[go: up one dir, main page]

CN104675452A - 满足egr循环需要的可变截面废气旁通涡轮机 - Google Patents

满足egr循环需要的可变截面废气旁通涡轮机 Download PDF

Info

Publication number
CN104675452A
CN104675452A CN201510086729.XA CN201510086729A CN104675452A CN 104675452 A CN104675452 A CN 104675452A CN 201510086729 A CN201510086729 A CN 201510086729A CN 104675452 A CN104675452 A CN 104675452A
Authority
CN
China
Prior art keywords
exhaust gas
flow passage
air inlet
stator
gas bypass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510086729.XA
Other languages
English (en)
Inventor
王航
桑悟海
袁道军
李延昭
信效芬
王丹妮
张晓林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kangyue Technology Co Ltd
Original Assignee
Kangyue Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kangyue Technology Co Ltd filed Critical Kangyue Technology Co Ltd
Priority to CN201510086729.XA priority Critical patent/CN104675452A/zh
Publication of CN104675452A publication Critical patent/CN104675452A/zh
Priority to CN201510358065.8A priority patent/CN104895667B/zh
Priority to PCT/CN2015/086001 priority patent/WO2016078444A1/zh
Priority to PCT/CN2015/086000 priority patent/WO2016134584A1/zh
Priority to US15/553,542 priority patent/US10662870B2/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/18Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F02B37/183Arrangements of bypass valves or actuators therefor
    • F02B37/186Arrangements of actuators or linkage for bypass valves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/041Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/045Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector for radial flow machines or engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/02Gas passages between engine outlet and pump drive, e.g. reservoirs
    • F02B37/025Multiple scrolls or multiple gas passages guiding the gas to the pump drive
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/18Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F02B37/183Arrangements of bypass valves or actuators therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/22Control of the pumps by varying cross-section of exhaust passages or air passages, e.g. by throttling turbine inlets or outlets or by varying effective number of guide conduits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/16Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18Multi-cylinder engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/105Final actuators by passing part of the fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/026Scrolls for radial machines or engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/16Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18Multi-cylinder engines
    • F02B2075/1804Number of cylinders
    • F02B2075/1824Number of cylinders six
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/10Stators
    • F05D2240/12Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/128Nozzles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/10Stators
    • F05D2240/14Casings or housings protecting or supporting assemblies within
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

本发明公开了一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,包括涡轮壳,涡轮壳内设置有进气内流道和进气外流道,进气内流道和进气外流道分别采用非全周结构,进气内流道承担动力涡轮0°~(150~230)°的进气,进气外流道承担(150~230)°~360°的进气;涡轮壳内还设有废气旁通管路,该废气旁通管路与进气外流道、进气内流道平行设置,但不经过动力涡轮,本发明能够改变进气角、拓宽高速流量范围,兼顾发动机高低速的涡轮机性能,实现了旋转喷嘴叶片才能实现的进气角调整,减少了气流回流,不但提高了涡轮机效率,更使气流流动顺畅,避免了喉口处的气流扰动,油耗率实现整条匹配线上的大幅度降低。

Description

满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机
技术领域
本发明涉及一种用于涡轮增压器的废气旁通涡轮机,尤其涉及一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,属于内燃机领域。
背景技术
随着排放法规的日益严格,EGR越来越多的应用在发动机上,EGR全称为Exhaust Gas Recirculation,中文译为废气再循环,是将发动机产生废气的一小部分再送回气缸参与燃烧,作用是减少NOx的排放量。
NOx是一种对人体危害极大的气体,主要是在高温富氧的条件下生成,燃烧温度和氧浓度越高,持续时间越长,NOx的生成物也越多。在发动机工作过程中,如果适时、适量地将部分废气再次引入气缸内,因废气中的主要成份CO2比热容较大,所以废气可将燃烧产生的部分热量吸收并带出气缸,并对进气有一定的稀释作用,因此降低了发动机燃烧的最高温度和氧含量,从而减少了NOx化合物的生成。
在增压中冷柴油机上,实现废气再循环的主要方式是将涡轮前的废气引入中冷器之后,称为高压废气再循环,为了确保不同工况的EGR率,最好的方式是采用可变截面涡轮增压器,通过增压器的截面变化来调节涡轮前PT与中冷后PK的压差,驱动EGR阀。
目前采用最多的可变截面涡轮增压器是在涡轮机内部增加旋转喷嘴叶片,通过改变喷嘴叶片的开度来改变涡轮机的流通通道,控制比较方便。但由于发动机排出的废气具有700摄氏度左右的排气高温,并且有进一步提升的趋势,排气高温对喷嘴叶片、传动机构、喷嘴环支撑盘及外部的控制系统都有严格的要求,发动机排出的高温废气中的杂质对复杂的运动部件造成了可靠性隐患。
而且,该类产品由于昂贵的价格因素,仅被用于高端发动机增压领域,该类型可变截面涡轮增压器从成本和可靠性两方面限制了市场推广。除了上述主要因素外,也存在一些其他技术问题:
问题1,当流量减小时,需关小喷嘴叶片开度,涡轮进气周向速度加大,涡轮变为冲动式叶轮,不利于废气能量的充分利用,涡轮效率偏低,且造成发动机排气背压过高。
问题2,小叶片开度时,涡轮进气流动路径增加,沿程流动损失加大;喷嘴叶片距离涡轮过远,气流混合损失上升。
问题3,叶片两端必须留有间隙,以便于叶片旋转,但此间隙会造成漏气损失,降低涡轮机效率。
另外一种使用较多的可变截面应用是康跃科技研发的双层流道可变截面涡轮增压器,通过对传统涡轮壳的结构设计,采用内外双层的进气通道组合,形成不同的通流截面,有效的分段利用发动机的废气能量,可以实现变截面涡轮机的所有功能,并且不需要设置复杂的旋叶式气动调节机构,成本大大降低、可靠性大大提升,将是未来的一个研究方向。
该类产品的结构原理如图1所示,当发动机运行在低速、低负荷时,增压压力低,调节阀门5关闭,涡轮壳1只有进气内流道3起作用,气流沿内流道流动方向4流入,驱动涡轮做功。
如图2所示,当增压压力达到一定程度,控制执行器7推动阀门销片组件6,阀门销片组件6带动调节阀门5打开,进气内流道3与进气外流道2同时起作用,气流沿内流道流动方向4和外流道流动方向8流入,驱动涡轮做功。但这种结构在实际的配试和应用过程中,也发现了很多问题。
问题1,在发动机的中速、中负荷段,简单的阀门结构无法精确控制流量和压力,流量、压力的控制偏差不但会影响匹配性能,更会影响EGR率的控制,导致发动机排放超标。
问题2,增压器的双层流道总面积做得较大时,发动机的高速性能易于保证,但在双层流道的面积分配上,如果内层流道分配较大,则影响发动机的低速性能和EGR率,如果内流道分配较小,则放气阀门打开时,瞬间的臌胀损失过大,发动机的中速、中负荷段更难以控制。双层流道总面积做得较小时,就又会受到压力过高的困扰。
问题3,铸造结构复杂,废品率高。
问题4,生产一致性很难控制,对铸件及工艺管理要求高,达标国Ⅴ、国Ⅵ排放一致性要求是一个很大的挑战。
问题5,内外流道的分配会产生多个涡舌,气体流动易于相互影响,导致涡轮机效率降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对传统可变截面涡轮增压器的上述缺点,提供一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,将双层流道设置成两段流道,通过中置阀门调整另一段流道介入的时机和流量大小,在涡轮周边排布开槽导叶,在排气管上增加废气旁通通道,并通过中置阀门轴的联动控制开闭,实现与发动机整个工况的良好匹配,性能、EGR率控制都达至最优。
为了解决上述问题,本发明采用以下技术方案:
一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,包括涡轮壳,所述涡轮壳内设置有进气内流道和进气外流道,进气内流道和进气外流道分别采用非全周结构,进气内流道承担动力涡轮0°~(150~230)°的进气,进气外流道承担(150~230)°~360°的进气;所述涡轮壳内还设有废气旁通管路,该废气旁通管路与进气外流道、进气内流道平行设置,但不经过动力涡轮。
以下是本发明对上述方案的进一步优化:
该涡轮机还包括动力涡轮、阀门座、排气管及其控制附件,所述涡轮壳、阀门座、排气管密封连接在一起。
进一步优化:所述阀门座内安装有可调节进气外流道进气流量的调节阀门。
进一步优化:调节阀门通过调节阀门轴套安装在阀门座内,调节阀门的其中一端与控制附件传动连接。
进一步优化:调节阀门的另一端设有调节面,调节面为螺旋型结构,其轴向高度绕自身轴心呈螺旋上升。
进一步优化:
所述废气旁通管路内设置有可与调节阀门相配合动作的废气旁通阀门,废气旁通阀门通过废气旁通阀轴套安装在阀门座内,废气旁通阀门与废气旁通阀轴套间安装有弹簧,废气旁通阀门靠近调节阀门的一侧设置有与调节面相配合动作的调节杆。
动作时,控制附件带动调节阀门旋转,调节进气外流道进气量的同时,调节阀门的调节面推动调节杆,废气旁通阀门打开,并压缩弹簧,此时,旁通废气从废气旁通管路排出,当调节阀门回位时,废气旁通阀门在弹簧弹力作用下回位,废气不再旁通。
进一步优化:所述涡轮壳内靠近动力涡轮的位置安装有导叶支撑盘,导叶支撑盘上设置有若干个开槽导叶,若干个开槽导叶呈环形均匀排列。
开槽导叶中间位置设有导流槽,开槽导叶的排列角度为68°~80°,导流槽的两槽边由切割线围绕导叶支撑盘的中心进行旋转获得,槽宽最窄处按3mm控制。
所述开槽导叶采用气固复合喷嘴形式,发动机低速低负荷时,涡轮机进气内流道起作用,此时进气内流道的进气角由公式tan(α)=2πb/(A/r)获得,其中b为涡轮进口宽度,是定值,进气角由进气内流道的A/r决定,
进气内流道的导叶角按进气内流道进气角进行设计,确保两角度基本一致,气体沿进气内流道进入导叶,再沿导叶进入动力涡轮,中间没有转弯损失,气动效率高。
随着发动机转速逐渐提升,气体流量加大,进气外流道会随着调节阀门的打开参与进气,外流道进气角也由进气外流道的A/r决定,导流槽角度按进气外流道进气角进行设计,确保两角度基本一致,气体沿进气外流道进入导流槽,再沿导流槽进入涡轮,避免产生安装完整导叶(没有导流槽)时的撞击损失和拐弯损失,不但提高了效率,更是拓宽了流量。而且,随着气流速度的加快,径向速度分量上升更快,导流槽的存在,使高速段的流量拓宽更加明显。
实际工作中,当发动机处于低速、低负荷时,调节阀门关闭,进气沿排气管、阀门座气体入口、阀门座内流道接口、涡轮壳内流道入口、进气内流道、开槽导叶流入涡轮,驱动涡轮做功,此时,气流沿两开槽导叶中间区域流向涡轮,驱动涡轮做功,此时只有进气内流道起作用,截面较小,而且流经导叶时也只沿导叶角流入,气流集中,可以提高涡前压力、提升EGR率。
当发动机转速、负荷逐渐升高时,调节阀门开始开启,部分气流流过调节阀门,沿阀门座外流道接口、涡轮壳外流道入口、进气外流道、开槽导叶流入涡轮,以适应逐渐增大的流量需求,在此过程,通过调节调节阀门的开度,可以调整涡前压力,确定合适的EGR率。
在调节调节阀门的过程中,调节阀门转到一定角度后,会通过调节面给调节杆施加推力,调节杆带动废气旁通阀门压缩弹簧,打开废气旁通通道,废气沿排气管废气旁通出口、阀门座废气旁通入口、阀门座废气旁通出口、涡轮壳废气旁通入口、涡轮壳废气旁通出口流出,排掉一部分废气能量,确保发动机高速、高负荷时增压器涡前压力不致过大。而且,随着进气量的增大,进气会沿开槽导叶上的导流槽流入,避免了高速段的气流堵塞。
另一种优化方案:开槽导叶包括长导叶和短导叶,长导叶的长度大于短导叶的长度,长导叶和短导叶间隔设置。
小导叶的尾缘与长导叶的前缘在圆周方向上间隔一定距离。便于气流在发动机高速工况时从此流入,可以拓宽流量、减小堵塞,实现的功能类似于开槽导叶。
长导叶的排列角度为68°~80°,长导叶的排列角度B与短导叶33的排列角度A的角度差为:B-A=0°~5°。
本发明采用气固复合喷嘴,结合可变流道和旋转喷嘴叶片两者的优点,解决了他们存在的上述问题,形成一个创新的可变截面解决方案。而且,本发明中的开槽导叶、长短导叶结构,相比已经有应用的全长导叶结构,能够改变进气角、拓宽高速流量范围,兼顾发动机高低速的涡轮机性能,用固定式导叶,实现了旋转喷嘴叶片才能实现的进气角调整,涡轮机效率明显提升,导叶的存在,减少了气流回流,不但提高了涡轮机效率,更使气流流动顺畅,避免了喉口处的气流扰动,油耗率实现整条匹配线上的大幅度降低。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
附图1是本发明背景技术中双层流道可变截面涡轮增压器阀门关闭状态的原理图;
附图2是本发明背景技术中双层流道可变截面涡轮增压器阀门开启状态的原理图;
附图3是本发明实施例1的总体安装示意图;
附图4是本发明实施例1中涡轮机的结构示意图;
附图5是本发明实施例1中的涡轮壳结构示意图;
附图6是本发明实施例1中的排气管结构示意图;
附图7是本发明实施例1中阀门调节结构示意图;
附图8是本发明实施例1中阀门座结构示意图;
附图9是本发明实施例1中阀门座剖开结构示意图;
附图10是本发明实施例1中调节阀门结构示意图;
附图11是本发明实施例1中开槽导叶的结构示意图;
附图12是本发明实施例2中长短导叶结构示意图;
附图13是本发明实施例1中未加导叶气体流动示意图;
附图14是本发明实施例1中加导叶气体流动示意图;
附图15是本发明实施例1中涡轮机的效率对比图;
附图16是本发明实施例1中与发动机联合运行油耗对比曲线如图;
附图17是本发明实施例2中涡轮机的效率对比图。
图中:1-涡轮壳;2-进气外流道;3-进气内流道;4-内流道流动方向;5-调节阀门;6-阀门销片组件;7-控制执行器;8-外流道流动方向;9-涡轮壳废气旁通入口;10-涡轮壳外流道入口;11-涡轮壳内流道入口;12-开槽导叶;13-涡轮壳废气旁通出口;14-排气管;15-阀门座;16-排气管废气旁通出口;17-排气管气体出口;18-阀门座内流道接口;19-阀门座外流道接口;20-阀门座废气旁通出口;21-废气旁通阀轴套;22-调节阀门轴套;23-阀门座气体入口;24-阀门座废气旁通入口;25-调节面;26-废气旁通阀门;27-弹簧;28-调节杆;29-导流槽;30-导叶支撑盘;31-动力涡轮;32-长导叶;33-短导叶;34-尾缘;35-前缘;36-切割线。
具体实施方式
实施例1,如图3、4、5所示,一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,包括涡轮壳1、动力涡轮31、阀门座15、排气管14及其控制附件,所述涡轮壳1、阀门座15、排气管14密封连接在一起。
所述涡轮壳1内设置有进气内流道3和进气外流道2,进气内流道3和进气外流道2分别采用非全周结构,进气内流道承担动力涡轮0°~(150~230)°的进气,进气外流道承担(150~230)°~360°的进气。
所述涡轮壳1上与阀门座15连接的端面部位设有分别与进气外流道2和进气内流道3连通的涡轮壳外流道入口10、涡轮壳内流道入口11,气体从两入口流入,分别从进气外流道2、进气内流道3流入动力涡轮31。
所述涡轮壳1内还设有废气旁通管路,该废气旁通管路与进气外流道2、进气内流道3平行设置,但不经过动力涡轮31;
所述涡轮壳1上与阀门座15连接的端面部位设有与废气旁通管路连通的涡轮壳废气旁通入口9,所述涡轮壳1的排气端内孔壁上设有与废气旁通管路连通的涡轮壳废气旁通出口13。
如图6所示,所述排气管14上设有通过阀门座15与涡轮壳外流道入口10和涡轮壳内流道入口11连通的排气管气体出口17和通过阀门座15与涡轮壳废气旁通入口9连通的排气管废气旁通出口16;
排气管14排出的废气一部分通过排气管气体出口17流出,通过阀门座15流入到涡轮壳外流道入口10和涡轮壳内流道入口11内进行分配后再进入动力涡轮31。
另一部分旁通废气从排气管废气旁通出口16流出,通过阀门座15流入连接在一起的涡轮壳废气旁通入口9,从涡轮壳废气旁通出口13流出,不经过动力涡轮31,直接排出涡轮壳1。
如图7、8、9、10所示,所述阀门座15上设置有阀门座内流道接口18、阀门座外流道接口19和阀门座废气旁通出口20,阀门座内流道接口18的两端分别与涡轮壳内流道入口11和排气管气体出口17连通,阀门座外流道接口19的两端分别与涡轮壳外流道入口10和排气管气体出口17连通;
阀门座废气旁通出口20的两端分别与涡轮壳废气旁通入口9和排气管废气旁通出口16连通。
所述阀门座15内安装有可调节进气外流道2进气流量的的调节阀门5;
调节阀门5通过调节阀门轴套22安装在阀门座15内,调节阀门5的其中一端连接有通过阀门销片组件6与控制附件传动连接。
控制附件包括与阀门销片组件6连接的控制执行器7;控制执行器7和阀门销片组件6设置在涡轮壳1的外部。
调节阀门5的另一端设有调节面25,调节面25为螺旋型结构,其轴向高度绕自身轴心呈螺旋上升。
所述废气旁通管路内设置有可与调节阀门5相配合动作的废气旁通阀门26,废气旁通阀门26通过废气旁通阀轴套21安装在阀门座15内,废气旁通阀门26与废气旁通阀轴套21间安装有弹簧27,废气旁通阀门26靠近调节阀门5的一侧设置有与调节面25相配合动作的调节杆28。
动作时,所述控制执行器7推动阀门销片组件6,阀门销片组件6带动调节阀门5旋转,调节进气外流道2进气量的同时,调节阀门5的调节面25推动调节杆28,废气旁通阀门26打开,并压缩弹簧27,此时,旁通废气从阀门座废气旁通入口24流入,从阀门座废气旁通出口20流至涡轮壳废气旁通入口9,当调节阀门5回位时,废气旁通阀门26在弹簧27弹力作用下回位,废气不再旁通。
如图4、11所示,所述涡轮壳1内靠近无叶喷嘴的位置安装有开槽导叶12,所述涡轮壳1内靠近动力涡轮31的位置安装有导叶支撑盘30,导叶支撑盘30上设置有若干个开槽导叶12,若干个开槽导叶12呈环形均匀排列。
开槽导叶12中间位置设有导流槽29,开槽导叶12的排列角度B为68°~80°,导流槽29的两槽边由切割线36围绕导叶支撑盘30的中心进行旋转获得,槽宽最窄处按3mm控制。
所述开槽导叶12采用气固复合喷嘴形式,发动机低速低负荷时,涡轮机进气内流道3起作用,此时进气内流道3进气角由公式tan(α)=2πb/(A/r)获得,其中b为涡轮进口宽度,是定值,进气角由进气内流道3的A/r决定。
导叶角按进气内流道3进气角进行设计,确保两角度基本一致,气体沿进气内流道3进入导叶,再沿导叶进入动力涡轮31,中间没有转弯损失,气动效率高。
随着发动机转速逐渐提升,气体流量加大,进气外流道2会随着调节阀门5的打开参与进气,外流道进气角也由进气外流道2的A/r决定,导流槽29角度按进气外流道2进气角进行设计,确保两角度基本一致,气体沿进气外流道2进入导流槽29,再沿导流槽29进入动力涡轮31,避免产生安装完整导叶(没有导流槽29)时的撞击损失和拐弯损失,不但提高了效率,更是拓宽了流量。而且,随着气流速度的加快,气流径向速度分量上升更快,导流槽29的存在,使高速段的流量拓宽更加明显。
图11中附有气体流动示意图,在发动机低速低负荷时,气流只沿N向进入动力涡轮31,当发动机转速逐渐提升,气流会沿M、N两个方向汇合成H向对动力涡轮31起作用,图中δ为流入动力涡轮31的气流方向变化范围。
实际工作中,当发动机处于低速、低负荷时,调节阀门5关闭,进气沿排气管14、阀门座气体入口23、阀门座内流道接口18、涡轮壳内流道入口11、进气内流道3、开槽导叶12流入动力涡轮31,驱动动力涡轮31做功。
此时,气流沿两开槽导叶12中间区域流向动力涡轮31,驱动动力涡轮31做功,此时只有进气内流道3起作用,截面较小,而且流经导叶时也只沿导叶角流入,即图11中N向,气流集中,可以提高涡前压力、提升EGR率。
当发动机转速、负荷逐渐升高时,调节阀门5开始开启,部分气流流过调节阀门5,沿阀门座外流道接口19、涡轮壳外流道入口10、进气外流道2、开槽导叶12流入动力涡轮31,以适应逐渐增大的流量需求,在此过程,通过调节调节阀门5的开度,可以调整涡前压力,确定合适的EGR率。
在调节调节阀门5的过程中,调节阀门5转到一定角度后,会通过调节面25给调节杆28施加推力,调节杆28带动废气旁通阀门26压缩弹簧27,打开废气旁通通道,废气沿排气管废气旁通出口16、阀门座废气旁通入口24、阀门座废气旁通出口20、涡轮壳废气旁通入口9、涡轮壳废气旁通出口13流出,排掉一部分废气能量,确保发动机高速、高负荷时增压器涡前压力不致过大。
而且,随着进气量的增大,进气会沿开槽导叶12上的导流槽29流入,即图11中M向,M向、N向同时进气,避免了高速段的气流堵塞。
本发明内容已获得的优势有以下几点:1、涡轮机效率明显提升,效率对比图如图15所示,a线为本发明效率线,b线为未改进之前的涡轮机效率线。
2、如图13、14所示,导叶的存在,减少了气流回流,不但提高了涡轮机效率,更使气流流动顺畅,避免了喉口处的气流扰动。
3、与发动机联合运行油耗对比曲线如图16所示,采用本发明的涡轮增压器,油耗率实现整条匹配线上的大幅度降低。
实施例2,如图12所示,开槽导叶12包括长导叶32和短导叶33,长导叶32的长度大于短导叶33的长度,长导叶32和短导叶33间隔设置。
长导叶32和短导叶33的大小根据流动分析来定,但小导叶33的尾缘34与长导叶32的前缘35在圆周方向上要有一段距离,便于气流在发动机高速工况时从此流入,可以拓宽流量、减小堵塞,实现的功能类似于开槽导叶。
长导叶32的排列角度B为68°~80°,长导叶32的排列角度B与短导叶33的排列角度A的角度差为:B-A=0°~5°。
效率对比图如图17所示:c线为长短导叶涡轮机效率线、d线为开槽导叶涡轮机效率线、e线为一般废气旁通涡轮机效率线。通过上表可以看出,涡轮机效率甚至还要高于开槽导叶结构。
现在我们已经按照国家专利法对发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员会识别本文所公开的具体实施例的改进或代替。这些修改是在本发明的精神和范围内的。

Claims (13)

1.一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,包括涡轮壳(1),所述涡轮壳(1)内设置有进气内流道(3)和进气外流道(2),进气内流道(3)和进气外流道(2)分别采用非全周结构,进气内流道承担动力涡轮0°~(150~230)°的进气,进气外流道承担(150~230)°~360°的进气;所述涡轮壳(1)内还设有废气旁通管路,该废气旁通管路与进气外流道(2)、进气内流道(3)平行设置,但不经过动力涡轮(31)。
2.根据权利要求1所述的一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,其特征在于:该涡轮机还包括动力涡轮(31)、阀门座(15)、排气管(14)及其控制附件,所述涡轮壳(1)、阀门座(15)、排气管(14)密封连接在一起。
3.根据权利要求2所述的一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,其特征在于:所述阀门座(15)内安装有可调节进气外流道(2)进气流量的调节阀门(5)。
4.根据权利要求3所述的一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,其特征在于:
调节阀门(5)通过调节阀门轴套(22)安装在阀门座(15)内,调节阀门(5)的其中一端连接有通过阀门销片组件(6)与控制附件传动连接。
5.根据权利要求4所述的一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,其特征在于:
调节阀门(5)的另一端设有调节面(25),调节面(25)为螺旋型结构,其轴向高度绕自身轴心呈螺旋上升。
6.根据权利要求5所述的一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,其特征在于:
所述废气旁通管路内设置有可与调节阀门(5)相配合动作的废气旁通阀门(26),废气旁通阀门(26)通过废气旁通阀轴套(21)安装在阀门座(15)内,废气旁通阀门(26)与废气旁通阀轴套(21)间安装有弹簧(27),废气旁通阀门(26)靠近调节阀门(5)的一侧设置有与调节面(25)相配合动作的调节杆(28)。
7.根据权利要求6所述的一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,其特征在于:动作时,控制附件带动调节阀门(5)旋转,调节进气外流道(2)进气量的同时,调节阀门(5)的调节面(25)推动调节杆(28),废气旁通阀门(26)打开,并压缩弹簧(27),此时,旁通废气从废气旁通管路排出,当调节阀门(5)回位时,废气旁通阀门(26)在弹簧(27)弹力作用下回位,废气不再旁通。
8.根据权利要求7所述的一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,其特征在于:
所述涡轮壳(1)内靠近动力涡轮(31)的位置安装有导叶支撑盘(30),导叶支撑盘(30)上设置有若干个开槽导叶(12),若干个开槽导叶(12)呈环形均匀排列。
9.根据权利要求8所述的一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,其特征在于:
开槽导叶(12)中间位置设有导流槽(29),开槽导叶(12)的排列角度(B)为68°~80°,导流槽(29)的两槽边由切割线(36)围绕导叶支撑盘(30)的中心进行旋转获得,槽宽最窄处按3mm控制。
10.根据权利要求9所述的一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,其特征在于:
所述开槽导叶(12)采用气固复合喷嘴形式,发动机低速低负荷时,涡轮机进气内流道(3)起作用,此时进气内流道(3)的进气角由公式tan(α)=2πb/(A/r)获得,其中b为涡轮进口宽度,是定值,进气角由进气内流道(3)的A/r决定,
进气内流道(3)的导叶角按进气内流道(3)进气角进行设计,确保两角度基本一致,气体沿进气内流道(3)进入导叶,再沿导叶进入动力涡轮(31),中间没有转弯损失。
11.根据权利要求8所述的一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,其特征在于:开槽导叶(12)包括长导叶(32)和短导叶(33),长导叶(32)的长度大于短导叶(33)的长度,长导叶(32)和短导叶(33)间隔设置。
12.根据权利要求11所述的一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,其特征在于:小导叶(33)的尾缘(34)与长导叶(32)的前缘(35)在圆周方向上间隔一定距离。
13.根据权利要求12所述的一种满足EGR循环需要的可变截面废气旁通涡轮机,其特征在于:长导叶(32)的排列角度(B)为68°~80°,长导叶(32)的排列角度(B)与短导叶(33)的排列角度(A)的角度差为:B-A=0°~5°。
CN201510086729.XA 2014-11-20 2015-02-25 满足egr循环需要的可变截面废气旁通涡轮机 Pending CN104675452A (zh)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510086729.XA CN104675452A (zh) 2015-02-25 2015-02-25 满足egr循环需要的可变截面废气旁通涡轮机
CN201510358065.8A CN104895667B (zh) 2015-02-25 2015-06-25 一种满足egr循环需要的可变截面废气旁通涡轮机
PCT/CN2015/086001 WO2016078444A1 (zh) 2014-11-20 2015-08-04 满足egr循环需要的可变截面废气旁通涡轮机及导叶组件
PCT/CN2015/086000 WO2016134584A1 (zh) 2015-02-25 2015-08-04 一种满足egr循环需要的可变截面废气旁通涡轮机
US15/553,542 US10662870B2 (en) 2015-02-25 2015-08-04 Variable geometry wastegate turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510086729.XA CN104675452A (zh) 2015-02-25 2015-02-25 满足egr循环需要的可变截面废气旁通涡轮机

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104675452A true CN104675452A (zh) 2015-06-03

Family

ID=53310973

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510086729.XA Pending CN104675452A (zh) 2014-11-20 2015-02-25 满足egr循环需要的可变截面废气旁通涡轮机

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10662870B2 (zh)
CN (1) CN104675452A (zh)
WO (1) WO2016134584A1 (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016078444A1 (zh) * 2014-11-20 2016-05-26 康跃科技股份有限公司 满足egr循环需要的可变截面废气旁通涡轮机及导叶组件
WO2016134584A1 (zh) * 2015-02-25 2016-09-01 康跃科技股份有限公司 一种满足egr循环需要的可变截面废气旁通涡轮机
CN110094238A (zh) * 2019-06-05 2019-08-06 无锡康明斯涡轮增压技术有限公司 一种废气涡轮增压器涡壳组件
CN115478963A (zh) * 2021-05-28 2022-12-16 台州科技职业学院 一种分段可调式egr冷却器系统

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3069609B1 (fr) * 2017-07-26 2019-08-23 Mmt ag Vanne de dosage de fluide
JP6908472B2 (ja) * 2017-08-31 2021-07-28 三菱重工コンプレッサ株式会社 遠心圧縮機
US10578048B2 (en) 2018-01-15 2020-03-03 Ford Global Technologies, Llc Wide range active compressor for HP-EGR engine systems
GB201818505D0 (en) * 2018-11-13 2018-12-26 Cummins Ltd Rotary valve
KR20200059344A (ko) * 2018-11-20 2020-05-29 현대자동차주식회사 터보차저
CN113544369B (zh) 2019-03-06 2023-04-04 株式会社Ihi 涡轮机
JP7288982B2 (ja) * 2020-01-07 2023-06-08 三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社 タービン及びターボチャージャ
WO2022130615A1 (ja) * 2020-12-18 2022-06-23 日産自動車株式会社 ターボチャージャ
JP2022161312A (ja) * 2021-04-08 2022-10-21 三菱重工マリンマシナリ株式会社 過給機ガスケーシング及び過給機
US12116902B2 (en) * 2022-03-11 2024-10-15 Garrett Transportation I Inc. Twin scroll turbine housing

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6983596B2 (en) * 2001-11-02 2006-01-10 Borgwarner Inc. Controlled turbocharger with integrated bypass
DE102004055571A1 (de) * 2004-11-18 2006-06-08 Daimlerchrysler Ag Abgasturbolader für eine Brennkraftmaschine
JP4359313B2 (ja) 2007-01-11 2009-11-04 株式会社日本自動車部品総合研究所 ベルト駆動機構
US20090000296A1 (en) 2007-06-29 2009-01-01 David Andrew Pierpont Turbocharger having divided housing with integral valve
US8196403B2 (en) * 2008-07-31 2012-06-12 Caterpillar Inc. Turbocharger having balance valve, wastegate, and common actuator
US8893493B2 (en) 2010-01-14 2014-11-25 GM Global Technology Operations LLC Engine exhaust system and method of operation
US8573929B2 (en) * 2010-04-30 2013-11-05 Honeywell International Inc. Turbocharger with turbine nozzle vanes and an annular rotary bypass valve
US8485498B2 (en) * 2010-06-30 2013-07-16 Denso Corporation Valve control apparatus
AT510236B1 (de) 2010-07-26 2015-12-15 MAN Truck & Bus Österreich AG Verfahren zur motorbremsung
CN201802477U (zh) 2010-09-14 2011-04-20 康跃科技股份有限公司 一种双流道涡轮旁通放气装置
CN201794626U (zh) 2010-09-14 2011-04-13 康跃科技股份有限公司 一种可变截面双流道进气涡轮
CN102182544B (zh) 2011-03-01 2012-11-07 康跃科技股份有限公司 可变流道涡轮进气调节装置
CN202266306U (zh) 2011-10-08 2012-06-06 康跃科技股份有限公司 一种可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置
CN202417695U (zh) 2012-01-11 2012-09-05 康跃科技股份有限公司 一种阶段式可调流量涡轮壳
JP5389238B1 (ja) 2012-08-29 2014-01-15 三菱電機株式会社 内燃機関のウェイストゲートバルブ制御装置
US9359939B2 (en) * 2013-02-20 2016-06-07 Ford Global Technologies, Llc Supercharged internal combustion engine with two-channel turbine and method
CN104675452A (zh) 2015-02-25 2015-06-03 康跃科技股份有限公司 满足egr循环需要的可变截面废气旁通涡轮机
CN107002553B (zh) * 2014-12-12 2020-03-03 博格华纳公司 用于控制对涡管涡轮增压器的单或双同轴滑动阀
US10227889B2 (en) * 2015-02-05 2019-03-12 Garrett Transportation I Inc. Variable geometry nozzle for partitioned volute
JP6533283B2 (ja) * 2015-03-05 2019-06-19 三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社 ウェイストゲートバルブ及びターボチャージャ

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016078444A1 (zh) * 2014-11-20 2016-05-26 康跃科技股份有限公司 满足egr循环需要的可变截面废气旁通涡轮机及导叶组件
WO2016134584A1 (zh) * 2015-02-25 2016-09-01 康跃科技股份有限公司 一种满足egr循环需要的可变截面废气旁通涡轮机
US10662870B2 (en) 2015-02-25 2020-05-26 Kangyue Technology Co., Ltd. Variable geometry wastegate turbine
CN110094238A (zh) * 2019-06-05 2019-08-06 无锡康明斯涡轮增压技术有限公司 一种废气涡轮增压器涡壳组件
CN115478963A (zh) * 2021-05-28 2022-12-16 台州科技职业学院 一种分段可调式egr冷却器系统

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016134584A1 (zh) 2016-09-01
US20180238226A1 (en) 2018-08-23
US10662870B2 (en) 2020-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104675452A (zh) 满足egr循环需要的可变截面废气旁通涡轮机
CN107476836A (zh) 双流涡轮机壳体式涡轮增压器
CN104895667B (zh) 一种满足egr循环需要的可变截面废气旁通涡轮机
CN102182546A (zh) 可变喷嘴环混流涡轮增压器
CN102383877A (zh) 可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置
CN101985897A (zh) 可变截面复合涡轮装置
CN101769178A (zh) 旁通进气变截面涡轮机装置
CN101694178A (zh) 非对称双流道变截面涡轮增压器
CN102192000B (zh) 可变流量的涡轮装置
CN102094704A (zh) 多喷管式可变流量增压装置
CN102619617A (zh) 多层可变几何蜗壳装置
CN101949325A (zh) 可变流道涡轮机装置
CN102536435B (zh) 混合式可变流量蜗壳
CN202500652U (zh) 一种混合式可变流量蜗壳
WO2016078444A1 (zh) 满足egr循环需要的可变截面废气旁通涡轮机及导叶组件
CN201802444U (zh) 一种可变截面复合涡轮装置
CN102536354A (zh) 可变流道的蜗壳装置
CN102080577A (zh) 可变截面涡轮机
CN202391495U (zh) 一种可变流道的蜗壳装置
CN202500622U (zh) 一种可变几何蜗壳装置
CN201953419U (zh) 一种可变截面涡轮机
CN105189935B (zh) 用于可变几何形状涡轮增压器机构的整合式叶片停止件
CN201794658U (zh) 一种可变流道涡轮机装置
CN201916047U (zh) 一种多喷管式可变流量增压装置
CN202266306U (zh) 一种可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C05 Deemed withdrawal (patent law before 1993)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150603