CN102383918A

CN102383918A - 涡轮增压器

Info

Publication number: CN102383918A
Application number: CN2011103240662A
Authority: CN
Inventors: 詹纯新; 刘权; 郑邑明; 马焰
Original assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2011-10-21
Filing date: 2011-10-21
Publication date: 2012-03-21

Abstract

本发明提供了一种涡轮增压器，包括：壳体，包括沿轴向布置的涡轮腔室和叶轮腔室，涡轮腔室上具有发动机排气入口和排气法兰，叶轮腔室上具有空气进气口和中冷气管；轴，穿设在涡轮腔室和叶轮腔室中；涡轮，位于涡轮腔室中，安装在轴的第一端；叶轮，位于叶轮腔室中，安装在轴的第二端；壳体内设置有至少三个支撑轴的轴支撑件，包括位于涡轮一侧的第一支撑件，位于叶轮一侧的第二支撑件，以及位于第一支撑件和第二支撑件之间的第三支撑件。本发明达到降低进气温度，提高了充气效率的目的；加大支承能力，延长轴承使用寿命；提高了发动机整机性能。

Description

涡轮增压器

技术领域

本发明涉及发动机领域，特别是一种涡轮增压器。

背景技术

目前，汽油机和柴油机产品大多都采用了增压技术，以此提高发动机的强化程度，向轻量化发展。国际上的增压技术以霍尔(HOLSET)为代表，很多著名发动机厂商都在运用霍尔涡轮增压器。传统的增压技术已应用了50年以上，在提高增压效率和延长轴承的使用寿命方面有了长足的发展。但是，近年来，现有增压技术无重大技术突破，已停滞不前，人们几乎把全部精力都放到了发动机的电控和燃油喷射技术上，却忽视了增压技术这一提高发动机性能的重要手段。

图1中示出了一种现有技术中的涡轮增压器的典型例子。该涡轮增压器由左、右两部分组成，连体安装在发动机上。右端的涡轮腔连接发动机各缸排气岐管的总排气管27，左端的空气进气入口21连接空气滤清器进气管路。发动机废气由右端涡轮腔的发动机排气入口进入增压器壳体，其排气动能驱动涡轮26(即废气涡轮)高速旋转，带动与涡轮26连接的轴24和连接在轴24上叶轮23(即工作轮)同向旋转，最后废气通过排气法兰25排出。利用了排气动能，从滤清器处吸入的新鲜空气通过空气进气入口21，被叶轮23压入通向中冷器的中冷器管道22，经中冷器冷却后的空气进入发动机进气支管再被吸入缸内，从而提高充气系数。涡轮轴由左、右壳体和两个轴承(左支撑轴承28、右支撑轴承29)支承，轴承端都安装了油封，防止润滑油泄露。两轴承之间的距离为S1，两涡轮之间的距离为L1。

现有涡轮增压器工作温度较高，密封件易老化而造成漏油，严重时将轴抱死，因此需要较大规格的中冷器才能保证降低进气温度和提高充气系数，且强化程度和节能减排效果远离最佳工作状况。

发明内容

本发明提供一种涡轮增压器，在不改变发动机其他部分的情况下，改进现有涡轮增压器的结构，达到降低进气温度，提高充气效率，加大支撑能力的目的。

本发明通过如下技术方案实现：一种涡轮增压器，包括：壳体，包括沿轴向布置的涡轮腔室和叶轮腔室，涡轮腔室上具有发动机排气入口和排气法兰，叶轮腔室上具有空气进气口和中冷气管；轴，穿设在涡轮腔室和叶轮腔室中；涡轮，位于涡轮腔室中，安装在轴第一端；叶轮，位于叶轮腔室中，安装在轴的第二端；壳体内设置有至少三个支撑轴的轴支撑件，包括位于涡轮一侧的第一支撑件，位于叶轮一侧的第二支撑件，以及位于第一支撑件和第二支撑件之间的第三支撑件。

进一步地，涡轮腔室上具有设置在径向表面上的发动机排气入口和设置在端面上的排气法兰，发动机排气入口连通发动机总排气管，叶轮腔室上具有设置在径向表面上的中冷气管和设置在端面上的空气进气口，空气进气口连通空气滤清器，中冷气管连通中冷器。

进一步地，轴的长度为140毫米以上。

进一步地，轴的长度为140毫米至260毫米。

进一步地，轴的长度为260毫米以上。

进一步地，支撑件为滑动轴承或滚动轴承或浮动轴承。

进一步地，在壳体上，涡轮腔室围绕轴延伸出第一筒体，叶轮腔室围绕轴延伸出第二筒体，第一筒体和第二筒体连接。

进一步地，第一筒体和第二筒体的连接部设置密封隔热垫。

进一步地，密封隔热垫由石棉材料制成。

进一步地，第三支撑件设置在第一筒体上。

通过上述技术方案，本发明的主要优点是，达到降低进气温度，提高了充气效率的目的；加大支承能力，延长轴承使用寿命；提高了发动机整机性能。即提高了发动机的动力性、经济性及可靠性，同时达到节能减排的目的。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中的一个涡轮增压器的示意图；

图2示出了本发明的一个实施例的涡轮增压器的结构示意图；以及

图3示出了本发明的一个实施例的涡轮增压器的压气温度与轮距之间的变化关系曲线图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

图2中示出了本发明的一个实施例的涡轮增压器，该涡轮增压器由左、右两部分组成，左、右壳体分别密封，连体安装在发动机上，形成两个腔室。右端的涡轮腔室的径向表面设置发动机排气入口连通发动机各缸排气管的总排气管7，左端的叶轮腔室的端面设置空气进气口1连接空气滤清器进气管路。发动机废气由右端的发动机排气入口进入增压器壳体，其排气动能驱动涡轮6(即废气涡轮)高速旋转，带动与涡轮6连接的轴4和连接在轴4上的叶轮3(即工作轮)同向旋转，最后废气通过设置在右端腔室端面的排气法兰5排出，排气法兰5可连接排气管。叶轮3利用了排气动能，从滤清器处吸入的新鲜空气通过空气进口1，被叶轮3压入设置在左端腔室的径向表面，通向中冷器的中冷器管2，经中冷器冷却后的空气进入发动机进气支管再被吸入缸内，从而提高充气系数。轴4由左、右壳体和两个支撑轴承(左支撑轴12、右支撑轴承13支撑，轴承端都安装了油封，防止润滑油泄露。作为对现有技术的改进，本发明的目的是降低进气温度。为此，涡轮增压器的轴4被加长，由此改变了涡轮6与叶轮3之间的轮距。增大后的轮距减小了废气涡轮6一端的高温排气对空气进口1的影响，使进气温度大大降低，空气密度上升，充气效率得到提高，更有利于发动机的工作。同时，通过改变涡轮增压器的结构，在原双支承的基础上增加一个中间支承轴承11，构成三支承。

壳体上，右端涡轮腔室围绕轴4延伸出右侧筒体，左端叶轮腔室围绕轴4延伸出左侧筒体，右侧筒体和左侧筒体相连接。另一个降低进气温度的措施是在左增压器壳体和右增压器壳体的联接法兰中，也就是左侧筒体和右侧筒体的连接部安装了用石棉类绝热性能良好的材料制作的密封垫10，它将起到较好的隔热作用，进一步起到降低进气温度的作用。

如图2所示；本发明沿轴向采用了三个轴承，左支撑轴承12、中间支撑轴承11、右支撑轴承13来支撑轴4，承受涡轮和叶轮的作用力，预防了加长轴的弯曲变形和高频振动，延长了轴承的使用寿命。左支撑轴承12与中间支撑轴承11之间的距离为S1，中间支撑轴承11与右支撑轴承13之间的距离为S2，这样，S1+S2的距离比现有涡轮增压器的轴承支承距离增大了30％～45％，使得涡轮6与叶轮3之间的距离由图1所示的原来的L1增大到了现在的L2。一般而言，车用100KW～450KW的涡轮增压器大致在110mm～180mm之间选定轮距，船用的要大很多。本发明主要针对车用，一般可在140mm～260mm范围内选定轮距，比现有技术增大30％～45％。当然，随着功率增大，轮距也随着增大。因该距离受发动机外形尺寸的限制，不能无限制加大，正确的方法是根据压气温度与轮距的变化关系来选择，图3中示出了一个实施例的压气温度与轮距之间的变化关系曲线图。当涡轮增压器沿发动机曲轴轴向布置时，本发明所述的三支承和加长轴的涡轮增压器方案具有较大的扩展余地且很容易实现。当涡轮增压器沿发动机曲轴垂直方向(发动机宽度方向)布置或斜置时，采用本发明所述的三支承和加长轴的涡轮增压器方案将受到空间大小的一定限制，但仍可有效采用。受到发动机宽度尺寸限制时，可依据压气温度和轮距的变化关系，合理地选择轴的加长量，既不超出宽度又满足降温的要求。

如图2所示；涡轮6和叶轮3是由键14安装在轴上的，键14用于圆周固定，由紧固件作轴向固定。位于左、右端的左支撑轴承12和右支撑轴承13的外侧各装设了一只油封，分别为左侧油封8和右侧油封9，用来防止润滑油的泄漏。增压器壳体和左端油封8与排气法兰5和右端油封9一起，共同形成了密闭空间，所以位于中间的轴承11的任何一侧都不需安装油封。所有轴承都是安装在壳体的轴承座中的，用在较小功率发动机上的涡轮增压器，通常可选用滚动轴承，用在较大功率发动机上的涡轮增压器，则可选用滑动轴承或浮动轴承。本发明相对于现有技术的涡轮增压器结构，新增了一个轴承和一道轴承座。这样才能满足轴的加长和轮距的加大，才能满足在不改变进气压力和流量的前提下，降低进气温度，提高充气系数的要求。

根据本发明的涡轮增压器，具有如下有益效果：

1、在不改变原有发动机其它任何部分的前提下，仅通过改变现有涡轮增压器的结构，加长轴和加长轮距，就可达到降低进气温度，提高了充气效率的目的；

2、采用所述的三支承和加长轴结构，可加大支承能力，延长轴承使用寿命，使得涡轮增压器可往高速，更大排气动能方向发展；

3、涡轮增压器本身的振动和噪声更小；

4、一方面是整机的升功率和升扭矩更大，另一方面是改善了燃烧状态，为进一步节能降噪创造了有利条件，同时，也更利于整机向轻量化发展。

5、较原有技术更能防止高温引起的发动机润滑油变质和涡轮增压器泄漏；

6、可采用更小体积和散热面积的中冷器。

综上所述，本发明不仅改变了现有涡轮增压器的结构，同时也提高了发动机整机性能。即提高了发动机的动力性、经济性及可靠性，同时达到节能减排的目的。具体而言；提高了整机的升功率、升扭矩及重量比指标，使目前国际先进水平的指标再提高15％～30％左右。使柴、汽油发动机的强化达到一个更高水平。赛车发动机、所有车用、船用、发电用、军用发动机，无论是汽油机还是柴油机，凡需要涡轮增压的发动机，都可采用本发明所述三支承和加长轴的涡轮增压器。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种涡轮增压器，包括：

壳体，包括沿轴向布置的涡轮腔室和叶轮腔室，所述涡轮腔室上具有发动机排气入口和排气法兰(5)，所述叶轮腔室上具有空气进气口(1)和中冷气管(2)；

轴(4)，穿设在所述涡轮腔室和所述叶轮腔室中；

涡轮(6)，位于所述涡轮腔室中，安装在所述轴(4)的第一端；

叶轮(3)，位于所述叶轮腔室中，安装在所述轴(4)的第二端；

其特征在于，

所述壳体内设置有至少三个支撑所述轴(4)的轴支撑件，包括位于所述涡轮(6)一侧的第一支撑件(13)，位于所述叶轮(3)一侧的第二支撑件(12)，以及位于所述第一支撑件(13)和所述第二支撑件(12)之间的第三支撑件(11)。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述涡轮腔室上具有设置在径向表面上的所述发动机排气入口和设置在端面上的所述排气法兰(5)，所述发动机排气入口连通发动机总排气管(7)，所述叶轮腔室上具有设置在径向表面上的所述中冷气管(2)和设置在端面上的所述空气进气口(1)，所述空气进气口(1)连通空气滤清器，所述中冷气管(2)连通中冷器。

3.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述轴(4)的长度为140毫米以上。

4.根据权利要求2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述轴(4)的长度为180毫米至260毫米。

5.根据权利要求2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述轴(4)的长度为260毫米以上。

6.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述轴支撑件为滑动轴承或滚动轴承或浮动轴承。

7.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，在壳体上，所述涡轮腔室围绕所述轴(4)延伸出第一筒体，所述叶轮腔室围绕所述轴(4)延伸出第二筒体，所述第一筒体和第二筒体连接。

8.根据权利要求7所述的涡轮增压器，其特征在于，所述第一筒体和所述第二筒体的连接部设置密封隔热垫(10)。

9.根据权利要求8所述的涡轮增压器，其特征在于，所述密封隔热垫(10)由石棉材料制成。

10.根据权利要求7所述的涡轮增压器，其特征在于，所述第三支撑件(11)设置在所述第一筒体上。