CN108278148B - 用于内燃机的涡轮增压器组件及具有该组件的机动车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的涡轮增压器组件及具有该组件的机动车。该涡轮增压器组件(10)具有涡轮增压器(11)，其中该涡轮增压器具有涡轮机壳体(20)。该涡轮增压器组件(10)还具有排气管(16)。该排气管(16)设置在该涡轮机壳体(20)的下游。该排气管(16)具有扩散器区域(22)和排气歧管区域(24)。

Description

用于内燃机的涡轮增压器组件及具有该组件的机动车

技术领域

本发明涉及用于内燃机排气引导的一种装置，尤其一种涡轮增压器组件。本发明另外还涉及具有涡轮增压器组件的一种机动车，尤其商用车。

背景技术

为了提高内燃机的功率或效率，可以采用涡轮增压器或排气涡轮增压器（ATL）。涡轮增压器具有进气压气机和排气涡轮机。该压气机集成在内燃机的进气系统中以提高空气流量以及减少内燃机活塞的吸气功。涡轮增压器的压气机由排气涡轮机来驱动。具体地，该排气涡轮机的涡轮借助与涡轮一同旋转的轴来驱动压气机的压气机叶轮。在运行中，来自内燃机燃烧室的热的排气流过排气涡轮机的涡轮，并从而将其驱动。在涡轮的下游在涡轮机壳体中设置有扩散器，以改善涡轮的排气的流出。通过采用扩散器可以改善排气涡轮机的效率。该扩散器可以作为涡轮机壳体的一个区域来铸造。也即，流过排气涡轮机的排气决定了高热承载的涡轮机壳体的与之相协调的构造。

在安装情况受限时，可能有必要把一个排气歧管与涡轮增压器的涡轮的出口相连接。该排气歧管能够偏转排气的流动方向，以导入到排气系统的其他部件中，比如排气再处理的模块。

扩散器长度局限于在涡轮机壳体中的集成。另外，更长的扩散器并从而更大和更长的涡轮机壳体对于排气路径下游所设置的部件的安装空间和布置是不利的。可能尤其有必要设置具有较小弯曲半径的下游设置的排气歧管，也即更强地弯曲该排气歧管。具有较小弯曲半径的排气歧管对于排气涡轮机的流出是不利的，并可能降低排气涡轮机的效率。

发明内容

从而本发明的一个任务是，提供一种具有涡轮增压器、扩散器和排气歧管的用于排气引导的装置，其能够更好地利用有限的安装空间并尤其是实现了排气歧管的大的弯曲半径，以提高涡轮增压器效率。本发明的另一任务可以认为是，实现高热承载的涡轮机壳体的改善构造，而不会负面影响流过涡轮机壳体的气流。

该任务通过具有下述技术方案所述特征的一种用于排气引导的装置、尤其是一种涡轮增压器组件而得到解决。本发明的有利的实施方式和应用参见如下所述技术方案。

该涡轮增压器组件具有涡轮增压器（排气涡轮增压器），其具有涡轮机壳体。该涡轮机壳体可以是涡轮增压器壳体的组成部分，该涡轮增压器壳体另外还具有压气机壳体。该涡轮机壳体可以是铸件，并容纳有可旋转的涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮通过一个轴与压气机叶轮相驱动连接。

该涡轮增压器组件另外还具有排气管。该排气管设置在涡轮机壳体的下游。该排气管包含有扩散器区域和排气歧管区域。该排气管可以是一个其中集成有扩散器的排气歧管。该扩散器（区域）通过在流动介质、也即排气的流动方向上增大排气管横截面、也即通流截面来定义。该排气歧管（区域）通过弯曲的构造形式来定义，其中这导致流动介质沿排气歧管的弯曲构造形式形成流动方向变化。

根据本发明，在排气管中设置扩散器区域具有特殊的优点，即扩散器区域与涡轮机壳体相独立地构造。从而在涡轮机壳体的构造方面能够减少由于目前必定把扩散器集成在涡轮机壳体中所产生的限制。因此能够最佳地设计高热承载的涡轮机壳体，而不用在涡轮机轮的下游针对气流做出妥协。另外还可以优选地通过设置在排气管中来增加扩散器区域的长度，而不必导致增大涡轮机壳体。该涡轮机壳体比如可以具有与涡轮机轮直接靠近地设置的法兰区域以与排气管相法兰连接。

一个尤其优选的实施例在此规定，该扩散器区域至少部分地延伸到涡轮机壳体中。如果该扩散器区域基本全部延伸到该涡轮机壳体中，那么在此是尤其有利的。为了容纳该排气管的扩散器区域，该涡轮机壳体可以具有（管状）容纳区域，该容纳区域从该涡轮机壳体的出口延伸到涡轮机壳体中。从而能够保证至少结构空间中性（bauraumneutrale）地、必要时结构空间优化地布置涡轮机壳体、扩散器和排气歧管。这种构造另外还不用耗费地匹配涡轮机壳体和排气管而实现本发明的应用。除了扩散器，在该涡轮机壳体中设置有一个容纳区域以至少部分地容纳该排气管的扩散器区域。该排气管可以延长到围绕该扩散器区域的涡轮机壳体的法兰区域上，使得它随着扩散器区域而延伸到该涡轮机壳体中。另外该实施例尤其在小空间比的情况下实现了可以以平缓的、也即大的弯曲半径并且从而流动优化地设置排气歧管区域。大的弯曲半径改善了从涡轮机的流出并从而改善了涡轮增压器效率。

根据另一实施变化，该排气管构造为一体的。从而部件数量没有增加。另外仅需要一个涡轮机壳体和一个排气管或排气歧管。一体的构造另外还实现了扩散器区域与排气歧管区域的集成。比如这些区域可以（部分或完全地）重叠，或者可以在这些区域之间设置一个优化的过渡。另外还简化了安装，因为该扩散器区域和排气歧管区域在安装排气管时被一同安装。

代替地或附加地，该排气管也可以是铸件，使得尤其该排气管的对该扩散器区域和排气歧管区域进行限定的内部几何形状以简单的方式通过浇铸方法来构造。该铸件比如可以由铸铁来制成。

有利地，该涡轮增压器组件具有废气门管道，该废气门管道具有至少一个通道，优选多个通道。该或者这些通道在排气管的外环周面与排气管的内环周面之间延伸穿过排气管的管壁。该或者这些通道用作该废气门管道的出口区域。该废气门管道的在至少一个通道的上游所设置的区域延伸穿过该涡轮机壳体。该废气门管道是用于绕过该涡轮机叶轮的管道（旁通），其从涡轮机叶轮上游的入口延伸至涡轮下游的出口。在该废气门管道中可以设置废气阀门或阀瓣，以打开、关闭和部分打开该废气门管道。

根据另一实施例，所述至少一个通道设置在扩散器区域的下游和/或排气歧管区域的上游。所述至少一个通道的出口尤其设置在扩散器区域的下游和/或排气歧管区域的上游。从而保证了在排气从通道流入到排气管中时对流过扩散器区域和/或排气歧管区域的排气流不产生或仅产生微小的影响。

在另一实施例中，所述至少一个通道如此来构造，使得流穿过所述通道被导入到该排气管中，使得该流从所述通道中以小于90°的角度汇入流过该排气管的流。也就是说，来自该或者这些通道的流入角小于90°。由此降低了在从所述通道流入到该排气管中时所产生的扰动。所述的角度优选小于45°，尤其小于25°，如此使得来自所述通道的流能够特别好地靠到或加入到排气管中的流中。该或者这些通道另外还可以喷嘴的形式或作为废气门管道的喷嘴来构造。

优选地该废气门管道的多个通道穿过该排气管的管壁来设置。其尤其在围绕排气管纵轴的环周方向上以相同的间距来布置。这实现了从废气门管道向排气管的对称流入。但也可以考虑在围绕排气管纵轴的环周方向上不对称地布置多个通道，尤其在其中出口布置在排气歧管区域中的实施方式中。该废气门管道可以具有环形管道区段或环形空间，其设置在通道的上游。该环形管道区段可以实现尽可能均匀地流入到通道中。该环形管道区段可以在该涡轮机壳体和排气管之间来构造。该排气管的外环周面可以至少部分地形成该环形管道区段的内环周面（壳体内表面）。该涡轮机壳体的内环周面可以至少部分地形成该环形管道区段的外环周面（壳体外表面）。

有利地，所述至少一个通道的入口通过一种切削方法来构造。比如该入口通过车削来形成。那么就有可能所述通道的入口在初成型过程、比如浇铸之后还不存在。该切削方法才在入口侧“打开”所述通道。比如该入口可以通过端面车削、圆车削、轮廓车削和形状车削来构造。

附加地或者代替地，所述至少一个通道的出口也通过浇铸方法来构造。该出口从而在初成型时就已被构造，并且不必以耗费的方式在排气管的内部通过切削方法在初成型之后被制造。所述浇铸另外还允许了该出口的特别柔性的结构。所述通道可以通过利用浇铸方法而构造的出口均匀地或平坦地过渡到该排气管的内环周面。

根据另一实施方式，该扩散器区域与该排气歧管区域至少部分地、比如基本完全地相重叠。在重叠片段中该扩散器区域是弯曲的。这比如可以延长扩散器并实现了安装空间优化。在该扩散器区域与该排气歧管区域之间的重叠片段可以设置在涡轮机壳体中或者涡轮机壳体外部。该扩散器区域可以代替地或附加地至少部分成直线地延伸。该直线区段尤其可以设置在涡轮机壳体中。

在另一实施例中，该排气管另外还具有一个法兰区域。该法兰区域构造用于把排气管法兰连接到涡轮机壳体上。该法兰区域设置在该排气管入口的下游，优选设置在扩散器区域的下游和/或排气歧管区域的上游。该法兰区域可以部分地、成区段地或完全地围绕该排气管的外周来延伸。该法兰区域可以成环套状在环周方向上并在径向上向外来延伸。该法兰区域可以具有法兰端面，法兰端面作为环形面来构造。该涡轮机壳体可以具有相应构造的环形面用于与法兰端面相接触。该涡轮机壳体的法兰区域和该排气管的法兰区域可以通过环形体、比如法兰卡圈或者夹紧带相密封地连接。

附加地，所述至少一个通道可以至少部分地延伸穿过该法兰区域。该法兰区域通过其材料厚度（也即该排气管在法兰区域中的管厚度）能够尤其针对至该排气管中的流入来实现所述通道的流优化的走向。该法兰区域比如可以构造为台阶状的。所述通道的入口可以在设置在该法兰区域的关于排气管纵轴径向向外延伸的环面中。附加地或者代替地，该入口也可以比如设置在该法兰区域的与排气管纵轴同轴延伸的周面中。从而该入口可以与该法兰区域的加工同时地比如通过诸如车削的切削方法来制造。

本发明另外还涉及一种机动车，尤其商用车，其具有如在此所公开的一种用于排气引导的装置，尤其一种涡轮增压器组件。

根据本发明的另一观点，涡轮增压器可以单独（也即没有排气管）地设置。该涡轮增压器具有涡轮机壳体，该涡轮机壳体具有管容纳区域。该管容纳区域构造用于容纳管，使得该管至少部分地延伸到该涡轮机壳体中。该管容纳区域可以设置在涡轮机叶轮的下游，并比如容纳有扩散器，其比如以排气管的扩散器管、扩散器管段或扩散器区域的形式。附加地或者代替地，该管容纳区域也可以设置在该排气涡轮增压器的涡轮机叶轮的上游。这种涡轮增压器尤其解决了改善高热承载的涡轮机壳体的设计的任务。

根据本发明的另一观点，排气管同样可以如在此所公开的单独（也即没有涡轮增压器）地来设置。该排气管具有扩散器区域和排气歧管区域。该扩散器区域可以构造用于延伸到涡轮增压器的涡轮机壳体中。该排气管可以一体地和/或作为铸件来设置。该排气管可以如在此所公开的来构造。

附图说明

前述的本发明的优选实施方式和特征可以任意地相互组合。本发明的其他细节和优点在下文中参照附图来进行阐述。其中：

图1示出了涡轮增压器组件的俯视图；

图2示出了涡轮增压器的涡轮机壳体的排气管和出口区域的剖视图；

图3A示出了排气管的前视图；以及

图3B示出了排气管的侧视图。

具体实施方式

图1示出了作为涡轮增压器组件10来构造的用于排气引导的一种装置。该涡轮增压器组件10具有涡轮增压器11，该涡轮增压器具有压气机12和涡轮机14。该涡轮增压器组件10另外还具有排气管16。

该压气机12是内燃机（未示出）的进气系统的组成部分。该压气机12包含有压气机壳体18和在该压气机壳体18中可旋转地安置的压气机叶轮（未示出）以对进气进行压缩。进气在压气机入口18A上流入到该压气机12中，并在其中由压气机叶轮来压缩。被压缩的进气通过压气机出口18B离开该压气机12。该压气机叶轮由轴来驱动，该轴又由该涡轮机14的涡轮机叶轮来驱动。

该涡轮机14的涡轮机叶轮可旋转地安置在涡轮机壳体20中。该涡轮机叶轮通过热的排气来驱动，其中热的排气推动涡轮机叶轮的叶片而膨胀。该涡轮机14是内燃机排气系统的组成部分。该涡轮机14设置在内燃机燃烧室的下游。热的排气通过涡轮入口20A流入到涡轮机14中，并流过涡轮机叶轮。在流过涡轮机叶轮之后，排气流入到排气管16中。

该排气管16设置在该涡轮机14或该涡轮机壳体20的下游。该排气管16作为排气歧管来构造，并用于对来自涡轮机14的排气流进行偏转。该排气管16可以具有制动襟翼（节流阀）。

如在图2中所示，该排气管16部分地延伸到该涡轮机壳体20中。具体地该排气管16具有扩散器区域22、排气歧管区域24、法兰区域26和多个通道28。在所示的实施例中，该排气管16作为铸件而构造为一体的。该排气管16也可以由多个管段组成，比如扩散器管段和排气歧管管段，其比如通过法兰而相互连接。

该扩散器区域22基本完全地设置在该涡轮机壳体20的排气管容纳区域30中。该扩散器区域22的特点是沿流动方向的截面扩大。该扩散器区域22直接设置在涡轮机叶轮的下游。在所示的例子中，该扩散器区域22直线延伸。在其他实施例中，该扩散器22可以是弯曲的，并尤其与排气歧管区域24相重叠。该扩散器区域22也可以至少部分地延伸到该涡轮机壳体20外部。

该排气歧管区域24设置在扩散器区域22的下游。该排气歧管区域24的特征在于弯曲半径，其中通过该弯曲半径把流偏转到排气歧管区域24中。在该排气歧管区域24或该排气管16的出口32上比如可以法兰连接模块以进行排气处理。

该排气管16通过该法兰区域26与该涡轮机壳体20的法兰区域34相连接。一个未示出的环状（带状）体通过环绕两个法兰区域26、34而把该排气管16固定在涡轮机壳体20上。该排气管16的法兰区域26设置在该扩散器区域22的下游和该排气歧管区域24的上游。该法兰区域26成环状围绕该排气管16的外周面来延伸。具体地该法兰区域26具有台阶状的结构。在该法兰区域26的径向内部片段中，该通道28延伸穿过该排气管16的管壁。

该通道28在排气管16的外周面与排气管16的内周面之间延伸。所述通道28构成了该涡轮机14的仅部分示出的废气门管道36的出口区域或出口喷嘴，以绕过涡轮机叶轮。该废气门管道36具有一个废气门阀门（未示出），以确定流过废气门管道36或流过涡轮机叶轮的废气流的量。具体地，该废气门管道36具有环形空间38，其中排气通过该环形空间流入到所述通道28的入口40中。该环形空间38通过该排气管16的围绕该扩散器区域22的外环周面和涡轮机壳体20的内环周面来定义或限定。排气通过出口42离开所述通道28并从而离开废气门管道36。该出口42在该扩散器区域22的后面区段中设置在该排气歧管区域24的上游。出口42比如也可以设置在该扩散器区域22的下游以及设置在排气歧管区域24中。在所示的实施方式中，所述通道28的纵轴与该扩散器区域16的纵轴之间分别构成了锐角，也即小于90°的角。优选地尤其是小的流入角，比如小于45°或25°。通过所述通道28流入的排气从而在流入到该排气管16中时造成相对小的扰动。

如图3A和3B所示，在所示的实施例中总共设置有六个通道28。这六个通道28在环周方向上围绕该扩散器区域28的纵轴对称地布置。在其他实施方式中，该排气管16可以具有更多或更少的对称或不对称布置的通道28。入口40位于环形面44中，该环形面位于与该扩散器区域22的纵轴相垂直的平面中。这些入口40首先通过环形面44的端面车削来生成。也就是说，所述通道28在初成型时、也即浇铸时还未完全形成。在初成型之后，所述通道28是盲孔，这些盲孔从出口42延伸到该排气管16的管壁中。通过切削方法、在此为端面车削，所述通道28在形成该环形面44时被打开，也即入口40在初成型之后才形成。

本发明并不局限于前述的优选实施例。相反许多变化和修改也是可以的，其同样利用了本发明想法，并从而处于保护范围中。

参考符号列表

10 涡轮增压器组件

12 压气机

14 涡轮机

16 排气管

18 压气机壳体

18A 压气机入口

18B 压气机出口

20 涡轮机壳体

20A 涡轮入口

22 扩散器区域

24 排气歧管区域

26 排气管的法兰区域

28 通道

30 排气管容纳区域

32 排气管的出口

34 涡轮机壳体的法兰区域

36 废气门管道

38 环形空间

40 通道的入口

42 通道的出口

44 环形面

Claims (19)

1.一种用于内燃机的涡轮增压器组件（10），其具有：

涡轮增压器（11），所述涡轮增压器带有涡轮机壳体（20），

排气管（16），所述排气管设置在该涡轮机壳体（20）的下游并具有扩散器区域（22）和排气歧管区域（24），其中，所述排气歧管区域（24）由弯曲的结构形状限定，所述弯曲的结构形状导致流动介质的流动方向沿着所述排气歧管区域（24）的弯曲的结构形状改变，

废气门管道（36），其具有穿过该排气管（16）的管壁的至少一个通道（28），其中所述至少一个通道（28）设置在该扩散器区域（22）的下游和该排气歧管区域（24）的上游，其中所述扩散器区域（22）至少部分地延伸到涡轮机壳体（20）中，以及

其中所述排气管（16）还具有法兰区域（26）以把该排气管（16）法兰连接到该涡轮机壳体（20），其中该法兰区域（26）设置在该排气管（16）的入口的下游、在该扩散器区域（22）的下游和该排气歧管区域（24）的上游。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件（10），其中，所述内燃机是用于商用车的内燃机。

3.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件（10），其中所述扩散器区域（22）基本上完全延伸到涡轮机壳体（20）中。

4.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件（10），其中该排气管（16）构造为一体的和/或是铸件。

5.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件（10），其中所述至少一个通道（28）构造为，使得流过所述通道（28）的流被导入到该排气管（16）中，使得该流从所述通道（28）中以小于90°的角度汇入流过该排气管（16）的流。

6.根据权利要求5所述的涡轮增压器组件（10），其中该流从所述通道（28）中以小于45°的角度汇入流过该排气管（16）的流。

7.根据权利要求5所述的涡轮增压器组件（10），其中该流从所述通道（28）中以小于25°的角度汇入流过该排气管（16）的流。

8.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件（10），其中该废气门管道（36）的多个通道（28）穿过该排气管（16）的管壁来设置。

9.根据权利要求8所述的涡轮增压器组件（10），其中该废气门管道（36）的多个通道（28）在围绕该排气管（16）纵轴的环周方向上以相同的间距来布置。

10.根据权利要求5所述的涡轮增压器组件（10），其中该废气门管道（36）的多个通道（28）穿过该排气管（16）的管壁来设置。

11.根据权利要求10所述的涡轮增压器组件（10），其中该废气门管道（36）的多个通道（28）在围绕该排气管（16）纵轴的环周方向上以相同的间距来布置。

12.根据权利要求1-3和5-11之一所述的涡轮增压器组件（10），其中所述至少一个通道（28）的入口（40）通过切削方法来构造，和/或所述至少一个通道（28）的出口（42）通过浇铸方法来构造。

13.根据权利要求12所述的涡轮增压器组件（10），其中所述切削方法是车削。

14.根据权利要求1至11之一所述的涡轮增压器组件（10），其中

该扩散器区域（22）和该排气歧管区域（24）至少部分地重叠，和/或

该扩散器区域（22）基本上直线地延伸。

15.根据权利要求12所述的涡轮增压器组件（10），其中该扩散器区域（22）和该排气歧管区域（24）至少部分地重叠，和/或

该扩散器区域（22）基本上直线地延伸。

16.根据权利要求13所述的涡轮增压器组件（10），其中该扩散器区域（22）和该排气歧管区域（24）至少部分地重叠，和/或

该扩散器区域（22）基本上直线地延伸。

17.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件（10），其中所述至少一个通道（28）至少部分地延伸穿过该法兰区域（26）。

18.一种机动车，其具有根据前述权利要求之一所述的涡轮增压器组件（10）。

19.根据权利要求18所述的机动车，其特征在于，所述机动车是商用车。

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