渦輪增壓器凸緣的製作方法

2023-06-06 07:43:46 5

本發明涉及一種用於將渦輪增壓器附接到歧管的渦輪增壓器凸緣。本發明還涉及相應的歧管凸緣和具有這種渦輪增壓器凸緣的渦輪增壓器。

本發明可應用於重型車輛，例如卡車、大客車和建築設備。雖然將針對卡車描述本發明，但本發明不限於這種特定車輛，而是也可在利用渦輪增壓器單元的其它應用中使用，例如航空或航海系統。

背景技術：

渦輪增壓器是與相關的內燃機(典型地為柴油發動機)一起使用的車輛部件。渦輪增壓器被構造為回收排氣能量的一部分並利用該能量來壓縮流入到內燃機的燃燒室內的進氣。通常，提供渦輪增壓器來提高內燃機的效率和功率。

渦輪增壓器具有三個主要部件：用於將排氣流的能量轉化為渦輪機的旋轉運動的渦輪機、旋轉地連接到渦輪機以壓縮進氣的壓縮機、以及封裝該渦輪機和壓縮機及旋轉軸、軸承等的殼體。

在運行期間，渦輪增壓器通過將渦輪機側的排氣入口與內燃機的歧管連接而安裝到氣缸蓋。fr2921696中示出了一個此示例，其中，渦輪增壓器凸緣通過布置在該渦輪增壓器凸緣的相反側上的中間間隔器被夾緊到歧管上。螺栓被插入穿過歧管並與所述中間間隔器的螺紋孔接合，由此，在螺栓被擰緊時，渦輪增壓器凸緣被壓靠到歧管上。

上述解決方案需要三個螺栓以確保充分的附接。由於該渦輪增壓器的安裝和拆卸期間的可用空間非常有限上述解決方案並不是所希望的。因此，有利的是提供一種改進的渦輪增壓器凸緣，它允許渦輪增壓器便利地安裝到歧管並且便利地從歧管上拆卸。

技術實現要素：

本發明的目的是提供克服現有技術單元的上述缺點的渦輪增壓器凸緣。

根據第一方面，該目的通過根據權利要求1所述的渦輪增壓器凸緣來實現。根據第二方面，該目的通過根據權利要求26所述的歧管凸緣來實現。根據第三方面，該目的通過根據權利要求34所述的連接系統來實現。根據第四方面，該目的通過根據權利要求35所述的渦輪增壓器渦輪機殼體來實現。根據第五方面，該目的通過根據權利要求36所述的渦輪增壓器來實現。根據第六方面，該目的通過根據權利要求38所述的車輛來實現。根據第七方面，該目的通過根據權利要求39所述的方法來實現。

通過為安裝面(即，與相配合的凸緣面向的表面)提供將該凸緣引導到工作位置的導向結構，大大便利了該凸緣的安裝。這是由於如下事實：不需要額外的部件將該凸緣引導到工作位置。此外，所述導向結構還將該凸緣以自支承方式保持在工作位置，因此，可容易地執行最終的固定。

因此，提供了一種渦輪增壓器凸緣。該渦輪增壓器凸緣包括用於將渦輪增壓器附接到歧管的安裝面，其中，該安裝面包括用於將凸緣相對於所述歧管引導到工作位置的導向結構。

在一實施例中，該安裝面包括用於將所述凸緣附接到歧管的安裝結構。該安裝結構在與所述導向結構限定的安裝方向垂直的方向上延伸。

在一實施例中，該安裝面包圍所述凸緣的管道，且所述安裝面的法向平行於所述管道的軸向方向。因此，該軸向方向對應於通過所述管道的流動方向。因此，在安裝時可實現管道兩側上的均勻壓力。

在一實施例中，該安裝結構包括從所述安裝面的外周沿著與所述安裝面的法向平行的方向延伸的突出部。因此，該突出部可設有通孔，所述通孔形成用於接收螺栓的孔。

該至少一個孔可在所述安裝方向上延伸，以便通過在徑向方向上推壓渦輪增壓器凸緣來執行渦輪增壓器凸緣的緊固。

所述孔中的至少一個可設有便於拆卸的內螺紋。因此，如果螺栓旋擰到該孔內，則渦輪增壓器凸緣將在徑向方向上被迫使離開歧管。

所述導向結構可以具有在安裝方向上漸縮的形狀。該漸縮的形狀將有助於在安裝期間將渦輪增壓器凸緣對準。

在一實施例中，所述導向結構包括臺階，並且優選地，所述臺階形成底切部。該底切部將形成軸嚮導向結構，以便於安裝。與該導向結構的漸縮形狀相匹配，還提供了軸向壓縮。

在一實施例中，所述導向結構在安裝方向上沿安裝面的高度的至少一半延伸，且優選在安裝方向上沿安裝面的整個高度延伸。該引導表面將因此形成用於相應的歧管凸緣的支承表面。

該導向結構可包括中心部和布置在該中心部的相反兩側上的兩個側部，其中，該中心部相對於所述側部在垂直於安裝方向的方向上移位。優選地，可通過如下方式來提供漸縮的臺階：將該中心部構造為具有由於在朝著所述兩個側部的方向上的延伸而形成的寬度以及由於在安裝方向上的延伸而形成的高度，並且其中，該中心部的寬度沿著該中心部的高度逐漸減小。該中心部可相對於所述側部形成突出部，即，在限定所述寬度和高度的平面內的臺階。該臺階可具有錐形形狀。

在一實施例中，所述中心部具有由於在安裝結構的延伸方向上的延伸而形成的深度，其中，所述中心部的寬度沿著所述中心部的深度逐漸增加。這允許從上方安裝渦輪增壓器，其中所述中心部的尺寸限定了末端位置，即，渦輪增壓器凸緣相對於歧管凸緣的最下方位置。

所述中心部在限定寬度和深度的平面內的投影可具有形成底切部的錐形形狀。

在一實施例中，所述兩個側部中的每個側部的表面是大致平坦的，且所述兩個側部的表面可彼此平行地延伸。優選地，所述兩個側部的表面在同一平面內延伸。

在另一實施例中，所述中心部的接合表面是大致平坦的。優選地，所述中心部的接合表面大致平行於所述兩個側部的接合表面延伸。

在一實施例中，該凸緣被構造為用於渦輪增壓器相對於所述歧管的大致豎直的安裝移動。

還提供了一種歧管凸緣，該歧管凸緣包括用於將渦輪增壓器凸緣附接到歧管的支承面。該支承面包括接合結構，該接合結構允許渦輪增壓器凸緣的導向結構相對於所述歧管凸緣被引導到工作位置。

在一實施例中，該歧管凸緣還包括用於允許渦輪增壓器凸緣的安裝結構牢固地附接到歧管凸緣的附接裝置，其中，該附接裝置在與所述接合結構限定的安裝方向平行的方向上延伸。

該附接裝置可包括至少一個螺紋孔，由此，渦輪增壓器凸緣可通過將螺栓螺旋到螺紋孔內而固定到歧管凸緣。

在一實施例中，所述接合結構包括中心部和布置在該中心部的相反兩側上的兩個側部，其中，該中心部相對於所述側部在垂直於安裝方向的方向上移位。

該中心部可具有由於在朝著兩個側部的方向上的延伸而形成的寬度以及由於在安裝方向上的延伸而形成的高度，其中，該中心部的寬度沿著該中心部的高度增加。此外，該中心部在限定寬度和高度的平面內的投影可具有錐形形狀。在優選實施例中，該中心部具有深度，且該中心部的寬度沿著該中心部的深度減小。該中心部在限定寬度和深度的平面內的投影可具有錐形形狀。

還提供了一種用於將渦輪增壓器附接到歧管的連接系統。該連接系統包括根據上文描述內容的渦輪增壓器凸緣和歧管凸緣。

還提供了一種渦輪增壓器渦輪機殼體，其包括根據上文描述內容的渦輪增壓器凸緣。該凸緣與渦輪增壓器渦輪機殼體形成一體單元(one-pieceunit)。

還提供了一種渦輪增壓器，該渦輪增壓器包括排氣入口和根據上文描述內容的渦輪增壓器凸緣。

在一實施例中，該凸緣與渦輪增壓器渦輪機殼體形成一體單元。

還提供了一種車輛，該車輛包括根據上文描述內容的渦輪增壓器。

還提供了一種用於將渦輪增壓器附接到諸如歧管的車輛部件的方法。該方法包括以下步驟：對渦輪增壓器進行定位，使得渦輪增壓器的連接凸緣相對於所述車輛部件的相應的連接凸緣在預定的安裝方向上移位；以及，在渦輪增壓器凸緣的導向結構將該凸緣相對於所述歧管朝向工作位置引導的同時，使渦輪增壓器相對於所述車輛部件在安裝方向上移動。

在一實施例中，該方法還包括以下步驟：使渦輪增壓器相對於所述車輛部件在安裝方向上移動，該安裝方向是相對於渦輪增壓器凸緣的安裝面的法向而言的橫向方向。

該方法還可包括以下步驟：使渦輪增壓器相對於所述車輛部件在安裝方向上移動，該安裝方向是與渦輪增壓器凸緣的安裝面的法向垂直的方向。

在一實施例中，該方法還包括以下步驟：在朝向工作位置的安裝移動之後，將所述渦輪增壓器凸緣附接到歧管凸緣。

該方法還可包括以下步驟：通過使所述渦輪增壓器凸緣和歧管凸緣之間的接合變緊，將所述渦輪增壓器凸緣附接到歧管凸緣，從而促使渦輪增壓器到達其工作位置。

在一實施例中，該方法還包括以下步驟：在上述安裝移動中，使渦輪增壓器相對於所述歧管從上方沿大致豎直方向移動。

以下的描述和從屬權利要求中公開了本發明另外的優點和有利特徵。

附圖說明

參考附圖，下面是作為示例給出的本發明實施例的更詳細描述。

在這些圖中：

圖1是根據一實施例的車輛的側視圖，

圖2是根據一實施例的內燃機的示意圖，

圖3是通過根據一實施例的渦輪增壓器凸緣附接到氣缸體的渦輪增壓器的等軸測圖，

圖4是與根據一實施例的歧管凸緣協作的渦輪增壓器凸緣的等軸測圖，

圖5是圖4中所示的渦輪增壓器凸緣的等軸測圖，

圖6是圖4中所示的歧管凸緣的等軸測圖，

圖7－8是圖4中所示的渦輪增壓器凸緣和歧管凸緣的分解等軸測圖，

圖9是圖4所示的渦輪增壓器凸緣和歧管凸緣的等軸測截面圖，

圖10是圖4所示的渦輪增壓器凸緣和歧管凸緣的截面圖，並且

圖11是根據一實施例的方法的示意圖。

具體實施方式

從圖1開始，圖1示出了車輛1。被圖示為卡車的車輛1具有用於驅動車輛1的內燃機10。如將在下文中進一步解釋的，車輛1的內燃機10設有根據多種實施例的渦輪增壓器100。車輛1可具有另外的推進單元，例如電驅動器等，只要車輛具有至少一個發動機來提供與渦輪增壓器100相互作用的排氣流即可。因此，車輛1不僅僅是卡車，而是也可代表多種車輛，例如大客車、建築設備等。

圖2中示出了內燃機10的示例。內燃機10包括被運行以燃燒諸如柴油或汽油的燃料的多個氣缸，由此將活塞在氣缸20內的往復運動轉化為曲軸30的旋轉運動。曲軸30進一步聯接到變速器(未示出)，以將扭矩提供到驅動元件(未示出)。在重型車輛的情況中，例如在卡車的情況中，該驅動元件是車輪；然而，內燃機10也可用於其它設備，例如建築設備、航海應用等。

內燃機10還包括排氣系統40，所述排氣系統40的目的是回收排氣流中的至少一部分能量，以提高內燃機10的性能。在所示出的示例中，排氣離開氣缸20並進入排氣歧管42，所述排氣歧管42進一步連接到渦輪增壓器100的排氣入口102。排氣流導致布置在渦輪機殼體106內的渦輪機104旋轉，此旋轉通過軸108轉化為布置在壓縮機殼體112內的壓縮機110的相應旋轉，且用於在所進入的空氣被引入到氣缸20內之前壓縮所進入的空氣。渦輪增壓器100的基本結構及功能規格是本領域中熟知的，下文將不再詳述。

渦輪機100包括渦輪增壓器凸緣200，該渦輪增壓器凸緣200通過相關的歧管凸緣300附接到形成發動機結構的一部分的歧管42。渦輪增壓器凸緣200被形成為單件並且可與渦輪機殼體106一體地形成。

現在轉到圖3，圖中示出了渦輪增壓器100的實施例。渦輪增壓器100通過歧管42附接到內燃機10。渦輪增壓器100包括布置在渦輪機殼體106內的渦輪機104、布置在壓縮機殼體112內的壓縮機110、以及軸108，該軸108將壓縮機110與渦輪機104連接，使得渦輪機104的旋轉引起壓縮機110的相應旋轉。軸承殼體114設置在渦輪機殼體106和壓縮機殼體112之間。渦輪增壓器100還包括在渦輪機殼體106處的排氣入口102以及在壓縮機殼體112處的空氣入口107。軸承殼體114進一步形成用於軸承的支承件，以允許軸108以最小的摩擦和振動旋轉。

如圖3中可見，渦輪增壓器100通過凸緣200、300連接到歧管42。渦輪增壓器凸緣200設置在渦輪增壓器100的排氣入口102處，即，附接到渦輪增壓器的渦輪機殼體106。在一個實施例中，渦輪增壓器凸緣200與渦輪增壓器的渦輪機殼體106一體地形成。在替代的實施例中，渦輪增壓器凸緣200形成為單獨的部件，並例如通過螺栓等牢固地附接到渦輪機殼體106。

歧管凸緣300設置在排氣歧管42處。在一個實施例中，歧管凸緣300與歧管42一體地形成。在替代的實施例中，歧管凸緣300形成為單獨的部件，並例如通過螺栓等牢固地附接到歧管42。

凸緣200、300通過一個或多個螺栓246彼此附接，所述螺栓延伸穿過渦輪增壓器凸緣200的孔且與歧管凸緣300的相應的孔的內螺紋協作。

凸緣200、300在豎直平面內相互接合。因此，渦輪增壓器100可在安裝期間從歧管42的豎直上方被引導，且在滑入到正確的豎直位置時預附接到該歧管。最終的附接通過將螺栓246緊固來實現，由此提供了豎直的(即徑向的)固定及軸向的(即水平的)固定。

圖4至圖10中示出了凸緣200、300。從圖4至圖6開始，每個凸緣200、300圍出一個用於將排氣從歧管422引導到渦輪增壓器100的管道202、302。管道202、302被示出為具有矩形橫截面，然而其它形狀也是可以的。渦輪增壓器凸緣200具有安裝面210，該安裝面210面向歧管凸緣300且具有用於將凸緣200相對於所述歧管42引導到工作位置的導向結構220。導向結構220與凸緣200一體地形成。除此之外，渦輪增壓器凸緣100還具有安裝結構240，用於將凸緣200附接到歧管42，其中，該安裝結構240在與所述導向結構220限定的安裝方向垂直的方向上延伸。

如圖5中所示，安裝面210的法向平行於管道202的軸向方向。突出部242進一步從安裝面210的外周在與安裝面210的法向平行的方向上延伸。突出部242包括一個或多個孔244、245，所述孔中的每一個均被構造為接收螺栓246。孔244、245在徑向方向上延伸，即，在安裝方向上延伸。孔245中的至少一個設有內螺紋，因此形成用於允許將渦輪增壓器100從歧管42移除的頂出孔(jackinghole)。

導向結構220包括中心部222和布置在該中心部222的相反兩側上的兩個側部224。中心部222相對於側部224在與安裝方向垂直的方向上移位，使得該導向結構220包括臺階。

中心部222具有由於在朝著所述兩個側部224的方向上的延伸而形成的寬度以及由於在安裝方向上的延伸而形成的高度。在中心部222的高度方向上，中心部222的寬度逐漸減小，從而該導向結構220具有在安裝方向上漸縮的形狀。如圖5中可見，中心部222在限定所述寬度和高度的平面內的投影具有錐形形狀。導向結構220在安裝方向上沿著所述安裝面的整個高度延伸。然而，導向結構220可具有較小的延伸，例如所述安裝面的高度的一半。

除此之外，中心部222具有由於在安裝結構240的延伸方向上(即，在朝著歧管凸緣300的軸向方向上)的延伸而形成的深度，並且，在中心部222的深度方向上，中心部222的寬度逐漸增加。中心部222在限定所述寬度和深度的平面內的投影優選具有錐形形狀。因此，由於中心部的這種投影形狀而形成的臺階形成底切部。

如圖6中更詳細地示出的，歧管凸緣300具有用於與渦輪增壓器凸緣200接合的結構。歧管凸緣300具有支承面310，用於與渦輪增壓器凸緣200配合。支承面310包括用於允許渦輪增壓器凸緣200的導向結構220相對於歧管凸緣300被引導到工作位置的接合結構320。此外，歧管凸緣300具有用於允許渦輪增壓器凸緣200的安裝結構240可靠地附接到歧管凸緣300的附接裝置340。該附接裝置340在與所述接合結構320限定的安裝方向平行的方向上延伸，即，在徑向方向上延伸。

該附接裝置340包括至少一個螺紋孔342，使得螺栓可螺擰到該孔342內。除此之外，所述接合結構320具有中心部322和布置在該中心部322的相反兩側上的兩個側部324。中心部322相對於側部324在與安裝方向垂直的方向上(即，在軸向方向上)從渦輪增壓器凸緣200移位。

中心部322具有由於在朝著兩個側部324的方向上的延伸而形成的寬度以及由於在安裝方向上的延伸而形成的高度。在中心部322的高度方向上，中心部322的寬度逐漸增大，使得該中心部322是漸縮的。該漸縮的形狀可以是錐形的。除此之外，中心部322可形成底切部輪廓，即，中心部322具有深度，且中心部322的寬度沿其深度方向逐漸減小。該底切部可具有錐形形狀。

渦輪增壓器凸緣200和歧管凸緣300形成連接系統，該連接系統適於將渦輪增壓器100附接到歧管42。

現在轉到圖7至圖10，將描述渦輪增壓器100到歧管的安裝。在圖7至圖8中示出了凸緣200、300。歧管凸緣200被認為連接到歧管(未示出)，而渦輪增壓器凸緣200被認為牢固地附接到渦輪增壓器(未示出)的渦輪機殼體。渦輪增壓器100與歧管42水平地對齊，使得渦輪增壓器凸緣200在豎直方向上布置在歧管凸緣300上方，如圖8中所示。在將渦輪增壓器100朝著歧管凸緣300降低時，渦輪增壓器凸緣200的中心部220可插入到由歧管凸緣300的中心部320形成的凹槽內。由於中心部220的下部小於中心部320的上部，徑向對齊將相當容易。

在渦輪增壓器凸緣200進一步降低時，中心部220、320的底切部輪廓將阻止渦輪增壓器凸緣200的軸向移位。因此，實現了預安裝。除此之外，渦輪增壓器100自身的重量促使凸緣200向下而與歧管凸緣300進一步接合。實際安裝該渦輪增壓器100的人員將因此允許渦輪增壓器100利用其自身進行安放，以準備和執行牢固的附接。

為此，將螺栓246插入到渦輪增壓器凸緣200的孔244內。在螺栓246被旋入時，螺栓246的螺紋將與歧管凸緣300的孔342的內螺紋接合，因此促使渦輪增壓器凸緣200進一步向下。然後，中心部220、320在徑向方向和軸向方向上的漸縮輪廓將提供在軸向方向和徑向方向上的牢固附接。

圖9中示出了所述連接系統，其中螺栓246用於促使渦輪增壓器凸緣200與歧管凸緣300完全接合。突出部240將不形成用於凸緣200的徑向定位的止動部，而是由於如下事實而提供此徑向末端位置：即，導向結構220的中心部222與接合結構320的中心部322接觸，從而阻止渦輪增壓器凸緣200進一步向下移動。

圖9中示出了中心部220、320之間的相互作用。優選在側部224、324之間提供有間隙，以便確保中心部220、320之間在徑向方向和軸向方向上的完全接觸。

當渦輪增壓器100應從發動機拆下時，螺栓被插入並旋擰到渦輪增壓器凸緣200的頂出孔245內。當這些螺栓向下突出時，只要螺栓246被鬆開，它們就將渦輪增壓器凸緣200向上推動。在渦輪增壓器凸緣200達到特定的高度時，手動拿起以將渦輪增壓器凸緣200從歧管42移除。

現在轉到圖11，將描述用於將渦輪增壓器附接到諸如歧管的車輛部件的方法400。該方法400包括：第一步驟402，該第一步驟402為所述渦輪增壓器的排氣入口提供凸緣；和第二步驟404，該第二步驟404通過在第一方向(即豎直方向上)移動渦輪增壓器而將所述凸緣相對於所述車輛部件引導到接合位置。此第一方向垂直於該凸緣的安裝面的法向。然後執行步驟406，在步驟406中，通過在所述第一方向(即豎直方向上)固定渦輪增壓器的位置而將凸緣緊固到所述車輛部件。

至此，說明書中已描述了兩個相配合的凸緣200、300。雖然凸緣200已被描述為附接到渦輪增壓器且凸緣300已被描述為附接到歧管，但可以改變凸緣200、300各自的位置，使得：凸緣300實際上附接到渦輪增壓器並因而形成渦輪增壓器凸緣，而凸緣200附接到歧管並因而形成歧管凸緣。

應理解的是，本發明不限於以上所述的且在附圖中示出的實施例；而是，本領域技術人員將認識到，在所附權利要求的範圍內，可進行許多修改和變型。