專利名稱：壓縮機氣流偏轉(zhuǎn)器以及結(jié)合該偏轉(zhuǎn)器的壓縮機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃發(fā)動機的渦輪增壓器，并且更具體地涉及渦輪增壓器壓縮機，更具體而言涉及用于引導(dǎo)壓縮機氣流的偏轉(zhuǎn)器。
背景技術(shù)：
渦輪增壓器用于增加內(nèi)燃發(fā)動機的進氣壓力，并且正越來越多地用于增加內(nèi)燃發(fā)動機輸出，其具有更低的發(fā)動機排量和改善的燃料經(jīng)濟性。渦輪增壓器包括渦輪機葉輪和壓縮機葉輪，其通常安裝在同一軸上并設(shè)置在不同的殼體中。發(fā)動機排氣被引導(dǎo)通過渦輪機，在其中排氣驅(qū)動渦輪機葉輪，渦輪機葉輪通常包括具有葉片或翼片的葉輪片，該渦輪機葉輪直接或間接地聯(lián)接到壓縮機葉輪，該壓縮機葉輪也通常包括具有葉片或翼片的葉輪片。壓縮機葉輪吸入進氣，通常通過過濾系統(tǒng)并進入入口管道，在入口管道中進氣被抽吸通過葉片或翼片，被壓縮并提供到發(fā)動機的進氣端口或歧管。壓縮機葉輪以高的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)，包括在每分鐘100000至150000轉(zhuǎn)的范圍或更大的速度。為了提高壓縮機性能，為壓縮機入口增加了旁通端口。這些端口可以若干形式添加，包括作為有端口的護罩(shroud)。不具有旁通端口的壓縮機通常具有由壓縮機殼體限定的至壓縮機葉輪的單一入口。有端口的護罩旁通端口提供具有內(nèi)部部分和外部部分的壓縮機入口。有端口的護罩旁通端口壓縮機可具有殼體，該殼體類似于不具有端口的壓縮機的殼體，其中該殼體限定了壓縮機入口和出口，但其還具有與(內(nèi)部)入口壁分開的附加外壁。在這種構(gòu)造中，壓縮機葉輪安裝在壓縮機殼體的中間部分，在入口的內(nèi)壁內(nèi)，并且旁通端口由附加外壁限定，附加外壁繞壓縮機殼體的內(nèi)壁形成護罩。該內(nèi)壁延伸超過壓縮機葉輪，但最遠向外延伸不超過外壁。入口的旁通部分或旁通通道位于內(nèi)壁的外表面和外壁的內(nèi)表面之間。入口的主要部分或內(nèi)部部分包括中間通道，限定在內(nèi)壁的內(nèi)表面內(nèi)，并提供通向壓縮機葉輪的面的路徑。入口的內(nèi)部部分還具有一個或多個通道，限定在主入口和內(nèi)壁的內(nèi)表面之間，通過壁到達內(nèi)壁的外表面，其流體地連接入口的旁通部分和旁通端口。環(huán)形通道開放進入靠近壓縮機葉輪的翼片或葉片的內(nèi)壁的內(nèi)表面。旁通端口通過擴展其低質(zhì)量流量范圍和高質(zhì)量流量范圍的大小而增加壓縮機的操作范圍。低質(zhì)量流量范圍受到稱為“喘振”現(xiàn)象的限制，在“喘振”現(xiàn)象中，提供到壓縮機的空氣的體積超過系統(tǒng)需求，并且高質(zhì)量流量范圍受到稱為“阻塞”的現(xiàn)象的限制，在“阻塞”現(xiàn)象中，系統(tǒng)的空氣需求超過壓縮機的最大流率。與壓縮機葉輪連通的環(huán)形通道或端口作為旁路。在低質(zhì)量流量，在沒有旁通端口的情況下可能造成喘振情況，而旁通端口的存在允許從壓縮機葉輪流回到主入口，從而允許系統(tǒng)以最低質(zhì)量流量到達平衡。在高質(zhì)量流量， 在沒有旁通端口的情況下可能造成阻塞情況，而端口的存在允許額外的空氣被從主入口直接吸入旁通端口并供應(yīng)到壓縮機葉輪的葉片。由于擴展的操作范圍，構(gòu)造成帶有這種類型入口的壓縮機有時稱為“特性曲線寬度增強型”壓縮機。然而，使用旁通端口也增加了由壓縮機產(chǎn)生的噪聲，因為端口提供到達壓縮機葉輪的直接聲音路徑，因此提供了使壓縮機葉輪在高旋轉(zhuǎn)速度和質(zhì)量流量或壓力比率下產(chǎn)生的聲學(xué)噪聲(聲波)離開壓縮機殼體的途徑。渦輪機和壓縮機葉輪的這種高速旋轉(zhuǎn)造成渦輪機和壓縮機葉片產(chǎn)生高水平的噪聲，稱為葉片通頻噪聲，或有時非正式地稱為渦輪機嗚嗚聲。減少這種噪聲的一個方法是將環(huán)形內(nèi)部偏轉(zhuǎn)器放置在內(nèi)壁和外壁之間的旁通端口中，該環(huán)形內(nèi)部偏轉(zhuǎn)器正交地突出至端口內(nèi)并沿著端口軸向地延伸，從而形成空氣和聲波通過的“艱難的”路徑。另一種解決方案是向外壁的內(nèi)表面添加環(huán)形噪聲抑制環(huán)，該抑制環(huán)的內(nèi)徑小于旁通端口的內(nèi)徑(即，內(nèi)壁的外徑)，以便使聲音傳播的直線不在包括旁通端口的環(huán)形通道中。盡管這些特征對于降低與壓縮機在阻塞情況下的高速旋轉(zhuǎn)有關(guān)的噪聲有效，但是它們并沒有設(shè)計為或?qū)τ诳刂婆酝ǘ丝趦?nèi)的氣流有效，尤其是在這些流離開旁通通道進入主入口通道發(fā)生在喘振情況(即，壓縮機的低質(zhì)量流量操作)時。因此，希望控制通過旁通端口進入主壓縮機入口的氣流以及提供具有能夠提供這種控制的控制特征的壓縮機和渦輪增壓器。

發(fā)明內(nèi)容
在示例性實施例中，公開了一種用于渦輪增壓器的壓縮機。壓縮機包括壓縮機殼體，所述壓縮機殼體具有殼體壁，所述殼體壁包括具有內(nèi)壁的護罩，所述內(nèi)壁限定所述壓縮機的中間空氣通道，所述護罩限定與所述中間通道流體連通的壓縮機入口。壓縮機還包括入口管道，所述入口管道密封地設(shè)置在所述壓縮機入口上，所述入口管道包括構(gòu)造成將空氣提供給所述壓縮機入口和主空氣通道的管道空氣通道。壓縮機還包括壓縮機葉輪，所述壓縮機葉輪旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在所述護罩中，靠近所述內(nèi)壁并附接到被驅(qū)動軸，所述葉輪包括多個周向地隔開的軸向延伸的壓縮機葉片，所述壓縮機葉片從轂徑向地突出，所述葉片構(gòu)造成將空氣從所述入口管道吸入所述壓縮機入口，并由所述葉輪的旋轉(zhuǎn)而在所述中間空氣通道中產(chǎn)生軸向朝向壓縮機出口的主空氣流。另外，壓縮機包括旁通通道，所述旁通通道在所述主通道中的開口和所述壓縮機入口之間延伸，所述主通道中的開口位于所述壓縮機入口和靠近所述壓縮機葉片的壓縮機出口之間。另外，其包括偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器包括偏轉(zhuǎn)器表面，所述偏轉(zhuǎn)器表面構(gòu)造成引導(dǎo)所述旁通通道中的旁通空氣流，并且所述旁通空氣流在從所述主通道朝向所述壓縮機入口的方向流動，軸向和徑向向內(nèi)朝向所述壓縮機葉輪地進入所述壓縮機入口。在另一示例性實施例中，公開了一種軸環(huán)，其構(gòu)造成用于在入口管道和渦輪增壓器的壓縮機入口之間密封設(shè)置。軸環(huán)包括偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器包括偏轉(zhuǎn)器表面，所述偏轉(zhuǎn)器表面構(gòu)造成引導(dǎo)來自所述旁通通道的旁通空氣流，并且所述旁通空氣流在從所述壓縮機的所述主通道朝向所述壓縮機入口的方向流動，軸向和徑向向內(nèi)朝向壓縮機葉輪地進入所述壓縮機入口。在另一示例性實施例中，公開了一種入口管道，其構(gòu)造成用于密封設(shè)置到渦輪增壓器的壓縮機入口。入口管道包括偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器具有偏轉(zhuǎn)器表面，所述偏轉(zhuǎn)器表面構(gòu)造成引導(dǎo)來自所述旁通通道的旁通空氣流，并且所述旁通空氣流在從所述壓縮機的所述主通道朝向所述壓縮機入口的方向流動，軸向和徑向向內(nèi)朝向所述壓縮機葉輪地進入所述壓縮機入口。在又一示例性實施例中，公開了一種用于操作渦輪增壓器的壓縮機的方法。方法包括提供壓縮機，所述壓縮機具有旁通通道，所述旁通通道在所述壓縮機的主通道中的開口和所述壓縮機之間延伸，所述壓縮機的主通道中的開口位于所述壓縮機入口和靠近所述壓縮機葉片的壓縮機出口之間。方法還包括提供偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器包括偏轉(zhuǎn)器表面，所述偏轉(zhuǎn)器表面構(gòu)造成引導(dǎo)所述旁通通道內(nèi)的旁通空氣流，并且所述旁通空氣流在從所述主通道朝向所述壓縮機入口的方向流動，軸向和徑向向內(nèi)朝向所述壓縮機葉輪地進入所述壓縮機入口。該方法還包括在喘振情況下操作所述壓縮機，以產(chǎn)生旁通空氣流，其中，所述旁通空氣流軸向和徑向向內(nèi)朝向所述壓縮機葉輪地流入所述壓縮機入口。此外，本發(fā)明還涉及以下技術(shù)方案。1. 一種用于渦輪增壓器的壓縮機，包括壓縮機殼體，所述壓縮機殼體具有殼體壁，所述殼體壁包括具有內(nèi)壁的護罩，所述內(nèi)壁限定所述壓縮機的中間空氣通道，所述護罩限定與所述中間通道流體連通的壓縮機入 Π ；入口管道，所述入口管道密封地設(shè)置在所述壓縮機入口上，所述入口管道包括構(gòu)造成將空氣提供給所述壓縮機入口和主空氣通道的管道空氣通道；壓縮機葉輪，所述壓縮機葉輪旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在所述護罩中，靠近所述內(nèi)壁并附接到被驅(qū)動軸，所述葉輪包括多個周向地隔開的軸向延伸的壓縮機葉片，所述壓縮機葉片從轂徑向地突出，所述葉片構(gòu)造成將空氣從所述入口管道吸入所述壓縮機入口，并由所述葉輪的旋轉(zhuǎn)而在所述中間空氣通道中產(chǎn)生軸向朝向壓縮機出口的主空氣流；旁通通道，所述旁通通道在所述主通道中的開口和所述壓縮機入口之間延伸，所述主通道中的開口位于所述壓縮機入口和靠近所述壓縮機葉片的壓縮機出口之間；以及偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器包括偏轉(zhuǎn)器表面，所述偏轉(zhuǎn)器表面構(gòu)造成引導(dǎo)所述旁通通道中的旁通空氣流，并且所述旁通空氣流在從所述主通道朝向所述壓縮機入口的方向流動， 軸向和徑向向內(nèi)朝向所述壓縮機葉輪地進入所述壓縮機入口。2.如技術(shù)方案1所述的壓縮機，其中，所述偏轉(zhuǎn)器表面設(shè)置為靠近所述護罩的內(nèi)表面以限定所述旁通通道的出口部分。3.如技術(shù)方案2所述的壓縮機，其中，所述旁通通道的出口部分的寬度是在所述旁通空氣流的方向上收縮的、擴張的或者基本均勻之一。4.如技術(shù)方案2所述的壓縮機，其中，所述護罩的內(nèi)表面和所述偏轉(zhuǎn)器表面中的至少一個是弓形或直線形中的一個。5.如技術(shù)方案1所述的壓縮機，其中，所述偏轉(zhuǎn)器包括軸向和徑向向內(nèi)朝向所述壓縮機葉輪延伸的偏轉(zhuǎn)器臂。6.如技術(shù)方案1所述的壓縮機，其中，所述偏轉(zhuǎn)器設(shè)置在所述入口管道中。7.如技術(shù)方案6所述的壓縮機，其中，所述偏轉(zhuǎn)器包括所述入口管道的一體部分。8.如技術(shù)方案6所述的壓縮機，其中，所述偏轉(zhuǎn)器包括設(shè)置在所述入口管道中的插入件。9.如技術(shù)方案1所述的壓縮機，其中，所述偏轉(zhuǎn)器設(shè)置在所述壓縮機殼體中。10.如技術(shù)方案9所述的壓縮機，其中，所述偏轉(zhuǎn)器包括所述壓縮機殼體的一體部分。11.如技術(shù)方案9所述的壓縮機，其中，所述偏轉(zhuǎn)器包括設(shè)置在所述壓縮機殼體中的插入件。12.如技術(shù)方案1所述的壓縮機，其中，所述壓縮機還包括軸環(huán)，所述軸環(huán)密封地設(shè)置在所述壓縮機入口和所述入口管道之間，其中，所述偏轉(zhuǎn)器設(shè)置在所述軸環(huán)中。13.如技術(shù)方案1所述的壓縮機，其中，所述偏轉(zhuǎn)器包括軸向和徑向向內(nèi)朝向所述壓縮機葉輪延伸的偏轉(zhuǎn)器臂。14.如技術(shù)方案1所述的壓縮機，其中，所述偏轉(zhuǎn)器表面包括形成在所述偏轉(zhuǎn)器表面中的外圍延伸的凹槽。15.如技術(shù)方案1所述的壓縮機，其中，所述偏轉(zhuǎn)器表面包括形成在所述偏轉(zhuǎn)器表面中的多個周向延伸的凹槽。16.如技術(shù)方案15所述的壓縮機，其中，所述凹槽具有弓形或截錐形或其組合的凹槽輪廓。17.如技術(shù)方案16所述的壓縮機，其中，所述偏轉(zhuǎn)器包括軸向和徑向向內(nèi)朝向所述壓縮機葉輪延伸的偏轉(zhuǎn)器臂，并且所述凹槽設(shè)置成靠近所述偏轉(zhuǎn)器臂的端部。18. 一種軸環(huán)，構(gòu)造成用于入口管道和渦輪增壓器的壓縮機入口之間的密封設(shè)置， 所述軸環(huán)包括偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器具有偏轉(zhuǎn)器表面，所述偏轉(zhuǎn)器表面構(gòu)造成引導(dǎo)來自旁通通道的旁通空氣流，并且所述旁通空氣流在從所述壓縮機的主通道朝向所述壓縮機入口的方向上流動，并軸向和徑向向內(nèi)朝向壓縮機葉輪地進入壓縮機入口中。19. 一種入口管道，構(gòu)造成用于密封地設(shè)置到渦輪增壓器的壓縮機入口，所述入口管道包括偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器具有偏轉(zhuǎn)器表面，所述偏轉(zhuǎn)器表面構(gòu)造成引導(dǎo)來自旁通通道的旁通空氣流，并且所述旁通空氣流在從所述壓縮機的主通道朝向所述壓縮機入口的方向上流動，并軸向和徑向向內(nèi)朝向壓縮機葉輪地進入壓縮機入口中。20. 一種操作渦輪增壓器的壓縮機的方法，包括提供壓縮機，所述壓縮機具有旁通通道，所述旁通通道在所述壓縮機的主通道中的開口和所述壓縮機之間延伸，所述壓縮機的主通道中的開口位于所述壓縮機入口和靠近所述壓縮機葉片的壓縮機出口之間；提供偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器包括偏轉(zhuǎn)器表面，所述偏轉(zhuǎn)器表面構(gòu)造成引導(dǎo)所述旁通通道中的旁通空氣流，并且所述旁通空氣流在從所述主通道朝向所述壓縮機入口的方向流動，軸向和徑向向內(nèi)朝向所述壓縮機葉輪地進入所述壓縮機入口 ；以及在喘振情況下操作所述壓縮機，以產(chǎn)生旁通空氣流，其中，所述旁通空氣流軸向和徑向向內(nèi)朝向所述壓縮機葉輪地流入所述壓縮機入口。上述特征和優(yōu)點以及本發(fā)明其它的特征和優(yōu)點將根據(jù)以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行的詳細(xì)說明而變得清楚。


在下面對實施例的詳細(xì)說明中，僅通過舉例的方式來說明其它目的、特征、優(yōu)點和內(nèi)容，詳細(xì)說明參考附圖，其中圖1是相關(guān)領(lǐng)域的入口管道的橫截面圖，該入口管道流體地聯(lián)接到如本文所述的有端口的渦輪增壓器；圖2是偏轉(zhuǎn)器軸環(huán)、旁通端口壓縮機和渦輪增壓器的示例性實施例的示意圖，具有如本文所公開的旁通偏轉(zhuǎn)器；圖3是圖2的壓縮機和偏轉(zhuǎn)器軸環(huán)的橫截面圖；圖4是圖3的區(qū)域4的放大橫截面圖；圖5是入口管道、流偏轉(zhuǎn)器軸環(huán)、旁通端口壓縮機和渦輪增壓器的第二示例性實施例的橫截面圖，具有如本文所公開的旁通偏轉(zhuǎn)器；圖6是入口管道、旁通端口壓縮機和渦輪增壓器的第三示例性實施例的橫截面圖，具有如本文所公開的旁通偏轉(zhuǎn)器；圖7是入口管道、旁通端口壓縮機和渦輪增壓器的第四示例性實施例的橫截面圖，具有如本文所公開的旁通偏轉(zhuǎn)器；圖8是入口管道、旁通端口壓縮機和渦輪增壓器的第五示例性實施例的橫截面圖，具有如本文所公開的旁通偏轉(zhuǎn)器；圖9是入口管道、旁通端口壓縮機和渦輪增壓器的第六示例性實施例的橫截面圖，具有如本文所公開的旁通偏轉(zhuǎn)器；以及圖10A-10D各示出了設(shè)置在偏轉(zhuǎn)器臂和偏轉(zhuǎn)器表面中的外圍延伸槽的橫截面輪廓。
具體實施例方式參照圖1，在喘振情況下，當(dāng)操作附接到入口管道50'的旁通端口壓縮機10'時發(fā)生的喘振旁通空氣流Fb可能造成不期望的壓縮機10'和渦輪增壓器5'的性能，包括不期望的噪聲、振動、聲振粗糙度(NVH)性能以及降低的渦輪增壓器5'的效率。這是由于喘振旁通空氣流Fb從入口管道50'通過主入口 24'進入壓縮機10'時對主空氣流Fm的擾動引起的。在不對進入主空氣流Fm的喘振旁通空氣流Fb進行控制的情況下所得到的作為入口管道50'內(nèi)的位置的函數(shù)的速度向量形式的空氣流圖案包括本文所述的一個或多個空氣流擾動100'。由于使用本文所述的環(huán)形內(nèi)部偏轉(zhuǎn)器和環(huán)形噪聲抑制環(huán)(它們已經(jīng)用于在阻塞情況下降低噪聲)所導(dǎo)致的壓縮機進入空氣流也造成本文所述的空氣流擾動 100 ‘，因為這種特征允許喘振旁通空氣流Fb被弓I導(dǎo)進入大致與主流Fm正交的壓縮機10 ‘ 的主入口 24'，或者甚至軸向地和徑向地離開壓縮機葉輪40'并且大致與主流？111相反。所得到的空氣流擾動100'或擾亂包括造成再循環(huán)流或渦旋或入口壓力的其它局部空氣流擾亂，以及在入口管道50'或主入口 24'內(nèi)的不同位置造成主空氣流Fm的流方向或速度或此兩者的擾亂。這些空氣流擾亂100'限制了或者更具體地說是約束了主流Fm進入壓縮機入口 24'的部分，該壓縮機入口 24'的部分由這些擾亂有效地阻擋，從而降低了壓縮機的整體效率和因此渦輪增壓器和其聯(lián)接到的發(fā)動機的整體效率，包括燃料和性能效率。如注意到的，它們還可能造成不期望的NVH情況和性能。這些性能限制可以通過如本文所公開地控制喘振旁通空氣流Fb及其與主空氣流Fm之間的相互作用而得到降低或消除。參考圖2-圖9，提供了具有旁通端口或有端口的護罩壓縮機10的渦輪增壓器5的示例性實施例。壓縮機10具有壓縮機殼體20，帶有限定了主壓縮機入口 24的外壁22。主壓縮機入口 24具有外部部分26和內(nèi)部部分28。外部部分26大致由壓縮機殼體20的外壁22限定。外壁22具有內(nèi)表面30。壓縮機殼體20還限定壓縮機出口 32。護罩34在壓縮機殼體20的外壁22內(nèi)，由壓縮機內(nèi)壁36限定。內(nèi)壁36具有內(nèi)表面38和外表面39。在示例性實施例中，由殼體限定的外壁22是柱形的，并且護罩34由與外壁22同心的柱形內(nèi)壁36限定。壓縮機葉輪40在護罩34內(nèi)可旋轉(zhuǎn)地安裝在由渦輪機葉輪44 (圖2)驅(qū)動的可旋轉(zhuǎn)的軸42上。在一個實施例中，壓縮機葉輪40包括多個周向隔開的翼片或葉片46，這些翼片或葉片沿著轂48軸向延伸并且從轂48徑向突出或伸出。壓縮機葉輪40布置為使得護罩 34的內(nèi)表面38臨近壓縮機葉輪40的葉片46?？尚D(zhuǎn)的壓縮機葉輪40聯(lián)接到可旋轉(zhuǎn)的軸 42，該軸42聯(lián)接到可旋轉(zhuǎn)的渦輪機葉輪44。隨著來自內(nèi)燃發(fā)動機(未示出)的排氣驅(qū)動渦輪機葉輪44，轉(zhuǎn)動能通過軸42傳遞到壓縮機葉輪40。隨著壓縮機葉輪40轉(zhuǎn)動，其將空氣從入口管道50吸入壓縮機10并通過壓縮機葉輪40的葉片或翼片46，在葉片或翼片處，葉片對空氣流的作用導(dǎo)致的葉輪的旋轉(zhuǎn)運動壓縮空氣，從而增加或增強壓力并使得加壓空氣通過壓縮機出口 32離開。入口管道50包括管道空氣通道，其構(gòu)造成將空氣58供應(yīng)到主壓縮機入口 24。護罩34的內(nèi)壁36限定中間通道52，該中間通道52與主壓縮機入口 24和壓縮機出口 32流體連通。環(huán)形旁通通道54限定在內(nèi)壁36的外表面39和外壁22的內(nèi)表面30之間。中間通道52和環(huán)形旁通通道54形成主入口 24的內(nèi)部部分28。至少一個端口或旁路 56延伸通過內(nèi)壁36，允許環(huán)形旁通通道54和壓縮機葉輪40的葉片46之間的連通。在一個示例性實施例中，端口或旁路56可包括一系列通過內(nèi)壁36的孔。然而，也可以使用形成為允許流通過內(nèi)壁36的槽或其它通道?？諝?8通過入口 24的外部部分26進入壓縮機。然后，空氣通過中間通道52，以空氣流FmW形式進入壓縮機葉輪40，并到達出口 32。在低質(zhì)量流量(壓縮機特性曲線的喘振側(cè))60中，當(dāng)進入壓縮機10的空氣58的體積超過壓縮機10的需求時，空氣58也通過端口 56離開壓縮機葉輪40，并且作為空氣流Fb通過環(huán)形旁通通道54流回到主入口 24的外部部分26，在外部部分26空氣流Fb再次進入中間通道52，如圖2-圖9總體所示。該旁通作用允許壓縮機10達到平衡狀態(tài)。在阻塞情況(未示出)中，壓縮機10的需求超過進入壓縮機10的空氣58的體積， 與喘振情況60中的空氣流相比，發(fā)生相反的情況，空氣58通過主入口 24的外部部分26進入壓縮機10，其中一部分通過中間通道52并進入壓縮機葉輪40，另一部分通過環(huán)形旁通通道54并直接進入壓縮機葉輪40的翼片46，然后這兩部分都到達出口 32。該旁通作用允許更多的空氣流進入壓縮機葉輪40以及更高的壓縮機10的效率。參照圖2-圖9，喘振旁通空氣流Fb及其與主空氣流Fm的相互作用可以通過結(jié)合空氣流偏轉(zhuǎn)器70來控制?？諝饬髌D(zhuǎn)器70構(gòu)造成控制空氣流Fb的方向或大小或此兩者以及其與主空氣流Fm的相互作用。偏轉(zhuǎn)器70的偏轉(zhuǎn)器端部71可以放置得比內(nèi)壁36的上邊緣或端部72更低(S卩，下游)，使得差異距離(d)大于等于零，使得從環(huán)形旁通通道54進入主入口通道或中間入口通道52的環(huán)形喘振空氣流Fb的方向具有一速度向量，該速度向量具有徑向和軸向向內(nèi)地朝向壓縮機葉輪40定向的銳角流角度(α )，并優(yōu)選地該流角度盡可能地接近主空氣流？_ 的方向，諸如大約60度的流角度。通過這樣放置偏轉(zhuǎn)器端部71， 避免了流角度為零或小于零，并避免了流角度定向為橫跨(例如，垂直于)或進入(以負(fù)的流角度α)主流Fm方向，或者離開壓縮機葉輪，從而消除了主流FmW擾動。避免了 Fm的擾動將避免如上所述的空氣流/壓力擾動100'，以及與這些擾動相關(guān)聯(lián)的噪聲的產(chǎn)生，并如上所述地改善渦輪增壓器5和發(fā)動機(未示出)的整體效率。最優(yōu)流角度α可能根據(jù)壓縮機10、護罩34的設(shè)計以及其它因素而改變，然而，如上所述，期望喘振旁通空氣流Fb定向為徑向和軸向向內(nèi)地朝向入口或渦輪機葉輪40的內(nèi)表面38。參照圖2-圖9，為了獲得期望的流角度α，期望偏轉(zhuǎn)器70具有一偏轉(zhuǎn)器表面74， 該表面74徑向向內(nèi)并軸向朝向壓縮機葉輪延伸，并與內(nèi)壁36的內(nèi)表面38相對。偏轉(zhuǎn)器表面74和內(nèi)表面38限定旁通通道54的出口部分76，該出口部分76按照如上所述的方向引導(dǎo)旁通喘振流Fb?？傮w而言，偏轉(zhuǎn)器表面74的形狀將選擇為將旁通喘振流Fb如上所述地向內(nèi)朝向壓縮機葉輪40引導(dǎo)。偏轉(zhuǎn)器表面74和內(nèi)表面38可具有提供旁通喘振流Fb的期望方向的任何適當(dāng)?shù)男螤?。例如，兩者都可包括平坦平面的表面或截錐形表面(圖6)。還從圖6示出，在一個示例性實施例中，偏轉(zhuǎn)器表面74可定向為向內(nèi)朝向內(nèi)表面38以限定收縮的出口部分76，該出口部分76的寬度在旁通空氣流Fb的方向上是收縮或減小的。在另一示例性實施例中，平坦平面的偏轉(zhuǎn)器表面74'可以定向為基本平行于平坦平面的內(nèi)表面 38，如圖6的虛線所示，以限定基本均勻的出口部分76，其具有沿著其長度的基本均勻的寬度。在又一示例性實施例中，平坦平面的偏轉(zhuǎn)器表面74"還可以定向為從平坦平面的內(nèi)表面38向外，以限定擴張的出口部分76，其具有在旁通空氣流Fb的方向上擴張或增加的寬度，也如圖6的虛線所示，只要維持旁通喘振流Fb的軸向和徑向向內(nèi)的方向即可，如本文所述。在其它示例性實施例中，偏轉(zhuǎn)器表面74和內(nèi)表面38中的一個或兩個可具有曲線的或弓形的形狀，如圖5所示，在圖5中，這兩個表面都具有弓形形狀，或者在圖3中，只有內(nèi)表面38具有曲線的形狀，而偏轉(zhuǎn)器表面74具有平坦平面的形狀。類似地，偏轉(zhuǎn)器表面74 與內(nèi)表面38相比可具有更小的彎曲角度、相同的彎曲角度或更大的彎曲角度，以便分別向內(nèi)朝向內(nèi)表面38傾斜、平行于內(nèi)表面38或向外離開內(nèi)表面38傾斜。如將意識到的，偏轉(zhuǎn)器表面74或內(nèi)表面38還可包括平坦平面和弓形表面段的組合，任意組合或其它形狀，只要本文所述的旁通喘振流Fb的方向維持在旁通通道54的出口部分76中即可。最優(yōu)實施例將不僅基于壓縮機級的特定設(shè)計，也將基于由封裝所施加的幾何約束及其它因素。旁通通道54的出口部分76可具有由偏轉(zhuǎn)器表面74或內(nèi)表面38的組合限定的任何適當(dāng)形狀，只要旁通喘振流Fb的方向徑向和軸向向內(nèi)朝向壓縮機葉輪40進入中間通道 52即可。偏轉(zhuǎn)器表面74與內(nèi)表面38的相對關(guān)系限定了旁通通道54的出口部分76并提供了如圖4所示的帶有長度(1)和寬度(w)的出口部分76。在一個示例性實施例中，出口部分76具有至少大約5mm的長度和大約3mm的寬度。這些尺寸可以與偏轉(zhuǎn)器表面74或內(nèi)表面38的形狀和定向一起選擇以確保在喘振旁通空氣流Fb流路徑上不產(chǎn)生限制，該限制可能導(dǎo)致在操作的低質(zhì)量流量(喘振)或高質(zhì)量流量(阻塞)部分的有端口護罩的特性曲線寬度增加特征的有效性降低。另外，這些幾何特性的不適當(dāng)?shù)倪x擇還可能造成壓縮機效率或整體渦輪增壓器效率的降低。如圖2-圖9所示，在示例性實施例中，偏轉(zhuǎn)器70的偏轉(zhuǎn)器表面74可包括徑向和軸向向內(nèi)突出的臂78的表面。在圖5的示例性實施例中，偏轉(zhuǎn)器70的偏轉(zhuǎn)器表面74可包括偏轉(zhuǎn)器軸環(huán)80的徑向和軸向向內(nèi)突出的臂78的表面，其構(gòu)造成將入口管道50連接到壓縮機殼體60。偏轉(zhuǎn)器軸環(huán)80可利用適當(dāng)?shù)目刹疬B接器分別可拆除地和密封地連接到入口管道50和壓縮機殼體60，可拆連接器諸如V型夾82和84。偏轉(zhuǎn)器軸環(huán)80可由任何適當(dāng)材料形成，包括各種金屬、陶瓷、工程塑料或復(fù)合材料。在示例性實施例中，偏轉(zhuǎn)器軸環(huán)80 包括模制熱塑性或熱固性材料，其適合于在壓縮機殼體的操作溫度使用，壓縮機殼體的操作溫度可能從大約100°C到大約250°C?；蛘?，偏轉(zhuǎn)器表面74可結(jié)合到偏轉(zhuǎn)器軸環(huán)80和/ 或入口管道50的側(cè)壁86中，如虛線所示，而不是作為如圖5所示的單個的偏轉(zhuǎn)器臂78。在圖6的示例性實施例中，偏轉(zhuǎn)器70的偏轉(zhuǎn)器表面74可包括徑向和軸向向內(nèi)突出的臂78的表面，該臂78 一體地形成到入口管道50中并包括入口管道50的一體的部分。 入口管道50可以通過適當(dāng)?shù)目刹疬B接器(諸如V型夾82)可拆卸地以及密封地連接到壓縮機殼體60。入口管道50可由任何適當(dāng)材料形成，包括各種金屬、陶瓷、工程塑料或復(fù)合材料，或它們的組合。或者，偏轉(zhuǎn)器表面74可結(jié)合到入口管道50的側(cè)壁86，如虛線所示，而不是作為如圖6所示的單個的臂78。在圖7的示例性實施例中，偏轉(zhuǎn)器70的偏轉(zhuǎn)器表面74可包括徑向和軸向向內(nèi)突出的臂78的表面，該臂78 —體地形成到壓縮機殼體60。壓縮機殼體60和偏轉(zhuǎn)器70可以形成為使得入口管道50可以通過適當(dāng)?shù)目刹疬B接器(諸如V型夾82)可拆卸地以及密封地連接到壓縮機殼體60的位于偏轉(zhuǎn)器70附近。入口管道50可由任何適當(dāng)材料形成，包括各種金屬、陶瓷、工程塑料或復(fù)合材料，或它們的組合。偏轉(zhuǎn)器70可通過將該特征鑄造到殼體中而一體地形成到壓縮機殼體60中。在圖8的示例性實施例中，偏轉(zhuǎn)器70的偏轉(zhuǎn)器表面74可包括徑向和軸向向內(nèi)突出的臂78的表面，該臂78形成為單獨的偏轉(zhuǎn)器插入件90，諸如金屬偏轉(zhuǎn)器插入件92，其構(gòu)造成設(shè)置在靠近旁通通道54的殼體60的壓縮機入口 52中。徑向和軸向向內(nèi)突出的臂78 還可包括逐漸變細(xì)的或截錐形的柱體，其具有圓形橫截面形狀和圓周。偏轉(zhuǎn)器插入件90可適于與形成在外壁22內(nèi)的槽93干涉配合?；蛘撸D(zhuǎn)器插入件90還可包括彈簧偏置部件 (未示出)以將偏轉(zhuǎn)器插入件90設(shè)置為靠近旁通通道54和壓縮機入口 52。還或者，偏轉(zhuǎn)器插入件90可如以上所述通過焊接而設(shè)置。壓縮機殼體60和偏轉(zhuǎn)器70可以形成為使得入口管道50可以通過適當(dāng)?shù)目刹疬B接器(諸如V型夾82)可拆卸地以及密封地連接到壓縮機殼體60的位于偏轉(zhuǎn)器70附近。偏轉(zhuǎn)器插入件90和入口管道50可由任何適當(dāng)材料形成，包括各種金屬、陶瓷、工程塑料或復(fù)合材料，或它們的組合。在圖9的示例性實施例中，偏轉(zhuǎn)器70的偏轉(zhuǎn)器表面74可包括徑向和軸向向內(nèi)突出的臂78的表面，該臂78形成為設(shè)置在單獨的偏轉(zhuǎn)器軸環(huán)80或入口管道50中的偏轉(zhuǎn)器插入件94，諸如塑料偏轉(zhuǎn)器插入件96，其構(gòu)造成設(shè)置在偏轉(zhuǎn)器軸環(huán)40或入口管道50中的一個中，靠近旁通通道54。偏轉(zhuǎn)器插入件94可如上所述通過任何適當(dāng)附接機構(gòu)而設(shè)置。偏轉(zhuǎn)器插入件94可適于與這些位置干涉配合，包括與形成在外壁22內(nèi)的槽(未示出)干涉配合?；蛘撸D(zhuǎn)器插入件94還可通過適當(dāng)?shù)恼掣讲牧?未示出)或通過使用各種緊固件結(jié)合在這些位置中，諸如各種形式的螺紋緊固件或咬配合緊固件或使用其組合。壓縮機殼體60和偏轉(zhuǎn)器70可以形成為使得偏轉(zhuǎn)器所附接到的偏轉(zhuǎn)器軸環(huán)80的插入件或入口管道 50可以通過適當(dāng)?shù)目刹疬B接器(諸如V型夾82)可拆卸地以及密封地連接到壓縮機殼體 60的位于偏轉(zhuǎn)器70附近。偏轉(zhuǎn)器插入件94和偏轉(zhuǎn)器軸環(huán)80或入口管道50可由任何適當(dāng)材料形成，包括各種金屬、陶瓷、工程塑料或復(fù)合材料，或它們的組合。偏轉(zhuǎn)器70的各種實施例在其結(jié)合到各種入口管道50和渦輪增壓器5以及壓縮機10的設(shè)計(包括新設(shè)計的組合以及已經(jīng)被制造和當(dāng)前在使用的現(xiàn)有設(shè)計)方面提供了很大的靈活性。例如，新設(shè)計的渦輪增壓器5和壓縮機10以及入口管道50可以使用這些構(gòu)件及其相關(guān)聯(lián)的空氣流的計算流體動力學(xué)(CFD)模型來設(shè)計以便結(jié)合偏轉(zhuǎn)器70，該偏轉(zhuǎn)器 70將流擾動100'降低到預(yù)先確定的水平，優(yōu)選是使流擾動100'被消除。然后，偏轉(zhuǎn)器70 可結(jié)合到壓縮機殼體60的鑄件中，以最小化與該特征相關(guān)聯(lián)的成本。或者，為了維持設(shè)計的靈活性，在新設(shè)計的渦輪增壓器5和入口管道50中，偏轉(zhuǎn)器70可結(jié)合到偏轉(zhuǎn)器軸環(huán)40， 或作為偏轉(zhuǎn)器插入件90或作為偏轉(zhuǎn)器插入件94，如本文所述。以這些方式之一結(jié)合偏轉(zhuǎn)器 70能夠在渦輪增壓器5/壓縮機10和入口管道50的特定的組合的設(shè)計壽命期間相對容易且低成本地改變偏轉(zhuǎn)器70的設(shè)計。如上所述地將偏轉(zhuǎn)器70結(jié)合為偏轉(zhuǎn)器軸環(huán)40，或作為偏轉(zhuǎn)器插入件90或作為偏轉(zhuǎn)器插入件94還使得能夠在之前制造時沒有偏轉(zhuǎn)器的渦輪增壓器5/壓縮機10和入口管道50的設(shè)計中使用偏轉(zhuǎn)器70。例如，之前設(shè)計和制造的旁通端口渦輪增壓器5/壓縮機10和入口管道50可以使用CFD模型來建模來估計結(jié)合偏轉(zhuǎn)器70的優(yōu)點，其將存在于沒有偏轉(zhuǎn)器的設(shè)計中的流擾動100'降低到預(yù)先確定的水平，優(yōu)選地消除該流擾動100'。在汽車應(yīng)用中，偏轉(zhuǎn)器70可用于各種原始設(shè)備制造商(OEM)和零部件市場應(yīng)用。偏轉(zhuǎn)器，不論是徑向和軸向向內(nèi)突出的臂78或側(cè)壁86的形式，都可完全地或部分地如本文所述繞旁通通道54周向地延伸。偏轉(zhuǎn)器70還可以包括一個或多個小孔88 (例如， 圖4)，小孔88可延伸通過徑向和軸向向內(nèi)突出的臂78或側(cè)壁86，使得偏轉(zhuǎn)器70不僅能夠偏轉(zhuǎn)所有或一部分喘振旁通流Fb，而且能夠使一部分喘振旁通流或阻塞旁通流(在與進入旁通通道54的相反方向上流動)擴散通過這些結(jié)構(gòu)進入主入口 24。偏轉(zhuǎn)器表面74或內(nèi)表面38或這兩者可以被構(gòu)造為改變旁通通道54中的旁通喘振流Fb，尤其是出口部分76內(nèi)的旁通喘振流Fb。這包括添加特征以改變通過它們的旁通喘振流Fb的阻力，包括降低出口部分76內(nèi)的旁通喘振流Fb的阻力。在一個示例性實施例中，偏轉(zhuǎn)器表面74可構(gòu)造成包括一個或多個外圍延伸的凹槽81。凹槽81可具有任何適當(dāng)?shù)陌疾坌螤詈统叽?，包括各種截錐形(圖IOA和10B)以及弓形或曲線的凹槽形狀(圖IOC 和10D)。凹槽81還可以是圓形凹槽并繞偏轉(zhuǎn)器表面74以隔開的布置周向延伸。不由理論限制，凹槽可造成旁通喘振流Fb的表面部分83沿著偏轉(zhuǎn)器表面74旋流，形成渦旋85或渦流，其降低旁通喘振流Fb通過出口部分76時對主要部分87的阻力，如圖10A-10D所示。結(jié)合偏轉(zhuǎn)器74能夠有效地在壓縮機10和渦輪增壓器5的所有速度和負(fù)載情況下降低由于旁通端口 56和從壓縮機葉輪40的直接聲路徑的存在而由壓縮機10產(chǎn)生的葉片通頻噪聲，或渦輪機嗚嗚噪聲。偏轉(zhuǎn)器74可被設(shè)計為提供在預(yù)先確定的頻率譜上的葉片通頻噪聲降低。在示例性實施例中，偏轉(zhuǎn)器74能夠有效地降低在約400至約4000Hz的預(yù)先確定的頻譜中所產(chǎn)生的噪聲。在另一示例性實施例中，偏轉(zhuǎn)器74能夠有效地降低在約400 至約1700Hz的預(yù)先確定的頻譜中所產(chǎn)生的噪聲。已參照示例性實施例對本發(fā)明進行了描述，可被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的是，在不脫離本發(fā)明的保護范圍情況下，還可做出各種改變和將上述實施例中的各個零部件用等同物進行替換。另外，在本發(fā)明的教導(dǎo)下，可做許多變形以適應(yīng)特殊情境或材料，這些都不會脫離本發(fā)明的基本范圍。因此，應(yīng)該理解的是，本發(fā)明并不局限于所公開的具體實施例，而是，本發(fā)明將包括落入本申請保護范圍內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪增壓器的壓縮機，包括壓縮機殼體，所述壓縮機殼體具有殼體壁，所述殼體壁包括具有內(nèi)壁的護罩，所述內(nèi)壁限定所述壓縮機的中間空氣通道，所述護罩限定與所述中間通道流體連通的壓縮機入口 ；入口管道，所述入口管道密封地設(shè)置在所述壓縮機入口上，所述入口管道包括構(gòu)造成將空氣提供給所述壓縮機入口和主空氣通道的管道空氣通道；壓縮機葉輪，所述壓縮機葉輪旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在所述護罩中，靠近所述內(nèi)壁并附接到被驅(qū)動軸，所述葉輪包括多個周向地隔開的軸向延伸的壓縮機葉片，所述壓縮機葉片從轂徑向地突出，所述葉片構(gòu)造成將空氣從所述入口管道吸入所述壓縮機入口，并由所述葉輪的旋轉(zhuǎn)而在所述中間空氣通道中產(chǎn)生軸向朝向壓縮機出口的主空氣流；旁通通道，所述旁通通道在所述主通道中的開口和所述壓縮機入口之間延伸，所述主通道中的開口位于所述壓縮機入口和靠近所述壓縮機葉片的壓縮機出口之間；以及偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器包括偏轉(zhuǎn)器表面，所述偏轉(zhuǎn)器表面構(gòu)造成引導(dǎo)所述旁通通道中的旁通空氣流，并且所述旁通空氣流在從所述主通道朝向所述壓縮機入口的方向流動，軸向和徑向向內(nèi)朝向所述壓縮機葉輪地進入所述壓縮機入口。
2.如權(quán)利要求1所述的壓縮機，其中，所述偏轉(zhuǎn)器表面設(shè)置為靠近所述護罩的內(nèi)表面以限定所述旁通通道的出口部分。
3.如權(quán)利要求1所述的壓縮機，其中，所述偏轉(zhuǎn)器包括軸向和徑向向內(nèi)朝向所述壓縮機葉輪延伸的偏轉(zhuǎn)器臂。
4.如權(quán)利要求1所述的壓縮機，其中，所述偏轉(zhuǎn)器設(shè)置在所述入口管道中。
5.如權(quán)利要求1所述的壓縮機，其中，所述偏轉(zhuǎn)器設(shè)置在所述壓縮機殼體中。
6.如權(quán)利要求1所述的壓縮機，其中，所述壓縮機還包括軸環(huán)，所述軸環(huán)密封地設(shè)置在所述壓縮機入口和所述入口管道之間，其中，所述偏轉(zhuǎn)器設(shè)置在所述軸環(huán)中。
7.如權(quán)利要求1所述的壓縮機，其中，所述偏轉(zhuǎn)器包括軸向和徑向向內(nèi)朝向所述壓縮機葉輪延伸的偏轉(zhuǎn)器臂。
8.—種軸環(huán)，構(gòu)造成用于入口管道和渦輪增壓器的壓縮機入口之間的密封設(shè)置，所述軸環(huán)包括偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器具有偏轉(zhuǎn)器表面，所述偏轉(zhuǎn)器表面構(gòu)造成引導(dǎo)來自旁通通道的旁通空氣流，并且所述旁通空氣流在從所述壓縮機的主通道朝向所述壓縮機入口的方向上流動，并軸向和徑向向內(nèi)朝向壓縮機葉輪地進入壓縮機入口中。
9.一種入口管道，構(gòu)造成用于密封地設(shè)置到渦輪增壓器的壓縮機入口，所述入口管道包括偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器具有偏轉(zhuǎn)器表面，所述偏轉(zhuǎn)器表面構(gòu)造成引導(dǎo)來自旁通通道的旁通空氣流，并且所述旁通空氣流在從所述壓縮機的主通道朝向所述壓縮機入口的方向上流動，并軸向和徑向向內(nèi)朝向壓縮機葉輪地進入壓縮機入口中。
10.一種操作渦輪增壓器的壓縮機的方法，包括提供壓縮機，所述壓縮機具有旁通通道，所述旁通通道在所述壓縮機的主通道中的開口和所述壓縮機之間延伸，所述壓縮機的主通道中的開口位于所述壓縮機入口和靠近所述壓縮機葉片的壓縮機出口之間；提供偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器包括偏轉(zhuǎn)器表面，所述偏轉(zhuǎn)器表面構(gòu)造成引導(dǎo)所述旁通通道中的旁通空氣流，并且所述旁通空氣流在從所述主通道朝向所述壓縮機入口的方向流動， 軸向和徑向向內(nèi)朝向所述壓縮機葉輪地進入所述壓縮機入口 ；以及2在喘振情況下操作所述壓縮機，以產(chǎn)生旁通空氣流，其中，所述旁通空氣流軸向和徑向向內(nèi)朝向所述壓縮機葉輪地流入所述壓縮機入口。
全文摘要
本發(fā)明涉及偏轉(zhuǎn)器。渦輪增壓器壓縮機包括壓縮機殼體，該壓縮機殼體具有殼體壁，該殼體壁包括護罩，該護罩限定中間空氣通道和與中間通道和入口管道流體連通的壓縮機入口。其還包括壓縮機葉輪，該壓縮機葉輪構(gòu)造成將空氣從入口管道吸入壓縮機入口并在中間空氣通道中產(chǎn)生軸向朝向壓縮機出口的主空氣流。壓縮機還包括旁通通道，所述旁通通道在所述主通道中的開口和所述壓縮機入口之間延伸，所述主通道中的開口位于所述壓縮機入口和靠近所述壓縮機葉片的壓縮機出口之間。壓縮機還包括偏轉(zhuǎn)器，所述偏轉(zhuǎn)器包括偏轉(zhuǎn)器表面，所述偏轉(zhuǎn)器表面構(gòu)造成在所述旁通通道中引導(dǎo)旁通空氣流，并且所述旁通空氣流在從所述主通道朝向所述壓縮機入口的方向流動，軸向和徑向向內(nèi)朝向所述壓縮機葉輪地進入所述壓縮機入口。
文檔編號F04D29/08GK102221016SQ20111011870
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月19日
發(fā)明者C·E·威廉斯, G·J·黑澤爾頓, K·辛赫, T·J·約翰遜, T·M·法雷爾 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司