CN104100571A - 径流式压缩机的壳体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种径流式压缩机的壳体，具体而言根据本发明，二级的增压单元包括壳体单元(2)，该壳体单元使高压增压器(2..)和低压增压器(1..)集成在其中。两个增压器的旋转轴线垂直于壳体单元(2)，其可直接通过壳体基座(25)侧向地旋接到内燃机处。利用该附装方案对于将增压单元联接到冷却器以及内燃机处实现提高的灵活性，由此附加地可减小增压组的结构体积。

Description

径流式压缩机的壳体
技术领域
本发明涉及增压内燃机的领域。本发明涉及垂直地布置的径流式压缩机的壳体，例如其应用在用于为内燃机增压的废气涡轮增压器中那样。此外，本发明涉及一种废气涡轮增压器以及带有具有这种类型的压缩机壳体的多个废气涡轮增压器的多级的增压组。
背景技术
为了提高内燃机的功率，应用带有定位在发动机之前的压缩机和通过共同的轴相连接的在内燃机的排气管路中的涡轮的废气涡轮增压器。利用内燃机的增压提高了进入气缸中的空气量并且由此也提高了燃料量并且由此获得用于发动机的显著功率提高。为此使用的废气涡轮增压器按照标准由转子组成，该转子由压缩机叶轮、涡轮叶轮、轴以及轴支承件、引导流动的壳体部件(压缩机壳体和涡轮壳体)以及轴承壳体组成。
通常，带有废气涡轮增压器的内燃机在一级联合中由每个发动机列的一个涡轮增压器增压并且由此实现直至PIV=6的压缩机压力比。在附图3中示出了一级增压的可能的设备示意图(Anlageschema)。对于新一代的内燃机，借助于二级增压使压力比提高到直至PIV=12且更高。使用二级增压基本上明显减小了NOx废气排放，提高了发动机功率密度并且提高了发动机效率。
二级增压系统主要由串联的低压以及高压涡轮增压器和在两个压缩级之间附加的中间冷却器组成。在图2中相对于一级增压的设备示意图示出了二级增压的可能的设备示意图。通过中间冷却而需要更少的压缩功以用于压缩预定的空气量和压力比，由此可提高增压系统的效率。最后与一级系统相似来自二级增压系统的被压缩的空气通过在内燃机的入口处的增压空气冷却器冷却并且被引导到发动机中。
与一级系统相比，二级增压系统在内燃机上的附装体积在带有附加部件的情况下明显更复杂并且本身更庞大。然而通过合理地集成所需的部件可减小该结构体积并且增压系统设计得更紧凑。
与一级的系统相比在二级增压系统的情况下使所需的涡轮增压器和用于内燃机的冷却设备的数量加倍，由此管路引导的复杂性以及在发动机上的附装件的尺寸增加。尤其地，在压缩机级和中间冷却器之间的连接管路以及在高压和低压涡轮级之间的附加废气管路必须集成在附装件中。
附装方案和管路引导分别与发动机的相应的结构形式有很大关系，因为废气管路部分地在发动机的侧边或相对于发动机轴线在中心被引导。新鲜空气输送管路的位置同样与发动机的结构形式相关。在图1中显示了用于V型发动机的可能的附装情况的示例性示图。在带有仅仅一列发动机的直列发动机时的附装情况相应于在V型发动机的一半结构。
现在，高压和低压增压器应如此安置在发动机处，即在增压系统和发动机之间以及在增压系统和冷却设备之间的废气管路和新鲜空气输入管路具有最小的结构长度和结构体积。此外应注意的是，在管路中的流动引导经历尽可能少的转向以为了低的流动损失。
发明内容
本发明的目的在于，优化径流式压缩机的壳体。
根据本发明的径流式压缩机的壳体包括带有多个侧面的包围空腔的壳体套(Gehäusehülle)以及布置在该壳体套的内部中的螺旋壳体(有时称为蜗壳)。
螺旋壳体具有中央的贯通的孔。该孔一方面用于容纳压缩机叶轮，该压缩机叶轮可通过该孔被推入螺旋壳体中。另一方面该中央的孔用于将空气从包围螺旋壳体的空腔中输送到布置在该孔中的压缩机叶轮上。该螺旋壳体具有另一用于将流从螺旋壳体中排出的孔。
用于使待布置在螺旋壳体中的压缩机叶轮穿过的第一孔引入壳体套的侧面中的一个中。此外，用于将从螺旋壳体中引导出的流从壳体套中导出的第二孔引入壳体套的侧面中的一个中。并且此外，用于将空气输入在壳体套的内部中的空腔中的第三孔引入壳体套的侧面中的至少一个中。
可选地，在螺旋壳体中的贯通的孔在垂直方向上伸延，并且壳体由此设置成用于容纳绕垂直的轴线旋转的压缩机。
可选地，螺旋壳体和壳体套共享(teilen)侧壁，其中用于使压缩机叶轮穿过的孔被引入该共同的侧壁中。由此在螺旋壳体中的中央的贯通的孔通入在共同的侧壁中的孔中。
可选地，壳体套具有多个用于将空气输入在壳体套的内部中的空腔中的第三孔，其可选地分别引入不同的侧面中。该输入部可设置成以用于固定空气输送管的联接凸缘的形式或者以利用过滤器格栅覆盖的孔的形式。可选地，利用盖罩封闭这些多个第三孔中的一个或多个。
可选地，径流式压缩机的一个这种类型的壳体为壳体装置的一部分，其中壳体套由壳体罩(Gehäusemantel)包围。根据本发明，利用液体加载的空腔在壳体罩和壳体套之间延伸。在壳体套中的孔通过在壳体罩中的相应的孔从壳体罩中被引导出来。
可选地，径流式压缩机的多个这种类型的壳体是壳体装置的一部分，其中壳体套共同地由壳体罩包围：根据本发明，利用液体加载的空腔在壳体罩和壳体套之间延伸。在壳体套中的孔通过在壳体罩中的相应的孔从壳体罩中被引导出来。
这种类型的壳体装置使用在废气涡轮增压器中，其包括带有涡轮叶轮和压缩机叶轮的垂直地布置的转子，其中压缩机叶轮布置在壳体装置中。
可选地，在这种类型的废气涡轮增压器中，液体尤其地轴承油从转子的轴承区域中被引导到在壳体罩和壳体套之间的空腔中。在此，液体由于重力流下(abfließen)经过壳体套或者如果螺旋壳体被集成到壳体套的上壁中时流下经过螺旋壳体。
可选地，涡轮的壳体垂直地布置在壳体罩之上。在此根据本发明，装到壳体罩上的多件式的隔绝围板完全包围涡轮壳体。在此，该隔绝围板释放用于输入热的废气的孔和用于导出热的废气的孔。
上述壳体装置应用在增压组中，其包括多个废气涡轮增压器，该多个废气涡轮增压器分别带有垂直地布置的转子，转子分别带有涡轮叶轮和压缩机叶轮，其中，多个压缩机叶轮分别布置在壳体装置中。
可选地，在这种类型的废气涡轮增压器中，液体尤其地轴承油从转子的轴承区域中被引导到在壳体罩和壳体套之间的空腔中。在此，液体由于重力流下经过相应的壳体套或者如果螺旋壳体分别集成到壳体套的上壁中时流下经过螺旋壳体。
多个废气涡轮增压器可连接成多级的增压系统，其中两个彼此相继的级的压缩机和涡轮分别串联，从而较高的级的涡轮连接在较低的级的涡轮之前，并且较高的级的压缩机连接在较低的级的压缩机之后。
可选地，多个废气涡轮增压器可并联。在此，体积流可一级地分配到多个增压器上并且这些增压器可安装在根据本发明的壳体单元中。
可选地，在增压组中，涡轮的壳体垂直地布置在壳体罩之上。在此，装在壳体罩上的多件式的隔绝围板完全包围涡轮壳体。隔绝围板释放用于将热的废气输入到涡轮级上的孔和用于在经过涡轮级之后导出废气的孔。
可选地，废气涡轮增压器或增压组的壳体罩具有用于将废气涡轮增压器或增压组固定在内燃机处的固定凸缘。
在二级或多级增压系统中，由于将多个壳体部件集成到壳体单元中，径流式压缩机的压缩机壳体的根据本发明的构造方案允许以很少的结构空间和简单的装配/拆卸而安装在发动机处。转子体的垂直布置方案简化了维护人员的操作。
从从属权利要求中得到其它优点。
附图说明
紧接着根据图纸解释根据本发明的压缩机壳体的实施形式。其中：
图1示意性地显示了在V型发动机时废气管路(E表示废气)和新鲜空气输入管路(A表示空气)的可能的附装情况，
图2显示了一级增压和二级增压的设备示意图，
图3显示了带有根据本发明的压缩机壳体的二级废气涡轮增压器组件的等轴视图，
图4显示了带有装上的隔绝围板的根据图3的二级废气涡轮增压器组件，
图5显示了从下方观察的根据图3的二级的废气涡轮增压器组件，
图6显示了根据图3的二级废气涡轮增压器组件的根据本发明的压缩机壳体的等轴视图，
图7显示了剖切的根据图6的压缩机壳体，其中截面在螺旋壳体之外被引导，
图8显示了剖切的根据图6的压缩机壳体(带有附加的固定凸缘)，其中截面被引导穿过螺旋壳体，确切地说近似穿过通过用于容纳压缩机叶轮的同轴的孔的垂直的轴，
图9显示了沿着两个废气涡轮增压器的垂直地伸延的轴轴线被引导穿过根据图3的二级废气涡轮增压器的组件。
参考标号列表
2壳体罩
21用于低压废气涡轮增压器的转子体(Rotorblock)的在壳体罩中的孔
22用于高压废气涡轮增压器的转子体的在壳体罩中的孔
23油排出部
24油输入部
25固定凸缘
26在壳体罩和壳体套之间的空腔
41,42隔绝元件、隔绝围板的一部分
45用于连接隔绝元件的连接元件
50在涡轮之间的补偿元件
110低压废气涡轮增压器的涡轮的涡轮壳体
111低压废气涡轮增压器的涡轮的气体进入部
112低压废气涡轮增压器的涡轮的气体离开部
115低压废气涡轮增压器的涡轮叶轮
120低压废气涡轮增压器的压缩机的螺旋壳体
121低压废气涡轮增压器的压缩机的空气进入部(a,b)
122低压废气涡轮增压器的压缩机的空气离开部
123低压废气涡轮增压器的压缩机壳体的壳体套
124用于引入压缩机叶轮的在壳体套中的孔
125低压废气涡轮增压器的压缩机叶轮
126在螺旋壳体的中央的贯通的孔
127在壳体套中的空腔(用于空气进入部的收集腔)
128用于从螺旋壳体中导出流的在螺旋壳体中的孔
130低压废气涡轮增压器的轴承壳体
210高压废气涡轮增压器的涡轮的涡轮壳体
211高压废气涡轮增压器的涡轮的气体进入部
212高压废气涡轮增压器的涡轮的气体离开部
215高压废气涡轮增压器的涡轮叶轮
220高压废气涡轮增压器的压缩机的螺旋壳体
221高压废气涡轮增压器的压缩机的空气进入部(a,b,c)
222高压废气涡轮增压器的压缩机的空气离开部
223高压废气涡轮增压器的压缩机壳体的壳体套
224用于引入压缩机叶轮的在壳体套中的孔
225高压废气涡轮增压器的压缩机叶轮
226在螺旋壳体中的中央的贯通的孔
227在壳体套中的空腔(用于空气进入部的收集腔)
228用于从螺旋壳体中导出流的在螺旋壳体中的孔
230高压废气涡轮增压器的轴承壳体。
具体实施方式
借助于高压涡轮增压器(在附图中分别在左侧，例如在图9中的截面图中)描述根据本发明的组件的基本结构。压缩机壳体包括螺旋壳体220(在低压增压器中120)，其原则上自身可构造成多件式。螺旋壳体包括用于被压缩的空气的螺旋形的收集腔并且与布置在螺旋壳体的中央孔226(126)中的压缩机叶轮225(125)的轮毂一起限制在压缩机叶轮的区域中的流动通道。为了流动，螺旋壳体具有两个孔，在吸入区域中具有已提及的中央孔226(126)并且在螺旋件的端部处具有用于从螺旋壳体中导出流的流出孔228(128)。
螺旋壳体布置在壳体套223(123)的内部中，其中，壳体套包围空腔227(127)，其用作用于空气进入部的收集腔。螺旋件的端部从壳体套中被引导出来并且通入空气离开部222(122)中。螺旋壳体的空气进入部即中央的贯通的孔226(126)通入空腔227(127)中。通过在壳体套的侧面中的孔221(121)实现将空气输入到壳体套的内部中的空腔中。在此，可设置空气吸入接头以用于与壳体套中的输入孔相连接，或者如在低压增压器的情况中那样，带有附加的消声功能的过滤垫覆盖输入孔。壳体套具有多个侧面。壳体套可为立方体或长方体形，或者非常普遍地为多面体，带有有棱角的或倒圆的棱边。如果壳体套具有多个侧面，则也可将多个空气进入孔引入侧面中。附加的面使流入物的分配成为可能，这导致更小的噪声形成，这尤其地在低压空气进入部处是适宜的。在附图中，利用221a,221b,221c或121a和121b表示该多个空气进入孔。可选地，可利用盖罩封闭多余的空气进入孔。这种遮盖在输送且在维护情况中也可为有利的，以防止污染。
从根据图2的设备示意图中已知的增压空气冷却单元(未示出)位于壳体罩2之下。
根据本发明，壳体套223(123)布置在外部的壳体罩中。在壳体套和壳体罩之间的间隙中延伸有空腔26，其在最低的部位处通入油排出部23中。在增压装置的运行中在该空腔中设置有液体，其尤其地应用于冷却螺旋壳体。如在附图中示出的那样，为此螺旋壳体布置在壳体套的上壳体壁处，从而螺旋壳体和壳体套共享后壁。现在如果液体流经该后壁，则螺旋壳体冷却。
有利地，液体来自轴承油循环。该液体用于冷却涡轮增压器轴的支承件。在图9中不可看出针对支承件的细节。然而，垂直地布置的转子配备有相应大的轴向轴承，以在运行中除了推力负载之外还承受在轴向上作用的重力。如在截面图中指出的那样，空腔26延伸到在转子体中的轴承区域中。在该实施方案中，伴随垂直地指向的油排出来冷却螺旋壳体是有利的，由此实现对在压缩机级中的待压缩的空气的附加的冷却作用。由于该附加的冷却作用，可改进增压系统的压缩机侧的效率。
油排出通道通过在不同的壳体部件之间的密封件密封。
转子体由压缩机叶轮225(125)、涡轮叶轮215(115)、连接两个叶轮的轴以及轴承壳体230(130)组成。在维修情况中，在已经取出涡轮壳体210(110)之后，转子体作为单元从压缩机壳体中被抬起。涡轮壳体210(110)通过夹板连接与轴承壳体230(130)和壳体罩2可旋转地旋接在一起以调整气体进入部(高压增压器侧)的不同的角位置。涡轮壳体垂直地布置在壳体罩2之上。涡轮壳体包括气体进入部211(111)和气体离开部212(112)。在涡轮叶轮的区域中，涡轮壳体210(110)同样包围螺旋形的流动通道以及用于使流对准径向流入的(radial angeströmt)涡轮叶轮的工作叶片上的导向装置。由于在高压增压器和低压增压器的涡轮之间不同的气体温度可导致壳体的不同的膨胀，利用补偿元件50实现在高压增压器的涡轮的气体离开部212和低压增压器的涡轮的气体进入部111之间的连接。
壳体罩2、壳体套223和123以及螺旋壳体220和120可制成一体的铸造元件。由此，减小了用于这种类型的增压装置所需的构件的数量。由于在多个侧边上的空气进入孔，在一个铸造元件的情况下可实现多种附装方案。不必要的联接部简单地以盖罩覆盖。来自低压压缩机中的空气离开管路以及来自高压压缩机中的空气离开管路同样集成到壳体单元中，或者至少固定在壳体单元处。
在壳体罩2处布置有固定凸缘25，其用于将整个单元固定在发动机托架处。在此，固定凸缘可具有用于从上方装配在发动机托架上的水平的支承面(图6)，或者如在其它附图中那样，具有用于侧向地装配在发动机托架处的垂直的支承面。
高压和低压涡轮增压器在设计上基本上可构造成相同的并且最多出于热力学的原因在结构尺寸上以及旋转的部件(例如压缩机叶轮或涡轮叶轮)方面有所不同。
根据在图中示出的二级增压单元详细解释了根据本发明的压缩机壳体方案。然而，根据本发明的压缩机壳体方案同样可应用在一级增压单元或三级或更多级增压单元上。随后的权利要求满足这种概括。

Claims (15)

1. 一种径流式压缩机的壳体，该壳体包括：
包围空腔(127,227)的壳体套(123,223)，该壳体套具有多个侧面，以及
布置在所述壳体套(123,223)的内部中的螺旋壳体(120,220)，该螺旋壳体带有：中央的贯通的孔(126,226)，该孔用于容纳压缩机叶轮并且用于将空气从所述空腔(127,227)中输送到布置在所述孔中的压缩机叶轮上；和用于从所述螺旋壳体中导出流的另一孔(128)；
其中，用于使待布置在所述螺旋壳体中的压缩机叶轮穿过的第一孔(21,22)引入所述壳体套(123,223)的侧面中，
其中，用于将从所述螺旋壳体中引导出来的流从所述壳体套中排出的第二孔引入所述壳体套(123,223)的侧面中，并且
其中，用于将空气输入在所述壳体套的内部中的空腔(127,227)中的第三孔(121,121a,121b;221,221a,221b,221c)引入所述壳体套的至少一个侧面中。
2. 根据权利要求1所述的径流式压缩机的壳体，其特征在于，所述贯通的孔(126,226)在所述螺旋壳体中在垂直方向上伸延，并且所述壳体由此设置成用于容纳绕垂直的轴线旋转的压缩机。
3. 根据权利要求1或2所述的径流式压缩机的壳体，其特征在于，所述螺旋壳体(120,220)和所述壳体套(123,223)共享侧壁，其中孔(124,224)引入所述共同的侧壁中，并且所述螺旋壳体的中央的贯通的孔(126,226)通入在所述共同的侧壁中的孔中。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的径流式压缩机的壳体，其特征在于，多个用于将空气输入在所述壳体套的内部中的空腔中的第三孔(121a,121b;221a,221b,221c)分别在不同的侧面中引入所述壳体套中。
5. 根据权利要求4所述的径流式压缩机的壳体，其特征在于，利用盖罩封闭所述多个第三孔(121a,121b;221a,221b,221c)中的至少一个。
6. 一种壳体装置，包括根据权利要求1至5中任一项所述的径流式压缩机的壳体，其中所述壳体套(123,223)由壳体罩(2)包围，其中至少部分地利用液体加载的空腔(26)在所述壳体罩和所述壳体套之间延伸，并且其中在所述壳体套中的孔通过在所述壳体罩中的相应的孔从所述壳体罩中被引导出来。
7. 一种壳体装置，包括多个根据权利要求1至5中任一项所述的径流式压缩机的壳体，其中所述壳体套(123,223)共同地由壳体罩(2)包围，其中，至少部分地利用液体加载的空腔(26)在所述壳体罩和所述壳体套之间延伸，并且其中在所述壳体套中的孔通过在所述壳体罩中的相应的孔从所述壳体罩中被引导出来。
8. 一种废气涡轮增压器，包括带有涡轮叶轮(115,215)和压缩机叶轮(125,225)的垂直地布置的转子，其中所述压缩机叶轮布置在根据权利要求6所述的壳体装置中。
9. 根据权利要求8所述的废气涡轮增压器，其特征在于，液体从所述转子的轴承区域中被引导到在所述壳体罩(2)和所述壳体套(123,223)之间的空腔(226)中，其中所述液体由于重力流下经过所述壳体套(123,223)。
10. 根据权利要求8或9所述的废气涡轮增压器，其特征在于，所述涡轮的壳体(110,210)垂直地布置在所述壳体罩(2)之上，其中装到所述壳体罩上的多件式的隔绝围板(41,42)完全包围所述涡轮壳体(110,210)并且释放用于输入热的废气的孔(211)和用于导出热的废气的孔(112)。
11. 一种增压组，包括多个废气涡轮增压器，该多个废气涡轮增压器分别带有垂直地布置的转子，该转子分别带有涡轮叶轮(115,215)和压缩机叶轮(125,225)，其中，多个压缩机叶轮布置在根据权利要求7所述的壳体装置中。
12. 根据权利要求11所述的增压组，其特征在于，液体从所述转子中的至少一个的轴承区域中被引导到在所述壳体罩(2)和所述壳体套(123,223)之间的空腔(26)中，其中所述液体由于重力流下经过所述壳体套(123,223)。
13. 根据权利要求11或12所述的增压组，其特征在于，所述多个废气涡轮增压器连接成多级的增压系统，其中两个彼此相继的级的压缩机和涡轮分别串联，从而较高的级的涡轮连接在较低的级的涡轮之前，并且较高的级的压缩机连接在较低的级的压缩机之后。
14. 根据权利要求11至13中任一项所述的增压组，其特征在于，所述涡轮的壳体(110,210)垂直地布置在所述壳体罩(2)之上，其中装到所述壳体罩(2)上的多件式的隔绝围板(41,42)完全包围所述涡轮壳体并且释放用于输入热的废气的孔(211)和用于导出热的废气的孔(112)。
15. 一种根据权利要求8至10中任一项所述的废气涡轮增压器的或根据权利要求11至14中任一项所述的增压组的壳体罩(2)，其中所述壳体罩具有用于将所述废气涡轮增压器或所述增压组固定在内燃机处的固定凸缘(25)。
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