CN101415951A - 预旋转导向装置 - Google Patents

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CN101415951A CNA2007800117121A CN200780011712A CN101415951A CN 101415951 A CN101415951 A CN 101415951A CN A2007800117121 A CNA2007800117121 A CN A2007800117121A CN 200780011712 A CN200780011712 A CN 200780011712A CN 101415951 A CN101415951 A CN 101415951A
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Abstract

用于在压缩机的吸入区域中产生预旋转的预旋转导向装置，包括多个导向叶片(10)以及可回转的调整环(30)和调整杆(13)，其中所述导向叶片(10)能够相应地围绕着与所述导向叶片相连接的叶片杆部(12)回转并且所述调整杆(13)用于将转矩从所述调整环(30)传递到每个导向叶片的叶片杆部(12)上。每个导向叶片的叶片杆部(12)与调整杆(13)构造为单构件的。所述导向叶片(10)可转动地支承在外壳中，该外壳包括至少两个在所述导向叶片的轴承的区域中并合的部件(41、42)。通过所述导向叶片的单构件的结构来降低要安装的部件的数目。这简化了安装及在所述导向装置上的可能的维修作业。

Description

预旋转导向装置
技术领域
本发明涉及用内燃机的废气来加载的流体机械的领域。
本发明涉及一种用于在压缩机的吸入区域中产生预旋转的导向装置以及一种具有这样的预旋转导向装置的废气涡轮增压器。
背景技术
废气涡轮增压器用于提升内燃机的功率。在现代的内燃机上，越来越难以使废气涡轮增压器与变化的运行条件相匹配。所谓的可变的涡轮机几何形状和/或压缩机几何形状提供了广泛的用于匹配的可能性。在涡轮机几何形状可变时，导向装置的导向叶片在涡轮的上游根据涡轮机的功率需求相对于流动方向或多或少陡峭定向。在压缩机几何形状可变时，扩压器中的导向叶片在压缩机轮的下游相对于流动方向或多或少地陡峭定向。
预旋转导向装置提供了另一种用于使废气涡轮增压器与可变的运行条件相匹配的方案，所述预旋转导向装置在压缩机的吸入区域中在被吸入的空气中或者说必要时在被吸入的空气-燃料-混合物中按工作点或多或少沿压缩机轮的旋转方向或者反向于压缩机轮的旋转方向产生一定的预旋转。
在传统的比如从DE 36 13 857 A1中公开的预旋转导向装置中，叶片支承在一个在支承区域中单构件的外壳中。为此，必须用额外的轴套来固定所述叶片并且调整杆出于安装原因必须构造为可分开的。这会导致附加的成本和容差并且显著降低运行中的可靠性。
发明内容
本发明的任务是，提供一种在长的运行时间内可靠工作的、可以简单安装的、具有能够调整的导向叶片的预旋转导向装置。
按本发明的用于在压缩机的吸入区域中产生预旋转的预旋转导向装置包括多个导向叶片，所述导向叶片相应地能够围绕着与所述导向叶片相连接的叶片杆部进行回转，其中所述叶片杆部以及由此所述导向叶片的旋转轴线基本上垂直且径向于所述压缩机的轴的轴线定向。此外，按本发明的预旋转导向装置包括同轴于所述压缩机的轴线布置的、能够围绕该轴线回转的调整环以及用于将转矩从所述调整环传递到每个导向叶片的叶片杆部上的调整杆。按本发明，每个导向叶片的叶片杆部和调整杆都构造为单构件的。
通过所述导向叶片的单构件的结构来降低接合位置的数目，这对材料磨损产生积极的影响。此外降低了要安装的部件的数目。这简化了安装及在导向装置上的可能的维修作业。
所述导向叶片可旋转地支承在按本发明的预旋转导向装置的外壳中，该外壳包括至少两个在所述导向叶片的轴承的区域中并合的部件。
这一方面能够安装与集成的调整杆构造为单构件的导向叶片，此外由此可以将所述叶片以支承部位关于每个导向叶片的旋转轴线在轴向方向上进行支承和固定。为改进耐磨性，可以用所使用的轴套来保护轴承。
按本发明，所述导向叶片的这种轴向支承通过所述叶片杆部上的及将叶片杆部包围的外壳上的凸起来进行。这些凸起关于所述导向叶片的旋转轴线沿径向方向延伸。所述凸起为了对所述导向叶片进行轴向支承彼此啮合。
作为补充方案或者作为替代方案，也可以在所述外壳和/或所述叶片杆部中加入槽，所述槽与相应的凸起共同作用用于对所述导向叶片进行轴向固定。如果不仅在所述外壳中而且在所述叶片杆部中加入槽，那就可以用专门的布置在所述槽中的轴承环来进行轴向支承。所述槽及凸起也可以仅仅部分地围绕着相应的叶片杆部延伸。
其它优点由从属权利要求中获得。
附图说明
下面借助于附图对本发明的不同实施方式进行详细解释。附图示出：
图1是按本发明构成的预旋转导向装置的第一实施方式的剖面图，该预旋转导向装置具有借助于保持筋条来保持的中心体，
图2是按图1的预旋转导向装置的等轴的详细视图，
图3是一个按本发明构成的预旋转导向装置的一种第二实施方式的剖面，
图4是按图3的预旋转导向装置的等轴的详细视图，
图5是图1中的剖面的在导向叶片-杆部的区域中的放大示出的截取部分连同所述导向叶片的轴向支承的第一变型方案的详细视图，
图6是图1中的剖面的在导向叶片-杆部的区域中的放大示出的截取部分连同所述导向叶片的轴向支承的第二变型方案的详细视图，
图7是图1中的剖面的在调整杆的区域中的放大示出的截取部分以及调整环的支承的细节，
图8是按本发明构成的预旋转导向装置连同通过导向叶片来保持的中心体的剖面图，并且
图9是按图3的按本发明构成的预旋转导向装置的第二实施方式的作为替代方案的变型方案的截取部分。
具体实施方式
图1示出了导向装置的在压缩机的吸入区域中的剖面图。这样的压缩机如开头所说明的一样用在用于提升内燃机的功率的废气涡轮增压器中。附图中的箭头表示有待压缩的介质的流动路径，该介质通常是空气或者必要时是用于内燃机中的燃烧过程的空气-燃料-混合物。此外，这样的导向装置可以用在每种类型的压缩机中，比如用在用电动机驱动的工业压缩机中。
所述导向装置包括多个关于压缩机轴线沿径向方向定向地布置的导向叶片10。每个导向叶片除了伸入流动通道中的叶片型面11之外还包括叶片杆部12，所述叶片型面以该叶片杆部12可转动地支承在外壳中。所述叶片型面通过调整杆13可以围绕着所述叶片杆部的轴线旋转。为驱动所述调整杆并且由此为了调整叶片型面，设置了调整环30，该调整环30关于所述压缩机的轴线同心地布置。通过所述调整环30的转动，同时围绕着所有叶片的叶片杆部的相应的轴线对所有叶片进行调整。
在按图1和2的第一实施方式中，通过布置在所述调整杆13的自由端部上的球头14来将转矩从所述调整环30传递到所述叶片杆部12上。所述球头14在所述调整环的具有两个彼此平行延伸的壁体的槽31中导引。在该槽中，所述球头具有为实现力矩传递所必需的平移和旋转运动自由度。为了在球头和槽壁之间的接触区域中获得均匀的大面积的压力分布并且由此减少彼此挤压的部件的磨损，按球形座的形式构造为将转矩从调整环传递到每个导向叶片的叶片杆部上而作用于所述调整杆的球头上的表面。在此所述球形座至少部分地由可平移移动地布置的滑座20构成。如果为调整所述导向叶片而转动所述调整环30，那么所述滑座20就从所述球头14在所述槽31中在槽壁的平面中移动。如果旋开所述调整环，那么所述调整杆相对于所述调整环的位置就会改变。除了所述球头的旋转中心在所述槽的内部的平移移动之外，会关于所述调整环出现所述调整杆的扭转。所述球头的旋转中心的平移移动通过沿着所述槽壁滑动的滑座来实现，而对于扭转，所述球头在通过所述滑座成形的球形座中可以任意地朝任何方向扭转。所述滑座也可以构造为双构件的，方法是在调整环中的槽的每一侧上布置具有平坦的有滑动能力的背面的球形座半体。
在按图3和4的第二实施方式中，通过布置在所述调整杆13的自由端部上的圆柱形的销钉15来将转矩从所述调整环30传递到所述叶片杆部12上。所述销钉啮合在于所述调整环30中同样支承在孔32中的圆柱形的滑动元件21的孔中。所述滑动圆柱体21可以在所述孔32中围绕着自身的轴线旋转并且可以沿自身的轴线移动。所述滑动圆柱体中的设置用于接纳所述销钉15的孔垂直于所述滑动圆柱体的轴线。该销钉可以在这个孔中围绕着自身的轴线旋转并且可以沿自身的轴线移动。由此又产生为实现力矩传递所必需的运动自由度，也就是平移及旋转这两种运动自由度。作为替代方案，所述销钉15如在图9中所示可以固定在所述滑动圆柱体21中并且为此滑动支承在所述导向叶片的调整杆13的自由端部中的相应的孔中。
代替所示出的和详细说明的实施方式，可以设想其它比如用构造为齿轮扇形段(Zahnradsegment)的调整杆来传递力矩的实施方式，其中该调整杆啮合在设有齿环的调整环中。按本发明，所述叶片型面11、叶片杆部12以及调整杆13连同对力矩传递来说所必需的端头件也就是所述球头14或者说销钉15构造为单构件的。这意味着，整个导向叶片10连同其功能性的组成部分由一个零件浇铸或者铣削而成，或者也可以在安装到外壳中之前由多个部件通过传力连接、形状配合连接或者材料连接并合成一个零件。比如所述叶片型面、叶片杆部及调整杆作为一个零件来浇铸并且随后以压配合将所述球头或者说销钉推入或者也可以松动地插入并焊接或浇铸在所述调整杆中为此设置的开口中。
为了使所述构造为单构件的导向叶片能够放入外壳中为此设置的空隙中，所述外壳按本发明在所述导向叶片的支承部位的区域中被分开。
如可以从图2中看出，设置了至少两个能够关于压缩机轴线沿轴向方向并合的外壳件41和42。在每个导向叶片的支承部位的区域中，所述两个外壳件一起形成所述空隙45。所述两个外壳件41和42比如用为此设置的孔46中的连接件相结合或者通过其它后来安装的外壳件相结合。
由于按本发明将所述外壳在导向装置的区域中分开，从而可以大大简化所述导向叶片及调整环的支承。如在图5中所示，由此所述叶片杆部可以沿轴向方向不用附加的轴套或处于外面的支承部位而是用简单的方式固定在径向伸出的外壳棱边49上。这些外壳凸起49可以在两侧或者在外壳件上相应地设置在所述叶片杆部的支承部位的轴向端部上。作为补充方案或者作为替代方案，如在图6中所示，至少部分环绕的槽在处于所述两个外壳件41和42之间的空隙中接纳同样至少部分地环绕着所述叶片杆部的凸起17。代替外壳件中的槽，可以在另一种变型方案中也将所述槽加入在所述叶片杆部中并且所述外壳件可以设有相应的凸起。在另一种变型方案中，在一个外壳件中加入槽，而另一个外壳件则具有凸起并且相应于所述叶片杆部分别设有凸起和槽。借助于非完全环绕的槽以及环绕幅度更小的凸起，也可以以简单的方式来限制所述导向叶片的可转动性。在另一种变型方案中，不仅在所述叶片杆部中而且在将其包围的外壳中都加入槽。布置在所述槽中的轴承环在该变型方案中用于所述导向叶片的轴向支承。处于里面的轴向支承的所有这些变型方案能够减小所述导向叶片的轴向间隙。为改进在所述导向叶片的支承区域中的滑动性能或者为了预防磨损，可以对轴承组成部分也就所述外壳件和/或叶片杆部进行淬火或者设置由耐磨的材料制成的涂层。
所述调整环的轴向及径向支承如在图7中所示同样可以以简单的方式实现。在将所述外壳件41和42沿轴向方向推到一起之前，将所述调整环30与所述导向叶片一起布置在所述外壳件之间或者布置在这两个外壳件中的一个外壳件上。随后在推到一起时所述调整环自动地沿轴向方向进行最终定向。在此，所述调整环30从两侧通过相应的轴承元件47’和47”沿轴向方向得到支承。如也可以从图2中看出，所述第一轴向支承元件47’是所述第一外壳件41的一部分，而所述第二轴向支承元件47”则是所述第二外壳件42的组成部分。所述调整环的径向支承可以以简单的方式通过该调整环在环绕的凸起48上的支承来实现。
如在所述导向叶片的支承部位中一样，也可以对所述调整环的支承部件进行淬火或者涂覆。
在所述导向装置的中心区域中集中了多个导向叶片的尖端，按照按本发明的导向装置的一种实施方式在该中心区域中可选布置中心的壳体。这个中心体同心地处于所述压缩机的轴线上。所述中心体是所述外壳的一部分，这部分在所述导向装置的区域中构成有待压缩的介质的流动通道。
如在图1中所示，所述中心体44可以通过一个或多个径向延伸的外壳筋条43进行定位和固定。
为了不通过这样的筋条影响流动通道中的流动，所述中心体也可以通过导向叶片尖端来定位和固定。为此如在图8中所示，在所述中心体44中加入径向延伸的孔441，叶片尖端上的专门为此构造的杆部16啮合在所述孔441中。这个具有辐射状地围绕着所述中心体布置的导向叶片的装置也能够简化所述导向叶片的安装，所述导向叶片在装入所述两个外壳件41或42中的一个外壳件中之前已经可以布置在所述中心体44的周围。随后可以在一个唯一的工作步骤中将由所述中心体和所有的导向叶片构成的单元导送到为此设置的位置上。
当然，也可以在具有借助于保持筋条定位和保持的中心体的实施方式中设置相应的孔。在这种情况下，所述孔也用于简化安装，方法是在随后将所述导向叶片放置在其中一个外壳件中的径向延伸的空隙中之前将所述导向叶片以特殊的叶片尖端-杆部插入中心体中的孔中。
所说明的叶片尖端-杆部可以固定地与所述导向叶片的尖端相连接，或者也可以可转动地支承在所述叶片尖端中的为此设置的孔中。在第二种情况中，所述杆部也可以固定地与所述中心体相连接，从而在安装时将所述导向叶片以其在叶片尖端上的孔套装到所述杆部上。
当然也可以设想按本发明的导向装置的无中心体的、但带有一直延伸到中心处的导向叶片的实施方式。
附图标记列表
10         导向叶片
11         叶片型面
12         叶片杆部
13         用于使所述导向叶片运动的调整杆
14         球头
15         销钉
16         用于使中心体定心和固定的叶片尖端-杆部
17         用于对所述导向叶片进行轴向支承的轴凸起
20         滑座
21         滑动圆柱体
30         用于通过所述调整杆来使导向叶片运动的调整环
31         用于接纳滑座的环形槽
32         用于接纳滑动圆柱体的环形孔
40         外壳
41、42     外壳件
43         保持筋条
44         中心体
441        用于接纳叶片尖端-杆部的孔
45         在外壳中用于接纳叶片杆部的空隙
46         用于使外壳件接合的孔
47         用于对调整环进行轴向支承的支承元件
48         用于对调整环进行径向支承的支承元件
49         在外壳中的空隙的区域中的用于对导向叶片进行
           轴向支承的径向凸起

Claims (13)

1.用于在压缩机的吸入区域中产生预旋转的预旋转导向装置，该预旋转导向装置具有导向叶片(10)、可回转的调整环(30)以及调整杆(13)，其中所述导向叶片(10)可分别围绕着与所述导向叶片相连接的叶片杆部(12)回转并且所述调整杆用于将转矩从所述调整环(30)传递到每个导向叶片的叶片杆部(12)上，其特征在于，所述导向叶片的叶片杆部(12)与调整杆(13)相应地构造为单构件的。
2.按权利要求1所述的预旋转导向装置，其特征在于，每个导向叶片的调整杆包括圆柱形的销钉(15)，该销钉(15)可围绕着自身轴线旋转并且可沿着自身轴线移动地在圆柱形的传动件(21)的孔中导引，其中所述传动件(21)可围绕着自身轴线旋转并且可沿着自身轴线移动地在所述调整环(30)的孔(32)中导引。
3.按权利要求1所述的预旋转导向装置，其特征在于，每个导向叶片的调整杆(13)包括孔，在径向上从圆柱形的传动件上伸出的销钉(15)在该孔中导引，其中所述传动件(21)可围绕着自身轴线旋转并且可沿着自身轴线移动地在所述调整环(30)的孔(32)中导引。
4.按权利要求1所述的预旋转导向装置，其特征在于，每个导向叶片的调整杆具有根据球头(14)的形式构成的端部，该端部在所述调整环(30)的槽(31)中导引，其中所述槽(31)具有彼此平行延伸的壁体，所述调整杆的球头(14)在所述壁体之间导引。
5.按权利要求4所述的预旋转导向装置，其特征在于，所述球头(14)可转动地在传动件(20)的球形座中导引，并且所述传动件(20)可沿着彼此平行延伸的壁体移动。
6.按权利要求1到5中任一项所述的预旋转导向装置，其特征在于，所述导向叶片(10)可旋转地支承在外壳中，该外壳包括至少两个在所述导向叶片的轴承的区域中并合的部件(41、42)。
7.按权利要求1到6中任一项所述的预旋转导向装置，其特征在于，在所述叶片杆部(12)上并且在将所述叶片杆部包围的外壳(41、42)上布置了关于所述导向叶片的旋转轴线径向延伸的凸起(49)，其中为了对所述导向叶片进行轴向支承，所述叶片杆部的凸起和所述外壳的凸起相应地彼此啮合。
8.按权利要求1到7中任一项所述的预旋转导向装置，其特征在于，在所述叶片杆部(12)中并且/或者在将所述叶片杆部包围的外壳(41、42)中关于所述导向叶片的旋转轴线加入径向定向的槽，该槽为了对所述导向叶片进行轴向支承与关于所述导向叶片的旋转轴线径向延伸的、啮合在所述槽中的凸起(17)和/或轴承环共同作用。
9.按权利要求1到8中任一项所述的预旋转导向装置，其特征在于，在辐射状地围绕着轴线布置的导向叶片的尖端的区域中布置有中心体(44)。
10.按权利要求9所述的预旋转导向装置，其特征在于，所述中心体(44)通过至少一个径向向外导引的保持筋条(43)固定在处于外面的外壳件(41)上。
11.按权利要求9或10中任一项所述的预旋转导向装置，其特征在于，构造在所述叶片尖端上的杆部(16)可旋转地支承在所述中心体(44)的径向定向的孔(441)中。
12.压缩机，包括按前述权利要求中任一项所述的预旋转导向装置。
13.废气涡轮增压器，包括具有按前述权利要求中任一项所述的预旋转导向装置的压缩机。
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