具有帶氣門罩蓋的可調節(jié)trim離心壓縮機以及具有其的渦輪增壓機的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]本公開涉及諸如用于渦輪增壓機中的離心壓縮機，并且更具體地涉及其中有效入口面積或直徑能夠針對不同的運行狀況被調節(jié)的離心壓縮機。
[0002]廢氣驅動的渦輪增壓機是一種與內(nèi)燃機共同使用的裝置，用于通過壓縮空氣來增加發(fā)動機的動力輸出，該空氣被遞送到發(fā)動機的進氣口以與燃料混合并且在發(fā)動機中燃燒。渦輪增壓機包括:安裝在壓縮機殼體中的軸的一端上的壓縮機葉輪和安裝在渦輪機殼體中的軸的另一端上的渦輪機葉輪。典型地，渦輪機殼體與壓縮機殼體分開形成，并且存在再另一個中心殼體連接在渦輪機殼體和壓縮機殼體之間以用于包含軸的軸承。該渦輪機殼體限定一般環(huán)形腔，該環(huán)形腔環(huán)繞渦輪機葉輪并且接收來自發(fā)動機的廢氣。渦輪機組件包括噴嘴，噴嘴從該腔通向渦輪機葉輪中。廢氣從該腔流動通過噴嘴到渦輪機葉輪，并且渦輪機葉輪被廢氣驅動。渦輪機因此從廢氣中提取動力并且驅動壓縮機。壓縮機通過壓縮機殼體的入口接收周圍空氣，并且空氣被壓縮機葉輪壓縮，并且然后從該殼體排出到發(fā)動機進氣口。
[0003]典型地，渦輪增壓機采用離心(也稱為“徑向”)型的壓縮機葉輪，因為離心壓縮機在緊湊的布置中能實現(xiàn)相對高的壓力比。用于壓縮機的進入空氣在離心壓縮機葉輪的進口導流器部分一般在軸向方向被接收，并且在該葉輪的出口導流器部分一般在徑向方向上被排出。來自該葉輪的壓縮空氣被遞送到蝸殼，并且該空氣從蝸殼被供應到內(nèi)燃機的進口。
[0004]壓縮機的運行范圍是渦輪增壓機的整體性能的重要方面。運行范圍一般由喘振線和阻塞線在壓縮機的運行特性線圖上劃界。壓縮機特性線圖典型地呈現(xiàn)為在豎軸上的壓力比(排出壓力Pout除以入口壓力Pin)與橫軸上的校正質量流率。壓縮機特性線圖上的阻塞線位于高流率處并且表示超出壓力比范圍的最大質量流率點的位置;也就是說，對于阻塞線上的給定點，不可能在增加流率的同時保持相同的壓力比，因為在壓縮機中發(fā)生阻塞流狀況。
[0005]喘振線位于低流率處，并且表示超出壓力比范圍的、沒有喘振的最小質量流率點的位置;也就是說，對于喘振線上的給定點，降低流率而不改變壓力比，或者增加壓力比而不改變流率，將導致喘振發(fā)生。喘振是流不穩(wěn)定性，其典型地發(fā)生在壓縮機葉片沖角變得如此大以使得在壓縮機葉片上出現(xiàn)大量的流動分離時。壓力波動和回流可能在喘振期間發(fā)生。
[0006]在用于內(nèi)燃機的渦輪增壓機內(nèi)，當發(fā)動機在高負載或者扭矩和低發(fā)動機速度運行時，或者當發(fā)動機在低速運行并且存在高水平的廢氣再循環(huán)(EGR)時，壓縮機喘振可能發(fā)生。當發(fā)動機從高速狀況突然減速時，也可能發(fā)生喘振。把壓縮機的無喘振運行范圍擴大到較低流率是壓縮機設計中經(jīng)常追求的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本公開描述了用于離心壓縮機的機構和方法，該機構和方法能夠使壓縮機的喘振線可選擇地移位到左側(即，喘振在給定的壓力比處被推遲到較低流率)，并且使阻塞流線移位到右側(即，阻塞流在給定的壓力比處增加到高流率)。這里描述的一個實施例包括具有以下特征的渦輪增壓機:
[0008]渦輪機殼體和渦輪機葉輪，渦輪機葉輪安裝在渦輪機殼體中并且連接到可旋轉軸以用于隨其旋轉，所述渦輪機殼體接收廢氣，并且把廢氣供應到所述渦輪機葉輪；
[0009]離心壓縮機組件，包括壓縮機殼體和壓縮機葉輪，壓縮機葉輪安裝在壓縮機殼體中并且連接到可旋轉軸以用于隨其旋轉，所述壓縮機殼體限定空氣入口，所述空氣入口用于將空氣一般軸向地引導到壓縮機葉輪中，所述壓縮機殼體進一步限定蝸殼，所述蝸殼用于接收從壓縮機葉輪一般徑向向外排出的壓縮空氣，所述空氣入口具有內(nèi)表面，所述內(nèi)表面的一部分限定滑動表面，所述滑動表面沿著下游軸向方向延伸軸向長度，所述滑動表面后面是錐形表面，所述錐形表面沿著下游軸向方向延伸軸向長度，所述錐形表面在下游軸向方向上直徑變得更??；
[0010]中心殼體，連接在壓縮機殼體和渦輪機殼體之間；以及
[0011 ]壓縮機入口調節(jié)機構，設置在壓縮機殼體的所述空氣入口中，并且可在打開位置和閉合位置之間沿滑動表面移動(通過不具有旋轉的軸向滑動或通過組合的軸向滑動和旋轉，諸如螺桿移動方式)以用于調節(jié)空氣流到壓縮機葉輪中的有效流動面積。
[0012]所述入口調節(jié)機構包括軸向延長環(huán)，所述環(huán)被布置成使得當入口調節(jié)機構處于打開位置時，所述環(huán)與所述空氣入口的錐形表面間隔開，從而使得在所述錐形表面和所述環(huán)之間存在環(huán)形通道用于空氣流通過，并且當入口調節(jié)機構處于閉合位置時，所述環(huán)緊靠所述錐形表面以消除所述環(huán)形通道。處于閉合位置的所述環(huán)沿下游方向基本延伸到壓縮機葉輪的入口導流器部分，使得在入口導流器部分的所述空氣入口的有效直徑(這里稱為dIS)由所述環(huán)的內(nèi)直徑確定。
[0013]所述壓縮機殼體另外限定流再循環(huán)系統(tǒng)，所述流再循環(huán)系統(tǒng)包括:泄放端口，泄放端口鄰接壓縮機葉輪的入口導流器部分定位以允許空氣穿過;再循環(huán)通道，與泄放端口連接并且從泄放端口向上游延伸；以及注射端口，從再循環(huán)通道通向位于入口導流器部分上游的所述空氣入口中?？諝饪梢匝厮隹諝馊肟诤腿肟趯Я髌鞑糠种g的任一方向流動通過再循環(huán)系統(tǒng)。
[0014]入口調節(jié)裝置的環(huán)被布置成使得在閉合位置時該環(huán)閉合注射端口，并且阻止空氣流通過再循環(huán)系統(tǒng)，并且在打開位置時，該環(huán)打開注射端口，以允許空氣流通過再循環(huán)系統(tǒng)。在低發(fā)動機速度(并且對應地在低壓縮機速度)，帶氣門的罩蓋是閉合的，并且有效入口直徑被減小，由此在壓縮機特性線圖上使壓縮機喘振線向左移位，并且提高低流量效率。
[0015]在高發(fā)動機速度(并且對應地在高壓縮機速度)，帶氣門的罩蓋是打開的，使得阻塞流線在壓縮機特性線圖上向右移位。
[0016]在一個實施例中，入口調節(jié)機構進一步包括支撐部分，支撐部分由多個沿圓周間隔的支柱連接到環(huán)。所述支撐部分具有徑向外表面，徑向外表面接合所述空氣入口的滑動表面，并且可沿著滑動表面軸向滑動。
[0017]在一個實施例中，空氣入口包括突起，該突起從入口的內(nèi)表面徑向向內(nèi)凸出，并且當入口調節(jié)機構處于閉合位置時，形成停止部供支撐部分緊靠。
[0018]支柱可以具有各種剖面形狀中的任一種，例如，在θ-ζ平面中的機翼形剖面形狀。這種支柱的數(shù)量以及它們的厚度可以依賴于具體情況的需要來選擇。在一個實施例中，存在三個沿圓周間隔開的支柱。
[0019]該環(huán)可以包括管狀壁，管狀壁具有各種剖面形狀中的任一種，例如，在r-z平面中的機翼形剖面形狀。
[0020]管狀壁具有軸向長度L，并且管狀壁的后邊緣在閉合位置時與壓縮機葉輪的入口導流器部分的前邊緣間隔開軸向距離S。管狀壁的長度與間隔距離S相比應當相對較大。[0021 ] 有利地，間隔距離S應當與實際可行的一樣小。例如，當S<8.5 (dis-dr)時，其中dr是環(huán)的后邊緣處的環(huán)的內(nèi)直徑，入口調節(jié)機構預期對喘振裕度具有有益效果，該益處在S變得更小時通常變得更大。
【附圖說明】
[0022]至此已經(jīng)概括地描述了本發(fā)明，現(xiàn)在將參考附圖，附圖不一定按照比例繪制，并且其中:
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的渦輪增壓機的透視圖，其中壓縮機殼體的一部分被切除以示出內(nèi)部細節(jié)；
[0024]圖2是圖1的渦輪增壓機的軸向剖視圖，其中入口調節(jié)機構處于閉合位置；<