[发明专利]叶片轨迹可变的可变截面涡轮增压器

说明书

本发明涉及涡轮领域，公开一种叶片轨迹可变的可变截面涡轮增压器，包括涡轮箱、后盖、拨叉盘、叶片和叶片轴，后盖和拨叉盘间设有叶片座，叶片位于叶片座和后盖间，叶片座绕中心均匀设有多个径向长条形通孔；拨叉盘第一表面外沿均匀设有多个定位销，定位销上活动设有可绕定位销旋转的摇臂机构，摇臂机构由多根连杆依次转动连接构成，拨叉盘内沿均匀设有多个贯穿拨叉盘的圆弧槽，各圆弧槽的中心轴线交于拨叉盘中心，圆弧槽与径向长条形通孔一一对应，叶片轴依次贯穿径向长条形通孔和圆弧槽并与摇臂机构的另一端固定连接；拨叉盘上接有驱动拨叉盘旋转的驱动件。采用长条形通孔和圆弧槽配合，叶片可在既绕叶片轴转动，还可沿涡轮增压器径向移动。

技术领域

本实用新型属于涡轮增压器技术领域，具体地，涉及一种叶片轨迹可变的可变截面涡轮增压器。

背景技术

涡轮增压器作为发动机的重要零部件，现在广泛应用于各类型柴、汽油发动机上。随着排放法规越来越严，用户对发动机经济性和动力性要求的不断提高，各种新型的增压技术不断应用于发动机上。其中可变截面增压技术是满足发动机排放和性能要求的有效方法，在全球柴油机市场上得到广泛应用。

目前，各大公司的可变截面涡轮增压技术主要有两种，一种是转动式叶片结构，在涡轮壳流道与涡轮转子间布置一些可转动的叶片，在发动机低速时控制叶片旋转，使叶片气流通道减小；在发动机高速时控制叶片旋转，使叶片气流通道增加，防止压力过高、超速。另一种是移动式叶片结构，叶片本身不绕着枢轴旋转，而是固定在整体的基体上，采用各种机构推动叶片轴向移动，控制进入涡轮的废气通道大小。此两种方法都能一定程度上满足发动机在低速时增加增压压力，高速时保持合适的额定功率的要求，同时能很好地满足发动机废气再循环的要求。

然而，随着排放升级和发动机性能的提升，可变截面增压器与发动机的匹配也越来越困难。可变截面通过调节叶片的角度或开度可以实现调节压力的功能，但在不同开度整个涡轮机效率会有很大的差异。一般对于转动式叶片来说，最高涡轮效率在整个喷嘴叶片开度25％-75％范围内，过大和过小的开度效率很低。而实际应用时，发动机低速时，往往要求可变截面增压器通道关得很小，而高速时，又要求可变截面通道开得足够大，这两个阶段，因可变截面增压器的效率较低，造成发动机动力不足、燃油经济性变差等一系列问题。

目前，传统的解决方式是通过流体软件优化涡轮、优化喷嘴结构、优化涡轮箱等等，以提高整个涡轮机性能，提升工作范围。但是受限于可变截面增压器结构，效率提升不明显。中国专利文献CN200720025887.5公开了一种可变截面涡轮增压器的复合喷嘴，其在喷嘴支撑盘上设置若干个复合喷嘴叶片，喷嘴叶片由动叶片和静叶片组成，叶片上设有旋转轴，通过动、静叶片的配合实现气流调节，解决可变截面增压器单一气动喷嘴的固有调节特性。该专利仍然是采用转动型叶片，只是多设置了静叶片，叶片仍然只有转动一种运动，叶片仅仅绕轴线旋转，其位置相对固定。

图1示出了一种转动式叶片可变截面增压器，其叶片出口气流角可近似表述为：

α3＝arcos(L/S)

式中：L为喷嘴的喉道宽度，S为叶片的间距。(见图一)

另外，根据以往的试验和设计经验，可变喷嘴的效率与叶片至涡轮进口距离Δr有很大关系，可以用以下等式来评估：

式中：b3为喷嘴叶片的高度。

从以上可以发现，为了得到高的效率，喷嘴叶片在小开度时应该拥有较小的Δr，而在大开度时拥有较大的Δr。而目前的转动式喷嘴叶片则正好相反，在喷嘴叶片小开度时Δr较大，而在大开度时Δr反而较小。这就造成现有的转动式喷嘴叶片只在中间开度时具有较好效率，往大或往小开度时效率都较低，往往只有40％左右。

实用新型内容