涡端带进气掺混装置的废气旁通涡轮机的制作方法

本发明涉及用于涡轮增压器上的涡轮机，尤其涉及涡端带喉口进气掺混装置的废气旁通涡轮机，属于内燃机领域。

背景技术

车用和工程机械用发动机大扭矩转速范围宽，要求扭矩储备系数大，特别是为实现发动机满足国家排放标准，车用和工程机械用发动机普遍采用废气旁通涡轮增压器。

为解决发动机扭矩特性范围宽，增压器匹配要求高的问题，废气旁通涡轮增压器涡轮机设计时采用低速通流能力小、中高速段的通流能力大的涡轮机,以及使用空气流量范围宽的压气机，提升低速段增压压力和减小中高速段泵气功损失。满足高低中高速扭矩特性及排放性能，解决增压器与发动机性能匹配问题。由于对涡轮机通流能力要求较高，需要对涡轮机的各个设计细节进行优化，其中最主要的优化是采用半封闭结构形式涡轮叶型，以提升低速段涡轮机效率，同时改善中高速段的通流能力。但是使用半封闭涡轮叶型时，由于涡轮壳气道在喉口处同时对涡轮叶片冲击做功，涡轮叶片容易产生高周疲劳断裂，因此需要改善此处空气流动，以减小气流对涡轮叶片脉冲式冲击，提升涡轮叶片可靠性，减小bpf噪声。

如图1、图2、图3和图4共同所示，旁通放气阀门2与销片组件3是一体焊接结构,可以整体转动，并通过执行器推杆4与执行器5（用固定在涡轮壳上的支架6支撑）中弹簧的一端相连，执行器5的另一端则通过胶管7与压气机8出口增压压力相通。

当发动机9运行工况处于低速、低负荷或高速低负荷时，涡轮增压器的增压压力偏低，旁通放气阀门2处于关闭状态，执行器5中的弹簧具有一定的预紧力。当增压压力提升至可以克服弹簧预紧力时，作用力将通过执行器推杆4、销片组件使旁通放气阀门2打开，将进入涡轮机1的部分废气经旁通通道流入总排气管，从而减少了流入涡轮11的废气及能量，从而使增压器转速和增压压力随之下降。

传统的废气旁通涡轮增压器上的涡轮机结构见图2，包括涡轮壳12、隔热罩14、涡轮11、无叶喷嘴10、旁通放气阀门2、轴套13、销片组件3、推杆4、执行器5，增压压力通过执行器5推动推杆4，推杆4通过销片组件3，带动旁通放气阀门2开启和关闭，实现增压器的转速压力等参数调节。

在发动机运行时,进入涡轮增压器的废气，由涡轮壳12气道引导气流通过无叶喷嘴10进入涡轮11进行做功，做功开始的气道位于喉口处,对涡轮11进行冲击式做功。当喉口只有一处位置距离涡轮叶片较近时，会对涡轮11产生周期性冲击，涡轮11的叶片容易产生高周疲劳断裂，影响涡轮机运行的可靠性。另外周期性冲击，容易产生因气流撞击产生的噪音，影响客户的驾驶舒适性。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对传统废气旁通涡轮增压器，冲击式涡轮机产生的上述缺点，提供涡端带喉口进气掺混装置的废气旁通涡轮机。在废气未进入涡轮前,对涡轮壳的进气道喉口气流进行提前处理，使进入涡轮的气体均匀或两股气流交替进入涡轮的叶片，避开喉口处同时冲击涡轮叶片。通过在距离涡轮叶片进口较远的喉口处进行掺混，达到改善涡轮进口气流流动，减小对涡轮叶片冲击，提升涡轮叶片的可靠性，同时达到降低噪音的目的。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

涡端带喉口掺混装置的废气旁通涡轮机，包括涡轮和涡轮壳，所述涡轮壳上设有第一喉口、第二喉口和无叶喷嘴，涡轮废气在进入涡轮前，气体先在无叶喷嘴内进行掺混，然后再进入涡轮做功，使进入涡轮的废气均匀，减小对涡轮的叶片的同时冲击。

作为一种改进，增大第一喉口和第二喉口的分布半径，同时增大无叶喷嘴的外径，无叶喷嘴的容积加大，废气掺混空间增大。

作为一种改进，所述第一喉口为前置喉口，第一喉口的废气较第二喉口的废气先进入无叶喷嘴。

作为一种改进，第二喉口为前置喉口，第二喉口内的废气较第一喉口内的废气先进入无叶喷嘴。

作为一种改进，所述带进气掺混装置的废气旁通涡轮机还包括与所述第二喉口相连通的废气旁通通道，所述第二喉口与所述废气旁通通道间设有旁通放气阀门。

采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明通过在涡轮机上设计不同的进气掺混方案，在保证涡轮机通流特性下，不但减小了进入涡轮叶片的气流冲击，提升了涡轮和涡轮壳的可靠性和涡轮机效率，还降低了涡轮的bpf噪声和壳体热应力集中。

附图说明

图1是本发明背景技术中废气旁通涡轮增压器的原理图；

图2是本发明背景技术中废气旁通涡轮增压器的结构示意图；

图3是本发明背景技术中废气旁通涡轮增压器的立体图参考图；

图4是图2中的无叶喷嘴处的放大图；

图5是本发明实施例1的结构简图；

图6是图5的外形参考图；

图7是图5中的无叶喷嘴处的放大图；

图8是本发明实施例2的结构简图；

图9是图8中的无叶喷嘴处的放大图；

图10是本发明实施例3的结构简图；

图11是图10的外形参考图；

图12是图10中的无叶喷嘴处的放大图；

图中：1-涡轮机，2-旁通放气阀门，3-销片组件，4-推杆，5-执行器，6-支架，7-胶管，8-压气机，9-发动机，10-无叶喷嘴，11-涡轮，12-涡轮壳，13-轴套，16-第一喉口，17-涡轮壳排气道，18-第二喉口。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图5、图6和图7共同所示，涡端带喉口掺混装置的废气旁通涡轮机，包括涡轮11和涡轮壳12，所述涡轮壳12上设有第一喉口16、第二喉口18和无叶喷嘴10，还包括与第二喉口18相连通的废气旁通通道，所述第二喉口18与废气旁通通道间设有旁通放气阀门2。增大第一喉口16和第二喉口18的分布半径，同时增大无叶喷嘴10的外径，无叶喷嘴10的容积加大。涡轮废气在进入涡轮11前，气体先在无叶喷嘴10内进行掺混，由于无叶喷嘴10的容积加大，废气掺混的空间增大，废气掺混效果好，掺混更加均匀。掺混后的废气进入涡轮11做功，做功后的废气通过涡轮壳排气道17排出涡轮壳12。此结构使进入涡轮11的废气均匀，减小了进入涡轮叶片的气流冲击，提升了涡轮和涡轮壳的可靠性和涡轮机效率，还降低了涡轮的bpf噪声和壳体热应力集中。

实施例二

如图8和图9共同所示，涡端带喉口掺混装置的废气旁通涡轮机，包括涡轮11和涡轮壳12，所述涡轮壳12上设有第一喉口16、第二喉口18和无叶喷嘴10，还包括与第二喉口18相连通的废气旁通通道，所述第二喉口18与废气旁通通道间设有旁通放气阀门2。调整第一喉口16在涡轮壳12上的分布半径，将第一喉口16设置为前置喉口，经过第一喉口16的废气较经过第二喉口18的废气先进入无叶喷嘴10。废气进入涡轮壳12的第一喉口16时，一方面与第二喉口18的气体掺混，降低废气对涡轮11叶片的冲击，另一方面第一喉口16的气体均匀后、进入涡轮11叶片做功。通过第一喉口16和第二喉口18，一前一后的布置形式，使气流在无叶喷嘴10内更好的进行提前掺混。当掺混后的废气进入涡轮12时，气体均匀，减小了对叶片的周期性冲击，提升了涡轮11的可靠性,降低了涡轮bpf噪音。同时涡轮壳12的喉口在一前一后的结构，减小了涡轮壳12热应力集中现象,提升了涡轮机整体可靠性。

实施例三

如图10、图11和图12共同所示，涡端带喉口掺混装置的废气旁通涡轮机，包括涡轮11和涡轮壳12，所述涡轮壳12上设有第一喉口16、第二喉口18和无叶喷嘴10，还包括与第二喉口18相连通的废气旁通通道，所述第二喉口18与废气旁通通道间设有旁通放气阀门2。调整第二喉口18在涡轮壳12上的分布半径，第二喉口18为前置喉口，第二喉口18内的废气较第一喉口16内的废气先进入无叶喷嘴10。

废气进入涡轮壳12的第二喉口18时，在旁通放气阀门2关闭的情况下，第一喉口16和第二喉口18一前一后的布置形式，使气流在无叶喷嘴10内更好的进行提前掺混。当掺混后的废气进入涡轮12时，气体均匀，减小了对叶片的周期性冲击，提升了涡轮11的可靠性,降低了涡轮bpf噪音。同时涡轮壳12的喉口在一前一后的结构，减小了涡轮壳12热应力集中现象,提升了涡轮机整体可靠性。其进气掺混方式与实施例3相同。

在旁通放气阀门2开启的情况下，第二喉口18的废气一方面与第一喉口16的废气的掺混，降低废气对涡轮11叶片冲击，另一方面减小废气旁通时废气的扰动影响。增压器在发动机大扭矩和高速大负荷转速段，废气旁通起作用时，也能进行气流掺混，提升涡轮机中高速段的整机匹配效率,降低了涡轮壳12在喉口处的热应力,减小了涡轮11的气动噪音。该设计能提升发动机在高速大负荷工况下涡轮机效率、涡轮机可靠性，同时吼口前置减小涡轮壳的热应力集中，降低涡轮bpf噪音。

综上所述，本发明的涡端带喉口掺混装置的废气旁通涡轮机，通过在涡轮机上设计不同的进气掺混方案，在保证涡轮机通流特性下，不但减小了进入涡轮叶片的气流冲击，提升了涡轮和涡轮壳的可靠性和涡轮机效率，还降低了涡轮的bpf噪声和壳体热应力集中。

现在我们已经按照国家专利法对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员会识别本文所公开的具体实施例的改进或代替。这些修改是在本发明的精神和范围内的。