CN101842556B - 用于内燃机的排气涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的排气涡轮增压器，排气涡轮增压器具有壳体(14)和转子(18)，其中壳体(14)具有一可被穿流的排气引导部段(15)，转子(18)具有一涡轮(20)和一与涡轮(20)不可相对转动地连接的、带旋转轴线(22)的轴(21)，其中涡轮(20)可旋转地支承在排气引导部段(15)中，涡轮(20)设计成能被排气加载，在排气引导部段(15)中设置一用于改变对涡轮(20)的排气加载的引导装置(29)，其中引导装置(29)包括一可被穿流的导向栅环(30)和一轴向滑块(31)，导向栅环(30)具有一用于进行固定支承的支架(37)和可被穿流的导向叶片(36)，轴向滑块(31)设计成接纳导向叶片(36)。根据本发明，导向栅环(30)具有导向叶片(36)，导向叶片(36)设计成能从支架(37)起被轴向滑块(31)接纳。本发明主要用于商用车辆结构中。

Description

用于内燃机的排气涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于内燃机的排气涡轮增压器。 
背景技术
由公开文献DE 10 2005 027 080 A1得知一种用于内燃机的排气涡轮增压器，所述排气涡轮增压器的排气引导部段具有一用于改变对排气涡轮增压器的涡轮的排气加载的引导装置，其中，引导装置包括一可被穿流的导向栅环(Leitgitterring)和一轴向滑块。导向栅环以壳体固定的方式在排气引导部段中支承在涡轮的轴段区域中并利用固定装置以相对于涡轮的旋转轴线定心的方式进行固定。 
为了改变对涡轮的排气加载，与涡轮和导向栅环同轴设置的轴向滑块能平移运动，其中所述轴向滑块在其朝向导向栅环设置的端部上具有一环形凹部式的基部，所述基部设计成可在导向栅环的朝向轴向滑块设置的端部处接纳导向栅环。为使排气涡轮增压器功能可靠，需要在基部和导向栅环之间设置一接触间隙以能在轴向滑决移动时防止翘曲/歪斜(Verkanten)。为了在基部与导向栅环之间确保与运动自由度相关的运动间隙，由于对导向栅环的固定或支承而使排气涡轮增压器的安装很复杂。 
导向栅环具有一不可被穿流的支架和固定在支架上的可被穿流的导向叶片。支架一方面用于支承导向栅环，另一方面用于固定导向叶片。原则上所述支架是导向栅环的较稳定的区域。如果轴向滑块如在现有技术中实施的那样以从导向叶片的背离支架设置的端部起接纳导向叶片的方式被导向栅环引导，则原则上存在下述危险：即使导向叶片的倾斜最小也可能在 导向栅环与轴向滑块之间引起翘曲。所述翘曲在不可靠的运行状况下导致排气涡轮增压器整体失效。 
发明内容
本发明的目的在于，提供一种更有利于安装、运行更安全的排气涡轮增压器。 
根据本发明，所述目的通过具有权利要求1的特征的、用于内燃机的排气涡轮增压器来实现。从属权利要求给出合理的改进方案。 
根据本发明的排气涡轮增压器具有导向栅环，所述导向栅环定位成使其导向叶片能从导向栅环的支架起被轴向滑块接纳。可从导向栅环的作为导向栅环的不能运动进而原则上较稳定的区域的支承区域起、经过导向栅环的不进行支承进而原则上能运动的较不稳定的区域，对轴向滑块进行引导。由此可避免例如可能通过导向栅环的能运动的区域的倾斜引起的翘曲。 
在一种设计方案中，支架以相对于旋转轴线定心的方式支承在成型套筒/轮廓套筒/等高套筒(Konturhülse)上，其中所述成型套筒理想地设计成定心装置。所述成型套筒在排气引导部段的排出区域中不可运动地、壳体固定地、刚性地定位在涡轮的下游。通过将支架支承在成型套筒上可实现对导向栅环的固定支承、进而在导向栅环和轴向滑块之间实现固定、稳定的接触间隙。 
在另一设计方案中，在导向栅环和成型套筒之间设置一定心装置以进行定心；和/或可利用摩擦锁合和/或形锁合连接来实现定心。利用在成型套筒和导向栅环之间的定心装置和/或相应的连接能避免导向栅环在成型套筒上运动。 
在另一种经济的设计方案中，所述定心装置设计成刚性的，其中例如将销或栓用作定心装置。 
在另一种设计方案中，所述导向栅环具有预紧装置，其中利用所述预紧装置除了对导向栅环进行定心外，还可以几乎或完全避免在壳体壁和导向叶片的朝向所述壳体壁的端部之间出现引起流动损失的间隙。 
理想地，所述预紧装置定位在支架的朝向成型套筒设置的端部上，由此可以实现简单的安装。 
为了降低成本和简化安装，将所述预紧装置设计成碟簧的形式。 
附图说明
本发明的其它优点和有利的实施方式在说明书和附图中获悉。其示出了： 
图1示出具有排气涡轮增压器的内燃机的示意图，所述排气涡轮增压器的排气引导部段具有一用于改变支承在排气引导部段中的涡轮的排气入流(量)的引导装置； 
图2以纵剖视图示出一排气涡轮增压器的排气引导部段，该排气引导部段带有根据现有技术的引导装置， 
图3以纵剖视图示出根据本发明的排气涡轮增压器的排气引导部段的局部。 
具体实施方式
在附图中所有相同的或作用相同的部件具有相同的附图标记。 
在图1中示出的内燃机1特别是设计成往复活塞式内燃机，并可根据奥托燃烧方法或狄赛尔燃烧方法运行，所述内燃机1包括主要供新鲜空气流动的新鲜空气线路2和主要供排气流动的排气线路3。 
新鲜空气线路2具有一增压空气管道4，其中在内燃机1的上游设有用于对吸入的燃烧用空气进行冷却的增压空气冷却器5。在增压空气管道4的背离内燃机1的端部上设有用于净化吸入的燃烧用空气的空气滤清器(未详细示出)。 
排气线路3包括一排气管道6和一排气后处理单元7，其中在排气管道6的背离内燃机1的端部上为进行排气后处理而设的排气后处理单元7特别是设计成碳烟过滤器和/或催化转化器的形式。 
内燃机1另外具有排气再循环系统8，排气再循环系统8包括排气再循环管道9、排气冷却器10以及排气再循环阀11。排气再循环管道9设计成可被穿流的连接管道，其中(排气再循环管道9的)朝向排气管道6的端部在内燃机1的下游、排气后处理单元7的上游与排气管道6连接，排气再循环管道9的朝向增压空气管道4的端部在增压空气冷却器5的下游、内燃机1的上游与增压空气管道4连接。在排气再循环管道9中设置排气冷却器10以冷却被再循环的排气。利用排气再循环阀11来调节被再循环的排气量。因此，根据排气再循环阀11的调节可实现排气从排气管道6经排气再循环管道9向增压空气管道4的流动。
为了调节和控制多种功能，为内燃机配备有一调节和控制系统12。通过调节和控制系统12特别是能调节燃料供给和排气再循环阀11。 
为内燃机1配备有一带壳体14的排气涡轮增压器13，所述壳体14包括一可被穿流的排气引导部段15、一可被穿流的空气引导部段16和一支承部段17，其中空气引导部段16在新鲜空气线路2中设置在增压空气冷却器5的上游，排气引导部段15在排气线路中设置在排气再循环管道9与排气管道6的连接位置和排气后处理单元7之间。 
排气涡轮增压器13具有一转子18，所述转子18包括一用于吸入和压缩燃烧用空气的压缩机叶轮19、一用于使排气膨胀的涡轮20、以及一以不可相对转动的方式连接压缩机叶轮19与涡轮20的、具有旋转轴线22的轴21。轴21可旋转地支承在排气涡轮增压器13的支承部段17中，所述支承部段17定位在空气引导部段16和排气引导部段15之间。 
在内燃机1运行时，由于内燃机1的排气加载而使涡轮20进行旋转运动，其中利用轴21使压缩机叶轮19同样进行转动，从而压缩机叶轮19吸入和压缩燃烧用空气。 
为了使排气流入排气引导部段15中，在排气引导部段15中形成一进入通道23(参见图2)。进入通道23用于调整在内燃机1运行时使涡轮20进行旋转运动的排气。优选地，进入通道23设置成与旋转轴线22垂直。 
在进入通道23的下游，在排气引导部段15中设置一用于提供旋转对称流动的螺旋通道24。在螺旋通道24的下游，在排气引导部段15中设置 一用于产生旋流的流入通道25。此外，螺旋通道24形成在进入通道23和流入通道25之间的连接通道。 
在流入通道25的下游，在排气引导部段15中设置一设计成能容置可旋转的涡轮20的轮腔26。流入通道25在其朝向轮腔26的端部上具有一出口截面/汇通截面(Mündungsquerschnitt)27。在轮腔26的下游，在排气引导部段15中设置一排出通道28。 
为了在内燃机1的低负荷和低转速下并且在内燃机1的高负荷和高转速下能实现尽可能高的排气涡轮增压器效率，可利用一设置在排气引导部段15中的、可调节的引导装置29来对排气进行调整。 
如图2所示，引导装置29包括一局部可被穿流的导向栅环30、一环形轴向滑块31和一成型套筒32，所述成型套筒32用于引导轴向滑块31并且用于在排出通道28中对排气流动进行调整。导向栅环30、轴向滑块31、成型套筒32和轴21同轴设置。成型套筒32不可运动地设置在排气引导部段15中。 
导向栅环30以部分地包围涡轮20的方式设置在流入通道25中，其中导向栅环30设计成伸入出口截面27中。轴向滑块31具有一朝向导向栅环30的凹部、即基部33，导向栅环30的朝向该基部的端部设计成可插入所述基部33中。利用轴向滑块31可调节出口截面27的大小。优选地，使出口截面27在内燃机1的低转速、低负荷下尺寸较小，而在内燃机1的高负荷和/或转速下尺寸较大。 
为引导装置29配备有一带调节杆35的调节装置34。作用在调节杆35上的、引起移动的力能以电和/或机械和/或气动和/或液压的方式引起。 
在图2中示出根据现有技术的排气引导部段15。导向栅环30具有可被穿流的第一区域36，所述第一区域定位在出口截面27中并在下文中被称为导向叶片36。导向栅环30的、在下文中被称为支架37的第二区域37不可被穿流，并用于放置导向叶片36以及用于固定地、以相对于旋转轴线22定心的方式将导向栅环30固定在排气引导部段15中。 
支架37在朝向支承部段17的区域中以支撑的、不可运动的方式支承在排气引导部段15上，其中在支架37的背离导向叶片36的端部上设置隔热罩式的碗形装置43。例如利用邻接排气引导部段15的支承部段17来固定支架37。 
从导向叶片36的背离支架37的端部起，由轴向滑块31接纳导向叶片36。 
在图3中示出根据本发明的排气涡轮增压器13的导向栅环30，其中导向栅环30的支架37以相对于旋转轴线22定心的方式设置在成型套筒32上。成型套筒32在其朝向支架37的端部上具有一在整个周长上设置的凸肩40以接纳支架37。因此成型套筒具有第一外直径D1和第二外直径D2，其中第一外直径D1设计成小于第二外直径D2。支架37设计成在较小的直径D1的区域中完全包围成型套筒32。 
为了在支架37与成型套筒32之间实现不可相对运动的连接，或者为了定心或固定导向栅环30，例如可以将连接设计成压配合的形式。还可以利用一个或多个例如形式为销的紧固件来实现支架37与成型套筒32的(相对)定心和固定。 
在此，支架37在成型套筒32上定位成，使得在基部33和导向叶片36之间存在运动间隙，从而能避免在轴向滑块31运动时轴向滑块31与导向叶片36相接触。 
在这个实施例中，为了避免在壳体壁42和导向叶片36的朝向壳体壁42的端部之间(出现)引起流动损失的间隙，设置一预紧装置41，利用所述预紧装置41能几乎或完全避免所述间隙。预紧装置41设置在支架37的朝向成型套筒32的端部和成型套筒32的凸肩40之间。 
预紧装置41设计成碟簧的形式。预紧装置41还可以设计成相应构成的螺旋弹簧的形式。 

Claims (9)

1.一种用于内燃机的排气涡轮增压器，所述排气涡轮增压器具有一壳体(14)和一转子(18)，其中所述壳体(14)具有一可被排气穿流的排气引导部段(15)，所述转子(18)具有一涡轮(20)和一与所述涡轮(20)以不可相对转动的方式连接的轴(21)，其中所述涡轮(20)以可旋转的方式支承在所述排气引导部段(15)中，所述涡轮(20)设计成能被排气加载，在所述排气引导部段(15)中设置一用于改变对所述涡轮(20)的排气加载的引导装置(29)，其中所述引导装置(29)包括一相对于轴(21)的旋转轴线(22)定心的成型套筒(32)、一可被排气穿流的导向栅环(30)和一设置在成型套筒(32)径向外侧的轴向滑块(31)，所述导向栅环(30)具有一用于进行固定支承的支架(37)和导向叶片(36)，所述轴向滑块(31)设计成接纳所述导向叶片(36)，
其特征在于，
所述导向栅环(30)定位成使所述导向叶片(36)能从导向叶片(36)的连接至所述支架(37)的近端起被所述轴向滑块(31)接纳和覆盖，其中所述导向叶片(36)从所述支架(37)轴向地延伸，所述支架(37)支承在所述成型套筒(32)上。
2.根据权利要求1所述的排气涡轮增压器，其特征在于，所述成型套筒(32)设计成定心装置(39)。
3.根据权利要求1或2所述的排气涡轮增压器，其特征在于，在所述导向栅环(30)和成型套筒(32)之间设置一定心装置(39)以进行定心；和/或利用摩擦锁合和/或形锁合连接来实现定心。
4.根据权利要求2所述的排气涡轮增压器，其特征在于，所述定心装置(39)设计成刚性的。
5.根据权利要求3所述的排气涡轮增压器，其特征在于，所述定心装置(39)设计成刚性的。
6.根据权利要求1或2所述的排气涡轮增压器，其特征在于，所述导向栅环(30)具有一预紧装置(41)。
7.根据权利要求6所述的排气涡轮增压器，其特征在于，所述预紧装置(41)放置在所述导向栅环(30)的朝向成型套筒(32)的端部上。
8.根据权利要求6所述的排气涡轮增压器，其特征在于，所述预紧装置(41)设计成碟簧的形式。
9.根据权利要求7所述的排气涡轮增压器，其特征在于，所述预紧装置(41)设计成碟簧的形式。
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