CN104781519A - 具有流量放大器的涡流增压器的压缩机级 - Google Patents

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Abstract

提供了一种能量回收系统和方法以用于涡轮增压器的压缩机级的喘振避免运行过程。该压缩机级包括一个壳体，该壳体限定了一个入口、一个入口腔室、一个扩散器和一个蜗壳。在该压缩机壳体或在分开元件中提供了一个流量放大器。如果该压缩机级运行接近喘振条件，则来自系统充入空气源的充入空气被引导至该流量放大器中，该流量放大器基本上沿着该入口腔室的内周表面、在相对于该空气进气流动方向的下游方向上排出空气。该充入空气用基本上环形的方式、以增大的速度而供应，这样使得该进气空气流的至少一部分被该充入空气夹带以便增大朝向该压缩机叶轮的空气的速度并且从而回收该充入空气的能量。

Description

具有流量放大器的涡流增压器的压缩机级
发明领域
实施例总体上涉及涡轮增压器，并且更具体地涉及涡轮增压器的压缩机级。
发明背景
涡轮增压器是一种强制进气系统。它们将空气以与在正常吸气构型中的可能情况相比更大的密度传送到发动机进气中，从而允许燃烧更多的燃料，进而在没有明显增加发动机重量的情况下提升了发动机的马力。一个更小的涡轮增压发动机取代一个更大物理尺寸的正常吸气的发动机，这将减小质量并且可以减小车辆的空气动力学的前端面积。
参见图1，涡轮增压器(10)利用来自发动机排气歧管的排气流来驱动一个涡轮机叶轮(12)，该涡轮机叶轮被定位在一个涡轮机壳体(14)中以形成一个涡轮机级(16)。由涡轮机叶轮(12)提取的能量被转换成旋转运动，该旋转运动然后驱动一个压缩机叶轮(18)，该压缩机叶轮被定位在一个压缩机壳体(20)中以形成一个压缩机级(22)。压缩机叶轮(18)抽取空气进入涡轮增压器(10)、压缩该空气并且将该空气输送到发动机的进气侧(未示出)。
涡轮增压器压缩机包括三个主要部件：压缩机叶轮(18)、扩散器(24)以及壳体(20)。压缩机级(22)通过抽取空气使之轴向地进入压缩机壳体(20)的入口(25)、并且通过该压缩机叶轮(18)的转速使空气加速到高的切向和径向速度来进行工作。仍具有实质性的动能的此空气在径向方向上被逐入扩散器(24)之中。扩散器(24)通过将该空气的高速度转化为增大的空气压力和温度而尽可能多的回收动能。蜗壳(26)接着收集空气并且在该空气到达压缩机出口之前使其减慢、从而进一步将速度变成压力。
涡轮增压器内的压缩机的运行行为可以通过与该涡轮增压器相关联的“压缩机图谱”而以图像的形式展示。图2描绘了针对压缩机级的图谱的一个实例。Y轴(28)是压力比，压力比是从压缩机中离开的空气压力与进入该压缩机中的空气压力之比。X轴(30)是进入压缩机级的质量流量(在此单位为Kg/sec)。一般而言，压缩机叶轮的运行行为被一条喘振线(32)限制在压缩机图谱的左侧并且被一条扼流线(34)限制在该压缩机图谱的右侧。这些基本上水平的线(36)是涡轮增压器等速线。该压缩机图谱可以包括一条发动机运行线(38)，这条线显示，对于一组给定的运行条件，该图谱符合发动机运行方案的空气要求。
喘振线(32)是一条试验产生的线。在每条速度线上，将喘振点检测出、进行标注、并且然后对于整个图谱进行内插值。这种喘振情况可以随安装情况而移动，所以必须针于每组安装参数对它进行测试。
该喘振线基本上表示在压缩机入口处的气流的“失速”。当空气通过压缩机叶轮的这些叶片之间的这些空气通道时，在这些叶片表面上形成多个边界层。空气的这些低动量的质量被认为是一个阻塞和损失发生器。当发生过小的体积流量和过高的反压梯度时，该边界层不再能够依附于该叶片的吸气侧。当该边界层与该叶片分离时，发生失速和反向流动。失速将持续到通过正的体积流速建立起一种稳定的压力比。然而，当再次积蓄起压力时，这种循环将会重复。这种流量不稳定性以基本上固定的频率继续，并且所导致的行为被称为喘振。喘振现象是十分剧烈的，从而致使涡轮增压器中的速度和负载逆转快速改变，其结果通常是破坏该涡轮增压器。必须使该涡轮增压器不在这个运行范围内。
用来避免喘振的一种已知方法涉及使来自压缩机的高压侧(即，蜗壳或压缩机出口)的空气绕行并且将其再供应至压缩机入口。因此，流入压缩机的空气质量流量增大并且该压缩机级的运行点背离该喘振线移动。在图2的压缩机图谱实例中，该图谱上的运行点将向右移动。虽然这种绕行系统在避免喘振方面可能是有益的，但是浪费了这种绕行空气的能量。
因此，对于从在压缩机级的喘振避免运行过程中所使用的充入空气中回收能量的系统和方法存在着需要。
发明概述
一方面，多个实施例针对一种用于涡轮增压器的压缩机级。该压缩机级包括压缩机壳体，该压缩机壳体至少部分地限定了一个入口、一个入口腔室、一个扩散器和一个蜗壳。流量放大器具有一个入口和一个出口。该出口被配置成用于基本上沿着压缩机壳体的内周表面排出流体，例如空气。该流量放大器的出口相对于该入口腔室中的流体流动方向被定向在下游方向上。该流量放大器被配置成用于增大从该出口排出的空气的速度。
在一个实施例中，该流量放大器可以由压缩机壳体限定。在这种情况下，在压缩机壳体内可以形成一个腔室。该腔室可以通过该流量放大器的出口而与该入口腔室处于流体联通。在另一个实施例中，该流量放大器可以由与压缩机壳体分开的一个元件限定。该元件可以附接至该压缩机壳体上。
另一方面，多个实施例针对一种用于在涡轮增压器的压缩机级的喘振避免运行过程中回收能量的系统。该系统包括一个压缩机级。该压缩机级包括一个压缩机壳体，该压缩机壳体至少部分地限定了一个入口、一个入口腔室、一个扩散器和一个蜗壳。该压缩机级还包括一个流量放大器。该流量放大器具有一个入口和一个出口。该出口被配置成用于基本上沿着压缩机壳体的内周表面排出流体，例如空气。该出口相对于该入口腔室中的流体流动方向被定向在下游方向上。该出口被定位在该压缩机壳体的入口的下游。该流量放大器被配置成用于增大从该出口排出的空气的速度。
在一个实施例中，该流量放大器可以由压缩机壳体限定。在这种情况下，在该压缩机壳体内可以形成一个流量放大器腔室。该流量放大器腔室可以通过该流量放大器的出口而与该入口腔室处于流体联通。在另一个实施例中，该流量放大器可以由与该压缩机壳体分开的一个元件限定。该元件可以附接至该压缩机壳体上。
一个系统充入空气源通过一个旁通管路而流体地连接至该流量放大器。沿着该旁通管路布置了一个阀。该阀包括关闭模式，在该关闭模式下，基本上限制了该系统充入空气源与该流量放大器之间的流体联通。该阀进一步包括打开模式，在该打开模式下，准许了该系统充入空气源与该流量放大器之间的流体联通。该系统被配置成使得在该压缩机级接近喘振条件来运行时该阀处于打开模式。
在又另一方面，多个实施例针对一种用于在涡轮增压器的压缩机级的喘振避免运行过程中从空气流中回收能量的方法。该压缩机级包括压缩机壳体，该压缩机壳体至少部分地限定了一个入口、一个入口腔室、一个扩散器和一个蜗壳。该入口腔室具有一个内周表面。该压缩机级将空气引导至该压缩机级的入口而使得该入口腔室内存在入口空气流。如果该压缩机级接近喘振条件来运行，则充入空气从系统充入空气源被引导至该压缩机级。该充入空气以增大的速度、基本上沿着该入口腔室的内周表面并且相对于该入口腔室中的空气流动方向在下游方向上被供应。该充入空气以基本上环形的方式被供应，这样使得该入口空气流的至少一部分被该充入空气夹带而使得朝向压缩机叶轮的空气的速度增大。因此，回收了该充入空气的能量的一部分。另外，流入该压缩机级的空气的质量流量增大从而使该压缩机级的运行背离接近喘振条件的情况。当该压缩机级的运行不再接近喘振条件时，可以终止引导和供应该充入空气。
附图简要说明
实施例是通过举例而非限制的方式展示在这些附图中，其中类似的参考数字表示相似的部分，并且在这些附图中：
图1是典型的涡轮增压器的截面视图；
图2是示出了喘振线的压缩机图谱的一个实例；
图3示出了根据在此的多个实施例配置的一个压缩机级；
图4是根据在此的多个实施例的具有流量放大器的一个压缩机壳体的一部分的特写视图；
图5是根据在此的多个实施例的涡轮增压器系统的示意性视图；并且
图6示出了根据在此的实施例配置的另一个压缩机级。
本发明的详细说明
在此描述的安排涉及在涡轮增压器的压缩机级的喘振避免运行过程中使用的一种流量放大器系统。在此披露了详细的实施例；然而，应理解的是，所披露的这些实施例仅旨在是示例性的。因此，在此披露的特定结构性和功能性细节不应被解释为限制，而仅仅是作为权利要求书的基础和作为传授本领域技术人员在几乎任何适当详细的结构中以不同方式采用本文中的这些方面的代表性基础。此外，在此所用的术语和短语并不旨在限制、而是提供对可能实施方式的可理解描述。在图3至图6中示出了多种安排，但这些实施例不局限于所展示的结构或应用。
参照图3，示出了用于涡轮增压器的压缩机级(50)的一部分。该压缩机级(50)包括压缩机壳体(52)，该压缩机壳体至少部分地限定了一个入口(54)、一个入口腔室(56)、一个扩散器(58)和一个蜗壳(60)。入口腔室(56)可以由压缩机壳体(52)的内周表面(57)限定。压缩机级(50)可以具有一条相关联的纵向轴线(59)。压缩机壳体(52)可以用任何适当的材料制成。
压缩机级(50)可以包括一个压缩机叶轮(40)。压缩机叶轮(40)可以具有任何合适的构形。压缩机叶轮(40)可以包括多个叶片(42)。每个叶片(42)可以具有一个相关联的前缘(44)。压缩机壳体(52)的内周表面(57)可以具有一个区域(46)，当该压缩机叶轮(40)安装在其运行位置中时该区域与这些压缩机叶片(42)的前缘(44)基本上对齐。
压缩机级(50)可以是与车辆的内燃发动机(110)的进气侧(111)处于流体联通的，如图5所示。发动机(110)的排气侧(112)还可以与涡轮增压器(100)的涡轮机级(55)处于流体联通。在一些情形下，可以在压缩机级(50)与发动机(110)之间布置一个或多个部件和/或系统。例如，可以存在充入空气冷却器(120)、节流本体阀(130)和/或进气歧管(140)。并且，将理解的是，一些安排可以包括或可以不包括此类部件和/或系统，并且一些安排可以包括替代在此提出的或除了在此提出的其他部件和/或系统。此外，被布置在压缩机级(50)与发动机(110)之间的部件和/或系统(如果有的话)能以任何合适的顺序来安排。
根据在此的多个实施例的压缩机级(50)可以包括一个流量放大器(64)。流量放大器(64)可以用任何合适的方式形成。例如，在一个实施例中，流量放大器(64)可以在压缩机壳体(52)中形成。作为一个实例，压缩机壳体(52)的壁(62)的一部分(限定了入口腔室(56)的至少一部分)可以被配置成包括流量放大器(64)，如图3至图4所示。如在此所使用的，“被配置成用于”是指被制成、被设计成、能够和/或适用于。
流量放大器(64)可以包括一个总体上环形的腔室(66)。腔室(66)可以是单一的连续的总体上环形的腔室。替代地，腔室(66)可以包括多个室，这些室可以是或可以不是彼此处于流体联通的。腔室(66)可以具有任何合适的截面形状。作为一个实例，腔室(66)可以具有总体上圆形、椭圆形、长方形、三角形、矩形、多边形的截面形状，仅举几种可能性。腔室(66)可以具有一个入口(68)和一个出口(70)。
入口(68)可以被提供用于允许腔室(66)与压缩机壳体(52)的外部之间的流体联通而使得充入空气可以被供应至腔室(66)。入口(68)可以由以任何合适的方式例如通过铸造和/或机加工在压缩机壳体(62)的外壁中形成的一个或多个孔口(72)所限定。这些孔口(72)可以具有任何合适的大小、形状和/或安排。
出口(70)可以具有任何合适的构形。在一个实施例中，出口(70)可以由限定在压缩机壳体(52)的壁(62)中的一个总体上环形的孔口(74)所限定。孔口(74)可以被配置成用于提供腔室(66)的希望出口。出口(70)可以被定向成使得空气流总体上相对于入口腔室(56)中的空气流(77)的方向(76)在下游方向上离开腔室(66)。即，出口(70)可以被定向成背离入口(54)并且总体上朝向压缩机叶轮(40)。出口(70)可以被定向成使得空气由此基本上沿着压缩机壳体(52)的入口腔室(56)的内周表面(57)离开。流量放大器(64)可以被配置成使空气以增大的速度(例如，大于腔室(66)内所接收的空气的速度)从出口(70)排出。
腔室(66)和孔口(74)可以用任何合适的方式例如通过铸造和/或机加工而形成。孔口(74)可以向压缩机入口腔室(56)开放，因而准许腔室(66)与压缩机入口腔室(56)之间的流体联通。出口(70)可以由单一孔口(74)或多个孔口限定。出口(70)可以沿着压缩机壳体(52)的入口腔室(56)的轴向长度被定位在任何合适的点处。例如，可以将出口(70)定位在内周表面(57)的区域(46)的上游，该区域基本上与压缩机叶轮(40)的叶片(42)的前缘(44)对齐。可以将出口(70)定位在入口(54)与内周表面(57)的区域(46)之间，该区域基本上与压缩机叶轮(40)的叶片(42)的前缘(44)对齐。
参照图4，示出了孔口(74)的一个实施例。可以将孔口(74)限定在压缩机壳体(52)的上游部分(90)与压缩机壳体(52)的下游部分(92)之间。术语“上游”和“下游”在此是相对于压缩机级(50)的入口腔室(56)中的空气流(77)的总体方向(76)来使用的。上游部分(90)可以具有任何适合的构形。在一个实施例中，上游部分(90)可以包括可以总体上被定向在下游方向上的一个斜坡表面(91)。斜坡表面(91)可以是基本上平滑的。斜坡表面(91)可以是基本上弯曲的或成角度的。
下游部分(92)可以具有任何适合的构形。在一个实施例中，下游部分(92)可以包括一个斜坡表面(95)。斜坡表面(95)可以是总体上与上游部分(90)的斜坡表面(91)互补的。斜坡表面(95)可以总体上被定向在下游方向上。斜坡表面(95)可以是基本上平滑的。斜坡表面(95)可以是基本上弯曲的或成角度的。斜坡表面(95)可以平滑地过渡到压缩机壳体(52)的内周表面(57)。斜坡表面(91，95)可以被配置成共同限定腔室(66)的出口路径以便最小化或消除出口流的中断。
在一个实施例中，可以将斜坡表面(95)提供在轴向延伸的壁(93)的一个端部(94)上。端部(94)可以总体上相对于纵向轴线(59)向外延伸。端部(94)可以延伸至腔室(66)之中而与上游部分(90)形成一个重叠端。
应注意的是，入口腔室(56)的从入口(54)到出口(70)的上游部分(90)的内径可以是第一直径(D1)。出口(70)下游的内周表面(57)可以为第二直径(D2)。在一个实施例中，第二直径(D2)可以小于第一直径(D1)，如图3至图4所示。然而，第一直径和第二直径(D1，D2)可以是基本上相等的。在一些情形下，第二直径(D2)可以大于第一直径(D1)。
根据在此的多个实施例，可以将充入空气从系统充入空气源(51)供应至流量放大器(64)(见图3和图5)。“充入空气”是指压力高于在压缩机入口(54)处引入的空气压力的空气。“系统充入空气源”是指来自压缩机级(50)本身或来自另一个源的一个或多个合适的充入空气源，该另一个源供应有来自压缩机级(50)的充入空气。例如，充入空气源(51)可以是沿着该压缩机叶轮的轴向上游端与发动机(110)之间的流体路径的一个或多个点。系统充入空气源(51)可以包括扩散器(58)、蜗壳(60)和/或压缩机出口(未示出)。替代地或另外，系统充入空气源(51)还可以包括在压缩机壳体(52)之外的一个或多个点，例如沿着该压缩机出口(未示出)与发动机(90)之间的流动路径，这些点被供应有来自压缩机区段(50)的充入空气。此类源的实例包括例如一个充入空气冷却器(120)、节流本体阀(130)和发动机进气歧管(140)。
系统充入空气源(51)可以包括一个出口(78)以允许来自系统充入空气源(51)的空气的至少一部分穿过。作为一个实例，可以将出口(78)提供在蜗壳(60)中以允许被压缩的空气从这里被引导。虽然图3至图4示出了被提供在蜗壳(60)中的出口(78)，但是应理解的是多个实施例不限于这种安排。
流量放大器(64)和系统充入空气源(51)可以用任何合适的方式运行性地连接成流体联通。如在此使用的术语“运行性地连接”可以包括直接或间接连接(包括没有直接物理接触的连接)。例如，旁通管路(80)可以将系统充入空气源(51)(例如，压缩机蜗壳(60))连接至流量放大器(64)上、更具体连接至其入口(68)上。旁通管路(80)可以由任何合适的结构限定：包括例如一个或多个管道、导管、配件、紧固件、软管和/或其他部件和/或系统。旁通管路(80)沿着其长度的至少一部分可以是柔性的或非柔性的。
可以用任何合适的方式例如通过一个阀(82)来控制该系统充入空气源(51)与流量放大器(64)之间的流体流动。可以沿着系统充入空气源(51)与流量放大器(64)之间的旁通管路(80)将阀(82)运行性地连接在任何合适的位置处。阀(82)可以是可以选择性地准许和阻止沿着旁通管路(80)的流动的任何合适类型的阀。
阀(82)可以用任何合适的方式来控制。例如，可以运行性地连接一个控制器(84)以用于按任何合适的方式来控制阀(82)的运行。控制器(84)可以是一个发动机控制器、涡轮增压器控制器、阀控制器或其他合适的控制器。控制器(84)可以被适配成用于选择性地实施阀(82)的不同运行模式。术语“选择性地实施”和其变体是指，控制器(84)可以基于该控制器从任何合适的源所接收的涡轮增压器运行数据或响应于来自使用者的命令而确定适当的运行模式。控制器(84)可以包括硬件、软件或其任何组合。在一些情形下，控制器(84)可以集成在阀(82)中。
在压缩机级(50)的正常运行条件下，阀(82)可以处于关闭模式，从而防止系统充入空气源(51)与流量放大器(64)之间的流体联通。然而，当涡轮增压器到达一个或多个预定的运行条件(例如在接近喘振条件下)时，阀(82)可以处于打开模式，在该打开模式下至少部分地允许系统充入空气源(51)与流量放大器(64)之间的流体联通。
在一些情况下，流量放大器(64)可以由与压缩机壳体(52)不同的结构所限定。图6示出了由元件(96)限定的流量放大器(64)的一个实例。元件(96)可以是与压缩机壳体(52)分开形成的。元件(96)可以用任何合适的方式例如通过铸造和/或机加工来形成。元件(96)可以由任何合适的材料制成。
元件(96)可以用任何合适的方式，例如通过紧固件、机械接合和/或焊接而附接至压缩机壳体(52)上，仅举几种可能性。可以将元件(96)附接至压缩机壳体(52)的任何合适的部分上，例如其入口端，如图6所示。元件(96)可以具有任何合适的大小、形状和/或构形。
流量放大器(64)可以具有一个腔室(66)、一个入口(68)、一个出口(70)、一个或多个入口孔口(72)以及一个或多个出口孔口(74)。对结合图3和图4所示出和描述的流量放大器(64)及其相关联的特征的以上说明同样适用于图6中所示出的流量放大器(64)。同样，对图3中所示的流管路(80)、阀(82)和控制器(86)的以上说明同样适用于图6中所示的流量放大器(64)。
应注意的是，元件(96)可以具有一个入口(98)、一个出口(101)以及一个内部流动通道(97)。该内部流动通道可以具有一个内周表面(99)。内周表面(99)可以从元件(96)的入口(98)到流量放大器(64)的出口(70)是处于第一直径(ID1)。内周表面(99)可以从流量放大器(64)的出口(70)到元件(96)的出口(101)是处于二直径(ID2)。
在一个实施例中，第二直径(ID2)可以小于第一直径(ID1)，如图6所示。然而，第一直径和第二直径(ID1，ID2)可以是基本上相等的。在一些情形下，第二直径(ID2)可以大于第一直径(ID1)。
当提供一个分开的元件(96)时，压缩机壳体(52)的入口腔室(56)的内周表面(57)可以具有相关联的内径(ID3)。内径(D3)可以是沿着入口腔室(56)的轴向长度的至少实质性部分基本上恒定的。在一个实施例中，元件(96)的第二直径(ID2)可以基本上等于压缩机壳体(52)的入口腔室(56)的直径(ID3)，如图6所示。在另一个实施例中，元件(96)的第二直径(ID2)可以小于压缩机壳体(52)的入口腔室(56)的直径(ID3)。在又另一个实施例中，元件(96)的第二直径(ID2)可以大于压缩机壳体(52)的入口腔室(56)的直径(ID3)。
流动通道(97)可以与入口腔室(56)处于流体联通。因此，压缩机级(50)所引入的空气在进入入口腔室(56)之前可以起初被抽吸穿过该流动通道(97)。流量放大器(64)的出口(70)可以向流动通道(97)中开放，如图6所示，由此准许腔室(66)与流动通道(97)之间的流体联通。
出口(70)可以被配置成用于由此将空气或其他流体基本上沿着压缩机壳体(52)的入口腔室(56)的内周表面(57)排出。应理解的是，“基本上沿着压缩机壳体的入口腔室的内周表面”及其变体是指，从该出口排出的空气或其他流体直接或间接地流入压缩机壳体的入口腔室之中从而流到压缩机壳体的内周表面上或基本上接近压缩机壳体的内周表面。图3至图4示出了一个实例，在该实例中从出口(70)排出的空气基本上沿着压缩机壳体(52)的内周表面(57)直接流入该压缩机壳体的入口腔室(56)之中，因为流量放大器(64)与压缩机壳体(52)一起形成。图6示出了一个实例，在该实例中从出口(70)中排出的空气间接地流入压缩机壳体(52)的入口腔室(56)之中，因为在基本上沿着压缩机壳体(52)的内周表面(57)流入该压缩机壳体的入口腔室(56)之中之前，该空气起初沿着元件(96)的内周表面(99)流动。
既然已经描述了具有流量放大器(64)的压缩机级(50)的多个方面，现在将描述这种系统的运行的一个实例。然而，应理解的是，以下描述仅是示例性的。现在将描述各个可能的运行步骤。然而，应理解的是，该运行可以包括未在此描述的其他步骤并且事实上，多个实施例不限于包括所描述的每个步骤。在此描述的这些步骤也不限于这个具体的时间顺序。的确，这些步骤中的一些步骤可以按与所示出的不同的顺序来进行和/或所示出的这些步骤中的至少一些步骤可以同时发生。
涡轮增压器(100)的压缩机级(50)可以按常规方式来运行。在涡轮增压器的运行过程中，压缩机级(50)运行时的运行点可以用任何合适的方式来确定。例如，该运行点可以基于从一个或多个源，例如压缩机入口压力传感器、压缩机出口压力传感器和/或质量流量传感器所接收的信息而确定。压缩机级(50)的运行点的确定可以在连续的、周期性的、不规则的、或甚至随机的基础上进行。所确定的运行点可以与该涡轮增压器的压缩机图谱进行比较。运行点的确定可以由控制器(84)或由其他合适的装置来进行。
当压缩机级(50)的运行点在正常条件下(例如不在接近喘振条件下)运行时，可以由控制器(84)或由其他合适的装置来选择性地实施该阀(82)的关闭模式。因此，可以限制沿着旁通管路(80)的流动。
如果压缩机级(50)接近喘振条件来运行，则阀(82)可以由控制器(84)或由其他合适的装置打开。在这种情况下，充入空气可以从蜗壳(60)或其他系统充入空气源(51)流经出口(78)并且被供应至腔室(66)。此空气将穿过出口(70)离开腔室(66)并且进入进气流而进入压缩机级(50)中。
“接近喘振条件”是指，运行点足够接近预定阈值内的喘振线，例如在压缩机图谱的X方向和/或Y方向上运行点位于喘振线的大约10％、大约9％、大约8％、大约7％、大约6％、大约5％、大约4％、大约3％、大约2％、大约1％、大约0.5％或更少之处或之内。
因此，将了解的是，空气和压力从系统充入空气源(51)中的泄出以及此空气到入口空气流(77)的供应可以增大流经压缩机级(50)的空气的总质量流量。因此，压缩机级(50)的运行点可以背离该喘振线移动，从而避免喘振并且允许压缩机在该压缩机图谱的更稳定区域中运行。
此外，流量放大器(64)可以允许来自系统充入空气源(51)的空气中的能量的至少一部分被回收以便利于使用。从流量放大器(64)出来的流动可以在经过出口(70)离开时被加速，这可能是由于环形孔口(74)的几何形状导致的。如以上指出的，出口(70)被配置成用于在下游流动方向上引导从中离开的空气。另外，出口(70)的修圆的表面可以有助于将流动中的不连续性最小化或消除，而使得从中排出的空气顺利地流到内周表面(57)上。
柯安达(coanda)效应是从孔中出现的流体射流倾向于遵循相邻的平坦或弯曲表面并且夹带周围的流体从而产生较低压力区域的趋势。以此方式，从腔室(66)中出来的流可以流到压缩机壳体(52)的内周表面(57)上。通过柯安达效应，从流量放大器(64)中出来的空气可以夹带压缩机入口空气流(77)，因而增大入口空气流(77)的至少一部分的速度。
由于包括在此所描述的流量放大器(64)，到压缩机级(50)的进气空气流(77)的速度轮廓可以与没有流量放大器(64)情况下可能的速度轮廓不同。如图4中可见，在到压缩机级(50)的入口流(77)的中心处，流动的速度轮廓(86)可以更高。然而，代替常见的抛物线速度轮廓(其中速度在流动中心处最大并且在内周表面(57)处逐渐变小到零或接近零)，在内周表面(57)处的流动速度轮廓(86)由于从流量放大器(64)排出的空气射流而增大。在内周表面(57)处或附近的流动速度轮廓可以基本上与流动中心处的流动速度相同。因此，进入压缩机级(50)的空气的总速度增大。在流量放大器(64)以分开的元件提供时可以实现基本上类似的速度轮廓(86)，如图6所示。
因此，将了解的是，流量放大器(64)可以增加流(77)的动能。因此，可以增大压缩机叶轮(18)处的空气的压力。相应地，压缩机叶轮(18)不需要太多的功(即，它不必太快地旋转)来获得所希望的压力，因为它不必使太多的空气加速。以此方式，可以回收在仅被再供应至压缩机入口(54)时正常情况下将损失的充入空气的能量的一部分。
当压缩机区段(50)不再接近喘振条件来运行时，控制器(84)或其他合适的装置可以选择性地实施该阀(82)的关闭模式，由此阻止流量放大器(64)与系统充入空气源(51)之间的流体联通。
在此使用的术语“一个”和“一种”被定义为一个或多于一个。在此使用的术语“多个”被定义为两个或多于两个。在此使用的术语“另一个”被定义为至少第二个或更多。在此使用的术语“包含”和/或“具有”被定义为包括(即，开放式语言)。
在此描述的多个方面可以按其他方式和组合来实施，而不背离其精神或实质性属性。因此，当然将应该理解本发明不限于仅通过举例方式给出的在此所说明的这些具体细节，并且应该理解在以下的权利要求书中所限定的本发明的范围之内不同的变更和修改是可能的。

Claims (15)

1.一种用于涡轮增压器(100)的压缩机级(50)，该压缩机级包括：
一个压缩机壳体(52)，该压缩机壳体至少部分地限定了一个入口(54)、一个入口腔室(56)、一个扩散器(58)以及一个蜗壳(60)；以及
具有入口(68)和出口(70)的一个流量放大器(64)，该出口(70)被配置成用于将流体基本上沿着该压缩机壳体(52)的内周表面(57)排出，该出口(70)相对于该入口腔室(56)中的流体流动方向(76)被定向在下游方向上，并且该流量放大器(64)被配置成用于增大从该出口(70)排出的空气的速度。
2.如权利要求1所述的压缩机级(50)，其中，该流量放大器(64)是由该压缩机壳体(52)限定的并且包括形成于该压缩机壳体(52)内的一个腔室(66)，其中该腔室(66)是通过该出口(70)与该入口腔室(56)处于流体联通。
3.如权利要求2所述的压缩机级(50)，其中，该出口(70)包括一个孔口(74)，该孔口是由在该压缩机壳体(52)内形成的多个互补性斜坡表面(91，95)所限定的。
4.如权利要求1所述的压缩机级(50)，其中，该流量放大器(64)是由附接至该压缩机壳体(52)上的一个分开的元件(96)所限定的。
5.如权利要求1所述的压缩机级(50)，其中，该流量放大器(64)的入口(68)是与该蜗壳(60)或该扩散器(58)中的至少一者处于流体联通的，由此来自该蜗壳(60)和/或该扩散器(58)的充入空气可以由此被引导并且供应至该流量放大器(64)。
6.一种用于在涡轮增压器(100)的压缩机级(50)的喘振避免运行过程中回收能量的系统，该系统包括：
一个压缩机级(50)，该压缩机级包括：
一个压缩机壳体(52)，该压缩机壳体至少部分地限定了一个入口(54)、一个入口腔室(56)、一个扩散器(58)以及一个蜗壳(60)；以及
具有入口(68)和出口(70)的一个流量放大器(64)，该出口(70)被配置成用于将流体基本上沿着该压缩机壳体(52)的内周表面(57)排出，该出口(70)相对于该入口腔室(56)中的流体流动方向(76)被定向在下游方向上，该流量放大器(64)被配置成用于增大从该出口(70)排出的空气的速度；
通过一个旁通管路(80)而流体地连接至该流量放大器(64)上的一个系统充入空气源(51)；以及
沿着该旁通管路(80)布置的一个阀(82)，该阀(82)包括关闭模式，在该关闭模式下基本上限制了该系统充入空气源(51)与该流量放大器(64)之间的流体联通，该阀(82)包括打开模式，在该打开模式下准许该系统充入空气源(51)与该流量放大器(64)之间的流体联通，该系统被配置成使得该阀(82)在该压缩机级(50)运行接近喘振条件时处于该打开模式。
7.如权利要求6所述的系统，其中，该流量放大器(64)是由该压缩机壳体(52)限定的并且包括形成于该压缩机壳体(52)内的一个腔室(66)，其中该腔室(66)是通过该出口(70)与该入口腔室(56)处于流体联通的。
8.如权利要求6所述的系统，其中，该出口(70)包括一个孔口(74)，该孔口是由在该压缩机壳体(52)内形成的多个互补性斜坡表面(91，95)所限定的。
9.如权利要求6所述的系统，其中，该流量放大器(64)是由附接至该压缩机壳体(52)上的一个分开的元件(96)所限定的。
10.如权利要求6所述的系统，进一步包括一个控制器(84)，该控制器运行性地连接至该阀(82)上以便选择性地实施该打开模式和该关闭模式。
11.如权利要求6所述的系统，其中，该系统充入空气源(51)包括该蜗壳(60)或该扩散器(58)中的至少一者。
12.如权利要求6所述的系统，其中，该系统充入空气源(51)被定位在该压缩机壳体(52)之外、但是被供应有来自该压缩机级(50)的充入空气。
13.如权利要求12所述的系统，其中，该系统充入空气源(51)是充入空气冷却器(120)、节流本体阀(130)或发动机进气歧管(140)中的至少一者。
14.一种用于在涡轮增压器(100)的压缩机级(50)的喘振避免运行过程中从空气流中回收能量的方法，该压缩机级(50)包括一个压缩机壳体(52)，该压缩机壳体至少部分地限定了一个入口(54)、一个入口腔室(56)、一个扩散器(58)以及一个蜗壳(60)，该入口腔室(56)具有一个内周表面(57)，其中该压缩机级(50)将空气(77)引导至该入口(54)而使得在该入口腔室(56)内存在入口空气流(77)，该方法包括：
在该压缩机级(50)接近喘振条件来运行时将充入空气从系统充入空气源(51)引导至该压缩机级(50)；并且
以增大的速度、基本上沿着该入口腔室(56)的内周表面(57)并且相对于该入口腔室(56)中的空气流动方向(76)在下游方向上供应该充入空气，该充入空气以基本上环形的方式被供应由此夹带了该入口空气流(77)的至少一部分，从而朝向该压缩机叶轮(18)的入口空气流(77)的速度被增大而使得该充入空气的能量的一部分被回收，并且从而流入该压缩机级中的空气的质量流量增大而使压缩机级的运行移动背离接近喘振条件。
15.如权利要求14所述的方法，其中，当该压缩机级(50)的运行不再接近喘振条件时，终止了引导和供应该充入空气。
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