[发明专利]涡轮增压器及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮增压器的技术领域，具体是一种喷咀出口面积可变的涡轮增压器及其工作方法。

背景技术

传统的涡轮增压器不论在设计或使用中只能在一个较小的工作范围内，即：处在高效区工作。有的产品设计点定在满负荷的90％。当发动机在低负荷区工作时，增压器必处在低效率工作区。由此，这类产品只适合于稳态的和长时间满负荷的工作状态，如船用、发电用增压器等。有的产品设计点定在50-70％的工作区，其目的是提高部份负荷时的高效性能，同时为了转子设计成小型化，以减小转动惯量来提高发动机的起动性能和车辆的加速性，一般车用增压器都采用此类设计。但其缺点是：一旦汽车高速行驶时必定造成增压器超速。为防止出现此类故障，目前常采用排气放气阀机构。当增压器某种参数(如压气机出口压力)超过限值时，即可自动打开排气阀，旁通部份有效气体，以保证增压器的安全可靠运转。当然此时增压器处于低效工作区。

改变涡轮增压器喷咀出口面积是提高增压器总效率、满足配用发动机变工况不同需求的最有效措施之一。现有技术中，改变喷咀截面积的方法目前通常有包括：转动叶片角度或带动滑动活塞在喷咀宽度方向上移动。

例如，中国专利申请200710152744.5公开的可变喷咀涡轮增压器的叶片组件及叶片组件的组装方法，其采用转动叶片角度的可变喷咀方法。其优点：喷咀截面随叶片转角的减小而减少，喷咀面积的减少率可达50％以上。缺点是：喷咀角过大(起步状态)或过小(满负状态)时会造成气流撞击涡轮叶背或叶凹面(见图3)，使增压器在低高工况工作时热效率下降。

中国申请00819834.9公开的带有滑动活塞的可变形状涡轮增压器，其可变截面结构简单，喷咀一半由固定叶片，另一半由无叶片气道组成，可调节截面积的是无叶气道这一半，当然可调面积50％已是足够了。但它的气动性能不好，会降低热效率。其原因是当无叶通道打开时，气流将从叶片通道和无叶通道同时流过。因两个能道的气流角不相同，将造成喷咀后的气流紊乱，增大气流流动损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单可靠、成本较低、总效率较高的涡轮增压器及其工作方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的涡轮增压器包括：设于涡轮机壳体内的蜗壳、固定于所述蜗壳内且套于涡轮机叶轮外周的用于根据发动机的工况自动控制喷咀截面积的喷咀环组件；喷咀环组件包括：喷咀环、中心对称且均匀分布于该喷咀环的外侧面上的多个长喷咀叶片、在喷咀环上设于相邻的一对长喷咀叶片之间的斜槽、设于该斜槽中的适于沿喷咀气流方向直线往复位移的活动短叶片、同心设于所述喷咀环内侧面的联动圈、分布于该联动圈上的与所述各斜槽相对应的斜槽孔、分布于该联动圈上并与该联动圈同心分布的多个弧形导向槽、设于所述联动圈上的销孔、设于所述喷咀环内侧面上的与各弧形导向槽相配合的直销；所述活动短叶片包括：叶片本体、设于该叶片本体底部外端的适于穿过所述斜槽并伸入所述斜槽孔的长圆销、以及设于该叶片本体底部的高度小于所述斜槽深度的短圆销；涡轮机的中间壳体上设有与一电机驱动机构或液压驱动机构或气压驱动机构相传动连接的曲柄，该曲柄通过一曲柄拨叉与所述联动圈上的销孔相连，以驱动所述联动圈沿中心旋转并使活动短叶片沿喷咀气流方向直线往复位移，进而控制喷咀截面积。

作为优化的实施方案，所述长喷咀叶片的位置、角度适于使喷咀气流角α为18°-24°。

作为优化的实施方案，所述斜槽的方向与喷咀气流方向一致。

作为优化的实施方案，所述长喷咀叶片的个数与所述活动短叶片的个数相等。

作为优化的实施方案，所述喷咀环与联动圈之间设有滚珠。

上述涡轮增压器的工作方法，包括：在发动机起步或处于低工况时，把活动短叶片向外圈拉，以扩大喷咀面积，便于燃气顺利通过；随着发动机功率的提高，逐渐把活动短叶片往中心推，直到发动机满负荷时，将喷咀面积收缩到最小，以限制涡轮转子超速的运转。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明的涡轮增压器采用可调的短喷咀叶片(即活动短叶片)来控制涡轮内的工质流量和增压器转速，并取代传统的排气旁通阀机构。本发明的基本原理是：采用短喷咀叶片斜线运动方式来改变喷咀截面积，即用叶片来堵截蜗壳中的喷咀通道，以达到改变喷咀截面积、提高增压器总效率的目的。