CN202391495U - 一种可变流道的蜗壳装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可变流道的蜗壳装置，包括蜗壳，所述蜗壳内设有进气流道，所述蜗壳上设有分别与蜗壳进气流道连通的蜗壳进气口和蜗壳出气口，所述蜗壳进气流道内设有弧形的气动隔板，所述气动隔板将蜗壳进气流道分为蜗壳进气内流道和蜗壳进气外流道，所述气动隔板靠近蜗壳进气口处的一端设有可调阀门装置，本实用新型结构简单，控制方式容易实现，可靠性高，采用此可变流道蜗壳装置后可有效兼顾发动机低速、中速和高速全工况范围的增压要求，该类型增压器整体结构不发生大的变化，成本低，容易实现，具有广阔的市场推广价值，能取得良好的应用效果。

Description

一种可变流道的蜗壳装置

技术领域

本实用新型涉及一种蜗壳装置，具体的说涉及通过一种可变流道之间分别工作或共同工作来满足发动机低速、中速和高速工况要求的可变流道的蜗壳装置，属于内燃机增压领域。

技术背景

  目前，随着排放法规的日益严格，涡轮增压器被广泛应用于现代发动机，为了满足发动机各个工况下的性能和排放要求，增压器必须具有增压压力和排气压力的可调节功能，由此可变截面增压器成为国内外研发的重点。

旋叶式可变截面涡轮增压器VNT因其结构简单、并能有效的拓宽涡轮增压器与发动机的匹配范围，实现增压压力和排气压力的调节而得到广泛的应用。旋叶式可变截面涡轮增压器通过控制喷嘴叶片的旋转角度来改变涡轮的进气流通面积，控制方便，但在实际的应用过程中存在着一些缺陷：

发动机在大流量工况下，喷嘴叶片开度增大，距离涡轮叶片前缘较近，废气颗粒会对喷嘴叶片会造成比较大的磨损。发动机在小流量工况下，喷嘴叶片的开度很小，这时喷嘴出口气流的周向速度高，涡轮变为冲动式涡轮，另外气体流动的气动损失也比较严重，从而使增压器效率下降。再有，旋叶式涡轮增压器的传动机构可靠性的问题也一直没有得到有效的解决。

如图1所示，专利可变截面双流道进气涡轮公开号：CN101949326A，包括蜗壳1，所述蜗壳1内设有蜗壳进气流道，蜗壳进气流道内设有中间壁2，所述中间壁2将蜗壳进气流道分隔成蜗壳进气内流道3和蜗壳进气外流道4，所述中间壁2上靠近蜗壳进气口5的位置设有旁通口6，在旁通口6上安装有进气调节阀门7，所述进气调节阀门7与进气调节控制机构8传动连接。通过进气调节控制机构8使进气调节阀门7形成不同的开度，控制进入蜗壳进气内流道3和蜗壳进气外流道4的气体流量，实现流道的选择和流通能力的控制。发动机在低速工况下，进气调节阀门处于关闭状态，此时所有发动机排气进入蜗壳进气小流道；发动机中高速工况下，进气调节阀门处于开启状态，蜗壳进气小流道和蜗壳进气大流道一起工作。

上述专利通过进气调节控制机构控制阀门开度从而实现大小进气流道的流道选择和流量分配。当发动机中高转速下，进气调节阀门在进气调节控制机构的带动下，处于打开状态，存在的问题是发动机中等转速和高转速下进入蜗壳进气流道的进气量并不能很好的控制。

因此，希望设计一种在发动机低速、中速及高速三种工况下，能有效调节进入蜗壳进气流道进气量的可变流道的蜗壳装置，来解决目前旋叶式涡轮增压器可靠性和效率方面，以及所存在的发动机中等转速和高转速下进气量控制问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是针对旋叶式可变涡轮增压器在可靠性和效率方面的存在的问题以及进气量不能很好控制的问题，提供一种可靠性高，且能在发动机低速、中速及高速工况下，能有效调节进入蜗壳进气流量的可变流道蜗壳装置。

为了解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种可变流道的蜗壳装置，包括蜗壳，所述蜗壳内设有进气流道，所述蜗壳上设有分别与蜗壳进气流道连通的蜗壳进气口和蜗壳出气口，所述蜗壳进气流道内设有弧形的气动隔板，所述气动隔板将蜗壳进气流道分为蜗壳进气内流道和蜗壳进气外流道，所述气动隔板靠近蜗壳进气口处的一端设有可调阀门装置。

以下是本实用新型对上述方案的进一步改进：

所述可调阀门装置包括阀门轴和进气调节阀门，所述进气调节阀门的一端与阀门轴一体连接，所述阀门轴与气动隔板转动连接，阀门轴可带动进气调节阀门绕阀门轴进行旋转。

当进气调节阀门远离阀门轴的端部与蜗壳进气外流道内壁密封贴合时，进气调节阀门将蜗壳进气外流道关闭；

当进气调节阀门远离阀门轴的端部与蜗壳进气内流道内壁密封贴合时，进气调节阀门将蜗壳进气内流道关闭；

当进气调节阀门处于蜗壳进气内流道和蜗壳进气外流道之间的中间位置时，蜗壳进气内流道和蜗壳进气外流道同时处于开启状态。

进一步改进：

所述气动隔板的两侧与蜗壳一体铸造连接。

进一步改进：

进气调节阀门远离阀门轴的端部两侧分别为斜面结构。

进一步改进：

所述蜗壳进气内流道和所述蜗壳进气外流道的流道截面在周向上呈渐缩型结构，所述蜗壳进气内流道的流道截面积小于蜗壳进气外流道的流道截面积。

进一步改进：

所述蜗壳进气内流道的进气区域角度设计为120～210度，所对应的蜗壳进气外流道的进气区域角度为240～150度，所述蜗壳进气内流道和所述蜗壳进气外流道的进气区域角度之和为360度。

本实用新型采用上述方案，当发动机处于低速工况状态时，进气调节控制机构带动阀门轴旋转，从而带动进气调节阀门绕阀门轴旋转，此时，进气调节阀门的非阀门轴端与蜗壳进气外流道内壁密封贴合，蜗壳进气外流道被关闭处于不工作状态，发动机排出的废气仅流经蜗壳进气内流道而带动涡轮叶轮做功，由于蜗壳进气内流道的流通截面积小且为进气状态，可有效提升涡轮的进气压力，提高废气中的可用能量；

当发动机处于中速工况状态时，进气调节控制机构带动阀门轴旋转，从而带动进气调节阀门绕阀门轴旋转，此时，进气调节阀门的非阀门轴端与蜗壳进气内流道壁密封贴合，蜗壳进气内流道被关闭处于不工作状态，发动机排出的废气仅流经蜗壳进气外流道而带动涡轮叶轮做功，由于蜗壳进气外流道的截面积大且为进气状态，又由于蜗壳进气外流道的进气区域并非全周进气，可有效满足发动机中等转速下进入涡轮叶轮的进气压力，提高发动机排出废气能量的利用率，满足发动机中等转速下的增压要求。

当发动机处于高速工况状态时，进气调节控制机构带动阀门轴旋转，从而带动进气调节阀门绕阀门轴旋转，此时，进气调节阀门处于打开状态，蜗壳进气内流道和蜗壳进气外流道同时打开并处于共同工作状态，由于蜗壳进气内流道和蜗壳进气外流道的进气区域角度之和为360度，发动机排出的废气分别流经蜗壳进气内流道和蜗壳进气外流道并以全周进气方式进入涡轮叶轮。

本实用新型中的进气调节装置结构简单，控制方式容易实现，可靠性高，采用此可变流道蜗壳装置后可有效兼顾发动机低速、中速和高速全工况范围的增压要求，该类型增压器整体结构不发生大的变化，成本低，容易实现，具有广阔的市场推广价值，能取得良好的应用效果。

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

附图说明

附图1是本实用新型背景技术中的可变截面双流道进气涡轮的结构示意图；

附图2是本实用新型实施例中的可变流道蜗壳装置径向剖面结构示意图；

附图3是本实用新型实施例中的可变流道蜗壳装置在发动机低速工况下的结构示意图；

附图4是本实用新型实施例中的可变流道蜗壳装置在发动机中速工况下的结构示意图；

附图5是本实用新型实施例中的可变流道蜗壳装置在发动机高速工况下的结构示意图。

图中：1-蜗壳；2-中间壁；3-蜗壳进气内流道；4-蜗壳进气外流道；5-蜗壳进气口；6-旁通口；7-进气调节阀门；8-进气调节控制机构；9-蜗壳出气口；10-气动隔板；11-阀门轴；12-蜗壳进气外流道内壁；13-蜗壳进气内流道内壁。

具体实施方式

实施例1，如附图2所示，一种可变流道的蜗壳装置，包括蜗壳1，所述蜗壳1内设有进气流道，所述蜗壳1上设有分别与蜗壳进气流道连通的蜗壳进气口5和蜗壳出气口9，所述蜗壳进气流道内设有弧形的非全周布置的气动隔板10，所述气动隔板10将蜗壳进气流道分为蜗壳进气内流道3和蜗壳进气外流道4，所述气动隔板10靠近蜗壳进气口5处的一端设有可调阀门装置。

所述可调阀门装置包括阀门轴11和进气调节阀门7，所述进气调节阀门7的一端与阀门轴11一体连接，所述阀门轴11与气动隔板10转动连接，阀门轴11可带动进气调节阀门7绕阀门轴11进行旋转。

所述气动隔板10的两侧与蜗壳1一体铸造连接。

所述蜗壳进气内流道3和所述蜗壳进气外流道4的流道截面在周向上呈渐缩型结构，所述蜗壳进气内流道3的流道截面积小于蜗壳进气外流道4的流道截面积。

如图3所示，进气调节阀门7的另一端的两侧分别设置呈斜面结构，当进气调节阀门7的端部靠近蜗壳进气外流道内壁12或蜗壳进气内流道内壁13时，可与蜗壳进气外流道内壁12或蜗壳进气内流道内壁13密封贴合。

为提高发动机低速工况下的低速响应性，所述蜗壳进气内流道3的进气区域角度α设计为120～210度，所对应的蜗壳进气外流道4的进气区域角度为240～150度，所述蜗壳进气内流道3和所述蜗壳进气外流道4的进气区域角度之和为360度。

发动机处于低速工况时，进气调节控制机构带动阀门轴11旋转，从而带动进气调节阀门7绕阀门轴11旋转，此时，进气调节阀门7的非阀门轴端与蜗壳进气外流道内壁12密封贴合，蜗壳进气外流道4被关闭处于不工作状态，发动机排出的废气仅流经蜗壳进气内流道3而带动涡轮叶轮做功，由于蜗壳进气内流道3的流通截面积小且为进气状态，可有效提升涡轮的进气压力，提高废气中的可用能量；由于在发动机低速时，蜗壳进气外流道4处于关闭状态下，蜗壳进气内流道3进气，又因蜗壳进气内流道3的进气区域并非全周进气，流经涡轮叶轮的进气面积缩小，小于全周进气状态下的涡轮叶轮进气面积，避免了低速时过大的进气冲角损失，可有效提高低速时的涡轮效率。通过提高废气可用能量和涡轮效率，有效增大发动机低速时的涡轮输出功，使增压压力升高，满足发动机低速时的较高增压压力需求；同时由于蜗壳进气内流道3的容积小，发动机排出的废气可快速进入涡轮叶轮，有效缩短气流的流动路程以消除增压滞后带来的影响，提高发动机的加速相应特性。

如图4所示，当发动机处于中速工况状态时，进气调节控制机构带动阀门轴11旋转，从而带动进气调节阀门7绕阀门轴11旋转，此时，进气调节阀门7的非阀门轴端与蜗壳进气内流道内壁13密封贴合，蜗壳进气内流道3被关闭处于不工作状态，发动机排出的废气仅流经蜗壳进气外流道4而带动涡轮叶轮做功，由于蜗壳进气外流道4的截面积大且为进气状态，又由于蜗壳进气外流道4的进气区域并非全周进气，可有效满足发动机中等转速下进入涡轮叶轮的进气压力，提高发动机排出废气能量的利用率，满足发动机中等转速下的增压要求。

如图5所示，当发动机处于高速工况状态时，进气调节控制机构带动阀门轴11旋转，从而带动进气调节阀门7绕阀门轴11旋转，此时，进气调节阀门7处于打开状态，蜗壳进气内流道3和蜗壳进气外流道4同时打开并处于共同工作状态，由于蜗壳进气内流道3和蜗壳进气外流道4的进气区域角度之和为360度，发动机排出的废气分别流经蜗壳进气内流道3和蜗壳进气外流道4并以全周进气方式进入涡轮叶轮。

上述结构实现了以下三种状态：

当进气调节阀门7远离阀门轴11的端部与蜗壳进气外流道内壁12密封贴合时，进气调节阀门7将蜗壳进气外流道4关闭；

当进气调节阀门7远离阀门轴11的端部与蜗壳进气内流道内壁13密封贴合时，进气调节阀门7将蜗壳进气内流道3关闭；

当进气调节阀门7处于蜗壳进气内流道3和蜗壳进气外流道4之间的中间位置时，蜗壳进气内流道3和蜗壳进气外流道4同时处于开启状态。

可有效避免中、高速交替状态下进气流对调节阀门的气流冲击，提高废气利用率。通过蜗壳进气内流道3和蜗壳进气外流道4的共同工作，有效满足发动机高工况下的增压需求，同时，蜗壳进气内流道3和蜗壳进气外流道4总的流通截面积可满足发动机额定工况下的流通能力需求，避免发动机过高增压和增压器超速。

本实用新型专利采用此种技术方案可有效满足发动机各个工况下对废气能量的利用，提高了涡轮效率，满足发动机各工况的增压要求。针对发动机对可变截面涡轮增压器的需求，完成了可变流道蜗壳装置的开发，有效利用了废气能量，兼顾了发动机低速、中速及高速工况下的增压需求。该类型可变流道蜗壳装置可采用现有普通增压器的铸造及加工技术完成。

Claims (6)

1.一种可变流道的蜗壳装置，包括蜗壳（1），所述蜗壳（1）内设有进气流道，所述蜗壳（1）上设有分别与蜗壳进气流道连通的蜗壳进气口（5）和蜗壳出气口（9），其特征在于：

所述蜗壳进气流道内设有弧形的气动隔板（10），所述气动隔板（10）将蜗壳进气流道分为蜗壳进气内流道（3）和蜗壳进气外流道（4），所述气动隔板（10）靠近蜗壳进气口（5）处的一端设有可调阀门装置。

2.根据权利要求1所述的一种可变流道的蜗壳装置，其特征在于：所述可调阀门装置包括阀门轴（11）和进气调节阀门（7），所述进气调节阀门（7）的一端与阀门轴（11）一体连接，所述阀门轴（11）与气动隔板（10）转动连接，阀门轴（11）可带动进气调节阀门（7）绕阀门轴（11）进行旋转；

当进气调节阀门（7）远离阀门轴（11）的端部与蜗壳进气外流道内壁（12）密封贴合时，进气调节阀门（7）将蜗壳进气外流道（4）关闭；

当进气调节阀门（7）远离阀门轴（11）的端部与蜗壳进气内流道内壁（13）密封贴合时，进气调节阀门（7）将蜗壳进气内流道（3）关闭；

当进气调节阀门（7）处于蜗壳进气内流道（3）和蜗壳进气外流道（4）之间的中间位置时，蜗壳进气内流道（3）和蜗壳进气外流道（4）同时处于开启状态。

3.根据权利要求1或2所述的一种可变流道的蜗壳装置，其特征在于：所述气动隔板（10）的两侧与蜗壳（1）一体铸造连接。

4.根据权利要求2所述的一种可变流道的蜗壳装置，其特征在于：进气调节阀门（7）远离阀门轴（11）的端部两侧分别为斜面结构。

5.根据权利要求4所述的一种可变流道的蜗壳装置，其特征在于：所述蜗壳进气内流道（3）和所述蜗壳进气外流道（4）的流道截面在周向上呈渐缩型结构，所述蜗壳进气内流道（3）的流道截面积小于蜗壳进气外流道（4）的流道截面积。

6.根据权利要求5所述的一种可变流道的蜗壳装置，其特征在于：所述蜗壳进气内流道（3）的进气区域角度（α）为120～210度，所对应的蜗壳进气外流道（4）的进气区域角度为240～150度，所述蜗壳进气内流道（3）和所述蜗壳进气外流道（4）的进气区域角度之和为360度。

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