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隔热罩与具有隔热罩的 涡轮 增压器

阅读：133发布：2020-05-12

专利汇可以提供隔热罩与具有隔热罩的涡轮增压器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种尤其用于涡轮增压器的隔热罩 (100)，所述隔热罩(100)呈圆盘形状，或者呈单级或多级阶梯的锅形状，所述圆盘或锅形状具有外边缘，所述外边缘(40)具有至少一个挖空段(44)，所述挖空段(44)与外边缘(40)形成连接段，该连接段向外弯曲形成弹性臂，所述连接段要么闭合，要么在某一点敞开。，下面是隔热罩与具有隔热罩的涡轮增压器专利的具体信息内容。

权利要求

1.用于涡轮增压器的隔热罩，所述隔热罩可以布置在涡轮增压器的轴承壳体(14)和涡轮壳体(12)之间，其中，
-所述隔热罩呈圆盘形状，或者呈单级或多级阶梯的锅形状，
-所述圆盘或锅形状具有外边缘(40)，所述外边缘位于一个与它的中心轴线垂直地布置的平面中，
其特征在于，
-所述外边缘(40)具有至少一个在周向上布置的挖空段(44)，和
-各所述挖空段(44)与外边缘(40)形成在周向上延伸的连接段(42)，并且该连接段(42)沿轴向以波形弹簧的方式弯曲，以便形成具有轴向弹簧行程的弹性臂(30)。
2.根据权利要求1所述的隔热罩，其特征在于，至少一个连接段(42)在周向上的一个位置上是断开的，其中，所述连接段(42)的如此形成的分段在轴向上弯曲。
3.根据权利要求1所述的隔热罩，其特征在于，连接段(42)具有连续相同的厚度，或者具有至少一个或多个不同厚度的部分。
4.根据权利要求1所述的隔热罩，其特征在于，隔热罩(100)具有一个或多个的连接段(42)，所述连接段(42)在同一个与中心轴线同心地环绕的轨迹(46)中布置在外边缘(40)上。
5.根据权利要求4所述的隔热罩，其特征在于，隔热罩(100)具有至少一个或多个附加轨迹(46)，所述轨迹(46)各有一个或多个的连接段(42)，且所述轨迹(46)各自具有同样多或者不一样多的连接段(42)。
6.根据权利要求5所述的隔热罩，其特征在于，一个或者多个轨迹(46)的连接段(42)的形状、尺寸或布置方式相同或不同。
7.根据权利要求5所述的隔热罩，其特征在于，至少两个或多个轨迹(46)的连接段(42)相互至少部分错开或者基本上对齐地布置。
8.根据权利要求5所述的隔热罩，其特征在于，连接段(42)以预先确定的相同的或不同的尺度沿轴向弯曲。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的隔热罩，其特征在于，隔热罩(100)由一种耐高温的金属材料构成。
10.根据权利要求9所述的隔热罩，其特征在于，隔热罩(100)由一种耐高温的金属合金构成。
11.根据权利要求1～8中任一项所述的隔热罩，其特征在于，将隔热罩(100)制成弯曲的金属件或钣金件。
12.根据权利要求1～8中任一项所述的隔热罩，其特征在于，隔热罩(100)具有用于在涡轮增压器(16)的轴承壳体(14)和涡轮壳体(12)之间固定和对中隔热罩的通孔(34)。
13.一种涡轮增压器，其具有轴承壳体(14)和涡轮壳体(12)和具有按照权利要求1～
12中任一项所述的隔热罩(100)，所述隔热罩可以布置在轴承壳体(14)和涡轮壳体(12)之间。

说明书全文

隔热罩与具有隔热罩的 涡轮 增压器

[0001] 本发明涉及一种尤其是涡轮增压器的隔热罩和具有这种隔热罩的涡轮增压器，用于防止热介质或高温介质如高温废气将热量带入，以保护涡轮增压器的轴承。

[0002] 涡轮增压器通常具有壳体，壳体中安装有涡轮叶轮和可利用向心轴承在一根轴上旋转的压缩机叶轮，所述轴的转速可以达到例如300,000转/分钟。为了能够吸收所出现的轴向力，也可以配置例如至少一个推力轴承。利用相应的润滑油对这些轴承进行润滑。

[0003] 由于涡轮增压器中的废气温度很高，会将大量热量带入到轴承之中，这将使得用于润滑轴承的润滑油发生碳化，在最差情况下会导致轴承完全失效。通过涡轮与轴承直接的隔热罩可以减少热量渗透，避免发生润滑油碳化。

[0004] 按照现有技术的已知做法，要么以串联方式，要么以并联方式将隔热罩安装在轴承壳体与涡轮壳体之间。若采用串联安装隔热罩的方式，那么厚度公差将会影响涡轮叶轮与涡轮壳体之间的轴向轮廓间隙，这将对涡轮的效率造成不利影响。如采用并联安装方式，则必须将隔热罩设计成能够补偿零部件公差和热膨胀的弹簧形式。要么将所述弹簧设计成三个或更多沿径向向外布置的弹性臂，或者将其设计成周向凸缘环形式。但是正如以下例如参照附图3和5所详细描述的一样，这种弹簧也有缺点：弹性臂很容易撕断，或者周向凸缘环具有很高的弹力且弹簧行程较小。

[0005] 因此本发明的任务在于，提供一种经过改进的隔热罩或者配有改进隔热罩的涡轮增压器，其中可以减小渗透到涡轮增压器轴承之中的热量。

[0006] 采用具有权利要求1所述特征的一种隔热罩即可解决这一任务。

[0007] 按照本发明所述，提供一种特别是用于涡轮增压器的隔热罩，所述隔热罩呈圆盘形状，或者呈单级或多级阶梯的锅形状，其中

[0008] -所述圆盘或锅形状具有外边缘，所述外边缘具有至少一个挖空段，[0009] -所述挖空段与外边缘形成连接段，该连接段向外(优选沿着轴向，也就是朝向涡轮壳体方向或者朝向轴承壳体方向)弯曲形成弹性臂，所述连接段要么闭合，要么在某一点敞开。

[0010] 此外还可以使外边缘上的凸缘环在周向呈断续状。

[0011] 这种隔热罩的优点在于：使连接段向外弯曲成为弹性臂，可以实现比较长的弹性臂，而在已知形式的隔热罩中其弹性臂比较短。较长的弹性臂还能实现平缓的弹簧特性曲线，也就是弹力在弹簧的工作范围内能保持不变。由于特性曲线平缓，可以选择比较大的轴向弹簧行程，从而可以补偿公差和热膨胀，且弹力不会下降。这样就能保证隔热罩及其弹性臂不会松动。

[0012] 关于本发明的有益实施形式以及改进实施形式，可参阅从属权利要求以及参照附图所作的描述。

[0013] 按照本发明的一种实施方式，连接段例如具有长形、圆形以及/或椭圆形状。连接段原则上可以具有任意形状。关键在于连接段应可以充分向外弯曲，以便形成具有适当弹力并且具有适当弹簧行程的弹性臂。例如挖空段越长，则连接段也会相应地变得越长，从而可以将连接段向外弯曲得更远一些。例如可以适当选择连接段的形状或长度，使得连接段一方面可以充分向外弯曲，另一方面可以实现充分的弹力。

[0014] 在本发明所述的另一种实施方式中，连接段具有连续相同的厚度，或者至少有一部分或者多个部分具有不同的厚度。换句话说，连接段的厚度可以保持相同或者有所变化。

[0015] 在本发明所述的另一种实施方式中，隔热罩具有一个或者多个连接段，所有这些连接段均在同一个轨迹中布置在外边缘上。这些连接段也可以在同一个轨迹之内沿径向错开，就此而言，并非仅有一个轨迹可以配置至少一个连接段或多个连接段，而是可以有至少两个轨迹或者多个轨迹。同一个轨迹的连接段可以相同或者不同。对于多个轨迹的连接段而言同样如此，视功能与用途而定，可以将两个或多个轨迹的连接段设计成相同或不同形式。例如这些轨迹的连接段可以相互错开布置，或者基本上对齐。以这种方式可以实现若干具有弹性臂的隔热罩，例如可以针对结构条件或者不同的功能与用途对弹性臂进行调整。

[0016] 在本发明所述的另一种实施方式中，可以将一个或多个连接段敞开地置于连接片的某一侧上，例如在中间或者另一个位置。将连接段的相应部分相应地向外弯曲。例如将相应的连接段或者连接段的一部分以预先确定的尺度向外弯曲，以便预先确定弹性臂的弹簧行程。与那些只能轻微弯曲其弹性臂的已知隔热罩相比，由于可以将连接段沿切向向外弯曲，因此能够实现更大的弹簧行程。

[0017] 在另一种实施方式中，视功能和用途或结构条件而定，某一轨迹或多个轨迹的连接段或连接段的一部分例如以相同的尺度向外弯曲或者以不同的程度向外弯曲。

[0018] 按照本发明所述的另一种实施方式，圆盘形隔热罩在外边缘范围内向外凸起，凸起部分可以呈连续或阶梯形状，例如可以呈单个、两个或多个阶梯形状。例如可以利用该凸起部分来调整隔热罩，使其适合安装于轴承壳体和涡轮增压器的叶轮壳体之间。但可想而知，原则上也可以使隔热罩基本上呈扁平形式，向外弯曲的弹性臂除外。视功能、用途或结构条件而定，隔热罩原则上可以具有任何形状。

[0019] 在本发明所述的另一种实施方式中，隔热罩由一种耐热或耐高温材料制成，具体视使用位置而定，换句话说，也可根据隔热罩所承受的温度选择其材料。这意味着，例如当温度并不很高时，可以使用一种耐热材料，而当温度很高时，则使用一种耐高温材料。所述耐热或耐高温材料可以是例如一种适当的金属材料或者适当的金属合金或者其它适当的材料或材料组合，只要这些材料适合于形成弹性臂即可。

[0020] 按照本发明所述的另一种实施方式，可以将隔热罩例如制成车削件或者弯曲的金属件或钣金件。但本发明并不限于这些方法。

[0021] 以下将根据示意性的附图所示的实施例，对本发明进行详细解释。图中示出：

[0022] 附图1为按照现有技术的所谓的“夹心式”隔热罩在安装状态下的局部剖面图；

[0023] 附图2a-c为根据附图1的“夹心式”隔热罩的三种透视视图；

[0024] 附图3为按照现有技术的所谓的弹性臂式隔热罩在安装状态下的局部剖面图；

[0025] 附图4a-c为根据附图3的弹性臂式隔热罩的三种透视视图；

[0026] 附图5为按照现有技术的具有周向凸缘环的隔热罩在安装状态下的局部剖面图；

[0027] 附图6a-c为根据附图5的具有周向凸缘环的隔热罩的三种透视视图；

[0028] 附图7a-c为本发明所述的波形弹簧式隔热罩的三种透视视图；

[0029] 附图8为本发明所述波形弹簧式隔热罩在安装状态下的局部剖面图，其中涡轮壳体与轴承壳体通过螺栓连接方式相互接合；

[0030] 附图9为根据附图7a-7c的波形弹簧式隔热罩在安装状态下的局部剖面图，其中涡轮壳体与轴承壳体通过卡箍连接方式相互接合；和

[0031] 附图10为波形弹簧式隔热罩与具有径向布置的弹性臂的弹簧隔热罩的弹簧特性曲线对比图。

[0032] 如果没有其它说明，在所有附图中均以相同的附图标记表示相同或功能相同的元件和装置。

[0033] 附图1所示为按照现有技术的所谓的“夹心式”隔热罩10在安装状态下的局部剖面图。所述“夹心式”隔热罩10位于涡轮增压器16的涡轮壳体12和轴承壳体14之间，并且要么采用螺栓连接方式，要么采用夹紧箍连接方式将其与这些部件沿轴向成一列地夹紧。

[0034] 但这种“夹心式”隔热罩10的问题在于：隔热罩10的厚度公差对涡轮增压器16的涡轮叶轮20与涡轮壳体12之间的轴向轮廓间隙18有影响。轮廓间隙18又会影响到涡轮的热动力特性以及效率。可以将“夹心式”隔热罩10制成钣金件或车削件，由于存在厚度公差，因此必须在涡轮叶轮20和涡轮壳体12之间预留轴向间距，这就会使得涡轮的效率变差。

[0035] 附图2a和2c所示为“夹心式”隔热罩10的两种透视视图，分别从侧面观察“夹心式”隔热罩10，包括用于涡轮壳体12的接触面22。此外在附图2b中还绘出了“夹心式”隔热罩10的侧视图，包括用于轴承壳体的平坦接触面24以及用于涡轮壳体的平坦接触面26。“夹心式”隔热罩10朝向涡轮壳体的侧面分两个阶梯向外凸起，并且具有一个开口34，用于推送到轴承壳体14或者涡轮增压器16的轴28上。

[0036] 附图3所示为按照现有技术的所谓的弹性臂式隔热罩10在安装状态下的局部剖面图。涡轮壳体12在轴向直接紧贴在轴承壳体14上。弹性臂式隔热罩10平行地夹紧于轴承壳体14和涡轮壳体12之间，因此不影响轮廓间隙18。附图3所示为轴承壳体14上的用于涡轮壳体12的接触面22，例如卡箍连接的接触面。此外图中所示还有隔热罩10的径向弹性臂30，以及如何在轴承壳体14和涡轮壳体12之间将其夹紧的方式。此外图中还绘出了涡轮壳体12与轴承壳体14之间的轴向间隙32，可通过接触面22确定该间隙。

[0037] 附图4a和4c所示为弹性臂式隔热罩10的透视视图，从侧面观察，弹性臂式隔热罩10在安装状态下朝向涡轮叶轮。隔热罩10具有三个向外弯曲的弹性臂30。附图4b所示为弹性臂式隔热罩10的侧视图。隔热罩10在涡轮叶轮的侧面向外凸起，并且在中间具有一个开口34，用于推送到涡轮增压器16的轴30或者轴承壳体14上。

[0038] 弹性臂式隔热罩10的缺点在于：由于部件会迅速受热，这些部件很快就会膨胀。由于结构空间的限制，弹性臂30很短且圆角半径很小，因此在膨胀时可能会引起热机械过载，导致这种圆角半径的部件发生变形。这种过载可能会撕裂或完全撕断弹性臂30。隔热罩10将因此而松动，并且可能会跟随转动，从而丧失隔热作用。此外它还可能与涡轮叶轮发生接触，从而导致涡轮增压器完全失效。

[0039] 短弹性臂30的另一个问题是弹簧特性曲线较为陡峭，当行程变化很小时，弹力在工作范围内就会急剧升高，如附图10所示。为了使弹力不至于变得太高而引起弹性臂30塑性变形以及难于装配的危险，最大弹簧行程以及工作范围非常小。由于弹簧一方面必须覆盖安装空间的公差链以及动态热膨胀，另一方面由于特性曲线陡峭以及弹簧行程/工作范围有所限制，因此在运行过程中可能会丧失预紧力。这是现有技术条件下的已知问题，会导致涡轮增压器失效。

[0040] 附图5所示为按照现有技术的具有周向凸缘环36的隔热罩10在安装状态下的另一个局部剖面图。这里的隔热罩10的安装方式与具有弹性臂30的隔热罩10一样。涡轮壳体12在轴向紧贴在轴承壳体14上，例如设有用于涡轮壳体12的在轴承壳体14上的接触面22，其中采用夹紧箍连接方式。具有周向凸缘环36的隔热罩10平行地夹紧于轴承壳体14和涡轮壳体12之间，或者将其周向凸缘环36弹性预紧。隔热罩10因此不会影响涡轮叶轮20和涡轮壳体12之间的轮廓间隙18。附图5还示出了涡轮壳体12和轴承壳体14之间的轴向间隙32，通过用于涡轮壳体12的接触面22确定该间隙。

[0041] 附图6a和6c所示为具有周向凸缘环36的隔热罩10相应的透视视图，从侧面观察，隔热罩10在安装状态下朝向涡轮叶轮。此外附图6b所示为隔热罩10的侧视图。隔热罩10具有朝向涡轮叶轮向外呈阶梯状的凸起部分38，并且具有一个弹性凸缘环36。此外还有一个开口34，用于将隔热罩10推送到涡轮增压器的轴或者轴承壳体14上。

[0042] 附图7a和7c所述为本发明所述波形弹簧式隔热罩100的透视视图，从侧面观察，隔热罩在安装状态下朝向涡轮叶轮。波形弹簧式隔热罩100例如具有一个开口34，可用来将隔热罩100安装在涡轮增压器16上。此外附图7b所述为波形弹簧式隔热罩100的侧视图。

[0043] 本发明所述的波形弹簧式隔热罩100具有一个周向边缘或凸缘环40，在该边缘或凸缘环上面布置有例如三个连接段42，这些连接段向外凸起，用于分别提供一个弹性段或弹性臂30。在周向边缘40中形成连接段42，方法是在边缘40上加工出相应的挖空段44。在附图7a和7c所示的长形连接段42中，在隔热罩100的周向边缘40上沿径向相应地设有一个长形连接段42，为此分别将长形挖空段44沿径向布置在周向边缘40上，以便形成相应的连接段42。连接段42可以具有保持相同的厚度，如附图7a和7c所示，或者视功能或用途而定，在长度范围内形成不同的厚度。

[0044] 将相应的连接段42向外弯曲，例如基本上沿切向向外凸起，以便形成具有适当弹簧行程的弹性臂30。可以将弹簧行程设计得比较大一些，如附图5和6所示具有周向凸缘环36的隔热罩10的弹簧行程一样。

[0045] 波形弹簧式隔热罩100可以具有至少一个、两个、三个或更多向外弯曲成弹性臂30形式的连接段42。可以如附图7a和7c所示将连接段42均匀地布置沿径向在隔热罩
100的周向边缘40上，或者视功能或用途而定，使其沿径向不均匀地布置。连接段42的形状和/或尺寸可以相同或者不同。此外除了附图7a和7c中所示具有连接段42的一个轨迹46之外，也可以采用各有至少一个或者更多连接段42的两个、三个以及更多的轨迹。附图7a中虚线所示为具有另一个连接段42的第二轨迹46，两个轨迹46的连接段42例如基本上对齐。连接段42也可以相互错开或者部分错开地布置(图中没有绘出)。

[0046] 此外轨迹46的连接段42的形状和/或尺寸例如分别可以相同或者不同。例如外侧轨迹46可以具有最长的连接段42，而最内侧的轨迹46则具有最短的连接段42，反之亦然，轨迹46的连接段42可以具有例如相同的形状或不同的形状与尺寸。此外一个轨迹46或多个轨迹46的连接段42可以相同或不同程度地凸起，或者具有相同或不同的弹簧行程。例如视功能和用途而定，一个轨迹46的连接段42以及多个轨迹46的连接段42原则上可以任意改变。

[0047] 附图8所示为安装状态下波形弹簧式隔热罩100的局部剖面图，涡轮壳体12和轴承壳体14例如通过螺栓连接方式相互接合。附图8所示为涡轮壳体12的相应接触面22。

[0048] 通过这些向外弯曲的连接段42或者通过切向布置弹性臂30，可以在结构空间相同的情况下实现明显比较长的弹性臂30。较长的弹性臂30能使得弹簧特性曲线较为平缓，如附图10所示，即弹力在弹簧的工作范围内保持不变。由于特性曲线平缓，可以选择很大的轴向弹簧行程，从而可以补偿公差和热膨胀，且弹力不会下降。因此就可保证弹簧不会松动。

[0049] 通过弹性臂30的形状或者通过连接段42的形状和弯曲程度可以确定工作范围内的弹力水平。可想而知，弹性臂30并非要像附图7a和7c所示的一样在圆周方向呈闭合形状，也可以将弹性臂30布置在某一侧面上，或者例如在中间敞开，如附图7a和7c中的虚线所示。这样就可以将弹性臂的一段或两段更加向外弯曲一些，以便实现更长的弹簧行程，且弹性臂30的两段可以向外弯曲相同程度或不同程度。

[0050] 附图9所示为安装状态下波形弹簧式隔热罩100的局部剖面图，涡轮壳体12和轴承壳体14例如通过卡箍连接方式相互接合。附图9绘出了涡轮壳体12的相应接触面22，此外还有涡轮壳体12与轴承壳体14之间的轴向间隙32。利用开口34将波形弹簧式隔热罩100推送到涡轮增压器16的轴28上或者推送到轴承壳体14的凸起部上。图中所示的连接段42优选基本上沿切向向前弯曲，以便形成弹性臂30，例如通过卡箍连接将轴承壳体14和涡轮壳体12相对夹紧。波形弹簧式隔热罩100在当前情况下具有一个阶梯状锅形状，但也可以将其设计成例如圆盘形状，连接段均向外弯曲形成弹性臂。因此之前所述的实施方式也相应地适用于圆盘形状的波形弹簧式隔热罩100。

[0051] 尽管已根据上述优选实施例对本发明进行了阐述，但本发明并不仅限于此，而是可以用多种方式和方法对其进行改进。上述实施方式特别是其各项特征均可以相互组合运用。

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