用于内燃发动机的增压装置的压缩机和用于内燃发动机的增压装置的制作方法

本发明涉及一种用于内燃发动机的增压装置的压缩机和一种用于内燃发动机的增压装置。

背景技术：

诸如废气涡轮增压器的增压装置正越来越多地用于增加机动车辆内燃发动机的功率。越来越多的情况下，这样做的目的是为了对于相同功率甚至增加的功率减小内燃发动机的整体尺寸和重量，同时根据这方面越来越严格的法律要求，减少消耗并因此减少co2排放。作用原理在于利用包含在废气流中的能量来增加内燃发动机的进气道中的压力，从而使内燃发动机的燃烧室更好地充满大气中的氧气。这样，在每个燃烧过程中可以转化更多的燃料，例如汽油或柴油，即可以增加内燃发动机的功率。

废气涡轮增压器具有布置在内燃发动机的废气道中的废气涡轮、布置在进气道中的新鲜空气压缩机和布置在废气涡轮和新鲜空气压缩机之间的转子轴承。废气涡轮具有涡轮壳体和布置在涡轮壳体中的涡轮叶轮，涡轮叶轮由废气质量流驱动。新鲜空气压缩机具有压缩机壳体和布置在压缩机壳体中的压缩机叶轮，压缩机叶轮累积升压压力。涡轮叶轮和压缩机叶轮布置成在被称为转子轴的公共轴的相对端上共同旋转，从而形成所谓的涡轮增压器转子。转子轴穿过布置在废气涡轮和新鲜空气压缩机之间的转子轴承在涡轮叶轮和压缩机叶轮之间轴向地延伸，并且相对于转子轴轴线在径向方向和轴向方向上可旋转地安装在所述转子轴承中。根据这种构造，由废气质量流驱动的涡轮叶轮经由转子轴驱动压缩机叶轮，从而相对于新鲜空气质量流增加在新鲜空气压缩机后面的内燃发动机的进气道中的压力，并由此确保燃烧室更好地充满大气氧气。

就其操作行为而言，压缩机的特征在于所谓的压缩机特性线图，该特性线图描述了不同压缩机旋转速度或圆周速度下的压力累积与质量通过量的关系。压缩机的稳定且可用的特性线图由所谓的喘振极限朝向低通过量、由所谓的扼流极限朝向相对较高的通过量并且在结构力学方面由最大旋转速度极限来界定。在将诸如废气涡轮增压器的增压装置适配于内燃发动机时，选择压缩机，其具有尽可能适合内燃发动机的压缩机特性线图。这里应满足以下先决条件：

-发动机满负荷曲线应完全在可用的压缩机特性线图内；

-应保持如由车辆制造商要求的关于特性线图极限的最小间隙；

-最大压缩机效率应在内燃发动机的额定负荷和低端顶点扭矩的范围内可用；和

-压缩机轮盘应具有最小惯性矩。

在没有额外措施的情况下，用常规的压缩机只能在有限的程度上同时满足上述所有先决条件。例如，由于相反的趋势，会出现以下相互冲突的目标：

-压缩机的惯性矩的减小与特性线图宽度和峰值效率的最大化，

-在低端顶点扭矩的区域中扫气的减少与特定额定功率的最大化，

-响应的改善与内燃发动机的特定额定功率的增加。

所述的冲突目标可以通过压缩机设计来解决，该压缩机设计具有宽的特性线图，在发动机的满负荷曲线上具有最小的惯性矩和最大的效率。

除了提到的稳态要求之外，还必须确保压缩机在瞬态操作状态下的稳定操作行为，例如，在内燃发动机快速甩负荷的情况下。这意味着，如果输送的压缩机质量流突然减少，压缩机也不能进入所谓的喘振状态。

虽然限于废气涡轮增压器的压缩机入口，但上述解决方案迄今为止是通过附加措施实现的，例如可调节的入口导向翼片、用于减小压缩机的入口横截面的措施或固定的再循环通道，也称为带端口的护罩或特性线图稳定措施。在可变解决方案的情况下，通过特性线图的主动移位来实现压缩机有用工作范围的扩大。在这点上，在发动机以低旋转速度和通过量操作期间，压缩机特性线图向左朝向低质量流量移位，而在发动机以高旋转速度和通过量操作期间，压缩机特性线图不移位或向右移位。

通过设置翼片角度和在压缩机轮盘的旋转方向上或相反方向上引入预旋，整个压缩机特性线图朝向相对较低或相对较高的通过量的移位由入口导向翼片实现。然而，入口导向翼片的调节机构构成了一种精密、复杂和昂贵的解决方案。

压缩机特性线图朝向相对较低的通过量的移位通过包括通过横截面减小来缩窄压缩机入口的措施来实现，因为入口横截面通过关闭在紧邻压缩机前方的结构来减小。在打开状态下，通过所述措施尽可能地再次实现整个入口横截面的暴露，并且以这种方式，通过所述措施完全不或仅少量地实现对特性线图的影响或移位。这种可能的解决方案在us2016/265424a1或de102011121996a1中有所描述。

固定再循环通道是一种被动解决方案。它扩展了压缩机的有用特性线图范围，而没有根本上导致其特性线图移位。相对于入口导向翼片和所述可变的横截面减小，它构成明显更有利但同时效率更低的解决方案。

为了在快速甩负荷的情况下避免喘振，通常使用所谓的超限空气再循环阀，在通过发动机的增压空气的质量流量突然减少的情况下，所述阀打开从压缩机出口到压缩机入口的旁路，并且以这种方式将压缩机保持在向喘振极限右侧的稳定特性线图范围内。诸如可变入口导向翼片和超限空气再循环阀的主动措施的组合是可以想象的，但不常见。

技术实现要素：

本发明所基于的一个目的是指定一种用于有助于增压装置的高效操作的增压装置的概念。

公开了一种用于内燃发动机的增压装置的压缩机，例如径流式压缩机。压缩机具有压缩机轮盘，该压缩机轮盘布置成在转子轴上共同旋转。压缩机具有空气供应通道，用于将空气质量流传送到压缩机轮盘。此外，提供了虹膜式隔板（irisdiaphragm）机构，该虹膜式隔板机构布置在压缩机轮盘的上游，并且具有多个薄片，并且被设计成关闭或打开隔板孔，使得用于相对着压缩机轮盘流动的空气质量流的流动横截面的可变设置是可能的。压缩机具有壳体，该壳体至少部分地界定空气供应通道，并且在其中布置和安装有虹膜式隔板机构。此外，提供了致动器，该致动器通过壳体中的开口机械地联接到虹膜式隔板机构，用于致动虹膜式隔板机构。致动器布置在壳体上，使得开口借助于致动器以密封的方式关闭。

用于增压装置的压缩机提供了可变的虹膜式隔板机构，该虹膜式隔板机构通常布置在紧邻压缩机入口的前方，用于移位特性线图。虹膜式隔板机构也可称为虹膜式隔板或虹膜式节流阀，并且具有通过无级改变流动横截面来设置压缩机的入口质量流的任务。在这种情况下，虹膜式节流阀就像用于压缩机入口的外部区域的一种面罩一样。随着节流的增加，即横截面变窄，虹膜式节流阀同时执行超限空气再循环阀的功能，因为它可以防止压缩机的喘振。这使得有可能主动影响压缩机的操作范围，且此外，在发动机突然甩负荷的情况下，将压缩机保持在稳定的操作点。

虹膜式隔板机构具有多个薄片，这些薄片能够通过旋转一个在另一个的内部移置。虹膜式隔板机构安装在上述(固定)壳体中。每个薄片不仅安装在固定壳体之中或之上，而且安装在可移动地安装的调节环上。壳体例如是虹膜式隔板机构的单独壳体、增压装置的压缩机壳体的一部分，或者是多部分形式，例如由压缩机壳体的一部分和单独的附加壳体部分构成。壳体例如是环形形式的或者具有环形部分。壳体也可以是固定的环形壳体元件。薄片通过调节环同步并共同移动。调节环的旋转也触发薄片的旋转。当薄片平行于压缩机轮盘的旋转轴线旋转时，薄片径向向内枢转，从而导致紧邻压缩机轮盘前方的流动横截面的期望变窄。调节环本身通过致动器来致动和移动。致动器例如是电动或气动操作的控制元件。

薄片具有基本上板状和/或平坦的薄片主体，其用于遮挡空气质量流，从而用于设置隔板孔。为了安装在壳体和调节环上，薄片具有例如两个保持元件(也是致动元件)，保持元件例如各自布置在薄片主体的紧固部分中。保持元件例如是保持销或销状保持体的形式。保持元件通常垂直于薄片主体的主延伸平面延伸。紧固部分可以例如形成为相应薄片的第一和第二端部或者第一和第二端部区域。薄片的两个紧固部分通常具有相同的壁厚。

空气供应通道形成在压缩机中。例如，空气供应通道至少部分地由壳体、虹膜式隔板机构、进气连接器和/或压缩机的其他部件形成。

在所述压缩机的情况下，致动器本身用作密封件的一部分。换句话说，提供了集成到致动器中的密封件。以这种方式，流动空间，例如空气供应通道和安装有虹膜式隔板机构的壳体内的空间，相对于压缩机的周围环境被密封。以这种方式，不会发生从压缩机内部向外流向周围环境的泄漏。致动器和壳体作为配合部件因此以密封方式彼此连接。壳体围绕至少一个调节环和虹膜式隔板机构的薄片。

通过所描述的密封概念，有利地实现了改进的耐用性，因为相对于移动部件的密封不是必需的。致动器相对于壳体密封，使得在操作期间不移动的两个部件之间实现密封。该密封概念有助于降低组装和生产方面的费用。它也有助于低成本的解决方案和特别耐磨的解决方案。另一个优点是虹膜式隔板机构的元件(特别是薄片和调节环)可以在壳体内自由移动。因此，与移动部件将被密封的实施例相比，用于设置隔板孔的调节力显著更小，因为在前述移动部件将被密封的实施例的情况下，由于密封表面和滑动表面之间的接触，将产生额外的摩擦。

另一个优点是用润滑剂(例如油脂)润滑封装的虹膜式隔板机构。作为封装的结果，润滑剂不会被洗掉。因此，润滑基本上是免维护的。另一个优点是，由于直接附接到致动器的壳体，用于致动器和虹膜式隔板机构之间的联接的装置可以设计得特别短。这有助于减少安装空间需求。另一个优点是可以省去用于密封虹膜式隔板机构的附加盖。这有助于使压缩机可能以总体上更紧凑和成本更低的方式生产。

概括地说，所描述的概念有助于高效的压缩机。它还有助于解决开头提到的目标冲突。

根据一个实施例，致动器呈用于打开壳体的盖的形式。这有助于上述优点和功能。特别地，不需要提供附加的盖，因为在这种情况下相关的功能被集成到致动器本身中。

根据另外的构造，致动器至少在一部分中具有平坦的底侧，致动器通过该底侧从外部固定在壳体上，以便覆盖开口。这确保了特别简单的组装和可靠的功能。

根据一个实施例，提供了密封材料，该密封材料围绕开口并且布置在致动器和壳体之间。密封材料例如是o形环或一些其他密封元件。密封材料例如是橡胶材料。以这种方式，实现了上述密封功能。

根据一个实施例，致动器或壳体具有凹槽，该凹槽围绕开口，并且在其中布置有密封材料。以这种方式，密封材料被牢固地固定在两个部件中的一个上或者接纳在其中。

根据一个实施例，通过布置在壳体内的联接机构，致动器机械地联接到虹膜式隔板机构的可调调节环，用于关闭或打开隔板孔。以这种方式，联接机构同样完全集成到壳体中，并且也由致动器密封。因此，联接机构没有暴露，结果可以避免或几乎避免其污染。这总体上有助于虹膜式隔板机构的长使用寿命，其中确保了长时间内不受损害的功能。此外，类似于上述情况，利用诸如油脂的润滑剂对集成联接机构进行高效和有效的润滑是可能的。作为封装的结果，避免了润滑剂被洗掉，因此提供了免维护润滑。联接机构基本上是将致动器联接到调节环以使得调节环能够致动的机构。联接机构包括例如联接杆，该联接杆可共同旋转地附接到致动器的致动器轴，并且通过联接销固定地连接到调节环上，以用于调节调节环的目的。

所描述的壳体可以具有各种实施例。例如，壳体可以是单部分或多部分形式。

例如，壳体是两部分的形式，其中壳体的第一部分是压缩机壳体的一部分，第二部分是连接到第一部分的壳体盖的形式。虹膜式隔板机构因此部分地安装在压缩机壳体上，并且部分地安装在壳体盖上，其中壳体盖和压缩机壳体形成该机构的壳体单元。

在另一个实施例中，壳体形成为压缩机壳体的一部分。在这种情况下，涉及压缩机壳体的单部分解决方案，该压缩机壳体例如在铸造过程中生产。

在另一个实施例中，壳体是与压缩机壳体分开并固定在压缩机壳体上的壳体。换句话说，它是独立的结构单元，该结构单元具有虹膜式隔板机构以及联接机构和致动器，并且作为该结构单元附接到压缩机壳体。独立的壳体可以类似地为单部分或多部分形式。

还公开了一种用于内燃发动机的增压装置，该内燃发动机具有其中可旋转地安装有转子轴的转子轴承，并且具有根据前述实施例之一的压缩机。增压装置被设计成废气涡轮增压器或电动操作的增压器，或通过与内燃发动机的机械联接操作的增压器。因此，例如，增压装置被设计为废气涡轮增压器，该废气涡轮增压器具有用于驱动压缩机的压缩机叶轮的废气涡轮，或者被设计为电动操作的增压器(也称为e升压器)，该增压器具有用于驱动压缩机的压缩机叶轮的电动驱动器。作为上述实施例的替代方案，增压装置还可以被设计为通过与内燃发动机的机械联接来操作的增压器。内燃发动机和径流式压缩机之间的这种联接可以借助于例如中间传动装置来实现，该中间传动装置一方面可操作地连接到内燃发动机的旋转轴，另一方面可操作地连接到径流式压缩机的转子轴。

增压装置基本上能够实现上述优点和功能。特别地，上述压缩机在所有实施例中都适用于废气涡轮增压器和电动操作的增压器，在废气涡轮增压器中，如开始所述，涡轮由废气质量流驱动。电动操作的增压器或具有电动操作的增压器的增压装置也被称为所谓的e升压器或e压缩机。

附图说明

下面将借助附图描述示例性实施例。在所有附图中，相同的元件或相同动作的元件具有相同的附图标记。

在附图中：

图1示出了带有具有虹膜式隔板机构的压缩机的增压装置的示意性剖视图，

图2a至2c示出了处于三种不同状态的虹膜式隔板机构的示意性平面图，

图3示出了具有虹膜式隔板机构的压缩机的示意性剖视图，以及

图4示出了根据本发明的示例性实施例的具有虹膜式隔板机构的压缩机的示意性剖视图。

具体实施方式

图1以截面图示意性地示出了增压装置1的示例，该增压装置包括压缩机30(在这种情况下为径流式压缩机)、转子轴承40和驱动单元20。压缩机30具有可选的超限空气再循环阀(未示出)，并且空气质量流lm也由箭头指示。增压装置1的所谓的增压器转子10具有压缩机叶轮13(也称为压缩机轮盘)和转子轴14(也称为轴)。在操作期间，增压器转子10围绕转子轴14的转子旋转轴线15旋转。转子旋转轴线15以及同时增压器轴线2(也称为纵向轴线)由指示的中心线示出，并标识废气增压装置1的轴向取向。这里，增压器转子10借助于两个径向轴承42和一个轴向轴承盘43支撑在具有其转子轴14的轴承壳体41中。径向轴承42和轴向轴承盘43都通过油连接件45的供油通道44被供以润滑剂。

在该示例中，如图1所示的增压装置1具有多部分构造。这里，驱动单元20的壳体、能够布置在内燃发动机的进气道中的压缩机壳体31、以及设置在驱动单元20的壳体和压缩机壳体31之间的转子轴承40相对于公共增压器轴线2彼此相邻地布置，并且在组装时连接在一起，其中驱动单元和转子轴承的替代布置和构造也是可能的。

增压器转子10构成了增压装置1的另一个结构单元，并且至少具有转子轴14和压缩机叶轮13，该压缩机叶轮布置在压缩机壳体31中并且具有叶轮叶片布置131。压缩机叶轮13布置在转子轴14的一个端部处，并且可共同旋转地连接到转子轴14。转子轴14在增压器轴线2的方向上轴向地延伸穿过轴承壳体41，并且在其中围绕其纵向轴线(转子旋转轴线15)在轴向方向和径向方向上设置有旋转支撑件，其中转子旋转轴线15位于涡轮增压器轴线2中，即与其重合。

压缩机壳体31具有空气供应通道36，该空气供应通道36可选地具有用于连接到内燃发动机的进气系统(未示出)的进气管连接件37，并且在增压器轴线2的方向上朝着压缩机叶轮13的轴向端部延伸。通过该空气供应通道36，空气质量流lm被压缩机叶轮13从进气系统吸入，并被传送到压缩机轮盘13。空气供应通道36也可以是进气连接器的一部分，因此不是压缩机壳体31的一部分。空气供应通道36邻近例如压缩机壳体31，并形成用于将空气质量流lm传送到压缩机叶轮13的压缩机入口36a。

此外，压缩机壳体31通常具有环形通道，该环形通道以环形方式围绕增压器轴线2和压缩机叶轮13布置，并且远离压缩机叶轮13以螺旋形方式变宽，并且被称为螺旋通道32。所述螺旋通道32具有间隙开口(所谓的扩散器35)，该间隙开口至少在内圆周的一部分上延伸并且具有限定的间隙宽度，该扩散器35在远离压缩机叶轮13的外圆周的径向方向上导向，延伸到螺旋通道32中，并且空气质量流lm通过该扩散器35在高压下远离压缩机叶轮13流入螺旋通道32中。

螺旋通道32还具有切向向外导向的空气排放通道33，该空气排放通道33具有可选歧管连接件34，用于连接到内燃发动机的空气歧管(未示出)。通过空气排放通道33，空气质量流lm在高压下被传送到内燃发动机的空气歧管中。

在图1中，驱动单元20没有更详细地示出，并且可以实施为废气涡轮或电动驱动单元，或者实施为用于机械地联接到内燃发动机的装置，例如，实施为可操作地连接到内燃发动机的旋转轴的中间传动装置，这使得增压装置1在一种情况下成为废气涡轮增压器，并且在另一种情况下成为电动操作的增压器，也称为e升压器或e压缩机，或者成为机械增压器。在废气涡轮增压器的情况下，将在压缩机轮盘13的对面提供例如涡轮叶轮(也称为涡轮轮盘)，其同样将被布置成在转子轴14上共同旋转，并由废气质量流驱动。

在空气质量流lm中的压缩机叶轮13的上游，除了超限空气再循环阀(参见图1)之外或作为超限空气再循环阀的替代，虹膜式隔板机构50被布置在紧邻压缩机入口36a(也是压缩机进口)前方的空气供应通道36中，和/或形成紧邻压缩机壳体31的压缩机入口36a前方的空气供应通道36的至少一个子区域。就其功能原理而言，虹膜式隔板机构50类似于相机中的虹膜式隔板。虹膜式隔板机构50被设计成至少部分地关闭或打开隔板孔，使得至少在流动横截面的子区域上，用于相对着压缩机叶轮13的流动的空气质量流lm的流动横截面的可变设置成为可能。虹膜式隔板机构50允许压缩机30的特性线图移位，因为它充当压缩机轮盘13的可变入口节流阀。

图2a至2c示意性地示出了处于三种不同操作状态的增压装置1的虹膜式隔板机构50。虹膜式隔板机构50固定在压缩机壳体31上或压缩机壳体31中，和/或至少部分地形成压缩机壳体31。替代地，虹膜式隔板机构50安装在虹膜式隔板机构50的单独的固定壳体上。替代地，虹膜式隔板机构50安装在多部分壳体之上或之内，其中多部分壳体的一部分由压缩机壳体31形成，并且一部分由附加的单独壳体(元件)形成。虹膜式隔板机构50具有：支承环68，其固定在空气供应通道36中以便与压缩机入口36a同心；调节环53，其布置成与所述支承环同心并可围绕公共中心旋转并且具有调节杆53a；以及多个薄片52，其安装成可围绕支承环68中相应的旋转中心旋转。代替支承环68，压缩机壳体31或另一个壳体(元件)也可以用作轴承。薄片52具有例如板状薄片主体和至少一个销状致动元件(这里不可见)，该致动元件被设计用于致动相应的薄片52，作为相应薄片52的一体构成部分。

薄片52也能够例如借助于致动元件在调节环53上旋转和/或移置。在该示例中，调节环53具有三个凹槽54(在图中示出)，用于安装/引导薄片52。薄片52通过调节环53同步和移动。调节环53例如安装在壳体之上或壳体之中。通过调节环53的致动，薄片52径向向内枢转，并缩窄虹膜式隔板机构50的隔板孔55。这里，图2a示出了具有最大开口宽度(打开位置)的隔板孔55，图2b示出了具有减小的开口宽度的隔板孔55，图2c示出了具有最小开口宽度(关闭位置)的隔板孔55。

图3以示意性侧视图(横向)示出了具有虹膜式隔板机构50的压缩机30。虹膜式隔板机构50示出为具有调节环53和薄片52，它们界定了隔板孔55。虹膜式隔板机构50安装在压缩机壳体31和连接到压缩机壳体31的另一壳体元件31ˋ之间。具有致动器轴57的致动器56安装在压缩机壳体31上。联接杆58可共同旋转地附接到致动器轴57，并且其本身又通过联接销59连接到调节环53，例如连接到前述的调节杆。以这种方式，通过致动器56的致动和致动器轴57的旋转，可以调节调节环53，并且因此，如开始提到那样，调节薄片52。

在所描述的实施例中，致动器56附接到压缩机壳体31，这需要用于致动虹膜式隔板机构50的通常长且精细的联接机构65。联接机构65由联接杆58和联接销59形成。联接机构65还可以包括另外的元件，这些元件被提供用于将致动器56联接到调节环53，或者具有完全不同的构造。此外，联接机构65和调节环53的一部分朝向外部暴露。因此，这些部件可能被弄脏，结果，虹膜式隔板机构50的活动性可能被削弱。在最坏的情况下，甚至会发生虹膜式隔板机构50的功能的失效。

此时要指出的是，与下面描述的图4一样，图3包括的图示不符合比例，只是示意性的。在这点上，例如在图3中，致动器仅被示为倒圆的矩形，这给人以这是平坦形式的印象。然而，在实践中，致动器，特别是其壳体，通常具有任意结构的形状。

图4以示意性侧视图示出了根据本发明的示例性实施例的压缩机30。与上面类似，示出了具有致动器轴57的致动器56。联接杆58又可共同旋转地附接到致动器轴57，并且自身借助于联接销59附接到调节环53。与前面的示例相比，虹膜式隔板机构50和由联接杆58和联接销59组成的联接机构65布置在压缩机30的壳体60内。换句话说，上述元件集成在壳体60中。壳体60是例如压缩机壳体31(参见图1和3)。然而，它也可以是单独的壳体，或者由压缩机壳体和附加壳体元件或盖组成的两部分壳体。壳体60至少部分地界定空气供应通道36。壳体60具有向外朝向周围环境的开口63，通过该开口63，致动器56机械地联接到虹膜式隔板机构50，以用于致动虹膜式隔板机构50的目的。

在根据图4所示的示例性实施例中，致动器56充当壳体60的盖，并以密封方式关闭开口63。为此，壳体60具有凹槽62，以便围绕开口63，密封材料61布置在凹槽62中。替代地，凹槽62和密封材料62布置在致动器56本身中。与根据图3的实施例相比，在图4的示例性实施例中，致动器56的底侧64具有平坦的形式，并且完全覆盖开口63，结果实现了覆盖功能。

开头提到的优点和功能是通过所描述的构造实现的。特别地，致动器56本身用作密封件。同时，与根据图3的实施例相比，联接机构65本身被集成到壳体60中。因此，移动部件没有必要相对于周围环境密封。因此，压缩机30的流动引导部件，特别是空气供应通道36，相对于在压缩机侧上的周围环境被密封。

此时应该指出的是，所描述的压缩机30不一定必须是图1中以举例方式描述的增压装置1的一部分。相反，增压装置1也可以被不同地构造。