[发明专利]压缩机壳体

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于内燃机的涡轮增压系统，并且更具体地涉及一种 压缩机壳体。

背景技术

涡轮增压器被广泛地使用在内燃机上，并且在过去特别是与大型柴油 发动机一起使用，尤其是用于公路货车和船舶应用的柴油发动机。在直接 从发动机曲轴中获得其动力的增压器中以及在由发动机排气驱动的涡轮 增压器中均可以找到压缩机叶轮。

最近，除了与大型柴油发动机共同使用外，涡轮增压器已普遍地与小 型轿车动力设备共同使用。涡轮增压器在轿车应用中的使用允许选择一种 动力设备，该动力设备从一个较小的、较低质量的发动机产生相同的马力 量。使用一种较小质量的发动机具有令人希望的效果：减少汽车总重量、 增加运动性能并且提高燃料经济性。另外，涡轮增压器的使用允许被传送 给发动机的燃料的更完全的燃烧，由此减少发动机的碳氢排放物，这有利 于非常令人渴望的更加清洁的环境的目标。在现有技术中详细描述了涡轮 增压器的设计和功能，例如，美国专利号4,705,463、5,399,064和6,164,931， 其披露内容通过引用结合在此。

涡轮增压器单元典型地包括可与发动机排气歧管操作地连接的一台 涡轮机、与该发动机空气进气歧管可操作地连接的一台压缩机，以及将该 涡轮机与该压缩机相连接的一根轴，这样涡轮机叶轮的转动引起该压缩机 驱动轮的转动。涡轮机被在该排气歧管中流动的排气驱动旋转。压缩机叶 轮被涡轮机驱动旋转，并且当压缩机叶轮旋转时，它增加被传送到发动机 汽缸的空气质量的流速、气流密度和空气压力。

涡轮增压器的压缩机包括三个基本部件：压缩机叶轮、扩散器和壳体。 压缩机典型地通过在轴向上吸入空气、通过该轮的转速使空气加速到一个 高速度并且在径向方向上逐出空气来进行工作。扩散器使高速空气减慢， 而作为交换这些空气增加压力和温度。扩散器由压缩机背板以及涡旋形壳 体的一部分形成，该扩散器进而收集空气并且在空气到达压缩机出口之前 使其减速。

压缩机叶轮的这些叶片可以具有一种高度复杂的形状，这种形状用于 (a)吸入空气，(b)使空气加速，以及(c)以一种升高的压力将空气向 外排放进入一个压缩机壳体的涡旋形室中。为了以最高效率和最小涡流来 实现这三个不同的功能，这些叶片典型地具有三个分离的区域。

首先，可以将叶片的前缘描述为一个锐变节圆螺旋(sharp pitch helix)， 该螺旋被适配为将空气汲入并在轴向上移动空气。在仅考虑叶片的前缘 时，悬臂尖端或外侧尖端比最靠近该轮毂的部分行进得更快(MPS)，并 且通常配备有比最靠近该轮毂的部分更大的一个螺旋角。因此，该叶片前 缘的迎角经受从该轮毂附近的较低的螺距到该前缘的外部尖端处的一个 更高的螺距的一种扭曲。此外，该叶片的前缘通常被弯曲，并且不是平面 的。更进一步地，该叶片的前缘总体上具有在该轮毂附近的一个“下沉” 以及沿叶片尖端的外三分之一部分的一个“上升”或凸起。这些设计特征 全部被设计为用来增强轴向上吸入空气的功能。

其次，在这些叶片的第二区域中，将这些叶片弯曲的方式为改变气流 的从轴向到径向的方向，同时迅速地使空气在离心旋转并且使空气加速到 一个高速度，这样在离开叶轮之后在涡旋形室中扩散时，以增压的形式将 能量回收。空气被指向通过在这些叶片之间以及在该压缩机叶轮壳体的内 壁与限定了一个底部空间的轮毂的径向放大的盘形部分之间限定的多个 气流通道，该壳体底部间隔在空气流动方向上变窄。

最后，在第三个区域中，这些叶片在一个后缘中终止，该后缘被设计 成用于将空气逐出压缩机叶轮之外。这个叶片后缘的设计总体上是复杂 的，并且配备有(a)一个螺距、(b)偏离径向的一个角度和/或(c)一个 倒锥或后掠角(它与该前缘处的前掠角共同为叶片提供一个总体上呈“S” 的形状)。以这种方式被驱出的空气不仅具有高流量，而且还具有高压力。