CN104747274B - 涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种涡轮增压器，其具备：涡轮壳体，构成为设置在发动机排气通路的中途；轴承壳体，与所述涡轮壳体一体地结合；涡轮叶轮，配置在所述涡轮壳体的内部；旋转轴，以能够一体地旋转的方式与所述涡轮叶轮连结，并且以能够旋转的方式支承于所述轴承壳体；以及冷却水路，设置在所述涡轮壳体的内部，用于使冷却水循环，所述冷却水路设置在所述涡轮叶轮的周围。所述涡轮壳体具有：第一结合部，与所述轴承壳体结合；第二结合部，与在所述发动机排气通路上设置在所述涡轮壳体的下游侧的部分结合；以及绝热部，设置在所述第一结合部和所述第二结合部中的至少一方与所述冷却水路之间。

Description

涡轮增压器
技术领域
本发明涉及具备水冷式的涡轮壳体的涡轮增压器。
背景技术
涡轮增压器具备互相一体地结合的涡轮壳体和轴承壳体。旋转轴以能够一体旋转的方式连结于涡轮叶轮，该涡轮叶轮设置在涡轮壳体的内部，该旋转轴被上述轴承壳体支承。
在日本特开2010-48187号公报所公开的涡轮增压器中，在涡轮壳体的内部设置有用于使冷却水循环的水路。在具备这样的水冷式的涡轮壳体的涡轮增压器中，通过与在水路内流动的冷却水的热交换来冷却涡轮壳体，从而抑制了该涡轮壳体的过热。
在涡轮增压器运转时，与涡轮叶轮和旋转轴的一体旋转相伴地发生振动，并且，该振动被传递至支承着旋转轴的轴承壳体。传递至轴承壳体的振动经由涡轮壳体还被传递至与该涡轮壳体结合的排气通路的下游侧部分，成为产生噪音的一个原因。
而且，在具备水冷式的涡轮壳体的涡轮增压器中，由于涡轮壳体的温度变得比较低，因此，该涡轮壳体的刚性升高，从而导致振动传递率升高。因此，从旋转轴传递至轴承壳体的振动容易经由涡轮壳体传递至排气通路的下游侧部分，从而容易导致噪音的产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够抑制排气通路的下游侧部分的振动和由此而引起的噪音产生的涡轮增压器。
用于实现上述课题的涡轮增压器具备：涡轮壳体，构成为设置在发动机排气通路的中途；轴承壳体，与所述涡轮壳体一体地结合；涡轮叶轮，配置在所述涡轮壳体的内部；旋转轴，以能够一体地旋转的方式与所述涡轮叶轮连结，并且以能够旋转的方式支承于所述轴承壳体；以及冷却水路，设置在所述涡轮壳体的内部，用于使冷却水循环，所述冷却水路设置在所述涡轮叶轮的周围。所述涡轮壳体具有：第一结合部，与所述轴承壳体结合；第二结合部，与在所述发动机排气通路上设置在所述涡轮壳体的下游侧的部分结合；以及绝热部，设置在所述第一结合部和所述第二结合部中的至少一方与所述冷却水路之间。
附图说明
图1是一个实施方式的涡轮增压器的剖视图。
图2是涡轮壳体的剖视图。
具体实施方式
以下，对涡轮增压器的一个实施方式进行说明。
如图1所示，涡轮增压器10具备：压缩机20，配置在内燃机1的进气通路2的中途；涡轮30，配置在该内燃机1的排气通路3的中途；以及轴承壳体11，将所述压缩机20和涡轮30连结。
压缩机20具有压缩机壳体21，在压缩机壳体21的内部配置有压缩机叶轮23。另外，涡轮30具有涡轮壳体31，在涡轮壳体31的内部配置有涡轮叶轮33。涡轮叶轮33和压缩机叶轮23被旋转轴12连结成能够一体地旋转，该旋转轴12被上述轴承壳体11的轴承部支承成能够旋转。
接下来，对上述涡轮30和及其周边的结构详细地进行说明。
如图2所示，在涡轮壳体31的内部设置有截面为圆形状的管部34，所述管部34具有与上述涡轮叶轮33的旋转轴线L1一致的轴线。
管部34的一个(图中的左侧)端部形成叶轮室35，在该叶轮室35中配置着涡轮叶轮33。在涡轮壳体31的内部设置有涡旋通路36，所述涡旋通路36遍及上述涡轮叶轮33的周围全周呈涡旋形状延伸。该涡旋通路36在上述叶轮室35的周壁上遍及所述周壁的整周开口。即，涡旋通路36具有与叶轮室35连通的圆环状的开口。在涡旋通路36上连接有上游侧排气管3A，该上游侧排气管3A是在排气通路3中比上述涡轮30靠上游侧的部分。
另一方面，上述管部34的与上述叶轮室35相反的一侧(图2中的右侧)的端部形成用于将排气排出至管部34的外部的排出部37，在该排出部37连接有下游侧排气管3B，该下游侧排气管3B是在排气通路3中比上述涡轮30靠下游侧的部分。涡轮壳体31在排出部37的周围具有螺纹孔38。通过将螺栓紧固于螺纹孔38，下游侧排气管3B被固定于涡轮壳体31。将在涡轮壳体31上与下游侧排气管3B结合的部分称作第二结合部C2。
以在旋转轴线L1的方向上将管部34夹在轴承壳体11与下游侧排气管3B之间的方式，将所述轴承壳体11固定于涡轮壳体31。涡轮壳体31和轴承壳体11通过V形夹紧件13一体地结合。将在涡轮壳体31上与轴承壳体11结合的部分称作第一结合部C1。在轴承壳体11的内部形成有轴承部14，所述旋转轴12被该轴承部14支承成能够旋转。
如图1和图2所示，在上述涡轮增压器10中如下面这样对内燃机1进行增压。如在图中实心的箭头所示，在排气通路3的内部流动的排气从上游侧排气管3A流入涡轮壳体31的涡旋通路36内，并且，从该涡旋通路36流入叶轮室35并吹到涡轮叶轮33上。由此，涡轮叶轮33接受排气流的能量而旋转，从而使得压缩机叶轮23与涡轮叶轮33一起旋转。随着该压缩机叶轮23的旋转，如在图1中空心的箭头所示，流入压缩机壳体21的空气被向进气通路2中的比压缩机20靠下游侧的位置压送，对内燃机1的气缸进行增压。
通过涡轮叶轮33后的排气被从管部34的排出部37排出至下游侧排气管3B，被设置在该下游侧排气管3B上的排气净化装置4(参照图1)净化，然后被排出至该下游侧排气管3B的外部。
在涡轮壳体31的内部，以包围上述涡旋通路36和上述管部34的周围的方式形成有用于使冷却水循环的冷却水路39。即，涡轮壳体31是水冷式，通过强制地使冷却水在冷却水路39的内部循环，而通过与该冷却水的热交换进行冷却。内燃机1在内部具有供给冷却水的水套5，并且与发动机冷却系统连接，所述发动机冷却系统由用于使冷却水冷却的散热器6和压送冷却水的水泵7等构成。在本实施方式中，在内燃机1运转时，发动机冷却系统内的冷却水的一部分被供给至上述冷却水路39而循环。
在涡轮增压器10运转时，与涡轮叶轮33和旋转轴12的一体旋转相伴地发生振动，并且，该振动被传递至支承着旋转轴12的轴承壳体11。传递至轴承壳体11的振动经由涡轮壳体31还传递至下游侧排气管3B、排气净化装置4，成为产生噪音的一个原因。
而且，由于涡轮壳体31被冷却，因此该涡轮壳体31的温度降低而其刚性升高，进而使得振动传递率升高。因此，从旋转轴12传递至轴承壳体11的振动容易经由涡轮壳体31被传递至下游侧排气管3B，从而容易导致产生噪音。
在本实施方式中，如图2所示，涡轮壳体31具有包围涡旋通路36和管部34的周围的冷却水路39。但是，在涡轮壳体31的第一结合部C1的附近、即涡旋通路36上的与轴承壳体11对置的一侧的周围，没有形成冷却水路39。另外，在涡轮壳体31的第二结合部C2的附近、即管部34上的与排出部37对应的一侧的周围，也没有形成冷却水路39。
涡轮壳体31在上述第一结合部C1与上述冷却水路39之间具有遍及涡轮叶轮33的旋转轴线L1的周围全周延伸的大致圆环形状的绝热部41。另外，涡轮壳体31在上述第二结合部C2与冷却水路39之间也具有沿着涡轮叶轮33的旋转轴线L1的周围全周延伸的绝热部42。这些绝热部41、42由充满空气的空洞形成。涡轮壳体31具有内壁面，该内壁面界定出容纳涡轮叶轮33的内部空间、即管部34和涡旋通路36。各绝热部41、42以没有在该涡轮壳体31的内壁面开口的方式形成。充满这些绝热部41、42的内部的空气作为抑制热传递的绝热层发挥功能。
以下，对通过将这样的冷却水路39和绝热部41、42设置在涡轮壳体31的内部所起到的作用进行说明。
涡轮壳体31的第一结合部C1和第二结合部C2构成了从轴承壳体11向下游侧排气管3B和排气净化装置4传递振动的路径(振动传递路径)的一部分。因此，如果降低涡轮壳体31上的第一结合部C1的周边部分和第二结合部C2的周边部分的振动传递率，则能够降低上述振动传递路径的一部分的振动传递率，从而能够抑制从轴承壳体11向下游侧排气管3B和排气净化装置4的振动传递。
关于这一点，在上述涡轮增压器10中，在涡轮壳体31上的第一结合部C1的周边没有形成冷却水路39，在该第一结合部C1与冷却水路39之间形成有绝热部41。由此，第一结合部C1与冷却水路39之间被绝热，该第一结合部C1的周边部分难以被冷却。因此，与不具有绝热部41的情况相比较，能够提高第一结合部C1的周边部分的温度从而降低其刚性，从而能够降低该部分的振动传递率。因此，从轴承壳体11向涡轮壳体31的振动传递得到抑制。
而且，在涡轮壳体31上的第二结合部C2的周边没有形成冷却水路39，在该第二结合部C2与冷却水路39之间形成有绝热部42。由此，第二结合部C2与冷却水路39之间被绝热，该第二结合部C2的周边部分难以被冷却。因此，与不具有绝热部42的情况相比较，能够提高第二结合部C2的周边部分的温度从而降低其刚性，从而能够降低该部分的振动传递率。因此，能够抑制从涡轮壳体31向下游侧排气管3B和排气净化装置4的振动传递。
这样，能够降低作为振动传递路径的一部分的、第一结合部C1的周边部分和第二结合部C2的周边部分的振动传递率。因此，能够抑制从轴承壳体11向下游侧排气管3B和排气净化装置4的振动传递，从而能够抑制因所述下游侧排气管3B和排气净化装置4的振动而导致的噪音产生。而且，由于第一结合部C1的周边部分的振动传递率降低，因此，从轴承壳体11向涡轮壳体31的振动传递被抑制，涡轮壳体31自身的振动也得到抑制。
在涡轮壳体31上，由于涡轮叶轮33的周边、具体来说是叶轮室35的内壁(所谓的罩)及其周边部分的温度容易升高，因此希望对该部分进行冷却。关于这一点，在上述涡轮增压器10中，由于在涡轮叶轮33的周围设有冷却水路39，因此能够对希望冷却的部分进行冷却。另外，由于作为空洞的各绝热部41、42在管部34和涡旋通路36的内壁面不开口，因此高温的排气不会流入绝热部41、42的内部。因此，能够抑制涡轮叶轮33的周边的过热。
而且，在涡轮壳体31上的第一结合部C1的周边部分和第二结合部C2的周边部分、即从叶轮室35的内壁离开的部分，没有设置冷却水路39，因此能够重点对希望冷却的涡轮叶轮33的周边进行冷却。
另外，在上述涡轮增压器10中，与在第一结合部C1的周边部分和第二结合部C2的周边部分也设有冷却水路的情况相比，冷却水从涡轮壳体31接受的热量变少，该冷却水的温度变低。因此，即便使通过涡轮壳体31后温度上升的冷却水直接返回内燃机1，也能够适当地抑制该内燃机1的冷却效率的降低。因此，在上述涡轮增压器10中，能够减小冷却水用的散热器6的容量。
而且，由于冷却水从涡轮壳体31接受的热量变少，因此，通过该涡轮壳体31内部的排气的温度难以降低。由此，温度较高的排气通过排气净化装置4内，因此能够在内燃机1的低温启动时较早地使该排气净化装置4的温度上升，从而能够实现排气净化性能的提高。
另外，由于涡轮壳体31的第一结合部C1的周边部分的温度升高，因此从涡轮壳体31传递至轴承壳体11的热量变多。因此，能够在内燃机1的低温启动时较早地使轴承壳体11中的轴承部14的温度上升，从而能够降低轴承部14处的摩擦。
如以上所说明，根据本实施方式，能够得到以下所记载的效果。
(1)涡轮壳体31在涡轮叶轮33的周围具有冷却水路39，并且，在与轴承壳体11结合的第一结合部C1和冷却水路39之间具有绝热部41，而且在与下游侧排气管3B结合的第二结合部C2和冷却水路39之间具有绝热部42。因此，能够抑制从轴承壳体11向下游侧排气管3B和排气净化装置4的振动传递，从而能够抑制因所述下游侧排气管3B和排气净化装置4的振动而导致的噪音产生。而且，能够准确地对希望冷却的涡轮叶轮33的周边进行冷却。
(2)利用在涡轮壳体31的内部设置作为绝热部41、42发挥功能的空洞这样的简单结构，能够使第一结合部C1与冷却水路39之间、和第二结合部C2与冷却水路39之间绝热。
(3)作为空洞的各绝热部41、42在管部34和涡旋通路36的内壁面不开口，因此能够抑制涡轮叶轮33的周边的过热。
并且，上述实施方式可以如以下这样变更并实施。
·可以省略绝热部41和绝热部42的一方。
·也可以向涡轮壳体31内的冷却水路39供给专用的冷却水并使其循环，来代替向涡轮壳体31内的冷却水路39供给用于内燃机1的冷却的冷却水并使其循环。
·在上述实施方式中，使设置在涡轮壳体31的内部的空洞作为绝热部41、42发挥功能。也可以通过铸入等方法，将利用耐热性高的多孔质材料(例如陶瓷材料)形成的绝热部配置于涡轮壳体31的内部，来代替上述情况。

Claims (3)

1.一种涡轮增压器，
所述涡轮增压器具备：
涡轮壳体，构成为设置在发动机排气通路的中途；
轴承壳体，与所述涡轮壳体一体地结合；
涡轮叶轮，配置在所述涡轮壳体的内部空间，所述内部空间由所述涡轮壳体的内壁面界定；
旋转轴，以能够一体地旋转的方式与所述涡轮叶轮连结，并且以能够旋转的方式支承于所述轴承壳体；以及
冷却水路，以位于所述涡轮壳体的所述内壁面与外壁面之间的方式设置在该涡轮壳体的内部，用于使冷却水循环，
所述冷却水路设置在所述涡轮叶轮的周围，
所述涡轮壳体具有：
第一结合部，与所述轴承壳体结合；以及
第二结合部，与在所述发动机排气通路上设置在所述涡轮壳体的下游侧的部分结合，其特征在于，
所述涡轮壳体具有绝热部，所述绝热部设置在所述第一结合部和所述第二结合部中的至少一方与所述冷却水路之间，
所述绝热部以位于所述涡轮壳体的所述内壁面与所述外壁面之间的方式设置于该涡轮壳体的内部。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，
所述绝热部是由空气充满的空洞。
3.根据权利要求2所述的涡轮增压器，其特征在于，
所述绝热部以不在所述涡轮壳体的所述内壁面开口的方式形成。
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