CN101649759A - 带有整体进口开口和出口开口的涡轮增压器壳体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及带有整体进口开口和出口开口的涡轮增压器壳。本发明的示例性实施例涉及用于内燃机的涡轮增压器，并且更具体地涉及用于将涡轮增压器和内燃机流体连接的设备和方法。在一个实施例中，提供了涡轮增压器壳体。涡轮增压器壳体包括限定出涡室的涡轮壳体。该涡轮增压器壳体还包括从该涡轮壳体延伸的第一壳体支撑件。该第一壳体支撑件与该涡轮壳体整体形成并且该第一壳体支撑件限定出进口开口和出口开口，进口开口和出口开口中的每个都与该涡室流体连通。
Description
技术领域
[0001]本发明的示例性实施例涉及用于内燃机的涡轮增压器，更具体地涉及用于将涡轮增压器和内燃机流体连接的设备和方法。
背景技术
[0002]涡轮增压器与内燃机一起使用用来提供改进的性能。这样做，涡轮增压器将压缩空气供应到发动机的进气系统。典型地，涡轮增压器利用从发动机排出的废气获得能量。废气按照路径传送到通过轴连接到压缩机的涡轮中。来自发动机的废气旋转涡轮和相关联的压缩机，该压缩机将空气泵入发动机进气系统。
[0003]涡轮增压器典型地安装到发动机部件，例如排气歧管，并且流体连接到发动机的排气系统和进气系统。通常发动机包括位于发动机和涡轮增压器之间的液力耦合器，用于流体连接排气系统和废气再循环(EGR)设备。在另一种设置中，用于EGR的液力耦合器位于涡轮增压器的涡轮壳体涡壳中。然而，这些设置已经被证明是不合需要的。因此，希望的是提供一种用于将涡轮增压器和EGR系统流体连接到发动机进气部件的改进方法和设备。
发明内容
[0004]在一个实施例中，提供涡轮增压器壳体。涡轮增压器壳体包括限定出涡室的涡轮壳体。涡轮增压器壳体还包括从该涡轮壳体延伸的第一壳体支撑件。第一壳体支撑件与涡轮壳体是整体形成的，并且第一壳体支撑件限定出进口开口和出口开口，每个开口都与涡室流体连通。
[0005]在又一个实施例中，提供一种用于为涡轮增压器壳体的涡室提供废气进口开口和废气出口开口的方法。该方法包括将涡轮增压器壳体的流体进口开口定位在涡轮增压器壳体的第一壳体支撑件中。该第一壳体支撑件与涡轮增压器壳体整体形成并从限定出涡室的涡轮壳体延伸。该流体进口开口经由通过第一壳体支撑件延伸的排气通道与涡室流体连通。该方法进一步包括将涡轮增压器壳体的流体出口开口定位在涡轮增压器壳体的第一壳体支撑件中。该流体出口开口经由通过第一壳体支撑件延伸的排气通道与涡室流体连通。
附图说明
[0006]仅仅通过举例的方式，其他特征、优点和细节体现在接下来对实施例的描述、参考附图的描述中，其中：
[0007]图1是根据本发明示例性实施例的涡轮增压器壳体的透视图；
[0008]图2是图1所示的涡轮增压器壳体的另一个透视图；
[0009]图3是根据本发明示例性实施例的涡轮壳体的透视图；
[0010]图4是图3所示的涡轮壳体的另一个透视图；
[0011]图5是沿图3中线5-5截取的截面视图；
[0012]图6是图1所示的涡轮壳体的局部放大图；
[0013]图7是图2所示的涡轮壳体的局部放大图；和
[0014]图8是沿图6中线8-8截取的截面视图。
具体实施方式
[0015]现在参考图1和2，图示了涡轮增压器组件10。涡轮增压器组件包括具有涡轮壳体14的壳体12、第一壳体支撑件16和第二壳体支撑件17。涡轮壳体14限定出用于容纳排气涡轮转子20的第一涡室18。壳体12进一步包括压缩机壳体21，该压缩机壳体21限定出用于容纳压缩机转子24的第二涡室22。排气涡轮转子和压缩机转子通过轴(未示出)相互连接，该轴允许排气涡轮和压缩机转子的转动。
[0016]第一和第二壳体支撑件16、17构造成用于支撑涡轮增压器组件10的部件以及涡轮增压器组件10到发动机11的结构的附接，见图3。第一壳体支撑件16限定出适用于流体连接到发动机排气供给的进口开口26和适用于流体连接到发动机另一个排气部件例如废气再循环(EGR)装置的出口开口28。进口开口和出口开口的流体连接通过连接件54实现。进口开口和出口开口通过形成在第一壳体支撑件16内的排气通道30(见图5)彼此流体连通。第一壳体支撑件也通过排气通道30与第一涡室18进一步流体连通，见图8。因此，排气通道形成从进口开口26到出口开口28的第一流路“F1”和从进口开口26到第一涡室18的第二流路“F2”。
[0017]在运行中，参考图6和8，废气通过进口开口26接收在排气通道30内。废气部分地通过流路F1转向到第一涡室18，以及通过流路F2转向到EGR装置。行进到第一涡室18的废气接合与排气涡轮转子20关联的叶片，使排气涡轮转子转动，从而使压缩机转子24转动。接合排气涡轮转子叶片的废气随后通过排气端口32排出涡轮壳体以进一步沿着发动机的排气系统(未示出)行进。由于压缩机转子的转动，与压缩机转子关联的叶片通过进气端口34将空气吸入到第二涡室22中。通过进气端口吸入的空气经由压缩端口36排出涡轮增压器。
[0018]相对于涡轮壳体14以及第一壳体支撑件16和第二壳体支撑件17的外部形状，参考图3-5，涡轮壳体和壳体支撑件包括第一侧面38和相反设置的第二侧面40。相反设置的边缘部分42、44设在涡轮壳体和壳体支撑件的各侧面上，并且在一个非限制性实施例中，第一侧面38和第二侧面40大体垂直于边缘部分42、44。
[0019]相对于第一壳体支撑件16和第二壳体支撑件17，壳体支撑件构造成为涡轮增压器组件10提供支撑以及将涡轮增压器组件安装到例如发动机或发动机部件的一结构。在一个实施例中，参考图6和7，第一壳体支撑件16和第二壳体支撑件17包括从涡轮壳体14并沿涡轮壳体的边缘部分42、44延伸的一对支腿。其他构造也是可能的。例如，第一和第二壳体支撑件可组合到形成单个支腿的单个壳体支撑件中。此外，可以形成多于两个的壳体支撑件和支腿。
[0020]第一壳体支撑件16和第二壳体支撑件17包括一个或多个用于将涡轮增压器壳体12附接到一结构(例如发动机11)的安装部件。在一种构造中，所述一个或多个安装部件包括从第一壳体支撑件16和第二壳体支撑件17延伸的一个或多个凸缘。例如，参见图3，6和7，第一壳体支撑件16包括从涡轮壳体14的第一侧面38和涡轮壳体的第二侧面40延伸的第一安装凸缘50。第二壳体支撑件17包括从涡轮壳体的第一侧面38伸出的第二安装凸缘51。应当理解的是其他凸缘构造也是可能的并且落入本发明的范围内。
[0021]从第一壳体支撑件16和第二壳体支撑件17延伸的安装凸缘50、51包括用来将凸缘以及因此涡轮增压器组件10附接到发动机11的一个或多个开口52。该开口构造成用于接收或者接合例如螺栓的机械紧固件以将涡轮增压器组件固定到发动机上。同样，在一个示例性实施例中，第一安装凸缘50和第二安装凸缘51包括安装表面53，该安装表面具有与其接合的结构部件一致的表面轮廓。这种安装表面可在涡轮壳体14的第一侧面和第二侧面之间延伸。
[0022]相对于发动机部件，涡轮增压器组件可附接到发动机缸体、气缸盖、进气或排气歧管或者其他发动机部件上。可替换地，涡轮增压器组件可附接到非发动机部件上，例如框架构件(例如车架或其他)、仪表板构件或其他。
[0023]第一壳体支撑件16进一步包括一个或多个进口开口26和一个或多个出口开口28。如前所述进口开口和出口开口构造成以接收通过其流动的流体并与排气通道30流体连通。如图5-7所示，进口开口26形成在第一壳体支撑件16的第一侧面38上并且包括具有进口轴线Ai的大体圆柱形进口通道。出口开口28形成在第一壳体支撑件16的第二侧面40上并且包括具有出口轴线Ao的大体圆柱形出口通道。在一种构造中，进口轴线和出口轴线是经过进口开口和出口开口的中心。在另一种构造中，进口轴线和出口轴线经过开口的其他部分。在一个实施例中，进口轴线和出口轴线彼此平行。在另一个实施例中，进口轴线和出口轴线彼此相交。在又一个实施例中，在从涡轮壳体14的第一侧面38或第二侧面40看时，进口开口和出口开口是以重叠关系对齐的。
[0024]如前所述，进口开口26和出口开口28与由第一壳体支撑件形成的排气通道30流体连通。为了提供合适的流体流，该排气通道包括合适的横截面面积以维持合适的流体压力和朝向第一涡室18以及出口开口28的流动。例如，可以预期的是排气通道30(例如第一流路F1、第二流路F2或者该两条流路两者)的横截面面积与进口开口26的开口面积大体相等。然而，在可替换实施例中，排气通道的横截面面积大于或小于进口开口的开口面积的横截面面积从而改变流动特性(例如流速)、流型(例如层流，湍流或过渡流)或其他。
[0025]如前所述，进口开口26和出口开口28包括用来附接到相应的流体部件例如排气部件、EGR装置或其他的连接件54。在图3、4、6和7所示的实施例中，一个或多个连接件54包括具有配合表面58的凸缘56，该配合表面58用于接合相应的流体部件55。有利地，这种附接通过布置在凸缘56的配合表面58和相应的流体部件55之间的密封特征(例如垫片、密封材料、粘合剂等等)进一步增强。同样地，凸缘包括便于这种操作的附接特征。同安装凸缘一样，在一个非限制性实施例中，附接特征包括一个或多个机械紧固件(例如螺栓)，这些机械紧固件适用于通过相应的部件的开口延伸以接合形成在凸缘56的开口60内的螺纹。
[0026]涡轮增压器壳体12可由能够承受与发动机关联的高温以及能够提供所需结构支撑的任何合适材料制成。类似地，涡轮增压器壳体可通过任何合适的方式(例如铸造、模制、注模等)形成并且根据需要可进一步进行机加工。形成涡轮增压器壳体的材料可包括金属、金属合金、陶瓷及其组合或者任何其他合适的材料。在一个实施例中，形成涡轮增压器壳体的材料包括或包含铸铁，例如高温铸铁。在另一个实施例中，形成涡轮增压器壳体的材料包括或包含硅钼铸铁(Si-Mo铁)。
[0027]在另一个实施例中，提供一种为涡轮壳体14提供排气进口开口26和排气出口开口28的方法。该方法包括将流体进口开口26定位在涡轮增压器壳体12的第一壳体支撑件16中。第一支撑件部分与涡轮壳体14整体形成，并且从限定出涡轮增压器壳体的第一涡室18的涡轮壳体的一部分延伸。流体进口开口通过延伸通过第一壳体支撑件的排气通道30与第一涡室流体连通。该方法进一步包括将涡轮壳体14的流体出口开口28定位在涡轮增压器壳体12的第一壳体支撑件16中。该流体出口开口通过延伸通过第一壳体支撑件的排气通道30与第一涡室18流体连通。在一个实施例中，进口开口26布置在第一壳体支撑件的第一侧面38上，以及出口开口28定位在第一壳体支撑件的第二侧面40上。在一个特定实施例中，进口开口26与出口开口28对齐，并且第一壳体支撑件16的第一侧面38与第一壳体支撑件的第二侧面相反，其中进口开口的轴线Ai与出口开口的轴线Ao对齐。该方法进一步构想涡轮增压器壳体12包括第二壳体支撑件17，第二壳体支撑件17从第一涡室延伸并且与涡轮壳体14整体形成。第一壳体支撑件16和第二壳体支撑件17提供用于将涡轮增压器壳体12安装到发动机11上的一对安装表面53。
[0028]如上所述，涡轮增压器壳体12提供了一种用于将涡轮增压器结合到发动机的改进设备和方法。应当认识到的是，这里的设备和方法可用于许多不同的非限制性发动机应用。例如，该设备和方法可与孤立发动机一起使用，例如发电发动机、压缩机发动机或其他。当然，该设备和方法可用于交通工具的应用，包括汽车、航空器、船只、铁路等等。
[0029]上述实施例改进并简化了涡轮增压器与发动机的集成。一体的壳体结构通过使废气进口和EGR出口包括在涡轮增压器壳体的支撑部分而将废气进口和EGR出口与涡轮增压器的涡轮壳体合并从而提供紧凑的设计。同样，一体的涡轮壳体结构使涡轮壳体与具有废气进口和EGR出口的壳体支撑件集成从而形成一体结构。这种集成消除了对于在涡轮增压器壳体和发动机之间的额外的流体连接件以使发动机流体连接到EGR的需要。另外，独立的流体连接件(例如凸缘或其他)的数量也通过流体连接件与涡轮增压器涡轮壳体的结合而减少。此外，省略上游EGR连接件减少了通向涡轮增压器的废气所需的容积率，这改进了发动机性能并降低了EGR系统的限制。
[0030]虽然已经描述和图示了示例性实施例，但是本领域技术人员可以理解的是，在不偏离本发明范围的前提下可作出各种改变，以及可对其元件进行等同替换。另外，在不偏离本发明实质范围的前提下根据教导作出多种改变以适应具体条件或材料。因此，目的是不将本发明限定到实施本发明的最佳实施方式所公开的具体实施例，而是本发明包括落入本申请范围内的所有实施例。
Claims (14)
1.一种涡轮增压器壳体，包括：
限定涡室的涡轮壳体；和
从所述涡轮壳体延伸的第一壳体支撑件，所述第一壳体支撑件与所述涡轮壳体整体形成，所述第一壳体支撑件限定进口开口、出口开口和排气通道，所述排气通道将进口开口流体连接到出口开口以及将进口开口流体连接到所述涡室。
2.如权利要求1所述的涡轮增压器壳体，其特征在于所述进口开口布置在所述第一壳体支撑件的第一侧面上，以及该出口开口布置在所述第一壳体支撑件的第二侧面上。
3.如权利要求2所述的涡轮增压器壳体，其特征在于该进口开口与该出口开口轴向对齐。
4.如权利要求2所述的涡轮增压器壳体，其特征在于该第一壳体支撑件的第一侧面与该第一壳体支撑件的第二侧面相反。
5.如权利要求4所述的涡轮增压器壳体，其特征在于该进口开口与该出口开口轴向对齐。
6.如权利要求1所述的涡轮增压器壳体，进一步包括从该涡轮壳体延伸并与该涡轮壳体整体形成的第二壳体支撑件，该第一壳体支撑件和第二壳体支撑件提供用于将该涡轮壳体安装到结构上的一对安装表面。
7.如权利要求1所述的涡轮增压器壳体，其特征在于该进口开口的中心轴线与该出口开口的中心轴线对齐。
8.如权利要求1所述的涡轮增压器壳体，其特征在于该进口开口是废气进口开口，以及该出口开口是废气出口开口。
9.如权利要求1所述的涡轮增压器壳体，进一步包括从该涡轮壳体延伸的第二壳体支撑件，该第二壳体支撑件与该涡轮壳体整体形成，该第一壳体支撑件和该第二壳体支撑件提供用来将该涡轮壳体安装到结构上的一对安装表面，并且其中该进口开口布置在该第一壳体支撑件的第一侧面上，以及该出口开口布置在该第一壳体支撑件的第二侧面上，以及这对安装表面中的一个布置在该第一壳体支撑件的第一表面和该第一壳体支撑件的第二表面之间。
10.如权利要求9所述的涡轮增压器壳体，其特征在于该进口开口与该出口开口轴向对齐，以及该第一壳体支撑件的第一侧面和该第一壳体支撑件的第二表面相反。
11.一种用于为涡轮增压器壳体提供排气进口开口和排气出口开口的方法，该方法包括：
将该涡轮增压器壳体的流体进口开口定位在该涡轮增压器壳体的第一壳体支撑件中，该第一壳体支撑件与限定涡室的涡轮壳体整体形成，该流体进口开口通过定位在该第一壳体支撑件内的排气通道与该涡室流体连通；和
将该涡轮增压器壳体的流体出口开口定位在该涡轮增压器壳体的第一壳体支撑件中，该流体出口开口通过该排气通道与该流体进口开口流体连通。
12.如权利要求11的方法，其特征在于该进口开口定位在该第一壳体支撑件的第一侧面上，以及该出口开口定位在该第一壳体支撑件的第二侧面上。
13.如权利要求11的方法，其特征在于该进口开口与该出口开口轴向对齐，以及该进口开口定位在该第一壳体支撑件的第一侧面上，以及该出口开口定位在该第一壳体支撑件的第二表面上，以及该第一壳体支撑件的第一侧面与该第一壳体支撑件的第二侧面相反，并且该进口开口是废气进口开口，以及该出口开口是废气出口开口。
14.如权利要求11的方法，其特征在于该涡轮增压器壳体进一步包括从该涡轮壳体延伸并与该涡轮增压器壳体整体形成的第二壳体支撑件，该第一壳体支撑件和第二壳体支撑件提供用来将涡轮增压器壳体安装到结构上的一对安装表面，以及该进口开口的中心轴线与该出口开口的中心轴线对齐。
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