專利名稱：一種可變截面渦輪機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種可變截面渦輪增壓器，具體涉及到一種在改變喉口截面同時也改變進氣流道的可變截面渦輪機，屬于內燃機領域。
背景技術：
渦輪增壓器廣泛的應用于車用發動機，它能顯著地提高發動機性能。隨著發動機排放法規要求的日益嚴格，對車用渦輪增壓器的性能也提出了更高的要求。渦輪增壓器在與發動機匹配時普遍存在發動機低速扭矩不足、排放性能差及高速增壓過量的問題。為了滿足發動機全工況范圍內的性能要求，可變截面渦輪增壓技術得到了廣泛的研究和應用。 其中舌形擋板可變截面渦輪機由于結構簡單、便于控制而被廣泛應用。過去的十幾年國內外學者對舌形擋板可變截面渦輪機做過大量的研究，典型的舌形擋板可變截面渦輪的結構示意圖如附圖1所示，其通過改變設置在噴嘴環處的舌形擋板的轉動角度來調節流道流通面積。蝸殼ι內有環形氣流道3，環形氣道3與進氣口 2連通， 環形氣道3上設置有用于改變喉口截面面積的調節裝置7。調節裝置7由直齒條5、弧形齒條6、舌形擋板8構成。舌形擋板8的根部活動地連接在蝸殼1上，弧形齒條6固定在舌形擋板8的頭部，設置在蝸殼外側的執行器4控制直齒條5直線移動，弧形齒條6與直齒條5 嚙合從而對舌形擋板8的開度進行調節，從而改變環形氣流道3的進氣口面積。當舌形擋板8背離渦輪方向轉動時，環形氣流道3的進氣口面積減小，使得進入渦輪的廢氣能量增加，對渦輪的做功能力增強，提高了發動機在低速時的增壓壓力。反之空氣增壓壓力減小。 調節裝置7可根據發動機的實際工況，對舌形擋板8進行調節，以滿足發動機各個工況的增壓要求。但是調節裝置7在加工安裝實現上較復雜，并且舌形擋板的在改變進氣截面時流道變形不符合流體流動要求使流動損失較大，對氣體流量的調節范圍有限，增壓器的總效率較低。因此希望實用新型設計一種控制簡便、流動損失小、效率較高、調節范圍較廣的可變截面渦輪來有效地拓寬渦輪增壓器與發動機的匹配范圍，同時滿足發動機低速富氣和高速增壓適量的要求。
實用新型內容本實用新型所要解決的問題是要提供一種操控簡便靈活、流動損失小效率較高、 有效地拓寬渦輪增壓器與發動機的匹配范圍的可變截面渦輪機，能夠解決舌形擋板增壓器效率低、對氣體流量調節范圍有限的問題，以滿足發動機全工況范圍的增壓要求。為了解決以上問題，本實用新型采用以下技術方案一種可變截面渦輪機，包括蝸殼，蝸殼上安裝有執行機構，蝸殼內設有環形氣流道，環形氣流道具有進氣口，所述環形氣流道內設有進氣截面調節機構，所述進氣截面調節機構與執行機構傳動連接。[0009]以下是本實用新型對上述方案的進一步優化所述進氣截面調節機構包括安裝在環形氣流道內靠近進氣口處的固定擋板，所述固定擋板靠近進氣口的一端轉動連接有可動直板，另一端轉動連接有可動舌形擋板。進一步優化氣流進入蝸殼后利用流動慣性對渦輪做功，為了充分利用氣流在做功起始段的能量，特別是滿足發動機低速時的增壓要求，固定擋板的另一端設置在環形氣流道內與進氣口的橫截面呈0 90°角的位置處。進一步優化所述固定擋板與可動直板之間通過可動直板轉動軸轉動連接，固定擋板與可動舌形擋板通過可動舌形擋板轉動軸轉動連接。進一步優化所述可動直板轉動軸和可動舌形擋板轉動軸安裝在蝸殼上并與蝸殼之間轉動連接。進一步優化所述可動直板轉動軸的其中一端和可動舌形擋板轉動軸的其中一端分別伸出到蝸殼的外部，所述可動直板轉動軸的端部與可動舌形擋板轉動軸的端部之間設有調節撥片，所述調節撥片與執行機構傳動連接。進一步優化所述調節撥片的其中一端設有弧形滑槽，所述可動直板轉動軸的一端安裝在調節撥片的弧形滑槽內，可動舌形擋板轉動軸的一端固定在調節撥片上。所述執行機構通過控制調節撥片可同時改變可動直板及可動舌形擋板的轉動角度可順序改變喉口截面面積和進氣流道。進一步優化所述固定擋板與蝸殼鑄為一體，所述固定擋板、可動直板和可動舌形擋板沿環形氣流道的軸向設置，為了減少流動損失，由可動直板、固定擋板和可動舌形擋板組成的型線與蝸殼內壁的型線相近。進一步優化所述可動舌形擋板的另一端依次轉動連接有第一可動舌形擋板和第二可動舌形擋，所述第二可動舌形擋的末端位于靠近環形氣流道內相對于進氣口的另一端的位置處。進一步優化所述所述第一可動舌形擋板和第二可動舌形擋板沿環形氣流道的軸向設置。這樣可以實現流通面積在整個流道的流動區域內可調，更有效地滿足發動機全工況范圍的增壓要求。進一步優化所述第一可動舌形擋板和第二可動舌形擋板分別安裝在蝸殼上并與由執行機構傳動連接。可根據需求設置一個或多個執行機構進行獨立或聯合調節，以滿足不同發動機、 不同工況工作要求。本實用新型中的渦輪蝸殼結構與普通增壓器蝸殼結構基本相同，結構簡單，繼承性好，成本低，容易快速實現工程化。本實用新型中的進氣截面調節控制機構簡單，控制方式容易實現，可靠性高。本實用新型通過將蝸殼從入口到90°截面的流道區分為上下流通能力不同的兩部分，采用一種可自由調節的氣體導向裝置調節、控制兩個不同的流道順序工作，以達到控制流道的流通面積，調節進入渦輪的燃氣狀態，滿足發動機全工況范圍的增壓要求，所述執行機構可根據發動機的實際工況實時調節可動直板及可動舌形擋板的轉動角度來改變喉口截面和進氣流道，以實現渦輪增壓器與發動機全工況的良好匹配。在小流道工作時，舌形擋板與其他擋板一起將不工作的大流道封閉，減少了其他形式可調機構存在的小流道工作燃氣在未封閉的非工作流道產生的渦流損失，提高渦輪機小流量時的氣動效率。同時，舌形擋板的結構既保證小流道工作時整個流道結構符合流體運動規律，也可保證在擋板開啟狀態下，大流道參與工作時，大小流道均符合流體運動規律，可保證在兩種狀態下獲得良好的氣動效率，避免了傳統舌形擋板結構中存在的流道突變形象，極大改善了渦輪機氣動效率。綜上所述，采用本實用新型專利的同時改變喉口截面和進氣流道可變截面渦輪機可以有效的滿足發動機全工況范圍的增壓要求，該類型增壓器整體結構不發生大的變化， 成本低，容易實現，具有廣闊的市場推廣價值，能取得良好的應用效果。
附圖1是背景技術中安裝有舌形擋板的可變截面渦輪的結構示意圖；附圖2是本實用新型實施例中可變截面渦輪外觀圖；附圖3是本實用新型實施例1中小流量可變截面渦輪機剖面示意圖；附圖4是本實用新型實施例1中大流量可變截面渦輪機剖面示意圖；附圖5是本實用新型實施例1中可變截面渦輪機可動舌形擋板分別處于小流量和大流量時的位置示意圖；附圖6是本實用新型實施例2中可變截面渦輪機剖面示意圖；附圖7是本實用新型實施例3中可變截面渦輪機剖面示意圖；[0043]附圖8為本實用新型實施例中環形截面雙流道的結構示意圖；附圖9為本實用新型實施例中矩形截面單流道的結構示意圖；附圖10為本實用新型實施例中矩形截面雙流道的結構示意圖。圖中1-蝸殼；2-進氣口 ；3-環形氣流道；4-執行器；5-直齒條；6_弧形齒條； 7-調節裝置；8-舌形擋板；9-可動直板；10-可動直板轉動軸；11-固定擋板；12-可動舌形擋板轉動軸；13-可動舌形擋板；14-弧形滑槽；15-執行機構；16-調節撥片；17-進氣截面調節機構；18-第一可動舌形擋板；19-第二可動舌形擋板。
具體實施方式
實施例1，如附圖2所示，一種可變截面渦輪機，包括蝸殼1，蝸殼1內設有環形氣流道3，環形氣流道3具有進氣口 2，環形氣流道3內設有進氣截面調節機構17，所述進氣截面調節機構17與執行機構15傳動連接。如圖3所示，所述進氣截面調節機構17包括安裝在環形氣流道3內靠近進氣口 2處的固定擋板11，所述固定擋板11與蝸殼1鑄為一體。所述固定擋板11、可動直板9和可動舌形擋板13沿環形氣流道3的軸向設置，為了減少流動損失，由可動直板、固定擋板和可動舌形擋板組成的形線與蝸殼內壁的型線相近。所述固定擋板11靠近進氣口 2的一端通過可動直板轉動軸10轉動連接有可動直板9，另一端通過可動舌形擋板轉動軸12轉動連接有可動舌形擋板13。所述可動直板轉動軸10和可動舌形擋板轉動軸12安裝在蝸殼1上并與蝸殼1之間轉動連接。如圖2所示，所述可動直板轉動軸10的其中一端和可動舌形擋板轉動軸12的其中一端分別伸出到蝸殼1的外部，所述可動直板轉動軸10的端部與可動舌形擋板轉動軸12 的端部之間設有調節撥片6。所述調節撥片6的其中一端設有弧形滑槽14，所述可動直板轉動軸10的一端安裝在調節撥片16的弧形滑槽14內，可動舌形擋板轉動軸12的一端固定在調節撥片16上。所述調節撥片6與執行機構15傳動連接，執行機構15帶動調節撥片16轉動時， 同時帶動可動直板9和可動舌形擋板13轉動。如圖3所示，所述可動直板9、固定擋板11和可動舌形擋板13將蝸殼進口處的環形氣流道3分為上下兩部分，可動直板9和可動舌形擋板13的轉動可以改變喉口截面面積和進氣流道，并通過改變進氣流道和喉口截面面積控制氣流對渦輪葉輪的做功實現對增壓壓力的調節。如圖5所示，所述環形氣流道3為環形截面單流道。發動機低速時，進入渦輪廢氣流量小，在執行機構15的作用下調節撥片16逆時針轉動，同時帶動可動舌形擋板13也逆時針轉動，可動直板9順時針轉動，舌形擋板13位于如圖5中的A處位置，此時可動直板9和可動舌形擋板13都與蝸殼1內壁貼合，防止氣流反串造成流動損失，上進氣流道關閉喉口截面積變小，氣流速度增大，渦輪轉速升高，增壓壓力升高，滿足發動機低速工況增壓要求，改善排放性能。如圖4所示，發動機高速時，進入渦輪廢氣流量大，在執行機構15的作用下調節撥片16順時針轉動，同時帶動可動舌形擋板13順時針轉動可動直板9逆時針轉動，舌形擋板 13位于如圖5中的B處位置，此時可動直板9和可動舌形擋板13離開蝸殼1內壁上進氣流道打開，喉口截面積變大，氣流速度相對減小對渦輪做功減少以滿足增壓器的流量要求，解決了發動機高速工況增壓過量的問題。實施例2，如圖6所示，在實施例1的基礎上，為了進一步擴大進氣流量的調節范圍，所述可動舌形擋板13的另一端依次轉動連接有第一可動舌形擋板18和第二可動舌形擋19，所述第二可動舌形擋19的末端位于靠近環形氣流道3內相對于進氣口 2的另一端的位置處，所述所述第一可動舌形擋板18和第二可動舌形擋板19沿環形氣流道3的軸向設置。第一可動舌形擋板18和第二可動舌形擋板19分別安裝在蝸殼1上并與由執行機構15傳動連接，這樣可以實現流通面積在整個流道的流動區域內可調，更有效地滿足發動機全工況范圍的增壓要求。上述實施例中，可根據需求設置一個或多個執行機構進行獨立或聯合調節，以滿足不同發動機、不同工況工作要求。實施例3，氣流進入蝸殼后利用流動慣性對渦輪做功，氣流在起始段內的做功在渦輪整個做功過程中占據很重要的地位。為了充分利用氣流在做功起始段的能量，如圖7所示，在實施例1的基礎上，固定擋板11延長至環形氣流道3內靠近與進氣口 2的橫截面呈 90°角的位置處，同樣可動舌形擋板13的安裝位置也隨之后移，安裝方式不變，這樣可以防止氣流在蝸殼1內過早膨脹，使氣流的能量得到更充分的利用。特別是在發動機低速時， 可以更有效地提高增壓壓力，滿足發動機低速增壓要求。上述實例中，可根據需要所述固定擋板11的另一端部設置在環形氣流道3內與進氣口 2的橫截面呈0 90°角的位置處，以調節固定擋板的長度，以滿足不同發動機、不同工況工作要求。上述實施例中，所述環形氣流道3還可以采用如圖8所示的環形截面雙流道。上述實施例中，所述環形氣流道3還可以采用如圖9所示的矩形截面單流道。上述實施例中，所述環形氣流道3還可以采用如圖10所示的矩形截面雙流道。
權利要求1.一種可變截面渦輪機，包括蝸殼(1)，蝸殼(1)上安裝有執行機構(15)，蝸殼(1)內設有環形氣流道(3)，環形氣流道C3)具有進氣口 O)，其特征在于所述環形氣流道(3)內設有進氣截面調節機構(17)，所述進氣截面調節機構(17)與執行機構(1 傳動連接。
2.根據權利要求1所述的一種可變截面渦輪機，其特征在于所述進氣截面調節機構(17)包括安裝在環形氣流道(3)內的固定擋板(11)，所述固定擋板(11)靠近進氣口(2) 的一端轉動連接有可動直板(9)，另一端轉動連接有可動舌形擋板(13)。
3.根據權利要求2所述的一種可變截面渦輪機，其特征在于所述固定擋板(11)的另一端部設置在環形氣流道C3)內與進氣口( 的橫截面呈0 90°角的位置處。
4.根據權利要求2所述的一種可變截面渦輪機，其特征在于所述固定擋板(11)與可動直板(9)之間通過可動直板轉動軸(10)轉動連接，固定擋板(11)與可動舌形擋板(13) 通過可動舌形擋板轉動軸(1 轉動連接。
5.根據權利要求4所述的一種可變截面渦輪機，其特征在于所述可動直板轉動軸 (10)和可動舌形擋板轉動軸(1 安裝在蝸殼(1)上并與蝸殼(1)之間轉動連接。
6.根據權利要求5所述的一種可變截面渦輪機，其特征在于所述可動直板轉動軸 (10)的其中一端和可動舌形擋板轉動軸(1 的其中一端分別伸出到蝸殼(1)的外部，所述可動直板轉動軸(10)的端部與可動舌形擋板轉動軸(1 的端部之間設有調節撥片(16)， 所述調節撥片(16)與執行機構(1 傳動連接。
7.根據權利要求6所述的一種可變截面渦輪機，其特征在于所述調節撥片(16)的其中一端設有弧形滑槽(14)，所述可動直板轉動軸(10)的一端安裝在調節撥片(16)的弧形滑槽(14)內，可動舌形擋板轉動軸(1 的一端固定在調節撥片(16)上。
8.根據權利要求2 7其中之一所述的一種可變截面渦輪機，其特征在于所述固定擋板(11)、可動直板(9)和可動舌形擋板(1 沿環形氣流道(3)的軸向設置。
9.根據權利要求4所述的一種可變截面渦輪機，其特征在于所述可動舌形擋板(13) 的另一端依次轉動連接有第一可動舌形擋板(18)和第二可動舌形擋(19)，所述第二可動舌形擋(19)的末端位于靠近環形氣流道(3)內相對于進氣口( 的另一端的位置處。
10.根據權利要求9所述的一種可變截面渦輪機，其特征在于所述第一可動舌形擋板(18)和第二可動舌形擋板(19)分別安裝在蝸殼(1)上并與由執行機構(15)傳動連
11.根據權利要求8所述的一種可變截面渦輪機，其特征在于所述所述第一可動舌形擋板(18)和第二可動舌形擋板(19)沿環形氣流道(3)的軸向設置。
專利摘要本實用新型公開了一種可變截面渦輪機，包括蝸殼，蝸殼上安裝有執行機構，蝸殼內設有環形氣流道，環形氣流道具有進氣口，所述環形氣流道內設有進氣截面調節機構，所述進氣截面調節機構與執行機構傳動連接，本實用新型通過將蝸殼從入口到90°截面的流道區分為上下流通能力不同的兩部分，采用一種可自由調節的氣體導向裝置調節、控制兩個不同的流道順序工作，以達到控制流道的流通面積，調節進入渦輪的燃氣狀態，滿足發動機全工況范圍的增壓要求，所述執行機構可根據發動機的實際工況實時調節可動直板及可動舌形擋板的轉動角度來改變喉口截面和進氣流道，以實現渦輪增壓器與發動機全工況的良好匹配。
文檔編號F02B37/22GK201953419SQ201020678630
公開日2011年8月31日 申請日期2010年12月24日 優先權日2010年12月24日
發明者劉云崗, 宋麗華, 朱智富, 李永泰, 王航, 紀旭娜 申請人:康躍科技股份有限公司