一种涡轮增压器的旁通放气机构及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种涡轮增压器的旁通放气机构及其设计方法，旁通放气机构包括涡轮箱、摇臂、传动销、执行器套管、执行器、传动轴和放气阀门，传动轴设置在涡轮箱内，传动轴的一端与摇臂的一端连接，另一端与放气阀门连接，涡轮箱上设置有放气孔，放气孔与放气阀门相连，摇臂的另一端通过传动销与执行器套管的一端连接，执行器套管的另一端与执行器的执行推杆连接。本发明专利技术还公开了该旁通放气机构的设计方法，通过本发明专利技术的方法可以比较直观、方便、合理的分析出该旁通放气机构中某参数的改变对其它参数改变的影响，从而设计出更合理的参数，使增压器匹配发动机性能更好，并直观列出了旁通放气机构影响增压器匹配发动机性能的参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及涡轮增压
，特别涉及一种涡轮增压器的旁通放气机构及其设计方法，该设计方法通过旁通放气机构的参数优化进而达到改善涡轮增压器匹配发动机中高速性能的目的。
技术介绍
涡轮增压技术是利用发动机排出废气的能量，通过涡轮旋转带动涡轮叶轮转动变为机械功，与涡轮叶轮同轴的压气机叶轮也以同样的速度高速运转，将新鲜空气压缩后，送入发动机气缸，提高发动机气缸的空气密度和充气量，从而提高了发动机的功率，改善了燃油的燃烧条件，使燃油充分燃烧，因而降低了燃油消耗，减少了排入大气的废气中有害物的比例，进而最终实现环保节能，提高发动机功率的作用，同时对发动机在高原工作时起到恢复功率的作用。影响涡轮增压器匹配发动机性能的主要增压器零部件有压气机、涡轮机和旁通放气机构。涡轮增压器是利用废气排出的力量来驱动，当节气减小或关闭时，涡轮叶片(压气机叶轮)在惯性作用下仍旧持续转动，此时进气管路中的空气压力会迅速提高，为了保护增压系统，当压力达到某一限定值后，进气旁通阀门打开，过剩的空气则不经过蜗壳，蜗壳增压器压力下降，转速降低，实现降压保护的功能。因此，旁通放气机构可通过放气阀门旁通掉通过涡轮箱内的过多的废气，防止增压器超速，防止增压压力和涡前压力过高，从而防止发动机性能和可靠性恶化。该旁通放气机构有多个零件，有多个影响参数，参数影响涡轮增压器增压压力和排气背压、扫气压差等性能、可靠性参数。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种涡轮增压器的旁通放气机构及其设计方法，该设计方法仅仅需通过改变旁通放气机构零件参数就可改善涡轮增压发动机中高速性能，而不会影响增压器匹配发动机处于低转速时的性能，不需要另外设计增压器压气机、涡轮机，至多仅需补充加工压气机蜗壳的气嘴孔、涡轮箱的放气孔。基于上述目的，本专利技术提供的一种涡轮增压器的旁通放气机构，包括涡轮箱、摇臂、传动销、执行器套管、执行器、传动轴和放气阀门，所述执行器包括执行器壳体、执行推杆、膜片和弹簧，所述传动轴设置在所述涡轮箱内，所述传动轴的一端伸出所述涡轮箱与所述摇臂的一端连接，所述传动轴的另一端与所述放气阀门连接，所述涡轮箱上设置有放气孔，所述放气孔与所述放气阀门相连，所述摇臂的另一端通过所述传动销与所述执行器套管的一端连接，所述执行器套管的另一端与所述执行推杆连接；所述膜片安装在所述执行器壳体内并将所述执行器壳体的内腔隔成上方腔体和下方腔体，所述执行器壳体位于所述上方腔体的位置设有能与压气机相连通的执行器气嘴，所述执行推杆的一端与所述下方腔体固定连接，所述执行推杆的另一端从所述执行器壳体的孔中穿出，所述弹簧套装在所述执行推杆上。进一步，本专利技术还提供了所述的涡轮增压器的旁通放气机构的设计方法，包括以下步骤：(1)所述放气阀门、传动轴和摇臂绕支点转动时，对支点产生第一力矩，并且在运动过程中获取如下参数：大气对膜片的压力、涡轮增压器的增压压力、膜片的直径、弹簧的弹性系数、执行器套管的位移、执行器设定的预紧力和摇臂两中心孔的距离，根据获得的参数可确定第一力矩的优化函数；(2)所述膜片的移动会带动执行器套管的移动，使传动销、摇臂、传动轴和放气阀门绕支点转动，执行器对支点产生第二力矩，并且在运动过程中获取如下参数：放气孔的涡前压力、放气阀门背面的涡后压力、放气孔的直径、传动轴两中心线的距离，根据获得的参数可确定第二力矩的优化函数；(3)为了使放气阀门保持不动，则第一力矩和第二力矩相等，从而得到力矩平衡函数，根据该力矩平衡函数，对涡轮增压器的旁通放气机构的参数进行优化设计，进而改善涡轮增压器匹配发动机的性能。在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中所述第一力矩的优化函数为：其中，WC为第一力矩，P7a为大气对膜片的压力，即为大气压力，P7b为涡轮增压器的增压压力，D7为膜片的直径，k为弹簧的弹性系数，x为执行器套管的位移，F7为执行器设定的预紧力，L4为摇臂4两中心孔的距离。在本专利技术的一个实施例中，步骤(2)中所述第二力矩的优化函数为：其中，WT为第二力矩，P3a为放气孔的涡前压力，P3b为放气阀门背面的涡后压力，D3为放气孔的直径，L9为传动轴两中心线的距离。在本专利技术的一个实施例中，步骤(3)中力矩平衡函数为：WC＝WT涡轮增压器的旁通放气机构结构参数、压气机蜗壳内的增压压力、涡轮箱放气孔处的涡前压力均能影响放气阀门的开关和开度大小，这些参数相互影响，通过合理、适时调节这些参数来改变涡轮箱放气阀门的放气量，实现对增压压力、涡前压力与增压压力压差的理想、适时控制和调节，从而改善发动机性能。压气机蜗壳内的增压压力、涡轮箱放气孔处的涡前压力、执行器的预紧力均可使旁通放气机构结构绕支点旋转，对支点处产生力矩，两力矩差的大小决定了旋转方向，不过最终会相等、实现平衡。对支点处列出两力矩方程，通过方程就可分析出某参数的改变对其它参数、增压压力、涡前压力与增压压力的影响，从而达到理想的性能参数，理想的结果是发动机在标定工况具有相同增压压力时，其涡前压力更低，其它转速工况增压压力更高，这样就可以设计出合理的旁通放气机构、选取合理的压气机蜗壳气嘴孔位置和涡轮箱放气孔的大小、位置等。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、增压器增压压力、涡前压力、涡前压力与增压压力压差、旁通放气机构各参数相互影响，通过本专利技术的方法可以比较直观、方便、合理的分析出某参数的改变对其它参数改变的影响，从而设计出更合理的参数，使增压器匹配发动机性能更好。2、本专利技术直观列出了旁通放气机构影响增压器匹配发动机性能的参数。附图说明附图是结合具体的工艺实施方式，详细的说明了工艺走向。图1为本专利技术的涡轮增压器外形主示意图；图2为本专利技术的执行器剖视图；图3为本专利技术的涡轮增压器外形向视图；图4为本专利技术的放气阀门与涡轮箱的装配剖视图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。实施例1本专利技术的涡轮增压器外形主示意图如图1所示，本专利技术的涡轮增压器外形向视图如图3所示。如图1和图3所示，涡轮增压器包含气嘴1、压气机蜗壳2、涡轮箱3、摇臂4、传动销5、执行器套管6、执行器7、执行器支架11、胶管8、传动轴9、放气阀门10。涡轮箱3、摇臂4、传动销5、执行器套管6、执行器7、传动轴9、放气阀门10组成旁通放气机构。气嘴1通过胶管8与执行器7连通，执行器7包括执行推杆7-4，执行器支架11固定在涡轮箱3上，执行器7固定在执行器支架11上，执行器套管6的一端与执行推杆7-4螺纹连接，执行器套管6的另一端与摇臂4上的传动销5连接，传动轴9可通过轴套安装在涡轮箱3内，传动轴9的一端伸出涡轮箱3与摇臂4的一端连接，传动轴9的另一端与放气阀门10连接，摇臂4的一端通过传动销5与执行推杆7-4连接。在本实施例中，传动轴9通过传动销5和摇臂4与执行器7活动连接，执行器7的执行推杆7-4通过执行器套管6带动传动销5运动，再由摇臂4带动传动轴9转动。工作原理：通过执行器7调节放气阀门10的开度大小来改变气流流通面积，从而改变增压器工作工况，达到改变压气机增压能力的目的。发动机高速运转时，排气能量大增，如果不放掉部分气体，会造成增压器转速超速，执行器7会打开放气阀门10，从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮增压器的旁通放气机构，其特征在于，包括涡轮箱、摇臂、传动销、执行器套管、执行器、传动轴和放气阀门，所述执行器包括执行器壳体、执行推杆、膜片和弹簧，所述传动轴设置在所述涡轮箱内，所述传动轴的一端伸出所述涡轮箱与所述摇臂的一端连接，所述传动轴的另一端与所述放气阀门连接，所述涡轮箱上设置有放气孔，所述放气孔与所述放气阀门相连，所述摇臂的另一端通过所述传动销与所述执行器套管的一端连接，所述执行器套管的另一端与所述执行推杆连接；所述膜片安装在所述执行器壳体内并将所述执行器壳体的内腔隔成上方腔体和下方腔体，所述执行器壳体位于所述上方腔体的位置设有能与压气机相连通的执行器气嘴，所述执行推杆的一端与所述下方腔体固定连接，所述执行推杆的另一端从所述执行器壳体的孔中穿出，所述弹簧套装在所述执行推杆上。

【技术特征摘要】
1.一种涡轮增压器的旁通放气机构，其特征在于，包括涡轮箱、摇臂、传动销、执行器套管、执行器、传动轴和放气阀门，所述执行器包括执行器壳体、执行推杆、膜片和弹簧，所述传动轴设置在所述涡轮箱内，所述传动轴的一端伸出所述涡轮箱与所述摇臂的一端连接，所述传动轴的另一端与所述放气阀门连接，所述涡轮箱上设置有放气孔，所述放气孔与所述放气阀门相连，所述摇臂的另一端通过所述传动销与所述执行器套管的一端连接，所述执行器套管的另一端与所述执行推杆连接；所述膜片安装在所述执行器壳体内并将所述执行器壳体的内腔隔成上方腔体和下方腔体，所述执行器壳体位于所述上方腔体的位置设有能与压气机相连通的执行器气嘴，所述执行推杆的一端与所述下方腔体固定连接，所述执行推杆的另一端从所述执行器壳体的孔中穿出，所述弹簧套装在所述执行推杆上。2.一种如权利要求1所述的涡轮增压器的旁通放气机构的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)所述放气阀门、传动轴和摇臂绕支点转动时，对支点产生第一力矩，并且在运动过程中获取如下参数：大气对膜片的压力、涡轮增压器的增压压力、膜片的直径、弹簧的弹性系数、执行器套管的位移、执行器设定的预紧力和摇臂两中心孔的距离，根据获得的参数可确定第一力矩的优化函数；(2)所述膜片的移动会带动执行器套管的移动，使传动销、摇臂、传动轴和放气阀门绕支点转动，执行器对支点产生第二力矩，并且在运动过程中获取如下参数：...

【专利技术属性】
技术研发人员：周成尧，周马兰，杨国旗，徐晓波，李杰，程云荣，李长波，张涛，官庆武，
申请(专利权)人：湖南天雁机械有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43