用于涡轮增压器的进气系统和涡轮增压器的制作方法

涡轮增压器包括涡轮和压缩机。涡轮增压器的涡轮用于使离开发动机的排出气体膨胀，以及用于在排出气体的膨胀的期间提取能量。涡轮增压器的压缩机用于借助于在涡轮中提取的能量来使将被供给至发动机的增压空气压缩。此外，涡轮增压器包括进气系统，该进气系统具有用于摄入将被压缩的增压空气的进气消声器，或具有用于使将被压缩的增压空气从进气元件/消声器沿涡轮增压器的压缩机的方向传导的进气管。

在涡轮增压器的运行的期间，存在如下的风险：例如，压缩机转子断裂，并且，压缩机转子的碎片击穿压缩机壳体且飞散至涡轮增压器的周围环境。在涡轮增压器的涡轮的区域中，也可能发生类似的故障。为了考虑该问题，压缩机壳体以这样的方式设计，并且，如果适用，从实践得知的涡轮增压器的情况下的涡轮壳体以这样的方式设计，使得不需要预期相应的壳体的故障，并且，即使相应的转子将爆裂，该转子的碎片也不可能击穿相应的壳体。由此，一方面，涡轮增压器的重量增加，而另一方面，这些措施仅能够与新近设计的涡轮增压器一起采用。

相比之下，现有的旧式涡轮增压器不能够重新设计，使得这些涡轮增压器不具有对应的保护，因此，在发生故障的事件中，碎片可能进入周围环境。

从DE 10 2013 013 571 A1得知一种解决方案，利用该解决方案，在发生故障的事件下，即使现有的旧式涡轮增压器也能够被保护，使得无涡轮增压器的碎片进入周围环境。为此，提出了通过至少一个金属环构造而将压缩机壳体和/或涡轮壳体至少部分地包封于每个外壳中。

技术实现要素：

从这点出发，本发明是基于创建新型的用于涡轮增压器的进气系统和具有这样的进气系统的涡轮增压器的目标的。

通过根据权利要求1所述的进气系统而解决该目标。根据本发明的进气系统设计为可改造的单元，其中，进气消声器和/或进气管包括构件，其在压缩机发生故障，即，压缩机转子发生故障的事件中，去除压缩机转子的碎片的动能，因而形成密闭度保护(containment protection)。本发明首次提出了利用用于涡轮增压器的进气系统的组件，根据现有技术，这些组件专门地用于沿涡轮增压器的压缩机的方向传导将被压缩的增压空气，另外用于密闭度保护或爆裂保护，即，进气系统的进气消声器和/或进气管包括构件，其在压缩机发生故障的事件中去除来自压缩机转子的碎片的动能。具体地，能够利用这样的进气系统来改造现有的旧式涡轮增压器，以便对涡轮增压器提供有效的爆裂保护或密闭度保护。

根据有利的进一步发展，进气消声器包括板或肋，板或肋一方面用于传导将被压缩的增压空气流，而另一方面用于在压缩机发生故障的事件中去除压缩机转子的碎片的动能。备选地或优先地另外，进气消声器包括具有预先确定的断裂点的后壁和/或可变形的前壁，其中，板或肋定位于前壁与后壁之间，并且，沿轴向方向或周向方向延伸。进气消声器的区域中的这些构件单独地或彼此组合地允许对涡轮增压器的有效的爆裂保护或密闭度保护，具体地，允许改造现有的旧式涡轮增压器。

根据另一有利的进一步发展，进气管包括至少一个吸收元件，这些吸收元件一方面用于传导将被压缩的增压空气流，并且，另一方面用于在压缩机发生故障的事件中去除压缩机转子的碎片的动能。吸收元件包括截锥的形式的外表面，并且，在外侧被进气管的壁环绕，其中，截锥的形式的外表面优先地沿用于将进气管连接至压缩机壳体的凸缘的方向成锥形。另一吸收元件能够设计为具有蜂窝芯的环形结构，其具有伸出至进气管中的第一部分和伸出至压缩机壳体中的第二部分。另一吸收元件能够设计为进气管的壁的波纹管状部分，其具有跟着进气管的壁的圆柱形部分的第一端部，以及跟着压缩机壳体的第二端部。进气管包括用于将进气系统连接至压缩机的压缩机壳体的凸缘，其中，预先确定的断裂点优先地形成于该凸缘上。在进气管的区域中提供的这些构件同样地单独地或彼此组合地允许提供有效的爆裂保护或密闭度保护，优先地允许改造现有的旧式涡轮增压器。

在权利要求13中限定根据本发明的涡轮增压器。

附图说明

自从属权利要求和下文的描述获得本发明的优选的进一步发展。本发明的示范性的实施例经由附图而更详细地解释，而不局限于此。显示为：

图1是穿过涡轮增压器的进气系统的进气管的区域中的排出气体涡轮增压器的摘录(extract)的形式的横截面；

图2是穿过涡轮增压器的进气系统的另一进气管的摘录的形式的横截面；

图3是图2的进气管的进一步发展；

图4是穿过涡轮增压器的进气系统的进气消声器的摘录的形式的横截面；

图5是穿过涡轮增压器的进气系统的另一进气消声器的摘录的形式的横截面；

图6是涡轮增压器的进气系统的进气消声器的透视图。

零件列表

10 进气系统

11 压缩机

12 进气消声器

13 进气管

14 蜗壳壳体

15 插入件

16 压缩机转子

17 部分

18 吸收元件/部分

19 凸缘

20 凸缘

21 凸缘

21a 部分

21b 部分

22 凸缘

22a 部分

22b 部分

23 槽

24 壁

25 吸收元件

26 吸收元件

27 蜂窝

28 支撑结构

29 伸出部

30 前壁

31 后壁

32 板/肋

33 支撑元件

34 预先确定的断裂点

35 凸缘

36 凸缘

37 包封件主体

38 绝缘材料。

具体实施方式

本发明涉及涡轮增压器。涡轮增压器包括涡轮、压缩机以及进气系统。涡轮增压器的涡轮包括：优先地多部件涡轮壳体，其具有流入壳体(inflow housing)和流出壳体(outflow housing)；以及涡轮转子，其容纳于涡轮壳体中。涡轮增压器的压缩机包括优先地多部件压缩机壳体，该压缩机壳体具有轴承壳体、蜗壳壳体以及安装于蜗壳壳体上的插入件。此外，压缩机包括容纳于压缩机壳体中的压缩机转子，该压缩机转子联接至涡轮转子。

在涡轮中，使排出气体膨胀，并且，利用在过程中提取的能量，以便在压缩机的区域中使增压空气压缩。涡轮增压器的进气系统用于摄入将在压缩机的区域中压缩的增压空气。在此，进气系统包括进气消声器或进气管，能够经由进气消声器或进气管而将吸入的增压空气沿压缩机的方向从进气元件/消声器开始来传导。

解决这点的本领域技术人员熟悉涡轮增压器的基本构造。

在涡轮增压器的运行的期间，存在如下的风险：特别是压缩机转子断裂，并且，压缩机转子的碎片击穿压缩机的压缩机壳体且进入压缩机壳体的周围环境。这造成相当大的潜在危险。因此，对涡轮增压器提供有效的爆裂保护或密闭度保护是有重要的。这特别地适用于在本领域中已经使用的现有的旧式涡轮增压器。本发明目前涉及如下的用于涡轮增压器的进气系统：能够提供对涡轮增压器有效的密闭度保护或爆裂保护，并且，特别地适合于改造已经使用的旧式涡轮增压器。

依据本发明，进气系统设计为可改造的单元，其中，进气消声器和/或进气管包括如下的构件：在涡轮增压器的压缩机发生故障的事件中，即，在压缩机的压缩机转子发生故障的事件中，去除来自压缩机转子的碎片的动能，由此形成密闭度保护或爆裂保护。

在下文中，参考图1至图6而讨论本发明的各种实施例，其中，图1至图6中所示出的实施例或特征还能够以任何相互组合来利用。

图1示出涡轮增压器的进气系统10的区域中的涡轮增压器的摘录，其中，进气系统10 用于摄入将被压缩的增压空气，并且，沿涡轮增压器的压缩机11的方向传导将被压缩的增压空气。在图1的部分中示出进气系统10的进气消声器12和进气管13。进气消声器12用于将被压缩的增压空气的低噪声吸入，其中，进气管13用于将该增压空气沿涡轮增压器的压缩机11的方向从进气消声器12开始来传导。在图1中示出压缩机11的蜗壳壳体14和安装于蜗壳壳体14上的插入件15。此外，图1示出压缩机转子16。

在图1的示范性的实施例中，进气管13由定位成一前一后的部分(沿增压空气的流动方向观察)组成，即，由如下的部分组成：第一部分17，其以圆柱形壁直接地跟着进气消声器12；以及部分18，(沿增压空气的流动方向观察)其以波纹管状壁跟着上述的部分17。根据图1，经由彼此邻接的凸缘19、20，进气管13的部分17、18彼此连接。经由定位成与凸缘19相对的由两个部分21a、21b构成的凸缘21，进气管13的部分17以圆柱形壁与进气消声器12连接，即，与进气消声器12的凸缘35连接。经由具有定位成与凸缘20相对的两个部分22a、22b的凸缘22，进气管13的部分18连接至压缩机11，即，连接至蜗壳壳体14的凸缘36。

具体地，在压缩机转子16发生故障的事件中时，压缩机转子16的碎片与将被压缩的增压空气的流动方向相反地到达所谓的插入件15上，在插入件15与蜗壳壳体14之间的螺钉连接件发生故障后，插入件15沿进气管13的波纹管状部分18的方向移动，这是由于进气管13的波纹管状部分18的波纹管状结构变形而导致的，并且，在过程中，去除来自压缩机转子16的碎片的动能，即，用作对碎片的动能的吸收元件。

插入件15与蜗壳壳体14之间的该螺钉连接件能够经由具有应力柄(stress shank)的螺钉而形成，以便即使经由这些螺钉的塑性变形也能去除来自压缩机转子16的碎片的动能，且因而降低将从进气系统10去除的特定的能量。

因此，用作吸收元件的进气管13的波纹管状部分18一方面用于在压缩机转子16发生故障的事件中，去除来自压缩机转子16的碎片的动能，而另一方面用于使将被压缩的增压空气沿涡轮增压器的压缩机11的方向从进气消声器12开始来传导。如已经解释的，用于将进气管13连接至压缩机11的蜗壳壳体14且连接至进气消声器12的两个凸缘21、22在多个部件中分别由部分21a、21b和22a、22b体现，其中，凸缘22的部分22a、22b之间的连接点形成预先确定的断裂点，在压缩机发生故障的事件中，即，在压缩机转子16发生故障的事件中，该断裂点断裂，以便无条件地导致有可能发生波纹管状变形，即，使进气管13的部分18压缩，以用于去除来自压缩机的碎片的动能，即，来自压缩机转子16的碎片的动能。

如图1中所示，进气管13的部分18的波纹管状结构能够由部分18的壁中的至少一个周向槽23形成，且/或由上述的壁中的多个袋状凹槽形成。部分18优先地由确保在压缩机发生故障的事件中部分18的良好的变形性的材料生产出，优先地由韧性金属材料生产出。部分18还能够由橡胶状材料生产出。在图1的示范性的实施例中，进气管13包括：对动能的吸收元件，其在压缩机转子发生故障的事件中去除压缩机转子的碎片的动能；和部分18，其也用于传导增压空气流。

包封件主体37在进气管13的凸缘21、22之间延伸，包封件主体37在外侧环绕进气管13的部分17、18，其中，绝缘材料38定位于包封件主体37与进气管13的部分17、18之间。

图2也示出用于涡轮增压器的进气系统的进气管13，其中，进气管13能够以凸缘21安装至工厂特有的管道，并且，以凸缘22安装至压缩机11，具体地，安装至压缩机11的蜗壳壳体14。进气管13包括在凸缘21、22之间延伸的圆柱形壁24。进气管13继而包括用于压缩机转子的碎片的动能的吸收元件25，以便在压缩机转子发生故障的事件中去除碎片的动能，而在图2中，该吸收元件25是具有截锥的形式的外表面的组件，在外侧被进气管23的壁24环绕。该吸收元件25用于传导将被压缩的增压空气流，并且，用于在压缩机转子16发生故障的事件中去除来自压缩机转子16的碎片的动能。

具有截锥的形式的外表面的图2的吸收元件25沿用于将进气管13连接至压缩机壳体的凸缘22的方向成锥形。沿工厂特有的管道的方向与将被压缩的增压空气的流动方向相反地飞散的压缩机转子16的碎片和插入件15的碎片到达吸收元件25的外表面25上而使外表面25变形，使得吸收元件25随后以限定的方式吸收碎片的动能且捕获碎片。

图3示出另一配置，其中，在图3的版本中，除了具有截锥的形式的外表面的吸收元件25之外，还存在另一吸收元件26，吸收元件26体现为具有蜂窝芯27的环形结构。根据图3，蜂窝芯27被具有在外侧上的伸出部29的支撑结构28包封，其中，伸出部29用于将吸收元件26装配于进气管上。具有蜂窝芯27的环形结构以第一部分伸出至进气管13中，定位成与第一部分相对的部分从进气管13伸出且与上述的部分一起伸出至压缩机中(未在图3中示出)，即，伸出至压缩机的压缩机壳体中。

在图3的示范性的实施例中，具有截锥的形式的外表面的吸收元件25以这样的方式成锥形，使得吸收元件25的面向吸收元件26的端部伸出至吸收元件26的环形结构中或伸出至蜂窝芯27中。根据图3的版本，在压缩机转子16发生故障的事件中，压缩机转子16的碎片还到达蜂窝芯27上，这可通过使蜂窝芯27变形而去除碎片的动能。吸收元件25还用于传导增压空气流。

如已经解释的，进气消声器12还能够包括对涡轮增压器提供密闭度保护的构件，因此，在压缩机或压缩机转子发生故障的事件中，该构件能够吸收压缩机或压缩机转子的碎片的动能。

因此，图4示出进气消声器12的摘录，其中，在图4中，示出进气消声器12的前壁30、进气消声器12的后壁31以及定位于前壁30与后壁31之间的进气消声器12的多个板32。板32用作声音阻尼的阻尼元件。后壁31面向涡轮增压器的压缩机。

在图4的示范性的实施例中，进气消声器12的后壁31提供第一构件，第一构件用于在包括插入件的压缩机转子16发生故障的事件中，去除来自包括插入件的压缩机转子16的碎片的动能，其中，能够使后壁31以限定的方式变形。阻尼元件32同样地能够去除动能。此外，进气消声器12的前壁30是可变形的，以便在压缩机转子16发生故障的事件中，去除压缩机转子16的碎片的动能。

在图4中，板32定位于进气消声器12的前壁30与后壁31之间，其中，这些板32基本上沿周向方向和径向方向延伸，并且，沿轴向方向彼此隔开。在这种情况下，板32安装于沿轴向方向延伸的支撑元件33上。

图4的进气消声器12体现为片状金属结构，其中，在压缩机发生故障的事件中，进气消声器12的后壁31、前壁30以及板32能够有利地吸收并去除动能。

图5示出用于涡轮增压器的进气系统的进气消声器12的又一版本，其中，在图5的版本中，板或肋32同样地定位于进气消声器12的前壁30与后壁31之间，用于去除动能。根据图5的版本，预先确定的断裂点34被引入消声器的后壁31中，断裂点34优先地形成为后壁31中的周向槽，以便在那里预先确定在压缩机转子发生故障的事件中情况下的限定的后壁31的断裂，以用于去除动能。

通过图6示出根据本发明的用于进气系统的进气消声器12的又一版本，其中，在图6中，板或肋32同样地定位于进气消声器12的前壁30与后壁31之间，一方面用于传导将被压缩的增压空气流，而另一方面用于在发生故障的事件中去除插入件的动能和压缩机转子的碎片的动能。与图4和图5的示范性的实施例相对比，在图6的进气消声器12的情况下，这些板或肋32沿轴向方向和径向方向延伸，并且，沿周向方向彼此隔开。

本发明提供涡轮增压器的进气系统的区域中的有效的密闭度保护或爆裂保护。具体地，利用本发明，即，通过仅仅经由进气系统10的进气管13与压缩机11的蜗壳壳体14之间的凸缘连接件22、36而使现有的进气系统与根据本发明的进气系统交换，就能够改造在本领域中使用的现有的旧式涡轮增压器。