CN201953419U - 一种可变截面涡轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可变截面涡轮机，包括蜗壳，蜗壳上安装有执行机构，蜗壳内设有环形气流道，环形气流道具有进气口，所述环形气流道内设有进气截面调节机构，所述进气截面调节机构与执行机构传动连接，本实用新型通过将蜗壳从入口到90°截面的流道区分为上下流通能力不同的两部分，采用一种可自由调节的气体导向装置调节、控制两个不同的流道顺序工作，以达到控制流道的流通面积，调节进入涡轮的燃气状态，满足发动机全工况范围的增压要求，所述执行机构可根据发动机的实际工况实时调节可动直板及可动舌形挡板的转动角度来改变喉口截面和进气流道，以实现涡轮增压器与发动机全工况的良好匹配。

Description

一种可变截面涡轮机

技术领域

本实用新型涉及一种可变截面涡轮增压器，具体涉及到一种在改变喉口截面同时也改变进气流道的可变截面涡轮机，属于内燃机领域。

背景技术

涡轮增压器广泛的应用于车用发动机，它能显著地提高发动机性能。随着发动机排放法规要求的日益严格，对车用涡轮增压器的性能也提出了更高的要求。涡轮增压器在与发动机匹配时普遍存在发动机低速扭矩不足、排放性能差及高速增压过量的问题。为了满足发动机全工况范围内的性能要求，可变截面涡轮增压技术得到了广泛的研究和应用。其中舌形挡板可变截面涡轮机由于结构简单、便于控制而被广泛应用。

过去的十几年国内外学者对舌形挡板可变截面涡轮机做过大量的研究，典型的舌形挡板可变截面涡轮的结构示意图如附图1所示，其通过改变设置在喷嘴环处的舌形挡板的转动角度来调节流道流通面积。蜗壳1内有环形气流道3，环形气道3与进气口2连通，环形气道3上设置有用于改变喉口截面面积的调节装置7。调节装置7由直齿条5、弧形齿条6、舌形挡板8构成。舌形挡板8的根部活动地连接在蜗壳1上，弧形齿条6固定在舌形挡板8的头部，设置在蜗壳外侧的执行器4控制直齿条5直线移动，弧形齿条6与直齿条5啮合从而对舌形挡板8的开度进行调节，从而改变环形气流道3的进气口面积。当舌形挡板8背离涡轮方向转动时，环形气流道3的进气口面积减小，使得进入涡轮的废气能量增加，对涡轮的做功能力增强，提高了发动机在低速时的增压压力。反之空气增压压力减小。调节装置7可根据发动机的实际工况，对舌形挡板8进行调节，以满足发动机各个工况的增压要求。

但是调节装置7在加工安装实现上较复杂，并且舌形挡板的在改变进气截面时流道变形不符合流体流动要求使流动损失较大，对气体流量的调节范围有限，增压器的总效率较低。

因此希望实用新型设计一种控制简便、流动损失小、效率较高、调节范围较广的可变截面涡轮来有效地拓宽涡轮增压器与发动机的匹配范围，同时满足发动机低速富气和高速增压适量的要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的问题是要提供一种操控简便灵活、流动损失小效率较高、有效地拓宽涡轮增压器与发动机的匹配范围的可变截面涡轮机，能够解决舌形挡板增压器效率低、对气体流量调节范围有限的问题，以满足发动机全工况范围的增压要求。

为了解决以上问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种可变截面涡轮机，包括蜗壳，蜗壳上安装有执行机构，蜗壳内设有环形气流道，环形气流道具有进气口，所述环形气流道内设有进气截面调节机构，所述进气截面调节机构与执行机构传动连接。

以下是本实用新型对上述方案的进一步优化：

所述进气截面调节机构包括安装在环形气流道内靠近进气口处的固定挡板，所述固定挡板靠近进气口的一端转动连接有可动直板，另一端转动连接有可动舌形挡板。

进一步优化：

气流进入蜗壳后利用流动惯性对涡轮做功，为了充分利用气流在做功起始段的能量，特别是满足发动机低速时的增压要求，固定挡板的另一端设置在环形气流道内与进气口的横截面呈0～90°角的位置处。

进一步优化：

所述固定挡板与可动直板之间通过可动直板转动轴转动连接，固定挡板与可动舌形挡板通过可动舌形挡板转动轴转动连接。

进一步优化：

所述可动直板转动轴和可动舌形挡板转动轴安装在蜗壳上并与蜗壳之间转动连接。

进一步优化：

所述可动直板转动轴的其中一端和可动舌形挡板转动轴的其中一端分别伸出到蜗壳的外部，所述可动直板转动轴的端部与可动舌形挡板转动轴的端部之间设有调节拨片，所述调节拨片与执行机构传动连接。

进一步优化：

所述调节拨片的其中一端设有弧形滑槽，所述可动直板转动轴的一端安装在调节拨片的弧形滑槽内，可动舌形挡板转动轴的一端固定在调节拨片上。

所述执行机构通过控制调节拨片可同时改变可动直板及可动舌形挡板的转动角度可顺序改变喉口截面面积和进气流道。

进一步优化：

所述固定挡板与蜗壳铸为一体，所述固定挡板、可动直板和可动舌形挡板沿环形气流道的轴向设置，为了减少流动损失，由可动直板、固定挡板和可动舌形挡板组成的型线与蜗壳内壁的型线相近。

进一步优化：

所述可动舌形挡板的另一端依次转动连接有第一可动舌形挡板和第二可动舌形挡，所述第二可动舌形挡的末端位于靠近环形气流道内相对于进气口的另一端的位置处。

进一步优化：

所述所述第一可动舌形挡板和第二可动舌形挡板沿环形气流道的轴向设置。

这样可以实现流通面积在整个流道的流动区域内可调，更有效地满足发动机全工况范围的增压要求。

进一步优化：

所述第一可动舌形挡板和第二可动舌形挡板分别安装在蜗壳上并与由执行机构传动连接。

可根据需求设置一个或多个执行机构进行独立或联合调节，以满足不同发动机、不同工况工作要求。

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截面调节控制机构简单，控制方式容易实现，可靠性高。

本实用新型通过将蜗壳从入口到90°截面的流道区分为上下流通能力不同的两部分，采用一种可自由调节的气体导向装置调节、控制两个不同的流道顺序工作，以达到控制流道的流通面积，调节进入涡轮的燃气状态，满足发动机全工况范围的增压要求，所述执行机构可根据发动机的实际工况实时调节可动直板及可动舌形挡板的转动角度来改变喉口截面和进气流道，以实现涡轮增压器与发动机全工况的良好匹配。

在小流道工作时，舌形挡板与其他挡板一起将不工作的大流道封闭，减少了其他形式可调机构存在的小流道工作燃气在未封闭的非工作流道产生的涡流损失，提高涡轮机小流量时的气动效率。同时，舌形挡板的结构既保证小流道工作时整个流道结构符合流体运动规律，也可保证在挡板开启状态下，大流道参与工作时，大小流道均符合流体运动规律，可保证在两种状态下获得良好的气动效率，避免了传统舌形挡板结构中存在的流道突变形象，极大改善了涡轮机气动效率。

综上所述，采用本实用新型专利的同时改变喉口截面和进气流道可变截面涡轮机可以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。

附图说明

附图1是背景技术中安装有舌形挡板的可变截面涡轮的结构示意图；

附图2是本实用新型实施例中可变截面涡轮外观图；

附图3是本实用新型实施例1中小流量可变截面涡轮机剖面示意图；

附图4是本实用新型实施例1中大流量可变截面涡轮机剖面示意图；

附图5是本实用新型实施例1中可变截面涡轮机可动舌形挡板分别处于小流量和大流量时的位置示意图；

附图6是本实用新型实施例2中可变截面涡轮机剖面示意图；

附图7是本实用新型实施例3中可变截面涡轮机剖面示意图；

附图8为本实用新型实施例中环形截面双流道的结构示意图；

附图9为本实用新型实施例中矩形截面单流道的结构示意图；

附图10为本实用新型实施例中矩形截面双流道的结构示意图。

图中：1-蜗壳；2-进气口；3-环形气流道；4-执行器；5-直齿条；6-弧形齿条；7-调节装置；8-舌形挡板；9-可动直板；10-可动直板转动轴；11-固定挡板；12-可动舌形挡板转动轴；13-可动舌形挡板；14-弧形滑槽；15-执行机构；16-调节拨片；17-进气截面调节机构；18-第一可动舌形挡板；19-第二可动舌形挡板。

具体实施方式

实施例1，如附图2所示，一种可变截面涡轮机，包括蜗壳1，蜗壳1内设有环形气流道3，环形气流道3具有进气口2，环形气流道3内设有进气截面调节机构17，所述进气截面调节机构17与执行机构15传动连接。

如图3所示，所述进气截面调节机构17包括安装在环形气流道3内靠近进气口2处的固定挡板11，所述固定挡板11与蜗壳1铸为一体。

所述固定挡板11、可动直板9和可动舌形挡板13沿环形气流道3的轴向设置，为了减少流动损失，由可动直板、固定挡板和可动舌形挡板组成的形线与蜗壳内壁的型线相近。

所述固定挡板11靠近进气口2的一端通过可动直板转动轴10转动连接有可动直板9，另一端通过可动舌形挡板转动轴12转动连接有可动舌形挡板13。

所述可动直板转动轴10和可动舌形挡板转动轴12安装在蜗壳1上并与蜗壳1之间转动连接。

如图2所示，所述可动直板转动轴10的其中一端和可动舌形挡板转动轴12的其中一端分别伸出到蜗壳1的外部，所述可动直板转动轴10的端部与可动舌形挡板转动轴12的端部之间设有调节拨片6。

所述调节拨片6的其中一端设有弧形滑槽14，所述可动直板转动轴10的一端安装在调节拨片16的弧形滑槽14内，可动舌形挡板转动轴12的一端固定在调节拨片16上。

所述调节拨片6与执行机构15传动连接，执行机构15带动调节拨片16转动时，同时带动可动直板9和可动舌形挡板13转动。

如图3所示，所述可动直板9、固定挡板11和可动舌形挡板13将蜗壳进口处的环形气流道3分为上下两部分，可动直板9和可动舌形挡板13的转动可以改变喉口截面面积和进气流道，并通过改变进气流道和喉口截面面积控制气流对涡轮叶轮的做功实现对增压压力的调节。

如图5所示，所述环形气流道3为环形截面单流道。

发动机低速时，进入涡轮废气流量小，在执行机构15的作用下调节拨片16逆时针转动，同时带动可动舌形挡板13也逆时针转动，可动直板9顺时针转动，舌形挡板13位于如图5中的A处位置，此时可动直板9和可动舌形挡板13都与蜗壳1内壁贴合，防止气流反串造成流动损失，上进气流道关闭喉口截面积变小，气流速度增大，涡轮转速升高，增压压力升高，满足发动机低速工况增压要求，改善排放性能。

如图4所示，发动机高速时，进入涡轮废气流量大，在执行机构15的作用下调节拨片16顺时针转动，同时带动可动舌形挡板13顺时针转动可动直板9逆时针转动，舌形挡板13位于如图5中的B处位置，此时可动直板9和可动舌形挡板13离开蜗壳1内壁上进气流道打开，喉口截面积变大，气流速度相对减小对涡轮做功减少以满足增压器的流量要求，解决了发动机高速工况增压过量的问题。

实施例2，如图6所示，在实施例1的基础上，为了进一步扩大进气流量的调节范围，所述可动舌形挡板13的另一端依次转动连接有第一可动舌形挡板18和第二可动舌形挡19，所述第二可动舌形挡19的末端位于靠近环形气流道3内相对于进气口2的另一端的位置处，所述所述第一可动舌形挡板18和第二可动舌形挡板19沿环形气流道3的轴向设置。

第一可动舌形挡板18和第二可动舌形挡板19分别安装在蜗壳1上并与由执行机构15传动连接，这样可以实现流通面积在整个流道的流动区域内可调，更有效地满足发动机全工况范围的增压要求。

上述实施例中，可根据需求设置一个或多个执行机构进行独立或联合调节，以满足不同发动机、不同工况工作要求。

实施例3，气流进入蜗壳后利用流动惯性对涡轮做功，气流在起始段内的做功在涡轮整个做功过程中占据很重要的地位。为了充分利用气流在做功起始段的能量，如图7所示，在实施例1的基础上，固定挡板11延长至环形气流道3内靠近与进气口2的横截面呈90°角的位置处，同样可动舌形挡板13的安装位置也随之后移，安装方式不变，这样可以防止气流在蜗壳1内过早膨胀，使气流的能量得到更充分的利用。特别是在发动机低速时，可以更有效地提高增压压力，满足发动机低速增压要求。

上述实例中，可根据需要所述固定挡板11的另一端部设置在环形气流道3内与进气口2的横截面呈0～90°角的位置处，以调节固定挡板的长度，以满足不同发动机、不同工况工作要求。

上述实施例中，所述环形气流道3还可以采用如图8所示的环形截面双流道。

上述实施例中，所述环形气流道3还可以采用如图9所示的矩形截面单流道。

上述实施例中，所述环形气流道3还可以采用如图10所示的矩形截面双流道。

Claims (11)

1.一种可变截面涡轮机，包括蜗壳(1)，蜗壳(1)上安装有执行机构(15)，蜗壳(1)内设有环形气流道(3)，环形气流道(3)具有进气口(2)，其特征在于：所述环形气流道(3)内设有进气截面调节机构(17)，所述进气截面调节机构(17)与执行机构(15)传动连接。

2.根据权利要求1所述的一种可变截面涡轮机，其特征在于：所述进气截面调节机构(17)包括安装在环形气流道(3)内的固定挡板(11)，所述固定挡板(11)靠近进气口(2)的一端转动连接有可动直板(9)，另一端转动连接有可动舌形挡板(13)。

3.根据权利要求2所述的一种可变截面涡轮机，其特征在于：

所述固定挡板(11)的另一端部设置在环形气流道(3)内与进气口(2)的横截面呈0～90°角的位置处。

4.根据权利要求2所述的一种可变截面涡轮机，其特征在于：所述固定挡板(11)与可动直板(9)之间通过可动直板转动轴(10)转动连接，固定挡板(11)与可动舌形挡板(13)通过可动舌形挡板转动轴(12)转动连接。

5.根据权利要求4所述的一种可变截面涡轮机，其特征在于：所述可动直板转动轴(10)和可动舌形挡板转动轴(12)安装在蜗壳(1)上并与蜗壳(1)之间转动连接。

6.根据权利要求5所述的一种可变截面涡轮机，其特征在于：所述可动直板转动轴(10)的其中一端和可动舌形挡板转动轴(12)的其中一端分别伸出到蜗壳(1)的外部，所述可动直板转动轴(10)的端部与可动舌形挡板转动轴(12)的端部之间设有调节拨片(16)，所述调节拨片(16)与执行机构(15)传动连接。 

7.根据权利要求6所述的一种可变截面涡轮机，其特征在于：所述调节拨片(16)的其中一端设有弧形滑槽(14)，所述可动直板转动轴(10)的一端安装在调节拨片(16)的弧形滑槽(14)内，可动舌形挡板转动轴(12)的一端固定在调节拨片(16)上。

8.根据权利要求2～7其中之一所述的一种可变截面涡轮机，其特征在于：所述固定挡板(11)、可动直板(9)和可动舌形挡板(13)沿环形气流道(3)的轴向设置。

9.根据权利要求4所述的一种可变截面涡轮机，其特征在于：所述可动舌形挡板(13)的另一端依次转动连接有第一可动舌形挡板(18)和第二可动舌形挡(19)，所述第二可动舌形挡(19)的末端位于靠近环形气流道(3)内相对于进气口(2)的另一端的位置处。

10.根据权利要求9所述的一种可变截面涡轮机，其特征在于：所述第一可动舌形挡板(18)和第二可动舌形挡板(19)分别安装在蜗壳(1)上并与由执行机构(15)传动连

11.根据权利要求8所述的一种可变截面涡轮机，其特征在于：所述所述第一可动舌形挡板(18)和第二可动舌形挡板(19)沿环形气流道(3)的轴向设置。 

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