专利名称：可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可变几何的脉冲进气涡轮增压器，具体地说是一种通过不同流道的共同工作来满足发动机各工况性能要求的可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置，属于内燃机领域。
背景技术：
在实际工程应用中，基于脉冲增压的双腔半周分隔进气涡轮是一种比较传统的结构形式，双腔半周分隔进气涡轮的蜗壳由上流道和下流道两个流道组成，上流道的进气区域是0-180度，下流道的进气区域是180-360度，上流道和下流道的进气区域组成一个360度全周进气区域，进气流分别经过上、下流道带动涡轮叶轮做功。随着排放法规的日益严格，要求增压器必须具有更高的增压压力和排气压力可调节的功能，而此涡轮机截面积固定不变，因此无法满足发动机各工况的性能要求。基于此涡轮机截面积固定不变的特点，在蜗壳的喷嘴位置安装可旋转的喷嘴叶片，即旋叶式可变截面涡轮，通过调节喷嘴叶片的旋转开度来改变涡轮的进气流通面积，控制方便，但在实际应用中仍然存在一些缺陷
发动机在大流量工况下，喷嘴叶片的开度增大，距离涡轮叶片前缘较近，限制了其开度增大的调节范围。发动机在小流量工况下，喷嘴叶片的开度很小，此时喷嘴出口气流的周向速度高，涡轮变为冲动式涡轮，撞击损失较大，可靠性差；再有，喷嘴出口距离叶轮入口较远，在其中的环形区气流相互干涉，增加了流动损失，从而使增压器效率下降。另外，旋叶式可变截面涡轮增压器的成本很高，这使许多发动机厂家对其昂贵的价格望而却步，成本和寿命限制了此类型涡轮增压器的市场。因此希望设计一种结构简单、可靠性高、成本低、并在小流量下具有较高效率的可变几何的蜗壳结构，以解决上述两种涡轮机装置存在的效率、可靠性和价格等方面的问题，满足发动机各工况下的性能要求。
发明内容
本发明要解决的问题是为了克服固定截面涡轮增压器不能实现与发动机全工况的良好匹配，以及旋叶式可变截面涡轮增压器成本高、可靠性差、效率低等问题，提供一种成本低、结构简单、可靠性高、低速工况下具有较高的效率，提高涡轮的做功能力，在中、高速时满足发动机的流通能力，避免增压器超速的可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置。为了解决上述问题，本发明采用了以下技术方案
一种可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置，包括蜗壳，所述蜗壳上设有进气流道，进气流道的其中一端设有进气口，另一端设有蜗壳出气口，所述进气流道包括两组工作流道
一内流道，包括第一内流道和第二内流道；一外流道；包括第一外流道和第二外流道；进气口包括第一蜗壳进口和第二蜗壳进口；
所述第一内流道和第一外流道与第一蜗壳进口相连通并在周向方向上实现0-180度的半周进气；
所述第二内流道和第二外流道与第二蜗壳进口相连通并在周向方向上实现180-360 度的半周进气。以下是本实用新型对上述方案的进一步改进
在第一外流道上靠近第一蜗壳进口的位置和第二外流道靠近第二蜗壳进口的位置分别设有进气调节装置。进一步改进
所述两个的进气调节装置位于蜗壳同侧，进气调节装置根据发动机的实际工况实现对进气流量的分配。， 另一种改进
所述两个进气调节装置分别位于蜗壳两侧，进气调节装置根据发动机的实际工况实现对进气流量的分配。进一步改进
所述进气调节装置包括安装在蜗壳内的阀门轴，阀门轴的两端与蜗壳分别转动连接， 其中一端伸出到蜗壳的外部并传动连接有执行机构，所述阀门轴穿过第一外流道和第二外流道，阀门轴上位于第一外流道和第二外流道内的位置分别安装有阀门。进一步改进所述蜗壳上与阀门对应的位置设有阀门盖板，阀门盖板与蜗壳固定密封连接。执行机构控制阀门的开启和关闭，通过对阀门的开度调节实现对涡轮进气流量的分配，从而实现内外流道的共同工作。另一种改进
所述第一蜗壳进口和第二蜗壳进口的截面为梯形结构，呈上下布置。另一种改进
所述第一蜗壳进口和第二蜗壳进口的截面为矩形结构，呈左右并排布置。另一种改进
所述第一外流道、第一内流道、第二内流道和第二外流道并排布置在蜗壳内。本发明采用上述方案，发动机在低速工况下，阀门处于关闭状态，此时，内流道处于工作状态，由排气管排出的进气流只经过此组工作流道，由于此组工作流道截面积较小， 提高了涡轮前的进气压力，提高了废气中的可用能量，增强了涡轮的做功能力，提高了涡轮低速的效率，满足了发动机的低速性能并达到降低排放的目的。发动机在中高速工况下，阀门处于开启状态，进气阀门的开度由进气阀门控制机构根据发动机的实际工况进行调节，使内流道和外流道两组工作流道均参与工作，在所有流道的共同工作下，实现涡轮流量的合理分配，满足发动机中高速工况的性能要求。本发明中的涡轮蜗壳结构与普通的增压器蜗壳结构基本相同，结构简单、继承性好、成本低、容易快速实现工程化，发明中的进气调节装置结构简单，控制方式容易实现，可靠性高。综上所述，采用可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置能有效的满足发动机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，容易实现该类产品的工程化和产品化。下面结合附图和对本发明做进一步说明。
图1是本发明实施例1的结构示意图2是本发明实施例1中脉冲进气涡轮机的蜗壳装置0-180度流道截面结构示意图；图3是本发明实施例1中的排气歧管结构示意图；图4是本发明实施例1中进气调节装置的结构示意图；图5是本发明实施例1中阀门盖板的结构示意图；图6是本发明实施例2的结构示意图7是本发明实施例2中脉冲进气涡轮机的蜗壳装置0-180度流道截面结构示意图；图8是本发明实施例2中的排气歧管结构示意图；图9是本发明实施例3中进气调节装置的结构示意图。图中1-第一蜗壳进口 ；2-第二蜗壳进口 ；3-蜗壳；4-蜗壳出气口 ；5-第一内流道；6-第二内流道；7-第一外流道；8-第二外流道；9-阀门；10-阀门轴；11-轴套；12-执行机构；13-阀门盖板；14-第一排气管出口 ； 15-第二排气管出口。
具体实施例方式实施例1，如图1、图2所示，一种可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置，包括蜗壳3，所述蜗壳3上设有进气流道，进气流道的其中一端设有进气口，另一端设有蜗壳出气Π 4。所述进气流道包括两组工作流道，其中一组为内流道，另一组为外流道，所述外流道位于所述内流道的一侧。所述内流道包括第一内流道5和第二内流道6，所述外流道包括第一外流道7和第二外流道8。进气口包括第一蜗壳进口 1和第二蜗壳进口 2 ；
所述第一内流道5和第一外流道7与第一蜗壳进口1相连通并在周向方向上实现0-180度的半周进气；
所述第二内流道6和第二外流道8与第二蜗壳进口 2相连通并在周向方向上实现180-360度的半周进气。在第一外流道7上靠近第一蜗壳进口 1的位置和第二外流道8靠近第二蜗壳进口2的位置分别设有进气调节装置。所述第一蜗壳进口 1和第二蜗壳进口 2为上下布置的梯形结构并分别与排气歧管相连通。如图3所示，排气歧管包括截面为梯形的第一排气管出口 14和第二排气管出口15，所述第一内流道5和第一外流道7通过第一蜗壳进口 1对应与第一排气管出口 14连通，所述第二内流道6和第二外流道8通过第二蜗壳进口 2对应与第二排气管出口 15连通。所述第一内流道5和第二内流道6始终处于工作状态；所述第一外流道7和第二外流道8在进气调节装置的控制下处于工作和非工作两种状态，每组工作流道分别实现进气流对涡轮叶轮的360度全周进气。如图4所示，所述两个外流道的进气调节装置位于蜗壳同侧，进气调节装置根据发动机的实际工况实现对进气流量的分配。所述进气调节装置包括安装在蜗壳3内的阀门轴10，阀门轴10的两端通过轴套 11与蜗壳3分别转动连接，其中一端伸出到蜗壳3的外部并传动连接有执行机构12，所述阀门轴10穿过第一外流道7和第二外流道8，阀门轴10上位于第一外流道7和第二外流道 8内的位置分别安装有阀门9。执行机构12控制阀门9的开启和关闭，通过对阀门9的开度调节实现对涡轮进气流量的分配，从而实现内外流道的共同工作。如图5所示，所述进气调节阀门9对应处设有阀门盖板13，所述阀门盖板13通过螺栓与蜗壳3固定密封连接。所述的阀门盖板一方面起到密封作用，另一方面，还具有蜗壳和中间壳之间压板的作用。发动机低速工况下，阀门9在执行机构12的控制下处于关闭状态，第一外流道7 和第二外流道8处于封闭状态，不与蜗壳进口相连通。此时，由排气歧管排出的废气只经过所述工作流道的第一内流道5和第二内流道6，此时只有第一内流道5和第二内流道6参与工作，第一外流道7和第二外流道8不参与工作，由于涡轮截面积减小，提高了涡轮前的进气压力，提高了废气中的可用能量，增强了涡轮的做功能力，提高了涡轮的低速效率，满足了发动机的低速性能并达到降低排放的目的。发动机中高速工况下，阀门9在执行机构的控制下处于开启状态，所述进气阀门9 的开度由执行控制机构根据发动机的实际工况进行调节，此时，第一内流道5、第二内流道 6、第一外流道7和第二外流道8均与蜗壳进口相连通，即所述每组工作流道的内外流道均参与工作，在所有流道的共同工作下，从而实现涡轮流量的合理分配，满足发动机中高速工况的性能要求。实施例2，如图6、图7所示，实施例1中，所述第一蜗壳进口 1和第二蜗壳进口 2 还可以为左右并排布置的矩形结构并分别与排气歧管相连通。所述第一外流道7、第一内流道5、第二内流道6和第二外流道8并排布置在蜗壳内。如图8所示，排气歧管包括截面为矩形的第一排气管出口 14和第二排气管出口 15，所述第一内流道5和第一外流道7通过第一蜗壳进口 1对应与第一排气管出口 14连通， 所述第二内流道6和第二外流道8通过第二蜗壳进口 2对应与第二排气管出口 15连通。
实施例3，如图9所示，上述实施例2中，所述两个外流道的进气调节装置还可以分别位于蜗壳3两侧，进气调节装置根据发动机的实际工况实现对进气流量的分配。 本发明针对发动机对可变截面涡轮增压器的需求，完成了可变流量的部分进气涡轮机装置的开发，有效的利用了废气能量，兼顾了发动机低速和中高速工况下的增压需求。 该类型可变流量的部分进气涡轮机装置可以采用现有普通增压器的铸造及加工技术完成。
权利要求
1.一种可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置，包括蜗壳(3)，所述蜗壳(3)上设有进气流道，进气流道的其中一端设有进气口，另一端设有蜗壳出气口(4)，其特征在于所述进气流道包括两组工作流道一内流道，包括第一内流道(5)和第二内流道(6)；一外流道，包括第一外流道(7)和第二外流道(8)；进气口包括第一蜗壳进口(1)和第二蜗壳进口(2)；所述第一内流道(5)和第一外流道(7)与第一蜗壳进口(1)相连通并在周向方向上实现0-180度的半周进气；所述第二内流道(6)和第二外流道(8)与第二蜗壳进口(2)相连通并在周向方向上实现180-360度的半周进气。
2.根据权利要求1所述的可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置，其特征在于在第一外流道(7)上靠近第一蜗壳进口(1)的位置和第二外流道(8)靠近第二蜗壳进口(2)的位置分别设有进气调节装置。
3.根据权利要求2所述的可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置，其特征在于所述两个的进气调节装置位于蜗壳同侧。
4.根据权利要求2所述的可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置，其特征在于所述两个进气调节装置分别位于蜗壳(3)两侧。
5.根据权利要求3或4所述的可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置，其特征在于 所述进气调节装置包括安装在蜗壳(3)内的阀门轴(10)，阀门轴(10)的两端与蜗壳(3) 分别转动连接，其中一端伸出到蜗壳(3)的外部并传动连接有执行机构(12)，所述阀门轴 (10)穿过第一外流道(7)和第二外流道(8)，阀门轴(10)上位于第一外流道(7)和第二外流道(8)内的位置分别安装有阀门(9)。
6.根据权利要求5所述的可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置，其特征在于所述蜗壳(3)上与阀门(9)对应的位置设有阀门盖板(13)，阀门盖板(13)与蜗壳(3)固定密封连接。
7.根据权利要求6所述的可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置，其特征在于所述第一蜗壳进口(1)和第二蜗壳进口(2)的截面为梯形结构，呈上下布置。
8.根据权利要求6所述的可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置，其特征在于所述第一蜗壳进口( 1)和第二蜗壳进口( 2 )的截面为矩形结构，呈左右并排布置。
9.根据权利要求6所述的可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置，其特征在于所述第一外流道(7)、第一内流道(5)、第二内流道(6)和第二外流道(8)并排布置在蜗壳(3)内。
全文摘要
本发明公开了一种可变几何的脉冲进气涡轮机的蜗壳装置，包括蜗壳，所述蜗壳上设有进气流道，进气流道的其中一端设有进气口，另一端设有蜗壳出气口，所述进气流道包括两组工作流道内流道，包括第一内流道和第二内流道；外流道；包括第一外流道和第二外流道；进气口包括第一蜗壳进口和第二蜗壳进口；所述第一内流道和第一外流道与第一蜗壳进口相连通并在周向方向上实现0-180度的半周进气；所述第二内流道和第二外流道与第二蜗壳进口相连通并在周向方向上实现180-360度的半周进气，本发明结构简单、继承性好、成本低、容易快速实现工程化，发明中的进气调节装置结构简单，控制方式容易实现，可靠性高。
文档编号F02B37/16GK102383877SQ201110297550
公开日2012年3月21日 申请日期2011年10月8日 优先权日2011年10月8日
发明者刘莹, 张金明, 朱智富, 杨国强, 王艳霞, 袁道军, 郑文娟, 郭明亮 申请人:康跃科技股份有限公司