[发明专利]压缩机组件和用于操作涡轮增压器的方法

说明书

相关申请

本申请要求2011年11月14日提交的、名称为“Adjustable Compressor Trim”且序列号为61/559,233的美国临时专利申请的权益，其通过引用并入本文中。

技术领域

本文公开的主题一般地涉及用于内燃发动机的涡轮机械并且具体地涉及可调节Trim比压缩机组件。

背景技术

涡轮增压器常常用于提高内燃发动机的性能。涡轮增压器可经由涡轮机从发动机的排气提取能量以驱动压缩机，该压缩机对被引导到发动机的进气进行压缩。涡轮增压器通常依赖于一个或多个径向或离心压缩机叶轮。一般而言，进气在压缩机叶轮的进口导流器部分被接收，并且在出口导流器部分被径向地排出。然后，排出的空气通常经由扩散器区段被引导到涡壳。

压缩机的特征可以在于压缩机流量图。压缩机流量图（例如压力比与质量空气流量的关系图）可帮助表征压缩机的性能。在流量图中，压力比通常被定义为压缩机出口处的空气压力除以压缩机进口处的空气压力。质量空气流量可通过空气密度或空气压力和空气温度的信息而被转换为体积空气流量。

各种操作特性限定了压缩机流量图。压缩机的一个操作特性通常称为湍振极限，而另一个操作特性通常称为节流口面积。可以认为流量图提供了节流口面积或线以及湍振面积或线之间的操作范围。

节流口面积得自于与压缩机级的流动容量相关联的限制。一般而言，当气体通道中的局部马赫数接近一时，压缩机效率快速下降。因此，节流口面积极限通常近似于最大质量空气流量。

湍振极限代表了在给定压缩机叶轮旋转速度时所能维持的最小质量空气流量。在该区域中，压缩机操作通常是不稳定的。在该区域中会发生压力的强烈波动和逆流。

一般而言，压缩机湍振源自于流量不稳定性，流量不稳定性可能由一个或多个压缩机部件中的空气动力学失速或流量分离引起（例如，由于超过了相对于压缩机叶片的极限流量入射角或者超过了极限流动通道负载的结果）。

对于涡轮增压发动机而言，当发动机以高负载或扭矩以及低发动机速度操作时，或者当发动机以低发动机速度和高的排气再循环（例如EGR）速率操作时，可能发生压缩机湍振。当具有可变喷嘴涡轮机（VNT）或电辅助涡轮增压器的发动机需要提供相对高的特定扭矩输出时，也可能发生压缩机湍振。另外，当使用电动机或VNT机构来引起快速进气增压时，或者当发动机突然减速（例如，考虑在换档时关闭节流阀）时，可能发生湍振。

本文描述的各种技术涉及压缩机组件，其中，例如，一个或多个部件能够任选地允许调节发动机图的宽度（例如，通过延迟湍振）。

附图说明

当结合附图所示的示例参考下面的详细描述时，本文描述的各种方法、设备、组件、系统、装置等及其等同物可得到更加全面地理解，附图中：

图1是涡轮增压器和内燃发动机以及控制器的示意图；

图2是涡轮增压器组件的示例的截面图以及压缩机流量图的示例；

图3是带有矢量图的压缩机叶轮的示例的一系列视图；

图4是带有矢量图的压缩机叶轮的示例的一系列视图；

图5是具有各种尺寸的压缩机叶轮的示例的截面图；

图6是压缩机组件的示例的一系列截面图；

图7是压缩机组件的示例的一系列截面图以及直径和角度与压力的关系图，用以控制调节机构；

图8是压缩机流量图的示例；

图9是壳体的示例以及可被壳体接收的插入件的示例的一系列截面图；

图10是压缩机组件的示例的一系列截面图以及直径与调节参数的关系图，用以控制调节机构；

图11是可调节机构的示例的一系列视图；

图12是壳体的示例以及可被壳体接收的插入件的示例的一系列截面图；

图13是各种试验示例的压力比与校正流量的关系图；

图14是各种试验示例的效率与校正流量的关系图；并且

图15是可变进口导叶（VIGV）方法的压力比与校正空气流量的数据图。

具体实施方式

下面，描述了涡轮增压发动机系统的一个示例，随后是部件、组件、方法等的各种示例。