[发明专利]涡轮机隔热屏组件

说明书

技术领域

本发明是针对一种用于内燃机的涡轮增压器系统，更具体地说涉及涡 轮增压器的多个部件的组件。

背景技术

涡轮增压器是一种类型的强制性进气系统。它们将空气压缩以流入发 动机内从而提升该发动机的马力而无需明显地增加重量。涡轮增压器利用 来自于自发动机的排气使一个涡轮机旋转，该涡轮机近而驱动一个空气压 缩机。由于该涡轮机旋转时要比大部分汽车发动机大约快30倍并且涡轮 机要接通排气，所以涡轮机内的温度非常高。此外，由于所导致的高流速， 涡轮增压器要经受噪音和振动。这些情况能够对该涡轮增压器的一些部件 产生不利的影响，尤其是对旋转零件(如涡轮机转子)具有不利影响，这 可以导致系统的故障。此外，必须对由于温度改变而导致的热增长或膨胀 进行设计，因为它们在某些情况下会导致由不想要的间隙而产生的低效 率。

涡轮增压器与大型柴油发动机以及较小的轿车动力装置都结合使用。 这些涡轮增压器的设计和功能在现有技术中有详细的描述，例如，美国专 利第4,705,463、5,399,064以及6,164,931号，这些专利所披露的内容通过 引用结合在此。

涡轮增压器单元典型地包括可操作性地连接到发动机排气歧管的一 个涡轮机、可操作性地连接到发动机进气歧管的一个压缩机，以及将涡轮 机叶轮与压缩机叶轮连接的一根轴，以使涡轮机叶轮的快速旋转驱动压缩 机叶轮。该轴延伸穿过一个轴承箱并且安装以在多个轴承内旋转。这些轴 承是最常见的自由浮动轴承。在压力下的曲轴箱润滑剂是通过这些自由浮 动轴承而进行泵送以便对这些旋转的轴承界面连同限制轴的轴向偏移的 止推面进行润滑。

除了完成上述有用的工作外，必须将涡轮增压器设计成解决两个明显 的问题：第一，不应允许油从轴承箱泄露到涡轮机壳体或压缩机壳体内并 且从那里泄漏到环境中；第二，必须不允许涡轮机的高温对轴承箱内的润 滑油造成不利影响。

更确切地说，要求装有涡轮增压器的车辆满足日益严格的排放标准。 考虑到润滑油在压力下被泵送，在高流速下将润滑剂保持在该轴承箱内以 进行润滑并且从延伸穿过该涡轮机壳体并且在可达350,000 rpm的转速下 旋转的一根涡轮机轴上将热量除去是一种挑战。尽管在该涡轮增压器内设 置了多个挡板，但一定量的润滑剂还会从该轴承箱泄露到涡轮机壳体或压 缩机壳体内。这些润滑剂最终通过排气被排放到环境中而增加了排放。

就所提到的第二个问题而言，在柴油机的情况下，在排气涡轮机中发 生大约740℃的温度，而在四冲程发动机的情况下发生大约1,000℃的温 度。从涡轮增压器的涡轮机部分到轴承箱的高温传递可以导致轴承内以及 中心壳体壁上的润滑油的氧化。

已知可以使用隔热屏以便保护轴承箱不受排气涡轮机的高温的影响。 例如，在美国专利号4,613,288、4,969,805、5,026,260、5,214,920、5,231,831 以及5,403,150中对隔热屏进行了描述。根据传统上的观点，隔热屏是插 在涡轮机与轴承箱之间并且能够耐受高温暴露的具有平坦盘的形状的一 块金属。当涡轮增压器使用可变几何形状的导向叶片时，隔热屏必须被定 位为即使是在涡轮增压器的这些部件的热增长的情况下也不干扰这些叶 片或涡轮机叶轮的运动。

在授予Lombard的美国专利号7,097,432中示出了一种VTG(可变涡 轮几何形状)涡轮增压器，该涡轮增压器具有安装在涡轮机壳体与中心壳 体之间的一个隔热屏。图1以及图2示出了该Lombard装置，并且该装置 具有一个涡轮机壳体12、一个中心壳体14、一个压缩机壳体16、一个涡 轮机叶轮18、多个壳体螺栓40、多个可旋转的导向叶片90以及一个隔热 屏92。通过由该涡轮机以及涡轮机壳体和中心壳体12和14沿着隔热屏 92的周边将隔热屏夹持或夹住来安装该隔热屏并且隔热屏与涡轮机叶轮 18同心。在该涡轮增压器的运行过程中，这些壳体螺栓40施加压力以将 隔热屏92保持在适当的位置。虽然Lombard组件典型地是用于多个涡轮 增压器的隔热屏组件，但Lombard组件可以经受带有涡轮机壳体12的热 增长的隔热屏92的运动的缺陷。此外，为了解决在这些壳体12与14之 间定位隔热屏92以使涡轮机叶轮18与这些导向叶片90具有足够的间隙 时的热增长和组件公差，提供较大的缝隙，这些缝隙可降低涡轮增压器的 效率。