СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ), ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЙ СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ, И СПОСОБ СОЕДИНЕНИЯ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ С ВЫХЛОПНЫМ КОЛЛЕКТОРОМ ДВИГАТЕЛЯ
TURBOCHARGER COUPLING ASSEMBLY (VARIANTS), ENGINE CONTAINING SUCH COUPLING ASSEMBLY, AND METHOD FOR COUPLING TURBOCHARGER TO ENGINE INLET MANIFOLD

Область техники
Настоящее изобретение относится к соединительному узлу турбонагнетателя, работающего на выхлопных газах. В частности, настоящее изобретение относится к соединительному узлу турбонагнетателя, работающего на выхлопных газах, для автомобильного транспортного средства.
Уровень техники
На фиг. 1а и 1b показан известный из уровня техники соединительный узел 10 турбонагнетателя, работающего на выхлопных газах, причем указанный известный соединительный узел предназначен для присоединения выпускного коллектора 2 двигателя к турбонагнетателю 4, работающему на выхлопных газах. Указанный соединительный узел содержит первый фланец 12, относящийся к указанному коллектору 2 двигателя, и второй фланец 14, относящийся к указанному турбонагнетателю 4, работающему на выхлопных газах. Указанные первый и второй фланцы 12, 14 соединены друг с другом посредством трех шпилек 16а, 16b и 16с, расположенных на периферии указанных фланцев.
Во время соединения турбонагнетателя 4 с выпускным коллектором 2 необходимо, чтобы после установки указанного турбонагнетателя 4 в заданном положении на указанном коллекторе 2 был обеспечен прямой доступ для инструмента к указанным шпилькам 16а, 16b и 16с, например, чтобы допустить возможность использования головки торцевого ключа и наличие допуска на обработку вокруг ее периметра. В таком предпочтительном случае для затяжки шпилек 16а, 16b и 16с возможно применение головки торцового ключа с удлинителем, которая может являться частью автоматического гайковерта, при этом процессу затяжки не будет мешать ни корпус коллектора 2, ни корпус турбонагнетателя 4. Однако, как показано на фиг. 1а и 1b, форма корпуса 6 турбины турбонагнетателя и его рабочая ориентация относительно коллектора 2 такова, что турбонагнетатель заслоняет собой указанную шпильку 16с. Чтобы устранить указанную проблему, можно использовать гнездовой ключ типа «вороньи лапки». Однако, применение такого инструмента нежелательно, поскольку трудно надежным образом ввинтить скрытую шпильку 16c или использовать автоматический гайковерт.
Проблема осложняется современными требованиями к уменьшению габаритов двигателей. Это значит, что двигатель становится более компактным, в то время как турбонагнетатель увеличивается в размерах. Цилиндры двигателя сближаются друг с другом, что приводит к ограничению доступа инструмента к коллектору и, соответственно, приводит к ограничению доступа инструмента к турбонагнетателю. Указанная проблема касается также и обслуживания двигателя, поскольку необходимо иметь возможность демонтировать турбонагнетатель без снятия коллектора.
Настоящее изобретение направлено на решение указанных выше проблем.
Раскрытие изобретения
Согласно первому аспекту в настоящем изобретении предложен соединительный узел турбонагнетателя, работающего на выхлопных газах, причем указанный соединительный узел предназначен для присоединения указанного турбонагнетателя, работающего на выхлопных газах, к выпускному коллектору двигателя и содержит: первый фланец, причем указанный первый фланец выполнен с возможностью соединения или с указанным выпускным коллектором двигателя, или с указанным турбонагнетателем, работающим на выхлопных газах, и одну или несколько выступающих кромок, соединенных с указанным первым фланцем и выступающих над указанным первым фланцем с образованием паза между указанным первым фланцем и указанной выступающей кромкой, причем указанный паз предназначен для приема в него второго фланца, соединенного с другим из указанных устройств: с указанным выпускным коллектором двигателя или с указанным турбонагнетателем, работающим на выхлопных газах, так чтобы ограничить расхождение первого и второго фланцев друг от друга в их собранном состоянии.
Указанная выступающая кромка может иметь первую криволинейную поверхность, предназначенную для взаимодействия с соответствующей второй криволинейной поверхностью, предусмотренной на втором фланце. Указанная первая криволинейная поверхность может быть расположена так, что она обращена к указанному первому фланцу. Указанная выступающая кромка и указанный первый фланец могут быть выполнены за одно целое.
Указанная первая криволинейная поверхность может быть выполнена так, что ее взаимодействие с указанной второй криволинейной поверхностью, предусмотренной на втором фланце, обеспечивает выравнивание указанных первого и второго фланцев относительно друг друга, например, во время сборки и/или теплового расширения компонентов.
Указанная выступающая кромка может быть соединена с указанным первым фланцем в точке, которая не видна и скрыта турбонагнетателем, работающим на выхлопных газах, в установленном положении. Например, точка, в которой указанная выступающая кромка соединена с указанным первым фланцем, может быть не видна, если смотреть в направлении, по существу перпендикулярном указанному первому фланцу, и в направлении, проходящем через точку, в которой указанная выступающая кромка соединена с указанным первым фланцем. Выступающая кромка может быть соединена с указанным первым фланцем в точке, которая является ближайшей к головке цилиндра двигателя в установленном положении.
Указанный первый фланец дополнительно выполнен с возможностью соединения со вторым фланцем посредством одного или нескольких крепежных элементов в точках, расположенных на заданном расстоянии от указанной выступающей кромки. Например, указанный первый фланец может иметь одно или несколько отверстий под крепежные элементы, например, для вставки болтов или шпилек. Указанный второй фланец может иметь соответствующие отверстия под крепежные элементы для вставки болтов или шпилек. Указанные отверстия под крепежные элементы могут быть распределены в пределах первого и второго фланцев. Каждый из указанных фланцев, то есть первый фланец и второй фланец, может иметь центральный канал, который обеспечивает проход для выхлопных газов из выпускного коллектора в турбонагнетатель. Указанные отверстия под крепежные элементы могут быть распределены вокруг указанного центрального канала.
Указанная первая криволинейная поверхность может быть выполнена так, что при затяжке одного или нескольких крепежных элементов обеспечена возможность движения указанного второго фланца относительно указанной выступающей кромки с тем, чтобы увеличить сжимающую нагрузку между указанными первым и вторым фланцами в точке, в которой находится указанная выступающая кромка.
Указанный соединительный узел может дополнительно содержать второй фланец. Указанный второй фланец может иметь вторую криволинейную поверхность. Указанная вторая криволинейная поверхность может быть расположена так, что она обращена к указанной выступающей кромке первого фланца, например, обращена к первой криволинейной поверхности на выступающей кромке в установленном положении.
Указанные первая и вторая криволинейные поверхности могут быть выполнены так, что при затяжке одного или нескольких крепежных элементов обеспечена возможность движения указанного второго фланца относительно указанной выступающей кромки с тем, чтобы увеличить сжимающую нагрузку между указанными первым и вторым фланцами в точке, в которой находится указанная выступающая кромка. В частности, первая и вторая криволинейные поверхности могут быть выполнены так, что при затяжке одного или нескольких крепежных элементов обеспечена возможность движения указанного второго фланца относительно указанной выступающей кромки с тем, чтобы создавать равномерно распределенную сжимающую нагрузку между указанными первым и вторым фланцами. Соответственно, сжимающая нагрузка между указанными первым и вторым фланцами в точке, в которой находится выступающая кромка, может быть по существу равной сжимающей нагрузке в местах расположения одного или нескольких крепежных элементов. Крепежные элементы могут создавать заданную сжимающую нагрузку между указанными первым и вторым фланцами, например, когда к болту или шпильке прикладывают заданный крутящий момент. Первая и вторая криволинейные поверхности могут быть выполнены так, что такая же заданная сжимающая нагрузка создается в точке, в которой указанная выступающая кромка соединена с указанным первым фланцем.
Согласно второму аспекту в настоящем изобретении предложен соединительный узел турбонагнетателя, работающего на выхлопных газах, причем указанный соединительный узел предназначен для присоединения указанного турбонагнетателя, работающего на выхлопных газах, к выпускному коллектору двигателя и содержит: второй фланец, причем указанный второй фланец выполнен с возможностью соединения или с указанным выпускным коллектором двигателя, или с указанным турбонагнетателем, работающим на выхлопных газах, причем указанный второй фланец предназначен для сцепления с первым фланцем, причем указанный первый фланец выполнен с возможностью соединения с другим из указанных устройств: с указанным выпускным коллектором двигателя или с указанным турбонагнетателем, работающим на выхлопных газах. При этом указанный второй фланец может иметь вторую криволинейную поверхность. Указанная вторая криволинейная поверхность может быть расположена так, что она обращена к выступающей кромке первого фланца в установленном положении.
Транспортное средство или двигатель может содержать описанный выше соединительный узел турбонагнетателя, работающего на выхлопных газах.
Согласно третьему аспекту в настоящем изобретении предложен способ присоединения турбонагнетателя, работающего на выхлопных газах, к выпускному коллектору двигателя, причем указанный способ содержит следующие этапы: подготавливают соединительный узел, содержащий первый фланец, выполненный с возможностью соединения или с указанным выпускным коллектором двигателя, или с указанным турбонагнетателем, работающим на выхлопных газах, и второй фланец, выполненный с возможностью соединения с другим из указанных устройств: с указанным выпускным коллектором двигателя или с указанным турбонагнетателем, работающим на выхлопных газах, причем указанный соединительный узел дополнительно содержит одну или несколько выступающих кромок, соединенных с указанным первым фланцем и выступающих над указанным первым фланцем с образованием паза между указанным первым фланцем и указанной выступающей кромкой; и вставляют второй фланец в указанный паз с тем, чтобы ограничить расхождение первого и второго фланцев друг от друга.
Указанный способ может дополнительно содержать этап, на котором указанный второй фланец вставляют в указанный паз вращательным движением. Указанный способ может дополнительно содержать этап, на котором соединяют первый фланец с указанным вторым фланцем посредством одного или нескольких крепежных элементов в точках, расположенных на заданном расстоянии от указанной выступающей кромки.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания настоящего изобретения и более наглядной демонстрации возможности его осуществления, ниже приведено описание настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, из которых изображено следующее.
На фиг. 1 показан известный из уровня техники соединительный узел турбонагнетателя, работающего на выхлопных газах, причем на фиг. 1а представлен вид сбоку, а на фиг. 1b представлен вид сверху.
На фиг. 2 показан предлагаемый в настоящем изобретении соединительный узел турбонагнетателя, работающего на выхлопных газах, причем на фиг. 2а на виде сбоку в разрезе показан указанный узел в собранном состоянии, на фиг. 2b в аксонометрии показан первый фланец, соединенный с коллектором, а на фиг. 2c в аксонометрии показан второй фланец.
Осуществление изобретения
Согласно фиг. 2, настоящее изобретение относится к соединительному узлу 100 турбонагнетателя, работающего на выхлопных газах, причем указанный соединительный узел предназначен для присоединения указанного турбонагнетателя 4, работающего на выхлопных газах, к выпускному коллектору 2 двигателя. Соединительный узел 100 содержит первый фланец 112, причем показано, что указанный фланец соединен с указанным выпускным коллектором 2 двигателя или в качестве альтернативного варианта - с указанным турбонагнетателем 4, работающим на выхлопных газах. Соединительный узел 100 может дополнительно содержать второй фланец 114, причем показано, что указанный фланец соединен с указанным турбонагнетателем 4, работающим на выхлопных газах, или в качестве альтернативного варианта - с указанным выпускным коллектором 2 двигателя. Следует понимать, что указанные первый и второй фланцы 112, 114 могут быть присоединены, например, приварены, соответственно к выпускному коллектору 2 двигателя и к турбонагнетателю 4, работающему на выхлопных газах. В качестве альтернативного варианта, указанные первый и второй фланцы 112, 114 могут быть выполнены за одно целое по меньшей мере с частью выпускного коллектора 2 двигателя и частью турбонагнетателя 4, работающего на выхлопных газах, соответственно.
Каждый из указанных фланцев, то есть первый фланец 112 и второй фланец 114, содержит канал 112a, 114a, причем указанные каналы выровнены относительно друг друга и образуют проход для выхлопных газов, движущихся из выпускного коллектора в турбонагнетатель 4, например, в турбину турбонагнетателя. Указанные каналы 112a, 114a могут быть выполнены по центру первого и второго фланцев 112, 114. Первый и второй фланцы 112, 114 имеют сопрягающиеся поверхности 112b, 114b, которые расположены так, что первый и второй фланцы 112, 114 могут плотно стыковаться друг с другом. Соответственно, между первым и вторым фланцами 112, 114 может быть предусмотрено уплотнение 116. Указанное уплотнение 116 может быть расположено вокруг газовых каналов 112a, 114a и может иметь форму кольца.
Указанный соединительный узел 100 дополнительно содержит один или несколько выступающих участков или кромок 120. В конкретном проиллюстрированном примере предусмотрена одна выступающая кромка 120. Выступающие кромки 120 соединены с первым фланцем 112 и выступают над ним. Выступающие кромки 120 выполнены по периметру первого фланца 112, а в случае, если предусмотрено несколько выступающих кромок, то они могут быть распределены по части периметра первого фланца. Выступающие кромки 120 и первый фланец 112 могут быть выполнены за одно целое. В качестве альтернативного варианта указанные выступающие кромки 120 могут быть выполнены в виде отдельных компонентов, которые присоединены, например, приварены к первому фланцу 112.
Выступающая кромка 120 и первый фланец 112 между собой образуют паз 122. Выступающая кромка 130 и, соответственно, указанный паз 122 могут проходить в направлении, параллельном касательной к периметру фланца и/или каналу 112a. В указанный паз 122 входит второй фланец 114, в результате чего указанный паз способствует удержанию вместе первого и второго фланцев 112, 114. Размеры указанного паза 122 таковы, что он способен вмещать в себя край второго фланца 114. В частности, размер паза 122 можно выбрать таким, чтобы он вмещал в себя второй фланец 114, когда первый и второй фланцы находятся в плотном сцеплении друг с другом.
Выступающая кромка 120 может быть соединена с первым фланцем 112 в точке на первом фланце, которая скрыта из виду установленным турбонагнетателем, работающим на выхлопных газах. Например, точка, в которой выступающая кромка 120 соединена с первым фланцем 112, может быть не видна, если смотреть в направлении, по существу перпендикулярном сопрягающимся поверхностям 112b, 114b фланцев, и в направлении, проходящем через точку, в которой выступающая кромка 120 соединена с первым фланцем. Как видно из фиг. 2b, выступающая кромка 120 может быть соединена с первым фланцем 112 в точке, которая является ближайшей к выпускному коллектору 2 двигателя, и, соответственно, в точке, которая находится ближе всего к головке цилиндров двигателя в установленном положении.
Кроме того, указанные первый и второй фланцы 112, 114 могут быть соединены друг с другом посредством одного или нескольких крепежных элементов в точках, расположенных на заданном расстоянии от указанной выступающей кромки 120. Например, первый фланец может иметь одно или несколько отверстий 112c под крепежные элементы, например, для вставки в них болтов или шпилек 130. Второй фланец 114 может иметь соответствующие отверстия 114c под крепежные элементы для вставки в них болтов или шпилек 130. Болты или шпильки 130 могут быть затянуты соответствующими гайками 132, которые могут опираться на второй фланец 114. Указанные отверстия 112c под крепежные элементы, выполненные в первом фланце, могут иметь резьбу для ввинчивания резьбовой шпильки или болта 130. В качестве альтернативного варианта, указанные отверстия 112c под крепежные элементы, выполненные в первом фланце, могут не иметь резьбу, при этом шпилька или болт 130 могут удерживаться на месте за счет дополнительной гайки или головки болта, которые опираются на первый фланец 112. Указанные отверстия 112c, 114c под крепежные элементы могут быть распределены в пределах сопрягающихся поверхностей 112b, 114b первого и второго фланцев 112, 114. Отверстия 112c, 114c под крепежные элементы могут быть распределены вокруг центрального канала 112a, 114a. Например, указанные отверстия под крепежные элементы и выступающая кромка 120 могут быть по существу равномерно распределены по окружности относительно центра канала 112a, 114a. В конкретном проиллюстрированном примере предусмотрено два отверстия под крепежные элементы и два крепежных элемента.
При сборке часть второго фланца 114 может быть вставлена в указанный паз 122. В частности, второй фланец 114 можно вращательным движением ввести в указанный паз 122. Затем, первый и второй фланцы 112, 114 могут быть соединены друг с другом, например, посредством одного или нескольких крепежных элементов, таких как болты/шпильки 130 и гайки 132.
Как показано на фиг. 2а, выступающая кромка 120 может иметь первую криволинейную поверхность 124a, выполненную с возможностью взаимодействия с соответствующей второй криволинейной поверхностью 124b на втором фланце 114. Указанная первая криволинейная поверхность 124a может быть расположена так, что она обращена к первому фланцу 112. Аналогично, вторая криволинейная поверхность 124b может быть расположена так, что она обращена к выступающей кромке 120 первого фланца 112, например, обращена к первой криволинейной поверхности 124a, предусмотренной на выступающей кромке. Соответственно, вторая криволинейная поверхность 124b может быть предусмотрена на задней стороне 114d второго фланца 114, то есть, на стороне противоположной сопрягающейся поверхности 114b.
Как показано на фиг. 2a, первая криволинейная поверхность 124a может иметь вогнутый участок 124a' и выпуклый участок 124a''. Указанный вогнутый участок 124a' может быть выполнен в радиальном направлении дальше, чем указанный выпуклый участок 124a'', причем указанное радиальное направление задано относительно центра каналов 112a, 114a. Аналогично, вторая криволинейная поверхность 124b может иметь вогнутый участок 124b' и выпуклый участок 124b''. Указанный вогнутый участок 124b' может быть выполнен в радиальном направлении ближе, чем указанный выпуклый участок 124b''. В собранном состоянии узла, указанный вогнутый участок 124a' первой криволинейной поверхности может находиться в контакте с указанным выпуклым участком 124b'' второй криволинейной поверхности и/или указанный выпуклый участок 124a'' первой криволинейной поверхности может находиться в контакте с указанным вогнутым участком 124b' второй криволинейной поверхности. Хотя показано, что и первая, и вторая поверхности 124a, 124b имеют криволинейный профиль, предполагается, что одна из указанных поверхностей, то есть первая или вторая, может быть по существу плоской.
В конкретной конструкции указанный вогнутый участок 124b' второй криволинейной поверхности может вращаться вокруг указанного выпуклого участка 124aʺ первой криволинейной поверхности во время вращения второго фланца и установки его в надлежащее положение. При вращении второго фланца 114 указанный вогнутый участок 124a' первой криволинейной поверхности входит в контакт с выпуклым участком 124b'' второй криволинейной поверхности. Любое последующее вращение второго фланца может предусматривать вращение указанного выпуклого участка 124b'' второй криволинейной поверхности вокруг указанного вогнутого участка 124a' первой криволинейной поверхности. Когда первый и второй фланцы находятся в собранном состоянии, то есть, в состоянии уплотнения, вогнутый участок 124a' первой криволинейной поверхности может оставаться в контакте с выпуклым участком 124b'' второй криволинейной поверхности. Напротив, в собранном состоянии узла, выпуклый участок 124a'' первой криволинейной поверхности может больше не находиться в контакте с вогнутым участком 124b' второй криволинейной поверхности (хотя также предусматривается, что в собранном состоянии узла выпуклый участок 124aʺ первой криволинейной поверхности все же может находиться в контакте с вогнутым участком 124b' второй криволинейной поверхности).
Второй фланец 114 может иметь закругленную кромку 114e на радиально наружном краю сопрягающейся поверхности 114b. Указанная закругленная кромка 114e может способствовать вращению второго фланца 114 внутри паза 122.
Первая и вторая криволинейные поверхности 124a, 124b могут быть выполнены так, что при затяжке одного или нескольких крепежных элементов второй фланец 114 способен двигаться, например, вращаться относительно выступающей кромки 120 с тем, чтобы обеспечить увеличение сжимающей нагрузки между первым и вторым фланцами 112, 114 в точке, в которой находится выступающая кромка 120. В частности, первая и вторая криволинейные поверхности 124a, 124b могут быть выполнены так, что при затяжке одного или нескольких крепежных элементов второй фланец 114 способен двигаться относительно выступающей кромки 120 с тем, чтобы создавать равномерно распределенную сжимающую нагрузку между первым и вторым фланцами 112, 114. Соответственно, сжимающая нагрузка между первым и вторым фланцами 112, 114 в точке, в которой находится выступающая кромка 120, может быть по существу равной сжимающей нагрузке в местах расположения одного или нескольких крепежных элементов. Крепежные элементы могут создавать предварительно заданную сжимающую нагрузку между первым и вторым фланцами 112, 114, например, когда к болту/шпильке 130 или гайке 132 прикладывают предварительно заданный крутящий момент. Первая и вторая криволинейные поверхности 124a, 124b могут быть выполнены так, чтобы такая же предварительно заданная сжимающая нагрузка создавалась в точке, в которой выступающая кромка 120 соединена с первым фланцем 112.
Кроме того, первая криволинейная поверхность 124a может быть выполнена так, чтобы ее взаимодействие со второй криволинейной поверхностью 124b, предусмотренной на втором фланце 114, обеспечивало выравнивание первого и второго фланцев относительно друг друга, например, при сборке и/или в процессе термического расширения/сокращения компонентов. В частности, если первый и второй фланцы 112, 114 расширяются в радиальном направлении, например, из-за увеличения температуры при работе двигателя, то взаимодействие между первой и второй криволинейными поверхностями 124a, 124b может способствовать поддержанию относительного положения первого и второго фланцев. Например, первая криволинейная поверхность 124a может тянуть в радиальном направлении вторую криволинейную поверхность 124b и, соответственно, второй фланец 114.
Преимущество предлагаемого в настоящем изобретении соединительного узла заключается в том, что он не требует дополнительного инструмента, такого как гнездовой ключ типа «вороньи лапки», для обеспечения сцепление между фланцами в точке, которая в иных случаях недоступна или не видна.
Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что хотя настоящее изобретение было описано на примере одного или нескольких вариантов его осуществления, оно не ограничивается раскрытыми вариантами, и при этом возможны другие варианты осуществления настоящего изобретения, не выходящие за пределы объема охраны, установленного прилагаемой формулой изобретения.