可变流量双流道涡轮机及具有其的增压器和车辆的制作方法

1.本实用新型涉及发动机增压器技术领域，具体而言，涉及一种可变流量双流道涡轮机及具有其的增压器和车辆。


背景技术：

2.随着人们环保意识的增加，以及排放法规的日益严苛，各个主机厂不仅在努力追求整车动力性，也在想方设法的降低整车的排放和油耗，降低发动机油耗是传统主机厂未来必将长期进行的一项科研方向。目前各主机厂为了平衡动力性和油耗，大多数都已开发了双流道涡壳增压器，低速时通过排气脉冲对分流道做功，满足低速扭矩需求，高速时同时对两个分流道做功，满足发动机功率目标。动力性和经济性是把双刃剑，虽然双流道增压器的发动机动力性较好，但油耗并不能达到目前追求的理想状态。
3.现有技术中的双流道增压器具有以下问题：
4.1)由于两个流道之间有小部分联通，仍受到发动机不同缸之间的排气干扰，有气体回流现象；
5.2)涡壳流道流量所限，涡前压力无法继续降低，从而降低发动机整体油耗；
6.3)涡壳流道中间有隔板布置，对温度要求严格，温度高会引起涡壳开裂问题；
7.4)涡端排温高，考虑到设计安全，材料提升，涡壳成本高；
8.5)涡壳流道中间体的隔板设计，流道旋转至小面积处，铸造困难。
9.针对上述技术问题，目前尚未提出有效解决方案。


技术实现要素：

10.本实用新型的主要目的在于提供一种可变流量双流道涡轮机及具有其的增压器和车辆，以解决现有技术中的问题。
11.为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种可变流量双流道涡轮机，包括：涡轮；涡壳，涡壳具有相互独立的第一流道和第二流道，其中，第一流道的第一进气端与发动机的第一排气管连通，第一流道的第一出气端与涡轮连通，第二流道的第二进气端与发动机的第二排气管连通，第二流道的第二出气端与涡轮连通，第一出气端与第二出气端关于涡轮的几何中心对称设置。
12.进一步地，第一出气端与第二出气端关于涡轮的几何中心呈180
°
对称设置。
13.进一步地，第一流道的第一进气端的外表面与第二流道的第二进气端的外表面相贴合地设置，第一流道的外表面与第二流道的外表面之间形成隔断空间，隔断空间沿第一流道的长度方向延伸设置。
14.进一步地，隔断空间沿第一流道的第一进气端至第一出气端方向逐渐减小地设置。
15.进一步地，第一流道与第二流道的管壁上均开设有通孔结构，第一进气端与第二进气端的贴合的管壁上开设调节孔，可变流量双流道涡轮机还包括：三通阀，三通阀的三个
接口分别与第一流道、第二流道的管壁上的通孔结构、调节孔连接。
16.进一步地，三通阀具有关闭状态和至少一个打开状态，三通阀处于关闭状态时，第一流道与第二流道为相互独立状态；三通阀处于任意一个打开状态时，第一流道与第二流道相互连通。
17.根据本实用新型的另一方面，提供了一种增压器，增压器具有涡轮机，涡轮机为上述的可变流量双流道涡轮机。
18.根据本实用新型的另一方面，提供了一种车辆，车辆具有增压器，增压器为上述的增压器。
19.应用本实用新型的技术方案，涡壳具有相互独立的第一流道和第二流道，且第一流道的第一出气端与第二流道的第二出气端关于涡轮的几何中心对称设置，避免了传统双流道涡轮机的流道之间气流互相干扰的技术问题，使得有更多的气体吹向涡轮推动涡轮做功，发动机具有更好的低速性能。
附图说明
20.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
21.图1-a示出了根据现有技术的双流道涡轮机的结构示意图；
22.图1-b示出了根据本实用新型的可变流量双流道涡轮机的第一实施例的结构示意图；
23.图2示出了根据本实用新型的可变流量双流道涡轮机的第二实施例的结构示意图；
24.图3示出了根据本实用新型的三通阀的关闭状态的示意图；
25.图4示出了根据本实用新型的三通阀的打开状态的示意图；
26.图5示出了根据本实用新型的发动机排气的原理示意图；
27.图6示出了根据本实用新型的可变流量双流道涡轮机的蜗壳流量变化的示意图。
28.其中，上述附图包括以下附图标记：
29.1、涡轮；
30.2、涡壳；20、隔断空间；21、第一流道；22、第二流道；
31.3、三通阀。
具体实施方式
32.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
33.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
34.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第
二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
35.现在，将参照附图更详细地描述根据本技术的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本技术的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
36.为便于理解本方案中的可变流量双流道涡轮机结构，现对现有技术中的双流道增压器介绍如下：
37.双流道增压器具有两个流道，在具体结构中体现为涡壳具有两个流道，蜗壳的双流道设计具有以下优点：1)在发动机低速时，利用发动机的排气脉冲，分别对两个流道吹气，废气速度快，做功能力强，低速扭矩高；2)在发动机高速时，由于发动机转速快，分别对两个单流道吹气的间隔时间短，可以相当于同时向两个分流道吹气，两个分流道的气体同时向涡轮做功，可满足提升发动机功率的效果。
38.如图1-a所示，现有技术中的双流道蜗壳集由于结构限制，具有以下缺点：
39.1、由于两个流道之间有小部分联通，仍受到发动机不同缸之间的排气干扰，有气体回流现象；
40.2、涡壳流道流量所限，涡前压力无法继续降低，从而降低发动机整体油耗；
41.3、涡壳流道中间有隔板布置，对温度要求严格，温度高会引起涡壳开裂问题；
42.4、涡端排温高，考虑到设计安全，材料提升，涡壳成本高；
43.5、涡壳流道中间体的隔板设计，流道旋转至小面积处，铸造困难。
44.综上所述，双流道增压器的两个流道之间的小部分连通设计对发动机的低速性能产生影响，流道之间的隔壁设计使得增压器铸造困难、隔板设置对环境温度具有一定要求，在高温环境下结构的稳定性较差，使得增压器的制造成本增加，而双流道分别导流使得流道流量被限制，无法进一步降低涡前压力以降低发动机整体油耗，因此，如何提升双流道增压器的油耗和保证低速性能是当前发动机技术领域亟待解决的技术问题。
45.结合图1-b至图6所示，根据本技术的具体实施例，提供了一种可变流量双流道涡轮机。
46.可变流量双流道涡轮机包括：涡轮1和涡壳2，涡壳2具有相互独立的第一流道21和第二流道22，其中，第一流道21的第一进气端与发动机的第一排气管连通，第一流道21的第一出气端与涡轮1连通，第二流道22的第二进气端与发动机的第二排气管连通，第二流道22的第二出气端与涡轮1连通，第一出气端与第二出气端关于涡轮1的几何中心对称设置。
47.应用本实施例的技术方案，涡壳2具有相互独立的第一流道21和第二流道22，且第一流道21的第一出气端与第二流道22的第二出气端关于涡轮1的几何中心对称设置，避免
了传统双流道涡轮机的流道之间气流互相干扰的技术问题，使得有更多的气体吹向涡轮1推动涡轮1做功，发动机具有更好的低速性能。
48.具体地，第一出气端与第二出气端关于涡轮1的几何中心呈180
°
对称设置。180
°
对称设置可以实现较好的排气脉冲分离效果，避免两个流道之前的废气互相干扰或发生回流，影响发动机的低速性能。
49.进一步地，第一流道21的第一进气端的外表面与第二流道22的第二进气端的外表面相贴合地设置，第一流道21的外表面与第二流道22的外表面之间形成隔断空间20，隔断空间20沿第一流道21的长度方向延伸设置。如图2所示，隔断空间20的设置取代现有技术中的流道之间的隔板设置，实现第一流道21与第二流道22的隔断的同时，又避免了设置隔板引起的高温开裂、铸造困难的等问题，直接设置隔断空间20也使得第一流道21与第二流道22具有较好的散热效果。
50.优选地，隔断空间20沿第一流道21的第一进气端至第一出气端方向逐渐减小地设置。这样设置使得进入涡轮1的废气压力较大，即增大涡轮1的进气压力，以提升发动机的低速性能。
51.需要说明的是，隔断空间20的大小设置应当根据实际需要(例如排气压力、排气温度)进行调整，例如，可以将隔断空间20设置为沿第一流道21的第一进气端至第一出气端方向始终相同大小，也可以采用隔断空间20沿第一流道21的第一进气端至第一出气端方向逐渐增大地设置。
52.进一步地，第一流道21与第二流道22的管壁上均开设有通孔结构，第一进气端与第二进气端的贴合的管壁上开设调节孔，可变流量双流道涡轮机还包括三通阀3，三通阀3的三个接口分别与第一流道21、第二流道22的管壁上的通孔结构、调节孔连接。通过设置三通阀3，调节三通阀3的阀门开闭即可实现第一流道21与第二流道22的联通或隔断，从而根据车辆、发动机的运行状态调节涡轮的进气流量，以获得更好的低速性能和油耗效果。
53.需要说明的是，三通阀3可以为电控三通阀，电控三通阀可以与车辆的控制器连接，驾驶员可以直接控制三通阀3的阀门开度以调节第一流道21与第二流道22的联通或隔断。
54.进一步地，三通阀3具有关闭状态和至少一个打开状态，三通阀3处于关闭状态时，第一流道21与第二流道22为相互独立状态；三通阀3处于任意一个打开状态时，第一流道21与第二流道22相互连通。
55.具体地，如图3，当三通阀3处于关闭状态时，第一流道21与第二流道22之间完全隔断，流道处于完全密封状态，当三通阀3处于任意一个打开状态时，第一流道21与第二流道22之间相互联通，此时调节阀门开度，可调节进入涡轮1的流量大小，即实现了涡壳2流量可调，如图4所示，此时三通阀3处于打开状态。
56.本实施例还提供了一种三通阀3的阀门开度控制方法，根据发动机的转速和负荷状况调节三通阀3的阀门开度，具体如下：
57.s1，发动机低速时，令三通阀3处于关闭状态，此时第一流道21与第二流道22互不干扰，没有气流干涉，各流道流向涡轮1的气流不会流向另一流道，相比现有技术中的双流道涡轮机，有更多的气体吹向涡轮1、推动涡轮1做功，发动机具有更好的低速性能；
58.s2，发动机中高速且高负荷时，三通阀3处于第一打开状态，此时阀门具有第一预
设开度，通过第一流道21与第二流道22之间的连通，将一个流道多余的气体排向另一个流道继续吹动涡轮1做功，通过增大涡壳2的流通空间增大了涡壳2的流通能力，亦即增大了涡壳2的流量，此时涡轮1的涡前压力和涡前温度显著降低，发动机缸内可按理论空燃比燃烧，不需要加浓，发动机油耗低，具有较好的排放效果；
59.s3，发动机中高速且低负荷时，三通阀3处于第二打开状态，此时阀门具有第二预设开度，通过第一流道21与第二流道22之间的连通，增大了涡壳2的流量，涡轮1的涡前压力和涡前温度显著降低，泵气损失降低，发动机油耗显著降低。
60.图6为采用本实施例的双流道涡轮机与现有技术中的双流道涡轮机的蜗壳流量对比图，如图6所示，其中横轴为膨胀比，纵轴为蜗壳流量，
①
为三通阀3的阀门开度为100％时的蜗壳流量变化曲线，
②
为三通阀3的阀门开度为50％时的蜗壳流量变化曲线，
③
为三通阀3的阀门开度为0％(即阀门关闭)时的蜗壳流量变化曲线。
61.根据本技术的另一具体实施例，提供了一种增压器，增压器具有涡轮机，涡轮机为上述的可变流量双流道涡轮机。
62.根据本技术的另一具体实施例，提供了一种车辆，车辆具有增压器，增压器为上述的增压器。如图5所示，在本技术的一个示范性实施例中，车辆还包括空气过滤器、压缩机、涡轮增压器、节流阀、发动机、调节阀、涡轮机、催化转化器、egr阀、egr冷却器，其中，涡轮机为上述的可变流量双流道涡轮机。
63.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
64.除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本技术概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。
65.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
66.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，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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的保护范围之内。