CN101668927A - 废气涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于机动车的涡轮增压器，此涡轮增压器具有压缩机外壳(116)、涡轮机外壳(106)和轴承箱(124)，该轴承箱具有至少一个压缩机侧的法兰(122)，其中借助设置在压缩机侧的法兰(122)上的固定工具(130)将涡轮机外壳(106)与轴承箱(124)传力连接。因此可以完全自动化地实现涡轮增压器的组装。

Description

废气涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种废气涡轮增压器。
背景技术
对于传统的、未增压的内燃机来说，在吸入空气时在吸入侧产生负压，此负压随着发动机转速的提高而提高且限制了发动机理论上可达到的功率。克服这一点并因而提高功率的可能性是应用废气涡轮增压器(ATL)。废气涡轮增压器或简称涡轮增压器是用于内燃机的增压系统，内燃机的气缸借助此增压系统而被加载提高的增压压力。
详细构造和工作模式通常是已知的，例如在2006年9月的Hans-Peter Schmalzl的文献“具有带可变涡轮机几何造型的废气涡轮增压器的小型汽车柴汽油机(Aufladung von PKW DI Ottomotorenmit Abgasturboladern mit variabler Turbinengeometrie)”中已有阐述，因此下面只作简短地说明。涡轮增压器由废气流(排流通道)中的废气涡轮机构成，此废气涡轮机通过一个共同的轴与吸入区域(吸入通道)中的压缩机相连。涡轮机通过发动机的废气流置身于旋转之中，并且这样来驱动压缩机。压缩机提高了发动机的吸入区域内的压力，因此与传统的吸气发动机相比，会有更多的空气通过压缩在吸入节拍中进入内燃机的气缸中。因此为燃烧提供了更多的氧气。由于提高了发动机的平均压力，所以显著地提高了扭矩和功率输出。增压是指输入更多的新鲜空气并结合入口侧的压缩过程。因为用于涡轮增压的能量是从快速流动、非常热的废气中提取的，所以提高了内燃机的整体效率。
对ATL提出了很高的要求。这首先是由超过1000℃的废气高温、按转速范围完全不同的气体量以及可高达400,000的最高转速决定的。此外，传统的ATL是由涡轮机外壳和压缩机外壳组接而成，这两者固定在轴承箱上。轴承箱为此具有涡轮机侧的法兰和压缩机侧的法兰，其中涡轮机外壳借助固定工具优选通过螺栓与涡轮机侧的法兰相连。涡轮机外壳的温度通过热废气流按转速可加热到不同的高温，而轴承箱尤其由于压缩机侧的空气冷却则继续留在正常的温度范围内。因此，尤其沿着从涡轮机外壳到轴承箱的螺栓，会出现时间上严重波动且局部还非常高的温度梯度。螺栓为了能在涡轮机外壳上施加必要的拉应力，它们必须有足够的预应力，以便涡轮机外壳在整个运行温度范围内能够传力连接且形状配合连接地与轴承箱相连。申请人的试验表明，尤其在废气温度非常的情况下，螺栓在更高的转速范围内由于螺栓的热膨胀会对预应力不利。危险是，螺栓头从轴承箱的涡轮机侧的法兰中脱出，从而不能确保涡轮机外壳和轴承箱之间的可靠连接。尤其还存在着不密封的危险，因为涡轮机外壳通常具有贯穿的孔口。此外，螺栓必须由昂贵的特殊物料制成，以便承受很高的负载。用来把涡轮机外壳固定在轴承箱上的螺栓的凹槽处在很难进入的位置上，因为轴承箱由于构造原因在压缩机轮和涡轮之间具有更小的内径。因此必须为了将涡轮机外壳与轴承箱对接而手动地旋入固定工具。
发明内容
本发明的目的是，减少前面所述的缺点。
按本发明，此目的通过具有专利权利要求1特征的涡轮增压器得以实现，并通过具有专利权利要求8特征的方法得以实现。
其中：
-提供一种用于机动车或在机动车中的涡轮增压器，此涡轮增压器具有压缩机外壳、涡轮机外壳和轴承箱，轴承箱具有至少一个压缩机侧的法兰，其中借助设置在压缩机侧的法兰上的固定工具将涡轮机外壳与轴承箱传力连接。
-提供一种组装涡轮增压器的方法，其中在第一制造步骤中把轴承箱放置在涡轮机外壳上，紧接着在下一个制造步骤中为固定涡轮机外壳而装入按本发明的固定工具并用机器拧紧，在下一个制造步骤中装上压缩机外壳。
基于本发明的理念在于，涡轮机外壳借助固定工具来固定，此固定工具施加轴承箱的压缩机侧的法兰的拉应力。优点是，由于现在按本发明的固定工具的长度明显更长，所以温度梯度降低了，即固定工具的平均温度降低了，由温度决定的固定工具的长度变化在螺栓的长度方面明显更小。申请人的试验表明，借助按本发明的固定工具，即使在废气温度很高时，也有巨大的预应力从固定工具上施加到涡轮机外壳上。此外还可能的是，由于平均温度更低，可以为固定工具使用更划算的物料。
应用按本发明的固定工具的另一优点在于，提供了一种用机器安装涡轮增压器的方法，在此方法中螺栓头最初是可自由进入的。涡轮机外壳的制造明显更简单且更划算。
本发明的有利构造和改进由从属权利要求及结合附图的描述得出。
按一个实施例，轴承箱的压缩机侧的法兰具有用来容纳固定工具的成型部。因此，固定工具的头部可最深入地埋入轴承箱的压缩机侧的法兰中。有利的是，固定工具设计成起拉杆作用的螺栓。
按另一个实施例，螺栓的螺纹长度不长于涡轮机外壳的厚度。还有利的是，螺栓在螺纹区域内具有比杆直径更大的直径。因此在高的温度负载区域内，可以提供更大的材料横截面来接收牵引力。
按另一实施例，有利的是，螺栓的螺纹构成为自动密封的螺纹。
还有利的是，固定工具尤其螺栓具有带内置啮合部例如六角形孔的头部。
附图说明
下面借助在附图中说明的实施例来详细地阐述本发明。
其中：
图1示意性地示出了按本发明如何固定涡轮机外壳；
图2a在示意性的草图中示出了废气涡轮增压器，其中涡轮机外壳是按现有技术进行固定的；
图2b示意性地详细示出了涡轮机外壳的固定。
具体实施方式
只要没有作其它不同的说明，则在附图中相同的附图标记表示相同和功能相同的部件、特征和大小。
图2a示出了按现有技术的废气涡轮增压器102的草图，其具有涡轮机118和压缩机116。涡轮108可旋转地支承在废气涡轮机118的涡轮机外壳106的内部并与轴110的一个端部相连。压缩机轮104同样可旋转地支承在压缩机116的压缩机外壳100的内部并与轴110的另一个端部相连。热废气通过涡轮机入口112从此处未示出的内燃机进入涡轮机118中，从而使涡轮118置身于旋转之中。废气流通过涡轮机出口114离开涡轮机118。涡轮机118通过把涡轮108耦合到压缩机轮104上的轴110驱动压缩机116。在流出侧，涡轮机外壳106借助螺栓107固定在轴承箱124的涡轮机侧的法兰123上。在流入侧，压缩机外壳100固定在轴承箱124的压缩机侧的法兰122上。
图2b示意性地详细示出了按现有技术的废气涡轮增压器。相应地，涡轮机外壳106借助短螺栓107固定在轴承箱124的涡轮机侧的法兰123上。因为基于构造原因轴承箱124的直径在压缩机侧的法兰122和涡轮机侧的法兰123之间明显更小并且轴承箱具有用于容纳螺栓头的凹槽125，所以必须手动地、耗费时间地插入涡轮机外壳的螺旋件，并拧紧。
图1示意性地示出了按本发明如何把涡轮机外壳106固定在轴承箱124上。形状配合连接地设置在轴承箱124的涡轮机侧的法兰123上的涡轮机外壳106包围着设置于轴120上的涡轮108。涡轮机外壳106和轴承箱124之间的传力连接是借助长螺栓130产生的，此长螺栓130通过压缩机侧的法兰122的凹槽插入。构成为拉杆的长螺栓130具有预应力，用来在废气温度很高时也能可靠地将涡轮机外壳106固定在轴承箱124上。螺栓130具有螺纹部位132，此螺纹部位132优选完全旋入涡轮机外壳106中。申请人的试验还表明，如果压缩机侧的法兰122具有用来容纳螺栓130的螺栓头133凹槽，则是有利的。因此，可以减少待压缩的空气混合物在压缩机侧上的干扰性回旋。还可以考虑使用其它固定方式作为螺旋连接件，例如撑螺栓或者借助铆钉的接插连接件或保险环。
按本发明的固定方式的优点是，通过把涡轮机外壳拧在压缩机侧的法兰上，螺栓具有更长的长度并可把温度差分布到明显更长的长度上。拉杆螺旋件的平均温度低于按现有技术的短螺栓。因此螺栓材料可使用成本更划算的物料。另一优点是，涡轮机外壳的材料和螺栓的材料之间不同的热膨胀系数的影响可通过更大的膨胀长度来明显减少，热膨胀系数不同就是在螺栓长度较短时预应力严重减少直到完全消除的原因。螺旋件的可靠性得以提高。另一优点是，在制造涡轮增压器时，不必再手动把螺栓插入和拧在压缩机侧和涡轮机侧的法兰之间。涡轮增压器除了明显更合理且制造更划算以外，还通过机器的旋紧进一步提高了可靠性，因为可预先调整自动制造装置上的预应力。申请人的试验表明，按本发明的实施方式，可大批量地、完全自动化地生产涡轮增压器。具有转子和轴承的、平衡的轴承箱尤其安装到在装配位置上优选垂直夹紧的涡轮机外壳中，压缩机侧朝上。随后，两者通过同样从上面引入的固定工具优选通过构成为拉杆的螺栓彼此旋在一起。随后再安放和固定压缩机外壳。

Claims (8)

1.一种用于机动车或在机动车中的涡轮增压器，所述涡轮增压器具有压缩机外壳(116)、涡轮机外壳(106)和具有至少一个压缩机侧的法兰(122)的轴承箱(124)，其特征在于，借助设置在压缩机侧的法兰(122)上的固定工具(130)将涡轮机外壳(106)与轴承箱(124)传力连接。
2.按权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，轴承箱(124)的压缩机侧的法兰(122)具有用于容纳固定工具(130)的成型部。
3.按权利要求1或权利要求2所述的涡轮增压器，其特征在于，固定工具(130)设计成起拉杆作用的螺栓。
4.按权利要求3所述的涡轮增压器，其特征在于，所述螺栓的螺纹(132)的长度不长于涡轮机外壳(106)的厚度。
5.按权利要求3或权利要求4所述的涡轮增压器，其特征在于，所述螺栓的杆(131)与所述螺纹(132)相比具有更小的直径。
6.按权利要求5所述的涡轮增压器，其特征在于，所述螺栓的螺纹(132)构成为自动密封的螺纹(132)。
7.按权利要求1至6之任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，固定工具(130)具有带内置啮合部的头部。
8.一种用于组装涡轮增压器的方法，其特征在于，在第一制造步骤中把轴承箱(124)放置在涡轮机外壳(106)上，在下一个制造步骤中为固定涡轮机外壳(106)而装入按权利要求1至7之任一项所述的固定工具(130)并用机器拧紧，并且在下一个制造步骤中装上压缩机外壳(100)。
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