CN108775261A - 一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器，包括涡轮、压气机叶轮、中间体和可调导叶结构，压气机叶轮与涡轮通过中间体连接，可调导叶结构包括支撑盘一、可调喷嘴叶片和支撑盘二；支撑盘一为阶梯状圆环，且等间距呈环形分布有第二凹槽和通孔；支撑盘二上设有呈环形均匀分布的第一凹槽与圆槽，圆槽与通孔相对应且数量相同，可调喷嘴叶片呈环形均匀安装在支撑盘一与支撑盘二之间，相邻喷嘴叶片之间形成喷嘴，一系列喷嘴形成喷嘴环，通过旋转轴转动带动喷嘴叶片转动来调节喷嘴环的流通面积，减小喷嘴叶片两端面间隙引起的气流泄漏，从而提高涡轮机的工作效率。

Description

一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器

技术领域

本发明涉及汽车零部件领域，涉及一种涡轮增压器，更具体地涉及一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器。

背景技术

涡轮增压将发动机排出的具有一定能量的废气引入涡轮并膨胀做功，废气涡轮的全部功率用于驱动与涡轮机同轴旋转的压气机工作叶轮，在压气机中将新鲜空气压缩后再送入气缸。废气涡轮增压由于利用了废气能量，提高了有效功率的输出比例，为了保证发动机在低速时具有较高的增压压力和较高的转矩，同时保证发动机在高速时增压压力又不致过高，防止发动机热负荷过高和涡轮增压器超速，涡轮增压器上采用了可变喷嘴机构，可变喷嘴涡轮增压器由于其流通截面可调的特点能够与车用发动机在全工况范围内形成良好匹配，从而比其它涡轮增压器更有效地提升发动机的加速性、动力性等性能，因而它越来越多地应用在车用发动机上。为保证喷嘴叶片的自由转动，以及防止喷嘴叶片及其周边部件受燃烧气体加热而发生变形影响其灵活转动，通常喷嘴叶片两端面与其各自相对的壁面间设计有一定的间隙。由于喷嘴叶片压力面与吸力面压力不同，而两端面与其各自相对的壁面间的间隙造成气体由压力较高一面向压力较低一面泄漏，该泄漏会引起涡轮机效率的大幅度降低。

因此，提供一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器，减小喷嘴叶片两端面间隙引起的气流泄漏，提高涡轮增压器效率，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器，能有效减小喷嘴叶片两端面间隙引起的气流泄漏，提高涡轮增压器效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器，其特征在于：包括涡轮、压气机叶轮、和中间体，所述压气机叶轮与所述涡轮通过中间体连接，所述可调导叶结构包括支撑盘一、可调喷嘴叶片和支撑盘二；所述支撑盘一与所述支撑盘二呈圆环形，所述支撑盘一底端向外侧延伸形成一圈凸缘；

所述支撑盘一上呈环形均匀分布有通孔；所述支撑盘二上设有环形等间距的分布有第二凹槽，所述第二凹槽中设有圆槽，所述圆槽和所述第二凹槽同轴心，所述圆槽与所述通孔相对应且数量相同；

所述可调喷嘴叶片呈环形等间距安装在所述支撑盘一与所述支撑盘二之间，所述可调喷嘴叶片由第一旋转轴、喷嘴叶片、转盘a和转盘b组成，所述转盘a和所述转盘b分别安装在所述喷嘴叶片的两端，所述第一旋转轴的一端依次与所述转盘a和所述喷嘴叶片固定连接，另一端与所述通孔适配；

所述转盘b与所述第二凹槽适配，所述第二旋转轴和所述圆槽适配；

相邻所述喷嘴叶片之间形成喷嘴，一系列喷嘴形成喷嘴环，通过所述第一旋转轴转动，带动所述喷嘴叶片转动来调节喷嘴环的流通面积。

优选的，所述支撑盘一上有呈环形均匀分布的第一凹槽，所述通孔开设在所述第一凹槽中，且所述通孔与所述第一凹槽同轴心；所述第一转轴、所述转盘a、喷嘴叶片、转盘b和所述第二转轴依次固定连接，所述转盘a与所述第一凹槽适配。

采用上述方案的有益效果是：可调喷嘴叶片的两端面均安装在第一凹槽和第二凹槽中，通过此结构有利于各部件之间的连接的紧密性，更重要的是将传统可调喷嘴叶片两端面与支撑盘一和支撑盘二间的间隙转移到可调喷嘴叶片两端的转盘与支撑盘一和支撑盘二上对应的凹槽间的间隙，减小了可调喷嘴叶片与支撑盘一和支撑盘二之间的气流泄漏，提高了涡轮增压器的工作效率。

优选的，所述转盘a和所述转盘b相同，其外轮廓线由三段以上的圆弧组成；所述转盘a和所述转盘b的形状用于适应所述喷嘴叶片的旋转范围，使喷嘴叶片旋转至最大开度和最小开度时，保证转盘a和转盘b的轮廓线一直处于第一凹槽和第二凹槽轮廓范围中，减小所占空腔区域。

优选的，所述转盘a和所述转盘b均覆盖所述喷嘴叶片的同侧端，将所述喷嘴叶片分为覆盖部和未覆盖部，所述喷嘴叶片的覆盖部与相邻所述喷嘴叶片的未覆盖部重合。

采用上述方案的有益效果：本发明喷嘴叶片处于最小开度时，任意相邻的两个叶片之间部分重合，使喷嘴关闭，避免气体泄漏；且喷嘴叶片无论处于何种开度下，喷嘴叶片仅存在未被转盘a和转盘b覆盖的区域存在较小的间隙泄漏，而在被覆盖区域则避免了间隙泄漏，实现了大幅减小气体间隙泄漏损失的效果。

优选的，所述转盘a与所述第一凹槽之间留有间隙，所述间隙大小为0.05～0.15mm。

优选的，所述第二旋转轴与所述圆槽之间，所述第一旋转轴与所述通孔之间均留有能够保证所述叶片组件自由转动的间隙，且所述间隙大小为0.05～0.15mm。

采用上述方案的有益效果：0.05-0.15mm的间隙设计，能够保证整个装置在受热等工作条件下变形时各部件的正常转动。

优选的，所述可调喷嘴叶片两端分别设有第一轴肩和第二轴肩，所述第一轴肩位于所述转盘a和所述通孔之间，并且所述第一轴肩的直径大于所述通孔的直径，所述第二轴肩位于所述转盘b和所述圆槽之间，并且所述第二轴肩的直径大于所述圆槽的直径。

采用上述方案的有益效果：第一轴肩和第二轴肩的设置减少了转盘与第一凹槽和第二凹槽底面的接触面积，减少了可调喷嘴叶片转动过程所受的阻力。

优选的，所述支撑盘一和所述支撑盘二之间贯穿有至少两个定位螺栓。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器，通过在支撑盘一和支撑盘二上对应设置有呈环形均匀分布的第一凹槽和第二凹槽，从而将可调喷嘴叶片两端的转盘a和转盘b容置于第一凹槽和第二凹槽中，从而将传统可调喷嘴叶片两端面与支撑盘一和支撑盘二间的间隙转移到可调喷嘴叶片两端的转盘与支撑盘一和支撑盘二上对应的凹槽间的间隙，实现了减小可调喷嘴叶片与支撑盘一和支撑盘二之间的气流间隙的有益效果；通过在转盘a和转盘b设置与凹槽相吻合的弧形段，凹槽形状限制喷嘴叶片的旋转范围，依次对涡轮流量进行有效调节，而传统的可调喷嘴叶片的两端面的间隙为喷嘴叶片的两端面与支撑盘一和支撑盘二之间的间隙，由于可调喷嘴叶片的气体泄漏量主要来自于两端间隙的气体泄漏，通过本发明的设计，能够有效减小可调喷嘴叶片端面与支撑盘一之间的气体泄漏量，提高了涡轮增压器的工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器的结构示意图；

图2为本发明一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器的可调导叶结构的***图；

图3为本发明一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器的可调导叶结构的支撑盘一示意图；

图4为本发明一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器的可调导叶结构的支撑盘二示意图；

图5为本发明一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器的可调导叶结构可调喷嘴叶片的示意图；

图6为本发明一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器的可调导叶结构的可调喷嘴叶片的安装局部剖视图；

图7为本发明一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器的可调导叶结构的定位螺栓的安装局部剖视图；

图8为本发明一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器的可调导叶结构可调喷嘴叶片的转盘a在支撑盘一的凹槽内转动的示意图；

图9为本发明一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器的可调导叶结构可调喷嘴叶片的转盘b在支撑盘二的凹槽内转动的示意图；

图10为本发明一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器的可调导叶结构喷嘴环局部示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器，如图1-2所示，一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器，包括压气机叶轮15、涡轮16、中间体17和可调导叶结构18，压气机叶轮16与涡轮15通过中间体17连接，可调导叶结构18包括支撑盘一1、可调喷嘴叶片2和支撑盘二3，支撑盘一1与支撑盘二2均呈圆环形，支撑盘一1底端向外侧延伸形成一圈凸缘，且支撑盘一1与支撑盘二3中部通孔大小相同，可调喷嘴叶片2呈环形等间距安装在支撑盘一1与支撑盘二3之间；可调喷嘴叶片2的第一侧面241与相邻的可调喷嘴叶片2的第二侧面242形成喷嘴，一系列喷嘴沿支撑盘一1和支撑盘二3呈环形均匀分布形成喷嘴环，支撑盘一1上凸缘的设置使支撑盘一1形成上下两层圆环；通过调节可调喷嘴叶片2的转动来调节各喷嘴的流通面积，从而达到调节喷嘴环的目的。

为了进一步优化上述技术方案，如图3所示，支撑盘一1上设有第一凹槽11、通孔12、第一限位孔13和第一定位孔14；第一凹槽11和通孔12同轴心，且在支撑盘一1上呈环形均匀分布；第一凹槽11具有底面111和外侧面112、内侧面113；第一定位孔14直径大于第一限位孔13的直径，第一限位孔13一端与同轴心的第一定位孔14连通。

为了进一步优化上述技术方案，如图4所示，支撑盘二3上设有第二凹槽31、圆槽32、第二限位孔33和第二定位孔34；第二凹槽31与圆槽32同轴心，且第二凹槽31和圆槽32沿支撑盘二3呈环形均匀分布；第二凹槽31设有底面311、外侧面312和内侧面313，圆槽32设有底面321和侧面322；第二限位孔33一端与同轴心且直径较大的第二定位孔34相连通。

如图7所示，定位螺栓5穿过第一定位孔14、第一限位孔13、第二限位孔33和第二定位孔34，与螺母4将支撑盘一1、可调喷嘴叶片2和支撑盘二3连接装配成为一个整体。

如图5所示，可调喷嘴叶片2包括第一旋转轴21、第一轴肩22、转盘a23、喷嘴叶片24、转盘b25、第二轴肩26和第二旋转轴27；第一旋转轴21的长度大于通孔12的的深度，第一轴肩22上具有第一轴端面221，转盘a23上有第一侧面231、第二侧面232、第三侧面233和第四侧面234，喷嘴叶片24上有第一侧面241和第二侧面242，转盘b25上有第五侧面251、第六侧面252、第七侧面253和第八侧面254，第二轴肩26上有第二端面261，第二旋转轴27上有轴侧面271和第二轴端面272。

如图6所示，可调喷嘴叶片2的第一旋转轴21安装在支撑盘一1的通孔12中，可调喷嘴叶片2的第一轴肩22的第一轴端面221与支撑盘一1的第一凹槽11的底面111相接触，且第一轴肩22的直径大于支撑盘一1的通孔12的直径；可调喷嘴叶片2的转盘a23安装在支撑盘一1的第一凹槽11中，转盘a23的第四侧面234与第一凹槽11的底面111相对应，转盘a23的第一侧面231、第二侧面232与第一凹槽11的内侧面113相对应，转盘a23的第三侧面233与第一凹槽11的外侧面112相对应；可调喷嘴叶片2的转盘b25安装在支撑盘二3的第二凹槽31中，转盘b25的第八侧面254与第二凹槽31的底面311相对应，转盘b25的第五侧面251、第六侧面252与第二凹槽31的内侧面313相对应，转盘b25的第七侧面253与第二凹槽31的外侧面312相对应；可调喷嘴叶片2的第二轴肩26的第二端面261与支撑盘二3的第二凹槽31的底面311相接触，且第二轴肩26的直径大于支撑盘二3的圆槽32的直径；可调喷嘴叶片2的第二旋转轴27安装在支撑盘二3的圆槽32中，圆槽32的底面321与第二旋转轴27的第二轴端面272相对应，圆槽32的侧面322与第二旋转轴27的轴侧面271相对应。

上述的各对应面之间具有合适的间隙，以保证在可调喷嘴叶片2在其对应部位及周围部件在受热等工作条件下变形时能够正常转动；支撑盘一1的第一凹槽11、通孔12和支撑盘二3的第二凹槽31、圆槽32均与可调喷嘴叶片2同轴心，且支撑盘一1的第一凹槽11的底面111与支撑盘二3的第二凹槽31的底面311间有足够的距离，以保证可调喷嘴叶片2能够在其及周围部件在受热等工作条件下变形时能够正常转动。

进一步，如图8和9所示，可调喷嘴叶片2的转盘a23在支撑盘一1的第一凹槽11，转盘b25在支撑盘二3的第二凹槽31内转动，转盘a23的第二侧面232和转盘b25的第六侧面252适应了可调喷嘴叶片2的最大开度位置，转盘a23的第一侧面231和转盘b25的第五侧面251适应可调喷嘴叶片2的闭合要求。

如图10所示可调喷嘴叶片2的喷嘴叶片24的第一侧面241与相邻的喷嘴叶片24的侧面第二242间形成喷嘴；这一系列喷嘴沿支撑盘一1呈环形均匀分布，形成喷嘴环；通过调节一系列可调喷嘴叶片2的转动，可调节各喷嘴的流通面积大小，从而达到调节喷嘴环的目的。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器，其特征在于：包括、压气机叶轮(15)、涡轮(16)、中间体(17)和可调导叶结构(18)，所述压气机叶轮(16)与所述涡轮(15)通过中间体(17)连接，所述涡轮(15)套设于所述可调导叶结构(18)中；所述可调导叶结构(18)包括支撑盘一(1)、可调喷嘴叶片(2)和支撑盘二(3)；所述支撑盘一(1)与所述支撑盘二(2)呈圆环形，所述支撑盘一(1)底端向外侧延伸形成一圈凸缘；

所述支撑盘一(1)上呈环形均匀分布有通孔(12)；所述支撑盘二(3)上设有环形等间距的分布有第二凹槽(31)，所述第二凹槽(31)中设有圆槽(32)，所述圆槽(32)和所述第二凹槽(31)同轴心，所述圆槽(32)与所述通孔(12)相对应且数量相同；

所述可调喷嘴叶片(2)呈环形等间距安装在所述支撑盘一(1)与所述支撑盘二(3)之间，所述可调喷嘴叶片(2)由第一旋转轴(21)、喷嘴叶片(24)、转盘a(23)和转盘b(25)组成，所述转盘a(23)和所述转盘b(25)分别安装在所述喷嘴叶片(24)的两端，所述第一旋转轴(21)的一端依次与所述转盘a(23)和所述喷嘴叶片(24)固定连接，另一端与所述通孔(12)适配；

所述转盘b(25)与所述第二凹槽(31)适配，所述第二旋转轴(27)和所述圆槽(32)适配；

相邻所述喷嘴叶片(24)之间形成喷嘴，一系列喷嘴形成喷嘴环，通过所述第一旋转轴(21)转动，带动所述喷嘴叶片(24)转动来调节喷嘴环的流通面积。

2.根据权利要求1所述的一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器，其特征在于，所述支撑盘一(3)上还有呈环形均匀分布的第一凹槽(11)，所述通孔(12)开设在所述第一凹槽(11)中，且所述通孔(12)与所述第一凹槽(11)同轴心；所述第一转轴(21)、所述转盘a(23)、喷嘴叶片(24)、转盘b(25)和所述第二转轴(27)依次固定连接，所述转盘a(23)与所述第一凹槽(11)适配。

3.根据权利要求2所述的一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器，其特征在于，所述转盘a(23)和所述转盘b(25)相同，其外轮廓线由三段以上的圆弧组成；所述转盘a(23)和所述转盘b(25)的形状用于适应所述喷嘴叶片(24)的旋转范围。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器，其特征在于，所述转盘a(23)和所述转盘b(25)均覆盖所述喷嘴叶片(24)的同侧端，将所述喷嘴叶片(24)分为覆盖部和未覆盖部，所述喷嘴叶片(24)的覆盖部与相邻所述喷嘴叶片(24)的未覆盖部重合。

5.根据权利要求4所述的一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器，其特征在于，所述转盘a(23)与所述第一凹槽(11)之间留有间隙，所述间隙大小为0.05～0.15mm。

6.根据权利要求1所述的一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器，其特征在于，所述第二旋转轴(27)与所述圆槽(32)之间，所述第一旋转轴(21)与所述通孔(12)之间，均留有能够保证所述可调喷嘴叶片(2)自由转动的间隙，且所述间隙大小为0.05～0.15mm。(此处关于间隙的限定，好处是提供实验数据支持，更加有说服科学依据)

7.根据权利要求6所述的一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器，其特征在于，所述可调喷嘴叶片(2)两端分别设有第一轴肩(22)和第二轴肩(26)，所述第一轴肩(22)位于所述转盘a(23)和所述通孔(12)之间，并且所述第一轴肩(22)的直径大于所述通孔(12)的直径，所述第二轴肩(26)位于所述转盘b(25)和所述圆槽(32)之间，并且所述第二轴肩(26)的直径大于所述圆槽(32)的直径。

8.根据权利要求1所述的一种具有径流涡轮喷嘴环可调导叶结构的涡轮增压器，其特征在于，所述支撑盘一(1)和所述支撑盘二(3)之间贯穿设有至少两个定位螺栓。