涡轮增压器
阅读：837发布：2020-05-13
专利汇可以提供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 提供了一种包括冷却通道的 涡轮 增压 器 。冷却通道沿着扩散器表面延伸。用于冷却扩散器表面的 流体 流动通 过冷 却通道。 涡轮 增压器 包括 水 套，该水套设置在位于窜缸混合气再循环通道与进气通道之间的连接部处。用于对窜缸混合气进行加温的冷却剂流动通过水套。冷却通道与水套连通。已经被吸入冷却通道的冷却剂在流动通过冷却通道之后流动通过水套。，下面是涡轮增压器专利的具体信息内容。
1.一种涡轮增压器，所述涡轮增压器包括：
压缩机壳体构件，所述压缩机壳体构件具有压缩机室；
压缩机叶轮，所述压缩机叶轮容置在所述压缩机室中；
进气口，所述进气口与所述压缩机室连通；
扩散器通道，所述扩散器通道与所述压缩机室连通并且具有围绕所述压缩机室的形状；
扩散器表面，所述扩散器表面面向所述扩散器通道；
冷却通道，所述冷却通道沿着所述扩散器表面延伸，其中，用于冷却所述扩散器表面的流体流动通过所述冷却通道；
进气通道，所述进气通道与所述进气口连通；
窜缸混合气再循环通道，所述窜缸混合气再循环通道用于将窜缸混合气吸入所述进气通道；以及
加热通道，所述加热通道设置在位于所述窜缸混合气再循环通道与所述进气通道之间的连接部处，其中，用于对窜缸混合气进行加温的流体流动通过所述加热通道，所述涡轮增压器的特征在于，
所述冷却通道与所述加热通道连通，并且
已经被吸入所述冷却通道中的流体在流动通过所述冷却通道之后流动至所述加热通道。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，
所述压缩机壳体构件包括连接端面，所述连接端面围绕所述进气口，所述冷却通道包括出口，所述出口位于所述连接端面中，
所述进气通道位于进气管中，
所述进气管包括连接凸缘，所述连接凸缘连接至所述连接端面，
所述加热通道包括入口，所述入口位于所述连接凸缘中，以及
所述冷却通道和所述加热通道在所述连接端面与所述连接凸缘之间的连接部处彼此连通。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述冷却通道沿着所述扩散器通道延伸并且具有近乎圆形的C形形状。
4.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述流体是内燃发动机的冷却剂。
5.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述加热通道在空气在所述进气通道中流动的方向上位于所述进气通道与所述窜缸混合气再循环通道之间的所述连接部的下游侧。
涡轮增压器
技术领域
背景技术
[0002] 通常，涡轮增压器已经被使用，其利用由内燃发动机排出的废气的动能对至发动机的空气进行增压。常规的涡轮增压器包括位于内燃发动机的排气系统中的涡轮机以及位于发动机的进气系统中的压缩机。当由发动机排出的废气被吸入涡轮机时，该由发动机排出的废气使涡轮机中的涡轮机叶轮旋转。涡轮机叶轮联接至位于压缩机中的压缩机叶轮。因此，涡轮机叶轮的旋转使压缩机叶轮旋转。当压缩机叶轮旋转时，通过压缩机入口吸入的空气被压缩并且然后被输送至压缩机叶轮外部设置的扩散器通道。该空气随后被输送至涡旋通道。将压缩空气从压缩机供给至内燃发动机改善了发动机的性能。
[0003] 压缩机入口连接至进气通道。从内燃发动机泄漏的窜缸混合气经由窜缸混合气再循环通道被吸入进气通道。窜缸混合气包含润滑油和燃料。通过压缩机吸入的空气被压缩变为高压的压缩空气。这使压缩空气流动通过的面向扩散器通道的壁表面，即扩散器表面的温度的升高。包含油作为主要成分的微滴(droplet)在温度高于或等于例如160℃时固化(solidified)。因此，油及其类似物固化且积聚在扩散器表面上。油及其类似物的积聚减小了扩散器通道的面积，因而降低了涡轮增压器的性能和操作特性。
[0004] 日本专利No.5359403公开了一种构型，在该构型中，在压缩机壳体构件的壁中设置有冷却通道。流动通过冷却通道的流体对扩散器表面进行冷却，从而使扩散器表面的温度下降。因此，扩散器表面的温度保持低于油及其类似物固化的温度。这样限制了油及其类似物在扩散器表面上的固化。
[0005] 在上述的常规的构型中，当窜缸混合气被吸入进气通道时，窜缸混合气中的水蒸汽由于被吸入压缩机的空气的温度而凝结，并且冰可能损坏压缩机叶轮。日本公开专利公报No.2012-2192公开了一种在其中进气通道具有例如诸如水套之类的加热通道的构型。用于冷却内燃发动机的冷却剂流动通过加热通道。冷却剂的温度为相对较高的大约80℃。因此，流动通过加热通道的冷却剂对进气通道的用于引入窜缸混合气的部段附近的一部分进行加热。这样限制了水蒸汽在窜缸混合气引入部段附近的凝结。因此，限制了由于冰对压缩机叶轮的损坏。
[0006] 因此，对于构型提出了下述需求：在不增大涡轮增压器的尺寸的情况下，有效地限制包含在窜缸混合气中的油及其类似物的固化并且有效地限制包含在窜缸混合气中的水蒸汽的凝结。
发明内容
[0007] 本发明的目的是提供一种在不增大尺寸的情况下有效地限制包含在窜缸混合气中的油及其类似物的固化并且有效地限制包含在窜缸混合气中的水蒸汽的凝结的涡轮增压器。
[0008] 为了实现前述目的并且根据本发明的一方面，提供了一种涡轮增压器，该涡轮增压器包括：压缩机壳体构件，该压缩机壳体构件具有压缩机室；压缩机叶轮，该压缩机叶轮容置在压缩机室中；进气口，该进气口与压缩机室连通；扩散器通道，该扩散器通道与压缩机室连通并且具有围绕压缩机室的形状；扩散器表面，该扩散器表面面向扩散器通道；冷却通道；进气通道；窜缸混合气再循环通道；以及加热通道。冷却通道沿着扩散器表面延伸。用于冷却扩散器表面的流体流动通过冷却通道。进气通道与进气口连通。窜缸混合气再循环通道将窜缸混合气吸入进气通道。加热通道设置在位于窜缸混合气再循环通道与进气通道之间的连接部处。用于对窜缸混合气进行加温的流体流动通过加热通道。冷却通道与加热通道连通。已经被吸入冷却通道的流体在流动通过冷却通道之后流动至加热通道。
附图说明
[0010] 通过参考当前优选实施方式的以下说明以及附图可以最佳地理解本发明及其目的和优点，在附图中：
[0011] 图1是示出了根据本发明的一个实施方式的涡轮增压器的截面图；
[0012] 图2是该涡轮增压器的立体图；
[0013] 图3是示出了进气管和水套的示意图；以及
[0014] 图4是从压缩机壳体构件观察的涡轮增压器的正视图。
具体实施方式
[0015] 现在将参照图1至图4对根据本发明的一个实施方式的涡轮增压器11进行描述。涡轮增压器11安装在车辆上并且用于车载内燃发动机(在下文中被称为内燃发动机)。涡轮增压器11是利用内燃发动机的排气的能量来压缩进入空气并且将压缩空气供给至内燃发动机的一种增压装置(forced induction device)。在涡轮增压器11的以下描述中，在图1中所观察到的左侧和右侧分别定义为前侧和后侧。此外，叶轮轴10(稍后描述)的中心轴线L延伸的方向定义为轴向方向，并且与中心轴线L成直角相交的方向定义为径向方向。
[0016] 如图1中所示，涡轮增压器11的壳体H包括轴承壳体构件12、涡轮机壳体构件13和压缩机壳体构件15，该涡轮机壳体构件13联接至轴承壳体构件12的后端部，该压缩机壳体构件15通过压缩机壳体构件15与轴承壳体构件12之间的密封板14联接至轴承壳体构件12的前端部。轴承壳体构件12具有中心轴线。涡轮增压器11包括设置在涡轮机壳体构件13中的涡轮机T和设置在压缩机壳体构件15中的压缩机C。涡轮机T设置在内燃发动机的排气通道(未示出)中，并且压缩机C设置在内燃发动机的进气通道(未示出)中。
[0017] 轴承壳体构件12具有轴孔12a，该轴孔12a沿轴向方向延伸穿过轴承壳体构件12。叶轮轴10经由轴承16以旋转的方式支承在轴孔12a中。涡轮增压器11包括涡轮机叶轮17和压缩机叶轮18，该涡轮机叶轮17联接至叶轮轴10的后端部，该压缩机叶轮18联接至叶轮轴
10的前端部。
10的前端部。
[0018] 涡轮机叶轮17设置在涡轮机壳体构件13中，并且压缩机叶轮18设置在压缩机壳体构件15中。涡轮机叶轮17和压缩机叶轮18通过叶轮轴10联接至彼此。因此，涡轮机叶轮17、叶轮轴10和压缩机叶轮18一体地旋转。
[0019] 另外，涡轮增压器11具有涡轮机室13a、排气出口13b和涡轮机涡旋通道13c，该涡轮机室13a容置有涡轮机叶轮17。涡轮机室13a和涡轮机涡旋通道13c位于涡轮机壳体构件13中。排气出口13b沿轴向方向延伸并且与涡轮机室13a连通。涡轮机涡旋通道13c具有沿着涡轮机叶轮17的外圆周延伸的螺旋形状。
[0020] 压缩机壳体构件15包括筒状的周缘壁34和位于周缘壁34径向外部的螺旋形的通道壁35。涡轮增压器11具有压缩机室15a，该压缩机室15a容置有压缩机叶轮18。压缩机室15a位于周缘壁34的后端部附近，并且进气口15b位于周缘壁34的前端部附近。周缘壁34具有中心轴线。轴承壳体构件12的中心轴线与周缘壁34的中心轴线同叶轮轴10的中心轴线L一致。进气口15b与压缩机室15a连通。
[0021] 如图1和图4中所示，周缘壁34的前端面，即围绕进气口15b的开口的端面是连接端面15g。周缘壁34在连接端面15g的外圆周上具有凸台(bosses)23。凸台23各自具有在连接端面15g中敞开的内螺纹孔23a。
[0022] 如图1中所示，涡轮增压器11在通道壁35的内侧具有压缩机涡旋通道20。压缩机涡旋通道20具有沿着压缩机室15a的外圆周延伸的螺旋形状。涡轮增压器11具有位于周缘壁34的后端面与密封板14之间的扩散器通道21。扩散器通道21具有围绕压缩机室15a的环状形状。扩散器通道21对通过进气口15b已经吸入的空气进行压缩，从而增大空气的压力。周缘壁34具有面向扩散器通道21的扩散器表面15f。
[0023] 如图1、图2和图4中所示，压缩机壳体构件15具有近乎圆形的C形冷却通道29。冷却通道29沿着扩散器通道21延伸。冷却通道29在用于冷却剂的入口29a附近包括引入通道29c。引入通道29c——该引入通道29c是冷却通道29的一部分——包括从入口29a沿径向方向延伸的直的部段，以及沿着周缘壁34的中心轴线朝向扩散器通道21延伸的部段。
[0024] 冷却通道29在入口29a的下方位置处包括用于冷却剂的出口29b。冷却通道29的出口29b位于压缩机壳体构件15的连接端面15g中。冷却通道29在出口29b附近具有出口通道29d。出口通道29d——该出口通道29d是冷却通道29的一部分——从冷却通道29的C形部分以线性的方式延伸至连接端面15g。冷却通道29具有通道主要部分29f，该通道主要部分29f是将引入通道29c与出口通道29d彼此连接的C形部段。通道主要部分29f大致沿着扩散器通道21的整个长度延伸。用于冷却内燃发动机的冷却剂流动通过冷却通道29。已经从入口29a流动通过引入通道29c、通道主要部分29f和出口通道29d的冷却剂被从出口29b导引离开冷却通道29。流动通过通道主要部分29f的冷却剂对沿着扩散器通道21伸延的扩散器表面15f进行冷却。
[0025] 如图1中所示，进气口15b经由压缩机室15a与扩散器通道21连通。扩散器通道21与压缩机涡旋通道20连通。压缩机涡旋通道20与出口(未示出)连通。压缩机壳体构件15的连接端面15g经由板形密封构件19连接至进气管24。在进气管24中设置有进气通道24a。
[0026] 如图3中所示，进气管24具有连接至压缩机壳体构件15的连接凸缘27。连接凸缘27具有螺栓插入部分27a。螺栓28穿过螺栓插入部分27a并且螺纹连接至压缩机壳体构件15的内螺纹孔23a。这使得进气管24连接至压缩机壳体构件15，从而进气口15b和进气通道24a彼此连通。通过密封构件19将压缩机壳体构件15的连接端面15g与进气管24的连接凸缘27之间的间隙以液密方式密封。
[0027] 如图2和图3中所示，进气管24在进气通道24a的外圆周中具有水套25。水套25用作加热通道。用于冷却内燃发动机的冷却剂中的一些冷却剂流动通过水套25。进气管24连接至窜缸混合气管31。窜缸混合气管31具有在窜缸混合气管31中的窜缸混合气再循环通道31a。这使得进气通道24a与窜缸混合气再循环通道31a连接至彼此。水套25在空气在进气通道24a中流动的方向上位于进气通道24a与窜缸混合气再循环通道31a之间的连接部的下游侧。
[0028] 窜缸混合气管31连接至内燃发动机的曲轴箱。输送至曲轴箱的窜缸混合气经由窜缸混合气再循环通道31a被导引至进气通道24a。导引至进气通道24a中的窜缸混合气与通过进气口15b吸入的空气混合。
[0029] 在进气管24的壁中设置有连通通道33。连通通道33的前端部与水套25连通，并且连通通道33的后端部在连接凸缘27的端面中敞开。连通通道33的后端部构成水套25的冷却剂入口。连通通道33的入口与冷却通道29的在连接端面15g中敞开的出口29b连通。这使得水套25与冷却通道29连接至彼此。水套25被设置成围绕位于窜缸混合气再循环通道31a与进气通道24a之间的连接部，即窜缸混合气管31的近端。此外，水套25在进气管24的圆周的一半圆周上延伸(range)。流动通过水套25的冷却剂对位于窜缸混合气再循环通道31a与进气通道24a之间的连接部以及该连接部周围的区域进行加温。水套25的上部部分连接有出口管道32。冷却剂经由出口管道32被导引离开水套25。
[0030] 现在将参照图1对涡轮增压器11的操作进行描述。
[0031] 如图1中所示，从内燃发动机排出的废气经由涡轮机壳体构件13的废气入口(未示出)被输送至涡轮机涡旋通道13c。废气被吸入涡轮机室13a的同时在涡轮机涡旋通道13c中围绕涡轮机叶轮17涡动。废气至涡轮机室13a的引入使叶轮轴10旋转。在叶轮轴10旋转之后，废气通过涡轮机壳体构件13的排气出口13b排出。废气通过废气净化装置被净化并且释放至大气。
[0032] 涡轮机叶轮17经由叶轮轴10联接至压缩机叶轮18。因此，涡轮机叶轮17的旋转使压缩机叶轮18旋转。当压缩机叶轮18旋转时，空气经由进气通道24a和进气口15b被吸入压缩机室15a中，并且然后被输送至扩散器通道21。此时，窜缸混合气经由进气口15b也被吸入扩散器通道21。吸入的空气通过流动通过扩散器通道21而被压缩。压缩空气流动通过压缩机涡旋通道20并且经由出口(未示出)供给至内燃发动机。
[0033] 内燃发动机的冷却剂经由入口29a被吸入冷却通道29。此后，冷却剂流动通过引入通道29c、通道主要部分29f和出口通道29d，并且然后通过出口29b被导引离开冷却通道29。冷却剂从出口29b经由连通通道33流入水套25。已经流动通过水套25的冷却剂中的一些冷却剂被导引离开出口管道32。
[0034] 上述实施方式具有以下优点。
[0035] (1)压缩机壳体构件15具有用于冷却扩散器表面15f的冷却通道29。进气管24具有用于对窜缸混合气进行加温的水套25。冷却通道29与水套25彼此连通。在流动通过冷却通道29之后，冷却剂流动通过水套25。该构型允许冷却剂对扩散器表面15f进行冷却，从而使扩散器表面15f的温度下降。因此，扩散器表面15f的温度保持低于油及其类似物的固化的温度。这限制了油及其类似物在扩散器表面15f上的固化。当流动通过冷却通道29时，冷却剂被压缩空气加热。因此，从冷却通道29流入水套25的冷却剂的温度上升至高于冷却剂被吸入冷却通道29之前的冷却剂温度。其温度已经上升的冷却剂对位于进气通道24a与窜缸混合气再循环通道31a之间的连接部以及该连接部周围的区域进行加温。这抑制了吸入进气通道24a的窜缸混合气中的水蒸汽的凝结。因此，流动通过冷却通道29和水套25的冷却剂既可以用于限制油及其类似物的固化又可以用于限制水蒸汽的凝结。另外，冷却剂温度上升之前的冷却剂限制了油及其类似物的固化，并且冷却剂温度已经上升之后的冷却剂限制了水蒸汽的凝结。因此可以有效地限制油及其类似物的固化以及水蒸汽的凝结。
[0036] (2)连通通道33将冷却通道29与水套25连接至彼此。该构型将限制油及其类似物的固化的冷却剂回路与限制水蒸汽凝结的冷却剂回路连接至彼此以构成单个回路。因此，与限制油及其类似物固化的冷却剂回路与限制水蒸汽凝结的冷却剂回路彼此独立的情况相比，减少了涡轮增压器11中所需的管道的数量。此外，不增大涡轮增压器11的尺寸。
[0037] (3)压缩机壳体构件15具有出口29b，该出口29b与冷却通道29连通并且在连接端面15g中敞开。此外，进气管24具有连通通道33的入口，该连通通道33的入口与水套25连通并且在连接凸缘27中敞开。通过将进气管24简单地连接至压缩机壳体构件15，则冷却通道29连接至水套25，从而冷却通道29和水套25彼此连续。与在其中冷却通道29的出口29b与连通通道33的入口通过管道彼此连接的情况相比，该构型减少了部件的数量。
[0038] (4)冷却通道29的入口29a位于压缩机壳体构件15的下部，并且冷却通道29的出口29b位于入口29a的下方。这允许冷却通道29的通道主要部分29f具有近乎圆形的C形形状。
因此，通道主要部分29f大致沿着扩散器通道21的整个长度延伸。因此，扩散器表面15f可以通过冷却剂被大致完全冷却。
因此，通道主要部分29f大致沿着扩散器通道21的整个长度延伸。因此，扩散器表面15f可以通过冷却剂被大致完全冷却。
[0039] (5)用于冷却内燃发动机的冷却剂流动通过冷却通道29和水套25。温度已经上升至大约200℃的空气沿着扩散器表面15f流动。冷却剂的温度介于80℃与100℃之间。因此，冷却剂有效地冷却扩散器表面15f。此外，当流动通过水套25时，温度已经上升至超过介于80℃与100℃之间的范围的冷却剂有效地限制水蒸汽的凝结。
[0040] (6)水套25在空气在进气管24中流动的方向上位于进气通道24a与窜缸混合气再循环通道31a之间的连接部的下游侧。因此，水套25在窜缸混合气被吸入之后紧接着对窜缸混合气进行加温，从而有效地限制了包含在窜缸混合气中的水蒸汽的凝结。
[0042] 在图示的实施方式中，冷却通道29大致在扩散器通道21的整个长度上延伸。然而，冷却通道29也可以仅沿着扩散器通道21的一部分延伸。
[0043] 在必要时可以改变冷却通道29的入口29a和出口29b的位置。在这样的情况下，仅需要根据冷却通道29的出口29b改变连通通道33的位置。
[0044] 只要水套25可以对位于窜缸混合气再循环通道31a与进气通道24a之间的连接部以及该连接部周围的区域进行加温，那么水套25可以设置成围绕进气通道24a的整个圆周，或设置成围绕连接部以及该连接部周围的区域。
[0045] 流动通过冷却通道29和水套25的流体不必必须是冷却剂，也可以是油或空气。
[0046] 在图示的实施方式中，水套25用作加热通道。然而，也可以在进气管24的外圆周上设置与进气管24分离的管道以用作加热通道。
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