CN108757153A - 可变涡流导向增压器 - Google Patents

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张卫波
刘丰
林镇北
朱清
梁昆
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Abstract

本发明提出可变涡流导向增压器，所述导向增压器包括筒形的导风管和在气流方向上顺序设置的气流挡板、涡流导风结构；所述气流挡板设于导风管入口处；气流挡板与开度调节机构相连；所述涡流导风结构包括多个形状相同的导流叶；多个导流叶连接为放射形的中心对称结构；当空气进入导风管时，开度调节结构对气流挡板的角度进行调节以调节导风管的进气量；进入导风管的空气在经过涡流导风结构时，所述导流叶对空气流进行导向使之形成涡流；本发明能在发动机进气时在发动机吸入空气中形成涡流，以提升发动机的燃烧效率。

Description

可变涡流导向增压器
技术领域
本发明涉及发动机技术领域，尤其是可变涡流导向增压器。
背景技术
为了追求更高的热效率,几乎所有新设计的柴油机都采用直喷式燃烧室,为了使燃油得到良好的雾化和燃烧,这种燃烧室不仅对喷油***的要求较高,往往也要求组织缸内气流,尤其柴油机缸径较小时,燃油的雾化和燃烧很大程度上依赖于缸内的涡流。随着排放法规越来越严格,柴油机对缸内涡流的组织的要求也越来越高,在各工况下都应该组织适合的涡流强度以达到改善燃烧、降低有害排放的目的。但是,柴油机缸内涡流的组织主要依靠进气道形状,在进气道形状一定的情况下,有可能造成进气道通流特性与涡流特性之间的矛盾。例如为了满足高转速工况充量系数的要求,有可能造成低转速时缸内涡流强度不足,使得柴油机在低转速时燃料与空气混合不充分,燃烧恶化,有害排放增加。所以现代柴油机希望能设计可变涡流装置来满足不同转速下燃烧所需的涡流强度。
柴油机在不同工况下的最佳涡流强度是不同的，一般来说，低速工况时需要较强的涡流运动，高速工况时需要较弱的涡流运动。而常规的进气***的设置不能实现涡流强度的控制，无法满足各个工况对涡流强度的要求。
发明内容
本发明提出可变涡流导向增压器，能在发动机进气时在发动机吸入空气中形成涡流，以提升发动机的燃烧效率。
本发明采用以下技术方案。
可变涡流导向增压器，所述导向增压器包括筒形的导风管和在气流方向上顺序设置的气流挡板、涡流导风结构；所述气流挡板设于导风管入口处；气流挡板与开度调节机构相连；所述涡流导风结构包括多个形状相同的导流叶；多个导流叶连接为放射形的中心对称结构；当空气进入导风管时，开度调节结构对气流挡板的角度进行调节以调节导风管的进气量；进入导风管的空气在经过涡流导风结构时，所述导流叶对空气流进行导向使之形成涡流。
所述涡流导风结构包括三个形状相同的导流叶；每个导流叶由两个形状相同、中心对称的子叶片连体组成；每个导流叶中的两个子叶片沿中心线对折成60度，每个子叶片的上下边缘均呈斜线形。
所述子叶片的外边缘处设有两个挂耳；所述导风管外壳侧壁处设置叶片安装孔；所述子叶片以挂耳钩挂固定于叶片安装孔处。
每个子叶片以两个挂耳钩挂于两个导风管外壳的两个叶片安装孔处；每个子叶片所对应的两个叶片安装孔的连线均与导风管中轴线成15度角；所述子叶片的表面设有多个导流孔。
所述导风管外壳处设有挡板安装孔；所述气流挡板以旋转轴固定于挡板安装孔处；所述开度调节机构与气流挡板的旋转轴相连并调节气流挡板与导风管间的夹角。
所述开度调节机构包括控制模块和与之相连的传感器、步进电机；所述步进电机经传动机构与气流挡板的旋转轴相连；所述传感器对发动机转速进行检测；所述控制模块根据预设控制策略和发动机转速，控制步进电机转动气流挡板以改变所述气流挡板的开度。
所述导风管的始端和末端周缘处均设有固定卡槽。
本发明的导风管和导流叶都是由薄合金钢片制成，外壳依靠自身的弹性卡装在进气管中靠近节气门端，安装时气流挡板这端指向空气滤清器，另一端指向发动机节气门。当发动机处于进气行程时，由于活塞向下运动，气缸中产生负压吸力，此时，空气经过空气滤清器，进入进气管，流经本发明的涡流增压器时，空气被六个扇叶分成六股气流，由于六个扇叶并非竖直安装，而是扭曲成15度，所以空气掠过这些扇叶时，会形成螺旋形气流(涡流)，加之扇叶上设置有窄槽形的导流孔， 一部分空气穿过导流孔，形成扰动的气流(湍流)，此快速旋转且扰动的气流与燃料(如汽油、柴油、天然气等)混合后，可以达到更好的雾化效果，燃烧更加充分，动力更强劲，使发动机输出扭矩更大，由于燃烧更加充分，还减少了尾气中的污染物，尾气更加干净。同时通过调节外壳内的气流挡板开度，还可以实现发动机在不同工况下最佳涡流比，满足各个工况下对涡流强度的要求，实现发动机的最佳动力性输出。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
1. 本发明可变涡流增压器体积小、重量轻、 结构简单、成本低、应用范围广，可在不大幅度改变发动机进气管的前提下安装。
2.本发明可变涡流增压器通过调节气流挡板开度，可以实现发动机在不同工况的最佳涡流比，满足各个工况对涡流强度的要求，从而提高发动机动力性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的立体示意图；
附图2是本发明的侧向示意图；
附图3是本发明的安装示意图；
附图4是本发明的气流挡板在不同开度时的示意图；
图中：1-导风管；2-固定卡槽；3-涡流导风结构；4-导流孔；5-叶片安装孔；6-气流挡板；7-发动机进气道；8-进气管；9-可变涡流导向增压器；10-步进电机；11-控制模块；12-空气滤清器；13-传感器；14-发动机；15-气流挡板的旋转轴；16-子叶片；17-导流叶；18-挂耳。
具体实施方式
如图1-4所示，可变涡流导向增压器，所述导向增压器包括筒形的导风管1和在气流方向上顺序设置的气流挡板6、涡流导风结构3；所述气流挡板6设于导风管1入口处；气流挡板与开度调节机构相连；所述涡流导风结构包括多个形状相同的导流叶17；多个导流叶17连接为放射形的中心对称结构；当空气进入导风管时，开度调节结构对气流挡板的角度进行调节以调节导风管的进气量；进入导风管的空气在经过涡流导风结构时，所述导流叶对空气流进行导向使之形成涡流。
所述涡流导风结构3包括三个形状相同的导流叶17；每个导流叶17由两个形状相同、中心对称的子叶片16连体组成；每个导流叶中的两个子叶片沿中心线对折成60度，每个子叶片的上下边缘均呈斜线形。
所述子叶片的外边缘处设有两个挂耳18；所述导风管外壳侧壁处设置叶片安装孔5；所述子叶片16以挂耳18钩挂固定于叶片安装孔5处。
每个子叶片以两个挂耳钩挂于两个导风管外壳的两个叶片安装孔处；每个子叶片所对应的两个叶片安装孔的连线均与导风管中轴线成15度角；所述子叶片16的表面设有多个导流孔4。
所述导风管1外壳处设有挡板安装孔；所述气流挡板以旋转轴15固定于挡板安装孔处；所述开度调节机构与气流挡板的旋转轴15相连并调节气流挡板6与导风管1间的夹角。
所述开度调节机构包括控制模块11和与之相连的传感器13、步进电机10；所述步进电机经传动机构与气流挡板的旋转轴15相连；所述传感器对发动机转速进行检测；所述控制模块根据预设控制策略和发动机转速，控制步进电机转动气流挡板以改变所述气流挡板的开度。
所述导风管的始端和末端周缘处均设有固定卡槽2。
本例中，导风管和导流叶片都是由薄合金钢片制成，外壳依靠自身的弹性，以固定卡槽卡装在发动机进气道7的进气管8中靠近节气门端，安装时气流挡板这端指向空气滤清器12，另一端指向发动机节气门。当发动机处于进气行程时，由于活塞向下运动，气缸中产生负压吸力，此时，空气经过空气滤清器，进入进气管，流经本发明的涡流增压器时，空气被六个扇叶分成六股气流，由于六个扇叶并非竖直安装，而是扭曲成15度，所以空气掠过这些扇叶时，会形成螺旋形气流(涡流)，加之扇叶上设置有窄槽形的导流孔， 一部分空气穿过导流孔，形成扰动的气流(湍流)，此快速旋转且扰动的气流与燃料(如汽油、柴油、天然气等)混合后，可以达到更好的雾化效果，燃烧更加充分，动力更强劲，使发动机输出扭矩更大，由于燃烧更加充分，还减少了尾气中的污染物，尾气更加干净。同时通过调节外壳内的气流挡板开度，还可以实现发动机在不同工况下最佳涡流比，满足各个工况下对涡流强度的要求，实现发动机的最佳动力性输出。
实施例：
可变涡流导向增压器9安装在进气管中靠近节气门端，安装时气流挡板这端指向空气滤清器，另一端指向发动机节气门。传感器13将采集到的发动机转速信号传递给控制单元11，控制单元11根据内部预先存储的信息控制步进电机10的旋转，步进电机通过自身的小齿轮和气流挡板转轴上的大齿轮进行传递动力。步进电机10旋转通过齿轮传递带动气流挡板6转动，从而实现气流挡板6的不同开度。其控制策略以及实施过程如下：
当发动机处于低速工况时，需要较强的涡流运动。气流挡板6处于100%开度，控制单元11根据传感器13传来的转速和内部存储的信息控制步进电机10的旋转，使得气流挡板6处于最大开度。当发动机处于高速工况时，需要较弱的涡流运动。气流挡板6开度减小，控制单元11根据传感器13传来的转速和内部存储的信息控制步进电机10的旋转，使得气流挡板6开度减小。此外发动机在不同工况时，控制单元11根据传感器采集到发动机的转速调节气流挡板6的开度，发动机不同转速气流挡板不同开度。实现不同工况的最佳涡流比，满足不同工况对涡流强度的要求，产生更好的雾化效果，燃烧更加充分，动力更强劲。

Claims (7)

1.可变涡流导向增压器，其特征在于：所述导向增压器包括筒形的导风管和在气流方向上顺序设置的气流挡板、涡流导风结构；所述气流挡板设于导风管入口处；气流挡板与开度调节机构相连；所述涡流导风结构包括多个形状相同的导流叶；多个导流叶连接为放射形的中心对称结构；当空气进入导风管时，开度调节结构对气流挡板的角度进行调节以调节导风管的进气量；进入导风管的空气在经过涡流导风结构时，所述导流叶对空气流进行导向使之形成涡流。
2.根据权利要求1所述的可变涡流导向增压器，其特征在于：所述涡流导风结构包括三个形状相同的导流叶；每个导流叶由两个形状相同、中心对称的子叶片连体组成；每个导流叶中的两个子叶片沿中心线对折成60度，每个子叶片的上下边缘均呈斜线形。
3.根据权利要求2所述的可变涡流导向增压器，其特征在于：所述子叶片的外边缘处设有两个挂耳；所述导风管外壳侧壁处设置叶片安装孔；所述子叶片以挂耳钩挂固定于叶片安装孔处。
4.根据权利要求3所述的可变涡流导向增压器，其特征在于：每个子叶片以两个挂耳钩挂于两个导风管外壳的两个叶片安装孔处；每个子叶片所对应的两个叶片安装孔的连线均与导风管中轴线成15度角；所述子叶片的表面设有多个导流孔。
5.根据权利要求1所述的可变涡流导向增压器，其特征在于：所述导风管外壳处设有挡板安装孔；所述气流挡板以旋转轴固定于挡板安装孔处；所述开度调节机构与气流挡板的旋转轴相连并调节气流挡板与导风管间的夹角。
6.根据权利要求5所述的可变涡流导向增压器，其特征在于：所述开度调节机构包括控制模块和与之相连的传感器、步进电机；所述步进电机经传动机构与气流挡板的旋转轴相连；所述传感器对发动机转速进行检测；所述控制模块根据预设控制策略和发动机转速，控制步进电机转动气流挡板以改变所述气流挡板的开度。
7.根据权利要求1所述的可变涡流导向增压器，其特征在于：所述导风管的始端和末端周缘处均设有固定卡槽。
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