CN102562185B - 带导流叶片的双通道变截面蜗壳装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带导流叶片的双通道变截面蜗壳装置，包括蜗壳，蜗壳内设有蜗壳进气口、蜗壳出气口以及蜗壳进气流道和蜗壳扩压通道；蜗壳进气流道内设有气动隔板，气动隔板将蜗壳进气流道分隔为蜗壳进气内流道和蜗壳进气外流道；蜗壳进气外流道位于蜗壳进气内流道的周向外侧；蜗壳进气外流道和蜗壳进气内流道靠近蜗壳扩压通道的位置分别设有无叶喷嘴；蜗壳进气外流道内靠近无叶喷嘴处呈环形均匀设有若干片机翼型气动式导流叶片，对于脉冲增压***，内流道工作在发动机低速区，可以更好地利用脉冲能量，高速时，外流道可以不用分成两个流道，用一个流道即可获得足够能量，这样进一步简化了产品结构，减轻了产品重量。

Description

带导流叶片的双通道变截面蜗壳装置

技术领域

本发明涉及一种双通道变截面蜗壳装置，具体地说是通过涉及一种改进增压器效率的带导流叶片的双通道变截面蜗壳装置，属于内燃机增压领域。 

背景技术

近年来，随着排放法规要求的日益严格，人们对兼顾发动机高低速性能的增压器的需求越来越强烈，满足发动机全工况范围内性能要求的双流道可变截面涡轮增压器成为了内燃机行业研究的重点。 

如图1所示，专利CN200910016706.6公开了一种涡轮增压器双层流道变截面涡轮机实施例1结构，包括蜗壳1、蜗壳扩压通道2、动力涡轮3，蜗壳1的空腔内设有蜗壳进气流道分隔壁4，蜗壳进气流道分隔壁4将蜗壳1的空腔分隔成蜗壳进气外流道5和与蜗壳扩压通道2连通的蜗壳进气内流道6，蜗壳进气外流道5套装在蜗壳进气内流道6的外侧，蜗壳进气内流道6为单流道，蜗壳进气外流道5内设有流道肋板7，蜗壳进气流道分隔壁4通过流道肋板7与蜗壳1的壳体一体连接。蜗壳进气内流道6在发动机全工况范围内应用，蜗壳进气外流道5在发动机中高转速范围内通过调节结构的轴向运动控制蜗壳进气外流道5的开启和通流面积，实现变截面涡轮机的功能。 

如图2所示，专利CN200910016706.6公开了一种涡轮增压器双层流道变截面涡轮机实施例2结构，包括蜗壳1、蜗壳扩压通道2、动力涡轮3，蜗壳1的空腔内设有蜗壳进气流道分隔壁4，蜗壳进气流道分隔壁4将蜗壳1的空腔分隔成蜗壳进气外流道5和与蜗壳扩压通道2连通的蜗壳进气内流道6，蜗壳进气外流道5套装在蜗壳进气内流道6的外侧，蜗壳进气外流道5内设有流道肋板7，蜗壳进气流道分隔壁4通过流道肋板7与蜗壳1的壳体一体连接。蜗壳进气内流道内设有脉冲内流道肋板8，脉冲内流道肋板8将蜗壳进气内流道间隔成左侧脉冲内流道9和右侧脉冲内流道10。脉冲流道充分利用发动机中低速工况下的排气***能量，蜗壳进气外流道5位于左侧脉冲内流道9和右侧脉冲内流道10的外侧，蜗壳进气外流道5在发动机中高转速范围内通过调节结构的轴向运动控制蜗壳进气外流道5的开启和通流面积，实现变截面涡轮机的功能。 

上述专利针对涡轮增压器变截面涡轮机的需要，完成了双层蜗壳进气流道和脉冲增压变截面涡轮机的开发，有效的利用了发动机的废气能量，兼顾了发动机低速和高速工况下的增压需求。但所设计的结构：流道肋板仅起到固定支撑连接的作用，此外，在流道肋板壁面会造成一定的壁面摩擦损失，并不具备改善气流特性的特点。 

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种减少流道肋板造成的壁面摩擦损失，通过导流叶片对进气流的导流作用，进一步改进增压器效率的带导流叶片的双通道变截面蜗壳装置。 

为了解决上述问题，本发明采用了以下技术方案： 

一种带导流叶片的双通道变截面蜗壳装置，包括蜗壳，所述蜗壳内设有蜗壳进气口、蜗壳出气口以及蜗壳进气流道和蜗壳扩压通道；

所述蜗壳进气流道内设有气动隔板，所述气动隔板将蜗壳进气流道分隔为蜗壳进气内流道和蜗壳进气外流道；

所述蜗壳进气外流道位于所述蜗壳进气内流道的周向外侧；

所述蜗壳进气外流道和蜗壳进气内流道靠近蜗壳扩压通道的位置分别设有无叶喷嘴；

蜗壳进气外流道内靠近无叶喷嘴处呈环形均匀设有若干片机翼型气动式导流叶片。

以下是本发明对上述方案的进一步改进： 

所述导流叶片的一端与蜗壳进气外流道内壁一体铸造连接，另一端与气动隔板位于蜗壳进气外流道一侧的内壁一体铸造连接。

通过铸造工艺将导流叶片固定在蜗壳进气外流道上，一方面，减少了高速废气流对涡轮叶轮的撞击，防止涡轮叶轮产生振动。另一方面，通过设计固定在蜗壳壳体上的导流叶片将气动隔板与蜗壳壳体铸造在一起，起到固定连接的作用。 

进一步改进：所述蜗壳进气内流道的进气口与蜗壳进气口相连通，所述蜗壳进气外流道进气口与蜗壳进气内流道的进气口相连通。 

进一步改进：所述蜗壳进气外流道与蜗壳进气外流道进气口之间设有蜗壳进气外流道控制室，蜗壳进气外流道进气口处设有与之匹配的蜗壳进气外流道端盖。 

进一步改进：所述蜗壳进气外流道控制室内设有进气调节阀门，气动隔板上与进气调节阀门相对应的位置设有进气调节阀门相匹配的配合面，所述进气调节阀门在进气调节控制装置的带动下处于打开和闭合状态，从而实现蜗壳进气外流道的工作和不工作状态。 

所述蜗壳进气外流道控制室的空间限制了进气调节阀门开启的角度，从而限制了进入蜗壳进气外流道的废气流量。 

所述配合面的设计目的是为了当进气调节阀门处于关闭状态时，进气调节阀门与蜗壳进气外流道紧密配合，防止发动机低工况下，仅进入蜗壳进气内流道的气流流入蜗壳进气外流道，造成进气效率降低。 

进一步改进：为适用于定压增压***，例如四缸发动机，所述蜗壳进气口为单进气口。 

另一种改进：为适用于脉冲增压***，例如六缸发动机，所述蜗壳进气口还可以为双进气口：包括蜗壳左侧进气口和蜗壳右侧进气口。 

进一步改进：所述蜗壳进气内流道设有脉冲内流道肋板，所述脉冲内流道肋板将蜗壳进气内流道分为左侧脉冲内流道和右侧脉冲内流道； 

所述左侧脉冲内流道和右侧脉冲内流道分别与蜗壳左侧进气口和蜗壳右侧进气口相连接。

进一步改进：所述脉冲内流道肋板的截面呈渐缩型，所述脉冲内流道肋板与气动隔板一体铸造连接。 

进一步改进：所述左侧脉冲内流道的进气口和右侧脉冲内流道的进气口分别与蜗壳左侧进气口和蜗壳右侧进气口相连通； 

所述蜗壳进气外流道左侧进气口和蜗壳进气外流道右侧进气口分别与左侧脉冲内流道的进气口和右侧脉冲内流道的进气口相连通。

本发明采用上述方案，当发动机处于低速工况时，进气调节阀门在进气调节阀门控制装置的带动下处于关闭状态，蜗壳进气外流道被关闭，处于不工作状态。此时，从发动机排出的废气流仅流经蜗壳进气内流道，从而带动涡轮做功。 

发动机在中、高速工况下，进气调节阀门在进气调节阀门控制装置的带动下处于打开状态，蜗壳进气外流道被打开，处于工作状态。此时，从发动机排出的废气在气动隔板的带动下，分别流经蜗壳进气内流道和蜗壳进气外流道，流经蜗壳内流道的气流带动涡轮做功，而此时流经蜗壳进气外流道的气流在均匀分布的固定导流叶片的诱导下以合适的气流角带动涡轮有效做功。所设导流叶片可诱导废气流均匀的、以合适的气流角进入涡轮，减少了高速进气流对涡轮叶轮的撞击损失，提高了进气效率，从而有效提高了涡轮机效率。 

通过在双通道蜗壳进气外流道的无叶喷嘴位置设置固定的均匀分布的导流叶片，对于脉冲增压***，内流道工作在发动机低速区，可以更好地利用脉冲能量，高速时，外流道可以不用分成两个流道，用一个流道即可获得足够能量，这样进一步简化了产品结构，减轻了产品重量。 

综上所述，本发明中的蜗壳结构与常规的双通道涡轮增压器蜗壳结构基本相同，保证了与发动机排气管路连接不变，结构简单、继承性好、成本低、容易快速实现工程化，发明中的进气调节装置结构简单，控制方式容易实现，可靠性高。 

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。 

附图说明

附图1是背景技术中涡轮增压器双层流道变截面涡轮机实施例1的结构示意图； 

附图2是背景技术中涡轮增压器双层流道变截面涡轮机实施例2的结构示意图；

附图3是本发明实施例1中带导流叶片的双通道变截面蜗壳的结构示意图；

附图4是本发明实施例1中带导流叶片的双通道变截面蜗壳轴向剖面图；

附图5是本发明实施例1带导流叶片的双通道变截面蜗壳径向剖面图；

附图6是本发明实施例2带导流叶片的双通道变截面蜗壳的结构示意图；

附图7是本发明实施例2中带导流叶片的双通道变截面蜗壳轴向剖面图。

图中：1-蜗壳；2-蜗壳扩压通道；3-动力涡轮；4-蜗壳进气流道分隔壁；5-蜗壳进气外流道；6-蜗壳进气内流道；7-流道肋板；8-脉冲内流道肋板；9-左侧脉冲内流道；10-右侧脉冲内流道；11-蜗壳进气口；12-蜗壳出气口；13--气动隔板；14-导流叶片；15-无叶喷嘴；16-蜗壳进气外流道内壁；17-蜗壳进气外流道进气口；18-蜗壳进气外流道控制室；19-蜗壳进气外流道端盖；20-进气调节阀门；21-配合面；22-蜗壳进气外流道左侧进气口；23-蜗壳进气外流道右侧进气口；24-蜗壳左侧进气口；25-蜗壳右侧进气口。 

具体实施方式

实施例1，如图3、图4所示，一种带导流叶片的双通道变截面蜗壳装置，包括蜗壳1，所述蜗壳1内设有蜗壳进气口11、蜗壳出气口12以及蜗壳进气流道和蜗壳扩压通道2； 

所述蜗壳进气流道内设有气动隔板13，所述气动隔板13将蜗壳进气流道分隔为蜗壳进气内流道6和蜗壳进气外流道5；

所述蜗壳进气外流道5位于所述蜗壳进气内流道6的周向外侧；

所述蜗壳进气外流道5和蜗壳进气内流道6靠近蜗壳扩压通道2的位置分别设有无叶喷嘴15；

蜗壳进气外流道5内靠近无叶喷嘴15处呈环形均匀设有若干片机翼型气动式导流叶片14。

所述蜗壳进气内流道6为单一流道，所述蜗壳进气内流道6在发动机全工况范围内工作。 

所述气动隔板13的设计符合空气动力学原理，能很好的诱导废气流进入蜗壳进气流道。 

所述导流叶片14的设计，是为了在发动机中、高工况下，可以充分诱导流经蜗壳进气外流道5的废气流速度加快并以合适气流角流入涡轮叶轮，减少废气流对涡轮叶轮的撞击损失，从而提高涡轮进气效率。 

所述导流叶片14的一端与蜗壳进气外流道内壁16一体铸造连接，另一端与气动隔板13位于蜗壳进气外流道5一侧的内壁一体铸造连接。 

通过铸造工艺将导流叶片14固定在蜗壳进气外流道5上，一方面，减少了高速废气流对涡轮叶轮的撞击，防止涡轮叶轮产生振动。另一方面，通过设计固定在蜗壳1壳体上的导流叶片14将气动隔板13与蜗壳1壳体铸造在一起，起到固定连接的作用。 

如图5所示，所述蜗壳进气内流道6的进气口与所述蜗壳进气口11相连通，所述蜗壳进气外流道进气口17与蜗壳进气内流道6的进气口相连通。 

所述蜗壳进气外流道5与蜗壳进气外流道进气口17之间设有蜗壳进气外流道控制室18，蜗壳进气外流道进气口17处设有与之匹配的蜗壳进气外流道端盖19，以实现对蜗壳进气外流道5的进气流的密封作用。 

为保证发动机中、高工况下，蜗壳进气外流道5有效工作，所述蜗壳进气外流道控制室18内设有进气调节阀门20，气动隔板13上与进气调节阀门20相对应的位置设有进气调节阀门20相匹配的配合面21，所述进气调节阀门20在进气调节控制装置的带动下处于打开和闭合状态，从而实现蜗壳进气外流道5的工作和不工作状态。 

所述蜗壳进气外流道控制室18的空间限制了进气调节阀门20开启的角度，从而限制了进入蜗壳进气外流道5的废气流量。 

所述配合面21的设计目的是为了当进气调节阀门20处于关闭状态时，进气调节阀门20与蜗壳进气外流道5紧密配合，防止发动机低工况下，仅进入蜗壳进气内流道6的气流流入蜗壳进气外流道5，造成进气效率降低。 

为适用于定压增压***，例如四缸发动机，所述蜗壳进气口11设计为单进气口。 

发动机中、高工况下，在进气调节控制装置的带动下，进气调节阀门20（虚线位置）处于打开状态，此时，蜗壳进气外流道5处于工作状态，经发动机排出的废气流经蜗壳进气口流入蜗壳进气内流道6和蜗壳进气外流道5，废气流经蜗壳进气内流道6和蜗壳进气外流道5进入涡轮，从而带动涡轮做功。由于在蜗壳进气外流道5靠近无叶喷嘴15位置设置了固定的、均匀分布的机翼型气动式导流叶片14，可以诱导流经蜗壳进气外流道5的气流均匀进入涡轮，防止无叶喷嘴15处产生气流阻塞，减少了无叶喷嘴15处的废气流对涡轮的撞击损失，提高涡轮进气效率。 

发动机低工况下，在进气调节控制装置的带动下，进气调节阀门20（实线位置）处于关闭状态，此时蜗壳进气外流道5处于不工作状态，经发动机排出的废气流仅流经蜗壳进气内流道6，由于蜗壳进气流道的做功截面积减少，因此提高了蜗壳废气流的进气速度，从而提高了低速工况的涡轮效率。 

实施例2，如图6所示，为适用于脉冲增压***，例如六缸发动机，上述实施例1中，还可以将蜗壳进气口11设计为双进气口：包括蜗壳左侧进气口24和蜗壳右侧进气口25。 

如图7所示，所述蜗壳进气内流道6设有脉冲内流道肋板8，所述脉冲内流道肋板8将蜗壳进气内流道6分为左侧脉冲内流道9和右侧脉冲内流道10。 

所述左侧脉冲内流道9和右侧脉冲内流道10分别与蜗壳左侧进气口24和蜗壳右侧进气口25相连接。 

所述脉冲内流道肋板8的截面呈渐缩型，所述脉冲内流道肋板8与气动隔板13铸造连接。 

所述左侧脉冲内流道9的进气口和右侧脉冲内流道10的进气口分别与蜗壳左侧进气口24和蜗壳右侧进气口25相连通，所述蜗壳进气外流道左侧进气口22和蜗壳进气外流道右侧进气口23分别与左侧脉冲内流道9的进气口和右侧脉冲内流道10的进气口相连通。 

发动机中、高工况下，对于脉冲增压***，外流道可以不用分成两部分，用一个流道即可获得足够能量，在进气调节控制装置的带动下，进气调节阀门处于打开状态，此时，蜗壳进气外流道处于工作状态，经发动机排出的脉冲气流流经蜗壳进气口流入蜗壳进气内流道和蜗壳进气外流道，脉冲流流经蜗壳进气内流道和蜗壳进气外流道进入涡轮，从而带动涡轮做功。由于在蜗壳进气外流道靠近无叶喷嘴位置设置了固定的、均匀分布的数片机翼型气动式导流叶片，可以很好的诱导流经蜗壳进气外流道的气流以合适的气流角均匀的进入涡轮叶轮，防止喷嘴处产生气流阻塞，减少了蜗壳喷嘴处的脉冲流流对涡轮的撞击损失，从而提高了涡轮机效率。 

发动机低工况下，在进气调节控制装置的带动下，进气调节阀门处于关闭状态，此时蜗壳进气外流道处于不工作状态，蜗壳进气内流道分成两个流道，可获得很好的脉冲能量，经发动机排出的脉冲气流仅流经左侧脉冲内流道和右侧脉冲内流道，由于蜗壳进气流道截面积减少，因此提高了蜗壳废气流的进气速度，从而提高了低速工况的涡轮效率。 

Claims (8)

1.一种带导流叶片的双通道变截面蜗壳装置，包括：

蜗壳（1），所述蜗壳（1）内设有蜗壳进气口（11）、蜗壳出气口（12）以及蜗壳进气流道和蜗壳扩压通道（2）；

所述蜗壳进气流道内设有气动隔板（13），所述气动隔板（13）将蜗壳进气流道分隔为蜗壳进气内流道（6）和蜗壳进气外流道（5）；

所述蜗壳进气外流道（5）位于所述蜗壳进气内流道（6）的周向外侧；

所述蜗壳进气外流道（5）和蜗壳进气内流道（6）靠近蜗壳扩压通道（2）的位置分别设有无叶喷嘴（15）；

其特征在于：蜗壳进气外流道（5）内靠近无叶喷嘴（15）处呈环形均匀设有若干片机翼型气动式导流叶片（14）；

所述导流叶片（14）的一端与蜗壳进气外流道内壁（16）一体铸造连接，另一端与气动隔板（13）位于蜗壳进气外流道（5）一侧的内壁一体铸造连接；

所述蜗壳进气内流道（6）的进气口与蜗壳进气口（11）相连通，所述蜗壳进气外流道进气口（17）与蜗壳进气内流道（6）的进气口相连通。

2.根据权利要求1所述的带导流叶片的双通道变截面蜗壳装置，其特征在于：

所述蜗壳进气外流道（5）与蜗壳进气外流道进气口（17）之间设有蜗壳进气外流道控制室（18），蜗壳进气外流道进气口（17）处设有与之匹配的蜗壳进气外流道端盖（19）。

3.根据权利要求2所述的带导流叶片的双通道变截面蜗壳装置，其特征在于：所述蜗壳进气外流道控制室（18）内设有进气调节阀门（20），气动隔板（13）上与进气调节阀门（20）相对应的位置设有进气调节阀门（20）相匹配的配合面（21），所述进气调节阀门（20）在进气调节控制装置的带动下处于打开和闭合状态。

4.根据权利要求3所述的带导流叶片的双通道变截面蜗壳装置，其特征在于：所述蜗壳进气口（11）为单进气口。

5.根据权利要求4所述的带导流叶片的双通道变截面蜗壳装置，其特征在于：所述蜗壳进气口（11）为双进气口：包括蜗壳左侧进气口（24）和蜗壳右侧进气口（25）。

6.根据权利要求5所述的带导流叶片的双通道变截面蜗壳装置，其特征在于：

所述蜗壳进气内流道（6）设有脉冲内流道肋板（8），所述脉冲内流道肋板（8）将蜗壳进气内流道（6）分为左侧脉冲内流道（9）和右侧脉冲内流道（10）；

所述左侧脉冲内流道（9）和右侧脉冲内流道（10）分别与蜗壳左侧进气口（24）和蜗壳右侧进气口（25）相连接。

7.根据权利要求6所述的带导流叶片的双通道变截面蜗壳装置，其特征在于：所述脉冲内流道肋板（8）的截面呈渐缩型，所述脉冲内流道肋板（8）与气动隔板（13）一体铸造连接。

8.根据权利要求7所述的带导流叶片的双通道变截面蜗壳装置，其特征在于：

所述左侧脉冲内流道（9）的进气口和右侧脉冲内流道（10）的进气口分别与蜗壳左侧进气口（24）和蜗壳右侧进气口（25）相连通；

所述蜗壳进气外流道左侧进气口（22）和蜗壳进气外流道右侧进气口（23）分别与左侧脉冲内流道（9）的进气口和右侧脉冲内流道（10）的进气口相连通。