[发明专利]可变流量的涡轮装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种可变截面增压器，具体地说涉及一种通过不同截面流道之间的共同工作来满足发动机各个工况的性能要求的带移动挡板的可变流量的涡轮装置，属于内燃机领域。

技术背景

随着排放法规的日益严格，要求增压器必须具有增压压力和排气压力可调节的功能，由此可变截面增压器就成为国内外研发的重点。现有的应用较多的可变截面增压器都是在有叶喷嘴环上进行，主要有两种方案，其中旋叶式是调节其喷嘴环叶片的角度(VNT)，轴向移动式是调节喷嘴环盘面的轴向位置(VGT)。在无叶蜗壳上实现可变截面出现过舌形挡板式和移动侧壁式等几种方案，由于其可变装置增加了气流的扰动，造成流动损失增大，涡轮效率降低，因而没有得到推广。

旋叶式可变截面涡轮增压器的结构示意图如附图1所示，旋叶式可变截面增压器的涡轮部分包括蜗壳2、蜗壳喷嘴3、涡轮叶轮7三部分。喷嘴叶片6被安装在喷嘴环支撑盘5上，传动装置4通过控制喷嘴叶片6的旋转角度来改变蜗壳喷嘴3的流通面积和出口气流角度，使废气按照设计的角度吹响涡轮叶轮7的周边，推动涡轮叶轮7高速旋转，完成对涡轮叶轮7的做功过程，进而带动压气机1对轴向进入压气机1的空气压缩做功，提高了进入气缸的空气的进气密度，实现增压的目的。

旋叶式可变截面涡轮增压器通过控制喷嘴叶片6的旋转角度来改变涡轮的进气流通面积，控制方便，但在实际的应用过程中存在着一些缺陷：

发动机在大流量工况下，喷嘴叶片6的开度增大，距离涡轮叶片前缘较近，限制了其开度增大的调节范围。发动机在小流量工况下，喷嘴叶片6的开度很小，这时喷嘴出口气流的周向速度高，涡轮变为冲动式涡轮，撞击损失较大；另外喷嘴出口距离叶轮入口较远，在其中的环形区气流相互干涉，增加了流动损失，从而使增压器效率下降。

发动机的排出废气排温高达650～850度左右，涡轮增压器工作环境恶劣、强烈的振动对传动装置4的可靠性提出了很高的要求，但是截至目前为止传动装置4可靠性的问题一直没有得到有效地解决。

移动喷嘴环盘面轴向位置的方案通过直接改变喷嘴环通道的宽度改变喷嘴流动截面积，大流量工况宽度增大以降低流速，小流量工况宽度减小以增加流速，从而适应不同工况的要求。其缺点主要是：喷嘴环宽度的改变同时改变了喷嘴进出口的宽度，在喷嘴进出口形成阶梯状边缘，带来流动损失，并在出口使叶轮在叶片高度上进气不均匀，增加了气流在叶轮中的流动损失。另外还存在高温调节可靠性和密封的问题。

舌形挡板可变截面涡轮增压器是在无叶蜗壳上实现的方案之一，在公开号为CN101418708A，名称为废气涡轮增压器的发明专利中，详细阐述了舌形挡板可变截面增压器的工作原理，通过调节装置调节舌形挡板的开度，使环形进气道的进口面积发生变化，当舌形挡板向着离开涡轮的方向转动时，环形流道的进口面积减小，进入涡轮的气流速度增大，提高了动能，反之速度减小，动能减小，根据需要对舌形挡板进行调节，达到所需要的动能，满足发动机各个工况的性能要求。但是舌形挡板可变截面增压器也存在着一些缺点：调节装置在加工安装实现上较为复杂，并且最主要的舌形挡板在改变进气流道截面时，使流体的流动线路发生较大的变化，增大了流动损失，并且在舌形挡板后部形成较强的涡流，使增压器的效率较低。在无叶蜗壳上还有移动侧壁等可变截面方案，但这些方案同舌形挡板式一样，都因增大了流动损失，使涡轮效率大幅降低，并没有得到推广应用。可见在无叶蜗壳上实现可变截面存在着较大的难度。

发明内容

本发明要解决的问题是针对前述各种可变截面涡轮增压器存在的可靠性差、效率低等问题，提供一种结构简单、成本低、工作可靠、可用于无叶蜗壳，在小流量下具有较高的效率和加速响应性同时能有效的兼顾大流量的效率和流通能力的可变流量的涡轮装置。

为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种可变流量的涡轮装置，

包括蜗壳，所述蜗壳上设有进气流道；

所述进气流道内设有间隔壁和横向截面为弧形的移动挡板；

移动挡板在进气流道内可沿蜗壳轴向移动；

所述移动挡板的其中一端从蜗壳的一侧伸出并传动连接有移动挡板控制装置；

当移动挡板的另一端移动至蜗壳的另一侧时，移动挡板将蜗壳间隔成互不相通的蜗壳外流道和蜗壳内流道。

移动挡板控制装置驱动所述移动挡板在蜗壳展向方向上移动，从而改变所述蜗壳内流道和所述蜗壳外流道的流量分配比例。

以下是本发明对上述方案的进一步改进：

所述蜗壳外流道和蜗壳内流道平行设置。