廢氣渦輪增壓器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種用于內(nèi)燃機的廢氣渦輪增壓器，其包括：殼體(21)和由該殼體至少部分包圍的殼體內(nèi)腔(22)；設(shè)置在殼體內(nèi)腔中的葉輪(23)，該葉輪利用葉輪軸(24)可旋轉(zhuǎn)地支承在軸承座(25)內(nèi)，其中，殼體(21)包括至少一個用于往葉輪(23)輸送流體或者從葉輪排放流體的流動通道(27)，其中，在葉輪(23)與軸承座(25)之間與葉輪軸(24)同軸地設(shè)置一中間件(26)并且該中間件至少局部地形成如下所述的壁，該壁構(gòu)造成用于至少局部地限定其中至少一個流動通道(27)的邊界。
【專利說明】廢氣渦輪增壓器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序部分所述的廢氣渦輪增壓器。

【背景技術(shù)】
[0002]廢氣渦輪增壓器例如越來越多地應(yīng)用于具有內(nèi)燃機的機動車中，能實現(xiàn)功率提升，該功率提升尤其是可以用來降低車輛的燃油消耗。
[0003]這種廢氣渦輪增壓器通常包括一個獨立的壓縮機殼體和一個獨立的渦輪機殼體，在它們之中分別設(shè)置有一個葉輪(壓縮機葉輪或者渦輪機葉輪)。每個殼體具有一個用于直接與相應(yīng)的另一殼體相連接的或者用于與設(shè)置在兩殼體之間的軸承座相連接的連接位置，其中，所述連接位置分別包括一個用于將廢氣渦輪增壓器的構(gòu)件插入到相應(yīng)殼體中的通口。軸承座構(gòu)造成用于可旋轉(zhuǎn)地支承葉輪軸，該葉輪軸承載兩個葉輪并將其抗扭(即二者不能相對轉(zhuǎn)動)地相互聯(lián)接。
[0004]兩殼體例如可以構(gòu)造成離心式壓縮機殼體或者徑流式渦輪機殼體并且為此具有一種復(fù)雜的和精細(xì)的(feingliedrig)、包括一個或多個螺旋形或者蝸旋形流動通道的造型，使得其制造成為一個特別的挑戰(zhàn)。
[0005]通常，所述殼體利用已知的金屬鑄造法制造，其中使用型芯用于成型由該殼體包圍的殼體內(nèi)腔。然而迄今為止已知的殼體的復(fù)雜的和精細(xì)的造型導(dǎo)致很難可以利用型芯來塑造用于鑄造出這種形狀的陰模。例如，型芯的材料強度在局部位置非常小，因此特別是在這些區(qū)域內(nèi)存在著型芯的很高的斷裂危險。由于如下所述的迄今為止的努力目標(biāo)而放大了這種斷裂危險，即，要將殼體開口和通口、特別是在用于與軸承座或者相應(yīng)的另一殼體相連接的連接位置的區(qū)域內(nèi)的通口保持得盡可能小，使葉輪以及可能還有廢氣渦輪增壓器的其他構(gòu)件保持恰好仍能穿過這個通口插入。
[0006]除了制造過程本身的所述這些困難之外，另外，借助金屬鑄造法的制造方式還導(dǎo)致:制成的鑄件-由工藝方法所決定地-在其尺寸方面受制于很大的制造公差。雖然這些制造公差可以通過修整加工部分地得到補償，然而，特別是由于復(fù)雜的和精細(xì)的造型和由此產(chǎn)生的狹窄的和難以接近的殼體內(nèi)腔之故，僅僅能夠有限地實施修整加工。特別是，用于快速和簡單地修整加工的相應(yīng)工具的可接近性因此變得困難或者甚至受阻。
[0007]這一點的后果是:特別是在殼體內(nèi)腔中殼體的高的制造公差僅能很困難地得到補償。因此，為了能夠例如針對相應(yīng)葉輪依然始終提供充分的運行自由性和提供在葉輪與殼體內(nèi)腔的內(nèi)壁之間的縫隙尺寸的最小值，必須籠統(tǒng)地將縫隙尺寸選擇得相應(yīng)較大，從而即使在殼體的公差值不利的情況下也依然能夠使用。
[0008]這一點與如下的根據(jù)流體力學(xué)及熱力學(xué)觀點的基本努力目標(biāo)相矛盾:為了實現(xiàn)盡可能高的效率而要在殼體壁與葉輪之間設(shè)置盡可能小的縫隙尺寸。因此目前只存在如下可能性:由于鑄造的殼體的所述高容許偏差之故，提供在葉輪與殼體壁之間比較大的縫隙尺寸和接受相應(yīng)降低的效率。
[0009]此外，鑄造的殼體的高制造公差導(dǎo)致葉輪關(guān)于整合在殼體內(nèi)的流動通道的相對來說不精確的軸向定位。不精確的相對位置的直接后果便是對殼體內(nèi)部的流動特性產(chǎn)生不利影響以及隨之而來地使整個廢氣渦輪增壓器的效率進(jìn)一步下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]因此本發(fā)明的目的是，提供一種廢氣渦輪增壓器，該廢氣渦輪增壓器至少減少所述的缺點并且能夠?qū)崿F(xiàn)特別是更加簡單的和盡可能精確的制造或者裝配以及更高的效率。
[0011]該目的通過具有權(quán)利要求1所述特征的廢氣渦輪增壓器得以實現(xiàn)。有益的設(shè)計形式可由從屬權(quán)利要求得出。
[0012]據(jù)此提供了一種用于內(nèi)燃機的廢氣渦輪增壓器，其包括:
[0013]-殼體和由該殼體至少部分包圍的殼體內(nèi)腔，
[0014]-設(shè)置在殼體內(nèi)腔中的葉輪，該葉輪利用葉輪軸可旋轉(zhuǎn)地支承在軸承座內(nèi)，
[0015]其中，殼體包括至少一個用于往葉輪輸送流體或從葉輪排放流體的流動通道，以及，一個中間件與葉輪軸同軸地設(shè)置在葉輪與軸承座之間并且至少局部地形成如下所述的壁，該壁構(gòu)造成用于至少局部地限定其中至少一個流動通道的邊界。
[0016]因此該廢氣渦輪增壓器包括一中間件，該中間件優(yōu)選設(shè)置為分開獨立的構(gòu)件并且在裝配的狀態(tài)下是布置在葉輪與軸承座之間。所述中間件為此可以直接且同軸地與葉輪軸可旋轉(zhuǎn)運動地連接，其中，該中間件相對殼體固定地設(shè)置，而葉輪軸相對中間件可以旋轉(zhuǎn)運動。特別是，所述中間件可以與這個葉輪軸同軸地固定在軸承座上。
[0017]此外，所述中間件這樣構(gòu)造:使它以一個或者多個部段形成用于流動通道的一部分的壁。換言之，流動通道至少在朝向流動的一側(cè)上在第一部段中由殼體本身限定邊界，而在第二部段中由中間件限定邊界。不言而喻，所述中間件同樣可以構(gòu)成用于一個或多個流動通道的大量的壁。
[0018]這一點顯示出如下優(yōu)點:殼體不必構(gòu)造成用于完整地構(gòu)成流動通道，而是例如可以在那些代替它設(shè)置有用于限定流動通道邊界的中間件的區(qū)域內(nèi)留空。因此通過兩個構(gòu)件的接合才完整地構(gòu)造成流動通道。
[0019]由此實現(xiàn)的殼體的較寬敞的留空缺口在設(shè)置合適的情況下允許實現(xiàn)殼體內(nèi)腔的更好的可接近性，使得工具的進(jìn)入(接近通路)以及因此對殼體的修整加工更加容易。于是可以在鑄造過程之后對殼體的內(nèi)壁或者殼體內(nèi)腔進(jìn)行精確的造型塑造。通過這種方式甚至可以達(dá)到在殼體內(nèi)腔中狹小的公差值以及因此實現(xiàn)廢氣渦輪增壓器的最佳化幾何結(jié)構(gòu)。例如，通過這種方式更容易地使葉輪與內(nèi)壁之間的縫隙尺寸與流動力學(xué)和熱力學(xué)的最佳值精確地匹配，由此可以附加地提高廢氣渦輪增壓器的效率。
[0020]殼體的這樣較寬敞的留空缺口另外還顯示出至少降低殼體壁中的熱機械應(yīng)力的優(yōu)點。例如在殼體局部劇烈加熱的情況下在加熱度不同的區(qū)域之間出現(xiàn)熱機械應(yīng)力。后果通常是產(chǎn)生應(yīng)力裂紋，這些應(yīng)力裂紋將導(dǎo)致相應(yīng)構(gòu)件的失效(停止運轉(zhuǎn))，這里也就是廢氣渦輪增壓器的失效(停止運轉(zhuǎn))。小的殼體開口賦予殼體高的抗彎剛度，而殼體的所述較大的留空缺口導(dǎo)致殼體的一定的柔軟性或者撓性，其能夠(在一定程度上)平衡取決于溫度的和局部變化的膨脹并因此減小熱機械應(yīng)力或者說由此產(chǎn)生的應(yīng)力裂紋。
[0021]根據(jù)一個實施方式，中間件具有一個相對葉輪軸基本上徑向延伸的圓盤狀的凸起，其中，該圓盤狀的凸起形成至少局部地限定至少一個流動通道的邊界的壁。優(yōu)選這個凸起構(gòu)造如下:使該凸起可以嵌入殼體中一個相應(yīng)的空隙部內(nèi)，并且，如前述的那樣，在裝配的狀態(tài)下至少局部地界定一個或者多個流動通道的壁。
[0022]此外，圓盤狀的凸起可以具有一個外徑，該外徑大于葉輪的外徑。因此可以根據(jù)直徑的大小相應(yīng)地設(shè)置殼體的一個相應(yīng)較大的留空缺口，該留空缺口隨著尺寸的增加而開辟了進(jìn)入殼體內(nèi)部的更好的接近通路。
[0023]另外，圓盤狀的凸起可以具有一個外徑，該外徑大于流動通道的分隔壁的內(nèi)徑。作為本發(fā)明意義中的分隔壁，應(yīng)該理解為單獨的流動通道的側(cè)壁以及用于隔開兩個相鄰的流動通道的中間壁。作為分隔壁的內(nèi)徑，特別是應(yīng)該理解為兩倍的在葉輪軸的旋轉(zhuǎn)軸線與分隔壁的一個朝向葉輪軸的邊緣(凸舌)之間的徑向間距。如果圓盤狀的凸起大于分隔壁的內(nèi)徑的話，那么這意味著:在未組裝的狀態(tài)下，分隔壁至少在該邊緣的區(qū)域內(nèi)以有益方式對于修整加工之目的是容易接近的。
[0024]例如，所述至少一個流動通道可以分別具有螺旋形狀并在一個相對葉輪軸基本上徑向定向的平面內(nèi)定位布置，使得所述殼體構(gòu)造成離心式壓縮機殼體或者徑流式渦輪機殼體。
[0025]按照另一個實施方式，所述中間件構(gòu)造成一個用于軸承座的徑向和/或軸向定位和/或支撐。例如，所述殼體構(gòu)造如下:使該殼體可以將中間件的圓盤狀的凸起配合精確地容納在一個互補構(gòu)造的空隙部內(nèi)，以便沿徑向定位和支撐這個中間件。在此，中間件例如可以固定在軸承座上，特別是借助形狀鎖合的和/或力鎖合的連接。同樣也可以是一種(在必要時附加的)材料接合的連接。
[0026]此外，所述中間件可以包括一個用于相對殼體軸向固定該中間件的軸向止擋。通過這種方式，一方面確定了中間件沿軸向的精確定位。另一方面，與中間件直接地或者至少間接地保持連接的構(gòu)件此外相應(yīng)明確地(即單一對應(yīng)地)和可再現(xiàn)地定位，諸如葉輪相對流動通道和/或殼體的內(nèi)壁。
[0027]此外，所述中間件可以構(gòu)造成用于軸向插入殼體的殼體內(nèi)腔中的基本上罐狀的適配件，其中，該中間件在插入狀態(tài)下至少以圓盤狀的凸起與殼體的流動通道的壁齊平，特別是表面齊平。在此，適配件設(shè)置有環(huán)繞的和折彎的、凸緣狀的邊緣部段，該邊緣部段用作止擋。
[0028]例如，圓盤狀的凸起此外還可以在圓周側(cè)包括一個用于將中間件相對殼體密封的密封件，特別是沿著圓周方向環(huán)繞的密封環(huán)。因此實現(xiàn)了在葉輪與設(shè)置在中間件的相對置的一側(cè)上的軸承座之間的流體密封式隔離。特別是可以防止熱的廢氣從葉輪的區(qū)域流向軸承座的方向。優(yōu)選地，密封件設(shè)置在中間件的一個相應(yīng)的空隙部中，特別是在圓盤狀的凸起內(nèi)一個環(huán)繞的凹槽中或者在殼體的一個相應(yīng)的留空缺口中。
[0029]優(yōu)選地，所述葉輪是渦輪葉輪或壓縮機葉輪。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]下文將參照附圖借助實施例進(jìn)一步詳細(xì)地闡述本發(fā)明。附圖中:
[0031]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的用于廢氣渦輪增壓器的渦輪機配置組件；
[0032]圖2為按照本說明書的用于廢氣渦輪增壓器的渦輪機配置組件；
[0033]圖3為圖2所示出的渦輪機配置組件的中間件的細(xì)部視圖；
[0034]圖4為圖2中示出的渦輪機配置組件的透視剖視圖。

【具體實施方式】
[0035]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的用于廢氣渦輪增壓器的渦輪機配置組件10。廢氣渦輪增壓器或者所示出的渦輪機配置組件10包括一個殼體11和一個由該殼體11至少部分包圍的殼體內(nèi)腔12。在殼體內(nèi)腔12中設(shè)置有渦輪機葉輪13，該渦輪機葉輪利用葉輪軸14可旋轉(zhuǎn)地支承在一個軸承座15內(nèi)。另外，殼體11包括兩個用于將廢氣流輸送給渦輪機葉輪13的流動通道17，以使這個渦輪機葉輪轉(zhuǎn)動。在葉輪13與軸承座15之間設(shè)置有一個屏蔽件16。該屏蔽件16構(gòu)造成板狀的并保護軸承座15免受來自渦輪機葉輪13或者流動通道17的熱負(fù)荷影響。在所示出的實施方式中，殼體11通過法蘭連接19以及借助一個圍繞該法蘭連接19的卡箍18與軸承座15相連接。
[0036]圖2和圖4示出了一種用于內(nèi)燃機的廢氣渦輪增壓器的渦輪機配置組件20的側(cè)向的或者說透視的剖視圖，該渦輪機配置組件包括一個殼體21和一個由該殼體21至少部分包圍的殼體內(nèi)腔22。在殼體內(nèi)腔22內(nèi)設(shè)置有渦輪機葉輪23，該渦輪機葉輪利用葉輪軸24可旋轉(zhuǎn)地支承在一個軸承座25內(nèi)。另外，殼體21包括兩個用于將廢氣流輸送給渦輪機葉輪23的流動通道27，以使這個渦輪機葉輪轉(zhuǎn)動。在所示出的實施方式中，殼體21通過法蘭連接29以及借助一個圍繞該法蘭連接29的卡箍28與軸承座25相連接。當(dāng)然其他的連接措施和連接方法，特別是其他的力鎖合的和/或形狀鎖合的以及材料接合的連接同樣是可能的。
[0037]在葉輪23與軸承座25之間設(shè)置有一個中間件26。該中間件26在圖3中詳細(xì)示出并構(gòu)造如下:這個中間件局部地形成一個壁，該壁用于局部地限定兩個流動通道27之一的邊界。為此，中間件26具有一個基本上相對葉輪軸24徑向延伸的圓盤狀的凸起26a，其中，該圓盤狀的凸起26a形成局部地限定流動通道27邊界的壁。附加地，該中間件26還起到用于保護軸承座25的屏蔽件的作用。
[0038]圓盤狀的凸起26a按下述方式構(gòu)造:此凸起具有這樣的外徑dl，該外徑大于渦輪機葉輪23的外徑d2。這一點顯示出下述優(yōu)點:殼體21在法蘭連接的區(qū)域內(nèi)和在流動通道27的區(qū)域內(nèi)-與現(xiàn)有技術(shù)中可能實現(xiàn)的情形(參照圖1)相比-可以具有更大的通口。代替殼體21，在這個通口的或者說相應(yīng)留空缺口的區(qū)域內(nèi)，中間件26承擔(dān)著限定流動通道27邊界的任務(wù)。
[0039]因此在未組裝的狀態(tài)下特別是在朝向葉輪的區(qū)域21a中可以通過特別簡單的方式方法借助合適的工具到達(dá)殼體的內(nèi)壁并進(jìn)行修整加工，從而能夠遵循例如用于葉輪與內(nèi)壁之間縫隙尺寸的相應(yīng)狹窄/嚴(yán)格的公差規(guī)范。
[0040]此外，圓盤狀的凸起26a的外徑dl同樣大于流動通道27的分隔壁30的內(nèi)徑d3。這個分隔壁30在所示實施方式中作為分隔壁30設(shè)置在兩個相鄰的流動通道27之間。另夕卜，這種構(gòu)造設(shè)計使得特別簡單地接近分隔壁的朝向葉輪軸的頂端成為可能，從而使其同樣能夠借助合適的工具與相應(yīng)的公差規(guī)范匹配，并且，以此方式可以針對廢氣渦輪增壓器的盡可能優(yōu)化的效率來考慮流體力學(xué)和熱力學(xué)方面的觀點。
[0041]兩個流動通道27分別具有螺旋形狀并且在一個相對葉輪軸24基本上徑向定向的平面(垂直于圖面)內(nèi)定位布置。
[0042]另外，中間件26還構(gòu)造成用于軸承座25的徑向和軸向定位和支撐。為此中間件26沿徑向借助圓盤狀的凸起26a相對殼體21支撐。
[0043]例如一個軸向止擋26b用于中間件26的軸向定位。附加地，軸向止擋26b由于其法蘭狀的構(gòu)造設(shè)計和形狀鎖合地設(shè)置在法蘭連接29的區(qū)域內(nèi)而相對于殼體21軸向固定。
[0044]換言之，中間件構(gòu)造成用于沿葉輪軸24的方向軸向插入殼體的殼體內(nèi)腔中的罐狀的適配件，其中，該中間件在插入狀態(tài)下至少以圓盤狀的凸起與殼體的流動通道的壁齊平，特別是表面齊平。另外，如前面已經(jīng)說明的那樣，中間件以“罐”的邊緣軸向地固定在殼體上。
[0045]僅僅作為可選方案，圓盤狀的凸起26a可以在圓周側(cè)包括一個用于將中間件相對殼體21密封的密封件，例如是沿著圓周方向環(huán)繞的密封環(huán)31的形式。為此，密封件可以置入圓盤狀的凸起26的同樣沿著圓周方向環(huán)繞的凹槽內(nèi)。
[0046]不言而喻，代替圖示的渦輪機葉輪，所述葉輪同樣也可構(gòu)造成一種流動方向相應(yīng)換向用以壓縮吸入空氣的壓縮機葉輪。
【權(quán)利要求】
1.用于內(nèi)燃機的廢氣渦輪增壓器，其包括: -殼體(21)和由該殼體(21)至少部分包圍的殼體內(nèi)腔(22)， -設(shè)置在所述殼體內(nèi)腔(22)中的葉輪(23)，該葉輪利用葉輪軸(24)可旋轉(zhuǎn)地支承在軸承座(25)內(nèi)， 其中，所述殼體(21)包括至少一個用于往所述葉輪(23)輸送流體或者從所述葉輪排放流體的流動通道(27)， 其特征在于:在葉輪(23)與軸承座(25)之間與所述葉輪軸(24)同軸地設(shè)置一中間件(26)并且該中間件至少局部地形成如下所述的壁，該壁構(gòu)造成用于至少局部地限定其中至少一個流動通道(27)的邊界。
2.如權(quán)利要求1所述的廢氣渦輪增壓器，其特征在于:所述中間件(26)具有相對所述葉輪軸基本上徑向延伸的圓盤狀的凸起(26a)，其中，該圓盤狀的凸起(26a)形成所述至少局部地限定所述至少一個流動通道(27)的邊界的壁。
3.如權(quán)利要求2所述的廢氣渦輪增壓器，其特征在于:所述圓盤狀的凸起(26a)所具有的外徑(dl)大于所述葉輪的外徑(d2)。
4.如權(quán)利要求2至3之任一項所述的廢氣渦輪增壓器，其特征在于:所述圓盤狀的凸起(26a)所具有的外徑(dl)大于流動通道(27)的分隔壁(30)的內(nèi)徑(d3)。
5.如權(quán)利要求1至4之任一項所述的廢氣渦輪增壓器，其特征在于:所述至少一個流動通道(27)分別具有螺旋形狀并且在相對所述葉輪軸(24)基本上徑向定向的平面內(nèi)定位布置。
6.如權(quán)利要求1至5之任一項所述的廢氣渦輪增壓器，其特征在于:所述中間件(26)構(gòu)造成用于所述軸承座(25)的徑向和/或軸向定位和/或支撐。
7.如權(quán)利要求1至6之任一項所述的廢氣渦輪增壓器，其特征在于:所述中間件(26)包括用于相對于所述殼體(21)軸向固定該中間件(26)的軸向止擋(26b)。
8.如權(quán)利要求2至7之任一項所述的廢氣渦輪增壓器，其特征在于:所述中間件(26)構(gòu)造成用于軸向插入所述殼體(21)的殼體內(nèi)腔中的罐狀的適配件，其中，該中間件(26)在插入狀態(tài)下至少以圓盤狀的凸起(26a)與所述殼體(21)的流動通道(27)的壁齊平。
9.如權(quán)利要求2至8之任一項所述的廢氣渦輪增壓器，其特征在于:所述圓盤狀的凸起(26a)在圓周側(cè)包括用于將所述中間件(26)相對所述殼體(21)密封的密封件(31)，特別是沿著圓周方向環(huán)繞的密封環(huán)。
10.如權(quán)利要求1至9之任一項所述的廢氣渦輪增壓器，其特征在于:所述葉輪(23)是渦輪葉輪或者壓縮機葉輪，和/或所述中間件(26)形成一屏蔽件，該屏蔽件設(shè)置在葉輪(23)與軸承座(25)之間。
【文檔編號】F02C6/12GK104364531SQ201380030997
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月29日
【發(fā)明者】J·費爾圖伊斯 申請人:寶馬股份公司