[发明专利]具有可变压缩机入口的压缩机

说明书

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：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，其中，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，以及所述外管和/或所述内管的通道截面能够借助于关闭装置被至少部分地关闭。

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（approach flow）。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。

DE 10 2010 026 176 A1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DE 10 2010 026 176 A1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。

压缩机是从WO 2013/166 626 A1所已知的，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，其中，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，以及所述外管和/或所述内管的通道截面能够借助于关闭装置被至少部分地关闭。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下列特征来实现：所述外管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，并且随着内管在所述外管中延伸其延伸直至所述压缩机壳体；以及所述关闭装置布置在彼此邻近布置的两个管中的至少一者中。

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。