一种高性能的废气涡轮增压器涡轮箱的制作方法

1.本实用新型涉及废气驱动涡轮增压器技术领域，特别是涉及一种高性能的废气涡轮增压器涡轮箱。


背景技术：

2.目前，为了在同等排量下提升内燃机的功率，采用的方式为：回收内燃机的燃烧废气，利用内燃机排出的废气能量，来驱动增压器的涡轮做功，再由涡轮带动同轴离心式压气机，预先压缩进入气缸的空气，从而提高空气密度，以便燃烧更多燃料，使得内燃机发出更大功率。
3.通过废气涡轮增压器，可以有效地回收利用废气的能量，增加同排量下缸内的空气量，优化燃烧过程以及提高内燃机的工作效率。
4.但是，对于现有的废气涡轮增压器涡轮箱，其利用外部发动机排出的废气时，由于结构设计不科学，存在较大的气流动能损失，无法保证高效地驱动增压器涡轮箱里面的涡轮做功。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种高性能的废气涡轮增压器涡轮箱。
6.为此，本实用新型提供了一种高性能的废气涡轮增压器涡轮箱，其包括涡轮箱主箱体；
7.涡轮箱主箱体包括中空的双进气通道箱体部分和单进气通道箱体部分；
8.单进气通道箱体部分位于双进气通道箱体部分的顶部；
9.其中，双进气通道箱体部分内部，具有两条中空的第一进气子通道；
10.单进气通道箱体部分内部，具有一条中空的第二进气子通道；
11.双进气通道箱体部分内部的两条第一进气子通道的后端开口，均与单进气通道箱体部分内部的第二进气子通道的下端开口相连通；
12.其中，环绕分布的第二进气子通道内侧端，环绕地开有一圈豁口，该豁口处环绕地设置有内部中空的、圆环形的无叶喷嘴环；
13.无叶喷嘴环的外侧端，环绕地开有与第二进气子通道相连通的进气口；
14.无叶喷嘴环的内侧端，环绕地开有一圈开档；
15.无叶喷嘴环通过开档与中空的涡轮流道的进口端相连通；
16.涡轮流道的出口端通过一个涡后法兰，与一根排气管的一端相连通；
17.涡轮流道，位于单进气通道箱体部分里面；
18.涡后法兰，设置于单进气通道箱体部分的右侧；
19.其中，两条第一进气子通道前端的进气口，分别与外部发动机上用于排出废气的排气歧管的一端相连通。
20.优选地，双进气通道箱体部分的前端，设置有进口法兰；
21.进口法兰，用于与外部发动机上用于排出废气的排气歧管相连接。
22.优选地，两条第一进气子通道之间，具有分隔筋；
23.涡轮箱主箱体的上部左侧为轴承体配合端面，该轴承体配合端面通过卡箍带或螺钉压板与位于外部的轴承体进行装配连接。
24.优选地，第二进气子通道是呈圆弧形分布的通道。
25.优选地，双进气通道箱体部分，包括相互连接在一起的连接过渡通道部分和第一圆弧段部分；
26.第一圆弧段部分的圆心角为α，对应的圆心位置位于无叶喷嘴环的中心轴线上；
27.其中，单进气通道箱体部分是第二圆弧段部分，该第二圆弧段部分具有的圆心角为β，对应的圆心位置位于无叶喷嘴环的中心轴线上；
28.第一圆弧段部分的圆心角α和第二圆弧段部分的圆心角β之和不小于 360
°
，两个圆心角重叠区角度应由舌头部位长短决定。
29.优选地，第一圆弧段部分的后端，通过光滑的弧形过渡部与第二圆弧段部分的下端内壁相连接。
30.优选地，第一圆弧段部分的圆心角α的取值范围为0～180
°
；
31.第二圆弧段部分的圆心角β的取值范围为0～360
°
。
32.优选地，每条第一进气子通道，是开口面积从进气口开始逐步缩小的缩颈通道。
33.优选地，单进气通道箱体部分内部的第二进气子通道为圆弧形缩颈通道。
34.由以上本实用新型提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本实用新型提供了一种高性能的废气涡轮增压器涡轮箱，其结构设计科学，能够充分利用外部发动机排出的废气，显著减少气流动能损失，保证高效地驱动位于涡轮箱里面的涡轮做功，具有重大的生产实践意义。
附图说明
35.图1为本实用新型提供的一种高性能的废气涡轮增压器涡轮箱的前侧局部剖面结构示意图；
36.图2为本实用新型提供的一种高性能的废气涡轮增压器涡轮箱的剖面结构示意图；
37.图3为沿着图2所示a
‑
a线，对双进气通道的剖视图；
38.图4为沿着图2所示b
‑
b线，对双进气通道的剖视图；
39.图5为沿着图2所示b
‑
b线，对单进气通道的剖视图；
40.图6a为本实用新型提供的一种高性能的废气涡轮增压器涡轮箱中，具有的内部气流通道正视图；
41.图6b为本实用新型提供的一种高性能的废气涡轮增压器涡轮箱中，具有的内部气流通道的侧视图；
42.图6c为本实用新型提供的一种高性能的废气涡轮增压器涡轮箱中，具有的内部气流通道的轴侧立体结构视图；
43.图7a为本实用新型提供的一种高性能的废气涡轮增压器涡轮箱的外形正视图；
44.图7b为本实用新型提供的一种高性能的废气涡轮增压器涡轮箱的右侧视图；
45.图8为本实用新型提供的一种高性能的废气涡轮增压器涡轮箱的轴侧立体结构视图；
46.图中：1、连接过渡通道部分；2、涡轮流道，3、涡轮箱主箱体；5、单进气通道箱体部分；
47.6、涡后法兰；7、轴承体配合端面；8、开档；9、进口法兰；
48.11、第一圆弧段部分；13、双进气通道箱体部分；15、分隔筋；16、舌头部位。
具体实施方式
49.为使本实用新型实现的技术手段更容易理解，下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分。
50.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
51.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
52.此外，还需要说明的是，在本技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”等应做广义理解，例如，可以是固定安装，也可以是可拆卸安装。
53.对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
54.参见图1至图8，本实用新型提供了一种高性能的废气涡轮增压器涡轮箱，包括涡轮箱主箱体3；
55.涡轮箱主箱体3包括中空的双进气通道箱体部分13(即图2中的s区部分)和单进气通道箱体部分5(即图2中涡状的d区部分)；
56.单进气通道箱体部分5位于双进气通道箱体部分13的顶部；
57.其中，双进气通道箱体部分13内部，具有两条中空的第一进气子通道 130；
58.单进气通道箱体部分5内部，具有一条中空的第二进气子通道50(即单进气通道)；
59.双进气通道箱体部分13内部的两条第一进气子通道130的后端开口，均与单进气通道箱体部分5内部的第二进气子通道50的下端开口相连通；
60.其中，环绕分布的第二进气子通道50内侧端，环绕地开有一圈豁口(作为出气口)，该豁口处环绕地设置有内部中空的、圆环形的无叶喷嘴环20(无叶喷嘴环20的径向剖面形状是长方形)；
61.无叶喷嘴环20的外侧端，环绕地开有与第二进气子通道50相连通的进气口；
62.无叶喷嘴环20的内侧端，环绕地开有一圈开档8(即作为出气口)；
63.无叶喷嘴环20通过开档8与中空的涡轮流道2的进口端相连通；
64.涡轮流道2的出口端通过一个涡后法兰6，与一根排气管的一端相连通；
65.涡轮流道2，位于单进气通道箱体部分5里面(具体在单进气通道箱体部分5的右端内部)；
66.涡后法兰6，设置于单进气通道箱体部分5的右侧；
67.也就是说，无叶喷嘴环20作为单进气通道箱体部分5内部的第二进气子通道50(即单进气通道)，与涡轮流道2的中间连通、过渡部分。
68.需要说明的是，涡轮流道2里面，用于安装涡轮，从单进气通道箱体部分5内部的第二进气子通道50(即单进气通道)处流出的高速气流，通过开档8进入到涡轮流道2里面，可以驱动涡轮旋转。需要说明的是，涡轮的安装方式，为现有常规的安装方式，在此不再赘述。
69.其中，两条第一进气子通道130前端的进气口，与外部发动机上用于排出废气的排气歧管的一端相连通。
70.在本实用新型中，具体实现上，双进气通道箱体部分13的前端，设置有进口法兰9；
71.进口法兰9，用于与外部发动机上用于排出废气的排气歧管相连接。
72.在本实用新型中，具体实现上，两条第一进气子通道130之间，具有分隔筋15，也就是说，双进气通道箱体部分13内部具有的两条第一进气子通道130，可以是通过分隔筋15对一条进气通道进行分隔后获得的两条子通道。
73.在本实用新型中，具体实现上，第二进气子通道50(即单进气通道)是呈圆弧形分布的通道。
74.需要说明的是，涡后法兰6所连接的排气管的另一端，与一根直排大气或接后处理设备的排气管的一端相连通。
75.在本实用新型中，具体实现上，涡轮箱主箱体3的上部左侧为轴承体配合端面7，该轴承体配合端面7通过卡箍带或螺钉压板与位于外部的轴承体(即增压器轴承体，也叫增压器中间体)进行装配连接。
76.在本实用新型中，具体实现上，双进气通道箱体部分13(即图2中的s 区部分)，包括相互连接在一起的连接过渡通道部分1和第一圆弧段部分11 (可以是一体成型)；
77.两条中空的第一进气子通道130，贯穿于所述连接过渡通道部分1和第一圆弧段部分11内部；
78.第一圆弧段部分11的圆心角为α，对应的圆心位置位于无叶喷嘴环20 的中心轴线上；
79.其中，单进气通道箱体部分5(即图2中的d区部分)是第二圆弧段部分(即图2中由圆心角β所覆盖的箱体区域部分)，第二圆弧段部分具有的圆心角为β，对应的圆心位置位于无叶喷嘴环20的中心轴线上；
80.第一圆弧段部分11的后端(即终点)，与第二圆弧段部分的下端内壁(即起点)相连接(连接处为光滑的弧形过渡部)；
81.也就是说，α角的第一圆弧段部分11的终点与β角的第二圆弧段部分的起点均匀过渡连接贯通。
82.需要说明的是，连接过渡通道部分1位于单进气通道箱体部分5的一侧，同时作为单进气通道箱体部分5中的第二进气子通道50(即单进气通道)的侧壁。
83.具体实现上，第一圆弧段部分11的圆心角α和第二圆弧段部分的圆心角β之和为不小于360
°
，两个圆心角重叠区角度应由舌头部位16的长短决定。
84.具体实现上，第一圆弧段部分11的圆心角α的取值范围为0～180
°
，不限于在0～180
°
范围内变化；
85.第二圆弧段部分的圆心角β的取值范围为0～360
°
，不限于在0～360
°
范围内变化。
86.具体实现上，第一圆弧段部分11位于单进气通道箱体部分5的第二进气子通道50(即单进气通道)中的一侧，具有倾斜分布的舌头部位16；
87.舌头部位16的高度，从后到前逐步增加。
88.具体实现上，两条第一进气子通道130的后端开口，位于舌头部位16 上，舌头部位16用于分隔气流，防止第一进气子通道130的气流未经过环形缩颈流道降压升速，就直接进入开档8。
89.在本实用新型中，具体实现上，单进气通道箱体部分5内部的第二进气子通道50为圆弧形缩颈通道，在此通道内气流得以均匀混合，并进一步降压加速。
90.在本实用新型中，具体实现上，每条第一进气子通道130，是开口面积从进气口开始逐步缩小的缩颈通道(即从进气口开始，口径逐步缩小)
91.在本实用新型中，具体实现上，不同位置的两条第一进气子通道130的截面形状如图3、图4所示。
92.在本实用新型中，具体实现上，第二进气子通道50(即单进气通道)的截面形状如图5所示。
93.在本实用新型中，具体实现上，第二进气子通道50(即单进气通道)，通过中空的开档8，与涡轮流道2相连通；
94.同时，位于α角的第一圆弧段部分11内部的第一进气子通道130的后端开口，也通过中空的开档8，与涡轮流道2相连通。
95.需要说明的是，对于本实用新型，双进气通道箱体部分13中的连接过渡通道部分1，是独立区域，与α角的第一圆弧段部分11相通，与外界(例如外部发动机上用于排出废气的排气歧管)通过进口法兰9相通，或者可以开设旁通孔与外界相通。
96.具体实现上，外部发动机上发火顺序不同的两列气缸排出的废气，由双进气通道箱体部分13(即图2中的s区部分)中的两条第一进气子通道130 流进单进气通道箱体部分5中的第二进气子通道50(即单进气通道)，两股从第一进气子通道130流出的气流在第二进气子通道50中形成合流，然后可以流过涡轮流道2，通过与涡后法兰6连接的排气管向外排出。
97.需要说明的是，对于本实用新型，采用单通道，就工艺性而言，采用涡轮箱的第二进气子通道50(即单进气通道)进气，可降低气流脉冲对涡轮的影响，减轻舌头部位16的压力波动，而且这样的结构可以有效减轻涡轮箱的重量，同时，第二进气子通道50(即单进气通道)处没有分隔筋，可以减少气流与通道壁的接触面积，降低气流摩擦损失，减轻涡轮壳的重量。
98.对于本实用新型，双进气通道转换为单进气通道，在工艺上可以减少加强筋的布置，防止在加强筋薄壁处出现浇铸缺陷，减轻涡轮箱的整体重量。
99.需要说明的是，对于本实用新型，双进气通道箱体部分13和单进气通道箱体部分5，以及双进气通道箱体部分13中α角的第一圆弧段部分11以及单进气通道箱体部分5(即第二圆弧段部分)的β角的区域范围，均可以根据需要，进行调整。
100.需要说明的是，参见图3至图5可知，对于本实用新型，单进气通道箱体部分5中的第二进气子通道50(即单进气通道)，与双进气通道箱体部分 13中的第一进气子通道130相比较，第二进气子通道50(即单进气通道) 中间无分隔筋(15)，第二进气子通道50通过单通道的进气，可降低气流脉冲对涡轮的影响，减轻舌头部位的压力波动，而且这样的结构，可以有效减轻涡轮箱的重量，减少气流与通道壁的接触面积，取得了降低涡轮壳成本和气流摩擦损失的附加效果。
101.需要说明的是，对于本实用新型，涡轮箱的进口法兰9侧的进口通道，由分隔筋15分隔为两条第一进气子通道130，经过双进气通道箱体部分13 中的连接过渡通道部分1和第一圆弧段部分11后，逐步过渡到单进气通道箱体部分5中的第二进气子通道50(即单进气通道)中，第二进气子通道 50(即单进气通道)内部没有被分隔，其截面是始终为单通道截面。
102.需要说明的是，基于以上技术方案可知，对于本实用新型，涡轮增压器的涡轮箱内部气流通道，由进口段双通道变为单通道，可以有效地改善脉冲气流对增压器涡轮效率带来的损害。
103.对于本实用新型，采用双进气通道转换为单进气通道的涡轮箱结构，通过气流变向圆弧段(第一圆弧段部分11)，逐步过渡转为单通道的进气气流 (即作为单进气通道的第二进气子通道50的进气气流)。
104.对于本实用新型，具有结构科学、生产工艺简单、适应性强等优点。该结构可以配以发动机上不同排气歧管来的燃气(废气)，进入不同的增压器涡轮箱进口，在不改变原有增压器外形接口位置的前提下，提升增压器涡轮箱对脉冲气流能量的利用率，有效提升增压器的低速性能。
105.对于本实用新型，变通道过渡区(第一圆弧段部分11)范围可以灵活调整，可以有效利用排气脉冲，实现气流均匀降压加速，高速混合气可以均匀地驱动涡轮流道2里面的涡轮的叶轮旋转，可以有效提升低压排气的利用率，提升涡轮机的效率。
106.对于本实用新型，采用双进气通道转换为单进气通道的涡轮箱结构，在生产工艺上可以减少加强筋的布置，防止在加强筋薄壁处出现浇铸缺陷，减轻涡轮箱的整体重量。
107.需要说明的是，本实用新型的涡轮箱内部通道，包括双进气通道箱体部分、单进气通道箱体部分(两个部分内部通道的截面有双通道截面和单通道截面两种样式)，该涡轮箱内部通道的截面也包括双通道截面和单通道截面两种样式，双进气通道箱体部分的进气口位于进口段，两条第一进气子通道 130中间由分隔筋进行分隔；第二进气子通道50(即单进气通道)的出气口位于环涡轮的开档区，第二进气子通道50(即单进气通道)的截面为单一截面，无分隔筋。具体实现上，第一进气子通道130和第二进气子通道50(即单进气通道)的区域范围，可以根据需要灵活的布置。
108.为了更加清楚地理解本实用新型的技术方案，下面说明本实用新型的工作原理。
109.本实用新型提供的废气涡轮增压器涡轮箱，包括进口法兰、双进气通道箱体部分、单进气通道箱体部分、开档及轴承体配合面等，发动机排出的废气由涡轮箱的进口(即进口法兰处)，通过双进气通道箱体部分中的两条第一进气子通道130进入涡轮箱内部，由于双进气通道(即两条进气子通道 130)为缩颈通道，排气脉冲的压力能有效转化为动能，通过双进气通道(即两条进气子通道130)进入的两股高速和低压的废气，随后进入第二进气子
通道50(即单进气通道)进行混合，两股高速低压的脉冲气流的能量在混合时相互交换，轮流地成为推动和被推动的气流，在第二进气子通道50(即单进气通道)内气流速度实现平衡，然后通过开档8进入涡轮流道2，驱动涡轮流道2里面的涡轮旋转。
110.与现有技术相比较，本实用新型提供的高性能的废气涡轮增压器涡轮箱，具有如下有益效果：
111.1、本实用新型的涡轮箱，进气通道由双通道转换为单通道，可减少气流流道损失和降低生产成本。其中，连接过渡通道的长度和变截面位置，可以根据性能要求灵活设置，作为缩颈通道的双进气通道(即两条进气子通道 130)，可以使得脉冲气流在气道内将压力能转换为动能，由于第二进气子通道50(即单进气通道)内壁比双进气通道(即两条进气子通道130)内壁表面积小，高速气流在通道内与内壁摩擦生热会大幅减少，从而减少气流的动能损失。
112.2、本实用新型的涡轮箱，进气通道由双通道转换为单通道，可以提高进气压力能对动能转化效率，在发动机低速状态下，使得低排气压力获得较高的气流动能，驱动涡轮流道2里面的涡轮转速提升，从而提高在低速状态下的增压压力，提升增压器的低速响应性能。
113.3、本实用新型的涡轮箱，进气通道进行双变单转换，可以有效利用脉冲气流的压力能，通过一系列列试验表明，这种措施很好地改善了发动机的低速性能，而且有效地减轻了气流激波对通道中舌尖部位的冲击，延长涡轮箱的寿命。双进气通道(即两条进气子通道130)转换为一条单进气通道，由于单进气通道(即第二进气子通道50)中取消了分隔筋，减少了通道内壁面积，减轻了涡轮箱重量，取得了降低摩擦损失和降低成本的附加效果。
114.综上所述，与现有技术相比较，本实用新型提供的一种高性能的废气涡轮增压器涡轮箱，其结构设计科学，能够充分利用外部发动机排出的废气，显著减少气流动能损失，保证高效地驱动位于涡轮箱里面的涡轮做功，具有重大的生产实践意义。
115.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。