涡轮增压器和内燃发动机制造技术

本实用新型专利技术提供了一种涡轮增压器和内燃发动机，所述涡轮机壳体包括气体入口通道。涡轮机叶轮具有多个叶片且布置在涡轮机壳体中。轴承壳体连接到涡轮机壳体。轴可旋转地支撑在轴承壳体中并且连接到涡轮机叶轮。护罩布置成与涡轮机叶轮的至少一部分成围绕关系，所述护罩布置成与涡轮机壳体成间隔关系，且不与涡轮机壳体接触。紧固系统相对于轴承壳体将护罩固定。所述紧固系统配置为当在所述护罩上相对所述涡轮机叶轮与所述护罩接触的至少一部分施加作用力时断裂。当保险螺栓剪切断裂时，产生克服护罩的旋转惯性所需的加速度又将吸收涡轮机叶轮出现故障时所产生的惯性能量，因而能够防止故障进一步地扩展。

【技术实现步骤摘要】


本技术总体涉及用于与内燃发动机一起使用的涡轮增压器，且更具体地涉及用于涡轮增压器的涡轮机叶轮的容纳结构。

技术介绍

内燃发动机被供应有空气和燃料的混合物，用于在产生机械动力的发动机内燃烧。为了最大化由这种燃烧过程产生的动力，发动机通常配备有涡轮增压进气系统。涡轮增压进气系统包括涡轮增压器，其使用来自发动机的排气以压缩流入发动机中的空气，从而促使发动机比自然进气吸入更多量的空气进入发动机的燃烧室中。这种空气量增加使燃料量相应增加，导致发动机动力输出功率增加。
涡轮增压器通常包括压缩机壳体中安装于单个轴的一端上的压缩机叶轮和涡轮机壳体中安装于轴的另一端上的涡轮机叶轮。通常，涡轮机壳体与压缩机壳体单独形成。轴承壳体连接在涡轮机与压缩机壳体之间，用于容纳轴的轴承。涡轮机壳体接收来自发动机的排气并且将其引导到由排气驱动的涡轮机叶轮。涡轮机组件因此从排气中获取动力并且驱动压缩机。
涡轮机叶轮通常由极高密度材料制成并且在涡轮增压器的工作期间以极高转速旋转。为了限制对涡轮增压器和发动机的损坏，通常采取措施来尝试在涡轮机叶轮在涡轮增压器的工作期间出现故障的情况下容纳涡轮机叶轮的碎片。一种这样的措施是厚壁的围绕涡轮机叶轮的重型壳体。然而，这些加厚壳体相对昂贵并且会使涡轮增压器显著增重。

技术实现思路

在一方面，本技术描述了一种包括具有气体入口通道的涡轮机壳体的涡轮增压器。涡轮机叶轮具有多个叶片并且布置在涡轮机壳体中。轴承壳体连接到涡轮机壳体，且轴可旋转地支撑在轴承壳体中并且连接到涡轮机叶轮。护罩布置成与涡轮机叶轮的至少一部分成围绕关系。护罩布置成与涡轮机壳体成间隔关系并且不与涡轮机壳体接触。紧固系统相对于轴承壳体将护罩固定。所述紧固系统配置为当在所述护罩上相对所述涡轮机叶轮与所述护罩接触的至少一部分施加作用力时断裂。
进一步包括被固定到所述轴承壳体的隔热罩，且其中所述紧固系统将所述护罩固定到所述隔热罩。
所述紧固系统包括多个保险螺栓。
进一步包括插在所述护罩与所述隔热罩之间的喷嘴环，所述喷嘴环设置在所述涡轮机叶轮周围并且包括具有流动通道的多个轮叶，所述流动通道被限定在所述轮叶之间，所述轮叶与所述气体入口通道和所述涡轮机叶轮流体连通。
所述喷嘴环与所述护罩整体成型。
由所述轮叶限定的所述流动通道配置成朝所述涡轮机叶轮的内部直径切向和径向向内引导气体，且所述护罩配置成限定与所述气体入口通道和所述流动通道连通并且在基本上平行于所述涡轮机叶轮的旋转轴线的方向上延伸的流动路径。
所述护罩配置成当所述紧固系统断裂时可相对于涡轮机壳体旋转。
每一个保险螺栓具有相关联的弹簧垫圈。
每一个保险螺栓在所述护罩与所述涡轮机壳体之间的第一端处以及在所述隔热罩与所述轴承壳体之间的第二端处被接收。
在另一方面，本技术描述了一种用于驱散由于涡轮增压器中的旋转涡轮机叶轮的故障产生的能量的方法，涡轮机叶轮布置在涡轮机壳体中并且连接到可旋转地支撑在轴承壳体中的轴。所述方法包括将护罩布置成与涡轮机叶轮的至少一部分成围绕关系的步骤，护罩布置成与涡轮机壳体成间隔关系并且不与涡轮机壳体接触。护罩相对于轴承壳体采用紧固系统固定，紧固系统配置成在力被施加在对应于接触护罩的涡轮机叶轮的至少一部分的护罩上时断裂。护罩配置成当紧固系统断裂时相对于涡轮机壳体旋转。
在又一方面，本技术描述了一种内燃发动机，其具有形成于气缸体中的多个燃烧室、设置成为燃烧室提供空气或空气与排气的混合物的进气歧管以及设置成从燃烧室接收排气的排气歧管。内燃发动机进一步包括具有气体入口通道的涡轮机壳体以及具有多个叶片并且布置在涡轮机壳体中的涡轮机叶轮。轴承壳体连接到涡轮机壳体。轴可旋转地支撑在轴承壳体中并且连接到涡轮机叶轮。护罩布置成与涡轮机叶轮的至少一部分成围绕关系，护罩布置成与涡轮机壳体成间隔关系并且不与涡轮机壳体接触。紧固系统相对于轴承壳体将护罩固定，紧固系统配置成在力被施加在对应于接触护罩的涡轮机叶轮的至少一部分的护罩上时断裂。
当保险螺栓剪切断裂时，产生克服护罩的旋转惯性所需的加速度又将吸收涡轮机叶轮出现故障时所产生的惯性能量。通过将护罩设置为旋转所吸收的能量和护罩在涡轮机壳体上的制动作用可帮助减小涡轮机叶轮破损和/或通过涡轮机壳体脱开的可能性，以防止故障进一步的扩展。
附图说明
图1是根据本技术的内燃发动机的框图。
图2是根据本技术从涡轮增压器的侧面透视的概括视图。
图3是穿过图2中所示的涡轮增压器的中心的局部视图。
图4是图2中所示的涡轮增压器的涡轮机组件的截面详图。
图5是图2中所示的涡轮增压器的涡轮机组件的另一个截面详图。
图6是图2中所示的已移除涡轮机壳体的涡轮增压器的涡轮机组件的截面的透视图。
图7是图2中所示的涡轮增压器的涡轮机组件的喷嘴环和涡轮机叶轮的截面图。
图8是图2中所示的通过径向十字键销截取的涡轮增压器的涡轮机组件的截面图。
具体实施方式
本技术涉及一种改进的涡轮增压器，其结合内燃发动机使用，以促进发动机的有效工作以及涡轮增压器稳定和可靠的工作。图1示出了发动机100的简化框图。发动机100包括容纳多个燃烧气缸106的气缸箱体104。在所示实施例中，六个燃烧气缸以直线式或“I”型配置示出，但是可以使用布置成不同配置，诸如“V”型配置的任何其它数量的气缸。多个气缸106经由排气阀（未示出）流体连接至第一排气管道108和第二排气管道110。第一排气管道108和第二排气管道110中的每一个都连接至涡轮增压器119的涡轮机组件120。在所示实施例中，涡轮机组件120包括具有气体入口124的壳体122，其流体连接至第一排气管道108和第二排气管道110并布置成接收来自它们的排气。提供给涡轮机组件120的排气使连接至轴126的涡轮机叶轮（未在图1中示出）旋转。排气通过出口128排出涡轮机组件120的壳体122。在出口128处的排气在通过排烟管或尾管134排放至环境之前，可选地经过其它排气后处理部件和系统，诸如机械地和化学地从排气流除去燃烧副产物的后处理装置130，和/或减弱发动机噪声的消声器132。
轴126的旋转使压缩机组件136的压缩机叶轮（未在图1中示出）旋转。如图1所示，压缩机组件136可以是配置成通过压缩机入口140接收来自空气过滤器138的新鲜、过滤空气流的径向式、混合流式或轴向式压缩机。在压缩机组件136的出口142的加压空气在提供给发动机100的进气歧管148之前，经由增压空气管道144引导到增压空气冷却器146。在所示实施例中，来自进气歧管148的空气输送到各个气缸106，在其中空气与燃料混合并燃烧以产生发动机动力。
图1中标记102为排气循环（EGR）系统，可选的EGR系统102包括流体连接至第一排气管道108的EGR气体供应端口152的可选EGR冷却器150。来自第一排气管道108的排气流可以经过EGR冷却器150，其中气体在经由EGR管道156输送至EGR阀154之前被冷却。EGR阀154可以是电子控制的并且配置成计量或控制经过EGR管道156的气体流量。EGR阀154的出口流体连接至进气歧管148，以使得来自EGR管道156的排气可以与来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮增压器，其特征在于包括：涡轮机壳体，所述涡轮机壳体包括气体入口通道；涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮具有多个叶片并且布置在所述涡轮机壳体中；轴承壳体，所述轴承壳体连接到所述涡轮机壳体；轴，所述轴可旋转地支撑在所述轴承壳体中并且连接到所述涡轮机叶轮；护罩，所述护罩布置成与所述涡轮机叶轮的至少一部分成围绕关系，所述护罩布置成与所述涡轮机壳体成间隔关系并且不与所述涡轮机壳体接触；以及相对于所述轴承壳体固定所述护罩的紧固系统，所述紧固系统配置为当在所述护罩上相对所述涡轮机叶轮与所述护罩接触的至少一部分施加作用力时断裂。

【技术特征摘要】
2015.03.09 US 14/6420331.一种涡轮增压器，其特征在于包括：
涡轮机壳体，所述涡轮机壳体包括气体入口通道；
涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮具有多个叶片并且布置在所述涡轮机壳体中；
轴承壳体，所述轴承壳体连接到所述涡轮机壳体；
轴，所述轴可旋转地支撑在所述轴承壳体中并且连接到所述涡轮机叶轮；
护罩，所述护罩布置成与所述涡轮机叶轮的至少一部分成围绕关系，所述护罩布置成与所述涡轮机壳体成间隔关系并且不与所述涡轮机壳体接触；以及
相对于所述轴承壳体固定所述护罩的紧固系统，所述紧固系统配置为当在所述护罩上相对所述涡轮机叶轮与所述护罩接触的至少一部分施加作用力时断裂。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，进一步包括被固定到所述轴承壳体的隔热罩，且其中所述紧固系统将所述护罩固定到所述隔热罩。
3.根据权利要求2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述紧固系统包括多个保险螺栓。
4.根据权利要求3所述的涡轮增压器，其特征在于，进一步包括插在所述护罩与所述隔热罩之间的喷嘴环，所述喷嘴环设置在所述涡轮机叶轮周围并且包括具有流动通道的多个轮叶，所述流动通道被限定在所述轮叶之间，所述轮叶与所述气体入口通道和所述涡轮机叶轮流体连通。
5.根据权利要求4所述的涡轮增压器，其特征在于，所述喷嘴环与所述护罩整体成型。
6.根据权利要求5所述的涡轮增压器，其特征在于，由所述轮叶限定的所述流动...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·W·鲍尔斯，J·W·麦考马克，M·J·弗里克，R·E·安娜缇，
申请(专利权)人：卡特彼勒公司，
类型：新型
国别省市：美国;US