可变截面的涡轮增压器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种可变截面的涡轮增压器，属于涡轮增压器领域，其包括涡轮壳和涡轮叶片，涡轮壳内设置有环形气流道，环形气流道设置有废气入口和废气出口，涡轮叶片与涡轮壳转动连接，环形气流道内设置有调节机构和控制装置，调节机构与涡轮壳滑动连接，调节机构与控制装置传动连接，控制装置与发动机连接。控制装置通过与发动机连接，通过检测发动机的转速，从而控制调节机构配合发动机不同的转速来调节废气入口的大小，有效地改善了涡轮增压器的迟滞现象，增压范围更广，由于废气入口的大小可调节，使涡轮增压器的介入转速更低，发动机高转速动力更强，调节机构能够线性地调节废气入口的大小，从而动力输出线性。
【专利说明】
可变截面的涡轮増压器
技术领域
[0001]本实用新型涉及涡轮增压器领域，具体而言，涉及一种可变截面的涡轮增压器。
【背景技术】
[0002]现有的涡轮增压器用于与发动机连接，其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。现有的涡轮增压器普遍存在涡轮迟滞现象、发动机动力输出非线性、低转速时增压效果不明显。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供了一种可变截面的涡轮增压器，其能够改善涡轮增压器的迟滞现象、具有介入转速更低、高转速动力更强劲、动力输出线性、增压范围更广，适应范围更广。
[0004]本实用新型是这样实现的:
[0005]—种可变截面的涡轮增压器，适于与发动机连接，包括涡轮壳和涡轮叶片，涡轮壳内设置有环形气流道，环形气流道设置有废气入口和废气出口，涡轮叶片与涡轮壳转动连接，环形气流道内设置有用于调节废气入口的大小的调节机构和用于控制调节机构滑动的控制装置，调节机构与涡轮壳滑动连接，调节机构与控制装置传动连接，控制装置与发动机连接。
[0006]进一步地，本实用新型的优选实施例中，上述调节机构包括阻挡件，控制装置包括传动机构和控制机构，传动机构的一端与阻挡件活动连接，另一端与控制机构传动连接，阻挡件与涡轮壳滑动连接，阻挡件选择性地遮挡废气入口。
[0007]进一步地，本实用新型的优选实施例中，上述阻挡件为导流环，导流环与环形气流道连通，导流环的一端与废气入口连通，另一端与废气出口连通，导流环的轴心线与涡轮叶片的轴心线相同，导流环在其轴心线的方向上与涡轮壳滑动连接。
[0008]进一步地，本实用新型的优选实施例中，上述传动机构包括杠杆，杠杆的两端分别与导流环和控制机构转动连接，杠杆的支点与涡轮壳转动连接。
[0009]进一步地，本实用新型的优选实施例中，上述传动机构还包括第一联动杆，第一联动杆的两端分别与杠杆和导流环转动连接。
[0010]进一步地，本实用新型的优选实施例中，上述传动机构还包括第二联动杆，第二联动杆的两端分别与杠杆远离第一联动杆的一端和控制机构转动连接。
[0011]进一步地，本实用新型的优选实施例中，上述涡轮壳设置有环形凸台，环形凸台设置在导流环的外侧，环形凸台与导流环围成环形腔，第一联动杆位于环形腔内，杠杆与第一联动杆连接的一端也位于环形腔内，另一端伸出环形腔与第二联动杆转动连接，杠杆的支点位于环形凸台上。
[0012]进一步地，本实用新型的优选实施例中，上述传动机构包括相互啮合的齿轮和齿条，齿条与导流环固定连接，齿轮设置有转动轴，转动轴与涡轮壳转动连接，转动轴与控制机构传动连接。
[0013]进一步地，本实用新型的优选实施例中，上述控制机构与发动机连接。
[0014]进一步地，本实用新型的优选实施例中，上述控制装置为多个，且均匀地分布于涡轮壳的圆周上。
[0015]本实用新型提供的可变截面的涡轮增压器的有益效果是:控制装置通过与发动机连接，通过检测发动机的转速，从而控制调节机构配合发动机不同的转速来调节废气入口的大小，有效地改善了涡轮增压器的迟滞现象，增压范围更广，由于废气入口的大小可调节，使涡轮增压器的介入转速更低，发动机高转速动力更强，调节机构能够线性地调节废气入口的大小，从而动力输出线性。
【附图说明】
[0016]为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0017]图1为本实用新型第一实施例提供的可变截面的涡轮增压器的结构示意图；
[0018]图2为本实用新型第二实施例提供的可变截面的涡轮增压器的结构示意图。
[0019]图中标记分别为:
[0020]可变截面的涡轮增压器100、200;
[0021]涡轮壳110;环形气流道111;废气入口 112;废气出口 113;环形凸台114;环形腔115；
[0022]涡轮叶片120;
[0023]调节机构130;导流环131;
[0024]控制装置140、240;传动机构141、241;控制机构142、242;杠杆143;第一联动杆144;第二联动杆145;齿轮246;齿条247;转动轴248。
【具体实施方式】
[0025]现有的涡轮增压器用于与发动机连接，其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。现有的涡轮增压器普遍存在涡轮迟滞现象，发动机动力输出非线性、低转速时增压效果不明显。
[0026]现有解决涡轮迟滞的方法主要是减小涡轮直径、多个涡轮并联、可变截面涡轮。小直径的涡轮虽然能改善迟滞现象，但是当发动机高转速时，小涡轮由于排气截面较小，会使排气阻力增加(产生排气回压)，因此发动机最大功率和最大扭矩会受到一定的影响。多涡轮并联虽然能有效改善涡轮迟滞现象、发动机最大功率和最大扭矩也不会受到影响、但是其结构复杂、重量体积大、生产成本高。可变喷嘴环增压器虽然低转速高转速效率都很高、但是由于其结构的原因其无法适用于排气温度较高的汽油发动机、只在柴油发动机上运用较为普遍。
[0027]鉴于此，本实用新型的设计者通过长期的探索和尝试，以及多次的实验和努力，不断的改革创新，设计了一种可变截面的涡轮增压器，旨在改善涡轮增压器的迟滞现象、具有介入转速更低、高转速动力更强劲、动力输出线性、增压范围更广，适应范围更广。
[0028]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0029]第一实施例
[0030]请参阅图1，本实施例提供了一种可变截面的涡轮增压器100，适于与发动机(未示出)连接，其包括涡轮壳110、涡轮叶片120、调节机构130和控制装置140，涡轮壳110与涡轮叶片120转动连接，调节机构130与涡轮壳110滑动连接，调节机构130与控制装置140传动连接，控制装置140与发动机连接。
[0031]涡轮壳110内设置有环形气流道111和环形凸台114。
[0032]请参阅图1，图中箭头方向为废气的流动方向。环形气流道111设置有废气入口112和废气出口 113，发动机排出的废气从废气入口 112进入环形气流道111，利用废气的惯性冲力来推动涡轮叶片120，废气最终从废气出口 113排出。环形凸台114设置在调节机构130的外侧，调节机构130与环形凸台114形成环形腔115，调节机构130与环形气流道111连通，控制装置140带动调节机构130滑动，从而调节废气入口 112的大小。
[0033]调节机构130包括阻挡件，阻挡件主要用于滑动阻挡废气入口112，从而调节废气入口 112的大小，阻挡件的结构可以有多种，可以在废气入口 112处设置截流板或挡板，还可以在环形气流道111内设置环状的阻挡件，只要能够阻挡废气入口 112，调节废气入口 112SP可。
[0034]本实施例中阻挡件优选为导流环131，导流环131与环形气流道111连通，导流环131的一端与废气入口 112连接，另一端与废气出口 113连通，导流环131为简单的环形结构，导流环131的轴心线与涡轮的轴心线相同，导流环131在导流环131的轴心线的方向上与涡轮壳110滑动连接。
[0035]导流环131能够将废气入口 112完全封闭或完全打开，由于导流环131与涡轮壳110滑动连接，在滑动的过程中，逐渐遮蔽或打开废气入口 112，线性调节废气入口 112的大小。其中废气入口 112的大小可调节，即废气入口 112的排气截面可变。废气从废气入口 112进入涡轮壳110，然后经过导流环131和废气入口 112之间的间隙，最终从废气出口 113排出。
[0036]导流环131与废气入口112之间的间隙越小，废气入口 112的排气截面越小，能有效地加快发动机低转速时废气的流速，可变截面的涡轮增压器100的介入转速更低；导流环131与废气入口 112之间的间隙越大，废气入口 112的排气截面越大，废气排出更顺畅，能有效地减少发动机高转速时的排气背压。导流环131和废气入口 112之间的间隙为线性调节，调节范围广，从而保证发动机的动力输出线性，增压范围更广。
[0037]控制装置140包括传动机构141和控制机构142，传动机构141的一端与阻挡件转动连接，另一端与控制机构142传动连接，阻挡件与涡轮壳110滑动连接，阻挡件选择性地遮挡废气入口 112。
[0038]传动机构141用于控制导流环131运动，控制机构142与传动机构141传动连接，控制机构142与发动机连接，控制机构142能够检测发动机的转速，当发动机转速低时，控制机构142控制传动机构141带动导流环131朝着靠近废气入口 112的方向运动，从而缩小导流环131和废气入口 112之间的间隙，废气入口 112的排气截面减小，废气的流速加快。当控制机构142检测到发动机的转动增加时，控制机构142控制传动机构141带动导流环131朝着远离废气入口 112的方向运动，从而增大了废气入口 112的排气截面，废气排出更顺畅，减少排气背压。
[0039]传动机构141包括杠杆143、第一联动杆144和第二联动杆145，第一联动杆144的一端与导流环131转动连接，另一端与杠杆143连接，杠杆143远离第一联动杆144的一端与第二联动杆145转动连接，杠杆143的支点与涡轮壳110转动连接。第二联动杆145远离杠杆143的一端与控制机构142连接。当然，在本实用新型的其他实施例中，控制装置140也可以仅包括杠杆143，利用杠杆143的两端分别与导流环131和控制机构142连接，杠杆143的支点与涡轮壳110转动连接，同样能实现控制机构142驱动杠杆143带动导流环131滑动。此外，也可以采用其他能够实现导流环131相对于涡轮壳110滑动的机构。
[0040]第一联动杆144位于环形腔115内，且能相对于环形腔115移动，第一联动杆144与导流环131转动连接，第一联动杆144能够带动导流环131在涡轮壳110内滑动，杠杆143与第一联动杆144连接的一端也位于环形腔115内，另一端伸出环形腔115与第二联动杆145转动连接，环形腔115的设置，使第一联动杆144的运动更加顺畅，同时能有效避免废气的泄露，效果更好。
[0041]控制装置140可以为一个，也可以为多个。
[0042]本实施例中优选控制装置140为两个，即第一联动杆144、杠杆143、第二联动杆145以及控制机构142均为两个，第一联动杆144、杠杆143、第二联动杆145以及控制机构142的连接方式与上述相同，这里不再赘述。两个第一联动杆144对称地分布在导流环131的外侧，当控制机构142分别控制导流环131运动时，导流环131上存在两个受力点，导流环131的运动更均衡，不会产生偏移的倾向，对废气入口 112的排气截面调节更加顺畅。当然还可以增加控制装置140的数量，使导流环131的受力更均衡。
[0043]本实施例中传动机构141通过在导流环131的轴心线的方向上来回运动，达到控制导流环131逐渐遮蔽或打开废气入口 112的作用，其中控制机构142驱动传动机构141的方式有多种，可以为气缸、液压缸或者压气机等进行驱动，同时还可以利用微型电脑检测发动机的转速，从而控制传动机构141运动，该控制机构142检测发动机的转速从而驱动传动机构141运动的方式和原理为现有技术，可参照现有技术中的方式进行实现或替换，这里不做过多阐述。
[0044]请参阅图1，本实施例中提供的可变截面的涡轮增压器100的工作原理是:
[0045]当发动机的转速低时，废气的排量较小，控制机构142驱动第二联动杆145向着远离废气入口 112的方向运动，杠杆143与第二联动杆145连接的一端向着远离废气入口 112的方向运动，另一端向着靠近废气入口 112的方向运动，从而带动第一联动杆144向着靠近废气入口 112的方向运动，导流环131的运动方向与第一联动杆144的运动方向相同，也向着靠近废气入口 112的方向运动，导流环131的运动减小了废气入口 112的排气截面，此时废气流速加快。在发动机低速转动时，通过缩小废气入口 112的大小，从而加快了废气的流速，使可变截面的涡轮增压器100的介入转速更低，同时不需要旁通机构的调节，更加节约成本。
[0046]而当发动机的转速高时，废气的排量较大，控制机构142驱动第二联动杆145向着靠近废气入口 112的方向运动，最终带动第一联动杆144和导流环131朝着远离废气入口 112的方向运动，从而增大了废气入口 112的排气截面，废气排出更加顺畅，能够减少排气负压。在发动机高转速时，通过增加废气入口 112的大小，从而使大量的废气排出更加顺畅，可变截面的涡轮增压器100在发动机高转速时，动力更强。
[0047]发动机低转速和高转速对应调节废气入口 112的大小，废气入口 112的大小调节范围广，且线性调节，使可变截面的涡轮增压器100的增压范围广，动力输出线性。
[0048]本实施例主要是通过导流环131的运动控制涡轮的排气截面，导流环131由简单的环形构成，其结构简单，且耐高温，能适应汽油发电机废气的高温环境，控制装置140的控制灵活，可根据发动机的工况随时调整涡轮的排气截面。
[0049]可变截面的涡轮增压器100能够有效地提高发动机的低扭输出能力，提高发动机的最大输出功率，增压平顺、无迟滞现象，无需旁通机构，能适用于排气温度很高的汽油发电机。
[0050]第二实施例
[0051]请参阅图2，本实施例所提供的可变截面的涡轮增压器200，其基本结构和原理及产生的技术效果和第一实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考第一实施例中相应内容。
[0052]本实施例与第一实施例的区别在于，第一实施例中，调节机构130为导流环131，控制装置140采用第一联动杆144、杠杆143、第二联动杆145和控制机构142控制导流环131运动；而本实施例中调节机构130仍为导流环131，但是，控制装置240采用齿轮传动来控制导流环131的运动。
[0053]本实施例中控制装置240包括传动机构241和控制机构242，传动机构241包括相互啮合的齿轮246和齿条247，齿条247与导流环131固定连接，齿轮246设置有转动轴248，转动轴248与涡轮壳110转动连接，转动轴248与控制机构242传动连接。
[0054]齿轮246和齿条247均位于涡轮壳110的环形腔115内，转动轴248与齿轮246连接的一端也位于环形腔115内，转动轴248的另一端伸出环形腔115与控制机构142传动连接，其中齿轮246的位置相对于涡轮壳110固定，当控制机构142驱动齿轮246转动时，齿条247在齿轮246的带动下沿着导流环131的轴心线的方向运动，从而带动导流环131运动。
[0055]由于本实施例中通过齿轮246的转动从而带动齿条247和导流环131相对于涡轮壳110滑动，本实施例中控制机构242可以为电机，通过电机的正反转实现齿轮246的正反转，从而实现导流环131的遮蔽或打开废气入口 112。当然，在其他实施例中，还可以采用其他的传动机构241来控制调节机构130滑动调节废气入口 112的大小。
[0056]本实施例中仍然采用导流环131的运动控制涡轮的排气截面，导流环131由简单的环形构成，能适应汽油发电机废气的高温环境，控制装置140采用齿轮246和齿条247的传动来进行控制，控制灵活，可根据发动机的工况随时调整涡轮的排气截面。
[0057]本实施例中提供的可变截面的涡轮增压器200能够提高发动机的低扭输出能力，提高发动机的最大输出功率，增压平顺、无迟滞现象，无需旁通机构，能适用于排气温度很高的汽油发电机。
[0058]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0059]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0060]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0061]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。
[0062]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。
【主权项】
1.一种可变截面的涡轮增压器，适于与发动机连接，其特征在于，包括涡轮壳和涡轮叶片，所述涡轮壳内设置有环形气流道，所述环形气流道设置有废气入口和废气出口，所述涡轮叶片与所述涡轮壳转动连接，所述环形气流道内设置有用于调节所述废气入口的大小的调节机构和用于控制所述调节机构滑动的控制装置，所述调节机构与所述涡轮壳滑动连接，所述调节机构与所述控制装置传动连接，所述控制装置与所述发动机连接。2.根据权利要求1所述的可变截面的涡轮增压器，其特征在于，所述调节机构包括阻挡件，所述控制装置包括传动机构和控制机构，所述传动机构的一端与所述阻挡件转动连接，另一端与所述控制机构传动连接，所述阻挡件与所述涡轮壳滑动连接，所述阻挡件选择性地遮挡所述废气入口。3.根据权利要求2所述的可变截面的涡轮增压器，其特征在于，所述阻挡件为导流环，所述导流环与所述环形气流道连通，所述导流环的一端与所述废气入口连通，另一端与所述废气出口连通，所述导流环的轴心线与所述涡轮叶片的轴心线相同，所述导流环在其轴心线的方向上与所述涡轮壳滑动连接。4.根据权利要求3所述的可变截面的涡轮增压器，其特征在于，所述传动机构包括杠杆，所述杠杆的两端分别与所述导流环和所述控制机构转动连接，所述杠杆的支点与所述涡轮壳转动连接。5.根据权利要求4所述的可变截面的涡轮增压器，其特征在于，所述传动机构还包括第一联动杆，所述第一联动杆的两端分别与所述杠杆和所述导流环转动连接。6.根据权利要求5所述的可变截面的涡轮增压器，其特征在于，所述传动机构还包括第二联动杆，所述第二联动杆的两端分别与所述杠杆远离所述第一联动杆的一端和所述控制机构转动连接。7.根据权利要求6所述的可变截面的涡轮增压器，其特征在于，所述涡轮壳设置有环形凸台，所述环形凸台设置在所述导流环的外侧，所述环形凸台与所述导流环围成环形腔，所述第一联动杆位于所述环形腔内，所述杠杆与所述第一联动杆连接的一端也位于所述环形腔内，另一端伸出所述环形腔与所述第二联动杆转动连接，所述杠杆的支点位于所述环形凸台上。8.根据权利要求3所述的可变截面的涡轮增压器，其特征在于，所述传动机构包括相互啮合的齿轮和齿条，所述齿条与所述导流环固定连接，所述齿轮设置有转动轴，所述转动轴与所述涡轮壳转动连接，所述转动轴与所述控制机构传动连接。9.根据权利要求2所述的可变截面的涡轮增压器，其特征在于，所述控制机构与所述发动机连接。10.根据权利要求1-9任一项所述的可变截面的涡轮增压器，其特征在于，所述控制装置为多个，且均匀地分布于所述涡轮壳的圆周上。
【文档编号】F01D17/14GK205558985SQ201620216084
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】付鹏程
【申请人】付鹏程