一種滿足egr循環(huán)需要的可變截面廢氣旁通渦輪機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種滿足RGR循環(huán)需要的可變截面廢氣旁通渦輪機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，EGR越來(lái)越多的應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)上，EGR全稱為ExhaustGas Recirculat1n,中文譯為廢氣再循環(huán)，是將發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生廢氣的一小部分再送回氣缸參與燃燒，作用是減少NOx的排放量。
[0003]NOx是一種對(duì)人體危害極大的氣體，主要是在高溫富氧的條件下生成，燃燒溫度和氧濃度越高，持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，NOx的生成物也越多。在發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中，如果適時(shí)、適量地將部分廢氣再次引入氣缸內(nèi)，因廢氣中的主要成份C02比熱容較大，所以廢氣可將燃燒產(chǎn)生的部分熱量吸收并帶出氣缸，并對(duì)進(jìn)氣有一定的稀釋作用，因此降低了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒的最高溫度和氧含量，從而減少了 NOx化合物的生成。
[0004]在增壓中冷柴油機(jī)上，實(shí)現(xiàn)廢氣再循環(huán)的主要方式是將渦輪前的廢氣引入中冷器之后，稱為高壓廢氣再循環(huán)，為了確保不同工況的EGR率，最好的方式是采用可變截面渦輪增壓器，通過(guò)增壓器的截面變化來(lái)調(diào)節(jié)渦輪前PT與中冷后PK的壓差，驅(qū)動(dòng)EGR閥。
[0005]目前采用最多的可變截面渦輪增壓器是在渦輪機(jī)內(nèi)部增加旋轉(zhuǎn)噴嘴葉片，通過(guò)改變噴嘴葉片的開(kāi)度來(lái)改變渦輪機(jī)的流通通道，控制比較方便。但由于發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣具有700攝氏度左右的排氣尚溫，并且有進(jìn)一步提升的趨勢(shì)，排氣尚溫對(duì)喂'嘴葉片、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、噴嘴環(huán)支撐盤(pán)及外部的控制系統(tǒng)都有嚴(yán)格的要求，發(fā)動(dòng)機(jī)排出的高溫廢氣中的雜質(zhì)對(duì)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)部件造成了可靠性隱患。
[0006]而且，該類(lèi)產(chǎn)品由于昂貴的價(jià)格因素，僅被用于高端發(fā)動(dòng)機(jī)增壓領(lǐng)域，該類(lèi)型可變截面渦輪增壓器從成本和可靠性兩方面限制了市場(chǎng)推廣。除了上述主要因素外，也存在一些其他技術(shù)問(wèn)題:
[0007]問(wèn)題1，當(dāng)流量減小時(shí)，需關(guān)小噴嘴葉片開(kāi)度，渦輪進(jìn)氣周向速度加大，渦輪變?yōu)闆_動(dòng)式葉輪，不利于廢氣能量的充分利用，渦輪效率偏低，且造成發(fā)動(dòng)機(jī)排氣背壓過(guò)高。
[0008]問(wèn)題2，小葉片開(kāi)度時(shí)，渦輪進(jìn)氣流動(dòng)路徑增加，沿程流動(dòng)損失加大；噴嘴葉片距離渦輪過(guò)遠(yuǎn)，氣流混合損失上升。
[0009]問(wèn)題3，葉片兩端必須留有間隙，以便于葉片旋轉(zhuǎn)，但此間隙會(huì)造成漏氣損失，降低渦輪機(jī)效率。
[0010]另外一種使用較多的可變截面應(yīng)用是康躍科技研發(fā)的雙層流道可變截面渦輪增壓器，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)渦輪殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用內(nèi)外雙層的進(jìn)氣通道組合，形成不同的通流截面，有效的分段利用發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣能量，可以實(shí)現(xiàn)變截面渦輪機(jī)的所有功能，并且不需要設(shè)置復(fù)雜的旋葉式氣動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，成本大大降低、可靠性大大提升，將是未來(lái)的一個(gè)研宄方向。
[0011]該類(lèi)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在低速、低負(fù)荷時(shí)，增壓壓力低，調(diào)節(jié)閥門(mén)5關(guān)閉，渦輪殼I只有進(jìn)氣內(nèi)流道3起作用，氣流沿內(nèi)流道流動(dòng)方向4流入，驅(qū)動(dòng)渦輪做功。
[0012]如圖2所示，當(dāng)增壓壓力達(dá)到一定程度，控制執(zhí)行器7推動(dòng)閥門(mén)銷(xiāo)片組件6，閥門(mén)銷(xiāo)片組件6帶動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)5打開(kāi)，進(jìn)氣內(nèi)流道3與進(jìn)氣外流道2同時(shí)起作用，氣流沿內(nèi)流道流動(dòng)方向4和外流道流動(dòng)方向8流入，驅(qū)動(dòng)渦輪做功。但這種結(jié)構(gòu)在實(shí)際的配試和應(yīng)用過(guò)程中，也發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題。
[0013]如下:
[0014]一、發(fā)動(dòng)機(jī)高速時(shí)，排出的廢氣量較大，為了保證高速性能，避免高速時(shí)渦輪機(jī)壓力過(guò)大而超速，雙層流道面積較大，但在雙層流道的面積分配上，如果內(nèi)流道面積分配較大，則影響發(fā)動(dòng)機(jī)的低速性能和EGR率，如果內(nèi)流道分配較小，內(nèi)、外流道面積差很大，則調(diào)節(jié)閥門(mén)5打開(kāi)時(shí)，瞬間的膨脹損失過(guò)大，發(fā)動(dòng)機(jī)的中速、中負(fù)荷段更難以控制。
[0015]二、在發(fā)動(dòng)機(jī)的中速、中負(fù)荷段，圖1、2中所示的簡(jiǎn)單的閥門(mén)結(jié)構(gòu)無(wú)法精確控制流量和壓力，而流量、壓力的控制偏差不但會(huì)影響匹配性能，更會(huì)影響EGR率的控制，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)排放超標(biāo)。
[0016]三、內(nèi)、外流道的分配會(huì)產(chǎn)生多個(gè)渦舌，氣體流動(dòng)易于相互影響，導(dǎo)致渦輪機(jī)效率降低；
[0017]四、設(shè)有內(nèi)、外雙流道的渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，渦輪機(jī)又為鑄造件，故生產(chǎn)一致性很難控制，而雙流道的鑄造偏差大，對(duì)渦輪機(jī)的匹配性能影響較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018]為解決上述技術(shù)問(wèn)題一，本發(fā)明提供一種滿足RGR循環(huán)需要的可變截面廢氣旁通渦輪機(jī)，該渦輪機(jī)在滿足EGR率的前提下，又可減小調(diào)節(jié)閥門(mén)打開(kāi)時(shí)瞬間的膨脹損失。
[0019]本發(fā)明提供的滿足RGR循環(huán)需要的可變截面廢氣旁通渦輪機(jī)，包括渦輪殼和動(dòng)力渦輪，所述渦輪殼設(shè)有導(dǎo)流發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣至所述動(dòng)力渦輪處以驅(qū)動(dòng)所述動(dòng)力渦輪旋轉(zhuǎn)的進(jìn)氣內(nèi)流道和進(jìn)氣外流道，
[0020]所述渦輪殼還設(shè)有不經(jīng)過(guò)所述動(dòng)力渦輪而排出廢氣的廢氣旁通管路，以及控制所述廢氣旁通管路通斷的廢氣旁通閥門(mén)；廢氣進(jìn)入所述渦輪機(jī)的進(jìn)氣量超過(guò)預(yù)定值時(shí)，所述廢氣旁通閥門(mén)開(kāi)啟以使部分廢氣能夠通過(guò)所述廢氣旁通管路排出。
[0021]可選的，還包括開(kāi)度可調(diào)的調(diào)節(jié)閥門(mén)，用于調(diào)節(jié)所述進(jìn)氣外流道的進(jìn)氣量；且，
[0022]所述調(diào)節(jié)閥門(mén)與所述廢氣旁通閥門(mén)聯(lián)動(dòng)配置為:所述調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)啟至預(yù)定角度時(shí)，帶動(dòng)所述廢氣旁通閥門(mén)開(kāi)啟，此時(shí)，進(jìn)氣量達(dá)到所述預(yù)定值。
[0023]可選的，所述調(diào)節(jié)閥門(mén)為可旋轉(zhuǎn)的中置閥門(mén)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，廢氣可經(jīng)閥門(mén)本體的兩側(cè)進(jìn)入。
[0024]可選的，所述調(diào)節(jié)閥門(mén)和所述廢氣旁通閥門(mén)，二者之一具有在調(diào)節(jié)閥門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)方向上，軸向高度變化的調(diào)節(jié)面，另一者具有與所述調(diào)節(jié)面接觸配合的聯(lián)動(dòng)部，以便所述調(diào)節(jié)閥門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能夠帶動(dòng)所述廢氣旁通閥門(mén)沿所述調(diào)節(jié)閥門(mén)軸向移動(dòng)而開(kāi)啟。
[0025]可選的，所述調(diào)節(jié)閥門(mén)與所述廢氣旁通閥門(mén)能夠沿所述調(diào)節(jié)閥門(mén)軸向接觸；且，還包括驅(qū)動(dòng)部，所述驅(qū)動(dòng)部包括安裝于所述渦輪殼的端蓋，所述端蓋卡蓋所述調(diào)節(jié)閥門(mén)的一端面以驅(qū)動(dòng)所述調(diào)節(jié)閥門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0026]所述端蓋和所述調(diào)節(jié)閥門(mén)，二者之一具有在調(diào)節(jié)閥門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)方向上，軸向高度變化的調(diào)節(jié)面，另一者具有與所述調(diào)節(jié)面接觸配合的聯(lián)動(dòng)部，以便所述調(diào)節(jié)閥門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能夠帶動(dòng)所述廢氣旁通閥門(mén)沿所述調(diào)節(jié)閥門(mén)軸向移動(dòng)而開(kāi)啟。
[0027]可選的，所述調(diào)節(jié)面的軸向高度繞所述調(diào)節(jié)閥門(mén)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸心螺旋上升，所述聯(lián)動(dòng)部為與所述調(diào)節(jié)面接觸配合的調(diào)節(jié)桿。
[0028]可選的，所述調(diào)節(jié)面具有沿所述調(diào)節(jié)閥門(mén)轉(zhuǎn)動(dòng)方向平緩?fù)蛊鸬耐共?，相?yīng)地在所述調(diào)節(jié)面上形成凹部；所述聯(lián)動(dòng)部為軸向凸起，所述軸向凸起相對(duì)所述調(diào)節(jié)面轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，所述軸向凸起能夠依次滑過(guò)所述凹部、所述凸部。
[0029]可選的，所述調(diào)節(jié)閥門(mén)設(shè)有隨之轉(zhuǎn)動(dòng)的凸輪，所述廢氣旁通閥門(mén)設(shè)有能夠與所述凸輪邊緣接觸配合的調(diào)節(jié)桿。
[0030]可選的，還包括彈簧，當(dāng)所述調(diào)節(jié)閥門(mén)與所述廢氣旁通閥門(mén)的聯(lián)動(dòng)力撤銷(xiāo)時(shí)，所述彈簧控制所述廢氣旁通閥門(mén)復(fù)位至關(guān)閉狀態(tài)。
[0031 ] 可選的，還包括閥門(mén)座，其開(kāi)設(shè)有閥門(mén)座內(nèi)流道接口、閥門(mén)座外流道接口、閥門(mén)座廢氣旁通入口、閥門(mén)座廢氣旁通出口 ；所述調(diào)節(jié)閥門(mén)和所述廢氣旁通閥門(mén)均設(shè)于所述閥門(mén)座；
[0032]所述閥門(mén)座設(shè)于所述排氣管與所述渦輪殼的進(jìn)氣端之間。
[0033]可選的，所述廢氣旁通閥門(mén)直接安裝于所述渦輪殼，所述調(diào)節(jié)閥門(mén)插裝于所述渦輪殼內(nèi)，以直接調(diào)節(jié)進(jìn)入所述進(jìn)氣外流道的進(jìn)氣量。
[0034]可選的，所述渦輪機(jī)設(shè)有對(duì)應(yīng)于六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的兩組所述進(jìn)氣外流道、進(jìn)氣內(nèi)流道以及廢氣旁通管路，所述調(diào)節(jié)閥門(mén)包括相接的兩個(gè)閥門(mén)本體，插裝入所述渦輪殼后，兩個(gè)所述閥門(mén)本體分別、同時(shí)對(duì)應(yīng)控制兩個(gè)所述進(jìn)氣外流道的進(jìn)氣量。
[0035]可選的，
[0036]還包括設(shè)于所述動(dòng)力渦輪進(jìn)氣端面位置并呈環(huán)狀的導(dǎo)葉支撐盤(pán)；
[0037]所述導(dǎo)葉支撐盤(pán)沿其周向間隔布置有若干第一導(dǎo)流通道和第二導(dǎo)流通道，所述第一導(dǎo)流通道和所述第二導(dǎo)流通道具有預(yù)定夾角，以使所述進(jìn)氣內(nèi)流道流出的廢氣能夠經(jīng)所述第一導(dǎo)流通道導(dǎo)流至所述動(dòng)力渦輪，所述進(jìn)氣外流道流出的廢氣能夠經(jīng)所述第二導(dǎo)流通道導(dǎo)流至所述動(dòng)力渦輪。
[0038]可選的，所述導(dǎo)葉支撐盤(pán)的環(huán)面周向設(shè)有若干凸起于所述環(huán)面的導(dǎo)葉，所述導(dǎo)葉開(kāi)有貫通所述導(dǎo)葉的導(dǎo)流槽，以形成開(kāi)槽導(dǎo)葉；
[0039]相鄰所述開(kāi)槽導(dǎo)葉之間的通道形成所述第一導(dǎo)流通道，所述導(dǎo)流槽形成所述第二導(dǎo)流通道。
[0040]可選的，所述導(dǎo)葉支撐盤(pán)的環(huán)面設(shè)有凸起于所述環(huán)面并間隔設(shè)置的長(zhǎng)導(dǎo)葉和短導(dǎo)葉，按照逆時(shí)針?lè)较?，所述長(zhǎng)導(dǎo)葉至所述短導(dǎo)葉之間的通道形成所述第二導(dǎo)流通道，所述短導(dǎo)葉至所述長(zhǎng)導(dǎo)葉之間的通道形成所述第一導(dǎo)流通道。
[0041]可選的，所述長(zhǎng)導(dǎo)葉的排列角度B為68°?80°，所述短導(dǎo)葉的排列角度A，滿足:B-A = 0° ?5。。
[0042]本發(fā)明提供的渦輪機(jī)設(shè)有不經(jīng)過(guò)動(dòng)力渦輪而排出廢氣的廢氣旁通管路，此時(shí)，還設(shè)置控制廢氣旁通管路通斷的廢氣旁通閥門(mén)。并且，當(dāng)廢氣進(jìn)入所述渦輪機(jī)的進(jìn)氣量超過(guò)預(yù)定值時(shí)，開(kāi)啟廢氣旁通閥門(mén)以使部分廢氣能夠通過(guò)所述廢氣旁通管路排出。因此，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于高速工況時(shí)，可打開(kāi)廢氣旁通閥門(mén)，以使部分廢氣能夠經(jīng)廢氣旁通管路排出，避免增壓器超速。則進(jìn)氣外流道無(wú)需為了避免高速時(shí)增壓器超速而設(shè)置成大面積，可以設(shè)置成較小面積以保證中速、中負(fù)荷的渦輪驅(qū)動(dòng)性能和循環(huán)即可；而且，由低速、低負(fù)荷工況轉(zhuǎn)至中速工況而打開(kāi)調(diào)節(jié)閥門(mén)時(shí)，內(nèi)、外流道的較小面積差使得膨脹損失得以減小。
[0043]本發(fā)明提供一種滿足EGR循環(huán)需要的可變截面廢氣旁通渦輪機(jī)，包括渦輪殼，所述渦輪殼內(nèi)設(shè)置有進(jìn)氣內(nèi)流道和進(jìn)氣外流道，進(jìn)氣內(nèi)流道和進(jìn)氣外流道分別采用非全周結(jié)構(gòu)，進(jìn)氣內(nèi)流道承擔(dān)動(dòng)力渦輪0°?(150?230)°的進(jìn)氣，進(jìn)氣外流道承擔(dān)(150?230)°?360°的進(jìn)氣；所述渦輪殼內(nèi)還設(shè)有廢氣旁通管路，該廢氣旁通管路與進(jìn)氣外流道、進(jìn)氣內(nèi)流道平行設(shè)置，但不經(jīng)過(guò)動(dòng)力渦輪。
[0044]以下是本發(fā)明對(duì)上述方案的進(jìn)一步優(yōu)化:
[0045]該渦輪機(jī)還包括動(dòng)力渦輪、閥門(mén)座、排氣管及其控制附件，所述渦輪殼、閥門(mén)座、排氣管密封連接在一起。
[0046]進(jìn)一步優(yōu)化:所述閥門(mén)座內(nèi)安裝有可調(diào)節(jié)進(jìn)氣外流道進(jìn)氣流量的調(diào)節(jié)閥門(mén)。
[0047]進(jìn)一步優(yōu)化:調(diào)節(jié)閥門(mén)通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)軸套安裝在閥門(mén)座內(nèi)，調(diào)節(jié)閥門(mén)的其