能够使涡轮增压器与发动机全工况高效匹配的可变几何涡轮增压器的气动喷嘴。

为解决上述问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种可变几何涡轮增压器的气动喷嘴，包括气动喷嘴支撑盘和设置在气动喷嘴支撑盘上的若干个气动喷嘴叶片，所述气动喷嘴叶片包括气动喷嘴动叶片和气动喷嘴静叶片，所述气动喷嘴静叶片内部设置有流道。

一种具体优化方案，所述流道包括相互连通的第一流道与第二流道，所述第一流道内流体的流动方向与气动喷嘴支撑盘的表面垂直，所述第二流道内流体的流动方向与气动喷嘴支撑盘的表面平行。

一种具体优化方案，所述第一流道垂直于流体流动方向的截面形状为圆形，所述第二流道垂直于流体流动方向的截面形状为矩形。

一种具体优化方案，所述第二流道出口处气动喷嘴静叶片的端面倾斜设置。

一种具体优化方案，所述气动喷嘴支撑盘内部设置有通道，所述气动喷嘴支撑盘设置有气动喷嘴叶片一侧的表面上设置有若干个连接孔，所述各个连接孔均与通道相连通。

一种具体优化方案，所述若干个连接孔位于直径相同的圆周上，所述若干个连接孔在圆周上均布。

一种具体优化方案，所述气动喷嘴支撑盘设置有拨叉一侧的表面上设置有连接管，所述连接管与通道连通。

一种具体优化方案，所述气动喷嘴动叶片包括外弧面和内弧面，所述内弧面形成一凹槽，所述气动喷嘴静叶片位于凹槽内。

一种具体优化方案，所述气动喷嘴静叶片与凹槽相配合的面为弧形面。

本实用新型采取以上技术方案，具有以下优点：在涡轮增压器工作时，根据发动机的不同工况，可以通过调节气动喷嘴动叶片的旋转角度来调节相邻气动喷嘴叶片之间的气流通道的宽度，从而调节涡轮增压器的响应特性和增压比，使涡轮增压器与发动机的工况相匹配；当发动机的工况进一步降低，相邻气动喷嘴叶片之间的气流通道宽度已调至最小时，仍不能提供足够的增压比，可以通过连接管、气动喷嘴支撑盘上的通道和气动喷嘴静叶片上流道向涡轮增压器内喷入补充气体，来提高涡轮增压器的增压比，提高涡轮增压器的响应特性，使涡轮增压器与发动机的工况相匹配，从而实现了涡轮增压器与发动机全工况的高效匹配。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

附图说明

附图1是现有技术中可变几何涡轮增压器的复合喷嘴的结构示意图；

附图2是附图1中复合喷嘴叶片的结构示意图；

附图3是附图1中复合喷嘴叶片的端面结构示意图；

附图4是本实用新型实施例中一种可变几何涡轮增压器的气动喷嘴的结构示意图；

附图5是附图4中气动喷嘴叶片的结构示意图；

附图6是附图5中气动喷嘴静叶片的结构示意图；

附图7是附图6的剖视图；

附图8是附图7的A-A向视图；

附图9是附图4中气动喷嘴支撑盘的结构示意图；

附图10是附图9的剖视图。

图中：1-复合喷嘴叶片；2-静叶片；3-动叶片；4-涡轮；5-支撑盘；6-旋转轴；7-连接轴；8-气动喷嘴支撑盘；9-连接管；10-拨叉盘；11-拨叉；12-气动喷嘴叶片；13-气动喷嘴动叶片；131-外弧面；132-内弧面；14-气动喷嘴静叶片；15-动力涡轮；16-静叶片连接轴；17-动叶片旋转轴；18-第二流道；19-第一流道；20-连接孔；21-通孔；22-通道；23-连接通道；24-凹槽。

具体实施方式

实施例：如图4、图5和图6所示，一种可变几何涡轮增压器的气动喷嘴，包括气动喷嘴支撑盘8和与气动喷嘴支撑盘8同轴连接的动力涡轮15，气动喷嘴支撑盘8位于动力涡轮15一侧的表面上设置有十三个气动喷嘴叶片12，气动喷嘴叶片12形状为弧形，气动喷嘴支撑盘8的另一表面上设置有拨叉盘10，拨叉盘10上与各个气动喷嘴叶片12的对应位置处设置有拨叉11，气动喷嘴叶片12包括气动喷嘴动叶片13和气动喷嘴静叶片14，气动喷嘴动叶片13包括外弧面131和内弧面132，内弧面132形成一凹槽24，气动喷嘴静叶片14位于凹槽24内，气动喷嘴静叶片14与凹槽24相配合的面为弧形面，气动喷嘴动叶片13固定连接有动叶片旋转轴17，气动喷嘴动叶片13可绕动叶片旋转轴17的轴线转动，气动喷嘴静叶片14固定连接有静叶片连接轴16，气动喷嘴静叶片14内部设置有流道。

如图7和图8所示，流道包括相互连通的第一流道19与第二流道18，第一流道19内流体的流动方向与气动喷嘴支撑盘8的表面垂直，第二流道18内流体的流动方向与气动喷嘴支撑盘8的表面平行，第一流道19垂直于流体流动方向的截面形状为圆形，第二流道18垂直于流体流动方向的截面形状为矩形，第二流道18出口处气动喷嘴静叶片14的端面倾斜设置。

如图9和图10所示，气动喷嘴支撑盘8内部设置有通道22，通道22的形状为圆形，通道22的横截面为矩形，气动喷嘴支撑盘8设置有气动喷嘴叶片12一侧的表面上设置有十三个连接孔20，各个连接孔20均与通道22相连通，十三个连接孔20位于直径相同的圆周上，十三个连接孔20在圆周上均布，气动喷嘴静叶片14的连接轴16与连接孔20固定连接，气动喷嘴静叶片14上的流道通过连接孔20与通道22连通。

气动喷嘴支撑盘8设置有拨叉11一侧的表面上设置有连接管9，连接管9的一端通过连接通道23与通道22连通，连接管9的另一端与流体源相连，流体源在图中未示出，气动喷嘴支撑盘8上设置有十三个通孔21，气动喷嘴动叶片13的动叶片旋转轴17穿过通孔21与拨叉11连接，动叶片旋转轴17与通孔21转动连接。

第一通道19垂直于流体流动方向的截面形状也可以为其他形状，如矩形、三角形等，第二流道18垂直于流体流动方向的截面形状为也可以为其他形状，如椭圆形等，通道22横截面的形状也可以为其他形状，如圆形、三角形等。

在发动机处于低速工况时，调节气动喷嘴动叶片13的旋转角度，使相邻气动喷嘴叶片12之间的气流通道的宽度减小，从而提高涡轮增压器的响应特性和增压比，使涡轮增压器与发动机的低速工况相匹配；当发动机的工况进一步降低，相邻气动喷嘴叶片12之间的气流通道宽度已调至最小，增压比不能进一步提高时，启动外部流体源，通过连接管9、气动喷嘴支撑盘8上的通道22和气动喷嘴静叶片14上流道向涡轮增压器内喷入补充气体，来提高涡轮增压器的增压比，为动力涡轮15的旋转提供能量，保证发动机在低工况时涡轮增压器能够为发动机提供足够的进气，使涡轮增压器与发动机的工况相匹配，以保证发动机全工况的良好运行，实现了涡轮增压器与发动机全工况的高效匹配。

外部流体源可以是气体，也可以是液态水，也可以是水气混合物，当外部流体源是液态水或者是水气混合物时，液态水从第二流道18的出口喷出，在发动机排出气体的高温作用下液态水迅速气化，为动力涡轮15旋转提供能量。

Claims (9)

1.一种可变几何涡轮增压器的气动喷嘴，包括气动喷嘴支撑盘(8)和设置在气动喷嘴支撑盘(8)上的若干个气动喷嘴叶片(12)，所述气动喷嘴叶片(12)包括气动喷嘴动叶片(13)和气动喷嘴静叶片(14)，其特征在于：所述气动喷嘴静叶片(14)内部设置有流道。

2.如权利要求1所述的一种可变几何涡轮增压器的气动喷嘴，其特征在于：所述流道包括相互连通的第一流道(19)与第二流道(18)，所述第一流道(19)内流体的流动方向与气动喷嘴支撑盘(8)的表面垂直，所述第二流道(18)内流体的流动方向与气动喷嘴支撑盘(8)的表面平行。

3.如权利要求2所述的一种可变几何涡轮增压器的气动喷嘴，其特征在于：所述第一流道(19)垂直于流体流动方向的截面形状为圆形，所述第二流道(18)垂直于流体流动方向的截面形状为矩形。

4.如权利要求2或3所述的一种可变几何涡轮增压器的气动喷嘴，其特征在于：所述第二流道(18)出口处气动喷嘴静叶片(14)的端面倾斜设置。

5.如权利要求1所述的一种可变几何涡轮增压器的气动喷嘴，其特征在于：所述气动喷嘴支撑盘(8)内部设置有通道(22)，所述气动喷嘴支撑盘(8)设置有气动喷嘴叶片(12)一侧的表面上设置有若干个连接孔(20)，所述各个连接孔(20)均与通道(22)相连通。

6.如权利要求5所述的一种可变几何涡轮增压器的气动喷嘴，其特征在于：所述若干个连接孔(20)位于直径相同的圆周上，所述若干个连接孔(20)在圆周上均布。

7.如权利要求5所述的一种可变几何涡轮增压器的气动喷嘴，其特征在于：所述气动喷嘴支撑盘(8)设置有拨叉(11)一侧的表面上设置有连接管(9)，所述连接管(9)与通道(22)连通。

8.如权利要求1所述的一种可变几何涡轮增压器的气动喷嘴，其特征在于：所述气动喷嘴动叶片(13)包括外弧面(131)和内弧面(132)，所述内弧面(132)形成一凹槽(24)，所述气动喷嘴静叶片(14)位于凹槽(24)内。

9.如权利要求8所述的一种可变几何涡轮增压器的气动喷嘴，其特征在于：所述气动喷嘴静叶片(14)与凹槽(24)相配合的面为弧形面。

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