CN105275512A - 涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种涡轮增压器(100)，该涡轮增压器(100)包括涡轮机叶轮(30)、旋转轴(31)、支承壳体(10)以及涡轮机壳体(20)。涡轮机壳体包括涡旋通路(21)和第二凸缘(23)。涡轮机壳体具有设置有凹入部(25)的外表面，凹入部设置在涡旋通路与第二凸缘之间。凹入部是从涡轮机壳体的外表面朝向涡轮机壳体的内表面凹陷的部分。支承壳体具有主通路(11)。第二凸缘具有延长通路(26)。主通路连接至延长通路而构成第一冷却剂通路(12)。涡轮机壳体具有围绕涡旋通路的第二冷却剂通路(22)。

Description

涡轮增压器

技术领域

本发明涉及用于设置在内燃机中的涡轮增压器。

背景技术

日本专利申请公报No.2010-48187A(JP2010-48187A)描述了一种涡轮增压器，在该涡轮增压器中，涡轮机壳体设置有形成为覆盖涡旋通路的冷却剂通路。

在JP2010-48187A中描述的涡轮增压器的涡轮机壳体中，涡旋通路的壁表面通过冷却剂的循环而保持处于相对较低的温度。相比之下，与支承壳体抵接的凸缘未被冷却，使得凸缘的温度变得相对较高。因此，在凸缘的温度与涡旋通路的壁表面的温度之间产生差异，这会引起凸缘与涡旋通路的壁表面之间的热膨胀量的不同。因此，由凸缘与涡旋通路的壁表面之间的热膨胀量的差异而引起的应力可能导致变形。

凸缘形成为呈板形状，其通过增大涡轮机壳体的端部的直径而形成。涡旋通路以突出的方式形成而覆盖涡轮。由此，在涡轮机壳体中在凸缘与涡旋通路之间形成凹入部。

当照此在凸缘与涡旋通路的壁表面之间引起热膨胀量的差异时，由于该热膨胀量的差异引起的应力易于集中在位于凸缘与涡旋通路之间的凹入部上。为此，凹入部可能特别容易被变形所影响。

发明内容

本发明提供了一种涡轮增压器，该涡轮增压器可以抑制由于热膨胀量的差异而引起的应力集中的发生。

本发明的一方面涉及涡轮增压器，所述涡轮增压器包括：涡轮机叶轮；旋转轴，所述旋转轴连接至所述涡轮机叶轮；支承壳体，所述支承壳体构造成将所述旋转轴容置在所述支承壳体中；以及涡轮机壳体，所述涡轮机壳体构造成将所述涡轮机叶轮容置在所述涡轮机壳体中。所述涡轮机壳体包括涡旋通路和第二凸缘。所述涡旋通路围绕所述涡轮机叶轮，并且，所述第二凸缘与所述支承壳体抵接。所述涡轮机壳体具有设置有凹入部的外表面，所述凹入部设置在所述涡旋通路与所述第二凸缘之间，所述凹入部为从所述涡轮机壳体的所述外表面朝向所述涡轮机壳体的内表面凹陷的部分。所述支承壳体具有主通路。所述第二凸缘具有延长通路。所述主通路连接至所述延长通路从而构成第一冷却剂通路。所述涡轮机壳体具有围绕所述涡旋通路的第二冷却剂通路。

根据以上构型，由于作为第一冷却剂通路的一部分的延长通路形成在涡轮机壳体的凸缘中，因此可以使冷却剂循环通过涡轮机壳体的凸缘。这允许对凸缘进行冷却，使得在涡轮机壳体中，涡轮机壳体的凸缘的温度与被流动通过第二冷却剂通路的冷却剂冷却的涡旋通路的壁表面的温度之间的差异变小。也就是说，凸缘与涡旋通路的壁表面之间的热膨胀量的差别被减小。因此，由于热膨胀量的差别所引起的应力被减小，由此使得能够抑制应力集中在凹入部上。简言之，能够抑制由于热膨胀量的差别引起的应力集中的发生。

在所述涡轮增压器中，支承壳体包括第一凸缘。第一凸缘具有与涡轮机壳体的第二凸缘抵接的凸缘表面，该凸缘表面为与旋转轴的轴向方向垂直的表面。延长通路在沿着旋转轴的轴向方向从凸缘表面朝向涡旋通路的方向上延伸。在所述涡轮机壳体中，旋转轴的轴向方向上的第一距离短于旋转轴的轴向方向上的第二距离。所述第一距离指在所述涡轮机壳体的垂直于所述旋转轴的所述轴向方向的截面中所述涡轮机壳体的所述内表面和所述凹入部间的壁的厚度最薄的部分与所述凸缘表面之间的沿着所述旋转轴的所述轴向方向的距离。所述第二距离指所述延长通路的在所述旋转轴的所述轴向方向上的底部与所述凸缘表面之间的沿着所述旋转轴的所述轴向方向的距离。

根据以上构型，延长通路形成至与凹入部的易于集中由于凸缘与涡旋通路的壁表面之间的热膨胀量的差别所引起的应力的部分相比沿涡轮机叶轮的旋转轴方向距离凸缘表面更远的位置。鉴于此，根据以上构型，能够由循环通过由延长通路和主通路构成的第一冷却剂通路的冷却剂来有效地冷却凹入部的易于集中由于热膨胀量的差别所引起的应力的部分。

在所述涡轮增压器中，延长通路的表面的至少部分比主通路的表面更粗糙。根据以上构型，第一冷却剂通路中的由延长通路形成的壁表面的表面面积增大。也就是说，由于冷却剂通路的壁表面与冷却剂进行接触的面积增大，因此能够提高涡轮机壳体与冷却剂之间的热传递的效率。由于热传递效率的提高，能够抑制由于热膨胀量的差别引起的应力，由此使得能够更有效地抑制应力集中在凹入部上。

在所述涡轮增压器中，延长通路的表面的位于涡轮机壳体的径向内侧处的部分比主通路的表面更粗糙。通过涡旋通路压缩的废气被喷射在容置于涡轮机壳体中的涡轮机叶轮上。因此，涡轮机壳体的位于径向内侧上的壁暴露于被压缩并喷射在涡轮机叶轮上的高温废气，使得特别是在涡轮机壳体中，壁的温度容易变高。

根据以上构型，由于延长通路的表面的位于涡轮机壳体的径向内侧处的那部分形成为粗糙的，因此能够提高对特别是涡轮机壳体中的位于径向内侧上的温度容易变高的壁表面的冷却效率。因此，能够有效地冷却特别是涡轮机壳体中的位于径向内侧上的温度容易变高的壁表面。

附图说明

以下将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术上的和工业上的重要意义，在附图中，相同的附图标记指示相同的元件并且其中：

图1A是示出涡轮增压器的一个实施方式中的涡轮机部的截面图；

图1B是以放大的方式示出图1A中的涡轮机部的一部分的放大视图；

图2是当从凸缘侧观察时的、示出构成根据实施方式的涡轮增压器的涡轮机壳体的结构的平面视图；

图3是示出对比示例中的涡轮增压器的凹入部的附近区域的截面图；以及

图4是示出涡轮增压器的改型中的凹入部的附近区域的截面图。

具体实施方式

下面参照图1A、图1B以及图2描述涡轮增压器的一个实施方式。如图1A中所示，通过使涡轮机壳体20与支承壳体10结合构成涡轮增压器100。涡轮机壳体20构造成将涡轮机叶轮30容置在涡轮机壳体中。支承壳体10构造成容置与涡轮机叶轮30连接的旋转轴31。

在下文中，涡轮机叶轮30的旋转轴方向被称为轴向方向。图1A中的支承壳体10的右端部分形成直径增大的凸缘13。凸缘13形成凸缘表面14，该凸缘表面14充当与涡轮机壳体20的抵接表面。凸缘表面14形成为与轴向方向垂直的表面。在支承壳体10中形成有开口于凸缘表面14上的主通路11。该主通路11与稍后描述的延长通路26一起形成第一冷却剂通路12。

在涡轮机壳体20中形成有构造成将废气导引至涡轮机叶轮30的涡旋通路21。此外，在涡轮机壳体20中形成有第二冷却剂通路22以覆盖涡旋通路21。第二冷却剂通路22形成在涡旋通路21的壁的除竖向壁27之外的部分中，竖向壁27是设置在支承壳体10侧上并且与轴向方向垂直的壁。

图1A中的涡轮机壳体20的左端部分形成直径增大的凸缘23。该凸缘23具有与支承壳体10的抵接表面24。在凸缘23与涡旋通路21之间，壳体外表面朝向壳体内表面凹陷以形成直径减小的凹入部25。

此外，在凸缘23中形成有延长通路26。延长通路26开口于抵接表面24上，并且设置成通过涡轮机壳体20中的相对于凹入部25的径向内侧。

如图1B中所示，延长通路26设置成使得距离L2比距离L1更长。在这里，距离L1指示抵接表面24与在涡轮机壳体20的垂直于轴向方向的截面中凹入部25和壳体内表面间的壁最薄的部分(图1B中的虚线所指示的部分)之间的沿着轴向方向的距离。此外，距离L2指示抵接表面24与延长通路26的在轴向方向上的底部部分26a之间的沿着轴向方向的距离。

也就是说，延长通路26设置成沿轴向方向延伸至与在涡轮机壳体20的垂直于轴向方向的截面中凹入部25和壳体内表面间的壁最薄的部分相比距离抵接表面24更远的位置处。也就是说，延长通路26在沿着旋转轴的轴向方向从凸缘表面朝向涡旋通路的方向上延伸。

支承壳体10和涡轮机壳体20通过用夹具40夹持凸缘13和凸缘23而紧固和固定。夹具40以环状的方式形成。凸缘13的凸缘表面14与凸缘23的抵接表面24之间的部分被密封。

主通路11和延长通路26形成为使得当支承壳体10和涡轮机壳体20如此固定时，主通路11和延长通路26的开口在凸缘13与凸缘23之间抵接之后彼此连接。由此，在涡轮增压器100中，当主通路11随着支承壳体10与涡轮机壳体20之间的固定而连接至延长通路26时，形成第一冷却剂通路12。

如图2中所示，延长通路26在抵接表面24上形成为连续的环形凹槽。如此，在涡轮增压器100中，形成了构造成使冷却剂循环通过支承壳体10以及涡轮机壳体20的凸缘23的第一冷却剂通路12以及构造成使冷却剂循环通过涡轮机壳体20的第二冷却剂通路22。此外，在涡轮增压器100中，延长通路26设置在凸缘23中，使得冷却剂也循环通过凸缘23。

这两个冷却剂通路彼此并联地设置在内燃机中的冷却剂循环路线中。下面与冷却剂不循环通过凸缘的涡轮增压器相对照地描述根据本实施方式的涡轮增压器100的操作。

涡轮增压器的壳体因由废气流入引起的温度升高而热膨胀。考虑到这一点，在涡轮增压器的壳体中设置了构造成循环冷却剂的冷却剂通路。

例如，在图3中示出的对比示例的涡轮增压器200中，冷却剂通路222形成为覆盖形成在涡轮机壳体220中的涡旋通路221。因此，涡旋通路221的壁表面被流动通过冷却剂通路222的冷却剂冷却。与此同时，凸缘223未设置有冷却剂通路，使得冷却剂未循环通过凸缘223。因此，凸缘223未被冷却。由此，通过冷却剂冷却的涡旋通路221的壁表面的温度与没有通过冷却剂冷却的凸缘223的温度可能存在差异。

在涡轮增压器200中，在支承壳体210中不设置冷却剂通路。由此，热从没有被冷却的支承壳体210的凸缘213传递至涡轮机壳体220的凸缘223，使得凸缘223的温度很容易升高。

因此，当通过冷却剂冷却的涡旋通路221的壁表面保持在相对较低的温度时，没有通过冷却剂冷却的凸缘223可能具有相对较高的温度。因此，在凸缘223的温度与涡旋通路221的壁表面的温度之间产生差异，并且在凸缘223的热膨胀量与涡旋通路221的壁表面的热膨胀量之间可能存在差别，正如图3中箭头指示的。

因此，由于热膨胀量之间的不同，在涡轮机壳体220中的位于凸缘223与涡旋通路221之间的凹入部225中可能产生应力集中。

此外，在涡轮增压器200中，凸缘223通过夹具240被夹紧并且固定至凸缘213。由此，凸缘223受到在支承壳体210侧上的未设置有冷却剂通路的凸缘213的热膨胀的影响。

也就是说，在这样的涡轮增压器200中，应力易于集中在凹入部225上。在这点上，在根据本实施方式的涡轮增压器100中，由于如上所述，作为第一冷却剂通路12的一部分的延长通路26形成在涡轮机壳体20的凸缘23中，冷却剂循环通过涡轮机壳体20的凸缘23。

由于根据本实施方式的延长通路26设置成延伸至凹入部25的径向内侧，因此冷却剂还循环通过凹入部25的径向内侧。根据上文所述的本实施方式，能够获得以下效果。

(1)由于作为第一冷却剂通路12的一部分的延长通路26形成在涡轮机壳体20的凸缘23中，因此能够使冷却剂循环通过涡轮机壳体20的凸缘23。由于凸缘23被冷却，因此在涡轮机壳体20中凸缘23的温度与被流动通过第二冷却剂通路22的冷却剂冷却的涡旋通路21的壁表面的温度之间的差异变得很小。也就是说，凸缘23与涡旋通路21的壁表面之间的热膨胀量的差别减小。因此，由于热膨胀量的差别引起的应力减小，从而使得能够抑制应力集中在凹入部25上。简单地说，能够抑制由于热膨胀量的差别引起的应力集中的发生。

(2)由于延长通路26以延长的方式设置成通过凹入部25的径向内侧，因此凹入部25的径向内侧可以被流动通过延长通路26的冷却剂冷却。也就是说，凸缘23与涡旋通路21之间的热膨胀量的差别有效减小，从而使得能够抑制应力集中在凹入部25上。

(3)延长通路26形成至与凹入部25的易于集中由于凸缘23与涡旋通路21的壁表面之间的热膨胀量的差别所引起的应力的部分相比沿轴向距离凸缘表面14更远的位置。也就是说，能够由循环通过由延长通路26和主通路11构成的第一冷却剂通路12的冷却剂来有效地冷却凹入部25的易于集中由于热膨胀量的差别所引起的应力的部分。

(4)冷却涡旋通路21的冷却剂通路围绕涡旋通路21形成。在这种情况下，如果连支承壳体10侧上的壁中——也就是说，连构成涡轮机壳体20的涡旋通路21的壁中的竖向壁27中——都形成有冷却剂通路的话，则竖向壁27变厚。

在这一点上，在根据本实施方式的涡轮机壳体20中，第一冷却剂通路12形成在竖向壁27的在旋转轴的延伸方向上的一侧，而第二冷却剂通路22形成在竖向壁27的在旋转轴的延伸方向上的另一侧。也就是说，可以在不在竖向壁27中形成冷却剂通路的情况下形成冷却涡旋通路21的冷却剂通路，使得能够防止竖向壁27变厚。特别地，在本实施方式中，延长通路26设置成延伸至凹入部25的径向内侧。由此，在循环通过第一冷却剂通路12的冷却剂与竖向壁27之间进行热交换，从而能够冷却竖向壁27。也就是说，能够通过避免涡轮机壳体20的在涡轮机叶轮30的轴向方向上的总长度增大，而在避免涡轮增压器100的尺寸变大的同时获得冷却凸缘23和涡旋通路21的效果。

(5)由于第一冷却剂通路12设置成通过延长通路26延长至涡轮机壳体20，因此在循环通过第一冷却剂通路12的冷却剂与涡轮机壳体20之间进行热交换。也就是说，能够通过涡轮机壳体20的热促进循环通过第一冷却剂通路12的冷却剂的温度升高，从而使得能够通过因此温度升高的冷却剂来促进与暴露于废气的涡轮机壳体20相比难以升温的支承壳体10的升温。也就是说，能够在涡轮机壳体20与支承壳体10之间有效地进行热交换。

(6)当过度热膨胀发生在凸缘23与凸缘13相抵接的密封表面上时，不能保持密封特性。根据本实施方式，能够冷却凸缘23，因此减小了凸缘23的热膨胀。也就是说，生产时的尺寸改变减小了，从而使得能够抑制凸缘23与凸缘13之间的密封特性的下降。

上述实施方式能够以下面的实施方式实施，在下面的实施方式中对上述实施方式进行了适当的修改。如图4中所示，可以采用这样的构型：其中，延长通路26的表面形成为粗糙的。使延长通路26的表面变得比主通路11的表面更粗糙。根据该构型，由于延长通路26的表面是粗糙的，因此由第一冷却剂通路12中的延长通路26形成的壁表面的表面积增大。也就是说，由于冷却剂通路的壁表面与冷却剂进行接触的面积增大，因此能够提高涡轮机壳体20与冷却剂之间的热传递效率。此外，由于热传递效率提高，能够抑制由于热膨胀量的差别引起的应力。因此，能够更有效地抑制应力集中在凹入部25上。

作为延长通路26的表面形成为粗糙表面的构型的示例，图4示出了这样一种构型：其中，延长通路26的表面的位于涡轮机壳体20的径向内侧上的那部分是粗糙的。通过涡旋通路21压缩的废气喷射在容置于涡轮机壳体20中的涡轮机叶轮30上。因此，涡轮机壳体20的径向内侧上的壁暴露于经压缩并且喷射在涡轮机叶轮30上的高温废气，使得特别是在涡轮机壳体20中，壁的温度很容易变高。由此，如果延长通路26的表面的位于涡轮机壳体20的径向内侧的那部分形成为粗糙的，则能够提高对特别是涡轮机壳体20中的位于径向内侧上的温度容易变高的壁表面的冷却效率。因此，能够有效地冷却特别是涡轮机壳体20中的位于径向内侧上的温度容易变高的壁表面。

图4仅示意性地示出延长通路26的表面变粗糙的状态，并且不必使该表面粗糙成能够被看到。此外，可以使延长通路26的整个区域变得比主通路11的表面更粗糙。

在以上实施方式中，在构成涡旋通路21的壁中的位于支承壳体10侧上的壁是竖向延伸成与轴向方向垂直的竖向壁27。然而，该壁是构成涡旋通路的壁，因此壁的形状可以依循涡旋通路的形状而改变。也就是说，该壁不限于竖向壁，而可以是例如弯曲的。在以上实施方式中，冷却剂通路未形成在该壁上，这样不妨碍该壁的形状的改变。

在以上实施方式中，延长通路26形成为连续的环形凹槽，但延长通路26的构型不限于此。延长通路26可以是允许冷却剂循环通过凸缘23的凹槽。例如，凹槽可以不以连续的方式设置。此外，从凸缘23侧观察的凹槽形状可以不是环形的，而可以是例如矩形的。

与以上实施方式不同，延长通路26可以不设置成延伸至凹入部25的径向内侧。如果延长通路26形成为开口于抵接表面24上使得延长通路26连接至主通路11，就能够由循环通过第一冷却剂通路12的冷却剂来冷却凸缘23。

以上实施方式例示了第一冷却剂通路12和第二冷却剂通路22彼此并联地设置在内燃机中的冷却剂循环路线中的构型，但第一冷却剂通路12和第二冷却剂通路22可以不是彼此并联地设置。甚至在第一冷却剂通路12和第二冷却剂通路22串联地设置的情况下，如果涡轮增压器具有允许冷却剂循环通过凸缘23的结构，也能够抑制应力集中在凹入部25上。

在以上实施方式中，支承壳体10和涡轮机壳体20通过用夹具40夹持凸缘13和凸缘23而夹紧和固定，但支承壳体10和涡轮机壳体20的固定可以不通过用夹具40夹持来实现。例如，支承壳体10和涡轮机壳体20可以通过使螺栓穿过凸缘13和凸缘23来用螺栓上紧和固定。

Claims (4)

1.一种涡轮增压器(100)，其特征在于包括：

涡轮机叶轮(30)；

旋转轴(31)，所述旋转轴(31)连接至所述涡轮机叶轮；

支承壳体(10)，所述支承壳体(10)构造成将所述旋转轴容置在所述支承壳体中；以及

涡轮机壳体(20)，所述涡轮机壳体(20)构造成将所述涡轮机叶轮容置在所述涡轮机壳体中，

所述涡轮机壳体包括涡旋通路(21)和第二凸缘(23)，所述涡旋通路围绕所述涡轮机叶轮，所述第二凸缘与所述支承壳体抵接，

所述涡轮机壳体具有设置有凹入部(25)的外表面，所述凹入部设置在所述涡旋通路与所述第二凸缘之间，所述凹入部为从所述涡轮机壳体的所述外表面朝向所述涡轮机壳体的内表面凹陷的部分，并且

所述支承壳体具有主通路(11)，所述第二凸缘具有延长通路(26)，所述主通路连接至所述延长通路从而构成第一冷却剂通路(12)，并且，所述涡轮机壳体具有围绕所述涡旋通路的第二冷却剂通路(22)。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其中，

所述支承壳体包括第一凸缘(13)，

所述第一凸缘具有与所述涡轮机壳体的所述第二凸缘抵接的凸缘表面(14)，所述凸缘表面(14)为与所述旋转轴的轴向方向垂直的表面，

所述延长通路在沿着所述旋转轴的所述轴向方向从所述凸缘表面朝向所述涡旋通路的方向上延伸，

在所述涡轮机壳体中，所述旋转轴的所述轴向方向上的第一距离(L1)短于所述旋转轴的所述轴向方向上的第二距离(L2)，

所述第一距离指在所述涡轮机壳体的垂直于所述旋转轴的所述轴向方向的截面中所述涡轮机壳体的所述内表面和所述凹入部间的壁的厚度最薄的部分与所述凸缘表面之间的沿着所述旋转轴的所述轴向方向的距离，以及

所述第二距离指所述延长通路的在所述旋转轴的所述轴向方向上的底部与所述凸缘表面之间的沿着所述旋转轴的所述轴向方向的距离。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其中，

所述延长通路的表面的至少部分比所述主通路的表面粗糙。

4.根据权利要求3所述的涡轮增压器，其中，

所述延长通路的所述表面的位于所述涡轮机壳体的径向内侧处的部分比所述主通路的所述表面粗糙。