CN114542209A - 具有多部件涡轮壳体的涡轮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的具有可变涡轮几何形状的涡轮，其中所述涡轮：轴承壳体；涡轮壳体；以及套筒，其特征为叶片轴承环以支撑多个可调叶片。所述涡轮还包括分离盘和/或遮蔽环，其中所述分离盘和/或所述遮蔽环布置在所述叶片轴承环的径向外侧。

Description

具有多部件涡轮壳体的涡轮
本申请是名称为“具有多部件涡轮壳体的涡轮”、国际申请日为2017年10月31日、国际申请号为PCT/US2017/059156、国家申请号为201780068127.9的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种具有多部件涡轮壳体的涡轮和一种具有这种涡轮的涡轮增压器。
背景技术
越来越多的最新一代车辆配备有涡轮增压装置。为了实现设计目标和法律要求，重要的是开发优化整个动力传动系统及其单独部件以及整个系统的可靠性和效率的进步。
排气涡轮增压器是已知的，例如，来自内燃机的排气流驱动具有涡轮叶轮的涡轮。与涡轮叶轮一起布置在公共轴上的压缩机叶轮压缩发动机的新鲜进气。这样做会增加发动机可用的空气量，或者更确切地说是氧气量，因此导致内燃机性能的提高。
当与排气涡轮增压器分离时或者例如与对燃料电池发动机进行空气供应相结合时，也可以使用这种涡轮。
因为涡轮由排气气体流驱动，所以在涡轮叶轮和涡轮壳体的区域中发生非常高的温度。因为涡轮壳体与用于支撑安装在上面的涡轮叶轮的轴的轴承壳体联接，所以这些高温也被传递到轴承壳体。轴承壳体中的温度过高会对效率和耐磨性产生负面影响。
因此，本发明旨在提供一种特别是在涡轮壳体与相邻的轴承壳体之间的凸缘部分中具有改进的温度管理的涡轮。
发明内容
本发明涉及一种具有可变涡轮几何形状的涡轮和一种涡轮增压器。
根据本发明的用于内燃机的具有可变涡轮几何形状的涡轮包括：轴承壳体；涡轮壳体；以及套筒，其特征为叶片轴承环以支撑多个可调叶片。所述涡轮还包括分离盘和/或遮蔽环，其中所述分离盘和/或所述遮蔽环布置在所述叶片轴承环的径向外侧。所述分离盘和/或所述遮蔽环对所述涡轮壳体与所述轴承壳体之间的连接区域或凸缘部分中的温度管理具有有益的影响。具体地，所述轴承壳体上的温度应力降低。
在实施例中，所述分离盘和/或所述遮蔽环可以被夹持在所述涡轮壳体与所述轴承壳体之间。
在能够与迄今为止所描述的所有实施例结合的实施例中，所述遮蔽环可以邻接所述轴承壳体并且沿轴向方向布置在所述轴承壳体与所述涡轮壳体之间，或者布置在所述轴承壳体与所述分离盘的径向外部之间，所述部分布置在所述遮蔽环与所述涡轮壳体之间。
在能够与迄今为止所描述的所有实施例结合的实施例中，所述分离盘的径向外部可以邻接所述涡轮壳体并且沿所述轴向方向布置在所述遮蔽环与所述涡轮壳体之间，或者在所述涡轮壳体与所述轴承壳体之间。
在能够与迄今为止所描述的所有实施例结合的实施例中，所述涡轮壳体的内表面上的第一凸台可以固定所述分离盘和/或所述遮蔽环的位置。
在能够与迄今为止所描述的所有实施例结合的实施例中，密封件可以在所述遮蔽环的径向外侧布置在所述遮蔽环与所述涡轮壳体之间。所述密封件尤其可以包括V形环密封件。所述密封件可以沿所述轴向方向布置在所述涡轮壳体的所述内表面上的第二凸台与所述轴承壳体的径向侧表面之间。此外，所述密封件可以沿径向方向布置在所述遮蔽环的外表面与所述涡轮壳体的内表面之间。
在能够与迄今为止所描述的所有实施例结合的实施例中，可以沿径向方向在所述叶片轴承环与所述分离盘之间形成通道。所述通道尤其可以沿所述叶片轴承环的整个圆周延伸。
在能够与迄今为止所描述的所有实施例结合的实施例中，所述分离盘和/或所述遮蔽环可以被布置为与所述涡轮的旋转轴线同心。
在能够与迄今为止所描述的所有实施例结合的实施例中，所述分离盘的第一侧表面可以被布置为与所述叶片轴承环的面向所述叶片的前侧齐平。
在能够与到目前为止所描述的所有实施例结合的实施例中，所述分离盘可以沿轴向方向毗邻所述涡轮壳体中的螺旋部。
在能够与到目前为止所描述的所有实施例结合的实施例中，所述遮蔽环可以被设计为空心圆柱体的形状并且沿所述轴向方向延伸。至少所述遮蔽环的主要部分可以布置在距所述涡轮壳体一定距离处，使得在所述遮蔽环与所述涡轮壳体之间在径向方向上沿至少所述遮蔽环的大部分轴向范围存在间隙。这是有利的，因为所述遮蔽环与所述涡轮壳体之间的所述径向间隙以及所述涡轮壳体和所述轴承壳体的凸缘部分保护遮蔽免受高温影响。
在能够与迄今为止所描述的所有实施例结合的实施例中，所述分离盘和所述遮蔽环可以被设计为单件式整体部件。
在能够与迄今为止所描述的所有实施例结合的实施例中，在所述涡轮壳体的轴向延伸内表面上，所述涡轮壳体的沿径向方向毗邻所述涡轮壳体的螺旋体积的外壁表现为没有底切沿所述轴承壳体的方向从所述螺旋部至所述外壁的轴向端部。使用这种设计可以大大简化所述涡轮壳体的铸造，因为所使用的砂子可以非常安全且易于移除。
本发明另外包括一种具有根据任何前述实施例所述的涡轮的涡轮增压器。
参考附图如下描述本发明的其他细节和特征。
附图说明
图1A是根据本发明的涡轮的第一实施例的剖视图；
图1B是根据本发明的涡轮的第二实施例的剖视图；
图2是根据本发明的涡轮的第三实施例的剖视图；
图2A和2B是根据本发明的涡轮的其他实施例的详细视图。
具体实施方式
下面将参考附图描述根据本发明的涡轮的实施例。
对于附图中所示的所有实施例，事实是：涡轮特征为涡轮壳体200邻接轴承壳体100。涡轮还包括可变涡轮几何形状套筒300。套筒具有叶片轴承环310以支撑多个可调叶片320。例如，在图1A、图1B和图2中可以看到这些特征。图1A中所示的实施例还具有分离盘400，其布置在叶片轴承环310的径向外侧。因此，分离盘400被夹持在涡轮壳体200与轴承壳体100之间，并且沿轴向方向毗邻涡轮壳体300的螺旋部。在图1B中的替代实施例中，涡轮包括遮蔽环500，其布置在叶片轴承环310的径向外侧并且被夹持在轴承壳体100与涡轮壳体200之间。在图1B中所示的特定实施例中，涡轮壳体200特征为突起210，其沿径向方向向内突起较远距离并且沿轴承壳体100的方向轴向地毗邻螺旋部。在图2、2A和2B中的其他实施例中，遮蔽环500和分离盘400组合设置。因此，遮蔽环500和分离盘400可以被设置为两个单独部件(参见图2和2A)或作为集成部件(参见图2B)。从所有附图中可清楚地看出，分离盘400和遮蔽环500因此总是分离的、单独部件或与轴承壳体和涡轮壳体分离的整体部件。如图1A和图1B中所示，分离盘或遮蔽环(或两者的组合，参见图2至2B)因此在径向外侧由涡轮壳体封闭，并且由位于径向内侧的第一凸台210支撑。另外，分离盘400和/或遮蔽环500被布置为与涡轮的旋转轴线同心。
分离盘400和/或遮蔽环500对涡轮壳体200与轴承壳体100之间的连接区域或凸缘部分中的温度管理具有有益的影响。具体地，轴承壳体100上的温度应力降低。
如从图1A可见，例如，分离盘400限定螺旋部的侧壁，因此用于(部分地)将其中有气体流动的涡轮的螺旋区域与其中布置有用于可变涡轮几何形状套筒300的调整机构的区域分离。因为分离盘400的某些部分防止涡轮壳体200与轴承壳体100之间直接接触，所以在这些部分中将减少从涡轮壳体200到轴承壳体100的热传递，因此减小轴承壳体100上的热应力。在已知的壳体中，这种分离是通过从涡轮壳体的内壁突起的一种横档实现的。鉴于它们暴露于相对较高的应力，这种横档易于开裂。通过用分离盘400替换横档，可以消除横档对开裂的敏感性。分离盘400例如可以由耐热材料制成，结果进一步降低了高的涡轮温度对相邻部件(例如轴承壳体100)的影响。
此外，涡轮壳体200可以凭借分离盘400具有(完全)开放式设计。这为用于制造涡轮壳体200的铸造工艺提供了优势，例如使得能够易于移除砂芯和/或砂子。另外，使用开放式涡轮壳体200简化了涡轮壳体200的加工并改进了涡轮壳体的初始引入。由于这些优点以及分离盘400在涡轮壳体200中的改进和更可变的位置，可以提高涡轮的总体耐久性。
图1B和图2示出了具有遮蔽环500的实施例，所述遮蔽环同样可以由耐热材料制成。遮蔽环500毗邻涡轮壳体200的径向外部，其中可变涡轮几何形状调整机构布置在所述径向外部中。遮蔽环500既吸收轴承壳体100与涡轮壳体200之间的轴向力，又减小轴承壳体100与涡轮壳体200之间的接触面积。另一个结果是减小了由涡轮壳体200在轴承壳体100上引起的热应力。另外，遮蔽环500遮蔽涡轮壳体200和轴承壳体100的凸缘部分以免受高温影响。此外，可以在遮蔽环500的区域中设置密封件600(例如)(例如，参见图1B、2、2A和2B)，以保护轴承壳体100与涡轮壳体200之间的连接区域免受过高温度和诸如污垢、烟灰等颗粒的影响。
正如前面提到的，可以通过简单方式使用分离盘400与遮蔽环500的组合。在这样做时，分离盘400和遮蔽环500的组合可以被实现为整体部件(图2B)以及两件式部件(图2、2A)。
如在图1B中可以看出，例如，遮蔽环500邻接轴承壳体100并且沿轴向方向布置在轴承壳体100与涡轮壳体200之间。在图2A的替代实施例中，遮蔽环500布置在轴承壳体100与分离盘400的径向外部之间，所述径向外部继而布置在遮蔽环500与涡轮壳体200之间。
分离盘400的径向外部邻接涡轮壳体200并且沿轴向方向布置在遮蔽环500与涡轮壳体200之间(参见图2)，或者在涡轮壳体200与轴承壳体100之间(见图1A)。
可以在所有附图中看出，在涡轮壳体200的内表面上的第一凸台210可以固定分离盘400和/或遮蔽环500的位置。取决于设计是仅具有分离盘400(参见图1A)还是仅具有遮蔽环500(参见图1B)，分离盘400或遮蔽环500被夹持在涡轮壳体200与轴承壳体之间100。如果仅存在分离盘400，则分离盘400的径向外部被夹持在轴承壳体100与涡轮壳体200之间，尤其被夹持在为此目的而设置在涡轮壳体200中的凸台210的部分中(见图1A)。如果仅设置一个遮蔽环500，则遮蔽环500的第一端(相对于遮蔽环500的纵向范围沿涡轮旋转轴线的方向)位于轴承壳体100上，并且第二端端部位于涡轮壳体200上，尤其位于凸起210上或涡轮壳体200的内圆周上的阶梯形结构上，它们同时用于使遮蔽环500居中。
在设置分离盘400和遮蔽环500的情况下(参见图2、2A和2B)，如果分离盘400和遮蔽环500被设置为两个单独部件(如图2中所示和图2A中详述)，分离盘400的径向外部被夹持在遮蔽环500与涡轮壳体200之间，并且遮蔽环500被夹持在分离盘400与轴承壳体100之间，其中遮蔽环500的第一端与轴承壳体100接触，并且遮蔽环500的第二端与分离盘400接触。因此，分离盘400和遮蔽环500在这种情况下被布置为轴承壳体100与涡轮壳体200之间的组合。如果分离盘400和遮蔽环500被设置为一件式整体部件(参见图2B)，则该部件被夹持在涡轮壳体200与轴承壳体100之间。
在图1和2至2B中的实施例中，前述密封件600在遮蔽环400的径向外侧布置于遮蔽环500与涡轮壳体200之间。具体地，密封件600可以包括V形环密封件。密封件600沿轴向方向布置在涡轮壳体200的内表面上的第二凸台220与轴承壳体100的径向侧表面之间。此时应澄清，在本申请的上下文中，径向表面是指位于沿垂直于涡轮轴的旋转轴线的方向定向的平面中的表面。密封件600因此沿径向方向布置在遮蔽环500的外表面与涡轮壳体200的内表面之间。
还如附图中所示，沿径向方向在叶片轴承环310与分离盘400之间形成通道700。通道700沿叶片轴承环310的整个圆周延伸，并且构成涡轮螺旋部与涡轮的区域之间的轴向连通，在所述区域中布置有用于套筒300的调整机构。另外，可以规定分离盘400特征为至少一个通孔800(参见图1A和图2)。例如，至少两个通孔800可以形成为沿圆周方向均匀地间隔开。具体地，通孔800可以布置在分离盘400的一半径向外侧中，优选地布置在涡轮壳体200的内壁附近。有利的是，通道700和/或通孔800使得有一定程度的热气通流能够在叶片轴承环310的后侧(相对于上面布置有叶片320的前侧)的区域中。这样做可以防止在叶片轴承环310的前侧和后侧之间产生过大温差，由于相应区域的热膨胀差异，可能导致叶片轴承环310上、因此也导致整个套筒300上受到应力和翘曲。该优点还允许在没有叶片320卡住的风险的情况下，叶片轴承环310与套筒300的叶片320之间的间隙变窄。
如图1A和图2中所示，例如，分离盘400的第一侧表面可以被布置为与叶片轴承环310的面向叶片320的前侧齐平。
遮蔽环500被设计为中空圆柱体的形状并且沿轴向方向延伸。至少遮蔽环500的主要部分布置在距涡轮壳体200一定距离处，使得在遮蔽环500与涡轮壳体200之间在径向方向上沿至少遮蔽环500的大部分轴向范围存在间隙(参见图2A和图2B)。这是有利的，因为遮蔽环500与涡轮壳体200之间的径向间隙以及涡轮壳体200和轴承壳体100的凸缘部分保护遮蔽免受高温影响。结果，从涡轮壳体200传递到轴承壳体100的热量较少。
正如前面提到的，遮蔽环500和分离盘400也可被设计为单件式整体部件。这在图2B中示出。在两件式实施例中或者如果设置分离盘400或遮蔽环500，分离盘400例如可以是冲压件，并且遮蔽环例如可以是冲压和弯曲件。在单件式实施例中，由整体式遮蔽环500和分离盘400组成的组合部件可以例如通过深拉和冲压制造，或者也可以转动。
例如，在图1A和图2中的实施例中，在涡轮壳体200的轴向延伸内表面上，涡轮壳体200的沿径向方向毗邻涡轮壳体200的螺旋体积的外壁表现为没有底切沿轴承壳体100的方向从螺旋部至所述外壁的轴向端部。换句话说，涡轮壳体200的侧面被设计成沿轴承壳体100的方向完全开放。对涡轮壳体200使用这种设计可以大大简化涡轮壳体200的铸造，因为在铸造期间使用的砂芯或砂子可以非常安全且易于移除。
本发明还包括一种具有根据任何前述实施例所述的涡轮的涡轮增压器。
虽然本发明已经在上面进行了描述并且在所附权利要求中进行了限定，但是应理解，本发明可以替代地根据以下实施例来限定：
1.一种用于内燃机的具有可变涡轮几何形状的涡轮，其包括：
轴承壳体(100)；
涡轮壳体(200)；以及
套筒(300)，其特征为叶片轴承环(310)以支撑多个可调叶片(320)，
其特征在于分离盘(400)和/或遮蔽环(500)，其中所述分离盘(400)和/或所述遮蔽环(500)布置在所述叶片轴承环(310)的径向外侧。
2.根据实施例1所述的涡轮，其特征在于，所述分离盘(400)和/或所述遮蔽环(500)被夹持在所述涡轮壳体(200)与所述轴承壳体(100)之间。
3.根据实施例1或实施例2所述的涡轮，其特征在于，所述遮蔽环(500)邻接所述轴承壳体(100)并且沿轴向方向布置在所述轴承壳体(100)与所述涡轮壳体(200)之间，或者布置在所述轴承壳体(100)与所述分离盘(400)的径向外部之间，所述部分布置在所述遮蔽环(500)与所述涡轮壳体(200)之间。
4.根据前述实施例中任一项所述的涡轮，其特征在于，所述分离盘(400)的径向外部邻接所述涡轮壳体(200)并且沿轴向方向布置在所述遮蔽环(500)与所述涡轮壳体之间，或者在所述涡轮壳体(200)与所述轴承壳体(100)之间。
5.根据前述实施例中任一项所述的涡轮，其特征在于，所述涡轮壳体(200)的内表面上的第一凸台(210)固定所述分离盘(400)和/或所述遮蔽环(500)的位置。
6.根据前述实施例中任一项所述的涡轮，其特征在于，密封件(600)在所述遮蔽环(400)的径向外侧布置在所述遮蔽环(500)与所述涡轮壳体(200)之间，所述密封件(600)尤其包括V形环密封件。
7.根据实施例6所述的涡轮，其特征在于，所述密封件(600)沿轴向方向布置在所述涡轮壳体(200)的内表面上的第二凸台(220)与所述轴承壳体(100)的径向侧表面之间。
8.根据实施例6或实施例7所述的涡轮，其特征在于，所述密封件(600)沿径向方向布置在所述遮蔽环(500)的外表面与所述涡轮壳体(200)的内表面之间。
9.根据前述实施例中任一项所述的涡轮，其特征在于，沿径向方向在所述叶片轴承环(310)与所述分离盘(400)之间形成通道(700)，具体地其中所述通道(700)沿所述叶片轴承环(310)的整个圆周延伸。
10.根据前述实施例中任一项所述的涡轮，其特征在于，所述分离盘(400)和/或所述遮蔽环(500)被布置为与所述涡轮的旋转轴线同心。
11.根据前述实施例中任一项所述的涡轮，其特征在于，所述分离盘(400)的第一侧表面被布置为与所述叶片轴承环(310)的面向所述叶片(320)的前侧齐平。
12.根据前述实施例中任一项所述的涡轮，其特征在于，所述分离盘(400)沿轴向方向毗邻所述涡轮壳体(300)的螺旋部。
13.根据前述实施例中任一项所述的涡轮，其特征在于，所述遮蔽环(500)被设计成空心圆柱体的形状并且沿轴向方向延伸。
14.根据实施例13所述的涡轮，其特征在于，所述遮蔽环(500)的至少主要部分布置在距所述涡轮壳体(200)一定距离处，使得在径向方向上在所述遮蔽环(500)与涡轮壳体(200)之间沿所述遮蔽环(500)的至少大部分轴向范围存在间隙。
15.根据前述实施例中任一项所述的涡轮，其特征在于，所述遮蔽环(500)和所述分离盘(400)被设计为一件式整体部件。
16.根据前述实施例中任一项所述的涡轮，其特征在于，在所述涡轮壳体(200)的轴向延伸内表面上，所述涡轮壳体(200)的沿径向方向毗邻所述涡轮壳体(200)的螺旋体积的外壁表现为没有底切沿所述轴承壳体(100)的方向从所述螺旋部至所述外壁的轴向端部。
17.一种涡轮增压器，其具有根据前述实施例中任一项的涡轮。

Claims (15)

1.一种用于内燃机的具有可变涡轮几何形状的涡轮，其包括：
轴承壳体(100)；
涡轮壳体(200)；
套筒(300)，其具有叶片轴承环(310)以支撑多个可调叶片(320)；以及
遮蔽环(500)，
其中，所述遮蔽环(500)布置在所述叶片轴承环(310)的径向外侧，
其特征在于，所述遮蔽环(500)被设计成空心圆柱体的形状并且沿轴向方向延伸。
2.根据权利要求1所述的涡轮，其特征在于，所述涡轮还包括分离盘(400)，所述分离盘(400)布置在所述叶片轴承环(310)的径向外侧。
3.根据权利要求2所述的涡轮，其特征在于，所述分离盘(400)和/或所述遮蔽环(500)被夹持在所述涡轮壳体(200)与所述轴承壳体(100)之间。
4.根据权利要求2所述的涡轮，其特征在于，所述遮蔽环(500)邻接所述轴承壳体(100)并且沿轴向方向布置在所述轴承壳体(100)与所述涡轮壳体(200)之间，或者布置在所述轴承壳体(100)与所述分离盘(400)的径向外部之间，所述分离盘(400)的径向外部布置在所述遮蔽环(500)与所述涡轮壳体(200)之间。
5.根据权利要求2所述的涡轮，其特征在于，所述分离盘(400)的径向外部邻接所述涡轮壳体(200)并且沿轴向方向布置在所述遮蔽环(500)与所述涡轮壳体之间，或者在所述涡轮壳体(200)与所述轴承壳体(100)之间。
6.根据权利要求2所述的涡轮，其特征在于，所述涡轮壳体(200)的内表面上的第一凸台(210)固定所述分离盘(400)和/或所述遮蔽环(500)的位置。
7.根据权利要求1所述的涡轮，其特征在于，密封件(600)在所述遮蔽环(500)的径向外侧布置在所述遮蔽环(500)与所述涡轮壳体(200)之间，所述密封件(600)包括V形环密封件。
8.根据权利要求7所述的涡轮，其特征在于，所述密封件(600)沿轴向方向布置在所述涡轮壳体(200)的内表面上的第二凸台(220)与所述轴承壳体(100)的径向侧表面之间。
9.根据权利要求7所述的涡轮，其特征在于，所述密封件(600)沿径向方向布置在所述遮蔽环(500)的外表面与所述涡轮壳体(200)的内表面之间。
10.根据权利要求2所述的涡轮，其特征在于，沿径向方向在所述叶片轴承环(310)与所述分离盘(400)之间形成通道(700)，其中所述通道(700)沿所述叶片轴承环(310)的整个圆周延伸。
11.根据权利要求2所述的涡轮，其特征在于，所述分离盘(400)的第一侧表面被布置为与所述叶片轴承环(310)的面向所述叶片(320)的前侧齐平。
12.根据权利要求1所述的涡轮，其特征在于，所述遮蔽环(500)的至少主要部分布置在距所述涡轮壳体(200)一定距离处，使得在径向方向上在所述遮蔽环(500)与涡轮壳体(200)之间沿所述遮蔽环(500)的至少大部分轴向范围存在间隙。
13.根据权利要求2所述的涡轮，其特征在于，所述遮蔽环(500)和所述分离盘(400)被设计为一件式整体部件。
14.根据权利要求1所述的涡轮，其特征在于，在所述涡轮壳体(200)的轴向延伸内表面上，所述涡轮壳体(200)的沿径向方向毗邻所述涡轮壳体(200)的螺旋体积的外壁表现为没有底切沿所述轴承壳体(100)的方向从所述螺旋体积至所述外壁的轴向端部。
15.一种涡轮增压器，其具有根据前述权利要求1-14中任一项的涡轮。
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