[实用新型]一种涡轮增压器复合喷嘴装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可变截面涡轮增压器，具体的说涉及一种涡轮增压器复合喷嘴装置，能够有效的兼顾发动机的高低速增压要求，尤其是提高低速扭矩性能，属于内燃机领域。

背景技术

随着排放标准的逐步提高，增压器已经成为现代发动机不可缺少的零部件，增压器不仅要承担传统的提高发动机进气密度从而提高发动机功率密度并改善燃烧的功能，还必须能够实现增压压力和发动机排气压力的可调节功能。随着国四排放的实施，可变截面涡轮增压器已经成为增压器行业研发的重点。

目前普遍采用在涡轮内增加旋转喷嘴叶片来满足变截面的要求。它能有效的提高涡轮增压器的效率和拓宽与发动机的匹配范围。

旋叶式可变涡轮增压器1结构示意图如图1所示，旋叶式涡轮增压器的涡轮部分包括涡轮蜗壳5、蜗壳喷嘴7、涡轮叶轮9三部分。涡轮蜗壳5收集的高温废气经过蜗壳进气流道11到达蜗壳喷嘴7，在传动机构4作用下，通过控制喷嘴叶片8的旋转角度来调节蜗壳喷嘴7的出口流通面积，使废气按设计的角度分布到涡轮叶轮9的周边，推动涡轮叶轮9高速旋转。在中间壳3内部浮动轴承12的支撑下，通过涡轮转子轴13带动压气机叶轮14高速旋转，对轴向进入压气机的空气进行压缩，压缩的空气通过压气机壳2的收集后被送入气缸参与发动机的燃烧过程，实现增压的目的。发动机的高温废气在对涡轮叶轮9做完功后，通过蜗壳排气口10排到发动机的排气管路中。

喷嘴环支撑盘6上的喷嘴叶片8通过不同开度来满足与发动机不同工况的匹配。图2所示的a1为大开度。喷嘴叶片尾缘23离涡轮叶片前缘24的距离最近，气动损失最小。此时，增压器与发动机匹配的工况为大流量工况。图3所示的a2为小开度。喷嘴叶片尾缘23离涡轮叶片前缘24的距离最远，喷嘴出口面积最小。此时，增压器与发动机匹配的工况为小流量工况。

通过实际的应用发现这种旋叶式可变涡轮增压器在性能匹配过程中也存在着一些缺点。

当发动机在大流量工况下，喷嘴叶片8的开度最大，喷嘴叶片尾缘23在径向方向上最靠近涡轮叶片前缘24，气流能够按照叶片的导向顺利的吹入涡轮叶轮9做功，所以气动损失很小。但是喷嘴叶片8距离涡轮叶片前缘24较近，废气中的颗粒会对喷嘴叶片8造成较大的磨损。当发动机在小流量的工况下，喷嘴叶片8开度减小，从而减少了喷嘴出口面积，增加了涡轮的进气压力，涡轮输出功增加，从而满足发动机增压压力的要求。但是由于转速相对比较低，在喷嘴叶片8小开度的情况下，喷嘴叶片尾缘23距离涡轮叶片前缘24最远，气流流动路径最长，气动损失最严重，并且在小开度情况下涡轮进气周向速度加大，涡轮变为冲动式涡轮，不利于废气能量的充分利用，使涡轮效率偏低，并且还造成发动机排气背压过高。

因此希望设计一种喷嘴，可应用于可变截面涡轮增压器以重点解决低速喷嘴叶片的气动损失，并提高增压器的效率。通过喷嘴的配合调节来获得比普通旋转喷嘴叶片更合适的气体流动路径，提高涡轮增压器的效率和更好地实现与发动机的低速匹配。

实用新型内容

本实用新型要解决的问题是针对旋叶式可变涡轮增压器在小流量工况下气动损失严重、增压器效率偏低的问题，提供一种涡轮增压器复合喷嘴装置，能够有效的解决气体流动损失问题和改善与发动机小流量下工况的匹配效果，满足发动机的增压要求。

为了解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种涡轮增压器复合喷嘴装置，包括涡轮叶轮和与其同轴安装的喷嘴环支撑盘，在喷嘴环支撑盘上设有若干组复合喷嘴叶片，所述复合喷嘴叶片包括移动叶片和静叶片，所述静叶片与喷嘴环支撑盘固定连接，所述移动叶片与动力传动装置传动连接。

以下是本实用新型对上述方案的进一步改进：

喷嘴环支撑盘上与移动叶片对应的位置设有斜槽，所述移动叶片的前缘端部设有移动叶片轴，所述移动叶片轴穿过斜槽与动力传动装置传动连接。

进一步改进：所述移动叶片、所述静叶片与斜槽均为弧形结构。

所述斜槽在设计时考虑了静叶片的气动叶型，尽量使所述移动叶片在沿所述斜槽进行周向和径向运动过程中，移动叶片的弧面与所述静叶片的弧面过渡处不会产生太大的曲面形状突变，这样能减少气体流动过程中的能量损失。

进一步改进：

所述斜槽设置在喷嘴环支撑盘上靠近静叶片前缘的位置，移动叶片相对于静叶片沿斜槽发生移动，移动至径向上距离涡轮叶片前缘最近时，移动叶片与邻近的静叶片之间形成最小的喷嘴出口面积；移动至径向上距离涡轮叶片前缘最远时，移动叶片与邻近的静叶片之间的形成最大的喷嘴出口面积。