涡轮增压装置及其使用方法与流程

本发明涉及发动机辅助装置技术领域，具体地说，它涉及一种涡轮增压装置及其使用方法。

背景技术

涡轮增压器是一种常见的车用发动机辅助进气装置，特别用于重型卡车。涡轮增压器类似空气压缩机，通过压缩空气来增加发动机的进气量。它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，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，使之增压进入气缸。当发动机转速增大，废气排出速度与涡轮转速也同步增加，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量和调整发动机的转速，从而增加发动机的输出功率。因为涡轮增压器消耗的功是涡轮从废气中回收的一部分能量，不仅可以增加发动机的功率，而且还可以提高其热效率，降低燃油消耗率。

例如授权公告号为cn202417608u的中国实用新型专利所公开的一种车用涡轮增压器，包括涡轮机、压气机、中间体。涡轮机包括涡轮壳、涡轮、涡轮轴、叶片，压气机包括压气机壳、叶轮，涡轮壳和压气机壳通过中间体连接，中间体内穿设有涡轮轴，且涡轮轴的前端位于涡轮壳内，涡轮轴的末端位于压气机壳内，涡轮固设于涡轮轴的前端，涡轮上装设有若干叶片，叶轮固装于涡轮轴的末端，装设于涡轮上的若干叶片为平面状与涡轮垂直固定连接，涡轮呈径流式结构。

上述车用涡轮增压器可减少发动机的废气在涡轮壳流道中的阻力，增加了气体的流通量，使喷射在涡轮机叶片上的力增大，从而提高了涡轮增压器的输出功率。但是在发动机怠速的状态下，尤其是对于重型卡车，发动机的进气门和活塞的负压比较大，会造成机油进入发动机气缸内，以及燃烧室内的机油燃烧不充分；从而容易造成积碳，加剧发动机气缸的磨损。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种涡轮增压装置及其使用方法，具有减轻发动机气缸磨损的特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种涡轮增压装置，包括涡轮壳体、涡轮和转轴；所述涡轮设置在所述涡轮壳体内且与所述转轴固定连接；在所述涡轮壳体内设置有与所述涡轮连通且环绕在所述涡轮周围的气道，所述气道连通有废气进口和废气出口；在所述涡轮壳体上穿设有与所述气道连通的气嘴，所述气嘴连接有气源；所述气嘴的出气端与所述涡轮之间的最小距离为1mm，所述气嘴的轴线沿其进气方向与所述气嘴出气端到所述涡轮中心的连线之间的夹角为锐角。

如此设置，环绕设置的气道使得从废气进口进入的废气能够在气道内产生环形的气流，从而带动涡轮转动；通过在涡轮壳体倾斜插入气嘴，从气嘴喷射出的气流能够为涡轮的转动提供额外的动力；同时在发动机怠速的状态下，为发动机的进气门和活塞提供了额外的气压以消除负压，使得机油不会进入气缸中，同时使进入燃烧室的机油燃烧充分，少了积碳的发生；从而减弱发动机气缸的磨损，消除了负压不利影响；同时，通入的气流能够对涡轮进行降温，从而减小涡轮受热膨胀与轮轴的之间的摩擦。

进一步设置：所述夹角在60°-70°之间。

如此设置，通过控制气嘴的倾角，从而使气嘴喷出的气流能够更佳高效地作用于涡轮；且过大的倾角容易减弱气流对涡轮的推动作用甚至产生阻力或紊乱废气气流，使气嘴失效。

进一步设置：所述夹角为65°。

如此设置，通过对气嘴的倾角进行精确的控制，从而使气嘴喷出的气流能够最高效地作用于涡轮。

进一步设置：所述气嘴的出气端的端面倾斜设置，且与所述涡轮在出气端处的切线相平行。

如此设置，通过将气嘴的端部倾斜设置，有利于气嘴贴近涡轮以减小气流到达涡轮的行程，使气流能够更加集中地作用于涡轮；同时避免与涡轮最外端发生碰撞。

进一步设置：所述气嘴的内径在4.5mm-5mm之间。

如此设置，通过控制气嘴的内径从而使气流的喷射速度处于较为合理的范围内。

进一步设置：所述气嘴位于其与所述废气进口之间废气行程较大处，且所述气嘴的进气方向与所述废气进口的进气方向的夹角在40°-60°之间。

如此设置，将气嘴设置在距废气进口行程较远处，能够避免气流与刚进入气道的废气在混合时扰乱原有废气的流动方向，从而保证原有废气对涡轮的推动作用不受影响。

进一步设置：在所述涡轮壳体上开设有安装孔，所述安装孔的孔壁设置有内螺纹，所述气嘴插接所述安装孔，所述气嘴的外周壁上设置有与所述内螺纹适配的外螺纹。

如此设置，通过将气嘴插入安装孔中并旋紧，实现气嘴的安装，并保证具有较好的气密性。

进一步设置：在所述气嘴位于所述涡轮壳体外的部分固定设置有止转片，在所述止转片上开设有过孔，在所述涡轮外壳上开设有螺纹孔，所述螺纹孔连接有穿过所述过孔的止转螺钉，所述止转螺钉的端部抵紧在所述止转片上。

如此设置，通过加设止转片和止转螺钉，能够避免气嘴在工作状态下因振动在安装孔内发生转动，从而防止倾斜的出气端与涡轮相撞，提高气嘴工作时的稳定性和安全性，同时保证气嘴安装后出气端的位置准确。

进一步设置：所述气源包括依次通过气管相连的压力开关、储气罐和电磁阀；所述压力开关通过气管连接在车辆气刹装置的压缩气罐上，所述压缩气罐连接空压机；所述电磁阀通过气管连接在所述气嘴上。

如此设置，储气罐对从压缩气罐分出的压缩空气起到暂存作用，并在压力开关的调整下使储气罐内部气压保持在较为稳定的范围内；同时避免压缩气罐将过多的压缩空气输入储气罐中而导致其自身气压降低，影响气刹动作。

一种如上所述的涡轮增压装置的运行方法：在车辆启动的同时向所述气嘴持续通入压缩空气。

如此设置，持续通入的压缩空气能够一直为涡轮提供额外的推力，从而向发动机气缸内持续通入额外的压缩空气，增强动力。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.从气嘴喷出的压缩空气能够为涡轮的转动提供额外的动力，为发动机的进气门和活塞提供了额外的气压以消除负压，使得机油不会进入气缸中，同时使进入燃烧室的机油燃烧充分，少了积碳的发生；从而减弱发动机气缸的磨损，消除了负压不利影响；同时提升发动机的起步扭矩，使得发动机能够在较低的转速下启动，降低了油耗，提高了重型卡车发动机性能；

2.从气嘴通入的气流能够对涡轮进行降温，减小了涡轮受热膨胀与轮轴的之间的摩擦，从而降低涡轮转动阻力；同时气流降低了废气温度，在一定程度上减小了废气热膨胀对消声器的影响，使气体排放更加顺畅；

3.从气嘴通入的气流冲降低了废气的浓度，有利于废气进入消声器后与其内部的尿素反应，使废气净化更加充分，同时节省尿素用量。

附图说明

图1为涡轮增压装置的结构示意图；

图2为图1中a处的放大图；

图3为涡轮增压装置的剖视图；

图4为涡轮增压装置的局部剖视图；

图5为图4中b处的放大图；

图6为涡轮增压装置与车辆发动机气路的连接示意图。

图中：1、涡轮壳体；2、涡轮；3、转轴；4、气道；5、废气进口；6、废气出口；7、气嘴；8、气源；801、压力开关；802、储气罐；803、电磁阀；9、安装孔；10、内螺纹；11、外螺纹；12、止转片；13、过孔；14、螺纹孔；15、止转螺钉；16、压缩气罐；17、空压机；18、压缩机壳体；19、叶轮；20、排气管道；21、尾气净化装置；22、排放管道；23、发动机气缸。

具体实施方式

参照附图对本发明做进一步说明。

一种涡轮增压装置，如图1和图3所示，包括涡轮壳体1、涡轮2、压缩机壳体18、叶轮19和转轴3。其中，涡轮壳体1与叶轮19壳体相连，涡轮2和叶轮19分别设置在涡轮壳体1和叶轮19壳体内，且涡轮2和叶轮19均与转轴3固定连接以实现两者的传动。

具体地，结合图1、图4和图6，涡轮壳体1内设置有与涡轮2连通、呈环形设置的气道4，气道4的一侧设置废气进口5与车辆的发动机气缸23的排气管道20连通，在涡轮壳体1上开设有与涡轮2同轴且与气道4连通、呈圆形的废气出口6；废气出口6与车辆的尾气净化装置21通过排放管道22连通，废气出口6的内径略大于涡轮2最大直径。气道4的横截面大致呈v型设置，其两端向外渐大且端部以圆弧过渡。在涡轮2外壳上穿设有与气道4连通的气嘴7，气嘴7连通有气源8用于为涡轮2提供额外动力。

具体地，结合图2和图5，在涡轮壳体1上开设有安装孔9，安装孔9从气道4的中间位置穿过。安装孔9的孔壁从外向内设置有内螺纹10，气嘴7插接安装孔9且外周壁上设置有与内螺纹10适配的外螺纹11。气嘴7伸出涡轮2外壳的一端呈90°的转角设置。为保证气嘴7能够旋紧于安装孔9内，在气嘴7位于涡轮壳体1外的部分通过焊接固定有止转片12，止转片12远离气嘴7的一端开设有过孔13，在涡轮2外壳上开设有螺纹孔14，螺纹孔14连接有穿过过孔13的止转螺钉15，止转螺钉15的端部抵紧在止转片12上。

更具体地，结合图4和图5，气嘴7位于其与废气进口5之间废气行程较大处，且气嘴7的进气方向与废气进口5的进气方向的夹角在40°-60°之间。气嘴7的出气端与涡轮2之间的最小距离为1mm，且优先选择1mm。为了使气嘴7尽可能接近涡轮2，其出气端的端面倾斜设置，且与过气嘴7出气端与涡轮2中心连线的涡轮2的切线平行。同时，气嘴7的轴线沿其进气方向与气嘴7出气端到涡轮2中心的连线之间夹角为锐角，角度范围在60°-70°之间且优先选择65°。气嘴7的内径控制在4.5mm-5mm之间。

结合图6，气嘴7的气源8包括依次通过气管相连的压力开关801、储气罐802和电磁阀803；压力开关801通过气管连接在车辆气刹装置的压缩气罐16上，压缩气罐16连接空压机17；电磁阀803通过气管连接在气嘴7上。其中，压缩气罐16在压力开关801的控制下将压缩空气通入储气罐802并使储气罐802内的气压保持在0.6mpa-0.8mpa之间。

工作原理：车辆启动后，发动机气缸23产生的废气通入涡轮增压装置的废气进口5，进入气道4的废气带动涡轮2转动；涡轮2又通过转轴3带动叶轮19转动，从而将压缩空气送入发动机气缸23中。与此同时，电磁阀803开启，储气罐802中的压缩空气进入气嘴7后喷出，为涡轮2的转动提供额外的动力。从而为发动机的进气门和活塞提供额外的气压，提高车辆尤其是重型卡车的发动机性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。