專利名稱：可變截面復(fù)合渦輪裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型的渦輪裝置，具體的說涉及一種用于渦輪增壓的可變截面復(fù) 合渦輪裝置，能有效的兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)的低速和高速增壓要求，屬于內(nèi)燃機(jī)增壓領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著排放標(biāo)準(zhǔn)的逐步提高，增壓器被廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)。為了滿足發(fā)動(dòng)機(jī) 所有工況下特別是低速工況下的性能和排放要求，增壓器必須提供更高的增壓壓力，并具 有發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣壓力和排氣壓力的可調(diào)節(jié)功能，可變截面增壓器已經(jīng)成為增壓領(lǐng)域的研發(fā)重 點(diǎn)。目前普遍采用在渦輪蝸殼噴嘴處增加可旋轉(zhuǎn)葉片的結(jié)構(gòu)來滿足變截面的要求，與固定 截面和廢氣旁通型增壓器相比，它能有效地拓寬渦輪增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配范圍，實(shí)現(xiàn)增 壓壓力和排氣壓力的可調(diào)節(jié)功能。旋葉式可變截面增壓器結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1所示，旋葉式可變截面增壓器的渦輪 部分包括渦輪蝸殼20、蝸殼噴嘴22、渦輪葉輪24三部分。發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣經(jīng)渦輪蝸殼進(jìn) 氣道26到達(dá)蝸殼噴嘴22，在噴嘴處安裝一組可旋轉(zhuǎn)噴嘴葉片23，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)19通過控制噴 嘴葉片23的角度來改變噴嘴的流通面積和出口氣流的角度，使氣流按設(shè)計(jì)的角度進(jìn)入渦 輪葉輪24做功，渦輪葉輪帶動(dòng)同軸安裝的壓氣機(jī)葉輪29高速旋轉(zhuǎn)，將新鮮空氣壓縮后送入 氣缸參與燃燒，實(shí)現(xiàn)增壓的目的。旋葉式可變截面增壓器通過改變噴嘴葉片的角度來改變渦輪流通面積，控制方 便。但是在實(shí)際的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)這種旋葉式可變渦輪增壓器存在一些缺點(diǎn)。在大流量工況 下，噴嘴葉片的開度增大，噴嘴葉片的尾緣距離渦輪葉片的前緣較近，廢氣中的顆粒會(huì)對(duì)噴 嘴葉片造成較大的磨損。在小流量工況下，噴嘴葉片開度很小，這時(shí)噴嘴出口氣流的周向速 度高而徑向速度低，渦輪進(jìn)氣角度很大，渦輪變?yōu)榧儧_動(dòng)式渦輪，渦輪效率下降。另一方面 噴嘴處的流通截面變化劇烈，節(jié)流損失較大，從而使渦輪效率進(jìn)一步下降。另外，渦輪增壓 器工作在一個(gè)高溫、強(qiáng)振動(dòng)的惡劣環(huán)境中，過于復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)使得提高旋葉式可變截面 增壓器的可靠性和壽命變得異常困難，過于復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)還導(dǎo)致高昂的成本，限制了該 類型可變截面增壓器的市場(chǎng)應(yīng)用。因此希望設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性高，并且在小流量時(shí)具有較高效率、 較大扭矩的新型可變截面渦輪結(jié)構(gòu)，來解決目前旋轉(zhuǎn)葉片結(jié)構(gòu)的渦輪增壓器在可靠性、成 本和效率方面存在的問題，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在各個(gè)工況下對(duì)增壓壓力的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是針對(duì)旋葉式可變截面增壓器的上述缺陷提供一種用于渦 輪增壓的可變截面復(fù)合渦輪裝置，能夠提高渦輪在發(fā)動(dòng)機(jī)低速區(qū)的效率和扭矩以及渦輪轉(zhuǎn) 子的響應(yīng)特性。為了解決上述問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種可變截面復(fù)合渦輪裝置，包括雙流道渦輪蝸殼，所述雙流道渦輪蝸殼上設(shè)有
3兩個(gè)氣流通道，雙流道渦輪蝸殼上設(shè)有與氣流通道連通的蝸殼出氣口和蝸殼進(jìn)氣口，在雙 流道渦輪蝸殼內(nèi)設(shè)有復(fù)合渦輪葉輪，所述復(fù)合渦輪葉輪由兩個(gè)渦輪葉輪復(fù)合而成，兩個(gè)渦 輪葉輪與兩個(gè)氣流通道一一對(duì)應(yīng)配合。以下是發(fā)明對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)所述渦輪葉輪包括一級(jí)渦輪葉輪和二級(jí)渦輪葉輪，所述一級(jí)渦輪葉輪固接在二級(jí) 渦輪葉輪的外緣位置。進(jìn)一步改進(jìn)所述一級(jí)渦輪葉輪包括一級(jí)渦輪進(jìn)口部和一級(jí)渦輪中間部；二級(jí)渦輪葉輪包括二 級(jí)渦輪進(jìn)口部和二級(jí)渦輪中間部，所述一級(jí)渦輪中間部與二級(jí)渦輪進(jìn)口部固接，一級(jí)渦輪 葉輪和二級(jí)渦輪葉輪共用一個(gè)渦輪出口部。進(jìn)一步改進(jìn)所述一級(jí)渦輪葉輪的進(jìn)口直徑大于二級(jí)渦輪葉輪的進(jìn)口直徑；一級(jí)渦輪葉輪的進(jìn) 口寬度小于二級(jí)渦輪葉輪的進(jìn)口寬度。一級(jí)和二級(jí)渦輪進(jìn)口部的進(jìn)口寬度和進(jìn)口直徑根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的具體性能要求進(jìn)行 設(shè)計(jì)，一級(jí)進(jìn)口部的進(jìn)口寬度和進(jìn)口直徑以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)的性能和排放要求為設(shè)計(jì)目 標(biāo)，二級(jí)渦輪進(jìn)口部的進(jìn)口寬度和進(jìn)口直徑與一級(jí)渦輪葉輪相配合，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)中高轉(zhuǎn) 速時(shí)的性能和排放要求為設(shè)計(jì)目標(biāo)，并滿足發(fā)動(dòng)機(jī)額定點(diǎn)的通流能力要求，避免增壓器超 速和增壓壓力過高。進(jìn)一步改進(jìn)所述一級(jí)渦輪葉輪設(shè)置在靠近渦輪輪盤一側(cè)，二級(jí)渦輪葉輪設(shè)置在靠近渦輪輪緣一側(cè)。進(jìn)一步改進(jìn)所述渦輪輪盤為鏤空型輪盤，采用這種結(jié)構(gòu)可獲得較小的渦輪轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高渦輪增壓器的加速響應(yīng)特性。另一種改進(jìn)所述渦輪輪盤為半封閉輪盤，采用這種結(jié)構(gòu)后由輪盤背部的間隙導(dǎo) 致的流動(dòng)損失減小，渦輪效率提高，同時(shí)還可以提高渦輪葉輪的強(qiáng)度。另一種改進(jìn)所述氣流通道包括小流道和大流道，所述小流道與一級(jí)渦輪相配合，大流道與二 級(jí)渦輪相配合。進(jìn)一步改進(jìn)所述小流道的流通面積小于大流道的流通面積，兩個(gè)流道的出口為并列分布。進(jìn)一步改進(jìn)所述小流道的出口與渦輪旋轉(zhuǎn)軸線的距離大于大流道的出口與渦輪旋轉(zhuǎn)軸線的 距離，小流道的出口寬度小于大流道的出口寬度。進(jìn)一步改進(jìn)所述小流道與大流道之間設(shè)有中間壁，所述中間壁與雙流道渦輪蝸殼鑄為一體。進(jìn)一步改進(jìn)所述中間壁的截面形狀為翼形，中間壁末端位于大流道一側(cè)為直線結(jié)構(gòu)，中間壁 末端位于小流道一側(cè)為弧形結(jié)構(gòu)。上述中間壁的厚度由復(fù)合渦輪的一級(jí)渦輪中間部軸向長度決定，當(dāng)厚度較大時(shí)，為減輕雙流道渦輪蝸殼的重量，節(jié)約材料，避免溫度變化時(shí)過大的應(yīng)力集中，中間壁的內(nèi)部 可設(shè)為空心結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步改進(jìn)小流道位于遠(yuǎn)離蝸殼出氣口的一側(cè)，大流道位于靠近蝸殼出氣口的一側(cè)，所述一 級(jí)渦輪葉輪設(shè)置在靠近渦輪輪盤的一側(cè)，二級(jí)渦輪葉輪設(shè)置在靠近渦輪輪緣的一側(cè)。另一種改進(jìn)小流道位于靠近蝸殼出氣口的一側(cè)，所述大流道位于遠(yuǎn)離蝸殼出氣口的一側(cè)，所 述一級(jí)渦輪葉輪設(shè)置在靠近渦輪輪緣的一側(cè)，二級(jí)渦輪葉輪設(shè)置在靠近渦輪輪盤的一側(cè)。進(jìn)一步改進(jìn)在大流道的噴嘴處設(shè)有氣流導(dǎo)向葉片，所述氣流導(dǎo)向葉片傾斜安裝，所述氣流導(dǎo) 向葉片向渦輪旋轉(zhuǎn)方向傾斜，以保證氣流按規(guī)定的角度進(jìn)入渦輪。采用此種技術(shù)方案可提 高發(fā)動(dòng)機(jī)中高速時(shí)的廢氣能量利用效率，并有效阻止發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)二級(jí)渦輪進(jìn)口處產(chǎn)生的 回流進(jìn)入大流道。另一種改進(jìn)在小流道的噴嘴處設(shè)有氣流導(dǎo)向葉片，所述氣流導(dǎo)向葉片傾斜安裝，所述氣流導(dǎo) 向葉片向渦輪旋轉(zhuǎn)方向傾斜，以保證氣流按規(guī)定的方向流入渦輪。采用此種技術(shù)方案能提 高發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)的渦輪效率，提高發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)的廢氣能量利用效率。另一種改進(jìn)在小流道和大流道的噴嘴處分別設(shè)有氣流導(dǎo)向葉片，所述氣流導(dǎo)向葉片傾斜安 裝，所述氣流導(dǎo)向葉片向渦輪旋轉(zhuǎn)方向傾斜，以保證氣流按規(guī)定的方向流入渦輪，大流道噴 嘴處的氣流導(dǎo)向葉片可有效阻止發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)二級(jí)渦輪進(jìn)口處產(chǎn)生的回流進(jìn)入大流道。采 用此種技術(shù)方案能提高發(fā)動(dòng)機(jī)大部分工況下對(duì)廢氣能量的利用效率，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)各工況的 增壓要求。本發(fā)明通過對(duì)渦輪增壓器渦輪的設(shè)計(jì)開發(fā)，采用復(fù)合渦輪裝置實(shí)現(xiàn)可變截面功 能，有效地解決了旋葉式可變截面增壓器的可靠性差、成本高的不足，能夠有效提高發(fā)動(dòng)機(jī) 低速時(shí)渦輪的效率并增大渦輪的扭矩輸出。在發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣量較少，進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，所有排氣全部進(jìn)入 小流道，經(jīng)小流道進(jìn)入復(fù)合渦輪的一級(jí)渦輪進(jìn)口部做功。小流道具有較小的流通截面積，可 有效提高渦輪蝸殼進(jìn)口的進(jìn)氣壓力，增大進(jìn)入渦輪的廢氣能量；一級(jí)渦輪進(jìn)口部具有較小 的進(jìn)氣寬度，較小的進(jìn)氣寬度使得一級(jí)渦輪進(jìn)口部的進(jìn)口面積較小，可有效避免發(fā)動(dòng)機(jī)低 速時(shí)過大的渦輪進(jìn)氣角度，降低渦輪進(jìn)口的進(jìn)氣沖角損失；一級(jí)渦輪進(jìn)口部又具有較大的 進(jìn)口直徑，在轉(zhuǎn)速不變的情況下可獲得較高的輪周速度，可有效避免發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)過小的 υ/c，使渦輪工作在高效區(qū)域，同時(shí)采用較大的進(jìn)口直徑可獲得較大的渦輪扭矩，提高渦輪 的做功能力。通過渦輪進(jìn)氣能量的增加和渦輪效率的提高，充分利用廢氣中的能量，提高渦 輪的功率和扭矩輸出，提高發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)的增壓壓力并避免過高的排氣背壓。同時(shí)由于小 流道流通面積小、一級(jí)渦輪葉輪具有較大進(jìn)口直徑，可提高增壓器的加速響應(yīng)特性，降低增 壓遲滯的影響。所發(fā)明的復(fù)合渦輪裝置可有效提升發(fā)動(dòng)機(jī)低速性能并降低排放。在發(fā)動(dòng)機(jī)中高轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣量較多，進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥打開，閥門控制機(jī)構(gòu) 控制進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥的開度，合理分配進(jìn)入大小流道的氣體流量。由于大小流道的流通能力不同，一級(jí)渦輪和二級(jí)渦輪的做功能力和流通能力不同，通過改變進(jìn)入大小流道的流體的比 例，可有效調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣壓力和渦輪的功率輸出，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在中高速工況下的性能 和排放要求。本發(fā)明中的雙流道渦輪蝸殼結(jié)構(gòu)與普通雙流道渦輪蝸殼結(jié)構(gòu)相差不大，結(jié)構(gòu)簡 單、繼承性好、鑄造成品率較高；本發(fā)明中的復(fù)合渦輪葉輪通過現(xiàn)代CFD、FEA技術(shù)的分析和 優(yōu)化可獲得高的氣動(dòng)效率和高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；本發(fā)明中的復(fù)合渦輪裝置可采用現(xiàn)有鑄造和加 工設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，成本低且容易快速實(shí)現(xiàn)工程化。本發(fā)明中的進(jìn)氣調(diào)節(jié)控制機(jī)構(gòu)簡單，控制 方式容易實(shí)現(xiàn)，可靠性高。綜上所述，采用復(fù)合渦輪裝置可以有效地滿足發(fā)動(dòng)機(jī)全工況范圍的增壓要求，該 類型增壓器整體結(jié)構(gòu)不發(fā)生大的變化，不需要增加新型生產(chǎn)設(shè)備或改裝現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備，成 本低，容易實(shí)現(xiàn)，具有廣闊的市場(chǎng)推廣價(jià)值，可取得良好的應(yīng)用效果。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明


附圖1是本發(fā)明背景技術(shù)中旋葉式可變截面增壓器結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中復(fù)合渦輪裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中復(fù)合渦輪裝置的子午流道結(jié)構(gòu)示意圖；附圖4是本發(fā)明實(shí)施例1中采用鏤空型輪盤的復(fù)合渦輪葉輪結(jié)構(gòu)示意圖；附圖5是本發(fā)明實(shí)施例1中采用半封閉輪盤的復(fù)合渦輪葉輪結(jié)構(gòu)示意圖；附圖6是本發(fā)明實(shí)施例2中復(fù)合渦輪結(jié)構(gòu)示意圖；附圖7是本發(fā)明實(shí)施例3中復(fù)合渦輪結(jié)構(gòu)示意圖；附圖8是本發(fā)明實(shí)施例4中復(fù)合渦輪結(jié)構(gòu)示意圖；附圖9是本發(fā)明實(shí)施例5中復(fù)合渦輪結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-復(fù)合渦輪葉輪；2-雙流道渦輪蝸殼；3-進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥；4-蝸殼進(jìn)氣口 ； 5- 一級(jí)渦輪葉輪；6- 二級(jí)渦輪葉輪；7-小流道；8-大流道；9- 一級(jí)渦輪進(jìn)口部；10- —級(jí) 渦輪中間部；11-二級(jí)渦輪進(jìn)口部；12-二級(jí)渦輪中間部；13-渦輪出口部；14-蝸殼出氣口 ； 15-中間壁；16-氣流導(dǎo)向葉片；17-壓氣機(jī)殼；18-中間殼；19-傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；20-渦輪蝸殼； 21-噴嘴環(huán)支撐盤；22-蝸殼噴嘴；23-噴嘴葉片；24-渦輪葉輪；25-蝸殼排氣口 ；26-蝸殼 進(jìn)氣流道；27-浮動(dòng)軸承；28-渦輪轉(zhuǎn)子軸；29-壓氣機(jī)葉輪；30-鏤空型輪盤；31-半封閉 輪盤；32-上部殼體；33-連接螺栓；34-下部殼體；35-閥門控制機(jī)構(gòu)；Al-渦輪旋轉(zhuǎn)軸線； bl-—級(jí)渦輪葉輪的進(jìn)口寬度；b2-二級(jí)渦輪葉輪的進(jìn)口寬度；Dl-—級(jí)渦輪葉輪的進(jìn)口直 徑；D2-二級(jí)渦輪葉輪的進(jìn)口直徑。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，如附圖2所示，一種可變截面復(fù)合渦輪裝置，包括雙流道渦輪蝸殼2，所 述雙流道渦輪蝸殼2上設(shè)有兩個(gè)氣流通道，所述氣流通道包括小流道7和大流道8，雙流道 渦輪蝸殼2上設(shè)有與氣流通道連通的蝸殼出氣口 14和蝸殼進(jìn)氣口 4，在雙流道渦輪蝸殼2 內(nèi)設(shè)有復(fù)合渦輪葉輪1，所述復(fù)合渦輪葉輪1由兩個(gè)渦輪葉輪復(fù)合而成，兩個(gè)渦輪葉輪與兩 個(gè)氣流通道一一對(duì)應(yīng)配合，所述雙流道渦輪蝸殼進(jìn)口部設(shè)有氣流調(diào)節(jié)閥3和閥門控制機(jī)構(gòu)35。如附圖3所示，所述渦輪葉輪包括一級(jí)渦輪葉輪5和二級(jí)渦輪葉輪6，所述一級(jí)渦 輪葉輪5固接在二級(jí)渦輪葉輪6的外緣位置。所述一級(jí)渦輪葉輪5包括一級(jí)渦輪進(jìn)口部9和一級(jí)渦輪中間部10 ；二級(jí)渦輪葉輪 6包括二級(jí)渦輪進(jìn)口部11和二級(jí)渦輪中間部12，所述一級(jí)渦輪中間部10與二級(jí)渦輪進(jìn)口 部11固接，一級(jí)渦輪葉輪5和二級(jí)渦輪葉輪6共用一個(gè)渦輪出口部13。所述一級(jí)渦輪葉輪的進(jìn)口直徑Dl大于二級(jí)渦輪葉輪的進(jìn)口直徑D2 ；—級(jí)渦輪葉 輪的進(jìn)口寬度bl小于二級(jí)渦輪葉輪的進(jìn)口寬度b2。 一級(jí)和二級(jí)渦輪進(jìn)口部的進(jìn)口寬度和進(jìn)口直徑根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的具體性能要求進(jìn)行 設(shè)計(jì)，一級(jí)進(jìn)口部的進(jìn)口寬度bl和進(jìn)口直徑Dl以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)的性能和排放要求為 設(shè)計(jì)目標(biāo)，二級(jí)渦輪進(jìn)口部的進(jìn)口寬度b2和進(jìn)口直徑D2與一級(jí)渦輪葉輪相配合，以滿足發(fā) 動(dòng)機(jī)中高轉(zhuǎn)速時(shí)的性能和排放要求為設(shè)計(jì)目標(biāo)，并滿足發(fā)動(dòng)機(jī)額定點(diǎn)的通流能力要求，避 免增壓器超速和增壓壓力過高。大流道8位于靠近蝸殼出氣口 14的一側(cè)，小流道7位于遠(yuǎn)離蝸殼出氣口 14的一 側(cè)，小流道7的流通面積小于大流道8的流通面積，兩個(gè)流道的出口為并列分布，并且小流 道7出口與渦輪旋轉(zhuǎn)軸線Al的距離大于大流道8出口與渦輪旋轉(zhuǎn)軸線Al的距離，小流道 7的出口寬度小于大流道8的出口寬度，小流道7與一級(jí)渦輪葉輪5相配合，大流道8與二 級(jí)渦輪葉輪6相配合。所述雙流道渦輪蝸殼2的小流道7和大流道8通過中間壁15合理分隔，所述中間 壁15與雙流道渦輪蝸殼2鑄為一體。所述中間壁15的截面形狀為翼形，中間壁末端位于 大流道8 —側(cè)為直線，中間壁末端位于小流道7 —側(cè)為弧形，同復(fù)合渦輪葉輪的一級(jí)渦輪中 間部10相配合；中間壁的厚度由復(fù)合渦輪的一級(jí)渦輪中間部10的軸向長度決定，當(dāng)厚度較 大時(shí)，中間壁的內(nèi)部設(shè)為空心結(jié)構(gòu)。如附圖4所示，所述復(fù)合渦輪葉輪1的輪盤可為鏤空型輪盤30，采用這種結(jié)構(gòu)可獲 得較小的渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高渦輪增壓器的加速響應(yīng)特性。在發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣量較少，進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥3關(guān)閉，所有排氣全部進(jìn) 入小流道7，經(jīng)小流道7進(jìn)入復(fù)合渦輪的一級(jí)渦輪進(jìn)口部9做功。小流道7具有較小的流 通截面積，可有效提高渦輪蝸殼進(jìn)口的進(jìn)氣壓力，增大進(jìn)入渦輪的廢氣能量；一級(jí)渦輪進(jìn)口 部9具有較小的進(jìn)氣寬度bl，較小的進(jìn)氣寬度使得一級(jí)渦輪進(jìn)口部9的進(jìn)口面積較小，可有 效避免發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)過大的渦輪進(jìn)氣角度，降低渦輪進(jìn)口的進(jìn)氣沖角損失；一級(jí)渦輪進(jìn)口 部9又具有較大的進(jìn)口直徑D1，在轉(zhuǎn)速不變的情況下可獲得較高的輪周速度，可有效避免 發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)過小的U/C，使渦輪工作在高效區(qū)域，同時(shí)采用較大的進(jìn)口直徑可獲得較大的 渦輪扭矩，提高渦輪的做功能力。通過渦輪進(jìn)氣能量的增加和渦輪效率的提高，充分利用廢 氣中的能量，提高渦輪的功率和扭矩輸出，提高發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)的增壓壓力并避免過高的排 氣背壓。同時(shí)由于小流道7流通面積小、一級(jí)渦輪具有較大進(jìn)口直徑D1，可提高渦輪的加速 響應(yīng)特性。所述復(fù)合渦輪裝置可有效提升發(fā)動(dòng)機(jī)低速性能并降低排放。在發(fā)動(dòng)機(jī)中高轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣量較多，進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥3打開，閥門控制機(jī) 構(gòu)35控制進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥3的開度，合理分配進(jìn)入大小流道的氣體流量。由于大小流道的流通 能力不同，一級(jí)渦輪和二級(jí)渦輪的做功能力和流通能力不同，通過改變進(jìn)入大小流道的流
7體的比例，可有效調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣壓力和渦輪的功率輸出，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)在中高速工況下 的性能和排放要求。本發(fā)明專利針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)可變截面渦輪增壓器的需求，完成了復(fù)合渦輪裝置的開 發(fā)，采用兩級(jí)渦輪復(fù)合的方式，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)的渦輪進(jìn)氣壓力并提高了渦輪效率，提 高了發(fā)動(dòng)機(jī)的低速扭矩和輸出功率，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的加速響應(yīng)特性，同時(shí)兼顧了發(fā)動(dòng)機(jī)低 速和中高速工況下的增壓需求。該類型復(fù)合渦輪裝置可以采用現(xiàn)有普通增壓器的鑄造及加 工技術(shù)完成。上述實(shí)施例1中，如附圖5所示，所述復(fù)合渦輪葉輪1的輪盤也可為半封閉輪盤 31，采用這種結(jié)構(gòu)后由輪盤背部的間隙導(dǎo)致的流動(dòng)損失減小，渦輪效率提高，同時(shí)還可以提 高渦輪葉輪的強(qiáng)度。實(shí)施例2，如附圖6所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1不同之處在于將雙流道蝸殼2的大 流道8和小流道7的位置互換，將復(fù)合渦輪葉輪1的一級(jí)渦輪葉輪5與二級(jí)渦輪葉輪6位 置互換。此時(shí)大流道8位于遠(yuǎn)離蝸殼出氣口 14的一側(cè)，小流道7位于靠近蝸殼出氣口 14 的一側(cè)，一級(jí)渦輪葉輪5位于輪緣一側(cè)，二級(jí)渦輪葉輪6位于輪盤一側(cè)。采用這種配置后，可消除輪盤背部間隙導(dǎo)致的流動(dòng)損失，進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)低速 時(shí)一級(jí)渦輪的效率。由于一級(jí)渦輪進(jìn)口直徑Dl較大，為安裝方便，雙流道渦輪蝸殼2采用 分體鑄造，將雙流道渦輪蝸殼分為上部殼體32和下部殼體34兩部分，分別鑄造并在密封面 處留有加工余量，密封面加工后采用螺栓33緊固加密封墊的連接方式，同時(shí)調(diào)整相應(yīng)的增 壓器裝配工藝。本發(fā)明專利針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)可變截面渦輪增壓器的需求，完成了復(fù)合渦輪裝置的開 發(fā)，采用兩級(jí)渦輪復(fù)合的方式，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)的渦輪進(jìn)氣壓力并提高了渦輪效率，提 高了發(fā)動(dòng)機(jī)的低速扭矩和輸出功率，改善了發(fā)動(dòng)機(jī)的加速響應(yīng)特性，同時(shí)兼顧了發(fā)動(dòng)機(jī)低 速和中高速工況下的增壓需求。該類型復(fù)合渦輪裝置可以采用現(xiàn)有普通增壓器的鑄造及加 工技術(shù)完成。實(shí)施例3，如圖7所示，上述實(shí)施例1中，還可以在大流道8的噴嘴設(shè)置氣流導(dǎo)向葉 片16，氣流導(dǎo)向葉片16傾斜安裝在大流道8的噴嘴處。氣流導(dǎo)向葉片16向渦輪旋轉(zhuǎn)方向 傾斜，以保證氣流按規(guī)定的角度進(jìn)入渦輪。采用此種技術(shù)方案可提高發(fā)動(dòng)機(jī)中高速時(shí)的廢 氣能量利用效率，并有效阻止發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)二級(jí)渦輪進(jìn)口處產(chǎn)生的回流進(jìn)入大流道8。實(shí)施例4，如圖8所示，上述實(shí)施例1中，還可以在小流道7的噴嘴處設(shè)置氣流導(dǎo)向 葉片16，氣流導(dǎo)向葉片16傾斜安裝在小流道7的噴嘴處。氣流導(dǎo)向葉片16向渦輪旋轉(zhuǎn)方 向傾斜，以保證氣流按規(guī)定的方向流入渦輪。采用此種技術(shù)方案能提高發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)的渦 輪效率，提高發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)的廢氣能量利用效率。實(shí)施例5，如圖9所示，上述實(shí)施例1中，還可以在大流道8和小流道7的噴嘴處同 時(shí)布置氣流導(dǎo)向葉片16，氣流導(dǎo)向葉片16傾斜安裝在大流道8和小流道7的噴嘴處。氣流 導(dǎo)向葉片16向渦輪旋轉(zhuǎn)方向傾斜，以保證氣流按規(guī)定的方向流入渦輪，大流道8噴嘴處的 氣流導(dǎo)向葉片可有效阻止發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)二級(jí)渦輪進(jìn)口處產(chǎn)生的回流進(jìn)入大流道8。采用此 種技術(shù)方案能提高發(fā)動(dòng)機(jī)大部分工況下對(duì)廢氣能量的利用效率，滿足發(fā)動(dòng)機(jī)各工況的增壓 要求。本發(fā)明專利針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)可變截面渦輪增壓器的需求，完成了復(fù)合渦輪裝置的開發(fā)，采用兩級(jí)渦輪復(fù)合的方式，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)的渦輪進(jìn)氣壓力并提高了渦輪效率，提 高了發(fā)動(dòng)機(jī)的低速扭矩和輸出功率，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的加速響應(yīng)特性，同時(shí)兼顧了發(fā)動(dòng)機(jī)低 速和中高速工況下的增壓需求。該類型復(fù)合渦輪裝置可以采用現(xiàn)有普通增壓器的鑄造及加 工技術(shù)完成。
權(quán)利要求
一種可變截面復(fù)合渦輪裝置，包括雙流道渦輪蝸殼(2)，所述雙流道渦輪蝸殼(2)上設(shè)有兩個(gè)氣流通道，雙流道渦輪蝸殼(2)上設(shè)有與氣流通道連通的蝸殼出氣口(14)和蝸殼進(jìn)氣口(4)，在雙流道渦輪蝸殼(2)內(nèi)設(shè)有復(fù)合渦輪葉輪(1)，其特征在于所述復(fù)合渦輪葉輪(1)由兩個(gè)渦輪葉輪復(fù)合而成，兩個(gè)渦輪葉輪與兩個(gè)氣流通道一一對(duì)應(yīng)配合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變截面復(fù)合渦輪裝置，其特征在于所述渦輪葉輪包括一 級(jí)渦輪葉輪(5)和二級(jí)渦輪葉輪(6)，所述一級(jí)渦輪葉輪(5)固接在二級(jí)渦輪葉輪(6)的外 緣位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變截面復(fù)合渦輪裝置，其特征在于所述一級(jí)渦輪葉輪(5) 包括一級(jí)渦輪進(jìn)口部(9)和一級(jí)渦輪中間部(10) ；二級(jí)渦輪葉輪(6)包括二級(jí)渦輪進(jìn)口部 (11)和二級(jí)渦輪中間部(12)，所述一級(jí)渦輪中間部(10)與二級(jí)渦輪進(jìn)口部(11)固接，一 級(jí)渦輪葉輪(5)和二級(jí)渦輪葉輪(6)共用一個(gè)渦輪出口部(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的可變截面復(fù)合渦輪裝置，其特征在于所述一級(jí)渦輪葉 輪(5)設(shè)置在靠近渦輪輪盤一側(cè)，二級(jí)渦輪葉輪(6)設(shè)置在靠近渦輪輪緣一側(cè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可變截面復(fù)合渦輪裝置，其特征在于所述渦輪輪盤為鏤空 型輪盤(30)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的可變截面復(fù)合渦輪裝置，其特征在于所述渦輪輪盤為半封 閉輪盤(31)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變截面復(fù)合渦輪裝置，其特征在于所述氣流通道包括小 流道(7)和大流道(8)，所述小流道(7)與一級(jí)渦輪(5)相配合，大流道(8)與二級(jí)渦輪(6) 相配合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可變截面復(fù)合渦輪裝置，其特征在于所述小流道(7)的出 口與渦輪旋轉(zhuǎn)軸線(Al)的距離大于大流道(8)的出口與渦輪旋轉(zhuǎn)軸線(Al)的距離，小流 道(7)的出口寬度小于大流道(8)的出口寬度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的可變截面復(fù)合渦輪裝置，其特征在于所述小流道(7)與大 流道⑶之間設(shè)有中間壁(15)，所述中間壁(15)與雙流道渦輪蝸殼(2)鑄為一體，所述中 間壁(15)的截面形狀為翼形，中間壁末端位于大流道(8) —側(cè)為直線結(jié)構(gòu)，中間壁末端位 于小流道(7) —側(cè)為弧形結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的可變截面復(fù)合渦輪裝置，其特征在于小流道(7)位于遠(yuǎn)離 蝸殼出氣口(14)的一側(cè)，大流道(8)位于靠近蝸殼出氣口(14)的一側(cè)，所述一級(jí)渦輪葉輪 (5)設(shè)置在靠近渦輪輪盤的一側(cè)，二級(jí)渦輪葉輪(6)設(shè)置在靠近渦輪輪緣的一側(cè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的可變截面復(fù)合渦輪裝置，其特征在于小流道(7)位于靠 近蝸殼出氣口(14)的一側(cè)，所述大流道(8)位于遠(yuǎn)離蝸殼出氣口(14)的一側(cè)，所述一級(jí)渦 輪葉輪(5)設(shè)置在靠近渦輪輪緣的一側(cè)，二級(jí)渦輪葉輪(6)設(shè)置在靠近渦輪輪盤的一側(cè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可變截面復(fù)合渦輪裝置，其特征在于在大流道(8)的噴 嘴處設(shè)有氣流導(dǎo)向葉片(16)，所述氣流導(dǎo)向葉片(16)傾斜安裝。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可變截面復(fù)合渦輪裝置，其特征在于小流道(7)的噴嘴 處設(shè)有氣流導(dǎo)向葉片(16)，所述氣流導(dǎo)向葉片(16)傾斜安裝。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的可變截面復(fù)合渦輪裝置，其特征在于在小流道(7)和大 流道⑶的噴嘴處分別設(shè)有氣流導(dǎo)向葉片(16)，所述氣流導(dǎo)向葉片(16)傾斜安裝。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可變截面復(fù)合渦輪裝置，包括雙流道渦輪蝸殼，所述雙流道渦輪蝸殼上設(shè)有兩個(gè)氣流通道，雙流道渦輪蝸殼上設(shè)有與氣流通道連通的蝸殼出氣口和蝸殼進(jìn)氣口，在雙流道渦輪蝸殼內(nèi)設(shè)有復(fù)合渦輪葉輪，所述復(fù)合渦輪葉輪由兩個(gè)渦輪葉輪復(fù)合而成，兩個(gè)渦輪葉輪與兩個(gè)氣流通道一一對(duì)應(yīng)配合，本發(fā)明通過對(duì)渦輪增壓器渦輪的設(shè)計(jì)開發(fā)，采用復(fù)合渦輪裝置實(shí)現(xiàn)可變截面功能，有效地解決了旋葉式可變截面增壓器的可靠性差、成本高的不足，能夠有效提高發(fā)動(dòng)機(jī)低速時(shí)渦輪的效率并增大渦輪的扭矩輸出。
文檔編號(hào)F02B37/24GK101985897SQ20101027995
公開日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月14日
發(fā)明者劉功利, 宋麗華, 朱智富, 李延昭, 李永泰, 楊國強(qiáng), 王航, 郭曉偉 申請(qǐng)人:康躍科技股份有限公司