CN101960117B - 具有用于打开和关闭废气门通道的操纵装置的涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有废气门通道(12)的涡轮增压器，其中，所述废气门通道能够经由操纵装置(22)打开和关闭，其中，所述操纵装置具有关闭元件(24)，其能够摆入到废气门通道(12)中，以便关闭该废气门通道。由此能够减小所需的关闭力，因而也能够减小所需的执行器的尺寸。

Description

具有用于打开和关闭废气门通道的操纵装置的涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种涡轮增压器，其有用于打开和关闭废气门通道的操纵装置。
背景技术
废气门的打开和关闭，废气涡轮增压器的涡轮的旁通阀，借助一个被气动执行器控制的阀实现。借助气动执行器进行的调节隐含一些缺陷。这些缺陷例如是阀在阀打开前不久在废气流内的振颤以及因而由此带来的阀座的毁坏。此外，当存在足够的增压压力时，才能够借助过压传感器进行调节。
基于这个原因，调节应当通过一个电执行器进行。不过基于电执行器相对压力传感器较小的功率密度，明显超过了调整传感器迄今为止的尺寸。
废气门阀到目前为止的涉及高调整力矩的关闭运动学对于利用电执行器进行的调整而言引起汽车车载电路的高持续通电和高能量吸收。
上述较小的功率密度首先基于发动机舱内有限的结构空间而带来了难题，这进一步激化了因电执行器自身发热造成的温度问题。对迄今已知的涉及有效电执行器的运动学而言，涡轮增压器的紧凑的封装是无法实现的。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于打开和关闭涡轮增压器的废气门通道的改良的操纵装置。
该技术问题通过一种具有权利要求1特征的涡轮增压器解决。
因此按照本发明提供一种具有废气门通道的涡轮增压器，
-其中，废气门通道能够经由操纵装置打开和关闭，
-其中，操纵装置具有能够摆入到废气门通道中以便关闭废气门通
道的关闭元件。
在此，带有废气门通道的涡轮增压器具有的优点为，能够通过能向内偏转的关闭元件实现关闭运动学的较小的杠杆臂。由此能够例如也设置电执行器来操作操纵装置和其关闭元件。如接下来要借助图1和2详细说明的那样，在现有技术中仅实现了废气门阀的向上和向内偏转，但无法使阀摆入到废气门通道中。
本发明有利的设计方案和扩展设计参考附图由从属权利要求以及说明书中得出。
在按本发明的一种实施形式中，关闭元件至少在其贴靠在废气门通道的相应的贴靠面上的区域内设计成圆形或球形或具有截球体。这样做的优点在于，特别容易摆入到废气门通道中。
在按本发明的另一种实施形式中，关闭元件的纵轴线基本上平行于一条延伸通过关闭元件的关闭部段的中点，在此为延长的圆形部段的中点或关闭元件的截球体的中点的轴线延伸。这样做的优点在于，关闭元件的关闭过程通过关闭元件转动进入废气门通道完成。亦即，例如截球体在关闭过程中不是简单地绕着一条延伸通过截球体的中点的轴线转动。反之，截球体的中点位于密封面和转动轴线之间。这使得关闭过程不仅仅由纯粹的转动运动引起，而是也通过朝密封面方向的轴向相对运动引起。由此防止了关闭元件在废气门通道的贴靠面或密封面上沿这些面发生刮擦。
按照本发明的另一种实施形式，这样来设计废气门通道在关闭状态下贴靠有关闭元件的相应的贴靠面，即，当关闭元件关闭废气门通道时，相应的贴靠面与关闭元件例如基本上建立起线性接触。不过原则上也可以是平面的接触。线性接触的优势在于能够达到更好的密封效果。
在按本发明的另一种实施形式中，操纵装置具有臂，它与关闭元件相连，且关闭元件能够通过所述臂偏转到打开和关闭位置，废气门通道在关闭位置被完全关闭。关闭元件的纵轴线在此可以与臂的转动轴线间隔，或关闭元件的纵轴线可以设计成相对通过所述臂的转动点的垂直线倾斜一个角度。关闭元件由此仅具有比废气门阀的杠杆臂要小的杠杆臂。这意味着，在关闭元件中，同样可以明显减小调整力。
在按本发明的另一个实施形式中，关闭元件的纵轴线与所述臂的转动轴线相交或延伸通过所述臂的转动点。由此杠杆臂基本上可以甚至减小为零。
在按本发明的另一个实施形式中，所述臂构造成弯曲的。在此，所述臂例如可以具有弯曲90°的部段，关闭元件例如能够固定在该部段上。所述臂的弯曲的部段为此例如具有用于关闭元件的容纳部。用于关闭元件的容纳部例如设计成使关闭元件以其纵轴线相对所述臂的转动点的垂直线倾斜或位于所述臂的转动点的垂直线上。以此方式可以实现基本上可以直至为零的较小的杠杆臂。
按照本发明的另一个实施形式，臂构造成连续的轴的形式。在此，关闭元件可以这样固定在该轴上，使关闭元件的纵轴线与轴的转动轴线相交或可选与之间隔，与在弯曲部段的情况下类似。以此方式同样可以实现基本上可以减小至零的小杠杆臂。
在本发明的另一个实施形式中，可以使用至少一个电执行器和/或压力传感器来操作操纵装置。电执行器在按本发明的关闭运动学中要比在已知的废气门阀中更为适用。此外，在按本发明的关闭运动学中压力传感器可以被缩小。
附图说明
接下来借助在示意性附图中示出的实施例详细说明本发明。附图中：
图1是涡轮壳的一部分和其废气门通道的剖视图，其中，废气门通道借助一个按现有技术的废气门阀关闭；
图2是按图1的剖视图，其中，按现有技术的废气门阀打开了废气门通道；
图3是涡轮壳和其废气门通道的剖视图，废气门通道通过一种按本发明第一种实施形式的操纵装置打开；
图4是按图3的剖视图，其中，操纵装置开始关闭废气门通道；
图5是按图3和4的剖视图，其中，废气门通道通过操纵装置被完全关闭；
图6是涡轮壳和其废气门通道的另一个剖视图，该废气门通道通过按本发明第一种实施形式的操纵装置关闭；
图7是按图6的剖视图的一个立体视图；
图8从侧面斜视的按图6的剖视图的另一个立体视图；
图9是从侧面看的按图6的剖视图的另一个立体视图；
图10是从后面看的涡轮壳和操纵装置的立体视图；
图11是涡轮壳和其废气门通道的剖视图，该废气门通道通过按本发明第二种实施形式的操纵装置打开；
图12是按图11的剖视图，其中，操纵装置开始关闭废气门通道；以及
图13是按图11和12的剖视图，其中，废气门通道通过操纵装置完全关闭。
具体实施方式
在所有附图中，若没有其它说明，相同的或功能相同的元件和装置用同一个附图标记标注。
图1中首先示出了涡轮壳10的一部分和其废气门通道12的一个剖视图，其中，废气门通道12借助按现有技术的废气门阀14关闭。
废气门阀14在此固定在杠杆元件16上。通过杠杆元件16的转动来转出或偏转废气门阀14。在此，可以通过废气门阀14的转动角β得到废气门通道12的各种开口横截面，因而控制增压压力。关闭状态下，在废气门通道12和废气门阀14之间设置一种“面对面”的密封。这意味着，在关闭状态，废气门阀14平面地放置在废气门通道12的端部部段18上，并且将该端部部段密封。废气门阀14在此具有平面的或平坦的支承面20。不过这种平面的密封具有的缺陷是，无法一直获得充分的密封效果。
图2中示出了废气门通道12借助于废气门阀14的打开。为此，其上固定着废气门阀14的杠杆元件16作逆时针偏转。如前所述，在此可以经由废气门阀14的转动角β来调整废气门通道12的合适的开口横截面。
通常用压力传感器来控制这种废气门阀14，以便打开和关闭废气门通道12。不过基于废气门阀14的大杠杆臂和由此产生的扭矩，关闭废气门通道12所需的力较大。因此电执行器就不那么适合用来操作废气门阀14或其杠杆元件16，因为为此所使用的力必须较大。
当前在图3中示出了涡轮壳10和其废气门通道12的剖视图，其中，废气门通道12通过按本发明第一种实施形式的操纵装置22打开和关闭，也就是说，例如部分打开、完全打开和关闭，与前述现有技术的情形下类似。
操纵装置22在此具有关闭元件24。该关闭元件24例如具有截球体26，它在废气门通道12关闭时贴靠在废气门通道12的相应呈锥形的贴靠面28上。换句话说，如参考图1和2所说明的那样，由现有技术公开的“面靠面”密封被一种塞入锥形表面28内的截球体26的密封替代。因而由此产生的密封几何形状是圆形，也就是说，在球形的关闭元件24和废气门通道12的锥形贴靠面28之间存在一种线性接触。
此外，如图3、4和5所示，通过关闭元件24转动进入废气门通道12实现关闭。在图3中，废气门通道12首先通过关闭元件24打开，关闭元件24在此从通道12向外旋转。现在为了关闭废气门通道12，关闭元件12在图4中逆时针转动。在此，关闭元件24逐步运动进入废气门通道12。在图5中，废气门通道12借助关闭元件24被完全关闭。在此，关闭元件24以其截球体26线性接触地贴靠在废气门通道12的锥形的接触部段28上。
在此，关闭元件24的截球体26在关闭过程中没有绕通过截球体中点延伸的轴线30转动，而是截球体26的中点32位于密封面和转动轴线36之间。出于这个原因，关闭过程不仅由纯粹的转动运动引起，还通过沿密封面方向的轴向相对运动引起。如图3中虚线所示，在关闭元件24贴靠在废气门通道12的贴靠面28的区域中，也可以仅设置一个圆形的环状部段34来替代截球体26。在此，关闭元件24同样没有围绕经过圆形部段34的假设延长段的中点32的轴线30转动，而是中点32在此同样如在截球体26中那样位于密封面和转动轴线36之间。
这种转动运动或到废气门通道12中的摆入在如图3至5所示的实施形式中用弯曲的调整装置或臂38执行，以便因此能够补偿公差和热膨胀。此外，由此可以防止由于热膨胀引起的轴承内的强制力或关闭元件24的夹紧。另一个优点在于，如图1所示，操纵装置22和其关闭元件24的杠杆臂40小于废气门阀14的杠杆臂21。
此外，图3至5中的实施形式具有的优点在于，可以确保所谓的故障保护功能。这意味着，当废气门通道12中的压力过大或当废气门通道12意外关闭时，自动打开操纵装置22或其关闭元件24。通过使操纵装置22具有小杠杆臂40，可以确保这种故障保护功能。
此外，借助图6至10进一步说明按图3至5所示实施形式的操纵装置22和其关闭元件24。
当前在图6中示出了涡轮壳10和其废气门通道12的剖视图，其中，通道12借助操纵装置22和其关闭元件26关闭。此外，在图7至9中还示出了涡轮壳10和用于打开和关闭废气门通道12的操纵装置22的各种立体的局部剖面图。此外，在图10中还从后侧示出了操纵装置22的立体视图。
如图6至10所示，关闭元件24在此固定在操纵装置22的弯曲的臂38上。如图10所示，臂38在此支承在涡轮壳10内的套筒42中(图7至10)，并且经由操作元件44转动。操作元件44在此可以是执行器，例如电执行器的一部分，或者可以是压力传感器或者可以与执行器相应联接。
关闭元件24的纵轴线或转动轴线36在此没有延伸经过臂或其转动轴线的转动点48，而是与之间隔。换句话说，如图6所示，关闭元件24的纵轴线或转动轴线36没有在垂直线50上经过臂38的转动点48，而是相对垂直线50倾斜角度α地设置。
如前所述，图5和6中的关闭元件24的杠杆臂40要小于图1中的废气门阀14的杠杆臂21。
例如由图8、9和10所示，臂38在此不必一定要弯曲，此处例如基本上弯曲成直角，其中，所有其它的角度也都可以考虑。重要的是，关闭元件24没有用其纵轴线或转动轴线36与臂38的转动轴线相交或延伸经过其转动点48。在此，弯曲的臂38在其弯曲的部段52上例如具有相应的容纳部54，在该容纳部中，关闭元件24可以用其纵轴线或转动轴线36相对臂38的转动轴线的垂直线50倾斜一个角度α地设置。
在图11至13中示出了操纵装置22的第二种按本发明的实施形式。图11中示出了涡轮壳10和废气门通道12的剖视图，其中，废气门通道12通过按第二种实施形式的操纵装置22打开。在图12中，废气门通道12被关闭，操纵装置22的关闭元件24为此逐渐摆入到废气门通道12中。在图13中，废气门通道12借助关闭元件24完全关闭。
与第一种实施形式相反的是，操纵装置22的第二种实施形式具有基本为零的杠杆臂。为此，关闭元件24的转动轴线或纵轴线36与臂38的转动轴线相交或经过其转动点48。由此产生为零的杠杆臂。
第二种实施形式的关闭元件24在此如第一种实施形式的关闭元件24那样，设计有截球体26，在废气门通道12的关闭状态下贴靠在废气门通道12的锥形的接触部段28上，以及与该接触部段构成一种形状为圆的线形的接触。同样如在第一种实施形式中那样，在第二种实施形式中，截球体在关闭过程中没有绕延伸经过截球体26的中点32的轴线30转动，而是截球体26的中点32位于密封面和转动轴线30之间。因此关闭过程不仅由纯粹的转动运动引起，还通过沿密封面方向的轴向相对运动引起。
与在第一种实施形式中的情况类似，操纵装置22可以具有臂，其中，与第一种实施形式相反的是，关闭元件24用其轴线36延伸通过臂的转动点48或与臂38的转动轴线相交。此外，臂38可以设计成如图11至13所示的轴56的形式，来替代如第一种实施形式(图7-10)那样的弯曲设计，所述轴在其端部上与关闭元件24连接。这在第一种实施形式中同样可行。
在第二种实施形式中，如图11至13所示，关闭元件24的轴线或纵轴线36与轴的转动轴线或其转动点48相交。
通过之前如参考本发明的两种实施形式示出的关闭运动学的变化，可以减小所需的关闭力，因而也可以减小所需的执行器的尺寸。因此通过明显杠杆臂的明显减小以及因而调整力的减小，可以使用一种更为紧凑的电执行器，或压力传感器被大大缩小，以操作操纵装置22和其关闭元件24。
另一个优点在于，通过新的运动学得出的开口特性明显要比迄今在废气门阀解决方案的情况下更好地与电执行器相适应。
尽管之前借助于优选的实施例来说明本发明，但本发明绝不仅限于此，而是能够以多种方式进行修正。前述的实施形式在此可以相互组合，尤其可以构成单独的特征。
尤其可以任意设计操纵装置22和其与关闭元件24的连接，除臂38外，也可以设置其它的装置和设备来按照本发明的关闭运动学偏转关闭元件24。此外，关闭元件24本身也可以具有不同于前述截球体26或圆形或球形部段34的形式。
此外，操纵装置不仅可以应用于涡轮壳的废气门通道，还可以应用在例如用于压气机的废气门中，或用于运行压气机，以便仅举一个例子。

Claims (8)

1.涡轮增压器，具有带有废气门通道(12)的涡轮壳(10)，其中，所述废气门通道(12)能够经由操纵装置(22)打开和关闭，其中，所述操纵装置(22)具有臂(38)和关闭元件(24)，该臂具有转动轴线(48)，所述关闭元件能够围绕所述臂(38)的转动轴线(48)摆入到所述废气门通道(12)中，以便关闭该废气门通道，其特征在于，所述关闭元件(24)具有纵轴线(36)，所述关闭元件利用该纵轴线固定在臂(38)上，并且所述关闭元件至少在其贴靠在所述废气门通道(12)的相应的贴靠面(28)上的区域内具有截球体，利用该截球体能够将所述废气门通道封闭，其中所述关闭元件(24)的纵轴线(36)以预定的间距平行于轴线(30)延伸，该轴线(30)通过所述关闭元件(22)的截球体的中点(32)延伸并且其中所述纵轴线(36)以确定的角度斜向于所述臂(38)的转动轴线(48)的垂线(50)如此设置在臂(38)上，从而它与所述臂(38)的转动轴线(48)间隔开并且不与之相交。
2.按权利要求1所述的涡轮增压器，其特征为，所述废气门通道(12)的相应的贴靠面(28)设计为，当所述关闭元件(24)关闭所述废气门通道(12)时，所述相应的贴靠面(28)与所述关闭元件(24)基本上建立起线性接触，其中在关闭状态下所述关闭元件(24)贴靠在所述贴靠面(28)上。
3.按权利要求2所述的涡轮增压器，其特征为，所述废气门通道(12)的贴靠面(28)设计成锥形并且当所述废气门通道(12)利用所述关闭元件(24)得以关闭时与所述关闭元件(24)构成基本上圆形的线性接触。
4.按权利要求3所述的涡轮增压器，其特征为，所述操纵元件(22)具有臂(38)，该臂以具有转动轴线(48)的连续的轴(56)的形式构造并且该臂与所述关闭元件(24)连接，并且所述关闭元件(24)能够经由该臂围绕所述转动轴线(48)偏转到打开或关闭位置，在该打开或关闭位置，所述废气门通道(12)被完全打开或关闭。
5.按权利要求4所述的涡轮增压器，其特征为，所述臂(38)构造成弯曲的。
6.按权利要求5所述的涡轮增压器，其特征在于，所述臂(38)的弯曲的部段(52)弯曲基本90°。
7.按权利要求5所述的涡轮增压器，其特征为，所述臂(38)的弯曲的部段(52)具有用于所述关闭元件(24)的容纳部(54)。
8.按权利要求1至7中任一项所述的涡轮增压器，其特征为，所述操纵装置(22)能够经由至少一个电执行器来操作。
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