本发明总体上涉及一种用于发动机系统的涡轮增压器，尤其涉及具有壳体的结构紧凑的涡轮增压器，其被设计为有利于涡轮增压器在紧密空间中的安装。
背景技术
内燃机(例如，柴油发动机、汽油发动机、或者天然气发动机)采用涡轮增压器来输送用于在发动机中燃烧的压缩空气。涡轮增压器压缩流到发动机中的空气，从而帮助将更多空气迫使到发动机的燃烧室中。增加的空气供应使得发动机的燃烧室中的燃料燃烧产生增幅，从而使得从发动机输出功率得以增加。
通常的涡轮增压器包括轴、附接至轴的一端的涡轮机叶轮、连接至轴的另一端的压缩机叶轮、以及支撑该轴的轴承。总体上，涡轮机壳体包围涡轮机叶轮，并且压缩机壳体包围压缩机叶轮。此外，涡轮增压器包括包围轴和轴承的中央壳体，并且包括帮助防止轴承润滑油泄漏到涡轮机壳体或者压缩机壳体中的特征件。涡轮机壳体、压缩机壳体以及中央壳体经由紧固件或者其它夹固机构彼此附接。
来自发动机的热排气流过涡轮机壳体并且在涡轮机叶轮上方膨胀，从而使涡轮机叶轮和连接至涡轮机叶轮的轴旋转。轴又使压缩机叶轮旋转。来自周围环境的冷空气流过压缩机壳体，压缩机叶轮在压缩机壳体中压缩该空气并且将压缩空气驱动到发动机的燃烧室中。
例如，us8,967,956,b2公开了具有可变喷嘴组件的涡轮增压器。
本发明至少部分地旨在改进或者克服现有系统的一个或多个方面。
技术实现要素：
在一个方面中，本发明涉及用于发动机系统的涡轮增压器。涡轮增压器包括：压缩机壳体，该压缩机壳体包括压缩机进口和压缩机出口；涡轮机壳体，该涡轮机壳体包括涡轮机进口、涡轮机叶轮和涡轮机出口；以及中央壳体，该中央壳体连接在压缩机壳体和涡轮机壳体之间。轴被支撑在中央壳体中并且在涡轮增压器的纵向方向上延伸。涡轮机进口包括用于将涡轮增压器连接至发动机系统的排气系统的第一安装接口。第一安装接口面向垂直于纵向方向的第一方向。进一步地，涡轮机出口包括用于将涡轮增压器连接至发动机系统的排气后处理系统的第二安装接口。第二安装接口面向第二方向，第二方向相对于由纵向方向和第一方向限定出的平面成第一预定角度地延伸。
在另一方面中，本发明涉及包括发动机和根据上述方面的涡轮增压器的发动机系统。
从下文描述和附图中，本发明的其它特征和各个方面将是显而易见的。
附图说明
并入本文且构成说明书的一部分的附图图示了本发明的示例性实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1示出了根据本发明的示例性发动机系统的示意概览图；
图2是根据本发明的示例性涡轮增压器的局部剖视透视侧视图；
图3是图2中的涡轮增压器的示例性安装接口的透视正视图；
图4是图2中的涡轮增压器的中央壳体的平面图；
图5是示出了根据本发明的涡轮机出口的布置和形成为邻近出油口的安装表面的局部透视图；以及
图6是在图2中示出的中央壳体的底视图。
具体实施方式
下文是对本发明的示例性实施例的详细描述。本文所描述的且在附图中图示的示例性实施例意在教导本发明的原理，从而使得本领域的普通技术人员能够在许多不同的环境中且针对许多不同的应用来实施和使用本发明。因此，示例性实施例并不意在是且不应该被看作是保护范围的限制性描述。相反，保护范围应该由所附权利要求书限定。
本发明部分地基于如下认识：当要将涡轮增压器安装在紧凑发动机系统中的紧密空间中时，将例如涡轮机出口连接至安装在发动机上的后处理系统可能是有问题的。因此，可能需要在涡轮机出口处为安装接口提供特殊设计以便使得能够容易地安装尤其是用于紧凑发动机的涡轮增压器。
本发明还至少部分地基于如下认识：为了避免涡轮机效率的降低，可能需要优化来自涡轮机废气门端口的气流角以便确保从废气门端口流来的废气按照对废气流造成最小干扰的方式与来自涡轮机叶轮的排气会合。根据本发明，这通过提供具有气流角的废气门端口来实现，该气流角相对于涡轮增压器的纵向方向成预定角度地延伸，例如，大体上沿着涡轮机出口的安装接口所面向的方向延伸。
本发明进一步至少部分地基于如下认识：当将具有例如受控banjo阀门和o形环接口的供油管路安装至涡轮增压器的中央壳体时，可能没有充足空间来收纳尤其是连接部的o形环。因此，根据本发明，已经意识到可能需要按照如下方式来设计涡轮增压器的中央壳体：使得在密封区域处提供额外材料/空间以便在中央壳体的进油口处容纳o形环连接部。
进一步地，本发明至少部分地基于如下认识：即，当要将排水管凸缘安装在涡轮增压器的中央壳体的出油口处时，有时可能难以利用工具接近此处以安装排水管凸缘，尤其是在与紧凑发动机相联的紧密空间中。因此，在本发明中，使中央壳体相对于涡轮机进口凸缘旋转以便使得涡轮机进口凸缘在排水管凸缘的安装期间不会干涉工具。
在该方面中，同样已经意识到，尤其是当要将具有特定设计的凸缘安装至涡轮增压器的中央壳体时，可能需要将凸缘安装为相对于垂直于中央壳体的纵向方向的平面成角度。换言之，凸缘需要成对角线地被安装在形成于中央壳体的出油口周围的对应安装表面上。这会允许特定设计的凸缘配合在壳体中并且还会帮助发动机系统的制造组装。
图1图示了适合于实施本发明的教导的发动机系统10的示例性实施例。发动机系统10包括发动机19和后处理模块25。此外，如在图1中示出的，发动机系统10包括涡轮增压器12、增压器16以及冷却器21。
具体地，发动机系统10包括用于将进气(诸如，大气)引导至涡轮增压器12的第一导管11。涡轮增压器12包括涡轮增压器压缩机13。涡轮增压器压缩机13连接至第一导管11并且布置为经由轴15由涡轮机14驱动。发动机系统10进一步包括用于经由第二导管17从涡轮增压器压缩机13接收进气的增压器16。增压器驱动布置18可以设置用于选择性地驱动增压器16。发动机19布置为经由增压器驱动布置18机械地给增压器16提供动力。
在实施例中，发动机系统10进一步包括用于将来自增压器16的进气引导至冷却器21的第三导管20。发动机系统10进一步包括用于选择性地允许进气绕过增压器16的增压器旁路布置22。应理解，在其它实施例中，增压器16、增压器驱动布置18和增压器旁路布置22可以被省略，以便使得第二导管17连接至冷却器21。
发动机19可以是内燃机，诸如，压缩点火或者火花点火发动机。燃料(诸如，柴油、汽油或者天然气)可以选择性地被提供给发动机19中的发动机汽缸以与进气一起燃烧并且驱动活塞，因而使曲轴旋转并且提供发动机输出转矩和动力。燃烧过程的副产品是废气，该废气例如经由排气歧管沿着发动机系统10的第五导管23从发动机汽缸被引导。废气可以包括有害气态排放物或者污染物，诸如，氮氧化合物(nox)、微粒物质(诸如，烟灰)、硫氧化物、一氧化碳、未燃尽的碳氢化合物以及/或者其它有机化合物。第五导管23将废气从发动机19引导至涡轮增压器12的涡轮机14。发动机系统10进一步包括用于将废气从涡轮机14引导至后处理模块25的第六导管24。涡轮机旁路布置26(例如，其包括废气门组件60(见图3))可以设置用于选择性地允许废气绕过涡轮机14。
后处理模块25接收并处理废气以便在经由第七导管27将废气引导至大气之前去除污染物。
图2示出了根据本发明的涡轮增压器12的示例性配置。如在图2中示出的，涡轮增压器12包括涡轮增压器压缩机13的压缩机壳体30、连接至第一导管11的压缩机进口32、以及连接至第二导管17的压缩机出口34。压缩机叶轮(未示出)布置在压缩机壳体30内部。
进一步地，如在图2中示出的，涡轮增压器12还包括涡轮机壳体36，涡轮机壳体36包括连接至发动机的排气系统(尤其是连接至第五导管23)的涡轮机进口38、布置在涡轮机壳体36内部的涡轮机叶轮40(见图3)、以及连接至发动机系统10的排气后处理系统的涡轮机出口42，例如，其包括第六导管24和后处理模块25。
此外，涡轮增压器12还包括连接在压缩机壳体30和涡轮机壳体36之间的中央壳体44。中央壳体44支撑轴15，轴15在涡轮增压器12的纵向方向l上延伸。进一步地，中央壳体44包括进油口66和出油口68，进油口66设置在轴15上方的位置处以用于给其供应润滑剂，出油口68设置在轴15下方以用于从中央壳体44排出润滑剂。
涡轮机进口38包括用于将涡轮增压器12连接至发动机系统10的排气系统(尤其是连接至第五导管23)的第一安装接口48。如在图2中示出的，第一安装接口48被形成为面向第一方向d1的凸缘，例如，第一方向d1垂直于纵向方向l。在一些实施例中，第一方向d1与垂直方向相对应，即，涡轮增压器安装在发动机系统10中以便使得在安装状态下涡轮机进口38的凸缘在大体上水平的方位上安装至发动机系统10的排气系统，如在图2中示出的。
同样如在图2中示出的，涡轮机出口42包括用于将涡轮增压器12连接至排气后处理系统(尤其是连接至第六导管24)的第二安装接口50。在此，关于发动机系统10可能存在设计限制，例如，这要求第六导管24沿着特定方向朝着后处理模块25延伸，或者可以省略第六导管24并且涡轮机出口42可能需要直接连接至后处理模块25。为了有利于将涡轮机出口42安装至发动机系统10的排气后处理系统，需要提供第二安装接口50的特定接口角度。尤其，如在图2中示出的，第二安装接口50配置为使得其面向第二方向d2，第二方向d2不平行于涡轮增压器12的纵向方向l。在示例性实施例中，第二方向d2相对于由纵向方向l和第一方向d1限定出的平面成第一预定角度α延伸。换言之，在涡轮增压器12被安装在发动机系统10中以便使得涡轮机进口38大体上水平地布置、使得第一方向d1与垂直方向一致的情况下，涡轮机出口42的第二安装接口50可以被看作是围绕垂直轴线旋转第一预定角度α。换言之，第二方向d2相对于绘图平面成第一预定角度α延伸。为了图示起见，第二方向d2由图2中的短划线表示，相应地图示了第一预定角度α。第一预定角度α可以在5度与45度之间，优选地在10度与30度之间，例如，在本实施例中为约20度。应理解，第一预定角度α的值取决于发动机系统10的配置，尤其是排气后处理系统相对于涡轮增压器12的布置。
图3在正视图中更加详细地示出了涡轮机出口42的第二安装接口50。如在图3中示出的，第二安装接口50包括在涡轮机出口42的出口开口54周围延伸的外围安装凸缘52。如在图3中示出的，在示例性实施例中，多个安装部56设在安装凸缘52上以从其处径向地向外延伸。每个安装部56具有通孔58以用于将安装凸缘52安装至排气后处理系统。在图3中示出的示例性实施例中，三个安装部56(其被形成为从安装凸缘52上的突出)被设置为在圆周方向上彼此间隔开，例如，间隔开大约120度的角度。在其它实施例中，安装部56可以被形成为具有不等的间隔，例如，在其间具有120度、108度和132度的角度，但不限于这些示例性值。
图3还示出了安装在涡轮机壳体36中的涡轮机叶轮40。涡轮机叶轮40安装在沿着纵向方向l延伸的轴15上，其在图3中示意性地示出。相应地，大体上沿着纵向方向l从涡轮机叶轮40朝着涡轮机出口42引导废气。
同样如在图3中示出的，涡轮增压器12进一步包括废气门组件60，废气门组件60配置为选择性地允许进入涡轮机进口38的废气绕过涡轮机叶轮40。废气门组件60包括废气门端口62，废气门端口62布置在涡轮机壳体36的内部并且配置为将已经绕过涡轮机叶轮40的废气供应至涡轮机出口42。在此，为了优化从涡轮机叶轮40进入的排气与经由废气门端口62供应的排气的混合，废气门端口62的供应角度可以是第二预定角度β。尤其，废气门端口62可以配置为沿着第三方向d3供应废气，第三方向d3相对于纵向方向l成第二预定角度β延伸。
在一些实施例中，第三方向d3可以大体上与第二方向d2相同。换言之，第二预定角度β也可以在5度与35度之间，优选地在10度与30度之间，例如，尤其为19.8度。
然而，在其它实施例中，第一预定角度α和第二预定角度β可以不相同，并且可以在第二方向d2与第三方向d3之间限定出中间角度γ。例如，中间角度γ可以小于90度，优选地小于45度。
经由废气门端口62对废气的供应是使用例如致动臂64按照已知方式来进行调控，因而将省略详细描述。例如，致动臂64可以配置为致动流量控制阀，例如，提升阀，该流量控制阀配置为选择性地打开/关闭废气门端口62。当流量控制阀打开时，通过流量控制阀的阀元件来使从废气门端口62离开的废气转向以便促进该废气与来自涡轮机叶轮40的排气流混合。在此，通过使用第二预定角度β和流量控制阀的恰当配置，可以优化来自涡轮机出口42的废气流以便使得在例如第六导管24中创建均匀流以便使得发生最小干扰。
现在看图4，示出了中央壳体44的局部顶视图。尤其，图4示出了形成于中央壳体44中的进油口66的配置。如在图4中示出的，进油口66包括进油口端口70，进油口端口70配置为接收从供油管路(未示出)供应的润滑剂。例如，供油管路可以借助受控banjo阀门和o形环接口连接至进油口66。
为了允许例如通过banjo阀门和o形环接口进行供油管路的连接，提供了圆周地围绕进油口端口70的延伸密封区72，进油口端口70配置作为具有例如10mm的内径d1的孔。例如，该孔可以配置为接收具有对应外径的banjo螺栓。延伸密封区72包括用于与供油管路的密封件(例如，设置在banjo螺栓周围的对应o形环)进行密封接合的密封表面74。平面密封表面74可以具有允许容易安装密封件的外径d2，例如，在21.9mm与25mm之间(尤其为约22mm)的直径d2。在一些实施例中，密封表面74的外径d2与进油口端口70的内径d1的比率可以在2.19与2.5之间，例如，为约2.2。
除了涡轮机出口42的进油口66和第二安装接口50的特定配置之外，在一些实施例中，还可能需要提供关于出油口68的特定配置。这在图5和图6中按照示例性方式进行示出。
如在图5中示出的，出油口68设有在其出油口开口78周围的大体上平面的安装表面76。安装表面76配置为允许组装例如用于将出油口68连接至排水管的排水管凸缘。然而，为了在排水管凸缘的组装期间允许工具接近安装表面76，需要确保涡轮机进口38的凸缘不会干涉该组装。
因此，在图5中示出的示例性实施例中，中央壳体44相对于涡轮机进口38的凸缘倾斜或者旋转。尤其，中央壳体44围绕纵向方向l旋转预定第三角度δ。换言之，垂直于出油口开口78的延伸部的大体上垂直的轴线的大体上平面的安装表面76相对于与预定第一方向d1正交的平面成预定第三角度δ延伸，预定第一方向d1是涡轮机进口38(尤其是其安装凸缘39)面向的方向。图5中的实线示出了安装表面76的平面，并且所述实线与垂直于第一方向d1的短划线之间的角度δ指示出倾斜。如上文所描述的，在一些实施例中，第一方向d1与垂直方向相对应，以便使得角度δ与相对于水平面的角度相对应。例如，预定第三角度δ在3度与15度之间，优选地在5度与7度之间，在示例性实施例中尤其为约6度。
进一步地，如在图6中示出的，在一些实施例中，可能需要将排水管凸缘安装至出油口68，其具有相对大的尺寸，以便使得可能没有充足空间来在垂直于纵向方向l的方位上将其安装至中央壳体44。为了允许排水管凸缘配合在中央壳体44中，因此可能需要按照倾斜方式来安装该排水管凸缘。相应地，凸缘安装部80可以设置在出油口68周围，以便使得其包括一对安装结构82a、82b，该对安装结构82a、82b布置为沿着第四方向d4在出油口开口78的两侧上彼此相对，第四方向d4相对于垂直于纵向方向l的中央壳体44的中央平面p成第四预定角度ε延伸。换言之，安装结构82a、82b布置为使得对应的排水管凸缘围绕出油口开口78的延伸方向(例如，垂直方向)旋转角度ε。按照方式，可以使排水管凸缘例如在不会从中央壳体44上突出的情况下被安装在中央壳体44上。在一些实施例中，第四预定角度ε在5度与30度之间，优选地在10度与20度之间，尤其为约18度。
如先前所提到的，在一些实施例中，涡轮增压器12配置为使得通过将涡轮机进口38安装至发动机的排气系统来将其安装至发动机19。为了有助于此，如在图5中示出的，涡轮机进口38包括用于将涡轮增压器安装至发动机19的发动机安装凸缘39。在一些实施例中，涡轮增压器12配置为使得当涡轮增压器12被安装在发动机系统10中时发动机安装凸缘39大体上水平地布置。
通过提供上文描述的安装接口以及进油口和/或出油口的特定配置中的一个或多个，即使当需要将涡轮增压器12安装在设在发动机系统10中的紧密空间中时(例如，在紧凑发动机系统10的情况下)，也能够方便地将涡轮增压器12安装在发动机系统10中。
尽管本文已经描述了本发明的优选实施例，但在不背离如下权利要求书的范围的情况下可以包含改进例和修改例。