入口可调节的离心式压缩机和具有其的涡轮增压器的制造方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本公开涉及离心式压缩机，比如在涡轮增压器中使用的离心式压缩机，并且更具体地涉及离心式压缩机，在所述离心式压缩机中有效入口面积或直径可被调节以用于不同的操作条件。
[0002]废气驱动的涡轮增压器是与内燃机连同使用的设备，所述涡轮增压器用来通过压缩空气增加所述发动机的功率输出，所述空气被传送到所述发动机的进气口以与燃料混合并且在所述发动机中燃烧。涡轮增压器包括安装在轴的在压缩机壳体中轴的一个端部的压缩机轮，和安装在涡轮机壳体中轴的另一个端部上的涡轮机轮。通常，所述涡轮机壳体与所述压缩机壳体分别地形成，并且还有另一个中心壳体，其被连接在所述涡轮机壳体和压缩机壳体之间以容纳用于所述轴的轴承。所述涡轮机壳体限定了大体上地环形腔，所述环形腔围绕所述涡轮机轮并且接纳来自发动机的废气。涡轮机组件包括从所述腔引导到所述涡轮机轮中的喷嘴。所述废气从所述腔流动通过所述喷嘴到所述涡轮机轮，并且所述涡轮机轮被所述废气驱动。因此所述涡轮机从所述废气获取动力并且驱动所述压缩机。所述压缩机通过所述压缩机壳体的入口接纳环境空气，并且所述空气通过所述压缩机轮被压缩并且然后被从所述壳体排放到发动机进气口。
[0003]通常，涡轮增压器使用离心(也被称为“径向的”)型的压缩机轮，因为离心式压缩机可在紧凑的布置中实现相对高的压力比。用于所述压缩机的进气在所述离心式压缩机轮的引导片部分处在大体上轴向方向上被接纳并且在所述轮的出口导流器部分处在大体上径向方向上被排放。来自所述轮的压缩空气被传送到蜗室，以及所述空气从所述蜗室被供应到内燃机的进气口。
[0004]所述压缩机的操作范围是所述涡轮增压器的整体性能的重要方面。操作范围一般由在用于所述压缩机的操作图上的喘振线和阻塞线来界限。压缩机图通常以在垂直轴线上的压力比(排放压力Pout除以入口 Pin)，在水平轴上的修正的质量流速被呈现。在所述压缩机图上的所述阻塞线位于高流速处并且代表了在一系列压力比范围内最大的质量流速点的轨迹;就是说，对于在所述阻塞线上的给定点，由于阻塞流动条件在所述压缩机中发生，因此不可能在维持相同的压力比的同时增加所述流速。
[0005]所述喘振线位于低流速处并且代表了在一系列压力比范围内没有喘振的最小的质量流速点的轨迹;就是说，对于在所述喘振线上的给定点，在不改变所述压力比的情况下降低所述流速，或者在不改变所述流速的情况下增加压力比，均将导致喘振发生。喘振是流动不稳定性，通常当压缩机叶片安装角变大到使得在所述压缩机叶片上出现大量的流动分离时发生喘振。压力波动和倒流能在喘振过程中发生。
[0006]在用于内燃机的涡轮增压器中，当所述发动机在高负载或者扭矩和低的发动机转速下运行时，或者当所述发动机低速运行并且存在高水平的废气再循环(EGR)时，可能发生压缩机喘振。当发动机突然从高转速条件减速时，也能出现喘振。扩大压缩机的无喘振操作范围到较低流速是压缩机设计经常追求的目的。
【发明内容】
[0007]本公开描述了用于离心式压缩机的机械装置和方法，其能够使得用于所述压缩机的所述喘振线可选择地向左移动(即，在给定的压力比下，喘振被延迟发生在较低流速)。在本文描述的一个实施例包括具有以下特征的涡轮增压器:
[0008]涡轮机壳体和涡轮机轮，所述涡轮机轮安装在所述涡轮机壳体中并且连接到可旋转轴以随其旋转，所述涡轮机壳体接纳废气并且将所述废气供应到所述涡轮机轮；
[0009]离心式压缩机组件，所述离心式压缩机组件包括压缩机壳体和压缩机轮，所述压缩机轮安装在所述压缩机壳体中并且连接到所述可旋转轴以随其旋转，所述压缩机轮具有叶片并且限定了引导片部分，所述压缩机壳体限定了用于引导空气大体上轴向地进入所述压缩机轮的所述引导片部分中的空气入口，所述压缩机壳体进一步限定了用于接纳从所述压缩机轮大体上径向地向外排放的压缩空气的蜗室，所述空气入口具有内表面，所述内表面的一部分限定了沿下游轴向方向延伸一轴向长度的滑动表面，接着所述滑动表面的是与所述压缩机轮的所述叶片的外部尖端相邻的罩表面;以及
[0010]压缩机入口调节机械装置，所述压缩机入口调节机械装置设置在所述压缩机壳体的所述空气入口中并且在打开位置和闭合位置之间移动；
[0011]所述入口调节机械装置包括轴向伸长的环，所述轴向伸长的环的内表面在朝向所述压缩机轮的下游方向上直径逐渐变小，所述环在后缘处终止，所述环的在所述后缘处的内直径小于所述压缩机壳体的所述罩表面的在所述压缩机轮的所述引导片部分处的内直径;所述环被布置成使得当所述入口调节机械装置在所述打开位置中时，所述环的所述后缘与引导片部分在其上游相对更远地轴向间隔开，这样使得所述空气入口的在所述引导片部分处的有效直径由所述罩表面确定，并且当所述入口调节机械装置在所述闭合位置中时，所述环的所述后缘相对更加靠近所述压缩机轮的所述引导片部分地轴向地间隔开，使得在所述引导片部分处所述空气入口的所述有效直径由所述环的所述后缘的所述内直径确定。
[0012]在一些实施例中，所述空气入口进一步限定了锥形内表面，所述锥形内表面接着所述滑动表面并且沿所述下游轴向方向延伸一轴向长度，所述锥形内表面的直径在所述下游轴向方向上逐渐变小。在这样的实施例中，所述入口调节机械装置的所述环在所述打开位置中与所述空气入口的所述锥形表面间隔开，使得在所述锥形表面和所述环之间有环形通道，用于空气穿过所述环形通道流动，并且当所述入口调节机械装置在所述闭合位置时，所述环邻接所述锥形表面以消除所述环形通道。
[0013]在一个实施例中所述入口调节机械装置进一步包括支撑部分，所述支撑部分通过多个周向地间隔开的支柱接合到所述环上，所述支撑部分有径向外表面，所述径向外表面接合所述空气入口的所述内表面并且可通过无旋转的轴向滑动或者通过结合的轴向的和旋转的运动(比如像螺钉移动那样)沿所述内表面移动。
[0014]所述支柱能具有各种截面形状中的任何形状，例如，在θ-ζ平面中的翼形截面形状。这样的支柱的数量、以及它们的形状和厚度，均能依据特定情况的需要来选择。在一个实施例中，有三个所述支柱，所述支柱周向地间隔开。
[0015]所述环可包括管状壁，所述管状壁具有各种截面形状中的任何形状，例如，在r-Z平面中的翼形截面形状。
[0016]所述管状壁在其后缘处可限定为在dls的0.45倍到0.98倍的内部直径，其中，dls是所述压缩机轮的所述引导片部分的直径。
[0017]所述管状壁有轴向长度L并且在所述闭合位置中所述管状壁的所述后缘与所述压缩机轮的所述引导片部分的前缘间隔开一轴向距离S。所述管状壁的长度与所述间隔距离S相比应该相对大。
[0018]有利地，所述间隔距离S应该尽可能的小。例如，当S<8.5 (dis-dr)时，其中dr是所述环的在它的后缘处的所述内直径，所述入口调节机械装置预期对喘振裕度具有有益的效果，所述益处大体上随着S变小而变得更大。
[0019]所述环可大体上形成为具有类似漏斗的形状的旋转体。在一些实施例中，所述环不具有穿过它的壁的开口。在其他实施例中，所述环的所述壁具有开口，从而当所述环处于所述打开位置时，所述开口允许一些流动从所述环的内部穿过所述开口到所述环的外部，但是当所述环在闭合位置中时，所述压缩机壳体被构造成阻塞所述开口。
【附图说明】
[0020]已由此概括地描述了本发明，现在将参照附图，所述附图不一定是按照比例画出，并且在附图中:
[0021]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，所述压缩机壳体的一部分被切除以示出内部细节；
[0022]图2是图1的所述涡轮增压器的轴向剖视图，其中，所述入口调节机械装置在所述闭合位置中；
[0023]图2A是图2的放大部分；
[0024]图3是与图2相似的视图，但是所述入口调节机械装置在所述打开位置中；
[0025]图4是图1的所述涡轮增压器的分解图；
[0026]图5是根据本发明的另一个实施例的涡轮增压器的透视图，其中，所述压缩机壳体的一部分被切除以示出内部细节；
[0027]图6是图5的所述涡轮增压器的轴向剖视图，其中，所述入口调节机械装置在所述闭合位置中；
[0028]图7是与图6相似的视图，但是所述入口调节机械装置在所述打开位置中；
[0029]图8是图5的所述涡轮增压器的分解图；
[0030]图9是根据本发明的另一实施例的入口调节环的透视图；
[0031]图10是具有图9的所述环的涡轮增压器的剖视图，其中，所述环在所述打开位置；以及
[0032]图11是与图10相似的视图，其中，所述环在所述闭合位置中。
【具体实施方式】
[0033]现在参照附图，将在此之后对本发明进行更加充分地描述，所述附图中示出了本