專利名稱：轉(zhuǎn)成環(huán)形體積的壓縮機(jī)再循環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明針對(duì)一種渦輪增壓器管道的構(gòu)形，該渦輪增壓器管道被整合在一個(gè)壓縮機(jī)蓋件中，從而將旁通空氣從壓縮機(jī)排放口傳送至壓縮機(jī)入口，以此方式使得不會(huì)引起喘振情況或噪聲。
背景技術(shù)：
渦輪增壓器將空氣以與在正常吸氣構(gòu)型中將有可能的情況相比更大的密度傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)，從而允許燃燒更多的燃料，因此在沒有明顯增加發(fā)動(dòng)機(jī)重量的情況下提升了發(fā)動(dòng)機(jī)的馬力。一個(gè)更小的渦輪增壓的發(fā)動(dòng)機(jī)能夠取代一個(gè)更大物理尺寸的正常吸氣的發(fā)動(dòng)機(jī)，因而減小了車輛的質(zhì)量以及空氣動(dòng)力學(xué)的迎風(fēng)面積。渦輪增壓器是一類被迫進(jìn)氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用了從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管進(jìn)入渦輪機(jī)殼體的排氣流來驅(qū)動(dòng)位于渦輪機(jī)殼體(2)中的渦輪機(jī)葉輪(51)。該渦輪機(jī)葉輪被穩(wěn)固地附著到一個(gè)軸上以便形成軸與葉輪組件。該渦輪機(jī)葉輪的主要功能是從排氣中提取旋轉(zhuǎn)動(dòng)力并使用這個(gè)動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)級(jí)由一個(gè)葉輪(20)及其殼體(10)組成。該壓縮機(jī)葉輪(20)被安裝到該軸與葉輪組件的一個(gè)短軸端并且通過來自一個(gè)壓縮機(jī)螺母的夾緊負(fù)載而被保持在位。過濾后的空氣通過壓縮機(jī)葉輪的非常高的RPM旋轉(zhuǎn)而被軸向地抽取到該壓縮機(jī)蓋件的入口
(14)中。渦輪機(jī)級(jí)驅(qū)動(dòng)該壓縮機(jī)葉輪來產(chǎn)生靜態(tài)壓力與一些剩余動(dòng)能及熱量的一種組合。加壓的氣體穿過壓縮機(jī)排放口(15)從壓縮機(jī)蓋件排出并且通常經(jīng)由一個(gè)中冷器被傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣中。與現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行條件下的可能情況相比，當(dāng)壓縮機(jī)試圖傳送更多的質(zhì)量流到該發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)壓縮機(jī)會(huì)發(fā)生喘振，即空氣動(dòng)力學(xué)失速。壓縮機(jī)級(jí)就壓力、質(zhì)量流、速度以及凈空氣動(dòng)力學(xué)推力而言開始振蕩。這種振蕩的不穩(wěn)定性會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞渦輪增壓器，還產(chǎn)生了一種駕駛者能夠聽到的并且通常描述為“吼叫”或“尖叫聲”的刺激的噪聲。對(duì)于一個(gè)給定的壓縮機(jī)設(shè)計(jì)而言喘振的位置可以描述為在給定轉(zhuǎn)速下的壓力和質(zhì)量流的函數(shù)。壓燃式(Cl)發(fā)動(dòng)機(jī)將空氣直接引入氣缸中?？諝庠趬嚎s沖程由活塞壓縮，并且燃料在活塞達(dá)到上止點(diǎn)(TDC)之前被噴射到加熱的壓縮空氣中。在渦輪增壓的Cl發(fā)動(dòng)機(jī)中，空氣質(zhì)量流是通過渦輪增壓器輸出來傳送的，并且該燃料流量被計(jì)量并且被直接噴射到燃燒室中。某些Cl發(fā)動(dòng)機(jī)裝備有多個(gè)節(jié)氣門。點(diǎn)火式(SI)發(fā)動(dòng)機(jī)可以在進(jìn)氣歧管中將該燃燒空氣與燃料進(jìn)行混合。組合的空氣-燃料混合物在進(jìn)入燃燒室之前由節(jié)流閥控制。該節(jié)流閥(或板)典型地以相對(duì)緊密的公差定位在一個(gè)節(jié)氣門本體內(nèi)并且具有關(guān)閉到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流的能力。SI發(fā)動(dòng)機(jī)也可以將燃料直接噴射到氣缸中?！拜p輕點(diǎn)擊”是用來指代駕駛者的腳壓下油門踏板以調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷的動(dòng)作的術(shù)語。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以保持不變(例如駛上山)，或者發(fā)動(dòng)機(jī)可以從低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加到較高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。“輕輕松開”是用來指駕駛者的腳抬離踏板的相反動(dòng)作的術(shù)語。當(dāng)今在許多SI和Cl發(fā)動(dòng)機(jī)中、或者將節(jié)流板用于空氣控制而典型地防止喘振的發(fā)動(dòng)機(jī)中使用了多個(gè)壓縮機(jī)再循環(huán)閥(CRV)以及多個(gè)管道(以下統(tǒng)稱“CRV系統(tǒng)”)，這些管道將壓縮機(jī)的排氣連接到該閥的入口并將該閥的排氣連接到壓縮機(jī)的進(jìn)口。該節(jié)流板的閉合(例如輕輕松開油門踏板)關(guān)閉了從壓縮機(jī)排放口到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口的管道并且引起了壓縮機(jī)流量的一個(gè)驟降進(jìn)而導(dǎo)致了壓縮機(jī)級(jí)進(jìn)入喘振。CRV系統(tǒng)總體上將空氣從壓縮機(jī)排放管道(該管道將壓縮機(jī)排放口連接到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口或中冷器，取決于發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)形)傳送到壓縮機(jī)入口的上游管道或者直接傳送到壓縮機(jī)入口。 壓縮機(jī)再循環(huán)閥的輸出可以通過管道輸送到壓縮機(jī)入口或者通過管道輸送到壓縮機(jī)葉輪而連接到壓縮機(jī)入口?？商娲?，該壓縮機(jī)再循環(huán)閥以及管道可以是壓縮機(jī)蓋件鑄造件的一部分。類似地，壓縮機(jī)再循環(huán)閥的輸入可以是將CRV連接到壓縮機(jī)排放口的一個(gè)管道，或者到CRV的輸入可以是壓縮機(jī)蓋件的一部分。CRV系統(tǒng)可以通過若干方式通過到壓縮機(jī)的管道而連接到壓縮機(jī)。一些系統(tǒng)具有從該壓縮機(jī)排放口到CRV閥，然后從CRV閥到周圍的來自空氣濾清器的入口管道或者甚至該壓縮機(jī)入口管道的管系；一些只具有這種安排的多個(gè)部分(例如CRV可以通過到該壓縮機(jī)入口的一個(gè)撓性管而安裝到該壓縮機(jī)蓋件排放口)；某些將CRV直接整合在壓縮機(jī)蓋件中。本發(fā)明傳授了將再循環(huán)空氣引導(dǎo)到壓縮機(jī)葉輪的方法，而與可以安裝該CRV組件的設(shè)計(jì)無關(guān)。當(dāng)該CRV閥被打開時(shí)，大量高壓的壓縮機(jī)排放空氣在徑向上進(jìn)入壓縮機(jī)入口，力口入該軸向流動(dòng)的主氣流，從而引起突然涌入的空氣穿過壓縮機(jī)蓋件導(dǎo)風(fēng)葉輪(在下面定義)中的開口，并且會(huì)引起與在瓶頸開口上進(jìn)行吹風(fēng)相類似的空腔共鳴噪聲。這種噪聲還可能對(duì)駕駛者產(chǎn)生刺激。在圖2A中，進(jìn)口空氣(61)被軸向地抽取進(jìn)入并穿過壓縮機(jī)葉輪(20)被壓縮并且從該壓縮機(jī)葉輪射出經(jīng)過該擴(kuò)散器(11)進(jìn)入蝸殼(12)，在該蝸殼中來自該壓縮機(jī)葉輪以及來自擴(kuò)散器的空氣速度分量被集中并且被轉(zhuǎn)換成壓力。典型地，存在一個(gè)CRV(80)，其控制來自壓縮機(jī)排放口(15)的加壓空氣(62)的一個(gè)旁通流動(dòng)。通過CRV (80)處于打開位置，或者被調(diào)整朝向打開位置，旁通空氣(64)被準(zhǔn)許進(jìn)入一個(gè)旁通管道(16)并且從此被準(zhǔn)許進(jìn)入壓縮機(jī)入口(例如，正處于壓縮機(jī)葉輪前緣(24)上游的區(qū)域)。當(dāng)管道(16)將壓縮機(jī)排放口( 15)與CRV流體地相連接時(shí)，以及將CRV與該壓縮機(jī)級(jí)進(jìn)口(14)流體地相連接時(shí)，由于該管道把該單向的、總體上徑向流動(dòng)的、高壓旁通空氣直接傾瀉到軸向流動(dòng)的主入口空氣流(61)中，然后到導(dǎo)風(fēng)葉輪區(qū)域(14a)，在該壓縮機(jī)葉輪的前緣(24)的平面上的速度分布是不均勻的。這種缺少周向均勻的空氣流動(dòng)速度的流動(dòng)被抽取到該壓縮機(jī)葉輪中，這導(dǎo)致了一些流動(dòng)與這些葉片對(duì)準(zhǔn)而一些流動(dòng)不與這些葉片對(duì)準(zhǔn)。一些葉片是滿負(fù)荷的而一些葉片可能是處于負(fù)壓力狀況。圖2B是圖2A的“A-A”截面的視圖。在圖2B中，用平面圖描繪了總體上徑向的空氣流動(dòng)。在此截面視圖中，來自該排放管道(15，15a)的空氣流動(dòng)(64)被弓I導(dǎo)至該CRV管道中從而將CRV連接到壓縮機(jī)入口?？傮w上徑向的空氣流動(dòng)(65)從CRV管道被直接傾瀉到軸向的主壓縮機(jī)進(jìn)氣流動(dòng)(61)中而使得該合并氣體流動(dòng)沒有機(jī)會(huì)得到調(diào)節(jié)；因而被該壓縮機(jī)葉輪攝取的空氣從速度觀點(diǎn)來說總體上是不可調(diào)節(jié)的。這種管道構(gòu)形引起了到該壓縮機(jī)葉輪的入口上的一個(gè)壓力梯度，嚴(yán)重時(shí)，這個(gè)壓力梯度會(huì)引起該壓縮機(jī)葉輪葉片的不均勻的葉片負(fù)荷。這種激勵(lì)能夠?qū)е滤鲞@些葉片的高循環(huán)疲勞(HCF)。此外，這種管道構(gòu)形還引起了上述的喘振噪聲。在CRV打開時(shí)，這種現(xiàn)象還引起了級(jí)效率的降低。由此可見將旁通流動(dòng)直接“傾瀉”到壓縮機(jī)葉輪中不僅引起了噪聲，而且還致使壓縮機(jī)葉輪葉片失效的可能性以及該CRV打開時(shí)的一個(gè)普遍的效率損失。發(fā)明概述對(duì)于用來解決在CRV和或關(guān)閉事件過程中所產(chǎn)生的問題存在一種需要。諸位發(fā)明人通過提供圍繞該導(dǎo)風(fēng)葉輪的一個(gè)環(huán)形過渡空腔解決了這些問題，在該空腔中調(diào)節(jié)該合并空氣流動(dòng)并且產(chǎn)生勻速的以及指向該導(dǎo)風(fēng)葉輪并且因而到該壓縮機(jī)葉輪的空氣流動(dòng)。附圖的簡(jiǎn)要說明本發(fā)明是通過舉例而非限制的方式展示在這些附圖中，其中類似的參考數(shù)字表示相似的部分，并且在這些附圖中:

圖1圖1描繪了一種典型渦輪增壓器組件的一個(gè)截面；圖2A描繪了具有一個(gè)旁通閥的一種壓縮機(jī)蓋件的一個(gè)截面；圖2B描繪了圖2A中的該蓋件的A-A截面；圖3A描繪了本發(fā)明的壓縮機(jī)蓋件的一個(gè)截面；圖3B描繪了圖3A中的該蓋件的B-B截面；圖4A描繪了本發(fā)明”的第二實(shí)施例的一個(gè)截面；圖4B描繪了圖4A中的該蓋件的B-B截面；圖5A描繪了本發(fā)明的第一實(shí)施方案的一個(gè)變體；圖5B描繪了圖5A的該蓋件的C-C截面；圖6A描繪了本發(fā)明的第二實(shí)施方案的一個(gè)變體；并且圖6B描繪了圖6A中的該蓋件的B-B截面。發(fā)明詳細(xì)說明對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)家而言，高精確度地描述穿過一個(gè)壓縮機(jī)級(jí)的空氣流動(dòng)會(huì)是非常復(fù)雜的。然而，出于理解本發(fā)明原理的目的，可以將空氣流動(dòng)的討論極大地簡(jiǎn)化。僅有必要了解的是在本發(fā)明的管道中從CRV管道送入該壓縮機(jī)入口的空氣不是從一個(gè)方向(即如常規(guī)CRV系統(tǒng)中的管道出氣口那樣)進(jìn)入，而是在被引入該主軸向空氣流動(dòng)中并與其合并之前使其圍繞該壓縮機(jī)入口的圓周總體上均勻地分布。以下將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的IGV系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及穿過本發(fā)明壓縮機(jī)的空氣流動(dòng)，但討論流動(dòng)時(shí)將僅使用主方向的流動(dòng)?？傊?，人為現(xiàn)象(如渦旋、旋渦以及渦流)將不予以考慮。除非另外指明，以下術(shù)語將具有以下含義:“總體上徑向”是指總體上流動(dòng)離開或收斂朝向該軸線(該軸線是壓縮機(jī)葉輪軸線的一個(gè)延伸)的流動(dòng)分量并且包括具有一些非純粹徑向分量(例如，軸向分量或切向分量)的流動(dòng)?！翱傮w上軸向”是指總體上與渦輪增壓器軸線平行流動(dòng)的流動(dòng)分量，即便該流動(dòng)具有一些旋渦或非平行分量?！吧嫌巍焙汀跋掠巍笔菂⒄赵摿鲃?dòng)的主要分量，即從壓縮機(jī)入口到壓縮機(jī)葉輪的流動(dòng)。這些術(shù)語不涉及CRV管道、環(huán)形空腔、或該徑向壓縮的軸向擴(kuò)張的從壓縮機(jī)入口延伸的體積中的即時(shí)流動(dòng)?！拜S向變平的、徑向擴(kuò)張的體積”是指典型地圓柱形的、但通常是彎曲的或者非圓柱形的形狀，通道壁(22)被修改成徑向擴(kuò)展，具有比軸向高度大的徑向擴(kuò)張。諸位發(fā)明人通過測(cè)試確定，在該CRV打開過程中存在一個(gè)持續(xù)0.03秒的尖叫聲。通過計(jì)算流體力學(xué)(CFD)建模，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，噪聲是由于將未調(diào)節(jié)的旁通空氣從該壓縮機(jī)排放口傾瀉到該下級(jí)壓縮機(jī)入口中并因此到壓縮機(jī)葉輪的導(dǎo)風(fēng)葉輪所引起的。來自CRV管道的流動(dòng)的首要速度分量是單向的或幾乎單向的，并且總體上是徑向的，因而，總體上垂直于該主壓縮機(jī)流動(dòng)的軸向速度。為了使這些壓縮機(jī)葉輪葉片被均勻加載，在CRV流動(dòng)(總體上單向徑向地)被抽取進(jìn)入壓縮機(jī)葉輪之前使其不得不轉(zhuǎn)換為總體上均勻的軸向速度。沒有某物來引導(dǎo)這種流動(dòng)并且使其均勻地(即均勻地圍繞360° )流動(dòng)轉(zhuǎn)換并且因此與該軸向主要壓縮機(jī)進(jìn)氣流動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，該CRV流動(dòng)不會(huì)很好地混合，因此壓縮機(jī)輪以抽取高度紊亂的流動(dòng)而告終。一些葉片是滿負(fù)荷的而一些葉片實(shí)際上是處于真空狀態(tài)。如圖2A、圖2B所描繪的，由壓縮機(jī)葉輪(20)壓縮的空氣被驅(qū)動(dòng)進(jìn)入擴(kuò)散器(11)中并且進(jìn)入該蝸殼(12)中，來自該壓縮機(jī)和擴(kuò)散器的具有速度的空氣被集中在該蝸殼中。然后空氣被引導(dǎo)至壓縮機(jī)排放口(15)，典型地該壓縮機(jī)排放口與引導(dǎo)該空氣至車輛中冷器的管道相連接并且因此與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管相連接。在CRV (80)打開時(shí)，壓縮機(jī)排放口中的空氣(63)的一部分通過一個(gè)CRV管道(16)，使該高壓的壓縮機(jī)排放口(15)與該(相對(duì)地)低壓壓縮機(jī)入口(14)流體地相連接。進(jìn)入該管道(16)中的空氣流動(dòng)(64，64a)是由CRV (80)的位置控制的。隨著CRV打開，該CRV管道中的空氣流動(dòng)(64)單向地并總體上垂直于流動(dòng)主軸線而“傾瀉”到壓縮機(jī)入口(14)中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)入口(14)中的空氣流動(dòng)不是均勻分布的，因?yàn)樗鼪_擊在壓縮機(jī)葉輪的這些前緣(24)的平面上。諸位發(fā)明人確定，正在進(jìn)入的流動(dòng)方向和圍繞該壓縮機(jī)葉輪軸線的周向分布都不是均勻的，從而導(dǎo)致不希望的葉片激勵(lì)，這種激勵(lì)具有使這些壓縮機(jī)葉輪葉片有高頻疲勞(HCF)的可能性，每個(gè)CRV動(dòng)作期間都會(huì)伴隨著效率損失。還報(bào)告的是，對(duì)于CRV打開和關(guān)閉期間存在來自渦輪增壓器的所不希望的噪聲。這些噪聲可追溯這些CRV動(dòng)作。諸位發(fā)明人為該進(jìn)氣口設(shè)計(jì)了一個(gè)新的構(gòu)形，從該CRV旁通到該壓縮機(jī)葉輪導(dǎo)風(fēng)葉輪，這樣使得正在進(jìn)入的“傾瀉”的高壓空氣既不產(chǎn)生穿過該壓縮機(jī)入口中的開口的空氣“撕撕聲”，也不產(chǎn)生在事件結(jié)束時(shí)該CRV關(guān)閉時(shí)由喘振事件引發(fā)的“尖叫聲”。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，如圖3A、圖3B所描繪的，該壓縮機(jī)殼體包括在該壓縮機(jī)葉輪上游的一個(gè)壓縮機(jī)入口(14)以及在所述壓縮機(jī)葉輪下游的一個(gè)壓縮機(jī)排放口
(15)，該入口包括:一個(gè)外部通道壁(22)、一個(gè)內(nèi)部通道壁(21)以及一個(gè)環(huán)形空腔(23)，該外部通道壁在上游方向延伸離開該壓縮機(jī)葉輪并且在該上部入口區(qū)段中形成一個(gè)進(jìn)氣部分；該內(nèi)部通道壁在該外部通道壁內(nèi)，該內(nèi)部通道壁包括:在該壓縮機(jī)葉輪的前緣(24)的上游遠(yuǎn)離該壓縮機(jī)葉輪延伸的一個(gè)下部入口區(qū)段、以及在該壓縮機(jī)葉輪的前緣(24)下游的一個(gè)導(dǎo)風(fēng)葉輪區(qū)段(14a);該環(huán)形空腔被限定在該內(nèi)部壁與外部壁之間，該環(huán)形空腔(23)的一個(gè)環(huán)形開口處于該內(nèi)部通道壁的上游末端處并且在該內(nèi)部通道壁與外部通道壁之間；該壓縮機(jī)進(jìn)一步包括一個(gè)壓縮機(jī)回流閥系統(tǒng)，該回流閥系統(tǒng)包括一個(gè)壓縮機(jī)再循環(huán)閥(CRV)
(80)以及一個(gè)旁通管道，該旁通管道流體地連接該壓縮機(jī)排放口(15)與該環(huán)形氣體通道。該內(nèi)部壁(21)的總體上圓柱形的內(nèi)側(cè)表面已知為導(dǎo)風(fēng)葉輪(14a)(用于該壁(14a)鄰接該壓縮機(jī)葉輪輪廓(27)的地帶)，并且該入口(14)在這些壓縮機(jī)葉輪葉片的前緣的上方。這個(gè)總體上圓柱形的內(nèi)部壁的外側(cè)表面是該環(huán)形空腔(23)的內(nèi)側(cè)壁?？傮w上圓柱形的環(huán)形空腔(23)的外側(cè)是該外部壁(22)的總體上圓柱形的內(nèi)側(cè)表面?？傮w上環(huán)形的空腔的下部邊界典型地由鑄造去芯要求以及對(duì)在該CRV管道(16)的入口下面進(jìn)入該環(huán)形空腔(23)的一些體積的要求所限定。環(huán)形空腔的上部邊界除該內(nèi)部壁(21)的高度之外是無約束的，該內(nèi)部壁高度應(yīng)該盡可能被維持在不小于0.5倍的Di,其中Di是該導(dǎo)風(fēng)葉輪的直徑。此壁的高度對(duì)圖譜寬度具有影響。圖3A和圖3B描繪了從該壓縮機(jī)(20)到該中冷器與發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮空氣的流出(62)。旁通空氣流(63)流入CRV管道(16)之中。一個(gè)CRV (80)通過一個(gè)旁通管道(16)控制著旁通空氣(64)的通道，該旁通管道流體地連接了該壓縮機(jī)排放口(15)與該壓縮機(jī)入口(14)。當(dāng)CRV (80)處于打開狀況下，壓縮機(jī)排放口旁通空氣流(63，64)在CRV管道(16)中行進(jìn)。主導(dǎo)地徑向空氣流(64)從該CRV管道(16)流動(dòng)進(jìn)入一個(gè)環(huán)形空腔(23)并且圍繞該環(huán)形空腔。來自該環(huán)形空腔的空氣流(64)(現(xiàn)在均勻地分布在該壓縮機(jī)入口壁(21)的360°周圍)以一個(gè)總體上軸向方向向上流動(dòng)、并且在該內(nèi)部壁(21)的上部末端上方(68)與來自發(fā)動(dòng)機(jī)空氣濾清器的總體上軸向正在進(jìn)入的空氣流(61)合并，并且這使壓縮機(jī)葉輪前緣(24)具有一個(gè)空氣流(70加61)，現(xiàn)在該空氣流周向均勻地分布在壓縮機(jī)葉輪的這些前緣(24)的平面上。在本發(fā)明的第一實(shí)施例的一個(gè)變體中，如圖4A和圖4B所描繪的，在需要更大的圖譜寬度的情況下，這可以通過一個(gè)導(dǎo)風(fēng)葉輪再循環(huán)壓縮機(jī)蓋件的手段來提供。在此情況下，該環(huán)形空腔(23)起到雙重功能作用。第一功能是用于壓縮機(jī)導(dǎo)風(fēng)葉輪再循環(huán)的一個(gè)體積與一個(gè)路徑，第二功能如本發(fā)明的第一實(shí)施例中的功能。提供了多個(gè)支柱(94)，以便支撐該內(nèi)部壁(21)的總體上圓柱形的部分，在此實(shí)施例中，該圓柱形部分通過一個(gè)再循環(huán)槽縫(25)而與該內(nèi)部壁的下部部分(21a)分開。這些支柱(94)典型地是該鑄造件的一部分并且不起任何構(gòu)造目的，直到該導(dǎo)風(fēng)葉輪再循環(huán)槽縫(25)刺穿該內(nèi)部壁(21)，因而使該內(nèi)部壁的上部部分與該內(nèi)部壁的下部部分分開。這些支柱典型地是豎直的、軸向的以及截面線性的，但也可能是傾斜的或者非線性的，以用于在該內(nèi)部壁的上部末端上方促成一個(gè)更加均勻的流動(dòng)進(jìn)入該壓縮機(jī)葉輪。在本發(fā)明的第一實(shí)施例的另一個(gè)變體中，這些支柱是傾斜的或者扭曲的，這樣使得來自CRV管道的流動(dòng)相對(duì)于其具有某些旋轉(zhuǎn)(圍繞該壓縮機(jī)葉輪中心線):單獨(dú)定向和設(shè)計(jì)這些支柱；從該CRV管道進(jìn)入該環(huán)形空腔內(nèi)的獨(dú)自切向的排放口 ；或者來自于這兩種設(shè)計(jì)元素的貢獻(xiàn)。由于進(jìn)入該壓縮機(jī)葉輪的空氣的先期旋轉(zhuǎn)(相對(duì)于該壓縮機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn))弓丨起了一個(gè)圖譜偏移，使該圖譜遠(yuǎn)離喘振，該CRV閥的打開幫助防止在該CRV打開動(dòng)作的瞬態(tài)過程中的喘振。在本發(fā)明的一個(gè)第二實(shí)施例中，如圖5A和圖5B所描繪的，來自壓縮機(jī)排放口( 15 )的由CRV (80)控制的這些空氣流(63，64，64a)不送入圍繞該內(nèi)部壁(21)的一個(gè)分離的環(huán)形空腔中，而是總體上徑向地送入一個(gè)軸向變平、徑向擴(kuò)張的圓柱形體積(以下“擴(kuò)張的圓柱形體積”)內(nèi)，該擴(kuò)張的圓柱形體積位于該壓縮機(jī)入口附近，軸向定位在該壓縮機(jī)蓋件的進(jìn)氣口與該壓縮機(jī)葉輪的前緣之間。該圓柱形體積被一個(gè)總體上圓柱形的外部壁(92)與一個(gè)上游的(相對(duì)于該流動(dòng)主軸線(61))總體上垂直于該流動(dòng)主軸線的總體上平面的壁(90 )以及一個(gè)在下游的總體上也垂直于該流動(dòng)主軸線的總體上平面的壁(91)所界定。這些壁被描述成總體上垂直于并且總體上平行于該流動(dòng)軸線從而允許使用鑄造拔模角度。在優(yōu)選的模式中，在上游的和在下游的、總體上垂直的這些壁是扁平的，但它們可以由曲線限定。該變平、擴(kuò)張的圓柱形體積的決定性功能是該空氣流，盡管從生產(chǎn)的觀點(diǎn)來看，關(guān)鍵的是工具加工是可伸縮的。如在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，如以上描述，該總體上環(huán)形的空腔的下部邊界典型地被鑄造去芯的要求以及對(duì)在該CRV管道(16)的入口下面的進(jìn)入該環(huán)形空腔(23)的一些體積的需要所限定。環(huán)形空腔的上部邊界除該內(nèi)部壁(21)的高度之外是無約束的，該內(nèi)部壁高度應(yīng)該盡可能被維持在不小于0.5倍的Di，其中Di是指該導(dǎo)風(fēng)葉輪的直徑。此壁的高度對(duì)圖譜寬度有影響。來自壓縮機(jī)(20)的壓縮空氣的流出(62)達(dá)到該中冷器和發(fā)動(dòng)機(jī)。旁通空氣流
(63)流入CRV管道之中。一個(gè)CRV (80)穿過一個(gè)旁通管道(16)控制了旁通空氣(64)的通道，該旁通管道流體地連接了壓縮機(jī)排放口(15)與該擴(kuò)張的圓柱形體積。當(dāng)CRV (80)處于打開的情況下，壓縮機(jī)排放口旁通空氣流(63，64，64a)在旁通管道(16)中行進(jìn)。來自CRV管道的空氣流總體上徑向地流入該擴(kuò)張的圓柱形體積并且然后圍繞該擴(kuò)張的圓柱形體積。來自該擴(kuò)張的圓柱形體積的空氣流(67)由徑向或總體上徑向轉(zhuǎn)變成總體上軸向，正如其通過該擴(kuò)張的圓柱形體積并且進(jìn)入該壓縮機(jī)入口的下部部分中，在該壓縮機(jī)入口的下部部分該空氣流與該軸向的主壓縮機(jī)進(jìn)氣流(61)合并，然后到這些壓縮機(jī)葉輪前緣(24)。由于來自CRV管道的總體上徑向的空氣流(67)被轉(zhuǎn)變成朝向該壓縮機(jī)葉輪前進(jìn)的總體上軸向的空氣流(70)，該空氣流從該主壓縮機(jī)進(jìn)氣流(61)中獲取了一些軸向速度來使得該壓縮機(jī)葉輪能夠抽取高度組織的流動(dòng)，該高度組織的流動(dòng)將產(chǎn)生相對(duì)均勻的葉片負(fù)荷。雖然，在本發(fā)明的第二實(shí)施例的優(yōu)選方式中，該圓柱形體積的外部總體上豎直的壁是總體上圓柱形的，并且該圓柱形體積的上部壁與下部壁是總體上扁平的并且總體上水平的。在本發(fā)明的第二實(shí)施例的一個(gè)變體中，所述這些壁可以是更多的非對(duì)稱的復(fù)雜形狀，這些形狀由從CRV到該圓柱形體積的管道的進(jìn)入條件所限定，這樣使得從該圓柱形體積朝向該壓縮機(jī)葉輪前緣的流出是周向均勻地分布在該壓縮機(jī)入口的下部部分。在圖6A和圖6B中，諸位發(fā)明人設(shè)計(jì)了一個(gè)更復(fù)雜的形狀(98)以用來在壓縮機(jī)的下部部分中將來自該CRV管道的總體上徑向的空氣流(62)處理成該總體上軸向的、周向均勻分布的空氣流(67和65 )，在該壓縮機(jī)入口的下部部分中該空氣流與該軸向主壓縮機(jī)進(jìn)氣流(61)合并，然后到該壓縮機(jī)葉輪前緣(24)。在方向和本質(zhì)上改變的此空氣流是通過一個(gè)非對(duì)稱幾何形狀執(zhí)行的，該非對(duì)稱幾何形狀既用于該圓柱形體積的外部總體上豎直的壁(98 )又用于該圓柱形體積的總體上水平的上部壁(96 )和外部壁(97 )。由于來自該CRV管道的總體上徑向的空氣流(69 )被轉(zhuǎn)變成朝向該壓縮機(jī)葉輪前進(jìn)的總體上軸向的空氣流(70),該空氣流從該主壓縮機(jī)進(jìn)氣流(61)中獲取了一些軸向速度來使得該壓縮機(jī)葉輪能夠抽取高度組織的流動(dòng)(61、70)，該高度組織的流動(dòng)將產(chǎn)生相對(duì)均勻的葉片負(fù)荷。本發(fā)明的概念的是通過一個(gè)環(huán)形體積將來自該壓縮機(jī)再循環(huán)閥的總體上單向的徑向的旁通空氣流進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這樣有助于該旁通空氣流在到達(dá)該壓縮機(jī)入口的總體上徑向的空氣流之前被周向地分布，從而與該總體上軸向的進(jìn)氣流均與地合并，并且給該壓縮機(jī)葉輪提供“周向均勻”流速的空氣流，關(guān)于本發(fā)明的概念不限于在壓縮機(jī)內(nèi)的空氣再循環(huán)，而適用于解決類似的情況，在此情況中所希望的是將氣體從一個(gè)徑向流動(dòng)均勻地引導(dǎo)成一個(gè)軸向流動(dòng)，例如，排氣再循環(huán)(EGR)從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管引導(dǎo)進(jìn)入壓縮機(jī)上游的空氣流內(nèi)。在此，還通過在合并之前進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可以克服壓縮機(jī)葉輪葉片流動(dòng)分離的問題?，F(xiàn)在已經(jīng)說明了本發(fā)明，我們提出了權(quán)利要求:
權(quán)利要求
1.一種用于壓縮氣體的壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)包括: 一個(gè)壓縮機(jī)葉輪(20)，其包括多個(gè)葉片，這些葉片各自包括一個(gè)前緣(24)、一個(gè)后緣以及一個(gè)外部自由緣，所述葉輪被安裝在一個(gè)殼體內(nèi)用于旋轉(zhuǎn)， 該殼體，其包括在該壓縮機(jī)葉輪上游的一個(gè)壓縮機(jī)入口(14)以及在所述壓縮機(jī)葉輪下游的一個(gè)壓縮機(jī)排放口(15)， 其中，該入口包括: 一個(gè)外部通道壁(22)，該外部通道壁在一個(gè)上游方向上延伸離開該壓縮機(jī)葉輪并且在該上部入口區(qū)段內(nèi)形成了一個(gè)氣體進(jìn)氣部分， 在該外部通道壁內(nèi)的一個(gè)內(nèi)部通道壁(21)，該內(nèi)部通道壁包括一個(gè)入口區(qū)段(14)以及一個(gè)導(dǎo)風(fēng)葉輪區(qū)段(14a)，該入口區(qū)段在該壓縮機(jī)葉輪的前緣(24)的上游延伸離開該壓縮機(jī)葉輪并且該導(dǎo)風(fēng)葉輪區(qū)段在該壓縮機(jī)葉輪的這些前緣(24)的下游，以及 限定在該內(nèi)部通道壁與外部通道壁之間的一個(gè) 環(huán)形空腔(23)，該環(huán)形空腔(23)的處于該內(nèi)部通道壁的上游末端處的一個(gè)環(huán)形開口是在該內(nèi)部通道壁與外部通道壁之間， 所述壓縮機(jī)進(jìn)一步包括一個(gè)壓縮機(jī)回流閥系統(tǒng)，該回流閥系統(tǒng)包括與一個(gè)旁通管道相關(guān)聯(lián)的一個(gè)壓縮機(jī)再循環(huán)閥(CRV) (80)，該旁通管道提供了在該壓縮機(jī)排放口(15)與該環(huán)形空腔(23)之間的流體連通。
2.如權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)，進(jìn)一步包括在該內(nèi)部通道壁(21)中在該導(dǎo)風(fēng)葉輪的上游的至少一個(gè)導(dǎo)風(fēng)葉輪再循環(huán)槽縫。
3.如權(quán)利要求2所述的壓縮機(jī)，其中所述導(dǎo)風(fēng)葉輪再循環(huán)槽縫(25)基本上是環(huán)形的。
4.如權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)，其中該內(nèi)部通道壁(21)與該外部通道壁(22)總體上是同軸的。
5.如權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)，進(jìn)一步包括位于所述環(huán)形空腔內(nèi)的至少一個(gè)流動(dòng)方向控制裝置。
6.如權(quán)利要求5所述的壓縮機(jī)，其中所述流動(dòng)方向控制裝置包括至少一個(gè)支柱。
7.如權(quán)利要求1所述的壓縮機(jī)，其中來自該CRV排氣的空氣流動(dòng)切向地進(jìn)入該環(huán)形空腔。
8.一種用于壓縮氣體的壓縮機(jī)，所述壓縮機(jī)包括: 一個(gè)壓縮機(jī)葉輪(20)，其包括多個(gè)葉片，這些葉片各自包括一個(gè)前緣(24)、一個(gè)后緣以及一個(gè)外部自由緣，所述葉輪被安裝在一個(gè)殼體內(nèi)用于旋轉(zhuǎn)， 該殼體，其包括在該壓縮機(jī)葉輪上游的一個(gè)壓縮機(jī)入口(14)以及在所述壓縮機(jī)葉輪下游的一個(gè)壓縮機(jī)排放口(15)， 其中該入口包括一個(gè)通道壁(22)，該通道壁在上游方向上延伸離開該壓縮機(jī)葉輪并且包括在該壓縮機(jī)葉輪的前緣的上游軸向上與該壓縮機(jī)入口(14)環(huán)形相通的一個(gè)軸向變平的、徑向擴(kuò)張的圓柱形體積， 所述壓縮機(jī)進(jìn)一步包括一個(gè)壓縮機(jī)回流閥系統(tǒng)，該回流閥系統(tǒng)包括與一個(gè)旁通管道相關(guān)聯(lián)的一個(gè)壓縮機(jī)再循環(huán)閥(CRV) (80)，該旁通管道提供了在該壓縮機(jī)排放口(15)與該軸向變平的、徑向擴(kuò)張的圓柱形體積之間的流體連通。
9.如權(quán)利要求8所述的壓縮機(jī)，其中所述軸向變平的、徑向擴(kuò)張的圓柱形體積與所述壓縮機(jī)入口(14)總體上是同軸的。
10.如權(quán)利要求8所述的壓縮機(jī)，其中所述軸向變平的、徑向擴(kuò)張的體積具有與所述壓縮機(jī)入口(14)不同軸的一個(gè)中心。
11.如權(quán)利要求8所述的壓縮機(jī)，其中所述軸向變平的、徑向擴(kuò)張的體積的徑向擴(kuò)張深度大于所述擴(kuò)張?bào)w積的軸向高度。
12.—種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓EGR系統(tǒng),該系統(tǒng)包括: 一個(gè)壓縮機(jī)，其用于壓縮有待供應(yīng)至該發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣； 一個(gè)渦輪機(jī)級(jí)，其 包括具有用于接收來自所述發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的一個(gè)排氣入口的一個(gè)渦輪機(jī)殼體，以及一個(gè)排氣出口，以及由來自該發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣所驅(qū)動(dòng)的一個(gè)渦輪機(jī)葉輪； 一個(gè)排氣回流管道，通過該排氣回流管道，有待回流到該發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣被引導(dǎo)至該壓縮機(jī)；以及 一個(gè)增壓空氣管道，通過該增壓空氣管道，在該壓縮機(jī)中的已壓縮的空氣被供應(yīng)至該發(fā)動(dòng)機(jī)， 其中所述壓縮機(jī)包括: 一個(gè)壓縮機(jī)葉輪(20)，該壓縮機(jī)葉輪由該渦輪機(jī)葉輪驅(qū)動(dòng)并且包括多個(gè)葉片，這些葉片各自包括一個(gè)前緣(24)、一個(gè)后緣以及一個(gè)外部自由緣，所述葉輪被安裝在一個(gè)壓縮機(jī)殼體內(nèi)用于旋轉(zhuǎn)并且在節(jié)氣流與一條喘振線之間是可操作的，該壓縮機(jī)殼體包括在該壓縮機(jī)葉輪上游的一個(gè)壓縮機(jī)入口(14)以及在所述壓縮機(jī)葉輪下游的一個(gè)壓縮機(jī)排放口(15)， 其中該入口包括: 一個(gè)外部通道壁(22)，其在一個(gè)上游方向上延伸離開該壓縮機(jī)葉輪并且在該上部入口區(qū)段中形成一個(gè)進(jìn)氣部分， 在該外部通道壁內(nèi)的一個(gè)內(nèi)部通道壁(21)，該內(nèi)部通道壁包括一個(gè)入口區(qū)段(14)以及一個(gè)導(dǎo)風(fēng)葉輪區(qū)段(14a)，該入口區(qū)段在該壓縮機(jī)葉輪的這些前緣(24)的上游延伸離開該壓縮機(jī)葉輪并且該導(dǎo)風(fēng)葉輪區(qū)段在該壓縮機(jī)葉輪的這些前緣(24)的下游，以及 限定在該內(nèi)部通道壁與外部通道壁之間的一個(gè)環(huán)形空腔(23)，該環(huán)形空腔(23)的在該內(nèi)部通道壁的上游末端的一個(gè)環(huán)形開口是在該內(nèi)部通道壁與外部通道壁之間，并且 其中借助該排氣回流管道，有待回流到該發(fā)動(dòng)機(jī)的所述這些排氣被引導(dǎo)至該壓縮機(jī)環(huán)形空腔(23)內(nèi)。
13.—種用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的低壓EGR系統(tǒng),該系統(tǒng)包括: 一個(gè)壓縮機(jī)，其用于壓縮有待供應(yīng)至該發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣； 一個(gè)渦輪級(jí)，其包括具有用于接收來自所述發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣的一個(gè)排氣入口的一個(gè)渦輪機(jī)殼體，以及一個(gè)排氣出口，以及一個(gè)被來自該發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣所驅(qū)動(dòng)的一個(gè)渦輪機(jī)葉輪；一個(gè)排氣回流管道，通過該回流管道，有待回流到該發(fā)動(dòng)機(jī)的這些排氣被引導(dǎo)至該壓縮機(jī)；以及 一個(gè)增壓空氣管道，通過該增壓空氣管道，該壓縮機(jī)中的已壓縮的空氣被供應(yīng)至該發(fā)動(dòng)機(jī)， 其中所述壓縮機(jī)包括: 一個(gè)壓縮機(jī)葉輪(20)，該壓縮機(jī)葉輪由該渦輪機(jī)葉輪驅(qū)動(dòng)并且包括多個(gè)葉片，這些葉片各自包括一個(gè)前緣(24)、一個(gè)后緣以及一個(gè)外部自由緣，所述葉輪被安裝在一個(gè)壓縮機(jī)殼體內(nèi)用于旋轉(zhuǎn)并且在節(jié)氣流與一條喘振線之間是可操作的，該壓縮機(jī)殼體包括在該壓縮機(jī)葉輪上游的一個(gè)壓縮機(jī)入口(14)以及在所述壓縮機(jī)葉輪下游的一個(gè)壓縮機(jī)排放口(15)， 其中該入口包括一個(gè)通道壁(22)，該通道壁在一個(gè)上游方向上延伸離開該壓縮機(jī)葉輪并且包括在該壓縮機(jī)葉輪的前緣的上游軸向上與該壓縮機(jī)入口(16)環(huán)形相通的一個(gè)軸向變平的、徑向擴(kuò)張的圓柱形的體積，并且 其中借助該排氣回流管道，有待回流到該發(fā)動(dòng)機(jī)的所述這些排氣被引導(dǎo)至該壓縮機(jī)入口(16)中的該軸向變平的、徑向擴(kuò)張的圓柱形體積內(nèi)。
全文摘要
在壓縮機(jī)回流或再循環(huán)閥被打開或關(guān)閉時(shí)，為了解決壓縮機(jī)葉輪葉片流動(dòng)分離導(dǎo)致的喘振型噪聲，來自一個(gè)壓縮機(jī)再循環(huán)閥的旁通空氣流被送入一個(gè)環(huán)形體積中，該環(huán)形體積被限定在內(nèi)部壁與外部壁之間或者被成型為該壓縮機(jī)入口中的一個(gè)徑向擴(kuò)張的、軸向變平的圓柱形空間，這樣使得來自該壓縮機(jī)再循環(huán)閥的總體上單向的徑向流動(dòng)被重新定向并且被組織成其從總體上徑向轉(zhuǎn)變?yōu)榭傮w上軸向，與總體的進(jìn)氣流合并并且給壓縮機(jī)葉輪提供具有“周向均勻”流速的空氣流。
文檔編號(hào)F02C6/12GK103154466SQ201180039206
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者P·K·安斯切爾, D·G·格拉鮑斯卡, B·弗雷澤 申請(qǐng)人:博格華納公司