CN110023589A - 涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种涡轮增压器，其具有涡轮机、压缩机和轴承壳体（2），其中涡轮机具有涡轮机壳体（1）、喷嘴环（3）和涡轮机转子。此外，涡轮增压器包括具有第一和第二区段（7、9）的紧固设备（5）。涡轮机壳体（1）和轴承壳体（2）经由紧固设备（5）连接，使得紧固设备（5）通过第一区段（7）安装在涡轮机壳体（1）的凸缘（6）上并且通过第二区段（9）至少部分地覆盖轴承壳体（2）的凸缘（10）。喷嘴环（3）被安装成使得其凸缘（13）相对于流动通道（24）定位在流动通道（24）的与涡轮机壳体（1）的凸缘（6）相对的一侧上。所述结构避免开槽效应并且因此减少涡轮机和轴承壳体之间的泄漏。

Description

涡轮增压器

技术领域

本发明涉及涡轮增压器。

背景技术

从DE 10 2013 002 605 A1已知涡轮增压器的基本构造。涡轮增压器包括涡轮机，第一介质在涡轮机中膨胀。此外，涡轮增压器还包括压缩机，第二介质在压缩机中被压缩，即利用在第一介质膨胀期间在涡轮机中提取的能量。涡轮增压器的涡轮机包括涡轮机壳体和涡轮机转子。涡轮增压器的压缩机包括压缩机壳体和压缩机转子。轴承壳体定位在涡轮机的涡轮机壳体和压缩机的压缩机壳体之间，其中该轴承壳体在一侧上连接到涡轮机壳体并在另一侧上连接到压缩机壳体。轴安装在轴承壳体中，涡轮机转子经由轴联接到压缩机转子。

从实践中已知，涡轮机的涡轮机壳体（即所谓的涡轮机流入壳体）和轴承壳体经由优选地被设计为夹持爪的紧固设备彼此连接。优选地被设计为夹持爪的这种紧固设备通过其第一区段经由紧固装置被安装到涡轮机壳体的凸缘，并通过第二区段至少部分地覆盖轴承壳体的凸缘。通过这种紧固设备，轴承壳体和涡轮机壳体的组合被支承，特别是在夹持喷嘴环的凸缘时（并且如果需要的话，在涡轮机壳体的凸缘和轴承壳体的凸缘之间的热屏障的凸缘）。

涡轮机壳体填充有待膨胀的第一介质，尤其是待膨胀的排气。涡轮机壳体的涡轮机流入壳体沿涡轮机转子的方向引导排气。在涡轮机流入壳体中，存在相对于周围环境的正压力，其在涡轮机中被移除时在第一介质膨胀期间经受提取能量。在涡轮机壳体或涡轮机流入壳体与轴承壳体的连接区域中可发生泄漏，使得涡轮机中待膨胀的第一介质可以经由涡轮机壳体与轴承壳体之间的连接区域进入周围环境。这是不利的。

为了抵抗涡轮机中待膨胀的第一介质的这样的泄漏，实践上尤其经由对于紧固装置的更高的紧固扭矩来增加涡轮机壳体或涡轮机流入壳体与轴承壳体之间的支承，优选地被设计为夹持爪的紧固设备经由该紧固装置被安装到涡轮机壳体。这也增加了紧固设备与轴承壳体之间的夹持力。由于轴承壳体和涡轮机壳体或涡轮机流入壳体的不同的热膨胀，轴承壳体和紧固设备之间的接触点暴露于高的相对移动。结合轴承壳体与紧固设备之间的高接触压力或高预加载荷或高夹持力，由于所谓的开槽效应（trenching effect），紧固设备上和/或轴承壳体上的磨损会发生。这可能导致在涡轮机中待膨胀的第一介质泄漏到周围环境中。

发明内容

由此出发，本发明的目的基于产生一种具有新型凸缘连接的涡轮增压器。

根据本发明的第一方面，该目的通过根据权利要求1的涡轮增压器来解决。据此，喷嘴环安装成使得其凸缘基于流动通道定位在流动通道的与涡轮机壳体的凸缘相对定位的一侧上，该凸缘通过轴承壳体的凸缘支承。通过这种方式，减少了涡轮机壳体或涡轮机流入壳体和轴承壳体的连接区域或支承区域中的部件的数量。通过这种方式，可以特别有利地密封涡轮机壳体或涡轮机流入壳体和轴承壳体的连接。在涡轮机中待膨胀的介质经由涡轮机壳体和轴承壳体之间的连接区域进入周围环境的风险降低。

根据本发明的第二方面，该目的通过根据权利要求10的涡轮增压器来解决。据此，弹簧元件定位在轴承壳体的凸缘和涡轮机壳体的凸缘之间，其将喷嘴环的凸缘轴向地按压抵靠涡轮机壳体的凸缘。通过这种方式，也可以特别有利地密封涡轮机壳体或涡轮机流入壳体和轴承壳体的连接。在涡轮机中待膨胀的介质经由涡轮机壳体和轴承壳体之间的连接区域进入周围环境的风险降低。

附图说明

本发明的优选的进一步扩展从从属权利要求和以下描述中获得。本发明的示例性实施例通过附图更详细地解释而不限于此。

在附图中示出：

图1是通过根据本发明的第一涡轮增压器的在涡轮机壳体到轴承壳体的连接区域中的节选的横截面；

图2是通过根据本发明的第二涡轮增压器的在涡轮机壳体到轴承壳体的连接区域中的节选的横截面；

图3是通过根据本发明的第三涡轮增压器的在涡轮机壳体到轴承壳体的连接区域中的节选的横截面。

具体实施方式

本发明涉及涡轮增压器。

涡轮增压器包括用于使第一介质膨胀、尤其用于使内燃发动机的排气膨胀的涡轮机。此外，涡轮增压器包括用于压缩第二介质（尤其是增压空气）的压缩机，即利用在第一介质的膨胀期间在涡轮机中提取的能量。在此，涡轮机包括涡轮机壳体和涡轮机转子。压缩机包括压缩机壳体和压缩机转子。压缩机转子经由安装在轴承壳体中的轴联接至涡轮机转子，其中，轴承壳体定位在涡轮机壳体与压缩机壳体之间，并连接至涡轮机壳体和压缩机壳体两者。在此涉及的领域的技术人员熟悉涡轮增压器的该基本结构。

现在本发明涉及涡轮增压器的这样的细节，其涉及涡轮增压器的涡轮机（优选地设计为径向涡轮机）的涡轮机壳体与轴承壳体的连接。在下文中，参考图1至图3，描述了涡轮增压器的不同的示例性实施例，其中，图1至图3各自示出了来自涡轮增压器的在涡轮机壳体到轴承壳体的连接区域中的相关节选。

图1示出了根据本发明的第一方面的涡轮增压器的第一示例性实施例，其中在图1中，示出排气涡轮增压器的涡轮机壳体（即涡轮机壳体的涡轮机流入壳体1）与轴承壳体2之间的连接。此外，图1示出了喷嘴环3、热屏障4和所谓的***件11。

涡轮机流入壳体1经由紧固设备5连接到轴承壳体2，使得紧固设备5通过第一区段7（即经由多个紧固装置8）被安装到涡轮机流入壳体1的凸缘6，并且紧固设备5通过第二区段9至少部分地覆盖轴承壳体2的凸缘10。紧固设备5也称为夹持爪，并且使涡轮机流入壳体1和轴承壳体2彼此支承。沿周向方向看，紧固设备5可以是分段的。

在图1和图2中示出的示例性实施例中，每个紧固装置8包括拧到涡轮机流入壳体1的凸缘6中的带螺纹的螺钉8a和作用在带螺纹的螺钉8a的另一端上的螺母8b，从而通过拧紧螺母8b，经由紧固设备5可将限定的预加载力施加到涡轮机流入壳体1上并施加到轴承壳体10上。

在图1中所示的在此呈现的根据本发明的第一方面的排气涡轮增压器的示例性实施例中，涡轮机的喷嘴环3被安装成使得喷嘴环3的凸缘13基于涡轮机的流动通道24（在其区域中布置有喷嘴环3）定位在流动通道24的定位成与涡轮机流入壳体1的凸缘6并且因此与轴承壳体2的凸缘10相对的一侧上。

因此，在图1的示例性实施例中，热屏障4的凸缘12仅在涡轮机流入壳体1的支承在紧固设备5之间的凸缘10和轴承壳体2的凸缘10之间被夹持。相比之下，喷嘴环3的凸缘13不再夹持在轴承壳体1和涡轮机流入壳体2的在凸缘6、10之间的该支承区域中，因此支承组合中的部件的数量被减少并且在支承组合中产生明确限定的紧固点。通过这种方式，可以减少排气经由涡轮机流入壳体1和轴承壳体2的凸缘6、10之间的连接区域进入周围环境的风险。

喷嘴环3的凸缘13可以紧固在涡轮机流入壳体1的区段14上，其与喷嘴环3的凸缘13一样，基于流动通道24定位在流动通道24的在涡轮机流入壳体1和轴承壳体2的凸缘6、10之间的支承区域中相对定位的一侧上。

在图1的示例性实施例中，喷嘴环3的凸缘13至少部分地接合在涡轮机流入壳体1的该区段14的凹部15中，其中喷嘴环3的凸缘13在径向方向上观察时其自身通过一端支撑在涡轮机流入壳体1的区段14的该凹部15的边界上并且支撑在定位成与***件11上相对的端部处。在涡轮机流入壳体1的区段4的凹部15中（喷嘴环3的凸缘13支撑在该凹部15中），弹性弹簧元件16被接收，弹性弹簧元件16沿轴向方向按压喷嘴环3的凸缘13。这里，该弹性弹簧元件16按压抵靠喷嘴环3的凸缘13，使得喷嘴环3从弹簧元件16沿涡轮机流入壳体1和轴承壳体2的凸缘6、10的连接区域的方向被按压。在图1的示例性实施例中，喷嘴环3按压抵靠热屏障4的凸缘12。

图2示出了根据本发明的第一方面的涡轮增压器的第二示例性实施例。在图2中，喷嘴环3的凸缘13也定位在涡轮机的流动通道24的与涡轮机流入壳体1和轴承壳体2的凸缘6、10的支承区域相对定位的一侧上。

图2的示例性实施例与图1的示例性实施例的不同之处在于，在图2中，喷嘴环3的凸缘13经由被设计为滑键（feather key）17的紧固设备安装在轴承壳体1的区段14上，该滑键17接收在轴承壳体1的区段14的对应凹部18中。在图2中，喷嘴环3的凸缘13也至少部分地突出到涡轮机流入壳体1的区段4的凹部18中。

图2的示例性实施例与图1的示例性实施例的进一步区别在于，在图2中，热屏障4的凸缘12未夹持在涡轮机流入壳体1和轴承壳体2的凸缘6、10之间。相反，图2中的轴承壳体2的凸缘10直接放置成抵靠涡轮机流入壳体1的凸缘6。

在轴承壳体2的凸缘10和涡轮机流入壳体1的凸缘6之间的该密封区域中，可以另外定位有密封元件19，其可以优选地是O形环或C形环形式的金属密封环。密封元件19也可以由石墨制成。在图2中，密封元件19接收在涡轮机流入壳体1的凸缘6的凹部20中并且特别是在轴向方向上密封在涡轮机流入壳体1和轴承壳体2的凸缘6、10的放置成彼此抵靠的密封面之间。

在图2的示例性实施例中，热屏障4的凸缘12作用在轴承壳体2的凸缘10上，但是如已经解释的那样，未夹持在轴承壳体2的凸缘10和涡轮机流入壳体1的凸缘6之间。图2中的热屏障4的凸缘12经由防旋转设备21作用在轴承壳体2的凸缘10上。在图2中，轴承壳体2和涡轮机流入壳体1之间的支承组合中的部件数量进一步减少。

利用本发明的第一方面，同样可以将喷嘴环3形成为***件11的整体部分。在这种情况下，喷嘴环3然后不需要单独地紧固到涡轮机流入壳体1。然后是***件11，其提供喷嘴环3作为整体组件，该整体组件承担涡轮机中的喷嘴环3的接收。

图3示出了根据本发明的第二方面的涡轮增压器的示例性实施例。在图3中，如在现有技术中通常那样，喷嘴环3的凸缘13和热屏障4的凸缘12两者都夹持在轴承壳体2的凸缘14和涡轮机流入壳体1的凸缘6之间，即经由夹持力，所述夹持力经由紧固设备5施加在该支承组合上。

根据本发明的第二方面，提供了将弹簧元件22定位在轴承壳体2的凸缘10和涡轮机壳体1的凸缘6之间，该弹簧元件22使喷嘴环3的凸缘13轴向地按压抵靠涡轮机流入壳体1的凸缘6。在图3的示例性实施例中，该弹簧元件22布置在轴承壳体2的凸缘10和热屏障4的凸缘12之间，使得弹簧元件22将热屏障4的凸缘12按压抵靠喷嘴环3的凸缘13并且因此将喷嘴环3的凸缘13按压抵靠涡轮机流入壳体1的凸缘6。

在该过程中，弹簧元件22在一侧上将其自身支撑在轴承壳体2的凸缘10上并且在另一侧上支撑在热屏障4的凸缘12上。如已经解释的，弹簧元件22将喷嘴环3的凸缘13沿轴向方向按压抵靠涡轮机流入壳体1的凸缘6，由此，即使特别是在操作期间当这些组件受到不同的热膨胀时，始终确保在轴承壳体2和涡轮机流入壳体1的连接区域中的良好密封效果，使得不存在排气经由该连接区域向外流入周围环境中的风险。

根据前面解释的本发明的第二方面，可以另外省略特殊的支承设备，诸如夹持爪。轴承壳体的凸缘直接拧到涡轮机流入壳体上。这在凸缘10和凸缘6之间产生明确的密封面，紧固元件8的整个力流经由该密封面延伸。然后可以经由弹簧元件23实现热屏障和喷嘴环的夹持。

附图标记列表

1涡轮机流入壳体

2轴承壳体

3喷嘴环

4热屏障

5紧固设备

6凸缘

7区段

8紧固装置

8a螺钉

8b螺母

9区段

10凸缘

11***件

12凸缘

13密封区域

14区段

15凹部

16弹簧元件

17滑键

18凹部

19密封元件

20凹部

21防旋转设备

22密封元件

23弹簧元件

24流动通道

Claims (13)

1.一种涡轮增压器，

具有用于使第一介质膨胀的涡轮机，

具有使用在所述第一介质的膨胀期间在所述涡轮机中提取的能量来压缩第二介质的压缩机，

其中，所述涡轮机包括涡轮机壳体（1）、喷嘴环（3）和涡轮机转子，

其中，所述压缩机包括压缩机壳体和压缩机转子，所述压缩机转子经由轴联接到所述涡轮转子，

其中，所述涡轮机壳体（1）和所述压缩机壳体各自连接到布置在所述涡轮机壳体（1）和所述压缩机壳体之间的轴承壳体（2），所述轴安装在所述轴承壳体（2）中，

其中，所述涡轮机壳体（1）和所述轴承壳体（2）经由紧固设备（5）彼此连接，使得所述紧固设备通过第一区段（7）被安装在所述涡轮机壳体（1）的凸缘（6）上并且通过第二区段（9）至少部分地覆盖所述轴承壳体（2）的凸缘（10），

其特征在于，

所述喷嘴环（3）被安装成使得所述喷嘴环（3）的凸缘（13）基于流动通道（24）定位在所述流动通道（24）的与所述涡轮机壳体（1）的所述凸缘（6）相对定位的一侧上。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述喷嘴环（3）的所述凸缘（13）和因此所述喷嘴环（3）是所述涡轮机的***件（11）的整体部分。

3.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述喷嘴环（3）的所述凸缘（13）邻接所述涡轮机壳体（1）的区段（14），所述区段（14）基于所述流动通道（24）定位在所述流动通道（24）的与所述涡轮机壳体（1）的所述凸缘（6）相对定位的一侧上。

4.根据权利要求3所述的涡轮增压器，其特征在于，所述喷嘴环（3）的所述凸缘（13）经由紧固设备紧固到所述涡轮机壳体（1）的所述区段（14），所述紧固设备尤其被实施为滑键（17）。

5.根据权利要求3所述的涡轮增压器，其特征在于，在所述涡轮机壳体（1）的所述区段（14）的凹部（15）中接收弹性弹簧元件（16），所述弹性弹簧元件（16）按压抵靠所述喷嘴环（3）的所述凸缘（13）。

6.根据权利要求5所述的涡轮增压器，其特征在于，所述弹簧元件（16）使所述喷嘴环（3）按压抵靠所述涡轮机的热屏障（4）。

7.根据权利要求6所述的涡轮增压器，其特征在于，所述热屏障（4）的凸缘（12）夹持在所述涡轮机壳体（1）的所述凸缘（6）和所述轴承壳体（2）的所述凸缘（10）之间。

8.根据权利要求6所述的涡轮增压器，其特征在于，所述热屏障（4）的凸缘（12）经由防旋转设备（21）安装到所述轴承壳体（2）的所述凸缘（10）。

9.根据权利要求7所述的涡轮增压器，其特征在于，所述涡轮机壳体（1）的所述凸缘（6）直接放置成抵靠所述轴承壳体（2）的所述凸缘（10）。

10.一种涡轮增压器，

具有用于使第一介质膨胀的涡轮机，

具有使用在所述第一介质的膨胀期间在所述涡轮机中提取的能量来压缩第二介质的压缩机，

其中，所述涡轮机包括涡轮机壳体（1）和涡轮机转子，

其中，所述压缩机包括压缩机壳体和压缩机转子，所述压缩机转子经由轴联接到所述涡轮转子，

其中，所述涡轮机壳体（1）和所述压缩机壳体各自连接到布置在所述涡轮机壳体（1）和所述压缩机壳体之间的轴承壳体（2），所述轴安装在所述轴承壳体（2）中，

其中，所述涡轮机壳体（1）和所述轴承壳体（2）经由紧固设备（5）连接，使得所述紧固设备通过第一区段（7）被安装到所述涡轮机壳体（1）的凸缘（6）并且通过第二区段（9）至少部分地覆盖所述轴承壳体（2）的凸缘（10），

其中，喷嘴环（3）的凸缘（13）和热屏障（14）的凸缘（12）夹持在所述涡轮机壳体（1）的所述凸缘（6）和所述轴承壳体（2）的所述凸缘（10）之间，

其特征在于，在所述轴承壳体（2）的所述凸缘（10）和所述涡轮机壳体（1）的所述凸缘（6）之间定位有弹簧元件（22），所述弹簧元件（22）使所述喷嘴环（3）的所述凸缘（13）轴向地按压抵靠所述涡轮机壳体（1）的所述凸缘（6）。

11.根据权利要求10所述的涡轮增压器，其特征在于，所述弹簧元件（22）定位在所述轴承壳体（2）的所述凸缘（10）和所述热屏障（4）的所述凸缘（12）之间，所述弹簧元件（22）使所述热屏障（4）的所述凸缘（12）轴向地按压抵靠所述喷嘴环（3）的所述凸缘（13）并且因此使所述喷嘴环（3）的所述凸缘（13）轴向地按压抵靠所述涡轮机壳体（1）的所述凸缘（6）。

12.根据权利要求11所述的涡轮增压器，其特征在于，所述弹簧元件（22）定位在所述热屏障（4）的所述凸缘（12）的凹部中在所述热屏障（4）的所述凸缘（12）和所述轴承壳体（2）的所述凸缘（10）之间。

13.根据权利要求12所述的涡轮增压器，其特征在于，所述弹簧元件（22）在一侧上将其自身支撑在所述热屏障（4）的所述凸缘（12）上并且在另一侧上支撑在所述轴承壳体（2）的所述凸缘（10）上。