TWI589771B - Turbocharger - Google Patents
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Description
本發明係與燃氣輪機裝置有關；特別是指一種渦輪增壓器。
渦輪增壓器是一種空氣壓縮機，可將引擎運作所產生的廢氣通過由定子和轉子組成的結構驅動，再以高壓將大量的氣體壓縮至引擎燃燒室，使引擎產生較大的動力，目前已常見用於汽車引擎中。
渦輪增壓器的基本結構包含有基座、渦輪葉片及壓縮葉片，且該渦輪葉片及壓縮葉片分別連接於基座內的一轉軸之兩端。在原理上，引擎排放的廢氣先驅動渦輪葉片轉動，進而藉由轉軸帶動壓縮葉片產生轉動，且由於壓縮葉片設置於空氣濾芯和進氣歧管之間，故壓縮葉片能迫使新鮮空氣在高壓下進入引擎燃燒室。
為確保長期穩定的運轉，渦輪增壓器需依靠持續地導入的引擎機油作為潤滑之用，其原因在於渦輪增壓器之轉軸藉由兩銅套軸承支撐於該渦輪增壓器之基座中，且其葉片與轉軸於全速運轉時之轉速高達200,000rpm，此時不斷供給高壓機油於該轉軸與銅套軸承，可減輕銅套軸承在轉軸間之摩擦。
此外，機油除了潤滑外，更重要的是可迅速的帶走轉軸於渦輪端軸承的高熱以作為冷卻之用。由於引擎的排放廢氣動輒600℃
~700℃，甚至於1,000℃，故即便是短暫的油壓不足，都可能造成對渦輪增壓器無法彌補的損壞。再者，根據理想氣體方程式，氣體溫度上升會導致其體積膨脹，使得進入引擎燃燒室的空氣量降低，導致熱效率降低。面對轉軸於渦輪端的高溫難題，除了上述油冷系統外，目前的渦輪增壓器更包含了水冷系統，以進一步降低轉軸轉動時產生的高溫。
由於上述油冷系統及水冷系統的油道及水道需包圍設置於轉軸及轉軸之軸承，又要避免油道及水道互相連通，故該油道及水道則直接形成於該基座。目前市售渦輪增壓器之基座都是以砂模澆注成形法製成之單體式物件，不僅增加了製造型芯的成本，且基於製法上之限制，其內部之油道及水道內壁粗糙且易殘留有砂芯的鑄砂，以致影響了機油及冷卻水在其間之流動順暢性，進而影響了潤滑及冷卻效果。
有鑑於此，本發明之目的在於提供一種渦輪增壓器，其基座內部的油道及水道係透過機械加工而製成，故該油道及水道之內壁平整，使得機油及冷卻水的流動順暢；此外，該油道及該水道於該基座中互不相連通。
緣以達成上述目的，本發明提供渦輪增壓器包含一基座與一葉片組，其中該基座包含一主體與一蓋體。該主體內部具有一油道與一水道，且該油道與該水道並不互相連通，並分別於該主體之第一端形成一第一開口與一第二開口。該主體之第一端更具有一第一密合部，且該第一密合部環繞形成於該第一開口的周圍，而該第二開口則位於該第一密合部所圍繞的範圍之外。該蓋體用以封閉該第一開口與該第二開口，而其與該主體連接之一端形成有一第二密合部，與該第一密合部相
對應且對接，藉此，該蓋體與該主體的接縫處可達到密合。該葉片組樞設於該基座，並包含一轉軸、一第一葉片與一第二葉片，其中該轉軸貫穿該基座且其兩端突伸於該基座外部。該第一葉片與該第二葉片分別同軸設置於該轉軸之兩端，其中該第一葉片用以接受引擎排放的廢氣，藉由廢氣的氣流帶動該轉軸轉動，而該第二葉片藉由該轉軸之帶動而轉動。
本發明之效果在於，該基座係由至少兩個部件(該主體與該蓋體)組合而成，故該基座中之油道與水道在該基座被組合完成前，可透過機械加工被施行內壁面的平整化，藉此可提升於其間流動之機油及冷卻水之流動順暢性。此外，該第一密合部與該第二密合部的緊密結合可確保該油道與該水道於該基座內部不互相連通。
〔本發明〕
100‧‧‧渦輪增壓器
10‧‧‧基座
12‧‧‧主體
121‧‧‧第一端
121a‧‧‧主開口
121A‧‧‧主油道
121b‧‧‧次開口
121B‧‧‧次油道
121c‧‧‧第二開口
121C‧‧‧水道
12A‧‧‧凹槽
14‧‧‧蓋體
14A‧‧‧凸垣
20‧‧‧葉片組
22‧‧‧轉軸
22F‧‧‧第一環槽
24‧‧‧第一葉片
26‧‧‧第二葉片
30‧‧‧軸套
30F‧‧‧第二環槽
O1‧‧‧進油口
O2‧‧‧出油口
200‧‧‧渦輪增壓器
10A‧‧‧基座
40‧‧‧主體
42‧‧‧上主體
421‧‧‧第一端
42A‧‧‧凹槽
44‧‧‧下主體
圖1係本發明一較佳實施例之渦輪增壓器之立體圖。
圖2係本發明上述較佳實施例之渦輪增壓器之分解圖。
圖3係圖2之3-3方向之剖視圖。
圖4係圖1之4-4方向之剖視圖。
圖5係圖2之5-5方向之剖視圖。
圖6係圖1之6-6方向之剖視圖。
圖7係本發明另一實施例之渦輪增壓器之立體圖。
圖8係本發明上述另一實施例之渦輪增壓器之分解圖。
為能更清楚地說明本發明，茲舉較佳實施例並配合圖示詳細說明如後，請參圖1至圖3所示，為本發明一較佳實施例之渦輪增壓器100，係以機械加工或沖壓加工所製成，包含一基座10、一葉片組20與一軸套30。該基座10包含有一主體12與一蓋體14，其中該主體12具有一第一端121、一以凹槽12A為例的第一密合部以及分別穿透該主體12但於該主體12內部不互相連通之一油道與一水道121C，其中該油道於該第一端121形成一第一開口，於此實施例中，該油道包含一主油道121A與一次油道121B，且該主油道121A與該次油道121B分別於該第一端121形成一主開口121a與一次開口121b，且該主開口121a與該次開口121b相連通；該水道121C則於該第一端121形成一第二開口121c。
該凹槽12A環繞形成於該主開口121a與該次開口121b的周圍，而該第二開口121c位於該凹槽12A所圍繞的範圍之外。此外，該蓋體14固接於該主體12之第一端121，以封閉該主開口121a、該次開口121b與該第二開口121c，且該蓋體14與該主體12連接之一端形成有一以凸垣14A為例之第二密合部，與該凹槽12A相對應且對接。其中，該凹槽12A與該凸垣14A係分別於該主體12之第一端121與該蓋體14的一端進行切削加工和磨削加工等機械加工而形成。
該葉片組20樞設於該基座10，並包含一轉軸22、一第一葉片24與一第二葉片26，其中該轉軸22貫穿該基座10且該轉軸22之兩端突伸於該基座10外部；該第一葉片24與該第二葉片26分別同軸設置於該轉軸22之兩端，其中該第一葉片24用以接受引擎排放的廢氣，藉由廢氣的氣流帶動該轉軸22轉動，而該第二葉片26藉由該轉軸22之帶動而轉動。
上述渦輪增壓器100之第一特徵在於，其基座10內部的油道及水道係透過機械加工(切削加工或磨削加工)或沖壓加工而製成，故可省去傳統利用砂芯鑄造所需之製造型芯的成本，且該油道及水道內壁較為平整。再者，該基座係由該主體12與該蓋體14組合而成，故能提升該油道及水道的加工性；詳而言之，該基座10在組裝完成前，加工人員可透過該主體12之第一端121的開口對該主體12內部的通道壁面進行減少表面粗糙度的磨整或加工(精密磨削加工或塗層加工)，而能確實降低油道及水道壁面因凹凸不平而阻礙機油及冷卻水之流動的問題。
請配合圖4所示，說明該渦輪增壓器100於運作時，該機油於該油道的流動方向。其中該主體12之側表面開設有一進油口O1與一出油口O2；此外，該轉軸22靠近該第一葉片24的一端具有一第一環槽22F，且該第一環槽22F位於該蓋體14與該主體12之間的油道中；另外，該軸套30套設於該轉軸22，且該軸套30之靠近該第二葉片26的一端具有一第二環槽30F，位於主體12內的油道中。
如圖4之箭頭方向所示，當機油自該進油口O1進入該主體12後，首先進入該主油道121A與該軸套30內部，而部分機油經由該主油道121A兩端的開口流出後，可透過該第一環槽22F及該第二環槽30F的高速轉動，而被引入該次油道121B中，最後由該出油口O2排出該主體12。
上述渦輪增壓器100之第二特徵在於，機油可藉由該第一環槽22F、該第二環槽30F與該次油道121B快速且順暢的流過該基座10內部，而更有效的降低該渦輪增壓器100運作時產生的高溫。
配合圖4至圖6所示，該水道121C係包圍該主油道121A與該次油道121B，用以提升降溫效果；而為了使該油道與該水道121C不
互相連通，位於該主體12之第一端121的凹槽12A與其相對應的凸垣14A，可達到緊密的結合，而使機油即使於高速的流動亦不會滲透至該水道121C中，同樣的，水道121C中的冷卻水也不易滲透至該主油道121A或該次油道121B中。
綜上所述，本發明渦輪增壓器100的第三特徵在於，利用有效的密合結構一凹槽12A與凸垣14A，使該油道與該水道無法相連通，而避開了機油與冷卻水可能透過該主體12與該蓋體14間縫隙相互混合的風險。
當然，避免該油道與該水道相互連通之手段並不以該凹槽12A與該凸垣14A的密合為限制，而亦可透過該主體12與該蓋體14以真空硬焊、螺絲鎖固、黏膠、增加墊片，或其他緊密機械結合來達成。
請配合圖7及圖8所示，另一實施例渦輪增壓器200包含有與前述該渦輪增壓器100相同之蓋體14、葉片組20與該軸套30，而與該渦輪增壓器100之相異之處在於，該渦輪增壓器200之基座10A包含有一主體40與該蓋體14，其中該主體40更區分為可互相拆離的一上主體42與一下主體44，且該上主體42具有一第一端421與一以凹槽42A為例的第一密合部；該下主體44則固接於該上主體42之下方。
換言之，該渦輪增壓器100之基座10係兩片式基座，而該渦輪增壓器200之基座10A係三片式基座。是以，於本實施例中，在該主體40組裝完成前，加工人員可透過該主體40之第一端421或與該第一端421相對的另一端對該主體40內部的通道壁面進行減少表面粗糙度的磨整或加工(精密磨削加工或塗層加工)，相較於前述實施例渦輪增壓器100，本實施例渦輪增壓器200的設計使得可進行加工之表面增加，而能更進一步提升加工的便利性。
以上所述僅為本發明較佳可行實施例而已，舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效變化，理應包含在本發明之專利範圍內。
10‧‧‧基座
12‧‧‧主體
121‧‧‧第一端
121a‧‧‧主開口
121b‧‧‧次開口
121c‧‧‧第二開口
12A‧‧‧凹槽
14‧‧‧蓋體
14A‧‧‧凸垣
20‧‧‧葉片組
22‧‧‧轉軸
24‧‧‧第一葉片
26‧‧‧第二葉片
30‧‧‧軸套
Claims (6)
- 一種渦輪增壓器，包含有： 一基座，包含一主體與一蓋體，其中該主體具有一第一端、一第一密合部以及分別穿透該主體之一油道與一水道，其中該油道與該水道分別於該第一端形成一第一開口與一第二開口，且該油道與該水道於該主體內部不互相連通；該第一密合部環繞形成於該第一開口的周圍，而該第二開口位於該第一密合部所圍繞的範圍之外；其中該蓋體固接於該主體之第一端，以封閉該第一開口與該第二開口，且該蓋體與該主體連接之一端形成有一第二密合部，與該第一密合部相對應且對接； 一葉片組，樞設於該基座，並包含一轉軸、一第一葉片與一第二葉片，其中該轉軸貫穿該基座且該轉軸之兩端突伸於該基座外部；該第一葉片與該第二葉片分別同軸設置於該轉軸之兩端，其中該第一葉片用以接受引擎排放的廢氣，藉由廢氣的氣流帶動該轉軸轉動，而該第二葉片藉由該轉軸之帶動而轉動。
- 如請求項1所述之渦輪增壓器，其中該主體之第一密合部係環繞形成於該第一開口周圍的凹槽，而該蓋體之第二密合部係與該凹槽相對應的凸垣。
- 如請求項1所述之渦輪增壓器，其中該基座之第一開口包含一主開口與一次開口，且該主開口與該次開口相連通。
- 如請求項3所述之渦輪增壓器，其中該轉軸具有一第一環槽，位於該蓋體與該主體之間的油道中。
- 如請求項4所述之渦輪增壓器，包含有一軸套，套設於該轉軸，且該軸套之靠近該第二葉片的一端具有一第二環槽，位於主體內的油道中。
- 如請求項1所述之渦輪增壓器，其中該主體包含有可分離的一上主體與一下主體，該上主體具有該第一端與該第一密合部；該下主體固接於該上主體之下方。
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| TW105117367A TWI589771B (zh) | 2016-06-02 | 2016-06-02 | Turbocharger |
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-
2016
- 2016-06-02 TW TW105117367A patent/TWI589771B/zh not_active IP Right Cessation
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| TW201742982A (zh) | 2017-12-16 |
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