CN1573058A - 带有次级推进空气出口通路的压缩机 - Google Patents

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Abstract

一种废气涡轮增压器，包括一个涡轮机叶轮(5)，其安装在一轴上，以便在涡轮机壳体(4)内旋转，该增压器带有一个废气阀组件18，一个压缩机叶轮(7)可旋转地安装在轴(8)上，以便在一个压缩机壳体(6)内旋转。一个气动的废气阀致动器(19)通过一推进空气管路(28)连接于压缩机引入出口(15)。压缩机壳体(6)带有一个命令阀安装件(23)，用于将一个废气阀致动器命令阀(22)直接安装于压缩机壳体上。所述命令阀在使用中选择性地使推进空气管路(28)接通，以控制废气阀致动器(19)的运行。压缩机壳体(6)带有一个第一内部通路(25)，其将阀安装件(23)与压缩机引入气体出口涡壳(15)连通，还带有一个第二内部通路(27)，其将阀安装件(23)与压缩机引入气体入口(14)连通。第一内部通路伸入出口涡壳，并与涡壳壁隔开。

Description

带有次级推进空气出口通路的压缩机
技术领域
本发明涉及一种压缩机，其带有一次级推进空气出口。一种压缩机可以用于压缩除空气以外的气体，本发明不限于仅仅压缩空气的压缩机。在本说明书中用到的术语“空气”都应被理解为包括任何气体。本发明特别涉及一种涡轮增压器，其带有一废气排放阀和气动废气排放阀致动器，更特别涉及一种用于控制该废气阀致动器的操作的命令阀装置。
背景技术
涡轮增压器是公知的用于在高于大气压(推动压力)的条件下向内燃机的空气入口提供空气的装置，其广泛地用于汽车或类似的工业装置。一种常见的涡轮增压器基本上包括一由排气驱动的涡轮机叶片，该涡轮机叶片安装在涡轮机壳体内的一转轴上。例如，在一种向心涡轮机中，涡轮机壳体形成一围绕着涡轮的环形空气入口通路和一从涡轮机叶轮延伸出的大致为圆柱状的轴向出口通路。涡轮机叶轮的旋转使得安装在压缩机壳体内轴的另一端的压缩机叶轮轮旋转。旋转的压缩机叶轮压缩入流空气，并将被压缩的空气分配到发动机的进气歧管，从而增大发动机的动力。
公知的还有，为涡轮增压器提供位于涡轮机壳体的排气入口与排气出口之间的旁路，以便能够控制增压器的推进压力和/或轴速度。一个废气阀位于该旁路内，并受控在推进空气的压力级朝向一预定的值增大时开启该旁路，从而允许一些排气绕过涡轮，以防止推进压力超过所述级。废气阀通常由一气动致动器致动，该气动致动器由被压缩机叶轮输送来的推进空气压力操作。
通常的气动致动器包括一个弹簧加压的膜(或者一弹簧加压的滑动密封件)，该膜被罩在一个罐中，该罐通常称为废气阀致动器罐。该致动器罐可以借助于一空气管路连接于压缩机出口，并且通常安装在压缩机壳体上。与压缩机的连通是借助于一个次级推进空气出口通路实现的，例如一个形成在压缩机壳体上的孔。所述膜/滑动密封件作用在一连杆上，该连杆延伸到安装在涡轮壳体内的废气阀组件上。所述弹簧是这样施加压力的，即，在低推进压力的条件下，使废气阀保持关闭。然而，当推进压力(其通过次级推进空气出口和空气管从压缩机出口传递到致动器罐)达到一预定的最大值时，膜抵抗弹簧的作用运动，以开启废气阀(通过连杆)，从而使一些排气能够绕过涡轮机叶轮。
致动器罐通常由一挠性软管连接于压缩机上。在许多情况下是直接联接的。然而，公知的还有，在空气管路中设置有一排放阀，也称之为命令阀，其响应于适当的控制信号(例如来自发动机装置***的)，可以通过与大气通风的方式有效地改变传递到废气阀致动器罐的压力。这使废气阀在依据预定的弹簧压力的基本操作的基础上又增加了附加的控制。例如，可以操作命令阀，以有效地改善废气阀开始开启的压力，这在某些发动机运行的条件下可能是理想的。
废气致动器控制并不是需要从压缩机的出口经一次级推进空气出口通路抽吸推进空气的唯一情形。例如，一种通常的防止压缩机喘振的方法是在一空气管路(该空气管路经一次级推进空气出口通路与压缩机相通)上安装一电磁阀，以便在压缩机可能喘振的情况下，可控制地从出口排出推进空气。被排除的空气通常经一消音器排入大气，或者返回到压缩机入口，经压缩机重复循环。
在使用一个阀来控制流过次级推进空气出口通路的推进空气流的情况中，非常通常的做法是，将该阀安装在一个远离压缩机的位置。例如有些阀由塑料制造得很大，所以其必须安装在远离涡轮增压气的发动机的一个冷的部位。阀安装在远处，不可避免地需要额外的空气管路及相关的配件。对这个问题的一个解决方案是由日本专利申请S62-35565(专利申请公开S63-205419，1987年2月申请)提供的。该申请公开了将一个电磁阀直接安装在压缩机的壳体上，以避免在阀与压缩机之间的额外的空气管路连接。压缩机壳体带有一个整体的阀安装件，其位于壳体的一个外表面上，包括一个与压缩机出口涡壳联接的第一空气孔，和一个与压缩机空气入口联接的第二空气孔。这种安装件包括电磁阀连接装置及在阀与设置在阀安装件上的第一和第二空气孔之间形成的一个泄漏密封结构。在该特例中，电磁阀带有喘振防止功能，其运行以选择性地控制从压缩机出口向压缩机入口(分别经第一和第二空气孔)的推进空气流，从而避免喘振。正是该安装装置，被用来安装一个废气阀致动器命令阀，例如见US6205784。
这种经一次级推进空气出口通路从压缩机出口抽吸空气的公知的装置的一个问题是，空气中的油和污物等进入下游部件中(例如阀或废气致动器)，这种情况随着时间的积累会使部件操作出问题。例如，由于推进空气中的油和颗粒的积累，会至少局部堵塞阀孔。当压缩机为装在带有一封闭式的曲轴箱通气***(CCV)的燃烧发动机的涡轮增压器的一部分时，这个问题特别严重。为了符合现在很严格的尾气排放规则，这种闭式曲轴箱通气越来越普遍。
发明内容
本发明的一个目的是消除或减轻上述缺点。
按照本发明的第一方面，提供一种用于压缩气体的压缩机，该压缩机包括一个压缩机叶轮，其可旋转地安装在一压缩机壳体内，该压缩机壳体具有一个气体入口和一个围绕着压缩机叶轮设置的气体出口涡壳，该涡壳由壳体的内表面形成，用于提供在推进压力下的气体，一个设置为与出口涡壳相通的次级推进气体出口通路，该次级推进空气出口通路至少部分由伸入涡壳内的一段凸起形成，使得该通路的上游端在一个与涡壳表面隔开的位置上敞口。
通过将次级推进空气通路的出口定位在与涡壳表面隔开的位置上，可以将进入通路中的油及污物等等的量减小或完全消除。这是由于油及污物等被旋涡状流过涡壳的气体的离心作用甩到涡壳的表面上，从而使与该表面隔开一定距离的空气流干净了。
按照本发明的第二方面，提供一种废气涡轮增压器，其包括：
一个涡轮机叶轮，安装在一个轴上，以便在一个涡轮机壳内旋转，该涡轮机壳带有一个废气阀组件；
一个压缩机叶轮，其可旋转地安装于所述轴上，以便在一个压缩机壳体内旋转，该压缩机壳体具有一个引入空气入口和一个引入空气出口涡壳，用于在推进压力下向内燃机提供空气；
一个气动的废气致动器，其由一个推进空气管连接于压缩机引入空气出口：
所述压缩机壳体带有一个命令阀安装件，用于直接将一个废气阀致动器命令阀安装于压缩机壳体，该命令阀在使用时操作，以选择性地打开所述推进空气管，以控制废气阀致动器的操作；
压缩机壳体形成了一条在阀安装件与压缩机出口涡壳之间建立连通的第一内通路，和一条在阀安装件与压缩机空气引入口之间建立连通的第二通路；
该第一通路至少局部由伸入涡壳的一段凸起形成，使得该通路的上游端在与涡壳表面隔开的地方敞口。
按照本发明的第三方面，提供一种废气涡轮增压器，其包括：
一个涡轮机叶轮，其安装在一个轴上，以便在一个涡轮壳体内旋转，该涡轮壳体带有一个废气阀组件；
一个压缩机叶轮，其可旋转地安装于所述轴，以便在一压缩机壳体内旋转，该压缩机壳体具有一个引入空气入口和一个引入空气出口涡壳，用于在推进压力下向一内燃机提供空气；
一个气动废气致动器，其由一推进空气管连接于压缩机引入空气出口；
一个命令阀安装于一阀安装件上，该阀安装件与压缩机壳体形成一体，所述命令阀具有一个推进空气入口和一个通气出口，用于选择性地打开所述推进空气管，以控制废气阀致动器的运行，所述压缩机壳体带有一个内推进空气通路，该通路将压缩机引入出口与阀推进空气入口直接连通，一个直接联接在阀排气口与压缩机引入口之间的排放通路；
所述推进空气通路至少部分由一凸起形成，该凸起伸入涡壳内，使得该通路的上游端在一个离开涡壳表面的地方敞口。
附图说明
现在参照附图来描述本发明的几个特定的实施例，这些实施例仅仅用于举例说明。
图1是一通常的涡轮增压器的一轴向横截面图，示出了一涡轮增压器的主要部件。
图2示出了一种通常的涡轮增压器废气阀和致动器组件的细节。
图3是结合了本发明的一涡轮增压器的一示意性的外部透视图。
图4图3所示的涡轮增压器壳体和命令阀组件的一部分的横截面图。
图5-8位本发明的其它实施例的横截面图。
具体实施方式
首先参见图1，该图示出了一种通常的离心式涡轮增压器的基本部件。该涡轮增压器包括一个涡轮机1，其经一中间轴承壳体3连接于一压缩机2上。涡轮机1包括一涡轮壳体4，其罩着一涡轮机叶轮5。与此相似，压缩机2包括一压缩机壳体6，其罩着一压缩机叶轮7。涡轮机叶轮5和压缩机叶轮7安装在一根公用轴8的相对的两端，该轴支撑在轴承壳体3内的轴承组件9上。
涡轮壳体4带有一个排气入口10和一个排气出口11。入口10将流入的排气引向一个环形的入口腔12，该腔围绕着涡轮机叶轮5形成一个涡壳。排气流过涡轮机1，经一圆形的出口孔13流入出口11，该出口孔与涡轮5共轴。
压缩机包括一入口14和一与压缩机叶轮7共轴的出口涡壳15，当压缩机叶轮旋转时，空气通过入口14引入，受到压缩并经出口涡壳15输送到发动机。图示的压缩机2具有一个放大图示宽度的(map width enhanced)(MWE)入口结构，该结构包括共轴线的管状入口部14a和14b。内入口部14b比外入口部14a短，其内表面为压缩机壳体的内壁的朝向压缩机叶轮7的一个表面的一段延伸。外入口部14a在径向上位于内入口部14b的外面，从而在二者之间形成一环形入口通路16。在外入口部14a的下游端，还形成了一些穿过壳体的孔17，这些孔通入压缩机壳体的与叶轮7相邻的内表面。当压缩机叶轮7处于高转速和流速状态时，引入空气经内入口部14b和环形通路16和孔17被抽入压缩机壳体。然而，当流经压缩机叶轮7的气流量减少时，经过孔17而产生的压力降也减少，并最终反向，同时，环形通路16中的气流方向也反向，使得穿过内入口部14b进入壳体的空气循环。这以一种公知的方式使压缩机性能稳定。
现在参见图2，该图示出了一种通常的废气阀和废气阀致动器组件，其在图1中看不到。涡轮壳体4带有一个旁路(未示出)，其将排气入口10与绕过涡轮的排气出口联接起来。该旁路经一圆形孔(未示出)与排气入口10联接，该圆形孔由一废气阀组件18开闭，该废气阀组件用于控制流过的气流。在图2中，形成入口10的涡轮壳体4的部分被局部剖开，以便看到废气阀组件18的细节。
废气阀组件18由一个气动废气阀致动器19控制，该致动器经一连杆20连接于阀组件18上。致动器罐19经一空气软管(未示出)接收来自压缩机2的出口的压缩空气，所述空气软管与一次级推进空气出口通路(未示出)连通，该次级推进空气出口通路穿过带有涡壳的压缩机壳体，出口涡壳与喷嘴21配合，并与一个压缩机壳体上的孔(未示出)连通。压缩机罐19通常通过一个适合的托架(未示出)安装在压缩机壳体的外侧。废气阀组件18、致动器罐19及将致动器罐19固定于压缩机上的安装装置的细节对于理解本发明并不重要(可以完全是通常的)，所以不详细描述。
图3是一台带有一废气阀命令阀22并结合了本发明的废气涡轮增压器的外部透视图。与图1和2中相同的部件采用与该两图中相同的编号。
现在参见图4，这是一幅放大的截面图，示出了图3中的压缩机壳体的一部分。压缩机壳体，在本例中为压缩机盖6a，带有一个阀安装套23，其形成一个内部的开孔24，用于接收命令阀22的一端22a(如图所示，阀端22a旋入套23，但也可以用其它的固定件来适合于阀22的形状)。
压缩机盖6a带有三个内孔25、26和27，它们与套孔24连通，并与命令阀22上的管孔连通。第一孔25为次级推进空气出口通路，其与压缩机出口涡壳15连通，以便向阀22输送推进空气。第二孔26为一条推进空气提供通路，其通向压缩机盖6a的外表面，用于经一适当的软管连接从阀22向废气阀致动器提供推进空气，该软管连接在图中以虚线28示出。第三孔27为一条推进空气通气通路，与压缩机入口在所述环形入口通路16的区域连通。
按照本发明，所述次级推进空气出口通路25伸入到出口涡壳15内，使得通路25的上游端的孔25a与涡壳15的表面15a隔开。本发明发现，这种看似简单的实施形式可以明显地减小甚至消除穿过第二推进通路25的油/污物等。这时由于任何油/污物颗粒等被涡旋状穿过出口涡壳15的气流的离心作用甩到涡壳壁15a上。因此，流过涡壳中离开涡壳表面15a的空气比离涡壳表面15a附近的空气流干净。
各孔26和27可以通过钻透压缩机盖6和套24而形成。在图示例中，推进空气通孔27由两个折角的部分形成，该两部分可以分别从压缩机入口和套孔24内钻加工形成。然而，可以理解，在其它的压缩机壳体设计中，可以带有一个直的推进空气通孔，该孔位于命令阀和压缩机入口之间。与此类似，还可以理解，孔26和27可以铸造而成，而不是钻出。
命令阀22为一种通常的三通定量电磁阀，其可响应一个适当的控制信号(接收于发动机控制***或其它适合的传感器/控制装置)，来选择性地将推进空气入口孔25与推进空气出口孔26或推进空气通气孔27连通。因此，可以用与一种通常的废气阀致动器命令阀基本相同的方式操作阀22，以根据标准的操作参数来控制推进空气向废气阀致动器的供给。由于阀本身可以是完全普通的，所以在此不对阀的任何细节进行描述，但是应该记住，该阀必须能够承受压缩机的较高的温度，据此来选择一个适合的阀。
在图3所示的实施例中，伸入涡壳15的凸起可以是与压缩机壳体6a一体铸造的成型体6b。孔25可以是铸造的，也可以是铸造后钻出的。然而，铸造这样一个凸起会使铸造工艺复杂，从而会增加制造成本。一种替换形式如图5所示。图5中示出的结构基本上与图3中的相同，只是次级推进空气出口通路由一个部件29形成，该部件安装于套孔24内，并穿过孔30，该孔可以穿过孔24的末端被简单地钻入壳体6a内。图5只是一个示意图，可以理解，可以提供附加的特征，例如密封圈等，来防止孔30与部件29之间的气体的泄漏。
图6和7示出了另外的两个实施例。在盖两实施例中，对阀22进行了改进，对其提供了一个细长的鼻或茎31(其直接等同于图5的凸起部分6b)，当该阀安装在阀安装板23时(阀孔27在图6和7中看不见)，该鼻穿过一个孔30。图6和7所示，还示出了密封圈23a，其用于在阀22与安装板23之间提供一种气密密封。
图6和7所示的实施例之间的不同之处在于，在图7所示的实施例中，孔30的尺寸适合于只接收阀的鼻部31，而在图7所示的实施例中，孔30被扩大，用来接收阀22的一个较大直径的端部。后一种实施形式不需要一个单独的钻加工来形成孔30，而是通过在形成孔24的一部分的同时进行钻加工而形成的。
应该理解，可以根据所要使用的命令阀的设计、推进空气入口、出口和通气孔的尺寸和比例，以及这些孔通向大气的入口、出口处的精确定位及压缩机壳体的外表面来改进阀安装套的结构的细节。
还应该理解，本发明不限于任何特定的废气阀致动器或废气阀组件的形式，其适用于任何需要一个命令阀来控制一个气动的废气阀致动器的运行的情形。此外，应该理解，可以采用任何通常的方法和发动机性能参数对命令阀本身进行控制，以提供与通常的废气阀致动器命令阀相同的控制。
可以安装用于其它目的的阀，而且，本发明不限用于与废气阀致动器命令阀一起使用。例如，可以安装一个用来防止压缩机喘振的阀，例如在本说明书的引言部分中提到的日本专利申请中所建议的。
进而，应该理解，本发明提供的优点在即使是阀装在远离次级推进空气出口通路处的情况下也是有效的。例如，图8示意性地示出了一个安装在一个穿过压缩机壳体6的孔34内的适配器32。该适配器32的一端形成一条次级空气出口通路33，该通路伸入压缩机涡壳15内，适配器32的另一端带有一个用于连接一根空气软管(未示出)的配件34，该空气软管用于向远离的阀提供推进空气。适配器32优选旋入孔34中，为了提供足够长的螺纹，压缩机壳体6优选带有一套35，孔34穿过该套钻加工形成。
进而，空气不一定提供到下游的阀，但是可以将其例如直接提供给一个废气阀致动器或者其它部件。
本发明的其它改进和应用对于熟悉本领域的人员来说是显而易见的。

Claims (13)

1.一种用于压缩气体的压缩机，包括一个可旋转地安装在一个压缩机壳体内的压缩机叶轮，该压缩机壳体具有一个气体入口，并具有一个气体出口涡壳，该涡壳围绕着压缩机叶轮，由该壳体的一个内表面或几个内表面部分形成，用于在推进压力下提供气体，一次级推进气体出口通路，该通路与所述出口涡壳连通，该次级推进气体出口通路至少部分由一段凸起形成，该凸起伸入涡壳，使得通路的上游端在一个与涡壳表面隔开的位置上敞口。
2.一种如权利要求1的压缩机，其特征在于：所述凸起由壳体上伸入到涡壳内的一部分形成。
3.一种如权利要求1的压缩机，其特征在于：所述凸起由一个穿过压缩机壳体的一个壁上的一个孔伸入到出口涡壳内的部件形成。
4.一种如前述任一权利要求的压缩机，其特征在于：所述次级推进气体通路与一个下游阀的孔相通。
5.一种如权利要求1至3中任一项的压缩机，其特征在于：所述凸起由直接安装在压缩机壳体上的一个阀上的一段凸起部分形成，使得所述凸起部分穿过压缩机壳体上的一个孔伸入出口涡壳内。
6.一种如权利要求1至4中任一项的压缩机，其特征在于：压缩机壳体带有一个阀安装件，用于直接将阀安装于压缩机壳体上，所述次级推进空气出口通路通向所述阀安装件，一个内部通路将阀安装件与压缩机入口联接起来，阀可以运行，将来自次级推进空气出口通路的推进空气输送到压缩机入口。
7.一种如权利要求5的压缩机，其特征在于：压缩机壳体带有一个阀安装件，用于将阀直接安装在压缩机壳体上，所述孔通入所述阀安装件，一个内部通路将阀安装件与压缩机入口连通，该阀可以进行启动以使来自次级推进空气出口通路的推进空气进入压缩机入口。
8.一种如权利要求5或6的涡轮增压器，其特征在于：所述阀安装件为一个套，其位于压缩机壳体上，并带有一内凹进部分，用于接收所述阀的一部分。
9.一种如权利要求6、7或8的涡轮增压器，其特征在于：所述通路通入所述凹进部分中，以便分别地直接与一个推进空气入口及一个阀的通气出口连通。
10.一种如权利要求8或9的涡轮增压器，其特征在于：所述压缩机壳体带有一个第三通路，其与所述凹进部分连通，并与压缩机壳体外表面或用于将来自所述阀的推进空气提供到下游部件的套连通。
11.一种如权利要求8至10中任一项的涡轮增压器，其特征在于：在所述板上的凹进部分被加工出螺纹，以接收所述阀的螺纹端。
12.一种废气涡轮增压器，其包括：
一个涡轮机叶轮，其安装在一个轴上，以便在一个涡轮机壳内旋转，该涡轮机壳带有一个废气阀组件；
一个压缩机叶轮，其可旋转地安装于所述轴上，以便在一个压缩机壳体内旋转，该压缩机壳体具有一个引入空气入口和一个引入空气出口涡壳，用于在推进压力下向内燃机提供空气；
一个气动的废气阀致动器，其由一个推进空气管联接于压缩机引入空气出口：
其中所述压缩机壳体带有一个命令阀安装件，用于直接将一个废气阀致动器命令阀安装于压缩机壳体上，该命令阀在使用时操作，以选择性地打开所述推进空气管，以控制废气阀致动器的操作；
压缩机壳体，其形成了一条在阀安装件与压缩机出口涡壳之间建立连通的第一内通路，和一条在阀安装件与压缩机空气引入口之间建立连通的第二通路；
其中该第一通路至少局部地由伸入涡壳内的一段凸起形成，使得该通路的上游端在与涡壳表面隔开的地方敞口。
13.一种废气涡轮增压器，其包括：
一个涡轮机叶轮，其安装在一个轴上，以便在一个涡轮壳体内旋转，该涡轮壳体带有一个废气阀组件；
一个压缩机叶轮，其可旋转地安装于所述轴上，以便在一压缩机壳体内旋转，该压缩机壳体具有一个引入空气入口和一个引入空气出口涡壳，用于在推进压力下向一内燃机提供空气；
一个气动废气阀致动器，其由一推进空气管联接于压缩机引入空气出口；
其中一个命令阀安装于一阀安装件上，该阀安装件与压缩机壳体形成一体，所述命令阀具有一个推进空气入口和一个通气出口，用于选择性地连通推进空气管路，以控制废气阀致动器的运行，其中所述压缩机壳体带有一个内推进空气通路，该通路将压缩机引入出口与阀推进空气入口直接连通，一个直接连接在阀排气口与压缩机引入口之间的排放通路；
其中所述推进空气通路至少部分由一凸起形成，该凸起伸入涡壳内，使得该通路的上游端在一个离开涡壳表面的地方敞口。
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