專利名稱：可變噴嘴環(huán)混流渦輪增壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可變幾何截面渦輪增壓器(VGT)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種帶有可變噴嘴環(huán)的混流渦輪增壓器(VNMT)。
背景技術(shù)：
渦輪增壓器可分為徑流式渦輪增壓器和混流式渦輪增壓器，又可分為可變幾何截面渦輪增壓器(VGT)和不可調(diào)幾何截面渦輪增壓器；車用渦輪增壓器廣泛采用徑流式渦輪增壓器，原因是徑流式渦輪增壓器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性好，小尺寸時，具有較高的效率，其技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到很高的水平。隨著渦輪增壓器向高轉(zhuǎn)速、寬工作范圍、小型化方向發(fā)展，要求渦輪增壓器的比轉(zhuǎn)速越來越高，已經(jīng)超過了徑流渦輪最高效率的范圍。試驗和理論都已證明，在高比轉(zhuǎn)速下，徑流渦輪的效率達不到最佳值。降低比轉(zhuǎn)速可以解決這個問題，但是這樣會增大渦輪葉輪直徑，與小型化目標相悖，而且使渦輪增壓器瞬態(tài)響應性變壞?；炝魇綔u輪增壓器一定程度彌補了上述不足與徑流渦輪增壓器相比，混流渦輪增壓器一般可以提高渦輪效率2% 10%，具有效率高、寬工作范圍、體積小、重量輕等優(yōu)點ο為滿足日益嚴格的排放法規(guī)，同時保證車用發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性，采用可變幾何渦輪增壓器(VGT)是最佳選擇之一。常見的可變幾何截面渦輪增壓器(VGT)是可變噴嘴環(huán)渦輪增壓器(簡稱VNT)，其中轉(zhuǎn)葉式VNT是VNT的一種基本形式，這些葉片可繞各自的軸心同時旋轉(zhuǎn)，隨著葉片角度的改變，渦輪的最小流通截面積及廢氣進入渦輪的速度和角度都發(fā)生了變化，這樣就改變了渦輪的轉(zhuǎn)速和做功能力，從而改變了壓氣機出口的壓力，實現(xiàn)渦輪增壓器增壓壓力的調(diào)節(jié)與控制。但是目前的VNT技術(shù)基本停留在應用對稱葉片到氣動葉片噴嘴環(huán)徑流渦輪增壓器階段(圖1(a))，可變噴嘴環(huán)混流渦輪增壓器(簡稱VNMT)由于結(jié)構(gòu)等原因研究很少。Minoru Ishino 與 Akinobu Bessho 在文 獻《Mixed-flow Variable NozzleTurbine))中，研究了帶有可變噴嘴環(huán)的混流渦輪增壓器，噴嘴環(huán)葉片可在球面上實現(xiàn)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動，并提出了一種外置式的曲柄連桿機構(gòu)作為噴嘴環(huán)葉片的執(zhí)行機構(gòu)，但是存在如下不足(1)從渦輪殼流出的氣流在流經(jīng)噴嘴環(huán)葉片時與徑向形成一定拐角，不能很好地組織氣流流動；( 其執(zhí)行機構(gòu)布置在渦輪級出口一側(cè)，導致渦輪增壓器軸向尺寸加大； (3)噴嘴環(huán)葉片樞軸貫穿式安裝在渦輪殼上、形成軸孔配合，難以解決高溫燃氣密封問題， 造成漏氣損失；(4)每個噴嘴環(huán)葉片都要相應設(shè)計一套復雜的曲柄連桿機構(gòu)，結(jié)構(gòu)龐大，不滿足緊湊化要求。專利JP08-061005A ((NOZZLE OF MIXED FLOW TURBINE》中從葉片安裝角與葉片進口氣流角的變化角度上，為了減少流動損失，提出了一種固定翼型的改進葉片。但是，此專利僅僅停留在傳統(tǒng)二維翼型的基礎(chǔ)之上進行噴嘴環(huán)葉片的優(yōu)化。專利CN101191425B《內(nèi)燃機可變幾何渦輪增壓器噴嘴環(huán)組件》中，提到了可變幾何徑流渦輪增壓器可以應用三維曲面型葉片，但是沒有提到可應用于混流渦輪增壓器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種帶有可變噴嘴環(huán)的混流渦輪增壓器(VNMT)，能夠很好的調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)面積，從而調(diào)節(jié)與控制燃氣流動，同時解決了高溫燃氣密封問題，滿足緊湊化要求，實現(xiàn)了增壓器與內(nèi)燃機在各種工況下的最佳匹配。本發(fā)明所涉及的帶噴嘴環(huán)的混流渦輪增壓器包括壓氣機葉輪、壓氣機殼、軸承體、執(zhí)行機構(gòu)、軸承、噴嘴環(huán)葉片、渦輪殼、渦輪軸和渦輪葉輪；其中執(zhí)行機構(gòu)包括執(zhí)行器、搖臂組件、撥叉、驅(qū)動環(huán)和空間連桿機構(gòu)；執(zhí)行器與搖臂組件相連、搖臂組件與空間連桿機構(gòu)相連，空間連桿機構(gòu)與噴嘴環(huán)葉片相連；將噴嘴環(huán)葉片的頂面和底面加工( 加工成為同心圓弧狀，其方法為在渦輪殼徑向截面改進以前，以渦輪葉輪上(B)點向上延長交噴嘴環(huán)葉片尾緣的延長線于點(C)，在噴嘴環(huán)葉片尾緣的延長線上葉片方向取(D)點，使(C)點與(D)點的距離等于渦輪殼與噴嘴環(huán)葉片的左間隙或右間隙寬度，連接⑶點與渦輪殼上點(E)，做線段(DE)的垂直平分線交增壓器的渦輪軸軸心線于一點(0)即為圓弧圓心，以點(0)為圓心，以(OD)為半徑做弧， 在弧上取弧長DF等于噴嘴環(huán)葉片的設(shè)計弦長，在噴嘴環(huán)葉片尾緣的延長線上取一點(G)使 (DG)的長度等于噴嘴環(huán)葉片的寬度，以點(0)為圓心，以(OG)為半徑做弧，在弧上取弧長 (GH)等于噴嘴環(huán)葉片的設(shè)計弦長。空間連桿機構(gòu)內(nèi)置于軸承體與渦輪殼組成的球殼內(nèi)，以環(huán)形均勻排布，左端與搖臂組件的主動搖臂固連，右端與噴嘴葉片固連；空間連桿機構(gòu)是四連桿機構(gòu)，從左到右分別為1、2、3、4桿件，每個桿件的頭尾，都存在一個約束，共5個約束，其中4個約束為轉(zhuǎn)動副，1 個約束為球副，其形式為R-R-S-R-R，R為轉(zhuǎn)動副，S為球副；根據(jù)實際裝配后增壓器的空間幾何容量要求，，桿A，桿B，桿C的長度和初始安裝角度設(shè)定原則為L1為連接搖臂組件的桿A與噴嘴環(huán)轉(zhuǎn)軸桿D之間的距離，L2為桿B的長度，L3為桿C的長度，L2與L3的交點在
Ll的垂直平分線上，故L2 = L3，Ll大于空間機構(gòu)的自由度為1，能在桿A的轉(zhuǎn)動
驅(qū)動下實現(xiàn)桿D確定的運動軌跡。對渦輪殼進行改進使噴嘴環(huán)葉片的進口氣流角與水平軸心線方向變?yōu)殁g角，即保持原增壓器0-0截面面積A與截面型心到渦輪軸的半徑R之比A/R值不變，使得不同旋轉(zhuǎn)角度下各斷截面的面徑比(aJ)滿足(A0/RJ = (A/R)Q(1 — θ/2π)，從而確定各截斷面的面積及相應尺寸，滿足上述參數(shù)要求的前提下，將噴嘴環(huán)葉片進口上游處的渦輪殼截面作進一步的改進，改變噴嘴環(huán)葉片的進口氣流角，由原徑流渦輪增壓器與渦輪軸心線成90°方向變?yōu)殁g角；其中噴嘴葉片型面既可為二維曲面也可為三維曲面；執(zhí)行器為電動執(zhí)行器或氣動執(zhí)行器；其工作流程為當發(fā)動機的工況變化時，執(zhí)行器作用于固定在渦輪端的搖臂組件轉(zhuǎn)動，搖臂組件通過撥叉撥動主動搖臂帶動驅(qū)動環(huán)繞渦輪軸轉(zhuǎn)動。驅(qū)動環(huán)施加給連接主動搖臂的每一個空間連桿機構(gòu)一個轉(zhuǎn)矩，在旋轉(zhuǎn)副和球副的共同作用下，使得噴嘴環(huán)葉片繞其轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機低速時，需要單方向轉(zhuǎn)動搖臂組件，將噴嘴環(huán)葉片的開度變小，減小兩相鄰噴嘴環(huán)葉片問流通面積，提高增壓器轉(zhuǎn)速，提高壓比和增加氣缸進氣。反之，當增壓器超速和過度增壓時，需要反方向轉(zhuǎn)動搖臂組件，將噴嘴環(huán)葉片的開度變大，增大兩相鄰噴嘴環(huán)葉片問流通面積，降低增壓器轉(zhuǎn)速，降低壓比和減少氣缸進氣。本發(fā)明的有益效果(1)、VNMT噴嘴環(huán)的空間連桿機構(gòu)布置在渦輪內(nèi)側(cè)，避免了與渦輪殼外界相通，由于軸承體與渦輪殼之間都存在密封，漏氣問題很容易解決；與可變噴嘴環(huán)徑流渦輪增壓器相比，其軸向尺寸略微增加，能滿足緊湊化的要求，比較現(xiàn)有的外置式曲柄連桿機構(gòu)，結(jié)構(gòu)更簡單，易于精確控制，操作靈敏，可實現(xiàn)噴嘴環(huán)開度實時轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)，可靠性更高；O)、裝配有三維曲面型噴嘴環(huán)葉片的渦輪級，總靜效率整條曲線都較原對稱葉型及氣動型噴嘴環(huán)葉片有大幅度的改善，同時在小開度、中低轉(zhuǎn)速工況下，流通能力大幅增強。(3)、VNMT可以最大化利用現(xiàn)有VGT零部件只需適當修改軸承體、渦輪殼及噴嘴環(huán)組件的葉片執(zhí)行機構(gòu)。(4)、由于混流渦輪和可調(diào)噴嘴環(huán)技術(shù)具有各自的優(yōu)點，將兩者組合之后獲得了 “1+1 ^ 2”的效果渦輪增壓器中的混流渦輪噴嘴環(huán)實現(xiàn)可調(diào)，混流渦輪流道中氣流得到良好的組織，減少了氣流流動損失，提高了效率。在混流渦輪低速比、大容量的優(yōu)越性能上，與發(fā)動機在較大效率范圍內(nèi)實現(xiàn)更加良好的匹配效果。


圖1可變噴嘴環(huán)混流渦輪增壓器中噴嘴葉片與葉輪的布置形式圖2噴嘴環(huán)葉片氣流進口上游處原渦輪殼斷面3噴嘴環(huán)葉片氣流進口上游處改進后的渦輪殼斷面4可變噴嘴環(huán)混流渦輪增壓器渦輪級(渦輪殼斷面改進前)圖5混流渦輪增壓器噴嘴環(huán)搖臂組件的正視6帶有噴嘴環(huán)葉片的混流渦輪增壓器(VNMT)結(jié)構(gòu)7可調(diào)噴嘴環(huán)葉片的空間連桿機構(gòu)；圖8可調(diào)噴嘴環(huán)葉片的空間連桿機構(gòu)原理圖；1-主動搖臂、2-驅(qū)動環(huán)、3-執(zhí)行器、4-搖臂組件、5-噴嘴環(huán)葉片、6_軸承、7_渦輪葉輪、8-空間機構(gòu)、9-渦輪殼、10-渦輪軸、11-壓氣機葉輪、12-壓氣機殼、13-軸承體、 14-球副、15-轉(zhuǎn)動副
具體實施例方式為提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性，滿足日益嚴格的汽車排放法規(guī)，渦輪增壓器從無任何調(diào)節(jié)的普通渦輪增壓器(第一代)，到為防止超速、在高速高負荷下旁通放氣的廢氣旁通渦輪增壓器(第二代)發(fā)展到了可變幾何渦輪增壓器(第三代)。對可變幾何渦輪增壓器(VGT)的大量研究工作證明使用VGT后能夠明顯降低發(fā)動機的HC、CO和PM排放，還可適當降低NOx排放，同時大幅度改善發(fā)動機低速性能，提高燃油經(jīng)濟性。概括地說，發(fā)動機采用可變幾何渦輪增壓器(VGT)可以實現(xiàn)對進氣的精確控制。一般而言，普通渦輪增壓發(fā)動機較非增壓發(fā)動機可以降低燃油消耗10%左右，而可變噴嘴環(huán)渦輪增壓發(fā)動機較普通增壓發(fā)動機可以進一步降低燃油消耗15%以上，這與混流渦輪增壓器具有效率高、工作范圍寬的優(yōu)點有關(guān)。同時由于其渦輪尺寸較小，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量小，使增壓器瞬態(tài)響應性也變得更好。因此，本發(fā)明的目標是將可變幾何截面與混流渦輪結(jié)合，研究開發(fā)帶有可變噴嘴環(huán)的混流渦輪增壓器(VNMT)。下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。通常，VNT的噴嘴環(huán)葉片與混流渦輪的配合形式如圖1中(b)、(c)、(d)三種形式。 圖1(c)的布置形式在各方面優(yōu)點較為明顯，但執(zhí)行機構(gòu)相當復雜。圖(b)噴嘴環(huán)葉片與渦輪葉輪的間隙較大，存在很大的泄露損失。圖1(d)的布置形式彌補了(c)的不足，執(zhí)行機構(gòu)較為簡單，但是在調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)時，其尾緣對氣流的擾動非常大，造成較大的流動損失，導致渦輪效率下降。本發(fā)明基于(c)的幾何形式，發(fā)明了一種帶噴嘴環(huán)葉片的混流渦輪增壓器， 達到比普通混流渦輪增壓器更好的效果，可實現(xiàn)更精確控制，效率更高，流量范圍更廣等性能。本發(fā)明設(shè)計的可變噴嘴環(huán)混流渦輪增壓器，與徑流渦輪增壓器相比，對渦輪增壓器渦輪端進行設(shè)計改進，采用上述圖1(c)中的配合形式，增壓器的噴嘴環(huán)執(zhí)行機構(gòu)也相應地進行了創(chuàng)新設(shè)計。發(fā)明的目的通過以下措施實現(xiàn)本發(fā)明包括包括壓氣機葉輪11、壓氣機殼12、軸承體13、執(zhí)行機構(gòu)、軸承6、噴嘴環(huán)葉片5、渦輪殼9、渦輪軸10和渦輪葉輪7 ；其特征在于其中執(zhí)行機構(gòu)包括執(zhí)行器3、搖臂組件4、撥叉、驅(qū)動環(huán)2和空間連桿機構(gòu)8 ；執(zhí)行器3與搖臂組件4相連、搖臂組件4與空間連桿機構(gòu)8相連，空間連桿機構(gòu)8與噴嘴環(huán)葉片5相連；(1)、將噴嘴環(huán)葉片5的頂面和底面加工加工成為同心圓弧狀，其方法為如圖4所示，以渦輪葉輪上B點向上延長交噴嘴環(huán)葉片尾緣的延長線于點C，在噴嘴環(huán)葉片尾緣的延長線上葉片方向取D點，使C點與D點的距離等于渦輪殼與噴嘴環(huán)葉片的左間隙與右間隙寬度，左間隙與右間隙寬度相同，連接D點與渦輪殼上點E，做線段DE的垂直平分線交增壓器的渦輪軸軸心線于一點0即為圓弧圓心，以點0為圓心，以O(shè)D即R2為半徑做弧，在弧上取弧長DF等于噴嘴環(huán)葉片的設(shè)計弦長，在噴嘴環(huán)葉片尾緣的延長線上取一點G使DG的長度等于噴嘴環(huán)葉片的寬度，以點0為圓心，以O(shè)G即R3為半徑做弧，在弧上取弧長GH等于噴嘴環(huán)葉片的設(shè)計弦長；Rl和R4分別為軸承體與渦輪殼組成的球殼內(nèi)徑和外徑，加工后使得噴嘴環(huán)葉片5在葉高方向上的上下兩個面均為球面；噴嘴環(huán)葉片也可由對稱葉型或氣動葉型改為三維葉型，并可加以優(yōu)化，實現(xiàn)氣流良好的組織流動；O)、空間連桿機構(gòu)內(nèi)置于渦輪內(nèi)側(cè)，在軸承體與渦輪殼組成的球殼內(nèi)環(huán)形排布， 左端與搖臂組件的主動搖臂固連，右端與噴嘴葉片固連；由于噴嘴環(huán)葉片呈現(xiàn)球形環(huán)繞的布局，其樞軸軸心線已經(jīng)不再與渦輪軸軸心線共線，本發(fā)明為適應混流渦輪增壓器的特殊結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)噴嘴環(huán)葉片的開度可調(diào)，發(fā)明了一種內(nèi)置式噴嘴環(huán)葉片的空間連桿機構(gòu)。如圖8 所示該空間連桿機構(gòu)是四連桿機構(gòu)，從左到右為1、2、3、4桿件，每個桿件的頭尾，都存在一個約束，共5個約束，其形式為R-R-S-R-R，其中R為旋轉(zhuǎn)副，S為球副。根據(jù)空間中，桿 Al，桿B2，桿C3的長度和初始安裝角度可設(shè)定為根據(jù)裝配后增壓器的空間幾何容量，Ll為連接搖臂組件的桿Al與噴嘴環(huán)轉(zhuǎn)軸桿D4之間的距離，L2為桿B2的長度，L3為桿C3的長度。L2與L3的交點在Ll的垂直平分線上，故L2 = L3，Ll桿長度大于λ/ /2 L2，空間機構(gòu)的自由度為1，能在桿Al的轉(zhuǎn)動驅(qū)動下實現(xiàn)桿D4確定的運動軌跡。對本執(zhí)行機構(gòu)的運動原理簡述如下在氣動執(zhí)行器或電動執(zhí)行器的驅(qū)動下，帶動固定在渦輪軸端的搖臂組件轉(zhuǎn)動，搖臂組件撥動執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)的撥叉，再經(jīng)該撥叉上的主動搖臂帶動增壓器內(nèi)部的驅(qū)動環(huán)轉(zhuǎn)動，在驅(qū)動環(huán)的旋轉(zhuǎn)作用下，空間連桿機構(gòu)沿特定的環(huán)繞軌跡運動，從而使所連接的噴嘴環(huán)葉片轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動所需要的開度。(3)、在葉輪尺寸一定時，渦輪殼0-0截面尺寸決定了渦輪的流量特性，適當?shù)臏u輪流量特性又決定了增壓器與發(fā)動機匹配時適當?shù)脑鰤耗芰?，因此需要根?jù)所確定的增壓器與發(fā)動機匹配點參數(shù)要求，設(shè)計合適的渦輪殼0-0截面尺寸。根據(jù)等環(huán)量原理和連續(xù)性方程，本發(fā)明保持原增壓器0-0截面面積A與截面型心到渦輪軸的半徑R之比A/R值不變，
使得不同旋轉(zhuǎn)角度下各斷截面的面徑比(4/凡)滿足(A0/RJ = (Α/Ι^α-θΑπ)，從
而確定各截斷面的面積及相應尺寸。為了減少流道內(nèi)的氣流損失，滿足上述參數(shù)要求的前提下，將噴嘴環(huán)葉片進口上游處的渦輪殼截面作進一步的改進。如圖2、圖3所示，改變噴嘴環(huán)葉片的進口氣流角，由原徑流渦輪增壓器與渦輪軸心線成90°方向變?yōu)橐烩g角，使氣流實現(xiàn)一定速度的軸向預旋；改型后的渦輪級添加一套新的執(zhí)行機構(gòu)之后與原增壓器的壓氣機級、軸承體及軸承系統(tǒng)部分重新配合，構(gòu)造出一種帶有噴嘴環(huán)葉片的混流渦輪增壓器。這種帶噴嘴環(huán)的混流增壓器的進出口氣流的組織是通過渦輪殼流道的設(shè)計和三維葉片的應用共同來實現(xiàn)優(yōu)化的，針對外置式曲柄連桿機構(gòu)造成的漏氣損失和結(jié)構(gòu)復雜的問題，本發(fā)明通過設(shè)計一種內(nèi)置式的噴嘴環(huán)執(zhí)行機構(gòu)來解決。噴嘴環(huán)葉片也由原來的對稱葉型或氣動葉型變?yōu)榭烧{(diào)的同心圓弧狀二維或三維曲面型葉片。VGT能夠根據(jù)內(nèi)燃機工況的不同要求，通過改變噴嘴環(huán)葉片轉(zhuǎn)角的位置來改變渦輪的流通截面積，實時地改變渦輪的流量特性，來實現(xiàn)增壓器與內(nèi)燃機在各種工況下的最佳匹配。在渦輪增壓器器工作時，可以通過噴嘴環(huán)的執(zhí)行機構(gòu)，調(diào)整噴嘴環(huán)葉片在球殼內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度，來調(diào)節(jié)相鄰噴嘴葉片之間的氣流通道面積，使氣流得到良好的膨脹后進入渦輪葉輪，使渦輪增壓器與發(fā)動機的工況相匹配。當內(nèi)燃機低速運轉(zhuǎn)時，減小流通截面積，氣流流出速度相應提高，渦輪轉(zhuǎn)速上升，壓氣機出口壓力增大，供氣量相對加大，改善了內(nèi)燃機的低速特性；當內(nèi)燃機高速運轉(zhuǎn)時，增大流通截面積，渦輪轉(zhuǎn)速下降，防止增壓器超速和增壓過度。分布在球殼內(nèi)的噴嘴環(huán)葉片可同時旋轉(zhuǎn)。隨著葉片角度的改變，渦輪的最小流通截面積及廢氣進入渦輪的速度和角度都發(fā)生了變化，這樣就改變了渦輪的轉(zhuǎn)速和壓氣機出口的壓力。通過對VGT的適當控制，可以使內(nèi)燃機的排放特性、怠速與低速油耗、起動與加速性能等得到有效的改善。以下結(jié)合附圖5、6、7，闡述本發(fā)明中涉及的帶有噴嘴環(huán)的混流渦輪增壓器的
具體實施例方式當發(fā)動機的工況變化時，氣動執(zhí)行器或電動執(zhí)行器3作用于固定在渦輪端的搖臂組件4轉(zhuǎn)動，搖臂組件4通過撥叉撥動主動搖臂1帶動增壓器內(nèi)部的驅(qū)動環(huán)2繞渦輪軸 10轉(zhuǎn)動。驅(qū)動環(huán)施加給空間機構(gòu)8 一個轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)動副15和球副14的共同作用下，使得噴嘴環(huán)葉片5繞其轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。噴嘴環(huán)葉片5的扭轉(zhuǎn)角度，與搖臂組件4的轉(zhuǎn)動幅度有一定的內(nèi)在聯(lián)系，可根據(jù)要滿足的噴嘴環(huán)開度進行實時調(diào)節(jié)控制，即調(diào)節(jié)控制外部氣源的壓力大
8小就可以間接地控制噴嘴環(huán)的開度。為了改善發(fā)動機的低速特性，需要單方向轉(zhuǎn)動搖臂組件4，將噴嘴環(huán)葉片的開度變小，減小兩相鄰噴嘴環(huán)葉片間流通面積，提高增壓器轉(zhuǎn)速，增大壓比和氣缸進氣。反之，為了防止增壓器超速和過度增壓，需要反方向轉(zhuǎn)動搖臂組件4，將噴嘴環(huán)葉片5的開度變大，增大兩相鄰噴嘴環(huán)葉片間流通面積。圖7中的約束未全部畫出。圖6中所示為球軸承渦輪增壓器，在本發(fā)明中其他類型軸承系統(tǒng)，如浮動軸承渦輪增壓器也同樣適用。VNMT噴嘴環(huán)的空間連桿機構(gòu)布置在渦輪內(nèi)側(cè)，避免了與渦輪殼外界相通，由于軸承體與渦輪殼之間都存在密封，漏氣問題很容易解決；與可變噴嘴環(huán)徑流渦輪增壓器相比， 渦輪軸10和軸承6軸向尺寸略微增加，能滿足緊湊化的要求，比較現(xiàn)有的外置式曲柄連桿機構(gòu)，結(jié)構(gòu)更簡單，易于精確控制，操作靈敏，可實現(xiàn)噴嘴環(huán)開度實時轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)，可靠性更高；利用三維葉型噴嘴環(huán)葉片和空間連桿機構(gòu)，能夠很好的調(diào)節(jié)噴嘴環(huán)面積，從而調(diào)節(jié)與控制燃氣流動，同時解決了高溫燃氣密封問題，滿足緊湊化要求，實現(xiàn)了增壓器與內(nèi)燃機在各種工況下的最佳匹配。通過以上實施例，本發(fā)明中所涉及的可變噴嘴環(huán)混流渦輪增壓器，可以根據(jù)發(fā)動機的工況，噴嘴環(huán)葉片可以實現(xiàn)實時可變開度，達到精確控制調(diào)節(jié)的目的。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種帶有可變噴嘴環(huán)的混流渦輪增壓器，包括壓氣機葉輪(11)、壓氣機殼(12)、軸承體(13)、執(zhí)行機構(gòu)、軸承(6)、噴嘴環(huán)葉片(5)、渦輪殼(9)、渦輪軸(10)和渦輪葉輪(7)； 其特征在于其中執(zhí)行機構(gòu)包括執(zhí)行器(3)、搖臂組件0)、撥叉、驅(qū)動環(huán)(2)和空間連桿機構(gòu)⑶；執(zhí)行器⑶與搖臂組件⑷相連、搖臂組件⑷與空間連桿機構(gòu)⑶相連，空間連桿機構(gòu)(8)與噴嘴環(huán)葉片(5)相連；將噴嘴環(huán)葉片(5)的頂面和底面加工加工成為同心圓弧狀；空間連桿機構(gòu)(8)內(nèi)置于軸承體(13)與渦輪殼(9)組成的球殼內(nèi)，以環(huán)形均勻排布， 左端與搖臂組件的主動搖臂(1)固連，右端與噴嘴葉片固連； 噴嘴環(huán)葉片的進口氣流角與水平軸心線方向為鈍角。
2.如權(quán)利要求1所述的一種帶有可變噴嘴環(huán)的混流渦輪增壓器，其特征在于，對原渦輪殼(9)進行改進使噴嘴環(huán)葉片(5)的進口氣流角變?yōu)殁g角的方法，即保持原增壓器0-0 截面面積A與截面型心到渦輪軸的半徑R之比A/R值不變，使得不同旋轉(zhuǎn)角度下各斷截面的面徑比滿足(A0/RJ = (Α/Ι^α-θΑπ)，從而確定各截斷面的面積及相應尺寸，滿足上述參數(shù)要求的前提下，使噴嘴環(huán)葉片(5)的進口氣流角為鈍角。
3.如權(quán)利要求1所述的一種帶有可變噴嘴環(huán)的混流渦輪增壓器，其特征在于，將噴嘴環(huán)葉片(5)的頂面和底面加工成為同心圓弧狀的方法為在渦輪殼徑向截面改進以前，以渦輪葉輪上(B)點向上延長交噴嘴環(huán)葉片尾緣的延長線于點(C)，在噴嘴環(huán)葉片尾緣的延長線上葉片方向取(D)點，使(C)點與(D)點的距離等于渦輪殼與噴嘴環(huán)葉片的左間隙或右間隙寬度，連接(D)點與渦輪殼上點(E)，做線段(DE)的垂直平分線交增壓器的渦輪軸軸心線于一點(0)即為圓弧圓心，以點(0)為圓心，以(OD)為半徑做弧，在弧上取弧長(DF) 等于噴嘴環(huán)葉片的設(shè)計弦長，在噴嘴環(huán)葉片尾緣的延長線上取一點(G)使(DG)的長度等于噴嘴環(huán)葉片的寬度，以點(0)為圓心，以(OG)為半徑做弧，在弧上取弧長(GH)等于噴嘴環(huán)葉片的設(shè)計弦長。
4.如權(quán)利要求1所述的一種帶有可變噴嘴環(huán)的混流渦輪增壓器，其特征在于，所述空間連桿機構(gòu)是四連桿機構(gòu)，從左到右為分別為1、2、3、4桿件，每個桿件的頭尾，都存在一個約束，共5個約束，其中4個約束為轉(zhuǎn)動副，1個約束為球副，其形式為R-R_S-R-R，R為轉(zhuǎn)動副，S為球副；根據(jù)實際裝配后增壓器的空間幾何容量要求，，桿A(l)，桿B(2)，桿C(3)的長度和初始安裝角度設(shè)定原則為L1為連接搖臂組件的桿A(I)與噴嘴環(huán)轉(zhuǎn)軸桿D(4)之間的距離，L2為桿B(2)的長度，L3為桿C(3)的長度，L2與L3的交點在Ll的垂直平分線上，故L2 = L3, Ll 大于 V/2l2。
5.如權(quán)利要求1或4所述的一種帶有可變噴嘴環(huán)的混流渦輪增壓器，其特征在于，空間連桿機構(gòu)(8)的自由度為1，能在桿A(I)的轉(zhuǎn)動驅(qū)動下實現(xiàn)桿D(4)確定的運動軌跡。
6.如權(quán)利要求1所述的一種帶有可變噴嘴環(huán)的混流渦輪增壓器，其特征在于，其中噴嘴葉片型面為二維曲面或三維曲面。
7.如權(quán)利要求1所述的一種帶有可變噴嘴環(huán)的混流渦輪增壓器，其特征在于，執(zhí)行器為電動執(zhí)行器或氣動執(zhí)行器。
8.如權(quán)利要求1所述的一種帶有可變噴嘴環(huán)的混流渦輪增壓器，其特征在于，其工作流程為當發(fā)動機的工況變化時，執(zhí)行器(3)作用于固定在渦輪端的搖臂組件(4)轉(zhuǎn)動，搖臂組件(4)通過撥叉撥動主動搖臂(1)帶動驅(qū)動環(huán)( 繞渦輪軸(10)轉(zhuǎn)動；驅(qū)動環(huán)(2)施加給空間連桿機構(gòu)(8) —個轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)動副(15)和球副(14)的共同作用下，使得噴嘴環(huán)葉片(5)繞其轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；發(fā)動機低速時，需要單方向轉(zhuǎn)動搖臂組件G)，將噴嘴環(huán)葉片(5) 的開度變小，減小兩相鄰噴嘴環(huán)葉片間流通面積；反之，當增壓器超速和過度增壓時，需要反方向轉(zhuǎn)動搖臂組件G)，將噴嘴環(huán)葉片(5)的開度變大，增大兩相鄰噴嘴環(huán)葉片間流通面積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶有可變噴嘴環(huán)的混流渦輪增壓器，包括壓氣機葉輪、壓氣機殼、軸承體、執(zhí)行機構(gòu)、軸承、噴嘴環(huán)葉片、渦輪殼、渦輪軸和渦輪葉輪；其中執(zhí)行機構(gòu)包括執(zhí)行器、搖臂組件、驅(qū)動環(huán)和空間連桿機構(gòu)；執(zhí)行器與搖臂組件相連、搖臂組件與空間連桿機構(gòu)相連，空間連桿機構(gòu)與噴嘴環(huán)葉片相連；空間連桿機構(gòu)在軸承體與渦輪殼組成的球殼內(nèi)環(huán)形排布；渦輪殼體徑向截面出口中心線由與軸向成直角變?yōu)殁g角；本發(fā)明將噴嘴環(huán)葉片頂面和底面設(shè)計為同心圓弧狀，并利用空間連桿機構(gòu)完成了混流渦輪噴嘴環(huán)葉片的開度可調(diào)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了帶噴嘴環(huán)的混流渦輪增壓器與內(nèi)燃機各變化工況的最佳匹配。
文檔編號F01D9/02GK102182546SQ20111010252
公開日2011年9月14日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者尚文濤, 黃若 申請人:北京理工大學