一种涡轮增压器蜗壳及涡轮增压器的制作方法

1.本实用新型涉及内燃机增压技术领域，特别地，涉及一种涡轮增压器蜗壳。本实用新型还涉及一种涡轮增压器。


背景技术：

2.近年来，随着排放标准升级，发动机小型化已成为一种发展趋势，为了提高发动机的升功率，最为有效的方法是匹配废气涡轮增压器。废气涡轮增压器综合性能的优劣直接影响了发动机的整体性能，尤其是车用发动机更加注重低速大扭矩及良好的燃油经济性能，这对增压器性能提升提出了更为严格的需求。而涡轮增压器作为主动旋转部件，其性能的提高对整个增压器的性能起着举足轻重的作用，因此，提高涡轮增压器的性能十分重要。
3.目前，提高涡轮增压器的性能主要从涡轮设计及涡轮箱流道设计两方面来进行，在项目开发前期，由于新设计涡轮需要开金属模，模具制作时间长，而采用3d打印的涡轮与涡轮箱相比，表面质量较差，且存在砂孔，难以应用于后续试验测试，因此，主要通过设计新的涡轮箱流道来提升涡轮增压器性能。
4.然而，目前涡轮箱流道设计主要采用“等环量”设计方法，一方面，在发动机匹配试验过程中，由于涡轮箱设计效率不高，容易出现发动机高、低速性能难以兼顾的情形；另一方面，增压器试制样机通过主机厂性能认可后，由于涡轮箱喉口截面的面积对流量比较敏感，浇铸质量的差异容易导致后续小批供货的定型样机出现性能不一致的情况，再一方面，涡轮增压器工作效率低。


技术实现要素：

5.本实用新型提供的涡轮增压器蜗壳，解决了现有的涡轮增压器工作效率低的技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
7.一种涡轮增压器蜗壳，涡轮增压器蜗壳内设有用于收集发动机废气的蜗形流道，蜗形流道包括沿气流方向依次排布并连通的第一渐缩流道、第二渐缩流道以及第三渐缩流道，第一渐缩流道自蜗壳流道0
°
截面开始延伸并截止于蜗壳流道60
°
截面，第二渐缩流道自蜗壳流道60
°
截面开始延伸并截止于蜗壳流道300
°
截面，第三渐缩流道自蜗壳流道300
°
截面开始延伸并截止于蜗壳流道360
°
截面，蜗壳流道0
°
截面设于涡轮增压器蜗壳的喉口位置处，第一渐缩流道的流道面积、第二渐缩流道的流道面积以及第三渐缩流道的流道面积依次减小，蜗形流道还包括设于第一渐缩流道的进气侧用于将发动机废气导入第一渐缩流道内的导流流道。
8.进一步地，第一渐缩流道的截面无量纲流道面积y1与周向角度x1满足关系式y1＝ax
12-bx1+100.6，其中，0≤x1≤60，-0.002≤a≤-0.0015，0.05≤b≤0.08。
9.进一步地，第二渐缩流道的截面无量纲流道面积y2与周向角度x2满足关系式y2＝cx2+113.1，其中，60≤x2≤300，-0.5≤c≤-0.2。
10.进一步地，第三渐缩流道的截面无量纲流道面积y3与周向角度x3满足关系式y3＝dx
32-ex3+242.6，其中，300≤x3≤360，0.0015≤d≤0.0025，1≤e≤1.5。
11.本实用新型还提供一种涡轮增压器，包括上述的涡轮增压器蜗壳。
12.进一步地，蜗壳流道60
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积的面积之差与蜗壳流道0
°
截面的流道面积的面积占比小于10％。
13.进一步地，第一渐缩流道的蜗壳流道30
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积的面积之差与蜗壳流道0
°
截面的流道面积的面积占比小于5％。
14.进一步地，蜗壳流道300
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积的面积比小于10％。
15.进一步地，蜗壳流道360
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积的面积比小于2％。
16.进一步地，第三渐缩流道的蜗壳流道330
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积比小于5％。
17.本实用新型具有以下有益效果：
18.本实用新型的涡轮增压器蜗壳，其内设有蜗形流道，蜗形流道包括沿气流方向依次排布并连通的第一渐缩流道、第二渐缩流道以及第三渐缩流道，第一渐缩流道、第二渐缩流道以及第三渐缩流道沿周向依次排布且相互连通，进而收集发动机废气并使气流做功驱动叶轮旋转；通过蜗壳流道0
°
截面设于涡轮增压器蜗壳的喉口位置处，第一渐缩流道自蜗壳流道0
°
截面开始延伸并截止于蜗壳流道60
°
截面，第二渐缩流道自蜗壳流道60
°
截面开始延伸并截止于蜗壳流道300
°
截面，第三渐缩流道自蜗壳流道300
°
截面开始延伸并截止于蜗壳流道360
°
截面，使第一气流流道符合气体在蜗壳内膨胀加速规律，使第二气流通道符合线性递减规律，使第三渐缩流道的流道面积平稳变小并与第一渐缩流道连通，有利于提高涡轮增压器工作效率。
19.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
20.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
21.图1是本实用新型优选实施例的涡轮增压器蜗壳的结构示意图之一；
22.图2是本实用新型优选实施例的涡轮增压器蜗壳的结构示意图之二；
23.图3是本实用新型优选实施例的涡轮增压器蜗壳的剖视图；
24.图4是本实用新型优选实施例的涡轮增压器蜗壳的断面结构示意图；
25.图5是本实用新型优选实施例的蜗形流道设计方案示意图。
26.图例说明：
27.100、涡轮增压器蜗壳；10、蜗形流道；101、第一渐缩流道；102、第二渐缩流道；103、第三渐缩流道。
具体实施方式
28.以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
29.图1是本实用新型优选实施例的涡轮增压器蜗壳的结构示意图之一；图2是本实用新型优选实施例的涡轮增压器蜗壳的结构示意图之二；图3是本实用新型优选实施例的涡轮增压器蜗壳的剖视图；图4是本实用新型优选实施例的涡轮增压器蜗壳的断面结构示意图；图5是本实用新型优选实施例的蜗形流道设计方案示意图。
30.如图1、图2、图3和图4所示，本实施例的涡轮增压器蜗壳100，涡轮增压器蜗壳100内设有用于收集来自于发动机废气的蜗形流道10，蜗形流道10包括沿气流方向依次排布并连通的第一渐缩流道101、第二渐缩流道102以及第三渐缩流道103，第一渐缩流道101自蜗壳流道0
°
截面开始延伸并截止于蜗壳流道60
°
截面，第二渐缩流道102自蜗壳流道60
°
截面开始延伸并截止于蜗壳流道300
°
截面，第三渐缩流道103自蜗壳流道300
°
截面开始延伸并截止于蜗壳流道360
°
截面，蜗壳流道0
°
截面设于涡轮增压器蜗壳100的喉口位置处，第一渐缩流道101的流道面积、第二渐缩流道102的流道面积以及第三渐缩流道103的流道面积依次减小，蜗形流道10还包括设于第一渐缩流道101的进气侧用于将发动机废气导入第一渐缩流道101内的导流流道。
31.本实用新型的涡轮增压器蜗壳100，其内设有蜗形流道10，蜗形流道10包括沿气流方向依次排布并连通的第一渐缩流道101、第二渐缩流道102以及第三渐缩流道103，第一渐缩流道101、第二渐缩流道102以及第三渐缩流道103沿周向依次排布且相互连通，进而收集发动机废气并使气流做功驱动叶轮旋转；通过蜗壳流道0
°
截面设于涡轮增压器蜗壳100的喉口位置处，第一渐缩流道101自蜗壳流道0
°
截面开始延伸并截止于蜗壳流道60
°
截面，第二渐缩流道102自蜗壳流道60
°
截面开始延伸并截止于蜗壳流道300
°
截面，第三渐缩流道103自蜗壳流道300
°
截面开始延伸并截止于蜗壳流道360
°
截面，使第一气流流道符合气体在蜗壳内膨胀加速规律，使第二气流通道符合线性递减规律，使第三渐缩流道103的流道面积平稳变小并与第一渐缩流道101连通，有利于提高涡轮增压器工作效率。
32.可以理解地，第一渐缩流道101、第二渐缩流道102以及第三渐缩流道103沿周向依次排布且依次连通，第二渐缩流道102的进气口与第一渐缩流道101的出气口连通，第二渐缩流道102的出气口与第三渐缩流道103的进气口连通，第三渐缩流道103的出气口与第一渐缩流道101连通；第一渐缩流道101的流道面积自起始截面(进气口截面)向终止截面(出气口截面)逐渐减小，第二渐缩流道102的流道面积自起始截面向终止截面逐渐减小，第三渐缩流道103的流道面积自起始截面向终止截面逐渐减小；第一渐缩流道101处于蜗壳流道0
°
截面至蜗壳流道60
°
截面之间的区域，第二渐缩流道102处于蜗壳流道60
°
截面至蜗壳流道300
°
截面之间的区域，第三渐缩流道103处于蜗壳流道300
°
截面至蜗壳流道360
°
截面之间的区域。
33.可以理解地，导流流道的流道截面面积沿气流方向逐渐缩小。
34.请参考图5，进一步地，为了符合气体在蜗壳内膨胀加速规律，使第一渐缩流道101的流道面积变化比较平稳，第一渐缩流道101的截面无量纲流道面积(平方毫米)y1与周向角度x1满足关系式y1＝ax
12-bx1+100.6，其中，0≤x1≤60，-0.002≤a≤-0.0015，0.05≤b≤0.08。
35.请参考图5，进一步地，为了使从第二渐缩流道102符合线性递减规律，第二渐缩流道102的截面无量纲流道面积y2与周向角度x2满足关系式y2＝cx2+113.1，其中，60≤x2≤300，-0.5≤c≤-0.2。
36.请参考图5，进一步地，为了使第三渐缩流道103的流道面积平稳缩小，第三渐缩流道103的截面无量纲流道面积y3与周向角度x3满足关系式y3＝dx
32-ex3+242.6，其中，300≤x3≤360，0.0015≤d≤0.0025，1≤e≤1.5。
37.本实用新型还提供一种涡轮增压器，包括上述的涡轮增压器蜗壳100。
38.进一步地，蜗壳流道60
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积的面积之差与蜗壳流道0
°
截面的流道面积的面积占比小于10％。
39.更优地，第一渐缩流道101的蜗壳流道30
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积的面积之差与蜗壳流道0
°
截面的流道面积的面积占比小于5％。本实用新型中，通过设计第一渐缩流道101的流道面积变化比较平稳，且述蜗壳流道60
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积的面积之差与蜗壳流道0
°
截面的流道面积的面积占比小于10％，第一渐缩流道101的蜗壳流道30
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积的面积之差与蜗壳流道0
°
截面的流道面积的面积占比小于5％。第一渐缩流道101的流道面积在设计上变化较小，可以利于蜗形流道10在浇铸之后，其喉口位置处的蜗壳流道0
°
截面位置即便在周向位置上出现偏差，其蜗壳流道0
°
截面的流道面积变化也较小，因此由于周向位置出现偏差导致的不良影响也较小，进而有利于涡轮箱铸造的一致性提升，避免了现有的由于涡轮箱喉口截面的面积对流量比较敏感，浇铸质量的差异容易导致批量生产的涡轮增压器性能不一致的情况。
40.进一步地，蜗壳流道300
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积比小于10％，进而使第二流道内的气流平稳地转移并对叶轮持续做功，保证蜗壳的工作效率。
41.进一步地，蜗壳流道360
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积比小于2％。
42.更优地，第三渐缩流道103的蜗壳流道330
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积比小于5％。本实用新型中，通过蜗壳流道330
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积比小于5％，蜗壳流道360
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积比小于2％，有利于减少气体从蜗壳流道360
°
截面得流道再次进入蜗壳流道0
°
截面的流道内，进而提高发动机废气利用率，再次提高涡轮增压器工作效率。
43.本实用新型的有益效果如下：通过在蜗壳流道0
°
截面至蜗壳流道60
°
截面范围内，蜗形流道10的流道面积变化比较平稳(逐渐缓慢地缩小)，且蜗壳流道30
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积之差占比小于5％；蜗壳流道60
°
流道的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积之差占比小于10％，第一渐缩流道101的流道面积在设计上逐渐变小，可以利于蜗形流道10在浇铸之后，其喉口位置处的蜗壳流道0
°
截面位置即便在周向位置上出现偏差，其蜗壳流道0
°
截面的流道面积变化也较小，有利于涡轮增压器蜗壳100铸造的一致性提升；通过在蜗壳流道60
°
截面至蜗壳流道300
°
截面范围内，第二渐缩流道102的流道面积符合线性递减规律，进而使第二流道内的气流平稳地转移并对叶轮持续做功，第二渐缩流道的蜗壳流道截面的截面面积快速变小便于膨胀做功，保证蜗壳的工作效率；通过在蜗壳流道300
°
截面至蜗壳流道360
°
截面范围内，蜗壳流道300
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积占比小于10％；从蜗壳流道300
°
截面开始，蜗形流道10面积变化再次趋于平稳(逐渐缓慢地缩小)，且蜗壳流道330
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积占比小于5％，蜗壳流道360
°
截面的流道面积与蜗壳流道0
°
截面的流道面积占比小于2％，有利于减少气体从第三渐缩流道103回流再次进入第一渐缩流道101内，提高发动机的废气利用率，进而提高涡轮增压器工作效率。
44.以上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。