具有叶片式压缩机入口再循环通路的涡轮增压器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种涡轮增压器，更具体地涉及一种具有叶片式压缩机入口再循环通路的涡轮增压器。
【背景技术】
[0002]诸如柴油发动机、汽油发动机和气态燃料动力发动机的内燃发动机被供给以空气和燃料的混合物以随后在产生机械动力输出的发动机内燃烧。为了增加由该燃烧过程产生的动力输出，发动机可配备有涡轮增压式进气系统。该涡轮增压式进气系统包括这样一种涡轮增压器，该涡轮增压器使用来自发动机的排气来压缩流入发动机中的空气，由此迫使比以其它方式吸入燃烧室中的发动机多的空气进入发动机的燃烧室。该增加的空气供给允许增加的燃料供给，从而带来增加的动力输出。涡轮增压发动机通常比不带涡轮增压的相同发动机产生更多的动力。
[0003]常规涡轮增压器包括压缩机壳体和居中地设置在该壳体内并由相连的涡轮叶轮驱动旋转的离心式压缩机叶轮。在一些应用中，涡轮增压器可包括位于压缩机叶轮入口的外周处的压缩机再循环通路。该再循环通路使压缩空气的一部分在特定的运行条件下再循环回到压缩机的入口中。空气的再循环在特定运行条件下可以有助于提高压缩机级稳定性和范围。
[0004]2005年9月20日公布的Svihla等人的美国专利US 6，945，748 (’748专利)中公开了用于压缩机的示例性再循环通路。具体地，’ 748专利描述了一种离心式压缩机，该离心式压缩机包括从与压缩机叶轮邻接的第一槽延伸到在通向压缩机叶轮的入口前面的第二槽的环形输入空气再循环通道。该再循环通道形成在再循环通道环与压缩机壳体之间。再循环通道环通过与壳体连接的径向支柱安装。再循环通道具有可提供空气动力学有效的空气流量的可变截面。
[0005]尽管’ 748的再循环通道对于一些应用而言可能是足够的，但它仍不会是最佳的。特别地，’ 748专利的再循环通道仍可能将不均匀、高旋流和被不良地引导的(空气)流引导回到压缩机的入口，这在不同运行条件下会带来较高的入射损失、较低的空气动力学性能以及边际的压缩机级稳定性和范围。
[0006]本发明的涡轮增压器解决了上述问题中的一个或多个问题和/或现有技术的其它问题。
【发明内容】
[0007]一方面，本发明涉及一种涡轮增压器。该涡轮增压器可包括至少部分地限定出压缩机外罩和涡轮外罩的壳体、设置在涡轮外罩内的涡轮叶轮、设置在压缩机外罩内的压缩机叶轮、和将涡轮叶轮连接到压缩机叶轮的轴。该涡轮增压器还可包括在位于压缩机叶轮的径向外侧的入口和位于压缩机叶轮的上游的出口之间延伸的环形再循环通路和至少部分地构成该再循环通路的大致环形的毂。该毂可具有外表面。该涡轮增压器还可包括围绕外表面周向地设置的多个第一叶片和围绕外表面周向地设置的多个第二叶片。第二叶片可比第一叶片短。
[0008]另一方面，本发明涉及一种用于涡轮增压器的压缩机再循环环形件。该再循环环形件可包括具有外表面的大致环形的毂。该再循环环形件还可包括围绕外表面周向地设置的多个第一叶片和围绕外表面周向地设置的多个第二叶片。每个第二叶片可与第一叶片中的一个相切。
[0009]又一方面，本发明涉及一种用于涡轮增压器的压缩机再循环环形件。该再循环环形件可包括具有外表面的大致环形的毂。该再循环环形件还可包括围绕外表面周向地设置的多个第一叶片和围绕外表面周向地设置的多个第二叶片。每个第二叶片可设置在相邻的第一叶片之间。
【附图说明】
[0010]图1是示例性公开的动力系统的示意图；
[0011]图2是可结合图1中的动力系统使用的示例性公开的涡轮增压器的截面图；
[0012]图3是可结合图2中的涡轮增压器使用的示例性公开的再循环环形件的图示；
[0013]图4是可结合图3中的再循环环形件使用的示例性公开的叶片的图示；以及
[0014]图5是图3中的再循环环形件的另一实施例的图示。
【具体实施方式】
[0015]图1示出了具有发动机12、进气系统14和排气系统16的动力系统10。出于本发明的目的，将发动机12绘出并描述为四冲程柴油发动机。然而，本领域技术人员将会认识至IJ，发动机12可以是任何其它类型的内燃机，比方说，例如二冲程或四冲程的汽油发动机或气态燃料动力的发动机。进气系统14可构造成将空气或空气和燃料的混合物引导至发动机12中以用于燃烧。排气系统16可构造成将来自发动机12的燃烧排气引导到大气。
[0016]发动机12可包括至少部分地限定出多个气缸20的发动机缸体18。活塞(未示出)能可滑动地设置在各气缸20内以在上死点位置与下死点位置之间往复运动，并且气缸盖(未示出)可与各气缸20相关联。各气缸20、活塞和气缸盖可共同至少部分地限定出燃烧室。在示出的实施例中，发动机12包括以V形构型(即，具有第一列22和第二列24气缸20的构型)布置的12个气缸20。然而，可设想发动机12可包括或多或少数量的气缸20，并且气缸20可按需以直列构型、对置活塞构型或另外的构型布置。
[0017]进气系统14可尤其包括构造成接收空气并且将空气压缩至期望的压力水平的至少一个压缩机28，该压缩机可实施为固定几何形状压缩机、可变几何形状压缩机或其它类型的压缩机。压缩机28可将空气引导到与发动机12相关联的一个或多个进气歧管30。应当指出的是，进气系统14可包括以串联构型、并列构型或串联/并列构型布置的多个压缩机。
[0018]排气系统16可尤其包括连接到气缸20的列22、24中的一者或两者的排气歧管34。排气系统16还可包括通过来自排气歧管34的排气驱动以使进气系统14的压缩机28旋转的至少一个涡轮32。压缩机28和涡轮32可共同构成涡轮增压器36。涡轮32可构造成接收排气并且将排气中的势能转化为机械旋转。在离开涡轮32之后，排气可经后处理系统38排出到大气环境，根据需要，该后处理系统可包括例如烃定量给料器、柴油氧化催化剂(DOC)、柴油颗粒过滤器(DPF)和/或本领域中已知的任何其它处理装置。应当指出的是，排气系统16可包括按需以串联构型、并列构型或串联/并列构型布置的多个涡轮32。
[0019]如图2所示，涡轮增压器36的压缩机28和涡轮32可经由共同的轴50彼此连接。涡轮增压器36可包括至少部分地分别限定出压缩机外罩42和涡轮外罩44的壳体40，所述压缩机外罩和涡轮外罩构造成容纳对应的压缩机叶轮46和涡轮叶轮48。压缩机外罩42可包括位于涡轮增压器36的第一轴向端54的轴向定向的入口 52以及位于涡轮增压器36的第一轴向端54和第二轴向端58之间的切向地定向的蜗壳部56。涡轮外罩44可包括位于蜗壳部56与涡轮增压器36的第二轴向端58之间的蜗壳部60。
[0020]随着压缩机叶轮46旋转，空气可经由入口 52被轴向吸入涡轮增压器36中并朝向压缩机叶轮46被引导。压缩机叶轮46的叶片64然后可以以螺旋方式径向向外推压空气并经由输出螺旋管(未示出)压入进气歧管30 (参照图1)中。在一些实施例中，在离开压缩机28之前，空气可通过位于压缩机叶轮46外周处的径向外侧流动路径内的扩散器62。
[0021]类似地，随着来自排气歧管34(参照图1)的排气朝向涡轮叶轮48被轴向、径向和切向向内引导，排气可推压涡轮叶轮48的叶片66，从而引起涡轮叶轮48旋转并经由轴50驱动压缩机叶轮46。在从涡轮叶轮48通过之后，排气流可经位于涡轮增压器36的第二轴向端58处的涡轮出口 68轴向向外离开，进入后处理系统38 (参照图1)中。
[0022]在所公开的实施例中，压缩机28配备有再循环通路70。再循环通路70可以是在位于叶片64的径向外侧的入口 72与位于叶片64和压缩机叶轮46的上游的出口 74之间延伸的环形通路。再循环通路70可形成在再循环环形件76与压缩机外罩42之间。再循环通路70可构造成引导压缩空气的一部分朝向入口 52返回，在此该部分压缩空气在特定运行条件下再次被重新引向压缩机叶轮46。在特定运行条件下，空气的再循环可提高压缩机稳定性和范围。在一些实施例中，压缩机级流体流的约2-35%可再循环通过再循环通路70 ο
[0023]如图3所示，再循环环形件76可包括大致环形的毂，该毂具有外表面78和位于外表面78的相对侧的轴向端面80、82。在一些实施例中，再循环环形件76可具有从外表面78在三维方向上向外延伸的多个主叶片84和多个副叶片86。主叶片84可围绕外表面78周向地设置。副叶片86可靠近主叶片84设置。更具体地，副叶片86可与主叶片84相切。在一些实施例中，副叶片86可具有比主叶片84短的长度。随着该流体流再循环通过再循环通路70，它可首先从一排副叶片86通过，然后从一排主叶片84通过。
[0024]叶片84、86可构造成使该流体流扩散并在特定运行条件下允许与单排叶片相比具有较低的流量损失的较高流动转向。例如，叶片84、86可具有高坚固性和高曲度/外倾角(camber)(例如，具有相当高的转向角)以改变再循环通路70中的旋流并使其中的空气动力学损失最小化。此外，叶片84、86可周向对称或不对称，以进一步降低再循环通路70内的流损失，改善周向流均匀度和入口 52处的入射，并且提高喘振附近的压缩机级稳定性(或流量降低状态)。
[0025]每个主叶片84可包括翼型件88，该翼型件88具有连接到外表面78的下表面(也称为毂面)90、朝向压缩机外罩42的内表面定向的对向的上表面(也称为外罩面)92、朝向入口 72定向的前缘94、与前缘94相对的后缘96、低压侧(也称为吸入侧)98和对向的高压侧(也称为压力侧)100。可设想后缘96可定位成比前缘94更靠近出口 74。
[0026]类似地，每个副叶片86可包括翼型件101，该翼型件101具有与外表面78连接的下表面(也称为毂面)102、朝向外罩42的内表面定向的对向的上表面(也称为外罩面)104、朝向入口 72定向的前缘106、与前缘106相对的后缘108、低压侧(也称为吸入侧)110和对向的高压侧(也称为压力侧)112。可设想后缘108可定位成比前缘106更靠近出口 74。
[0027]图4示出了再循环环形件76和叶片84、86的侧视图。在图4所示的子午面中，R轴限定出径向，而Z轴限定出沿叶片84、86的子午面的轴向。出于本发明的目的，叶片84、86之间的轴向间距Δ X1可指的是叶片84的前缘94与