[發明專利]水冷式套管處理件

在審

• 申請號: 201811520921.5
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109931156A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 胡良軍;吳昊;建文·詹姆斯·伊
• 申請（專利權）人: 福特全球技術公司
• 主分類號: F02B37/16
• 分類號: F02B37/16;F04D27/02;F04D29/42;F04D29/44;F04D29/58
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

本發明提供了“水冷式套管處理件”。提供用于防止壓縮機喘振，同時提高壓縮機效率和性能的方法和系統。在一個示例中，方法可包括冷卻配置有套管處理件的壓縮機中的再循環通道。

技術領域

本說明書總體涉及用于控制車輛發動機以減輕壓縮機喘振并提高壓縮機效率的方法和系統。

背景技術

由于通過在發動機系統中并入渦輪增壓器而獲得的提高的燃料經濟效益和功率輸出，增壓發動機已經變得越來越流行。渦輪增壓器包括經由驅動軸聯接到渦輪的壓縮機。渦輪通常是排氣驅動的，因此通過利用由發動機產生的能量將增壓供應給發動機系統的燃燒室，所述能量否則被發動機作為廢物釋放。渦輪的旋轉迫使流體地聯接到發動機中的進氣歧管的壓縮機旋轉，從而將增壓空氣輸送至發動機。壓縮機的使用可允許較小排量發動機提供與較大排量發動機一樣多的功率，但具有另外的燃料經濟效益。

然而，壓縮機容易發生喘振。例如，當操作員快速松開加速踏板時，進入壓縮機入口中的空氣流量降低，從而導致在壓縮機仍處于高壓比(PR)下時穿過壓縮機的正向流量減小。這可導致壓力積聚在壓縮機的出口端部處，從而反向驅動氣流，這可使壓縮機的部件劣化。作為另一個示例，壓縮機喘振可在高水平的冷卻排氣再循環(EGR)期間發生，從而在降低穿過壓縮機的質量流量的同時增大壓縮機壓力。

已經開發各種方法來解決壓縮機喘振的問題。Sun等人在U.S.2001/0173975 A1中示出一種示例性途徑。其中公開了具有主動套管處理件的渦輪增壓器。主動套管處理件在布置在壓縮機進氣管道中的套管中包括泄放端口和噴射端口。再循環通道包圍套管并且在第一端部處鄰近于壓縮機的葉輪流體地聯接到泄放端口。再循環通道的第二端部通過再循環端口流體地聯接到壓縮機的進氣通道。在壓力積聚在葉輪前刀片下游的低質量流量狀況期間，空氣可從葉輪區域流出，在與流動穿過進氣通道相反的方向上穿過泄放端口和再循環通道，以經由再循環端口進入進氣通道。進入進氣通道的額外空氣流量可允許壓縮機在喘振發生之前在較低氣流下操作。

Gu等人在U.S.8,061,974 B2中示出減少壓縮機喘振發生的另一個示例性途徑。其中，壓縮機被適配有可變幾何形狀的帶端口的罩蓋和旁路通道。罩蓋被調整成使得罩蓋中的端口在第一經向位置與第二經向位置之間交替。當端口布置在第一經向位置中時，空氣從旁路通道的下游端部在上游方向上再循環以使空氣返回至壓縮機的進氣通道。端口的這種定位將另外的氣流導引至進氣通道，從而減輕壓縮機出口端部處的壓力積聚并減少喘振的可能性。當端口被調整到第二經向位置中時，空氣在正向方向上流動穿過旁路通道到達葉輪，從而避免壓縮機阻塞。

然而，本文的發明人已經認識到這類系統的潛在問題。作為一個示例，再循環流由于壓縮而使被加熱的空氣循環穿過壓縮機進氣口。這可減少輸送到發動機燃燒室的增壓空氣的密度，從而減小空氣的增壓可能并降低發動機效率。在另一個示例中，對可變幾何形狀的帶端口的罩蓋的調整傾向于包括復雜的控制系統，這導致更昂貴的生產成本。

發明內容

在一個示例中，上述問題可通過一種方法來解決，所述方法用于使進氣流動穿過壓縮機進氣通道到達葉輪并且使進氣的一部分經由定位在周向地包圍壓縮機進氣通道的再循環通道中的一組引導葉片從葉輪再循環返回至到壓縮機進氣通道的入口。進氣可經由周向地包圍再循環通道的冷卻套在再循環通道中被冷卻。以此方式，可在提高壓縮機效率和發動機性能的同時減輕壓縮機喘振，同時維持固定的幾何形狀以避免增加控制復雜性和制造成本。

作為一個示例，穿過壓縮機入口再循環的空氣可通過包圍再循環通道的冷卻套冷卻。冷卻液循環穿過冷卻套，從而通過再循環通道的冷卻表面從加熱的空氣提取熱量。為了最大化冷卻套的冷卻效果，可在再循環通道中布置結構以導向并延長在再循環空氣與冷卻表面之間的接觸。