CN105604615A - 排气涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种排气涡轮增压器，其具有：涡轮(24)，其由排气流驱动；轴承壳体(16)，排气涡轮增压器(10)的轴(26)安装在其中以便能够绕着旋转轴线(28)旋转；以及隔热板(30)，其布置于涡轮后侧(32)和轴承壳体(16)之间。对本发明来说必要的是，一方面在涡轮(24)和隔热板(30)之间提供了环形间隙(36)，另一方面隔热板(30)设计成和/或布置成，使得稳定的密封空气膜(50)形成在隔热板(30)和涡轮后侧(32)之间的密封区域(38)。

Description

排气涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种排气涡轮增压器，其具有涡轮、轴承壳体以及隔热板，涡轮由排气流驱动，在轴承壳体中安装排气涡轮增压器的轴以便能够绕着旋转轴线旋转，隔热板布置于涡轮的涡轮后侧和轴承壳体之间。
背景技术
公知的是，为了保护部件免于热辐射或者高温流，而使用称为隔热板的构造，隔热板后面具有空气间隙。例如，为了保护轴承壳体免于越过涡轮的热排气流，该构造还使用在排气涡轮增压器中。如果在排气涡轮增压器的情形下涡轮和隔热板之间的间隙太大，那么大排气质量流量以较高压流入涡轮后面的间隙。这具有有害效果，诸如增加流入轴承壳体的漏气体积、增加引入轴承壳体的热量、在涡轮侧轴密封的区域增加油焦化和/或由于不正确的流动降低涡轮效率。另一方面，涡轮和隔热板之间的间隙太窄导致在间隙中的向外作用吸力，这能够导致油从轴承壳体渗漏。
发明内容
本发明基于的目的是，实现用于排气涡轮增压器的改进的或者至少不同的实施例，其中，尤其，涡轮后面的间隙中的排气质量流和间隙内的吸力效应降低。
利用独立权利要求实现该目的。有利的改进形成从属权利要求的主题。
本发明是基于这样的总体构思：在隔热板以及涡轮后侧之间配置密封区域，使得能够形成稳定的密封空气膜，使得在隔热板和涡轮后侧之间的间隙中的质量流以及在隔热板和涡轮后侧之间的间隙中的吸力效应降低。为此，一方面在涡轮后侧和隔热板之间的提供了环形间隙，另一方面，隔热板被设计成和/或布置成，使得稳定的密封空气膜能够形成在隔热板和涡轮后侧之间的密封区域。例如由横向空气流形成的密封空气膜堵塞流入或者流出密封区域，使得能够降低流入密封区域的排气以及在密封区域内的吸力效应。因而能够增加排气涡轮增压器的服务寿命，因为一方面能够降低热负荷，另一方面能够降低排气涡轮增压器的油损失。
对于隔热板来说方便的是设计成和/或布置成，使得事实上没有排气流发生于隔热板和涡轮后侧之间。如果没有排气流发生于隔热板和涡轮后侧之间，排气也不能够进入轴承壳体，或者油不能被吸入从而离开轴承壳体。
对于密封区域有利的是以第一直径和第二直径之间的环形方式与涡轮共轴运行。其中，第一直径在涡轮后侧的直径的50％和90％之间，优选在60％和80％之间，特别优选在65％和75％之间，最优选地约为涡轮后侧的直径的70％，其中，第二直径至少为80％，优选至少为90％，特别优选至少为95％，最优选地约为涡轮后侧的直径的100％。如果密封区域在该范围内，那么稳定的密封空气膜能够非常有利地形在密封区域内。因此，这能够改善排气涡轮增压器的服务寿命。
提供了一个方便的方案，隔热板和涡轮后侧之间的环形间隙在密封区域具有均匀幅宽。因而能够在隔热板和涡轮后侧之间形成限定的密封区域，这允许形成稳定的密封空气膜。
提供了另一方便的方案，密封区域的环形间隙具有最小间隙幅宽和最大间隙幅宽之间的幅宽，并且其中，最小间隙幅宽对应于0.01倍，优选0.02倍以及特别优选0.03倍于涡轮后侧的直径，最大间隙幅宽对应于0.1倍，优选0.075倍以及特别优选0.05倍于涡轮后侧的直径。如果环形间隙的幅宽在这种范围内，那么轴向间隙足够宽以建立足够稳定的密封空气膜，使得降低来自轴承壳体的油损失。此外，环形间隙的幅宽足够小以便不允许太多排气流入环形间隙，使得轴承壳体上的热负荷较小。
提供了一个特别方便的方案，隔热板具有环形密封段，其轴向定界密封区域并且基本垂直于排气涡轮增压器的旋转轴线运行。这意味着隔热板的密封段基本平行于涡轮后侧运行，使得涡轮后侧和隔热板之间的环形间隙具有的幅宽至少约为恒定幅宽。均匀幅宽使得能够以目标方式适于形成稳定的密封空气膜。
提供了一种有利的可能性，隔热板具有环形密封段，其轴向定界密封区域并且具有朝向涡轮后侧开口的环形珠子。凭借环形珠子，在密封段内涡流能够形成在隔热板和涡轮后侧之间的密封区域，涡流生成稳定的密封空气膜。结果，因而能够降低隔热板和涡轮后侧之间的吸力效应，使得还能够降低来自轴承壳体的油渗漏。
提供了另一种有利的可能性，珠子具有圆形截面。因为没有边缘扰乱涡流，所以这特别有利于形成涡流。
提供了一种特别方便的可能性，珠子具有呈圆段的形式的截面。呈圆段的形式，珠子的截面的运行非常类似于涡流，这形成稳定的密封空气膜，使得该涡流能够在珠子内非常好地发展。
提供了一种有利的变型，隔热板在密封段内具有径向内段，其相对于轴承壳体从密封段向内径向运行，其中，内段和轴承壳体之间形成环形间隙，气体通过环形间隙能够流入和/或流出隔热板和轴承壳体之间的空气间隙。这允许轴承壳体中的隔热板和涡轮壳体之间的空气间隙之间特定的气体交换，使得隔热板不需要承受源于压力差的力。因而一方面隔热板能够由较薄材料制成因而更轻重量更节约成本，另一方面能够进一步防止泄漏。
提供了另一种有利的变型，隔热板在密封区域的径向外侧具有环形流动引导段，环形流动引导段引导排气流离开隔热板和涡轮后侧之间的环形间隙。因而能够降低排气流的在涡轮后面流动的部分，而不是排气流的驱动涡轮的部分。因此这降低了在隔热板和涡轮后侧之间流动的排气流量。这降低轴承壳体上的热负荷以及流入轴承壳体的排气。
提供了一种特别有利的变型，隔热板由扁平材料形成。隔热板的形成能够特别易于由扁平材料产生。这要求去毛刺机加工，导致较少废弃物。而且，因而能够节约成本地产生轻重量、薄壁的隔热板。
特别方便的是，隔热板为耐热材料，尤其金属。隔热板的温度能够升高以靠近排气温度。典型值约为低于排气温度50K。耐热材料允许排气涡轮增压器容许更高排气温度而不需要向隔热板提供单独冷却。这降低了构造以及产生排气涡轮增压器所需要的力，使得能够节约成本。
提供了另一种特别方便的可能性，隔热板为不锈钢，不锈钢能够被深拉并且尤其是高温度钢，例如1.4541。因而能够通过深拉特别方便地产生隔热板。经证明深拉为形成该类型部件的方便方法。
本发明的进一步重要的特征及优势见于从属权利要求、附图以及关联附图的附图说明。
应该理解的是，以上提到的以及下文将要解释的这些特征不仅能够使用在组合指示的每个情况下，而且能够以其他组合使用或者单独使用，这并不超出本发明的范围。
附图说明
本发明的优选示范实施例示于附图中并且在以下说明中更详细地被解释，其中，相同附图标记涉及相同或者类似或者功能等同的部件。
在附图中，在每个情况下示意地：
图1示出了排气涡轮增压器的局部截面图，示出了转子和轴承壳体，压缩机壳体和涡轮壳体未示出或者仅初步示出，
图2示出了图1的区域A的放大视图，
图3示出了根据本发明第二实施例的排气涡轮增压器的局部截面图，示出转子和轴承壳体，涡轮壳体和压缩机壳体未示出或者仅部分示出，
图4示出了图3的区域B的放大视图。
具体实施方式
图1示出的排气涡轮增压器10，具有壳体12，壳体12被分成压缩机壳体14、轴承壳体16和涡轮壳体18。涡轮增压器10的转子20安装在轴承壳体16中。转子20具有旋转地保持固定在轴26上的压缩机轮22和涡轮24，轴26本身绕着旋转轴线28安装在轴承壳体16中。排气涡轮增压器10简称为涡轮增压器，用于对内燃机增压。这样做，来自内燃机的排气气流的能量被用于压缩提供至用于燃烧的内燃机的新鲜空气。为此，通过排气流驱动涡轮24。因为涡轮24旋转地连接固定至旋转轴线28并且压缩机轮22还连接至旋转轴线28，所以涡轮24驱动压缩机轮22，使得来自排气气流的能量能够用于压缩新鲜空气。
因为排气处于较高温度，所以提供了运行在涡轮24和轴承壳体16之间的隔热板30。尤其，隔热板30运行在涡轮后侧32和轴承壳体16之间。轴承壳体16和隔热板30之间形成空气间隙34，空气间隙34主要提供了排气气流和轴承壳体16之间的热绝缘。
隔热板30和涡轮后侧32之间提供了环形间隙36，排气通过环形间隙36能够流入涡轮24和轴承壳体16之间的区域，因而能够导致引入热量至轴承壳体16和轴26。为了此原因，环形间隙36不应该太宽，但是太窄的环形间隙36产生的风险是涡轮24的旋转在涡轮24和轴承壳体16之间的区域产生导致真空的吸力效应，这能够导致油被抽吸出轴承壳体16。一方面，这会在轴承壳体16中减少轴26的润滑，另一方面，油脂以及油因而进入排气气流，这恶化了内燃机的排气值。
为了此原因，隔热板30设计成和/或布置成，使得密封区域38产生在涡轮后侧32和隔热板30之间。在这种情况下，密封区域38在第一直径40和第二直径42之间径向延伸。然后第一直径40能够在涡轮后侧32的直径44的50％和90％之间，优选在60％和80％之间，特别优选在65％和75％之间，更优选地仍在涡轮后侧32的直径的约70％。第二直径42至少为80％，优选至少为90％，特别优选至少为95％，更优选地仍至少为直径44的100％。
因而密封区域38通过第一直径40和第二直径42径向定界，同时其在轴向方向上由涡轮后侧32定界，并且通过隔热板30朝向轴承壳体16。在这种情况下，密封区域38通过隔热板30的密封段46朝向轴承壳体16定界。
隔热板30的密封段46基本垂直于涡轮增压器10的旋转轴线28运行并且然后是环形。尤其，密封段46的截面开起来是直的，使得密封段46和涡轮后侧32之间的空隙(还基本是均匀的)在密封段46的表面面积上是恒定的。因而，由密封段46和涡轮后侧32定界的密封区域38具有恒定幅宽。
为了避免在隔热板30和涡轮24之间太大空隙的情形下过度排气气流的效果，以及为了避免在隔热板30和涡轮24之间太小空隙的情形下的吸力效应，在密封区域38中环形间隙36具有的幅宽48在最小间隙幅宽和最大间隙幅宽之间，其中，最小间隙幅宽对应于0.01倍，优选0.02倍以及特别优选0.03倍于涡轮后侧32的直径44，最大间隙幅宽对应于0.1倍，优选0.075倍以及特别优选0.05倍于涡轮后侧32的直径44。
如果在密封区域38中环形间隙36的幅宽48在最小间隙幅宽和最大间隙幅宽之间，那么密封空气膜50能够形成在密封区域38中，这降低了流过环形间隙36的空气。该避免并且降低了流入环形间隙36的排气以及离开环形间隙36的吸力效应，使得能够延长排气涡轮增压器10的服务寿命。
隔热板30在密封区域46的径向外侧具有流动引导段52，流动引导段52突出超出涡轮壳体18的内壁54，使得排气流通过隔热板30的流动引导段52改道。在这种情况下，排气流改道使得排气流量的较小部分能够流入涡轮24和隔热板30之间的环形间隙36。
在另一侧，密封段46过渡至内段56，内段56径向向内延伸并且轴向朝向轴承壳体16。隔热板30的内段56和轴承壳体16之间形成另一环形间隙58，环形间隙58连接隔热板30和轴承壳体16之间的空气间隙34至隔热板30和涡轮14之间的环形间隙36，使得空气间隙34和环形间隙36之间的气体压力与排气流量能够相等。因而不能够建立较大差，较大差将导致隔热板30上的机械负荷，此外还将导致泄漏。
图3、图4示出的排气涡轮增压器10的第二实施例与图1和图2示出的第一实施例的不同之处在于，隔热板30的密封段46具有朝向涡轮后侧32开口的珠子60。珠子60具有圆形截面，使得由密封段46定界的环形间隙36的密封区域38还具有圆形边界。尤其，珠子60的截面呈圆段的形式。
密封段46的形状以及因而密封区域38的形状促进在密封区域38内的涡流，正如可见于截面图的，涡流在涡轮后侧32径向向外运行，轴向朝向轴承壳体16在密封区域38的径向外区域运行，径向向内在隔热板30运行并且轴向朝向涡轮后侧32在密封区域38的径向内部区域运行。
该流动在周向方向上延伸因而具有甜甜圈形状并且形成涡旋类型。于是该涡流62用作稳定的密封空气膜50，其通过环形间隙36降低流动。
而且，图3和图4示出的排气涡轮增压器10的第二实施例与图1和图2示出的第一实施例在排气涡轮增压器10的构造以及功能方面一致，将参考之前对后者的描述。

Claims (13)

1.一种排气涡轮增压器(10)，具有
-涡轮(24)，其由排气流驱动，
-轴承壳体(16)，所述排气涡轮增压器(10)的轴(26)安装在其中以便能够绕着旋转轴线(28)旋转，以及
-隔热板(30)，其布置于涡轮后侧(32)和所述轴承壳体(16)之间，其特征在于
-一方面在所述涡轮后侧(32)和所述隔热板(30)之间提供了环形间隙(36)，
-另一方面所述隔热板(30)设计成和/或布置成，使得稳定的密封空气膜(50)形成在所述隔热板(30)和所述涡轮后侧(32)之间的密封区域(38)。
2.根据权利要求1所述的排气涡轮增压器，其特征在于
所述隔热板(30)设计成和/或布置成，使得实质上没有排气流发生于所述隔热板(30)和所述涡轮后侧(32)之间。
3.根据权利要求1或2所述的排气涡轮增压器，其特征在于
所述密封区域(38)与所述涡轮(24)以环形方式共轴运行在第一直径(40)和第二直径(42)之间，其中，所述第一直径(40)在所述涡轮后侧(32)的直径(44)的50％和90％之间，优选在60％和80％之间，特别优选在65％和75％之间，最优选地为所述涡轮后侧(32)的直径(44)的约70％，其中，所述第二直径(42)至少为80％，优选至少为90％，特别优选至少为95％，最优选地为所述涡轮后侧(32)的直径(44)的约100％。
4.根据权利要求1至3中一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于
所述隔热板(30)和所述涡轮后侧(32)之间形成环形间隙(36)，所述环形间隙(36)在密封区域(38)具有均匀幅宽(48)。
5.根据权利要求4所述的排气涡轮增压器，其特征在于
在密封区域(38)中所述环形间隙(36)具有的幅宽(48)在最小间隙幅宽和最大间隙幅宽之间，并且其中，所述最小间隙幅宽对应于0.01倍，优选0.02倍以及特别优选0.03倍于所述涡轮后侧(32)的直径(44)，所述最大间隙幅宽对应于0.1倍，优选0.075倍以及特别优选0.05倍于所述涡轮后侧(32)的直径(44)。
6.根据权利要求1至5中一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于
所述隔热板(30)具有环形密封段(46)，所述环形密封段(46)轴向定界所述密封区域(38)并且基本垂直于所述排气涡轮增压器(10)的所述旋转轴线(28)运行。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于
所述隔热板(30)具有环形密封段(46)，所述环形密封段(46)轴向定界所述密封区域(38)并且具有朝向所述涡轮后侧(32)开口的环形珠子(60)。
8.根据权利要求7所述的排气涡轮增压器，其特征在于
所述珠子(60)具有圆形截面。
9.根据权利要求7或者8所述的排气涡轮增压器，其特征在于
所述珠子(60)具有呈圆段的形式的截面。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于
所述隔热板(30)在所述密封段(46)内沿径向具有内段(56)，所述内段(56)从所述密封段(46)径向向内运行并且相对于所述轴承壳体(16)轴向运行，其中，所述内段(56)和所述轴承壳体(16)之间形成环形间隙(58)，气体通过所述环形间隙(58)能够流入和/或流出所述隔热板(30)和所述轴承壳体(16)之间的所述空气间隙(34)。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于
所述隔热板(30)在密封区域(38)的径向外侧具有环形流动引导段(52)，所述环形流动引导段(52)引导排气流离开所述隔热板(30)和所述涡轮后侧(32)之间的所述环形间隙(36)。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于
所述隔热板(30)由扁平材料形成。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于
所述隔热板(30)为耐热材料，尤其金属。
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