CN101371009B - 可调节的导向装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可调节的导向装置。导向叶片被支承在构造成两部件或者多部件式的壳体(32、33)中。壳体的分界径向地在叶片杆的支承部位(25)的区域中进行，从而壳体件(32、33)之间的分界缝(36)延伸穿过用于容纳叶片杆的支承孔(34)。完整的圆形孔(34)导致叶片杆的支承部位在每个位置都具有大表面的支承。这样可避免大的表面压力。

Description

可调节的导向装置
技术领域
本发明涉及用内燃机的废气增压的涡轮机领域。
本发明涉及一种废气涡轮机或者废气涡轮增压器的压气机的可调节的导向装置，具有这种导向装置的压气机和废气涡轮机，具有这种压气机和/或这种废气涡轮机的废气涡轮增压器，以及一种用于可调节的导向装置的导向叶片。
背景技术
废气涡轮增压器用于提高内燃机的功率。在现代内燃机中废气涡轮增压器和变化的运行调件的匹配越来越困难。一种所谓的可变的涡轮构造和/或压气机构造在这方面提供了更多的可能性。在这种可变的涡轮机构造中，导向装置的导向叶片在涡轮叶轮的上游根据涡轮的功率需求或多或少陡峭地相对于流动取向。在可变的压气机构造中，扩压器叶片在压气机叶轮的下游或多或少陡峭地相对于流动取向。通常叶片的调节是通过所谓的调节柄进行的。这些调节柄是由与废气涡轮增压器的轴线同心设置的调节环驱动的。在径流式涡轮机或者离心式压气机中，导向叶片或者扩压器叶片通常和轴线平行设置。导向叶片或者扩压器叶片的杆在壳体中优选地双重支承，并且借助调节柄转动，该调节柄在两个支承部位之间对叶片杆施加作用。DE10209172示出了一种传统的可调节的导向装置。在该导向装置中，在安装好叶片之后将调节柄推到叶片杆上，然后进行固定。如同EP 1396621描述的，叶片杆的支承也可借助单个的孔进行。在此调节柄也是在叶片装入之后事后安装的。
插入的调节柄和叶片杆之间的精确加工的接缝部位一方面造成附加的成本，另一方面也降低了调节机构的运行可靠性。在连接处，由于制造和安装所引起的间隙而出现相对运动，其结果是这些相对运动经过较长的运行时间会导致磨损。
EP1234950A1公开了一种具有可调节的导向叶片的导向装置。这些导向叶片为单部件构造，并且可转动地支承在一侧敞开的半圆形的支承孔中。这些支承孔通过平直的盖子封闭，这样在相应载荷时，这些导向叶片不会朝盖子方向脱落。在盖子区域中由于是线形支承，所以导向叶片的支承部位承受高的表面压力。这会导致导向叶片和支承孔出现磨损。
US4696621公开了一种具有可调节的导向叶片的导向装置。这些导向叶片可转动地支承在壳体的支承孔中。该壳体分成两个部件，其中，径向内部的壳体件和径向外部的壳体件之间的分界缝延伸穿过这些支承孔。
GB2216604也公开了一种具有可调节的导向叶片的导向装置，这些导向叶片支承在多部件的壳体中。
发明内容
本发明的任务是提供一种长时间运行时能可靠工作，具有可调节的导向叶片的导向装置。
根据本发明，导向叶片支承在两部件或多部件设计的壳体中。也就是说该壳体例如包括径向外部的周边环和径向内部的壳体件。壳体径向地在叶片杆的支承部位的区域中分界，这样分界缝在壳体件之间延伸穿过用于容纳叶片杆而设置的支承孔。
在一种实施方式中，用于容纳叶片杆的支承孔的两个部分孔分别是圆弧形的，这样，当将两个壳体件安装好时，两个部分孔就一起地形成完整的圆形孔。这样，无论载荷的方向如何，圆柱形的叶片杆都大面积地贴靠在圆形的孔中。
在一种实施方式中，导向装置配设有导向叶片，这些导向叶片具有和叶片以杆材料连接方式相连接的调节柄。
这样可以减少所使用元件的数量，其减少数量为附加的调节柄那么多。
此外也可消除调节柄和叶片杆之间的在运行中承受强烈载荷的连接区域。
在一种实施方式中，导向叶片整件地制造成一种精铸件，其具有叶片型面、叶片杆和调节柄。这样调节柄是叶片杆的整体的组成部分。
将调节柄集成到叶片杆中的做法大大地简化了可调节的导向装置的安装，并且使导向装置在长时间的运行中具有大得多的可靠性。
附图说明
下面借助附图对本发明的不同的实施方式进行详细的说明。这些附图是：
图1：具有根据本发明的导向装置的压气机的沿轴线切割的截面图。
图2：图1的导向装置的放大的部分图。
图3：图1的导向装置的导向叶片的等比例详图。
图4：图1的导向装置的等比例图。
图5：在安装导向叶片时，导向叶片的支承部位的截面图。
具体实施方式
图1和图2示出一种例如在废气涡轮增压器中使用的，且具有根据本发明的导向装置的压气机。
所示离心式压气机包括压气机叶轮。该压气机叶轮设置在可转动地支承在轴承箱30中的轴上。压气机叶轮具有带有多个工作叶片12的轮毂11。这个压气机叶轮轮毂和安装壁32一起界定流动通道。沿流动方向在压气机叶轮的下游，流动通道受到轴承箱和压气机出口壳体31的限制。在扩压器区域中，在压气机的下游，设置了可调节的扩压器导向装置。
这个导向装置包括多个可调节的导向叶片21。这些导向叶片分别可绕可转动地被支承着的叶片杆22转动。导向叶片和叶片杆能够以形状配合、力结合或材料连接的方式彼此连接。
叶片杆可转动地支承在壳体中。为了驱动叶片杆设置了调节柄23。这个调节柄将力从调节环4传递到叶片杆上。根据本发明调节柄和叶片杆以材料连接方式连接。在这种情况中，调节柄例如和叶片杆是作为一个唯一的结构部件铸造出和/或铣出的。
在本发明的优选的实施方式中，导向叶片21、叶片杆22和调节柄23彼此间以材料连接的方式连接。例如通过下述措施，即导向叶片、叶片杆和调节柄是作为一个唯一的结构部件铸造出和/或铣出的。
在导向装置的区域中限制流动通道的壳体沿径向方向分成两个部件。这个壳体除了安装壁32外还包括径向设置在安装壁之外的周边环33。在周边环中和在安装壁中，设置用于支承叶片杆的支承部位25，这点可从图2的放大图中看出来。代替所示的在调节柄23的两侧具有两个比较短的支承部位的实施方式，也可以设想仅具有叶片杆的一个支承部位的实施方式。在所示实施方式中，导向叶片借助作用到叶片杆的端部上的弹簧7顶压轴承箱30的位于对面的箱体壁。
图3示出了根据本发明设计的导向叶片的等比例图。本来的导向叶片21基本垂直于叶片杆25的轴线设置。在叶片杆的两个支承部位25之间设置调节柄23。这个调节柄在所示实施方式中设计为直的，并且也基本和叶片杆的轴线垂直。代替地，调节柄可具有弯曲的形状，或者相对于叶片杆的轴线稍微呈角度地倾斜设置。
长形的凹槽24设在调节柄的自由端部中。在这个凹槽中可以容纳调节环的随动件螺栓，用于驱动调节柄。也可将这个长形槽设计成长孔。在这个长孔中随动件螺栓可往返运动。但是这个长孔也可以防止随动件螺栓完全从槽中脱出。
从图4可以看到是如何通过和增压器轴线同心设置的调节环4驱动调节柄的。调节环对于每个调节柄23分别具有一个圆柱形的随动件螺栓5。当调节环沿圆周方向运动时，在槽24中的随动件螺栓对调节柄施加作用，并且使这些调节柄绕着可旋转地被支承着的叶片杆22的轴线进行转动。调节柄的自由端部是修圆的，为的是当调节环运动时它们不会卡住。在该图中，周边环不是设置在安装壁32上。叶片杆的靠近叶片的支承部位位于支承孔中。这些支承孔分别大约一半设在安装壁中和设在沿轴向方向可推移到安装壁上的周边环中。外部的周边环33沿轴向方向可推移到设置在径向内部的壳体件32中的叶片杆22上。外部的周边环33和设置在外部的周边环中的叶片杆一起可沿轴向方向推移到径向内部的壳体件32上。
如图5所示，如果支承孔34在安装壁32中的部分341大于圆形孔的一半，这样当按箭头方向装入叶片杆22时产生微小的阻力，这个阻力在叶片杆嵌入支承孔中是必须克服的。这个微小的阻力是如此产生的，即装入孔35的宽度比叶片杆22的直径略小。在装入之后，叶片杆可自由地转动，然而，但如果沿径向方向没有微小的力作用，叶片杆是不会从支承孔中脱出的。这使得导向装置安装到安装壁中的安装工作变得简单。
根据本发明，支承孔是由两个部分圆弧形的部分孔341和342构成。这些部分孔在横截面中接合地-也就是垂直于叶片杆的支承轴线-形成完整圆形的孔34。在两个壳体件，即安装壁32和周边环33，之间的分界缝36延伸穿过该孔34。这个完整圆形的孔34使得叶片杆的支承部位33在每个位置处都具有大面积的支承。无论载荷的方向如何，圆柱形的杆都面贴靠在圆形的孔中。这样就可避免大的表面压力。当叶片杆被支承在非圆形的，或者仅部分圆形的孔中时就会出现这种大的表面压力。
若叶片杆具有相对于支承部位25直径减小的区域，则这个具有直径减小的区域的叶片杆可以导入到支承孔中，并且紧接着沿轴向方向推移到规定的位置中。
在将导向叶片以叶片杆装入到为此设置的安装壁的支承孔之前，将调节环4放置到安装壁的为此设置的空隙中。若紧接着所有的导向叶片已装入，则周边环33可沿轴向方向推移到安装壁上，这样，叶片杆22的自由端部就可以导入到周边环中为此而设置的配设有弹簧元件7的孔中。调节环4有利地轴向导引，例如通过安装壁和/或周边环上的相应的轴向止挡。最后周边环借助固定机构6固定在安装壁上。这样可调节的导向装置就可连同安装壁一起安装到压气机壳体31的中心孔中。
由安装壁32和周边环33包围起来的空腔37(见图2)根据本发明可和外界完全密封。空腔仅在一侧具有敞开的壳体接口。在后壁上有利地以不贯通的孔(盲孔)的形式构造第二导向叶片支承部位，在该厚壁上，仅在一个部位处需要开口，以用于驱动调节环4的调节柄。这样的开口，通常是圆形的孔，可没有问题地密封。否则安装壁和周边环到处都是壁连壁，这样流动介质就不会通过导向装置从流动通道中溢出。流动介质有可能通过支承孔34渗入到空腔37中，但是它不能从那里溢到外界中。
由于根据本发明的安装壁和周边环的划分，可实现整件构造的导向叶片和密封的空腔相结合。
也可替代地将周边环构造成沿圆周方向为多部件的。这样就可沿径向方向从外部将周边环的多部件安装到安装壁上。这种做法使得在设计可调节的导向装置时有更大的结构自由度。
为了改进调节柄-调节环耦联机构的运行可靠性，本身构造为圆柱形且在调节环中的圆形孔中可自由转动的随动件螺栓可以具有两个平面的滑动面。这些滑动面靠放到调节柄的自由端部上的相应平面的滑动面上。
根据本发明的导向装置既可用在用于给两冲程或者四冲程内燃机增压的废气涡轮增压器的压气机和/或涡轮中，也可用在采用内燃机的废气运行的动力涡轮机的涡轮中。
附图标记表
11    压气机叶轮轮毂
12    压气机工作叶片
21    导向叶片(扩压器叶片)
22    叶片杆
23    调节柄
24    槽
25    支承部位
30    轴承箱
31    压气机壳体
32    安装壁
33    周边环
34    支承孔
341   安装壁中的部分支承孔
342   周边环中的部分支承孔
35    导入孔
36    安装壁和周边环之间的分界缝
37    空腔
4     调节环
5     随动件螺栓
6     固定元件
7     弹簧元件

Claims (14)

1.具有可调节的导向叶片(21)的导向装置，这些导向叶片分别与在壳体的支承孔(34)中可转动地被支承着的叶片杆(22)连接，并能够通过与叶片杆相连的且在叶片杆上施加作用的调节柄(23)绕着叶片杆转动，其中所述壳体包括径向内部的安装壁(32)和径向外部的周边环(33)，并且在径向内部的安装壁和径向外部的周边环之间的分界缝(36)的延长线延伸穿过支承孔(34)，其特征在于，叶片杆(22)的至少一个支承部位(25)沿径向方向通过支承孔(34)中的装入孔(35)可装入到该支承孔(34)中，其中装入孔(35)的尺寸设计得如此的狭窄，使叶片杆(22)在装入时在克服阻力的情况下嵌到支承孔(34)中，其中支承孔(34)在安装壁(32)中的部分(341)大于圆形孔的一半。
2.按照权利要求1所述的导向装置，其特征在于，支承孔(34)分别由两个部分圆弧形的孔(341、342)组成，其中，分别是第一部分圆弧形孔(341)设在内部的安装壁(32)中，第二部分圆弧形孔(342)设在外部的周边环(33)中。
3.按照权利要求1所述的导向装置，其特征在于，外部的周边环(33)和径向内部的安装壁(32)围成空腔，在该空腔中设有调节柄(23)。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的导向装置，其特征在于，为了安装导向装置，外部的周边环(33)沿轴向方向可推移到设置在径向内部的安装壁(32)中的叶片杆(22)上。
5.按照权利要求1至3中任一项所述的导向装置，其特征在于，为了安装导向装置，外部的周边环(33)和设置在外部的周边环中的叶片杆(22)一起可沿轴向方向推移到径向内部的安装壁(32)上。
6.按照权利要求1至3中任一项所述的导向装置，其特征在于，外部的周边环(33)沿圆周方向由多个部分环构成。
7.按照权利要求1至3中任一项所述的导向装置，其特征在于，叶片杆(22)和调节柄(23)以材料连接的方式彼此连接。
8.按照权利要求1至3中任一项所述的导向装置，其特征在于，导向叶片(21)、叶片杆(22)和调节柄(23)以材料连接的方式彼此连接。
9.按照权利要求1所述的导向装置，其特征在于，叶片杆(22)具有至少一个用于支承在壳体(30、32、33)中的支承部位(25)；并且该支承部位设置在调节柄(23)和导向叶片(21)之间。
10.按照权利要求1所述的导向装置，其特征在于，叶片杆(22)具有至少一个用于支承在壳体(30、32、33)中的支承部位(25)；所述壳体具有支承孔(34)，支承部位(25)可转动地支承在该支承孔中；叶片杆具有直径减小的区域；并且叶片杆可通过该直径减小的区域沿径向方向通过支承孔中的装入孔(35)装入到支承孔(34)中，并且紧接着可沿轴向方向推移。
11.按照权利要求1所述的导向装置，其特征在于，叶片杆具有直径减小的区域；并且叶片杆通过上述直径减小的区域沿径向方向通过支承孔中的装入孔(35)可装入到支承孔(34)中，并且紧接着可沿轴向方向推移。
12.压气机，具有带有可调节的扩压器叶片的扩压器，其特征在于，所述扩压器包括按照权利要求1至11中任一项所述的导向装置。
13.废气涡轮机，其特征在于，设有按照权利要求1至11中任一项所述的导向装置。
14.废气涡轮增压器，其特征在于，设有按照权利要求12所述的压气机和/或按照权利要求13所述的废气涡轮机。
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