CN101532401B - 具有热屏蔽体对中配置的涡轮增压器组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有热屏蔽体对中配置的涡轮增压器组件。一种用于内燃机的涡轮增压器，具有热屏蔽体，该热屏蔽体布置在涡轮增压器的涡轮机壳体与中心壳体之间以将中心壳体从经过涡轮机的废气屏蔽。在一个实施例中，热屏蔽体通过锥形表面与热屏蔽的对中部分接合而在中心壳体的大体上锥形表面上对中。在另一个实施例中，热屏蔽体具有非轴对称的大体上锥形部分，该大体上锥形部分具有接合涡轮机壳体的径向朝内表面以对中热屏蔽体的多个径向扩大的凸角。

Description

具有热屏蔽体对中配置的涡轮增压器组件

技术领域

本发明涉及用于内燃机的涡轮增压器。

背景技术

废气驱动的涡轮增压器是与内燃机结合使用的装置，用于通过压缩空气而增加发动机功率输出，该空气被传递到发动机的进气口以与燃料混合并在发动机中燃烧。涡轮增压器包括安装在压缩机壳体中在轴的一端的压缩机叶轮和安装在涡轮机壳体中在轴的另一端的涡轮机叶轮。典型地，涡轮机壳体与压缩机壳体分开地形成，还有连接在涡轮机壳体与压缩机壳体之间的另一个中心壳体，用以容纳用于轴的轴承。涡轮机壳体限定环绕涡轮机叶轮并从发动机接收废气的大体上环形室。涡轮机组件包括从该室通向涡轮机叶轮的喷嘴。废气从该室通过喷嘴流动到涡轮机叶轮且涡轮机叶轮由废气驱动。因此涡轮机从废气提取动力并驱动压缩机。压缩机通过压缩机壳体的入口接收大气空气，该空气由压缩机叶轮压缩并然后从壳体排出到发动机进气口。

涡轮增压器典型地包括布置在涡轮机组件和中心壳体之间的热屏蔽体或罩，用于屏蔽中心壳体而不直接接触热废气。在一些情况下，热屏蔽体通过与涡轮机壳体接合而在组件中同轴地对中。因此，在涡轮机壳体匹配中心壳体之前的装配期间，没有物体来将热屏蔽体在中心壳体上保持对中，且只要该部分组件定向成其中心纵向轴线不垂直，热屏蔽体就能向下掉落。

尽管前述的涡轮增压器运行良好，可寻求进一步的改进。

发明内容

根据本发明的一个方面，在大体上前述类型的涡轮增压器中，中心壳体具有鼻部，该鼻部限定大体上平坦的第一表面，该第一表面大体上轴向面向涡轮机壳体的大体上平坦的相对表面并从该相对表面隔开，该第一表面从涡轮机叶轮轴向隔开第一轴向距离。鼻部还包括大体上锥形的对中表面，该对中表面从第一表面延伸并在朝着涡轮机叶轮的轴向上直径减小。该对中表面与中心壳体的中心纵向轴线基本上同轴。涡轮增压器包括热屏蔽体，所述热屏蔽体具有捕获在中心壳体的第一表面与涡轮机壳体的相对表面之间的外部、和从该外部朝着涡轮机叶轮大体上轴向延伸的对中部分。中心壳体的对中表面布置为接合热屏蔽体的对中部分，以便将热屏蔽体定位成相对于中心壳体的中心纵向轴线基本上同轴。

在一个实施例中，中心壳体的对中表面与大体上平坦的第二表面结合，该第二表面相对于对中表面位于径向内部，并大体上轴向面向涡轮机叶轮且从涡轮机叶轮轴向隔开第二轴向距离，第二轴向距离小于第一轴向距离。在该实施例的进一步细化中，热屏蔽体包括与对中部分结合并从此径向向内延伸的内部，该内部从对中壳体的第二表面轴向隔开。

在一个实施例中，热屏蔽体包括形成为非平坦构造的一件金属片。

在进一步的实施例中，中心壳体包括大体上圆柱状表面，该表面径向朝外，并相对于第一表面位于径向外部且从涡轮机叶轮轴向隔开比第一轴向距离更大的距离。中心壳体的该大体上圆柱状表面与中心纵向轴线基本上同轴。涡轮机壳体包括大体上圆柱状表面，该表面径向朝内并与中心壳体的大体上圆柱状表面接合以将涡轮机壳体定位成相对于中心壳体同轴。

在该实施例的进一步细化中，接合部(juncture)在涡轮机壳体的大体上圆柱状表面与涡轮机壳体的所述相对表面之间延伸，该接合部包括平滑弯曲的半径范围。

根据本发明的另一方面，热屏蔽体在涡轮机壳体上对中。中心壳体限定大体上平坦的第一表面，该第一表面大体上轴向面向涡轮机壳体的大体上平坦的相对表面并从该相对表面轴向隔开，该第一表面从涡轮机叶轮轴向隔开第一轴向距离。涡轮机壳体包括大体上圆柱状表面，该表面径向朝内并相对于所述相对表面位于径向内部。热屏蔽体具有捕获在中心壳体的第一表面与涡轮机壳体的相对表面之间的外部，和从该外部朝着涡轮机叶轮大体上轴向延伸的对中部分，该对中部分径向向内直接经过涡轮机壳体的大体上圆柱状表面。热屏蔽体的对中部分具有非轴对称构造，该非轴对称构造的特征在于在周向上与多个相对较大半径部分交替设置的多个相对较小半径部分。在较小半径部分与涡轮机壳体的大体上圆柱状表面之间存在径向间隙，而较大半径部分接合涡轮机壳体的大体上圆柱状表面，以便将热屏蔽体定位成相对于涡轮机壳体的中心纵向轴线基本上同轴。

在一个实施例中，热屏蔽体包括与对中部分结合并从其径向向内延伸的内部，该内部从中心壳体轴向隔开。

在一个实施例中，中心壳体包括大体上圆柱状表面，该表面径向朝外，并相对于第一表面位于径向外部且从涡轮机叶轮轴向隔开比第一轴向距离更大的距离，该中心壳体的大体上圆柱状表面与中心壳体的中心纵向轴线基本上同轴。涡轮机壳体包括第二大体上圆柱状表面，该第二大体上圆柱状表面径向朝内并与中心壳体的大体上圆柱状表面接合，以将涡轮机壳体定位成相对于中心壳体同轴。接合部在涡轮机壳体的第二大体上圆柱状表面与涡轮机壳体的所述相对表面之间延伸，接合部包括平滑弯曲的半径范围。

附图说明

已经总体上描述了本发明，现将参考附图，附图不必以实际比例画出，其中：

图1是不包括本发明特征的涡轮增压器组件的部分截面图；

图2是根据本发明一个实施例的涡轮增压器组件的截面图；

图3是图2截面图的放大部分图；

图4是用于图2和图3涡轮增压器中的热屏蔽体的平面图；

图5是根据本发明另一个实施例具有热屏蔽体的涡轮增压器组件的部分截面图；

图6是用于图6组件中的热屏蔽体的平面图；

图7示出了图5热屏蔽体的细节；和

图8是图6热屏蔽体的截面图。

具体实施方式

现将参考附图在后文更全面地描述本发明，在附图中示出了这些发明的一些但不是全部实施例。实际上，这些发明能以许多不同的形式实施且不应当解释为限于在此阐述的实施例；更合适地，提供这些实施例以便本发明满足可应用的法定要求。在全文中同样的附图标记表示同样的元件。

图1是描述不包括根据本发明特征的涡轮增压器组件100的截面图。该组件包括涡轮机壳体110，涡轮机壳体110限定配置用于接收来自内燃机废气的大体上环形或涡旋状室112。从该室径向向内是用于从涡轮机壳体排出废气的轴向延伸中心孔114。安装在可旋转轴130一端上的涡轮机叶轮120定位在该孔的上游区域。涡轮机壳体限定从室112径向向内通向涡轮机叶轮的喷嘴116。废气从室112流动通过喷嘴116并通过涡轮机叶轮120膨胀，然后通过孔114排出。

组件100还包括附接于涡轮机壳体110一侧的中心壳体140。中心壳体具有用于轴130穿过的通道142，且该通道接纳用于轴的一个或多个轴承(未示出)。

为了将中心壳体140从经过涡轮机叶轮的热废气屏蔽，组件还包括捕获在涡轮机壳体110与中心壳体140之间的大体上环状热屏蔽体160。在这点上，中心壳体限定大体上平坦的表面115，表面115大体上轴向面向涡轮机壳体的大体上平坦的相对表面115并从该相对表面115轴向隔开。热屏蔽体160具有捕获在中心壳体表面145与涡轮机壳体相对表面115之间的径向外部，和从外部径向向内延伸并布置成将中心壳体基本上屏蔽废气的径向内部。

当装配组件100时，热屏蔽体160通过热屏蔽体的径向外缘162与涡轮机壳体的基本上圆柱状径向朝内表面117之间的接合而定位成相对于中心壳体140基本上同轴。涡轮机壳体的该表面117接合中心壳体的基本上圆柱状径向朝外表面146，以便将涡轮机壳体定位成相对于中心壳体基本上同轴。热屏蔽体160然后定位成相对于涡轮机壳体表面117基本上同轴，且因此也相对于中心壳体基本上同轴。结果，为了避免涡轮机壳体表面117与115之间的尖角，在这些表面之间的接合部处机加工凹部118是必要的。

已经发现该凹部118由于周期性热诱导应力和应变倾向于破裂。这种配置的另一个缺点是没有物体来将热屏蔽体160定位成相对于中心壳体同轴，直到涡轮机壳体设置在中心壳体上。如果该组件没有定向成使得其中心轴线是竖直的(在装配期间通常如何)，那么热屏蔽体倾向于向下滑动到不期望的偏心位置。

本发明目的在于至少部分地减轻或降低这些缺点的严重性。在图2和图3示出了根据本发明的一个实施例的涡轮增压器组件200。该组件包括如前述实施例的涡轮机叶轮120和轴130，因此在此将不再描述这些部分。本实施例的涡轮机壳体110’相对于前述涡轮机壳体110稍微修改，如将在后面进一步描述的那样，但是在大多数方面与前述壳体是一样的。如在前述实施例中，涡轮机壳体110’具有圆柱状表面117，圆柱状表面117接合中心壳体的圆柱状表面246以将涡轮机壳体定位成相对于中心壳体同轴。该中心壳体包括从涡轮机壳体的相对轴向面向表面115隔开的基本上平面轴向面向表面245。

组件200包括修改的热屏蔽体260(在图4中以独立平面图示出)，中心壳体240也相对于前述实施例修改。更具体地，在组件200中热屏蔽体260通过接合中心壳体而不是涡轮机壳体来基本上同轴定位。在这点上，中心壳体具有靠近涡轮机叶轮120的鼻部，该鼻部包括大体上锥形对中表面248，该对中表面248从表面245的径向内缘延伸并在朝着涡轮机叶轮的轴线方向直径减小，该对中表面与中心壳体的中心纵向轴线基本上同轴。鼻部还包括大体上平坦的表面249，表面249相对于对中表面248位于径向内部，并大体上轴向面向涡轮机叶轮且以小于表面245与涡轮机叶轮之间轴向距离的轴向距离从涡轮机叶轮轴向隔开。

热屏蔽体260具有捕获在中心壳体的表面245与涡轮机壳体的相对表面115之间的外部、从该外部朝着涡轮机叶轮大体上轴向延伸的对中部分264和从该对中部分径向向内延伸的内部。中心壳体的对中表面248布置为以接合热屏蔽体的对中部分264以便将热屏蔽体定位成相对于中心壳体的中心纵向轴线基本上同轴。

因此通过在中心壳体240上对中热屏蔽体260，热屏蔽体的外缘262可具有比涡轮机壳体表面117显著更小的半径。这继而允许在表面117与邻接表面115之间的接合部形成为大半径119。这种半径对于基本上减少在这个位置热破裂的发生是期望的。

组件200的进一步优势是：由于热屏蔽体260并不依赖于涡轮机壳体110’来对中，而是通过中心壳体对中，热屏蔽体相比于前述的实施例在装配期间几乎不会从其对中位置滑动。这便于涡轮增压器的更简单装配。

现参考图5到8描述本发明的进一步实施例。图5描述了涡轮增压器组件300，涡轮增压器组件300包括与图2实施例相同的涡轮机壳体110’、涡轮机叶轮120和轴130，并具有修改的中心壳体340和修改的热屏蔽体360。在该实施例中，热屏蔽体360通过涡轮机壳体110’而不是中心壳体对中。热屏蔽体在图6到8进一步详细地示出。

如前述的实施例中，涡轮机壳体110’具有圆柱状表面117，该表面117接合中心壳体的圆柱状表面346以将涡轮机壳体定位成相对于中心壳体同轴。中心壳体包括从涡轮机壳体的相对轴向面向表面115隔开的基本上平面的轴向面向表面345。

热屏蔽体360包括在表面345与115之间捕获的外部，并包括对中部分364，对中部分364接合涡轮机壳体的径向朝内的基本上圆柱状表面113以相对于涡轮机壳体基本上对中热屏蔽体。根据本实施例，对中部分364具有如图6所示的非轴对称构造。更具体地，对中部分具有带有距热屏蔽体的中心C的相对较大直径的四个“凸角”366。凸角366围绕热屏蔽体的周边以近似90°的间隔周向隔开。在凸角366之间该对中部分具有半径为R的相对较小半径部分368。每个凸角366包括从位于以热屏蔽体的中心C为中心、半径为J的圆上的点画弧(strike)的圆弧，该圆弧具有半径r。J与r之和大于R。在较小半径部分368与涡轮机壳体的大体上圆柱状表面113之间存在径向间隙，而较大半径部分或凸角366接合表面113以将热屏蔽体定位成相对于涡轮机壳体的中心纵向轴线基本上同轴。

该实施例再次允许涡轮机壳体被机加工或形成为具有在表面117与115之间的大半径119。“带凸角”的热屏蔽体360的进一步优势是：当较大半径部分或凸角366倚着涡轮机壳体表面113热膨胀(并由其限制膨胀)时，较小半径部分368能够热膨胀以帮助减轻热诱导应力。

前述的本发明实施例也具有优点：中心壳体表面245、235及相对涡轮机壳体表面115(这在图1的实施例中由热屏蔽体160填充)之间的一些空间不被热屏蔽体占用而是空气空间，这帮助减少从相对热的涡轮机壳体到相对冷的中心壳体的热交换。

可作前述实施例的变型。例如，中心壳体的对中表面在图3中示出为锥形，但它可为仅“大体上锥形”，在该意义上其在朝着涡轮机叶轮的轴向方向尺寸变得更小而不必在轴向截面上为直线。而且，热屏蔽体360描述为具有四个凸角366，但是它可以具有不同数量的凸角。

因此，本领域技术人员能想到在此阐述本发明的许多修改和其它实施例，本发明适合具有前述描述和附图中介绍的教导益处。因此，需要理解的是本发明并不局限于特定公开的实施例，且修改和其它实施例均包含在所附权利要求的范围内。尽管在此使用了具体术语，它们仅用于一般性和描述性含义，而不是为了限定的目的。

Claims (12)

1.一种用于涡轮增压器的组件，包括：

涡轮机，该涡轮机包括涡轮机壳体和涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮安装在涡轮机壳体内，并连接到可旋转轴以随其旋转；

用以容纳用于轴的轴承的中心壳体，该中心壳体具有邻近涡轮机叶轮的鼻部；和

布置在中心壳体与涡轮机壳体之间的热屏蔽体；

该鼻部限定大体上平坦的第一表面，该第一表面大体上轴向面向涡轮机壳体的大体上平坦的相对表面并从该相对表面轴向隔开，该第一表面以第一轴向距离从涡轮机叶轮轴向隔开，该鼻部还包括大体上锥形的对中表面，该对中表面从第一表面延伸并在朝着涡轮机叶轮的轴向方向上直径减小，该对中表面与中心壳体的中心纵向轴线基本上同轴；

该热屏蔽体具有捕获在中心壳体的第一表面与涡轮机壳体的相对表面之间的外部和从该外部朝着涡轮机叶轮大体上轴向延伸的对中部分，中心壳体的对中表面布置为接合热屏蔽体的对中部分以便将热屏蔽体定位成相对于中心壳体的中心纵向轴线基本上同轴。

2.根据权利要求1所述的组件，其中，中心壳体的对中表面与大体上平坦的第二表面结合，该第二表面相对于对中表面位于径向内部，并大体上轴向面向涡轮机叶轮且以小于第一轴向距离的第二轴向距离从涡轮机叶轮轴向隔开。

3.根据权利要求2所述的组件，其中，热屏蔽体包括与对中部分结合并从其径向向内延伸的内部，该内部从中心壳体的第二表面轴向隔开。

4.根据权利要求1所述的组件，其中，中心壳体包括大体上圆柱状表面，该大体上圆柱状表面径向朝外，并相对于第一表面位于径向外部且以大于第一轴向距离的距离从涡轮机叶轮轴向隔开，中心壳体的该大体上圆柱状表面与中心纵向轴线基本上同轴，且涡轮机壳体包括大体上圆柱状表面，该大体上圆柱状表面径向朝内并与中心壳体的大体上圆柱状表面接合以将涡轮机壳体定位成相对于中心壳体同轴。

5.根据权利要求4所述的组件，其中，接合部从涡轮机壳体的所述大体上圆柱状表面与涡轮机壳体的所述相对表面之间延伸，该接合部包括平滑弯曲的半径范围。

6.根据权利要求5所述的组件，其中，热屏蔽体的径向最外缘从接合部径向向内隔开。

7.一种用于涡轮增压器的组件，包括：

涡轮机，该涡轮机包括涡轮机壳体和涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮安装在涡轮机壳体内，并连接到可旋转轴以随其旋转；

用以容纳用于轴的轴承的中心壳体，该中心壳体限定大体上平坦的第一表面，该第一表面大体上轴向面向涡轮机壳体的大体上平坦的相对表面并从该相对表面轴向隔开，该第一表面以第一轴向距离从涡轮机叶轮轴向隔开；

涡轮机壳体还包括大体上圆柱状表面，所述大体上圆柱状表面径向朝内并相对于所述相对表面位于径向内部；

布置在中心壳体与涡轮机壳体之间的热屏蔽体，该热屏蔽体具有捕获在中心壳体的第一表面与涡轮机壳体的相对表面之间的外部和从该外部朝着涡轮机叶轮大体上轴向延伸的对中部分，该对中部分径向向内直接经过涡轮机壳体的大体上圆柱状表面，该对中部分具有非轴对称构造，该非轴对称构造的特征在于与多个相对较大半径部分在周向方向上交替设置的多个相对较小半径部分，在较小半径部分与涡轮机壳体的大体上圆柱状表面之间存在径向间隙，较大半径部分接合涡轮机壳体的大体上圆柱状表面以便将热屏蔽体定位成相对于涡轮机壳体的中心纵向轴线基本上同轴。

8.根据权利要求7所述的组件，其中，热屏蔽体包括与对中部分结合并从其径向向内延伸的内部，该内部从中心壳体轴向隔开。

9.根据权利要求7所述的组件，其中，所述中心壳体包括大体上圆柱状表面，该大体上圆柱状表面径向朝外，并相对于第一表面位于径向外部且以大于第一轴向距离的距离从涡轮机叶轮轴向隔开，中心壳体的该大体上圆柱状表面与中心壳体的中心纵向轴线基本上同轴，且涡轮机壳体包括第二大体上圆柱状表面，该第二大体上圆柱状表面径向朝内并与中心壳体的大体上圆柱状表面接合以将涡轮机壳体定位成相对于中心壳体同轴。

10.根据权利要求9所述的组件，其中，接合部从涡轮机壳体的第二大体上圆柱状表面与涡轮机壳体的所述相对表面之间延伸，该接合部包括平滑弯曲的半径范围。

11.根据权利要求10所述的组件，其中，所述热屏蔽体的径向最外缘从接合部径向向内隔开。

12.根据权利要求7所述的组件，其中，所述热屏蔽体具有围绕热屏蔽体的周边间隔开的四个相对较大半径部分。