[发明专利]一种变出口流动截面涡轮喷嘴环

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机涡轮增压技术领域内涡轮增压器中的涡轮喷嘴环。

背景技术

对涡轮增压器采用可变喷嘴涡轮调节技术是近二十年发展起来的提高内燃机扭矩储备和瞬态响应性、降低燃料消耗与有害排放的有效措施。通过改变涡轮喷嘴环叶片出口的流动截面积，可以实现全工况范围内增压器与内燃机的良好匹配。

可变喷嘴涡轮调节的现有技术，无例外地均采用可调喷嘴技术方案。可调喷嘴是利用机械方式转动喷嘴叶片(改变喷嘴叶片在涡轮喷嘴环叶栅内的安装角)来改变喷嘴环叶片的出口截面积。其作用是：当喷嘴环叶片出口截面积减小，可改变内燃机排出废气的能量使涡轮进口燃气的压力升高，涡轮输出功率增加，增压器转速上升，压气机增压压力增大；反之，当喷嘴环叶片出口截面积加大，则可使涡轮进口燃气压力下降，涡轮输出功率减少，增压器转速相对减小，增压压力降低。这样，在内燃机低转速工况，当转速降低时，可减小喷嘴环叶片出口截面积，使增压压力不致下降过大；而对于内燃机高转速工况，当转速升高时，可增大喷嘴环叶片出口截面积，使增压压力不致过量增升。从而保证了低转速工况具有较高的增压压力而获得满意的扭矩特性；在高转速工况也限制了增压压力的增加，不致出现增压过度。另外，涡轮喷嘴环叶片角度调节因可实现电控无级调节增压压力的大小，因而可以根据燃烧和控制排放的需要调节空燃比和排气背压的大小，改善燃烧降低燃料消耗与调节EGR(废气再循环)率实现达到欧IV和欧V的排放控制要求。该技术与涡轮增压器的另一种涡轮调节技术——废气旁通阀放气相比，其优点是：因无放气造成的高温、高压燃气的能量浪费，故可在不增大高转速工况燃料消耗率的条件下增大低速扭矩；扩大了低燃耗的运行区范围；可以满足要求越来越高的内燃机排放和噪声规范。缺点是：结构复杂，制造精度高，价格昂贵，体积大；长期在高温下工作，难以保证结构与操作系统的可靠性，为此，它仅在燃气温度相对较低的柴油机的涡轮增压器上获得应用，迄今为止，仍未推广用在燃气温度更高的汽油机用的涡轮增压器上；喷嘴叶片与涡轮蜗壳内壁之间为转动叶片所留空隙的高温燃气泄漏使涡轮级的效率降低；喷嘴叶片角度变化的调节会引起叶轮进口气流冲角和涡轮级反动度的变化，调节幅度过大会导致涡轮级效率大幅下降。

目前，涡轮喷嘴环叶片角度调节的实施方案甚多，其动作原理基本相同，但在叶片转动方式上尚有细微差别(详见朱大鑫编著·涡轮增压与涡轮增压器·北京·机械工业出版社·1992·第431～443页的相关内容)，典型结构实例可参见华觉源·涡轮增压器和增压系统研制的新进展·大同·车用发动机·1992年第4期·第20～24页的相关介绍。

为了消除涡轮喷嘴环叶片角度调节技术存在的缺点与不足，本发明公开了一种新的可变喷嘴涡轮调节技术方案。

发明内容

本发明的目的在于为可调涡轮增压器提供一种结构最简单，成本最低，调控最方便，能在全转速工况范围内满足内燃机动力性、经济性和排放要求，比采用喷嘴环叶片角度调节装置使用效果更好的且能适用于汽油机涡轮增压的涡轮调节技术。

本发明为实现上述目的采用的技术方案的核心技术是对通用结构型式(叶片固定不动)，但叶片空心结构的涡轮喷嘴环叶栅的绕流气流实施射流偏转调节控制——利用引自涡轮增压器本身的压气机出口或外部气源的压缩空气，经过喷嘴叶片的空心内腔，由叶型背面(或腹面)和/或尾缘部位开割的通流槽缝顺流射吹叶栅流道内和/或叶栅出口的燃气主流，通过缝隙空气射流与叶栅燃气主流的相互作用，使缝隙射流与主流混合后的气流在喷嘴环叶片出口产生流向不同于原主流方向的偏转造成出口气流角(即出口流动截面积)的改变。