[发明专利]混流涡轮增压器可变喷嘴环

说明书

技术领域

本发明涉及涡轮增压器可变喷嘴环，具体涉及混流涡轮增压器可变喷嘴环。

背景技术

现有车用涡轮增压器主要有普通涡轮增压器（Turbocharger）、废气旁通涡轮增压器（Waste Gate Turbocharger，WGT）、可变几何截面涡轮增压器（Variable Geometry Turbocharger，VGT）等形式，其中可变几何截面涡轮增压器的主要形式是可变喷嘴环涡轮增压器（Variable Nozzle Turbocharger，VNT）。目前车用涡轮增压器广泛采用径流式涡轮（Radial Flow Turbine）增压器，原因是径流式涡轮增压器结构简单、成本低、可靠性好、小尺寸时具有较高的效率，其技术已经发展到很高的水平。随着涡轮增压器向高转速、高强化、宽工作范围、小型化方向发展，要求涡轮增压器的比转速越来越高，已经超过了径流涡轮最高效率的范围。试验和理论都已证明，在高比转速下，径流涡轮的效率达不到最佳值。降低比转速可以解决这个问题，但是这样会增大涡轮叶轮直径，与小型化目标相悖，而且使涡轮增压器瞬态响应性变坏。混流式涡轮（Mixed-flow Turbine）增压器一定程度弥补了上述不足：与径流涡轮增压器相比，混流涡轮增压器一般可以提高涡轮效率2％～ 10％，具有效率高、工作范围宽、体积小、重量轻等优点。为满足日益严格的排放法规，同时保证车用发动机的动力性和经济性，采用可变几何涡轮增压器(VGT) 是最佳选择之一。可变喷嘴环涡轮增压器( VNT)，其喷嘴环叶片可绕各自的轴心同时旋转，随着叶片角度的改变，涡轮的最小流通截面积及废气进入涡轮的速度和角度都发生了变化，这样就改变了涡轮的转速和做功能力，从而改变了压气机出口的压力，实现涡轮增压器增压压力的调节与控制。但是目前的VNT 技术基本停留在应用对称叶片到气动叶片可变喷嘴环径流涡轮增压器阶段，可变喷嘴环混流涡轮增压器(Variable Nozzle Mixed-flow Turbocharger，VNMT) 由于结构等原因研究很少。Minoru Ishino 与Akinobu Bessho 在文献《Mixed-flow Variable Nozzle Turbine》中，研究了带有可变喷嘴环的混流涡轮增压器，喷嘴环叶片可在球面上实现调节转动，并提出了一种外置式的曲柄连杆机构作为喷嘴环叶片的执行机构，但是存在如下不足：

(1) 从涡轮壳流出的气流在流经喷嘴环叶片时与径向形成拐角，不能很好地使气流流动；

(2) 其执行机构布置在涡轮级出口一侧，导致涡轮增压器轴向尺寸加大； 

(3) 喷嘴环叶片枢轴贯穿式安装在涡轮壳上、形成轴孔配合，难以解决高温燃气密封问题，成漏气损失；

(4) 每个喷嘴环叶片都相应设计一套复杂的曲柄连杆机构，结构庞大，不满足紧凑化要求。

专利JP08-061005A《NOZZLE OF MIXED FLOW TURBINE》中从叶片安装角与叶片进口气流角的变化角度上，为了减少流动损失，提出了一种固定翼型的改进叶片。但是，此专利仅仅停留在传统二维翼型的基础之上进行喷嘴环叶片的优化。

专利CN101191425B《内燃机可变几何涡轮增压器喷嘴环组件》中，提到了可变几何径流涡轮增压器可以应用三维曲面型叶片，但是没有提到可应用于混流涡轮增压器。

专利 CN 102182546 A《可变喷嘴环混流涡轮增压器》中，研究了带有可变喷嘴环的混流涡轮增压器，喷嘴环叶片可在球面上实现调节转动，并提出了一种内置式的空间四杆机构作为喷嘴环叶片的执行机构，解决了轴向尺寸大、高温燃气密封、漏气损失等问题，但是也存在如下不足：

(1) 空间四杆机构结构复杂，传动效率低，加工成本高，可靠性降低； 

(2) 气流经过喷嘴环叶片、流向涡轮叶片时，流线两处转弯，增加了流动损失。

发明内容

针对上述现有技术中所存在的问题，本发明提供了一种不仅能够很好的调节喷嘴环面积，优化流场，高效调节与控制燃气流动，解决高温燃气密封问题，而且满足高效率、紧凑化要求，实现涡轮增压器与内燃机在各种工况下最佳匹配的混流涡轮增压器可变喷嘴环。