CN103228924B - 集成到发动机的气缸盖中的涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮增压器，其具有带涡轮机轮的涡轮机、带压缩机轮的压缩机和支撑在轴承单元中的轴。涡轮机轮和压缩机轮设置在轴上。涡轮机轮设置在涡轮机壳体中。压缩机轮设置在压缩机壳体中。涡轮增压器集成到发动机的气缸盖的凹缺中，其中，涡轮机壳体嵌入到气缸盖中。

Description

集成到发动机的气缸盖中的涡轮增压器
本发明涉及一种集成到发动机的气缸盖中的涡轮增压器。
涡轮增压器用于提高内燃机的效率，进而增大其功率。涡轮增压器为此具有带涡轮机轮的涡轮机和带压缩机轮的压缩机，其中，两个转轮设置在共同的轴上。在此，涡轮机轮通过所连接的内燃机的废气物质流被驱动，并且又驱动压缩机轮。压缩机对吸入的新鲜空气进行压缩，并把新鲜空气输送给内燃机。轴支撑在涡轮增压器的轴承壳体中。此外，涡轮机的涡轮机轮设置在涡轮机壳体中，压缩机的压缩机轮设置在压缩机壳体中。
这种涡轮增压器在工作中在内燃机或所连接的发动机上要满足各种不同的要求。其中的一个要求是，能承受产生的高温，这种高温例如可以由于涡轮增压器壳体中的炙热的废气物质流而产生。
在此，涡轮增压器的常见结构规定了各个壳体，这些壳体分别由与在那里产生的温度相适应的材料构成。在此，压缩机壳体往往由铝构成，而轴承壳体由灰铸铁构成，其中，轴承壳体还可以附加地用水来冷却。涡轮机壳体由于在该区域中产生的高温而通常由含有大量镍的材料构成。由于各个壳体的适应的材料各不相同，这些壳体被设计成独立的部分，这些部分相互连接，且在这种情况下还必须彼此密封。这种涡轮增压器因此在制造和安装上很繁琐。
在DE 10 2009 053 106中记载了一种涡轮增压器壳体，该涡轮增压器壳体部分地或完全地沿纵向被分成两个壳体半部，其中，涡轮增压器壳体的沿纵向分开的部分具有压缩机壳体、轴承壳体和/或涡轮机壳体。这种涡轮增压器壳体具有的优点是，工作轮即轴上的转轮以及轴的轴承装置可以预先安装，然后可以完整地装入到壳体半部中。此外，工作轮在安装到壳体半部中之前会经受工作平衡。两个壳体半部相互拧紧，且必须彼此密封。此外，DE 10 2009 053 106给出了如下启示：可以把一半或整个涡轮增压器壳体集成到发动机组中，和/或集成到所连接的发动机的气缸盖中。
本发明的目的在于，给出一种能够减小发动机重量的途径。
该目的通过一种具有在权利要求1中给出的特征的涡轮增压器得以实现。本发明的有利设计和改进在从属权利要求中给出。
本发明的优点尤其基于使用发动机的气缸盖作为涡轮机壳体。在此，气缸盖的内轮廓经过适当成型，使得该内轮廓相应于涡轮机壳体的所希望的形状。由于气缸盖同时用作涡轮机壳体，涡轮增压器的涡轮机无需额外的自己的壳体。另外，由于气缸盖同时用作涡轮机壳体，可以显著地减小发动机重量，改善包装，减小系统成本。因而无需额外的管路、保持器等。
按照有利的方式，轴承单元连同轴、涡轮机轮和压缩机轮沿轴向方向嵌入到气缸盖的凹缺中。由此可以借助一个唯一的轴向密封件来实现对涡轮增压器的冷却水供应机构和油供应机构的必要的密封，该密封件优选是平垫片（Flächendichtung）。
按照有利的方式，该平垫片具有用于进油管的穿孔、用于进水管的穿孔、用于出水管的穿孔和用于固定机构的穿孔，借助所述固定机构把涡轮增压器固定在气缸盖中或上。固定机构例如是拉杆，拉杆保证涡轮增压器固定地位于气缸盖中。
本发明的其它有利的设计和改进可由借助附图对其进行的示范性说明得到。其中：
图1为用于介绍安装到发动机气缸盖中的涡轮增压器的第一剖视图；
图2为用于介绍安装到发动机气缸盖中的涡轮增压器的第二剖视图；
图3为用于介绍安装到发动机气缸盖中的涡轮增压器的第三剖视图；和
图4为用于介绍密封圈的一个实施例的草图。
下面介绍一种涡轮增压器，其具有带涡轮机轮的涡轮机、带压缩机轮的压缩机和支撑在轴承单元中的轴，其中，涡轮机轮和压缩机轮设置在轴上，涡轮机轮设置在涡轮机壳体中，压缩机轮设置在压缩机壳体中，涡轮增压器集成到发动机的气缸盖的凹缺中，其中，涡轮机壳体在气缸盖中形成，轴承单元连同轴、涡轮机轮和压缩机轮沿轴的轴向方向嵌入到气缸盖的凹缺中。
图1所示为用于介绍安装到发动机气缸盖中的涡轮增压器的第一剖视图。这里在图1中以及在后续附图中仅示出气缸盖的一部分，涡轮增压器安装到该部分中。
涡轮增压器具有涡轮机、压缩机和轴承单元。在该轴承单元中支撑着轴6，在该轴上设置有压缩机的压缩机轮10和涡轮机的涡轮机轮5。
气缸盖1用作涡轮机的壳体。为此，气缸盖在其内部区域适当地成型，使得它具有涡轮机壳体的形状。在该涡轮机壳体上还开设有凹缺，涡轮增压器的涡轮机轮5可转动地支撑在该凹缺内部。此外，在涡轮机壳体的区域开设有其它凹缺或通道，借此—如下面还将参照其它附图予以阐述—对涡轮增压器进行冷却水供应。因而在图1中用标号3来表示冷却水通道。此外，在涡轮机壳体的区域开设有涡轮机侧的流动腔室4。另外，气缸盖1具有中间的凹缺2，该凹缺是发动机的废气通道。利用流经废气通道的废气来驱动涡轮机轮5，涡轮机轮通过轴6自身驱动压缩机的压缩机轮10，以便给发动机的未示出的气缸输送增加的新鲜空气量。
在涡轮增压器的涡轮机壳体与轴承单元7之间的过渡区域设有密封件8，借助该密封件来使得涡轮增压器的冷却水供应机构密封。该密封件8—如下面还将参照图4予以阐述—是平垫片。
固定机构9穿过该平垫片8的固定机构穿孔20，利用所述固定机构把废气涡轮增压器固定在气缸盖的凹缺中。作为固定机构，优选采用拉杆。这些固定机构9穿过轴承单元7，并用于把轴承单元7和涡轮机固定在气缸盖1中。
压缩机轮10在压缩机壳体11内部固定在轴6上，该压缩机壳体形成用于气缸盖的凹缺的封闭部件，涡轮增压器嵌入到该凹缺中。压缩机壳体11要么固定在轴承单元7上，要么固定在气缸盖1上。作为其替代方案，固定机构9也可以用于把整个涡轮增压器固定在气缸盖1上。在图1中用附图标号22示出压缩机壳体11固定在气缸盖1上。压缩机侧的流动腔室21位于压缩机内部，在该流动腔室内设置有扩压器板。
在组装涡轮增压器时，首先对具有轴6、轴承单元7、涡轮机轮5和压缩机轮10的结构单元进行组装。该结构单元沿轴6的轴线方向6a完全嵌入到气缸盖1的凹缺中，在气缸盖中形成的涡轮机壳体已经位于该凹缺中。
然后再把压缩机壳体11装入到气缸盖1中，并将压缩机壳体固定在气缸盖1上。装入到气缸盖1中并固定于其上的压缩机壳体11形成用于气缸盖的凹缺的封闭部件或顶盖，涡轮增压器装入到所述凹缺中。
如上已述，通过气缸盖对涡轮增压器进行冷却水供应，从而无需单独的管路、无需单独的密封件以及无需单独的保持器。
图2所示为用于介绍安装到发动机气缸盖1中的涡轮增压器的第二剖视图，其中在该第二剖视图中准确地示出了对涡轮增压器的油供应。因而在图2中示出了穿过气缸盖1伸展的进油管12。该进油管穿过用于进油管的在平垫片8上开设的穿孔13，伸入到轴承单元7中，油以所希望的方式分布在该轴承单元中。此外，在图2中示出了出油管14，该出油管通过由图2看不到的出油口与气缸盖1的出油管接触。因而，涡轮增压器分别通过通道来实现进油和出油，涡轮增压器通过所述通道与气缸盖中的各相关通道连接。
图3所示为用于介绍安装到发动机气缸盖中的涡轮增压器的第三剖视图，其中在该第三剖视图中准确地示出了对涡轮增压器的冷却水供应。因而在图3中示出了穿过气缸盖伸展的与气缸盖的冷却水通道3连接的进水管16。该进水管穿过在平垫片8上开设的穿孔17，伸入到轴承单元7中，以便进行那里所需要的冷却。此外，在图3中示出了出水管18，该出水管通过平垫片8的穿孔19与气缸盖1的出水管接触。因而，涡轮增压器分别通过平垫片8的穿孔来实现进冷却水和出水，涡轮增压器通过所述穿孔与气缸盖1中的各相关通道连接。
图4所示为用于介绍平垫片8的一个实施例的草图，利用该平垫片把涡轮增压器的冷却水供应机构密封。该平垫片8具有用于进油管的通孔13、用于进水管的通孔17、用于出水管的通孔19和用于固定机构的穿孔20。在组装涡轮增压器时，固定机构穿过这些穿孔20，利用所述固定机构把轴承单元7和涡轮机或整个涡轮增压器固定在气缸盖上。此外，在图4中示出了出油口15，油经由该出油口从轴承单元排出。

Claims (11)

1.一种涡轮增压器，具有带涡轮机轮（5）的涡轮机、带压缩机轮（10）的压缩机和支撑在轴承单元（7）中的轴（6），其中，涡轮机轮（5）和压缩机轮（10）设置在轴（6）上，涡轮机轮（5）设置在涡轮机壳体中，压缩机轮（10）设置在压缩机壳体（11）中，涡轮增压器集成到发动机的气缸盖（1）的凹缺中，其特征在于，涡轮机壳体在气缸盖（1）中形成；
轴承单元（7）连同轴（6）、涡轮机轮（5）和压缩机轮（10）沿轴的轴向方向（6a）嵌入到气缸盖的凹缺中。
2.如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，压缩机壳体（11）形成用于气缸盖的凹缺的封闭部件。
3.如前述权利要求中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，压缩机壳体（11）固定在气缸盖上。
4.如权利要求1－2中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，压缩机壳体（11）固定在轴承单元的壳体上。
5.如权利要求1－2中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，其冷却水供应通过气缸盖进行。
6.如权利要求1－2中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，其油供应通过气缸盖进行。
7.如权利要求6所述的涡轮增压器，其特征在于，利用一个唯一的轴向密封件对涡轮增压器的冷却水供应机构进行密封。
8.如权利要求7所述的涡轮增压器，其特征在于，所述轴向密封件是平垫片（8）。
9.如权利要求8所述的涡轮增压器，其特征在于，所述平垫片（8）具有用于进油管的穿孔（13）。
10.如权利要求8或9所述的涡轮增压器，其特征在于，所述平垫片（8）具有用于进水管的穿孔（17）和用于出水管的穿孔（19）。
11.如权利要求10所述的涡轮增压器，其特征在于，所述平垫片（8）具有用于固定机构的穿孔（20）。
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