CN111322152A - 具有拉胀结构的排气涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有拉胀结构的排气涡轮增压器。本发明涉及一种排气涡轮增压器的拉胀材料（M）或拉胀结构的使用，该排气涡轮增压器具有轴（2）和布置在所述轴上的至少一个压缩机轮（V）和涡轮机轮（T）、以及壳体（3），轴（2）、压缩机轮（V）和涡轮机轮（T）布置在该壳体中，其中，壳体（3）的至少一部分由具有负泊松比的拉胀材料（M）组成。

Description

具有拉胀结构的排气涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种排气涡轮增压器。
背景技术
常规的排气涡轮增压器被采用来增加功率并优化燃烧。为了使发动机中的燃烧良好且完全，一定的混合比是必要的（化学计量的燃料比）。在排气涡轮增压器的增压期间，进气的密度增加且因此空气量扩大。通过增压，显著提高了内燃发动机的填充度及因此内燃发动机的效率。
涡轮增压器的心脏是由带轴的涡轮机轮以及压缩机轮组成的运行装置，所述涡轮机轮和压缩机轮布置在涡轮增压器壳体中。涡轮机轮位于排气侧上，且大多永久地连接到轴。压缩机轮安装在转子轴的另一端上。取决于实施例，这些轮通常配备有转子叶片并在端侧上朝向壳体形成间隙。间隙宽度对涡轮增压器的效率有直接影响。取决于轴的转速，在各种旋转和非旋转部件上也出现不同的伸长比例，这些由此导致可变的相对位置。
因此，叶片尖端和壳体壁之间的间隙也改变。关于伸长特性，特别注意在经历循环时转子和壳体之间的所谓的瞬态伸长特性。旋转和非旋转部件的这种相应的瞬态伸长特性显著地不同。因此，存在叶轮尖端与壳体摩擦的间隙桥接的高风险。特别是在排气涡轮增压器加速期间，壳体和叶片尖端之间存在摩擦的实例的此类风险。
为了在相对于彼此可移动的部件之间的瞬态操作中避免危险的和/或不准许的操作状态，因此在现有技术中，标称间隙被尺寸确定为足够大。通过这样，可以避免在瞬态操作期间通过在壳体上接触所导致的摩擦或间隙的桥接，但是已相应地被尺寸确定为大的间隙导致在排气涡轮增压器的随后的稳态操作期间效率降低。
在爆裂——在旋转部件故障期间——的情况下，会出现排气涡轮增压器的碎片被甩到四处的危险情形。在现有技术中，为此目的提出了不同的爆裂保护装置。
为了防止部件碎片在旋转部件的明确的故障情况下退出，例如在常规的壳体结构中和/或直接安装在壳体周围的复杂的附加爆裂保护结构中提供坚固的壁厚。然而，该目的在没有精心制作的爆裂保护设计和/或坚固的流动传导壳体结构的情况下也能够完成。
此外，从现有技术已知的排气涡轮增压器的问题是，彼此连接的部件在其伸长特性方面显著不同地扩展。在此类部件之间的常规连接的情况下，例如通过伸长阻挡和对应磨损，例如通过接触表面中的相对运动，而产生了高的螺钉应力。同样期望通过本发明的理念实现对这些不利特征的优化。
发明内容
因此，本发明是基于克服上述缺点的目的，并且提出了一种用于排气涡轮增压器的改进的解决方案，该解决方案具有安全的操作性能且具有高效率，并且特别地拥有关于瞬态伸长问题的改进。
该目的通过根据专利权利要求1和专利权利要求3的特征组合来解决。
本发明的基本理念在于，在壳体的或涡轮增压器的某些区域中使用具有负泊松比（横向收缩数）的材料的特性，以便具体地影响受影响区域的伸长特性。
根据本发明，因此，提出了具有负泊松比的拉胀材料或拉胀结构在排气涡轮增压器中或排气涡轮增压器上的一个部件上或两个邻近部件之间的新型用途，以影响热伸长和瞬态伸长。
在本发明的有利构型中，提出了一种拉胀材料的用途，其中，拉胀材料或拉胀结构布置在涡轮增压器壳体的两个壳体壁之间、在排气涡轮增压器的部件的中空空间中和/或在排气涡轮增压器的彼此邻接的至少两个部件之间，其中，在最后提到的情况下，拉胀材料优先地被提供作为弹性连接元件。
本发明的另外的方面涉及一种排气涡轮增压器，其具有轴和布置在该轴上的至少一个压缩机轮和涡轮机轮、以及壳体，所述轴、压缩机轮和涡轮机轮布置在该壳体中，其中，壳体的至少一部分由具有负泊松比的拉胀材料组成。
在本发明的优选构型中，规定：壳体包括壳体内壁和壳体外壁以及中间空间，并且拉胀材料（M）布置在这些壳体壁之间，优先地完全在中间空间中。
通过将拉胀结构集成到径流式或轴流式排气涡轮增压器的压缩机和/或涡轮机侧壳体中，壳体的伸长特性可以适应于转子的伸长特性。通过针对性地调节拉胀结构的几何参数来实现适配。对几何参数的调节是以这样的方式实现，使得考虑到瞬态热伸长以及由于压力和离心力而产生的伸长比例，壳体的伸长特性适应于转子的伸长特性。通过这样，与常规设计相比较，在稳态操作期间实现的径向间隙更窄。结果，可以实现涡轮机的更高效率和压缩机的更大喘振极限间隔。
此外，当拉胀材料完全布置在压缩机轮和/或涡轮机轮周围的区域中、优先地布置在壳体壁之间时，是有利的，作为这样做的结果是，针对涡轮增压器爆裂的情况下建立了附加的安全效果。此处，拉胀结构作为碰撞区域被集成在壳体结构中以用于在旋转部件撞击期间吸收动能，且因此在不明显增加重量的情况下增加了抵抗部件和/或部件碎片退出的安全性。
此外，当在排气涡轮增压器的至少两个邻接部件之间布置有弹性连接元件时，该弹性连接元件由具有负泊松比的拉胀材料组成（例如，在轴承壳体与涡轮机流入壳体之间），是有利的。该结构可以例如被打印在一个部件或两个部件上或被施加到一个部件或两个部件，或者利用未详细描述的连接元件附接到这两个部件。
替代地，两个邻近部件可以通过拉胀材料彼此直接连接。
在本发明的另外的有利实施例中，规定：中空空间被提供在壳体中，这些中空空间填充有拉胀材料。通过适当地构造该结构，调节所需的刚度，使得尽管重量低，也满足振动方面的要求。
同样，当拉胀材料被涂覆在排气涡轮增压器的其伸长将受影响的部件上，或被施加到排气涡轮增压器的其伸长将受影响的部件，是有利的。
本发明构思特别地可以与以下排气涡轮增压器一起使用： 径流式涡轮增压器、轴流式涡轮增压器、涡轮鼓风机或涡轮机（动力涡轮机）。
附图说明
本发明的其他有利的另外的改进在从属权利要求中被标明或者通过下文中的图与本发明的优选实施例的描述一起被示出。示出了：
图1是本发明的第一示意性示例性实施例，以及
图2是本发明的替代的示意性示例性实施例。
具体实施方式
在下文中，参考图1和图2更详细地解释本发明，其中图中相同的参考字符指向相同的结构和/或功能特征。
在图1中，示出了本发明的第一纯粹示意性的示例性实施例。示出了排气涡轮增压器的壳体3的节取，该排气涡轮增压器具有转子L（例如，涡轮机轮T或压缩机轮V），转子L具有转子叶片7。转子L布置在壳体3中的轴2上。
壳体3具有壳体内壁4和壳体外壁5，其中，具有负泊松比的拉胀材料M或拉胀结构布置在两个壳体壁4、5之间。
在转子叶片7和壳体内壁4之间，按预期提供了间隙S。
在所示的示例性实施例中，拉胀材料M完全布置在转子L周围的区域中、在壳体壁4、5之间。
图2示出了本发明的替代的示意性示例性实施例。示出了排气涡轮增压器的部件B1和部件B2，其中，在排气涡轮增压器的这两个邻近、即邻接部件B1、B2之间布置有弹性连接元件10，该弹性连接元件由具有负泊松比的拉胀材料M或拉胀结构M组成。在那里，这两个邻近部件B1、B2通过拉胀材料M彼此直接连接。
在其实施例中，本发明不限于上文所陈述的优选的示例性实施例。相反，可构想许多个变型，即使实施例为根本不同类型，这些变型也使用所呈现的解决方案。
参考字符列表
3 壳体
4 壳体内壁
5 壳体外壁
7 转子叶片
10 连接元件
B1 部件1
B2 部件2
L 转子
M 拉胀材料/拉胀结构
S 间隙
T 涡轮机轮
V 压缩机轮。

Claims (10)

1.一种在排气涡轮增压器中或排气涡轮增压器上的两个邻近部件之间的具有负泊松比的拉胀材料（M）或拉胀结构的使用，用于影响热伸长和瞬态伸长。
2.根据权利要求1所述的拉胀材料（M）或拉胀结构的使用，其中，所述拉胀材料（M）作为弹性连接元件布置在两个壳体壁之间、在所述排气涡轮增压器的部件的中空空间中或在所述排气涡轮增压器的彼此邻接的至少两个部件之间。
3.一种排气涡轮增压器，其具有轴（2）和布置在所述轴上的至少一个压缩机轮（V）和涡轮机轮（T）、以及壳体（3），所述轴（2）、所述压缩机轮（V）和所述涡轮机轮（T）布置在所述壳体中，其中，所述壳体（3）的至少一部分由具有负泊松比的拉胀材料（M）组成。
4.根据权利要求1所述的排气涡轮增压器，其特征在于，所述壳体（3）具有壳体内壁（4）和壳体外壁（5），并且所述拉胀材料（M）布置在所述壳体壁之间。
5.根据权利要求2所述的排气涡轮增压器，其特征在于，所述拉胀材料（M）完全布置在所述压缩机轮（V）和/或所述涡轮机轮（T）周围的区域中，优先地布置在所述壳体壁（4、5）之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于，在所述排气涡轮增压器的至少两个邻接部件之间布置有弹性连接元件，所述弹性连接元件由具有负泊松比的拉胀材料（M）组成。
7.根据权利要求6所述的排气涡轮增压器，其特征在于，所述两个邻近部件通过所述拉胀材料（M）彼此直接连接。
8.根据前述权利要求中任一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于，腔被提供在所述壳体（3）之间，所述腔被填充有所述拉胀材料（M）。
9.根据前述权利要求中任一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于，拉胀材料（M）被涂覆在所述排气涡轮增压器的部件上，或被施加到所述排气涡轮增压器的部件。
10.根据前述权利要求中任一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于所述涡轮增压器是径流式涡轮增压器、轴流式涡轮增压器、涡轮鼓风机或涡轮机。
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