專(zhuān)利名稱(chēng)：渦輪增壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于內(nèi)燃機(jī)，典型地用于機(jī)動(dòng)車(chē)輛內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓器。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃機(jī)常規(guī)地包括發(fā)動(dòng)機(jī)缸體，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體包括一個(gè)或多個(gè)汽缸體以及連接到缸體來(lái)關(guān)閉汽缸頂部的汽缸蓋。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和汽缸蓋一般為鋁或鑄鐵制成。每個(gè)汽缸容納與汽缸蓋配合來(lái)限定燃燒室的活塞。燃料和空氣的混合物(未示出)被布置在燃燒室內(nèi)并被點(diǎn)燃，導(dǎo)致高溫膨脹排出的氣體引起活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。燃料可通過(guò)燃料噴射器提供，燃料噴射器將燃料直接噴射進(jìn)入燃燒室?；钊粰C(jī)械地連接到曲軸，從而活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)化為 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。每個(gè)汽缸裝備有至少一個(gè)進(jìn)氣閥和一個(gè)排氣閥，他們由與曲軸正時(shí)旋轉(zhuǎn)的凸輪軸促動(dòng)。這些閥選擇性地允許空氣從至少一個(gè)進(jìn)氣端口進(jìn)入燃燒室，并且交替地允許廢氣經(jīng)過(guò)至少一個(gè)排氣端口排出燃燒室。進(jìn)氣端口和排氣端口被汽缸蓋內(nèi)在地限定?？諝饪杀唤?jīng)過(guò)進(jìn)氣歧管分配到進(jìn)氣端口，進(jìn)氣歧管被常規(guī)地連接到汽缸蓋。進(jìn)氣歧管典型地由鋁或塑料制成，并包括與汽缸蓋的每個(gè)進(jìn)氣端口連通的通道部分。進(jìn)氣歧管還包括收集器容積，收集器容積與每個(gè)進(jìn)氣通道部分以及與將空氣從周?chē)h(huán)境輸送到收集器容積的進(jìn)氣管連通。來(lái)自燃燒室的廢氣可被收集在排氣歧管中，排氣歧管被常規(guī)地連接到在進(jìn)氣歧管的相反端的汽缸蓋。進(jìn)氣歧管典型地由不銹鋼或鑄鐵制成，并包括與汽缸蓋的每個(gè)排氣氣端口連通的通道部分。排氣歧管還包括收集器容積，收集器容積與每個(gè)排氣通道部分以及與將廢氣從收集器容積輸送到周?chē)h(huán)境的排氣管連通。一個(gè)或多個(gè)后處理裝置，典型地催化后處理裝置，例如柴油氧化催化劑(DOC)和其他，通常被放置在排氣管中以減少內(nèi)燃機(jī)污染物排放。為了減少內(nèi)燃機(jī)的占用空間，近來(lái)一些汽缸蓋已經(jīng)被設(shè)計(jì)出來(lái)，其中排氣歧管即排氣通道部分和收集器容積由汽缸蓋本身內(nèi)在地限定以形成整體的排氣歧管。為了增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，許多內(nèi)燃機(jī)還裝備有具有增加進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸空氣壓力功能的渦輪增壓器。渦輪增壓器常規(guī)地包括軸承箱，軸承箱容納旋轉(zhuǎn)軸，也被稱(chēng)為渦輪增壓器軸，以及它的軸承。軸承箱一般為鋁或鑄鐵制成。渦輪增壓器軸的相反端從軸承箱伸出。渦輪轉(zhuǎn)輪被固定到渦輪增壓器軸的一端，然而相反端支撐壓縮器輪。渦輪轉(zhuǎn)輪和壓縮器輪分別被容納在被緊固在軸承箱相反側(cè)的渦輪箱和壓縮器箱之中。渦輪箱和壓縮器箱被典型地由不銹鋼或鑄鋁制成。渦輪箱包括與排氣歧管連通的入口和與排氣管連通的出口，從而渦輪轉(zhuǎn)輪通過(guò)接收廢氣旋轉(zhuǎn)。壓縮器箱包括與進(jìn)氣管連通的入口和與進(jìn)氣歧管連通的出口，從而壓縮器輪的旋轉(zhuǎn)增加進(jìn)氣歧管其次發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸中空氣的壓力，壓縮器輪的旋轉(zhuǎn)由渦輪轉(zhuǎn)輪通過(guò)渦輪增壓器軸驅(qū)動(dòng)。通常地，整個(gè)渦輪增壓器由渦輪箱支撐，它的出口由與渦輪箱鑄造成整體的剛性管所限定。剛性管的自由端裝備有緊固法蘭，緊固法蘭通過(guò)例如螺紋緊固件的常規(guī)的緊固技術(shù)被直接連接到排氣歧管。實(shí)際上，渦輪箱由排氣歧管支持，而軸承箱由渦輪箱本身支持，壓縮器箱由軸承箱支持。這種設(shè)計(jì)意味著整個(gè)渦輪增壓器被以懸臂的形式固定到排氣歧管，從而在內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程中它可遭受相對(duì)寬的振動(dòng)，這樣可導(dǎo)致故障甚至破壞。為了解決這個(gè)缺點(diǎn)，一些渦輪增壓器被設(shè)計(jì)出來(lái)，其中軸承箱包括基架，基架具有可被直接緊固到發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的緊固法蘭。即使這種渦輪增壓器實(shí)際上被軸承箱支撐，它們的渦輪箱的入口仍然通過(guò)剛性金屬管與排氣歧管連接。因?yàn)殡x開(kāi)排氣歧管的廢氣可是非常熱(高達(dá)800° C)，這種連接意味著在內(nèi)燃機(jī)工作過(guò)程中，連接渦輪箱和排氣歧管的剛性金屬管比連接軸承箱和發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的基架更熱，從而導(dǎo)致不同的熱變形，該熱變形可仍是故障和破壞的原因。由于以上原因，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種渦輪增壓器，能被以更可靠的方式安裝，從而解決或者至少積極地減少以上提及的缺點(diǎn)。另一個(gè)目的是以簡(jiǎn)單、合理和相當(dāng)便宜的解決方案達(dá)到這個(gè)目標(biāo)
發(fā)明內(nèi)容
這些和/或其他目的通過(guò)如本發(fā)明主要方面中的本發(fā)明的實(shí)施例特征達(dá)到。本發(fā)明的其它方面敘述了本發(fā)明實(shí)施例優(yōu)先的和/或特殊的優(yōu)點(diǎn)。更特別地，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種用于內(nèi)燃機(jī)的渦輪增壓器，其包括軸承箱，結(jié)合到軸承箱的旋轉(zhuǎn)軸，安裝在旋轉(zhuǎn)軸一端的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)輪，容納壓縮機(jī)轉(zhuǎn)輪并設(shè)置有空氣流入口和出口的壓縮機(jī)箱，安裝在旋轉(zhuǎn)軸相反端的渦輪轉(zhuǎn)輪，以及容納渦輪轉(zhuǎn)輪并設(shè)置有廢氣流入口和出口的渦輪箱，其中，軸承箱包括緊固法蘭，其適合于被固定到內(nèi)燃機(jī)的部件，例如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、排氣歧管或汽缸蓋(尤其是汽缸蓋具有集成在其中的排氣歧管)，其中，渦輪箱裝備有用于流體地連接渦輪箱入口和內(nèi)燃機(jī)的排氣歧管的連接管，其中，連接管包括用于補(bǔ)償其軸向熱變形的裝置，即意味著允許連接管發(fā)生不產(chǎn)生大的軸向拉力的變形。這樣，渦輪箱的連接管不和軸承箱的同時(shí)熱變形干涉，從而有利地防止渦輪增壓器任何的故障和/或破壞。根據(jù)本發(fā)明的一方面，連接管可由包括不銹鋼、鋁和鑄鐵的金屬材料制造。本發(fā)明的該方面具有提高連接管對(duì)廢氣的高溫(高達(dá)800° C)的抵抗能力的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的一方面，補(bǔ)償裝置可包括連接管的波紋板金屬管狀部分。由于這種波紋形狀，連接管的熱變形導(dǎo)致波紋板金屬管狀部分類(lèi)似風(fēng)箱的軸向擴(kuò)展或收縮，并不產(chǎn)生大的軸向壓力。結(jié)果，即使連接管被廢氣加熱到高于軸承箱溫度，這兩種部件熱變形之間的不同通過(guò)波紋板金屬部分被有利地補(bǔ)償，從而防止故障和破壞。根據(jù)本發(fā)明的替換方面，補(bǔ)償裝置可包括金屬連接管的至少兩個(gè)軸向彼此插入的分離管狀部分。由于本發(fā)明的該方面，連接管的熱變形導(dǎo)致它的兩個(gè)管狀部分的相互軸向運(yùn)動(dòng)，軸向運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生軸向拉力。結(jié)果，即使連接管被廢氣加熱到高于軸承箱溫度，這兩種部件熱變形之間的不同通過(guò)管狀部分被有利地補(bǔ)償，從而防止故障和破壞。在這個(gè)例子中，為了有利地防止任何的廢氣從其中泄漏，至少一個(gè)密封圈可被同軸地插入連接管的兩個(gè)分離的管狀部分之間。根據(jù)本發(fā)明的一方面，連接管包括適合于固定到排氣歧管箱的緊固法蘭。排氣歧管箱可為常規(guī)鑄件，其被連接到汽缸蓋，但是其可也為內(nèi)在地限定以上所述的集成排氣歧管的汽缸蓋。本發(fā)明的該方面具有提高渦輪箱入口和排氣歧管之間流體連接的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，連接管的緊固法蘭可與軸承箱的緊固法蘭分離，即這兩個(gè)緊固法蘭可作為兩個(gè)分離體實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的該方面具有簡(jiǎn)化渦輪增壓器的裝配特別是渦輪箱的安裝的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的替換方面，連接管的緊固法蘭與軸承箱的緊固法蘭可被實(shí)現(xiàn)為一體。本發(fā)明的該替換方面具有使整個(gè)渦輪增壓器安裝到內(nèi)燃機(jī)的工作簡(jiǎn)化的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的另一方面規(guī)定軸承箱內(nèi)在地限定至少一個(gè)入口管，其軸承箱緊固法蘭上打開(kāi)用于接收流體，該流體例如用于渦輪增壓器軸軸承的來(lái)自相應(yīng)管的潤(rùn)滑油，相應(yīng)管由軸承箱緊固法蘭被固定到的內(nèi)燃機(jī)部件內(nèi)在地限定。已知渦輪增壓器一般要求潤(rùn)滑油供給來(lái)潤(rùn)滑與渦輪增壓器關(guān)聯(lián)的軸承。潤(rùn)滑油被常規(guī)地通過(guò)外管的方式提供，外管將軸承箱的內(nèi)部容積與潤(rùn)滑回路流體地連接，潤(rùn)滑回路由發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和汽缸蓋內(nèi)在地限定。本發(fā)明最后所述的方面因此具有將該連接管集成在軸承箱內(nèi)的優(yōu)點(diǎn)，從而簡(jiǎn)化渦輪增壓器的安裝，減少由這種安裝所整體地要求的空間量，也防止與常規(guī)外部潤(rùn)滑管相關(guān)聯(lián)的大部分問(wèn)題，例如其連接管的泄漏問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)觀(guān)點(diǎn)，軸承箱可還內(nèi)在地限定另一個(gè)入口管，該入口管在軸承箱緊固法蘭上打開(kāi)，為了接收另外的流體，例如來(lái)自于由軸承箱緊固法蘭固定到的內(nèi)燃機(jī) 部件內(nèi)在地限定的相應(yīng)管的冷卻液。已知一些渦輪增壓器，尤其是更大的和那些安裝在重載發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器，可要求在冷卻液循環(huán)幫助下被冷卻。這種冷卻液循環(huán)被通過(guò)給軸承箱提供內(nèi)部冷卻回路常規(guī)地完成，內(nèi)部冷卻回路通過(guò)外部管與內(nèi)燃機(jī)的冷卻回路流體地連接。本發(fā)明該最后所述的方面因此具有將該附加連接管也集成在軸承箱內(nèi)的優(yōu)點(diǎn)，從而更加簡(jiǎn)化渦輪增壓器的安裝，減少由這種安裝所整體地要求的空間量，也防止與常規(guī)外部冷卻管相關(guān)聯(lián)的大部分問(wèn)題，例如其連接管的泄漏問(wèn)題。就此而論，清楚的是，根據(jù)本發(fā)明的前述方面，潤(rùn)滑油和/或冷卻液被提供進(jìn)入軸承箱，應(yīng)當(dāng)也被從中排出并分別返回進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑回路和發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路。因?yàn)檫@個(gè)原因，本發(fā)明的一方面規(guī)定每個(gè)上述入口管都與相應(yīng)的出口管流體連通，出口管被內(nèi)在地限定在軸承箱內(nèi)。為了簡(jiǎn)化軸承箱的設(shè)計(jì)，每個(gè)出口管可在軸承箱的遠(yuǎn)離其緊固法蘭定位的表面上打開(kāi)。在這個(gè)例子中，每個(gè)出口管通過(guò)外部管與各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)流體回路流體地連接。替換地，每個(gè)出口管可在軸承箱緊固法蘭上打開(kāi)，以將各個(gè)流體直接排進(jìn)相應(yīng)的管，該管由軸承箱緊固法蘭被固定到的內(nèi)燃機(jī)部件內(nèi)在地限定。本發(fā)明的該替換方面具有更完整的流體系統(tǒng)或系統(tǒng)組(即渦輪增壓器的潤(rùn)滑和/或冷卻系統(tǒng)在)軸承箱中集成的優(yōu)點(diǎn)，從而進(jìn)一步提高上述好處。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例提供一種包括內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，該內(nèi)燃機(jī)裝備有排氣歧管和以上公開(kāi)的渦輪增壓器。排氣歧管可由內(nèi)燃機(jī)的汽缸蓋內(nèi)在地限定，渦輪增壓器軸承箱的緊固法蘭可被直接固定到汽缸蓋。將軸承箱連接到汽缸蓋的好處是減少內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的總體尺寸。將軸承箱連接到汽缸蓋的另一個(gè)好處是汽缸蓋被發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路冷卻，即使在軸承箱中沒(méi)有裝備專(zhuān)用的冷卻通道或者管道，它使熱能夠從軸承箱直接傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路。本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例還提供一種包括內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)，該內(nèi)燃機(jī)裝備有限定多個(gè)排氣端口和排氣出口的汽缸蓋；由汽缸蓋內(nèi)在限定的排氣歧管；其中，排氣歧管包括收集器容積，該收集器容積經(jīng)過(guò)多個(gè)排氣通道與排氣端口和排氣出口連通； 以上公開(kāi)的渦輪增壓器，其中，渦輪增壓器軸承箱的緊固法蘭被固定到汽缸蓋，并且渦輪箱的連接管與排氣出口流體連通。本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例具有以上所述相同的優(yōu)點(diǎn)，尤其是那些減少內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的整體尺寸以及即使在軸承箱中沒(méi)有裝備專(zhuān)用的冷卻通道或者管道，使熱能夠從軸承箱直接傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路的優(yōu)點(diǎn)。


通過(guò)舉例的方式，本發(fā)明現(xiàn)在參考附圖來(lái)描述。圖I示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)。圖2是圖I的內(nèi)燃機(jī)的II-II截面。圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的渦輪增壓器透視圖。圖4是圖3的渦輪增壓器的側(cè)視圖。圖5是圖3的渦輪增壓器的前視圖。圖6示出根據(jù)本發(fā)明替換實(shí)施例的渦輪增壓器的前視圖。圖7是內(nèi)燃機(jī)和圖3的渦輪增壓器之間的潤(rùn)滑和冷卻液連接的示意圖。圖8是內(nèi)燃機(jī)和根據(jù)本發(fā)明替換實(shí)施例的渦輪增壓器之間的潤(rùn)滑和冷卻液連接的流體連接示意圖。圖9是屬于根據(jù)本發(fā)明替換實(shí)施例的渦輪增壓器的渦輪箱連接管的局部視圖。附圖標(biāo)記100內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)110內(nèi)燃機(jī)120發(fā)動(dòng)機(jī)缸體125 汽缸130汽缸蓋131外表面135凸輪軸140 活塞145 曲軸150燃燒室160燃料噴射器170燃料軌道
180燃料泵190燃料源200進(jìn)氣歧管201收集器容積202通道部分205進(jìn)氣管210進(jìn)氣端口215閥 220排氣端口225排氣歧管226收集器容積227通道部分228排氣出口230渦輪增壓器231軸承箱232內(nèi)室233旋轉(zhuǎn)軸234軸承235基架部分236緊固法蘭240壓縮器241壓縮器轉(zhuǎn)輪242壓縮器箱243軸向入口244徑向出口250渦輪增壓器組件251渦輪轉(zhuǎn)輪252渦輪箱253徑向入口254軸向出口255連接管255a連接管進(jìn)入端口256緊固法蘭257熱絕緣體260中間冷卻器270排氣系統(tǒng)275排氣管280后處理裝置290波紋管狀部分
291管狀部分292管狀部分293自由端294自由端295密封圈300 入口管301 出口管302 入口管 303內(nèi)部冷卻回路304 出口管305外部排出管306外部排出管500發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路505冷卻液泵510冷卻液槽515冷卻通道520散熱器525冷卻液供給管530冷卻液回流管600發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑回路605 油泵610 油箱615潤(rùn)滑通道620油冷卻器625供油管630回油管
具體實(shí)施例方式一些實(shí)施例可包括內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)100，如圖I和2所示，該內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)包括內(nèi)燃機(jī)(ICE) 110，在這個(gè)例子中為柴油機(jī)。內(nèi)燃機(jī)110包括發(fā)動(dòng)機(jī)缸體120和連結(jié)到發(fā)動(dòng)機(jī)缸體120頂部的汽缸蓋130。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體120和汽缸蓋130可由鋁或鑄鐵制成，其利用常規(guī)的緊固技術(shù)，例如螺紋緊固件可拆裝地彼此固定。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體120限定至少一個(gè)汽缸125，該汽缸具有在其中能往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞140。汽缸蓋130封閉每個(gè)汽缸125，從而與相關(guān)的活塞140配合來(lái)限定可變化容量的燃燒室150。汽缸蓋130可還限定每個(gè)汽缸125的上部。在這個(gè)例子中，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體120和汽缸蓋130被配置來(lái)限定直列式四缸ICE110。然而，一些實(shí)施例可包括發(fā)動(dòng)機(jī)缸體120和汽缸蓋130被配置來(lái)限定不同數(shù)量的汽缸125，例如3、6、8、10或
12。發(fā)動(dòng)機(jī)缸體120和汽缸蓋130可還被配置來(lái)限定不同的發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造，例如V型發(fā)動(dòng)機(jī)。燃料和空氣的混合物(未示出)被布置在每個(gè)燃燒室150內(nèi)并被點(diǎn)燃，導(dǎo)致高溫膨脹排出的氣體促使活塞140往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；钊?40被連接到曲軸145，從而活塞140的往復(fù)運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)化為曲軸145的轉(zhuǎn)動(dòng)。燃料由每個(gè)汽缸125—個(gè)的燃料噴射器160提供。每個(gè)燃料噴射器160被容納在由汽缸蓋130內(nèi)在地限定的孔內(nèi)，且其被置于各個(gè)汽缸125中。燃料在高壓下被從燃料軌道170提供到燃料噴射器160，燃料軌道與高壓燃料泵180流體連通，高壓燃料泵增加被從燃料源190接收的燃料壓力。每個(gè)缸125具有至少兩個(gè)閥215，該閥由凸輪軸135促動(dòng)，凸輪軸與曲軸145正時(shí)旋轉(zhuǎn)。閥215選擇性地允許空氣從至少一個(gè)進(jìn)氣端口 210進(jìn)入燃燒室150，并且交替地允許廢氣經(jīng)過(guò)至少一個(gè)排氣端口 220排出燃燒室150。進(jìn)氣端口 210和排氣端口 220由汽缸蓋130內(nèi)在地限定?？諝饪山?jīng)由進(jìn)氣歧管200被分配到進(jìn)氣端口 210。進(jìn)氣歧管200包括收集器容積201和多個(gè)通道部分202，每個(gè)通道部分都與收集器容積201和汽缸蓋130的各個(gè)進(jìn)氣端口210流體連通?？諝膺M(jìn)氣管205可將空氣從周?chē)h(huán)境提供給進(jìn)氣歧管200。進(jìn)氣歧管200可由鋁或塑料制成并且其可利用例如螺紋緊固件的常規(guī)緊固技術(shù)可拆裝地固定到汽缸蓋130。 從排氣端口 220排出的廢氣可被收集進(jìn)排氣歧管225。排氣歧管225包括收集器容積226和多個(gè)通道部分227，每個(gè)通道部分都與收集器容積201和汽缸蓋130的各個(gè)排氣端口 220流體連通。在這個(gè)例子中，排氣歧管225即收集器容積226和通道部分227由汽缸蓋130內(nèi)在地限定，從而形成整體的排氣歧管，方便地降低用于ICEllO的包裝要求。排氣出口 228被汽缸蓋130內(nèi)在地限定并被配置來(lái)提供通道，被裝在收集器容積226內(nèi)的廢氣可經(jīng)過(guò)該通道離開(kāi)汽缸蓋130。更特別地，排氣出口 228在汽缸蓋130的實(shí)質(zhì)上平坦的外表面131上打開(kāi)。內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)100還包括渦輪增壓器230，該渦輪增壓器示意性地包括旋轉(zhuǎn)地連接到渦輪增壓器組件250的壓縮器240。壓縮器240的旋轉(zhuǎn)提高進(jìn)氣管205和歧管200之中空氣的壓力和溫度。被布置在進(jìn)氣管205內(nèi)的中間冷卻器260可降低空氣的溫度。渦輪增壓器組件250通過(guò)接收來(lái)自排氣歧管225的廢氣旋轉(zhuǎn)。廢氣離開(kāi)渦輪增壓器組件250并被引導(dǎo)進(jìn)入排氣系統(tǒng)270。排氣系統(tǒng)270可包括排氣管275，排氣管具有一個(gè)或多個(gè)排氣后處理裝置280。該后處理裝置可為被配置來(lái)改變廢氣組成的任何裝置。一些后處理裝置280的例子包括，但不限于催化轉(zhuǎn)化器(2或3通道)、氧化催化、貧氮氧化物阱、烴吸附器、選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)以及顆粒過(guò)濾器。如圖7和8所示，內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)100可還包括用于至少冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)缸體120和汽缸蓋130的冷卻回路500，以及用于潤(rùn)滑ICEllO的旋轉(zhuǎn)和滑動(dòng)部件的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑回路600。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路500示意性地包括冷卻液泵505和散熱器520，冷卻液泵將冷卻液即典型地水和抗凍劑混合物從冷卻液槽510輸送到多個(gè)冷卻通道515，冷卻通道由發(fā)動(dòng)機(jī)缸體120和/或由汽缸蓋130內(nèi)在地限定，散熱器用于當(dāng)冷卻劑已經(jīng)通過(guò)冷卻通道515并在其回到冷卻液槽510之前冷卻冷卻劑。在附圖中，冷卻通道515被作為單一通道簡(jiǎn)單地示意，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到冷卻通道515被配置為在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體120和汽缸蓋130之內(nèi)限定更多復(fù)雜的回路。發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑回路600包括油泵605和油冷器620，油泵將潤(rùn)滑油從油箱610吸出并將其在壓力下經(jīng)過(guò)多個(gè)潤(rùn)滑通道615輸送，潤(rùn)滑通道由發(fā)動(dòng)機(jī)缸體120和/或由汽缸蓋130內(nèi)在地限定，油冷器用于當(dāng)油已通過(guò)冷卻通道615并在其回到油箱610之前冷卻油。還是在這個(gè)例子中，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到在附圖中被作為單一通道簡(jiǎn)單地示意的潤(rùn)滑通道615實(shí)際上被配置為在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體120和汽缸蓋130之內(nèi)限定更多的復(fù)雜回路。特別地，潤(rùn)滑通道615通常包括由發(fā)動(dòng)機(jī)缸體120內(nèi)在地限定的主油道，從這里潤(rùn)滑油被向多個(gè)出口孔引導(dǎo)，在其返回進(jìn)入油箱610之前用于潤(rùn)滑ICEllO的多個(gè)可移動(dòng)部件。這些ICE可移動(dòng)部件包括但不限于曲軸軸承(主軸承和大端軸承)、操作閥的凸輪軸軸承、推桿等等?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到渦輪增壓器230，該裝置示意性地包括可由鋁或鑄鐵制成的軸承箱231。軸承箱231內(nèi)在地限定實(shí)質(zhì)上圓柱形的室232，該室同軸地容納旋轉(zhuǎn)軸233和它的軸承234。此后，旋轉(zhuǎn)軸233被作為渦輪增壓器軸簡(jiǎn)單地提及。渦輪增壓器軸233的相反端從軸承箱231伸出。渦輪轉(zhuǎn)輪251被固定到渦輪增壓器軸233的一端，而相反端支撐壓縮器輪241。渦輪轉(zhuǎn)輪251被容納在渦輪箱內(nèi)，從而形成渦輪增壓器組件250。壓縮器輪241被容納在壓縮器箱內(nèi)，從而形成渦輪增壓器壓縮器240。渦輪箱252和壓縮器箱242可由不銹 鋼或鑄鋁制成，并可被用常規(guī)的緊固技術(shù)，例如螺紋緊固件緊固在軸承箱231的相反側(cè)。渦輪箱252包括與排氣歧管225的排氣出口 228流體連通的徑向入口 253，以及與后處理裝置280的上游排氣管275流體連通的軸向出口 254。壓縮器箱242包括與出口管205流體連通的軸向入口 243和與中間冷卻器260的上游進(jìn)氣歧管200連通的徑向出口 244。這樣，廢氣從ICEllO膨脹進(jìn)入渦輪箱252并使渦輪轉(zhuǎn)輪251旋轉(zhuǎn)。渦輪轉(zhuǎn)輪251的旋轉(zhuǎn)被渦輪增壓器軸233傳導(dǎo)給壓縮器輪241。來(lái)自進(jìn)氣管205的空氣在壓縮器箱242內(nèi)被壓縮器輪241的旋轉(zhuǎn)所壓縮，并被在壓力下分配到進(jìn)氣歧管200。在一些實(shí)施例中，渦輪箱252可裝備有一系列的葉片(未示出)，葉片將廢氣從縱向入口 253引導(dǎo)向渦輪轉(zhuǎn)輪251。促動(dòng)器可被提供來(lái)移動(dòng)這些葉片以形成可變幾何渦輪(VGT)。在其他實(shí)施例中，渦輪增壓器組件250可為固定幾何和/或包括廢氣閘。整個(gè)渦輪增壓器230被軸承箱231支撐，軸承箱包括基架部分235，其關(guān)于內(nèi)部腔232徑向擴(kuò)展，以實(shí)質(zhì)上平坦的緊固法蘭236結(jié)束?；懿糠?35和緊固法蘭236與軸承箱231形成單一體。通過(guò)舉例的方式，基架部分235、緊固法蘭236和軸承箱231可由單一的鋁或鑄鐵制成。在這個(gè)例子中，緊固法蘭236被直接通過(guò)例如螺紋緊固的常規(guī)緊固技術(shù)安裝到汽缸蓋130的外表面131。渦輪箱252的徑向入口 253通過(guò)連接管255 (典型地金屬板連接管)與排氣出口228流體地連接，連接管可由不銹鋼、鋁或鑄鐵制成。更特殊地，當(dāng)渦輪增壓器230被裝配到ICE時(shí)，連接管255的一端限定與排氣出口 228連通的連接管進(jìn)入端口 255a。連接管255可與渦輪箱252實(shí)現(xiàn)為單一件或可被利用常規(guī)的緊固技術(shù)固定到后者。參考圖3和4，連接管255的至少一個(gè)管狀部分290被由軸向變替的環(huán)形脊和槽限定,這樣賦予連接管255的這個(gè)管狀部分290 —種波紋形狀。這種波紋形狀意味著在ICE工作過(guò)程中，例如由廢氣溫度的變化導(dǎo)致的連接管255的任何熱變形引起波紋管狀部分290的環(huán)形脊和槽發(fā)生類(lèi)似風(fēng)箱的軸向膨脹或收縮。這種類(lèi)似風(fēng)箱的膨脹或收縮防止連接管255將大的軸向拉力傳導(dǎo)給被軸承箱231支撐和堅(jiān)固地保持在適當(dāng)位置的渦輪箱252，否則這可能傾向于不適當(dāng)?shù)目梢鸸收仙踔翐p壞的變形。波紋管狀部分290的另一個(gè)好處是增加連接管255的柔性，從而簡(jiǎn)化渦輪箱252與排氣歧管225的排氣出口 288的連接工作。根據(jù)本發(fā)明的替換實(shí)施例，如圖9所示，連接管255可由兩個(gè)單獨(dú)的管狀部分291和292限定。這兩個(gè)管狀部分291和292被同軸地彼此插入，以套筒的方式連結(jié)。更精確地，管狀部分291的自由端293限定一座，該座內(nèi)在地容納管狀部分292的自由端294，從而兩個(gè)管狀部分291和292往復(fù)軸向運(yùn)動(dòng)被允許。以這種方式，連接管255的任何溫度變化，例如由于在ICE工作過(guò)程中廢氣溫度的變化，導(dǎo)致兩個(gè)管狀部分291和292的軸向膨脹或收縮，依次導(dǎo)致它的自由端293和294的雙向軸向運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有使兩個(gè)管狀部分291和292脫離結(jié)合，也不將軸向拉力傳導(dǎo)給渦輪箱252。為了防止廢氣泄漏，兩個(gè)密封圈295可同軸地連結(jié)到管狀部分292自由端294的外表面，被安排來(lái)與其他管狀部分291的自由端293的內(nèi)表面接觸滑動(dòng)。連接管進(jìn)氣端口 255a可在被固定到連接管255端部的緊固法蘭上打開(kāi)。緊固法蘭被固定到汽缸蓋130的外表面131，從而連接管進(jìn)入端口 255a與排氣出口 288對(duì)齊。墊 圈可被插入緊固法蘭和外表面131之間來(lái)密封連接。在一些實(shí)施例中，如圖5所示，連接管255的緊固法蘭與軸承箱的緊固法蘭236可被實(shí)現(xiàn)為一體的。事實(shí)上，渦輪增壓器230包括單一的緊固法蘭236，該緊固法蘭被提供來(lái)將軸承箱231固定到汽缸蓋130并且將連接管255連接到排氣出口 288。在其他實(shí)施例中，如圖6所示，為了使渦輪箱252的安裝容易，連接管255可裝備有與軸承箱231的緊固法蘭236分離的緊固法蘭256。在這個(gè)例子中，利用專(zhuān)用的緊固裝置，例如專(zhuān)用的螺紋緊固件，緊固法蘭256被固定到臨近緊固法蘭236的外表面131。熱絕緣體257可被插入兩個(gè)緊固法蘭256和236之間?，F(xiàn)在參考圖3，渦輪增壓器230可包括第一入口管300，該入口管在軸承箱231的緊固法蘭236上打開(kāi)。當(dāng)渦輪增壓器230被安裝到汽缸蓋130，第一入口管300與相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑回路600的供油管流體連通，該供油管由汽缸蓋130內(nèi)在地限定，并被配置來(lái)使?jié)櫥土魅氲谝蝗肟诠?00。第一入口管300由緊固法蘭236、基架部分235和軸承箱231內(nèi)在的限定，并被延伸進(jìn)入它們。特別地，第一入口管300被配置來(lái)將潤(rùn)滑油輸送進(jìn)入軸承箱231的內(nèi)腔232 (如圖I示意性所示)，主要是為了潤(rùn)滑渦輪增壓器軸軸承234。發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油經(jīng)過(guò)第一出口管301離開(kāi)內(nèi)腔232，第一出口管由軸承箱內(nèi)在地限定并與第一入口管300通過(guò)內(nèi)腔232流體連通。當(dāng)渦輪增壓器230被安裝到汽缸蓋130時(shí)，第一出口管301還與相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑回路600的回油管流體連通，潤(rùn)滑回路由汽缸蓋130內(nèi)在地限定，并被配置來(lái)接收來(lái)自渦輪增壓器230的潤(rùn)滑油。渦輪增壓器230還可包括第二入口管302，該入口管在軸承箱231的緊固法蘭236上打開(kāi)。當(dāng)渦輪增壓器230被安裝到汽缸蓋130，第二入口管302與相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路500的冷卻液供給管流體連通，冷卻回路由汽缸蓋130內(nèi)在地限定，并被配置來(lái)使發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液流入第二入口管302。第二入口管302由緊固法蘭236、基架部分235和軸承箱231內(nèi)在的限定，并被延伸進(jìn)入它們。特別地，第二入口管302被配置來(lái)將發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液輸送進(jìn)入內(nèi)部冷卻回路303，例如空心套系統(tǒng)，其由軸承箱內(nèi)在地限定且與內(nèi)腔232 (如圖I示意性所示)分離的。假設(shè)在內(nèi)部冷卻回路303中的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液能與軸承箱231交換熱，將后者冷卻，內(nèi)部冷卻回路303可圍繞內(nèi)腔232或可被配置為多種其他的可選方式。發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液經(jīng)過(guò)第二出口管304離開(kāi)內(nèi)部冷卻回路303，第二出口管由軸承箱231內(nèi)在地限定并與第二入口管302通過(guò)內(nèi)部冷卻回路303流體連通。當(dāng)渦輪增壓器230被安裝到汽缸蓋130，第二出口管304還與相應(yīng)的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻回路500的冷卻液回流管530流體連通，冷卻回路被汽缸蓋130內(nèi)在地限定，并被配置為接收來(lái)自渦輪增壓器230的冷卻液。在如圖3到5所示的例子中，第一出口管301和第二出口管304在位于遠(yuǎn)離軸承箱231緊固法蘭236的軸承箱231的表面上打開(kāi)。在這個(gè)例子中，內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)100可如圖8所示被配置，其中，供油管625和冷卻液供應(yīng)管525都在汽缸蓋130的外表面上打開(kāi)，從而分別與第一入口管300和第二入口管302匹配，而兩個(gè)外部排出管305和306被提供以分別將第一出口管301與回油管630以及將第二出口管304與冷卻液回流管530流體地連接。根據(jù)可選的實(shí)施例，第一出口管301和第二出口管304都可在軸承箱231的緊固法蘭236上打開(kāi)，第一入口管300和第二入口管302也是如此。在這個(gè)例子中，內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)100可被如圖9所示配置,其中，供油管625、冷卻液供應(yīng)管525、回油管630以及冷卻液回流管530都在汽缸蓋130的外表面131上打開(kāi)，從而分別與第一入口管300、第二入口管302、第一出口管301以及第二出口管304相匹配。在以上提到的每個(gè)例子中，不同的墊圈可被插入緊固法蘭236和汽缸蓋130的外 表面131之間，用來(lái)密封冷卻液和潤(rùn)滑油連接。雖然至少一個(gè)示例性實(shí)施例已經(jīng)在前面的概括和具體描述中被提出，應(yīng)當(dāng)意識(shí)到大量變型的存在。還應(yīng)當(dāng)意識(shí)到單個(gè)或多個(gè)實(shí)例性實(shí)施例僅僅是例子，并不以任何方式想要限制范圍、應(yīng)用或者構(gòu)造。相反地，前面概括和具體的描述是為了實(shí)施至少一個(gè)實(shí)例性實(shí)施例給本領(lǐng)域技術(shù)人員提供方便的路線(xiàn)圖，應(yīng)當(dāng)理解實(shí)例性實(shí)施例中描述的在功能和元件的排列上做出的各種改變沒(méi)有脫離所附權(quán)利要求以及他們法律上等同物所提出的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)(110)的渦輪增壓器(230)，其包括軸承箱(231)，結(jié)合到軸承箱(231)的旋轉(zhuǎn)軸(233)，安裝在旋轉(zhuǎn)軸(233) —端的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)輪(241)，容納壓縮機(jī)轉(zhuǎn)輪(241)并設(shè)置有空氣流入口(243)和出口(244)的壓縮機(jī)箱(242)，安裝在旋轉(zhuǎn)軸(233)相反端的渦輪轉(zhuǎn)輪(251)，以及容納渦輪轉(zhuǎn)輪(251)并設(shè)置有廢氣流入口(253)和出口(254)的渦輪箱，其中，軸承箱(231)包括適合于被固定到內(nèi)燃機(jī)的部件(130)的緊固法蘭(236)，其中，渦輪箱(252)裝備有用于流體連接渦輪箱入口和內(nèi)燃機(jī)(110)的排氣歧管(225)的連接管(255)，其中，連接管(255)包括用于補(bǔ)償其軸向熱變形的裝置(290，291,292)。
2.如權(quán)利要求I所述的渦輪增壓器(230)，其中，連接管(255)由包括不銹鋼、鋁和鑄鐵的金屬材料制造。
3.如權(quán)利要求I或2所述的渦輪增壓器(230)，其中，補(bǔ)償裝置包括連接管(255)的波紋管狀部分(290)。
4.如權(quán)利要求I或2所述的渦輪增壓器(230)，其中，補(bǔ)償裝置包括連接管(255)的軸向彼此插入的兩個(gè)獨(dú)立的管狀部分(291，292)。
5.如權(quán)利要求4所述的渦輪增壓器(230)，其中，密封圈(295)被在連接管(255)的兩個(gè)獨(dú)立的管狀部分(291，292)之間同軸地插入。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪增壓器(230)，其中，連接管(255)包括適合于被固定到排氣歧管箱(130)的緊固法蘭(256)。
7.如權(quán)利要求6所述的渦輪增壓器(230)，其中，連接管(255)的緊固法蘭(256)與軸承箱(231)的緊固法蘭(236)是分離的。
8.如權(quán)利要求6所述的渦輪增壓器(230)，其中，連接管(255)的緊固法蘭與軸承箱(231)的緊固法蘭(236)被實(shí)現(xiàn)為一體的。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的渦輪增壓器(230)，其中，軸承箱(231)內(nèi)在地限定入口管(300)，該入口管在軸承箱緊固法蘭(236)上打開(kāi)，用于接收來(lái)自于由軸承箱緊固法蘭(236)被固定到的內(nèi)燃機(jī)部件(130)內(nèi)在地限定的相應(yīng)管(625)的流體。
10.如權(quán)利要求9所述的渦輪增壓器(230)，其中，軸承箱(231)內(nèi)在地限定另一個(gè)入口管(302)，該入口管在軸承箱緊固法蘭(236)上打開(kāi)，用于接收來(lái)自于由軸承箱緊固法蘭(236)被固定到的內(nèi)燃機(jī)部件(130)內(nèi)在地限定的相應(yīng)管(525)的另外的流體。
11.如權(quán)利要求9或10所述的渦輪增壓器(230)，其中，入口管(300，302)中的每一個(gè)都與相應(yīng)的出口管(301，304)流體連通，該出口管被內(nèi)在地限定在軸承箱(231)內(nèi)并在布置于遠(yuǎn)離其緊固法蘭(236)的軸承箱(231)表面上打開(kāi)。
12.如權(quán)利要求9或10所述的渦輪增壓器(230，其中，入口管(300，302)中的每一個(gè)都與各自的出口管(301，304)連通，該出口管被內(nèi)在地限定在軸承箱(231)內(nèi)，該入口管在軸承箱緊固法蘭(236)上打開(kāi)，用于將各自的流體排進(jìn)由軸承箱緊固法蘭(236)被固定到的內(nèi)燃機(jī)部件(130)內(nèi)在地限定的相應(yīng)的管(630，530)。
13.一種內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)(100)，其包括裝備有排氣歧管(225)和如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的渦輪增壓器(230)的內(nèi)燃機(jī)(110)。
14.如權(quán)利要求13所述的內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)(100)，其中，排氣歧管(225)由內(nèi)燃機(jī)(110)的汽缸蓋(130)內(nèi)在地限定，且其中的渦輪增壓器軸承箱(231)的緊固法蘭(236)被固定到汽缸蓋(130)。
15.一種內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)(100)，其包括內(nèi)燃機(jī)(110)，該內(nèi)燃機(jī)裝備有 限定多個(gè)排氣端口(220)和排氣出口(228)的汽缸蓋；由汽缸蓋(130)內(nèi)在地限定的排氣歧管(225);其中，排氣歧管包括收集器容積(226)，該收集器容積經(jīng)過(guò)多個(gè)排氣通道(227 )與排氣端口( 220 )連通且與排氣出口( 228 )連通； 如權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)所述的渦輪增壓器(230)，其中，渦輪增壓器軸承箱(231)的緊固法蘭(236)被固定到汽缸蓋(130)，并且渦輪箱(252)的連接管(255)與排氣出口( 228)流體連通。
全文摘要
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種用于內(nèi)燃機(jī)(110)的渦輪增壓器(230)，其包括軸承箱(231)，結(jié)合到軸承箱(231)的旋轉(zhuǎn)軸(233)，安裝在旋轉(zhuǎn)軸(233)一端的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)輪(241)，容納壓縮機(jī)轉(zhuǎn)輪(241)并設(shè)置有空氣流入口(243)和出口(244)的壓縮機(jī)箱(242)，安裝在旋轉(zhuǎn)軸(233)相反端的渦輪轉(zhuǎn)輪(251)，以及容納渦輪轉(zhuǎn)輪(251)并設(shè)置有廢氣流入口(253)和出口(254)的渦輪箱，其中，軸承箱(231)包括適合于被固定到內(nèi)燃機(jī)的部件(130)的緊固法蘭(236)，其中，渦輪箱(252)裝備有用于連接渦輪箱入口和內(nèi)燃機(jī)(110)的排氣歧管(225)的連接管(255)，其中，連接管(255)包括用于補(bǔ)償軸向熱變形的裝置(290,291,292)。
文檔編號(hào)F02B39/02GK102966425SQ20121030941
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者H.德蘭蓋爾, L.馬格羅, L.特拉布奇 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司