CN103967542A - 涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方式可以包括涡轮增压器，该涡轮增压器具有涡轮、涡轮壳体、可变阀、第一板、第二板以及热屏蔽构件。涡轮壳体容置涡轮并且具有流动通路。可变阀围绕设置在可变阀上的每个枢转构件旋转，从而调节从流动通路引导至涡轮的流体的流速。第一板支承每个枢转构件的一端并且限定流动通路。第二板支承每个枢转构件的另一端或可变阀，并且限定流动通路。热屏蔽构件覆盖涡轮壳体的壁表面，并且限定流动通路。

Description

涡轮增压器

本申请要求序列号为2013-14197的日本专利申请的优先权，其内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明的实施方式涉及涡轮增压器。

背景技术

涡轮增压器例如使用在车辆中所安装的内燃发动机中。在常规的涡轮增压器中，内燃发动机的废气的能量通过涡轮回收。通过轴连接至涡轮的叶轮（压缩器）通过回收的能量旋转。进气通过旋转的叶轮增压输送至内燃发动机。这有利于提高进气效率并且实现输出效率和燃料效率方面的改善。

在容置涡轮的涡轮壳体中形成有用于废气的流动通路。处于非常高的温度（例如，800℃或更多）的废气直接接触涡轮壳体。因此，涡轮壳体需要非常高的耐热性。通过使用具有非常高的耐热性的材料来形成涡轮壳体将造成涡轮壳体的成本增加。通过使用具有较低耐热性的材料来形成涡轮壳体并且提高涡轮壳体的冷却能力将造成废气的能量损失的增加。这将导致进气效率的劣化，这意味着该结构是非常不理想的。

日本公开专利公报No.2011-247189公开了一种具有可变阀的可变容量式增压器。该增压器具有与涡轮壳体相邻的支承壳体。在支承壳体与涡轮之间设置有构造成屏蔽供应至支承壳体的废气的热量的热屏蔽板。

日本公开实用新型公报No.61-192519公开了一种具有可变阀的可变涡轮喷嘴式增压器。该增压器具有用于将废气引导至涡轮的涡旋腔以及与涡轮壳体相邻的支承壳体。在涡旋腔与支承壳体之间设置有构造成屏蔽供应至支承壳体的废气的热量的热屏蔽板。

日本公开专利公报No.2000-257436公开了一种用于在具有可变阀的涡轮增压器中使用的涡轮壳体。该涡轮壳体具有非常接近与可变阀对应的可移动的叶片的内端面。该内端面通过铸造非常耐氧化的耐热性材料来形成。

日本公开实用新型公报No.63-183432公开了一种用于不具有可变阀的增压器的涡轮壳体。支承壳体与涡轮壳体相邻。在支承壳体与涡轮之间、以及在支承壳体与涡旋腔之间设置有构造成屏蔽供应至支承壳体的废气的热量的热屏蔽板。

日本公开专利公报No.2011-247189、日本公开实用新型公报No.61-192519以及日本公开专利公报No.2000-257436中公开的涡轮壳体具有流入废气流过其直到流入废气到达涡轮为止的流动通路。在该路线中，不产生热屏蔽。因此，为了进一步抑制废气的能量损失，由具有非常高的耐热性的材料形成涡轮壳体是必要的。

在日本公开专利公报No.2011-247189和日本公开实用新型公报No.61-192519中公开的现有技术中，新提供了一种用于屏蔽供应至支承壳体的热量的专用热屏蔽板。因此，涉及部件的数目的增加。

在日本公开实用新型公报No.63-183432中公开的现有技术中，新提供了用于屏蔽涡轮与支承壳体之间以及涡旋腔与支承壳体之间的热量的热屏蔽板。因此，涉及部件的数目的增加。

涡轮壳体具有流入废气流过其直到流入废气到达涡轮为止的流动通路的内壁以及覆盖内壁的涡旋构件。在该文献中没有发现关于涡旋构件的耐热性的特别描述。

具有可变阀的涡轮增压器具有涡轮壳体。本领域中需要一种具有由较低耐热性材料形成并且构造成抑制流入流体的能量损失的涡轮壳体的涡轮增压器。

发明内容

根据本发明的一方面，涡轮增压器具有涡轮、涡轮壳体、可变阀、第一板、第二板和热屏蔽构件。涡轮通过利用由流到涡轮增压器中的流体导致的能量旋转。涡轮壳体容置涡轮并且具有用于将流体引导至涡轮的流动通路。可变阀围绕设置在可变阀上的每个枢转构件旋转，从而调节从流动通路引导至涡轮的流体的流速。第一板支承每个枢转构件的第一端并且限定流动通路。第二板支承每个枢转构件的第二端或可变阀，并且限定流动通路。热屏蔽构件覆盖涡轮壳体的壁表面并且限定流动通路。流路构造成使得流到涡轮增压器中的流体经由第一板和第二板之间以及热屏蔽构件而被引导至涡轮。

因此，在涡轮壳体中，流体通过由第一板、第二板和热屏蔽构件限定的流动通路引导至涡轮。第一板和第二板支承可变阀的枢转构件。因此，仅添加热屏蔽构件以限定流动通路。第一板、第二板和屏蔽构件具有预定的耐热性。因此，能够适当地阻止流体与涡轮壳体之间的热传导。热屏蔽构件部分地或完全地覆盖涡轮壳体的壁表面，使得热屏蔽构件能够阻止热传导到涡轮壳体中。因此，能够进一步降低涡轮壳体的材料的必需的耐热性。替代性地，没有必要提高冷却涡轮壳体的能力。因此，能够抑制流入流体的能量损失。

根据本发明的另一方面，涡轮增压器可以进一步包括涡轮的旋转轴、支承件和支承壳体。支承件以可旋转的方式支承旋转轴。支承壳体容置旋转轴和支承件，并且连接至涡轮壳体。热屏蔽板具有保持在涡轮壳体与支承壳体之间的一个端部以及保持在涡轮壳体与第一板或第二板之间的另一端部。

因此，热屏蔽板可以在不必添加任何特殊部件的情况下固定至涡轮壳体。热屏蔽板由于其简单的构造而可以固定至涡轮壳体上的期望的位置。

根据本发明的另一方面，涡轮壳体可以包括排出口，流体在旋转涡轮之后被引导至该排出口。涡轮增压器还可以包括排出口热屏蔽构件。排出口热屏蔽构件构造成覆盖排出口的内壁的至少一部分。优选地，排出口热屏蔽构件具有管状构型。

根据本发明的另一方面，涡轮壳体可以包括排出口，流体在旋转涡轮之后被引导至该排出口。涡轮增压器还可以包括连接至排出口的连接管。连接管可以包括排出口热屏蔽构件。排出口热屏蔽构件容置在排出口中。排出口热屏蔽构件构造成覆盖排出口的内壁的至少一部分。优选地，排出口热屏蔽构件具有管状构型。

因此，涡轮壳体的排出口的热屏蔽件可以以简单的构造形成。因此，能够进一步降低涡轮壳体的材料的耐热性。

附图说明

图1为涡轮增压器的轴向横截面图；

图2为涡轮增压器的一部分的放大横截面图，用于示出流体通过其流至涡轮的流动通路；

图3为具有围绕涡轮的出口设置的热屏蔽构件的涡轮增压器的部分的横截面图；

图4为具有围绕涡轮的出口设置的热屏蔽构件的涡轮增压器的部分的横截面图；以及

图5为具有环形构件的涡轮增压器的部分的放大横截面图。

具体实施方式

上文和下文公开的附加的特征和教示中的每个特征和教示均可以单独地利用或结合其他特征和教示利用以提供改进的涡轮增压器。现在将参照附图对本发明的单独地利用以及彼此结合地利用这些附加的特征和教示中的许多特征和教示的典型示例进行详细描述。该详细的描述仅意在教示本领域普通技术人员用于实践本教示的优选方面的更多细节而不意在限制本发明的范围。仅权利要求限定本发明要求保护的范围。因此，下面详细描述中公开的特征和步骤的组合从最广义上讲对实践本发明并非必须的，而仅是进行教示以特别地描述本发明的典型示例。此外，该典型示例的各种特征以及从属权利要求可以以未具体列举的方式组合以提供本教示的附加的有用的构型。

将参照图1描述涡轮增压器1的整体结构。涡轮增压器安装至例如将要安装在车辆中的内燃发动机。涡轮增压器1具有三个壳体：涡轮壳体10、进气壳体20和支承壳体30。

在支承壳体30的内部设置有通过支承件32支承的旋转轴31以能够围绕旋转轴线ZC旋转。在涡轮壳体10中设置有涡轮40。在进气壳体20中设置有叶轮50。轴31具有位于涡轮壳体10中的、或靠近涡轮壳体10的第一端以及位于进气壳体20中的、或靠近进气壳体20的第二端。涡轮40固定至轴31的第一端。叶轮50固定至轴31的第二端。涡轮40和叶轮50通过轴31连接至彼此。涡轮40、轴31和叶轮50能够围绕旋转轴线ZC一体地旋转。支承壳体30设置有用于冷却的水冷却套30W。该水冷却套30W可以省去。

涡轮壳体10具有废气流入口（未图示）、涡旋腔10S和废气排出口10B。废气流入口设置在涡旋腔10S的外周部中，并且允许流入来自内燃发动机的废气（流体）。涡旋腔10S将流入废气引导至涡轮40。废气排出口（排出口）10B排出已经在涡轮40中经历了能量回收的废气。涡旋腔10S与构造成将流入流体引导至介于第一板61与第二板62之间的部段的流动通路对应。

在涡轮壳体10的内部设置有构造成调节从涡旋腔10S引导至涡轮40的废气的流速的多个可变阀63等。每个可变阀63均围绕设置在其上的枢转构件旋转。枢转构件围绕转动轴线Z65旋转。枢转构件的一端通过第一板61支承。枢转构件的另一端通过第二板62支承。第一板61与第二板62之间通过间隔物64保持一定距离。设置有用于驱动可变阀63的连杆构件65。连杆构件65通过驱动机构驱动以围绕转动轴线Z65旋转。涡轮壳体10设置有用于冷却的水冷却套10W。水冷却套10W可以省去。枢转构件的另一端可以省去并且第二板可以支承每个可变阀63的另一端。

在涡轮壳体10的内部设置有热屏蔽构件（板）70。进气壳体20具有进气流入口20A、涡旋腔20S和进气排出口（未图示）。进气流入口20A允许流入通过内燃发动机吸入的进气。涡旋腔20S形成用于使空气流入并且通过叶轮50移送（压送）的空气的流动通路。进气排出口设置在涡旋腔20S的外周部中，并且构成用于所移送（压送）的空气的出口。在进气壳体20的内部设置有形成涡旋腔20S的护罩构件21和涡旋构件22。

处于非常高的温度（例如，800℃或更多）的废气从内燃发动机流动到涡轮壳体10中。为了实现耐热性方面的改善，涡轮壳体10由包含具有高熔点的成分比如镍的材料形成，该成分的量不小于与期望的耐热温度对应的含量。因此，涡轮壳体10非常昂贵。当水冷却套等形成在涡轮壳体上以提高冷却能力时，能够减小涡轮壳体的必需的耐热性。这有助于减少涡轮壳体的镍等的含量。然而，提高冷却能力导致废气的能量损失。因此，该构造是非常不理想的。

涡轮壳体10设置有热屏蔽板70。该热屏蔽板70适当地阻止热传导到涡轮壳体10中。因此，在不涉及废气的能量损失增加的情况下，能够形成具有较低耐热性的材料的涡轮壳体10。

如图2所示，涡轮壳体10容置涡轮40、第一板61、第二板62、可变阀63、间隔物64等。涡旋腔10S形成在涡轮40的外周中。流到涡轮壳体10中的高温废气从涡旋腔10S引导至介于第一板61与第二板62之间的部段。废气经由可变阀63引导至涡轮40。

第一板61和第二板62均形成为其中央部敞开的大致盘状板。第一板61和第二板62以可旋转的方式支承可变阀63的枢转构件。第一板61和第二板62由诸如不锈钢之类的奥氏体型材料形成，从而呈现出关于高温废气的耐热性。与涡轮壳体10的体积相比较，第一板61的体积和第二板62的体积足够小。因此，实现降低成本的效果高于提高涡轮壳体10的耐热性的效果。

废气流到以涡轮壳体10的壁表面覆盖的涡旋腔10S中。热屏蔽板70形成为覆盖壁表面。废气从涡旋腔10S引导至介于第一板61与第二板62之间的部段。热屏蔽板70由诸如不锈钢之类的奥氏体型材料形成，从而呈现出关于高温废气的耐热性。

涡轮壳体10具有将流入废气引导至涡轮40的流动通路。该流动通路通过热屏蔽板70、第一板61和第二板62大致形成为封闭的空间。因此，阻止了从废气至涡轮壳体10的热传导。这有利于减小涡轮壳体10的必需的耐热性。

如图2所示，支承壳体30通过螺栓B等连接至涡轮壳体10。第二板62设置成与涡轮壳体10的内壁基本接触。热屏蔽板70固定在涡轮壳体10的内部。热屏蔽板70的一个边缘部70A（外周侧边缘部）通过保持在涡轮壳体10与支承壳体30之间来固定。热屏蔽板70的另一边缘部70B（内周边缘部）通过保持在涡轮壳体10与第二板62之间来固定。

更靠近支承壳体30的板将被称为第一板61，而更远离支承壳体30的板将被称为第二板62。还可以将更远离支承壳体30的板称作为第一板，并且可以将更靠近支承壳体30的板称作为第二板。在这种情况下，热屏蔽板的所述另一边缘部70B通过保持在第一板与涡轮壳体之间来固定。边缘部70A或者另一边缘部70B可以为不被保持的自由边缘。

如上所述，热屏蔽板70可以通过简单的结构来固定。还能够以具有围绕热屏蔽板70的适当间隙的方式将热屏蔽板70保持在中间。由于该间隙，能够适当地允许由热膨胀等导致的定位偏差。

涡轮壳体10的位于涡旋腔10S的外周侧的内壁以及涡轮壳体10的位于涡旋腔10S的内周侧的内壁呈平行于旋转轴线ZC的表面以允许插入热屏蔽板70。

热屏蔽板70为例如由不锈钢形成并且呈0.3mm至0.5mm的厚度的板。涡旋腔10S的外周侧内壁和内周侧内壁为平行于旋转轴线ZC的直构型。因此，热屏蔽板70也是相对简单的构型。这使得非常容易通过压制加工形成热屏蔽板70。

还能够在热屏蔽板70与涡轮壳体10的内壁之间设置适当的间隙以形成空气层70S。该空气层有利于进一步减少从热屏蔽板70传导并进入到涡轮壳体10中的热量。

还能够在涡轮壳体10与热屏蔽板70的边缘部70A之间、在支承壳体30与热屏蔽板70的边缘部70A之间、和/或在涡轮壳体10与热屏蔽板70的边缘部70B之间设置绝热构件。

如图3和图4所示，还能够设置具有排出口热屏蔽装置（排出口热屏蔽构件72和连接管73）的废气排出口10B。如图3所示，排出口热屏蔽构件72为覆盖废气排出口10B的内壁表面的至少一部分的结构。排出口热屏蔽构件72例如具有管状构型。排出口热屏蔽构件72由诸如不锈钢之类的奥氏体型材料形成，从而呈现出关于高温废气的耐热性。优选地，排出口热屏蔽构件72固定至涡轮壳体10使得在排出口热屏蔽构件72与废气排出口10B的内壁之间形成空气层72S。

如图4所示，连接管73连接至废气排出口10B。连接管73具有覆盖废气排出口10B的内壁表面的至少一部分的排出口热屏蔽部（构件）73A。排出口热屏蔽部73A例如具有管状构型。排出口热屏蔽部73A插入到废气排出口10B中。排出口热屏蔽部73A由诸如不锈钢之类的奥氏体型材料形成，从而呈现出关于高温废气的耐热性。优选地，排出口热屏蔽部73A固定至涡轮壳体10使得在排出口热屏蔽部73A与废气排出口10B的内壁之间形成空气层73S。

排出口热屏蔽装置可以如图3和图4构造或以任何其他构造而进行构造。例如，排出口热屏蔽装置可以具有从图2中示出的第二板62的废气排出口侧端部朝向废气排出口延伸的结构。排出口热屏蔽装置可以例如以管状构型形成。

如上所述，涡轮壳体具有延伸至涡轮的流动通路。该流动通路通过热屏蔽板、第一板和第二板形成。由于该结构，高温流体不接触涡轮壳体的内壁。从流体至涡轮壳体的热传导被阻止。因此，涡轮壳体可以由具有进一步减小的耐热性的材料形成。此外，不需要提高涡轮壳体的冷却能力。因此，能够抑制流入流体的能量损失。

涡轮壳体不需要用于将热屏蔽板固定就位的部件。因此，涡轮壳体可以是非常简单的结构。此外，热屏蔽板可以合适地固定就位。因此，能够适当地抑制热屏蔽板的振动。

先前设置的第一板和第二板用于热屏蔽。因此，新添加的热屏蔽板能够是较小的。

涡轮壳体的位于涡旋腔的外周侧的内壁以及涡轮壳体的位于涡旋腔的内周侧的内壁为平行于旋转轴线ZC的表面。因此，热屏蔽板可以插入到更简单的构型的涡旋腔中。这使得能够实现热屏蔽板的压制可加工性和组装性能方面的进一步改善。

优选地，排出口热屏蔽装置设置在涡轮壳体的废气排出口处。这有利于进一步降低涡轮壳体的材料的必需的耐热性。

尽管已经参照特定的构型描述了本发明的实施方式，但对于本领域的技术人员而言明显的是在不背离本发明的范围的情况下可以做出许多替代方案、改型和变型。因此，本发明的实施方式意在包括可以落在所附权利要求的精神和范围内的所有这种替代方案、改型和变型。例如，本发明的实施方式不应限于典型构型，而可以例如做如下修改。

如上所述，流动通路可以通过热屏蔽板70、第一板61和第二板62形成为基本封闭的空间。替代性地，流动通路可以以如图5所示的方式形成为基本封闭的空间。图5中示出的结构具有环形构件66。环形构件66保持在涡轮壳体10与支承壳体30之间。环形构件66固定至涡轮壳体10以保持第一板61。环形构件66、热屏蔽板70、第一板61和第二板62形成基本封闭的空间。

如上所述，涡轮增压器可以设置在其中安装有内燃发动机的车辆中。替代性地，涡轮增压器可以应用于各种其他用途。流体并非必须限于废气。

上述值仅通过示例的方式给出，而不应被理解为是限制性的。

Claims (8)

1.一种涡轮增压器，包括：

涡轮，所述涡轮构造成通过利用由流动到所述涡轮增压器中的流体导致的能量旋转；

涡轮壳体，所述涡轮壳体构造成容置所述涡轮，所述涡轮壳体具有用于将所述流体引导至所述涡轮的流动通路；

多个可变阀，所述多个可变阀构造成围绕设置在所述多个可变阀上的每个枢转构件旋转，从而调节从所述流动通路引导至所述涡轮的所述流体的流速；

第一板，所述第一板构造成支承每个枢转构件的第一端，所述第一板构造成限定所述流动通路；

第二板，所述第二板构造成支承每个枢转构件的第二端或所述可变阀，所述第二板构造成限定所述流动通路；以及

热屏蔽构件，所述热屏蔽构件构造成覆盖所述涡轮壳体的壁表面，所述热屏蔽构件构造成限定所述流动通路，其中，所述流路构造成使得流到所述涡轮增压器中的所述流体经由所述第一板和所述第二板以及所述热屏蔽构件之间而被引导至所述涡轮。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，还包括：

所述涡轮的旋转轴；

支承件，所述支承件构造成以可旋转的方式支承所述旋转轴；以及

支承壳体，所述支承壳体构造成容置所述旋转轴和所述支承件，所述支承壳体连接至所述涡轮壳体。

3.根据权利要求2所述的涡轮增压器，其中，所述热屏蔽构件包括：

第一端部，所述第一端部保持在所述涡轮壳体与所述支承壳体之间；以及

第二端部，所述第二端部保持在所述涡轮壳体与所述第一板或所述第二板之间。

4.根据权利要求1、2或3所述的涡轮增压器，其中，所述涡轮壳体包括排出口，所述流体在旋转所述涡轮之后被引导至所述排出口。

5.根据权利要求4所述的涡轮增压器，还包括排出口热屏蔽构件，所述排出口热屏蔽构件构造成覆盖所述排出口的内壁的至少一部分。

6.根据权利要求5所述的涡轮增压器，其中，所述排出口热屏蔽构件具有管状构型。

7.根据权利要求4所述的涡轮增压器，还包括连接至所述排出口的连接管，其中，所述连接管包括排出口热屏蔽构件，所述排出口热屏蔽构件容置在所述排出口中使得所述排出口热屏蔽构件覆盖所述排出口的内壁的至少一部分。

8.根据权利要求7所述的涡轮增压器，其中，所述排出口热屏蔽构件具有管状构型。