CN201916047U - 一种多喷管式可变流量增压装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多喷管式可变流量增压装置，包括蜗壳，蜗壳内设有进气口和与进气口连通的涡形进气流道，在涡形进气流道内设有至少一块中间隔板，本实用新型中的进气调节控制机构简单，控制方式容易实现，可靠性高，有效的解决了目前旋叶式可变涡轮增压器在可靠性和效率方面的存在的问题以及舌形挡板可变截面增压器效率过低的问题。

Description

一种多喷管式可变流量增压装置

技术领域

本实用新型涉及一种可变截面增压器，具体的说涉及一种通过不同截面流道之间的共同工作来满足发动机高低速的工况要求的多喷管式可变流量增压装置，属于内燃机领域。

技术背景

目前增压器被广泛的应用于现代发动机，为了满足发动机各个工况下的性能和排放要求，增压器必须具有增压压力和排气压力的可调节功能，由此可变截面增压器成为国内外研发的重点。旋叶式可变截面涡轮增压器(VNT)和舌形挡板可变截面涡轮增压器因其结构简单、并能有效的拓宽涡轮增压器与发动机的匹配范围，实现增压压力和排气压力的调节而得到广泛的应用。

旋叶式可变截面涡轮增压器的结构示意图如附图1所示，旋叶式涡轮增压器的涡轮部分包括蜗壳2、蜗壳喷嘴3、涡轮叶轮7三部分。喷嘴叶片6被安装在喷嘴环支撑盘5上，传动机构4通过控制喷嘴叶片6的旋转角度来改变蜗壳喷嘴3流通面积和出口废气角度，使废气按照设计的角度吹向涡轮叶轮7的周边，推动涡轮叶轮7高速旋转，完成对涡轮叶轮7的做功过程，进而带动压气机1对轴向进入压气机1的空气压缩做功，提高了进入气缸的空气的进气密度，实现增压的目的。

旋叶式可变截面涡轮增压器通过控制喷嘴叶片6的旋转角度来改变涡轮的进气流通面积，控制方便，但在实际的应用过程中存在着一些缺陷：

发动机在大流量工况下，喷嘴叶片6的开度增大，距离涡轮叶片前缘较近，废气颗粒会对喷嘴叶片6造成比较大的磨损。发动机在小流量工况下，喷嘴叶片6的开度很小，这时喷嘴出口气流的周向速度高，涡轮变为冲动式涡轮，另外气体流动的气动损失也比较严重，从而使增压器效率下降。

发动机的排出废气排温高达650～850度左右，涡轮增压器工作环境恶劣、强烈的振动对传动机构3的可靠性提出了很高的要求，但是截至目前为止传动机构3可靠性的问题一直没有得到有效的解决。

舌形挡板可变截面涡轮增压器也曾因结构简单、便于控制得到广泛的应用，在公开号为CN 101418708A，名称为废气涡轮增压器的实用新型专利中，详细阐述了舌形挡板可变截面增压器的工作原理，通过调节装置调节舌形挡板的开度，使环形进气道的进口面积发生变化，当舌形挡板向着离开涡轮的方向转动时，环形流道的进口面积减小，进入涡轮的气流速度增大，提高了动能，反之速度减小，动能减小，根据需要对舌形挡板进行调节，达到所需要的动能，满足发动机各个工况的性能要求。但是舌形挡板可变截面增压器也存在着一些缺点：调节装置在加工安装实现上较为复杂，并且最主要的舌形挡板在改变进气流道截面时，使流体的流动线路发生较大的变化，增大了流动损失，并且在舌形挡板后部形成较强的涡流，使增压器的效率较低。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是针对旋叶式可变涡轮增压器在可靠性和效率方面的存在的问题以及舌形挡板可变截面增压器效率过低的问题，提供一种结构简单、成本低、可靠性高，并且在小流量下具有较高的效率同时兼顾大流量的效率和流通能力的多喷管式可变流量增压装置。

为了解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种多喷管式可变流量增压装置，包括蜗壳，蜗壳内设有进气口和与进气口连通的涡形进气流道，在涡形进气流道内设有至少一块中间隔板。

以下是本实用新型对上述方案的进一步改进：

所述中间隔板沿蜗壳周向设置。

进一步改进：

所述中间隔板的数量为一块，中间隔板将涡形进气流道间隔成喷管内流道和喷管外流道，所述喷管外流道靠近进气口的位置设有进气阀门，进气调节机构能根据发动机的实际工况调节进气阀门的开度，实现喷管流道的选择和对废气流量的控制。

进一步改进：

所述中间隔板远离进气口的一端与蜗壳之间分别形成喷管内流道和喷管外流道的进气区域角度。

进一步改进：

喷管内流道的进气区域角度为0～360度之间的任意之角度，喷管外流道的进气区域角度为360～0度之间的任意之角度，喷管内流道与喷管外流道的进气区域角度之和为360度。

本实用新型采用上述方案，发动机在低速工况下，进气阀门处于关闭状态，所有的做功气体只经过喷管内流道对涡轮做功，由于进气截面积变小，可有效的提升涡轮的进气压力，提高废气中的可用能量，并且喷嘴的出口面积变小，涡轮的进气角度能控制在比较高的效率区域，通过废气可用能量的提升和低速涡轮效率的提高，可以有效的增加发动机低速工况下的涡轮输出功，满足发动机的低速性能并达到降低排放的目的。

在发动机中高速工况下，进气阀门处于开启状态，进气阀门的开度由进气阀门控制机构根据发动机的实际工况进行调节，通过对不同喷管流道的选择和不同废气流量分配的控制，以满足发动机中高速的性能要求。

另一种改进：

所述中间隔板为两块，两块中间隔板将蜗壳内的整个涡形进气流道间隔成三个流道：喷管内流道、喷管外流道和喷管中间流道。

进一步改进：所述喷管中间流道和喷管外流道靠近进气口处分别设有进气阀门。

进一步改进：喷管内流道的进气区域角度为0～360度之间的任意之角度，喷管外流道的进气区域角度在360～0度之间的任意之角度，喷管中间流道的进气区域角度在0～360度之间的任意之角度，所述喷管内流道与喷管外流道和喷管中间流道的进气区域角度的之和为360度。

本实用新型采用上述方案，当发动机在低速工况下，各进口阀门处于关闭状态，所有的做功气体只经过喷管内流道对涡轮做功，由于进气截面积变小，可有效的提升涡轮的进气压力，提高废气中的可用能量，并且喷嘴的出口面积变小，涡轮的进气角度能控制在比较高的效率区域，通过废气可用能量的提升和低速涡轮效率的提高，可以有效的增加发动机低速工况下的涡轮输出功，满足发动机的低速性能并达到降低排放的目的。

发动机在中速工况下，只有安装在喷管中间流道中的进气阀门打开，在喷管外流道中的进气阀门处于关闭状态。

发动机在高速工况下，安装在喷管中间流道中的进气阀门和在喷管外流道中的进气阀门都打开。

阀门控制机构通过控制两进气阀门的组合工作，实现对喷管流道的选择和不同流量分配的控制，以满足发动机在中高速工况下的性能要求。

另一种改进：

所述中间隔板沿蜗壳径向设置，将涡形进气流道间隔成并行的喷管左流道和喷管右流道，采用此种布置方式后，各喷管流道均可实现非全周进气，同时也可以实现全周进气。

进一步改进：在喷管右流道内沿蜗壳的轴向设置中间隔板，将喷管右流道间隔成内外两个流道。

此种喷管布置方式既有平行布置又有上下布置，喷管左流道既可以实现部分周向进气，也可以实现全周进气，喷管右流道可以实现部分周向进气。

另一种改进：

所述中间隔板为两块，相互交叉垂直设置，将涡形进气流道间隔成四个喷管流道。

采用此种布置方式后，使结构变得更加灵活，喷管之间既有平行布置也有上下布置，可以实现各个喷管的部分周向进气。当然我们仍然可以根据实际的需要设定其他数目的喷管流道，以满足不同发动机性能设计的要求。

本实用新型通过对蜗壳喷管流道的设计开发，采用多喷管式可变截流量的涡轮进气结构有效的解决了目前旋叶式可变涡轮增压器在可靠性和效率方面的存在的问题以及舌形挡板可变截面增压器效率过低的问题。

采用多喷管式可变流量涡轮后，发动机在下流量工况下，进气阀门处于关闭状态，只有喷管内流道参与工作，由于进气截面积变小，可有效的提升涡轮进气压力，提高废气中的可用能量，对涡轮的做功能力增强，并且采用周向部分进气后发动机低速时的喷嘴出口面积比全周进气时变小，涡轮的进气角度控制在比较高的效率区域。通过废气可用能量的提升和低速涡轮效率的提高，可以有效的增加发动机小流量工况下的涡轮输出功，使增压压力升高，满足发动机低速增压压力的要求，提高发动机的低速性能并达到降低发动机排放的目的。

在发动机中高速下，进气阀门处于开启状态，喷管内流道和喷管外流道一起工作，进气阀门控制机构通过控制进气阀门的开启角度来实现对喷管流道的选择和废气流量分配的控制，满足发动机在中高速下的性能要求。

本实用新型中的涡轮蜗壳结构与普通增压器蜗壳结构基本相同，结构简单，继承性好，成本低，容易快速实现工程化。本实用新型中的进气调节控制机构简单，控制方式容易实现，可靠性高。

综上所述，采用多喷管式可变流量增压系统后能有效的满足发动机全工况范围的增压要求，该类型增压器整体结构不发生大的变化，成本低，容易实现，具有广阔的市场推广价值，能取得良好的应用效果。

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明：

附图说明

附图1是本实用新型的背景技术中的旋叶式可变截面涡轮增压器的结构示意图；

附图2是本实用新型的实施例1中的多喷管可变流量涡轮的结构示意图；

附图3是本实用新型的实施例2中的多喷管可变流量涡轮的进气区域角度α发生变化后的结构示意图；

附图4是本实用新型的实施例2中的多喷管可变流量涡轮在发动机中高速工况下的结构示意图；

附图5是本实用新型的实施例1和2中的多喷管可变流量涡轮进口横切面结构示意图；

附图6是本实用新型的实施例3中的多喷管可变流量涡轮的结构示意图；

附图7是本实用新型的实施例3和4中的多喷管可变流量涡轮进口横切面结构示意图；

附图8是本实用新型的实施例4中的多喷管可变流量涡轮的进气区域角度α发生变化后的结构示意图；

附图9是本实用新型的实施例4中的多喷管可变流量涡轮在发动机中速工况下的结构示意图；

附图10是本实用新型的实施例4中的多喷管可变流量涡轮在发动机高速工况下的结构示意图；

附图11是本实用新型的实施例5中多喷管可变流量涡轮进口横切面结构示意图；

附图12是本实用新型的实施例6中多喷管可变流量涡轮进口横切面结构示意图；

附图13是本实用新型的实施例7中多喷管可变流量涡轮进口横切面结构示意图。

图中：1-压气机；2-蜗壳；3-蜗壳喷嘴；4-传动机构；5-喷嘴环支撑盘；6-喷嘴叶片；7-涡轮叶轮；8、81-中间隔板；9-进气阀门；10-喷管内流道；11-喷管外流道；12-喷管中间流道；13-喷管左流道；14-喷管右流道；α-进气区域角度。

具体实施方式

实施例1，如附图2、图5所示，一种多喷管式可变流量增压装置，包括蜗壳2，蜗壳2内设有进气口和与进气口连通的涡形进气流道，在涡形进气流道内沿蜗壳周向设有一块弧形的中间隔板8，所述中间隔板8将涡形进气流道间隔成喷管内流道10和喷管外流道11，所述喷管内流道10和喷管外流道11均实现部分周向进气。

所述喷管外流道11靠近进气口的位置设有进气阀门9。

所述中间隔板8与蜗壳2铸为一体，中间隔板8远离进气口的一端与蜗壳2之间分布形成喷管内流道10和喷管外流道11的进气区域角度α，所述喷管内流道10的进气区域角度α为30度，相对应的喷管外流道11的进气区域角度α为330度。

实施例2，如附图3、图4、图5所示，实施例1中，在周向方向上对中间隔板8进行进一步延伸后，所述喷管内流道10的进气区域角度α为340度，相对应的喷管外流道11的进气区域角度α为20度。

如附图3所示，发动机在低速工况下，进气阀门9处于关闭状态，所有的做功气体只经过喷管内流道10对涡轮做功，由于进气截面积变小，可有效的提升涡轮的进气压力，提高废气中的可用能量，并且喷嘴的出口面积变小，涡轮的进气角度能控制在比较高的效率区域，通过废气可用能量的提升和低速涡轮效率的提高，可以有效的增加发动机低速工况下的涡轮输出功，满足发动机的低速性能并达到降低排放的目的。

如附图4所示，在发动机中高速工况下，进气阀门9处于开启状态，进气阀门9的开度由进气阀门控制机构根据发动机的实际工况进行调节，通过对不同喷管流道的选择和不同废气流量分配的控制，以满足发动机中高速的性能要求。

本实用新型针对发动机对可变截面涡轮增压器的需求，完成了多喷管式可变流量增压系统涡轮部分的开发，有效的利用了废气能量，兼顾了发动机低速和中高速工况下的增压需求。该类型多喷管式可变流量进气涡轮可以采用现有普通增压器的铸造及加工技术完成。

上述实施例1和实施例2中，可以通过中间隔板8的合理分隔，实现对喷管内流道10和喷管外流道11进气区域角度的改变，喷管内流道10的进气区域角度α为0～360度之间的任意之角度，喷管外流道11的进气区域角度α为360～0度之间的任意之角度，喷管内流道10的进气区域角度与喷管外流道11的进气区域角度之和为360度。

实施例3，本实施例与实施例1不同之处在于在蜗壳2设置了两块弧形的中间隔板8，如附图6、图7所示，两块中间隔板8与蜗壳2铸为一体，两中间隔板将蜗壳2内的整个涡形进气流道间隔成三个流道：喷管内流道10、喷管外流道11、喷管中间流道12。

所述喷管内流道10的进气区域角度α为35度，喷管中间流道12的进气区域角度α为35度，相对应的喷管外流道11的进气区域角度α为290度。

所述喷管中间流道12和喷管外流道11靠近进气口处分别设有进气阀门9，阀门控制机构通过发动机不同工况的性能要求来调节各进气阀门的开度，实现对喷管流道和废气流量分配的控制，满足发动机各工况的性能要求。

实施例4，本实施例与实施例2不同之处在于在蜗壳2设置了两块弧形的中间隔板8，如附图7、图8所示，两块中间隔板8与蜗壳2铸为一体，两中间隔板将蜗壳2内的整个涡形进气流道间隔成三个流道：喷管内流道10、喷管外流道11、喷管中间流道12。

所述喷管内流道10的进气区域角度α为225度，喷管中间流道12的进气区域角度α为90度，相对应的喷管外流道11的进气区域角度α为45度。

如图8所示，当发动机在低速工况下，各进口阀门9处于关闭状态，所有的做功气体只经过喷管内流道10对涡轮做功，由于进气截面积变小，可有效的提升涡轮的进气压力，提高废气中的可用能量，并且喷嘴的出口面积变小，涡轮的进气角度能控制在比较高的效率区域，通过废气可用能量的提升和低速涡轮效率的提高，可以有效的增加发动机低速工况下的涡轮输出功，满足发动机的低速性能并达到降低排放的目的。

如附图9所示，发动机在中速工况下，只有安装在喷管中间流道12中的进气阀门9打开，在喷管外流道11中的进气阀门9处于关闭状态。

如附图10所示，发动机在高速工况下，安装在喷管中间流道12中的进气阀门9和在喷管外流道11中的进气阀门9都打开。

阀门控制机构通过控制两进气阀门的组合工作，实现对喷管流道的选择和不同流量分配的控制，以满足发动机在中高速工况下的性能要求。

本实用新型针对发动机对可变截面涡轮增压器的需求，完成了多喷管式可变流量增压系统涡轮部分的开发，有效的利用了废气能量，兼顾了发动机低速和中高速工况下的增压需求。该类型多喷管式可变流量进气涡轮可以采用现有普通增压器的铸造及加工技术完成。

上述实施例3和实施例4中，可以通过两个中间隔板8的合理分隔，实现对喷管内流道10和喷管外流道11以及喷管中间流道12的进气区域角度α的改变，喷管内流道10的进气区域角度α为0～360度之间的任意之角度，喷管外流道11的进气区域角度α在360～0度之间的任意之角度，喷管中间流道12的进气区域角度α在0～360度之间的任意之角度，所述喷管内流道10的进气区域角度与喷管外流道11的进气区域角度和喷管中间流道12的进气区域角度的之和为360度。

实施例5，在实施例1和实施例2中，如图11所示，还可以在涡形进气流道内沿蜗壳径向设置中间隔板8，中间隔板8将涡形进气流道间隔成并行的喷管左流道13和喷管右流道14，采用此种布置方式后，各喷管流道均可实现非全周进气，同时也可以实现全周进气。

实施例6，在实施例5的基础上，如图12所示，还可以在喷管右流道14内沿蜗壳的轴向设置中间隔板81，将喷管右流道14间隔成内外两个流道，此种喷管布置方式既有平行布置又有上下布置，喷管左流道13既可以实现部分周向进气，也可以实现全周进气，喷管右流道14可以实现部分周向进气。

实施例7，在实施例1和实施例2的基础上，如图13所示，所述中间隔板8为两块，相互交叉垂直设置，将涡形进气流道间隔成四个喷管流道，采用此种布置方式后，使结构变得更加灵活，喷管之间既有平行布置也有上下布置，可以实现各个喷管的部分周向进气。当然我们仍然可以根据实际的需要设定其他数目的喷管流道，以满足不同发动机性能设计的要求。

本实用新型针对发动机对可变截面涡轮增压器的需求，完成了多喷管式可变流量增压系统涡轮部分的开发，有效的利用了废气能量，兼顾了发动机低速和中高速工况下的增压需求，该类型多喷管式可变流量进气涡轮可以采用现有普通增压器的铸造及加工技术完成。

Claims (11)

1.一种多喷管式可变流量增压装置，包括蜗壳(2)，蜗壳(2)内设有进气口和与进气口连通的涡形进气流道，其特征在于：在涡形进气流道内设有至少一块中间隔板(8)。

2.根据权利要求1所述的一种多喷管式可变流量增压装置，其特征在于：所述中间隔板(8)沿蜗壳周向设置。

3.根据权利要求2所述的一种多喷管式可变流量增压装置，其特征在于：所述中间隔板(8)的数量为一块，中间隔板(8)将涡形进气流道间隔成喷管内流道(10)和喷管外流道(11)，所述喷管外流道(11)靠近进气口的位置设有进气阀门(9)。

4.根据权利要求2或3所述的一种多喷管式可变流量增压装置，其特征在于：所述中间隔板(8)远离进气口的一端与蜗壳(2)之间分别形成喷管内流道(10)和喷管外流道(11)的进气区域角度(α)。

5.根据权利要求4所述的一种多喷管式可变流量增压装置，其特征在于：喷管内流道(10)的进气区域角度(α)为0～360度之间的任意之角度，喷管外流道(11)的进气区域角度(α)为360～0度之间的任意之角度，喷管内流道(10)的进气区域角度与喷管外流道(11)的进气区域角度之和为360度。

6.根据权利要求2所述的一种多喷管式可变流量增压装置，其特征在于：所述中间隔板(8)为两块，两块中间隔板将蜗壳(2)内的整个涡形进气流道间隔成三个流道：喷管内流道(10)、喷管外流道(11)、喷管中间流道(12)。

7.根据权利要求6所述的一种多喷管式可变流量增压装置，其特征在于：所述喷管中间流道(12)和喷管外流道(11)靠近进气口处分别设有进气阀门(9)。

8.根据权利要求6或7所述的一种多喷管式可变流量增压装置，其特征在于：喷管内流道(10)的进气区域角度(α)为0～360度之间的任意之角度，喷管外流道(11)的进气区域角度(α)为0～360度之间的任意之角度，喷管中间流道(12)的进气区域角度(α)在0～360度之间的任意之角度，所述喷管内流道(10)的进气区域角度与喷管外流道(11)的进气区域角度和喷管中间流道(12)的进气区域角度的之和为360度。

9.根据权利要求1所述的一种多喷管式可变流量增压装置，其特征在于：所述中间隔板(8)沿蜗壳径向设置，将涡形进气流道间隔成并行的喷管左流道(13)和喷管右流道(14)。

10.根据权利要求9所述的一种多喷管式可变流量增压装置，其特征在于：在喷管右流道(14)内沿蜗壳的轴向设置中间隔板(81)，将喷管右流道(14)间隔成内外两个流道。

11.根据权利要求1所述的一种多喷管式可变流量增压装置，其特征在于：所述中间隔板(8)为两块，相互交叉垂直设置，将涡形进气流道间隔成四个喷管流道。

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