涡轮增压器压缩机和方法技术

一种用于与内燃机(100)一起使用的涡轮增压器(119)包括压缩机叶轮(213)，其具有中心轮毂(302)，该中心轮毂(302)具有中心线、根部和端部。围绕该中心轮毂(302)形成多个叶片(308)。该多个叶片(308)包括一组全叶片(310)，其沿着该中心线从该中心轮毂(302)的根部延伸直到距该根部最大距离，该最大距离与该中心轮毂(302)的端部相邻。该多个叶片(308)进一步包括一组部分叶片(314)，该部分叶片(314)沿着该中心线从该轮毂的根部延伸到沿着该中心线介于该最大距离的40％到55％之间的区域，并且该多个叶片(308)被组织成围绕该压缩机叶轮(213)布置的重复叶片组(308)，每个重复组包括至少一个全叶片(310)和至少一个部分叶片(314)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涡轮增压器压缩机和方法
本专利公开内容总体上涉及与内燃机一起使用的涡轮增压器，并且更具体地涉及用作与内燃机一起使用的涡轮增压器的一部分的离心压缩机的推进器。
技术介绍
内燃机被供应有空气和燃料的混合物以在产生机械动力的发动机内燃烧。为了使该燃烧过程产生的动力最大化，发动机通常被配备有涡轮增压进气系统。涡轮增压进气系统包括涡轮增压器，其使用来自发动机的排气来压缩流入发动机的空气，由此强制比发动机否则可能吸入到燃烧室的空气要多的空气进入发动机的燃烧室中。这种增加的空气供应允许增加燃料供应，从而增加发动机动力输出。发动机的燃料能量转换效率可能取决于许多因素，包括发动机涡轮增压器的效率。涡轮增压器效率可能受操作以从排气中提取能量的涡轮结构以及操作以使用所提取的能量来压缩提供给发动机汽缸的空气的压缩机结构的影响。过去已经进行了各种尝试来通过调整压缩机推进器的设计特征来部分提高压缩机的操作效率以提高涡轮增压器的效率。压缩机推进器的一个示例可在DE102009007843A1(′843参考文献)中找到，该参考文献描述了具有布置在两个连续的完整叶片之间的一组分流叶片的压缩机叶轮。如′843参考文献中所示，例如在图1和2中，压缩机叶轮包括相对于压缩机叶轮的旋转方向依次(如图2中所示从右向左)布置在全长叶片之间的较长叶片和较短叶片。然而，′843专利中描述的压缩机叶轮装置可能仅对于某些框架尺寸的压缩机以及也对于某些压缩机叶轮尺寸部分地实现显著的效率提高，并且可能不适用于需要大量空气通过压缩机同时还保持可接受的低端性能的大排量发动机。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术描述了一种用于与内燃机一起使用的涡轮增压器。涡轮增压器包括：涡轮壳体，其围绕连接到轴的可旋转涡轮叶轮；中心壳体，其包括可旋转地支撑轴的轴承装置；压缩机壳体，其围绕轴的端部；以及压缩机叶轮，其连接到轴的端部并且可旋转地设置在压缩机壳体内。压缩机叶轮包括具有中心线、根部和端部的中心轮毂。根部与中心轮毂到轴的连接界面相邻设置。围绕中心轮毂形成多个叶片。该多个叶片包括一组全叶片，其沿着中心线从中心轮毂的根部延伸直到距根部最大距离。该最大距离与中心轮毂的端部相邻设置。该多个叶片进一步包括一组部分叶片，其沿着中心线从该轮毂的根部延伸到沿着中心线介于最大距离的40％到55％之间的区域。该多个叶片被组织成围绕推进器布置的重复叶片组，每个重复组包括至少一个全叶片和至少一个部分叶片。附图说明图1是根据本专利技术的内燃机的框图。图2是根据本专利技术的涡轮增压器组件的透视图。图3是图2中所示的涡轮增压器组件的截面图。图4和5分别说明了根据本专利技术的压缩机叶轮的正面和侧面透视图。图6是根据本专利技术的压缩机推进器的局部截面。图7和8分别是根据本专利技术的压缩机的压力比和效率的图表。具体实施方式本专利技术涉及用于一种用于与内燃机一起使用的改进型涡轮增压器配置。更具体地，本专利技术涉及一种改进型压缩机，其中压缩机叶轮(也可被称为压缩机推进器)为离心式压缩机类型，其被布置有不同长度的叶片以提高压缩机效率并且降低压缩机瞬态响应时间，因此提高发动机性能。图1中示出了发动机100的简化的示例性框图。发动机100包括容纳多个燃烧汽缸106的汽缸壳体104。在所说明的实施例中，六个燃烧汽缸以直列或“I”配置示出，但是也可使用以不同配置(例如“V”配置)布置的任何其它数量的汽缸。多个燃烧汽缸106经由排气阀(未示出)流体地连接到排气导管108。排气导管108连接到涡轮增压器119的涡轮120。在所说明的实施例中，涡轮120包括具有气体入口124的壳体122，该气体入口124流体地连接到排气导管108并且被布置成从其中接收排气。提供给涡轮120的排气导致连接到轴126的涡轮叶轮(这里未示出)旋转。排气通过出口128离开涡轮120的壳体122。在出口128处的排气可选地在通过排气管或尾管134排出到环境之前先通过其它排气后处理部件和系统，诸如机械地和化学地从排气流中除去燃烧副产物的后处理装置130，和/或减弱发动机噪音的消音器132。轴126的旋转导致压缩机136的压缩机叶轮(这里未示出)旋转。如所示，压缩机136是径向压缩机，其被配置为通过压缩机入口140从空气过滤器138中接收新鲜的、经过滤的空气流。压缩机136的出口142处的加压空气在被提供给发动机100的进气歧管148之前经由增压空气导管144被引导到增压空气冷却器146。在所说明的实施例中，来自进气歧管148的空气被引导到燃烧汽缸106，在那里它与燃料混合并燃烧以产生发动机动力。可选的EGR系统102包括EGR冷却器150，该EGR冷却器150也是可选的，其流体地连接到排气导管108的EGR气体供应端口152。来自排气导管108的排气流可在经由EGR导管156供应到EGR阀154之前通过EGR冷却器150，在那里它被冷却。EGR阀154可被电子控制并且被配置为计量或控制通过EGR导管156的气体的流量。EGR阀154的出口流体地连接到进气歧管148，使得来自EGR导管156的排气可与来自增压空气冷却器146的压缩空气在发动机100的进气歧管148内混合。通常称为背压的排气导管108处的排气压力高于环境压力，这部分是由于涡轮120所呈现的流量限制。由于压缩机136提供的压缩，通常称为增压压力的进气歧管148中的空气或空气/EGR气体混合物的压力也高于环境压力。在很大程度上，背压与增压压力之间的压力差与EGR系统102的部件的流量限制和流动面积相结合确定了可在各种发动机操作条件下实现的EGR气体的最大流量。图2中示出涡轮增压器119的简略图，并且图3中示出穿过压缩机的分解视图。参考这些附图并且在下面的描述中，与已经描述的对应结构和特征相同或类似的结构和特征有时可由与之前为了简单起见而使用的附图标记相同的附图标记表示。如所示，轴126在一端处连接到压缩机叶轮213。压缩机叶轮213被设置成在压缩机壳体217内旋转。压缩机136包括压缩机叶片环274，其具有围绕压缩机叶轮213径向设置的叶片276。叶片276将包含压缩机叶轮213的压缩机入口孔278与形成在压缩机壳体217中并且终止于压缩机出口开口282的压缩机蜗壳通道280流体地连接。螺栓284和圆形板段286将压缩机壳体217连接到压缩机安装板268。图4中以正面透视图且图5中以侧面透视图示出了压缩机转子或压缩机叶轮213的简略图。图6中示出了压缩机叶轮213的局部截面图。参考这些附图，压缩机叶轮213包括具有自由端304和连接端306的中心轮毂302，压缩机叶轮213可在该连接端306处连接到轴126(图3)。在所说明的实施例中，中心轮毂302具有大致圆形横截面，其直径在从中心轮毂302的连接端306到自由端304的方向上沿着轮毂中心线307非线性地减小，如图6中所示。围绕并且沿着中心轮毂302形成各种叶片308。叶片308操作以将进入压缩机的空气重新引导朝向压缩机出口，同时还压缩空气。在所说明的实施例中，示出了形成在压缩机叶轮213上的三个不同类型的叶片308。具体地，压缩机叶轮213包括第一多个叶片310、第二多个叶片312和第三多个叶片314。第一多个叶片310、第二多个叶片312和第三多个叶片314中的每本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于与内燃机(100)一起使用的涡轮增压器(119)，包括：涡轮(120)壳体(122)，其围绕连接到轴(126)的可旋转涡轮(120)叶轮；包括轴承装置的中心壳体(122)，所述轴承装置可旋转地支撑所述轴(126)，所述轴(126)延伸穿过所述中心壳体(122)；压缩机壳体(217)，其围绕所述轴(126)的端部；以及压缩机叶轮(213)，其连接到所述轴(126)的所述端部且可旋转地设置在所述压缩机壳体(217)内，所述压缩机叶轮(213)包括：具有中心线、根部和端部的中心轮毂(302)，所述根部与所述中心轮毂(302)到轴(126)的连接界面相邻设置；围绕所述中心轮毂(302)形成的多个叶片(308)，所述多个叶片包括一组全叶片(310)，所述全叶片(310)沿着所述中心线(307)从所述中心轮毂(302)的所述根部延伸直到距所述根部最大距离(X1)，所述最大距离与所述中心轮毂(304)的所述端部相邻；其中所述多个叶片进一步包括一组部分叶片(314)，所述部分叶片(314)沿着所述中心线从所述轮毂的所述根部延伸到沿着所述中心线介于所述最大距离的40％到55％之间的区域(X3)；其中所述多个叶片(308)被组织成围绕所述压缩机叶轮(213)布置的重复叶片组，每个重复组包括至少一个全叶片(310)和至少一个部分叶片(314)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.04 US 14/9872071.一种用于与内燃机(100)一起使用的涡轮增压器(119)，包括：涡轮(120)壳体(122)，其围绕连接到轴(126)的可旋转涡轮(120)叶轮；包括轴承装置的中心壳体(122)，所述轴承装置可旋转地支撑所述轴(126)，所述轴(126)延伸穿过所述中心壳体(122)；压缩机壳体(217)，其围绕所述轴(126)的端部；以及压缩机叶轮(213)，其连接到所述轴(126)的所述端部且可旋转地设置在所述压缩机壳体(217)内，所述压缩机叶轮(213)包括：具有中心线、根部和端部的中心轮毂(302)，所述根部与所述中心轮毂(302)到轴(126)的连接界面相邻设置；围绕所述中心轮毂(302)形成的多个叶片(308)，所述多个叶片包括一组全叶片(310)，所述全叶片(310)沿着所述中心线(307)从所述中心轮毂(302)的所述根部延伸直到距所述根部最大距离(X1)，所述最大距离与所述中心轮毂(304)的所述端部相邻；其中所述多个叶片进一步包括一组部分叶片(314)，所述部分叶片(314)沿着所述中心线从所述轮毂的所述根部延伸到沿着所述中心线介于所述最大距离的40％到55％之间的区域(X3)；其中所述多个叶片(308)被组织成围绕所述压缩机叶轮(213)布置的重复叶片组，每个重复组包括至少一个全叶片(310)和至少一个部分叶片(314)。2.根据权利要求1所述的涡轮增压器(119)，其中所述中心轮毂(302)具有变化直径的大致圆形横截面，所述直径在从所述根部端部朝向所述端部的方向上非线性地减小。3.根据权利要求1所述的涡轮增压器(119)，其中每个全叶片(310)和每个部分叶片(314)操作以当所述涡轮增压器(119)在压缩机壳体(217)内操作时将空气相对于所述中心线径向向外重新引导并...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·E·安阿提，E·赖因哈特，D·辛格，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：发明
国别省市：美国,US