CN108506083B - 一种轴向移动式涡轮增压器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴向移动式涡轮增压器，包括壳体，所述壳体的内部从前往后依次设有压缩机腔室、中间腔室、涡轮腔室，所述压缩机腔室内设有空气入口、空气出口、叶轮、叶轮转轴，所述涡轮腔室内设有废气入口、废气出口、涡轮、涡轮转轴，所述叶轮转轴与涡轮转轴均同轴伸入中间腔室并经套筒相互连接，所述套筒的一端与叶轮转轴固连、另一端内周部圆周均布有若干轴向延伸的内滑槽，所述涡轮转轴外周部圆周均布有若干轴向延伸的外滑槽，插嵌入套筒的涡轮转轴的外滑槽与内滑槽一一对应并嵌设有若干个滚珠，所述涡轮转轴经电动机构驱动进行轴向滑动调节。该轴向移动式涡轮增压器的结构简单。

Description

一种轴向移动式涡轮增压器及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种轴向移动式涡轮增压器及其使用方法，涉及涡轮增压器技术领域。

背景技术

涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整发动机的转速，就可以增加发动机的输出功率了。车用发动机运行转速范围宽广，不仅要求与之匹配的增压器有宽广的工作区域，而且由于其最高转速与最低转速之比最大可达5-6倍，给增压器的匹配带来了一定的困难，废气可用能量不足将使得压气机不能提供足够的空气量，影响到发动机输出转矩和功率；而废气可用能量过剩则可使增压器超出其工作范围，出现超速，超温等现象而造成增压器损坏的问题。而在传统的涡轮增压器中常常出现发动机转速很高时，涡轮和空气压缩机转速也很高，进气压力往往超出上限，使得进气量超出需要的现象。发动机转速低时，排气量不足，叶轮转速过低，甚至对空气进气量造成阻碍，使得发动机功率和转矩都下降等问题。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种轴向移动式涡轮增压器及其使用方法，不仅结构简单，而且便捷高效。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种轴向移动式涡轮增压器，包括壳体，所述壳体的内部从前往后依次设有压缩机腔室、中间腔室、涡轮腔室，所述压缩机腔室内设有空气入口、空气出口、叶轮、叶轮转轴，所述涡轮腔室内设有废气入口、废气出口、涡轮、涡轮转轴，所述叶轮转轴与涡轮转轴均同轴伸入中间腔室并经套筒相互连接，所述套筒的一端与叶轮转轴固连、另一端内周部圆周均布有若干轴向延伸的内滑槽，所述涡轮转轴外周部圆周均布有若干轴向延伸的外滑槽，插嵌入套筒的涡轮转轴的外滑槽与内滑槽一一对应并嵌设有若干个滚珠，所述涡轮转轴经电动机构驱动进行轴向滑动调节。

优选的，所述空气入口位于叶轮的前端面侧，所述空气出口位于叶轮的周侧，所述叶轮转轴沿叶轮的后端面侧延伸入中间腔室。

优选的，所述废气入口位于涡轮的周侧，所述废气出口位于涡轮的后端面侧，所述涡轮转轴沿涡轮的前端面侧延伸入中间腔室。

优选的，所述套筒的一端与叶轮转轴螺接为一体，所述内滑槽与外滑槽的轴向两端均为封闭结构，一一对应的内滑槽与外滑槽上的滚珠数量为若干个并轴向均布，所述滚珠的直径为一一对应的内滑槽与外滑槽间的径向间距，所述内滑槽的长度大于外滑槽的长度。

优选的，所述中间腔室内设有润滑油入口与润滑油出口。

优选的，所述电动机构包括位于壳体外旁侧的步进电机，所述步进电机输出轴上的主动齿轮啮合有一从动齿轮，所述从动齿轮的端面上同轴固连有一传动轴，所述传动轴的顶端径向延伸入中间腔室内，所述中间腔室在近涡轮腔室的端面上固连有两固定支架，中间腔室内的传动轴穿过两固定支架进行定位，中间腔室内的传动轴外周部设有左旋螺纹与右旋螺纹，所述左旋螺纹上螺接有第一螺母，所述右旋螺纹上螺接有第二螺母，所述第一螺母铰接有第一连杆，所述第二螺母铰接有第二连杆，所述第一连杆与第二连杆的中部铰接，组成“X”形铰接结构，所述第一连杆的另一端铰接有第三连杆，所述第二连杆的另一端铰接有第四连杆，所述第三连杆与第四连杆的另一端相互铰接，所述第三连杆与第四连杆的长度均为二分之一的第一连杆与第二连杆的长度；所述步进电机与控制器电性连接。

优选的，所述涡轮腔室内部的涡轮转轴上套设有推力球轴承，所述推力球轴承的内圈与涡轮转轴过盈配合，所述推力球轴承的外圈同第三连杆与第四连杆的铰接点铰接在一起；所述中间腔室在近涡轮腔室的端面上设有浮动轴承，所述涡轮转轴与浮动轴承的内圈间隙配合。

优选的，所述涡轮的前端面侧设有安装在涡轮转轴上的密封圈。

一种轴向移动式涡轮增压器的使用方法，按以下步骤进行：（1）当发动机处于低速运转时，电动机构带动涡轮转轴、涡轮移动到后端点，此时涡轮的叶片全部处于废气入口上，发动机排出的废气全部作用在涡轮上；（2）当发动机处于高速运转时，电动机构带动涡轮转轴、涡轮移动到前端点，此时涡轮的叶片部分处于废气入口上，发动机排出的废气部分作用在涡轮上，剩下的一部分从旁边的间隙沿废气出口排出。

优选的，在步骤（1）中，电动机构的电机顺时针旋转，带动传动轴旋转，第一螺母与第二螺母相互远离，带动第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆组成的平行四边形机构收缩，从而带动推力球轴承、涡轮转轴往后滑移，涡轮移动到后端点；在步骤（2）中，电动机构的电机逆时针旋转，带动传动轴旋转，第一螺母与第二螺母相互靠拢，带动第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆组成的平行四边形机构扩张，从而带动推力球轴承、涡轮转轴往前滑移，涡轮移动到前端点。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该轴向移动式涡轮增压器的结构简单，通过改变涡轮在废气入口的位置，使得废气作用在涡轮的叶片上的工作面积不同，从而改善发动机在低速时很难获得较高增压压力，不能产生所需的大扭矩、而在高转速时发动机增压压力又上升过快，比理想的增压压力大很多，超出其工作范围，出现超速超温，进气量超出需要等现象。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例中发动机低速时工作示意图。

图2为本发明实施例中发动机高速时工作示意图。

图3为涡轮转轴与套筒的连接结构示意图一。

图4为涡轮转轴与套筒的连接结构示意图二。

图5为本发明实施例中电动机构的构造示意图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

如图1~5所示，一种轴向移动式涡轮增压器，包括壳体1，所述壳体的内部从前往后依次设有压缩机腔室2、中间腔室3、涡轮腔室4，所述压缩机腔室内设有空气入口5、空气出口6、叶轮7、叶轮转轴8，所述涡轮腔室内设有废气入口9、废气出口10、涡轮11、涡轮转轴12，所述叶轮转轴与涡轮转轴均同轴伸入中间腔室并经套筒13相互连接，所述套筒的一端与叶轮转轴固连、另一端内周部圆周均布有若干轴向延伸的内滑槽14，所述涡轮转轴外周部圆周均布有若干轴向延伸的外滑槽15，插嵌入套筒的涡轮转轴的外滑槽与内滑槽一一对应并嵌设有若干个滚珠16，所述涡轮转轴经电动机构驱动进行轴向滑动调节。

在本发明实施例中，所述空气入口位于叶轮的前端面侧，所述空气出口位于叶轮的周侧，所述叶轮转轴沿叶轮的后端面侧延伸入中间腔室。

在本发明实施例中，所述废气入口位于涡轮的周侧，所述废气出口位于涡轮的后端面侧，所述涡轮转轴沿涡轮的前端面侧延伸入中间腔室。

在本发明实施例中，所述套筒的一端与叶轮转轴螺接为一体，所述内滑槽与外滑槽的轴向两端均为封闭结构，一一对应的内滑槽与外滑槽上的滚珠数量为若干个并轴向均布，所述滚珠的直径为一一对应的内滑槽与外滑槽间的径向间距，所述内滑槽的长度大于外滑槽的长度。

在本发明实施例中，所述中间腔室内设有润滑油入口17与润滑油出口18，对涡轮增压器转子进行冷却润滑和更换润滑油。

在本发明实施例中，所述电动机构包括位于壳体外旁侧的步进电机19，所述步进电机输出轴上的主动齿轮20啮合有一从动齿轮21，所述从动齿轮的端面上同轴固连有一传动轴22，所述传动轴的顶端径向延伸入中间腔室内，所述中间腔室在近涡轮腔室的端面上固连有两固定支架23，中间腔室内的传动轴穿过两固定支架进行定位，中间腔室内的传动轴外周部设有左旋螺纹24与右旋螺纹25，所述左旋螺纹上螺接有第一螺母26，所述右旋螺纹上螺接有第二螺母27，所述第一螺母铰接有第一连杆28，所述第二螺母铰接有第二连杆29，所述第一连杆与第二连杆的中部铰接，组成“X”形铰接结构，所述第一连杆的另一端铰接有第三连杆30，所述第二连杆的另一端铰接有第四连杆31，所述第三连杆与第四连杆的另一端相互铰接，所述第三连杆与第四连杆的长度均为二分之一的第一连杆与第二连杆的长度；所述步进电机与控制器32电性连接。

在本发明实施例中，所述涡轮腔室内部的涡轮转轴上套设有推力球轴承33，所述推力球轴承的内圈与涡轮转轴过盈配合，所述推力球轴承的外圈同第三连杆与第四连杆的铰接点铰接在一起；所述中间腔室在近涡轮腔室的端面上设有浮动轴承34，所述涡轮转轴与浮动轴承的内圈间隙配合。

在本发明实施例中，所述涡轮的前端面侧设有安装在涡轮转轴上的密封圈35。

一种轴向移动式涡轮增压器的使用方法，按以下步骤进行：（1）当发动机处于低速运转时，电动机构带动涡轮转轴、涡轮移动到后端点，此时涡轮的叶片全部处于废气入口上，发动机排出的废气全部作用在涡轮上；（2）当发动机处于高速运转时，电动机构带动涡轮转轴、涡轮移动到前端点，此时涡轮的叶片部分处于废气入口上，发动机排出的废气部分作用在涡轮上，剩下的一部分从旁边的间隙沿废气出口排出。

在本发明实施例中，在步骤（1）中，步进电机接收到控制器发出的信号，电动机构的电机顺时针旋转，带动传动轴旋转，第一螺母与第二螺母相互远离，带动第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆组成的平行四边形机构收缩，从而带动推力球轴承、涡轮转轴往后滑移，涡轮移动到后端点；在步骤（2）中，步进电机接收到控制器发出的信号，电动机构的电机逆时针旋转，带动传动轴旋转，第一螺母与第二螺母相互靠拢，带动第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆组成的平行四边形机构扩张，从而带动推力球轴承、涡轮转轴往前滑移，涡轮移动到前端点。

在本发明实施例中，发动机低速运转时，发动机排出的废气量较少，为了充分利用废气能量，应使得发动机排出的废气全部作用在涡轮上，因此当控制器的控制单元检测到发动机处于低速运转时，根据内部存储的信息向步进电机发出信号，步进电机接收到信号开始工作；发动机高速运转时，发动机排出的废气量足够多，废气可用能量过剩往往造成增压器超出其工作范围，出现超速，超温，进气量超出需要等现象而造成增压器损坏的问题，因此当控制器的控制单元检测到发动机处于高速运行时发出控制信号，步进电机接收到信号后开始工作；通过改变步进电机的正反转，调节涡轮的叶片在废气入口所处位置，从而改变废气作用在涡轮叶片上的工作面积。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的轴向移动式涡轮增压器及其使用方法。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种轴向移动式涡轮增压器，包括壳体，所述壳体的内部从前往后依次设有压缩机腔室、中间腔室、涡轮腔室，所述压缩机腔室内设有空气入口、空气出口、叶轮、叶轮转轴，所述涡轮腔室内设有废气入口、废气出口、涡轮、涡轮转轴，其特征在于：所述叶轮转轴与涡轮转轴均同轴伸入中间腔室并经套筒相互连接，所述套筒的一端与叶轮转轴固连、另一端内周部圆周均布有若干轴向延伸的内滑槽，所述涡轮转轴外周部圆周均布有若干轴向延伸的外滑槽，插嵌入套筒的涡轮转轴的外滑槽与内滑槽一一对应并嵌设有若干个滚珠，所述涡轮转轴经电动机构驱动进行轴向滑动调节；所述空气入口位于叶轮的前端面侧，所述空气出口位于叶轮的周侧，所述叶轮转轴沿叶轮的后端面侧延伸入中间腔室；所述废气入口位于涡轮的周侧，所述废气出口位于涡轮的后端面侧，所述涡轮转轴沿涡轮的前端面侧延伸入中间腔室。

2.根据权利要求1所述的轴向移动式涡轮增压器，其特征在于：所述套筒的一端与叶轮转轴螺接为一体，所述内滑槽与外滑槽的轴向两端均为封闭结构，一一对应的内滑槽与外滑槽上的滚珠数量为若干个并轴向均布，所述滚珠的直径为一一对应的内滑槽与外滑槽间的径向间距，所述内滑槽的长度大于外滑槽的长度。

3.根据权利要求1所述的轴向移动式涡轮增压器，其特征在于：所述中间腔室内设有润滑油入口与润滑油出口。

4.根据权利要求1所述的轴向移动式涡轮增压器，其特征在于：所述电动机构包括位于壳体外旁侧的步进电机，所述步进电机输出轴上的主动齿轮啮合有一从动齿轮，所述从动齿轮的端面上同轴固连有一传动轴，所述传动轴的顶端径向延伸入中间腔室内，所述中间腔室在近涡轮腔室的端面上固连有两固定支架，中间腔室内的传动轴穿过两固定支架进行定位，中间腔室内的传动轴外周部设有左旋螺纹与右旋螺纹，所述左旋螺纹上螺接有第一螺母，所述右旋螺纹上螺接有第二螺母，所述第一螺母铰接有第一连杆，所述第二螺母铰接有第二连杆，所述第一连杆与第二连杆的中部铰接，组成“X”形铰接结构，所述第一连杆的另一端铰接有第三连杆，所述第二连杆的另一端铰接有第四连杆，所述第三连杆与第四连杆的另一端相互铰接，所述第三连杆与第四连杆的长度均为二分之一的第一连杆与第二连杆的长度；所述步进电机与控制器电性连接。

5.根据权利要求4所述的轴向移动式涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮腔室内部的涡轮转轴上套设有推力球轴承，所述推力球轴承的内圈与涡轮转轴过盈配合，所述推力球轴承的外圈同第三连杆与第四连杆的铰接点铰接在一起；所述中间腔室在近涡轮腔室的端面上设有浮动轴承，所述涡轮转轴与浮动轴承的内圈间隙配合。

6.根据权利要求1所述的轴向移动式涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮的前端面侧设有安装在涡轮转轴上的密封圈。

7.一种采用任一权利要求1-6所述的一种轴向移动式涡轮增压器的使用方法，其特征在于，按以下步骤进行：（1）当发动机处于低速运转时，电动机构带动涡轮转轴、涡轮移动到后端点，此时涡轮的叶片全部处于废气入口上，发动机排出的废气全部作用在涡轮上；（2）当发动机处于高速运转时，电动机构带动涡轮转轴、涡轮移动到前端点，此时涡轮的叶片部分处于废气入口上，发动机排出的废气部分作用在涡轮上，剩下的一部分从旁边的间隙沿废气出口排出。

8.根据权利要求7所述的轴向移动式涡轮增压器的使用方法，其特征在于：在步骤（1）中，电动机构的电机顺时针旋转，带动传动轴旋转，第一螺母与第二螺母相互远离，带动第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆组成的平行四边形机构收缩，从而带动推力球轴承、涡轮转轴往后滑移，涡轮移动到后端点；在步骤（2）中，电动机构的电机逆时针旋转，带动传动轴旋转，第一螺母与第二螺母相互靠拢，带动第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆组成的平行四边形机构扩张，从而带动推力球轴承、涡轮转轴往前滑移，涡轮移动到前端点。