專利名稱：渦輪增壓器中的隔熱安裝法蘭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及一種帶一個(gè)安裝法蘭的座體，該法蘭用于將該座體連接到另一裝置上；更具體地說，本發(fā)明涉及一種帶一個(gè)安裝法蘭的中心座體，該法蘭用于將該中心座體連接到一個(gè)渦輪增壓器的渦輪座體上。
背景技術(shù)：
汽油和柴油內(nèi)燃機(jī)用的渦輪增壓器是該技術(shù)中已知的利用流出內(nèi)燃機(jī)的熱排氣流來使發(fā)動(dòng)機(jī)的吸入空氣流增壓的裝置。該渦輪增壓器通常包括一個(gè)帶有一入口的渦輪座體，該入口接受流出該發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣，使得該排氣轉(zhuǎn)動(dòng)渦輪座體中的渦輪。該渦輪安裝在渦輪座體中的一根軸上，該軸對于罩在壓縮機(jī)座體中的徑向空氣壓縮機(jī)是共用的。因此，渦輪的旋轉(zhuǎn)作用也使空氣壓縮機(jī)在壓縮機(jī)座體中旋轉(zhuǎn)。空氣壓縮機(jī)的旋轉(zhuǎn)作用使吸入空氣進(jìn)入壓縮機(jī)座體并在其與燃料混合而在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室中燃燒之前被增壓到一個(gè)需要的量。
渦輪座體和壓縮機(jī)座體通常安裝在一個(gè)中心座體的對置的第一側(cè)面和第二側(cè)面。該軸通過該中心座體中的一個(gè)孔而延伸在渦輪和壓縮機(jī)之間。圍繞該軸而伸出的中心座體的第一側(cè)面的一個(gè)環(huán)狀面積可以向渦輪座體的內(nèi)部暴露，因此，該熱的排氣穿過其間而通過。該中心座體也有一個(gè)渦輪安裝法蘭，該法蘭從該中心座體的第一側(cè)面沿徑向向外伸出并用螺栓固定在渦輪座體上。
該中心座體能夠限定一個(gè)或多個(gè)用于將潤滑劑提供給該軸的潤滑劑通道和一個(gè)或多個(gè)用于循環(huán)一種冷卻劑流體如水的冷卻劑通道。該冷卻劑通道可以是中心座體中的一個(gè)鄰近于中心座體第一側(cè)面和渦輪座體的環(huán)狀通道。由于在渦輪座體中的熱排氣與各通道中相當(dāng)冷的潤滑劑和/或冷卻劑流體之間的溫差，在中心座體中形成的高的熱梯度導(dǎo)致熱應(yīng)力發(fā)展。在渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)期間，也可以因隨時(shí)間而產(chǎn)生的溫度變化而產(chǎn)生熱應(yīng)力。例如，由于在發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間發(fā)生的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度隨時(shí)間的變化，該中心座體向熱瞬變狀態(tài)或變化暴露。這些熱瞬變狀態(tài)通常產(chǎn)生該中心座體的加熱和冷卻的交替周期。在加熱周期期間，該中心座體可以變得足夠地?zé)岫a(chǎn)生塑性形變，而冷卻周期期間產(chǎn)生的中心座體中的應(yīng)力可以大到足以產(chǎn)生裂紋。產(chǎn)生裂紋或其它應(yīng)力損傷的可能性在中心座體的部件如安裝法蘭中設(shè)置的螺孔的附近常常是最大的。其次，當(dāng)液體冷卻劑如水通過冷卻劑通道循環(huán)時(shí)，較高的冷卻效應(yīng)形成中心座體中的甚至更大的熱梯度和更大或更快的溫度變化，由此增大中心座體中的應(yīng)力并增大裂紋的可能性。起源于安裝法蘭中的裂紋能夠使座體泄漏抑或故障。
因此，需要一種改進(jìn)的中心座體，其特征是減小因加熱和冷卻期間的溫度變化與存在于熱排氣和相當(dāng)冷的潤滑劑和/或冷卻流體之間的熱梯度而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。該中心座體的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)能減小中心座體的裂紋抑或故障的可能性，例如，當(dāng)冷的液體冷卻劑通過靠近中心座體第一側(cè)面的通道而循環(huán)時(shí)，該第一側(cè)面暴露于從渦輪座體來的熱氣體。
附圖簡述下面以一般術(shù)語描述本發(fā)明，現(xiàn)在將參照無需等比例繪制的附圖，其中

圖1是例示一種具有按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所述的渦輪座體和中心座體的渦輪增壓器組件的立面圖；圖2是例示圖1的渦輪增壓器組件的左側(cè)的正交的立面圖；圖3是例示圖1的渦輪增壓器組件的中心座體的右側(cè)的立面圖；以及圖4是當(dāng)沿圖2的線4-4觀看時(shí)圖3的中心座體的橫截面圖。
發(fā)明詳述下面結(jié)合附圖更充分地描述本發(fā)明，其中示出本發(fā)明的一些而非全部實(shí)施例。事實(shí)上，本發(fā)明可以用許多不同形式實(shí)施而不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為僅限于此處提出的實(shí)施例；相反，提出這些實(shí)施例是使本公開內(nèi)容滿足可適用的法律要求。圖中相同的標(biāo)號(hào)指相同的部件。
參照圖1和2，圖中示出一個(gè)按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的渦輪增壓器組件10，包括渦輪座體20和中心座體40。該中心座體的第一側(cè)面連接在渦輪座體上，而中心座體的第二側(cè)面連接在壓縮機(jī)的座體(未示出)上。通過將一壓縮機(jī)連接在組件10上而形成的渦輪增壓器可以用于與汽油或柴油內(nèi)燃機(jī)聯(lián)用而利用流出發(fā)動(dòng)機(jī)的熱排氣流來使發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)入氣流增壓。一種渦輪增壓器進(jìn)一步描述于Rochford的美國專利No.5,947,681中，其全部內(nèi)容參考合并于此。中心座體40也可用于其它用途，利用或不利用渦輪增壓器的其它部件。渦輪增壓器組件10的每個(gè)部件可以用各種材料制成，包括(但不限于)鑄鐵、鋼(如不銹鋼)、鋁、金屬的合金、陶瓷等。這些部件可用同一材料制成，或者每種部件可用不同材料制成。
如圖1中所示，渦輪座體20有一入口24，用于接受流出發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣。該排氣通過渦輪座體20流到出口26，使可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在渦輪座體20中軸12上的渦輪(未示出)轉(zhuǎn)動(dòng)。軸12通過渦輪座體20中的一個(gè)孔伸出，通過由中心座體40限定的軸孔42(圖4)而進(jìn)入壓縮機(jī)座體，在該處軸12接合該壓縮機(jī)。這樣，當(dāng)排氣使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，渦輪通過軸12使空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，由此使空氣壓縮要將空氣增壓，然后與燃料混合而在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒。
分別在圖3和4中示出的中心座體40有一帶第一側(cè)面46和第二側(cè)面48的主體44，側(cè)面46、48的構(gòu)型做成可分別連接在渦輪座體20和壓縮機(jī)座體上。如圖2中所示，座體主體44的第二側(cè)面48上可以設(shè)置連接部件50如螺孔，用于將主體44連接在壓縮機(jī)座體上。軸孔42延伸在第一側(cè)面46和第二側(cè)面48之間并接受在渦輪和壓縮機(jī)之間延伸的軸12。潤滑劑通道52從座體主體40的外表面54延伸到軸孔42，使得在渦輪增壓器運(yùn)轉(zhuǎn)期間能夠向軸12提供潤滑劑。潤滑劑通道52延伸在入口51和出口53之間而能夠?qū)櫥瑒├巛斔偷皆O(shè)置在孔42中的軸承(未示出)上，以便支承其中的軸12。座體主體44的第一側(cè)面46是由座體主體44的中心塊體部分56限定的。中心塊體部分56的直徑總的小于座體主體44的其余部分也即座體主體44的在中心塊體部分56和壓縮機(jī)座體之間的部分。
如圖4中所示，座體主體44限定一個(gè)冷卻劑通道58，冷卻劑流體可以通過58而循環(huán)，以控制中心座體40的溫度?？梢栽O(shè)置在座體主體44的中心塊體部分56中的冷卻劑通道58從入口60延伸到出口62(圖1)，入口60和出口62兩者可以連接在用于循環(huán)該流體的一個(gè)泵或其它裝置上，如該技術(shù)中已知的。該冷卻劑可以是一種氣體，如空氣。在本發(fā)明的一個(gè)有利的實(shí)施例中，該冷卻劑為液體，如水，它通常能夠從中心座體40吸收比空氣更多的熱能。
一個(gè)安裝法蘭70大體上沿徑向從座體主體44伸出，例如從中心塊體部分56伸出，以便將中心座體40安裝或連接在渦輪座體20上。安裝法蘭70可以制成座體主體44的一個(gè)整體部分，法蘭70可以包括一個(gè)連接部分72，后者限定一個(gè)或多個(gè)連接部件74如螺孔或銷孔，用于裝入那些伸入渦輪座體20的相應(yīng)的孔或其它接合部件中的螺栓、銷或其它連接裝置中。安裝法蘭70也限定一個(gè)彎曲部分76，后者沿周邊圍繞座體主體44的至少一部分延伸并設(shè)置在座體主體44和連接部分72之間。法蘭70的周邊至少有一部分的橫截面是彎曲的或C形的，彎曲部分76大體上沿徑向從座體主體44向外伸出，而連接部分72進(jìn)一步沿徑向從彎曲部分76向外伸出。安裝法蘭70的彎曲部分76有一個(gè)由C形內(nèi)外表面78、80限定的大體上C形的橫截面，使得彎曲部分76在座體主體44和連接部分72之間限定一空間82。如圖3中所示，該C形彎曲部分76可以沿周邊圍繞座體主體44延伸，使得該空間82成圍繞座體主體44的環(huán)狀。在其它實(shí)施例中，彎曲部分76可以僅僅在一個(gè)或多個(gè)周邊位置處部分地圍繞座體主體44延伸，例如，使得彎曲部分76設(shè)置在連接部分72中的孔或其它部件74的附近。
彎曲部分76的內(nèi)表面78以及座體主體44的第一側(cè)面46可以通過渦輪座體20中的孔向座體20中的排氣暴露。因此，中心座體40接觸渦輪座體20和排氣并由其加熱，它們的溫度可以達(dá)到1450°F或更高。中心座體40由通過冷卻劑通道58循環(huán)的通常為約250°F的冷卻劑流體和潤滑劑冷卻。中心座體40也可以由其外面的空氣通過對流而冷卻，雖然通常程度較差。由于渦輪座體20中的熱排氣和冷卻劑通道58中的相當(dāng)冷的流體之間的溫度差異，在中心座體40中存在空間熱梯度。例如，在中心座體40中在3英寸或更小的距離上可以存在約1200°F的溫差，雖然實(shí)際的熱梯度或每單位長度的溫差通常很復(fù)雜，在整個(gè)中心座體40的不同位置處有不同的值。
中心座體40可以用不同類型的材料制成。在一些情況下，該材料可以具有使其在受到熱梯度時(shí)能抵抗裂紋或其它故障的性能。但是，在另一些情況下，該中心座體40可以用當(dāng)熱梯度與中心座體40的似乎發(fā)生應(yīng)力集中的部分(如螺孔)符合一致時(shí)易破裂的材料制成。例如，中心座體40可以用鑄鐵制成，鑄鐵的強(qiáng)度是以承受與熱梯度相聯(lián)系的重復(fù)應(yīng)力，特別是當(dāng)提供一個(gè)大的環(huán)狀法蘭來將中心座體40連接到渦輪座體20上時(shí)。但是，如果熱梯度與集中應(yīng)力的一個(gè)螺孔或其它幾何部件符合一致，那么中心座體40的鑄鐵可以易于因熱梯度而產(chǎn)生裂紋。
安裝法蘭70的彎曲部分76至少部分地用熱的方法使法蘭70的連接部分72從座體主體44上分離，也即彎曲部分76至少使連接部分72與座體主體44的熱影響部分地隔離。因此，雖然連接部分72中可能產(chǎn)生高溫，但法蘭70的連接部分72中的溫差及因此而使最大熱梯度顯著小于座體主體44中的。例如，如果排氣和冷卻劑流體之間的溫差為約1000°F，那么法蘭70的整個(gè)連接部分72的溫差通常小約100°F，而整個(gè)座體主體44的溫差可能大數(shù)倍。其次，在圍繞連接部分72中的連接部件74的每個(gè)局部部位中溫差通常甚至更小。因此，與熱梯度有關(guān)的高應(yīng)力基本上不與法蘭70的連接部分72中的連接部件74相一致，因而很可能減小了諸如由連接部件74附近的裂紋產(chǎn)生的故障。可以理解，在連接部分72中可能存在某些熱梯度，而連接部分72中存在的熱梯度的大小可能按照下列因素而變化，如座體主體44和安裝法蘭70的形狀和尺寸，制造座體主體44和安裝法蘭70所用的材料，冷卻劑通道58的位置，排氣和冷卻劑流體的溫度和流速，冷卻劑流體的類型及其它。
安裝法蘭70的彎曲部分76也增大法蘭70的靈活性，這導(dǎo)致由整個(gè)中心座體40的熱變化所產(chǎn)生的應(yīng)力的減小。在渦輪增壓器正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間，中心座體40可能遇到重復(fù)的熱變化，也即溫度隨時(shí)間而變化。例如，當(dāng)排氣開始通過渦輪座體20而流動(dòng)時(shí)，渦輪座體20和中心座體40受到加熱。例如，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間通常周期性地發(fā)生的，當(dāng)從發(fā)動(dòng)機(jī)出來的排氣的溫度降低時(shí)，整個(gè)中心座體40或其一部分的溫度可以下降。此種溫度變化可以導(dǎo)致中心座體40的熱膨脹或收縮和/或中心座體40中的熱應(yīng)力。但是，因?yàn)榉ㄌm70的彎曲部分76至少部分地設(shè)置在一個(gè)限定連接部分72的徑向平面之外，所以法蘭70的熱膨脹和收縮可以沿一非徑向方向如沿垂直于連接部分72的平面的軸向發(fā)生。因此，法蘭70的形狀和尺寸可以變化而不產(chǎn)生法蘭70的連接部分72的相應(yīng)移動(dòng)，從而減小了法蘭70的連接部分72中形成的應(yīng)力。
此處提出的本發(fā)明的許多改進(jìn)和其它實(shí)施例將使業(yè)內(nèi)人士想起前面說明書及相關(guān)附圖中給出的說明中具有的益處。因此，可以理想，本發(fā)明不限于本文公開的特定實(shí)施例，而其它實(shí)施例和修改都預(yù)定包括在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。雖然本文使用了特定的術(shù)語，但它們只用于一般的描述性意義而并非為了限制的目的。
權(quán)利要求
1.一種用于安裝到一渦輪座體上的中心座體，該中心座體包括一個(gè)有一第一側(cè)面、一與該第一側(cè)面對置的第二側(cè)面和一用于接受冷卻劑流體的冷卻劑通道的座體主體；以及一個(gè)在該第一側(cè)面上并從該座體主體沿徑向伸出的安裝法蘭，該法蘭有一彎曲部分和一連接部分，該連接部分的構(gòu)型做成將該座體主體連接到該渦輪座體上；其中，該彎曲部分限定一個(gè)在該座體主體和該法蘭的連接部分之間的空間。
2.一種按照權(quán)利要求1的中心座體，其特征在于，該彎曲部分限定一大體上C形的橫截面。
3.一種按照權(quán)利要求1的中心座體，其特征在于，該彎曲部分圍繞該座體主體沿周邊延伸，使得該彎曲部分在該座體主體和該法蘭的連接部分之間限定一環(huán)狀空間。
4.一種按照權(quán)利要求1的中心座體，其特征在于，該冷卻劑通道被設(shè)置在該安裝法蘭的附近。
5.一種按照權(quán)利要求1的中心座體，其特征在于，該連接部分限定至少一個(gè)安裝孔，用于將該中心座體連接在該渦輪座體上。
6.一種按照權(quán)利要求1的中心座體，其特征在于，該安裝法蘭與該座體主體成整體。
7.一種按照權(quán)利要求1的中心座體，其特征在于，該座體主體限定一個(gè)軸孔，用于裝入一根穿過該座體主體的可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸，該安裝法蘭圍繞該軸孔沿周邊伸出，而且其中該座體主體限定一條從其外表面延伸到該軸孔的潤滑劑通道。
8.一種渦輪增壓器組件，包括一個(gè)限定一條從一入口延伸到一出口的氣體通道的渦輪座體，該氣體通道的構(gòu)型做成能接受一股通過其間的排氣流，該渦輪座體的構(gòu)型做成能在其中裝入一可轉(zhuǎn)動(dòng)的渦輪，使得該渦輪由于排氣流而轉(zhuǎn)動(dòng)；以及一個(gè)有一座體主體的中心座體，該座體主體限定一個(gè)連接在該渦輪座體上的第一側(cè)面、一個(gè)與該第一側(cè)面對置的第二側(cè)面、一個(gè)在該第一和第二側(cè)面之間延伸的軸孔，以及一個(gè)其構(gòu)型做成能容納冷卻劑流體的冷卻劑通道，該第二側(cè)面的構(gòu)型做成被連接在一壓縮機(jī)座體上，后者有一個(gè)通過一根穿過該座體主體的軸孔的軸而與該渦輪成可轉(zhuǎn)動(dòng)地連通的壓縮機(jī)；其中，該中心座體限定一個(gè)大體上從該座體主體的第一側(cè)面沿徑向向外伸出并限定一彎曲部分和一連接部分的安裝法蘭，該連接部分的構(gòu)型做成可將該中心座體安裝到該渦輪座體上，而該彎曲部分限定一個(gè)在該座體主體和該法蘭的連接部分之間的環(huán)狀空間。
9.一種按照權(quán)利要求8的渦輪增壓器組件，其特征在于，該安裝法蘭的彎曲部分限定一個(gè)大體上C形的橫截面。
10.一種按照權(quán)利要求8的渦輪增壓器，其特征在于，該渦輪座體限定一個(gè)指向該座體主體第一側(cè)面的孔，使得該渦輪座體中的至少一些排氣接觸該座體主體的第一側(cè)面。
11.一種按照權(quán)利要求8的渦輪增壓器組件，其特征在于，該冷卻劑通道被設(shè)置在該安裝法蘭的附近。
12.一種按照權(quán)利要求8的渦輪增壓器組件，其特征在于，該連接部分限定至少一個(gè)連接孔，用于將該中心座體連接到該渦輪座體上。
13.一種按照權(quán)利要求8的渦輪增壓器組件，其特征在于，該安裝法蘭與該座體主體成整體。
14.一種按照權(quán)利要求8的渦輪增壓器組件，其特征在于，該座體主體限定一個(gè)從其外表面延伸到該軸孔的潤滑劑通道。
15.一種用于安裝一座體主體的隔熱法蘭，該安裝法蘭包括一個(gè)從該座體主體沿徑向向外伸出的彎曲部分；一個(gè)從該彎曲部分沿徑向向外伸出的連接部分，該連接部分限定至少一個(gè)用于安裝該座體主體的連接部件；其中該彎曲部分在該座體主體和該法蘭的連接部分之間限定一空間，由此該彎曲部分使該連接部分至少部分地隔離該座體主體中的熱影響。
16.一種按照權(quán)利要求15的隔熱法蘭，其特征在于，該彎曲部分限定一個(gè)大體上C形的橫截面。
17.一種按照權(quán)利要求15的隔熱法蘭，其特征在于，該彎曲部分圍繞該座體主體沿周邊伸出，使得該彎曲部分在該座體主體和該法蘭的連接部分之間限定一環(huán)狀空間。
18.一種按照權(quán)利要求15的隔熱法蘭，其特征在于，該至少一個(gè)連接部件包括至少一個(gè)用于安裝該座體主體的安裝孔。
19.一種按照權(quán)利要求15的隔熱法蘭，其特征在于，該法蘭與該座體主體成整體。
20.一種用于安裝到渦輪座體上的中心座體，該中心座體包括一個(gè)有一第一側(cè)面、一與該第一側(cè)面對置的第二側(cè)面和一用于循環(huán)冷卻劑流體的冷卻劑通道的座體主體；以及用于將該座體主體的第一側(cè)面安裝到該渦輪座體上并使該安裝機(jī)構(gòu)的連接部分與該座體主體至少部分地隔熱的安裝機(jī)構(gòu)，使得當(dāng)該冷卻劑通道和該連接部分之間存在一個(gè)熱梯度時(shí)該連接部分的溫度基本上是均勻的。
21.一種按照權(quán)利要求20的中心座體，其特征在于，該連接部分限定至少一個(gè)孔，用于將該中心座體連接到該渦輪座體上。
22.一種按照權(quán)利要求20的中心座體，其特征在于，該安裝機(jī)構(gòu)與該座體主體成整體。
23.一種按照權(quán)利要求20的中心座體，其特征在于，該座體主體限定一個(gè)軸孔，用于裝入一根穿過該座體主體的可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸，該安裝機(jī)構(gòu)圍繞該軸孔成環(huán)狀伸出。
全文摘要
提供一種包括有一個(gè)隔熱法蘭(70)的中心座體(44)的渦輪增壓器。該大體上從中心座體的主體沿徑向向外伸出時(shí)法蘭有一個(gè)連接部分(72)，后者能用于將該中心座體安裝到該渦輪增壓器的渦輪座體上。該法蘭的一個(gè)彎曲部分(76)設(shè)置在該連接部分和該座體主體之間，并提供一種用于減小該連接部分中的熱梯度的用熱的方法進(jìn)行的分離。該彎曲部分(76)也能夠增大法蘭的靈活性，從而減小其中由于該中心座體中的溫度變化而產(chǎn)生的應(yīng)力。
文檔編號(hào)F01D25/12GK1774561SQ200480009910
公開日2006年5月17日 申請日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月26日
發(fā)明者S·穆克赫爾吉, M·雅尼克, M·馬迪亞斯塔, Z·J·維斯馬 申請人:霍尼韋爾國際公司