[发明专利]具有流量放大器的涡流增压器的压缩机级

说明书

发明领域

实施例总体上涉及涡轮增压器，并且更具体地涉及涡轮增压器的压缩机级。

发明背景

涡轮增压器是一种强制进气系统。它们将空气以与在正常吸气构型中的可能情况相比更大的密度传送到发动机进气中，从而允许燃烧更多的燃料，进而在没有明显增加发动机重量的情况下提升了发动机的马力。一个更小的涡轮增压发动机取代一个更大物理尺寸的正常吸气的发动机，这将减小质量并且可以减小车辆的空气动力学的前端面积。

参见图1，涡轮增压器(10)利用来自发动机排气歧管的排气流来驱动一个涡轮机叶轮(12)，该涡轮机叶轮被定位在一个涡轮机壳体(14)中以形成一个涡轮机级(16)。由涡轮机叶轮(12)提取的能量被转换成旋转运动，该旋转运动然后驱动一个压缩机叶轮(18)，该压缩机叶轮被定位在一个压缩机壳体(20)中以形成一个压缩机级(22)。压缩机叶轮(18)抽取空气进入涡轮增压器(10)、压缩该空气并且将该空气输送到发动机的进气侧(未示出)。

涡轮增压器压缩机包括三个主要部件：压缩机叶轮(18)、扩散器(24)以及壳体(20)。压缩机级(22)通过抽取空气使之轴向地进入压缩机壳体(20)的入口(25)、并且通过该压缩机叶轮(18)的转速使空气加速到高的切向和径向速度来进行工作。仍具有实质性的动能的此空气在径向方向上被逐入扩散器(24)之中。扩散器(24)通过将该空气的高速度转化为增大的空气压力和温度而尽可能多的回收动能。蜗壳(26)接着收集空气并且在该空气到达压缩机出口之前使其减慢、从而进一步将速度变成压力。

涡轮增压器内的压缩机的运行行为可以通过与该涡轮增压器相关联的“压缩机图谱”而以图像的形式展示。图2描绘了针对压缩机级的图谱的一个实例。Y轴(28)是压力比，压力比是从压缩机中离开的空气压力与进入该压缩机中的空气压力之比。X轴(30)是进入压缩机级的质量流量(在此单位为Kg/sec)。一般而言，压缩机叶轮的运行行为被一条喘振线(32)限制在压缩机图谱的左侧并且被一条扼流线(34)限制在该压缩机图谱的右侧。这些基本上水平的线(36)是涡轮增压器等速线。该压缩机图谱可以包括一条发动机运行线(38)，这条线显示，对于一组给定的运行条件，该图谱符合发动机运行方案的空气要求。

喘振线(32)是一条试验产生的线。在每条速度线上，将喘振点检测出、进行标注、并且然后对于整个图谱进行内插值。这种喘振情况可以随安装情况而移动，所以必须针于每组安装参数对它进行测试。

该喘振线基本上表示在压缩机入口处的气流的“失速”。当空气通过压缩机叶轮的这些叶片之间的这些空气通道时，在这些叶片表面上形成多个边界层。空气的这些低动量的质量被认为是一个阻塞和损失发生器。当发生过小的体积流量和过高的反压梯度时，该边界层不再能够依附于该叶片的吸气侧。当该边界层与该叶片分离时，发生失速和反向流动。失速将持续到通过正的体积流速建立起一种稳定的压力比。然而，当再次积蓄起压力时，这种循环将会重复。这种流量不稳定性以基本上固定的频率继续，并且所导致的行为被称为喘振。喘振现象是十分剧烈的，从而致使涡轮增压器中的速度和负载逆转快速改变，其结果通常是破坏该涡轮增压器。必须使该涡轮增压器不在这个运行范围内。

用来避免喘振的一种已知方法涉及使来自压缩机的高压侧(即，蜗壳或压缩机出口)的空气绕行并且将其再供应至压缩机入口。因此，流入压缩机的空气质量流量增大并且该压缩机级的运行点背离该喘振线移动。在图2的压缩机图谱实例中，该图谱上的运行点将向右移动。虽然这种绕行系统在避免喘振方面可能是有益的，但是浪费了这种绕行空气的能量。

因此，对于从在压缩机级的喘振避免运行过程中所使用的充入空气中回收能量的系统和方法存在着需要。

发明概述

一方面，多个实施例针对一种用于涡轮增压器的压缩机级。该压缩机级包括压缩机壳体，该压缩机壳体至少部分地限定了一个入口、一个入口腔室、一个扩散器和一个蜗壳。流量放大器具有一个入口和一个出口。该出口被配置成用于基本上沿着压缩机壳体的内周表面排出流体，例如空气。该流量放大器的出口相对于该入口腔室中的流体流动方向被定向在下游方向上。该流量放大器被配置成用于增大从该出口排出的空气的速度。

在一个实施例中，该流量放大器可以由压缩机壳体限定。在这种情况下，在压缩机壳体内可以形成一个腔室。该腔室可以通过该流量放大器的出口而与该入口腔室处于流体联通。在另一个实施例中，该流量放大器可以由与压缩机壳体分开的一个元件限定。该元件可以附接至该压缩机壳体上。