轴承壳体、壳体组件和涡轮增压器的制作方法

[0001]
本公开涉及一种用于内燃机的涡轮增压器。更具体地，本公开涉及一种用于涡轮增压器的轴承壳体以及包括该轴承壳体的涡轮增压器。


背景技术：

[0002]
涡轮增压器将压缩空气输送到内燃机的进气口，从而允许燃烧更多的燃料。由此，在不显著增加发动机重量的情况下增加了发动机的功率密度。因此，涡轮增压器允许使用较小的发动机，其与较大的正常吸气的发动机产生等量的功率。在车辆中使用较小的发动机具有减小车辆质量、提高性能和减少燃料消耗的期望效果。此外，涡轮增压器的使用使得燃烧改善，并由此减少排放。
[0003]
涡轮增压器包括具有连接到发动机的排气歧管的入口通道的涡轮机壳体、具有连接到发动机的进气歧管的出口通道的压缩机壳体、以及将涡轮机壳体和压缩机壳体互连的轴承壳体。来自排气歧管的废气流可旋转地驱动涡轮机壳机中的涡轮机叶轮。涡轮机叶轮通过可旋转地支撑在轴承壳体中的转子轴连接到压缩机壳体中的压缩机叶轮。因此，由废气流引起的涡轮机叶轮的旋转使压缩机叶轮旋转。旋转的压缩机叶轮通过压缩机壳体的所谓的入口导流器吸入环境空气并压缩空气。在压缩机叶轮的下游，压缩空气进入扩散器通道，压缩空气从该扩散器通道经由压缩机盖被引导至进气歧管。
[0004]
在已经驱动涡轮机叶轮之后，废气流经由出口通道从涡轮机壳体中排出，该出口通道也称为出口导流器。出口通道通常具有圆锥形形状并且向外开口到用于将涡轮增压器连接到催化转化器组件的凸缘中。
[0005]
us 2018/0328371 a1公开了一种上述类型的涡轮增压器，该涡轮增压器带有压缩机壳体，其中在该压缩机壳体的本体与背板之间限定有扩散器通道。背板具有界定扩散器通道的第一表面以及与第一表面相对的第二表面，该第二表面被支撑抵靠在轴承壳体的表面上。背板被构造和布置成附接到压缩机壳体和轴承壳体。
[0006]
涡轮增压器在操作期间往往会显著变热。因此，通常希望限制涡轮增压器的不同部件之间的热流，同时允许与环境大气进行有效的热对流。


技术实现要素：

[0007]
需要一种具有改进的热性能的涡轮增压器。还需要一种用于这样的涡轮增压器的轴承壳体。
[0008]
根据本公开的一个方面，提供了一种用于涡轮增压器的轴承壳体，其中，所述轴承壳体包括轴承壳体本体，所述轴承壳体本体构造成沿着所述轴承壳体本体的纵向轴线接收转子轴。所述轴承壳体还包括毂部，所述毂部连接到所述轴承壳体本体并限定进入所述轴承壳体本体的开口，其中，所述开口构造成接收转子轴轴承。此外，所述轴承壳体包括从所述毂部径向延伸的至少一个臂，所述至少一个臂具有连接到所述毂部的第一端以及与所述第一端相对的第二端，其中，所述至少一个臂的所述第二端包括连接结构，所述连接结构构
造成使所述轴承壳体与所述涡轮增压器的压缩机壳体相连接。
[0009]
所述至少一个臂具有从其第一端延伸到其第二端的长度，以及垂直于其长度延伸的宽度。所述宽度可以被限定为基本上位于垂直于所述纵向轴线延伸的平面中。在一些变型中，所述至少一个臂的长度大于所述臂在沿着其长度的中央区域中的宽度。所述中央区域可以位于所述至少一个臂的第一端和第二端之间的中部。
[0010]
所述轴承壳体可以包括在所述纵向轴线的周向方向上间隔开的两个或更多个臂。在设置有多个臂的情况下，这些臂中的两个或更多个或全部可具有基本上相同的几何构造。
[0011]
在一个变型中，所述轴承壳体正好包括三个臂。在其他变型中，所述轴承壳体正好包括两个、四个或五个臂。所述两个或更多个臂中的相邻臂可以在所述纵向轴线的周向方向上以基本相同的角距离间隔开。例如，在具有两个臂的变型中，所述角距离可以是大约180
°
，在具有三个臂的变型中，所述角距离可以是大约120
°
，等等。
[0012]
所述至少一个臂的所述第二端可以包括背向所述轴承壳体本体的连接表面。为了减小朝向所述压缩机壳体的接触面积，所述连接表面可以小于所述臂在所述第一端与所述第二端之间的朝向所述压缩机壳体的整个表面。例如，所述连接表面可以小于整个臂表面的50％或小于整个臂表面的25％。
[0013]
所述至少一个臂可包括在所述第一端与所述第二端之间的凹进表面。所述凹进表面可以背向所述轴承壳体本体。所述凹进表面可以相对于所述连接表面朝向所述轴承壳体本体偏移或凹进。
[0014]
所述连接表面可位于与所述纵向轴线垂直相交的第一平面中。所述凹进表面可以位于与所述第一平面大致平行的第二平面中。在一些变型中，所述第二平面相对于所述第一平面朝向所述轴承壳体本体偏移或凹进，以便在所述第一平面与所述第二平面之间限定空间。所述空间可构造成在涡轮增压器的已组装状态下容纳压缩机壳体背板的至少一部分。
[0015]
所述毂部可包括突起，所述突起围绕所述开口延伸到所述轴承壳体本体中并且突出于所述至少一个臂的背向所述轴承壳体本体的相邻表面(例如，所述凹进表面)之上。在一些变型中，所述突起延伸到所述第一平面和所述第二平面之间的空间中。
[0016]
所述连接结构可以采取各种形式。在一个变型中，所述连接结构包括至少一个通孔。每个通孔可构造成接收螺栓构件以使所述轴承壳体与所述涡轮增压器的压缩机壳体相连接。
[0017]
还提供了一种壳体组件，所述壳体组件包括如在本文中所描述的轴承壳体以及连接到所述轴承壳体的至少一个臂的压缩机壳体。所述压缩机壳体包括构造成接收支撑在所述转子轴上的压缩机叶轮的压缩机壳体本体，以及朝向所述轴承壳体封闭所述压缩机壳体本体的背板。
[0018]
所述背板可以被夹持在所述压缩机壳体本体与所述轴承壳体之间。所述背板可以不通过单独的附接构件(例如螺钉)附接到所述压缩机壳体本体。所述背板可以不通过单独的附接构件(例如螺钉)附接到所述轴承壳体。
[0019]
所述至少一个臂可与所述背板间隔开。这样，所述背板可以与所述至少一个臂热解耦，并且可选地与所述轴承壳体的其他部件热解耦。
[0020]
所述背板可具有在垂直于纵向轴线延伸的平面中的周边。所述至少一个臂的所述第一端可以在径向上位于所述周边内部。此外，所述至少一个臂的所述第二端可以在径向上位于所述周边的外侧外部。
[0021]
所述背板可以具有朝向所述轴承壳体本体的表面。此外，在两个相邻的臂、所述背板的所述表面和所述轴承壳体本体之间可以限定开放空间。所述开放空间可以构造成使得能够与环境大气进行热对流。在这种变型或其它变型中，所述至少一个臂可具有朝向所述背板的表面，其中，在所述背板的所述表面与所述至少一个臂的所述表面之间设置有气隙，所述气隙构造成使得能够与环境大气进行热对流。
[0022]
所述背板可包括环形凹部，所述环形凹部具有朝向所述压缩机壳体本体延伸的深度和面向所述轴承壳体的开口侧。所述环形凹部可有助于热对流。
[0023]
所述背板可以至少部分地延伸到所述轴承壳体本体的所述开口中。在这种情况下，用于所述背板的轴向支撑部可以位于所述轴承壳体本体的所述开口中。所述轴向支撑部可以由所述开口中的台阶限定。诸如推力轴承的轴向转子轴轴承可以以力传递的方式功能性地布置在所述背板和所述台阶之间。
[0024]
可以在所述背板与所述轴承壳体本体的所述开口的内壁之间布置流体密封。所述流体密封可以构造成防止容纳在所述开口中的润滑流体从所述开口泄漏出来。
[0025]
至少一个转子轴轴承可以容纳在所述轴承壳体本体的所述开口中。所述至少一个转子轴轴承可以是轴向轴承，例如推力轴承。在从所述压缩机本体到所述轴承壳体的轴向力传递路径中，所述背板可位于所述压缩机壳体本体的下游以及所述转子轴轴承的上游，而所述转子轴轴承可位于所述背板的下游以及所述轴承壳体的上游。所述背板可与所述压缩机壳体本体和所述转子轴轴承中的至少一个直接接触。替代地，可以在这些部件中的任何部件之间布置一个或多个力传递构件。
[0026]
还提供了一种包括在本文中所描述的壳体组件的涡轮增压器。所述涡轮增压器可以特别地包括所述压缩机壳体和所述轴承壳体。所述涡轮增压器可另外包括涡轮机壳体。所述轴承壳体可使所述压缩机壳体和所述涡轮机壳体互连。
附图说明
[0027]
当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述将容易地理解本公开的其他方面和优点，其中：
[0028]
图1是根据本公开的一个实施例的带有轴承壳体的涡轮增压器的透视图；
[0029]
图2是图1的涡轮增压器的示意性剖视侧视图；
[0030]
图3是图1的涡轮增压器的轴承壳体的透视图；以及
[0031]
图4是图3的轴承壳体的透视图，其额外示出了在涡轮增压器的已组装状态下背板和压缩机叶轮相对于轴承壳体的位置。
具体实施方式
[0032]
图1和2示出了用于内燃机的涡轮增压器10的实施例。涡轮增压器10包括壳体组件12，该壳体组件包括彼此连接的压缩机壳体14、轴承壳体16和涡轮机壳体18。
[0033]
轴承壳体16支撑限定旋转轴线r1的转子轴20。具有多个叶片的压缩机叶轮22安装
在轴20的一端上并被容纳在压缩机壳体14内。涡轮机壳体18具有涡轮机壳体本体24并且容纳具有多个叶片的涡轮机叶轮26。涡轮机叶轮26相对于压缩机叶轮22安装在轴20的相对端上。
[0034]
涡轮机壳体18包括联接到发动机的排气歧管(未示出)以接收废气流的入口通道28。入口通道28具有蜗壳的形式并朝向涡轮机叶轮 26将废气流引导到涡轮机壳体本体24中。废气流可旋转地驱动轴20 上的涡轮机叶轮26，从而使压缩机叶轮22也旋转。在驱动涡轮机叶轮26之后，废气流通过涡轮机壳体18的圆锥形出口通道32排出。该出口通道32也称为出口导流器。
[0035]
为了改善涡轮增压器10的性能和效率，通常使用引导装置来调节到涡轮机叶轮24的废气流。引导装置被定位在涡轮机壳体18内并包括位于入口通道26下游和涡轮机叶轮24上游的多个引导叶片34。相邻引导叶片34之间的空间限定流动通道，废气通过该流动通道流到涡轮机叶轮24。通过改变引导叶片34的角位置(通过如图1中所示的气动致动器36和力传递构件38)，流动通道的相应横截面是可调节的，如本领域中已知的，以实现可变的涡轮几何形状(vtg)。
[0036]
压缩机壳体14包括入口通道40。入口通道40也称为入口导流器。在压缩机叶轮22旋转时，环境空气通过入口通道40被吸入压缩机壳体14中，并被压缩机叶轮22压缩。在压缩机叶轮22的下游，压缩空气进入扩散器通道42，压缩空气从该扩散器通道经由呈蜗壳形式的出口通道44被引导至发动机的进气歧管(未示出)中。
[0037]
扩散器通道42被限定在压缩机壳体本体46与压缩机壳体14的背板48之间。密封环50被布置在背板48的朝向压缩机壳体本体46的表面与压缩机壳体本体46的朝向背板48的表面之间。密封环50防止压缩空气从压缩机壳体14泄漏出来。
[0038]
背板48基本上是盘形的并且其直径基本上大于压缩机叶轮22的直径，以便界定在远离压缩机叶轮22的径向方向上延伸的扩散器通道 42。背板48在其界定扩散器通道42的区域中具有环形凹部52。此外，背板48在其背离压缩机叶轮22的表面上具有圆柱形的突起54。
[0039]
背板48包括中心通孔56。转子轴20延伸穿过该通孔56。套筒 58，也称为护圈套筒(flinger sleeve)，被安置在转子轴20上，以便与转子轴20一起旋转。套筒58具有面向背板48的周向槽，并且每个周向槽容纳活塞环(图2中未示出)。套筒58和活塞环形成迷宫式密封，该迷宫式密封防止空气从压缩机壳体14朝向轴承壳体16泄漏并防止润滑流体沿着相反方向泄漏。在转子轴20的与涡轮机叶轮26相邻的相对端部处设置有类似的迷宫式密封。
[0040]
轴承壳体16具有轴承壳体本体62。在从压缩机壳体本体46到轴承壳体本体62的轴向力传递路径中，背板48位于压缩机壳体本体46 的下游以及轴向转子轴轴承60(也称为推力轴承)的上游。而轴向轴承60位于背板48的下游以及轴承壳体本体62的上游。沿着朝向涡轮机壳体18的方向作用在背板48上的轴向力将从背板48经由其圆柱形突起54的表面传递到轴向轴承60，并从轴向轴承60传递到压缩机壳体本体62。沿着相反方向作用在轴向轴承60上的轴向力将经由背板 48传递到压缩机壳体本体48。如本领域所公知的，这种朝向压缩机壳体14的轴向力可通过转子轴20传递到轴向轴承60上，所述转子轴具有用于与轴向轴承60配合的阶梯状轮廓。
[0041]
现在也参考图3和4，轴承壳体本体62构造成沿着轴承壳体本体 62的纵向轴线l1
接收转子轴20。因此，转子轴的旋转轴线r1与轴承壳体本体62的纵向轴线l1同轴地延伸。轴承壳体16限定了朝向压缩机壳体14的表面64。表面64位于垂直于轴承壳体本体62的纵向轴线l1延伸的平面中。
[0042]
毂部66限定了进入轴承壳体本体62的大体圆柱形的开口68。毂部66一体地连接到轴承壳体本体62并且具有在表面64之上的环形突起70。开口68具有圆形横截面。轴承壳体本体62的纵向轴线l1延伸穿过开口68的中心(并穿过毂部66的中心)。
[0043]
开口68具有阶梯式减小的直径，并且构造成接收多个转子轴轴承。在开口68的具有较宽直径的第一部分中容纳有轴向轴承60(参见图2)。更详细地，轴向轴承60被支撑抵靠在台阶上，该台阶限定了从开口68的较宽直径部分到较小直径部分的过渡部。开口68的较小直径部分容纳用于转子轴20的轴颈轴承76(参见图2)。在一些构造中，轴颈轴承76包括两个分离的轴承部件，这两个分离的轴承部件沿着轴承壳体本体62的纵向轴线l1彼此间隔开。如本领域所公知的，轴承壳体主体62具有流体通道78的系统，以将诸如油等润滑流体供给到转子轴轴承60、76(参见图2)。
[0044]
背板48的圆柱形突起54部分地延伸到轴承壳体本体62的开口 68中以搁置在轴向轴承60上。在涡轮增压器10的组装过程中，在将背板突起54插入开口68中时，环形突起70具有定心功能。密封环 72布置在圆柱形突起54的外周边和开口68的内壁之间。密封环72 防止润滑流体从开口68泄漏出来。
[0045]
轴承壳体16包括用于使轴承壳体16与压缩机壳体14相连接的至少一个臂80。在连接状态下，背板48被夹持在轴承壳体16与压缩机壳体本体46之间，而没有背板48与轴承壳体16和压缩机壳体14中的任一个的任何单独附接。
[0046]
在附图所示的实施例中，三个连接臂80从毂部66径向延伸。然而，应当理解，在其它实施例中可以设置更多或更少的连接臂80。例如，图3中的两个下部臂80可以被集成到具有例如半圆形形状的单个连接结构中。在这样的结构中，将只设置单个连接臂80，即图3中的上部臂80。
[0047]
每个连接臂80具有连接到毂部66的第一端82以及与第一端82 相对的第二端84。每个臂80的第二端84包括构造成使轴承壳体16 与压缩机壳体14相连接的连接结构86。在附图所示的实施例中，连接结构86采取通孔的形式，该通孔构造成接收螺栓构件88以使轴承壳体16与压缩机壳体14相连接(也参见图1和2)。
[0048]
每个臂80具有从其第一端82延伸到其第二端84的长度。此外，每个臂80具有垂直于其长度并且基本上平行于表面64延伸的宽度。应当注意，不同的臂80可以具有不同的长度和不同的宽度，如图3 所示。在附图所示的实施例中，每个臂80的长度基本上大于该臂80 在其第一端82和第二端84之间的中央处的宽度。通常，臂80的宽度可以为该臂80的宽度的至少1.4倍(例如，至少1.7或2.0或2.5倍)。
[0049]
三个臂80在轴承壳体本体62的纵向轴线l1的周向方向上彼此间隔开。如图3所示，每对相邻臂80之间相对于纵向轴线l1的角距离对于所有臂对可以大致相同(例如，在示例性三臂构造中介于110
°
和140
°
之间)。
[0050]
每个臂80的第二端84包括背向轴承壳体本体62朝向压缩机壳体 14的连接表面90。所有臂80的连接表面90位于与轴承壳体本体62 的纵向轴线l1垂直相交的平面中。为了减小朝向压缩机壳体14的接触面积，每个臂90的连接表面90的面积小于臂80在其第一端82
与第二端84之间的朝向压缩机壳体14的整个表面面积。在图3示出的实施例中，每个臂80的连接表面面积小于朝向压缩机壳体14的相应的整个臂表面面积的50％。这样减小朝向压缩机壳体14的接触面积减少了轴承壳体16与压缩机壳体14之间的热传递。
[0051]
如图3所示，每个臂80包括在其第一端82与第二端84之间的区域，该区域相对于其连接表面90朝向轴承壳体本体62偏移或凹进。三个臂80的凹进区域限定表面64。凹进表面64位于与连接表面90 所跨越的平面大致平行的平面中，并且朝向轴承壳体主体62偏移，以便在两个平面之间限定空间94(参见图2)。所形成的空间94构造成容纳压缩机壳体背板48的一部分，而背板48和凹进表面64之间没有机械接触。这样，改进了背板48与轴承壳体本体62的热解耦。
[0052]
现在参考图4，背板48在垂直于纵向轴线l1延伸的平面中具有周边。每个臂80的第一端82(图4中未示出)在径向上位于该周边内部，而每个臂80的第二端84在径向上位于该周边外部。臂80因此将到达背板48上方，而它们之间没有任何机械接触。这样，在背板 48的朝向臂80的表面与每个臂80的朝向背板48的表面之间提供了用于与环境大气进行热对流的气隙。此外，如图3中最佳示出的，在相对于纵向轴线l1的周向方向上，每对相邻臂80之间还限定有开放空间。这些开放空间进一步由背板48的朝向轴承壳体16的表面以及轴承壳体本体62界定。开放空间构造成允许与环境大气进行热对流。为了进一步增强热对流，背板48可由具有高热导率的材料制成，例如铝。
[0053]
从以上对示例性实施例的描述中可明显看出，设置一个或多个臂80用于将轴承壳体16连接到压缩机壳体14使得两个壳体14、16的热解耦更佳。尤其是，可以改进压缩机壳体背板48与轴承壳体16的热解耦。另外，通过在背板48和轴承壳体16之间提供气隙，可以促进与环境大气的热对流。这样，压缩机效率得到提高，因为从轴承壳体16到压缩机壳体14的热流减少。
[0054]
与使用周向连续的连接凸缘的连接方案相比，设置连接臂80整体上减轻了涡轮增压器10的重量。此外，在一些变型中可以实现轴承壳体16与压缩机壳体14之间的高度可靠的螺栓连接。这种螺栓连接允许将背板48可靠地夹持在压缩机壳体本体46与轴承壳体16之间，而不需要将背板单独地附接至压缩机壳体本体46和轴承壳体16中的任一个。
[0055]
在此已经以说明性的方式描述了本发明，应当理解，可以根据上述教导做出修改和变型。因此，应当理解，本发明可以在其它实施例中实施，但是仍然被所附权利要求覆盖。