专利名称：用于内燃发动机的台架安装的涡轮增压系统的制作方法
用于内燃发动机的台架安装的涡轮增压系统
技术领域：
本发明涉及一种涡轮增压系统，其不仅包括涡轮增压器，而且包括配置有运转和定 位所述涡轮增压器所需的内部设备的安装台架。
背景技术：
涡轮增压在内燃发动机上已经使用多年。尽管早期的涡轮增压器经常主要用空气以及 穿过涡轮增压器轴承的机油流来冷却，最近的涡轮增压器型号，特别是较大涡轮增压器和 安装在重型发动机内的涡轮增压器,通常利用从发动机的冷却系统循环穿过涡轮并返回至 发动机主冷却系统的冷却剂。当然，涡轮增压器也需要机油供应和排出设备以润滑与涡轮 增压器相关的轴承。不用说，加压的冷却剂源和机油源的供应，以及从涡轮增压器排出机 油和冷却剂并使这些液体分别返回至发动机内需要很多外部管道系统。不幸地是，外部的 流体连接和相关的管道和软管会导致问题，因为软管和装置会泄漏并受到损坏，发动机厢 内的高温可加速这种损坏。而且，除了耐用性问题，涡轮增压器对外部管道系统的需求增 加了在发动机罩下已经拥挤的环境下涡轮增压器所需的空间。美国专利US 6,125,799公开 了使用大规模混合的内部的和外部的设备管道系统的设备以将双涡轮增压器安装在发动 机的最端部的涡轮增压器安装布置。
安装在发动机上的涡轮增压器因为另一个原因通常占用大量的空间。因为已知的安装 布置不容易将涡轮增压器靠近发动机汽缸体设置,涡轮增压器必须与发动机间隔开以允许 涡轮增压器的紧固件的插入和移除。而且，由于缺少刚性及由于与它们的使用相关的空间 问题，已知的涡轮增压器安装系统增加了散布的噪声。
因此，需要提供一种包括具有带有用于冷却剂和润滑油的内部的集成供应和返回通路 的安装系统的涡轮增压器。
发明内容
根据本发明一方面，一种用于具有汽缸体的内燃发动机的涡轮增压系统包含涡轮增压 器和在涡轮增压器和与汽缸体相关的硬点(hard point)之间延伸的设备台架。该设备台 架包括用于台架的安装垫片和用于将加压的润滑油从发动机输送至涡轮增压器的供油通 路。回油通路将润滑油从涡轮增压器输送至集成在发动机内的润滑系统。冷却剂供应通路 将加压的冷却剂输送至涡轮增压器，且至少部分配置于设备台架内的冷却剂返回通路将冷 却剂从涡轮增压器输送至集成在发动机内的冷却系统。根据本发明的另一方面'冷却剂返 回通路可包括至少部分配置于发动机汽缸体内以及设备台架内的通路。根据本发明另一方面，可配置从涡轮增压器的冷却剂返回通路以将冷却剂输送至混合 室，在该混和室内来自涡轮增压器的冷却剂与流自至少一个汽缸盖的冷却剂混合。
根据本发明再一方面，从涡轮增压器的回油通路将来自所述涡轮增压器的废机油输送 至油底壳而不允许废机油接触发动机内的移动部件。
根据本发明的又一方面，与汽缸体相关的用于安装涡轮增压器的硬点包括配置在汽缸 体部分上的总体上平面的安装垫片，设备台架的安装垫片具有与总体上平面的安装垫片匹 配的下对接面。汽缸体的安装垫片配置有润滑油和冷却剂设备。
根据本发明的又一方面，涡轮增压器的总体上平面的安装垫片可配置在汽缸体上由v
形汽缸体发动机的汽缸组界定的谷内。
根据本发明的又一方面，设备台架的涡轮增压器台架安装垫片包含多个具有以相对于 水平面的锐角穿过其延伸的紧固孔的安装凸台以使得插入在孔内的紧固件向内穿至与汽 缸体相关的硬点内形成的螺紋孔内。
根据本发明的又一方面，从涡轮增压器延伸并穿过设备台架的回油通路或废油通路被 设计以防止流自涡轮增压器的起泡或发泡的机油损害发动机润滑。这通过当机油流回油底 壳时防止废机油接触发动机内的移动部件实现。
根据本发明的又一方面，内燃发动机包括V形配置的汽缸体；连接到所述汽缸体的多
个汽缸盖，所述汽缸盖和所述汽缸体界定出汽缸盖之间的谷；配置在所述谷内的汽缸体上 的涡轮增压器安装垫片；以及安装在设备台架上的涡轮增压器，所述设备台架在所述涡轮 增压器和与所述汽缸体相关联的硬点之间延伸，且所述设备台架包括用于台架的安装垫
片，所述安装垫片具有多个安装凸台，所述安装凸台具有延伸穿过其的紧固孔；用于将加 压的润滑油从所述汽缸体内的内部油通路输送至所述涡轮增压器的内部供油通路；以及用 于将内部的冷却剂通路中的加压的冷却剂输送至所述涡轮增压器的内部冷却剂供应通路。
本发明涡轮增压系统的一个优点在于涡轮增压器和台架可在一个地理位置处装配并 且在第二地理位置处作为单个单元安装在发动机上而不需要制造用于润滑油和水进给和 排出的外部设备连接。
依照本发明的涡轮增压系统的另一个优点在于包括涡轮增压器和设备台架的涡轮增 压系统以及其机油和冷却剂设备为紧凑的并且理想地适合安装在v形汽缸的内燃发动机的 谷内。
依照本发明的涡轮增压系统的又一个优点在于涡轮增压器的噪声信号将会减小，因为 本发明中展示的紧密安装的设备台架具有内在硬度。
本发明的又一个优点在于涡轮增压器所需的润滑油和冷却剂供应和排出通路布置在 本发明的设备台架内部。
阅读说明书本发明的其它优点以及特征将变得显而易见。
图l为具有依照本发明的涡轮增压系统的发动机的立体分解图。
图2为具有依照本发明的涡轮增压系统的发动机的一部分的部分切除的端视图。
图3为显示了依照本发明一个方面的涡轮增压器台架安装垫片和用于润滑油和冷却
剂的设备通道的发动机汽缸体的平面图。
图4为具有依照本发明的涡轮增压系统的发动机部分切除的侧视图并且显示依照本
发明用于机油和水的设备通道中一些的路径。
图5为具有本发明的涡轮增压系统的发动机部分切除的侧面立体图。 图6为配置为适合用于螺栓连接或焊接至发动机汽缸体的板的涡轮增压器安装硬点
的立体图。
图7与图5相似，但显示了单件式设备台架和涡轮增压器组合。
具体实施方式
如图1中所示，涡轮增压系统IO包括涡轮增压器14和设备台架18。涡轮增压器14 优选地在涡轮增压器14安装在发动机上之前安装至设备台架18。图1也显示了具有谷20 的发动机汽缸体30,涡轮增压系统IO通过硬点(其图示为大致平面的安装垫片22)上放 置在谷20中。设备台架18为涡轮增压器14提供了刚性结构支撑，这有助于降低不想要 的发动机噪音散发，以及减小与涡轮增压器相关的不想要的振动。本领域技术人员根据本 发明应该了解词语"硬点"，如本发明使用的意味着结构性刚性安装位置，例如加工为汽 缸体的基材的汽缸体垫片，或分离垫片，例如图6中100处所示。安装垫片100意图通过 螺栓连接、焊接或通过其他合适的工艺连接至发动机。
设备台架18在其下端具有安装垫片48。安装垫片48包括具有紧固孔52的安装凸 台50。紧固孔52延伸穿过安装凸台50并且与水平面H (图1)成锐角a。紧固孔52允 许多个螺紋紧固件56通过，所述螺紋紧固件穿过紧固孔52并且进入成型在汽缸体30的 大致平面的安装垫片22内的螺紋孔28。图1显示了螺紋孔28中两个。图l进一步显示 安装凸台为成角度的以使得螺紋紧固件或螺栓56向内延伸入成型在汽缸体30的安装垫片 22内的螺栓孔28。图2中也显示了这种几何构型。假如釆用分离安装垫片，例如在图6 中100处所示，将以与孔52相同的方式提供数个紧固孔108。垫片100也包含分别执行 下面的由通路26, 42和46执行的功能的液体通路26'， 42'和46'。垫片100可通过延伸 穿过孔104的螺紋紧固件，或如上面所述通过焊接、铜焊或其它已知方法紧固至发动机。
如图2中所见，设备台架安装垫片48的宽度A小于涡轮增压器l4的总体宽度B。 这是来源于成角度设置紧固孔52的额外好处,其有利地允许将涡轮增压器"和设备台架 18作为一个整体从发动机上拆卸下来，而不用移除涡轮增压器总成的部分。紧固孔52的 角度也允许涡轮增压器14安装得更接近汽缸体30,其在垂直方向上更接近曲轴1"图2 显示了安置在汽缸盖38和汽缸体30之间的谷20内的涡轮增压器"。图3显示了放置于汽缸体30的谷的中部内的大致平面的安装垫片22。显示了一些 螺紋安装螺栓孔28。图3还显示了用于涡轮增压器14的一些设备。第一这种设备供油通 路26显示为终止在成型于安装垫片22的平面表面内的端口内。冷却剂供应通路42也如 冷却剂返回通路46那样与该表面连通。分别对应于内部供油通路26、内部冷却剂供应通 路42、及内部冷却剂返回通路46的凸台27、 29及31的上部机械加工表面与安装垫片22 的最上表面共面。换句话说，供油通路26、冷却剂供应通路42和冷却剂返回通路46的 部分均与安装垫片22的最上表面共面。结果，所有的这些设备可用单个密封垫24 (图1 中所示)密封至设备台架18。密封垫24图示为集成有用于密封通路26, 42和46的多个 完整的0形圈的整体载体。
图3中仅显示了汽缸体30内的回油分离通路34的最高部分，为了更清晰，必须参 考图4,其中回油通路34显示为通向发动机汽缸体30的一端并且穿过没有旋转或移动部 件的区域向下至油底壳98。如上所述，将废油从涡轮增压器14通过没有移动部件的发动 机的区域回排至油底壳98通过防止临时充气的机油与需要润滑的部件之间的接触来防止 这些移动部件擦伤或过热。
图5显示了从汽缸体30内部向上延伸进设备台架18内的供油内通路26。此外，图 5显示了冷却剂供应内通路42,其从发动机水套32延伸进设备台架18内。离开涡轮增压 器14的水通过冷却剂返回内通路46向下流过设备台架18并且出来至发动机汽缸体30 的前方，其中流体在结合点36处与来自一个或多个汽缸盖的冷却剂流结合。冷却剂返回 通路46可有利地配置为汽缸体30内的中心通路。本领域技术人员根据本发明应该了解结 合点36可配置为出水口或冷却剂调压室或用于结合来自多于一个源(例如一个或多个发 动机汽缸盖)的冷却剂流的其它装置。这种流体的结合提供了减轻冷却剂温度偏移(在其 它情况下其可能由离开涡轮增压器14的非常热的冷却剂所致)的优点。
依照本发明的另一方面，发明的方法避免了在发动机生产线范围内将外部管道系统 连接至涡轮增压器的高成本工艺。更适合地，涡轮增压器14在与生产线分离的位置预装 配至设备台架18。然后，包括涡轮增压器和台架的总成可轻易地安装在发动机上而没有 连接任何外部冷却或润滑铅管品制造的需要。
相比于显示了连接至分离台架18的涡轮增压器14的图4和5,图7显示了与台架 18 —体化的涡轮增压器14。对于依照本发明的涡轮增压系统的大量制造的应用，以图7 中的方式集成台架18与涡轮增压器14是有利的。然而，对于通常少量生产的本发明的应 用，其与釆用具有图4和图5的特征的更易于修改的独立台架的好处基本相同。
根据专利法相关要求描述了本发明，因此该描述本质上为示例性的而非限制。对于 本领域技术人员来说对本发明实施例的多种变形和修改是显而易见的并且落在发明的范 围内。相应地，本发明的法律保护范围仅通过研究本申请的权利要求确定。
权利要求
1.一种用于内燃发动机的涡轮增压器系统，所述涡轮增压器系统包含涡轮增压器；及用于将所述涡轮增压器连接至所述发动机内的内部设备通路的设备台架，所述设备台架在所述涡轮增压器和与所述发动机相关联的安装点之间延伸，并且所述设备台架包含用于所述设备台架的安装垫片；用于将加压的润滑油从所述发动机输送至所述涡轮增压器的内部供油通路；及用于将加压的冷却剂输送至所述涡轮增压器的内部冷却剂供应通路。
2. 如权利要求l所述的涡轮增压器系统，其特征在于，还包括至少部分配置在所述 设备台架内的用于将冷却剂从所述涡轮增压器传送至集成在所述发动机内的冷却系统的 冷却剂返回通路。
3. 如权利要求2所述的涡轮增压器系统，其特征在于，所述冷却剂返回通路包含至 少部分配置在汽缸体内以及在所述设备台架内的通路。
4. 如权利要求2所述的涡轮增压器系统，其特征在于，所述冷却剂返回通路包含至 少部分配置在汽缸体内的通路,所述冷却剂返回通路将冷却剂输送至来自所述涡轮增压器 的冷却剂与来自至少一个汽缸盖的冷却剂在其内混合的混合室。
5. 如权利要求l所述的涡轮增压器系统，其特征在于，还包含在所述设备台架内的 用于将废机油从所述涡轮增压器输送至油底壳的回油通路。
6. 如权利要求l所述的涡轮增压器系统，其特征在于，所述设备台架与所述涡轮增 压器一体化成型。
7. 如权利要求l所述的涡轮增压器系统，其特征在于，所述设备台架与所述涡轮增 压器分离成型。
8. 如权利要求l所述的涡轮增压器系统，还包含插在所述安装垫片和与所述发动机 相关联的安装点之间的密封垫,所述密封垫包含具有多个完整O形圈密封件的整体式载体。
9. 一种用于将涡轮增压器装配在内燃发动机上的方法，包含 将所述涡轮增压器装配至设备台架，所述设备台架包含安装垫片、润滑油通路和冷却剂通路；及在同时将供油连接和冷却剂供应连接固定在所述设备台架和所述发动机之间时，将 所述涡轮增压器和设备台架总成螺栓连接至发动机。
10. 如权利要求9所述的方法，其中所述涡轮增压器在第一地理位置处装配至所述设备台架，所述装配的涡轮增压器在不同于所述第一地理位置的第二地理位置安装至所述发 动机。
全文摘要
本发明公开了一种用于内燃发动机的台架安装的涡轮增压系统，其包括涡轮增压器和在涡轮增压器和与发动机相关联的安装表面之间延伸的设备台架。设备台架包括用于将组合的涡轮增压器和台架总成连接至发动机的安装垫片，以及用于给涡轮增压器供应加压冷却剂和润滑油的内部供油通路和冷却剂供应通路。本发明提供的涡轮增压系统具有冷却剂和润滑油的内部的集成供应和返回通路，具有紧凑的设计和减小的噪音。
文档编号F02B37/00GK101614151SQ200910151348
公开日2009年12月30日 申请日期2009年6月24日 优先权日2008年6月25日
发明者克里斯托弗·凯利·珀拉佐罗, 克里斯托弗·考兰德, 安东尼·威廉·哈德森, 帕特里克·塞克斯坦 申请人:福特环球技术公司