CN103429870A - 排气涡轮增压器的涡轮机壳体 - Google Patents

排气涡轮增压器的涡轮机壳体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及排气涡轮增压器（2）的涡轮机壳体（1），该涡轮机壳体具有与一个螺旋管（6）邻接的一个入口（5）；具有一个出口（7）；并且具有一种冷却剂安排（8）；其中该冷却剂安排（8）具有多个冷却剂管道（9至14），这些冷却剂管道从一个入口管道区段（15）分支开并且通入一个出口管道区段（16）中。

Description

排气涡轮增压器的涡轮机壳体
本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的一种排气涡轮增压器的涡轮机壳体。
从DE102008011257A1中已知了此类型的涡轮机壳体。在这种涡轮机壳体中，多个外壳元件被固定在该涡轮机壳体外部而形成了携带冷却剂的一个空腔。
根据DE102008011257A1的披露内容，虽然此类型的冷却剂系统旨在使之有可能与其他设计相比实现设计的简化以及涡轮机壳体重量的较小增加，但仍存在的问题是无法减少输入到涡轮机壳体中的热量，而尽可能的是通过该冷却剂系统来缓解这种热量输入的负面效应。此外仍存在的问题是，尤其是对于机动车辆中的使用，冷却的涡轮机壳体不可避免地要求更大的安装空间并且最重要的是增加了整个排气涡轮增压器的重量。
因此，本发明的目的是提供在权利要求1的前序部分所阐述类型的一种涡轮机壳体，通过这种涡轮机壳体就有可能可获得用于超高功率应用而同时实现最小尺寸的包装、低重量和低生产成本的一种设计。
这一目的是通过权利要求1的特征来实现的。
通过将冷却剂安排划分成多个冷却剂管道，这些冷却剂管道在该涡轮机壳体中延伸并且可以单独地供应有冷却剂，首先有可能的是在涡轮机壳体内实现选择性的冷却剂路径选择。这使之有可能实现根据冷却的要求而将冷却剂流针对该涡轮机壳体的有待冷却的不同区域进行选择性适配。因此，例如可以对废气门瓣的区域、舌部、压缩机叶轮轮廓区域以及废气门管道的区域进行更强的冷却，而可以仅将被较少加热的区域冷却到较低程度。这尤其适用于在许多涡轮机壳体中配备有隔热装置的区域。
此外有可能的是在某些区域中提供高的冷却剂流速，这是事实上用在所讨论类型的涡轮机壳体中使用的冷却护套所不可能做到的。
这些子权利要求涉及本发明的多个有利改进。
本发明的进一步的细节、优点和特征将从参照附图从进行的多个实施例的以下说明中显现，在附图中：
图1示出了根据本发明的涡轮机壳体可以用于其中的一个涡轮增压器的示意性高度简化的图解展示；
图2示出了根据本发明的涡轮机壳体的一个示意性略微简化的透视示；
图3示出了一个示意图，旨在展示根据本发明的涡轮机壳体的冷却剂安排的基本构造；并且
图4示出了图3中所示的冷却剂安排的多个部件的可能的实际实施例的分解展示。
图1示出了一个排气涡轮增压器2的涡轮机壳体1，该排气涡轮增压器除了该涡轮机壳体1之外还具有一个压缩机壳体3，该涡轮机壳体具有一个涡轮机叶轮1A和一个螺旋管6，该压缩机壳体具有一个压缩机叶轮3A，正如常规情况，其中该涡轮机叶轮1A和压缩机叶轮3A通过一个轴4彼此相连接。当然，这种类型的涡轮增压器2还具有所有其他常规部件，但未对这些部件进行示出和说明，因为它们对于说明构成本发明基础的原理而言是不要求的。
图2示出了涡轮机壳体1的一个实施例的透视展示，该涡轮机壳体具有一个入口5和一个出口7。在这个展示中，冷却剂安排8是不可见的，但在下面参照图3和图4对其进行了详细说明。然而，图2中展示，入口5和出口7可以配备有对应的隔热屏22和23。
当一起观看时，图3和图4揭示了冷却剂安排8的基本构造和一个可能的实际实施例。如图3展示，冷却剂安排8被划分成在涡轮机壳体1内延伸的多个分离的冷却剂管道9至14，所述这些管道从一个入口管道区段15分支开并且所述管道都通入一个出口管道区段16之中。该入口管道区段15被安排在入口5中，并且该出口管道区段16被安排在出口7中。
该入口管道区段15与出口管道区段16之间的这些方框象征着涡轮机壳体1的、有待经由冷却剂管线9至14被供应有冷却剂（尤其是水）的这些区域。中间的四个方框17是涡轮机壳体1的叶轮轮廓的区域以及废气门的区域。方框18象征着上部入口区段，而方框19象征着下部入口区段。方框20象征着该螺旋管的下部区域，而方框21象征着螺旋管区域。
在这个实际实施例中，这些冷却剂区段17至21也可以理解为冷却剂管线9至14的一体区段、当然在尺寸和形状的意义上是与有待冷却的涡轮机壳体区域相匹配的，如从图4的展示中是清楚的。图4示出了在图3中用所述方框17至21象征的这些涡轮机壳体区域的一个实际实施例的实例，并且因此对应的部分在图4是用和图3中相同的参考号表示的。为了允许更好地展示这些单独区域17至21的形状和尺寸，图4是所述这些区域的一个分解展示。所有这些区域、以及对应的入口区段15和出口区段16在这个实际实施例中当然是相互连接的，以便产生至少基本上彼此独立的多个流动连接，从而使之有可能还特意地向这些单独区域或冷却剂管道9至13根据冷却需求而供应不同量的冷却剂。
在图4中可见的这些部件15至21是被浇注到涡轮机壳体1中的（为此目的在浇注过程中使用了适当形状的内芯）并且此外可以配备有开环或闭环控制装置，例如阀、节流阀、孔口或类似物以便允许对冷却剂流进行选择性的开环或闭环控制。
因此，例如有可能对于暴露于来自排气的较少热量中的区域提供较少的冷却。例如，这些区域可以是如图2所示的配备有额外的隔热屏22和23的区域，这些隔热屏减少了热量输入。
总体上，根据本发明的设计使之有可能将一个可限定的临界最小比例的冷却剂引导到具有高的热量输入的这些区域（轮廓区域、涡轮机叶轮入口前方的喷嘴区域以及废气门区域）中。在图3和图4所示的这个实例中，所有这些区域都通过管道11和14以及多个方框17来冷却。
总体上，如上所述，有可能将这些冷却剂管道9至14以及这些冷却剂区段17至21构造成基本上彼此独立的，因此使得穿过这些管道或区域的流动能够以所希望的方式受到开环或闭环控制。
另一个优选的可能性是对这些冷却剂管道进行设计而使得它们按以下方式通向具有高热量输入的涡轮机壳体区域：使得这些冷却剂管道具有比其他管道更低的流阻。这引起了冷却剂流自然地返回具有高热量输入的区域中，即离开具有较高流阻的这些管道。
此外在此背景下有可能的是对于通向具有高热量输入的关键区域的所有冷却剂管道供应处于显著更高流速下的冷却剂。这进而使之有可能显著增大用于这些具有高热量输入的区域的冷却剂与用于其余区域或冷却剂管道的冷却剂相比的比例。
通向具有高热量输入的关键区域的这个或这些冷却剂管道与其余的管道相比，可以在其壁与冷却剂之间具有显著更高的平均热传递系数。这进而使得这些具有高热量输入的冷却剂管道或冷却剂区域有可能具有与其他区域或管道相比更高水平的热量耗散。例如，有可能按以下方式来划分该冷却剂流：使得通向这些关键区域的该冷却剂管道实现来自所有冷却剂管道的总热量耗散的至少40%。
此外有可能将一个或多个冷却剂管道引入具有高热量输入的所有区域中。在多个管道或冷却剂区段通向该涡轮机壳体的这些关键区域的情况下，以上解释的这些可能性同样适用。
如参照图2已经解释的，此外有可能特别对入口5和出口7提供隔热屏22和23，虽然这些区域也被冷却了，提供这样的隔热屏22、23导致了对于对应区域5和7中的冷却要求较低。
虽然优选的是这样一种冷却剂安排：其中所有的冷却剂管道从该入口管道区段分支开并且通入该出口管道区段中，但原理上除了以上描述的这些冷却剂管道之外还有可能将一个或多个其他冷却剂管道提供在该涡轮机壳体内，这些其他的冷却剂管道在其中分开地延伸。
除了对本发明的书面披露之外，特此明确地参考其在图1至图4中的图解展示。
参考符号清单
1       涡轮机壳体
1A      涡轮机叶轮
2       排气涡轮增压器
3       压缩机壳体
3A      压缩机叶轮
4       转子轴
5       入口
6       螺旋管
7       出口
8       冷却剂安排
9-14    冷却剂管道
15      入口管道区段
16      出口管道区段
17-21   涡轮机壳体1的冷却剂区段
22，23  隔热屏

Claims (11)

1.一种排气涡轮增压器（2）的涡轮机壳体（1）
-具有与一个螺旋管（6）邻接的一个入口（5）；
-具有一个出口（7）；并且
-具有一个冷却剂安排（8）；
其中
-该冷却剂安排（8）具有多个冷却剂管道（9至14），这些冷却剂管道从一个入口管道区段（15）至少实质性地分支开并且通入一个出口管道区段（16）中。
2.如权利要求1所述的涡轮机壳体，其中，这些冷却剂管道（9至14）可以被分开地供应有冷却剂。
3.如权利要求1或2所述的涡轮机壳体，其中，这些冷却剂管道（9至14）通向多个冷却剂区段（17至21），这些冷却剂区段在形状和尺寸的意义上是与有待冷却的这些对应的涡轮机壳体区域相匹配的。
4.如权利要求1至3之一所述的涡轮机壳体，其中，这些冷却剂管道（9至14）被安排成至少实质上地彼此平行。
5.如权利要求1至4之一所述的涡轮机壳体，其中，这些冷却剂管道（9至14）能通过多个流动控制装置进行控制。
6.如权利要求5所述的涡轮机壳体，其中，这些控制装置被设计成孔口、阀、瓣或类似物。
7.如权利要求1至6之一所述的涡轮机壳体，其中，通向具有高热量输入的多个冷却剂区段（17）的这些冷却剂管道（11，14）与通向具有较低热量输入的多个冷却剂区段的这些冷却剂管线相比而言具有更低的流阻。
8.如权利要求1至7之一所述的涡轮机壳体，其中，该入口（5）配备有一个隔热屏（22）。
9.如权利要求1至8之一所述的涡轮机壳体，其中，该出口（7）配备有一个隔热屏（23）。
10.如权利要求1至9之一所述的涡轮机壳体，其中，这些冷却剂管道（9至14）和这些冷却剂区段（17至21）是被浇注到该涡轮机壳体（1）中的。
11.如权利要求1至10之一所述的涡轮机壳体，其中，该涡轮机壳体的材料是铝。
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