帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼裝置的製作方法

2023-06-02 21:42:21 1

專利名稱：帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種雙通道變截面蝸殼裝置，具體地說是通過涉及一種改進增壓器效率的帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼裝置，屬於內燃機增壓領域。
背景技術：
近年來，隨著排放法規要求的日益嚴格，人們對兼顧發動機高低速性能的增壓器的需求越來越強烈，滿足發動機全工況範圍內性能要求的雙流道可變截面渦輪增壓器成為了內燃機行業研究的重點。如圖1所示，專利CN200910016706. 6公開了一種渦輪增壓器雙層流道變截面渦輪機實施例1結構，包括蝸殼1、蝸殼擴壓通道2、動力渦輪3，蝸殼1的空腔內設有蝸殼進氣流道分隔壁4，蝸殼進氣流道分隔壁4將蝸殼1的空腔分隔成蝸殼進氣外流道5和與蝸殼擴壓通道2連通的蝸殼進氣內流道6，蝸殼進氣外流道5套裝在蝸殼進氣內流道6的外側，蝸殼進氣內流道6為單流道，蝸殼進氣外流道5內設有流道肋板7，蝸殼進氣流道分隔壁4通過流道肋板7與蝸殼1的殼體一體連接。蝸殼進氣內流道6在發動機全工況範圍內應用，蝸殼進氣外流道5在發動機中高轉速範圍內通過調節結構的軸向運動控制蝸殼進氣外流道5 的開啟和通流面積，實現變截面渦輪機的功能。如圖2所示，專利CN200910016706. 6公開了一種渦輪增壓器雙層流道變截面渦輪機實施例2結構，包括蝸殼1、蝸殼擴壓通道2、動力渦輪3，蝸殼1的空腔內設有蝸殼進氣流道分隔壁4，蝸殼進氣流道分隔壁4將蝸殼1的空腔分隔成蝸殼進氣外流道5和與蝸殼擴壓通道2連通的蝸殼進氣內流道6，蝸殼進氣外流道5套裝在蝸殼進氣內流道6的外側，蝸殼進氣外流道5內設有流道肋板7，蝸殼進氣流道分隔壁4通過流道肋板7與蝸殼1的殼體一體連接。蝸殼進氣內流道內設有脈衝內流道肋板8，脈衝內流道肋板8將蝸殼進氣內流道間隔成左側脈衝內流道9和右側脈衝內流道10。脈衝流道充分利用發動機中低速工況下的排氣系統能量，蝸殼進氣外流道5位於左側脈衝內流道9和右側脈衝內流道10的外側，蝸殼進氣外流道5在發動機中高轉速範圍內通過調節結構的軸向運動控制蝸殼進氣外流道5的開啟和通流面積，實現變截面渦輪機的功能。上述專利針對渦輪增壓器變截面渦輪機的需要，完成了雙層蝸殼進氣流道和脈衝增壓變截面渦輪機的開發，有效的利用了發動機的廢氣能量，兼顧了發動機低速和高速工況下的增壓需求。但所設計的結構流道肋板僅起到固定支撐連接的作用，此外，在流道肋板壁面會造成一定的壁面摩擦損失，並不具備改善氣流特性的特點。

發明內容
本發明要解決的問題是提供一種減少流道肋板造成的壁面摩擦損失，通過導流葉片對進氣流的導流作用，進一步改進增壓器效率的帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼裝置。為了解決上述問題，本發明採用了以下技術方案
一種帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼裝置，包括蝸殼，所述蝸殼內設有蝸殼進氣口、蝸殼出氣口以及蝸殼進氣流道和蝸殼擴壓通道；
所述蝸殼進氣流道內設有氣動隔板，所述氣動隔板將蝸殼進氣流道分隔為蝸殼進氣內流道和蝸殼進氣外流道；
所述蝸殼進氣外流道位於所述蝸殼進氣內流道的周向外側；
所述蝸殼進氣外流道和蝸殼進氣內流道靠近蝸殼擴壓通道的位置分別設有無葉噴
嘴；
蝸殼進氣外流道內靠近無葉噴嘴處呈環形均勻設有若干片機翼型氣動式導流葉片。以下是本發明對上述方案的進一步改進
所述導流葉片的一端與蝸殼進氣外流道內壁一體鑄造連接，另一端與氣動隔板位於蝸殼進氣外流道一側的內壁一體鑄造連接。通過鑄造工藝將導流葉片固定在蝸殼進氣外流道上，一方面，減少了高速廢氣流對渦輪葉輪的撞擊，防止渦輪葉輪產生振動。另一方面，通過設計固定在蝸殼殼體上的導流葉片將氣動隔板與蝸殼殼體鑄造在一起，起到固定連接的作用。進一步改進所述蝸殼進氣內流道的進氣口與蝸殼進氣口相連通，所述蝸殼進氣外流道進氣口與蝸殼進氣內流道的進氣口相連通。進一步改進所述蝸殼進氣外流道與蝸殼進氣外流道進氣口之間設有蝸殼進氣外流道控制室，蝸殼進氣外流道進氣口處設有與之匹配的蝸殼進氣外流道端蓋。進一步改進所述蝸殼進氣外流道控制室內設有進氣調節閥門，氣動隔板上與進氣調節閥門相對應的位置設有進氣調節閥門相匹配的配合面，所述進氣調節閥門在進氣調節控制裝置的帶動下處於打開和閉合狀態，從而實現蝸殼進氣外流道的工作和不工作狀態。所述蝸殼進氣外流道控制室的空間限制了進氣調節閥門開啟的角度，從而限制了進入蝸殼進氣外流道的廢氣流量。所述配合面的設計目的是為了當進氣調節閥門處於關閉狀態時，進氣調節閥門與蝸殼進氣外流道緊密配合，防止發動機低工況下，僅進入蝸殼進氣內流道的氣流流入蝸殼進氣外流道，造成進氣效率降低。進一步改進為適用於定壓增壓系統，例如四缸發動機，所述蝸殼進氣口為單進氣另一種改進為適用於脈衝增壓系統，例如六缸發動機，所述蝸殼進氣口還可以為雙進氣口 包括蝸殼左側進氣口和蝸殼右側進氣口。進一步改進所述蝸殼進氣內流道設有脈衝內流道肋板，所述脈衝內流道肋板將蝸殼進氣內流道分為左側脈衝內流道和右側脈衝內流道；
所述左側脈衝內流道和右側脈衝內流道分別與蝸殼左側進氣口和蝸殼右側進氣口相連接。進一步改進所述脈衝內流道肋板的截面呈漸縮型，所述脈衝內流道肋板與氣動隔板一體鑄造連接。進一步改進所述左側脈衝內流道的進氣口和右側脈衝內流道的進氣口分別與蝸殼左側進氣口和蝸殼右側進氣口相連通；
所述蝸殼進氣外流道左側進氣口和蝸殼進氣外流道右側進氣口分別與左側脈衝內流道的進氣口和右側脈衝內流道的進氣口相連通。本發明採用上述方案，當發動機處於低速工況時，進氣調節閥門在進氣調節閥門控制裝置的帶動下處於關閉狀態，蝸殼進氣外流道被關閉，處於不工作狀態。此時，從發動機排出的廢氣流僅流經蝸殼進氣內流道，從而帶動渦輪做功。發動機在中、高速工況下，進氣調節閥門在進氣調節閥門控制裝置的帶動下處於打開狀態，蝸殼進氣外流道被打開，處於工作狀態。此時，從發動機排出的廢氣在氣動隔板的帶動下，分別流經蝸殼進氣內流道和蝸殼進氣外流道，流經蝸殼內流道的氣流帶動渦輪做功，而此時流經蝸殼進氣外流道的氣流在均勻分布的固定導流葉片的誘導下以合適的氣流角帶動渦輪有效做功。所設導流葉片可誘導廢氣流均勻的、以合適的氣流角進入渦輪，減少了高速進氣流對渦輪葉輪的撞擊損失，提高了進氣效率，從而有效提高了渦輪機效率。通過在雙通道蝸殼進氣外流道的無葉噴嘴位置設置固定的均勻分布的導流葉片， 對於脈衝增壓系統，內流道工作在發動機低速區，可以更好地利用脈衝能量，高速時，外流道可以不用分成兩個流道，用一個流道即可獲得足夠能量，這樣進一步簡化了產品結構，減輕了產品重量。綜上所述，本發明中的蝸殼結構與常規的雙通道渦輪增壓器蝸殼結構基本相同， 保證了與發動機排氣管路連接不變，結構簡單、繼承性好、成本低、容易快速實現工程化，發明中的進氣調節裝置結構簡單，控制方式容易實現，可靠性高。下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。


附圖1是背景技術中渦輪增壓器雙層流道變截面渦輪機實施例1的結構示意圖； 附圖2是背景技術中渦輪增壓器雙層流道變截面渦輪機實施例2的結構示意圖； 附圖3是本發明實施例1中帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼的結構示意附圖4是本發明實施例1中帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼軸向剖面圖； 附圖5是本發明實施例1帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼徑向剖面圖； 附圖6是本發明實施例2帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼的結構示意圖； 附圖7是本發明實施例2中帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼軸向剖面圖。圖中:1-蝸殼；2-蝸殼擴壓通道；3-動力渦輪；4-蝸殼進氣流道分隔壁；5-蝸殼進氣外流道；6-蝸殼進氣內流道；7-流道肋板；8-脈衝內流道肋板；9-左側脈衝內流道； 10-右側脈衝內流道；11-蝸殼進氣口 ；12-蝸殼出氣口 ；13-氣動隔板；14-導流葉片； 15-無葉噴嘴；16-蝸殼進氣外流道內壁；17-蝸殼進氣外流道進氣口 ；18-蝸殼進氣外流道控制室；19-蝸殼進氣外流道端蓋；20-進氣調節閥門；21-配合面；22-蝸殼進氣外流道左側進氣口 ；23-蝸殼進氣外流道右側進氣口 ；24-蝸殼左側進氣口 ；25-蝸殼右側進氣口。
具體實施例方式實施例1，如圖3、圖4所示，一種帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼裝置，包括蝸殼 1，所述蝸殼1內設有蝸殼進氣口 11、蝸殼出氣口 12以及蝸殼進氣流道和蝸殼擴壓通道2 ；
所述蝸殼進氣流道內設有氣動隔板13，所述氣動隔板13將蝸殼進氣流道分隔為蝸殼進氣內流道6和蝸殼進氣外流道5 ；所述蝸殼進氣外流道5位於所述蝸殼進氣內流道6的周向外側； 所述蝸殼進氣外流道5和蝸殼進氣內流道6靠近蝸殼擴壓通道2的位置分別設有無葉噴嘴15 ；
蝸殼進氣外流道5內靠近無葉噴嘴15處呈環形均勻設有若干片機翼型氣動式導流葉片14。所述蝸殼進氣內流道6為單一流道，所述蝸殼進氣內流道6在發動機全工況範圍內工作。所述氣動隔板13的設計符合空氣動力學原理，能很好的誘導廢氣流進入蝸殼進氣流道。所述導流葉片14的設計，是為了在發動機中、高工況下，可以充分誘導流經蝸殼進氣外流道5的廢氣流速度加快並以合適氣流角流入渦輪葉輪，減少廢氣流對渦輪葉輪的撞擊損失，從而提高渦輪進氣效率。所述導流葉片14的一端與蝸殼進氣外流道內壁16 —體鑄造連接，另一端與氣動隔板13位於蝸殼進氣外流道5 —側的內壁一體鑄造連接。通過鑄造工藝將導流葉片14固定在蝸殼進氣外流道5上，一方面，減少了高速廢氣流對渦輪葉輪的撞擊，防止渦輪葉輪產生振動。另一方面，通過設計固定在蝸殼1殼體上的導流葉片14將氣動隔板13與蝸殼1殼體鑄造在一起，起到固定連接的作用。如圖5所示，所述蝸殼進氣內流道6的進氣口與所述蝸殼進氣口 11相連通，所述蝸殼進氣外流道進氣口 17與蝸殼進氣內流道6的進氣口相連通。所述蝸殼進氣外流道5與蝸殼進氣外流道進氣口 17之間設有蝸殼進氣外流道控制室18，蝸殼進氣外流道進氣口 17處設有與之匹配的蝸殼進氣外流道端蓋19，以實現對蝸殼進氣外流道5的進氣流的密封作用。為保證發動機中、高工況下，蝸殼進氣外流道5有效工作，所述蝸殼進氣外流道控制室18內設有進氣調節閥門20，氣動隔板13上與進氣調節閥門20相對應的位置設有進氣調節閥門20相匹配的配合面21，所述進氣調節閥門20在進氣調節控制裝置的帶動下處於打開和閉合狀態，從而實現蝸殼進氣外流道5的工作和不工作狀態。所述蝸殼進氣外流道控制室18的空間限制了進氣調節閥門20開啟的角度，從而限制了進入蝸殼進氣外流道5的廢氣流量。所述配合面21的設計目的是為了當進氣調節閥門20處於關閉狀態時，進氣調節閥門20與蝸殼進氣外流道5緊密配合，防止發動機低工況下，僅進入蝸殼進氣內流道6的氣流流入蝸殼進氣外流道5，造成進氣效率降低。為適用於定壓增壓系統，例如四缸發動機，所述蝸殼進氣口 11設計為單進氣口。發動機中、高工況下，在進氣調節控制裝置的帶動下，進氣調節閥門20 (虛線位置) 處於打開狀態，此時，蝸殼進氣外流道5處於工作狀態，經發動機排出的廢氣流經蝸殼進氣口流入蝸殼進氣內流道6和蝸殼進氣外流道5，廢氣流經蝸殼進氣內流道6和蝸殼進氣外流道5進入渦輪，從而帶動渦輪做功。由於在蝸殼進氣外流道5靠近無葉噴嘴15位置設置了固定的、均勻分布的機翼型氣動式導流葉片14，可以誘導流經蝸殼進氣外流道5的氣流均勻進入渦輪，防止無葉噴嘴15處產生氣流阻塞，減少了無葉噴嘴15處的廢氣流對渦輪的撞擊損失，提高渦輪進氣效率。
發動機低工況下，在進氣調節控制裝置的帶動下，進氣調節閥門20 (實線位置)處於關閉狀態，此時蝸殼進氣外流道5處於不工作狀態，經發動機排出的廢氣流僅流經蝸殼進氣內流道6，由於蝸殼進氣流道的做功截面積減少，因此提高了蝸殼廢氣流的進氣速度， 從而提高了低速工況的渦輪效率。實施例2，如圖6所示，為適用於脈衝增壓系統，例如六缸發動機，上述實施例1中， 還可以將蝸殼進氣口 11設計為雙進氣口 包括蝸殼左側進氣口 M和蝸殼右側進氣口 25。如圖7所示，所述蝸殼進氣內流道6設有脈衝內流道肋板8，所述脈衝內流道肋板 8將蝸殼進氣內流道6分為左側脈衝內流道9和右側脈衝內流道10。所述左側脈衝內流道9和右側脈衝內流道10分別與蝸殼左側進氣口 M和蝸殼右側進氣口 25相連接。所述脈衝內流道肋板8的截面呈漸縮型，所述脈衝內流道肋板8與氣動隔板13鑄造連接。所述左側脈衝內流道9的進氣口和右側脈衝內流道10的進氣口分別與蝸殼左側進氣口 M和蝸殼右側進氣口 25相連通，所述蝸殼進氣外流道左側進氣口 22和蝸殼進氣外流道右側進氣口 23分別與左側脈衝內流道9的進氣口和右側脈衝內流道10的進氣口相連
ο發動機中、高工況下，對於脈衝增壓系統，外流道可以不用分成兩部分，用一個流道即可獲得足夠能量，在進氣調節控制裝置的帶動下，進氣調節閥門處於打開狀態，此時， 蝸殼進氣外流道處於工作狀態，經發動機排出的脈衝氣流流經蝸殼進氣口流入蝸殼進氣內流道和蝸殼進氣外流道，脈衝流流經蝸殼進氣內流道和蝸殼進氣外流道進入渦輪，從而帶動渦輪做功。由於在蝸殼進氣外流道靠近無葉噴嘴位置設置了固定的、均勻分布的數片機翼型氣動式導流葉片，可以很好的誘導流經蝸殼進氣外流道的氣流以合適的氣流角均勻的進入渦輪葉輪，防止噴嘴處產生氣流阻塞，減少了蝸殼噴嘴處的脈衝流流對渦輪的撞擊損失，從而提高了渦輪機效率。發動機低工況下，在進氣調節控制裝置的帶動下，進氣調節閥門處於關閉狀態，此時蝸殼進氣外流道處於不工作狀態，蝸殼進氣內流道分成兩個流道，可獲得很好的脈衝能量，經發動機排出的脈衝氣流僅流經左側脈衝內流道和右側脈衝內流道，由於蝸殼進氣流道截面積減少，因此提高了蝸殼廢氣流的進氣速度，從而提高了低速工況的渦輪效率。
權利要求
1.一種帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼裝置，包括蝸殼(1)，所述蝸殼(1)內設有蝸殼進氣口(11)、蝸殼出氣口(12)以及蝸殼進氣流道和蝸殼擴壓通道(2)；所述蝸殼進氣流道內設有氣動隔板(13)，所述氣動隔板(13)將蝸殼進氣流道分隔為蝸殼進氣內流道(6)和蝸殼進氣外流道(5)；所述蝸殼進氣外流道(5)位於所述蝸殼進氣內流道(6)的周向外側； 所述蝸殼進氣外流道(5)和蝸殼進氣內流道(6)靠近蝸殼擴壓通道(2)的位置分別設有無葉噴嘴(15)；其特徵在於蝸殼進氣外流道(5)內靠近無葉噴嘴(15)處呈環形均勻設有若干片機翼型氣動式導流葉片(14)。
2.根據權利要求1所述的帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼裝置，其特徵在於所述導流葉片(14)的一端與蝸殼進氣外流道內壁(16) 一體鑄造連接，另一端與氣動隔板(13)位於蝸殼進氣外流道(5) —側的內壁一體鑄造連接。
3.根據權利要求1或2所述的帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼裝置，其特徵在於所述蝸殼進氣內流道(6)的進氣口與蝸殼進氣口(11)相連通，所述蝸殼進氣外流道進氣口 (17)與蝸殼進氣內流道(6)的進氣口相連通。
4.根據權利要求3所述的帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼裝置，其特徵在於 所述蝸殼進氣外流道(5)與蝸殼進氣外流道進氣口(17)之間設有蝸殼進氣外流道控制室(18)，蝸殼進氣外流道進氣口( 17)處設有與之匹配的蝸殼進氣外流道端蓋(19)。
5.根據權利要求4所述的帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼裝置，其特徵在於所述蝸殼進氣外流道控制室(18)內設有進氣調節閥門(20)，氣動隔板(13)上與進氣調節閥門 (20)相對應的位置設有進氣調節閥門(20)相匹配的配合面(21)，所述進氣調節閥門(20) 在進氣調節控制裝置的帶動下處於打開和閉合狀態。
6.根據權利要求5所述的帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼裝置，其特徵在於所述蝸殼進氣口(11)為單進氣口。
7.根據權利要求5所述的帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼裝置，其特徵在於所述蝸殼進氣口( 11)為雙進氣口 包括蝸殼左側進氣口( 24)和蝸殼右側進氣口( 25 )。
8.根據權利要求7所述的帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼裝置，其特徵在於 所述蝸殼進氣內流道(6 )設有脈衝內流道肋板(8 )，所述脈衝內流道肋板(8 )將蝸殼進氣內流道(6 )分為左側脈衝內流道(9 )和右側脈衝內流道(10 )；所述左側脈衝內流道(9)和右側脈衝內流道(10)分別與蝸殼左側進氣口(24)和蝸殼右側進氣口(25)相連接。
9.根據權利要求8所述的帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼裝置，其特徵在於所述脈衝內流道肋板(8)的截面呈漸縮型，所述脈衝內流道肋板(8)與氣動隔板(13) —體鑄造連接。
10.根據權利要求9所述的帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼裝置，其特徵在於 所述左側脈衝內流道(9)的進氣口和右側脈衝內流道(10)的進氣口分別與蝸殼左側進氣口( 24 )和蝸殼右側進氣口( 25 )相連通；所述蝸殼進氣外流道左側進氣口(22)和蝸殼進氣外流道右側進氣口(23)分別與左側脈衝內流道(9)的進氣口和右側脈衝內流道(10)的進氣口相連通。
全文摘要
本發明公開了一種帶導流葉片的雙通道變截面蝸殼裝置，包括蝸殼，蝸殼內設有蝸殼進氣口、蝸殼出氣口以及蝸殼進氣流道和蝸殼擴壓通道；蝸殼進氣流道內設有氣動隔板，氣動隔板將蝸殼進氣流道分隔為蝸殼進氣內流道和蝸殼進氣外流道；蝸殼進氣外流道位於蝸殼進氣內流道的周向外側；蝸殼進氣外流道和蝸殼進氣內流道靠近蝸殼擴壓通道的位置分別設有無葉噴嘴；蝸殼進氣外流道內靠近無葉噴嘴處呈環形均勻設有若干片機翼型氣動式導流葉片，對於脈衝增壓系統，內流道工作在發動機低速區，可以更好地利用脈衝能量，高速時，外流道可以不用分成兩個流道，用一個流道即可獲得足夠能量，這樣進一步簡化了產品結構，減輕了產品重量。
文檔編號F01D25/24GK102562185SQ20111044145
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者李偉, 李永泰, 王航, 王豔霞, 袁道軍, 高小青 申請人:康躍科技股份有限公司