本发明涉及用于降低气体压缩机的减压过程中产生的噪声的设备。
背景技术：
内燃机(ice)通常被要求在可靠的基础上较长时间内产生相当水平的动力。许多这种内燃机组件在气流进入发动机的燃烧室之前，采用增压或气体压缩机组件来压缩气流，以增加动力和效率。这种增压组件可以机械地驱动、电气地驱动、或经由发动机所产生的废气驱动。
通常，这种增压组件的中心是压缩机，与周围环境大气压力可获得的相比，其迫使更多的空气从而迫使更多的氧气进入内燃机的燃烧室。额外量的被迫使进入内燃机中的含氧气的空气提升了发动机的容积效率，使其在给定循环内燃烧更多的燃料，从而产生更多动力。
通常，这种增压组件还采用布置在压缩机尾部的减压阀(也称为旁通阀或排泄阀)来从发动机的进气道释放多余的压力，并防止压缩机喘振。通过防止喘振，减压阀降低了气体压缩机组件和发动机的磨损。特别地，这种阀通过允许在排泄阀情况下的压缩气体排放到大气中或者在压缩机旁通阀情况下再循环进入到压缩机入口上游的进气道，从而减缓压缩机的“喘振负载”的破坏作用。
技术实现要素：
本发明的一个实施例涉及气体压缩机组件，其配置成将接收自周围环境的气流进行加压，以输送到内燃机。气体压缩机包括压缩机壳体。气体压缩机还包括布置在压缩机壳体内部并配置成对气流进行加压的压缩机叶轮。气体压缩机另外包括压缩机旁路，其配置成将加压气流引导离开发动机气缸。减压阀配置成可选择地打开和关闭压缩机旁路，从而限制加压气流的压力，并最小化压缩机叶轮的喘振。布置在压缩机旁路内的隔板配置成耗散减压阀初始打开时加压气流产生的声波能量，并限制声学尖峰。
隔板可以配置为套筒环，并可以配置成安装在减压阀的周围。
套筒环可以限定至少一个孔，所述孔配置成使加压气流通过。
所述至少一个孔可以包括多个孔。在横截面内，套筒环可以具有配置成使套筒环的表面积最大化的形状，从而容纳多个孔。
套筒环的形状和多个孔一起可以配置成耗散减压阀初始打开时加压气流产生的声波能量。
减压阀可以包括特征件，隔板可以由此特征件保持。
或者，隔板可以相对于压缩机壳体经由卡环和焊接的其中一个而保持。
隔板可以由钢、铝和高温即耐热塑料材料形成。
气体压缩机组件可以另外包括进气道。压缩机旁路可以配置成将加压气流引导到进气道。
压缩机旁路可以配置成将加压气流引导到周围环境。
发动机可以包括布置在气缸内部的往复式活塞以及限定在两者之间的燃烧室。活塞可以配置成将燃烧后的气体从燃烧室排出，气体压缩机组件可以配置为由燃烧后的气体驱动的涡轮增压器。
本发明的另一个实施例涉及具有如上所述的气体压缩机的内燃机。
通过以下对实施本发明的实施例和最佳方式的详细描述并结合附图和所附权利要求书，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点将显而易见。
附图说明
图1是根据本发明实施例的一种发动机的透视图，该发动机具有配置为废气驱动涡轮增压器的气体压缩机。
图2是图1中所示涡轮增压器的示意性透视局部横截面图，示出了压缩机壳体和布置成控制压缩机旁路的减压阀。
图3是图1和图2中所示涡轮增压器的示意性特写截面图，其示出了包括根据本发明实施例的被减压阀关闭的隔板的压缩机旁路。
图4是图3中所示涡轮增压器的示意性特写截面图，示出了包括被减压阀打开的隔板的压缩机旁路。
图5是图3-4中所示隔板的特写透视图。
图6是图3-5中所示隔板的示意性特写截面侧视图。
图7是图1和图2中所示涡轮增压器的示意性特写截面图，示出了包括根据本发明的另一个实施例的被减压阀关闭的隔板的压缩机旁路。
图8是图7中所示涡轮增压器的示意性特写截面图，示出了包括被减压阀打开的隔板的压缩机旁路。
具体实施方式
参照附图，其中在所有附图中相同的附图标记对应于相同或者类似的部件，图1示出了内燃机10。内燃机10还包括气缸体12，气缸体12具有布置在其内的多个气缸14。如图1所示，内燃机10还可以包括安装在气缸体12上的气缸盖16。每个气缸14包括配置成在其内做往复运动的活塞18。
燃烧室20形成于气缸盖16的底面和活塞18的顶部之间的气缸14内。如本领域的技术人员所熟知的，每个燃烧室20接收来自气缸盖16的燃料和空气，其形成燃料空气混合物，以便在目标燃烧室内进行后续燃烧。气缸盖16还配置成从燃烧室20排出燃烧后的气体。内燃机10还包括配置成在气缸体12内转动的曲轴22。曲轴22由于燃烧室20内燃烧的适当比例的燃料空气混合物而被活塞18转动。在空气燃料混合物在指定燃烧室20内燃烧之后，特定活塞18的往复运动用于将燃烧后的气体24从相应的气缸14排出。
内燃机10另外包括进气系统30，其配置成将气流32从周围环境引导到气缸14。进气系统30包括进气道或空气管道34、气体压缩机组件36，并可以包括进气歧管(未示出)。尽管未示出，进气系统30可以另外包括位于气体压缩机组件36上游的空气过滤器，以从气流32中去除杂质颗粒和其它空气传播的碎屑。进气空气管道34配置成将气流32从周围环境引导到气体压缩机组件36，而气体压缩机组件配置成对接收到的气流进行加压，然后比如经由进气歧管将加压气流排出到燃烧室20。进气歧管又可以将先前的加压气流32a分配到气缸14，以与适当量的燃料进行混合，并进行所得燃料空气混合物的后续燃烧。
根据本发明，气体压缩机组件36可以配置为被燃烧后的气体24驱动的涡轮增压器。或者，气体压缩机组件36可以配置为电气或机械地驱动的增压器。虽然并未示出前述增压器的实施例，但这种电气驱动的增压器可以通过电动马达进行操作，而机械驱动的增压器可以可操作地连接到内燃机10的曲轴22。尽管本发明对气体压缩机组件36的增压器和涡轮增压器的实施例的每一个均进行了预想，为了简洁和清楚起见，说明书的剩余部分将集中于气体压缩机组件的涡轮增压器实施例，并将被指定为涡轮增压器36。
如图2所示，涡轮增压器36包括旋转组件37。旋转组件37包括具有第一端40和第二端42的轴38。旋转组件37还包括涡轮机叶轮46，其安装在轴38上靠近第一端40，并配置成通过气缸14排放的燃烧后的气体24与轴38一起围绕轴线43旋转。涡轮机叶轮46通常由耐温度抗氧化的材料形成，比如镍铬基“因科内尔”超级合金，以可靠地承受燃烧后的气体24的温度，在某些发动机中，该温度可以接近2000华氏温度。涡轮机叶轮46布置在涡轮机壳体48的内部，其包括涡轮机蜗壳或蜗卷50。涡轮机蜗卷50接收燃烧后的废气24，并将废气引导到涡轮机叶轮46。涡轮机蜗卷50配置成实现特定的性能特征，比如涡轮增压器36的效率和响应。
如图2中进一步所示，旋转组件37还包括安装在轴38上在第一和第二端40、42之间的压缩机叶轮52。压缩机叶轮52经由特定配置的紧固件53而保持在轴38上。压缩机叶轮52配置成对从周围环境中接收的气流32加压，以最终输送到气缸14。压缩机叶轮52布置在压缩机壳体54的内部，其包括压缩机蜗壳或蜗卷56。压缩机蜗卷56在压缩机壳体入口54a处接收气流32，并将气流引导到压缩机叶轮52。压缩机蜗卷56配置成实现特定的性能特征，比如涡轮增压器36的峰值气流和效率。因此，通过燃烧后的废气24为涡轮机叶轮46提供能量，使得旋转传递至轴38，由于压缩机叶轮被固定到轴上，其又传递到压缩机叶轮52上。
旋转组件37被支撑以经由轴颈轴承58而绕轴线43旋转。在涡轮增压器36的操作过程中，旋转组件37可以按超过10万转/分(rpm)的速度频繁操作，同时为内燃机10产生增压压力。如本领域的技术人员所熟知的，燃烧后的废气24的可变流量和力对内燃机10的整个运行范围内的压缩机叶轮52可能产生的增压压力量产生影响。
继续参照图2和图3，涡轮增压器36包括压缩机旁路60，其配置为由压缩机壳体54限定的流体通道，以将加压气流32a引导离开燃烧室20。涡轮增压器36还包括减压阀62，其布置在压缩机叶轮52的尾部或下游，并配置成可选择地打开和关闭压缩机旁路60。如图所示，减压阀62可以安装在压缩机壳体54上。减压阀62被配置成即构造和布置成防止压缩机叶轮52的喘振。具体地，减压阀62旨在通过防止未能被燃烧室20接收的加压气流32a回流到压缩机叶轮52内，而是被改道并连通到低压区域，从而减缓压缩机“喘振载荷”的破坏作用。
减压阀62可以配置成使加压气流32a从压缩机旁路60再循环到压缩机壳体入口54a上游的进气道34内。在加压气流32a从压缩机旁路60再循环到进气道34的实施例中，减压阀62被称为“旁通”阀。减压阀62还可以配置成从发动机的进气歧管(未示出)释放多余的压力到周围环境中。在加压气流32a被从进气歧管再循环到周围环境中的实施例中，减压阀62被称为“排泄”阀。通过防止喘振，减压阀62降低气体压缩机组件、以及在特定情况下涡轮增压器36以及内燃机10上的磨损。
如图所示，减压阀62通常包括阀壳体64和配置成在其内移动的活塞66。活塞66可以通过弹簧68在阀壳体64内预加载。如图1所示，减压阀62通常通过真空软管70连接到节气门34a下游的内燃机进气歧管。或者，虽然未示出，但减压阀62可以通过真空软管70连接到涡轮增压器36上游的进气道34。当节气门34a关闭时，进气道34a内的相对压力下降到大气压力以下，所得的压力差操作阀壳体64内的活塞66。然后，涡轮增压器36内的多余压力被排放到大气中，或者被再循环到压缩机壳体入口54a上游的进气道34。当节气门34a打开时，活塞66两侧的气压相等，弹簧68保持活塞向下。当节气门34a关闭时，涡轮增压器36上游的进气道34内形成真空。关闭的节气门34a与来自涡轮增压器36的加压气流32a的组合使活塞66移动到减压阀62内，以打开压缩机旁路60，并通过使加压气流32a改道到压缩机壳体入口54a或大气中，从而释放多余的压力。减压阀62还可以比如经由电致动螺线管(未示出)被电子地控制和操作。
涡轮增压器36还包括布置在压缩机旁路60内的隔板72。当减压阀62的活塞66被初始打开以计数压缩机叶轮52的喘振时，减压阀62初始打开时可能产生突然的压力上升伴随声学尖峰。隔板72配置成即构造和布置成在减压阀62初始打开时耗散加压气流32a产生的压力波能量。由于压缩机旁路60内部的压力波能量的耗散，减压阀62初始打开时的这种突然的压力上升导致的声学尖峰可以衰减。隔板72可以配置为套筒环72a，如图3-8中具体所示，且可以构造成安装在减压阀62的周围。隔板72可以由钢、铝、耐温塑料或能够耐受大约150摄氏度温度的任何其它坚韧的刚性材料制成。
如图5和图6所示，套筒环72a限定了至少一个孔74，孔74配置成使加压气流32a通过。隔板72可以包括有策略地围绕套筒环72a布置的多个孔74。如图所示，孔可以布置在套筒环72a上，使得某些孔74的朝向垂直于某些其它孔。如图6中另外所示，在横截平面6-6中，套筒环72a可以具有包括多个弯曲部76a的形状76，弯曲部76a配置成使套筒环的表面积最大化，从而容纳多个孔74并使其最大化。在所示的具体实施例中，形状76包括五个弯曲部76a，但弯曲部的数目可以更少或更多，这取决于特定气体压缩机36的具体性能特征和操作要求。
如图3-8中可以看到的，套筒环72a被布置在减压阀62下游的压缩机旁路60内，使得加压气流32a通过孔74扩散，以耗散加压气流32a产生的声波能量。因此，套筒环72a的形状76和多个孔74可以一起作为一个系统，以便在减压阀62初始打开时耗散加压气流32a产生的声波能量。隔板72还可以具有其它形状，比如碟状形状(未示出)，其中隔板的一部分被布置在减压阀62上游的压缩机旁路60内，而另一部分被布置在减压阀的下游。这种碟状形状可以包括与套筒环72a实现相同目的的至少一些孔74和多个弯曲部76a。
如图3-4所示，减压阀62可以包括特征件62a。特征件62a可以机械地固定到阀壳体64或与其整体地形成。隔板72无论是具有套筒环72a的形状或其任何其它实施例，均可以被特征件62a保持。特征件62a可以配置为一个或多个突出部，其配置成当隔板被布置在旁路60内部时接合并固定隔板74。特别地，当减压阀62和隔板均被安装在压缩机旁路60中时，隔板72可以被特征件62a保持，使得减压阀可以与隔板一起同时被组装到旁路内。或者，在安装减压阀62之前，可以将隔板72安装在压缩机旁路60内。在此种实施例中，隔板72可以经由卡环78(图7中所示)或焊接80(图8中所示)相对于压缩机壳体54而被保持。在任何上述实施例中，隔板72被组装到压缩机壳体54内，以确保其相对于特定气体压缩机组件36内的减压阀62的正确定位和朝向。例如，如图7和图8中所示，隔板72可以布置在压缩机壳体54内形成或加工的特殊配置的中心特征件82上。
具体实施方式和附图或图表用于支持和描述本发明，而本发明的范围仅仅由权利要求书限定。尽管已经详细描述了用于执行如前所述的本发明的一些最佳模式和其它实施例，但存在各种替代涉及和实施例，以实践附属权利要求书中所限定的本发明。此外，附图中所示的实施例或本说明书中提到的各种实施例的特征并不一定被理解为彼此独立的实施例。而是，一个实施例的其中一个实例中描述的每个特征可能与其它实施例中的一个或多个其它期望特征相结合，使得其它实施例并未用文字或者并未参照附图进行描述。因此，这种其它的实施例落入所附权利要求书的范围框架内。