[發明專利]葉片軌跡可變的可變截面渦輪增壓器

有效

• 申請號: 201810972308.0
• 申請日: 2018-08-24
• 公開（公告）號: CN109026177B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 曾輝;潘航宇;閻海東;楊迪;徐曉波
• 申請（專利權）人: 湖南天雁機械有限責任公司
• 主分類號: F01D9/04
• 分類號: F01D9/04;F01D17/16;F02B37/24
• 代理公司: 衡陽市科航專利事務所(普通合伙) 43101
• 代理人: 潘桂英

本發明涉及渦輪領域，公開一種葉片軌跡可變的可變截面渦輪增壓器，包括渦輪箱、后蓋、撥叉盤、葉片和葉片軸，后蓋和撥叉盤間設有葉片座，葉片位于葉片座和后蓋間，葉片座繞中心均勻設有多個徑向長條形通孔；撥叉盤第一表面外沿均勻設有多個定位銷，定位銷上活動設有可繞定位銷旋轉的搖臂機構，搖臂機構由多根連桿依次轉動連接構成，撥叉盤內沿均勻設有多個貫穿撥叉盤的圓弧槽，各圓弧槽的中心軸線交于撥叉盤中心，圓弧槽與徑向長條形通孔一一對應，葉片軸依次貫穿徑向長條形通孔和圓弧槽并與搖臂機構的另一端固定連接；撥叉盤上接有驅動撥叉盤旋轉的驅動件。采用長條形通孔和圓弧槽配合，葉片可在既繞葉片軸轉動，還可沿渦輪增壓器徑向移動。

技術領域

本實用新型屬于渦輪增壓器技術領域，具體地，涉及一種葉片軌跡可變的可變截面渦輪增壓器。

背景技術

渦輪增壓器作為發動機的重要零部件，現在廣泛應用于各類型柴、汽油發動機上。隨著排放法規越來越嚴，用戶對發動機經濟性和動力性要求的不斷提高，各種新型的增壓技術不斷應用于發動機上。其中可變截面增壓技術是滿足發動機排放和性能要求的有效方法，在全球柴油機市場上得到廣泛應用。

目前，各大公司的可變截面渦輪增壓技術主要有兩種，一種是轉動式葉片結構，在渦輪殼流道與渦輪轉子間布置一些可轉動的葉片，在發動機低速時控制葉片旋轉，使葉片氣流通道減小；在發動機高速時控制葉片旋轉，使葉片氣流通道增加，防止壓力過高、超速。另一種是移動式葉片結構，葉片本身不繞著樞軸旋轉，而是固定在整體的基體上，采用各種機構推動葉片軸向移動，控制進入渦輪的廢氣通道大小。此兩種方法都能一定程度上滿足發動機在低速時增加增壓壓力，高速時保持合適的額定功率的要求，同時能很好地滿足發動機廢氣再循環的要求。

然而，隨著排放升級和發動機性能的提升，可變截面增壓器與發動機的匹配也越來越困難。可變截面通過調節葉片的角度或開度可以實現調節壓力的功能，但在不同開度整個渦輪機效率會有很大的差異。一般對于轉動式葉片來說，最高渦輪效率在整個噴嘴葉片開度25％-75％范圍內，過大和過小的開度效率很低。而實際應用時，發動機低速時，往往要求可變截面增壓器通道關得很小，而高速時，又要求可變截面通道開得足夠大，這兩個階段，因可變截面增壓器的效率較低，造成發動機動力不足、燃油經濟性變差等一系列問題。

目前，傳統的解決方式是通過流體軟件優化渦輪、優化噴嘴結構、優化渦輪箱等等，以提高整個渦輪機性能，提升工作范圍。但是受限于可變截面增壓器結構，效率提升不明顯。中國專利文獻CN200720025887.5公開了一種可變截面渦輪增壓器的復合噴嘴，其在噴嘴支撐盤上設置若干個復合噴嘴葉片，噴嘴葉片由動葉片和靜葉片組成，葉片上設有旋轉軸，通過動、靜葉片的配合實現氣流調節，解決可變截面增壓器單一氣動噴嘴的固有調節特性。該專利仍然是采用轉動型葉片，只是多設置了靜葉片，葉片仍然只有轉動一種運動，葉片僅僅繞軸線旋轉，其位置相對固定。

圖1示出了一種轉動式葉片可變截面增壓器，其葉片出口氣流角可近似表述為：

α3＝arcos(L/S)

式中：L為噴嘴的喉道寬度，S為葉片的間距。(見圖一)

另外，根據以往的試驗和設計經驗，可變噴嘴的效率與葉片至渦輪進口距離Δr有很大關系，可以用以下等式來評估：

式中：b3為噴嘴葉片的高度。

從以上可以發現，為了得到高的效率，噴嘴葉片在小開度時應該擁有較小的Δr，而在大開度時擁有較大的Δr。而目前的轉動式噴嘴葉片則正好相反，在噴嘴葉片小開度時Δr較大，而在大開度時Δr反而較小。這就造成現有的轉動式噴嘴葉片只在中間開度時具有較好效率，往大或往小開度時效率都較低，往往只有40％左右。

實用新型內容