状态可调离心压缩机和具有该压缩机的涡轮增压器的制造方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]本公开涉及离心压缩机，例如在涡轮增压器中使用的离心压缩机，并且更具体地涉及有效进口面积或直径可被调节也适应不同的运行条件的离心压缩机。
[0002]废气驱动的涡轮增压器是和内燃发动机一起使用通过压缩被传递到发送机的进气口以与燃料混合并在发动机内燃烧的空气来增加发动机的动力输出的设备。涡轮增压器包括安装在位于压缩机壳体内的轴的一端上的压缩机叶轮和安装在该轴在涡轮机壳体内的另一端上的涡轮机叶轮。通常涡轮机壳体是与压缩机壳体分开形成，并且在涡轮机壳体和压缩机壳体之间还有另外的中间壳体以包含用于该轴的轴承。涡轮机壳体限定了基本上环形的室，该室围绕涡轮机叶轮并且从发动机接收废气。涡轮机组件包括从该室通向涡轮机叶轮的喷嘴。废气从所述室流过喷嘴到达涡轮机叶轮并且涡轮机叶轮由所述废气驱动。涡轮机由此从废气提取动力并驱动压缩机。压缩机通过压缩机壳体的进口接收环境空气并且该空气由压缩机叶轮压缩并且之后被从该壳体排放到发动机进气口。
[0003]涡轮增压器通常采用离心(也称为“径向”)型的压缩机叶轮，这是因为离心压缩机能在紧凑的布置中实现相对高的压力比。压缩机的进气空气在离心压缩机叶轮的进口段处沿着大体轴向方向被接收，并且在该叶轮的出口段被沿着大体径向方向排出。来自该叶轮的被压缩的空气被传递到蜗壳，并且从该蜗壳该空气又被供应到内燃发动机的进气口。
[0004]该压缩机的运行范围是涡轮增压器的整体性能的一个重要方面。该运行范围大体上由该压缩机的运行图上的喘振线和阻塞线界定。该压缩机图通常在纵轴上表示压力比(排出压力除以进口压力/??)而在横轴上表示修正质量流率。该压缩机图上的阻塞线被定位在高流率处并代表在一定范围的压力比上的最大质量流率点的轨迹；即，对于该阻塞线上的一个给定点而言，不可能在维持同一压力比的同时再增加所述流率，因为在该压缩机内会发生阻塞流的情况。
[0005]喘振线被定位在低流率上并且代表在一定范围的压力比上没有喘振时最小质量流率点的轨迹；g卩，对于该喘振线上的一个给定点而言，减小所述流率但不改变压力比，或者增加所述压力比但不改变流率，都将导致喘振的发生。喘振是一种流动不稳定，其通常发生在压缩机叶片迎角度变得很大以致于在该压缩机叶片上出现了大量的流动分离。在喘振期间可能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，压缩机喘振可能在该发动机正在以高载荷或扭矩且低发动机速度运行时，或者在该发动机正在以低速度运行且存在高水平的废气再循环(EGR)时出现。喘振也可能在发动机从高速度状态突然减速时出现。在压缩机设计中经常追求的目标是将压缩机的无喘振运行范围扩展到更低的流率。
【发明内容】
[0007]本公开描述了用于离心压缩机的机件和方法，所述机件和方法能使该压缩机的喘振线选择性地被向左移动(即，在给定的压力比的情况下喘振被推迟到更低的流率)。本文中描述的一个实施例包括具有以下特征的涡轮增压器: 涡轮机壳体和安装在该涡轮机壳体内的涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮被连接到可旋转的轴以随该轴旋转，所述涡轮机壳体接收废气并将所述废气供应到所述涡轮机叶轮；
离心压缩机组件，所述离心压缩机组件包括压缩机壳体和安装在该压缩机壳体内的压缩机叶轮，所述压缩机叶轮连接到所述可旋转的轴以随该轴旋转，所述压缩机叶轮具有叶片并限定了进口段，所述压缩机壳体限定了空气进口以引导空气大体轴向地进入所述压缩机叶轮的所述进口段，所述压缩机壳体还限定了蜗壳以接收压缩空气，所述压缩空气被从所述压缩机叶轮大体径向向外地排出，所述空气进口具有内表面，所述内表面沿着下游方向延伸一定轴向长度，所述内表面的下游是设置在所述空气进口内的压缩机进口调节机件，该进口调节机件的下游是罩表面，所述罩表面紧邻所述压缩机叶轮的所述叶片的外尖端。
[0008]所述压缩机进口调节机件能在打开位置和关闭位置之间移动，所述进口调节机件包括可变几何形状圆锥形机件，所述圆锥形机件包括多个叶片，所述多个叶片围绕它们的前缘枢转。在关闭位置中，所述叶片共同形成截头圆锥形的进口构件，所述进口构件具有后缘内直径，该后缘内直径小于所述压缩机壳体的所述罩表面在所述压缩机叶轮的所述进口段处的内直径，使得所述空气进口在所述进口段处的有效直径由所述可变几何形状圆锥形机件的所述后缘内直径确定。所述叶片在打开位置中被径向向外地枢转，从而增加了所述进口构件的所述后缘内直径并且由此增加了所述空气进口在所述进口段处的有效直径。
[0009]所述可变几何形状圆锥形机件在一个实施例包括多个叶片移动构件，所述多个叶片移动构件被设置在所述叶片的径向外侧上，并且还包括与所述叶片移动构件接合的致动器构件。所述致动器构件可旋转以围绕着叶片移动构件的前缘径向向内和径向向外地枢转叶片移动构件，从而相应地在关闭和打开位置之间移动所述可变几何形状圆锥形机件。
[0010]所述叶片移动构件可包括安装在所述叶片移动构件的后缘上的控制臂，并且所述致动器构件可包括可旋转环，所述可旋转环具有凸轮狭槽，所述控制臂接合在所述凸轮狭槽中使得所述致动器构件的旋转运动转换成所述控制臂的径向运动并且由此转换成所述叶片移动构件围绕它们的前缘的枢转运动。
[0011]替换地，所述叶片移动构件可被省略并且所述叶片可包括安装在部分圆锥形叶片的后缘的引导件，所述引导件被构造成用于牵簧(例如，金属弹簧丝)形式的致动器构件，该牵簧被穿过该引导件并且被拉动从而在叶片上施加径向向内的力以使所述叶片围绕它们的前缘做枢转运动。
[0012]作为又一替换方式，代替引导件和牵簧，可充气的气囊可在叶片的后缘处被围绕着所述叶片安装。所述气囊可被充气(例如，利用从压缩机泄放的空气)以在叶片上施加径向向内的力从而引起所述叶片围绕它们的前缘做枢转运动。
【附图说明】
[0013]因此在概括地描述了本发明后，现在将参照附图，附图不一定是按比例绘制的，并且附图中:
图1是根据本发明的一个实施例的涡轮增压器的透视图，其中压缩机壳体的一部分被切去以示出内部细节，其中所述进口调节机件处于打开位置；
图2是图1的涡轮增压器的轴向横截面视图，其中所述进口调节机件处于打开位置； 图3是与图1类似的视图，但是所述进口调节机件处于关闭位置；
图4是与图2类似的视图，但是所述进口调节机件处于关闭位置；
图5是图1-4的涡轮增压器的一部分的分解图，示出了处于打开位置的进口调节机件；
图5A是相对于空气流方向大体上向上游看时的进口调节机件的透视图，其中该进口调节机件处于打开位置；
图5B是处于打开位置的可变几何形状圆锥形机件的另一实施例的透视图；
图5C是处于打开位置的可变几何形状圆锥形机件的又一实施例的透视图；
图f5D是处于打开位置的可变几何形状圆锥形机件的又一实施例的透视图；
图6是与图5类似的视图，但是所述进口调节机件处于关闭位置；
图6A是与图5A类似的视图，但是所述进口调节机件处于关闭位置；
图6B是与图5B类似的视图，但是所述可变几何形状圆锥形机件处于关闭位置；
图6C是与图5C类似的视图，但是所述可变几何形状圆锥形机件处于关闭位置；以及图6D是与图f5D类似的视图，但是所述可变几何形状圆锥形机件处于关闭位置。
【具体实施方式】
[0014]现在将在下文中参照附图更加全面地描述本发明，附图中示出了本发明的一些但不是全部的实施例。实际上，这些发明可以许多不同的形式被体现并且不应该被理解为被限制到本文公开的实施例；相反，这些实施例被提供是使得本公开会满足可适用的法律要求。通篇中相同的标记表示相同的元件。
[0015]在图1的透视图和图2的横截面视图中示出了根据本发明的一个实施例的涡轮增压器10。该涡轮增压器包括具有压缩机叶轮或推进轮14的压缩机12，所述压缩机叶轮在压缩机壳体16中安装在可旋转的轴18的一端上。所述压缩机壳体限定了空气进口 17以引导空气大体轴向地进入压缩机叶轮14。轴18被安装在该涡轮增压器的中间壳体20中的轴承19支撑。轴18由安装在轴18的与压缩机叶轮相对的另一端上的涡轮机叶轮22旋转，由此可旋转地驱动压缩机叶轮，所述压缩机叶轮压缩通过压缩机进口吸入的空气并且压缩空气大体径向向外地从压缩机叶轮排出到用于接收所述压缩空气的蜗壳21内。从蜗壳21，所述空气被引导到内燃发动机(未示出)的进气口以增加该发动机的性能。
[0016]压缩机壳体16限定了罩表面16s，该罩表面紧邻于压缩机叶片的径向外尖端。罩表面16s限定了弯曲轮廓，该弯曲轮廓大体上平行于压缩机叶轮的轮廓。在通向压缩机叶轮的进口段14i的进口处，罩表面16s具有的直径略大于进口段14i的直径。
[0017]涡轮增压器还包括容纳涡轮机叶轮22的涡轮机壳体24。该涡轮机壳体限定了大体上环形的室26，所述室围绕涡轮机叶轮并且接收来自内燃发动机的废气以驱动该涡轮机叶轮。废气被从室26大体上径向向内地通过涡轮机喷嘴28引导到涡轮机叶轮22。当废气流过在涡轮机叶轮的叶片30之间的通道时，该废气膨胀到更低压力，并且从该叶轮被排出的废气通过涡轮机壳体中的大体上轴向孔32离开涡轮机壳体。
[0018]根据本发明，涡轮增压器的压缩机包括进口调节机件100，该进口调节机件设置在压缩机壳体的空气进口 17内并刚好在罩表面16s和进口段14i的上游。进口调节机件100可在打开位置(图1、2和5)和关闭位置(图3、4和6)之间移动。进口调节机件包括可变几何形状圆锥形机件。该可变几何形状圆锥形机件在处于关闭位置时具有的后缘内直径dco?(图4)小于压缩机壳体的罩表面16s在压缩机叶轮的进口段处的内直径，并且该可变几何形状圆锥形机件在关闭位置时被定位成使得空气进口在所述进口段处的有效直径由所述可变几何形状圆锥形机件的内直径确定。可变几何形状圆锥形机件在打开位置时被移动以增加所