废气涡轮增压器的制造方法
【专利摘要】本发明提出一种用于内燃机的废气涡轮增压器，其包括：壳体(21)和由该壳体至少部分包围的壳体内腔(22)；设置在壳体内腔中的叶轮(23)，该叶轮利用叶轮轴(24)可旋转地支承在轴承座(25)内，其中，壳体(21)包括至少一个用于往叶轮(23)输送流体或者从叶轮排放流体的流动通道(27)，其中，在叶轮(23)与轴承座(25)之间与叶轮轴(24)同轴地设置一中间件(26)并且该中间件至少局部地形成如下所述的壁，该壁构造成用于至少局部地限定其中至少一个流动通道(27)的边界。
【专利说明】废气涡轮增压器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的废气涡轮增压器。
【背景技术】
[0002]废气涡轮增压器例如越来越多地应用于具有内燃机的机动车中，能实现功率提升，该功率提升尤其是可以用来降低车辆的燃油消耗。
[0003]这种废气涡轮增压器通常包括一个独立的压缩机壳体和一个独立的涡轮机壳体，在它们之中分别设置有一个叶轮(压缩机叶轮或者涡轮机叶轮)。每个壳体具有一个用于直接与相应的另一壳体相连接的或者用于与设置在两壳体之间的轴承座相连接的连接位置，其中，所述连接位置分别包括一个用于将废气涡轮增压器的构件插入到相应壳体中的通口。轴承座构造成用于可旋转地支承叶轮轴，该叶轮轴承载两个叶轮并将其抗扭(即二者不能相对转动)地相互联接。
[0004]两壳体例如可以构造成离心式压缩机壳体或者径流式涡轮机壳体并且为此具有一种复杂的和精细的(feingliedrig)、包括一个或多个螺旋形或者蜗旋形流动通道的造型，使得其制造成为一个特别的挑战。
[0005]通常，所述壳体利用已知的金属铸造法制造，其中使用型芯用于成型由该壳体包围的壳体内腔。然而迄今为止已知的壳体的复杂的和精细的造型导致很难可以利用型芯来塑造用于铸造出这种形状的阴模。例如，型芯的材料强度在局部位置非常小，因此特别是在这些区域内存在着型芯的很高的断裂危险。由于如下所述的迄今为止的努力目标而放大了这种断裂危险，即，要将壳体开口和通口、特别是在用于与轴承座或者相应的另一壳体相连接的连接位置的区域内的通口保持得尽可能小，使叶轮以及可能还有废气涡轮增压器的其他构件保持恰好仍能穿过这个通口插入。
[0006]除了制造过程本身的所述这些困难之外，另外，借助金属铸造法的制造方式还导致:制成的铸件-由工艺方法所决定地-在其尺寸方面受制于很大的制造公差。虽然这些制造公差可以通过修整加工部分地得到补偿，然而，特别是由于复杂的和精细的造型和由此产生的狭窄的和难以接近的壳体内腔之故，仅仅能够有限地实施修整加工。特别是，用于快速和简单地修整加工的相应工具的可接近性因此变得困难或者甚至受阻。
[0007]这一点的后果是:特别是在壳体内腔中壳体的高的制造公差仅能很困难地得到补偿。因此，为了能够例如针对相应叶轮依然始终提供充分的运行自由性和提供在叶轮与壳体内腔的内壁之间的缝隙尺寸的最小值，必须笼统地将缝隙尺寸选择得相应较大，从而即使在壳体的公差值不利的情况下也依然能够使用。
[0008]这一点与如下的根据流体力学及热力学观点的基本努力目标相矛盾:为了实现尽可能高的效率而要在壳体壁与叶轮之间设置尽可能小的缝隙尺寸。因此目前只存在如下可能性:由于铸造的壳体的所述高容许偏差之故，提供在叶轮与壳体壁之间比较大的缝隙尺寸和接受相应降低的效率。
[0009]此外，铸造的壳体的高制造公差导致叶轮关于整合在壳体内的流动通道的相对来说不精确的轴向定位。不精确的相对位置的直接后果便是对壳体内部的流动特性产生不利影响以及随之而来地使整个废气涡轮增压器的效率进一步下降。
【发明内容】
[0010]因此本发明的目的是，提供一种废气涡轮增压器，该废气涡轮增压器至少减少所述的缺点并且能够实现特别是更加简单的和尽可能精确的制造或者装配以及更高的效率。
[0011]该目的通过具有权利要求1所述特征的废气涡轮增压器得以实现。有益的设计形式可由从属权利要求得出。
[0012]据此提供了一种用于内燃机的废气涡轮增压器，其包括:
[0013]-壳体和由该壳体至少部分包围的壳体内腔，
[0014]-设置在壳体内腔中的叶轮，该叶轮利用叶轮轴可旋转地支承在轴承座内，
[0015]其中，壳体包括至少一个用于往叶轮输送流体或从叶轮排放流体的流动通道，以及，一个中间件与叶轮轴同轴地设置在叶轮与轴承座之间并且至少局部地形成如下所述的壁，该壁构造成用于至少局部地限定其中至少一个流动通道的边界。
[0016]因此该废气涡轮增压器包括一中间件，该中间件优选设置为分开独立的构件并且在装配的状态下是布置在叶轮与轴承座之间。所述中间件为此可以直接且同轴地与叶轮轴可旋转运动地连接，其中，该中间件相对壳体固定地设置，而叶轮轴相对中间件可以旋转运动。特别是，所述中间件可以与这个叶轮轴同轴地固定在轴承座上。
[0017]此外，所述中间件这样构造:使它以一个或者多个部段形成用于流动通道的一部分的壁。换言之，流动通道至少在朝向流动的一侧上在第一部段中由壳体本身限定边界，而在第二部段中由中间件限定边界。不言而喻，所述中间件同样可以构成用于一个或多个流动通道的大量的壁。
[0018]这一点显示出如下优点:壳体不必构造成用于完整地构成流动通道，而是例如可以在那些代替它设置有用于限定流动通道边界的中间件的区域内留空。因此通过两个构件的接合才完整地构造成流动通道。
[0019]由此实现的壳体的较宽敞的留空缺口在设置合适的情况下允许实现壳体内腔的更好的可接近性，使得工具的进入(接近通路)以及因此对壳体的修整加工更加容易。于是可以在铸造过程之后对壳体的内壁或者壳体内腔进行精确的造型塑造。通过这种方式甚至可以达到在壳体内腔中狭小的公差值以及因此实现废气涡轮增压器的最佳化几何结构。例如，通过这种方式更容易地使叶轮与内壁之间的缝隙尺寸与流动力学和热力学的最佳值精确地匹配，由此可以附加地提高废气涡轮增压器的效率。
[0020]壳体的这样较宽敞的留空缺口另外还显示出至少降低壳体壁中的热机械应力的优点。例如在壳体局部剧烈加热的情况下在加热度不同的区域之间出现热机械应力。后果通常是产生应力裂纹，这些应力裂纹将导致相应构件的失效(停止运转)，这里也就是废气涡轮增压器的失效(停止运转)。小的壳体开口赋予壳体高的抗弯刚度，而壳体的所述较大的留空缺口导致壳体的一定的柔软性或者挠性，其能够(在一定程度上)平衡取决于温度的和局部变化的膨胀并因此减小热机械应力或者说由此产生的应力裂纹。
[0021]根据一个实施方式，中间件具有一个相对叶轮轴基本上径向延伸的圆盘状的凸起，其中，该圆盘状的凸起形成至少局部地限定至少一个流动通道的边界的壁。优选这个凸起构造如下:使该凸起可以嵌入壳体中一个相应的空隙部内，并且，如前述的那样，在装配的状态下至少局部地界定一个或者多个流动通道的壁。
[0022]此外，圆盘状的凸起可以具有一个外径，该外径大于叶轮的外径。因此可以根据直径的大小相应地设置壳体的一个相应较大的留空缺口，该留空缺口随着尺寸的增加而开辟了进入壳体内部的更好的接近通路。
[0023]另外，圆盘状的凸起可以具有一个外径，该外径大于流动通道的分隔壁的内径。作为本发明意义中的分隔壁，应该理解为单独的流动通道的侧壁以及用于隔开两个相邻的流动通道的中间壁。作为分隔壁的内径，特别是应该理解为两倍的在叶轮轴的旋转轴线与分隔壁的一个朝向叶轮轴的边缘(凸舌)之间的径向间距。如果圆盘状的凸起大于分隔壁的内径的话，那么这意味着:在未组装的状态下，分隔壁至少在该边缘的区域内以有益方式对于修整加工之目的是容易接近的。
[0024]例如，所述至少一个流动通道可以分别具有螺旋形状并在一个相对叶轮轴基本上径向定向的平面内定位布置，使得所述壳体构造成离心式压缩机壳体或者径流式涡轮机壳体。
[0025]按照另一个实施方式，所述中间件构造成一个用于轴承座的径向和/或轴向定位和/或支撑。例如，所述壳体构造如下:使该壳体可以将中间件的圆盘状的凸起配合精确地容纳在一个互补构造的空隙部内，以便沿径向定位和支撑这个中间件。在此，中间件例如可以固定在轴承座上，特别是借助形状锁合的和/或力锁合的连接。同样也可以是一种(在必要时附加的)材料接合的连接。
[0026]此外，所述中间件可以包括一个用于相对壳体轴向固定该中间件的轴向止挡。通过这种方式，一方面确定了中间件沿轴向的精确定位。另一方面，与中间件直接地或者至少间接地保持连接的构件此外相应明确地(即单一对应地)和可再现地定位，诸如叶轮相对流动通道和/或壳体的内壁。
[0027]此外，所述中间件可以构造成用于轴向插入壳体的壳体内腔中的基本上罐状的适配件，其中，该中间件在插入状态下至少以圆盘状的凸起与壳体的流动通道的壁齐平，特别是表面齐平。在此，适配件设置有环绕的和折弯的、凸缘状的边缘部段，该边缘部段用作止挡。
[0028]例如，圆盘状的凸起此外还可以在圆周侧包括一个用于将中间件相对壳体密封的密封件，特别是沿着圆周方向环绕的密封环。因此实现了在叶轮与设置在中间件的相对置的一侧上的轴承座之间的流体密封式隔离。特别是可以防止热的废气从叶轮的区域流向轴承座的方向。优选地，密封件设置在中间件的一个相应的空隙部中，特别是在圆盘状的凸起内一个环绕的凹槽中或者在壳体的一个相应的留空缺口中。
[0029]优选地，所述叶轮是涡轮叶轮或压缩机叶轮。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]下文将参照附图借助实施例进一步详细地阐述本发明。附图中:
[0031]图1为现有技术的用于废气涡轮增压器的涡轮机配置组件；
[0032]图2为按照本说明书的用于废气涡轮增压器的涡轮机配置组件；
[0033]图3为图2所示出的涡轮机配置组件的中间件的细部视图；
[0034]图4为图2中示出的涡轮机配置组件的透视剖视图。
【具体实施方式】
[0035]图1示出了现有技术的用于废气涡轮增压器的涡轮机配置组件10。废气涡轮增压器或者所示出的涡轮机配置组件10包括一个壳体11和一个由该壳体11至少部分包围的壳体内腔12。在壳体内腔12中设置有涡轮机叶轮13，该涡轮机叶轮利用叶轮轴14可旋转地支承在一个轴承座15内。另外，壳体11包括两个用于将废气流输送给涡轮机叶轮13的流动通道17，以使这个涡轮机叶轮转动。在叶轮13与轴承座15之间设置有一个屏蔽件16。该屏蔽件16构造成板状的并保护轴承座15免受来自涡轮机叶轮13或者流动通道17的热负荷影响。在所示出的实施方式中，壳体11通过法兰连接19以及借助一个围绕该法兰连接19的卡箍18与轴承座15相连接。
[0036]图2和图4示出了一种用于内燃机的废气涡轮增压器的涡轮机配置组件20的侧向的或者说透视的剖视图，该涡轮机配置组件包括一个壳体21和一个由该壳体21至少部分包围的壳体内腔22。在壳体内腔22内设置有涡轮机叶轮23，该涡轮机叶轮利用叶轮轴24可旋转地支承在一个轴承座25内。另外，壳体21包括两个用于将废气流输送给涡轮机叶轮23的流动通道27，以使这个涡轮机叶轮转动。在所示出的实施方式中，壳体21通过法兰连接29以及借助一个围绕该法兰连接29的卡箍28与轴承座25相连接。当然其他的连接措施和连接方法，特别是其他的力锁合的和/或形状锁合的以及材料接合的连接同样是可能的。
[0037]在叶轮23与轴承座25之间设置有一个中间件26。该中间件26在图3中详细示出并构造如下:这个中间件局部地形成一个壁，该壁用于局部地限定两个流动通道27之一的边界。为此，中间件26具有一个基本上相对叶轮轴24径向延伸的圆盘状的凸起26a，其中，该圆盘状的凸起26a形成局部地限定流动通道27边界的壁。附加地，该中间件26还起到用于保护轴承座25的屏蔽件的作用。
[0038]圆盘状的凸起26a按下述方式构造:此凸起具有这样的外径dl，该外径大于涡轮机叶轮23的外径d2。这一点显示出下述优点:壳体21在法兰连接的区域内和在流动通道27的区域内-与现有技术中可能实现的情形(参照图1)相比-可以具有更大的通口。代替壳体21，在这个通口的或者说相应留空缺口的区域内，中间件26承担着限定流动通道27边界的任务。
[0039]因此在未组装的状态下特别是在朝向叶轮的区域21a中可以通过特别简单的方式方法借助合适的工具到达壳体的内壁并进行修整加工，从而能够遵循例如用于叶轮与内壁之间缝隙尺寸的相应狭窄/严格的公差规范。
[0040]此外，圆盘状的凸起26a的外径dl同样大于流动通道27的分隔壁30的内径d3。这个分隔壁30在所示实施方式中作为分隔壁30设置在两个相邻的流动通道27之间。另夕卜，这种构造设计使得特别简单地接近分隔壁的朝向叶轮轴的顶端成为可能，从而使其同样能够借助合适的工具与相应的公差规范匹配，并且，以此方式可以针对废气涡轮增压器的尽可能优化的效率来考虑流体力学和热力学方面的观点。
[0041]两个流动通道27分别具有螺旋形状并且在一个相对叶轮轴24基本上径向定向的平面(垂直于图面)内定位布置。
[0042]另外，中间件26还构造成用于轴承座25的径向和轴向定位和支撑。为此中间件26沿径向借助圆盘状的凸起26a相对壳体21支撑。
[0043]例如一个轴向止挡26b用于中间件26的轴向定位。附加地，轴向止挡26b由于其法兰状的构造设计和形状锁合地设置在法兰连接29的区域内而相对于壳体21轴向固定。
[0044]换言之，中间件构造成用于沿叶轮轴24的方向轴向插入壳体的壳体内腔中的罐状的适配件，其中，该中间件在插入状态下至少以圆盘状的凸起与壳体的流动通道的壁齐平，特别是表面齐平。另外，如前面已经说明的那样，中间件以“罐”的边缘轴向地固定在壳体上。
[0045]仅仅作为可选方案，圆盘状的凸起26a可以在圆周侧包括一个用于将中间件相对壳体21密封的密封件，例如是沿着圆周方向环绕的密封环31的形式。为此，密封件可以置入圆盘状的凸起26的同样沿着圆周方向环绕的凹槽内。
[0046]不言而喻，代替图示的涡轮机叶轮，所述叶轮同样也可构造成一种流动方向相应换向用以压缩吸入空气的压缩机叶轮。
【权利要求】
1.用于内燃机的废气涡轮增压器，其包括: -壳体(21)和由该壳体(21)至少部分包围的壳体内腔(22)， -设置在所述壳体内腔(22)中的叶轮(23)，该叶轮利用叶轮轴(24)可旋转地支承在轴承座(25)内， 其中，所述壳体(21)包括至少一个用于往所述叶轮(23)输送流体或者从所述叶轮排放流体的流动通道(27)， 其特征在于:在叶轮(23)与轴承座(25)之间与所述叶轮轴(24)同轴地设置一中间件(26)并且该中间件至少局部地形成如下所述的壁，该壁构造成用于至少局部地限定其中至少一个流动通道(27)的边界。
2.如权利要求1所述的废气涡轮增压器，其特征在于:所述中间件(26)具有相对所述叶轮轴基本上径向延伸的圆盘状的凸起(26a)，其中，该圆盘状的凸起(26a)形成所述至少局部地限定所述至少一个流动通道(27)的边界的壁。
3.如权利要求2所述的废气涡轮增压器，其特征在于:所述圆盘状的凸起(26a)所具有的外径(dl)大于所述叶轮的外径(d2)。
4.如权利要求2至3之任一项所述的废气涡轮增压器，其特征在于:所述圆盘状的凸起(26a)所具有的外径(dl)大于流动通道(27)的分隔壁(30)的内径(d3)。
5.如权利要求1至4之任一项所述的废气涡轮增压器，其特征在于:所述至少一个流动通道(27)分别具有螺旋形状并且在相对所述叶轮轴(24)基本上径向定向的平面内定位布置。
6.如权利要求1至5之任一项所述的废气涡轮增压器，其特征在于:所述中间件(26)构造成用于所述轴承座(25)的径向和/或轴向定位和/或支撑。
7.如权利要求1至6之任一项所述的废气涡轮增压器，其特征在于:所述中间件(26)包括用于相对于所述壳体(21)轴向固定该中间件(26)的轴向止挡(26b)。
8.如权利要求2至7之任一项所述的废气涡轮增压器，其特征在于:所述中间件(26)构造成用于轴向插入所述壳体(21)的壳体内腔中的罐状的适配件，其中，该中间件(26)在插入状态下至少以圆盘状的凸起(26a)与所述壳体(21)的流动通道(27)的壁齐平。
9.如权利要求2至8之任一项所述的废气涡轮增压器，其特征在于:所述圆盘状的凸起(26a)在圆周侧包括用于将所述中间件(26)相对所述壳体(21)密封的密封件(31)，特别是沿着圆周方向环绕的密封环。
10.如权利要求1至9之任一项所述的废气涡轮增压器，其特征在于:所述叶轮(23)是涡轮叶轮或者压缩机叶轮，和/或所述中间件(26)形成一屏蔽件，该屏蔽件设置在叶轮(23)与轴承座(25)之间。
【文档编号】F02C6/12GK104364531SQ201380030997
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2013年5月21日 优先权日:2012年6月29日
【发明者】J·费尔图伊斯 申请人:宝马股份公司