可变喷嘴零间隙浮动调节装置

摘要

本发明公开了一种可变喷嘴零间隙浮动调节装置，包括涡轮壳、喷嘴叶片，所述涡轮壳上设有涡轮壳配合凹槽和浮动环，所述浮动环位于涡轮壳配合凹槽中，浮动环在喷嘴叶片旋转过程中利用喷嘴叶片前后的气流速度变化导致的压力差发生轴向运动，通过在涡轮壳上增加浮动环结构，利用喷嘴叶片在旋转过程中在浮动环两侧形成的压力差实现浮动环的左右移动，实现了发动机小流量工况下的喷嘴叶片调节效率，与传动的固定间隙传动结构相比，低速气体调节效率可以提高5％以上，该装置结构简单，容易实现，效果明显，有效解决了旋叶式可变截面增压器在气流调节过程中的效率损失问题。

权利要求

1.一种可变喷嘴零间隙浮动调节装置，包括涡轮壳(4)、喷嘴叶片(6)，其特征是：所述涡轮壳(4)上设有涡轮壳配合凹槽(18)和浮动环(27)，所述浮动环(27)位于涡轮壳配合凹槽(18)中，浮动环(27)在喷嘴叶片(6)旋转过程中利用喷嘴叶片(6)前后的气流速度变化导致的压力差发生轴向运动，所述浮动环(27)包括浮动环内径(22)、浮动环外径(25)，涡轮壳配合凹槽(18)包括配合凹槽内径(15)、配合凹槽外径(17)和配合凹槽内端面(16)，所述浮动环内径(22)与配合凹槽内径(15)相配合，浮动环外径(25)与配合凹槽外径(17)配合，所述浮动环外径(25)与配合凹槽外径(17)形成的气流进气间隙(b1)大于浮动环内径(22)与配合凹槽内径(15)形成的气流出气间隙(b2)。

2.根据权利要求1所述的可变喷嘴零间隙浮动调节装置，其特征是：所述喷嘴叶片(6)具有喷嘴叶片外端面(8)，喷嘴叶片外端面(8)和配合凹槽内端面(16)对浮动环实现轴向运动限位。

3.根据权利要求2所述的可变喷嘴零间隙浮动调节装置，其特征是：所述浮动环(27)上设有对浮动环的周向旋转限位的浮动环转动导向槽(21)。

4.根据权利要求3所述的可变喷嘴零间隙浮动调节装置，其特征是：所述浮动环上(27)上设有浮动环轴向台阶端面(19)。

5.根据权利要求3或4所述的可变喷嘴零间隙浮动调节装置，其特征是：所述浮动环(27)的轴向高度大于涡轮壳配合凹槽(18)的深度。

6.根据权利要求1所述的可变喷嘴零间隙浮动调节装置，其特征是：所述浮动环(27)上设有浮动环轴向接触面(20)，在喷嘴叶片(6)小开度位置，浮动环轴向接触面(20)与喷嘴叶片外端面(8)形成零间隙配合。

7.根据权利要求6所述的可变喷嘴零间隙浮动调节装置，其特征是：在浮动环轴向接触面(20)上设有轴向接触面减磨槽(26)。

说明书

可变喷嘴零间隙浮动调节装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种可变截面涡轮增压器的喷嘴调节结构，特别是一种采用旋叶式喷嘴结构的可变喷嘴零间隙浮动调节装置，属于内燃机增压领域。

背景技术

[0002] 可变截面涡轮增压器作为应对发动机国4以上排放要求的升级换代增压器，已经越来越多的被关注。可变截面增压器大多数采用了轴向推板和径向旋叶式两种调节方式，两种方式都是通过改变进入涡轮增压器的气流通道来充分利用发动机在各个工况下排出的废气能量。增压器可以按照预期的需要达到固定的转速，从而实现了进入发动机的增压压力的随意调整。可变截面涡轮增压器的调节方式实现了发动机全工况下的良好匹配，通过改善发动机内部的燃烧实现排放污染物的缩减，同时，改善了燃油经济性。

[0003] 目前，可变截面涡轮增压器主要采用了径向旋叶式结构，旋叶式喷嘴叶片分布在涡轮增压器周边，通过旋转实现通道的变化。如图1、图2所示，涡轮壳4中分布在动力涡轮7周边的喷嘴叶片6在传动机构3的带动下旋转产生不同的喷嘴环开度a1，从而产生不同的涡前压力，来控制增压器的旋转速度。在动力涡轮7的带动下，压气机叶轮11高速旋转，将空气压缩并经过压气机壳1收集，送入发动机参与燃烧，旋转过程中中间壳2实现了旋转部件支撑的作用。喷嘴叶片6旋转过程中轴向通过喷嘴环支撑盘5的支撑盘配合端面10和涡轮壳支撑端面9进行约束。为了保证喷嘴叶片6能够灵活旋转，必须预留一个轴向预留间隙d，考虑到受热状态下的间隙变化，轴向预留间隙d值一般为0.05-0.2mm，因为这个间隙的存在，喷嘴叶片外端面8与涡轮壳支撑端面9不发生接触，导致了喷嘴叶片6在工作过程中，气体导向效率下降非常明显。

[0004] 传统的旋叶式可变截面涡轮增压器在涡轮端高温气体的调节过程中，存在效率下降幅度达的弊端，特别是在废气能量有限的低速工况下，轴向预留间隙d引起的损失更为严重。因此，需要设计一种可变喷嘴零运动间隙调节装置，通过调节装置的相对运动消除该间隙，来改善和提升喷嘴叶片的气体约束效率。

[0005] 发明专利内容

[0006] 本发明所要解决的问题是针对旋叶式喷嘴叶片在工作过程中存在的运动间隙，提供一种可变喷嘴零间隙浮动调节装置，能够利用喷嘴角度变化过程中在浮动调节装置在前后两个端面产生的压力差，将浮动环“粘连”在喷嘴叶片的端面上，从而消除原结构因存在运动间隙而导致的效率下降问题。

[0007] 为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

[0008] 一种可变喷嘴零间隙浮动调节装置，包括涡轮壳、喷嘴叶片，所述涡轮壳上设有涡轮壳配合凹槽和浮动环，所述浮动环位于涡轮壳配合凹槽中，浮动环在喷嘴叶片旋转过程中利用喷嘴叶片前后的气流速度变化导致的压力差发生轴向运动。

[0009] 以下是本发明专利对上述方案的进一步改进：

[0010] 所述浮动环包括浮动环内径、浮动环外径，涡轮壳配合凹槽包括凹槽内径、凹槽外径和凹槽内端面，所述浮动环内径与凹槽内径相配合，浮动环外径与凹槽外径配合。

[0011] 作为一种改进：

[0012] 所述浮动环外径与凹槽外径形成的气流进气间隙大于浮动环内径与凹槽内径形成的气流出气间隙，以保证有足够的轴向推力。

[0013] 进一步改进：

[0014] 所述喷嘴叶片具有喷嘴叶片外端面，喷嘴叶片外端面和凹槽内端面对浮动环实现轴向运动限位。

[0015] 进一步改进：

[0016] 所述浮动环上设有对浮动环的周向旋转限位的浮动环转动导向槽。

[0017] 进一步改进：

[0018] 所述浮动环上上设有浮动环轴向台阶端面，增加了轴向力接触面积。

[0019] 所述浮动环的轴向高度大于涡轮壳配合凹槽的深度。

[0020] 所述浮动环上设有浮动环轴向接触面，在喷嘴叶片小开度位置，浮动环轴向接触面与喷嘴叶片外端面形成零间隙配合，提高了气流调节效率。

[0021] 在浮动环轴向接触面上设有轴向接触面减磨槽，减少了零间隙时的摩擦阻力。

[0022] 本发明中的零间隙浮动调节装置通过在涡轮壳上增加浮动环结构，利用喷嘴叶片在旋转过程中在浮动环两侧形成的压力差实现浮动环的左右移动，实现了发动机小流量工况下的喷嘴叶片调节效率，与传动的固定间隙传动结构相比，低速气体调节效率可以提高5％以上，该装置结构简单，容易实现，效果明显，有效解决了旋叶式可变截面增压器在气流调节过程中的效率损失问题。

[0023] 综上，在目前涡轮增压技术逐步向可变截面涡轮增压器转变的过程中，在可变截面调节部分，有效的利用喷嘴叶片前后产生的压力差，研发可变喷嘴零间隙浮动调节装置能够有效提高增压器的低速性能。该结构可以根据需要广泛应用于各种类型的旋叶式可变截面涡轮增压器，具有广阔的市场推广价值，能取得良好的应用效果。

[0024] 下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步的说明：

附图说明

[0025] 附图1是背景技术中旋叶式可变截面涡轮增压器的结构示意图；

[0026] 附图2是背景技术中旋叶式喷嘴叶片的结构示意图；

[0027] 附图3是本发明实施例的结构示意图；

[0028] 附图4是本发明实施例中喷嘴叶片小开度下喷嘴叶片与浮动环的配合示意图；

[0029] 附图5是本发明实施1中例浮动环的结构示意图；

[0030] 附图6是本发明实施例2中浮动环的结构示意图；

[0031] 附图7是本发明实施例中喷嘴叶片结构示意图。

[0032] 图中：1-压气机壳；2-中间壳；3-传动机构；4-涡轮壳；5-喷嘴环支撑盘；6-喷嘴叶片；7-动力涡轮；8-喷嘴叶片外端面；9-涡轮壳支撑端面；10-支撑盘配合端面；11-压气机叶轮；12-喷嘴叶片导向轴；13-喷嘴叶片导向轴端面；14-浮动环导向槽内端面；15-配合凹槽内径；16-配合凹槽内端面；17-配合凹槽外径；18-涡轮壳配合凹槽；19-浮动环轴向台阶端面；20-浮动环轴向接触面；21-浮动环转动导向槽；22-浮动环内径；23-周向限制端面；24-径向限制端面；25-浮动环外径；26-浮动环轴向接触面减磨槽；27-浮动环；a1-喷嘴环开度；b1-气流进气间隙；b2-气流出气间隙；d1-轴向推力间隙；d2-轴向移动间隙；d-轴向预留间隙；L1-零间隙预留定位间隙；P1-通道压力；P2-进气总压。

具体实施方式

[0033] 实施例1，如图3、图4所示，一种可变喷嘴零间隙浮动调节装置，包括涡轮壳4、喷嘴叶片6，所述涡轮壳4上设有涡轮壳配合凹槽18和浮动环27，该涡轮壳配合凹槽18上设有配合凹槽内径15、配合凹槽外径17和配合凹槽内端面16，该浮动环27上设有浮动环轴向台阶端面19、浮动环轴向接触面20、浮动环内径22、浮动环外径25，所述浮动环27位于涡轮壳配合凹槽18中，当喷嘴环开度a1减小时，气流速度加速，通道压力P1降低，进气总压P2大于通道压力P1，在压力差的作用下发生轴向移动，浮动环轴向接触面20与喷嘴叶片外端面8接触，形成零间隙以提高气体调节效率，所述浮动环外径25与配合凹槽外径17之间形成气流进气间隙b1，浮动环内径22与配合凹槽内径15之间形成气流出气间隙b2，为保证足够的轴向推力，气流出气间隙b2小于气流进气间隙b1，所述的浮动环轴向台阶端面19和配合凹槽内端面16之间形成轴向推力间隙d1，确保进气总压P2能够快速的建立，所述的浮动环27在配合凹槽内端面16和喷嘴叶片外端面8之间进行轴向运动，保留轴向运动间隙d2，所述轴向移动间隙d2大于轴向预留间隙d，以确保可靠工作。

[0034] 如图5、图7所示，所述的浮动环27在涡轮壳的配合凹槽内端面16和喷嘴叶片外端面8之间进行轴向运动的同时进行径向旋转，以减少摩擦阻力，所述的浮动环27上设有浮动环转动导向槽21，所述的浮动环转动导向槽21通过径向限制端面24和周向限制端面23实现浮动环27转动导向，所述的浮动环导向槽内端面14与具备导向功能喷嘴叶片6上喷嘴叶片导向轴12的喷嘴叶片导向轴端面13之间存在零间隙预留定位间隙L1，所述的零间隙预留定位间隙L1在浮动环27实现零间隙时，预留一定的磨损余量。

[0035] 实施例2，如图6所示，实施例1中的浮动环27的浮动环轴向接触面20上还可以增设浮动环轴向接触面减磨槽26，所述的浮动环轴向接触面减磨槽26能够确保浮动环27在径向旋转过程中保持足够小的接触面积，减少摩擦损失。

[0036] 本发明专利针对旋叶式可变截面涡轮增压器，完成了可变喷嘴零间隙浮动调节装置的研发。通过有效利用喷嘴叶片调节过程中在叶片前后产生的压力差，推动设置在涡轮壳配合凹槽内的浮动环轴向运动，形成浮动环与喷嘴叶片端面的零间隙配合，解决了气流在调节过程中的端面间隙损失问题，该类型可变喷嘴零间隙调节装置是在原先旋叶式可变截面涡轮增压器基础上，通过在涡轮壳上增加凹槽和浮动环完成，结构简单，成本低，继承性好。

[0037] 现在我们已经按照国家专利法对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员会识别本文所公开的具体实施例的改进或代替。这些修改是在本发明的精神和范围内的。