涡轮增压器组件的制作方法

本发明涉及一种用于车辆的涡轮增压器组件，所述车辆特别是但不限于地下采矿车辆。

背景技术：

涡轮增压车辆与同等排量的自然吸气车辆相比具有改进的动力输出，这是由于涡轮增压器利用发动机废气来驱动叶轮以压缩额外的空气，然后将这些压缩的空气引入发动机以增强点火燃烧。

涡轮增压器具有容纳叶轮的环形腔室。来自发动机的废气通过废气进口沿切向进入腔室以使叶轮旋转。然后废气通过中央废气出口排出。在涡轮增压器的对侧上对齐的中央空气进口提供空气，该空气在被旋转叶轮压缩之后，再通过空气出口沿切向离开。

涡轮增压器通常在高于150℃的外表面温度下工作。然而，例如在地下煤矿等危险环境中使用的采矿设备需要在优选低于150℃的外表面温度下操作，因为煤尘可在约160℃至170℃的温度下自燃。

由于在这样的环境中发生自燃的风险，涡轮增压器在历史上被认为不适合用于地下采矿。

然而，在澳大利亚专利au2007200911中公开了一种改进的涡轮增压器结构，其降低了涡轮增压器的外表面温度。改进的涡轮增压器具有双层外壁，并且水在内层和外层之间流动，充当热交换介质以维持低表面温度。外部连接允许涡轮增压器连接到车辆的冷却系统中，以使水循环通过涡轮增压器。

鉴于此种双层结构，与传统的涡轮增压器相比，改进的涡轮增压器制造昂贵。由于需要将涡轮增压器连接到车辆的冷却系统中，因此安装也更加困难；并且如果涡轮增压器发生灾难性故障，涡轮增压器仍然会构成潜在的着火源。

技术实现要素：

在一个方面，提供一种涡轮增压器组件，包括壳体，进入所述壳体的空气进气开口和安装在所述壳体内的涡轮增压器，其中所述涡轮增压器的进口与所述开口间隔开以限定间隙，所述间隙允许来自所述空气进气开口的空气在进入所述涡轮增压器的进口之前先围绕所述涡轮增压器循环，以便为所述涡轮增压器的外壳提供空气冷却。

在一个实施方案中，所述壳体是防爆的。

在一个实施方案中，所述组件包括在所述开口上方的阻焰器。

在一个实施方案中，所述开口与所述涡轮增压器的进口对准。

在一个实施方案中，所述壳体包括歧管，所述歧管具有匹配发动机的废气口的多个输入。

在一个实施方案中，所述歧管的输入与连接到所述涡轮增压器的废气进口的端口流体连通。

在一个实施方案中，所述组件包括位于涡轮增压器的废气出口下游的阻焰器。

在一个实施方案中，所述壳体内的涡轮增压器的空气冷却使得所述壳体的外表面温度保持低于70℃。

在另一方面，提供一种用于容纳涡轮增压器的壳体，所述壳体是防爆的，以抑制由所述涡轮增压器的灾难性故障引起的火焰，所述壳体具有将空气引入所述壳体的开口、废气进入所述壳体的废气进口、废气离开所述壳体的废气出口、以及压缩空气离开所述壳体的空气出口。

在一个实施方案中，所述壳体包括沿着所述壳体的侧壁的废气歧管，所述歧管具有匹配发动机的废气口的多个输入，所述多个输入与所述废气口流体连通。

在一个实施方案中，所述开口和所述出口设置在所述壳体的相对的端壁中，并且所述空气出口设置在底壁中。

在另一方面，提供一种包括如上所述的涡轮增压器组件的发动机。

附图说明

仅通过非限制性实施例参考附图详细描述本发明，其中：

图1是涡轮增压器的前视图；

图2是涡轮增压器的侧视图；

图3是壳体的前透视图；

图4是壳体的后透视图；

图5是涡轮增压器组件的前视截面图；

图6是涡轮增压器组件的侧视截面图；

图7是涡轮增压器组件的侧视图；

图8是涡轮增压器组件的底视图；

图9是具有涡轮增压器组件的发动机的侧视图；

图10是发动机的后视图；

图11是发动机的对侧视图；

图12是发动机的顶视图；

图13是车辆前部的前透视图；和

图14是车辆前部的后透视图。

具体实施方式

图1和2示出涡轮增压器1，包括环形压缩腔室2、空气进口3、废气进口4、压缩空气出口5和废气出口6。

来自进口4的废气用于在通过出口6离开之前驱动压缩室2内的叶轮(未示出)。来自进口3的空气被腔室2内的叶轮压缩，然后通过空气出口5离开。

涡轮增压器1还具有废气门7，废气门7提供在腔室2和排气口6之间的流体连接。废气门7是允许来自进口4的废气被直接引入废气出口6的阀，用于在叶轮过载并发生过度压缩的时候使废气绕过叶轮。

图3和图4示出由主体11形成的壳体10，主体11具有形成在端壁14、15中的开口12和出口13。在壳体10的底座17中设有空气出口16，其连接到压缩空气管18。歧管19沿侧壁20连接。

歧管19具有与废气口22流体连通的多个进口21，废气通过废气口22进入壳体10。提供连接23、24以接收循环通过歧管19和端壁15的冷却流体。

现在参照图5至图8，涡轮增压器组件30包括安装在壳体10中的涡轮增压器1，所述壳体10配备有盖31，盖31通过螺栓夹紧到主体11，以使壳体防爆，以便抑制由于壳体10内的涡轮增压器1的灾难性故障而可能产生的任何火焰。

本领域普通技术人员可以根据需要确定主体11和盖31之间的特定连接形式，以使壳体防爆。本领域普通技术人员熟悉例如用于制造防爆盒的标准结构技术。

图5示出安装在壳体10中的涡轮增压器1，使得环形腔室2平行于端壁15布置并横向于侧壁20，使得进口4连接到歧管19，压缩空气出口5连接到空气出口16，而空气出口16又固定连接到压缩空气管18。

图6示出在涡轮增压器发生故障的情况下，压缩空气管18连接到阻焰器33以阻止向组件10下游扩散的任何火花或火焰。

图6还示出在开口12上方的阻焰器34，其中空气被输送到壳体10中，以阻止壳体内的火焰扩散到组件30的上游。

进口3与开口12间隔开以提供间隙35，该间隙35允许空气围绕涡轮增压器1的外壳36循环，以在空气进入进口3之前空气冷却外壳36的外表面。

涡轮增压器1的废气出口6连接到壳体10的出口13。

图7示出由附接板37形成的歧管19，用以将组件10连接到发动机，歧管19具有规则间隔的六个输入21，以与发动机的气缸排气对准。图8是组件30的底视图，其中示出从歧管突出的附接螺栓阵列。

图9是装配到车辆43的发动机舱42中的组件30的侧视图。在罐45之间提供空气接收器44，罐45安装在车辆43的车架46中以容纳在发动机的流体回路中所使用的水。散热器47和风扇48用于通过热交换冷却流体回路中的水。

图10示出涡轮增压器组件30在发动机舱42中的定位，其中歧管19螺栓连接到发动机缸体49上。组件30的出口13通过连接管51连接到废气过滤单元50。

图11示出在后冷却器52附近的压缩空气管18，后冷却器52在空气被引入发动机40之前冷却压缩空气。为清楚起见，附图中省略了连接管道。

图12是发动机舱42的平面图，示出连接到发动机40的进气口53的空气接收器44。接收器44还通过管道系统(未示出)连接到组件30的开口12，从而在空气被后冷却器52冷却之后，提供用于涡轮增压的空气和将压缩空气输送到发动机40中。

图13和14是示出涡轮增压器组件30直接装配到车辆60的现有车架46中的透视图。

由上可知，本发明允许涡轮增压器1在地下采矿环境中操作而不会引起意外着火或爆炸的风险。输送到涡轮增压器1的空气用于在空气进入压缩室2之前冷却涡轮增压器1的壳体36。涡轮增压器i的空气冷却可以使壳体10的内部温度保持低于90℃，壳体10的外部温度保持低于70℃，这个温度远低于例如煤尘的着火温度。

壳体10设计为容纳具有常规配件的超过涡轮增压器1，不需要使用相对复杂和昂贵的双层水冷涡轮增压器。如果涡轮增压器1过热或灾难性故障，任何由此产生的火焰和爆炸都会因为壳体的防爆结构而被抑制在壳体10内，并且由于在开口12的上游处的阻焰器34和在出口13的下游处的另一阻焰器23使得不存在火焰通路。