涡轮增压器隔热罩的制作方法

本发明总体涉及隔热罩，且更具体地涉及用于涡轮增压器的隔热罩。

背景技术：

涡轮增压器用于提高内燃机的性能。他们是一类强迫式进气系统，该系统以比这种内燃机的典型吸气配置所获得的更大的密度将空气传递到发动机进气口。他们通常是由废气驱动涡轮器驱动的离心式压缩机。来自发动机的废气驱动涡轮机以驱动压缩机的叶轮。压缩机吸进环境空气，压缩该空气，并然后将该压缩的空气供应到发动机。以此方式，发动机可具有提高的燃料经济性，降低的排放以及高功率和转矩。

在一些应用中，通向涡轮机的入口处的排气温度可达到超过800℃的温度。照此，这些高温可穿透相邻的轴承壳体，并可导致轴承润滑油或液体的粘度降低。这可导致涡轮增压器操作的不期望效果。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，公开了一种隔热罩。该隔热罩可包括限定围绕轴线的第一孔的外壁，和限定围绕轴线的第二孔的内壁。外壁包括第一构件、从第一构件向外延伸的凸缘和与第一孔相邻的第一内边缘。第一构件从凸缘延伸到第一内边缘。内壁包括第二构件、从第二构件向外延伸的边沿和与第二孔相邻的第二内边缘。第二构件从边沿延伸到第二内边缘。内壁与外壁间隔开，第一和第二内边缘在他们之间形成空气间隙，且内壁和外壁形成从边沿延伸到空气间隙的腔室。空气间隙是进入腔室的入口。

根据本发明的另一方面，公开了一种将隔热罩装配入涡轮增压器的方法。该方法包括将内壁定位在轴承壳体中的腔室之上，该内壁包括第二构件和从第二构件向外延伸的边沿；以及将外壁安装在轴承壳体和涡轮机壳体之间。外壁限定第一孔。外壁包括第一构件、从第一构件向外延伸的凸缘和与第一孔相邻的第一内边缘。第一构件从凸缘延伸到第一内边缘。外壁悬置在内壁之上。内壁和外壁形成腔室。内外壁之间靠近第一孔具有空气间隙。空气间隙是进入腔室的入口。

根据本发明的又一个方面，公开了一种涡轮增压器。涡轮增压器可包括涡轮机壳体、设置在涡轮机壳体中并配置为围绕轴线旋转的涡轮机叶轮、与涡轮机壳体相邻的轴承壳体，以及设置在涡轮机壳体和轴承壳体之间的隔热罩。该隔热罩可包括限定围绕轴线的第一孔的外壁，和限定围绕轴线的第二孔的内壁。外壁包括第一构件、从第一构件向外延伸的凸缘和与第一孔相邻的第一内边缘。第一构件从凸缘延伸到第一内边缘。内壁包括第二构件、从第二构件向外延伸的边沿和与第二孔相邻的第二内边缘。第二构件从边沿延伸到第二内边缘。内壁与外壁间隔开，第一和第二内边缘在他们之间形成空气间隙，且内壁和外壁形成从边沿延伸到空气间隙的腔室，空气间隙是进入腔室的入口。

附图说明

图1是包括隔热罩、涡轮机壳体、涡轮机叶轮和轴承壳体的废气涡轮增压器的一个示例性实施例的一部分的示意性横截面图；

图2是图1的示例性轴承壳体的透视图；

图3是示出了设置在图1-图2的轴承壳体上的图1的隔热罩的内壁的透视图；

图4是示出了图1的隔热罩的外壁的透视图；

图5是示出了图1的隔热罩和涡轮机的透视图；

图6是包括隔热罩的备选实施例的废气涡轮增压器的另一示例性实施例的一部分的示意性横截面图；

图7是包括内壁的另一备选实施例的废气涡轮增压器的另一示例性实施例的一部分的示意性横截面图；

图8是示出了图7的隔热罩的内壁的透视图；

图9是包括隔热罩的备选实施例的废气涡轮增压器的另一示例性实施例的一部分的示意性横截面图；

图10是示出了图9的隔热罩的内壁的透视图；

图11是设置在图9的轴承壳体上的图9的隔热罩的外壁的透视图；

图12是包括隔热罩和轴承壳体的备选实施例的废气涡轮增压器的另一示例性实施例的一部分的示意性横截面图；

图13是图12的轴承壳体的透视图；

图14是示出了设置在轴承壳体上的图12的隔热罩的内壁的透视图；

图15是示出了设置在图12的轴承壳体上的隔热罩的外壁的透视图；

图16是包括隔热罩的废气涡轮增压器的一个示例性实施例的一部分的示意性横截面图，该隔热罩具有包括通气孔的外壁；以及

图17是示出了有通气孔的外壁的一个实施例的透视图。

尽管以下详细描述是相对于某些示例性实施例给出的，但应该理解附图没必要按照比例绘制并且所公开的实施例往往是用图解的方式和以局部视图的方式进行说明的。此外，在某些情况下，可以省略对理解所公开主题没有必要的细节或会使其它细节难以理解的那些细节。因此，应该理解，本发明不限于本文所公开和示出的特定实施例，而是公正地阅读整个公开内容和权利要求以及其等价物。

具体实施方式

现参照图1-17，本发明描述了用于涡轮增压器102的隔热罩100的示例性实施例。参照示例性涡轮增压器102(图1、6、7、9、12和16)描述了隔热罩100的示例性实施例。在示例性实施例中，涡轮增压器102包括涡轮机壳体104、轴承壳体106、轴108、轴承110、具有叶片114的涡轮机叶轮112，以及压缩机(未示出)。

涡轮机壳体104固定或安装到轴承壳体106。轴108经由轴承110(例如，轴颈轴承)旋转地安装在轴承壳体106中。活塞环111设置在轴108和轴承壳体106之间。涡轮机叶轮112安装在轴108上并与轴108一起围绕x轴线旋转。涡轮机壳体104包括进入涡轮机叶轮112的入口116。涡轮机叶轮112与隔热罩100间隔开。涡轮增压器102进一步包括排气通道118。排气通道118可以由隔热罩100和涡轮机叶轮112限定。更具体地，排气通道118可以由隔热罩100的外壁122和涡轮机叶轮112限定。轴承壳体106包括腔室120(图1-2、6-7、9、12、13和16)和外肩部164，且可包括内肩部158。腔室120可设置在内肩部158和外肩部164之间。在一些实施例中，腔室120形状上通常可以是环形。

隔热罩100(图1、6、7、9、12和16)包括外壁122和内壁124。外壁122限定围绕x轴线设置的第一孔172。尽管第一孔172在图中示出为圆形，但其可以是任何适合的形状。第一孔172(图4)的大直径(最长宽度)可以称为外壁122的第一内径128。外壁122的大直径(横跨的最长宽度)可以称为第一外径126。尽管外壁122示出为大致的环形，但其不限于此形状且可以是任何其他合适的形状。外壁122可形成排气通道118(图1、6、7、9和12)的侧部。

外壁122包括第一构件130(图1、4、6、7、9、12和16)、从第一构件130向外延伸的凸缘132和与第一孔172相邻的第一内边缘134。第一构件130从凸缘132延伸到第一内边缘134。在一些实施例中，第一构件130可包括一个或多个台阶。外壁122还包括第一外边缘150(图4)。外壁122在第一内边缘134(图1、4、6、7、9、12和16)处与轴承壳体106间隔开。外壁与涡轮机叶轮112(图1、5-6、7、9、12和16)间接相邻(排气通道118位于涡轮机叶轮之间)。

内壁124限定围绕x轴线设置的第二孔174。第二孔174可以与第一孔172同轴。尽管第二孔174(图3)在图中示出为圆形，但其可以是任何适合的形状。第二孔174的大直径(最长宽度)可以称为内壁124的第二内径138。内壁124的大直径(横跨的最长宽度)可以称为第二外径136(图3)。尽管内壁124示出为大致的环形，但其不限于此形状且可以是任何其他合适的形状。在一些实施例中(例如图1、6、7和16)，第二外径136可以是与外壁122的第一外径126(图4)相同的长度。在其他实施例中(例如图9和12)，第二外径136可以比外壁122的第一外径126更短。在其他实施例中(例如图1、6、7、12和16)，第二内径138(图3)可以是与外壁122的第一内径128(图4)相同的长度。在其他实施例中(例如图9)，第二内径138可以比外壁122的第一内径128更短。在一些实施例中，内壁124(图1、6、7、9、12和16)可以配置为嵌套在外壁122中。在其他实施例中，内壁124可以不嵌套在外壁122中。

内壁124包括第二构件140(图1、3、6、7、9、12和16)、从第二构件140向外延伸的边沿142和与第二孔174(图3)相邻的第二内边缘144。在一些实施例中，边沿142形状上可以是环形。在一些实施例中，但不一定是所有的实施例中，边沿142可以连续不断地延伸在第一构件130周围，且表面可以是未破损的或没有限定一个或多个条带或翼带的切口。在一些实施例中，边沿142可包括多个间隔开的条带。第二构件140从边沿142延伸到第二内边缘144。第二构件包括腿部162。当安装在涡轮增压器102中时，内壁124与外壁122(图1、6、7、9、12和16)间隔开使得第一和第二内边缘134、144在他们之间形成空气间隙146，且内壁124和外壁122形成从边沿142延伸到空气(排气等)间隙146的腔室148。空气间隙146是进入腔室148的入口。内壁124还包括第二外边缘152。在一些实施例中，内壁124可以在第二内边缘144(见图1、6、7、12和16)处与轴承壳体106间隔开，且在其他实施例中，内壁124(见图9)可以在第二内边缘144处与轴承壳体106直接相邻(或齐平)。

在一个实施例中，外壁122的第一构件130(图1)可包括靠近空气间隙146和排气通道118的坡度部分154(见图1)。坡度部分154还朝内壁124和第二内边缘144倾斜。在一些实施例中，诸如在图1所示的一个实施例中，凸缘132可以在接触区域156处设置在边沿142上，且凸缘可以配置为在接触区域156中将接触力施加在边沿142上。在一些实施例中，凸缘132可以成一定角度离开边沿142并从接触区域156朝涡轮机壳体104向外。在实施例中，与第一外边缘150直接相邻的凸缘132的一部分可以与轴承壳体106接触，并可以与内壁124间隔开。

在一些实施例中，边沿142可以设置在轴承壳体106(例如，外肩部164)上，靠近第二外边缘152。在一个实施例中，内壁124的边沿142可以夹在轴承壳体106的外肩部164和凸缘132之间。边沿142和凸缘132的接触区域在本文可以称为接触区域156。

在图1所示的实施例中，将涡轮机壳体104安装在轴承壳体106上导致力通过涡轮机壳体104施加到凸缘132并且进而凸缘132将力施加到在接触区域156中的内壁124的边沿142。施加到边沿142的力使内壁124悬置在腔室120之上并轴承壳体106的内肩部158上方。该力维持内壁124相对于外壁122的位置。

在图1的实施例中，凸缘132配置为向涡轮机壳体104施加反作用力的形状。由涡轮机壳体104施加的力和由凸缘132施加的反作用力的净效应导致外壁122悬置在内壁124上方(从而产生腔室148和在他们之间的空气间隙146)，并导致外壁122和内壁124保持固定并在涡轮增压器102中的适当位置中。其还导致(外壁122的)第一内边缘134保持在与轴承壳体106间隔开的位置中。

图6示出了隔热罩100的备选实施例。图6所示实施例类似于图1所示，除了内壁124的备选实施例被使用且腔室120被内壁124密封。图6的内壁124具有比图1的内壁更短的腿部162。因此，图6的内壁124设置在轴承壳体106的内肩部158的顶部上并与轴承壳体106的内肩部158接触。

类似于图1的实施例，在图6所示的实施例中，将涡轮机壳体104安装在轴承壳体106上导致力通过涡轮机壳体104施加到凸缘132并且进而凸缘132将力施加到在接触区域156中的内壁124的边沿142。该力维持内壁124相对于外壁122的位置。然而，代替将内壁124悬置在腔室120之上并内肩部158上方，该力现在导致内壁124与轴承壳体106的内肩部158和外肩部164密封接触，从而密封腔室120。

在图6的实施例中，凸缘132配置为向涡轮机壳体104施加反作用力的形状。由涡轮机壳体104施加的力和由凸缘132施加的反作用力的净效应导致外壁122悬置在内壁124上方(从而产生腔室148和在他们之间的空气间隙146)，并导致外壁122和内壁124保持固定并在涡轮增压器102中的适当位置中。其还导致(外壁122的)第一内边缘134保持在与轴承壳体106间隔开的位置中。

图7示出了隔热罩100的另一备选实施例。图7所示实施例类似于图1所示，除了内壁124的备选实施例被使用。类似于图6的实施例，腔室120被内壁124密封。图7的内壁具有第二构件140，该第二构件包括倾斜部分166(图8)和唇部168。倾斜部分166朝内肩部158(图7)倾斜。唇部168设置在第二内边缘144和倾斜部分166之间。唇部168可以是大致平坦的，且设置在轴承壳体106的内肩部158上。

类似于图1的实施例，在图7所示的实施例中，将涡轮机壳体104安装在轴承壳体106上导致力通过涡轮机壳体104施加到凸缘132并且进而凸缘132将力施加到在接触区域156中的内壁124的边沿142。该力维持内壁124相对于外壁122的位置，并导致内壁124与轴承壳体106的内肩部158和外肩部164密封接触，从而将腔室120从废气密封。

在图7的实施例中，凸缘132配置为向涡轮机壳体104施加反作用力的形状。由涡轮机壳体104施加的力和由凸缘132施加的反作用力的净效应导致外壁122悬置在内壁124上方(从而产生腔室148和在他们之间的空气间隙146)，并导致外壁122和内壁124保持固定并在涡轮增压器102中的适当位置中。其还导致(外壁122的)第一内边缘134保持在与轴承壳体106间隔开的位置中。

图9示出了隔热罩100的又一备选实施例。在图9的实施例中，外壁122和内壁124的备选实施例均被使用。图9的外壁类似于图1的，除了尽管凸缘132仍从第一构件130向外延伸，但凸缘132未设置在内壁124的边沿142上，凸缘132没有成一定角度远离边沿142并且不与边沿142接触。而且，图9的实施例的外壁122不与涡轮增压器102中任何地方的内壁124接触。现在凸缘132夹在涡轮机壳体104和轴承壳体106(见图9-11)的外肩部164之间。凸缘132设置在内壁124的边沿142上方的水平处。

图9的内壁124具有比外壁122的第一外径126更短的第二外径136。进一步地，内壁124具有比外壁122的第一内径128更短的第二内径138。图9的内壁124悬置(见图9-10)入轴承壳体106中的腔室120中。换言之，边沿未设置在轴承壳体106上且未夹在轴承壳体106的外肩部164和凸缘132之间。在本实施例中，涡轮机壳体104可以与凸缘132的顶部大致齐平。图9的内壁124安装在轴承壳体106的内肩部158的顶部上并与轴承壳体106的内肩部158接触。

当安装在涡轮增压器102中时，内壁124与外壁122间隔开使得第一和第二内边缘134、144在他们之间形成空气间隙146，且内壁124和外壁122形成从边沿142的第二外边缘152延伸到空气间隙146的腔室148。空气间隙146是进入腔室148的入口。在本实施例中，腔室148和腔室120流体连接。内壁124在第二内边缘144处与轴承壳体106直接相邻(或齐平)。

在图9所示的实施例中，将涡轮机壳体104安装在轴承壳体106上导致力通过涡轮机壳体104施加到凸缘132。不像一些其他实施例，凸缘132不向内壁124的边沿142施加力。施加到凸缘132的力使凸缘132悬置在腔室120之上并内壁124上方。该力维持外壁122的位置。

在图9的实施例中，凸缘132不向涡轮机壳体104施加反作用力。内壁124通过其安装到内肩部158而保持固定并在涡轮增压器102中的适当位置中。安装手段可以是本领域已知的任何合适手段。内壁124的安装使得内壁124与内肩部158密封接触，并密封在内肩部158附近的腔室120(其在外肩部164附近不密封)。

图12示出了隔热罩100的又一备选实施例。图12的轴承壳体106与图9的相同，除了图12的轴承壳体106包括平台170，该平台170在外肩部164下方并且在轴承壳体106内部，与腔室120相邻。在一些实施例中，平台170可以在一些实施例中形状上是环形。

外壁与图9的相同，且类似地，图12的凸缘132未设置在内壁124的边沿142上且不与边沿142接触。还类似于图9的实施例，图12的实施例的外壁122不与涡轮增压器102中任何地方的内壁124接触。凸缘132夹在涡轮机壳体104和轴承壳体106的外肩部164之间(见图12)。凸缘132设置在内壁124的边沿142上方的水平处。

图12的内壁124类似于图9的实施例中所讨论的，除了图12的内壁124具有与外壁122的第一内径128相同长度的第二内径138，且边沿142设置在凸缘132的水平下方的平台170上。图12的内壁124的边沿142未悬置入轴承壳体106中的腔室120，而是设置在平台170的顶部。边沿142可以最好贴靠平台170或可以固定地安装在平台170上。类似于图9中的涡轮增压器102的实施例，涡轮机壳体104可以与凸缘132的顶部大致齐平。图12的内壁124安装在轴承壳体106的内肩部158的顶部上并与轴承壳体106的内肩部158接触。

当安装在涡轮增压器102中时，内壁124与外壁122间隔开使得第一和第二内边缘134、144在他们之间形成空气间隙146，且内壁124和外壁122形成从边沿142的第二外边缘152延伸到空气间隙146的腔室148。空气间隙146是进入腔室148的入口。

在图9所示的实施例中，将涡轮机壳体104安装在轴承壳体106上导致力通过涡轮机壳体104施加到凸缘132。凸缘132不向内壁124的边沿142施加力。施加到凸缘132的力使凸缘132悬置在腔室120之上并内壁124上方。该力维持外壁122的位置。

在图12的实施例中，凸缘132不向涡轮机壳体104施加反作用力。内壁124通过其安装到内肩部158以及通过其静止位置和/或通过牢固安装在平台170上而保持固定并在涡轮增压器102中的适当位置中。内壁124与内肩部158和平台170密封接触，并且像这样使腔室120密封而不接收废气。

图16示出了隔热罩100的备选实施例。图16所示实施例类似于图1所示，除了外壁122的备选实施例被使用。外壁包括第一构件130中的一个或多个通气孔176(见图16-17)。尽管相对于图1的实施例描绘，但通气孔176可以用于以上所述的隔热罩100的其他实施例中的任何一个。

还公开了将隔热罩100装配在涡轮增压器102中的方面，该方法包括：将内壁124定位在轴承壳体106中的腔室120之上，该内壁124包括第二构件140和从第二构件140向外延伸的边沿142；将外壁122安装在轴承壳体106和涡轮机壳体104之间，该外壁122限定第一孔172，该外壁122包括第一构件130、从第一构件130向外延伸的凸缘132，和与第一孔172相邻的第一内边缘134，其中第一构件130从凸缘132延伸到第一内边缘134；其中外壁122悬置在内壁124之上，且内壁124与外壁122间隔开；其中内壁124和外壁122形成腔室148，其中进一步地内外壁124、122之间靠近第一内边缘134具有空气间隙146，空气间隙146是进入腔室148的入口。

工业实用性

当安装在涡轮增压器102中时，隔热罩100限制热量从来自入口116的热废气传递到轴承壳体106，并因此降低热量传递入轴承110以及传递入压缩机。本文所公开的隔热罩100降低热通量暴露，因此其至少降低来自排气通道118中的废气的热传递(传递到轴承壳体106)，降低或减少内壁124后面的废气运动，并因此降低相关热传递并达到腔室148中存在任何捕集的废气(“气密窗”)的程度，将诸如热绝缘体用于隔热罩100的外壁122和内壁124之间的腔室148中。

在操作中，来自入口116的废气流向涡轮机叶轮112的叶片114，致使涡轮机叶轮112旋转。源自入口116的一些废气还可以存在于排气通道118中。这种废气非常热，且在一些应用中可以超过800℃。隔热罩100限制热传递到轴承壳体106。

例如，在图1所示的实施例中，废气可以存在于排气通道118中。在图1的实施例中，内壁124通过外壁122以及涡轮机壳体104和轴承壳体106提供的接触力而密封在外肩部164上。非常少量的废气可以经由空气间隙146进入腔室148并且可以经由内肩部158和内壁124之间的空间进入轴承壳体106的腔室120。腔室148和/或腔室120内部的任何废气通常不进行再循环并用作热绝缘体。

图6-图7和图12的实施例起类似于图1的作用，除了腔室120由内壁124密封(内壁124设置在轴承壳体106上/贴靠轴承壳体106设置并覆盖腔室120)。该腔室120的密封防止废气进入腔室120并经由热对流将热量传递到腔室120的内壁。在图6-7和12的实施例中，外壁122、腔室148内部的任何废气和内壁124用作绝缘层并吸收来自排气通道118的热废气的热传递，从而限制轴承壳体106暴露到这种热量。

类似于其他实施例，在图9的实施例中，外壁122限制热量从排气通道118中的废气传递到轴承壳体106，且存在于腔室148中的任何废气提供绝缘层以进一步限制热量从外壁122传递到内壁124。内壁124进一步限制热量从腔室148传递到轴承壳体106。在图9的实施例中，内壁124密封在内肩部158上，而边沿142悬置入轴承壳体106的腔室120中。照此，腔室148流体连接到腔室120。这为可以存在于这两个空隙中的任何废气的散热提供较大空间。腔室148和腔室120中的任何捕集的废气用作绝缘层或者缓冲区以进一步限制热量从排气通道118中的废气传递入轴承壳体106和轴承110。

图16-17示出了其中外壁122包括一个或多个通气孔176的一个可能实施例。如上所述，以上实施例中的任何一个的变型可以使用包括一个或多个通气孔176的外壁122。在外壁122包括通气孔176的实施例中，废气可以从入口116流动穿过通气孔176进入腔室148。废气可以经由空气间隙146从腔室148流入排气通道118。然后这种气体可以流动穿过排气通道118到达入口116区域。虽然不希望受到理论的束缚，但应该相信这是因为旋转涡轮机叶轮112的涡流可以在靠近轴108的区域的附近而不是在涡轮机叶轮112的外圆周处产生较低压力而出现的。当废气在外壁122和内壁124之间流动时压力差可以降低。应该相信，由腔室148提供的(在靠近轴108的区域和涡轮机叶轮112的外圆周之间)压力差可以制止或防止废气流入腔室120(甚至在内壁124不与内肩部158密封接触时)，且在内壁124密封在腔室148之上的实施例中，可以改进内壁124对轴承壳体106的腔室120的密封。

本文所公开特征可以特别有利于用于涡轮增压器102。本文公开的新颖实施例限制轴承壳体106所暴露于的热通量，从而有助于维持轴承润滑流体的粘度并避免与轴承110、压缩机和其他部件暴露于过量热量相关的磨损和撕裂。