[实用新型]一种阶段式可调流量涡轮壳

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种涡轮壳，具体的说涉及一种包括阶段式可调节流通截面的阶段式可调流量涡轮壳，能有效地满足发动机不同工况下的增压要求，属于发动机增压领域。

背景技术

涡轮增压技术随着社会对发动机性能及排放的要求日益提高而越来越受重视。增压技术通过提高发动机的进气压力，增加发动机进气密度，使得发动机在相同的工作容积中进更多的气，所以可相应地增加工作循环供油量，使得发动机做更多的功，发动机的输出功率和扭矩大幅度提高，相对强化了发动机结构，使得相同功率的发动机可以采用更小的外形结构。涡轮增压技术在基本不消耗发动机有效功的前提下，使用涡轮回收利用了废气能量，并通过压气机对发动机进气进行增压；而且涡轮机有消声的作用并使得废气中的有害成分进一步反应掉。所以涡轮增压器提高了发动机的动力性、经济性和环保性。涡轮增压技术已是应对能源紧缺和高排放法规要求的有效技术之一。

传统的普通涡轮增压器仅在设计工况范围内有较好的效率，而在其他大部分工况不能与发动机实现高效匹配。传统涡轮增压器不足之处主要有：低速时进气不足，致使发动机转矩不足，低速和部分负荷经济性差；瞬态响应性迟缓，使得发动机起动、加速性能差，冒烟严重；高速时增压过度，对发动机性能、结构和材料都有影响；高海拔时发动机功率下降严重。传统涡轮增压器已不能满足先进发动机的要求。所以，从发动机高性能、高环保性角度看，要求有更好的涡轮增压技术方案。

对于带废气旁通阀的涡轮增压器而言，虽然一定程度上克服了低速工况的进气不足、增压不够的现象，也在高工况时通过打开废气旁通阀而降低增压器的转速，避免增压过度，但是在很大部分工况下，废气旁通阀式涡轮壳没有实现与发动机的高效匹配，尤其在高工况下，废气旁通阀打开，废气能量没有经过涡轮而流失掉，没有充分利用废气的能量，使发动机的动力性和经济性相对不好。若其过分照顾低速工况，则在高工况时从废气旁通阀流掉的废气更多，废气能量利用率更低。并且流经废气旁通阀的高温废气由于流过的废气管道距离减小了，致使废气在高温环境中滞留的时间短了，本应该在高温管道中反应掉的废气中的有害成分流向下游或被排放到大气中，并且从废气旁通阀流失的高温废气会在下游的废气管中继续膨胀，其很大一部分能量转化为声波的振动能，加大了发动机的排放噪声。这样致使发动机的排放性能也有所下降。

新型涡轮增压器中，可变截面涡轮增压器是一个发展方向，现今已发展出多种可变截面涡轮增压器形式，主要有可变喷嘴环增压器、可变喉口增压器、舌形挡板增压器等。其中，可变喷嘴环增压器是进展最大的新型涡轮增压器之一。可变喷嘴环增压器通过调节活动的喷嘴环叶片的开度实现流通截面积的变化，以适应发动机不同运行工况的进气要求，实现增压器与发动机各工况的良好匹配。但是可变喷嘴环增压器的可变喷嘴环及其传动与控制机构复杂，零件较多，材料和加工要求高，使得成本过高，难于形成强大市场竞争力。并且喷嘴环叶片系统，包括其传动机构，是在发动机振动和六、七百摄氏度甚至更高的高温条件下工作，其要求喷嘴环叶片可动，又要求喷嘴环叶片和喷嘴环密封较好，形成了顾此失彼的矛盾；在这种条件下工作的各部件容易变形、损坏，实现精确调节喷嘴环叶片难度大，使得可变喷嘴环增压器可靠性和密封性难以保证，运行寿命也较短。可变喷嘴环增压器的这些固有缺点使得其至今没有大规模普及。

双流道涡轮壳式增压器（DLP）也有很大的发展，其主要原理就是根据涡轮壳的进气状态将流道分为两个，低速工况时采用单一流道进气，高速工况时采用双流道进气。双流道涡轮壳与可变喷嘴环增压器对比，结构相对简单，部件加工要求较低，更易实现，工作寿命更长，更可靠。但是当前双流道式涡轮壳的双流道很多都是并列布置，即两个流道的弧形长度相等，如专利201010279953.8，使得废气在流道中流动时与流道壁面接触面积大，流动损失较大。另外，现在已知的双流道涡轮壳工作模式大都只有两种模式，即低速工况与高速工况，如专利201010279953.8和专利201010280157.6，使得在某些中速工况时废气利用率不够理想。最后，现在已知的双流道涡轮壳结构特别是中间壁的铸造要求高，现有铸造工艺不易满足要求。

设计出成本相对较低、性能好、可靠性高的新型涡轮增压器是发动机行业的要求，也是各个增压器厂家追求的目标。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是为了带废气旁通阀式涡轮壳、可变喷嘴环式涡轮壳及现已知的双流道式涡轮壳（DLP）的上述缺陷，提供一种能够提高发动机废气能量的利用率，可靠性高的阶段式可调流量涡轮壳。

为了解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：