專利名稱：渦輪增壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及渦輪增壓器的技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種噴咀出口面積可變的渦輪增壓器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的渦輪增壓器不論在設(shè)計(jì)或使用中只能在一個較小的工作范圍內(nèi)，即處在高效區(qū)工作。有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)點(diǎn)定在滿負(fù)荷的90%。當(dāng)發(fā)動機(jī)在低負(fù)荷區(qū)工作時，增壓器必處在低效率工作區(qū)。由此，這類產(chǎn)品只適合于穩(wěn)態(tài)的和長時間滿負(fù)荷的工作狀態(tài)，如船用、 發(fā)電用增壓器等。有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)點(diǎn)定在50-70%的工作區(qū)，其目的是提高部份負(fù)荷時的高效性能，同時為了轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)成小型化，以減小轉(zhuǎn)動慣量來提高發(fā)動機(jī)的起動性能和車輛的加速性，一般車用增壓器都采用此類設(shè)計(jì)。但其缺點(diǎn)是一旦汽車高速行駛時必定造成增壓器超速。為防止出現(xiàn)此類故障，目前常采用排氣放氣閥機(jī)構(gòu)。當(dāng)增壓器某種參數(shù)(如壓氣機(jī)出口壓力)超過限值時，即可自動打開排氣閥，旁通部份有效氣體，以保證增壓器的安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)然此時增壓器處于低效工作區(qū)。改變渦輪增壓器噴咀出口面積是提高增壓器總效率、滿足配用發(fā)動機(jī)變工況不同需求的最有效措施之一。現(xiàn)有技術(shù)中，改變噴咀截面積的方法目前通常有包括轉(zhuǎn)動葉片角度或帶動滑動活塞在噴咀寬度方向上移動。例如，中國專利申請200710152744. 5公開的可變噴咀渦輪增壓器的葉片組件及葉片組件的組裝方法，其采用轉(zhuǎn)動葉片角度的可變噴咀方法。其優(yōu)點(diǎn)噴咀截面隨葉片轉(zhuǎn)角的減小而減少，噴咀面積的減少率可達(dá)50%以上。缺點(diǎn)是噴咀角過大(起步狀態(tài))或過小(滿負(fù)狀態(tài))時會造成氣流撞擊渦輪葉背或葉凹面(見圖3)，使增壓器在低高工況工作時熱效率下降。中國申請00819834. 9公開的帶有滑動活塞的可變形狀渦輪增壓器，其可變截面結(jié)構(gòu)簡單，噴咀一半由固定葉片，另一半由無葉片氣道組成，可調(diào)節(jié)截面積的是無葉氣道這一半，當(dāng)然可調(diào)面積50%已是足夠了。但它的氣動性能不好，會降低熱效率。其原因是當(dāng)無葉通道打開時，氣流將從葉片通道和無葉通道同時流過。因兩個能道的氣流角不相同，將造成噴咀后的氣流紊亂，增大氣流流動損失。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單可靠、成本較低、總效率較高的渦輪增壓器。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供的渦輪增壓器包括設(shè)于渦輪機(jī)殼體內(nèi)的蝸殼、固定于所述蝸殼內(nèi)且套于渦輪機(jī)葉輪外周的用于根據(jù)發(fā)動機(jī)的工況自動控制噴咀截面積的噴咀環(huán)組件；噴咀環(huán)組件包括噴咀環(huán)、中心對稱且均勻分布于該噴咀環(huán)的外側(cè)面上的多個長噴咀葉片、在噴咀環(huán)上設(shè)于相鄰的一對長噴咀葉片之間的斜槽、設(shè)于該斜槽中的適于沿噴咀氣流方向直線往復(fù)位移的活動短葉片、同心設(shè)于所述噴咀環(huán)內(nèi)側(cè)面的聯(lián)動圈、分布于該聯(lián)動圈上的與所述各斜槽相對應(yīng)的斜槽孔、分布于該聯(lián)動圈上并與該聯(lián)動圈同心分布的多個弧形導(dǎo)向槽、設(shè)于所述聯(lián)動圈上的銷孔、設(shè)于所述噴咀環(huán)內(nèi)側(cè)面上的與各弧形導(dǎo)向槽相配合的直銷；所述活動短葉片包括葉片本體、設(shè)于該葉片本體底部外端的適于穿過所述斜槽并伸入所述斜槽孔的長圓銷、以及設(shè)于該葉片本體底部的高度小于所述斜槽深度的短圓銷；渦輪機(jī)的中間殼體上設(shè)有與一電機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)或液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)或氣壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)相傳動連接的曲柄，該曲柄通過一曲柄撥叉與所述聯(lián)動圈上的銷孔相連，以驅(qū)動所述聯(lián)動圈沿中心旋轉(zhuǎn)并使活動短葉片沿噴咀氣流方向直線往復(fù)位移，進(jìn)而控制噴咀截面積。作為優(yōu)化的實(shí)施方案，所述長噴咀葉片的位置、角度適于使噴咀氣流角α為 18° -24°。作為優(yōu)化的實(shí)施方案，所述斜槽的方向與噴咀氣流方向一致。作為優(yōu)化的實(shí)施方案，所述長噴咀葉片的個數(shù)與所述活動短葉片的個數(shù)相等。作為優(yōu)化的實(shí)施方案，所述噴咀環(huán)與聯(lián)動圈之間設(shè)有滾珠。上述渦輪增壓器的工作方法，包括在發(fā)動機(jī)起步或處于低工況時，把活動短葉片向外圈拉，以擴(kuò)大噴咀面積，便于燃?xì)忭樌ㄟ^；隨著發(fā)動機(jī)功率的提高，逐漸把活動短葉片往中心推，直到發(fā)動機(jī)滿負(fù)荷時，將噴咀面積收縮到最小，以限制渦輪轉(zhuǎn)子超速的運(yùn)轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本實(shí)用新型的渦輪增壓器采用可調(diào)的短噴咀葉片(即活動短葉片)來控制渦輪內(nèi)的工質(zhì)流量和增壓器轉(zhuǎn)速，并取代傳統(tǒng)的排氣旁通閥機(jī)構(gòu)。本實(shí)用新型的基本原理是 采用短噴咀葉片斜線運(yùn)動方式來改變噴咀截面積，即用葉片來堵截蝸殼中的噴咀通道，以達(dá)到改變噴咀截面積、提高增壓器總效率的目的。(2)本實(shí)用新型采用一個固定噴咀葉片圈，在兩個相鄰的固定葉片中銑一條斜槽， 斜槽內(nèi)嵌入與固定葉片同高、但長度短于該斜槽3 4mm的活動短葉片。該活動短葉片裝上一長一短兩根圓銷，長圓銷超出噴咀圈厚度。短圓銷低于噴咀圈厚度。當(dāng)聯(lián)動圈撥動長圓銷時，長圓銷即能沿斜槽前進(jìn)或后退。其中短圓銷僅起到導(dǎo)向作用。以保持活動短葉片直線運(yùn)動，防止轉(zhuǎn)動斜槽的兩端即可限止活動短葉片伸出和收縮的極限位置。(3)為了保持增壓器在各類工況下適于工作在高效區(qū)，本實(shí)用新型提出了可調(diào)短噴咀葉片結(jié)構(gòu)。其原理是在發(fā)動機(jī)起步和低工況時，把噴咀活動短葉片向外拉，盡量擴(kuò)大噴咀面積，便于燃?xì)忭樌ㄟ^。隨著發(fā)動機(jī)功率的提高，把噴咀活動短葉片往中心推，直到發(fā)動機(jī)滿負(fù)荷時，噴咀面積收縮到最小，以限制渦輪轉(zhuǎn)子超速運(yùn)轉(zhuǎn)，也沒有向外旁通有效工質(zhì)，當(dāng)然也就提高了增壓器的熱效率，同時也省去了傳統(tǒng)的放氣閥機(jī)構(gòu)。(4)本實(shí)用新型的可調(diào)長短噴咀葉片結(jié)構(gòu)增壓器，因其噴咀長葉片是固定的，可按氣動力學(xué)的設(shè)計(jì)成最佳方案，如采用α =21.5°，能使渦輪在全工況過程內(nèi)處在高效率工作狀態(tài)。氣動性能與上述兩結(jié)構(gòu)有明顯的優(yōu)勢。截面積的調(diào)節(jié)是沿21. 5°角在一對長噴咀葉片的之間的空間內(nèi)移動活動短葉片來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)活動短葉片拉向外弦時，噴咀面積就是固定葉片最大面截面積，當(dāng)活動短葉片沿21. 5°角移向內(nèi)弦時，原由固定葉片組成的一個噴咀通道便分割成兩個通道，從而達(dá)到減少噴咀面積的目的。經(jīng)計(jì)算其可調(diào)截面積為32%，比上述兩種可調(diào)截面積范圍小，但這已滿足增壓器適用范圍，特別是它的氣流角始終保持最佳位置，能有效提高增壓器總效率。
為了使本實(shí)用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中圖1為實(shí)施例中的渦輪增壓器的噴咀出口的氣流構(gòu)成氣流速度三角形的示意圖；圖2為實(shí)施例中的渦輪增壓器的渦輪級效率曲線示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的噴咀α過大或過小將造成氣流撞擊葉背或葉凹面的示意圖；圖4為本實(shí)用新型渦輪增壓器的的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4中的噴咀葉片位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖5中的噴咀葉片位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的后視圖；圖7為本實(shí)用新型的聯(lián)動圈的的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為圖5中的短噴咀葉片的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
見圖4-8，本實(shí)施例的渦輪增壓器包括設(shè)于渦輪機(jī)殼體內(nèi)的蝸殼1、固定于所述蝸殼1內(nèi)且套于渦輪機(jī)葉輪10外周的用于根據(jù)發(fā)動機(jī)的工況自動控制噴咀截面積的噴咀環(huán)組件。噴咀環(huán)組件包括噴咀環(huán)4、中心對稱且均勻分布于該噴咀環(huán)4的外側(cè)面上的多個長噴咀葉片2、在噴咀環(huán)4上設(shè)于相鄰的一對長噴咀葉片2之間的斜槽11、設(shè)于該斜槽11中的適于沿噴咀氣流方向直線往復(fù)位移的活動短葉片3、同心設(shè)于所述噴咀環(huán)4內(nèi)側(cè)面的聯(lián)動圈5、分布于該聯(lián)動圈5上的與所述各斜槽11相對應(yīng)的斜槽孔51、分布于該聯(lián)動圈5上并與該聯(lián)動圈5同心分布的3個弧形導(dǎo)向槽52、設(shè)于所述聯(lián)動圈5上的銷孔53、設(shè)于所述噴咀環(huán)4內(nèi)側(cè)面上的與各弧形導(dǎo)向槽52相配合的直銷41。所述3個弧形導(dǎo)向槽52呈中心對稱分布，其他實(shí)施方式中，弧形導(dǎo)向槽52可以采用呈中心對稱分布的2個或4個。所述活動短葉片3包括葉片本體31、設(shè)于該葉片本體31底部外端的適于穿過所述斜槽11并伸入所述斜槽孔51的長圓銷33、以及設(shè)于該葉片本體31底部的高度小于所述斜槽11深度的短圓銷32。長噴咀葉片2的葉片本體與活動短葉片3的葉片本體31等高，長噴咀葉片2的葉片本體、活動短葉片3的葉片本體31的外端厚度較大，內(nèi)端厚度較小，以利于提高控制噴咀截面積的幅度；長噴咀葉片2的葉片本體、活動短葉片3的葉片本體31的側(cè)面為平面。渦輪機(jī)的中間殼體上設(shè)有與一電機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)或液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)或氣壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)相傳動連接的曲柄6，該曲柄6通過一曲柄撥叉7與所述聯(lián)動圈5上的銷孔53相連，以驅(qū)動所述聯(lián)動圈5沿中心旋轉(zhuǎn)并使活動短葉片3沿噴咀氣流方向直線往復(fù)位移，進(jìn)而控制噴咀截面積。當(dāng)聯(lián)動圈5撥動活動短葉片3的長圓銷時33，長圓銷33即能沿斜槽11前后位移。 其中短圓銷32與所述斜槽11的配合僅起到導(dǎo)向作用，以保持活動短葉片3沿直線位移，斜槽11的兩端即可限止活動短葉片3的極限位置。[0034]斜槽11與斜槽孔51的長度一致，且斜槽11的長度與所述聯(lián)動圈5上的弧形導(dǎo)向槽52的弧長相對應(yīng)，即弧形導(dǎo)向槽52的弧長適于使所述活動短葉片3從斜槽11的外端位移至內(nèi)端。所述長噴咀葉片2的位置、角度適于使噴咀氣流角α為18° -24°，最優(yōu)選 21. 5°。所述斜槽11的方向與噴咀氣流方向一致，所述長噴咀葉片2的個數(shù)與所述活動短葉片3的個數(shù)相等，所述噴咀環(huán)4與聯(lián)動圈5之間設(shè)有滾珠或平面滾針軸承。以減少相對旋轉(zhuǎn)時的阻力。上述渦輪增壓器的工作方法，包括在發(fā)動機(jī)起步或處于低工況(發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速低于1500r/min)時，把活動短葉片3向外圈拉，以擴(kuò)大噴咀面積，便于燃?xì)忭樌ㄟ^；隨著發(fā)動機(jī)功率的提高，逐漸把活動短葉片3往中心推，直到發(fā)動機(jī)滿負(fù)荷(發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速高于 4000r/min)時，將噴咀面積收縮到最小，以限制渦輪轉(zhuǎn)子超速的運(yùn)轉(zhuǎn)。長噴咀葉片2與噴咀環(huán)4用精密鑄造方法，鑄成一體。將噴咀環(huán)組件裝入渦殼的臺階內(nèi)，并用螺栓緊固。長噴咀葉片2壓緊在渦殼壁上，活動短葉片因有間隙可自由上下移動。將已裝入渦輪轉(zhuǎn)子的中殼核心組件8裝入渦殼內(nèi)，中間殼體上的曲柄撥叉7對準(zhǔn)聯(lián)動圈5內(nèi)的銷孔。撥動曲柄6，短噴咀3就可自由前后滑動。要提高增壓器工作效率，最有效的方法是改變渦輪的工作參數(shù)，其中調(diào)節(jié)噴咀的氣流方向和通流面積是最簡便方法。按噴咀出口氣流速度三角形計(jì)算如圖1，為避免氣流撞擊渦輪進(jìn)口處的葉片，應(yīng)當(dāng)使噴咀出口的相對氣流進(jìn)氣角 Cr達(dá)到90度，由此可建立氣流速度三角形公式
權(quán)利要求1.一種渦輪增壓器，其特征在于包括設(shè)于渦輪機(jī)殼體內(nèi)的蝸殼(1)、固定于所述蝸殼 (1)內(nèi)且套于渦輪機(jī)葉輪(10)外周的用于根據(jù)發(fā)動機(jī)的工況自動控制噴咀截面積的噴咀環(huán)組件；噴咀環(huán)組件包括噴咀環(huán)G)、中心對稱且均勻分布于該噴咀環(huán)(4)的外側(cè)面上的多個長噴咀葉片(2)、在噴咀環(huán)(4)上設(shè)于相鄰的一對長噴咀葉片(2)之間的斜槽(11)、設(shè)于該斜槽(11)中的適于沿噴咀氣流方向直線往復(fù)位移的活動短葉片(3)、同心設(shè)于所述噴咀環(huán)內(nèi)側(cè)面的聯(lián)動圈(5)、分布于該聯(lián)動圈(5)上的與所述各斜槽(11)相對應(yīng)的斜槽孔 (51)、分布于該聯(lián)動圈(5)上并與該聯(lián)動圈(5)同心分布的多個弧形導(dǎo)向槽(52)、設(shè)于所述聯(lián)動圈(5)上的銷孔(53)、設(shè)于所述噴咀環(huán)(4)內(nèi)側(cè)面上的與各弧形導(dǎo)向槽(52)相配合的直銷(41)；所述活動短葉片(3)包括葉片本體(31)、設(shè)于該葉片本體(31)底部外端的適于穿過所述斜槽(11)并伸入所述斜槽孔(51)的長圓銷(33)、以及設(shè)于該葉片本體(31)底部的高度小于所述斜槽(11)深度的短圓銷(32)；渦輪機(jī)的中間殼體上設(shè)有與一電機(jī)驅(qū)動機(jī)構(gòu)或液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)或氣壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)相傳動連接的曲柄(6)，該曲柄(6)通過一曲柄撥叉(7)與所述聯(lián)動圈( 上的銷孔(5 相連，以驅(qū)動所述聯(lián)動圈( 沿中心旋轉(zhuǎn)并使活動短葉片(3) 沿噴咀氣流方向直線往復(fù)位移，進(jìn)而控制噴咀截面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于所述長噴咀葉片(2)的位置、角度適于使噴咀氣流角α為18° -24°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪增壓器，其特征在于所述斜槽(11)的方向與噴咀氣流方向一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪增壓器的工作方法，其特征在于所述長噴咀葉片(2) 的個數(shù)與所述活動短葉片( 的個數(shù)相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪增壓器，其特征在于所述噴咀環(huán)(4)與聯(lián)動圈(5)之間設(shè)有滾珠。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪增壓器，其特征在于所述長噴咀葉片(2)的葉片本體、 活動短葉片(3)的葉片本體(31)的外端厚度較大，內(nèi)端厚度較小。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種渦輪增壓器，該渦輪增壓器包括設(shè)于渦輪機(jī)殼體內(nèi)的蝸殼、固定于蝸殼內(nèi)且套于渦輪機(jī)葉輪外周的噴咀環(huán)組件；噴咀環(huán)組件包括噴咀環(huán)、分布于該噴咀環(huán)的外側(cè)面上的多個長噴咀葉片、設(shè)于相鄰的一對長噴咀葉片之間的斜槽、設(shè)于該斜槽中的活動短葉片、同心設(shè)于噴咀環(huán)內(nèi)側(cè)面的聯(lián)動圈、分布于該聯(lián)動圈上的與各斜槽相對應(yīng)的斜槽孔、分布于該聯(lián)動圈上并與該聯(lián)動圈同心分布的多個弧形導(dǎo)向槽、設(shè)于噴咀環(huán)內(nèi)側(cè)面上的直銷；渦輪機(jī)的中間殼體上設(shè)有與一驅(qū)動機(jī)構(gòu)相傳動連接的曲柄，該曲柄通過一曲柄撥叉與聯(lián)動圈上的銷孔相連，以驅(qū)動聯(lián)動圈沿中心旋轉(zhuǎn)并使活動短葉片沿噴咀氣流方向直線往復(fù)位移，進(jìn)而控制噴咀截面積。
文檔編號F02C6/12GK202132103SQ20112026004
公開日2012年2月1日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者杜向峰 申請人:常州新瑞汽車配件制造有限公司