[实用新型]涡轮增压器

说明书

政府权利

本实用新型是在能源部授予的DE-FC26-07-NT43280政府支持下进行的。政府对于本实用新型具有某些权利。

技术领域

本申请涉及用于内燃发动机的涡轮增压器的系统以及在一些实例中对压缩机阻流的控制。

背景技术

发动机可以使用涡轮增压器来改善发动机扭矩/功率输出密度。在一个实例中，涡轮增压器可以包括经由驱动轴相连的压缩机和涡轮，其中该涡轮耦接至排气歧管侧并且压缩机耦接至进气歧管侧。以此方式，以排气驱动的涡轮向压缩机供应能量以增大进入发动机中的空气流量。

该压缩机旨在于在喘振与阻流两种状况之间的工作范围内进行工作。喘振在低空气质量流量的过程中发生，此时穿过压缩机的空气流将失速并且可能反向。空气流的反向可能导致发动机失去动力。当发动机陡然减速时可能发生该来源的喘振，即减速喘振。在减速喘振的过程中，发动机和穿过压缩机的空气流质量可能减慢，而涡轮增压器由于惯性继续旋转并且通过该排气系统而延缓。转动的压缩机和低的空气流速可能造成在压缩机出口上的快速压力集聚，而延滞的较高排气流速可能造成涡轮侧上的压力减小。当穿过压缩机的向前流动不再可持续时，发生瞬间的流动倒转，并且压缩机发生喘振。

第二来源的喘振可以部分地由于高水平的冷却排气再循环(EGR)所造成。EGR可以用于减少来自柴油发动机的NO_x排放并且用于控制汽油发动机中的爆震。高水平的EGR可以增大压缩机压力而同时减小穿过压缩机的质量流量，从而致使压缩机无效率地或在喘振区域内工作。

当流动穿过压缩机的空气流质量不能针对给定的压缩机速度增加时，发生阻流。在阻流过程中，涡轮增压器不能向发动机提供额外的空气，并且因此发动机功率输出密度不能增大。

因此，可能希望的是通过在发生喘振之前减小空气流速并且在发生阻流之前增大空气流速来增大压缩机和涡轮增压器的工作范围。已经用于加宽工作点的一个方案是一种被动式壳体处理。该被动壳体处理包括修改穿过压缩机的空气流的一对不可移动的槽。在低空气质量流量状态中，该被动壳体处理的这些槽可以提供用于使部分增压的空气再循环回到压缩机入口的路径。流动穿过压缩机的再循环空气可以使得在出现喘振之前较少的空气能够流动穿过压缩机。在高空气质量流量状况中，该被动壳体处理的这些槽可能提供用于使穿过压缩机的空气流短路的路径，这样使得在更高空气质量流速下出现阻流。

然而，在此诸位实用新型人已经认识到，用于防止喘振的被动式再循环端口的有效位置与用于防止阻流的端口的有效位置是不同的。在本公开中，用于防止喘振的连续打开的端口被公开为用于防止阻流的分开的端口，该端口的入口可以对于穿过压缩机入口的空气流是打开或关闭的。可以安排排放端口，以使得其入口是在压缩机叶轮的全叶片(full blade)下方但在分流叶片(splitter blade)上方的高度处。相反，阻流端口可以用于将空气提供到该叶轮的基部、在分流叶片和涡轮增压器叶片下方。此外，打开该阻流端口的入口可以是可变的，以使得发动机控制器可以控制该阻流端口的入口何时并且在何种程度上暴露于来自压缩机入口的空气流中。当压缩机处于接近阻流的状况下时可以提供这样的信号。当阻流端口的入口打开时，空气可以在压缩机的基部处被吸入该压缩机中并且可以用于有效地扩大压缩机流动能力。

实用新型内容

在此公开了一种压缩机外壳，该压缩机外壳可以具有位于压缩机的内部周边处、在入口下游的一对环形盘。这些环形盘包括围绕其圆周的可对齐开口，这些阻流槽可以对齐而通向阻流端口的入口，从而允许空气被吸入叶轮的基部之中。此外，当不重叠时，这两个环形盘的阻流槽有效地将该阻流端口的入口与来自压缩机入口的空气流切断。

公开了用于涡轮增压器压缩机的系统和方法，该系统包括：可致动环形盘，其中包括阻流槽；外部环形盘，其中包括阻流槽；以及致动器，用于使该可致动环形盘相对于该外部环形盘旋转从而改变该可致动环形盘和该外部环形盘的阻流槽的对齐。该致动器可以由发动机控制器响应于该压缩机的工况来控制并且被致动以使阻流槽对齐。这些阻流槽的对齐允许空气被吸入叶轮中，从而有效地扩大压缩机流动能力以防止压缩机阻流。