專利名稱：可變流動渦輪增壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車構(gòu)造的技術(shù)領(lǐng)域，涉及汽車發(fā)動機的結(jié)構(gòu)，更具體地說， 本發(fā)明涉及一種可變流動渦輪增壓器。
技術(shù)背景增壓技術(shù)已經(jīng)廣泛運用在發(fā)動機領(lǐng)域，尤其是在柴油機領(lǐng)域。利用增壓技 術(shù)，可以使發(fā)動機在不增加排氣量的前提下大幅度增加輸出功率、扭矩。由于 發(fā)動機本身尺寸、重量沒有顯著增加，同時利用其他技術(shù)，如廢氣中冷等，可 顯著提高效率，從而在增加發(fā)動機功率、扭矩的同時，達到顯著降低油耗和排 放的目的。目前，增壓器已經(jīng)是柴油發(fā)動機的標準配置。在汽油機市場上，增 壓機型也在迅速普及。發(fā)動機在高工況時排出的廢氣質(zhì)量流量大、流速快、溫 度高，增壓器可利用的能量多。最早出現(xiàn)的普通渦輪增壓器不能與發(fā)動機在全工況下理想匹配，在低工況 時進氣不足、燃燒不良，高工況時增壓過量，這樣既浪費能量，又產(chǎn)生有害排 放。帶旁通閥的渦輪增壓器是目前普遍使用的渦輪增壓器。當發(fā)動機運行到一 定工況后，旁通閥就打開，開始放氣，避免渦輪轉(zhuǎn)速過高，保證不增壓過量。 帶旁通閥的渦輪增壓器解決了發(fā)動機在低工況下進氣不足、燃燒不良和高工況 下增壓過量的問題。為了保證在發(fā)動機低負荷時有一定的增壓量，旁通閥式渦 輪增壓器在發(fā)動機高負荷時旁通釋放一部分能量以保證不過量增壓，因此旁通 閥式的渦輪增壓器未能充分利用發(fā)動機排放的廢氣能量，發(fā)動機的燃油消耗量 和排放都不能有效降低。所以，帶旁通閥的渦輪增壓器依然不能與發(fā)動機的全工況完全匹配，而且 很多高能量的氣體通過旁通閥旁通到排氣系統(tǒng)，浪費了大量能量，有害氣體排 放也沒有減少。隨著排放法規(guī)要求的日益苛刻，能源緊缺狀況日益嚴重，可變截面和可變 噴嘴渦輪增壓器逐步得到應用。可變截面和可變噴嘴渦輪增壓器通過改變渦輪 進口面積或改變渦輪進口氣流狀態(tài)，使增壓器和發(fā)動機在全工況下理想匹配。 然而，可變截面和可變噴嘴渦輪增壓器的結(jié)構(gòu)和控制機構(gòu)復雜，制造加工困難， 整機價格昂貴。由于零部件多且復雜，整機的可靠性和耐久性很難保證，裝機 運行后的維護成本高。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的問題是提供一種可變流動渦輪增壓器，其目的是實現(xiàn)渦 輪增壓器和發(fā)動機全工況的匹配要求，充分利用發(fā)動機的廢氣能量，并有效降 低發(fā)動機排放，提高發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為本發(fā)明所提供的這種可變流動渦輪增壓器，包括渦輪殼、渦輪、壓殼，所 述的渦輪殼內(nèi)從渦殼進口至渦輪，設有兩個并行的流道，即流道A和流道B，在所述的流道A內(nèi)，設有可將流道A內(nèi)腔完全關(guān)閉的旋轉(zhuǎn)式的閥門。所述的閥門的開啟關(guān)閉結(jié)構(gòu)為所述的閥門與閥門轉(zhuǎn)軸連接，所述的閥門轉(zhuǎn)軸的軸線與所述的流道A內(nèi)腔的中心線垂直并相交，所述的閥門轉(zhuǎn)軸從所述 的流道A的內(nèi)腔伸到所述的渦輪殼外，所述的闊門轉(zhuǎn)軸的外端通過曲柄總成與執(zhí)行器的活塞桿連接。所述的執(zhí)行器為膜片式的氣缸活塞結(jié)構(gòu)，所述的執(zhí)行器上的氣嘴與發(fā)動機 上的真空電磁閥的閥口連接，所述的真空電磁閥的控制電路與發(fā)動機電控單元所述的執(zhí)行器通過執(zhí)行器支架固定在渦輪殼上的渦殼進口處的外殼上。 所述的渦輪殼內(nèi)設有兩個限位螺栓、，分別設在所述的閥門的開啟極限位置 和關(guān)閉極限位置。在所述的渦輪的軸線方向上，所述的流道A靠近渦殼出口，所述的流道B 遠離渦殼出口。在所述的渦輪殼與壓殼之間，設中間殼，所述的中間殼上設有潤滑油的通 道和冷卻水的通道。本發(fā)明釆用上述技術(shù)方案，使發(fā)動機排氣中的能量被充分利用，有效提高 了增壓器在發(fā)動機低工況時的增壓度，使增壓器從小流量和大流量都可以高效 地工作，從而可以實現(xiàn)渦輪增壓器和發(fā)動機在全工況的理想匹配。在發(fā)動機高 工況時閥門完全打開，流道內(nèi)氣流速度不會太高；發(fā)動機工況低時閥門逐漸關(guān) 閉，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷降低到某一工況時閥門完全關(guān)閉，流道內(nèi)氣流速度不 會太低。這樣既可以解決發(fā)動機低負荷增壓不足，高工況增壓過量的問題；又 可以充分利用發(fā)動機排出的廢氣能量，不存在高工況情況下旁通廢氣的問題， 因此可以有效節(jié)約能源，提供發(fā)動機效率，降低發(fā)動機排放的溫室氣體。渦輪 進口的氣流速度可以保證在設計工況附近，渦輪可以保持在高效范圍內(nèi)運行。 因此，在發(fā)動機整個運行工況內(nèi)，增壓器都是在高效區(qū)內(nèi)運行的。且本發(fā)明的 結(jié)構(gòu)簡單，易于加工制造，結(jié)構(gòu)可靠性和耐久性可以得到有效保證。相比于普 通的旁通閥式渦輪增壓器，零部件數(shù)量并沒有增加，整機價格與旁通閥式增壓 器的整機價格相當，性能卻可以與價格昂貴的VNT渦輪增壓器相當，因此可變 流動渦輪增壓器性價比高?？勺兞鲃訙u輪增壓器不僅適用于6缸、8缸等高排量 發(fā)動機，也適合于3L以下低排量發(fā)動機。可根據(jù)需要，兩個流道的流動截面形狀和大小可以完全相同，也可以不同。


下面對本說明書各幅附圖所表達的內(nèi)容及圖中的標記作簡要說明-圖1為本發(fā)明中閥門與執(zhí)行器的連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中的渦殼出口正面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明中的渦殼進口側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的立體示意圖。圖中標記為1、執(zhí)行器，2、螺母，3、螺母，4、限位螺栓，5、閥門，6、閥門轉(zhuǎn)軸，7、 限位螺栓，8、曲柄總成，9、螺母，10、氣嘴，11、執(zhí)行器支架，12、螺栓， 13、渦殼出口， 14、渦輪，15、渦輪殼，16、背板，17、渦殼進口， 18、流道A， 19、流道B， 20、中間殼，21、壓殼，22、壓殼進口， 23、壓殼出口， 24、潤滑 油出口， 25、冷卻水口， 26、潤滑油進口。
具體實施方式
下面對照附圖，通過對實施例的描述，對本發(fā)明的具體實施方式
如所涉及 的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及 工作原理、制造工藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領(lǐng)域 的技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準確和深入的理解。如圖1至圖4所表達的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，為一種可變流動渦輪增壓器，包括 渦輪殼15、渦輪14、壓殼21。所述的渦輪14與壓殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)葉輪同軸，且兩者 均固定安裝在該軸上。壓殼21上設壓殼進口22和壓殼出口23，所述的壓殼進 口 22和壓殼出口 23串接與進氣管道上。渦輪殼15安裝在背板16上。渦殼進口 17接在發(fā)動機的排氣管上，渦殼出口 13將廢氣向大氣排放。渦輪14在發(fā)動機排放廢氣的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)，同時渦輪14驅(qū)動壓殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)葉輪的旋 轉(zhuǎn)，壓殼內(nèi)旋轉(zhuǎn)葉輪對進氣管路中的氣體進行增壓，提高發(fā)動機氣缸進氣壓力， 實現(xiàn)油氣的充分混合和燃燒，提高發(fā)動機的效率。
為了解決在本說明書背景技術(shù)部分所述的目前公知技術(shù)存在的問題并克服 其缺陷，實現(xiàn)滿足渦輪增壓器和發(fā)動機全工況的匹配要求，充分利用發(fā)動機的 廢氣能量，并有效降低發(fā)動機排放，提高發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性的發(fā)明目的，本 發(fā)明采取的技術(shù)方案為
本發(fā)明所提供的這種可變流動渦輪增壓器，所述的渦輪殼15內(nèi)從渦殼進口 17至渦輪14，設有兩個并行的流道，即流道A18和流道B19，在所述的流道 A18內(nèi)，設有可將流道A18內(nèi)腔完全關(guān)閉的旋轉(zhuǎn)式的閥門5。
可變流動渦輪增壓器的渦輪殼15是雙流道的渦輪殼，在其中一個流道進口 附近設置一個閥門5，閥門5可以卯。自由旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)閥門5的開啟和關(guān)閉。
傳統(tǒng)的雙流道渦輪增壓器一般應用于六缸、八缸等多缸發(fā)動機，渦殼的兩 個流道截面積是相同的，形狀也是對稱的，這種形狀和布置可以充分利用發(fā)動 機排氣脈沖能量，提高增壓器的效率。本發(fā)明的可變流動渦輪增壓器在發(fā)動機 高速高負荷時，增壓器控制閥門5完全打開，就相當于傳統(tǒng)的雙流道渦輪增壓 器，可以充分利用發(fā)動機脈沖的排氣能量，渦輪14的效率高。隨著發(fā)動機工況 的降低，氣動膜片式執(zhí)行器1控制增壓器閥門5逐漸關(guān)閉，這樣可以保證其中 一個流道的渦輪進口速度始終基本滿足設計工況的要求，因而可以保證在發(fā)動 機低工況時渦輪也是高效工作，
上述技術(shù)方案取消了傳統(tǒng)的旁通閥式渦輪增壓器中 旁通閥，通過調(diào)節(jié)渦 輪殼15流道的流通面積來改變渦輪殼內(nèi)的氣流速度，使增壓器從小流量和大流 量都可以高效的工作，從而可以實現(xiàn)渦輪增壓器和發(fā)動機在全工況的理想匹配。其工作原理是
當發(fā)動機在高工況條件下運行時，可變流動渦輪增壓器流道A18進口處之 內(nèi)的闊門5是打開的，發(fā)動機排放的廢氣是從兩個流道一起流向渦輪14做功， 每個流道通過的氣體量是整個發(fā)動機排氣量的一半。當發(fā)動機工況逐漸減小時， 流道A18進口處之內(nèi)的閥門5逐漸關(guān)閉，此時流道A18通過的氣體流量逐漸減 小，流道B19通過的氣體質(zhì)量基本保持不變。閥門5的開度的大小是根據(jù)發(fā)動 機轉(zhuǎn)速、排氣溫度、壓力、質(zhì)量流量確定的。
當發(fā)動機轉(zhuǎn)速較低時，發(fā)動機排氣流量小，流道A18內(nèi)的閥門5是完全關(guān) 閉的，這時從發(fā)動機排出的氣體從渦殼進口 17進入流道B 19內(nèi)，高溫高壓的發(fā) 動機廢氣對渦輪14充分做功后從渦殼出口 13排到后面的排氣系統(tǒng)中；當發(fā)動 機轉(zhuǎn)速增加到一定程度后，閥門5被打開， 一部分發(fā)動機廢氣從流道A18內(nèi)通 過并吹向渦輪14;隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的不斷提高，閥門開度逐漸加大。
閥門開度隨發(fā)動機轉(zhuǎn)速的變化需要事先標定。
以下是本發(fā)明的具體實施示例，供本領(lǐng)域的技術(shù)人員在實施本發(fā)明時參考 和應用
閥門5的開啟關(guān)閉結(jié)構(gòu)的實施例
本發(fā)明所述的閥門5的開啟關(guān)閉結(jié)構(gòu)為所述的閥門5與閥門轉(zhuǎn)軸6連接， 所述的閥門轉(zhuǎn)軸6的軸線與所述的流道A18內(nèi)腔的中心線垂直并相交，所述的 閥門轉(zhuǎn)軸6從所述的流道A18的內(nèi)腔伸到所述的渦輪殼15夕卜，所述的閥門轉(zhuǎn)軸 6的外端通過曲柄總成8與執(zhí)行器1的活塞桿連接。
執(zhí)行器1通過曲柄總成8調(diào)節(jié)控制閥門5的開度，曲柄總成8與閥門5焊 接在一起。曲柄總成8與執(zhí)行器1的活塞桿通過螺母9進行緊固連接。曲柄總 成8將執(zhí)行器1的直線往復運動轉(zhuǎn)換成閥門轉(zhuǎn)軸6的旋轉(zhuǎn)運動。為了保證閥門搖臂(閥門轉(zhuǎn)軸6)即穿過渦輪殼15時的密封性，在閥門轉(zhuǎn) 軸6穿過渦輪殼15的位置，設密封襯套，使渦輪殼15的孔與閥門轉(zhuǎn)軸6形成 密封的配合。
執(zhí)行器1結(jié)構(gòu)及控制方式的實施例
本發(fā)明所述的執(zhí)行器1為膜片式的氣缸活塞結(jié)構(gòu)，所述的執(zhí)行器1上的氣 嘴IO與發(fā)動機上的真空電磁閥的閥口連接，所述的真空電磁閥的控制電路與發(fā) 動機電控單元(ECU)連接。
閥門5通過連接機構(gòu)與氣動膜片式執(zhí)行器1連接在一起，執(zhí)行器1由發(fā)動 機ECU (發(fā)動機電控單元)控制。發(fā)動機ECU根據(jù)發(fā)動機實際運行工況來控制 執(zhí)行器進而調(diào)節(jié)閥門5開度。
閥門5的開度是根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、排氣溫度、壓力、質(zhì)量流量，通過發(fā)動 機ECU向執(zhí)行器1發(fā)出指令。
執(zhí)行器1上的氣嘴10與發(fā)動機上真空電磁閥連接在一起，發(fā)動機ECU通 過電信號調(diào)節(jié)真空電磁閥中真空度的大小，進而通過執(zhí)行器1來調(diào)節(jié)閥門5的 開度。
閥門5的開度的大小是根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速、排氣溫度、壓力、質(zhì)量流量，通 過發(fā)動機ECU向執(zhí)行器1發(fā)出指令。當發(fā)動機運行工況到達某一條件下時，閥 門5完全關(guān)閉，此時從發(fā)動機排出的廢氣完全從一個流道流向渦輪做功，另外 一個流道沒有氣體通過。此時增壓器通氣的那個流道的氣流速度是從兩個流道 平均流過時氣流速度的兩倍，流體動能則是從兩個流道平均流過時流體動能的 四倍，渦輪進出口焓降增加，即發(fā)動機排氣中的能量被充分利用了，有效提高 了增壓器在發(fā)動機低工況時的增壓度。
執(zhí)行器1的安裝固定方式的實施例本發(fā)明所述的執(zhí)行器1通過執(zhí)行器支架11固定在渦輪殼15上的渦殼進口
n處的外殼上。
執(zhí)行器i通過兩個或兩個以上的螺母2和執(zhí)行器支架11固定連接在一起，
執(zhí)行器支架11通過三個螺栓12與渦輪殼15固定連接在一起。閥門5的啟閉限位結(jié)構(gòu)的實施例
本發(fā)明所述的渦輪殼15內(nèi)設有兩個限位螺栓4、限位螺栓7，分別設在所述的閥門5的開啟極限位置和關(guān)閉極限位置。
限位螺栓4、限位螺栓7分別通過螺母3固定在渦輪殼15上。
限位螺栓4和限位螺栓7主要是保證執(zhí)行器1在調(diào)節(jié)閥門5開啟或關(guān)閉時不超過事先規(guī)定的開度和關(guān)閉度。
兩個流道的分布方式的實施例
在本發(fā)明所述的渦輪14的軸線方向上，所述的流道A 18靠近渦殼出口 13，所述的流道B 19遠離渦殼出口 13。
渦輪殼15是雙流道，流道A18靠近渦殼出口 13，流道B19遠離渦殼出口13，用于調(diào)節(jié)氣體流量的閥門5位于流道A18內(nèi)。
用于控制流量的閥門5位于靠近渦殼出口端的流道內(nèi)，當閥門5逐漸關(guān)閉時，氣流主要從遠離渦殼出口的流道進入渦輪內(nèi)，這樣可以增加氣流對渦輪的做功，提高渦輪效率。
中間殼15的實施例
在本發(fā)明所述的渦輪殼15與壓殼21之間，設中間殼20,所述的中間殼20上設有潤滑油的通道和冷卻水的通道。
為了適應汽油發(fā)動機等排氣溫度較高的內(nèi)燃機，本發(fā)明在靠近渦輪殼端的中間殼內(nèi)布置了冷卻水腔。本發(fā)明的中間殼20包含潤滑油腔和冷卻水腔，來自發(fā)動機主油道的潤滑油 從潤滑油進口 26進入中間殼20,對軸和軸承充分潤滑和冷卻后，從潤滑油出口 24流回到發(fā)動機的油底殼。為了適應于汽油發(fā)動機等排氣溫度較高的內(nèi)燃機， 本發(fā)明在靠近渦殼端的中間殼內(nèi)布置了冷卻水腔。冷卻水腔上設有冷卻水口 25。 如果用于排氣溫度不高的柴油發(fā)動機，在中間殼中可以不布置冷卻水腔。 上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上 述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種非實質(zhì)性 的改進，或未經(jīng)改進將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應用于其它場合的，均在 本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種可變流動渦輪增壓器，包括渦輪殼(15)、渦輪(14)、壓殼(21)，其特征在于所述的渦輪殼(15)內(nèi)從渦殼進口(17)至渦輪(14)，設有兩個并行的流道，即流道A(18)和流道B(19)，在所述的流道A(18)內(nèi)，設有可將流道A(18)內(nèi)腔完全關(guān)閉的旋轉(zhuǎn)式的閥門(5)。
2、 按照權(quán)利要求1所述的可變流動渦輪增壓器，其特征在于所述的閥門 (5)的開啟關(guān)閉結(jié)構(gòu)為所述的閥門(5)與閥門轉(zhuǎn)軸(6)連接，所述的閥門轉(zhuǎn)軸(6)的軸線與所述的流道A (18)內(nèi)腔的中心線垂直并相交，所述的閥門 轉(zhuǎn)軸(6)從所述的流道A (18)的內(nèi)腔伸到所述的渦輪殼(15)夕卜，所述的閥 門轉(zhuǎn)軸(6)的外端通過曲柄總成(8)與執(zhí)行器(1)的活塞桿連接。
3、 按照權(quán)利要求2所述的可變流動渦輪增壓器，其特征在于所述的執(zhí)行 器(1)為膜片式的氣缸活塞結(jié)構(gòu)，所述的執(zhí)行器(1)上的氣嘴(10)與發(fā)動 機上的真空電磁閥的閥口連接，所述的真空電磁閥的控制電路與發(fā)動機電控單 元連接。
4、 按照權(quán)利要求2或3所述的可變流動渦輪增壓器，其特征在于所述的 執(zhí)行器(1)通過執(zhí)行器支架(11)固定在渦輪殼(15)上的渦殼進口 (17)處 的外殼上。
5、 按照權(quán)利要求1或2或3所述的可變流動渦輪增壓器，其特征在于所 述的渦輪殼(15)內(nèi)設有兩個限位螺栓(4、 7)，分別設在所述的閥門(5)的 開啟極限位置和關(guān)閉極限位置。
6、 按照權(quán)利要求1或2或3所述的可變流動渦輪增壓器，其特征在于在 所述的渦輪(14)的軸線方向上，所述的流道A (18)靠近渦殼出口 (13)，所 述的流道B (19)遠離渦殼出口 (13)。
7、 按照權(quán)利要求1或2或3所述的可變流動渦輪增壓器，其特征在于在所述的渦輪殼(15)與壓殼(21)之間，設中間殼(20)，所述的中間殼(20) 上設有潤滑油的通道和冷卻水的通道。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可變流動渦輪增壓器，包括渦輪殼(15)、渦輪(14)、壓殼(21)，所述的渦輪殼(15)內(nèi)從渦殼進口(17)至渦輪(14)，設有兩個并行的流道，即流道A(18)和流道B(19)，在所述的流道A(18)內(nèi)，設有可將流道A(18)完全關(guān)閉的旋轉(zhuǎn)式的閥門(5)。采用上述技術(shù)方案，使發(fā)動機排氣中的能量被充分利用，有效提高了增壓器在發(fā)動機低工況時的增壓度。使增壓器從小流量和大流量都可以高效地工作，從而可以實現(xiàn)渦輪增壓器和發(fā)動機在全工況的理想匹配。
文檔編號F01D17/12GK101629495SQ20091014433
公開日2010年1月20日 申請日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者施法佳, 禮 范, 項青新 申請人:蕪湖杰鋒汽車動力系統(tǒng)有限公司