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CN104196579B - 一种具有三级可调喷嘴的废气涡轮增压器系统 - Google Patents

一种具有三级可调喷嘴的废气涡轮增压器系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有三级可调喷嘴的废气涡轮增压器系统，包括中部有孔的帽形固定叶片喷嘴环、多个可调叶片喷嘴、可调圆柱喷嘴和两根T型杠杆，所述固定叶片喷嘴环的侧端面上均布有固定喷嘴，T型杠杆的一端部连接控制T型杠杆作轴向运动的传动装置；两根T型杠杆之间连接可调圆柱喷嘴，可调圆柱喷嘴为一筒形，可调叶片喷嘴固定于可调圆柱喷嘴的筒周围；在T型杠杆沿固定喷嘴方向作轴向运动，带动可调叶片喷嘴和可调圆柱喷嘴分别从固定叶片喷嘴环端面和孔内伸出。由于喷嘴出口截面积变化是采用轴向移动，而且能实现最小出口截面积，比现有的专利技术扩大了调节范围，是一种新型的三级可变喷嘴结构。

Description

一种具有三级可调喷嘴的废气涡轮增压器系统
技术领域
本发明涉及一种具有三级可调喷嘴的废气涡轮增压器系统，属于机械技术领域。
背景技术
目前废气涡轮增压器技术已广泛应用在内燃机上，可提高内燃机输出功率，降低单位功率耗油和减少有害气体及有害颗粒物的排出。但对车用发动机因其频繁地变工况，会使增压器部分工作时段处在非高效区工作，从而降低了增压效果，达不到节能减排指标。
为了使增压器适应车用发动机变工况的实际，现采用的措施是把原结构中的无叶片流道涡轮壳4改为有叶片可调1、2、3机构组成三级喷嘴，使喷嘴出口截面随发动机变工况的需要而改变，以扩大增压器高效区工作范围，达到节能，增加输出功率，减少排放的目的。
采用可调喷嘴结构是提高涡轮气动性能的有效方法，也是世界各增压器专业厂家公认的节能、主要环保解决方案之一，并已逐步推广实施，目前有几种不同的技术方案：
首先由美国霍尼韦尔国际公司已申请专利号200710152744.5《可变喷嘴涡轮增压器的叶片组及叶片组件的组装方法》就是采用转动叶片角度的可变喷嘴方法。其优点是喷嘴截面积随叶片转角减少而减少，喷嘴面积减少率可达70%以上，使增压器在低高工况工作时热效率下降。
也有由法国霍尼韦尔加勒特有限公司申请专利号00819834.9《带有滑动活塞的可变形状涡轮增压器》的可变截面结构简单，喷嘴一半由固定叶片，另一半由无叶气道组成。可调节的面积只有气道这一半。但它的气动性能不好。当无叶通道打开时，气流将从叶片通道和无叶通道同时流过，因为两个通道的气流角不相同，将造成喷嘴后的气流紊乱，增大气流流动损失，降低涡轮热效率。
由中国无锡凯迪增压器配件有限公司申请的双叶片喷嘴系统的涡轮增压器，专利号201110233106.2；国际申请号PCT/CN2012/001087；美国申请受理号9376。
中国无锡凯迪增压器配件有限公司提出的双叶片喷嘴系统的涡轮增压器，沿喷嘴流道内放置的新叶片，既能减少流道截面积，又把原喷嘴分隔成二个气道，以减少气流横向流动损失。同时气流仍按原设计的最佳气流角流动，提高了涡轮高效区的扩大。
但以上所述技术方案，无法满足调节流道范围，调节流道范围对改善发动机超高速、低速时的工作状态非常重要。
发明内容
本发明提供一种具有三级可调喷嘴的废气涡轮增压器系统，在原专利基础上，扩大了调节流道范围，适应更广的节能及环保参数指标的达到。
为解决以上技术问题，本发明提供如下技术方案：增压器包括涡轮壳、中部设有凸起部的中间壳、涡轮及涡轮传动轴，所述废气涡轮部件安装在中间壳中、并固定于涡轮壳，涡轮连接涡轮传动轴，中间壳的凸起部设置在涡轮的根底部，涡轮处于涡壳腔内，增压器还包括中部有孔的帽形固定叶片喷嘴环、多个可调叶片喷嘴、可调圆柱喷嘴和两根T型杠杆，所述固定叶片喷嘴环的侧端面上均布有固定喷嘴，固定喷嘴设置在涡壳腔的废气流道内并与废气流流向具有一定倾斜角，固定叶片喷嘴环由中间壳和涡壳压紧；所述两根T型杠杆垂直穿过中间壳、并可相对中间壳进行自由轴向运动；T型杠杆的一端部连接控制T型杠杆作轴向运动的传动装置；两根T型杠杆之间连接可调圆柱喷嘴，可调圆柱喷嘴为一筒形，可调叶片喷嘴固定于可调圆柱喷嘴的筒周围；在T型杠杆沿固定喷嘴方向作轴向运动，带动可调叶片喷嘴和可调圆柱喷嘴分别从固定叶片喷嘴环端面和孔内伸出，可调圆柱喷嘴的伸出量落后于可调叶片喷嘴的伸出量；可调圆柱喷嘴高度与涡轮进气边高度一致，或高于或低于，圆柱喷嘴高度将根据性能要求，与涡轮进气高度相配合，可以高度一致。
进一步地，所述传动装置包括两个球形连杆、传动轴底座、传动轴、传动板和连接柱，所述T型杠杆上开有径向孔，球形连杆插入T型杠杆，两个球形连杆之间连接一根传动轴，传动轴的一端垂直固定有传动板，传动板的外侧面设有连接柱，传动轴外径安装在传动轴座内孔中，传动轴两端的内螺纹与两球形连杆连接定位。
本发明涉及的这种具有三级可调喷嘴的废气涡轮增压器系统，采用分三级进行调节喷嘴截面积：一组是固定喷嘴，按设计最佳气流方向设置涡轮进口前缘进行进气导流作用的一组固定喷嘴，另一组是轴向移动的可调叶片喷嘴和第三组可调圆柱喷嘴，安装在中间体上，当轴向移动的可调叶片喷嘴退出固定叶片和可调圆柱喷嘴，则喷嘴出口截面为最大，可调叶片喷嘴和可调圆柱喷嘴逐渐向固定叶片移动时，涡壳流道的截面积将逐步减少，直至喷嘴面积最小。由于喷嘴出口截面积变化是采用轴向移动，而且能实现最小出口截面积，尤其是出口最小出口截面积导流气流时，比现有的专利技术扩大了调节范围的技术方案，是一种新型的三级可变喷嘴结构。
其传动装置采用正压阀执行阀、负压阀执行器或电磁阀来连接上连接柱作直接运动，通过传动板，由直线运动转化成旋转运动带动传动轴转动，由转动轴转动来达到球形连杆摆动，因球形连接与T型杠杆的90°相连，实现T型杠杆作直线移动，最终控制可调叶片喷嘴和可调圆柱喷嘴。为固定转动轴，在中间体外形上增加一个传动轴底座，为固定T型杠杆作轴向运动，并使T型杠杆安装在特殊材质的两衬套中。
附图说明
图1是本发明具有三级可调喷嘴的废气涡轮增压器系统剖视图；
图2是本发明T型杠杆的传动装置连接结构图；
图3是本发明的一级固定叶片喷嘴环工作结构状态图；
图4是本发明的二级可调叶片喷嘴工作结构状态图；
图5是本发明的三级圆柱喷嘴工作结构状态图；
图6是本发明的T型杠杆正视图；
图7是本发明的T型杠杆侧视图；
图8是本发明的球形连杆结构图；
图9是本发明的传动轴底座正视图；
图10是本发明的传动轴底座侧视图；
图11是本发明的传动轴正视图；
图12是本发明的传动轴侧视图；
图13是本发明的传动板结构图；
图14是本发明的连接柱结构图；
图15是本发明的T型杠杆与两个可调喷嘴连接正视图；
图16是本发明的T型杠杆与两个可调喷嘴连接侧视图；
图17是本发明驱动可调喷嘴的装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，增压器包括涡轮壳4、中部设有凸起部的中间壳7、涡轮5及涡轮传动轴，所述废气涡轮部件安装在中间壳中、并固定于涡轮壳，涡轮壳内置涡轮传动轴，中间壳的凸起部设置在涡轮的根底部，涡轮处于涡壳腔内，其特征在于，所述增压器还包括中部有孔的帽形固定叶片喷嘴环1、多个可调叶片喷嘴2、可调圆柱喷嘴3和两根T型杠杆6，所述固定叶片喷嘴环的侧端面上均布有固定喷嘴13，固定喷嘴设置在涡壳腔的废气流道内并与废气流流向具有一定倾斜角，固定叶片喷嘴环由中间壳和涡壳压紧；所述两根T型杠杆6垂直穿过中间壳、并可相对中间壳进行自由轴向运动；T型杠杆的一端部连接控制T型杠杆6作轴向运动的传动装置；两根T型杠杆6之间连接可调圆柱喷嘴3，可调圆柱喷嘴3为一筒形，可调叶片喷嘴2固定于可调圆柱喷嘴3的筒周围；在T型杠杆沿固定喷嘴方向作轴向运动，带动可调叶片喷嘴2和可调圆柱喷嘴3分别从固定叶片喷嘴环1端面和孔内伸出，可调圆柱喷嘴3的伸出量落后于可调叶片喷嘴2的伸出量；圆柱喷嘴高度将根据性能要求，与涡轮进气高度相配合，可调圆柱喷嘴3高度与涡轮5进气边高度可以一致。
所述传动装置包括两个球形连杆8、传动轴底座9、传动轴10、传动板11和连接座12，所述T型杠杆上开有径向孔，球形连杆插入T型杠杆，两个球形连杆之间连接一根传动轴，传动轴的一端垂直固定有传动板，传动板的外侧面设有连接柱，传动轴的中部螺纹连接一个传动轴底座。其传动装置采用正压阀执行阀、负压阀执行器或电磁阀来连接上连接柱作直接运动，通过传动板，由直线运动转化成旋转运动带动传动轴转动，由转动轴转动来达到球形连杆摆动，因球形连接与T型杠杆的90°相连，实现T型杠杆作直线移动，最终控制可调叶片喷嘴和可调圆柱喷嘴。为固定转动轴，在中间体外形上增加一个传动轴底座，为固定T型杠杆作轴向运动，并使T型杠杆安装在特殊材质的两衬套中。
所述可调圆柱喷嘴3恰好处于涡壳凸起部的外圆周；所述可调叶片喷嘴2与固定喷嘴13交叉设置，二者在固定叶片喷嘴环端面上的方向相同；固定喷嘴13和可调叶片喷嘴2的形状均为机翼状；所述可调叶片喷嘴2与固定喷嘴13与废气流间的进气角范围15°～26°；固定叶片1数量3-12个，可调叶片2数量3-12个，可以在叶片外设置圆筒喷嘴，因此可调圆柱喷嘴2数量1-2件；所述球形连杆8作25°的转动，则T型杠杆6直线移动0～20mm。
在涡壳流道内设置三套喷嘴，三套不同形式的喷嘴在涡轮壳4流道内设置，通过二套隐藏式的叶片喷嘴2和圆柱形喷嘴3，减少通道截面积，减少气流横向流动损失，同时也适应稳定最小废气流量工况。气流能按设计的最佳气流角流动在低速和超高速，大扭矩时，扩大了增压器高效区工作范围，同时减少了现有技术方案的故障点几倍，提高了增压器可靠性。
如图17所示，固定叶片喷嘴环1固定在涡轮壳4内腔中，由中间体7台阶压紧；两个T型杠杆6连接喷嘴盘背面，由T型杠杆6插入中间壳7二个固定的衬套内，T型杠杆6的另一头与球形连杆8相连，球形连杆8与90°方向的传动轴10连接。通过传动轴上传动板11，连接柱12与驱动可调喷嘴的装置连接。其中驱动可调喷嘴的装置包括放气阀15或电磁阀，放气阀15或电磁阀连接传动杆14，传动杆14连接在连接柱12上，放气阀15或电磁阀连接进、放气装置，通过进气和吸气使电磁阀或放气阀15连接的传动杆作直线运动，传动杆14带动连接柱12也作直线运动，由于传动板与传动轴之间采用方孔连接，因此传动板作直线运动，带动传动轴10及其所连接的结构均作直线运动；另外，传动轴10的两侧连接的球形连杆8采用的是插入式连接，即为传动轴10两端设有孔，球形连杆8插入该孔，球形连杆8在插入孔端为椎体形状，端部采用大于该孔孔径的球形体限位，由于是椎体形状，上宽下窄，因此使球形连杆8在作直线运动时具有一定的缓冲余量，具有保护整个驱动装置的作用。
本发明所述的具体实施方式并不构成对本申请范围的限制，凡是在本发明构思的精神和原则之内，本领域的专业人员能够作出的任何修改、等同替换和改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有三级可调喷嘴的废气涡轮增压器系统，所述增压器包括涡轮壳（4）、中部设有凸起部的中间壳（7）、涡轮（5）及涡轮传动轴，废气涡轮部件安装在中间壳中、并固定于涡轮壳，涡轮连接涡轮传动轴，中间壳的凸起部设置在涡轮的根底部，涡轮处于涡壳腔内，其特征在于，所述增压器还包括中部有孔的帽形固定叶片喷嘴环（1）、多个可调叶片喷嘴（2）、可调圆柱喷嘴（3）和两根T型杠杆（6），所述固定叶片喷嘴环的侧端面上均布有固定喷嘴（13），固定喷嘴设置在涡壳腔的废气流道内并与废气流流向具有一定倾斜角，固定叶片喷嘴环由中间壳和涡壳压紧；所述两根T型杠杆（6）垂直穿过中间壳、并可相对中间壳进行自由轴向运动；T型杠杆的一端部连接控制T型杠杆（6）作轴向运动的传动装置；两根T型杠杆（6）之间连接可调圆柱喷嘴（3），可调圆柱喷嘴（3）为一筒形，可调叶片喷嘴（2）固定于可调圆柱喷嘴（3）的筒周围；在T型杠杆沿固定喷嘴方向作轴向运动，带动可调叶片喷嘴（2）和可调圆柱喷嘴（3）分别从固定叶片喷嘴环（1）端面和孔内伸出，可调圆柱喷嘴（3）的伸出量落后于可调叶片喷嘴（2）的伸出量。
2.根据权利要求1所述的一种具有三级可调喷嘴的废气涡轮增压器系统，其特征在于，所述传动装置包括两个球形连杆(8)、传动轴底座(9)、传动轴(10)、传动板（11）和连接柱（12），所述T型杠杆上开有径向孔，球形连杆插入T型杠杆，两个球形连杆之间连接一根传动轴，传动轴的一端垂直固定有传动板，传动板的外侧面设有连接柱，传动轴外径安装在传动轴座内孔中，传动轴两端的内螺纹与两球形连杆连接定位。
3.根据权利要求1所述的一种具有三级可调喷嘴的废气涡轮增压器系统，其特征在于，所述可调圆柱喷嘴（3）恰好处于涡壳凸起部的外圆周。
4.根据权利要求1所述的一种具有三级可调喷嘴的废气涡轮增压器系统，其特征在于，所述可调叶片喷嘴（2）与固定喷嘴（13）交叉设置，二者在固定叶片喷嘴环端面上的方向相同。
5.根据权利要求1所述的一种具有三级可调喷嘴的废气涡轮增压器系统，其特征在于，所述固定喷嘴（13）和可调叶片喷嘴（2）的形状均为机翼状或三角形状。
6.根据权利要求1、4或5中任一项所述的一种具有三级可调喷嘴的废气涡轮增压器系统，其特征在于，所述可调叶片喷嘴（2）与固定喷嘴（13）与废气流间的进气角范围15°～26°。
7.根据权利要求2所述的一种具有三级可调喷嘴的废气涡轮增压器系统，其特征在于，所述球形连杆(8)作25°的转动，则T型杠杆(6)直线移动0～20mm。
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