配平可调式离心压缩机和具有该压缩机的涡轮增压器的制造方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及诸如在涡轮增压器中使用的离心压缩机，并且更具体地涉及其中有效入口面积或直径可针对不同的操作条件调整的离心压缩机。
【背景技术】
[0002]排气驱动的涡轮增压器是结合内燃发动机使用的装置，以用于通过压缩空气而增加发动机的功率输出，所述空气被递送至发动机的进气口以与燃料混合并在发动机中燃烧。涡轮增压器包括在压缩机外壳中安装在轴的一端上的压缩机转轮和在涡轮机外壳中安装在轴的另一端上的涡轮机转轮。通常，涡轮机外壳与压缩机外壳单独地形成，并且存在连接在涡轮机外壳和压缩机外壳之间的又一个中央外壳，以用于包含轴的轴承。涡轮机外壳限定大体上环形的室，该室围绕涡轮机转轮并接收来自发动机的排气。涡轮机组件包括喷嘴，喷嘴从室通入涡轮机转轮中。排气从室通过喷嘴流至涡轮机转轮，并且涡轮机转轮被排气驱动。涡轮机因此从排气提取功率并且驱动压缩机。压缩机通过压缩机外壳的入口接收环境空气，并且空气被压缩机转轮压缩，然后从外壳排放到发动机进气口。
[0003]涡轮增压器通常采用离心式(也称为“径向”)压缩机转轮，因为离心压缩机可在紧凑布置中实现相对高的压力比。压缩机的进气在离心式压缩机转轮的导流器(inducer)部分处在大体上轴向的方向上被接收，并且在转轮的出口导流器部分处在大体上径向的方向上被排放。来自转轮的压缩空气被递送至涡壳，并且空气从涡壳供应至内燃发动机的进气口。
[0004]压缩机的操作范围是涡轮增压器的总体性能的重要方面。操作范围大体上由在压缩机的操作图上的喘振线和阻流线来定界。压缩机图通常表现为在竖直轴线上的压力比(排出压力/3OWi除以入口压力Piii)与在水平轴线上的修正的质量流量的关系。在压缩机图上的阻流线位于高流量处，并且表示在一系列压力比下的最大质量流量点的轨迹；即，对于在阻流线上的给定点来说，不可以在维持相同压力比的同时增加流量，因为在压缩机中存在扼流条件。
[0005]喘振线位于低流量处并且表示在一系列压力比下没有喘振的最小质量流量点的轨迹；即，对于喘振线上的给定点来说，在不改变压力比的情况下减小流量或在不改变流量的情况下增加压力比将导致喘振发生。喘振是一种流不稳定状态，它通常发生在压缩机叶片迎角变得足够大，以至于在压缩机叶片上出现显著的流动分离时。在喘振期间会发生压力波动和倒流。
[0006]在用于内燃发动机的涡轮增压器中，当发动机在高负载或扭矩和低发动机速度下操作时，或者当发动机在低速度下操作并且存在高水平的排气再循环(EGR)时，可能发生压缩机喘振。当发动机从高速状态下突然减速时，也可能出现喘振。将压缩机的无喘振操作范围扩大到较低流量是压缩机设计中通常追求的目标。
【发明内容】
[0007]本公开描述了用于离心压缩机的机制和方法，该机制和方法可允许压缩机的喘振线被选择性地向左偏移(即，在给定压力比下，喘振被延迟到较低流量)。本文所述一个实施例包括一种涡轮增压器，其具有以下特征:
涡轮机外壳和涡轮机转轮，涡轮机转轮安装在涡轮机外壳中且连接到可旋转的轴以随轴旋转，涡轮机外壳接收排气并将排气供应至涡轮机转轮；
离心压缩机组件，其包括压缩机外壳和安装在压缩机外壳中的压缩机转轮，压缩机转轮连接到可旋转的轴以随轴旋转，压缩机转轮具有叶片并限定导流器部分，压缩机外壳限定空气入口以用于将空气大体上轴向地引入压缩机转轮的导流器部分，压缩机外壳还限定涡壳以用于接收从压缩机转轮大体上径向向外排出的压缩空气，空气入口具有沿着下游轴向方向延伸轴向长度的内表面，随后是邻近压缩机转轮的叶片的外末端的护罩表面；以及压缩机入口调整机构，其设置在压缩机外壳的空气入口中并且能够在打开位置和关闭位置之间移动。
[0008]A 口调整机构包括几何形状可变的孔口。处于关闭位置的几何形状可变的孔口的内直径小于压缩机外壳的护罩表面在压缩机转轮的导流器部分处的内直径，并且几何形状可变的孔口定位成使得在导流器部分处的空气入口的有效直径取决于几何形状可变的孔口的内直径。处于打开位置的几何形状可变的孔口被移动，使得在导流器部分处的空气入口的有效直径取决于护罩表面。
[0009]在一个实施例中，几何形状可变的孔口包括形成于两个半环形半块中的环形圈，所述两个半环形半块能够围绕公共轴线枢转，该公共轴线横向延伸至压缩机转轮的旋转轴线。在关闭位置，所述圈的两个半块基本上共平面，以便形成环形圈。在打开位置，所述两个半块在相对的方向上枢转，从而使所述半块不再形成环形圈。
[0010]在另一个实施例中，几何形状可变的孔口包括各自形成于两个半环形半块中的同心的外环形圈和内环形圈，全部四个所述半块都能够围绕公共轴线枢转，所述公共轴线横向地延伸至压缩机转轮的旋转轴线。在关闭位置，外圈的两个半块为基本上共平面的，以便形成外环形圈，并且内圈的两个半块为基本上共平面的，以便形成内环形圈，使得在压缩机转轮的导流器部分处的空气入口的有效直径取决于内环形圈的内直径。孔口具有部分打开位置，在该位置，内环形圈的两个半块在相对的方向上枢转，从而使所述半块不再形成内环形圈，但外环形圈的两个半块仍然为共平面的以形成外环形圈，使得在压缩机转轮的导流器部分处的空气入口的有效直径取决于外环形圈的内直径。孔口具有完全打开位置，在该位置，内环形圈的两个半块在相对的方向上枢转，从而使所述半块不再形成内环形圈，并且在该位置，外环形圈的两个半块在相对的方向上枢转，从而使所述半块不再形成外环形圈，使得在压缩机转轮的导流器部分处的空气入口的有效直径取决于压缩机外壳的护罩表面。
[0011]多个同心环形圈的概念可以以与上文所述基本上类似的方式引申至多于两个这样的圈。
[0012]在另一个实施例中，几何形状可变的孔口包括:第一环形圈，该第一环形圈具有第一内直径并且位于一平面中且能够围绕枢转轴线枢转，该枢转轴线横向地延伸至压缩机转轮的旋转轴线；以及第二环形圈，该第二环形圈位于围绕所述枢转轴线从第一环形圈的平面角向移位的平面中，并且具有比第一环形圈的第一内直径大的第二内直径。第一和第二环形圈能够作为单元围绕所述枢转轴线枢转。在关闭位置，第一环形圈所处的平面定位成垂直于压缩机转轮的旋转轴线，使得在压缩机转轮的导流器部分处的空气入口的有效直径取决于第一环形圈的第一内直径。在部分打开位置，环形圈围绕所述枢转轴线枢转，使得第二环形圈所处的平面定位成垂直于旋转轴线，使得在压缩机转轮的导流器部分处的空气入口的有效直径取决于第二环形圈的第二内直径。在完全打开位置，环形圈枢转，使得第一和第二环形圈的平面均不垂直于旋转轴线，并且因此空气入口的有效直径取决于在导流器部分处的压缩机转轮的护罩表面。
[0013]在又一个实施例中，几何形状可变的孔口包括共同形成完整的环形圈的多个弓形的局部环区段，所述区段能够径向向内和向外移动。在关闭位置，所述区段被径向向内移动以形成环形圈，使得在压缩机转轮的导流器部分处的空气入口的有效直径取决于环形圈的内直径。在打开位置，所述区段被径向向外移动，使得在压缩机转轮的导流器部分处的空气入口的有效直径取决于压缩机外壳的护罩表面。
【附图说明】
[0014]已经如此概括地描述了本发明，现在将参考未必按比例绘制的附图，在附图中:
图1是根据本发明的一个实施例的涡轮增压器的透视图，其中压缩机外壳的一部分被切除以显示内部细节，其中，入口调整机构处于关闭位置；
图2是图1的涡轮增压器的轴向剖视图，其中，入口调整机构处于关闭位置；
图2A是根据图1的实施例的入口调整机构的一部分的分解图；
图2B是处于关闭位置(即，具有配平减少量)的入口调整机构的一部分的透视图；
图2C类似于图2B，示出了入口调整机构的打开位置(即，无配平减少量)；
图3是类似于图1的视图，但入口调整机构处于打开位置；
图4是类似于图2的视图，但