用于内燃机的压缩机组件及内燃机的制作方法

本发明涉及一种用于内燃机的压缩机组件，所述压缩机组件具有压缩机叶轮、沿流动方向布置在压缩机叶轮上游的流动通道，以及用于影响通过流动通道的流动的流动影响装置，所述流动影响装置包括环形元件，所述环形元件将流动通道径向地按区段分成外环形通道和中心通道。

背景技术：

1、这种压缩机组件在现有技术中通常是已知的，其中，压缩机组件通常根据内燃机的运行状态以不同的空气质量流运行。问题在于，压缩机组件输送的空气质量流减少时，存在压缩机组件状态不稳定的风险。在压缩机特性图中，稳定状态与不稳定状态之间的转变由所谓的喘振极限来界定。一旦超过喘振极限，就会发生所谓的压缩机喘振现象，使得在特定压力下，低于最小质量流并且导致流动分离。如果空气质量流过小，入口角度会变得过大，导致流动在压缩机叶轮的叶片处分离。因此，传递给空气的动量减少，导致空气质量流继续下降。结果，出口与入口之间的压力差无法维持，从而引起通过压缩机组件的反向流动。在这种情况下，压力比下降，即增压压力降低，并且压缩机组件再次进行输送，直至再次达到喘振点。例如，此过程以大约0.3-5 hz的频率循环发生，并伴随典型声响。

2、为了避免这种压缩机喘振，即不稳定运行，通常会设置喘振极限控制，旨在防止低于确定的最小空气质量流。此最小空气质量流应被理解为喘振极限控制的相应压力相关的目标值，进而形成防喘振控制线，在特性图中，所述控制线在喘振极限右侧约10%处延伸。当越过此控制线时，将启动适当措施，由此再次增加空气质量流，使得工作点至少保持在控制线上。

3、此外，期望即使在尽可能低的压缩机质量流下也能实现高发动机扭矩，同时仍然提供持续增加的额定功率。特别是在涡轮增压内燃机中，压缩机必须确保高增压压力，即在喘振极限范围内，即使在低空气质量流下也是如此，同时允许在额定功率下以所需的增压压力实现高空气质量流。

4、ep 0 348 674 b1公开了一种用于压缩机组件的部分负载运行的稳定措施，其中，环形元件刚性地布置在沿流动方向处于压缩机叶轮上游的流入流动通道中，所述环形元件将流动通道分成外环形通道和中心流动通道。多个稳定叶片延伸到环形通道中，用作助流件。通过这种稳定措施，实现了喘振极限范围内的稳定，从而稳定了原始喘振极限，其中，只有在较高的压缩机质量流下才可能运行。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于内燃机的压缩机组件，其中，即使在低空气质量流下也能以简单方式确保稳定状态。

2、此目标通过根据本发明的特征来解决。

3、根据本发明，流动引导结构布置在环形通道中，并且构造成使得流过环形通道的空气的流动阻力在流动方向上比在反向流动方向（即与流动方向相反）上小。流动方向是在压缩机组件正常运行期间空气流动的方向。换句话说，空气被旋转的压缩机轮吸入，因此沿流动方向流向压缩机轮。因此，在反向流动方向上，空气远离压缩机轮流入流动通道中。

4、通过构造流动引导结构，使得根据流过环形通道的空气的流动方向，流动阻力彼此不同，实现例如在较高空气质量流时（例如在压缩机组件满负荷运行时），沿流动方向流动（也可能流过环形通道）的空气不受或不显著受流动引导结构影响。如果空气沿反向流动方向（即与流动方向相反）流过环形通道，则流动阻力高，从而阻碍了通过环形通道的这种反向流动，进而降低了反向流动的风险。

5、由于沿流动方向的低流动阻力，压缩机组件可以在较高空气质量流下高效运行。反向流动方向上增加的流动阻力可以在压缩机组件以较低空气质量流运行期间显著减少反向流动。相反，喘振极限朝向较低的压缩机质量流偏移，由此可以在低空气质量流下提供高发动机扭矩，而不会发生压缩机喘振。

6、优选地，流动引导结构包括多个肋，所述多个肋突出到环形通道中并且横向于流动方向延伸，其中，所述肋相对于彼此以迷宫式布置并且与流动通道的中心轴线形成小于90°的角度。横向于流动方向布置的肋也倾斜地朝向压缩机叶轮布置，形成凹穴或反向流捕集器，其中，沿反向流动方向流动的空气（即与流动方向相反流动的空气）流入凹穴或反向流捕集器中，并被强力抑制或回堵。这在反向流动方向上产生相对高的流动阻力。相反，对于沿流动方向的气流，倾斜布置的肋起到不同作用，其中，倾斜肋不会形成任何凹穴或反向流捕集器，并且即便有影响，肋也只会引起气流轻微且不显著的偏转。

7、在优选实施例中，肋具有钩状形状。这可以改进反向流捕集器的效果。

8、优选地，两个外肋布置在径向地界定环形通道的外周面上，并且内肋布置在径向地界定环形通道的内周面上，其中，内肋沿流动方向布置在两个外肋之间。反向流动通常由于圆周方向上的旋流而产生，并且由于由此产生的离心力而发生在外侧区域。最靠近压缩机叶轮布置的第一外肋使反向流动沿流动方向并且径向地向内朝向内肋发生第一次偏转；在内肋处，气流沿流动方向并且径向地向外朝向第二外肋偏转，在所述第二外肋处，空气继而沿流动方向并且径向地向内偏转。因此，沿反向流动方向流动的空气在流动方向上多次偏转，即以逐步方式偏转，从而抑制反向流。

9、在优选实施例中，环形通道具有入口和出口，其中，出口沿流动方向通向压缩机室上游。因为环形通道的出口沿流动方向布置在压缩机室上游，压缩机轮的入口角度不受影响，所以压缩机组件的特性不受环形通道形成的不利影响。替代地，出口沿流动方向通向压缩机室，使得穿过环形通道的气流的流入方向偏离通过中心通道的气流的流入方向。

10、在优选构造中，环形元件的内周面与流动通道部分径向对准地布置，所述流动通道部分界定沿流动方向在环形元件上游和/或下游的流动通道。这不会影响通过环形通道的气流，因为在正常运行中（即当不存在反向流时），几乎完全没有空气越过环形通道。替代地，内环形元件径向地突出到流动通道中，由此可以增加反向流捕集器的效果。

11、优选地，沿流动方向延伸的至少一个纵向肋布置在环形通道中，所述纵向肋从环形通道的内周面径向地延伸到外周面。反向流动被如此强烈地旋流，使得反向流动具有切向运动分量。借助于纵向肋，沿反向流动方向使气流转向，从而将切向运动分量转换为沿反向流动方向的运动分量，由此增加反向流捕集器的效果。

12、在优选构造中，流动影响装置包括流动影响单元，所述流动影响单元具有内环形元件和外环形元件，其中，内环形元件由外环形元件径向地围绕，使得两个环形元件界定环形通道，其中，流动影响单元安装在流动通道元件与压缩机壳体之间。因此，可以在不必修改流动通道元件和压缩机壳体的情况下实现反向流捕集器。

13、优选地，内环形元件和外环形元件通过纵向肋彼此连接。因此，不需要附加部件来将环形元件彼此连接。

14、优选地，环形元件包括在内周面上的多个导叶。导叶用于使气流转向以调节压缩机叶轮的入口角度，使得可以提供更高的压缩机组件效率。优选地，导叶与环形元件一体形成。

15、所述目的还通过具有根据本技术的压缩机组件的内燃机来实现。例如，压缩机组件是排气涡轮增压器的部件，排气涡轮增压器还具有涡轮叶轮，涡轮叶轮通过涡轮增压器轴以扭矩传递方式连接到压缩机叶轮。替代地，压缩机组件可以是单独的独立单元，例如电驱动压缩机。