CN105593527A - 具有可变压缩机入口的压缩机 - Google Patents

Abstract

描述了一种涡轮增压器的压缩机，其具有：压缩机壳体；具有压缩机叶片安装在其中的压缩机轮；以及压缩机入口。所述压缩机入口至少在邻近所述压缩机壳体的部段中包括内管和围绕所述内管的外管。所述内管被引导朝向所述压缩机叶片的径向内区域，以及所述外管被引导朝向所述压缩机叶片的径向外区域。所述外管和/或所述内管的通道截面能够被至少部分地关闭，使得压缩机叶片能够暴露至可变流。因此，根据发动机负载来优化至压缩机的接近流。

Description

具有可变压缩机入口的压缩机

技术领域

本发明涉及涡轮增压器（特别地，排气涡轮增压器）的压缩机，其具有专利权利要求1的前序部分所述的特征。

背景技术

由于火花点火式发动机的优化，并且其目标在于降低消耗，因此对涡轮增压器的工作范围的要求与日俱增。这么做的最重要原因是：当发动机处于部分负载下时，发动机以尽可能最低的速度但在高扭矩下运行以提高效率。为此目的，需要高的增压压力和相对低的体积流量。因此，必须针对较广的体积流量范围来优化至压缩机轮的接近流（approachflow）。为了满足更高未来要求的需求使得有必要实现可切换的接近流，从而使得能够根据体积流量来选择较大或较小的流截面。因此，有可能的是，不仅能够在大的体积流量下而且能够在小的体积流量下实现压缩机叶片的足够高的接近流速度。在较低接近流速度但在较高压缩机速度下，至叶片边缘的接近流过于急剧，从而引起流分离。此操作范围称为喘振极限。

为了解决这些问题，已研发了具有产生涡流的空气导管的涡轮增压器，从而有助于改进在低接近流速度下至压缩机叶片的接近流角度。但是，这些设计导致全负载下的不必要的流动阻力。

在另外的解决方案中，经由压缩机入口中的环形导管来馈送回已经压缩的空气。

尽管进气体积较小，但仍能够由此获得压缩机中较高的流速。但是，由于这种解决方案损害了广泛范围内的增压器的效率，所以涡轮机的功率不足以驱动载客车辆应用中的压缩机。

DE102010026176A1描述了一种系统，其中在较低发动机速度下通过减小接近流截面来增加流速。为此目的，将机械上相对复杂的零件直接安装在压缩机入口中。此处，关键的会是不存在可用于此装置的足够安装空间，并且关于循环次数和温度负载存在稳健性的问题。

用于稳定压缩机的特征图的装置和方法是从DE102010026176A1已知的。具有可变角度的锥体布置在位于压缩机入口区域中的壳体的内壁上。通过改变锥角，因此能够改变压缩机轮的接近流截面。

具有专利权利要求1的前序部分所述的特征的压缩机是从WO2013/166626A1所已知的。在这种情况下，压缩机入口具有内管和围绕内管的外管，其中，内管被引导朝向压缩机叶片的径向内区域。内管的通道截面能够借助于关闭装置被至少部分地关闭。

发明内容

本发明的根本目标是提供在开头所描述类型的压缩机，所述压缩机虽然具有特别简单设计的压缩机入口，但其仍能够以特别通用的方式进行操作。

根据本发明，此目标在所述类型的压缩机中借助于专利权利要求1的特征化特征来实现。

根据本发明的解决方案是基于将压缩机入口分成两个区域（即，内区域和围绕内区域的环形外区域）的原理。内区域由内管的通道截面形成，而环形外区域由外管的通道截面形成。由于两个区域能够至少部分地被关闭，所以能够经由两个管的整个通道截面或者仅经由环形外区域（外管的通道截面）或仅经由内区域（内管的通道截面）来供应压缩机叶片。由于通道截面也有可能仅部分地被关闭，所以在每种情况下也有可能经由相对应的通道截面或经由两个通道截面进行部分供应。

因此，压缩机入口的通道截面能够简单地通过关闭而被减小，其中，在中心内区域中或者在径向环形外区域中执行关闭。通过（部分地）关闭内管，能够增加外管中的流速。相反地，通过（部分地）关闭外管，能够增加内管中的流速。以此方式，能够针对广泛的体积流量范围来优化至压缩机轮的接近流。根据体积流量，能够选择较大或较小的流截面。不仅能够在高的体积流量下而且能够在低的体积流量下实现至压缩机叶片的足够高的接近流速度。

压缩机入口包括布置成彼此邻近的两个管，其中一个管进入另一个管的内部并且随着内管在外管中延伸其延伸直至压缩机壳体。此处，因此，来自集管的压缩机入口分成彼此邻近布置的两个管，这两个管接着转变成内管和围绕内管的外管。此实施例具有以下优点：能够通过相对简单的机构来执行对两个管（内管和外管）的关闭。在此布置中，布置成彼此邻近的管中的至少一者（也就是说）具备关闭装置。因此，关闭装置被布置在分离的管的区域中，而非布置在同心管（内管和外管）的区域中，因此使得其能够具有相对简单的设计。例如，滑块或简单的风门片能够用作此处的关闭装置，其中，风门片是尤其优选的，因为其提供特别简单的关闭机构。

这一类的解决方案使得有可能使用尤其简单的风门片来使截面变窄，而非具有复杂构型的可变的孔板。在此情况下，风门片布置在离压缩机壳体一距离处，即，不在同心管的区域中而是在分离管的区域中，使得关闭装置或风门片并不直接位于压缩机壳体的入口区域中，并且由此有可能相对简单地来解决安装空间和温度问题。

如所提及的，根据本发明，能够至少部分地关闭外管和/或内管的通道截面。相对应的风门片或滑块因此能够在布置在彼此邻近布置的两个管中，但这一类的关闭装置也有可能仅布置在这些管中的一者中。如果风门片布置在彼此邻近布置的两个管中，则例如有可能在压缩机运行期间选择是压缩机叶片的外区域还是内区域来接收接近流。

作为本发明的一项发展，压缩机具有致动器，所述致动器根据相关联的内燃发动机的操作参数来控制关闭装置。此类的致动器能够（例如）根据发动机负载来控制关闭装置。在一个特定实施例中，单个致动器控制两个管的关闭装置。

例如，致动器在此背景下以此方式操作，使得在从全负载至部分负载的过渡期间，关闭外管的第一通道截面（例如，闭合相对应的风门片），并且仅当负载中存在进一步减小时，才节流内管的通道截面（例如，部分地闭合相对应的风门片）。

在本发明的又另外的实施例中，关闭装置能够代替集管中的节流阀。

附图说明

下文结合附图借助于一个说明性实施例来详细解释本发明。单个的图示出了穿过涡轮增压器的压缩机的入口区域的纵向剖面。

具体实施方式

在相对应的示意性剖面图示中，示出了具有相关联的压缩机入口12的压缩机壳体1。具有相对应的压缩机叶片（仅示意性地指示）的压缩机轮2位于压缩机壳体1中。空气从进气过滤器（未示出）流出并流入到集管3中，并且从此处流入到压缩机入口12中。在邻近集管3处，压缩机入口12具有布置成彼此邻近的两个分离的管4、5，集管3合并至这两个管中。图中所示的上管4延伸到下管5中，并且因此形成两个同心管（即，内管7和外管6）并且邻近在压缩机入口12的区域中的压缩机壳体1。在这种情况下，内管7被引导朝向径向内区域，且外管6被引导朝向压缩机叶片的径向外区域。在截面方面，内管7具有圆形的空气通道截面，而外管6具有环形的空气通道截面。

来自集管3的空气因此在压缩机的方向上既能够经由管4和后面的内管7又能够经由管5和后面的外管6来流入到压缩机壳体1中，并且在不同径向区域中作用在压缩机叶片上。

在布置成彼此邻近的管4、5的区域中，关闭装置布置在所述管中。在此布置中，这些是风门片8、9，借助于这些风门片能够完全或部分地关闭相对应的管通道截面。当风门片8关闭管5及因此关闭外管6时，于是空气仅经由管4和内管7到达压缩机。相反地，当风门片9关闭管4及因此关闭内管7时，于是空气仅经由管5和外管6到达压缩机。当两个风门片8、9打开时，空气经由两个管6、7的通道截面来接近压缩机叶片。

借助于致动器10（示意性地示出）来控制风门片8、9，所述致动器由相关联的机动车辆的控制单元11来控制（即，根据相应的负载状态）。对于全负载下的发动机操作而言，例如，风门片8是打开的，从而允许使用压缩机的完整接近流截面（两个管6、7的完整通道截面）。但是，如果在较低发动机速度和较低气流速率下需要较高增压压力（例如，在米勒循环中），则接近流速度太低，以至于在较高压缩机速度下不能避免在压缩机叶片的前缘处发生流分离。增压器于是超出喘振极限来操作，引起增压压力的明显下降。由于所产生的接近流角度是从压缩机轮的相应周向速度和接近流速度所获得的，所以必须增加接近流速度以在较低气流速率下且在较高增压压力下进行操作。为了增加接近流速度，将风门片8闭合，使得全部进气质量流经管4和后面的内管7。以此方式，空气仅作用在压缩机叶片的径向内区域上。

但是，根据叶片几何结构，更有利的做法也可以是：不将气流集中在中心而是将其馈送到压缩机叶片的外区域。如果这是期望的，则闭合风门片9并且打开风门片8。

在此处所示的实施例中，两个风门片8、9是由单个致动器10所控制的。在此布置中，能够以此方式来设计相关联机构，使得（例如）在从全负载至部分负载的过渡期间，首先闭合风门片8，并且仅在负载中存在进一步减小时风门片9才开始节流。

Claims (7)

1.一种涡轮增压器的压缩机，其具有：压缩机壳体（1）；具有压缩机叶片安装在其中的压缩机轮（2）；以及压缩机入口（12），其中，所述压缩机入口（12）至少在邻近所述压缩机壳体（1）的部段中包括内管（7）和围绕所述内管的外管（6），所述内管（7）被引导朝向所述压缩机叶片的径向内区域，以及所述外管（6）和/或所述内管（7）的通道截面能够借助于关闭装置被至少部分地关闭，所述压缩机的特征在于：

所述外管（6）被引导朝向所述压缩机叶片的径向外区域；

所述压缩机入口（12）包括布置成彼此邻近的两个管（4、5），其中一个管进入另一个管的所述内部，并且随着内管（7）在所述外管（6）中延伸其延伸直至所述压缩机壳体（1）；以及

所述关闭装置布置在彼此邻近布置的所述管（4、5）中的至少一者中。

2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述关闭装置包括风门片（8、9）。

3.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述关闭装置包括滑块。

4.根据权利要求1到3中的任一项所述的压缩机，其特征在于，其具有致动器（10），所述致动器根据相关联的内燃发动机的操作参数来控制所述关闭装置。

5.根据权利要求4所述的压缩机，其特征在于，所述致动器（10）根据所述发动机负载来控制所述关闭装置。

6.根据权利要求4或5所述的压缩机，其特征在于，单个致动器（10）控制两个管（4、5）的所述关闭装置。

7.根据前述权利要求中任一项所述的压缩机，其特征在于，所述关闭装置代替所述集管（3）中的节流阀。