CN208310849U - 带出气约束结构的集成式高效涡轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带出气约束结构的集成式高效涡轮机，包括涡轮壳，涡轮壳内设置有涡轮和出气导流槽,出气导流槽位于涡轮壳的出气端,出气导流槽能够提高涡后压力和增加涡后气流的稳定性；出气导流槽的起始端靠近涡轮，终端向涡轮壳的出气端延伸；且出气导流槽的外径由起始端向尾端逐渐变大。本实用新型的带出气约束结构的集成式高效涡轮机，具有涡前压力大，有助EGR的实现，涡后气流稳定，涡轮机效率高等优点。

Description

带出气约束结构的集成式高效涡轮机

技术领域

本实用新型涉及一种用于涡轮增压器上的涡轮机，尤其涉及一种带出气约束结构的集成式高效涡轮机，并可应用到固定截面、可变截面涡轮机，属于内燃机技术领域。

背景技术

车用发动机转速范围广，涡轮增压器受发动机及增压器特性的限制，难以在高、低速端均获得最佳的匹配。如果按中高速端匹配，低速端增压压力不足，为了不使烟度排放性能等恶化，不得不限制供油量，从而牺牲了低速扭矩并影响整车低速驾驶性能。废气旁通涡轮增压器正是针对解决柴油机低速动力性不足而开发的产品，它以低速端进行最佳匹配，低速增压压力高，因此低速扭矩大，排放污染低，并通过旁通阀来解决由此产生的高速端增压压力过高的问题，从而兼顾了高速端的性能。

废气旁通涡轮增压器基本工作原理和一般的涡轮增压器相同，但它多一个在涡轮进口处的废气旁通阀以及受增压压力控制使其开启、关闭的执行机构。从图1可以看出，废气旁通阀门9与传动片10整体转动，并通过推杆6与执行器5（用支架4固定在增压器壳体上）中弹簧的一端相连，执行器5的另一端则通过胶管3与压气机2出口增压压力相通。

当发动机7处于低速、低负荷时，增压压力低，废气旁通阀门9处于关闭状态，执行器5中的弹簧具有一定的预紧力。当增压压力达到一定程度，足以克服弹簧预紧力并达到一定的力平衡时，作用力将通过推杆6、传动销8、传动片10使废气旁通阀门9打开，将进入涡轮机1的部分废气经旁通通道流入总排气管，从而减少了流入动力涡轮12的废气，减少进入动力涡轮12的能量，使转速和增压压力随之下降。

传统的废气旁通涡轮增压器上的涡轮机结构见图2、图3，包括涡轮壳11、隔热罩14、动力涡轮12、废气旁通阀门9、摇臂15、轴套13、传动片10、传动销8、推杆6、执行器5，增压压力通过执行器5推动推杆6，推杆6通过传动销8推动传动片10、摇臂15旋转，摇臂15带动废气旁通阀门9开启和关闭。

为了与不同排量、功率的发动机匹配，一个系列的涡轮增压器都要匹配多个不同的涡轮机，特别是针对道路国5、国6及非道路国3、国4排放水平的发动机，后处理系统阻力差异较大，需要匹配不同流通特性的涡轮机，在做性能试验匹配时，受制于模具造价，不可能加工太多的涡轮壳进行精细匹配，达不到性能的最优。另外，随着现在发动机排放要求的提高，逐渐过渡到道路国6、非道路国4排放，经济性指标（比油耗）不断降低，对增压器的流量和压比要求更加严格，要求涡轮机效率更高。如何提高涡轮壳模具通用性、改善涡轮机效率成为亟需解决的增压器匹配难题。

发明内容

针对以上缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种带出气约束结构的集成式高效涡轮机，具有涡前压力大，有助EGR的实现，涡后气流稳定，涡轮机效率高等优点。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

带出气约束结构的集成式高效涡轮机，包括涡轮壳，所述涡轮壳内设置有涡轮和出气导流槽, 所述出气导流槽位于所述涡轮壳的出气端, 出气导流槽能够提高涡后压力和增加涡后气流的稳定性。

作为一种改进，所述出气导流槽的起始端靠近涡轮，终端向涡轮壳的出气端延伸；且出气导流槽的外径由起始端向尾端逐渐变大。

作为一种改进，所述出气导流槽的外轮廓线由一曲线回转而成，所述曲线包括位于起始端的竖直的第一直线和位于终端的水平的第二直线，所述第一直线和第二直线间通过一端椭圆弧连接；所述第一直线和椭圆弧间通过第一圆弧光滑过渡，所述第二直线和椭圆弧间通过第二圆弧光滑过渡。

作为一种改进，所述出气导流槽为尾端开口的壳状结构；所述出气导流槽起始端的横截面面积与涡轮转子出口的横截面面积相同，终端的横截面面积约为起始端横截面面积的2/7～3/4。

作为一种改进，所述出气导流槽的起始端与涡轮的转子间设有2-3mm的间隙。

作为一种改进，所述涡轮壳的出气端安装涡轮壳盖板，所述出气导流槽的尾端通过支撑筋与涡轮壳盖板固连；所述涡轮壳盖板上设置有涡轮废气通道和涡轮壳旁通排气道，以及设置在所述涡轮壳盖板侧壁的与所述涡轮壳旁通排气道相连通的旁通导向孔，所述涡轮废气通道和涡轮壳旁通排气道不直接贯通；所述出气导流槽的尾端基本与旁通导向孔的中心对齐。

作为一种改进，所述涡轮壳盖板上均布6～10个旁通导向孔；所述旁通导向孔为渐缩式圆孔，沿废气流动方向有4-6°的收缩。

作为一种改进，所述旁通导向孔的形状为长方形，长方形的相邻两边间设有圆角，能使气流圆滑过渡。

作为一种改进，所述出气导流槽的开口端设有均布的3～5个废气出气导向孔，所述废气出气导向孔与涡轮废气通道相连通；所述旁通导向孔与所述废气出气导向孔交错设计。

作为一种改进，所述出气导流槽与所述涡轮壳盖板为集成式一体设计；涡轮壳旁通排气道和通过涡轮废气通道均是渐缩形状。

采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、通过在涡轮壳上添加出气导流槽，使得排出的气体气流均匀，气流损失减少，效率得以改善，涡轮排气背压增大，有助于EGR技术的实现。可使发动机更好的满足我国国Ⅴ、国Ⅵ发动机在排放试验、经济性等方面的要求。

2、本实用新型带出气约束结构的集成式高效涡轮机，主要是对涡前压力进行精细调节，使匹配性能达到最优。通过调整出气导流槽的结构及面积、废气出气导向孔的个数及大小、旁通出气孔的个数及大小、角度等，引起涡后背压的变化，从而影响涡前压力的变化，可配合EGR技术的使用；同时对涡后气流进行约束可以改善涡轮效率。

3、该带出气约束结构的集成式高效涡轮机，对未进入涡轮而旁通的废气和进入涡轮的废气采用导向装置分隔开，两股气流在单独的导向装置内各自流动，待两股气流在温度、流速和压力等状态参数基本一致时，在距离涡轮较远的排气道中自然混合，从而达到改善气流流动，提升涡轮机效率。

附图说明

图1是本实用新型背景技术中废气旁通涡轮增压器的原理图；

图2是本实用新型背景技术中废气旁通涡轮增压器的结构示意图；

图3是图2的轴测图；

图4是本实用新型带出气约束结构的集成式高效涡轮机的实施例1的结构示意图；

图5是图4中的出气约束装置的结构简图；

图6是本实用新型实施例1的集成式涡轮壳盖板的结构简图；

图7是本实用新型实施例2的集成式涡轮壳盖板的结构简图；

图8是本实用新型实施例2的结构示意图；

图9是本实用新型实施例3的集成式涡轮壳盖板的结构简图；

图10是本实用新型实施例3的结构示意图；

图11是本实用新型实施例4的轴测图；

图12是本实用新型实施例4的结构示意图。

图中：1-涡轮机，2-压气机，3-胶管，4-支架，5-执行器，6-推杆，7-发动机，8-传动销，9-传动片，10-废气旁通阀门，11-涡轮壳，12-涡轮，13-轴套，14-隔热罩，15-摇臂，16-涡轮壳盖板，17-支撑筋，18-出气导流槽，19-废气出气导向孔，20-旁通导向孔，21-涡轮壳旁通排气道，22-涡轮废气通道，23-可变截面涡轮壳。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

如图4、图5和图6共同所示，带出气约束结构的集成式高效涡轮机，包括涡轮壳11和安装在涡轮壳11端部的涡轮壳盖板16，涡轮壳11内安装有涡轮12和出气导流槽18。涡轮壳11上设置有涡轮壳旁通排气道21和涡轮废气通道22，且涡轮壳旁通排气道21和涡轮废气通道22由涡轮壳11一直延伸至涡轮壳盖板16上。涡轮壳旁通排气道21和涡轮废气通道22分别单独引导气流，两者不直接贯通。涡轮壳旁通排气道21和通过涡轮废气通道22均是渐缩形状。涡轮壳盖板18的侧壁设有与涡轮壳旁通排气道21相连通的旁通导向孔20。出气导流槽18的尾端通过支撑筋17与涡轮壳盖板16固连。出气导流槽18的尾端基本与旁通导向孔20的中心对齐。

如图4、图5和图6共同所示，出气导流槽18位于涡轮壳11的出气端。出气导流槽18的起始端靠近涡轮12并与涡轮12的转子间设有2-3mm的间隙，终端向涡轮壳11的出气端延伸，且出气导流槽18的外径由起始端向尾端逐渐变大。

如图4、图5和图6共同所示，出气导流槽18的外轮廓线由一曲线回转而成，曲线包括位于起始端的竖直的第一直线和位于终端的水平的第二直线，第一直线和第二直线间通过一端椭圆弧连接；第一直线和椭圆弧间通过第一圆弧光滑过渡，第二直线和椭圆弧间通过第二圆弧光滑过渡。出气导流槽18为尾端开口的壳状结构。出气导流槽18 起始端的横截面面积与涡轮转子出口的横截面面积相同。图6中，终端的横截面B-B的截面面积约为起始端A-A截面的横截面面积的2/3，也可根据需要调整该比例。出气导流槽18能够提高涡后压力和增加涡后气流的稳定性。

涡轮壳盖板16上均布8个旁通导向孔20；旁通导向孔20为渐缩式圆孔，沿废气流动方向有4-6°的收缩。出气导流槽18的开口端设有均布的4个废气出气导向孔19，废气出气导向孔19与涡轮废气通道22相连通。旁通导向孔20与废气出气导向孔19交错设计。

如图4、图5和图6共同所示，涡轮壳盖板16上面的内壁面与涡轮壳11上面的内侧壁面共同组成涡轮壳旁通排气道21。涡轮壳盖板16靠近出口处均布有旁通导向孔20结构，这样旁通废气进入涡轮壳旁通排气道21，通过涡轮12的废气进入通过涡轮废气通道22，两股气流单独流动，待到旁通废气与通过涡轮废气在温度、流速和压力等基本一致情况下，旁通废气通过旁通导向孔20与通过涡轮的废气混合后一起进入发动机尾气管。常规涡轮机的气流是混乱的，而该实用新型中，气流是按照设计好的型线流动，减少流动损失。

传统的废气旁通涡轮增压器旁通废气在流出时一部分又进入涡轮转子做功部位，影响正常做功的废气的流动，两股气流掺混会造成气流对撞、效率的损失。集成式涡轮壳盖板通过涡轮壳旁通排气道21和通过涡轮废气通道22，解决了两股气流掺混问题，改善了气流的流动，使得涡轮机效率提高2-4%。

B-B截面面积较A-A截面面积小，而造成排气背压增大，根据不同的发动机机型，中低速时可增加4-8kPa，高速时可增加4-10kPa。有助于解决EGR技术在传统废气旁通机型中低速难以实现压差的问题。同时，一个系列的增压器使用一组集成式涡轮壳盖板，其涡前压力、通流能力通过以下参数来调节：

1）出气导流槽18的结构及面积：起点与涡轮转子有2-3mm间隙，终点基本与废气出气导向孔19中心对齐。是由多段圆弧、椭圆及直线组成，其中椭圆长半轴47，短半轴36，具体尺寸见图6。导流槽18开始位置（图6中A-A截面）的横截面面积与涡轮转子出口的横截面面积相当，起承接涡轮转子流出的气体，并开始约束气体收缩，终点B-B截面约为起始位置的2/7～3/4，可根据需要进行调整具体比例。

2）废气出气导向孔19的个数及大小：匹配6-7L发动机时，设计了4个的废气出气导向孔19，形状为11mm*13mm的长方形，相邻两边间设有圆角使气流圆滑过渡相对轴向，相对轴向倾斜角度为35°。数量为旁通导向孔（20）数量与支撑筋（17）数量的差，可根据匹配机型排量、功率等因素进行调整。

3）旁通导向孔20的个数及大小、角度匹配6-7L发动机时，设计了8个直径为12mm的旁通导向孔20，相对轴向倾斜角度为45°，沿废气流动方向孔径有6°的收缩。需要与废气出气导向孔19配合设计，两个旁通导向孔20中间都有一个支撑筋17，旁通导向孔20交错在支撑筋17和废气出气导向孔19中间。

该涡轮壳盖板16与出气导流槽18为集成式一体设计，不但减少涡轮机模具成本及发动机匹配周期，而且还能对通流能力进行精细调节，使匹配性能达到最优，满足我国国Ⅴ、国Ⅵ等排放试验对增压器的要求。

实施例2

如图7和图8共同所示，带出气约束结构的集成式高效涡轮机，包括涡轮壳11和安装在涡轮壳11端部的涡轮壳盖板16，涡轮壳11内安装有涡轮12和出气导流槽18。涡轮壳11上设置有涡轮壳旁通排气道21和涡轮废气通道22，且涡轮壳旁通排气道21和涡轮废气通道22由涡轮壳11一直延伸至涡轮壳盖板16上。涡轮壳旁通排气道21和涡轮废气通道22分别单独引导气流，两者不直接贯通。涡轮壳旁通排气道21和通过涡轮废气通道22均是渐缩形状。涡轮壳盖板18的侧壁设有与涡轮壳旁通排气道21相连通的旁通导向孔20。出气导流槽18的尾端通过支撑筋17与涡轮壳盖板16固连。出气导流槽18的尾端基本与旁通导向孔20的中心对齐。

出气导流槽18位于涡轮壳11的出气端。出气导流槽18的起始端靠近涡轮12并与涡轮12的转子间设有2-3mm的间隙，终端向涡轮壳11的出气端延伸，且出气导流槽18的外径由起始端向尾端逐渐变大。

出气导流槽18的外轮廓线由一曲线回转而成，曲线包括位于起始端的竖直的第一直线和位于终端的水平的第二直线，第一直线和第二直线间通过一端椭圆弧连接；第一直线和椭圆弧间通过第一圆弧光滑过渡，第二直线和椭圆弧间通过第二圆弧光滑过渡。出气导流槽18为尾端开口的壳状结构。出气导流槽18 起始端的横截面面积与涡轮转子出口的横截面面积相同。图6中，终端的横截面B-B的截面面积约为起始端A-A截面的横截面面积的2/3，也可根据需要调整该比例。出气导流槽18能够提高涡后压力和增加涡后气流的稳定性。

如图7和图8共同所示，涡轮壳盖板16上均布4个扇形槽结构的旁通导向孔20。出气导流槽18的尾端通过支撑筋17与涡轮壳盖板16固连。出气导流槽18与涡轮壳盖板16间存在与涡轮废气通道22相连通的空隙。该涡轮壳盖板16与出气导流槽18为集成式一体设计。与实施例1相比减小了铸造难度，同时会因B-B截面面积减小而造成排气背压增大，有助于EGR技术的实现。

实施例3

如图9和图10共同所示，带出气约束结构的集成式高效涡轮机，包括涡轮壳11和安装在涡轮壳11端部的涡轮壳盖板16，涡轮壳11内安装有涡轮12和出气导流槽18。涡轮壳11上设置有涡轮壳旁通排气道21和涡轮废气通道22，且涡轮壳旁通排气道21和涡轮废气通道22由涡轮壳11一直延伸至涡轮壳盖板16上。涡轮壳旁通排气道21和涡轮废气通道22分别单独引导气流，两者不直接贯通。涡轮壳旁通排气道21和通过涡轮废气通道22均是渐缩形状。涡轮壳盖板18的侧壁设有与涡轮壳旁通排气道21相连通的旁通导向孔20。出气导流槽18的尾端通过支撑筋17与涡轮壳盖板16固连。出气导流槽18的尾端基本与旁通导向孔20的中心对齐。

出气导流槽18位于涡轮壳11的出气端。出气导流槽18的起始端靠近涡轮12并与涡轮12的转子间设有2-3mm的间隙，终端向涡轮壳11的出气端延伸，且出气导流槽18的外径由起始端向尾端逐渐变大。

出气导流槽18的外轮廓线由一曲线回转而成，曲线包括位于起始端的竖直的第一直线和位于终端的水平的第二直线，第一直线和第二直线间通过一端椭圆弧连接；第一直线和椭圆弧间通过第一圆弧光滑过渡，第二直线和椭圆弧间通过第二圆弧光滑过渡。出气导流槽18为尾端开口的壳状结构。出气导流槽18 起始端的横截面面积与涡轮转子出口的横截面面积相同。图6中，终端的横截面B-B的截面面积约为起始端A-A截面的横截面面积的2/3，也可根据需要调整该比例。出气导流槽18能够提高涡后压力和增加涡后气流的稳定性。

如图9和图10共同所示，涡轮壳盖板16上均布4个旁通导向孔20。所述旁通导向孔（20）的形状为长方形，长方形的相邻两边间设有圆角，能使气流圆滑过渡。旁通导向孔20的截面为扇形槽结构。出气导流槽18的开口端设有均布的4个废气出气导向孔19，废气出气导向孔19与涡轮废气通道22相连通。旁通导向孔20与废气出气导向孔19交错设计。该涡轮壳盖板16与出气导流槽18为集成式一体设计。与实施例2相比,该设计可进一步减少气流的掺混，减小噪音。

实施例4

如图11和图12共同所示，包括涡轮壳11，涡轮壳11为可变截面涡轮壳。涡轮壳11还设有涡轮废气通道22。涡轮壳11内设置有涡轮12和出气导流槽18, 所述出气导流槽18位于所述涡轮壳11的出气端, 出气导流槽18能够提高涡后压力和增加涡后气流的稳定性。出气导流槽18的起始端靠近涡轮12，终端向涡轮壳11的出气端延伸；且出气导流槽18的外径由起始端向尾端逐渐变大。出气导流槽18的外轮廓线由一曲线回转而成，曲线包括位于起始端的竖直的第一直线和位于终端的水平的第二直线，第一直线和第二直线间通过一端椭圆弧连接。第一直线和椭圆弧间通过第一圆弧光滑过渡，第二直线和椭圆弧间通过第二圆弧光滑过渡。出气导流槽18为尾端开口的壳状结构；出气导流槽18 起始端的横截面面积与涡轮转子出口的横截面面积相同，终端的横截面面积约为起始端横截面面积的2/3。出气导流槽18的起始端与涡轮12的转子间设有2-3mm的间隙。

涡后气体沿涡轮废气通道22排出，气流均匀，气流损失减少，效率得以改善，排气背压增大，有助于EGR技术的实现。可使发动机更好的满足我国国Ⅴ、国Ⅵ发动机在排放试验、经济性等方面的要求。

综上所述，本实用新型的一种带出气约束结构的集成式高效涡轮机，具有涡前压力大，有助EGR的实现，涡后气流稳定，涡轮机效率高等优点。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.带出气约束结构的集成式高效涡轮机，包括涡轮壳(11)，其特征在于：所述涡轮壳(11)内设置有涡轮(12)和出气导流槽(18),所述出气导流槽(18)位于所述涡轮壳(11)的出气端,出气导流槽(18)能够提高涡后压力和增加涡后气流的稳定性。

2.根据权利要求1所述的带出气约束结构的集成式高效涡轮机，其特征在于：所述出气导流槽(18)的起始端靠近涡轮(12)，终端向涡轮壳(11)的出气端延伸；且出气导流槽(18)的外径由起始端向尾端逐渐变大。

3.根据权利要求2所述的带出气约束结构的集成式高效涡轮机，其特征在于：所述出气导流槽(18)的外轮廓线由一曲线回转而成，所述曲线包括位于起始端的竖直的第一直线和位于终端的水平的第二直线，所述第一直线和第二直线间通过一端椭圆弧连接；所述第一直线和椭圆弧间通过第一圆弧光滑过渡，所述第二直线和椭圆弧间通过第二圆弧光滑过渡。

4.根据权利要求2所述的带出气约束结构的集成式高效涡轮机，其特征在于：所述出气导流槽(18)为尾端开口的壳状结构；所述出气导流槽(18)起始端的横截面面积与涡轮转子出口的横截面面积相同，终端的横截面面积约为起始端横截面面积的2/7～3/4。

5.根据权利要求2所述的带出气约束结构的集成式高效涡轮机，其特征在于：所述出气导流槽(18)的起始端与涡轮(12)的转子间设有2-3mm的间隙。

6.根据权利要求2所述的带出气约束结构的集成式高效涡轮机，其特征在于：所述涡轮壳(11)的出气端安装涡轮壳盖板(16)，所述出气导流槽(18)的尾端通过支撑筋(17)与涡轮壳盖板(16)固连；所述涡轮壳盖板(16)上设置有涡轮废气通道(22)和涡轮壳旁通排气道(21)，以及设置在所述涡轮壳盖板(16)侧壁的与所述涡轮壳旁通排气道(21)相连通的旁通导向孔(20)，所述涡轮废气通道(22)和涡轮壳旁通排气道(21)不直接贯通；所述出气导流槽(18)的尾端基本与旁通导向孔(20)的中心对齐。

7.根据权利要求6所述的带出气约束结构的集成式高效涡轮机，其特征在于：所述涡轮壳盖板(16)上均布6～10个旁通导向孔(20)；所述旁通导向孔(20)为渐缩式圆孔，沿废气流动方向有4～20°的收缩。

8.根据权利要求6所述的带出气约束结构的集成式高效涡轮机，其特征在于：所述旁通导向孔(20)的形状为长方形，长方形的相邻两边间设有圆角，能使气流圆滑过渡。

9.根据权利要求6所述的带出气约束结构的集成式高效涡轮机，其特征在于：所述出气导流槽(18)的开口端设有均布的3～5个废气出气导向孔(19)，所述废气出气导向孔(19)与涡轮废气通道(22)相连通；所述旁通导向孔(20)与所述废气出气导向孔(19)交错设计。

10.根据权利要求6所述的带出气约束结构的集成式高效涡轮机，其特征在于：所述出气导流槽(18)与所述涡轮壳盖板(16)为集成式一体设计，涡轮壳旁通排气道(21)和通过涡轮废气通道(22)均是渐缩形状。