CN106014502B - 涡轮机外壳及关联的排气涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有两个螺旋形排气通道(3、4)的排气涡轮增压器(2)的涡轮机外壳(1)，两个螺旋形排气通道(3、4)通过隔板(5)彼此分离并且通过涡轮机外壳(1)在径向上被限定界限至外侧以及在每种情况下通过一个螺旋舌(6、7)在径向上被限定界限至内侧，其中两个螺旋舌(6、7)在涡轮机外壳(1)的方向上在相反的方向上从隔板(5)延伸。在此，对本发明必要的是：第一螺旋舌(6)在隔板(5)与涡轮机外壳(1)的排气管侧区域(9)之间延伸，而第二螺旋舌在隔板(5)与涡轮机外壳(1)的轴承外壳侧区域(8)之间延伸，并且两个螺旋舌(6、7)形成为在增加的热机负荷下第一螺旋舌(6)首先失效。

Description

涡轮机外壳及关联的排气涡轮增压器
技术领域
根据权利要求1的引言，本发明涉及一种具有两个螺旋形排气通道的涡轮机外壳，所述两个螺旋形排气通道通过隔板彼此分离。本发明还涉及具有所述类型的涡轮外壳的排气涡轮增压器。
背景技术
在排气涡轮增压器中，经常使用双通道涡轮机外壳(所谓的双螺旋涡轮机外壳)，所述双通道涡轮机外壳具有在整个排气涡轮机的长度上彼此分离的两个螺旋形排气通道。所述两个螺旋形或者排气通道通过涡轮机外壳的螺旋外壁在径向上朝向外侧限定界限，并且通过突出到排气涡轮机的排气进口中的两个舌状涡轮机外壳界限在径向上朝向内侧限定界限。在轴向上，两个排气通道通过所谓的隔板彼此分离。两个螺旋舌(spiral tongue)由于运转期间的起停循环、关联的部件的温度梯度以及在最高排气温度处的停顿时间而经受极高的热机负荷，并且这可能具有如下效果：在所述类型的排气涡轮增压器的运转持续期间，由于高热机负荷而在相对早的阶段就已经在两个螺旋舌中产生裂缝。在大多数应用中，所述裂缝在运转的进一步进程期间进一步增长，并且在最坏的情况下，能够导致贯穿的裂缝，这最终因随后发生的热气泄漏而导致排气涡轮增压器的彻底失效。在此，已经发现这样的双螺旋涡轮机外壳的两个螺旋舌关于最大可允许排气温度和最大可允许集流的限制要素中的一个。
本发明因此与如下问题有关：为普通类型的涡轮机外壳详细说明一种改进的或者至少是替代的实施方式，其特征特别在于改进的预期寿命。
发明内容
该问题根据本发明通过独立权利要求1的主题解决。从属权利要求涉及有益的实施例。
本发明基于如下的主要构思：在具有两个螺旋形的排气通道的涡轮机外壳，诸如已知的涡轮机外壳的情况下，提供一种预先确定的断裂点的类型，其在临界的热机负荷下强迫限定螺旋舌的失效，并因此可靠地防止形成贯穿涡轮机外壳的裂缝以及关联的热气的泄漏。两个螺旋形的排气通道在该情况下通过隔板彼此分离，并且通过涡轮机外壳在径向上被限定界限至外侧以及在每种情况下通过一个螺旋舌在径向上被限定界限至内侧。在此，所述两个螺旋舌在涡轮机外壳的方向上在相反的方向上远离隔板而延伸，其中第一螺旋舌在隔板与涡轮机外壳的排气管侧区域之间延伸，而第二螺旋舌在隔板与涡轮机外壳的轴承外壳侧区域之间延伸。根据本发明，两个螺旋舌形成为在增加的热机负荷下，第一螺旋舌首先失效。
第一螺旋舌因此被设计为比第二螺旋舌弱，这具有如下效果：在超临界的热机负荷的情况下，所述第一螺旋舌首先出现裂缝，并因此能够精确地限定限定的失效行为。通常，最初只有第二螺旋舌处于出现裂缝的危险，并且在出现裂缝的情况下还导致裂缝增长而贯穿涡轮机外壳，并因此还导致待避免的热气的泄漏，出于该原因，本发明建议将第一螺旋舌形成为所谓的牺牲舌并接受其裂缝，以便维持涡轮机外壳的功能，并且进一步维持排气增压器为一个整体。
由于不处于形成贯穿的裂缝的危险的第一螺旋舌形成为所谓的“牺牲舌”，能够缓解处于形成热机负荷的贯穿的裂缝的危险的第二螺旋舌。这例如通过关于第二螺旋舌具有显著减小的壁厚的第一螺旋舌能够实现，从而可想到第一螺旋舌的壁厚d1总计例如只有第二螺旋舌的壁厚d2的大约50％至90％的量。由于第一螺旋舌以相对小的壁厚形成，还能够实现材料和重量的节省，相比于笨重的第二螺旋舌的壁厚的增加是特别有益的。而且，以这种方式能够减少所需的热机优化循环以及关联的模拟和设计花费。在此，如果涡轮机外壳本身形成为铸造部件，例如形成为铸铁部件，以相对小的壁厚形成第一螺旋舌能够通过铸造工具的简单变型而实现。通过以这种方式形成的涡轮机外壳，能够实现涡轮机外壳的更可靠的设计，并且特别地，即使在相对高的排气温度下所述类型的涡轮机外壳也能够可靠地运转。
在根据本发明的方案的有益改进中，涡轮机外壳、隔板以及螺旋舌形成为一体。如果涡轮机外壳例如为铸造金属部件的形式，例如为铸造钢部件的形式，这是可能的。以这种方式，根据本发明的涡轮机外壳相比于现有技术中已知的涡轮机外壳能够以同样的花费但减小的重量、减少的材料使用以及因此减少的费用实现。
本发明还基于如下的主要构思：在用于机动车的排气涡轮增压器中使用上述的涡轮机外壳，凭此所述类型的增压装置总之能够是更加耐温度的设计。
本发明的进一步重要的特征和益处将显现在从属权利要求中，显现在附图中，以及在附图的基础上显现在附图的相关描述中。
不言而喻，在不脱离本发明的范围的情况下，以上提到的特征以及将在下文中讨论的特征不仅可分别用于指出的组合，而且可用于其他的组合或者独立使用。
附图说明
本发明的优选示例性实施例图示在附图中并且在以下的说明中进行了更详细的说明，其中相同的附图标记用于指示相同或者相似或者在功能上等同的部件。
在附图中，在每种情况下示意性地：
图1为穿过排气涡轮增压的根据本发明的涡轮机外壳的截面图示，
图2为以不同的截面穿过根据本发明的涡轮机外壳的类似的截面图示。
具体实施方式
对应于图1和图2，根据本发明的涡轮机外壳1具有排气涡轮增压器2(或者未示出)并且具有两个螺旋形的排气通道3、4，所述两个螺旋形的排气通道3、4通过隔板5彼此分离，并且通过涡轮机外壳1被沿径向限定界限至外侧以及在每种情况下通过一个螺旋舌6、7被沿径向限定界限至内侧。在此，在涡轮机外壳1的方向上两个螺旋舌6、7在相反的方向上远离隔板5延伸。在此，图1仅示出了涡轮机外壳1的上半部，其中排气通道4邻近轴承外壳8布置，而排气通道3邻近排气管9布置。在此，在排气涡轮增压器2的运转期间，特别是第二螺旋舌7暴露在高热机负荷并且因此处于形成裂缝的危险，其中，在第二螺旋舌7中形成裂缝的情况下，裂缝蔓延整个涡轮机外壳1，这在该位置是相对细的，直到发生蔓延至外侧并且因此导致不期望的热气的泄漏。在此，根据本发明，两个螺旋舌6、7被设计为在增加的热机负荷下，第一螺旋舌6首先失效。这可例如通过不同的强度实现，其中第一螺旋舌6的强度低于第二螺旋舌7的强度，从而在达到临界的热机负荷的情况下，总是第一螺旋舌6首先出现裂缝的情况，并且因此第二螺旋舌能够被缓解负荷。
第一螺旋舌6因此具有预先确定的断裂点的类型，或者形成为牺牲舌，并且在达到临界温度负荷的情况下，防止在第二螺旋舌7中形成贯穿的裂缝以及关联的裂缝蔓延整个涡轮机外壳1，这必须明令避免。
为了以简单的方式实现两个螺旋舌6、7的不同强度，如能够从图2清楚地看到的，两个螺旋舌6、7具有不同的壁厚d1、d2。例如，第一螺旋舌6具有相当于只有第二螺旋舌7的壁厚d2的大约50％至90％的壁厚d1，从而，在达到临界的机械负荷的情况下，总是第一螺旋舌6首先出现裂缝的情况。不言而喻，也能够以同样的方式设置断裂点，例如在第一螺旋舌6的区域中以变窄的截面的形式。
通常，涡轮机外壳1和隔板5可以形成为一体，其中而且，不言而喻，也能够将两个螺旋舌6、7与涡轮机外壳1形成为一体。为了这个目的，例如能够将涡轮机外壳1制造为金属铸造部件，例如由铸铝制造。两个排气通道3、4在这种情况下关于旋转轴10在轴向上处于彼此邻近的位置。
通常，在根据本发明的涡轮机外壳1的情况下，热气泄漏的危险仅存在于第二螺旋舌7出现裂缝的情况下，相比之下，在第一螺旋舌6的情况下，由于在普遍存在的负荷条件下的双螺旋的几何状态这样的热气泄漏是不可能的。出于这个原因，根据本发明，第一螺旋舌6被设计为比第二螺旋舌7弱，从而第一螺旋舌6能够被用作牺牲舌并因此用于缓解处于形成热机负荷的贯穿裂缝的危险的第二螺旋舌7。在第一螺旋舌6中形成表层的裂缝或贯穿的裂缝的情况下，第二螺旋舌7依然远没有达到其强度极限，其中，在第一螺旋舌6中形成贯穿的裂缝的情况下，第二螺旋舌7同时机械地缓解负荷，并且能够减小在两个螺旋舌6、7的区域中的热气泄漏的危险。以这种方式，特别能够实现涡轮机外壳1的更长的使用寿命。
通过减少材料使用并且同时相对低的重量的第一螺旋舌6的实施例，不仅能够增加根据本发明的涡轮机外壳1的期望寿命和热机负荷容量，而且还能够实现材料和重量的节省，特别是因为为了防止在第二螺旋舌7中出现裂缝，不再对第二螺旋舌7进行机械加强。而且，能够实现对热机优化循环的需要的减少并因此能够实现模拟和设计费用的减少。同样能够减少关于发动机或者热气测试台的部件强度认证的测试的数量。根据本发明的涡轮机外壳1可以在该情况下通过对应的铸造工具的变型而以简单的方式实现。进一步的高度优势是：相比于现有技术中已知的类似的涡轮机外壳，根据本发明的涡轮机外壳1还能够在更高的气体温度下运转。

Claims (7)

1.一种具有两个螺旋形排气通道(3、4)的排气涡轮增压器(2)的涡轮机外壳(1)，所述两个螺旋形排气通道(3、4)通过隔板(5)彼此分离并且通过所述涡轮机外壳(1)在径向上被限定界限至外侧以及在每种情况下通过一个螺旋舌在径向上被限定界限至内侧，其中两个螺旋舌(6、7)在所述涡轮机外壳(1)的方向上在相反的方向上从隔板(5)延伸，其特征在于
-第一螺旋舌(6)在所述隔板(5)与所述涡轮机外壳(1)的排气管侧区域(9)之间延伸，而第二螺旋舌(7)在所述隔板(5)与所述涡轮机外壳(1)的轴承外壳侧区域(8)之间延伸，
-所述两个螺旋舌(6、7)形成为在增加的热机负荷下所述第一螺旋舌(6)首先失效，
其中所述第一螺旋舌(6)是以变窄的截面的形式，所述第一螺旋舌(6)的壁厚(d1)总计只有所述第二螺旋舌(7)的壁厚(d2)的50％至90％，以及因此所述第一螺旋舌(6)具有比所述第二螺旋舌(7)低的强度。
2.根据权利要求1所述的涡轮机外壳，
其特征在于
至少所述涡轮机外壳(1)与所述隔板(5)形成为一体。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮机外壳，
其特征在于
所述涡轮机外壳(1)、所述隔板(5)以及所述两个螺旋舌(6、7)形成为一体。
4.根据权利要求1或2所述的涡轮机外壳，
其特征在于
所述涡轮机外壳(1)为铸造零件的形式。
5.根据权利要求1或2所述的涡轮机外壳，
其特征在于
所述涡轮机外壳(1)为铸造钢部件的形式。
6.根据权利要求1或2所述的涡轮机外壳，
其特征在于
所述两个螺旋形排气通道(3、4)在轴向上彼此邻近地布置。
7.一种用于机动车的排气涡轮增压器，其具有根据权利要求1至6中任一项所述的涡轮机外壳(1)。
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