CN102639879B - 涡轮增压器壳体和用于加工涡轮增压器壳体的工具装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种涡轮增压器壳体，其中涡轮增压器壳体的至少一个区段沿纵向划分成至少两个壳体半部。
Description
技术领域
本发明涉及一种涡轮增压器壳体，其中，涡轮增压器壳体具有至少一个或两个叶轮壳体，例如压气机壳体和涡轮机壳体，以及一个轴承壳体。此外，本发明还涉及一种用于加工涡轮增压器壳体的工具装置。
背景技术
涡轮增压器通常用于改善内燃机的效率以及因而提高内燃机的功率。涡轮增压器为此具有带涡轮的涡轮机和带压气机转子的压气机，其中，两个叶轮布置在共同的轴上。涡轮在此通过所连接的内燃机的废气质量流量驱动并且又驱动压气机转子。压气机在此压缩吸入的空气并且将其输送给内燃机。轴在此支承在涡轮增压器的轴承壳体中。此外，涡轮机的涡轮布置在涡轮机壳体中以及压气机的压气机转子布置在压气机壳体中。
这种涡轮增压器在运行时满足对内燃机或所连接的发动机的最为不同的要求。这些要求中的一个就是吸收出现的高温，高温例如基于涡轮增压器壳体中的热的废气质量流量而产生。
涡轮增压器的常见结构在此规定单个的壳体，有分别与那里的温度相适应的材料。在此，压气机壳体通常由铝制成，而轴承壳体则由灰铸铁制成，其中，轴承壳体也可以附加地设计成水冷的。涡轮机壳体又通常基于在这个区域中的高温而用有较高镍含量的材料制成。基于用于单个壳体的不同的适用的材料，这些壳体被设计成单独的部件，它们相互连接并且在此还必须相互密封。这种涡轮增压器因此在制造和装配上成本高昂。
发明内容
据此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种改良的涡轮增压器壳体。
该技术问题通过带有权利要求1特征的涡轮增压器壳体解决。
按照本发明，相应地提供一种涡轮增压器壳体，其至少部分或全部沿纵向划分成至少两个壳体半部，其中，涡轮增压器壳体的沿纵向划分的区段具有压气机壳体、轴承壳体和/或涡轮机壳体。涡轮增压器壳体在此可以例如由铝或铝合金或由其它金属或金属合金或者其它合适的材料制造。
涡轮增压器壳体在此具有的优势在于，工作轮，也就是轴上的叶轮以及轴的轴承装置，可以预装配以及接下来可以完全置入壳体半部。此外，工作轮可以之前先经受运行均衡（Betreibsauswuchten），而不必事先装配在涡轮增压器壳体中。
此外提供一种用于加工至少部分或完全沿纵向分开的涡轮增压器壳体的工具装置，其中，工具装置具有至少一个或多个工具元件以加工沿纵向分开的涡轮增压器壳体的至少一个区段。
本发明有利的设计方案和扩展设计由从属权利要求以及参考附图的说明得出。
附图说明
接下来借助示意性附图中说明的实施例详细阐述本发明。附图中：
图1是从密封侧看按本发明的第一种实施形式的涡轮增压器壳体的壳体半部的剖视图；
图2是按本发明第一种实施形式的涡轮增压器壳体的剖视图，其中，涡轮增压器壳体的第一和第二壳体半部在剖视图中示出；
图3是按本发明的涡轮增压器壳体的可能的剖面的示意性前视图；
图4是按本发明的涡轮增压器壳体的可能的剖面的示意性侧视图；
图5是按本发明的涡轮增压器壳体的上壳体半部的剖视图以及用于加工按本发明的涡轮增压器壳体的加工装置的剖视图。
在所有附图中相同的或功能相同的元件和装置，只要不另行说明，都用相同的附图标记标注。此外，涡轮增压器在下列附图中纯粹示意性地、不照原尺寸地以及特别简化地示出。
具体实施方式
图1示出了按本发明的第一种实施形式的涡轮增压器壳体12的壳体半部10的剖视图，其中，壳体半部10在此从密封侧示出。用于密封两个壳体半部10的密封装置还将参考图2详细阐述。在图1中示例性地示出了用于容纳密封装的凹部50或凹槽。
涡轮增压器壳体12在当前例子中在此具有轴承壳体14、涡轮机壳体16和压气机壳体18，其中，例如全部三个壳体组成一个壳体12。本发明在于，在所示情况中，例如全部三个壳体14、16、18首先在理论上组在一起并且作为一个部分制造或例如用一个部件浇成。为了安装转子或叶轮以及为了加工内部的功能面，还限定了一种分划（Teilung），壳体12的内部可以通过这种分划打开。
按照本发明，这种分划沿纵向例如在水平线或水平的平面中或在与水平的平面呈另一个角度的平面中完成。在接下来的图3和图4中将详细阐述针对在涡轮增压器壳体的纵向的不同分隔面的例子。原则上由压气机壳体18、涡轮机壳体16和轴承壳体14构成的整个涡轮增压器壳体12设计成可以沿纵向分开。但也可以是涡轮增压器壳体12的仅一个区段沿纵向被分开，其中，所述区段例如包括叶轮壳体16、18和/或轴承壳体14。
如图1所示，涡轮机壳体16、轴承壳体14和压气机壳体18由至少两个或更多的壳体半部10分别整块地设计。在当前情况下，在图1中涡轮增压器壳体12在水平线上划分成两个壳体半部10。在此，例如由涡轮机壳体16、轴承壳体14和压气机壳体18构成的壳体半部10形成所谓的上部以及由涡轮机壳体16、轴承壳体18和压气机壳体14构成的第二壳体半部形成所谓的下部。在此在图1中从密封侧示出了一个壳体半部10。这个壳体半部10在此与另一个（未示出的）壳体半部固定，例如螺纹连接。为此，在图1所示的实施形式中例如设至少一个或多个钻孔20，例如在此为六个钻孔，用于将两个壳体部分相互螺纹连接。但原则上也可以规定壳体半部的其它形式的固定。螺纹连接仅是一个示例。
通过沿纵向的分划，在当前例子中为水平的或基本上水平的分划，首先产生直接的优点。因此可以实现工作轮，亦即两个叶轮，如压气机转子22和涡轮24以及轴26的自动预装配。接下来在涡轮增压器中的装配被明显简化。此外，当规定对涡轮增压器壳体12的至少一部分，例如涡轮机壳体16、轴承壳体14和/或压气机壳体12进行附加的恒温处理，例如冷却和/或加热时，可以设一种有流体芯的流体外罩或恒温外罩28。这种流体外罩28在图1的例子中没有背切地包拢例如涡轮增压器壳体12的轴承壳体区段14和涡轮机壳体区段16，因为在当前例子中，涡轮机壳体16和轴承壳体14应当附加地例如被冷却。以此方式，例如用于制造流体外罩28的砂芯必须不是由多个部分组装和粘接而成。
另一个优点在于，至少一个半部或整个涡轮增压器壳体12可以集成在所连接的发动机的发动机缸体和/或气缸头中。在此，可以例如将涡轮增压器壳体12的下部集成在发动机缸体中以及将上部集成在气缸头中，反之亦可。
图1中，轴26支承在涡轮增压器壳体12的轴承壳体区段14中，涡轮24和压气机转子22设置在该轴上。涡轮24在此布置在涡轮机壳体区段16中以及压气机转子22布置在压气机壳体区段18中。轴26还具有径向轴承装置30以及选择性地额外具有轴向轴承装置32。
在按本发明的通过划分例如两个钻孔半部（Bohrungsh?lften）而形成的涡轮增压器中，轴承装置30例如通过弹性作用的凸缘部34在轴向张紧地安装。
在图1中轴26通过径向轴承装置30和轴向轴承装置32支承。径向轴承装置30在此具有例如连续的套筒36，套筒在其两个端部上形成各一个滑动轴承区段38，用于在径向支承轴26。套筒36在此上移到轴26上，其中，轴26例如形成带有用于套筒36的止挡的凸肩。在套筒36的另一个端部上，设轴向轴承装置32，其中，轴向轴承装置32具有至少一个例如形式为轴向轴承盘40的轴向轴承。可以选择性附加地在轴向轴承盘40上布置挡油板42。此外可以在套筒36的外侧上选择性地附加地布置层44，该层44由至少一个或多个用耐热或耐高温的弹性材料例如聚合物、弹性体和/或硬橡胶等制成的覆层构成。
在由弹性的耐高温的材料制成的层44的外侧上还设有套筒元件46。套筒元件46在此例如由金属，比如钢制成。作为备选，也可以取消弹性的耐高温的材料，取而代之的是，套筒元件46直接设置在套筒36的外侧上（未示出）或套筒36选择性地设计成，套筒不仅起到径向轴承装置30还起到套筒元件46的作用（未示出）。
套筒元件46在图1所示的例子中在其两个端部上具有各一个凸缘部34。在此，套筒元件46的例如至少一个或两个凸缘部34设计成弹性的，以便例如在两个止挡或容纳部48或在此为涡轮增压器壳体12的突起之间收紧。一个或两个凸缘部34可以同样非弹性或刚性地设计，并且置入两个容纳部48之间以及选择性地在一个或两个侧面上附加地用螺纹件固定在容纳部48上。至少一个弹性作用的凸缘部34可以同样选择性地附加地借助例如螺纹连接固定在各个容纳部48上。一个或两个凸缘部34在此例如与套筒元件46一体地连接或作为单独的部分固定在套筒元件上（未示出）。通过套筒元件46的两个凸缘部34，轴承装置30，在此为由套筒36以及弹性层44构成的径向轴承装置30，在涡轮增压器壳体12或涡轮增压器壳体12的两个壳体半部10中在轴向被固定或张紧。
此外，至少一个凸缘部34可以在此选择性地附加地从油腔导引出来，如图1例如在涡轮机侧上，并且承担其它的功能，例如挡热护板的功能。一个或两个凸缘部34可以保留在油腔中，如在压气机侧的套筒元件46的凸缘部34。此外，这种轴承装置30的优点还在于，其可以完全被预装配并且因而可以例如在没有包围的壳体的情况下平衡运行。
径向轴承装置30和轴向轴承装置32在图1中仅是针对在径向和轴向的轴26的轴承机构的一个例子。原则上轴26可以在按本发明的涡轮增压器壳体12中具有各一个其它的径向轴承装置和/或轴向轴承装置。因此套筒36也可以例如用两个径向的滑动轴承取代（未示出），其中，两个滑动轴承例如选择性地附加地具有间隔套筒或套筒元件46在其内侧上具有各一个用于一个或两个滑动轴承的容纳部（未示出）。除滑动轴承外，也可以设无接触的轴承，例如磁性轴承及滚动轴承以进行径向和/或轴向的支承。本发明并不局限于所示和所述的轴承装置的例子。
图2中示出了按本发明的涡轮增压器壳体12的另一个剖视图，其中，涡轮增压器壳体12的第一和第二壳体半部10、11在剖视图中示出。如前所述，涡轮增压器壳体12的两个第一和第二半部10、11在叶轮22、24和轴26安装之后与径向轴承装置30和/或轴向轴承装置32例如通过螺纹连接相互固定。在此，两个壳体半部10、11还相互密封。设置用于密封两个壳体半部10、11的密封装置，在此可以例如具有卷边密封机构，卷边密封机构置入一个或两个壳体半部10、11的凹槽或凹部中，其中，其余的未密封的壳体半部表面例如可以直接接触。这种凹部或凹槽50的一个实施形式例如在图1中示出。作为备选或附加，密封装置也可以具有至少一个O环和/或至少一个弹性体，用于更冷的区域，如压气机壳体区段18，以及具有卷边密封机构用于更热的区域，例如轴承壳体区段14和尤其是涡轮机壳体区段16。此外，两个壳体半部10、11的密封构成相关专利申请的核心。
此外，如图2极为简化地所示，涡轮增压器可以既设计成单独的部分又尤其设计为所连接的内燃机的气缸头的一部分（未示出）和/或设计成内燃机的发动机缸体52的一部分，如图2中用虚线所示。
在此，例如用于气缸头的废气质量流量的出口可以直接与涡轮机的入口连接和/或用于压气机的压缩空气的出口直接与气缸头的压缩空气的入口连接（未示出）。
但涡轮增压器或涡轮增压器的一部分可以不仅集成在气缸头中，还可以选择性地附加地或备选地将涡轮增压器的一部分或基本上整个涡轮增压器集成在所连接的内燃机的发动机缸体52中。
涡轮机入口54例如可以与用于内燃机的废气质量流量或其发动机缸体52的出口连接或集成在内和/或用于压气机的压缩空气的出口56与用于内燃机或其发动机缸52上的压缩空气的入口连接或集成在内。
此外，涡轮增压器壳体12的下壳体半部例如可以与用于接收来自轴承装置的润滑油的排油装置一起集成在所连接的内燃机的发动机缸体中。作为备选或附加，涡轮增压器壳体的上壳体半部可以集成在气缸头中。原则上独立的涡轮增压器也可以配设有例如上壳体半部和下壳体半部。同样可以在按本发明的一种实施形式中仅例如将涡轮增压器的下壳体半部集成在发动机缸体中或在按本发明的另一种实施形式中仅将涡轮增压器的上壳体半部集成在气缸头中。此外，在另一种按本发明的实施形式中，涡轮增压器的下壳体半部可以集成在发动机缸体中以及涡轮增压器的上壳体半部可以集成在气缸头中。但本发明并不局限于这些针对涡轮增压器的部分或完全集成的例子。
图3中示出了针对按本发明的涡轮增压器壳体的可能的剖面的涡轮增压器壳体12的强烈简化且纯粹示意性的前视图。如图3所示，由涡轮机壳体、轴承壳体和/或压气机壳体构成的涡轮增压器壳体12，相比迄今为止的涡轮增压器壳体，设计成沿纵向被分开。迄今为止的涡轮增压器壳体在横向或在垂直于水平平面的平面中被分开并且在此被划分成压气机壳体、轴承壳体和涡轮机壳体。这些壳体在此在现有技术中为了沿纵向装配而相互排列。
如图3所示，涡轮增压器壳体12可以沿纵向一次性地在水平线或水平的平面中被划分。水平的分隔面在此用虚线示出。涡轮增压器壳体12同样可以在另一个在0°和360°之间的范围内的角α内分开。此外，分隔面不必延伸通过涡轮增压器壳体12的中轴线或纵轴线58，而是可以与这根轴线错开地延伸，如图3中用点划线所示。
此外，在图4中示出了强烈简化且纯粹示意性的针对按本发明的涡轮增压器壳体12的可能的剖面的侧视图。涡轮增压器壳体12在此由压气机壳体18、轴承壳体14和涡轮机壳体16构成并且例如划分成两个半部10、11，亦即第一壳体半部10和第二壳体半部11。如图4所示，涡轮增压器壳体12可以设计成沿纵向沿其纵轴线58水平地或在水平平面中划分。纵轴线58在此用虚点线示出。此外，涡轮增压器壳体12也可以沿纵向阶梯状地例如在水平的或其它平面中分开，如图4用虚线所示。在此，压气机壳体18例如在水平的平面中在纵轴线58上方分开。此外轴承壳体14又在例如水平的平面内在纵轴线58的下方分开以及涡轮机壳体16在例如水平的平面中在压气机壳体18的分隔面的上方分开。作为备选，涡轮增压器壳体12可以沿纵向也在一个与水平平面倾斜的平面中分开。如用点线所示。原则上涡轮增压器壳体12，也就是说压气机壳体18、轴承壳体14和/或涡轮机壳体16，在至少一个或多个任意的平面中沿纵向被划分成至少两个或多个半部。
进一步在图5中示出上部或按本发明的涡轮增压器壳体12的上壳体半部10，以及还示出了用于加工上部10和下部的工具装置60，涡轮增压器壳体12由上部和下部组成。下部或涡轮增压器壳体12的下壳体半部在此为简洁起见没有示出。
为了确保涡轮增压器的多样的功能性，需要很窄的公差以及因而对涡轮增压器的构件的精确加工。在迄今为止带有传统的用于涡轮、压气机和轴的轴承机构的浇铸壳体的涡轮增压器中，需要各种加工步骤，在这些加工步骤中实施旋转操作和铣削操作。
按本发明，现在通过对涡轮增压器壳体12的壳体半部10的旋转对称的加工实现了一种对涡轮增压器的功能面的尽量简单的加工。在此，涡轮增压器壳体半部10的旋转对称的加工，在当前例子中为上部和下部或共同浇铸的涡轮增压器的涡轮增压器壳体12的第一和第二壳体半部10，在工具装置60中，例如在图5所示的滚铣装置中实施。至少一个或优选两个壳体半部10在此在滚铣装置60的加工方法期间近似被倒扣。技术上的优势在于，旋转对称的加工的所有轴向尺寸由滚铣装置60形式达到。也就是说，在任意表面之间的轴向公差始终是相同的。不会产生关于多个构件的加和的公差链，这一点如在涡轮增压器壳体的传统构造方式中那样。
在图5中示出的例子中制造了一种涡轮增压器壳体12，其沿纵向被分开，其中，仅示出了按本发明的工具装置60和按本发明的涡轮增压器壳体12的两个壳体半部的第一壳体半部10。涡轮增压器壳体12的第二壳体半部为简洁起见没有示出。按本发明的工具装置60在此旋转对称地或完全旋转对称地设计，例如形式为至少一个、两个或多个滚铣元件62，它们优选组成一个滚铣装置60。
在当前图5所示的情况下，滚铣装置60例如由第一和第二滚铣元件62构成以便铣削压气机壳体区段18的外侧和内轮廓。此外，设第三、第四、第五、第六和第七滚铣元件62用于对轴承壳体区段14的各个区段进行铣削。进一步设第八、第九、第十、第十一和第十二滚铣元件62以便对涡轮机壳体区段16的内轮廓和外侧进行铣削。
滚铣元件62的划分可以任意按照涡轮增压器壳体12的待铣削的区段实现。在此，可以在滚铣元件62之间也自由释放在滚铣装置60上的区段或不配备滚铣元件62，当涡轮增压器壳体12的一个区段相比涡轮增压器壳体12的其它区段不应当用滚铣元件62加工时。此外，之前所述的滚铣元件62可以任意组装成一个滚铣元件62或一个滚铣元件62根据功能和应用目的被划分成两个或更多的滚铣元件62。本发明不局限于滚铣装置60作为工具装置，如其在图5中所示，而是也可以根据待加工的涡轮增压器壳体12任意设计滚铣装置60。此外，可以设滚铣装置60以对压气机壳体18、轴承壳体14和/或涡轮机壳体16进行铣削。
除了滚铣元件62外或作为滚铣元件62的备选，也可以设一个或多个车削元件（未示出）或其它的加工元件来加工涡轮增压器壳体。
尽管本发明借助优选实施例加以说明，但本发明并不局限于此，而是可以以多种方式进行修正。前述实施形式可以相互组合，尤其是单个特征可以相互组合。
Claims (12)
1.涡轮增压器壳体（12、14、16、18），所述涡轮增压器壳体沿着涡轮轴的轴向被划分成两个壳体半部（10、11），其特征在于，所述涡轮增压器壳体（12、14、16、18）具有一个或两个容纳部（48）以用来容纳用于将涡轮增压器的轴（26）支承在所述涡轮增压器壳体（12、14、16、18）中的轴承机构（30）的套筒元件（46），其中所述套筒元件（46）在其两端上分别具有凸缘部（34）并且其中至少一个所述凸缘部（34）弹性地构造，从而所述套筒元件（46）借助于所述凸缘部（34）在其容纳部（48）中在轴向方向上张紧地容纳在所述涡轮增压器壳体（12、14、16、18）中。
2.按权利要求1所述的涡轮增压器壳体，其特征在于，涡轮增压器壳体（12、14、16、18）沿涡轮轴的轴向在水平的平面中被分开。
3.按权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其特征在于，涡轮增压器壳体（12、14、16、18）至少部分或完全集成在所连接的内燃机的气缸头中。
4.按权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其特征在于，涡轮增压器壳体（12、14、16、18）至少部分或完全集成在所连接的内燃机的发动机缸体（52）中。
5.按权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其特征在于，涡轮增压器壳体（12、14、16、18）的下壳体半部至少部分集成在所连接的内燃机的发动机缸体（52）中并且涡轮增压器壳体（12、14、16、18）的上壳体半部至少部分集成在所连接的内燃机的气缸头中。
6.按权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其特征在于，涡轮增压器壳体（12、14、16、18）的两个壳体半部（10、11）相互密封地连接。
7.按权利要求6所述的涡轮增压器壳体，其特征在于，设置了至少一个卷边密封机构或弹性体密封机构作为在两个要被连接的壳体半部（10、11）之间的密封装置。
8.按权利要求6所述的涡轮增压器壳体，其特征在于，设置了至少一个O环密封机构作为在两个要被连接的壳体半部（10、11）之间的密封装置。
9.按权利要求1所述的涡轮增压器壳体，其特征在于，套筒元件（46）能够附加地借助螺纹连接固定在一个或两个容纳部（48）上。
10.按权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体，其特征在于，涡轮增压器壳体（12、14、16、18）具有压气机壳体、轴承壳体和涡轮机壳体。
11.用于加工按前述权利要求中任一项所述的涡轮增压器壳体（12、14、16、18）的工具装置（60、62），其中涡轮增压器壳体（12、14、16、18）沿涡轮轴的轴向被分成两个壳体半部（10、11），其中工具装置（60、62）具有至少一个工具元件（62）用于对涡轮增压器壳体（12、14、16、18）的至少一个壳体半部（10、11）的至少一个区段进行加工，所述工具装置（60、62）旋转对称地构造并且一个或者多个工具元件（62）被构造成滚铣元件（62）或车削元件。
12.按权利要求11所述的工具装置，其特征在于，滚铣元件（62）或车削元件至少适用于对压气机壳体区段、轴承壳体区段和涡轮机壳体区段的内轮廓的部分进行加工。
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