[发明专利]压缩机气流偏转器以及结合该偏转器的压缩机

说明书

技术领域

本发明涉及用于内燃发动机的涡轮增压器，并且更具体地涉及涡轮增压器压缩机，更具体而言涉及用于引导压缩机气流的偏转器。

背景技术

涡轮增压器用于增加内燃发动机的进气压力，并且正越来越多地用于增加内燃发动机输出，其具有更低的发动机排量和改善的燃料经济性。涡轮增压器包括涡轮机叶轮和压缩机叶轮，其通常安装在同一轴上并设置在不同的壳体中。发动机排气被引导通过涡轮机，在其中排气驱动涡轮机叶轮，涡轮机叶轮通常包括具有叶片或翼片的叶轮片，该涡轮机叶轮直接或间接地联接到压缩机叶轮，该压缩机叶轮也通常包括具有叶片或翼片的叶轮片。压缩机叶轮吸入进气，通常通过过滤系统并进入入口管道，在入口管道中进气被抽吸通过叶片或翼片，被压缩并提供到发动机的进气端口或歧管。压缩机叶轮以高的旋转速度旋转，包括在每分钟100000至150000转的范围或更大的速度。

为了提高压缩机性能，为压缩机入口增加了旁通端口。这些端口可以若干形式添加，包括作为有端口的护罩(shroud)。不具有旁通端口的压缩机通常具有由压缩机壳体限定的至压缩机叶轮的单一入口。有端口的护罩旁通端口提供具有内部部分和外部部分的压缩机入口。有端口的护罩旁通端口压缩机可具有壳体，该壳体类似于不具有端口的压缩机的壳体，其中该壳体限定了压缩机入口和出口，但其还具有与(内部)入口壁分开的附加外壁。在这种构造中，压缩机叶轮安装在压缩机壳体的中间部分，在入口的内壁内，并且旁通端口由附加外壁限定，附加外壁绕压缩机壳体的内壁形成护罩。该内壁延伸超过压缩机叶轮，但最远向外延伸不超过外壁。入口的旁通部分或旁通通道位于内壁的外表面和外壁的内表面之间。入口的主要部分或内部部分包括中间通道，限定在内壁的内表面内，并提供通向压缩机叶轮的面的路径。入口的内部部分还具有一个或多个通道，限定在主入口和内壁的内表面之间，通过壁到达内壁的外表面，其流体地连接入口的旁通部分和旁通端口。环形通道开放进入靠近压缩机叶轮的翼片或叶片的内壁的内表面。

旁通端口通过扩展其低质量流量范围和高质量流量范围的大小而增加压缩机的操作范围。低质量流量范围受到称为“喘振”现象的限制，在“喘振”现象中，提供到压缩机的空气的体积超过系统需求，并且高质量流量范围受到称为“阻塞”的现象的限制，在“阻塞”现象中，系统的空气需求超过压缩机的最大流率。与压缩机叶轮连通的环形通道或端口作为旁路。在低质量流量，在没有旁通端口的情况下可能造成喘振情况，而旁通端口的存在允许从压缩机叶轮流回到主入口，从而允许系统以最低质量流量到达平衡。在高质量流量，在没有旁通端口的情况下可能造成阻塞情况，而端口的存在允许额外的空气被从主入口直接吸入旁通端口并供应到压缩机叶轮的叶片。由于扩展的操作范围，构造成带有这种类型入口的压缩机有时称为“特性曲线宽度增强型”压缩机。

然而，使用旁通端口也增加了由压缩机产生的噪声，因为端口提供到达压缩机叶轮的直接声音路径，因此提供了使压缩机叶轮在高旋转速度和质量流量或压力比率下产生的声学噪声(声波)离开压缩机壳体的途径。涡轮机和压缩机叶轮的这种高速旋转造成涡轮机和压缩机叶片产生高水平的噪声，称为叶片通频噪声，或有时非正式地称为涡轮机呜呜声。减少这种噪声的一个方法是将环形内部偏转器放置在内壁和外壁之间的旁通端口中，该环形内部偏转器正交地突出至端口内并沿着端口轴向地延伸，从而形成空气和声波通过的“艰难的”路径。另一种解决方案是向外壁的内表面添加环形噪声抑制环，该抑制环的内径小于旁通端口的内径(即，内壁的外径)，以便使声音传播的直线不在包括旁通端口的环形通道中。

尽管这些特征对于降低与压缩机在阻塞情况下的高速旋转有关的噪声有效，但是它们并没有设计为或对于控制旁通端口内的气流有效，尤其是在这些流离开旁通通道进入主入口通道发生在喘振情况(即，压缩机的低质量流量操作)时。

因此，希望控制通过旁通端口进入主压缩机入口的气流以及提供具有能够提供这种控制的控制特征的压缩机和涡轮增压器。

发明内容