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CN210135111U - 压缩机及涡轮增压器 - Google Patents

压缩机及涡轮增压器 Download PDF

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CN210135111U
CN210135111U CN201920189795.3U CN201920189795U CN210135111U CN 210135111 U CN210135111 U CN 210135111U CN 201920189795 U CN201920189795 U CN 201920189795U CN 210135111 U CN210135111 U CN 210135111U
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S·亨茨勒
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Abstract

本实用新型涉及用于将内燃机的增压空气压缩的压缩机(1)及涡轮增压器。压缩机(1)包括增压空气入口(5)，用于使增压空气沿轴向方向(6)流通，调节装置(7)固定地布置在增压空气入口(5)中用于调节增压空气入口(5)的直径(DEIN)。调节装置(7)包括：沿径向布置的环形引导结构(8)；和被可移动地安装在引导结构(8)中的多个孔元件(11)；其中，所述孔元件(11)通过引导结构(8)在至少两个关闭位置能够与轴向方向(6)成直角地调节。通过这种结构，增压空气入口(5)的直径(DEIN)在相应的关闭位置变化。根据本实用新型，孔元件(11)布置在共同径向孔平面(12)中并且在相应闭合位置中沿周向方向(25)彼此抵靠支撑。

Description

压缩机及涡轮增压器
技术领域
本申请涉及一种用于将内燃机的增压空气压缩的压缩机。本实用新型进一步涉及一种废气涡轮增压器，其具有涡轮和压缩机。
背景技术
压缩机是现有技术中已知的，并且用于压缩在内燃机中的增压空气。压缩机包括供增压空气流动通过的入口通道。压缩机性能曲线主要由压缩机的几何形状确定。压缩机的几何形状和入口通道通常是一致的，由此，压缩机的喘振线和阻塞线被预先限定。由于一致的压缩机几何形状，因而压缩机的工作范围受到限制。
各种解决方案在现有技术中已知，用于移动或者扩张喘振线和阻塞线。这些解决方案提出适配压缩机中入口通道的直径。特别地，使喘振线朝向较小质量流移动，对于机动运载工具中的内燃机的低端扭矩(LET)行为具有正面效果，由此引擎的响应行为可以改善，而且燃料消耗可减小。
例如，JP 5 223 642 B2和EP 3 043 045 A2公开一种用于适配入口通道的直径的调节装置，所述装置被可旋转地布置在入口通道中并功能类似于阀。当调节装置开启时，入口通道的直径未减小，而调节装置关闭时，入口通道的直径减小。不利的是，这些调节装置仅包括两个可设定的状态。另外，开启的调节装置可阻塞增压空气流动通过入口通道。在EP3 043 045 A2中，另外还提出可替代的解决方案，其中，调节装置在入口通道中的多个区部能够沿径向调节。然而，各个区部可对于入口通道中的空气流具有负面影响，并可在调节装置不完全开启或关闭时导致压缩机中的不期望的振动和声发射。
在第十届MTZ会议上由Continental Automotive GmbH进行的发言“用于实现高效驱动设计的具有可变入口的涡轮增压压缩机”已公开进一步解决方案，其提出进一步的调节装置，其具有相对于彼此可移动的三个关闭元件。可动的关闭元件可沿周向方向推动至上下堆叠，从而以此方式适配入口通道的直径。不利的是，关闭元件相互接触，使得不同的死区容积沿入口通道的周向方向产生。这可导致空气流紊流，其将不必要的应力加诸于压缩机轮上并导致压缩机中的不期望的振动和声发射。
DE 10 2010 026 176 B4、DE 10 2011 121 996 A1、DE 2013 003 418 A1 和US 9683 484 B2避免这些缺点，其中，入口通道的内部表面通过调节装置相应地适配。调节装置包括多个带，沿轴向彼此相邻布置的多个带形成入口通道的内部表面。所述带的设定角度可相对于入口通道进行改变，使得入口通道的直径可适配。不利的是，这些调节装置从制造视角而言非常复杂并因而成本高。进一步地，这些解决方案需要额外的安装空间，这常常不可行。
因此，需要本实用新型提出一种改进的或至少可替代的用于通用压缩机的实施例，通过该实施例特别地可克服所述缺点。
实用新型内容
根据本实用新型，这种要求通过本实用新型的压缩机及涡轮增压器得以满足。
一种通用压缩机适用于将用于内燃机的增压空气压缩，并包括：增压空气入口，增压空气能够沿轴向方向流动通过所述增压空气入口。调节装置固定地布置在所述增压空气入口中以用于调节所述增压空气入口的直径。所述调节装置包括：沿径向布置在增压空气入口处的环形的引导结构，和被可移动地安装在所述引导结构中的多个孔元件。所述孔元件可由所述引导结构在至少两个关闭位置与所述轴向方向成直角地调节，其中所述增压空气入口的所述直径在相应的关闭位置中是变化的。根据本实用新型，孔元件布置在共用径向孔平面中，并在至少两个关闭位置沿周向方向(25)相互紧密装配，换言之，抵靠支撑。
在相应的关闭位置中，增压空气入口的直径沿径向减小，使得增压空气流/ 流通截面减小。以此方式，喘振线可朝向较小质量流移动，由此改善引擎响应行为并减小燃料消耗。根据本实用新型的调节装置可在理论上包括发生在最大关闭位置与最小关闭位置之间的无限数量的关闭位置。这意味着，直径在最大关闭位置中处于其最小值，且在最小关闭位置中处于其最大值。由于引导结构，孔元件可垂直于轴向方向并因而在孔平面内移动。另外，根据本实用新型，相应的孔元件沿周向方向彼此抵靠支撑，并布置在共用径向孔平面中(即，在与轴向方向成直角的孔平面中)。结果，特别是可以避免空气流中的紊流，并因而还避免在压缩机中的不期望的振动和声发射以及在压缩机轮叶片上的非稳态负载。
通过根据本实用新型的调节装置的有利的进一步的优化，设置孔元件在其相应的关闭位置中形成沿径向基本关闭的环形的孔表面，其具有中心流动口以供增压空气流通。基本闭合环形的孔表面防止增压空气流动通过各个孔元件之间，使得空气流中的紊流可以减少。目标在于，获得完全闭合或至少大致闭合环形的孔表面。在此情况中，表述“大致闭合”意味着，特别是在相应相互接触的孔元件之间的与生产相关的间隙小得可忽略不计。闭合环形的孔表面沿径向布置在增压空气入口中，使得增压空气可以流动通过居中地穿过增压空气入口的流动口。有利地，闭合环形的孔表面的流动口在相应关闭位置可为圆形或近似圆形。为了实现圆形或近似圆形的流动口，调节装置中的孔元件的数量可以例如在5至15之间。然而，在理论上，孔元件的数量可为随机数。可替代地或另外地，调节装置中的孔元件的形状可根据需要适配。由于基本圆形的流动口，因而可有利地减少空气流中的紊流。
有利地，可设置相应孔元件的两侧相应地接触相邻孔元件的一个侧表面，使得处于相应关闭位置的孔元件形成基本闭合环形的孔表面。相应的孔元件在孔平面中具有周边构形，周边构形在孔平面中侧向地沿相应的孔元件在一个周向方向中延伸，由此界定相应的孔元件。相应孔元件的前述侧表面通过此周边构形的部分形成。侧表面可例如横向于周向方向平坦，且沿轴向方向对准，即与孔平面成直角地延伸。可替代地，侧表面可横向于周向方向呈弧形或相对于轴向方向倾斜。为了在调节装置被调节时允许孔元件一起移动到相应关闭位置中，相应孔元件的相应的两个侧表面可彼此相邻并特别地在相应孔元件的径向内端相互合并。进一步地，相应的两个侧表面(特别是在所述内端处)可以小于90°的连接角度相互接合。有利地，相邻孔元件的相互可移动接触的相应侧表面可沿周向方向/在孔平面中至少部分地成直线，或者可包括相同的曲率半径。结果，相应的侧表面特别地可以相互滑离并使圆形流动口适配于仍然关闭的孔表面。
通过调节装置的一种有利的进一步的优化方案，设置引导结构包括支撑环和调节环，它们沿径向布置在增压空气入口中以能够相对于彼此旋转，其中，当支撑环和/或调节环相对于彼此旋转时，孔元件可移动到相应关闭位置。这样，支撑环例如可以材料结合、压配合或形状配合方式固定到增压空气入口中，并且支撑环上的调节环可利用致动器结构相对于空气入口并且因而相对于支撑环可旋转。可替代地，支撑环可一体地形成于增压空气入口中。有利地，孔元件然后可布置在支撑环与调节环之间，并且可以被可移动地安装支撑环与调节环上。孔元件例如可沿轴向以整个表面与支撑环接触和在调节环上。
为了利用引导元件移动孔元件，可有利地设置相应孔元件包括：调节销，其在孔平面中的第一关闭表面上/在平行于孔平面延伸的关闭表面上；和支撑销，其在第一关闭表面反面的关闭表面上。两个关闭表面形成相应孔元件的两个轴向侧。由于周边构形包括前述侧表面，因而两个关闭表面可围绕和形成相应的孔元件。支撑销于是可以被可移动地布置在支撑长槽中，并且调节销可以被可移动地布置在调节环的调节长槽中。可替代地，相应的孔元件可包括：调节长槽，其处于位于孔平面中的第一关闭表面上；和支撑长槽，其处于位于第一关闭表面反面的关闭表面上。类似地，支撑环的支撑销于是可以被可移动地布置支撑长槽中，并且调节环的调节销于是可以被可移动地布置在调节长槽中。相应孔元件于是利用第一关闭表面与调节环接触，并利用支撑环与第二关闭表面接触。当支撑环和调节环相对于彼此旋转时，相应的支撑销可在相应支撑长槽中被引导，并且相应的调节销可在相应的调节长槽中被引导，结果，孔平面中的孔元件被相互推入和移动到相应关闭位置。有利地，相应孔元件在支撑环与调节环之间能够无级地移动，这意味着，实际上在调节装置中能够实现无限数量的关闭位置。通过这种结构，相应关闭位置中的孔元件沿周向方向彼此抵靠支撑，由此防止空气流中的紊流以及因而也防止在压缩机中的振动和声发射。
有利地，调节环和/或支撑环相对于彼此旋转，使得孔元件可相对于调节环和/或支撑环沿切向可移动。支撑长槽和调节长槽于是可以沿周向方向对准，使得孔元件可在它们中沿切向被引导。有利地，支撑长槽和/或调节长槽可以各自包括相对于引导结构周向方向的引导角度。可替代地或另外地，支撑长槽和/或调节长槽可成形为直线或者弧形。无论其如何成形，支撑长槽适配于支撑销，并且调节长槽适配于调节销，从而防止支撑销在支撑长槽中阻塞并且防止调节销在调节长槽中阻塞。
总而言之，在根据本实用新型的压缩机中，孔元件布置在共用径向孔平面中并进一步在相应关闭位置沿周向方向彼此抵靠支撑。这允许形成具有流动口的环形的闭合孔表面，增压空气可流动通过流动口。在根据本实用新型的压缩机中，因而可避免空气流中的紊流以及因而避免振动和声发射。
本实用新型还涉及一种废气涡轮增压器，其具有涡轮机并具有如前述所构建的压缩机。涡轮机和压缩机驱动性地联接而使得：当涡轮增压器操作时，涡轮机驱动压缩机。
本实用新型的进一步的重要特征和优点在附图和参照附图对图的相关描述中揭示。
应理解，在不背离本实用新型的范围的情况下，上述特征和仍待阐释的特征可不仅用于相应陈述的组合中，而且用于其它组合中或者本身使用。
本实用新型的优选的示例性实施例在附图中图示，并将在以下描述中详细阐释，其中，相同的附图标记表示相同或相似或功能相同的部件。
附图说明
在示意的附图中：
图1显示出根据本实用新型的压缩机(具有压缩机轮和调节装置)的局部剖视图；
图2显示出图1中所示压缩机的剖视图；
图3和图4显示出图1中所示调节装置中的第一实施例中的孔元件的视图；
图5和图6显示出图1中所示调节装置中的第二实施例中的孔元件的视图；
图7显示出图1中所示调节装置中的支撑环的视图；
图8和9显示出图1中所示调节装置中的不同结构的调节环的视图；
图10显示出图1中所示调节装置处于最小关闭位置的视图；
图11显示出图1中所示调节装置处于最大关闭位置的视图。
具体实施方式
图1显示出根据本实用新型的压缩机1的局部剖视图，和图2显示出该压缩机1的剖视图。压缩机1包括压缩机壳体2，压缩机壳体2具有入口通道3 和压缩机轮4。入口通道3导向增压空气入口5，增压空气入口5布置在压缩机轮4的前方，并且增压空气能够沿轴向方向6流动通过增压空气入口5。在本情况中，这种轴向方向6由旋转轴线21限定，压缩机轮4围绕旋转轴线21被可旋转地布置在压缩机壳体2中。轴向方向6平行于旋转轴线21延伸。径向方向基本与轴向方向6成直角延伸，即，处于垂直于轴向方向6的平面中。特别地，径向方向垂直于旋转轴线21延伸。周向方向25围绕旋转轴线21延伸并在图10和图11中以双箭头指示。用于适配增压空气入口5的直径DEIN的调节装置7固定地布置在增压空气入口5中。调节装置7包括：环形的沿径向布置的引导结构8，引导结构8具有调节环9和支撑环10。支撑环10固定到增压空气入口5，并且调节环9被可旋转地安装到支撑环10上。
多个相同的孔元件11布置在调节环9与支撑环10之间，孔元件11被可移动地安装到引导结构8中。通过使调节环9相对于支撑环10旋转，引导结构8 可以调节孔元件11以呈现无限数量的关闭位置，其中增压空气入口5的直径 DEIN在相应的关闭位置是不同的。无限数量的关闭位置存在于最大关闭位置与最小关闭位置之间，其中增压空气入口的直径DEIN在最大关闭位置时处于其最小值，而在最小关闭位置时处于其最大值。在图1中和在图2中，孔元件11已移动到最小关闭位置，使得增压空气入口5具有最大的直径DEIN。
根据本实用新型，孔元件11布置在共用径向孔平面12(其垂直于轴向方向6延伸)中，并且它们在在相应的关闭位置沿周向方向25彼此抵靠地支撑。沿径向看，孔元件11形成闭环形的孔平面13，其具有近似圆形的流动口14以供增压空气沿轴向方向6流动通过。流动口14布置为齐平于增压空气入口5，使得在最小关闭位置中(如图1和图2中所示)，流动口14的直径
Figure DEST_PATH_GDA0002269395900000061
对应于增压空气入口5的直径DEIN。当孔元件11通过引导结构8移出图1和图2中所示的最小关闭位置时，流动口14的直径
Figure DEST_PATH_GDA0002269395900000062
减小，由此部分地关闭增压空气入口5且减小增压空气入口5的直径DEIN。
用于构建调节装置7的进一步细节在下文中参照图3至11详细阐释。
图3和图4显示出第一实施例中的独立孔元件11的视图。孔元件11包括：在第一关闭表面15a上的调节销16；和布置在第一关闭表面15a反面的关闭表面15b上的细长的支撑销17。调节销16与调节环9协作，并且支撑销17与支撑环10协作。调节装置7的孔表面13通过相应的关闭表面15a形成，所述关闭表面15a在调节装置7中沿径向对准。孔元件11还包括：两个相邻侧表面 18a和18b，侧表面18a和18b以小于90°的连接角度α相互接合。孔元件11具有近似三角形的形状。通过其侧表面18a和18b，孔元件11被支撑抵靠调节装置7的相邻孔元件11。
详细而言，在孔平面12中，相应的孔元件11包括周边构形22，周边构形 22在孔平面12中侧向地沿相应的孔元件11在周向方向23中(在图3至6中由双箭头指示)延伸，由此界定相应的孔元件11。相应的孔元件11的前述侧表面18a和18b通过此周边构形22的相互背离的各部分形成。在所示的示例中，侧表面18a和18b横向于周向方向23而平坦或呈平面形，且沿轴向方向6对准，使得它们与孔平面12成直角地延伸。相应的孔元件11包括：与调节销16/支撑销17分开的装配后的径向内端24。周边构形22渐缩到内端24处的部位。在内端24处，侧表面18a和18b相互合并。
图5和图6显示出第二实施例中的孔元件11的视图。不同于图3和图4中的孔元件11，在此，孔元件11的支撑销17通过两个独立的销17a和17b形成。在其它方面，孔元件11在此对应于图3和图4中所示孔元件11。在第一和第二实施例中的孔元件11在调节装置7中可以互换，而不需适配调节装置7的其余元件。
图7显示出调节装置7中的引导结构8的支撑环10。支撑环10包括用于每个孔元件11的支撑长槽19。支撑长槽19成直线地成形并以相对于支撑环10 的周向方向25的引导角度β1对准。孔元件11的相应的支撑销17被可移动地布置在相应支撑长槽19中，使得支撑环10能够与相应孔元件11协作。
图8显示第一实施例中的调节环9的视图。调节环9包括用于每个孔元件 11的调节长槽20。调节长槽20成直线地成形并以相对于调节环9的周向方向 25的引导角度β2对准。孔元件11之一的对应调节销16被可移动地布置在对应调节长槽20中，使得调节环9能够与相应孔元件11协作。
在图9中，显示出第二实施例中的调节环9的视图。不同于图8中的调节环9，相应的调节长槽20成形为弧形。在其它方面，在此所示的调节环9对应于图8中所示调节环。在第一和第二实施例中的调节环9在调节装置7中可互换，而不需适配调节装置7的其余元件。
图10显示出从调节环侧所见的处于最小关闭位置的调节装置7的视图。图 11显示出从调节环侧所见的处于最大关闭位置的调节装置7的视图。支撑环10 和孔元件11的不可见部分通过较细线指示。在调节装置7中，孔元件11以其侧表面18a和18b沿周向方向25相互接触。相应孔元件11的关闭表面15a形成具有流动口14的闭环形的孔表面13。孔元件11被可移动地安装在调节环9 与支撑环10之间，其中，调节销16被可移动地布置在对应的调节长槽20中，并且支撑销17被可移动地布置在对应的支撑长槽19中。
当使调节环9相对于支撑环10旋转时，孔元件11与调节环9和支撑环10 协作。调节销16沿对应的调节长槽20被引导，并且支撑销17沿支撑长槽19 被引导。相邻的孔元件11滑离相互接触的侧表面18a和18b，并且流动口14 的直径
Figure DEST_PATH_GDA0002269395900000081
(以及对应地，增压空气入口5的直径DEIN)根据支撑环10上的调节环9的旋转方向而增大或减小。这能够在最小关闭位置(如图10中所示) 与最大关闭位置(如图11中所示)之间设定无限数量的关闭位置。
独立于关闭位置的设定，调节装置7的孔元件11通过其侧表面18a和18b 沿周向方向25相互接触。孔表面13关闭，并且流动口14近似圆形。有利地，这具有的效果是：防止产生空气流中的紊流并因而防止在压缩机1中的不期望的振动和声发射。

Claims (14)

1.一种用于将内燃机的增压空气压缩的压缩机(1)，
其中，所述压缩机(1)包括增压空气入口(5)，增压空气能够沿轴向方向(6)流动通过所述增压空气入口(5)，并且调节装置(7)固定地布置在所述增压空气入口(5)中以用于适配所述增压空气入口(5)的直径(DEIN)；
其中，所述调节装置(7)包括：环形的沿径向布置的引导结构(8)和被可移动地安装在所述引导结构(8)中的多个孔元件(11)；
其中，所述孔元件(11)利用所述引导结构(8)能够在至少两个关闭位置垂直于所述轴向方向(6)调节；并且
其中，所述增压空气入口(5)的所述直径(DEIN)在各关闭位置是不同的；
其特征在于，所述孔元件(11)布置在共用径向孔平面(12)中并在相应的关闭位置沿周向方向(25)彼此抵靠地紧密装配。
2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述孔元件(11)在相应关闭位置沿径向形成闭合环形的孔表面(13)，所述闭合环形的孔表面(13)具有流动口(14)用于所述增压空气的流通。
3.根据权利要求2所述的压缩机，其特征在于，所述闭合环形的孔表面(13)的所述流动口(14)在相应关闭位置是圆形的或近似圆形的。
4.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，相应的孔元件(11)具有其侧表面(18a,18b)，可移动地支撑抵靠相邻孔元件(11)的相应的侧表面(18a,18b)，使得所述孔元件(11)在相应关闭位置形成闭合环形的孔表面(13)。
5.根据权利要求4所述的压缩机，其特征在于，所述相应的孔元件(11)的相应的两个侧表面(18a,18b)相互邻近并以小于90°的连接角度(α)而相互邻接。
6.根据权利要求4或5所述的压缩机，其特征在于，所述相邻孔元件(11)的相应的可移动地邻接的侧表面(18a,18b)至少部分地成直线地成形或者包括相同的曲率半径。
7.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述引导结构(8)包括支撑环(10)和调节环(9)，所述支撑环(10)和所述调节环(9)沿径向而且相互可旋转地布置在所述增压空气入口(5)中；其中，在所述支撑环(10)和/或所述调节环(9)相对于彼此旋转时，所述孔元件(11)能够移动到所述相应的关闭位置。
8.根据权利要求7所述的压缩机，其特征在于，所述孔元件(11)布置在所述支撑环(10)与所述调节环(9)之间，并被可移动地安装在所述支撑环(10)与所述调节环(9)上。
9.根据权利要求8所述的压缩机，其特征在于，
所述相应的孔元件(11)包括：调节销(16)，其处于位于所述孔平面(12)中的第一关闭表面(15a)上；和支撑销(17)，其处于在所述第一关闭表面(15a)反面的关闭表面(15b)上；而且
所述支撑销(17)被可移动地布置在所述支撑环(10)的支撑长槽(19)中，并且所述调节销(16)被可移动地布置在所述调节环(9)的调节长槽(20)中。
10.根据权利要求8所述的压缩机，其特征在于，
所述相应的孔元件(11)包括：调节长槽(20)，其处于位于所述孔平面(12)中的第一关闭表面(15a)中；和支撑长槽(19)，其处于布置在所述第一关闭表面(15a)反面的关闭表面(15b)中；而且
所述支撑环(10)的支撑销(17)被可移动地布置所述支撑长槽(19)中，并且所述调节环(9)的调节销(16)被可移动地布置在所述调节长槽(20)中。
11.根据权利要求9或10所述的压缩机，其特征在于，
所述支撑长槽(19)和/或所述调节长槽(20)各自包括相对于所述引导结构(8)的周向方向的引导角度(β1,β2)；和/或
所述支撑长槽(19)和/或所述调节长槽(20)成形为直线或弧。
12.根据权利要求7至10中的任一项所述的压缩机，其特征在于，由于所述支撑环(10)和/或所述调节环(9)相对于彼此旋转，所述孔元件(11)能够相对于所述支撑环(10)和/或所述调节环(9)沿切向移动。
13.根据权利要求7至10中的任一项所述的压缩机，其特征在于，所述支撑环(10)以材料结合、压配合或形状配合方式固定到所述增压空气入口(5)中，或者一体地形成于所述增压空气入口(5)中。
14.一种具有涡轮和压缩机的涡轮增压器，其特征在于，所述压缩机(1)根据权利要求1至13中的任一项设计。
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