一种可变流道蜗壳双阀联调的涡轮增压器的制作方法

1.本实用新型属于内燃机配件技术领域，具体的说，涉及一种可变流道蜗壳双阀联调的涡轮增压器。


背景技术：

2.涡轮增压器实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加空气密度，以达到增加进气量的目的。它是利用发动机排出废气的动能来推动涡壳内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压后进入发动机。
3.当发动机转速较高时，会产生较多的废气，这时涡壳流道需要更大的截面来保证废气的顺利排出；当发动机转速较低时，所产生的废气减少，这时涡壳流道需要较小的截面来利用废气做功。发动机的转速不同，对涡壳流道的进气流量需求不同，进气流量与涡壳流道截面的大小适配程度会直接影响到发动机的功率输出，如果为了适应低转速，涡壳流道截面设计的过小，提高低速性能就会影响高速性能；反之，为了适应高转速，涡壳流道截面设计的过大，提高高速性能就会影响低速性能，影响发动机的功率输出并增加油耗。因此，为了让涡轮增压器的供气量能够满足不同转速时的供气需求，我们设计了一种可变流道蜗壳双阀联调的涡轮增压器，以实现涡轮增压器具备可变流道，高低速兼顾，提高发动机的功率输出和燃油经济性。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种可变流道蜗壳双阀联调的涡轮增压器，在满足发动机不同转速下对供气量需求不同的同时，还能够调做到高低速兼顾，提高发动机的功率输出和燃油经济性。
5.为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案如下：
6.一种可变流道蜗壳双阀联调的涡轮增压器，包括与压气机壳体相连的涡壳，所述压气机壳体内的叶轮与涡壳内的涡轮同轴固定，涡壳内沿其轴向并列设有a流道和b流道，所述涡壳设有双阀结构，双阀结构包括流量调整阀和旁通溢流阀，a流道通往b流道之间设有流量调整阀；a流道或b流道上单独设有旁通溢流阀，或a流道和b流道共同使用一个旁通溢流阀，涡壳上设有用于对流量调整阀和旁通溢流阀的开启状态进行联动控制的联调装置，发动机控制系统通过联调装置对流量调整阀和旁通溢流阀进行联动控制，以实现根据发动机的不同工况，调节流量调整阀和旁通溢流阀的开度。
7.进一步的，所述a流道和b流道之间设有用于废气从一个流道通往另一个流道的流量调节孔，流量调节孔与流量调整阀相适配。
8.进一步的，所述a流道或b流道上单独开设有用于废气排出的溢流孔，溢流孔与旁通溢流阀相适配。
9.进一步的，所述涡壳上开设有用于废气排出的溢流孔，a流道和b流道分别通过溢流通道与溢流孔连通，溢流孔与旁通溢流阀相适配。
10.进一步的，所述联调装置包括分别与流量调整阀和旁通溢流阀相连的第一执行机构和第二执行机构，第一执行机构和第二执行机构分别通过第一传动机构和第二传动机构与流量调整阀和旁通溢流阀相连，以实现控制调节流量调整阀和旁通溢流阀的开度。
11.进一步的，所述第一传动机构包括转动安装于涡壳侧壁的第一转杆，第一转杆的一端与流量调整阀固定连接，另一端与第一摇臂的一端固定连接，第一摇臂的另一端与第一执行机构的第一推杆通过第一中间轴活动连接。
12.进一步的，所述第二传动机构包括转动安装于涡壳侧壁的第二转杆，第二转杆的一端与旁通溢流阀固定连接，另一端与第二摇臂的一端固定连接，第二摇臂的另一端与第二执行机构的第二推杆通过第二中间轴活动连接。
13.进一步的，所述第一执行机构和第二执行机构为电子执行机构、气动执行机构、机械执行机构或液压执行机构。
14.本实用新型由于采用了上述的结构，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
15.（一）由于本实用新型设置了流量调整阀和联调装置，联调装置控制流量调整阀处于动态开合状态，以根据发动机的不同工况需求，实现发动机排出的部分废气由a流道进入b流道参与做功，由此获取较大的废气流通能力和做功能力，在满足发动机不同转速下对供气量需求不同的同时，还能够做到高低速兼顾，提高发动机功率出性能，强化了涡轮增压器的低速响应及超低速介入工作，同时又能满足高速大功率工况下的废气流通能力，发动机在动力方面有明显提升，低速启动尤为明显，且油耗降低，其原理如下：
16.（1）当发动机处于待启动状态时，流量调整阀处于初始状态；
17.（2）当发动机在低转速工作时，发动机所产生的废气较少，这时涡壳流道需要较小的截面才能快速提高涡轮的转速，实现增压器提前介入工作，此时的流量调整阀处于初始状态，废气仅通过a流道或b流道之中一个流道参与做功；
18.（3）随着发动机转速提高，废气仅通过a流道或b流道之中的一个流道单独做功时，不再能满足所需的废气流通做功，需要较大的截面来保证废气的顺利流通，此时，通过联调装置使流量调整阀开启较小的开度，使两个流道同时用于废气流通做功，增大涡壳流道用于废气流通的截面积，来适应较大的废气流通做功能力，让叶轮能够以合理的转速压入足够的空气，来保证发动机转速较低时所需空气的量，从而燃烧充分，减少燃料使用；
19.（4）当发动机转速更高时，为满足发动机最大功率，会把产生的多余废气通过联调装置使流量调整阀进一步增大开度或完全开启而排出，这样得到更高的涡轮转速，让叶轮能够以更高的速度压入更多的空气，来保证发动机高速运转所需空气的量，使燃料充分燃烧；
20.（二）由于本实用新型设置了旁通溢流阀和联调装置，联调装置使旁通溢流阀处于动态开合状态，以根据发动机的不同工况需求，排出适量的废气，充分保护发动机及涡轮增压器的正常工作，其原理如下：
21.（1）当发动机处于待启动状态时，旁通溢流阀处于闭合状态；
22.（2）当发动机启动，转速较低时，发动机所产生的废气较少，参与做功的废气较少，发动机的进气压力较低，旁通溢流阀仍然处于闭合状态；
23.（3）随着发动机转速提高，发动机所产生的废气增多，参与做功的废气增多，发动机的进气压力增加，当发动机的进气压力超出设定值时，旁通溢流阀开启，根据超出发动机
进气压力的值大小，联调装置控制旁通溢流阀开启不同大小的开度，直接排出不参与做功部分废气，充分保护发动机及涡轮增压器的正常工作，同时提高了燃油经济性；
24.（三）通过在a流道和b流道之间开设流量调节孔，并设置适配的流量调节阀，可以实现涡壳流道截面积的变化，以根据发动机的不同工况，提供不同大小的废气流通能力；
25.（四）通过在a流道或b流道上开设溢流孔，或a流道和b流道分别通过溢流通道与溢流孔相连通，并设置与溢流孔适配的旁通溢流阀，可以在发动机进气压力超过设定值时，实现a流道或b流道单独排气，或a流道和b流道同时排气。
26.综上所述，通过联调装置对流量调整阀和旁通溢流阀进行联动控制，根据发动机的不同工况，调节流量调整阀和旁通溢流阀的开度，该结构技术属于本领域内首创，在满足发动机不同转速下对供气量需求不同的同时，还能够调做到高低速兼顾，提高发动机的功率输出性能和燃油经济性。
附图说明
27.附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。
28.在附图中：
29.图1为本实用新型实施例的结构示意图；
30.图2为图1的剖视图；
31.图3为图1的另一剖视图；
32.图4为涡轮增压器与发动机转速对应关系图。
33.标注部件：1-涡壳；2-第一执行机构，3-第二执行机构，4-a流道，5-b流道，6-流量调节孔，7-溢流孔，8-旁通溢流阀，81-第二转杆，82-第二摇臂，83-第二中间轴，84-第二推杆，9-流量调整阀，91-第一转杆，92-第一摇臂，93-第一中间轴，94-第一推杆。
具体实施方式
34.以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明。应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
35.一种可变流道蜗壳双阀联调的涡轮增压器，包括与压气机壳体相连的涡壳1，所述压气机壳体内的叶轮与涡壳1内的涡轮同轴固定，涡壳1内沿其轴向并列设有a流道4和b流道5，所述涡壳1设有双阀结构，双阀结构包括流量调整阀9和旁通溢流阀8，a流道4通往b流道5之间设有流量调整阀9；a流道4或b流道5上单独设有旁通溢流阀8，或a流道4和b流道5共同使用一个旁通溢流阀8，涡壳1上设有用于对流量调整阀9和旁通溢流阀8的开启状态进行联动控制的联调装置，发动机控制系统通过联调装置对流量调整阀和旁通溢流阀进行联动控制，以实现根据发动机的不同工况，调节流量调整阀9和旁通溢流阀8的开度。
36.作为本实用新型一个优选的实施例，所述a流道4和b流道5之间设有用于废气从一个流道通往另一个流道的流量调节孔6，流量调节孔6与流量调整阀9相适配。具体的，通过设置流量调节孔6，调节流量调整阀9的开度大小，实现涡轮流道整体截面的大小可控变化，可以调整涡轮流道整体的进气流通面积，满足不同发动机转速对气体进气量不同的要求，让发动机低速扭矩进一步增强，原涡轮增压器如果设计涡轮流道截面过小，提高低速性能
就会影响高速流通能力，不能高低速兼顾，此设计强化了涡轮增压器的低速响应及超低速介入工作，同时又能满足高速大功率的流通能力，发动机在动力方面有明显提升，低速启动尤为明显，且油耗降低。
37.本实用新型的有益效果在于：当发动机处于待启动状态时，流量调整阀处于初始状态。初始状态分为两种，一种是闭合状态，该状态下，流量调整阀9与流量调节孔6的闭合面相互贴紧，处于完全闭合状态，发动机不工作下处于该状态；一种是预开启状态，该状态下，流量调整阀9与流量调节孔6的闭合面之间存在一定间隙，约0.5-1mm，一方面，为流量调整阀9的开启做好准备，另一方面，两者之间存在一定间隙，避免流量调整阀9的频繁开启和关闭对流量调节孔6造成冲击损坏，以延长使用寿命。
38.当发动机在低转速工作时，发动机所产生的废气较少，这时涡壳1的流道需要较小的截面才能快速提高涡轮的转速，实现增压器提前介入工作，此时的流量调整阀处于初始状态，废气仅通过a流道或b流道之中一个流道参与做功；随着发动机转速提高，废气仅通过a流道或b流道之中的一个流道单独做功时，不再能满足所需的废气流通做功，需要较大的截面来保证废气的顺利流通，此时，通过联调装置使流量调整阀开启较小的开度，使两个流道同时用于废气流通做功，增大涡壳流道用于废气流通的截面积，来适应较大的废气流通做功能力，让叶轮能够以合理的转速压入足够的空气，来保证发动机转速较低时所需空气的量，从而燃烧充分，减少燃料使用；当发动机转速更高时，为满足发动机最大功率，会把产生的多余废气通过联调装置使流量调整阀进一步增大开度或完全开启而排出，这样得到更高的涡轮转速，让叶轮能够以更高的速度压入更多的空气，来保证发动机高速运转所需空气的量，使燃料充分燃烧。一方面，联调装置使流量调整阀9处于动态开合状态，以根据发动机的不同工况需求，实现发动机排出的部分废气由a流道4进入b流道5参与做功，由此获取较大的流通能力和做功能力，在满足发动机不同转速下对供气量需求不同的同时，还能够调做到高低速兼顾，提高发动机的功率输出性能，另一方面，当发动机的进气压力超出设定值时，旁通溢流阀8开启，直接排出不参与做功部分废气，充分保护发动机及涡轮增压器的正常工作，保证燃油经济性，同时提高了燃油经济性。
39.如图4所示，通过对比分析，可以知道，发动机的启动转速为m r/min左右，对于原涡轮增压器，当发动机的转速达到c r/min时，涡轮增压器才开始介入工作，通过叶轮压入更多的空气，来保证发动机所需空气的量；而本发明提供的涡轮增压器，在发动机转速为n r/min的时候，涡轮增压器就提前介入工作，让叶轮能够以合理的转速压入足够的空气，来保证发动机转速较低时所需空气的量，实现了涡轮增压器低速相应和超低速介入工作，不需要等发动机达到c r/min使涡轮增压器介入，一方面，充足的空气保证燃烧充分，从而起到节能降耗的目的；另一方面，发动机达到同样转速，其用时更短，减少实际加速时间，同样能够起到节能降耗的作用。
40.作为本实用新型一个优选的实施例，所述a流道4或b流道5上单独开设有用于废气排出的溢流孔7，溢流孔7与旁通溢流阀8相适配。所述涡壳1上开设有用于废气排出的溢流孔7，a流道4和b流道5分别通过溢流通道与溢流孔7连通，溢流孔7与旁通溢流阀8相适配。旁通溢流阀8的作用是，当发动机的进气压力超过设定值时，旁通溢流阀8打开，部分气体通过溢流孔7直接排走，防止进气压力过高，对发动机和涡轮增压器起到保护作用。
41.作为本实用新型一个优选的实施例，所述联调装置包括分别与流量调整阀9和旁
通溢流阀8相连的第一执行机构2和第二执行机构3，第一执行机构2和第二执行机构3分别通过第一传动机构和第二传动机构与流量调整阀和旁通溢流阀相连，以实现控制调节流量调整阀9和旁通溢流阀8的开度。所述第一传动机构包括转动安装于涡壳1侧壁的第一转杆91，第一转杆91的一端与流量调整阀9固定连接，另一端与第一摇臂92的一端固定连接，第一摇臂92的另一端与第一推杆94通过第一中间轴93活动连接。所述第二传动机构包括转动安装于涡壳1侧壁的第二转杆81，第二转杆81的一端与旁通溢流阀8固定连接，另一端与第二摇臂82的一端固定连接，第二摇臂82的另一端与第二推杆84通过第二中间轴83活动连接。通过第一执行机构2带动第一推杆94做推拉动作，从而使得第一推杆94带动第一摇臂92摆动，第一摇臂92摆动带动第一转杆91转动，以调节流量调整阀9的开度，同样，第二执行机构3也是通过第二传动机构来实现旁通溢流阀8的开度调整。
42.作为本实用新型一个优选的实施例，所述第一执行机构2和第二执行机构3为电子执行机构、气动执行机构、机械执行机构或液压执行机构。执行机构可根据实际要求进行设计。具体的，本实施例中采用气动执行机构。
43.本实施例的工作原理如下：
44.当发动机处于待启动状态时，流量调整阀9处于初始状态；旁通溢流阀8处于闭合状态；
45.当发动机在低转速工作时，此时的流量调整阀9处于初始状态，废气仅通过a流道4或b流道5之中一个流道参与做功；旁通溢流阀8仍然处于闭合状态；
46.随着发动机转速提高，通过联调装置使流量调整阀9开启较小的开度，使两个流道同时用于废气流通做功；旁通溢流阀8处于闭合状态；
47.当发动机转速更高时，通过联调装置使流量调整阀9进一步增大开度或完全开启而排出；
48.当发动机的进气压力超出设定值时，旁通溢流阀8开启，根据超出发动机进气压力的值大小，联调装置控制旁通溢流阀8开启不同大小的开度，直接排出不参与做功部分废气，充分保护发动机及涡轮增压器的正常工作，起到安全保护作用，同时提高了燃油经济性。
49.综上所述，本实用新型通过联调装置使流量调整阀9处于动态开合状态，以根据发动机的不同工况需求，实现发动机排出的部分废气由a流道4进入b流道5参与做功，由此获取较大的流通能力和做功能力，当发动机的进气压力超出设定值时，旁通溢流阀8开启，直接排出不参与做功部分废气，充分保护发动机及涡轮增压器的正常工作，提高了燃油经济性，在满足发动机的涡轮增压器不同转速下对供气量需求不同的同时，还能够调做到高低速兼顾，使发动机在动力方面有明显提升，低速启动尤为明显，且油耗降低，提高发动机的功率输出性能和燃油经济性，适用于内燃机配件技术领域。
50.最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型权利要求保护的范围之内。