用于内燃发动机的增压装置的离心式压缩机叶轮

技术领域

本公开涉及一种用于内燃发动机的增压装置(charging device)的离心式压缩机叶轮。本公开还涉及一种用于内燃发动机的增压装置，其中所述增压装置包括离心式压缩机叶轮。此外，本公开涉及一种包括增压装置的内燃发动机，以及一种包括内燃发动机的车辆。

背景技术

诸如涡轮增压器的增压装置用于将空气压缩到燃烧发动机的入口。增压装置可以提高燃烧发动机的性能和燃料效率。随着对燃烧发动机的需求增加，正在设计和制造更高压涡轮增压器。压缩机叶轮噪声是现代发动机中使用的高压涡轮增压器的不可避免的副产物。

此外，关于燃烧发动机的性能目标已使得开发包括压缩机叶轮的全叶片之间的分流叶片的压缩机叶轮。这些类型的压缩机叶轮可以增加增压装置的操作范围和整体效率。然而，包括分流叶片的压缩机叶轮的缺点是，它们比纯全叶片式叶轮产生得噪声更多，特别是关于出口导风轮引起的叶片通过频率(BPF)噪声贡献。此外，出口导风轮引起的叶片通过频率噪声不仅较高，而且在人耳可听到的频率(2kHz-8kHz)。

先前，通过向增压装置提供围绕增压装置的噪声偏转器和/或阻尼系统，解决了由压缩机叶轮产生的噪声问题。此类噪声偏转器和/或阻尼系统可在一定程度上衰减所产生的噪声。然而，此类解决方案增加了增压装置的成本、重量和复杂性。此外，诸如涡轮增压器的增压装置在操作期间产生大量热量，并且在许多情况下，必须由增压装置周围的空气冷却，这对在增压装置周围使用阻尼系统等提出了限制。

发明内容

本发明的目的是克服或至少减轻上述问题和缺点中的至少一些。

根据本发明的第一方面，通过用于内燃发动机的增压装置的离心式压缩机叶轮来实现所述目标。所述叶轮包括毂、布置在所述毂上且在所述叶轮的周向方向上间隔开的多个全叶片，以及布置在所述多个全叶片的第一全叶片的压力侧与第二全叶片的吸力侧之间的一个分流叶片。所述分流叶片的前缘布置成相比于所述第二全叶片的吸力侧更靠近所述第一全叶片的压力侧。

由于分流叶片的前缘布置成相比于第二全叶片的吸力侧更靠近第一全叶片的压力侧，因此提供产生较少噪声，特别是关于出口导风轮引起的叶片通过频率噪声贡献的压缩机叶轮。这是因为从分流压力侧通道和分流吸力侧通道提供更均匀的压力分布，这又消除了原本存在于压缩机叶轮下游并且产生较低半音叶片通过频率噪声的半频率谐波。

因此，由于这些特征，提供了具有分流叶片的压缩机叶轮，所述压缩机叶轮提供用于增加增压装置的操作范围和总体效率的条件，同时压缩机叶轮在操作期间产生较少噪声。

此外，由于压缩机叶轮在操作期间产生较少噪声，因此对增压装置周围的噪声偏转器和/或阻尼系统的需求减少，这为成本较低、重量较轻且不太复杂的增压装置提供了条件。

因此，提供了克服或至少减轻上述问题和缺点中的至少一些的离心式压缩机叶轮。因此，实现了上述目标。

可选地，所述分流叶片的前缘布置成相比于所述第二全叶片的吸力侧更靠近所述第一全叶片的压力侧至少0.5％或者至少5％。由此，确保提供产生较少噪声，特别是关于出口导风轮引起的叶片通过频率噪声贡献的压缩机叶轮。

可选地，分流叶片的前缘的尖端角(tip angle)大于在所述第一全叶片和所述第二全叶片上所述前缘的经向突起处测量的所述第一全叶片和所述第二全叶片的叶片角。由此，从分流压力侧通道和分流吸力侧通道提供甚至更均匀的压力分布。其结果是，在操作期间，提供产生甚至更少噪声的压缩机叶轮。

可选地，所述分流叶片的前缘的尖端角比在所述第一全叶片和所述第二全叶片上所述前缘的经向突起处测量的所述第一全叶片和所述第二全叶片的叶片角大至少0.5度或者至少5度。由此，确保从分流压力侧通道和分流吸力侧通道提供甚至更均匀的压力分布。其结果是，在操作期间，提供产生甚至更少噪声的压缩机叶轮。

可选地，所述分流叶片包括前区段，所述前区段包括沿着所述分流叶片在预期流动方向上从所述前缘测量的所述分流叶片的长度的30％，并且其中所述前区段的每个部分布置成相比于所述第二全叶片的吸力侧更靠近所述第一全叶片的压力侧。由此，从分流压力侧通道和分流吸力侧通道提供甚至更均匀的压力分布。其结果是，在操作期间，提供产生甚至更少噪声的压缩机叶轮。

可选地，沿着所述前区段的叶片角大于在所述第一全叶片和所述第二全叶片上所述前区段的经向突起处测量的所述第一全叶片和所述第二全叶片的叶片角。由此，从分流压力侧通道和分流吸力侧通道提供甚至更均匀的压力分布。其结果是，在操作期间，提供产生甚至更少噪声的压缩机叶轮。

可选地，在所述第一全叶片和所述第二全叶片上所述前缘的经向突起在所述第一全叶片和所述第二全叶片的前缘的下游的某一位置处，所述位置在沿着所述第一全叶片和所述第二全叶片在预期流动方向上从前缘测量的所述第一全叶片和所述第二全叶片的长度的20％-40％的范围内或者25％-35％的范围内。由此，提供了一种压缩机叶轮，其中，与通常用于包括分流叶片的压缩机叶轮相比，分流叶片的前缘更靠近第一全叶片和第二全叶片的前缘。由此，从分流叶片通道的吸力侧和压力侧提供更均匀的压力分布。

可选地，所述分流叶片的护罩侧相对于在所述第一全叶片和所述第二全叶片的护罩侧之间延伸的中心线朝向所述第一全叶片的护罩侧周向运动。由此，关于分流叶片的任一侧上的噪声产生提供甚至更有利的压力分布。其结果是，在操作期间，提供产生甚至更少噪声的压缩机叶轮。

可选地，所述分流叶片的护罩侧的整个跨度相对于所述中心线朝向所述第一全叶片的护罩侧周向运动。由此，从分流压力侧通道和分流吸力侧通道提供甚至更均匀的压力分布。其结果是，在操作期间，提供产生甚至更少噪声的压缩机叶轮。

可选地，所述中心线与所述分流叶片的前缘的护罩侧之间的第一距离大于所述中心线与所述分流叶片的位于所述前缘下游的在沿着所述分流叶片在预期流动方向上从所述前缘测量的所述分流叶片的长度的30％处的部分的护罩侧之间的第二距离。由此，从分流压力侧通道和分流吸力侧通道提供甚至更均匀的压力分布。其结果是，在操作期间，提供产生甚至更少噪声的压缩机叶轮。

任选地，第一距离比第二距离大至少1％或者至少5％。由此，确保从分流压力侧通道和分流吸力侧通道提供甚至更均匀的压力分布。其结果是，在操作期间，提供产生甚至更少噪声的压缩机叶轮。

可选地，所述分流叶片的出口边缘部分的出口叶片角不同于所述第一全叶片和所述第二全叶片的出口边缘部分的出口叶片角。由此，从分流压力侧通道和分流吸力侧通道提供甚至更均匀的压力分布。这是因为尤其在压缩机叶轮的出口处提供更均匀的压力分布，这减少从压缩机叶轮传播的出口导风轮引起的叶片通过频率(BPF)噪声贡献。其结果是，在操作期间，提供产生甚至更少噪声的压缩机叶轮。

可选地，所述分流叶片的出口边缘部分的出口叶片角比所述第一全叶片和所述第二全叶片的出口边缘部分的出口叶片角小0.5-15度或者小1-12度。因此，确保关于噪声产生提供甚至更有利的压力分布。其结果是，在操作期间，提供产生甚至更少噪声的压缩机叶轮。

可选地，所述分流叶片的出口边缘部分的半径比所述第一全叶片和所述第二全叶片的出口边缘部分的半径大0.5-10％或者大3-7％。因此，关于噪声产生提供甚至更有利的压力分布。这是因为尤其在压缩机叶轮的出口处提供更均匀的压力分布，这减少从压缩机叶轮传播的出口导风轮引起的叶片通过频率(BPF)噪声贡献。其结果是，在操作期间，提供产生甚至更少噪声的压缩机叶轮。

任选地，叶轮包括与全叶片的数目相同数目的分流叶片，并且其中所述多个分流叶片中的每个分流叶片布置在所述多个全叶片中的两个全叶片之间。由此，提供具有用于增加增压装置的操作范围和总体效率的条件的叶轮，而压缩机叶轮在操作期间产生较少噪声。

根据本发明的第二方面，通过用于内燃发动机的增压装置来实现所述目标，其中所述增压装置包括根据本公开的一些实施例的叶轮。

由于增压装置包括根据一些实施例的叶轮，因此提供具有用于增加操作范围和总体效率的条件的增压装置，同时增压装置在操作期间产生较少噪声。此外，对增压装置周围的噪声偏转器和/或阻尼系统的需求减少，这为成本较低、重量较轻且不太复杂的增压装置提供了条件。

因此，提供了一种增压装置，其克服或至少减轻上述问题和缺点中的至少一些。因此，实现了上述目标。

可选地，增压装置是涡轮增压器。由此，提供了一种具有用于增加操作范围和总体效率的条件的涡轮增压器，同时涡轮增压器在操作期间产生较少噪声。此外，对围绕涡轮增压器的噪声偏转器和/或阻尼系统的需求减少，这为成本较低、重量较轻且不太复杂的涡轮增压器提供了条件。

根据本发明的第三方面，通过包括根据本公开的一些实施例的增压装置的内燃发动机来实现所述目标。

由于内燃发动机包括根据一些实施例的增压装置，因此提供了具有用于增加操作范围和总体效率的条件的内燃发动机，同时内燃发动机在操作期间产生较少噪声。此外，对围绕增压装置的噪声偏转器和/或阻尼系统的需求减少，这为成本较低、重量较轻且不太复杂的内燃发动机提供了条件。

因此，提供了一种内燃发动机，其克服或至少减轻上述问题和缺点中的至少一些。因此，实现了上述目标。

根据本发明的第四方面，通过包括根据本公开的一些实施例的内燃发动机的车辆来实现所述目标。

由于车辆包括根据一些实施例的内燃发动机，因此提供了具有用于增加操作范围和总体效率的条件的车辆，同时车辆的内燃发动机在操作期间产生较少噪声。

因此，提供了一种车辆，其克服或至少减轻上述问题和缺点中的至少一些。因此，实现了上述目标。

当研究所附权利要求和以下详细描述时，本发明的进一步特征和优点将变得显而易见。

附图说明

将从以下详细描述和附图中讨论的示例性实施例中容易地理解本发明的各个方面，包括其特定特征和优点，其中：

图1示出了根据一些实施例的离心式压缩机叶轮的透视图，

图2示出了解释性图，其示出根据一些实施例的在叶轮的周向方向上在护罩侧上全叶片与分流叶片之间的位置关系，

图3示出了解释性图，其示出根据一些实施例的在叶轮的周向方向上在护罩侧上全叶片与分流叶片之间的位置关系，

图4示出了根据图1中所示的实施例的离心式压缩机叶轮的前视图，

图5示出了图4中所示的压缩机叶轮的一部分的放大图，

图6示意性地示出了根据一些实施例的内燃发动机，以及

图7示出了根据一些实施例的车辆。

具体实施方式

现在将更全面地描述本发明的方面。相同的数字始终指代相同元件。为了简洁和/或清楚起见，不必详细描述众所周知的功能或构造。

图1示出了根据一些实施例的离心式压缩机叶轮1的透视图。离心式压缩机叶轮1被构造成布置在内燃发动机的增压装置中，并且被构造成通过围绕旋转轴线ax在旋转方向rd上旋转而将空气压缩到内燃发动机的入口，如本文中进一步解释的。出于简洁和清楚的原因，离心式压缩机叶轮1在本文的一些地方被称为压缩机叶轮1，或简称为叶轮1。

叶轮1包括毂3和布置在毂3上的多个全叶片5、5’、5”。多个全叶片5、5’、5”中的全叶片5、5’、5”在叶轮1的周向方向cd上间隔开。此外，叶轮1包括多个分流叶片7，其中多个分流叶片7中的每个分流叶片7布置在多个全叶片5、5’、5”中的两个全叶片5、5'、5”之间。分流叶片7也在叶轮1的周向方向cd上间隔开。因此，叶轮1包括与全叶片5、5’、5”的数目相同数目的分流叶片7。根据所示实施例，叶轮1包括七个全叶片5、5’、5”和七个分流叶片7。根据另外的实施例，叶轮1可包括另一数目的全叶片5、5’、5”和分流叶片7，例如，三个、四个、五个、六个、八个、九个等。

出于简洁和清楚的原因，在本文的一些地方提及多个分流叶片7中的一个分流叶片7。然而，多个分流叶片7中的所有其他分流叶片7可包括与所提及的分流叶片7相同的形状、布局、特征、功能和优点。同样，即使下文中可能提及全叶片5、5’、5”中的一个，另一全叶片5、5’、5”也可包括与所提及的全叶片5、5’、5”相同的形状、布局、特征和功能。分流叶片7布置在多个全叶片5、5’、5”中的第一全叶片5’的压力侧8与第二全叶片5”的吸力侧9之间。在第一全叶片5’与第二全叶片5”之间没有布置其它全叶片5或叶片5的意义上，第一全叶片5’和第二全叶片5”是相邻叶片5’、5”。然而，如从上文所述理解的，根据本文中所描述的实施例，一个分流叶片7布置在每对相邻全叶片5、5’、5”之间。

如在技术领域中通常已知的，分流叶片7是布置在全叶片之间的叶片，其上游侧被简单地切除，使得其前缘布置在全叶片的前缘的下游。除了其上游侧被切除之外，常见的分流叶片与全叶片具有相同的形状。

图2示出了解释性图，其示出根据一些实施例的在叶轮的周向方向cd上在护罩侧上全叶片5’、5”和分流叶片7之间的位置关系。

如图2中最佳所见，分流叶片7的前缘11布置在第一全叶片5’和第二全叶片5”的前缘15的下游。此外，如图2中最佳所见，在叶轮的周向方向cd上，分流叶片7的前缘11布置成相比于第二全叶片5”的吸力侧9更靠近第一全叶片5’的压力侧8。因此，叶轮将产生较少噪声，特别是关于出口导风轮引起的叶片通过频率噪声贡献。

根据所示实施例，在叶轮的周向方向cd上，分流叶片7的前缘11布置成相比于第二全叶片5”的吸力侧9更靠近第一全叶片5’的压力侧8大约21％。根据另外的实施例，在叶轮的周向方向cd上，分流叶片7的前缘11可以布置成相比于第二全叶片5”的吸力侧9更靠近第一全叶片5’的压力侧8至少0.5％或者至少5％。

此外，根据所示实施例，分流叶片7的前缘11的尖端角ta大于在第一全叶片5’和第二全叶片5”上在前缘11的经向突起mp1处测量的第一全叶片5’和第二全叶片5”的叶片角ba1。分流叶片7的前缘11的尖端角ta可以比在第一全叶片5’和第二全叶片5”上在前缘11的经向突起mp1处测量的第一全叶片5’和第二全叶片5”的叶片角ba1大至少0.5度或者至少5度。如本文所使用，措辞“尖端角”可以涵盖分流叶片7的入口部分的平均叶片角，其中分流叶片7的入口部分可以包括在其入口处分流叶片7的一定比例，例如，沿着分流叶片7沿着预期流动方向从前缘11测量的分流叶片7的长度的3％。

分流叶片7包括前区段13，该前区段包括沿着分流叶片7在预期流动方向上从前缘11测量的分流叶片7的长度的30％。根据所示实施例，在叶轮的周向方向cd上，前吸力区段13的每个部分布置成相比于第二全叶片5”的吸力侧9更靠近第一全叶片5’的压力侧8。

此外，根据所示实施例，沿着前区段13的叶片角ba2大于在第一全叶片5’和第二全叶片5”上在前区段13的经向突起mp测量的第一全叶片5’和第二全叶片5”的叶片角ba3。

根据所示实施例，在第一全叶片5’和第二全叶片5”上前缘11的经向突起mp1位于第一全叶片5’和第二全叶片5”的前缘15的下游某一位置处，所述位置位于沿着第一全叶片5’和第二全叶片5”在预期流动方向上从第一全叶片5’和第二全叶片5”的前缘15测量的第一全叶片5’和第二全叶片5”的长度的32％处。根据另外的实施例，在第一全叶片5’和第二全叶片5”上前缘11的经向突起mp1可以在第一全叶片5’和第二全叶片5”的前缘15的下游某一位置处，所述位置在沿着第一全叶片5’和第二全叶片5”在预期流动方向上从前缘15测量的第一全叶片5’和第二全叶片5”的长度的20％-40％的范围内，或25％-35％的范围内。

图3示出了解释性图，其示出根据一些实施例的在叶轮的周向方向cd上在护罩侧25’、25”、27上全叶片5’、5”与分流叶片7之间的位置关系。如图3中所示，分流叶片7的护罩侧27相对于在第一全叶片5’和第二全叶片5”的护罩侧25’、25”之间延伸的中心线cl朝向第一全叶片5’的护罩侧25’周向运动(即沿叶轮的周向方向cd移动)。由于分流叶片7的护罩侧27朝向第一全叶片5’的护罩侧25’周向运动，因此分流叶片7的护罩侧27相对于在第一全叶片5’和第二全叶片5”的护罩侧25’、25”之间延伸的中心线cl也朝向第一全叶片5’的压力侧8周向运动。

如本文中所提及，中心线cl是在第一全叶片5’和第二全叶片5”的护罩侧25’、25”之间延伸的中心线cl，其中沿着中心线cl的延伸，距第一全叶片5’和第二全叶片5”的护罩侧25’、25”的距离相等。因此，中心线cl的形状和曲率与第一全叶片5’和第二全叶片5”的护罩侧25’、25”的形状和曲率相同。此外，中心线cl沿着中心平面cp延伸，该中心平面cp在第一全叶片5’和第二全叶片5”的延伸平面ep1、ep2之间延伸，其中沿着中心平面cp的延伸，距第一全叶片5’和第二全叶片5”的延伸平面ep1、ep2的距离相等。如从上述所理解的，中心平面cp的形状和曲率与第一全叶片5’和第二全叶片5”的延伸平面ep1、ep2的形状和曲率相同。共同分流叶片的护罩侧将沿着图3中所示的中心线cl延伸。此外，如从上述所理解的，将布置共同分流叶片，使得其延伸平面将沿着本文所提及的中心平面cp延伸。

根据所示实施例，与分流叶片7的护罩侧27的下游部分相比，分流叶片7的护罩侧27的上游部分在更大程度上朝向第一全叶片5’的护罩侧25’周向运动。其结果是，中心线cl与分流叶片7的前缘11的护罩侧27’之间的第一距离d1大于中心线cl与分流叶片7的位于前缘11下游的在沿着分流叶片7在预期流动方向上从前缘11测量的分流叶片7的长度的30％处的部分13’的护罩侧33之间的第二距离d2。根据所示实施例，第一距离d1比第二距离d2大大约45％。根据另外的实施例，第一距离d1可以比第二距离d2大至少1％或至少5％。

此外，如从上述所理解的，由于这些特征，沿着分流叶片的角度分布相对于沿着图3中所示的中心平面cp延伸的共同分流叶片改变。因此，关于噪声产生提供甚至更有利的压力分布。这是因为从分流压力侧通道和分流吸力侧通道提供更均匀的压力分布，这又消除了原本存在于压缩机叶轮1下游并且产生较低半音叶片通过频率噪声的半频率谐波。根据所示实施例，分流叶片7的护罩侧27的整个跨度相对于中心线cl朝向第一全叶片5’的护罩侧25’周向运动。根据另外的实施例，分流叶片7的护罩侧27的仅上游部分可以相对于中心线cl朝向第一全叶片5’的护罩侧25’周向运动。

此外，根据本公开的一些实施例，分流叶片7的毂侧可以相对于中心平面cp朝向第一全叶片5’的毂侧周向运动。根据此类实施例，与分流叶片7的毂侧的下游部分相比，分流叶片7的毂侧的上游部分可以在更大程度上朝向第一全叶片5’的毂侧周向运动。

图4示出了根据图1所示的实施例的离心式压缩机叶轮1的前视图。如图4所示，根据所示实施例，分流叶片7的出口边缘部分21的出口叶片角ea1与第一全叶片5’和第二全叶片5”的出口边缘部分23的出口叶片角ea2不同。分流叶片7的出口边缘部分21的出口叶片角ea1可以比第一全叶片5’和第二全叶片5”的出口边缘部分23的出口叶片角ea2小0.5-15度或者小1-12度。因此，关于噪声产生提供甚至更有利的压力分布。这是因为从分流压力侧通道和分流吸力侧通道提供更均匀的压力分布，这又消除了原本存在于压缩机叶轮1下游并且产生较低半音叶片通过频率噪声的半频率谐波。如本文所使用，措辞“出口叶片角”可以涵盖出口边缘部分21、23的平均叶片角，其中出口边缘部分21、23可以在其出口处包括叶片5’、5”、7的一定比例，例如沿着叶片5’、5”、7沿着预期流动方向测量的叶片5’、5”、7的长度的3％。如本文定义的，出口叶片角可相对于压缩机叶轮1的径向方向r测量。

图5示出了图4所示的压缩机叶轮1的一部分的放大视图。根据这些实施例，图5所示的分流叶片7的出口边缘部分21的半径r1可以比第一全叶片5’和第二全叶片5”的出口边缘部分23的半径r2大0.5-10％或者大3-7％。因此，关于噪声产生提供甚至更有利的压力分布。这是因为从分流压力侧通道和分流吸力侧通道提供更均匀的压力分布，这又消除了原本存在于压缩机叶轮1下游并且产生较低半音叶片通过频率噪声的半频率谐波。

图6示意性地示出了根据一些实施例的内燃发动机50。内燃发动机50包括增压装置30。增压装置30包括根据图1、图4和图5所示的实施例的叶轮1。叶轮1被构造成将空气压缩到内燃发动机50的进气口52。根据所示实施例，增压装置30是涡轮增压器。因此，根据所示实施例，叶轮1与涡轮一起布置在轴上，其中涡轮被构造成由内燃发动机50的排气流提供动力，以便为压缩机叶轮1提供动力。

根据另外的实施例，如本文中所提及，叶轮1可包括在内燃发动机50的另一类型的增压装置，例如机械和/或电驱动增压装置中。

如本文中所提及，内燃发动机50可以是例如压缩点火发动机，例如柴油发动机，或具有火花点火装置的奥托发动机，其中奥托发动机可以被构造成依靠气体、汽油、酒精、类似挥发性燃料或其组合运行。

图7示出了根据一些实施例的车辆60。车辆60包括根据图6所示的实施例的内燃发动机50。内燃发动机50被构造成经由车辆60的轮54向车辆60提供原动力。

根据所示实施例，车辆60是卡车。然而，根据另外的实施例，如本文中所提及，车辆60可以是用于陆基或水基推进的另一类型的有人或无人驾驶车辆，例如卡车、公交车、施工车辆、拖拉机、汽车、船舶、船只等。

应当理解，前述是对各种示例性实施例的说明，并且本发明仅由所附权利要求限定。本领域技术人员将认识到，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对示例性实施例进行修改，并且可以组合示例性实施例的不同特征以产生除本文中描述的那些实施例之外的实施例。

本文中提及的压缩机叶轮1还可以被称为压缩机轮1。因此，在整个本公开中，措辞“轮”可以替换措辞“叶轮”。

可以相对于沿着压缩机叶轮1的旋转轴线ax延伸的平面测量如本文定义的叶片角和尖端角。

如本文所使用，术语“包括(comprising/comprises)”是开放式的，并且包括一个或多个所陈述的特征、元件、步骤、部件或功能，但不排除存在或增加一个或多个其它特征、元件、步骤、部件、功能或其群组。