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技术领域

本实用新型涉及车辆技术领域，具体而言，涉及一种涡轮机，具有该涡轮机的涡轮增压 器以及具有该涡轮增压器的车辆。

背景技术

VGT是Variable geometry turbocharger的缩写，即可变截面的意思，相关技术中， VGT喷嘴环叶片在蜗壳流道内以相同角度、相同流道截面积进行布置，也就是说任意相邻两 个喷嘴环叶片的转动中心与涡轮叶轮转动中心的夹角相等、且任意相邻两个喷嘴环叶片之间 的气体流通的截面积相等。因蜗壳流道内的气体的压力、温度、流速是不一致的，采用上述 喷嘴环叶片的布置形式，不能充分利用废气，废气冲击涡轮的压力的均匀性差，涡轮的高周 疲劳提升，且涡轮增压器可靠性低，存在改进空间

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种废气利用率高的涡轮机。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种涡轮机包括：

蜗壳，所述蜗壳内限定出蜗壳流道；涡轮叶轮，所述涡轮叶轮设在所述蜗壳内；多个喷 嘴环叶片，所述多个喷嘴环叶片沿所述涡轮叶轮的周向间隔开设置且在径向上均位于所述涡 轮叶轮外，且每个所述喷嘴环叶片均可绕各自转动中心转动，在所述蜗壳流道内的气体流动 方向上，相邻两个所述喷嘴环叶片各自的转动中心与涡轮叶轮转动中心的连线之间的夹角逐 渐减小。

进一步地，所述蜗壳流道具有进口和喉口，在所述气体流动方向上，从所述进口至所述 喉口顺序布置有一整圈n个喷嘴环叶片，其中第一个喷嘴环叶片的转动中心与所述涡轮叶轮 转动中心之间的连线与第二个喷嘴环叶片的转动中心与所述涡轮叶轮转动中心之间的连线 的夹角为a1，第x个喷嘴环叶片的转动中心与所述涡轮叶轮转动中心之间的连线与第x+1 个喷嘴环叶片的转动中心与所述涡轮叶轮转动中心之间的连线的夹角为ax，最后一个喷嘴 环叶片的转动中心与所述涡轮叶轮转动中心之间的连线与第一个喷嘴环叶片的转动中心与 所述涡轮叶轮转动中心之间的连线的夹角为an，其中，x为不小于1且不大于n的自然数， 并且a1、……ax、……、an满足如下关系式：1)a1＞……＞ax＞……＞an；2)ax＝a1-(x-1) d。

进一步地，所述蜗壳流道具有进口和喉口，在所述气体流动方向上，从所述进口至所述 喉口顺序布置有一整圈n个喷嘴环叶片，其中第一个喷嘴环叶片的转动中心与所述涡轮叶轮 的转动中心之间的连线与第二个喷嘴环叶片的转动中心与所述涡轮叶轮转动中心之间的连 线的夹角为a1，第x个喷嘴环叶片的转动中心与所述涡轮叶轮转动中心之间的连线与第x+1 个喷嘴环叶片的转动中心与所述涡轮叶轮转动中心之间的连线的夹角为ax，最后一个喷嘴 环叶片的转动中心与所述涡轮叶轮转动中心之间的连线与第一个喷嘴环叶片的转动中心与 所述涡轮叶轮转动中心之间的连线的夹角为an，其中，x为不小于1且不大于n的自然数， 并且a1、……ax、……、an满足如下关系式：1)a1＞……＞ax＞……＞an；2)ax＝k*ax-1。

进一步地，所述喉口的中心与所述涡轮叶轮转动中心的连线L位于L1与Ln之间。

进一步地，所述第一个喷嘴环叶片转动至最大开度时，所述第一个喷嘴环叶片的外端、 所述喉口的中心以及所述涡轮叶轮转动中心位于同一直线上。

进一步地，每个所述喷嘴环叶片的转动中心到所述涡轮叶轮转动中心的距离均相等。

进一步地，所述多个喷嘴环叶片在所述驱动组件的驱动下绕各自的转动中心同步转动， 所述驱动组件包括：第一定环，所述第一定环与所述蜗壳相连，所述第一定环上设有第一销 孔，所述蜗壳上设有与所述第一销孔正对的第二销孔；第二定环，所述第二定环与所述第一 定环相连且间隔开设置；动环，所述动环与所述第一定环可转动的相连，所述第二定环位于 所述第一定环与所述动环之间，所述多个喷嘴环叶片位于所述第二定环与所述第一定环之 间；多个摇臂，所述多个摇臂与所述多个喷嘴环叶片一一对应地相连，且所述摇臂还与所述 动环配合以在所述动环相对所述第一定环转动时带动所述喷嘴环叶片绕该喷嘴环叶片的转 动中心转动。

进一步地，所述摇臂包括：摇臂部和摇臂销，所述摇臂销的一端穿过所述第二定环与所 述喷嘴环叶片相连且另一端穿过所述第二定环与所述摇臂部相连，所述喷嘴环叶片的转动中 心与所述摇臂销的中心轴线重合；所述动环上设有与多个摇臂部一一对应的多个卡槽，所述 摇臂部的一部分配合在所述卡槽内在所述动环相对所述第一定环转动时通过所述摇臂销带 动所述喷嘴环叶片绕该喷嘴环叶片的转动中心转动。

相对于现有技术，本实用新型所述的涡轮机具有以下优势：

根据本实用新型的涡轮机，通过在蜗壳流道内的气体流动方向上，使相邻两个所述喷嘴 环叶片各自的转动中心与涡轮叶轮转动中心的连线之间的夹角逐渐减小，从而使进入蜗壳流 道内的气体被充分利用，使气体冲击涡轮叶轮的压力更均匀，降低了不同压力的高频气流对 涡轮叶轮的冲击，降低了涡轮叶轮的高周疲劳，提高了涡轮机的可靠性。

本实用新型的另一目的在于提出一种涡轮增压器，该涡轮增压器设置有上述涡轮机。

所述涡轮增压器与上述的涡轮机相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

本实用新型的再一目的在于提出一种车辆，该车辆设置有上述涡轮增压器，从而具有油 耗低的优点。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示 意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的驱动组件与喷嘴环叶片安装后的结构示意图；

图2为本实用新型实施例所述的驱动组件与喷嘴环叶片安装后的仰视图；

图3为本实用新型实施例所述的驱动组件与喷嘴环叶片安装后的俯视图；

图4为本实用新型实施例所述的驱动组件与喷嘴环叶片安装后的俯视图，未示出第一定 环；

图5为本实用新型实施例所述的涡轮机的摇臂与喷嘴环叶片组装后的结构示意图；

图6为本实用新型实施例所述的涡轮机的蜗壳的结构示意图；

图7为本实用新型实施例所述的涡轮机的结构示意图；

图8为本实用新型实施例所述的涡轮机的结构示意图，未示出第一定环。

附图标记说明：

100-涡轮机；1-蜗壳，11-蜗壳流道，111-进口，112-喉口，12-第二销孔；2-涡轮叶轮；

3-喷嘴环叶片，30-喷嘴环叶片的转动中心，31-第一个喷嘴环叶片，311-第一个喷嘴环 叶片31的外端，32-第二个喷嘴环叶片，3x-第x个喷嘴环叶片，3x+1-第x+1个喷嘴环叶片， 3n-最后一个喷嘴环叶片；4-驱动组件，41-第一定环，411-第一销孔，42-第二定环，43- 动环，431-卡槽，44-摇臂，441-摇臂部，442-摇臂销；5-插销；O1-第一个喷嘴环叶片的转 动中心，O2-第二个喷嘴环叶片的转动中心，0x-第x个喷嘴环叶片的转动中心，0x+1-第x+1 个喷嘴环叶片的转动中心，0n-最后一个喷嘴环叶片的转动中心，O-涡轮叶轮转动中心，喉 口的中心Q，L1-第一个喷嘴环叶片的转动中心01与涡轮叶轮转动中心O的连线，L2第二个 喷嘴环叶片的转动中心02与涡轮叶轮转动中心O之间的连线，Lx-第x个喷嘴环叶片的转动 中心0x与涡轮叶轮转动中心O的连线，Lx+1-第x+1个喷嘴环叶片的转动中心0x+1与涡轮 叶轮转动中心O的连线，Ln-最后一个喷嘴环叶片的转动中心0n与涡轮叶轮转动中心O的连 线，a1-L1与L2之间的夹角，an-L1与Ln之间的夹角，ax-Lx与Lx+1之间的夹角。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型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实用新型的涡轮机100。如图1-图8所示， 根据本实用新型实施例的涡轮机100包括蜗壳1、涡轮叶轮2和多个喷嘴环叶片3。

参照图7和图8所示，蜗壳1内限定出蜗壳流道11，涡轮叶轮2设在蜗壳1内。多个 喷嘴环叶片3沿涡轮叶轮2的周向间隔开设置，且多个喷嘴环叶片3在涡轮叶轮2的径向上 均位于涡轮叶轮2外，也就是说，在径向上每个喷嘴环叶均位于涡轮叶轮2的最外端之外。 多个喷嘴环叶片3将蜗壳流道11内的气体(例如车辆的发动机的废气)导入涡轮叶轮2以 驱动涡轮叶轮2旋转。

参照图8所示，每个喷嘴环叶片3均可绕各自转动中心30转动。优选地，每个喷嘴环 叶片3的转动中心30到涡轮叶轮转动中心O的距离均相等，也就是说，任意一个喷嘴环叶 片3的转动中心30均位于以涡轮叶轮转动中心O为圆心，以喷嘴环叶片3的转动中心30与 涡轮叶轮转动中心O的距离为半径的圆上，由此涡轮机100的结构更简单。

在蜗壳流道11内的气体流动方向上、相邻两个喷嘴环叶片3各自的转动中心30与涡轮 叶轮转动中心O的连线之间的夹角逐渐减小。

参照图7和图8所示，蜗壳流道11具有进口111和喉口112，蜗壳流道11内的气体是 从进口111向喉口112沿逆时针方向流动，在气体流动方向上，从进口111至喉口112顺序 布置有一整圈n个喷嘴环叶片3。

如图8所示，第一个喷嘴环叶片31与第二个喷嘴环叶片32相邻，其中第一个喷嘴环叶 片31的转动中心O1与涡轮叶轮转动中心O之间的连线为L1，第二个喷嘴环叶片32的转动 中心O2与涡轮叶轮转动中心O之间的连线为L2，L1和L2之间的夹角为a1。

第x个喷嘴环叶片3x与第x+1个喷嘴环叶片3x+1相邻，其中第x个喷嘴环叶片3x的 转动中心Ox与涡轮叶轮转动中心O之间的连线为Lx，第x+1个喷嘴环叶片3x+1的转动中 心Ox+1与涡轮叶轮转动中心O之间的连线为Lx+1，Lx与Lx+1之间的夹角为ax，x为不小 于1且不大于n的自然数，即1≤x≤n。

第一个喷嘴环叶片31还与最后一个喷嘴环叶片3n相邻，最后一个喷嘴环叶片3n的转 动中心On与涡轮叶轮转动中心O之间的连线为Ln，L1和Ln之间的夹角为an。

通过上述描述可知a1、……ax、……、an，在进口111处的相邻两个喷嘴环叶片3各 自的转动中心30与涡轮叶轮转动中心O的连线之间的夹角最大(例如，图8中的a1)，此 时两个喷嘴环叶片3之间的流道截面积最大，即气体流通的截面积最大；在喉口112处的相 邻两个喷嘴环叶片3各自的转动中心30与涡轮叶轮转动中心O的连线之间的夹角(例如， 图8中的an)最小，此时两个喷嘴环叶片3之间的流道截面积最小，即气体流通的截面积 最小。

根据本实用新型实施例的涡轮机100，通过在蜗壳流道11内的气体流动方向上，使相 邻两个所述喷嘴环叶片3各自的转动中心30与涡轮叶轮转动中心O的连线之间的夹角逐渐 减小，从而使进入蜗壳流道11内的气体被充分利用，使气体冲击涡轮叶轮2的压力更均匀， 降低了不同压力的高频气流对涡轮叶轮2的冲击，降低了涡轮叶轮2的高周疲劳，提高了涡 轮机100的可靠性。

具体而言，多个喷嘴环叶片3采用上述布置形式，充分考虑了喷嘴环叶片3和蜗壳流道 11的配合，且合理利用了蜗壳1内气体的压力、温度、流速的分布规律，使喷嘴环叶片3 的布置更加合理。

优选地，如图8所示，喉口112的中心Q与涡轮叶轮转动中心O的连线L位于L1与Ln 之间，可以使气体冲击涡轮叶轮2的压力更均匀。

进一步地，第一个喷嘴环叶片31转动至最大开度时，第一个喷嘴环叶片31的外端、喉 口112的中心Q以及涡轮叶轮转动中心O位于同一直线上，也就是说，当第一个喷嘴环叶片 31转动至使第一个喷嘴环叶片31与第二个喷嘴环叶片32之间的气体流通的截面积最大且 第一个喷嘴环叶片31与最后一个喷嘴环叶片3n之间的气体流通的截面积最小时，第一个喷 嘴环叶片31的外端、喉口112的中心Q以及涡轮叶轮转动中心O位于同一直线上。由此可 以防止气体反向流动，即可以防止气体从喉口112向出口流动，进一步提升气体的利用率。

作为一种可选的实施例，a1、……ax、……、an不仅满足关系式1)a1＞……＞ax＞…… ＞an，还满足关系式2)ax＝a1-(x-1)d，即a1、……ax、……、an按照ax＝a1-(x-1)d 的规律逐渐减小，其中d为某一预定角度，该值可以通过实验得到。由此可以使气体冲击涡 轮叶轮2的压力更加均匀，进一步降低不同压力的高频气流对涡轮叶轮2的冲击，进一步降 低涡轮叶轮2的高周疲劳，进一步提高涡轮机100的可靠性。

作为一种优选的实施例，a1、……ax、……、an不仅满足关系式1)a1＞……＞ax＞…… ＞an，还可以满足关系式2)ax＝k*ax-1，在该实施例中k与蜗壳流道11截面的变化率有关 系具体而言，以蜗壳流道11内的气体流动方向上的不同位置为横坐标，以蜗壳流道11内 的气体流动方向上的不同位置的截面的面积为纵坐标，建立一个坐标系，将蜗壳流道11内 的气体流动方向上的不同位置的截面的面积绘制在上述坐标系中，多个不同位置的蜗壳流道 11的截面的面积所在的直线的斜率为蜗壳流道11截面的变化率。

下面参照图1-图8描述根据本实用新型的一些具体实施例，如图1-图8所示的涡轮机 100包括蜗壳1、涡轮叶轮2、多个喷嘴环叶片3和驱动组件4。

蜗壳1内限定出蜗壳流道11，涡轮叶轮2设在所述蜗壳1内，多个喷嘴环叶片3环绕 涡轮叶轮2间隔开设置且在径向上均位于涡轮叶片的外，在蜗壳流道11内的气体流动方向 上、相邻两个喷嘴环叶片3各自的转动中心30与涡轮叶轮转动中心O的连线之间的夹角逐 渐减小。

其中，多个喷嘴环叶片3可以在驱动组件4的驱动下绕各自的转动中心30同步转动， 从而实现对于流经相邻连个喷嘴环叶片3之间的气体流向以及气体流速的调节。

如图1所示，驱动组件4可以包括第一定环41、第二定环42、动环43和多个摇臂44。

第一定环41与蜗壳1相连，例如第一定环41与蜗壳1可以通过螺纹紧固件相连。进一 步地，如图6和图7所示，第一定环41上设有第一销孔411，如图6所示，蜗壳1上设有 与第一销孔411正对的第二销孔12，插销5穿过第一销孔411和第二销孔12，从而使第一 定环41和蜗壳1的相对位置固定，进而保证了驱动组件4与蜗壳1的相对位置。

如图1所示，第二定环42与第一定环41相连且间隔开设置，动环43与第一定环41可 转动的相连，第二定环42位于第一定环41与动环43之间，多个喷嘴环叶片3位于第二定 环42与第一定环41之间。

多个摇臂44与多个喷嘴环叶片3一一对应地相连，也就是说，摇臂44的个数与喷嘴环 叶片3的个数相等，且一个摇臂44与一个喷嘴环叶片3相连。

摇臂44还与动环43配合以在动环43相对第一定环41转动时带动喷嘴环叶片3绕该喷 嘴环叶片3的转动中心30转动。

具体而言，如图5所示，摇臂44可以包括摇臂部441和摇臂销442，摇臂销442的一 端穿过第二定环42与喷嘴环叶片3相连，且摇臂销442的另一端穿过第二定环42与摇臂部 441相连，也就是说，第二定环42上设有沿所述第二定环42的厚度方向贯穿第二定环42 的通孔，摇臂销442配合在该通孔内。具体地，为了便于将喷嘴环叶片3安装在驱动组件4 上，摇臂销442的一端可以与喷嘴环叶片3焊接相连，摇臂销442的另一端可以与摇臂部 441通过螺纹结构相连。其中，喷嘴环叶片3的转动中心30与摇臂销442的中心轴线重合， 也就是说，多个喷嘴环叶片3可以绕各自对应的摇臂销442的中心轴线转动。

驱动组件4通过摇臂44与第二定环42的配合使多个喷嘴环叶片3更稳定地安装在第一 定环41与第二定环42之间。

如图2所示，动环43上设有与多个摇臂部441一一对应的多个卡槽431，摇臂部441 的一部分配合在所述卡槽431内以在动环43相对第一定环41转动时通过摇臂销442带动喷 嘴环叶片3绕该喷嘴环叶片3的转动中心30转动。

也就是说，卡槽431的数量与摇臂部441的数量相等，一个摇臂部441的至少一部分配 合在与其对应的一个卡槽431内，从而摇臂部441通过摇臂销442带动喷嘴环叶片3绕摇臂 销442的中心轴线转动。通过上述描述可知，上述驱动组件4的结构简单，组装容易。

可以理解的是，涡轮增压器中涡轮机100的流通能力与车辆的发动机的速度匹配，发动 机低速时，涡轮增压器中涡轮机100的流通能力小，发动机低速时，涡轮增压器中涡轮机 100的流通能力大。

下面结合图1、图2和图5详细描述涡轮机100的工作过程，当需要增大涡轮增压器中 涡轮机100的流通能力时，动环43相对第一定环41沿第一方向(例如逆时针)转动，摇臂 部441的配合在动环43的卡槽431中的一部分在动环43的驱动下沿第一方向转动，摇臂部 441的远离所述卡槽431的一端带动摇臂销442绕摇臂销442中心轴线转动，摇臂销442带 动喷嘴环叶片3绕摇臂销442沿第一方向转动。

当需要减小涡轮增压器中涡轮机100的流通能力时，动环43相对第一定环41沿第二方 向(例如顺时针)转动，摇臂部441的配合在动环43的卡槽431中的一部分在动环43的驱 动下沿第二方向转动，摇臂部441的远离所述卡槽431的一端带动摇臂销442绕摇臂销442 中心轴线转动，摇臂销442带动喷嘴环叶片3绕摇臂销442沿第二方向转动。

本实用新型还提出一种涡轮增压器，该涡轮增压器通过设置上述涡轮机100，从而使进 入涡轮机100的蜗壳流道11内的气体被充分利用，使气体冲击涡轮叶轮2的压力更均匀， 降低了不同压力的高频气流对涡轮叶轮2的冲击，降低了涡轮叶轮2的高周疲劳，提高了涡 轮增压器的可靠性。

本实用新型还提出了一种设置有上述涡轮增压器的车辆，根据本实用新型实施例的涡轮 增压器，通过改变涡轮机100中的多个喷嘴环叶片3的布置形式，提高了进入涡轮机100的 车辆废气的利用率，提高了涡轮增压器的可靠性，且使涡轮增压器更好地与发动机匹配，降 低车辆油耗。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新 型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护 范围之内。