CN208106559U - 串联涡轮增压装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种串联涡轮增压装置，包括蜗壳，所述蜗壳内安装有涡轮轴，涡轮轴上套装有大涡轮，涡轮轴另一端套装有压气轮，其特征在于：所述涡轮轴上套装有小涡轮，所述小涡轮安置于小涡轮壳内，小涡轮壳内设有变径废气流道，所述小涡轮位于变径废气流道内，所述变径废气流道入口横截面积大于进入小涡轮处的横截面积。本实用新型通过双流道设计，针对低废气排量和高废气排量分别设计两组涡轮，重点解决了发动机在低废气排量的情况下涡轮相应迟缓、压气效率低下的问题，具有寿命长、废气流量小时仍能正常工作、废气流量大时能够保护涡轮不被损坏的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车发动机领域，具体地说，是涉及一种发动机上使用的串联涡轮增压装置。
背景技术
涡轮增压器是应用在涡轮增压发动机上的零件，通过驱动涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸，从而提升发动机功率，可以在相同汽缸排量下提高发动机工作性能。当发动机转速增大，废气排出速度与涡轮转速也同步增加，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整发动机的转速，进而增加发动机的输出功率。
目前应用在汽车上的涡轮增压器主要有机械涡轮增压器、废气涡轮增压器、混合式增压器和电子涡轮增压器四类。发动机以机械方式驱动机械增压器进行增压，称为机械增压，机械增压的瞬时响应性好、无明显的迟滞感，但驱动压气机消耗了发动机一定的输出功率，损失动力，机械增压发动机的热效率不一定得到改善，有时反而比非增压内燃机还低些。
利用发动机废气能量驱动涡轮增压器，称为废气涡轮增压，涡轮增压器和发动机之间靠气路相通，由于压气机消耗的功是涡轮从废气中回收的一部分能量，所以涡轮增压发动机不仅可以增加发动机的功率，而且可以提高其热效率，降低燃油消耗率，但是在废气流量小时无法工作。
混合式增压器由机械涡轮增压器和废气涡轮增压器混合而成，能够实时为发动机提供额外动力。当发动机转速较低时，采用机械涡轮增压方式，增压器通过发动机输出功率；当发动机转速逐渐提高后，废气涡轮增压器介入，机械涡轮增压器逐步退出，以节省燃油消耗率；当发动机全负荷或超负荷运转时，机械涡轮增压器和废气涡轮增压器同时工作，提供额外动力，但是结构复杂、成本较高。
电子涡轮增压器是目前最先进的增压器，通过电磁阀实时控制流过增压器的废气流速和压力，可以解决涡轮介入缓慢，响应迟滞的问题，同时避免发动机动力性的损失，但是其控制策略复杂，使用寿命较短。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述传统技术的不足之处，提供一种寿命长、废气流量小时仍能正常工作、废气流量大时能够保护涡轮不被损坏的串联涡轮增压装置。
本实用新型的目的是通过以下技术措施来达到的：
串联涡轮增压装置，包括蜗壳，所述蜗壳内安装有涡轮轴，涡轮轴上套装有大涡轮，涡轮轴另一端套装有压气轮，压气轮外套装于压气轮壳内，压气轮壳内设有空气流道，压气轮位于空气流道内，所述蜗壳内设有高流量废气流道，所述大涡轮安置于高流量废气流道内，其特征在于：所述涡轮轴上套装有小涡轮，所述小涡轮安置于小涡轮壳内，小涡轮壳内设有变径废气流道，所述小涡轮位于变径废气流道内，所述变径废气流道入口横截面积大于进入小涡轮处的横截面积。所述小涡轮位于大涡轮和压气轮之间。发动机低速状态下废气排量小，废气流速低，本发明采用变径废气流道，使废气流出过程中能够缩小管径，提高流速，使发动机低流量废气也能顺利驱动小涡轮做功，提高发动机低速运转阶段的涡轮效率，使之具有更好的低速响应。
作为一种优选方案，所述高流量废气流道位于大涡轮之前的部分设有旁通阀。所述旁通阀连接有旁通阀动作机构，所述旁通阀动作机构包括旁通压力执行器，旁通压力执行器一端与空气流道出风口处管道连接，旁通压力执行器另一端连接有推动旁通阀开闭的旁通阀推杆，旁通阀推杆的另一端与旁通阀铰接。所述旁通阀通过连接的旁通阀动作机构感测空气流道内压，当内压超过警戒值以后压差控制阀打开旁通阀泄压。
作为一种优选方案，所述高流量废气流道位于大涡轮之后的部分设有节气门。所述节气门连接有节气门动作机构，所述节气门动作机构包括节气门压力执行器，节气门压力执行器一端与空气流道出风口处管道连接，节气门压力执行器另一端连接有推动节气门开闭的节气门推杆，节气门推杆的另一端与节气门铰接。节气门在发动机低速状态时是关闭的，使发动机废气全部流经变径废气流道，这明显提高了低速状态下小涡轮的转速，解决了废气流量小时无法工作的问题。而当发动机转速增高，废气明显增加之后，空气流道内压升高，节气门压力执行器动作，通过节气门推杆推动节气门开放，使废气同时流经高流量废气流道和变径废气流道，同时驱动大涡轮和小涡轮，提供强有力的空气增压效果，能够显著提高发动机的功率和及时响应性。
作为一种优选方案，所述高流量废气流道横截面积大于变径废气流道的横截面积。高流量废气流道横截面积远大于变径废气流道的横截面积，而且由于变径废气流道内横截面积很小，以提高低流量时废气流速，所以在大流量时也不会有很多废气流经小涡轮，更多废气是流经大涡轮，驱动大涡轮做功。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型的优点是：
本实用新型提供了一种串联涡轮增压装置，通过双流道设计，针对低废气排量和高废气排量分别设计两组涡轮，重点解决了发动机在低废气排量的情况下涡轮相应迟缓、压气效率低下的问题，具有寿命长、废气流量小时仍能正常工作、废气流量大时能够保护涡轮不被损坏的优点。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
附图说明
附图1是本实用新型实施例的结构原理示意图。
附图2是变径废气流道和小涡轮的结构原理示意图。
附图3是节气门动作机构的结构原理示意图。
附图4是旁通阀动作机构的结构原理示意图。
具体实施方式
实施例：如附图1-4所示，串联涡轮增压装置，包括蜗壳，所述蜗壳内安装有涡轮轴6，涡轮轴6上套装有大涡轮4，涡轮轴6另一端套装有压气轮8，压气轮8外套装于压气轮8壳内，压气轮8壳内设有空气流道9，压气轮8位于空气流道9内，所述蜗壳内设有高流量废气流道1，所述大涡轮4安置于高流量废气流道1内，所述涡轮轴6上套装有小涡轮5，所述小涡轮5安置于小涡轮5壳内，小涡轮5壳内设有变径废气流道7，所述小涡轮5位于变径废气流道7内，所述变径废气流道7入口横截面积大于进入小涡轮5处的横截面积。所述小涡轮5位于大涡轮4和压气轮8之间。发动机低速状态下废气排量小，废气流速低，本发明采用变径废气流道7，使废气流出过程中能够缩小管径，提高流速，使发动机低流量废气也能顺利驱动小涡轮5做功，提高发动机低速运转阶段的涡轮效率，使之具有更好的低速响应。
如附图1和4所示，所述高流量废气流道1位于大涡轮4之前的部分设有旁通阀2。所述旁通阀2连接有旁通阀动作机构11，所述旁通阀动作机构11包括旁通压力执行器111，旁通压力执行器111一端与空气流道9出风口处管道连接，旁通压力执行器111另一端连接有推动旁通阀2开闭的旁通阀推杆112，旁通阀推杆112的另一端与旁通阀2铰接。所述旁通阀2通过连接的旁通阀动作机构11感测空气流道9内压，当内压超过警戒值以后旁通阀动作机构11打开旁通阀2泄压。本实施例中旁通阀动作机构有大量市售产品，其具体结构不赘述。
如附图1和3所示，所述高流量废气流道1位于大涡轮4之后的部分设有节气门3。所述节气门3连接有节气门动作机构10，所述节气门动作机构10包括节气门压力执行器101，节气门压力执行器101一端与空气流道9出风口处管道连接，节气门压力执行器101另一端连接有推动节气门3开闭的节气门推杆102，节气门推杆102的另一端与节气门3铰接。节气门3在发动机低速状态时是关闭的，使发动机废气全部流经变径废气流道7，这明显提高了低速状态下小涡轮5的转速，解决了废气流量小时无法工作的问题。而当发动机转速增高，废气明显增加之后，空气流道9内压升高，节气门压力执行器101动作，通过节气门推杆102推动节气门3开放，使废气同时流经高流量废气流道1和变径废气流道7，同时驱动大涡轮4和小涡轮5，提供强有力的空气增压效果，能够显著提高发动机的功率和及时响应性。本实施例中节气门动作机构有大量市售产品，其具体结构不赘述。
如附图1和2所示，高流量废气流道1横截面积远大于变径废气流道7的横截面积，而且由于变径废气流道7内横截面积缩小，以提高低流量时废气流速，所以在大流量时也不会有很多废气流经小涡轮5，更多废气是流经大涡轮4，驱动大涡轮4做功。
Claims (7)
1.串联涡轮增压装置，包括蜗壳，所述蜗壳内安装有涡轮轴，涡轮轴上套装有大涡轮，涡轮轴另一端套装有压气轮，压气轮外套装于压气轮壳内，压气轮壳内设有空气流道，压气轮位于空气流道内，所述蜗壳内设有高流量废气流道，所述大涡轮安置于高流量废气流道内，其特征在于：所述涡轮轴上套装有小涡轮，所述小涡轮安置于小涡轮壳内，小涡轮壳内设有变径废气流道，所述小涡轮位于变径废气流道内，所述变径废气流道入口横截面积大于进入小涡轮处的横截面积。
2.根据权利要求1所述的串联涡轮增压装置，其特征在于：所述高流量废气流道位于大涡轮之前的部分设有旁通阀。
3.根据权利要求2所述的串联涡轮增压装置，其特征在于：所述旁通阀连接有旁通阀动作机构，所述旁通阀动作机构包括旁通压力执行器，旁通压力执行器一端与空气流道出风口处管道连接，旁通压力执行器另一端连接有推动旁通阀开闭的旁通阀推杆，旁通阀推杆的另一端与旁通阀铰接。
4.根据权利要求1所述的串联涡轮增压装置，其特征在于：所述高流量废气流道位于大涡轮之后的部分设有节气门。
5.根据权利要求4所述的串联涡轮增压装置，其特征在于：所述节气门连接有节气门动作机构，所述节气门动作机构包括节气门压力执行器，节气门压力执行器一端与空气流道出风口处管道连接，节气门压力执行器另一端连接有推动节气门开闭的节气门推杆，节气门推杆的另一端与节气门铰接。
6.根据权利要求1至5任一所述的串联涡轮增压装置，其特征在于：所述高流量废气流道横截面积大于变径废气流道的横截面积。
7.根据权利要求1至5任一所述的串联涡轮增压装置，其特征在于：所述小涡轮位于大涡轮和压气轮之间。
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