[实用新型]J80蜗轮增压器及其应用

说明书

本实用新型涉及到内燃机增压技术，系小型径流式涡轮增压器，特别适用于车用发动机。

目前国内生产的涡轮增压器有上海柴油机厂的J110增压器，用于发电机组；七零研究所研制生产的J125增压器适于大功率履带车辆发动机。我们从专利文献上检索到一种现有技术：CN86100943A，它采用导流环与碟阀机构，结构较为复杂，不适合车辆使用。

我国是一个幅员辽阔、地形复杂、多高原国家，近年来，随着国民经济的发展，汽车运输事业起着举足轻重的作用，尤其是在广大高原地区更是如此。而在我国高原上行驶的车辆大多装的是非增压发动机，海拔越高，空气越稀薄，非增压发动机越不能适应，功率要下降，油耗要上升，海拔每升高1000米，发动机功率要下降15％；油耗要上升8％，这就严重影响了高原地区的运输效益。

本实用新型的目的在于克服非增压发动机的缺点，发展我国高原地区的运输事业，为高原上使用的汽车发动机，设计、匹配J80涡轮增压器。

本实用新型是一种由压气机、涡轮组件和轴承组件三大部分构成的涡轮增压器（见附图1），其特征在于压气机蜗壳5和涡轮箱2均计入气体在通道内沿程摩擦损失，其通道比流通面积A／R是沿圆周角θ非线性分布的，压气机叶轮6为前倾分流、不等节距的长短叶片和椭圆叶型且其导风轮修尖，涡轮1设计成后倾式并按应力分布规律造型。为了适应高原汽车发动机的需要，我们在设计时旨在获得一个高效率、可用流量范围宽的诸元组件的最佳匹配。

在设计涡轮1时，其叶片径向截面一改过去的单梯度形式（见附图2、图2A），而按应力分布规律来造型，使之趋于“等强度”即叶片外缘较薄，随着半径变小叶片逐渐加厚，接近根部时突然加厚。按此种方式设计，其叶片质量分布比较合理，既保证了叶片强度又减小了转动惯量。同时沿叶片轴向将其设计成后倾式（见附图2、图2B），既增加了叶片刚度又使得海拔高度升高时涡轮转速有增加裕度的可能（由8万超速到11.6万r／min）。

涡轮箱2采用无叶涡轮箱的设计方案，这是经我所多年设计研究目前已趋于成熟的方案，由于J80涡轮增压器是针对汽车用发动机设计的，考虑到小型化和低成本以及发动机低速特性，决定选用双通道360度全进气形式的无叶涡轮箱以便适用流量范围宽、进口气体脉冲小、继而对涡轮叶片激振也小的轻巧叶轮，从而改善了J80涡轮增压器的反应灵敏度。

六、七十年代，世界各国几乎均采用比流通面积A／R与圆周角θ成线性规律的设计方法，后来发现涡轮叶轮入口处的气体静压沿圆周分布极不均匀，这对涡轮效率十分不利。自八十年代中期，经过多次实践，我们搞了自己的设计方法，这次本实用新型就采用沿圆周角θ计入在通道内沿程摩擦损失、其比流通面积A／R为非线性分布规律的设计方法（见附图3）。

轴承系统的好坏将关系到增压器能否可靠有效地运转，我们设计时既要考虑到工作可靠性，又要使其具有较高的机械效率。为此，我们采用径向进油、内置全浮动浮环轴承3，并用厚壁、大跨距、较小轴颈即所谓柔性轴方案（见附图4）。轴承体4，采用HTM－3B耐磨铸铁，以提高其可靠性。

压气机蜗壳5，采用三圆弧通道计入气体在通道中沿程流动损失的蜗牛式蜗壳（见附图5）并采用无叶扩压器（外径D₃＝130mm），尽管它比叶片式扩压器在压比和效率方面有些逊色，但其特性变化平坦，这无疑更适用于车用发动机。

压气机叶轮6，采用前倾分流、不等节距的长短叶片和椭圆叶型曲线叶轮（外径D₂＝78mm），并将导风轮叶片前沿修尖。试验表明，带前倾的直叶片叶轮，出口处气体流场的分布更均匀，适用流量范围较宽，效率也较高。通过对叶轮通道内三元流场的计算分析，发现短叶片的位置偏向长叶片压力面一侧的长短叶片叶轮（即不等截距叶轮见附图6）较之常规的等截距叶轮具有更优越的性能，效率可提高2％，而且高效区的范围也扩大了，在相同的圆周速度下所能达到的压比也提高了。针对车用发动机的特点，采用椭圆叶型曲线（见附图7），在造型基圆上的叶型方程为：