CN101892994B - 用于涡轮增压器的压缩机及装备有该压缩机的涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于涡轮增压器的压缩机及装备有该压缩机的涡轮增压器，其中，压缩机具有：压缩机罩壳，该压缩机罩壳带有空气进口和空气出口；驱动轴，该驱动轴可旋转地支承在压缩机罩壳中，以使得该驱动轴通过作用其的驱动装置可被旋转驱动；压缩机叶轮，该压缩机叶轮在压缩机罩壳中与空气进口和空气出口之间的空气流动路径相关地布置在驱动轴上；以及进气开口，该进气开口用于有选择性地将进气输送到压缩机罩壳中，以与驱动装置无关地提高由压缩机在空气出口处提供的空气量。根据本发明，进气开口在压缩机叶轮和空气出口之间布置在空气流动路径中，以使得可将进气输送给从压缩机叶轮中离开的朝向空气出口的空气流。

Description

用于涡轮增压器的压缩机及装备有该压缩机的涡轮增压器

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的压缩机及装备有这种压缩机的涡轮增压器、尤其为废气涡轮增压器。

背景技术

在MAN Diesel SE(所在地为德国Augsburg)的项目设计书中在第77页(段落0410.02)上描述了开头所提及类型的压缩机。这种如在图1中所示的压缩机1’具有：压缩机罩壳10’，该压缩机罩壳10’带有空气进口11’和空气出口12’；驱动轴30’，该驱动轴30’可旋转地支承在压缩机罩壳10’中，以使得该驱动轴30’通过作用于其的驱动装置(在图1中未显示)、例如电机或涡轮叶轮(Turbinenlaufrad)(两者未显示)可被旋转驱动(drehantreibbar)；压缩机叶轮(Verdichterlaufrad)40’，该压缩机叶轮40’在压缩机罩壳10’中与空气进口11’和空气出口12’之间的空气流动路径相关地布置在驱动轴30’上；以及多个构造成喷嘴的进气开口

50’，该进气开口50’用于有选择性地将进气(Zuluft)输送到压缩机罩壳10’中的压缩机叶轮40’上。由此，例如在由压缩机1’供给空气的内燃机处负载突然增加时，压缩机叶轮40’不取决于驱动装置而被加速，以使得由压缩机1’在空气出口12’处提供的空气量或在空气出口12’处可获取(abgreifbar)的增压压力(Ladedruck)增加。

在压缩机叶轮40’的转速增大的这种形式(其也被称为喷射助推(Jet Assist))中，进气将通过喷嘴状的进气开口50’被吹到压缩机叶轮40’的叶片装置(Beschaufelung)上，该进气开口50’构造在插入件(Einsatzstück)13’中，该插入件13’插入到压缩机罩壳10’中，以使得该插入件13’在空气进口侧径向围绕压缩机叶轮40’。由此，压缩机叶轮加速并且由此向内燃机运送更多空气，由此改善了内燃机的负载接入性能(Lastaufschaltverhalten)。

喷射助推通常优选地应用于低转速区域。尽管如此，通过进气的空气射流可激励压缩机叶轮40’的叶片装置振动。但是，这种振动可导致断裂。为了抵抗振动，可限制待吹到叶片装置上的进气的压力，然而这同时限制了可借助压缩空气加速附加地提供给内燃机的空气量。

此外，进气开口50’也可在高负载区域中(在高负载区域中未输送进气)单独通过其存在导致压缩机叶轮40’的叶片装置的振动激励。用于减少振动负荷使叶片装置加厚(Aufdicken)由于效率降低和压缩机叶轮40’的更小的吸收能力

而是不期望的。在插入件13’中的进气开口50’可附加地降低压缩机1’的效率，因为通过压缩机叶轮40’的叶片装置的“擦拭

”可能产生边界损失。

发明内容

本发明的目的在于，提供用于涡轮增压器的压缩机，其中，压缩机具有在压缩机的空气出口处的快速空气量增加或增压压力增加方面改进的运行性能。此外，本发明的目的在于，提供装备有这种压缩机的涡轮增压器。

这利用根据权利要求1的压缩机或根据权利要求10的涡轮增压器得以实现。发明的改进方案在各自的从属权利要求中限定。

根据本发明的第一方面，用于涡轮增压器的压缩机具有：压缩机罩壳，该压缩机罩壳带有用于吸收在压缩机中待压缩的空气的空气进口和用于排出在压缩机中已压缩的空气的空气出口；驱动轴，该驱动轴可旋转地支承在压缩机罩壳中，以使得该驱动轴通过作用于其的驱动装置可被旋转驱动；压缩机叶轮，该压缩机叶轮在压缩机罩壳中与空气进口和空气出口之间的空气流动路径相关地布置在驱动轴上；以及至少一个进气开口，以用于有选择性地将进气输送到压缩机罩壳中，以与驱动装置无关地提高由压缩机在空气出口处提供的空气量。

根据本发明的压缩机由此而出众，即，使得至少一个进气开口在压缩机叶轮和空气出口之间布置在压缩机罩壳中的空气流动路径中，以使得进气可输送给从压缩机叶轮中离开的朝向空气出口的空气流。

通过根据本发明将与需求相关或与负载接入相关的进气在通过空气进口而吸入到压缩机中的空气流已经过压缩机叶轮之后才输送给空气流，使得进气对压缩机叶轮不产生不利影响(例如压缩机叶轮的叶片装置的振动激励)。因此，空气量或进气的压力不经受与压缩机相关的限制，由此在突然的负载接入时可快速附加地提供给联接在压缩机处作为消耗器的内燃机的空气量(即增压压力)不经受与压缩机相关的限制。

因为尽管将进气输送到罩壳内(即压缩器叶轮和空气出口之间)，因此可极其紧凑地在一个单元中实现系统：压缩机和负载接入响应元件(此处为进气开口)，其中，可靠地避免压缩机叶轮的损害(例如由振动激励引起的损坏)。

根据根据本发明的压缩机的一个实施形式，至少一个进气开口如此地构造，即，使得可以与朝向空气出口的空气流的流动方向方向一致(richtungskonform)的方式输送进气。根据本发明，方向一致可如此地理解，即，进气的流动方向与从压缩机叶轮中出来的空气流的流动方向相似。优选地进气以小于90度并且更优选地以小于45度的角登入(auftreten)到与从压缩机叶轮中出来的空气流上。由此，最大程度地降低涡流(Verwirbelung)和由此随之出现的功率损失。

更优选地，至少一个进气开口如此地构造，即，使得可与朝向空气出口的空气流的流动方向方向相同(即基本上平行)的方式输送进气。由此，使涡流和由此随之出现的功率损失最小化。

根据根据本发明的压缩机的另一个实施形式，在压缩机罩壳中构造有压缩机螺旋体(Verdichterspirale)，其中，该压缩机螺旋体作为空气流动路径中的空气通路通过径向延伸的中间通路(即扩压器通(Diffusorpassage))联接到压缩机叶轮处并且通到空气出口中，并且其中，至少一个进气开口构造在中间通路或压缩机螺旋体中。

通过在中间通路或压缩机螺旋体的区域中输送进气，由进气以及从压缩机叶轮中出来的空气流组成的总空气流拥有足够的时间和路线，以使得涡流可消除(ausklingen)并且总空气流可呈现均匀形态。由此该从外部产生的处于压力下的用于联接在压缩机处的消耗器(如内燃机(例如汽油机))的进气的输送在流动技术方面被视为几乎不“可察觉(wahrnehmbar)”，以使得可实现消耗器的优化的负载接入性能。

根据根据本发明的压缩机的一个实施形式，压缩机还具有导向器(Nachleitapparat)，该导向器布置在中间通路中，其中，至少一个进气开口优选地在导向器的出口区域中构造在中间通路的壁部中。

根据导向器的布置一方面提供了对进气回流到压缩机叶轮上的的附加阻挡，并且另一方面保证了，从压缩机叶轮中出来的空气流以准备好(vorrichten)且如有必要进一步加速的方式与进气流交会(treffen)，以使得随后基本上只需要平衡由于进气所引起的涡流。

根据根据本发明的压缩机的一个实施形式，至少一个进气开口构造在中间通路和压缩机螺旋体的过渡部的壁部中。优选地，该壁部基本上垂直于从压缩机叶轮中出来的空气流的流动方向而伸延，以使得进气可几乎平行地流入到空气流中，由此使涡流最小化。

根据根据本发明的压缩机的一个实施形式，至少一个进气开口构造在压缩机螺旋体的壁部中。在已知压缩机螺旋体中的具体流动状态下，可如此地设置进气开口(例如倾斜的槽或孔)，即，使得进气无涡流地流入到朝向空气出口的空气流中。

根据根据本发明的压缩机的另一个实施形式，至少一个进气开口构造在压缩机螺旋体的壁部的、在压缩机的轴向中直接与中间通路相邻的或背离中间通路与其方向一致地伸延的壁部段中。

根据根据本发明的压缩机的再一个实施形式，进气开口构造在压缩机螺旋体的壁部的、与压缩机叶轮相邻的、在压缩机的径向上的内部的壁部段中。

根据根据本发明的压缩机的一个实施形式，压缩机还具有插入件，该插入件插入到压缩机罩壳中，以使得插入件径向围绕压缩机叶轮，其中，在插入件的外周缘和压缩机罩壳之间构造有终止于进气开口的进气通路，并且其中，进气通路具有布置在压缩机罩壳的外侧处的进气入口。

由此，可容易地输送进气，其中，优选地可使用在通常的喷射助推系统中设置的联接件以及如有必要同样其空气通道的部分，以使得一方面使结构的修改费用最小化并且另一方面如有必要甚至可能实现已有的压缩机的转型和/或升级。

根据根据本发明的压缩机的一个特别优选的实施形式，压缩机构造成单级径向压缩机即离心式压缩机。

根据本发明的第二方面，涡轮增压器具有根据一个，多个或者所有之前描述的本发明的实施形式的以各种可设想的组合的压缩机。

根据根据本发明的涡轮增压器的一个实施形式，涡轮增压器还具有涡轮，该涡轮具有涡轮罩壳和形成用于驱动轴的驱动装置的涡轮叶轮，该涡轮叶轮布置在涡轮罩壳中并且布置在驱动轴上。

附图说明

下面根据优选的实施形式并且参考附图更详细地描述本发明。

图1显示了根据背景技术的压缩机的透视部分截面图。

图2显示了根据本发明的实施形式的涡轮增压器的截面图。

图3包含图3A至3E，其显示了示意性的截面图，在其中示出了用于根据本发明的实施形式的一个或多个进气开口的布置可能性。

图4显示了根据本发明的实施形式的压缩机的透视部分截面图。

图5显示了根据本发明的实施形式的压缩机的轴向视图。

图6包括图6A和图6B，其显示了图5的压缩机的放大的部分视图。

图7显示了根据本发明的实施形式的压缩机的放大的截面部分视图。

参考标号列表

1′ 压缩机

10′压缩机罩壳

11′空气进口

12′空气出口

13′插入件

30′驱动轴

40′压缩机叶轮

50′进气开口

1   压缩机

10  压缩机罩壳

11  空气进口

12  空气出口

13  插入件

14  中间通路

15  压缩机螺旋体

15a 壁部段

15b 壁部段

2   涡轮

20  涡轮罩壳

21  涡轮叶轮

30  驱动轴

40  压缩机叶轮

41  叶片装置

50  进气开口

51  进气通路

60  导向器

具体实施方式

下面参考图2至7对根据本发明的涡轮增压器的实施形式进行描述。

如图2中显示的那样，涡轮增压器具有此处借助废气驱动的涡轮2和由涡轮2驱动的压缩机1。换而言之，在图2中示出的涡轮增压器为废气涡轮增压器。

压缩机1具有：压缩机罩壳10，其带有用于吸收在压缩机1中待压缩的空气的空气进口11和用于排出在压缩机1中已压缩的空气的空气出口12；驱动轴30，其可旋转地支承在压缩机罩壳10中，以使得该驱动轴30可通过作用于其处的涡轮2的驱动装置被旋转驱动；以及带有叶片装置41的压缩机叶轮40，其中，压缩机叶轮40在压缩机罩壳10中与空气进口11和空气出口12之间的空气流动路径相关地布置在驱动轴30上。

涡轮2按通常方式构造并且具有涡轮罩壳20和形成用于驱动轴30的驱动装置的涡轮叶轮21，该涡轮叶轮21布置在涡轮罩壳内20并且布置在驱动轴30上。

在压缩机1的压缩机罩壳10中构造有扩压器通路或中间通路14和以螺旋罩壳形式的压缩机螺旋体15。压缩机螺旋体15作为空气流动路径中的空气通路通过径向延伸的中间通路14联接到压缩机叶轮40处并且通到空气出口12中。

压缩机1还具有：导向器60，该导向器60布置在中间通路14中；以及一个或者多个进气开口50(以下出于简化，仅参考至少一个进气开口50)，该进气开口50在压缩机1中的可能位置以箭头形式显示在图3A至3E中。至少一个进气开口50用于有选择性地将进气(以压缩空气或吹入空气(Einblaseluft)的形式)输送到压缩机罩壳10中，以用于不取决于驱动装置而增加由压缩机1在空气出口12处提供的空气量(或用于相应地增大增压压力)。

至少一个进气开口50在压缩机叶轮40和空气出口12之间布置在压缩机罩壳10中的空气流动路径中，以使得可将进气输送给从压缩机叶轮40中离开的朝向空气出口12的空气流。根据本发明的实施形式至少一个进气开口50构造在中间通路14和压缩机螺旋体15中的一个中。

如从图2和图4中可看见的那样，压缩机1还具有插入件13，该插入件13在空气进口侧插入到压缩机罩壳10中，以使得插入件13径向围绕压缩机叶轮40，其中，在插入件13的外周缘和压缩机罩壳10之间构造有在至少一个进气开口50中终止或通入的进气通路51(见图4中在右侧放大区段中的加粗示出的箭头)，并且其中，进气通路51具有布置在压缩机罩壳10外侧处的进气入口(未显示)。

进气可从例如装备有涡轮增压器的发动机(例如柴油机)的启动缸(Startflasche)(未显示)或其他压缩空气源(未显示)中提取并通过进气通路51的进气入口输送给进气通路51。在此，可有利地利用例如在压缩机罩壳10处的喷射助推系统的以前的空气联接件。那么，进气沿进气通路51通过已经存在的通道到达压缩机罩壳10和插入件13之间的空间，自该空间起进气被引导到至少一个进气开口50，进气在进气开口50处离开。

如从图3中可看见的那样，根据本发明的实施形式，至少一个进气开口50如此地构造，即，使得可以与朝向空气出口12的空气流的流动方向方向一致的方式输送进气(参见图3A，3C，3E，3D)。根据本发明的另一个实施形式，至少一个进气开口50如此地构造，即，使得可以与朝向空气出口12的空气流的流动方向方向相同的方式输送进气。

如在图3A和图7以及图3E中显示的那样，根据本发明的实施形式，至少一个进气开口50构造在压缩机螺旋体15的壁部中。

根据图3A和图7，至少一个进气开口50构造在压缩机螺旋体15的壁部的、在压缩机1的轴向上直接与中间通路14相邻的壁部段15a中。

根据图3E，至少一个进气开口50构造在压缩机螺旋体15的壁部的、与压缩机叶轮40相邻的、在压缩机1的径向上内部的壁部段15b中。

如在图3B以及图5，图6A和图6B中显示的那样，根据本发明的实施形式，至少一个进气开口50构造在中间通路14和压缩机螺旋体15的形成肩部的过渡部的壁部中。优选地，该壁部或肩部基本上平行于从压缩机叶轮40中出来的空气流的流动走向伸延，以使得进气可几乎切向地流入到该空气流中，由此使得涡流最小化。

如在图3C和图3D中显示的那样，根据本发明的实施形式，至少一个进气开口50在导向器60(在图3C和3D中未显示，参见图2)的出口区域中构造在中间通路14的壁部中。在此，有利地大致在导向器60的流出

方向上(即与其方向一致)实现进气的离开。

一个或者多个进气开口50可实施成倾斜的或笔直的槽或孔。

在此，可选择槽或孔的通流面比喷射助推系统中可能的通流面明显更大，因为不必考虑压缩机叶轮40的叶片装置41的激励。通过在喷射助推系统中设置的进气开口51’(见图1)而造成的效率缺陷在根据本发明设计的(多个)开口50中同样不会出现。

Claims (6)

1.一种用于涡轮增压器的压缩机(1)，所述压缩机(1)具有：

压缩机罩壳(10)，所述压缩机罩壳(10)带有用于吸收在所述压缩机(1)中待压缩的空气的空气进口(11)和用于排出在所述压缩机(1)中已压缩的空气的空气出口(12)，

驱动轴(30)，所述驱动轴(30)可旋转地支承在所述压缩机罩壳(10)中，以使得所述驱动轴(30)通过作用于其的驱动装置可被旋转驱动，

压缩机叶轮(40)，所述压缩机叶轮(40)在所述压缩机罩壳(10)中与所述空气进口(11)和所述空气出口(12)之间的空气流动路径相关地布置在所述驱动轴(30)上，以及

进气开口(50)，所述进气开口(50)用于有选择性地将进气输送到所述压缩机罩壳(10)中，以与所述驱动装置无关地提高由所述压缩机(1)在所述空气出口(12)处提供的空气量，

压缩机螺旋体(15)，所述压缩机螺旋体(15)构造在所述压缩机罩壳(10)中，其中，所述压缩机螺旋体(15)作为空气流动路径中的空气通路通过径向延伸的中间通路(14)联接到所述压缩机叶轮(40)处并且通到所述空气出口(12)中，以及

导向器(60)，所述导向器(60)布置在所述中间通路(14)中，

其特征在于，所述进气开口(50)在所述压缩机叶轮(40)和所述空气出口(12)之间布置在所述压缩机罩壳(10)中的空气流动路径中，以使得可将所述进气输送给从所述压缩机叶轮(40)中离开的朝向所述空气出口(12)的空气流，其中，所述进气开口(50)在所述导向器(60)的出口区域中构造在所述中间通路(14)的壁部中。

2.根据权利要求1所述的压缩机(1)，其特征在于，所述进气开口(50)如此地构造，即，可以与朝向所述空气出口(12)的所述空气流的流动方向方向一致的方式输送所述进气，其中方向一致可如此地理解，即进气的流动方向与从压缩机叶轮中出来的空气流的流动方向相似。

3.根据权利要求1或2所述的压缩机(1)，其特征在于，所述进气开口(50)如此地构造，即，可以与朝向所述空气出口(12)的所述空气流的流动方向方向相同的方式输送所述进气。

4.根据权利要求1或2所述的压缩机(1)，其特征在于，所述压缩机(1)还带有插入件(13)，所述插入件(13)插入到所述压缩机罩壳(10)中，以使得所述插入件(13)径向围绕所述压缩机叶轮(40)，其中，在所述插入件(13)的外周缘和所述压缩机罩壳(10)之间构造有终止于所述进气开口(50)的进气通路(51)，并且其中，所述进气通路(51)具有布置在所述压缩机罩壳(10)的外侧处的进气入口。

5.一种带有根据权利要求1至4中任一项所述的压缩机(1)的涡轮增压器。

6.根据权利要求5所述的涡轮增压器，其特征在于，所述涡轮增压器还带有涡轮(2)，所述涡轮(2)具有涡轮罩壳(20)和形成用于驱动轴(30)的驱动装置的涡轮叶轮(21)，所述涡轮叶轮(21)在所述涡轮罩壳(20)中布置在所述驱动轴(30)上。

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