[發明專利]一種軸向可變截面的渦輪增壓器

有效

• 申請號: 201710286130.X
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN107100719B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 范厚傳;倪計民
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: F02B37/22
• 分類號: F02B37/22
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 王小榮

本發明涉及一種軸向可變截面的渦輪增壓器，該渦輪增壓器包括依次相連的壓氣機、中間體、渦輪殼體及排氣殼體，渦輪殼體上設有廢氣進口，內部設有渦輪以及分別與廢氣進口、渦輪相連通的渦管流道，排氣殼體的一端設有排氣出口，渦輪殼體的內側與排氣殼體的外側之間設有腔體及移動控制環，該移動控制環的一端位于渦管流道與渦輪之間，另一端位于腔體內，渦輪增壓器還包括與移動控制環傳動連接的電控執行機構。與現有技術相比，本發明通過移動控制環的周向旋轉及軸向移動，實現軸向可變截面，進而根據發動機的進氣需要調節渦輪的有效進氣面積，結構簡單，制造成本低，易于控制，安全可靠。

技術領域

本發明屬于發動機渦輪增壓技術領域，涉及一種軸向可變截面的渦輪增壓器。

背景技術

渦輪增壓器是一種通過壓縮空氣來增加進氣量的裝置，它是利用發動機排出的廢氣慣性沖力來推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的壓氣機葉輪，壓氣機葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸。當發動機轉速增大時，廢氣排出速度與渦輪轉速也同步增加，壓氣機葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃料，相應地增加了燃料量和發動機的轉速，進而增加發動機的輸出功率。由于車用發動機需要適應不同的路況和負荷，其工作狀態經常會不斷變化，這就需要與其相匹配的渦輪增壓器具有工作流量范圍廣、渦輪遲滯小及高效率區域大等特點。

普通的渦輪增壓器都是按照發動機的額定功率來匹配的，當發動機處于低工況運行狀態時，由于轉速低，發動機的排氣壓力低，導致渦輪增壓器產生壓縮空氣密度也低，發動機的進氣空氣充量數會快速降低，造成進氣量不足，使得發動機氣缸內的燃料不能充分燃燒，不僅燃油消耗率高，而且會出現冒黑煙、排氣溫度過高、有害氣體排放超標、低速扭矩小等缺陷。為了使發動機在不同工況條件下都能滿足燃料充分燃燒的要求，解決現有的渦輪增壓器普遍存在的渦輪遲滯、發動機動力輸出非線性、低轉速時增壓效果不明顯等問題，必須使渦輪增壓器的排氣進口截面能夠適時調節，于是便產生了可變截面的渦輪增壓器。

目前，可變截面的渦輪增壓器在實際應用中，仍會在性能匹配方面存在一些不足。外部控制系統對可變截面渦輪增壓器噴嘴環中的可變葉片的開度進行調節，發動機排出的廢氣通過噴嘴環葉片，獲得一定的預旋速度，再流入渦輪葉片，以得到較高的效率。但是，其調節方式基本為階段調節，即只有兩個或有限個工作開度檔位，很難在整個運行工況中都保持高效率，而且可變噴嘴環可靠性較差，對制造精度要求高，且由于普通材料的噴嘴環葉片無法適應發動機的高溫排氣，因而還存在結構復雜及制造成本高等不足。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種能夠滿足不同工況下車用發動機進氣要求且結構簡單的軸向可變截面的渦輪增壓器。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種軸向可變截面的渦輪增壓器，該渦輪增壓器包括依次相連的壓氣機、中間體、渦輪殼體及排氣殼體，所述的渦輪殼體上設有廢氣進口，內部設有渦輪以及分別與廢氣進口、渦輪相連通的渦管流道，所述的排氣殼體的一端設有排氣出口，所述的渦輪殼體的內側與排氣殼體的外側之間設有腔體及移動控制環，該移動控制環的一端位于渦管流道與渦輪之間，另一端位于腔體內，所述的渦輪增壓器還包括與移動控制環傳動連接的電控執行機構，該電控執行機構帶動移動控制環沿排氣殼體的軸向往復移動，調節渦輪的有效進氣面積。廢氣經廢氣進口進入渦管流道，并穿過移動控制環的端部與渦輪殼體之間的空間進入渦輪的工作區域，之后由排氣出口排出。

所述的渦管流道與渦輪之間設有噴嘴，所述的移動控制環的一端位于噴嘴處。渦管流道的廢氣經噴嘴噴射進入渦輪的工作區域，通過調節移動控制環的軸向位置，改變移動控制環的端部與渦輪殼體之間的空間，即改變噴嘴的實際通氣面積，進而實現調節渦輪有效進氣面積的目的。當移動控制環的端部與渦輪殼體之間完全接觸時，噴嘴的通氣口關閉，以將渦管流道與渦輪之間的供氣通道封閉。