專利名稱：可變幾何的脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可變幾何的脈沖進(jìn)氣渦輪增壓器，具體地說是一種通過不同流道的共同工作來滿足發(fā)動機(jī)各工況性能要求的可變幾何的脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置，屬于內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在實際工程應(yīng)用中，基于脈沖增壓的雙腔半周分隔進(jìn)氣渦輪是一種比較傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，雙腔半周分隔進(jìn)氣渦輪的蝸殼由上流道和下流道兩個流道組成，上流道的進(jìn)氣區(qū)域是0-180度，下流道的進(jìn)氣區(qū)域是180-360度，上流道和下流道的進(jìn)氣區(qū)域組成一個360度全周進(jìn)氣區(qū)域，進(jìn)氣流分別經(jīng)過上、下流道帶動渦輪葉輪做功。隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，要求增壓器必須具有更高的增壓壓力和排氣壓力可調(diào)節(jié)的功能，而此渦輪機(jī)截面積固定不變，因此無法滿足發(fā)動機(jī)各工況的性能要求?；诖藴u輪機(jī)截面積固定不變的特點，在蝸殼的噴嘴位置安裝可旋轉(zhuǎn)的噴嘴葉片，即旋葉式可變截面渦輪，通過調(diào)節(jié)噴嘴葉片的旋轉(zhuǎn)開度來改變渦輪的進(jìn)氣流通面積，控制方便，但在實際應(yīng)用中仍然存在一些缺陷
發(fā)動機(jī)在大流量工況下，噴嘴葉片的開度增大，距離渦輪葉片前緣較近，限制了其開度增大的調(diào)節(jié)范圍。發(fā)動機(jī)在小流量工況下，噴嘴葉片的開度很小，此時噴嘴出口氣流的周向速度高，渦輪變?yōu)闆_動式渦輪，撞擊損失較大，可靠性差；再有，噴嘴出口距離葉輪入口較遠(yuǎn)，在其中的環(huán)形區(qū)氣流相互干涉，增加了流動損失，從而使增壓器效率下降。另外，旋葉式可變截面渦輪增壓器的成本很高，這使許多發(fā)動機(jī)廠家對其昂貴的價格望而卻步，成本和壽命限制了此類型渦輪增壓器的市場。因此希望設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低、并在小流量下具有較高效率的可變幾何的蝸殼結(jié)構(gòu)，以解決上述兩種渦輪機(jī)裝置存在的效率、可靠性和價格等方面的問題，滿足發(fā)動機(jī)各工況下的性能要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是為了克服固定截面渦輪增壓器不能實現(xiàn)與發(fā)動機(jī)全工況的良好匹配，以及旋葉式可變截面渦輪增壓器成本高、可靠性差、效率低等問題，提供一種成本低、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、低速工況下具有較高的效率，提高渦輪的做功能力，在中、高速時滿足發(fā)動機(jī)的流通能力，避免增壓器超速的可變幾何的脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置。為了解決上述問題，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案
一種可變幾何的脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置，包括蝸殼，所述蝸殼上設(shè)有進(jìn)氣流道，進(jìn)氣流道的其中一端設(shè)有進(jìn)氣口，另一端設(shè)有蝸殼出氣口，所述進(jìn)氣流道包括兩組工作流道
一內(nèi)流道，包括第一內(nèi)流道和第二內(nèi)流道；一外流道；包括第一外流道和第二外流道；進(jìn)氣口包括第一蝸殼進(jìn)口和第二蝸殼進(jìn)口；
所述第一內(nèi)流道和第一外流道與第一蝸殼進(jìn)口相連通并在周向方向上實現(xiàn)0-180度的半周進(jìn)氣；
所述第二內(nèi)流道和第二外流道與第二蝸殼進(jìn)口相連通并在周向方向上實現(xiàn)180-360 度的半周進(jìn)氣。以下是本實用新型對上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)
在第一外流道上靠近第一蝸殼進(jìn)口的位置和第二外流道靠近第二蝸殼進(jìn)口的位置分別設(shè)有進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置。進(jìn)一步改進(jìn)
所述兩個的進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置位于蝸殼同側(cè)，進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置根據(jù)發(fā)動機(jī)的實際工況實現(xiàn)對進(jìn)氣流量的分配。， 另一種改進(jìn)
所述兩個進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置分別位于蝸殼兩側(cè)，進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置根據(jù)發(fā)動機(jī)的實際工況實現(xiàn)對進(jìn)氣流量的分配。進(jìn)一步改進(jìn)
所述進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置包括安裝在蝸殼內(nèi)的閥門軸，閥門軸的兩端與蝸殼分別轉(zhuǎn)動連接， 其中一端伸出到蝸殼的外部并傳動連接有執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述閥門軸穿過第一外流道和第二外流道，閥門軸上位于第一外流道和第二外流道內(nèi)的位置分別安裝有閥門。進(jìn)一步改進(jìn)所述蝸殼上與閥門對應(yīng)的位置設(shè)有閥門蓋板，閥門蓋板與蝸殼固定密封連接。執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制閥門的開啟和關(guān)閉，通過對閥門的開度調(diào)節(jié)實現(xiàn)對渦輪進(jìn)氣流量的分配，從而實現(xiàn)內(nèi)外流道的共同工作。另一種改進(jìn)
所述第一蝸殼進(jìn)口和第二蝸殼進(jìn)口的截面為梯形結(jié)構(gòu)，呈上下布置。另一種改進(jìn)
所述第一蝸殼進(jìn)口和第二蝸殼進(jìn)口的截面為矩形結(jié)構(gòu)，呈左右并排布置。另一種改進(jìn)
所述第一外流道、第一內(nèi)流道、第二內(nèi)流道和第二外流道并排布置在蝸殼內(nèi)。本發(fā)明采用上述方案，發(fā)動機(jī)在低速工況下，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，此時，內(nèi)流道處于工作狀態(tài)，由排氣管排出的進(jìn)氣流只經(jīng)過此組工作流道，由于此組工作流道截面積較小， 提高了渦輪前的進(jìn)氣壓力，提高了廢氣中的可用能量，增強(qiáng)了渦輪的做功能力，提高了渦輪低速的效率，滿足了發(fā)動機(jī)的低速性能并達(dá)到降低排放的目的。發(fā)動機(jī)在中高速工況下，閥門處于開啟狀態(tài)，進(jìn)氣閥門的開度由進(jìn)氣閥門控制機(jī)構(gòu)根據(jù)發(fā)動機(jī)的實際工況進(jìn)行調(diào)節(jié)，使內(nèi)流道和外流道兩組工作流道均參與工作，在所有流道的共同工作下，實現(xiàn)渦輪流量的合理分配，滿足發(fā)動機(jī)中高速工況的性能要求。本發(fā)明中的渦輪蝸殼結(jié)構(gòu)與普通的增壓器蝸殼結(jié)構(gòu)基本相同，結(jié)構(gòu)簡單、繼承性好、成本低、容易快速實現(xiàn)工程化，發(fā)明中的進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)簡單，控制方式容易實現(xiàn)，可靠性高。綜上所述，采用可變幾何的脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置能有效的滿足發(fā)動機(jī)全工況范圍的增壓要求，該類型增壓器整體結(jié)構(gòu)不發(fā)生大的變化，成本低，容易實現(xiàn)，具有廣闊的市場推廣價值，容易實現(xiàn)該類產(chǎn)品的工程化和產(chǎn)品化。下面結(jié)合附圖和對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。


圖1是本發(fā)明實施例1的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明實施例1中脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置0-180度流道截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例1中的排氣歧管結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實施例1中進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實施例1中閥門蓋板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實施例2的結(jié)構(gòu)示意圖7是本發(fā)明實施例2中脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置0-180度流道截面結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明實施例2中的排氣歧管結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明實施例3中進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-第一蝸殼進(jìn)口 ；2-第二蝸殼進(jìn)口 ；3-蝸殼；4-蝸殼出氣口 ；5-第一內(nèi)流道；6-第二內(nèi)流道；7-第一外流道；8-第二外流道；9-閥門；10-閥門軸；11-軸套；12-執(zhí)行機(jī)構(gòu)；13-閥門蓋板；14-第一排氣管出口 ； 15-第二排氣管出口。
具體實施例方式實施例1，如圖1、圖2所示，一種可變幾何的脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置，包括蝸殼3，所述蝸殼3上設(shè)有進(jìn)氣流道，進(jìn)氣流道的其中一端設(shè)有進(jìn)氣口，另一端設(shè)有蝸殼出氣Π 4。所述進(jìn)氣流道包括兩組工作流道，其中一組為內(nèi)流道，另一組為外流道，所述外流道位于所述內(nèi)流道的一側(cè)。所述內(nèi)流道包括第一內(nèi)流道5和第二內(nèi)流道6，所述外流道包括第一外流道7和第二外流道8。進(jìn)氣口包括第一蝸殼進(jìn)口 1和第二蝸殼進(jìn)口 2 ；
所述第一內(nèi)流道5和第一外流道7與第一蝸殼進(jìn)口1相連通并在周向方向上實現(xiàn)0-180度的半周進(jìn)氣；
所述第二內(nèi)流道6和第二外流道8與第二蝸殼進(jìn)口 2相連通并在周向方向上實現(xiàn)180-360度的半周進(jìn)氣。在第一外流道7上靠近第一蝸殼進(jìn)口 1的位置和第二外流道8靠近第二蝸殼進(jìn)口2的位置分別設(shè)有進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置。所述第一蝸殼進(jìn)口 1和第二蝸殼進(jìn)口 2為上下布置的梯形結(jié)構(gòu)并分別與排氣歧管相連通。如圖3所示，排氣歧管包括截面為梯形的第一排氣管出口 14和第二排氣管出口15，所述第一內(nèi)流道5和第一外流道7通過第一蝸殼進(jìn)口 1對應(yīng)與第一排氣管出口 14連通，所述第二內(nèi)流道6和第二外流道8通過第二蝸殼進(jìn)口 2對應(yīng)與第二排氣管出口 15連通。所述第一內(nèi)流道5和第二內(nèi)流道6始終處于工作狀態(tài)；所述第一外流道7和第二外流道8在進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置的控制下處于工作和非工作兩種狀態(tài)，每組工作流道分別實現(xiàn)進(jìn)氣流對渦輪葉輪的360度全周進(jìn)氣。如圖4所示，所述兩個外流道的進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置位于蝸殼同側(cè)，進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置根據(jù)發(fā)動機(jī)的實際工況實現(xiàn)對進(jìn)氣流量的分配。所述進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置包括安裝在蝸殼3內(nèi)的閥門軸10，閥門軸10的兩端通過軸套 11與蝸殼3分別轉(zhuǎn)動連接，其中一端伸出到蝸殼3的外部并傳動連接有執(zhí)行機(jī)構(gòu)12，所述閥門軸10穿過第一外流道7和第二外流道8，閥門軸10上位于第一外流道7和第二外流道 8內(nèi)的位置分別安裝有閥門9。執(zhí)行機(jī)構(gòu)12控制閥門9的開啟和關(guān)閉，通過對閥門9的開度調(diào)節(jié)實現(xiàn)對渦輪進(jìn)氣流量的分配，從而實現(xiàn)內(nèi)外流道的共同工作。如圖5所示，所述進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥門9對應(yīng)處設(shè)有閥門蓋板13，所述閥門蓋板13通過螺栓與蝸殼3固定密封連接。所述的閥門蓋板一方面起到密封作用，另一方面，還具有蝸殼和中間殼之間壓板的作用。發(fā)動機(jī)低速工況下，閥門9在執(zhí)行機(jī)構(gòu)12的控制下處于關(guān)閉狀態(tài)，第一外流道7 和第二外流道8處于封閉狀態(tài)，不與蝸殼進(jìn)口相連通。此時，由排氣歧管排出的廢氣只經(jīng)過所述工作流道的第一內(nèi)流道5和第二內(nèi)流道6，此時只有第一內(nèi)流道5和第二內(nèi)流道6參與工作，第一外流道7和第二外流道8不參與工作，由于渦輪截面積減小，提高了渦輪前的進(jìn)氣壓力，提高了廢氣中的可用能量，增強(qiáng)了渦輪的做功能力，提高了渦輪的低速效率，滿足了發(fā)動機(jī)的低速性能并達(dá)到降低排放的目的。發(fā)動機(jī)中高速工況下，閥門9在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制下處于開啟狀態(tài)，所述進(jìn)氣閥門9 的開度由執(zhí)行控制機(jī)構(gòu)根據(jù)發(fā)動機(jī)的實際工況進(jìn)行調(diào)節(jié)，此時，第一內(nèi)流道5、第二內(nèi)流道 6、第一外流道7和第二外流道8均與蝸殼進(jìn)口相連通，即所述每組工作流道的內(nèi)外流道均參與工作，在所有流道的共同工作下，從而實現(xiàn)渦輪流量的合理分配，滿足發(fā)動機(jī)中高速工況的性能要求。實施例2，如圖6、圖7所示，實施例1中，所述第一蝸殼進(jìn)口 1和第二蝸殼進(jìn)口 2 還可以為左右并排布置的矩形結(jié)構(gòu)并分別與排氣歧管相連通。所述第一外流道7、第一內(nèi)流道5、第二內(nèi)流道6和第二外流道8并排布置在蝸殼內(nèi)。如圖8所示，排氣歧管包括截面為矩形的第一排氣管出口 14和第二排氣管出口 15，所述第一內(nèi)流道5和第一外流道7通過第一蝸殼進(jìn)口 1對應(yīng)與第一排氣管出口 14連通， 所述第二內(nèi)流道6和第二外流道8通過第二蝸殼進(jìn)口 2對應(yīng)與第二排氣管出口 15連通。
實施例3，如圖9所示，上述實施例2中，所述兩個外流道的進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置還可以分別位于蝸殼3兩側(cè)，進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置根據(jù)發(fā)動機(jī)的實際工況實現(xiàn)對進(jìn)氣流量的分配。 本發(fā)明針對發(fā)動機(jī)對可變截面渦輪增壓器的需求，完成了可變流量的部分進(jìn)氣渦輪機(jī)裝置的開發(fā)，有效的利用了廢氣能量，兼顧了發(fā)動機(jī)低速和中高速工況下的增壓需求。 該類型可變流量的部分進(jìn)氣渦輪機(jī)裝置可以采用現(xiàn)有普通增壓器的鑄造及加工技術(shù)完成。
權(quán)利要求
1.一種可變幾何的脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置，包括蝸殼(3)，所述蝸殼(3)上設(shè)有進(jìn)氣流道，進(jìn)氣流道的其中一端設(shè)有進(jìn)氣口，另一端設(shè)有蝸殼出氣口(4)，其特征在于所述進(jìn)氣流道包括兩組工作流道一內(nèi)流道，包括第一內(nèi)流道(5)和第二內(nèi)流道(6)；一外流道，包括第一外流道(7)和第二外流道(8)；進(jìn)氣口包括第一蝸殼進(jìn)口(1)和第二蝸殼進(jìn)口(2)；所述第一內(nèi)流道(5)和第一外流道(7)與第一蝸殼進(jìn)口(1)相連通并在周向方向上實現(xiàn)0-180度的半周進(jìn)氣；所述第二內(nèi)流道(6)和第二外流道(8)與第二蝸殼進(jìn)口(2)相連通并在周向方向上實現(xiàn)180-360度的半周進(jìn)氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變幾何的脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置，其特征在于在第一外流道(7)上靠近第一蝸殼進(jìn)口(1)的位置和第二外流道(8)靠近第二蝸殼進(jìn)口(2)的位置分別設(shè)有進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變幾何的脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置，其特征在于所述兩個的進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置位于蝸殼同側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變幾何的脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置，其特征在于所述兩個進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置分別位于蝸殼(3)兩側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的可變幾何的脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置，其特征在于 所述進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置包括安裝在蝸殼(3)內(nèi)的閥門軸(10)，閥門軸(10)的兩端與蝸殼(3) 分別轉(zhuǎn)動連接，其中一端伸出到蝸殼(3)的外部并傳動連接有執(zhí)行機(jī)構(gòu)(12)，所述閥門軸 (10)穿過第一外流道(7)和第二外流道(8)，閥門軸(10)上位于第一外流道(7)和第二外流道(8)內(nèi)的位置分別安裝有閥門(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可變幾何的脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置，其特征在于所述蝸殼(3)上與閥門(9)對應(yīng)的位置設(shè)有閥門蓋板(13)，閥門蓋板(13)與蝸殼(3)固定密封連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可變幾何的脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置，其特征在于所述第一蝸殼進(jìn)口(1)和第二蝸殼進(jìn)口(2)的截面為梯形結(jié)構(gòu)，呈上下布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可變幾何的脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置，其特征在于所述第一蝸殼進(jìn)口( 1)和第二蝸殼進(jìn)口( 2 )的截面為矩形結(jié)構(gòu)，呈左右并排布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可變幾何的脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置，其特征在于所述第一外流道(7)、第一內(nèi)流道(5)、第二內(nèi)流道(6)和第二外流道(8)并排布置在蝸殼(3)內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可變幾何的脈沖進(jìn)氣渦輪機(jī)的蝸殼裝置，包括蝸殼，所述蝸殼上設(shè)有進(jìn)氣流道，進(jìn)氣流道的其中一端設(shè)有進(jìn)氣口，另一端設(shè)有蝸殼出氣口，所述進(jìn)氣流道包括兩組工作流道內(nèi)流道，包括第一內(nèi)流道和第二內(nèi)流道；外流道；包括第一外流道和第二外流道；進(jìn)氣口包括第一蝸殼進(jìn)口和第二蝸殼進(jìn)口；所述第一內(nèi)流道和第一外流道與第一蝸殼進(jìn)口相連通并在周向方向上實現(xiàn)0-180度的半周進(jìn)氣；所述第二內(nèi)流道和第二外流道與第二蝸殼進(jìn)口相連通并在周向方向上實現(xiàn)180-360度的半周進(jìn)氣，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、繼承性好、成本低、容易快速實現(xiàn)工程化，發(fā)明中的進(jìn)氣調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)簡單，控制方式容易實現(xiàn)，可靠性高。
文檔編號F02B37/16GK102383877SQ201110297550
公開日2012年3月21日 申請日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者劉瑩, 張金明, 朱智富, 楊國強(qiáng), 王艷霞, 袁道軍, 鄭文娟, 郭明亮 申請人:康躍科技股份有限公司