阅读说明：本技术 带倾斜扩压器的离心式压缩机 (Centrifugal compressor with inclined diffuser ) 是由 C·王 于 2019-05-08 设计创作，主要内容包括：一种压缩机,包括压缩机叶轮,该压缩机叶轮构造成当进气沿压缩机叶轮流动时围绕旋转轴线旋转。压缩机叶轮包括进口导风轮和出口导风轮。压缩机叶轮在进口导风轮处限定第一叶轮端并且在出口导风轮处限定第二叶轮端。第二叶轮端沿径向轴线而延伸。该压缩机还包括包封压缩机叶轮的压缩机壳体。压缩机壳体限定压缩机蜗壳。压缩机壳体部分地限定与压缩机蜗壳流体连通的扩压器。扩压器沿扩压器轴线而伸长。扩压器轴线相对于旋转轴线而倾斜。扩压器轴线相对于径向轴线而倾斜,以使从扩压器流动至压缩机蜗壳的进气的湍流最小化。(A compressor includes a compressor wheel configured to rotate about an axis of rotation as intake air flows along the compressor wheel, the compressor wheel including an inlet inducer and an outlet inducer.)

带倾斜扩压器的离心式压缩机

技术领域

本申请涉及一种带倾斜扩压器的离心式压缩机。

背景技术

内燃机可利使用排气驱动的压缩机或涡轮增压器组件来增加歧管空气压力(MAP)，由此为给定的发动机排量提供提高的发动机性能。典型的涡轮增压器组件包括与排气流体连通的涡轮和与进气流体连通的压缩机。排气中所包含的一部分能量的作用是使设置在涡轮组件内部的涡轮叶轮转动或旋转。涡轮叶轮经由共轴而连接到压缩机的压缩机叶轮。因此，涡轮叶轮与压缩机叶轮一致地旋转。在运行中，当排气使涡轮叶轮旋转时，旋转的压缩机叶轮将进气导入或吸入压缩机中，在压缩机中进气被加压以便随后被导入内燃机。

发明内容

本公开描述了一种带扩压器的离心式压缩机，该扩压器相对于纯径向流出口方向而倾斜。该设计降低了压缩机性能(即，效率和流动稳定性)对在压缩机出口处的制造公差和几何特性的敏感性，特别是在压缩机叶轮出口导风轮与扩压器相交的区域、及扩压器与蜗壳相交的区域。具体地，在本文中所公开的压缩机中，从压缩机出口导风轮进入扩压器的进气的流动路径相对于压缩机叶轮的径向轴线而倾斜。另外，来自扩压器的进气流以倾斜的角度进入蜗壳，由此提高压缩机的性能。

在一些实施例中，离心式压缩机包括压缩机叶轮，该压缩机叶轮构造成当进气沿压缩机叶轮流动时围绕旋转轴线而旋转。压缩机叶轮包括进口导风轮(inducer)和出口导风轮(exducer)。压缩机叶轮在进口导风轮处限定第一叶轮端，并且在出口导风轮处限定第二叶轮端。第二叶轮端沿径向轴线而延伸，并且该径向轴线垂直于旋转轴线。离心式压缩机还包括包封压缩机叶轮的压缩机壳体。压缩机壳体限定压缩机蜗壳。压缩机壳体部分地限定与压缩机蜗壳流体连通的扩压器。扩压器构造成将进气的动能转换成静压。扩压器沿扩压器轴线而伸长。扩压器轴线相对于旋转轴线而倾斜。扩压器轴线相对于径向轴线而倾斜，以使从扩压器流动至压缩机蜗壳的进气的湍流最小化。

离心式压缩机还可以包括中心壳体。压缩机壳体包括第一扩压器壁。中心壳体包括第二扩压器壁。第一扩压器壁和第二扩压器壁共同地限定扩压器，并且第一扩压器壁和第二扩压器壁中的每一个都相对于径向轴线而倾斜。第一扩压器壁与第二扩压器壁相互平行。第一扩压器壁和第二扩压器壁中的每一个都是完全线性的。扩压器限定扩压器进口和扩压器出口。扩压器出口与压缩机蜗壳直接流体连通。与扩压器出口相比，出口导风轮更靠近扩压器进口。出口导风轮沿第一方向与进口导风轮间隔。第一方向平行于旋转轴线。整个的第一扩压器壁平行于扩压器轴线，并且整个的第二扩压器壁也平行于扩压器轴线。

沿第一方向从第一叶轮端到扩压器出口限定第一距离。沿第一方向从第一叶轮端到扩压器进口限定第二距离。第一距离大于第二距离，以使从扩压器流动至压缩机蜗壳的进气的湍流最小化。扩压器包括扩压器夹箍，与压缩机蜗壳相比，扩压器夹箍更靠近出口导风轮，该扩压器夹箍限定扩压器进口。扩压器夹箍部分地由第二扩压器壁的扩压器壁部所限定。第二扩压器壁的整个扩压器壁部平行于扩压器轴线，以使从压缩机叶轮流动至扩压器的进气的湍流最小化。扩压器夹箍部分地由直接连接到第一扩压器壁的倾斜壁所限定。倾斜壁相对于第一扩压器壁而倾斜，以便于进气从压缩机叶轮流动至扩压器。扩压器夹箍具有锥形形状。因此，扩压器夹箍的夹箍宽度在第二方向上减小。第二方向垂直于第一方向。第二方向平行于径向轴线。扩压器进口具有最大进口宽度。扩压器出口具有最大出口宽度。最大进口宽度大于最大出口宽度，以便于进气从压缩机叶轮流动至扩压器。

压缩机壳体限定涡壳壁，并且涡壳壁限定压缩机涡壳，涡壳壁包括接近第二扩压器壁的涡壳壁部，第二扩压器壁包括接近涡壳壁部的扩压器壁段，涡壳壁部沿第一方向与扩压器壁段间隔，从而允许进气从扩压器不间断地流动至压缩机涡壳。

本公开还描述了一种涡轮增压器组件，该涡轮增压器组件包括如上所述的构造成将进气加压的压缩机。涡轮增压器组件还包括联接到压缩机的涡轮。该涡轮构造成绕旋转轴线而旋转。涡轮包括涡轮叶轮和包封涡轮叶轮的涡轮壳体。涡轮增压器组件还包括使压缩机叶轮与涡轮叶轮相互连接的轴。

本公开还描述了一种包括发动机的交通工具系统，该发动机包括进气歧管和排气歧管。该交通工具系统还包括如上所述的涡轮增压器组件。涡轮增压器组件的压缩机与进气歧管流体连通，涡轮增压器组件的涡轮与排气歧管流体连通。

基于以下对用于实施本公开的最佳方式的详细描述并结合附图，可容易地理解本公开的以上特征和优点及其它特征和优点。

附图说明

图1是包括内燃机和涡轮增压器组件的车辆的示意图；

图2是图1的涡轮增压器组件的示意性透视图；

图3是图1涡轮增压器的示意性截面侧视图；

图4是绕图3的区域A所截取的、图1的涡轮增压器的示意性放大截面侧视图；

图5是绕图4的区域B所截取的、图1的涡轮增压器的示意性放大截面侧视图。

具体实施方式

本领域技术人员将认识到，方向性描述(例如，在上方、在下方、向上的、向上、向下的、向下、顶部、底部、左、右、垂直、水平等)被描述性地用于各附图，以帮助读者理解，并不代表对由所附权利要求所限定的本公开范围的限制(例如，对位置、取向或用途等的限制)。

参照各附图，其中在所有的若干视图中，类似的附图标记表示类似或相应的部件；交通工具系统8包括内燃机10，内燃机10构造成给变速器(未示出)提供动力。作为非限制性示例，交通工具系统8可以是机动车辆、海运船只、航空航天飞行器、机器人、农场设备或其它可移动平台。

内燃机10可以是压缩点火或火花点火式内燃机。内燃机10包括限定多个气缸14的发动机组12。尽管在图1中示出了四个气缸14，但内燃机10可包括更多或更少的气缸14。进气歧管16和排气歧管18被安装到内燃机10。进气歧管16的作用是将进气20(例如空气或再循环的排气)传送至内燃机10的气缸14。气缸14至少部分地限定可变容积燃烧室，该燃烧室可操作地燃烧含有燃料(未示出)的进气20。燃烧产物或排气22从气缸14被排出至排气歧管18中。

内燃机10还包括涡轮增压器组件24。该涡轮增压器组件24包括涡轮26、离心式压缩机28和中心壳体30。涡轮26包括可在涡轮26内部旋转的涡轮叶轮32。类似地，压缩机28包括可在压缩机28内部旋转的压缩机叶轮34。中心壳体30支撑轴36，该轴36可操作地使涡轮叶轮32与压缩机叶轮34相互连接。因此，涡轮叶轮32与压缩机叶轮34一致地旋转。压缩机28被设置成与进口管道38流体连通，该进口管道38可操作地将进气20导入涡轮增压器组件24。压缩机28也被设置成与进气歧管16流体连通，以便将进气20导入进气歧管16。此外，涡轮26还被设置成与排气歧管18流体连通，以便接收来自排气歧管18的排气22。排气22从出口40流到排气排出管道42，以便随后释放到大气中。

内燃机10可包括排气再循环(EGR)系统44。EGR系统44包括阀46，该阀46可操作以选择性地且可变地将排气22的一部分48传送至通道50中，以便随后导入进口管道38。可将排气22的部分48导入在涡轮26的上游或者下游位置的通道50。EGR系统44可用于减少某些排放成分，如氮的氧化物。

在内燃机10的运行中，排气22从气缸14被排放至排气歧管18中。排气22被输送至涡轮壳体52中，在涡轮壳体52中排气22中所包含的一部分能量被用于使涡轮叶轮32旋转或转动。然后，排气22被传送至排气排出管道42。因为轴36使压缩机叶轮34与涡轮叶轮32相互连接，所以使涡轮叶轮32旋转导致压缩机叶轮34旋转或转动。压缩机叶轮34的旋转导致进气20被导入压缩机28中，在压缩机28中进气20被加压并被导入进气歧管16以便导入气缸14。通过增大进气歧管16内部的压力，而增加进气20的密度。作为此密度增加的结果，更多量的燃料在气缸14内部被氧化和燃烧，由此增大气缸14内部的峰值压力。因此，与相同排量的自然吸气内燃机相比，涡轮增压内燃机可产生更大量的功率。

参照图2和图3，涡轮增压器组件24的示例性实施例包括涡轮26，该涡轮26又包括涡轮壳体52。该涡轮壳体52可利用任何合适的联接件104(例如夹具)联接到中心壳体30。涡轮壳体52限定涡轮涡卷或涡轮蜗壳54，涡轮涡卷或涡轮蜗壳54可操作地将排气22朝向涡轮叶轮32径向地向内引导，以实现涡轮叶轮32的旋转。涡轮26还可包括可变几何机构(未示出)，该可变几何机构可操作地改变排气22(图1)从涡轮蜗壳54到涡轮叶轮32的流型。排气22(图1)沿涡轮叶轮32的流动导致涡轮叶轮32旋转或转动。因为轴36联接到涡轮叶轮32，所以涡轮叶轮32的旋转也导致轴36旋转。轴36的旋转相应地驱动压缩机28的压缩机叶轮34的旋转。

参照图3和图4，压缩机28包括压缩机壳体63，该压缩机壳体63限定进口62，该进口62可操作地将进气20朝向压缩机叶轮34轴向地引导。中心壳体30被设置在涡轮壳体52与压缩机壳体63之间。压缩机壳体63限定压缩机内腔65和压缩机蜗壳68，压缩机内腔65被设置成与进口62流体连通，压缩机蜗壳68可操作地将增压的进气20朝向进气歧管16径向地向外引导(图1)。压缩机壳体63包封压缩机叶轮34。

压缩机叶轮34被设置在压缩机内腔65中，并且包括进口导风轮80、出口导风轮82、及沿进口导风轮80和出口导风轮82而设置的多个压缩机叶片86。出口导风轮82沿第一方向FD与进口导风轮80间隔。压缩机叶轮34包括在进口导风轮80处的第一叶轮端108和在出口导风轮82处的第二叶轮端110。与第二叶轮端110相比，第一叶轮端108被设置成更远离涡轮叶轮32。第二叶轮端110沿径向轴线RX而延伸(图4)。径向轴线RX垂直于旋转轴线R。第一方向FD平行于旋转轴线R。径向轴线平行于第二方向SD。第二方向SD垂直于第一方向FD。

当压缩机叶轮34旋转时，进口导风轮80将进气20引导至压缩机壳体63中。一旦进气20在压缩机壳体63内部，压缩机叶片86则将进气20的气流从进口导风轮80朝向出口导风轮82引导。在压缩机叶轮34旋转时，出口导风轮82经过由压缩机壳体63所限定的扩压器66将进气20从压缩机叶轮34引导至压缩机蜗壳68。扩压器66将进气20的动能转换成静压。压缩机蜗壳68减慢进气20的流速，并且还通过在增大压力的同时降低速度而将进气20的动能转换成压力。在本公开中，术语“蜗壳”是指随着其接近压缩机壳体63的排出口67面积增大的弯曲漏斗。然后，压缩机蜗壳68将增压进气20经过排出口67朝向进气歧管16引导(图1)。

压缩机叶轮34可具有大体上截锥的形状。因此，压缩机叶轮34可沿其长度具有不同的截面尺寸或直径。具体地，压缩机叶轮34的截面尺寸可在第一方向FD上从第一叶轮端108到第二叶轮端110而增大。第一方向FD平行于旋转轴线R。

参照图4和图5，压缩机壳体63部分地限定扩压器66。扩压器66与压缩机蜗壳68流体连通，并且构造成将进气20的动能转换成静压。此外，扩压器66沿扩压器轴线而伸长，该扩压器轴线相对于旋转轴线而倾斜，该扩压器轴线相对于径向轴线RX而倾斜，以使从扩压器流动至压缩机蜗壳68的进气的湍流最小化。

压缩机壳体63限定蜗壳壁70。蜗壳壁70限定压缩机蜗壳68。压缩机壳体63包括第一扩压器壁72。中心壳体30包括第二扩压器壁74。第一扩压器壁72和第二扩压器壁74共同地限定扩压器66。第一扩压器壁72和第二扩压器壁74中的每一个都相对于径向轴线RX而倾斜，以使流动经过扩压器66的进气20的湍流最小化。因此，从扩压器轴线DX到径向轴线RX限定了斜角θ(图5)。斜角θ大于零。通过使流动经过扩压器的进气20的湍流最小化，而使压缩机28的压力比最大化，由此提高压缩机28的效率。第一扩压器壁72与第二扩压器壁74相互平行，并且第一扩压器壁和第二扩压器壁中的每一个都是完全线性的，以使从扩压器66流动至压缩机蜗壳68的进气20的湍流最小化。因为扩压器66相对于径向轴线RX倾斜，所以改变了出口导风轮流动角度并导致进气20的气流更长时间地附着到第二扩压器壁74，因而提高压缩机性能并减小叠加公差的影响。此外，因为扩压器66相对于径向轴线RX倾斜，所以进气流20以混合定向流(即，不完全是径向流)的形式进入，由此避免扩压器66与蜗壳壁70相交处的流动阻碍(flow trip)。

扩压器66限定扩压器进口76和扩压器出口78。扩压器出口78与压缩机蜗壳68直接流体连通。与扩压器出口78相比，压缩机叶轮34的出口导风轮82更接近扩压器进口76。整个的第一扩压器壁72平行于扩压器轴线DX，并且整个的第二扩压器壁74平行于扩压器轴线DX，以使流动经过扩压器66的进气20的湍流最小化。沿第一方向FD从第一叶轮端108到扩压器出口78限定第一距离D1(图3)。沿第一方向FD从第一叶轮端108到扩压器进口76限定第二距离D2(图3)。第一距离D1大于第二距离D2，以使从扩压器66流动至压缩机蜗壳68的进气20的湍流最小化。

扩压器66包括扩压器夹箍84，与压缩机蜗壳68相比，扩压器夹箍84更接近出口导风轮82。扩压器夹箍84限定扩压器66的扩压器进口76。此外，扩压器夹箍84部分地由第二扩压器壁74的扩压器壁部88所限定。第二扩压器壁74的整个扩压器壁部88平行于扩压器轴线DX，以使从压缩机叶轮34流动至扩压器66的进气20的湍流最小化。扩压器夹箍84的底部被底切，以防止流动阻碍。因此，在扩压器夹箍84处的制造公差可大于其它压缩机。

扩压器夹箍84部分地由直接地连接到第一扩压器壁72的倾斜壁90所限定。倾斜壁90相对于第一扩压器壁72倾斜，以便于进气20从压缩机叶轮34流动至扩压器66。扩压器夹箍84具有锥形形状。因此，扩压器夹箍84的夹箍宽度PW在第二方向SD减小。如上所述，第二方向SD垂直于第一方向FD，第二方向SD平行于径向轴线RX。扩压器进口76具有最大进口宽度MW，扩压器出口78具有最大出口宽度OW。最大进口宽度MW大于最大出口宽度OW，以便于进气20从压缩机叶轮34流动至扩压器66。

蜗壳壁70包括接近第二扩压器壁74的蜗壳壁部92。第二扩压器壁74包括接近蜗壳壁部92的扩压器壁段94。蜗壳壁部92沿第一方向FD与扩压器壁部94间隔，从而允许进气20从扩压器66不间断地流动至压缩机蜗壳68。换句话说，第二扩压器壁74没有相对于蜗壳壁70的凹陷，以避免在扩压器66与蜗壳壁70相交处的流动阻碍。

虽然已详细描述了用于实施本公开的最佳方式，但熟悉本公开所涉及领域的技术人员将认识到在所附权利要求的范围内用于实施本公开的各种替代设计和实施例。