專利名稱：渦輪機隔熱屏組件的制作方法
技術領域：
本發明是針對一種用于內燃機的渦輪增壓器系統，更具體地說涉及渦輪增壓器的多個部件的組件。
背景技術：
渦輪增壓器是一種類型的強制性進氣系統。它們將空氣壓縮以流入發動機內從而提升該發動機的馬力而無需明顯地增加重量。渦輪增壓器利用來自于自發動機的排氣使一個渦輪機旋轉，該渦輪機近而驅動 一個空氣壓
縮機。由于該渦輪機旋轉時要比大部分汽車發動機大約快30倍并且渦輪機要接通排氣，所以渦輪機內的溫度非常高。此外，由于所導致的高流速，渦輪增壓器要經受噪音和振動。這些情況能夠對該渦輪增壓器的一些部件產生不利的影響，尤其是對旋轉零件(如渦輪機轉子)具有不利影響，這可以導致系統的故障。此外，必須對由于溫度改變而導致的熱增長或膨脹進行設計，因為它們在某些情況下會導致由不想要的間隙而產生的低效率。
渴輪增壓器與大型柴油發動機以及較小的轎車動力裝置都結合使用。這些渦輪增壓器的設計和功能在現有技術中有詳細的描述，例如，美國專利第4,705,463、 5,399,064以及6,164,931號，這些專利所披露的內容通過引用結合在此。
渦輪增壓器單元典型地包括可操作性地連接到發動機排氣歧管的一個渦輪機、可操作性地連接到發動機進氣歧管的一個壓縮機，以及將渦輪機葉輪與壓縮機葉輪連接的一根軸，以使渦輪機葉輪的快速旋轉驅動壓縮機葉輪。該軸延伸穿過一個軸承箱并且安裝以在多個軸承內旋轉。這些軸承是最常見的自由浮動軸承。在壓力下的曲軸箱潤滑劑是通過這些自由浮
止推面進行潤滑。
除了完成上述有用的工作外，必須將渦輪增壓器設計成解決兩個明顯的問題第一，不應允許油從軸承箱泄露到渦輪4幾殼體或壓縮機殼體內并 且從那里泄漏到環境中；第二，必須不允許渦輪機的高溫對軸承箱內的潤 滑油造成不利影響。
更確切地說，要求裝有渦輪增壓器的車輛滿足日益嚴格的排放標準。 考慮到潤滑油在壓力下被泵送，在高流速下將潤滑劑保持在該軸承箱內以 進行潤滑并且從延伸穿過該渦輪機殼體并且在可達350,000 rpm的轉速下 旋轉的一根渦輪機軸上將熱量除去是一種挑戰。盡管在該渦輪增壓器內設 置了多個擋板，但一定量的潤滑劑還會從該軸承箱泄露到渦輪機殼體或壓 縮機殼體內。這些潤滑劑最終通過排氣被排放到環境中而增加了排放。
就所提到的第二個問題而言，在柴油機的情況下，在排氣渦輪機中發 生大約740。C的溫度，而在四沖程發動機的情況下發生大約1,000°C的溫 度。從渦輪增壓器的渦輪機部分到軸承箱的高溫傳遞可以導致軸承內以及 中心殼體壁上的潤滑油的氧化。
已知可以使用隔熱屏以便保護軸承箱不受排氣渦輪機的高溫的影響。 例如，在美國專利號4,613,288、 4,969,805、 5,026,260、 5,214,920、 5,231,831 以及5,403,150中對隔熱屏進行了描述。根據傳統上的觀點，隔熱屏是插 在渦輪機與軸承箱之間并且能夠耐受高溫暴露的具有平坦盤的形狀的一 塊金屬。當渦輪增壓器使用可變幾何形狀的導向葉片時，隔熱屏必須被定 位為即使是在渦輪增壓器的這些部件的熱增長的情況下也不干擾這些葉 片或渦輪機葉輪的運動。
在授予Lombard的美國專利號7,097,432中示出了 一種VTG(可變渦 輪幾何形狀)渦輪增壓器，該渦輪增壓器具有安裝在渦輪機殼體與中心殼 體之間的一個隔熱屏。圖1以及圖2示出了該Lombard裝置，并且該裝置 具有一個渦輪才幾殼體12、 一個中心殼體14、 一個壓縮機殼體16、 一個渦 輪機葉輪18、多個殼體螺栓40、多個可旋轉的導向葉片90以及一個隔熱 屏92。通過由該渦輪機以及渦輪機殼體和中心殼體12和14沿著隔熱屏 92的周邊將隔熱屏夾持或夾住來安裝該隔熱屏并且隔熱屏與渦輪機葉輪 18同心。在該渦輪增壓器的運行過程中，這些殼體螺栓40施加壓力以將 隔熱屏92保持在適當的位置。雖然Lombard組件典型地是用于多個渦輪 增壓器的隔熱屏組件，但Lombard組件可以經受帶有渦輪機殼體12的熱 增長的隔熱屏92的運動的缺陷。此外，為了解決在這些殼體12與14之 間定位隔熱屏92以使渦輪機葉輪18與這些導向葉片90具有足夠的間隙
6時的熱增長和組件公差，提供較大的縫隙，這些縫隙可降低渦輪增壓器的 效率。
此外，在尋求使一個渦輪增壓器組件與這些殼體相整合以免除夾緊接 頭時，其他連接方式就變得必要。附加的多個部件(如多個連接結構，這 些連接結構如多個螺栓)成本很高并且由于這些連接結構所經受的極端條 件它們能夠隨著時間而發生故障。
因此，對于一種隔熱屏組件以改進與該渦輪4幾以及/或該軸7 義箱的連4妄 存在一種需要。對于這種組件還存在另一種需要來解決殼體和/或導流環組 件的熱增長，而同時保持效率。對于有成本效率并且可靠的一種系統和方 法還存在進一步的需要。對有助于制造、組裝和/或拆卸的一種系統和方法 還存在額外的一種需要。
發明內容
該渦輪增壓器組件的示例性實施方案提供了該隔熱屏與該渦輪機和/ 或軸承箱的一種改進的連接。該示例性實施方案解決了該殼體和/或導流環 裝置熱增長，而同時保持效率。該示例性實施方案是有成本效率并且可靠。 該示例性實施方案有助于制造、組裝和/或拆卸。
在一方面，提供了一種渦輪增壓器，該渦輪增壓器包括 一個軸承箱； 一個渦輪機葉輪；帶有一個潤滑系統的一根軸；以及將該渦輪機葉輪與該 潤滑系統隔開的一個隔熱屏。該隔熱屏通過至少一個連接突出件連接至該 軸承箱。該至少一個連接突出件是通過該軸承箱的一個變形過程而形成。
在另一方面，提供了一種渦輪增壓器，該渦輪增壓器包括 一個軸承 箱，該軸承箱在其內具有一個環形通道； 一個渦輪機葉輪；以及定位在該 渦輪機葉輪與該軸承箱之間的一個隔熱屏。該隔熱屏的一部分被定位在該 環形通道內并且該隔熱屏通過至少一個連4矣突出件而連4妄至該軸承箱。該 至少 一個連接突出件是通過該軸承箱的 一個變形過程而形成。
在另一方面，提供了一種組裝渦輪增壓器的方法，該方法包括在一 個軸承箱與一個渦輪機葉輪之間定位一個隔熱屏，從而將一個潤滑系統與 該渦輪機葉輪隔開；通過壓縮鉚接使該軸承箱的至少一部分變形，從而形 成至少一個連接突出件。該至少一個連接突出件壓靠在該隔熱屏上。
該軸承箱可以具有 一 個通道并且該隔熱屏的 一 部分可#皮定位在該通
道內。該隔熱屏可以是一個定位在該通道內的環形凸緣。該至少一個連接突出件可以是沿著該隔熱屏的一個圓周被等距間隔的多個連接突出件。該 軸承箱的該變形過程可以通過在其上具有一個或多個壓縮桿的一個鉚接 工具進行。該至少一個連接突出件可以由該通道的一個外緣的變形而形 成。該環形凸緣的尺寸和形狀可基本上與該通道的尺寸和形狀相同。
該隔熱屏可以具有 一個中心孔以及朝向該中心孔成楔形的 一個內壁。 該隔熱屏可以與該渦輪機葉輪同心地對齊。該至少一個連接突出件可以是 沿著該隔熱屏的一個圓周被等距間隔開的多個連接突出件。該方法可以進 一步包括在壓縮鉚接軸承箱之前將隔熱屏壓力裝配到該軸承箱的一個環
形通道內。該方法可以進一步包括在壓縮鉚接該軸承箱之前將該隔熱屏 定位到該軸岸義箱的一個環形通道內；并且通過該壓縮鉚4妾Y吏該環形通道的 一個外緣變形以形成該至少一個連接突出件。
本發明通過實例來進行說明并且不局限于附圖，在附圖中，類似的附 圖標記表示類似的部分，并且在附圖中
圖1是根據美國專利號7,097,432的一種現代渦輪增壓器系統的截面 視圖2是圖1中的渦輪增壓器的部分A的放大的截面視圖，示出了一個 隔熱屏的連接；
圖3是本發明的一個示例性實施方案的渦輪增壓器的一部分的截面視 圖；以及
圖4是圖3中的渦輪增壓器的部分B的放大的截面視圖。
具體實施例方式
參見圖3和圖4,這些圖中示出了帶有一個軸承箱100的一種渦輪增 壓器的一部分。軸承箱100在接近該軸承箱周邊的一個端部限定一個圓周 通道或凹座150。如將在以下更詳細地說明的那樣，通道150用與將一個 隔熱屏200定位并且將其連接至軸承箱100上。
優選通道150與一個渦4侖機葉輪或轉子250同心地對齊。隔熱屏200 具有一個可以從中穿過的中心孔210。優選中心孔210與渦輪機葉輪250 同心地對齊并且允許一根軸220穿過其中。軸220連接在與一個壓縮機葉 輪(未示出)相對的一個端部上。隔熱屏200為該渦輪增壓器的多個部件(包括潤滑系統230)提供熱 保護。其他不同的部件可與本示例性實施方案的渦輪增壓器一起使用，但 并未對這些部件進行描述。其他的這些部件包括但不限于一個渦輪機殼 體、多個導向葉片的一個外部導向板、 一個支撐環、 一個致動裝置以及一 個控制殼體。
為了相對于軸承箱100將隔熱屏200牢固地保持在適當的位置，將軸 承箱的一個或多個部分變形并且壓靠在隔熱屏上。可以選擇用于該變形過 程的特定工具以有助于制造，而向軸承箱100與隔熱屏200之間的連接提 供足夠的強度，該工具將會經受該渦輪增壓器的惡劣環境。
在圖3和圖4的示例性實施方案中，使用一個鉚接工具300來將軸承 箱100變形并且產生一個或多個連接突出件400。對這些連接突出件400 的尺寸、形狀以及數量的選擇是為了協助該過程、為隔熱屏200與軸承箱 100之間的連接提供足夠強度，并且是基于其他多種因素，包括時間和制 造成本。本披露考慮了使用沿著該隔熱屏200的圓周被等距間隔的多個連 接突出件，以使這些負載在這些突出件中被均等地或基本上均等地進行分 布。然而，本披露還考慮了連接突出件400的多個其他構造，包括一個單 一的連接突出件400,該突出件是一個圍繞整個隔熱屏200并且壓靠在該 隔熱屏上的一個凸緣。這些連接突出件400的數量、形狀、尺寸、間距和 /或構造可以由用于形成這些突出件的特定鉚接工具300來進行控制。
如圖4中的放大視圖所示，優選這一個或多個連接突出件400是沿著 通道150的外緣160而形成的。通過沿著這個邊緣160使軸承箱100變形， 有助于該變形過程。優選通道150的尺寸和形狀在隔熱屏200的周邊的尺 寸和形狀的一個嚴格公差范圍內。更優選隔熱屏200具有一個尺寸和形狀 與通道150的尺寸和形狀相似的凸緣260，以^吏該隔熱屏可以^皮插入通道 內并且在鉚接過程中被暫時地保持在此位置。然而，本發明還考慮了隔熱 屏200的周邊的其他形狀和尺寸，并且帶有或不帶有凸緣260。此外，該 示例性實施方案具有一個隔熱屏200,該隔熱屏帶有一個內壁205，該內 壁朝向中心孔210逐漸變細，以提供隔熱屏的一個凹面。然而，本發明考 慮了隔熱屏200的多種其他形狀，包括圓柱形。
優選通道150是具有均勻深度和寬度的一個環形通道，該環形通道基 本上對應于隔熱屏200的凸緣260。通過提供這種均勻的通道150，相對 于通道150的隔熱屏200的取向在以下說明的鉚接過程中并不重要。然而，
9本發明還考慮了用于通道150的多個其他形狀，這些形狀往往與隔熱屏200 的形狀相對應，包括可以在所希望的一個方向上將該隔熱屏定位的在該通 道內的多個4建或類似物。
在一個示例性實施方案中，該變形過程開始于將隔熱屏200的凸緣160 插入通道150內。由于嚴格公差的原因，當鉚接工具300在進行定位時， 隔熱屏200可以#1壓力裝配到其中。鉚*接工具300凈皮4氐靠在邊緣160上而 定位并且將一個壓力施加到該工具上，從而通過這些壓縮桿325致使形成 這些連接突出件400。在一個優選實施方案中，鉚接工具300僅需在朝向 軸承箱100的方向上移動以形成這些連接突出件400。然而，本發明還考 慮了鉚接工具的多種其他技術和類型，如， 一個壓縮并且轉動的鉚接工具。
典型地，軸承箱200是用鑄鐵制成并且更典型地是用灰口鑄鐵制成， 該軸承箱可以通過鉚接工具300很容易地-故變形。多種其他4支術可以結合 以上說明的過程一起使用，包括加熱，以協助這種過程。
雖然本發明已經對具有可變幾何形狀的導向葉片的一種渦輪增壓器 進行了說明，但應該理解該隔熱屏組件以及組裝過程的示例性實施方案可 以與其他類型的渦輪增壓器一起使用。
雖然已通過引用為了說明目的而選擇的具體實施方案對本發明進行 了說明，但應該明白，本領域中熟練的技術人員無需背離本發明的精神和 范圍即可做出多種修改。
權利要求
1.一種渦輪增壓器，包括一個軸承箱(100)；一個渦輪機葉輪(250)；一根軸(220)，該軸具有一個潤滑系統(230)；以及將該渦輪機葉輪(250)與該潤滑系統(230)隔開的一個隔熱屏(200)，其中該隔熱屏(200)由至少一個連接突出件(400)連接至該軸承箱(100)上，并且其中該至少一個連接突出件(400)是通過該軸承箱(100)的一個變形過程而形成的。
2. 如權利要求1所述的渦輪增壓器，其中該軸承箱(100)具有一個 通道(150)并且該隔熱屏(200)的一部分^皮定位在該通道(150)內。
3. 如權利要求2所述的渦輪增壓器，其中該隔熱屏(200)具有被定 位在該通道(150)內的一個環形凸緣(260)。
4. 如權利要求1所述的渦輪增壓器，其中該至少一個連接突出件 (400)是沿著該隔熱屏(200)的一個圓周等距間隔開的多個連接突出件 (400 )。
5. 如權利要求1所述的渦輪增壓器，其中該軸承箱(100)的變形過 程是通過在其上具有一個或多個壓縮桿(325 )的一個鉚接工具(300)進 行的。
6. 如權利要求2所述的渦輪增壓器，其中該至少一個連接突出件 (400)是由該通道(150)的一個外緣(160)的一個變形所形成的。
7. 如權利要求3所述的渦輪增壓器，其中該環形凸緣(260)的尺寸 和形狀基本上與該通道(150)的尺寸和形狀相同。
8. 如權利要求2所述的渦輪增壓器，其中該隔熱屏(200)具有一個 中心孔(210)以及朝向該中心孔(210)成楔形的一個內壁(205 )。
9. 如權利要求2所述的渦輪增壓器，其中該隔熱屏(200)與該渦輪 才幾葉輪(250)同心:l也對齊。
10. —種渦輪增壓器，包括一個軸承箱(100),該軸承箱在其內具有一個環形通道(150); 一個渦輪才幾葉4侖(250 ); 以及一個隔熱屏(200),該隔熱屏定位在該渦輪機葉輪(250)與該軸承箱(100 )之間，其中該隔熱屏(200 )的一部分被定位在該環形通道(150 ) 內，并且該隔熱屏(200)由至少一個連接突出件(400)連接至該軸承箱 (100)，并且其中該至少一個連接突出件(400)是通過該軸^^箱(100) 的一個變形過程而形成的。
11. 如權利要求10所述的渦輪增壓器，其中該至少一個連接突出件 (400)是沿著該隔熱屏(200)的一個圓周等距間隔開的多個連接突出件 (400 )。
12. 如權利要求IO所述的渦輪增壓器，其中該軸承箱(100)的變形 過程是通過在其上具有一個或多個壓縮桿(325 )的一個鉚接工具(300) 而完成的。
13. 如權利要求12所述的渦輪增壓器，其中該至少一個連接突出件 (400)是由該環形通道(150)的一個外緣(160)的一種變形所形成的。
14. 如權利要求13所述的渦輪增壓器，其中該隔熱屏(200)具有被 定位在該環形通道(150)內的一個環形凸緣(260),并且其中該環形凸 緣(260)的尺寸和形狀基本上與該環形通道(150)的尺寸和形狀相同。
15. 如權利要求IO所述的渦輪增壓器，其中該隔熱屏(200)具有一 個中心孔(210)以及朝向該中心孔(210)成楔形的一個內壁(205 )。
16. 如權利要求IO所述的渦輪增壓器，其中該隔熱屏(200)與該渦 輪機葉4侖(250 )同心地對齊。
17. —種組裝渦輪增壓器的方法，包括在一個軸承箱(100)與一個渦輪機葉輪(250)之間定位一個隔熱屏 (200),從而將一個潤滑系統(130)與該渦輪機葉輪(250)隔開；并且通過壓縮鉚接使該軸承箱(100)的至少一部分變形，從而形成至少 一個連接突出件(400),其中該至少一個連接突出件(400)壓靠在該隔 熱屏(200)上。
18. 如權利要求17所述的方法，進一步包括在該軸承箱(100)的 壓縮鉚接之前將該隔熱屏(200)壓力裝配到該軸承箱(100)的一個環形 通道(150)內。
19. 如權利要求17所述的方法，進一步包括在該軸承箱(100)的 壓縮鉚接之前，將該隔熱屏(200)定位在該軸承箱(100)的一個環形通 道(150)內，并且通過該壓縮鉚接使該環形通道(150)的一個外緣(160) 變形以形成該至少一個連接突出件(400)。
20.如權利要求17所述的方法，其中該至少一個連接突出件(400) 是多個連接突出件(400)，并且其中該壓縮鉚接是通過具有多個壓縮桿 (325 )的一個鉚接工具(300)來進行以形成該多個連接突出件(400)。
全文摘要
提供了一種渦輪增壓器，它具有一個軸承箱(100)以及鉚接到該軸承箱上的一個隔熱屏(200)。該鉚接過程可以是令該軸承箱(100)的一個或多個部分變形的一種壓縮鉚接過程。該軸承箱(100)可以具有一個環形通道(150)并且該壓縮鉚接可以在該環形通道(150)的一個外緣(160)處完成以形成一個或多個壓縮突出件(400)。該環形通道(150)的尺寸和形狀可基本上與該隔熱屏(200)的一個外側部分的尺寸和形狀相同以允許在它們之間的壓力裝配。
文檔編號F02B39/14GK101529063SQ200780038800
公開日2009年9月9日 申請日期2007年10月30日 優先權日2006年11月1日
發明者M·塞耶, M·奧格爾 申請人:博格華納公司