CN114026336A - 混合电动涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

根据本发明，涡轮增压器压缩机的叶轮入口从内部通道和外部通道接收进入空气。所述外部通道由电动二级压缩机加压。所述外部通道中的所述加压空气流入所述叶轮入口的外壁附近的叶轮。靠近所述叶轮入口的所述外壁的所述加压空气防止空气从所述叶轮回流出去，并且由此防止喘振并使得所述压缩机能够在小质量流量设置下产生高增压压力。所述进入空气的仅一部分由所述电动二级压缩机加压，并且所述电动压缩机的所述增压压力仅仅是所述涡轮增压器压缩机的总压力比的一小部分。因此，只需要少量电力来驱动所述二级压缩机，由此使得常规12伏电池能够用于为几乎所有汽车应用的所述电动压缩机供电。

Description

混合电动涡轮增压器

本申请涉及申请日为2019年7月23日的临时申请号62/922,091、申请日为2019年11月20日的临时申请号62/974,234、申请日为2020年1月10日的临时申请号62/995,066以及申请日为2020年1月27日的临时申请号62/995,438。

背景技术

现有技术涡轮增压器的问题是它们无法对于所有发动机转速提供高增压压力比。图1示出了现有技术涡轮增压器的涡轮增压器压缩机效率分布图。竖直轴线上示出了增压压力比，并且水平轴线上示出了通过压缩机的空气质量流量。压力比等于压缩机出口压力除以压缩机入口压力。压力比是使用绝对压力值计算的。压缩机的运行范围以分布图左侧上的喘振线2和分布图右侧上的近阻塞低效线4为界，两条线均为虚线。在喘振线2的左侧，通过压缩机的流量开始失速，从而导致切断流量振荡和喘振。在近阻塞线4处，进入压缩机的空气流逼近1马赫，从而限制空气入口流速。还示出了效率等高线6和压缩机转速或RPM线8。

为了使内燃机在所有发动机转速下具有近似恒定的扭矩值，增压压力在所有发动机转速下也需要是近似恒定的。如果满足此标准，则进入发动机的空气质量流量通常与发动机转速成比例。

例如，参考图1，如果有一台以6000RPM运行的内燃机并且需要在压力比为2.5的情况下每分钟60磅的空气流，如点10处所示，则以1000RPM运行的相同发动机在发动机的扭矩值在1000RPM和6000RPM下近似相同时将需要在压力比为2.5的情况下每分钟10磅的空气流，如点12处所示。图1所例示的涡轮增压器压缩机无法在1000PM下递送所需的增压压力，因为流动条件位于喘振线2的左侧。在不跨越喘振线的情况下可实现的增压压力要小得多并且在点14处示出。由于减小的压力比，在低发动机转速下可实现的扭矩要小得多。在低发动机转速下的扭矩损失是现有技术涡轮增压器的一个重要问题。

点12通常被称为压缩机的小质量流量设置或小流量设置，并且点10通常被称为压缩机的大质量流量设置或大流量设置。

除了性能不佳之外，低增压压力可能会导致柴油排放增加。当燃烧在没有足够空气的情况下发生时，柴油微粒排放是一个重要问题。

为了增加点12处的增压压力，可使用更小的涡轮增压器，同时使喘振线向左缩放以获得更小的质量流量，但到那时最大功率也会减小。

喘振线可稍微向左延伸，而无需使用端口式围带技术减小涡轮增压器大小。图2中例示现有技术端口式围带涡轮增压器16。图1的压缩机分布图是针对端口式围带压缩机而言的，并且端口式围带益处由增程箭头18标记。利用端口式围带涡轮增压器，少量部分压缩的空气20从围带22排出并且再循环回到进入空气流动流24。少量空气的流出会抑制喘振并且使喘振线适度地向左移动。端口式围带技术是有益的，但将喘振线向左移动的能力是有限的。此外，排出部分压缩的空气会降低压缩机效率。随着效率的损失，涡轮机需要更多的功率来驱动压缩机。图2还示出了用于通过传动轴30来驱动压缩机叶轮28的双蜗管涡轮机26。双蜗管涡轮机26是一种用于在低发动机转速下增加涡轮功率并且提供更多的功率以驱动端口式围带压缩机的有益的技术。这些技术的净益处是有帮助的，但不足以在所有发动机转速下获得合理的扭矩值。

预旋进入空气也提供一些效率益处，但无法将喘振线显著延伸到左侧。图7的Richards US 10,451,087；图4的Sumser US 6,813,887以及图4和图6的Miazgowicz US 9,243,550示出了预旋设计的实例。这些设计表征为具有进入叶轮的在很大程度上均匀的压力的旋转流。

喘振是叶轮入口的外壁周围的流动不受控制地向上游回流的条件。图2A的Mohtar公开号US2019/0048876示出了另一种抑制喘振的途径，其中可调叶片堵塞叶轮入口的外部部分以防止外壁附近的回流。此途径的一个问题是压缩机效率差。

着眼于其他增压选项，罗茨鼓风机和Lysholm机械增压在所有发动机转速下提供更加一致的压力比。然而，发动机效率受到影响，因为排气能量不再用于驱动压缩机。罗茨鼓风机和Lysholm机械增压器也不总是能够获得足够高的压力比。

大众汽车和最近的沃尔沃汽车将涡轮增压和机械增压相结合，其中机械增压器用于在低发动机转速下获得高增压比，并且涡轮增压器用于在高发动机转速下获得高增压比。自2016年以来，沃尔沃XC90 T6 2.0升涡轮增压/Super-4运动型多功能车已包括涡轮增压和机械增压。大众1.4升TwinCharger发动机于2009年和2010年销售。成本和复杂性是此途径的问题。另外，在小质量流量条件下，采用机械增压器，并且不利用排气能量来驱动压缩机。因此，发动机效率在增压小质量流量条件下不是最佳的。

Bendix PBS系统提供了另一种在低发动机转速下增加扭矩的途径，但只能持续几秒钟。利用Bendix系统，增压压力空气从车辆的空气制动器中抽取。Bendix PBS系统在2010年3月24日的标题为“Bendix Energy Management System Improves Fuel Savings,Vehicle Performance”的Bendix新闻发布会中有所描述。

电动压缩机已由主导性涡轮增压器制造商诸如Borg Warner和Garrett Motion开发并且在他们的网站上进行了宣传。奥迪SQ7运动型多功能车包括电动压缩机。电动压缩机可快速加速并且在低发动机转速下提供高增压压力。然而，驱动压缩机所需的功率非常大。例如，在点10处以60lb每分钟2.5压力比设置来驱动图1所例示的压缩机需要将近90马力。由于这种大小的电动马达在商业上不切实际，因此将电动涡轮增压器与常规涡轮增压器相结合。小型电动压缩机用于在低发动机转速下获得高增压比，并且常规涡轮增压器用于在高发动机转速下获得高增压比。由于电动涡轮增压器仅用于小质量流量条件，因此其马达的大小可能更小。但是，即使仅在更低发动机转速下使用，驱动电动压缩机所需的功率仍然很大。例如，在点12处以10lb每分钟2.5压力比设置来驱动图1所例示的压缩机需要约15马力(11kW)。奥迪电动压缩机包括48伏7kW马达，并且具有比获得2.5压力比所需更小的功率。虽然仍然没有足够的功率，但是使用了昂贵的高电压系统，因为12伏电池只能支持高达约2.5kW的电动马达。

正在进行的商业开发工作表明需要一种能够在所有发动机转速下提供高增压比的涡轮增压器。已推向市场和仍在开发中的技术的成本表明低成本解决方案具有重要的商业价值。因此，本发明的目的包括：

·在所有发动机转速下获得高增压比

·能够由12伏汽车电池供电

·低系统总成本

·在所有发动机转速下都具有高压缩机效率。

发明内容

根据本发明，涡轮增压器压缩机的叶轮入口从内部通道和外部通道接收进入空气。外部通道由电动二级压缩机加压。外部通道中的加压空气流入叶轮入口的外壁附近的叶轮。靠近叶轮入口的外壁的加压空气防止空气从叶轮回流出去，并且由此防止喘振并使得压缩机能够在小质量流量设置下产生高增压压力。

只有一部分进入空气用电动二级压缩机加压，并且电动压缩机的增压压力仅仅是涡轮增压器压缩机的总压力比的一小部分。因此，只需要少量电力来驱动二级压缩机，由此使得常规12伏电池能够用于为几乎所有汽车应用的电动压缩机供电。

在小质量流量设置期间，内部通道和外部通道通过可调隔板分离，以维持外部通道中的更高压力。在大质量流量设置期间，调整隔板以使进入叶轮的进气最大化，由此扩大压缩机的阻塞流量限制并使压缩机的小流量到大流量运行范围最大化。

通过使用蜗壳对进入外部通道的空气进行预旋，进一步提高了压缩机效率。流量控制槽位于蜗壳与外部通道的环形部分之间，以调节进入外部通道的流量并提供围绕外部通道的出口一直均匀的加压空气的旋流。

由于压缩机不在近失速流动条件下运行，因此在小质量流量设置期间压缩机效率相对较高。提高的压缩机效率是电力需求较小的另一原因。

在小质量流量设置期间，用于压缩进入空气的功率由涡轮增压器的涡轮并且由电动压缩机两者提供。在小质量流量设置期间，涡轮不会脱离或绕过，使得其轴功率可有助于压缩进入空气。

在本发明的第一实施方案中，可调隔板包括可滑动的环形密封件，并且在另一实施方案中，可调隔板包括枢转到位的孔径叶片。在两个实施方案中，来自电动压缩机的空气压力重新定位可调隔板，从而消除了用于控制可调隔板的二级致动器的需求和成本。

本发明提供了一种涡轮增压系统，其能够在所有发动机转速下提供高增压压力比并且对于几乎所有汽车应用由常规12伏电池供电。压缩机还具有高效率，因为它不再在近失速流动条件下运行。最重要的是，与目前正在寻求的其他技术相比，本发明的涡轮增压系统具有低成本。

附图说明

图1旨在例示现有技术压缩机分布图。

图2旨在例示具有端口式围带的现有技术双蜗管涡轮增压器。

图3旨在例示根据本发明的具有增程压缩机的涡轮增压器，其中排气蜗管被移除以示出涡轮。

图4类似于图3，但以剖视图显示压缩机壳体以暴露外部通道。

图5类似于图4，但也示出了可调隔板的剖面图。

图6是图5的侧视图，其中可调隔板被设置为小质量流量设置。

图7类似于图6，但可调隔板被设置为大质量流量设置。

图8旨在图解例示叶轮入口区域和槽帘区域。

图9旨在图解例示内部通道出口区域。

图10旨在图解例示外部通道出口区域。

图11旨在图解例示增程压缩机，其中隔板叶片被设置为小质量流量设置。

图12类似于图11，但其中隔板叶片被设置为大质量流量设置。

图13类似于图11，但不包括内部管道。

图14类似于图12，但不包括内部管道。

图15类似于图3，但其中阀盖被移除。

图16旨在例示环形划分体积的形状。

图17旨在例示与入口蜗壳对齐的第二入口管道。

图18旨在例示具有可调孔径的可调隔板。

图19旨在例示用于可调孔径的复位弹簧组件。

具体实施方式

以下描述涉及用于增加具有可调隔板的压缩机以及二级电动压缩机的运行范围的系统和方法。附图旨在例示根据本发明的增程压缩机的多个实施方案。图3旨在图解例示具有增程压缩机42的涡轮增压器40。排气蜗管已被移除以示出涡轮73和传动轴75。图4至图7示出了具有带轴向移动的环形密封件126的可调隔板74的增程压缩机42，并且图11至图14示出了具有向内枢转隔板叶片130的可调隔板74。

现在参考图5和图6，增程压缩机42具有叶轮44和多个叶轮叶片48，所述叶轮44具有叶轮旋转轴线或中心轴线46。叶轮44可旋转地安装在具有用于压缩空气或另一流体或流体54的组合的围带52的外壳50中。叶轮44具有叶轮入口56和叶轮出口60。从叶轮出口60排出的空气54具有升高的压力并且可被收集在蜗管62中以通过合适的管道递送到发动机。

现在参考根据本发明的图6、图11和图13，叶轮入口56在小质量流量设置或更一般地第一质量流量设置70期间从一个或多个内部通道64和一个或多个外部通道66接收空气54。在小质量流量设置70期间，供给到外部通道66中的空气54由二级压缩机68加压。在本发明的大多数实施方案中，二级压缩机68由电动马达72供电。加压空气54通过外部通道66输送到叶轮入口56的外周。叶轮入口56的外壁周围的加压空气54防止或抑制空气54从叶轮44回流出去，并且由此防止喘振并使得压缩机能够在小质量流量设置下产生高增压压力。

在小质量流量设置70期间，内部通道64和外部通道66通过可调隔板74分离，以维持外部通道66中的更高压力。现在参考图7、图12和图14，在大质量流量设置或更一般地在第二质量流量设置76期间，可调隔板74被调整以提供大且流线型的进气通道，以使进入叶轮入口56的空气流最大化，由此延伸压缩机的阻塞流量限制并且使压缩机的小流量到大流量运行范围最大化。

在小质量流量设置70期间，进入空气54的仅一部分由电动二级压缩机68加压，并且电动二级压缩机的增压压力仅仅是压缩机总压力比的一小部分。因此，仅需要少量电力来驱动二级压缩机68，从而使得能够使用传统的12伏电池为本发明的几乎所有汽车应用的电动二级压缩机68供电。在小质量流量设置70期间，用于压缩进入空气54的功率由涡轮增压器40的涡轮机73并且由电动二级压缩机68两者提供，这是为什么只需要少量电力来驱动二级压缩机的另一原因。

本发明可以与12伏或更高电压的电动马达驱动器72一起使用。本发明使得能够使用更小和更低成本的电动马达，而不管它们的电压是多少。

现在更详细地并且参考图3至图15，增程压缩机42具有叶轮44，所述叶轮44具有叶轮旋转轴线46和多个叶轮叶片48。叶轮44可旋转地安装在具有用于压缩流体54的围带52的外壳50中。

现在参考图6、图11和图13，增程压缩机42具有小质量流量设置70，所述小质量流量设置70具有用于流体54流入叶轮44的内部通道64和外部通道66。在小质量流量设置70期间，内部通道64具有第一内部通道压力78，并且外部通道66具有第一外部通道压力80。

增程压缩机42还具有二级压缩机68，所述二级压缩机68用于在小质量流量设置70期间相对于第一内部通道压力78增加第一外部通道压力80以抑制空气从叶轮44回流出去并且由此使得增程压缩机42能够在小质量流量设置70下产生高增压压力而不会引起喘振。

在小质量流量设置70期间，增程压缩机42还包括具有第一隔板位置82的可调隔板74。内部通道64和外部通道66在小质量流量设置70期间通过处于第一隔板位置82的可调隔板74分离以维持外部通道66中比内部通道64中更高的压力。如图6、图11和图13所示，第一隔板位置82堵塞从外部通道66进入内部通道64的流动。

现在参考图7、图12和图14，增程压缩机42也具有大质量流量设置76。大质量流量设置76具有第二隔板位置84，所述第二隔板位置84用于在大质量流量设置76期间提供进入叶轮44的增加质量的流体流54，由此提供能够在小流量设置和大流量设置下有效运行的增程压缩机42。

现在参考图8、图9和图10，叶轮叶片48具有前缘86和后缘88。位于围带52最上游并且延伸到与围带52非常接近的前缘86围绕叶轮旋转轴线46的旋转限定了叶轮入口56和假想的入口表面区域58。

类似地，位于围带52最下游并且延伸到与围带52非常接近的后缘88围绕叶轮旋转轴线46的旋转限定叶轮出口60。本发明的一些实施方案可具有比叶轮叶片48更短的分流叶片。如果分流叶片不延伸到围带并且相对于更长的叶轮叶片48分别一样远地延伸到上游和下游，则更短的分流叶片不用于限定叶轮入口56或叶轮出口60。

更详细地，增程压缩机42具有小质量流量设置70，所述小质量流量设置70具有用于流体54通过假想的入口表面区域58流入叶轮入口56的内部通道64和外部通道66。增程压缩机42还具有二级压缩机68，所述二级压缩机68用于在小质量流量设置70期间相对于第一内部通道压力78增加第一外部通道压力80以防止或最小化空气从叶轮入口56回流出去并且由此使得压缩机能够在小质量流量设置下产生高增压压力而不会引起喘振。

根据本发明，第一外部通道压力80比第一内部通道压力78高百分之二十以上，由此在小质量流量设置70期间防止压缩机喘振。第一内部通道压力78和第一外部通道压力80处于绝对静压。

例如，如果第一内部通道压力78是大气压，或约14.7磅每平方英寸(psi)绝对值，则第一外部通道压力80是14.7psi的1.2倍，或约17.64psi绝对值(其为约2.94psi表压力)。

现在参考图4、图5、图6、图8、图9、图11和图13，外部通道66具有环形划分体积90，并且叶轮44在小质量流量设置70期间具有叶轮旋转方向92。

根据本发明，在小质量流量设置70期间，环形划分体积90具有高速旋转流94。高速旋转流94具有与叶轮旋转方向92相同的旋转方向以提高压缩机效率。根据本发明，在小质量流量设置70期间，环形划分体积90具有高速旋转流94以用于提高压缩机效率，并且外部通道66具有比第一内部通道压力78更高的第一外部通道压力80以抑制从叶轮入口56回流出去，由此抑制喘振。

现在参考图3至图6、图11、图13和图15，在本发明的多个实施方案中，增程压缩机42包括入口蜗壳96。在小质量流量设置70期间，入口蜗壳96具有加压流体或空气98。加压空气98由二级压缩机68提供。

在小质量流量设置70期间，来自入口蜗壳96的加压空气98在环形划分体积90中提供更高的第一外部通道压力80和高速旋转流94，由此抑制喘振并且提供高效压缩机。

现在参考图5、图6、图8、图11、图13和图16，根据本发明的优选实施方案，增程压缩机42还包括流量调节槽100。流量调节槽100位于进气蜗壳96与环形划分体积90之间以用于调节从进气蜗壳96进入环形划分体积90的加压空气98的流量，由此提供均匀的环形入口流以使压缩机效率最大化并且抑制喘振。

在具有流量调节槽100的本发明的实施方案中，环形划分体积90在小质量流量设置70期间位于外部通道66中并且介于流量调节槽100与外部通道出口区域104之间。外部通道出口区域在图10中示出并且稍后将更详细地描述。在本发明的不具有流量调节槽100的实施方案中，环形划分体积90在小质量流量设置70期间位于外部通道66中并且包括在叶轮入口56的十二毫米内的外部通道66的部分。

现在参考图8、图9、图10和图16，流量调节槽100还包括假想的槽帘区域或槽帘区域102，并且在小质量流量设置70期间外部通道66包括假想的外部通道出口区域或外部通道出口区域104。槽帘区域102的位置和形状被设置用于跨流量调节槽100提供最小帘区域。在图8和图10所例示的本发明的实施方案中，外部通道出口区域104比槽帘区域102大百分之三十以上，由此提供比第一内部通道压力78更高的第一外部通道压力80并且在小质量流量设置70期间在环形划分体积90中提供高速旋转流94，由此抑制喘振并且维持高效压缩机。更详细地，外部通道出口区域104是槽帘区域102的至少1.30倍大以用于提供大的加压外部通道出口区域以抑制喘振。另外，更小的槽帘区域102在环形划分体积90中提供更均匀和轴对称的流动，并且更详细地，通过围绕叶轮旋转轴线46的完整旋转在环形隔板体积90中提供更均匀的流动。

优选地，根据本发明，流控制叶片不用于在环形划分体积90中提供高速旋转流94。更详细地，外部通道66具有无叶片叶轮入口186。

现在参考图8和图10，叶轮入口56还包括假想的控制区域或控制区域106。在小质量流量设置70期间，控制区域106是外部通道出口区域104。更详细地，控制区域106被定义为如在小质量流量设置70期间存在的外部通道出口区域104。通向控制区域106的流动通道对于大质量流量设置76与对于小质量流量设置70不同。通向控制区域106的流动通道由可调隔板74进行调整。

现在参考图6至图14，增程压缩机42还包括第一入口管道108和第二入口管道110。在小质量流量设置70期间，第二入口管道110与控制区域106流体连通。根据本发明，第一入口管道108在大质量流量设置76期间与控制区域106流体连通，并且可调隔板74在小质量流量设置70期间使第一入口管道108与控制区域106分离，由此在小质量流量设置70期间维持比第一内部通道压力78更高的第一外部通道压力80。

现在参考图3至图12，根据本发明的实施方案，可调隔板74包括内部导管或管114和第二外部通道入口116。第二外部通道入口116形成在第一入口管道108与内部管道114之间。

可调隔板74还包括一个或多个可移动密封元件118。一个或多个可移动密封元件118在小质量流量设置70期间具有第一隔板位置82以用于堵塞从外部通道66进入内部通道64的流动并且维持比第一内部通道压力78更高的第一外部通道压力80，并且在大质量流量设置76期间具有第二隔板位置84以用于允许空气54从第一入口管道108流动通过控制区域106。现在参考图7、图10和图12，在大质量流量设置76期间，空气54流动通过第二通道入口116，接着流动通过控制区域106。现在参考图14，在大质量流量设置76期间，空气54直接从第一入口管道108流动通过控制区域106。

现在参考图6和图11，第一隔板位置82防止加压空气98通过第二外部通道入口116回流，并且由此在小质量流量设置70期间维持比第一内部通道压力78更高的第一外部通道压力80。在小质量流量设置70期间，可调隔板74堵塞第二外部通道入口116。现在参考图7、图12和图14，在大质量流量设置76期间，第二隔板位置84使得更多的空气54能够流入叶轮44，由此使增程压缩机42的小流量到大流量运行范围最大化。

图6至图12所示的本发明的实施方案具有第二外部通道入口通道116。根据图6至图12所示的本发明的实施方案，环形隔板体积90具有多于一个入口，流量调节槽100在小质量流量设置70期间是第一入口，第二外部通道入口116在大质量流量设置期间是第二入口76。

在本发明的若干实施方案中，一个或多个可移动密封元件118被来自二级压缩机68的加压空气98从第二隔板位置84吹送到第一隔板位置82。因此，打开二级压缩机68使可调隔板74从第二隔板位置84前进到第一隔板位置82。

更详细地，可调隔板74包括致动装置120，所述致动装置120用于将一个或多个可移动密封元件118从大质量流量设置76和第二隔板位置84移动到小质量流量设置70和第一隔板位置82。致动装置可以是二级压缩机68。加压空气98可另选地从二级压缩机68以外的来源提供。

现在参考图13可任选地使用电磁致动器122，并且现在参考图14可任选地使用加压空气致动器124或其他合适的致动装置120来重新定位可调隔板74。加压空气致动器可任选地从二级压缩机68、具有压缩机出口压力149的压缩机出口或另一加压空气源接收加压空气。

图4至图7所示的可调隔板74包括可滑动地安装在管114上的环形密封件126。环形密封件126具有翅片或空气捕集器128。来自二级压缩机68的加压空气98在翅片128和/或环形密封件126上吹送，从而致使环形密封件126从第二隔板位置84(如图7所示)前进到第一隔板位置82(如图6所示)，由此在小质量流量设置70期间堵塞从外部通道66进入内部通道64的流动并且由此提供比第一内部通道压力78更大的第一外部通道压力80。更详细地，二级压缩机68将环形密封件126吹离叶轮44以密封第二外部通道入口116。

当二级压缩机68关闭时，流动通过第二外部通道入口116的流入空气54致使环形密封件126从第一隔板位置82前进到第二隔板位置84，并且由此为空气54提供进入叶轮44的更大且更流线型的流动路径。

现在参考图11至图14，现在所示的可调隔板74包括具有外部通道侧132的隔板叶片或孔径叶片130。来自二级压缩机68的加压空气98在隔板叶片130的外部通道侧132上吹送，从而致使隔板叶片130从第二隔板位置84前进或枢转到第一隔板位置82。

并且图13中所示的可调隔板74任选地包括电磁致动器122，并且在图14中包括用于将可调隔板74从第二隔板位置84前进到第一隔板位置82和/或从第一隔板位置82前进到第二隔板位置84的加压空气致动器124。

现在参考图4、图8、图9、图10和图12，叶轮叶片48具有前缘86。如稍早所陈述，位于围带52最上游并且延伸到与围带52非常接近的位置的前缘86围绕叶轮旋转轴线46的旋转限定了叶轮入口56。叶轮入口56具有假想的入口表面区域58。假想的入口表面区域58围绕叶轮旋转轴线46一直延伸360度。假想的入口表面区域58的一部分在图8中被切掉以仅出于例示目的并且为了示出前缘86。

在小质量流量设置70期间，可调隔板74具有下游边界134。下游边界134是可调隔板74的介于外部通道66与内部通道64之间的边缘，所述边缘在小质量流量设置70期间最靠近假想的入口表面区域58。

可调隔板74具有出口壁厚136。在壁不具有最靠近假想的入口表面区域58的单个边缘的情况下，下游边界134位于最靠近假想的入口表面区域58的出口壁厚136的中跨处。不使第一内部通道压力78与第一外部通道压力80分离的支柱、壁区段或翅片可被忽略。

现在参考图10，在小质量流量设置70期间，可调隔板74具有出口间隙138。出口间隙138在下游边界134与假想的入口表面区域58之间。更详细地，在小质量流量设置70期间，出口间隙138在可调隔板74与叶轮入口56之间。根据本发明的实施方案，出口间隙138在小质量流量设置70期间小于三毫米，以用于在外部通道66中维持比内部通道64更高的压力。

出口间隙138通常围绕叶轮旋转轴线46一直恒定或几乎恒定，但由于公差或为了改进压缩机性能而可能略微变化。在间隙变化的情况下，应用间隙的平均值，并且更详细地，平均出口间隙138值小于三毫米。如果出口间隙138在所有位置都小于三毫米，则无需计算平均值。

本发明的一些实施方案具有多于一个外部通道66和/或多于一个内部通道64。下游边界134在其中可调隔板74在小质量流量设置70期间使第一外部通道压力80与第一内部通道压力78分离的所有位置处计数。可忽略可调隔板74中的小间隙，诸如隔板叶片130之间的间隙。

现在参考图8，前缘86具有与围带52非常接近的叶片尖端162。围绕叶片尖端162的叶轮轴线46的旋转限定了叶轮入口直径164。流量调节槽100还包括槽宽166。槽帘区域102和槽宽166被成形以提供跨流量调节槽100的最小帘区域。在图4至图13所示的本发明的实施方案中，槽宽166小于入口直径164的百分之十二，由此在小质量流量设置70期间在外部通道66中提供高速旋转流94，并且更详细地，槽宽166比入口直径164大不超过百分之十二。

槽宽166通常围绕叶轮旋转轴线46一直恒定或几乎恒定，但由于公差或为了改进压缩机性能而可能略微变化。在槽宽变化的情况下，应用槽宽的平均值，并且更详细地，平均槽宽166小于入口直径164的百分之十二。如果槽宽166在所有位置都小于入口直径164的百分之十二，则无需计算平均值。

在极少数情况下，叶轮叶片48可具有圆形尖端。在这些情况下，叶轮入口直径可假定为与前缘86的扫掠路径相邻的最小围带直径。前缘86的扫掠路径限定沿着叶轮旋转轴线46定位的轴区。

如前所陈述，控制区域106等于在小质量流量设置70期间测量的外部通道出口区域104。再次参考图8、图9和图10，根据本发明的实施方案，控制区域106至少是假想的入口表面区域58的百分之二十那么大，由此在小质量流量设置70期间在足够大百分比的假想的入口表面区域58上提供升高的压力以抑制回流和喘振。更详细地，控制区域106是入口表面区域58的大小的0.20倍以上。

现在参考图3，增程压缩机42具有总质量流量142。现在参考图3、图6、图11和图13，在小质量流量设置70期间，第一入口管道108具有第一入口质量流量144，并且第二入口管道110具有第二入口质量流量146。二级压缩机68进一步在第二入口管道110中提供加压空气98。根据本发明的一个实施方案，在小质量流量设置70期间，第二入口质量流量146至少是总质量流量142的百分之二十那么大，由此提供足够大的增压质量流量以抑制空气54从叶轮入口56回流出去并且防止在小质量流量设置70期间的喘振。更详细地，第二入口质量流146是总质量流142的大小的0.20倍以上。

现在参考图3、图6、图11和图13，增程压缩机42具有总压力比148和压缩机出口压力149。总压力比148等于绝对停滞出口压力149除以绝对停滞内部通道入口压力151。

二级压缩机68具有二级压缩机入口压力69和二级压缩机压力比150。二级压缩机压力比150等于来自二级压缩机68的加压空气98的绝对停滞压力除以绝对停滞二级压缩机入口压力69。

总压力比148和二级压缩机压力比150使用绝对停滞压力来计算。表压等于绝对停滞压力减去大气压，其中大气压的值为约14.7磅每平方英寸(psi)。应当指出，第一内部通道压力78和第一外部通道压力80是静压。

根据本发明的实施方案，加压空气98的表停滞压力是压缩机出口压力149的表停滞压力的至少20％那么大。更详细地，加压空气98的表停滞压力是表出口压力149的0.20倍以上。

例如，如果大气压是14.7psi并且如果总压力比148是2.5，则压缩机出口压力149具有36.75psi的绝对停滞值和22.05psi的表值。来自二级压缩机68的加压空气98则是22.05psi的0.2倍以上，或4.41psi表压以上。

现在参考图3、8、10和15，入口蜗壳96在流量调节槽100的上游具有最小蜗壳入口横截面区域152。根据本发明的一个实施方案，在小质量流量设置70期间，可调隔板74提供大于最小蜗壳入口横截面区域152两倍以上的控制区域106，由此在叶轮入口的足够大的部分上方提供加压流以抑制叶轮回流出去并且防止喘振。图15所示的箍曲线153旨在例示入口蜗壳96的横截面形状。

现在参考图8、图9和图10，叶轮叶片48具有前缘86和后缘88。位于围带52最上游并且延伸到与围带52非常接近的前缘86围绕叶轮旋转轴线46的旋转限定了叶轮入口56和假想的入口表面区域58。取决于前缘86的形状，假想的入口表面区域58可具有锥形、平坦或弯曲的表面。

假想的入口表面区域58围绕叶轮旋转轴线46一直延伸360度。假想的入口表面区域的一部分在图8中被切掉以仅出于例示目的并且为了示出前缘86。

在大多数情况下，叶轮44具有机舱或轮毂140，并且在这些情况下，叶轮叶片48的前缘86从轮毂140向外延伸。因此，假想的入口表面区域58通常具有中心孔。孔的区域不包括在假想的表面区域58中。

在小质量流量设置70期间，可调隔板74具有下游边界134。下游边界134是可调隔板74的介于外部通道66与内部通道64之间的边缘，所述边缘在小质量流量设置70期间最靠近假想的入口表面区域58。

可调隔板74具有出口壁厚136。在壁不具有最靠近假想的入口表面区域58的单个边缘的情况下，下游边界134位于最靠近假想的入口表面区域58的出口壁厚136的中跨处。不使第一内部通道压力78与第一外部通道压力80分离的支柱、壁区段或翅片可被忽略。

下游边界134和假想的入口表面区域58通过假想的帘或具有最小帘区域156的帘154而接合。帘154的形状被设置用于在下游边界134与假想的入口表面58之间提供最小帘区域156。

在大多数情况下，通过将下游边界134轴向挤压成与假想的入口表面区域58接触，可合理地逼近帘154和最小帘区域156。轴向取向由叶轮旋转轴线46确定。

帘154具有低压侧158和高压侧160。低压侧158面向第一内部通道压力78，并且高压侧160面向第一外部通道压力80。

内部通道64具有假想的内部通道出口区域或内部通道出口区域112。更详细地，内部通道出口区域112被定义为如在小质量流量设置70期间存在的内部通道出口区域112。内部通道出口区域112是在小质量流量设置70期间假想的入口表面区域58的在假想帘154的低压侧158上的部分。类似地，外部通道66具有假想的外部通道出口区域或外部通道出口区域104。外部通道出口区域104是在小质量流量设置70期间假想的入口表面58的在假想帘154的高压侧160上的部分。

在本发明的一些实施方案中，通道可通过支柱、翅片或壁细分。将从同一二级压缩机68流出或具有公共加压空气98压力的所有外部通道出口区域相加以计算外部通道出口区域104。

类似地，将具有公共上游压力的所有内部通道出口区域相加以计算内部通道出口区域112。在大多数情况下，内部通道接收来自大气的空气而无需任何中间压缩。在极少数情况下，可使用第三空气压缩机来升高内部通道流的压力。因此，如果使用的话，则用于内部通道的公共上游压力位于任何第三压缩机的下游。

根据本发明，增程压缩机可具有多于两个同心入口管道。通常，仅使用内部导管和一个外导管即可获得足够大的压缩机范围。在第一外部管道周围添加第三管道的成本和复杂性通常不符合成本效益，但在某些应用中可能是值得的。在具有三个或更多个入口通道的本发明的实施方案中，其中每个通道的上游压力不同，通道出口区域针对每个通道或具有唯一上游压力的流动流来单独计算。

现在参考图10，叶轮44还包括假想的控制区域或控制区域106。在小质量流量设置70期间，控制区域106是外部通道出口区域104。更详细地，控制区域106是如在小质量流量设置70期间存在的外部通道出口区域104。通向控制区域106的流动通道对于大质量流量设置76与对于小质量流量设置70不同，但控制区域106的大小和位置保持相同。通向控制区域106的流动通道由可调隔板74进行调整。

围绕前缘86或叶片尖端162的外端的叶轮轴线46的旋转限定了叶轮入口直径164。现在参考图6、图9、图10、图11和图13所示的本发明的实施方案，下游边界134位于叶轮入口直径164的内部。控制区域106位于叶轮入口直径164与下游边界134之间。

现在参考图13，可忽略隔板叶片130之间的下游边界134中的小间隙。

优选地，槽帘区域102、外部通道出口区域104和内部通道出口区域112的形状为圆形，然而本发明的一些实施方案具有非圆形形状。

现在参考图9、图10和图15，如刚刚描述的，增程压缩机42具有最小蜗壳入口横截面区域152。小质量流量设置70具有第一有效叶轮入口区域。第一有效叶轮入口区域是内部通道出口区域112和最小蜗壳入口横截面区域152的总和。

大质量流量设置76具有第二有效叶轮入口区域。第二有效叶轮入口区域是内部通道出口区域112和控制区域106的总和。

根据本发明的实施方案，第二有效叶轮入口区域比第一有效叶轮入口区域大百分之二十以上，由此提供大流量能力压缩机。

更详细地，增程压缩机42还具有大质量流量设置76。大质量流量设置76具有第二隔板位置84以用于在大质量流量设置76期间提供进入叶轮44的流体54增加的质量流量。大的第二有效叶轮入口区域提供大质量流量设置76的大流量能力。

如上所述，增程压缩机42具有内部通道出口区域112。根据本发明的实施方案，在大质量流量设置76期间内部通道出口区域112和控制区域106与第一入口管道108流体连通，并且在小质量流量设置70期间外部通道66和控制区域106通过可调隔板74与第一入口管道108分离，由此在小质量流量设置70期间维持外部通道66比内部通道64中更大的压力。

在小质量流量设置70期间，叶轮入口56通过具有最小帘区域156的假想的帘154与下游边界134分离。最小帘区域156相对较小，并且在本发明的此实施方案的情况下被忽略。在本发明的此实施方案的情况下，通过可调隔板74的泄漏和隔板叶片130之间的泄漏也被忽略。

根据本发明，叶轮44可具有多于两个同心入口管道。通常，仅使用内部导管和一个外导管即可获得足够大的压缩机范围。在第一外部管道周围添加第三管道的成本和复杂性通常不符合成本效益，但在某些应用中可能是值得的。

在涡轮增压器的情况下，流体54通常是空气或与通常称为EGR的再循环排气混合的空气。进入第二入口管道110的流体可不同于进入第一入口管道108的流体。

现在参考图6、图11、图13和图18，图3、图4、图7、图12和图15所示的增程压缩机42包括外壳50和具有与外壳50共用的附接表面190的阀盖188。优选地，附接表面190平分入口蜗壳96，由此提供铸造脱模和最小化的制造成本。

根据本发明，流量调节槽100形成在外壳50与流量调节槽表面290之间，由此提供制造小型精密槽的低成本方法。流量调节槽表面290可直接形成在阀盖188中或形成在叶片保持器268或者附接到阀盖188的另一插入件或零件中。稍后将更详细地描述流量调节槽表面290和叶片保持器268。

现在参考图3、图4和图15，第二管道110优选地远离附接表面190弯曲并且包括整圆形铸造入口192。图中示出了软管倒钩整圆形铸造入口192，其中倒钩是位于附接面190一侧的单个铸件，由此提供制造成本低廉的坚固倒钩。

现在参考图3、图15和图17，第二入口管道110对齐以在环形隔板体积90中提供高速旋转流94。第二入口管道110具有入口矢量194。更详细地，入口矢量194表示靠近第二入口管道110的出口或恰好在流量调节槽100上游的流动方向。

图17旨在通过用实线表示入口管道的每一侧来示意性地例示第二入口管道110。入口矢量194还限定假想的入口管线196。假想的入口管线196与入口矢量194对齐并且从入口矢量194延伸。

假想的入口管线196与叶轮旋转轴线46间隔开切向距离198。切向距离198是假想的入口管线196与叶轮旋转轴线46之间的最小距离。

根据本发明，切向距离198是叶轮入口直径164的0.50倍以上并且切向距离198是叶轮入口直径164的小于1.30倍，由此使所述高速旋转流94的旋转速度最大化。叶轮入口直径164的半径在图16中示出。

更详细地，入口矢量194具有起始点200。起始点200与叶轮旋转轴线46相距起始距离202。起始距离202是切向距离198的1.4倍。

图17示出了第一假想的球体204。起始点200是第一假想的球体204的原点。第一假想的球体204在起始距离202处在第二入口管道110内部具有最大尺寸配合。更详细地，假想的球体204是将在距叶轮旋转轴线46的起始距离202处配合在加压第二入口管道110内部的最大尺寸球体。

入口矢量194还具有终点206。终点206与叶轮旋转轴线46相距终止距离208。终止距离114是切向距离198的1.1倍。

图17还示出了第二假想的球体210。终点206是第二假想的球体210的原点。第二假想的球体210在终止距离208处在第二入口管道110内部具有最大尺寸配合。更详细地，假想的球体210是将在距叶轮旋转轴线46的终止距离114处配合在第二入口管道110内部的最大尺寸球体。

根据本发明，入口矢量194从起始点200延伸到终止点206并且假想的入口管线196与入口矢量194对齐并且从入口矢量194延伸。

在本发明的一些实施方案中，第一假想的球体204可占据与叶轮旋转轴线46相距起始距离202处的位置范围。具体地，可在第二入口管道110内部配合的第一假想球体204的最大尺寸可在入口管道110内部自由地左右略微移位。当起点位置的范围是可能的时，起点200的位置被限定为可能的位置范围的中间位置。类似地，当终点位置的范围是可能的时，终点206的位置被限定为可能的位置范围的中间位置。

现在参考图8和图16，叶片尖端162围绕叶轮旋转轴线46的旋转限定叶轮入口直径164，其中入口直径的半径在图16中示出。流量调节槽100具有槽帘区域102。环形隔板体积90还具有带中点177的外壁176。槽帘区域102具有外槽直径170。外槽直径170与外壁176相邻。中点177也位于外壁176上。中点177与外槽直径170和叶轮入口直径164等距。

环形隔板体积90还具有曲率半径172。曲率半径172相交或穿过入口直径164的外边缘、中点177和外槽直径170。

根据本发明，曲率半径172是叶轮入口直径164的0.25倍以上，由此在小质量流量设置70期间能够实现比第一内部通道压力78更高的第一外部通道压力80，而不会引起过多的空气动力损失。

外槽直径170通常围绕叶轮旋转轴线46一直恒定或几乎恒定，但由于公差或为了改进压缩机性能而可能略微变化。在外槽直径变化的情况下，应用外槽直径的平均值，并且更详细地，曲率半径172相交或穿过入口直径164的外边缘、中点177和平均外槽直径170。

优选地，环形隔板体积90的外壁176围绕叶轮旋转轴线46一直具有相同形状和曲率，但由于公差或为了改进压缩机性能而可能变化。

流量调节槽100还具有在叶轮旋转轴线46与流量调节槽100的中心线之间测量的槽流动角184。根据本发明的实施方案，流动角184小于70度，由此最小化空气动力损失。

现在参考图6、图11、图12、图13和图14，根据本发明的多个实施方案，二级压缩机68包括电动马达驱动器72。

二级压缩机68可任选地由其他装置诸如齿轮或皮带驱动器单独驱动或与电动马达组合驱动。二级压缩机可另选地是小型涡轮增压器。

图3示出了根据本发明的具有涡轮73和驱动轴75的涡轮增压器40。在小质量流量设置70期间，用于压缩空气54的功率由涡轮增压器40的涡轮73以及二级压缩机68两者提供。因此，来自二级压缩机68的增加的功率提供了更快响应的涡轮增压器。

在小质量流量设置70期间，涡轮机73具有用于驱动叶轮44的第一轴功率，并且二级压缩机68具有第二轴功率。根据本发明的实施方案，第二轴功率大于第一轴功率的百分之二十以上，并且更详细地，第二轴功率是第一轴功率的至少0.20倍。

本发明的叶轮44通常由涡轮增压器40的涡轮机73驱动，但可另选地由其他装置诸如电动马达单独驱动或与涡轮增压器的涡轮机组合驱动，由齿轮或皮带驱动器单独驱动或者与涡轮增压器的涡轮机或另选功能性装置组合驱动。本发明的叶轮44也可以是燃气涡轮发动机的一部分。

在本发明的一些实施方案中，内部通道64可接收来自第三压缩机但处于比由二级压缩机68提供的压力更低压力的加压空气。

现在参考图4、图6和图7，环形密封件126具有锥形外上游表面212和锥形外下游表面214，并且阀盖188具有阀座216。在第一隔板位置82期间，锥形外上游表面212与阀座216形成密封接触件218。在第一位置82期间，环形密封件126处于与叶轮44相距最远的位置，并且更详细地，锥形外上游表面212与阀座216之间的密封接触件218限定叶轮44与环形密封件126之间的最大距离。

现在参考图7，在第二隔板位置84期间，环形密封件126处于与叶轮44相距最近并且与阀座216相距最远的位置。更详细地，在第二隔板位置84期间，锥形外上游表面212与阀座216间隔开，由此打开第二外部通道入口116以用于空气54从第一入口管道108流动通过外部通道66并且进入叶轮44，从而穿过控制区域106。在第二隔板位置84期间，空气流54围绕环形密封件126的外侧。

在第二隔板位置84期间，锥形外下游表面214也与外壁176间隔开。在第二隔板位置84期间第二通道66具有横截面流动区域220。根据本发明的实施方案，横截面流动区域220是通道66中的控制区域106的百分之六十(60％)以上，以用于在第二隔板位置84和大质量流量设置76期间使空气流最大化，由此使压缩机的小流量到大流量运行范围最大化。

环形密封件126包括一个或多个机械止动件222，以用于防止朝向叶轮44行进超过环形密封件126的第二隔板位置84。

图6和图7示出了形成在环形密封件126和管114上以用作机械止动件222的匹配脊224。更详细地，匹配脊224防止环形密封件126比环形密封件126的第二隔板位置84行进到更靠近叶轮44。

环形密封件126的轴向行进在第二隔板位置84期间由匹配脊224界定，并且在第一隔板位置82期间由密封接触件218界定。

现在参考图5、图6和图7，与叶轮相距最远或最上游的脊由从环形密封件126向内延伸的阶梯形成。最靠近叶轮或最下游的脊由从管114向外延伸的阶梯形成。向外的阶梯致使管壁厚度变大。管壁厚度在阶梯下游减小，使得管壁紧靠叶轮上游变薄，由此最小化叶轮入口的堵塞。环形密封件126在匹配脊224上游具有在第一配合管表面上滑动的小直径圆柱形表面，并且环形密封件126在匹配脊224下游具有在第二配合管表面上滑动的大直径圆柱形表面。

现在参考图3和图8，管114可任选地用一个或多个销或紧固件226固定在阀盖118中，优选地穿过形成在阀盖188中的翅片228。管114可任选地压配合、焊接、铜焊、钎焊或胶合到翅片228。

图11和图12示出了形成在管或导管114上的配合在阀盖118中的匹配槽中的翅片。

现在参考图7和图10，阀座216具有内座直径230。内座直径230是叶轮入口直径164的百分之六十(60％)以上，以用于在第二隔板位置84和大质量流量设置76期间使空气流最大化，由此使压缩机的小流量到大流量运行范围最大化。

现在参考图11至图14和图18，可调隔板74包括位于阀盖或其他合适的壳体188中的可调区域孔径或可调孔径232。可调孔径232还包括多个隔板叶片130和叶轮旋转轴线46。

隔板叶片130具有铰链接头234以用于枢转地连接到阀盖188。当组装时，隔板叶片130共同形成围绕叶轮旋转轴线46的孔径。

更详细地，可调孔径232具有保持插座235和多个隔板叶片130。隔板叶片具有销端237。销端237可枢转地安装在保持插座235中。

保持插座235具有环面滚道或环面半部238以用于可枢转地保持隔板叶片130。环面滚道238还具有用于使隔板叶片130延伸到滚道外的开口。更详细地，环面滚道像字母C，其中开口面向叶轮旋转轴线46。

根据本发明，可调孔径232还包括位于环面滚道238与销端237之间的组装间隙242，由此为隔板叶片130在环面滚道238中的枢转运动提供间隙而不会粘合。

可调孔径232具有最小开孔244和最大开孔246。根据本发明，组装间隙242提供足够间隙以用于孔径叶片130从最小开孔244枢转到最大开孔246而不会粘合。

在图11至图14所示的本发明实施方案中，第一隔板位置82具有最小开孔244，并且第二隔板位置84具有最大开孔246。

可调孔径232在增程压缩机42中示出，但可用于其他目的和其他应用。作为许多实例中的一个，可调孔径232可与端口式围带压缩机一起使用，并且更详细地用于从围带或压缩机出口再循环空气，而不是使用二级压缩机68或电动马达驱动器72。作为另一实例，可调孔径232可用于减小叶轮44的入口直径，并且更详细地其中控制区域106不接收来自二级压缩机68、端口式围带或压缩机出口的空气54。可调孔径可用于减小叶轮入口直径而不包括来自外部通道的附加空气流。

铰链接头234包括叶片半部236和环面半部238。环面半部238在阀盖188中。根据本发明，环面半部238还具有用于与多个孔径叶片130接合的回转接触表面240。回转接触表面240围绕中心轴线46回转。回转接触表面240可通过围绕中心轴线46回转切割所述表面的车床以低成本加工。

可调区域孔径232还包括在环面半部238与叶片半部236之间的组装间隙242，以用于在孔径叶片130的枢转运动期间防止叶片半部236与环面半部238粘合。应当指出，弯曲的铰链销不能在匹配配合的弯曲插座中旋转。根据本发明，组装间隙242提供足够的间隙以用于孔径叶片130从第一隔板位置82枢转到第二隔板位置84而不会粘合。

更详细地，可调区域孔径232还具有含第一组装间隙248的最小孔口244和含第二组装间隙250的最大孔口246。

第一组装间隙248大于零并且第二组装间隙250大于零，由此使孔径叶片130从最小孔口244枢转到最大孔口246而不会粘合，并且因此也从第一隔板位置82到第二隔板位置84而不会粘合。

组装间隙242不应大于防止孔径叶片130的粘合或自由行进所必需的间隙。根据本发明，第一组装间隙248小于叶轮入口直径164的2.0％，并且第二组装间隙250小于叶轮入口直径164的2.0％。

最小孔口244在环绕中心轴线46的孔径叶片130内部具有最小开口直径252。

根据本发明的实施方案，第一组装间隙248小于最小开口直径252的1.5％，并且第二组装间隙250小于最小开口直径252的1.5％。

最小开口直径252通常围绕叶轮旋转轴线46一直恒定或几乎恒定，但由于公差或为了改进压缩机性能而可能略微变化。在最小开口直径变化的情况下，应用最小开口直径的平均值，并且更详细地，第一组装间隙248小于平均最小开口直径252的1.5％，并且第二组装间隙250小于平均最小开口直径252的1.5％。

可调孔径232还具有假想的孔径参考平面254。假想的孔径参考平面254从中心轴线46径向向外延伸。

环面半部238还具有环面接触曲线256。回转接触表面240和假想的孔径参考平面254的相交限定环面接触曲线256。

根据本发明的实施方案，环面接触曲线256在围绕中心轴线46的所有旋转位置处都是相同的，由此用车床实现环面接触表面的低成本加工。

根据本发明的实施方案，环面接触曲线256具有圆形区段257，由此提供具有小的允许组装间隙242的紧密配合的铰链接头。更详细地，回转接触表面240的一部分可用圆形切割工具在车床上加工。

根据本发明的实施方案，回转接触表面具有铰链销直径258。根据本发明，铰链销直径258是叶轮入口直径164的0.10倍以上，由此提供大的铰链销直径258与组装间隙242的比率。

如前所述，最小孔口244具有最小开口直径252。根据本发明，铰链销直径258是最小开口直径252的0.12倍以上，由此提供大的铰链销直径258与组装间隙242的比率。

铰链销直径258通常是恒定的或几乎恒定的，但由于公差或为了防止粘合而可能略微变化。在铰链销直径变化的情况下，应用铰链销直径的平均值，并且更详细地，平均铰链销直径258是最小开口直径252的0.12倍以上，由此提供大铰链销直径258以组装间隙242比率。如果铰链销直径258在所有位置是最小开口直径252的0.12倍以上，则不需要计算平均值。

现在参考图18和图19，隔板叶片130还包括用于对齐相邻隔板叶片130的对齐引导件260。更详细地，两个相邻隔板叶片130之间的对齐引导件260使两个叶片枢转相等的量。所有隔板叶片130之间的对齐引导件260被提供用于所有隔板叶片130一致地枢转以对称地打开和关闭可调孔径232。图18和图19中示出了插座对齐引导件262中的销或翅片。

对齐引导件260可用于提供可变孔径264，并且更详细地，通过在第三隔板位置形成隔板，第三隔板位置在第一隔板位置82与第二隔板位置84之间。在第三隔板位置期间，可使用更长的翅片来最小化叶片之间的泄漏。任选地，在第三隔板位置期间，相邻叶片可重叠以最小化隔板叶片之间的泄漏。

现在参考图11、图12、图18和图19，阀盖188还包括用于将隔板叶片130保持在阀盖188中的叶片保持器268。优选地，叶片保持器268组装到阀盖188的内部并且由保持器紧固件270固定。更详细地，叶片保持器268从阀盖的叶轮44侧组装到阀盖188中。紧固件270优选地通过阀盖188的外侧插入并且螺接到叶片保持器268中。任选地，紧固件270通过叶片保持器268插入并且螺接到阀盖188中。

在图18所示的本发明的实施方案中，阀盖188包括盖滚道274，并且叶片保持器268包括用于将隔板叶片130可移除地保持在阀盖188中的保持器滚道276。阀盖188包括叶片保持器插座269。叶片保持器268组装到阀盖188中的叶片保持器插座269中。入口蜗壳96包括形成在阀盖188中的蜗壳盖表面286和形成在叶片保持器268中的蜗壳保持器表面288，由此提供空气动力蜗壳和小而紧凑的阀盖组件。

在图11至图14和图18所示的本发明的实施方案中，入口蜗壳96包括蜗壳盖表面286和蜗壳保持器表面288。叶片保持器268还包括流量调节槽表面290。

现在参考图18和图19，一个或多个复位弹簧272可任选地用于将隔板叶片130移动到最大开口孔径设置246。图19示出了完全压缩并且准备好将隔板叶片130从最小开口孔径244(所示)移动到最大开口孔径246的复位弹簧272。在图19所示的实施方案中，隔板叶片130具有弹簧座或弹簧座凸片278，并且叶片保持器268具有弹簧插座280。弹簧插座可任选地形成在阀盖188中。

任选地，隔板叶片130具有弹簧间隙切口282，由此实现更小和更紧凑的阀盖设计。类似地，叶片保持器268任选地具有弹簧座间隙切口284，由此实现更小和更紧凑的阀盖设计。

在图19所示的本发明的实施方案中，弹簧插座280平行于中心轴线46，由此能够实现更小和更紧凑的阀盖设计并且提供更低成本的加工。优选地，弹簧插座280不是通孔，使得弹簧保持在插座中。

根据图11、图12、图14、图18和图19所示的本发明的实施方案，一个或多个复位弹簧272位于隔板叶片130的外部通道侧132上。一个或多个复位弹簧272也位于入口蜗壳96与弹簧座278之间。

另外，根据本发明的实施方案，并非所有的隔板叶片130都包括弹簧座凸片278和复位弹簧272。对齐引导件260实现不具有弹簧座凸片278和复位弹簧272的隔板叶片130的同步移动。

现在参考图12和图14，隔板叶片130具有外部通道侧132，并且环形隔板体积90具有外壁176。根据本发明的实施方案，在第二隔板位置84期间，外部通道侧132的至少一部分与外壁176具有紧密配合或匹配配合292。更详细地，在第二隔板位置84期间和/或在最大开口孔径246期间，外部通道侧表面132的一部分紧密遵循外壁表面176。

现在参考图18，外壁176可任选地包括用于隔板叶片130的一个或多个叶片容槽294。在第二隔板位置84和/或最大孔口246期间，隔板叶片130缩回到叶片容槽294中，由此最小化隔板叶片130对进入叶轮44的空气流54的堵塞。

隔板叶片130具有内部通道表面296。在图11和图12所示的本发明的实施方案中，增程压缩机42包括内部管道114并且内部通道表面296围绕叶轮旋转轴线46回转，同时隔板叶片130在第二隔板位置84和/或最大开口孔径246中。更详细地，对于具有内部管道114的本发明的实施方案，在第二隔板位置84和/或最大开口孔径246期间通道表面296与围绕叶轮旋转轴线46回转的假想的表面对齐，由此在大质量流量设置76期间使进入叶轮44的流量最大化。

在图13和图14所示的本发明的实施方案中，增程压缩机42不包括内部管道114并且内部通道表面296围绕叶轮旋转轴线46回转，同时隔板叶片130在第一隔板位置82和/或最小开口孔径244中。更详细地，对于不具有内部管道114的本发明的实施方案，在第一隔板位置82和/或最小开口孔径244期间通道表面296与围绕叶轮旋转轴线46回转的假想的表面对齐，由此在小质量流量设置70期间提供改进的空气动力流。

再次参考图10、图11和图12，增程压缩机42包括内部管道114，并且内部管道114具有出口间隙138。如前所述，小出口间隙138用于在小质量流量设置70期间维持比第一内部通道压力78更大的第一外部通道压力80。通过使用内部管道114，在小质量流量设置70期间，不需要隔板叶片130与叶轮44之间的小间隙以维持比第一内部通道压力78更大的第一外部通道压力80。

现在参考图12，隔板叶片130具有下游叶片尖端298并且外壁176具有在叶轮入口56上游增加的直径。下游叶片尖端298接触叶轮入口56上游(其中上游直径更大)的外壁176，由此提供更大的最大开口孔径246。

在图12所示的实施方案中，下游叶片尖端298在叶轮入口直径164之外，由此提供大且流线型的空气入口。

现在参考图9、图11、图12和图13，在第一隔板位置82和/或最小开口孔244期间，内部管道114具有最小入口横截面区域300，并且内部通道64具有内部通道出口区域112。根据本发明的实施方案，在第一隔板位置和/或最小开口孔径244期间，内部管道入口横截面区域300小于内部通道出口区域112，由此进一步抑制喘振并且增加压缩机的小流量到大流量运行范围。

更详细地，根据本发明，在第一隔板位置82和/或最小开口孔径244期间，内部通道出口区域112比内部管道入口横截面区域300大至少百分之八(8％)。

现在参考图6，电动马达72由发动机管理控制器302打开和关闭。发动机管理控制器302从驱动器、导向器或自主控制器304接收功率、扭矩或负载需求请求。发动机管理控制器302还从发动机和环境传感器接收传感器数据306。发动机管理控制器302基于功率需求请求304和传感器数据306来打开和关闭电动马达72。

例如，发动机管理控制器302可包括具有发动机转速和发动机负载轴线或坐标的查找表。负载请求由驱动器304提供，并且发动机转速坐标由传感器306提供。每个坐标位置接着可具有用于电动马达72的开、关或脉宽调制的激活信号。发动机管理控制器可具有多于一个查找表以说明诸如发动机歧管压力、发动机歧管温度或大气温度等变量，仅举出许多可能的其他变量中的一小部分。发动机管理控制器还可具有时间相关算法，所述时间相关算法提供来自电动马达72的临时增加的功率输出以便最小化涡轮迟滞。发动机管理控制器可包括其他时间相关算法以提供改进的排放控制和/或从一个功率水平到下一个功率水平的更平滑过渡。发动机管理控制器还可提供算法以防止喘振，并且更详细地，根据对防止喘振的需要维持外部通道66中的压力。

本发明提供了一种涡轮增压系统，其能够在所有发动机转速下提供高增压压力比并且对于几乎所有汽车应用由常规12伏电池供电。根据本发明，在小质量流量设置70期间，进入空气54的仅一部分由电动二级压缩机68加压，并且电动二级压缩机的增压压力仅为压缩机总压力比的一小部分。因此，只需要少量电力来驱动二级压缩机68，由此使得常规12伏电池能够用于为几乎所有汽车应用的电动二级压缩机68供电。压缩机还具有高效率，因为它不再在近失速流动条件下运行。最重要的是，与目前正在寻求的其他技术相比，本发明的涡轮增压系统具有低成本。

本发明的增程压缩机42可用于通过发动机缩小来提高车辆燃油经济性，并且通过改进的进入空气增压控制来减少柴油发动机排放。本发明也可用于提高车辆性能。

将了解，本文所公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施方案不应被视为具有限制意义，因为众多变型是可能的。本公开的主题包括本文所公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

以下权利要求特别指出被视为新颖的和非明显的某些组合和子组合。权利要求可能提及“一个”要素或“第一”要素或其等效物。此类权利要求应被理解为包括一个或多个此类要素的并入，从而既不要求也不排除两个或更多个此类要素。所公开的特征、功能、元件和/或性质的其他组合和子组合可通过修改本发明权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而被要求保护。

此类权利要求与原始权利要求相比无论在范围上更宽、更窄、等同或不同都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (20)

1.一种具有叶轮的增程压缩机，所述叶轮具有多个叶轮叶片、叶轮旋转轴线和外壳，所述叶轮能够围绕所述叶轮旋转轴线旋转地安装在所述外壳中以压缩流体，

小质量流量设置，所述小质量流量设置具有用于使所述流体流入所述叶轮的内部通道和外部通道，

所述内部通道在所述小质量流量设置期间还具有第一内部通道压力，并且所述外部通道在所述小质量流量设置期间还具有第一外部通道压力，以及

二级压缩机，所述二级压缩机用于在所述小质量流量设置期间相对于所述第一内部通道压力增加所述第一外部通道压力，以抑制空气从所述叶轮回流出去，并且由此使得所述增程压缩机能够在小质量流量设置下产生高增压压力而不会引起喘振，以及

可调隔板，所述可调隔板在所述小质量流量设置期间具有第一隔板位置，在所述小质量流量设置期间所述可调隔板在所述第一隔板位置期间使所述内部通道和所述外部分离，由此维持外部通道中比所述内部通道中更高的压力,

以及大质量流量设置，所述可调隔板在所述大质量流量设置期间还具有第二隔板位置，以用于提供进入所述叶轮的大质量流量，由此使所述增程压缩机的小流量到大流量运行范围最大化。

2.如权利要求1所述的增程压缩机，其中所述第一外部通道压力比所述第一内部通道压力高百分之二十以上，由此在所述小质量流量设置期间防止压缩机喘振，

所述第一内部通道压力和所述第一外部通道压力为绝对静压。

3.如权利要求1所述的增程压缩机，其还具有总压力比和表停滞压缩机出口压力，并且

所述二级压缩机还具有二级压缩机压力比、表停滞二级压缩机出口压力，

其中所述表停滞二次压缩机出口压力是所述表停滞压缩机出口压力的0.20倍以上，由此在所述小质量流量设置期间防止压缩机喘振。

4.如权利要求1所述的增程压缩机，其中所述外部通道还具有环形隔板体积，

其中所述环形隔板体积在所述小质量流量设置期间具有高速旋转流，所述高速旋转流和所述叶轮还具有相同的旋转方向，

所述外部通道由此具有比所述内部通道更高的压力并且在所述小质量流量设置期间具有高速旋转流，以用于抑制喘振并且提供长程高效压缩机。

5.如权利要求1所述的增程压缩机，其还包括加压入口蜗壳，所述加压入口蜗壳在所述小质量流量设置期间由所述二级压缩机加压，

其中所述外部通道还具有环形隔板体积，

其中在所述小质量流量设置期间所述加压入口蜗壳在所述环形隔板体积中提供所述更高压力和所述高速旋转流，以用于抑制喘振并且提供长程高效压缩机。

6.如权利要求5所述的增程压缩机，其还具有流量调节槽，所述流量调节槽位于所述进气蜗壳与所述环形隔板体积之间以用于调节从所述进气蜗壳进入所述环形隔板体积的流动，由此提供均匀的环形入口流并且由此提供通过所述外部通道区域的均匀流动。

7.如权利要求6所述的增程压缩机，其中所述流量调节槽具有槽帘区域，并且所述外部通道具有外部通道出口区域，

其中所述外部通道出口区域比所述槽帘区域大百分之三十以上，由此提供大的加压外部通道出口区域以用于抑制喘振。

8.如权利要求1所述的增程压缩机，其还具有用于流体从所述二级压缩机流入所述外部通道的入口蜗壳，所述入口蜗壳还具有最小蜗壳入口横截面区域，并且

所述外部通道还具有外部通道出口区域和控制区域，所述控制区域是在小质量流量设置期间限定的所述外部通道出口区域，

所述内部通道还具有内部通道出口区域，所述内部通道出口区域在所述小质量流量设置期间限定，

其中所述小质量流量设置具有第一有效入口区域，所述第一有效入口区域是所述内部通道出口区域和所述最小蜗壳横截面区域之和，

其中所述大流量设置具有第二有效入口区域，所述第二有效入口区域是所述内部通道出口区域和所述控制区域之和，

其中所述第二有效区域比所述第一有效区域大百分之二十以上，由此提供大流量能力压缩机。

9.如权利要求1所述的增程压缩机，其还具有第一入口管道和第二入口管道，

所述外部通道还具有外部通道出口区域和控制区域，所述控制区域是在小质量流量设置期间限定的所述外部通道出口区域，

其中所述第二入口导管在所述小质量流量设置期间与所述控制区域流体连通，并且所述第一入口导管在所述大质量流量设置期间与所述控制区域流体连通，

其中在所述小质量流量设置期间，所述可调隔板使所述第一入口管道与所述控制区域分离，由此在所述小质量流量设置期间维持所述外部通道中比所述内部通道中更高的压力。

10.如权利要求1所述的增程压缩机，其还包括第一入口管道，并且所述外部通道还具有第二外部通道入口，

所述可调隔板还包括内部管道和一个或多个可移动密封元件，所述一个或多个可移动密封元件用于在所述小流量设置期间在所述内部管道与所述第一入口管道之间形成密封以用于在所述小质量流量设置期间封闭所述第二外部通道入口以维持所述外部通道中比所述内部通道中更高的压力。

11.如权利要求1所述的增程压缩机，其还包括一个或多个可移动密封元件，以及

致动装置，所述致动装置用于将所述一个或多个可移动密封元件从所述大质量流量设置移动到所述小质量流量设置，

其中所述致动装置是所述二级压缩机。

12.如权利要求1所述的增程压缩机，其还具有叶轮入口和出口间隙，在所述小质量流量设置期间所述出口间隙在所述可调隔板与所述叶轮入口之间，

其中所述出口间隙小于三毫米，由此在所述小流量设置期间维持所述外部通道中比所述内部通道中更高的压力。

13.如权利要求1所述的增程压缩机，其中所述叶轮还具有假想的入口表面区域，

所述外部通道还具有外部通道出口区域和控制区域，所述控制区域是在所述小质量流量设置期间限定的所述外部通道出口区域，

其中所述控制区域至少是所述假想的入口表面区域的百分之二十那么大，由此防止在所述小质量流量设置期间压缩机喘振。

14.如权利要求1所述的增程压缩机，其中所述增程压缩机具有总质量流量并且所述二级压缩机具有第二入口质量流量，

其中所述第二入口质量流量至少是所述总质量流量的百分之二十那么大，由此在所述小质量流量设置期间防止压缩机喘振。

15.如权利要求1所述的增程压缩机，其还具有用于流体从所述二级压缩机流入所述外部通道的入口蜗壳，所述入口蜗壳还具有最小蜗壳入口横截面区域，并且

所述外部通道还具有外部通道出口区域和控制区域，所述控制区域是在所述小质量流量设置期间限定的所述外部通道出口区域，

其中在所述小质量流量设置期间所述控制区域比所述最小蜗壳入口横截面区域大两倍以上，由此提供用于抑制喘振的大的控制区域。

16.一种具有保持插座和多个隔板叶片的可调孔径，所述隔板叶片具有销端，所述销端能够枢转地安装在所述保持插座中，

其中所述保持插座具有环面滚道，所述环面滚道还具有用于将所述叶片延伸到所述滚道外的开口，

以及组装间隙，所述组装间隙位于所述环面滚道与所述销端之间，由此为所述叶片在所述环面滚道中的枢转运动提供间隙而不会粘合。

17.如权利要求16所述的可调孔径，其还具有带第一组装间隙的第一隔板位置和带第二组装间隙的第二隔板位置，

其中所述第一组装间隙大于零，并且所述第二组装间隙大于零，由此使得所述隔板叶片能够从所述第一隔板位置枢转到所述第二隔板位置而不会粘合。

18.如权利要求16所述的可调孔径，其还具有带最小开口直径的最小开口孔径，并且

所述可调孔径还具有带第一组装间隙的第一隔板位置和带第二组装间隙的第二隔板位置，

其中所述第一组装间隙小于所述最小开口直径的1.5％，并且所述第二组装间隙小于所述最小开口直径的1.5％，由此维持所述隔板叶片彼此对齐。

19.如权利要求1所述的增程压缩机，其还具有第一内部通道入口和第二外部通道入口，

所述第二通道入口在所述小质量流量设置期间是封闭的，并且所述第二通道入口在所述大质量流量设置期间是打开的。

20.如权利要求6所述的增程压缩机，其还具有叶轮入口直径，并且

所述流量调节槽还具有槽宽，

其中所述槽宽小于所述叶轮入口直径的百分之十二，由此在所述外部通道中提供高速旋转流。

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