CN103775137A - 用于废气涡轮增压器的导向叶片装置 - Google Patents
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Abstract
一种导向叶片装置(1),尤其是用于废气涡轮增压器的导向叶片装置(1),具有:-多个导向叶片(3),其通过叶片轴承销钉可转动地安装在导向叶片支撑环(2)上;-一个盖盘(4),其与导向叶片支撑环(2)间隔设置,其中,导向叶片(3)布置在盖盘(4)和导向叶片支撑环(2)之间;-盖盘(4)包括一个陶瓷材料;-所述陶瓷材料具有高导热性。
Description
技术领域
本发明涉及一种导向叶片装置,尤其是用于废气涡轮增压器的导向叶片装置,还涉及一种具有该导向叶片装置的废气涡轮增压器。本发明还涉及一种具有这种废气涡轮增压器的机动车。
背景技术
众所周知,用于内燃机的废气涡轮增压器包括两个连续流动式机械:涡轮和压缩机。涡轮机利用废气中含有的能量来驱动压缩机,其吸入新鲜空气并将压缩气体引入内燃机的汽缸。由于内燃机通常具有较高的转速,因此,需要调节废气涡轮增压器以确保在内燃机的高转速范围内具有恒定的充气压力。为此,在已知的技术方案中,通过旁路通道将以部分废气流引向涡轮机。通过所谓的几何形状可变涡轮使得一种能量上更适合的技术方案成为可能,其中,涡轮的积聚性能可以被连续地改变,因此在每种情况下都可以应用全部废气。在传统方式中,通过可调整的导向叶片来实现这种几何形状可变的涡轮,通过该导向叶片可以不同的调整流经废气涡轮增压器的废气。
用于调节导向叶片的不同的调节装置是已知的。通常,通过各叶片轴承将导向叶片安装在导向叶片支承环上。一个盖盘与导向叶片支承环间隔开布置,以使导向叶片布置在盖盘和导向叶片支承环之间。盖盘可由陶瓷材料制成。
DE102008039508A1公开了一种具有几何形状可变涡轮机的废气涡轮增压器的增压装置。增压装置包括一个导向叶片可转动地安装于其上的叶片轴承环。在导向叶片与叶片轴承环相对的一侧上,设置有一个用于覆盖导向叶片的环状盘。环状盘包括一个隔热和减小摩擦的材料。
发明内容
因此,本发明的目的是说明一种改进的导向叶片装置。
这一目的通过独立权利要求的主题解决,优选实施例为从属权利要求的主题。
本发明基于这样一种基本构思,使用一种用于导向叶片装置的盖盘的陶瓷材料,该材料具有较高的导热性。通过这种方法,可以快速而有效地散掉导向叶片中产生的热量,因此,可以明显地减少涡轮机壳体的温度荷载,其中,本发明的导向叶片装置可应用于该涡轮机壳体中。
具有高导热性的陶瓷是在室温下向无机细粒原料中加水之后再干燥而成型制得,在随后超过900℃的燃烧过程中烧结成坚硬、耐用的物体。陶瓷材料可以具有非常高的导热性,这使得其特别适合用于本发明的废气涡轮增压器的导向叶片的盖盘。此外,陶瓷材料可以长时间承受高温,例如废气涡轮增压器中的高温。陶瓷材料或涂层几乎可以在任何实施例中成本有效地生产,这使得一种经济的工业用途成为可能。
尤其是,通过使用具有高导热性的陶瓷材料,可以避免使用导向叶片装置的废气涡轮增压器的导向叶片的各组件的热膨胀。既然通过使用具有高导热性的盖盘可以避免不期望的导向叶片的热膨胀,这反过来又可以减少导向叶片和盖盘之间的间隙宽度,以使导向叶片和盖盘之间不会产生由热引起的摩擦影响(对于导向叶片的干扰)。
由于本发明的盖盘可以使导向叶片与盖盘之间具有最小的间隙宽度,因此能够减少甚至完全消除可以降低废气涡轮增压器的导向叶片装置效率的流经该间隙的旁流。其明显提高了导向叶片或废气涡轮增压器的效率。
在本发明的一个有利的技术方案中,陶瓷材料可以具有120W/mK的导热性,通过使用具有该导热性能的陶瓷材料,可以排出导向叶片装置中的(废)热。
在一个更优选的实施例中,陶瓷材料可以是氮化硅或碳化硅。碳化硅是一种属于碳化物组的碳和硅的陶瓷化合物。由于碳化硅具有高机械硬度和高导热性(纯碳化硅接近350W/mK,技术碳化硅高达140W/mK),其非常适合作为本发明的导向叶片的盖盘的陶瓷材料。
氮化硅与此类似,除了具有高强度外,还具有非常低的热膨胀系数和小的弹性模量。氮化硅陶瓷材料可以在近似1300℃的温度下使用,因此,其也适合用于废气涡轮增压器。
在进一步的实施例中,导向叶片支撑环和/或导向叶片和/或叶片支撑销钉由具有比陶瓷材料低的导热性的金属制成。通过这种方法,本发明的具有高导热性的陶瓷材料制成的盖盘可以与导向叶片装置的其他部件结合,例如,导向叶片支撑环、导向叶片和叶片支撑销钉,这些部件通常由金属材料制成。
在一个特别优选的实施例中,所述金属具有最大为20W/mK的热导率。与具有高导热性的陶瓷材料制成的盖盘(通常至少120W/mK)结合,可以特别有效地将热量从导向叶片装置和使用该导向叶片装置的废气涡轮增压器的涡轮机壳体中排出。
在一个特别优选的实施例中,金属可以是钢。
在进一步的实施例中,为了确保特别有效地将热量通过导向叶片装置的盖盘转移,导向叶片装置可以完全由陶瓷材料制成。
在一个替代的或进一步改进的实施例中,盖盘也可以包括一个陶瓷材料的盖盘。这意味着实际的盖盘不需要由本发明的具有高导热性的陶瓷材料的盖盘成型。这使得非常成本有效地生产盖盘成为可能,例如由金属材料(优选钢)制成,因此,盖盘和导向叶片装置的其余部件(导向叶片支撑环等)的材料可以相同。这种盖盘设计的优点在于导向叶片装置的所有主要部件由相同的材料制成并具有基本相同的热膨胀系数。
为确保导向叶片装置具有稳定的机械结构,尤其是在废气涡轮增压器的涡轮壳中使用时具有稳定的机械结构,在一个优选的实施例中,导向叶片装置可以具有至少一个间隔部件,其与叶片支撑销钉同轴布置,将导向叶片支撑环与盖盘分隔开。
本发明还涉及一种废气涡轮增压器,尤其是用于机动车的废气涡轮增压器,其包括一个具有前述一个或多个特征的导向叶片装置和涡轮机壳体,涡轮机壳体的壁朝向导向叶片装置,导向叶片装置的盖盘设置在壳体壁上。废气涡轮增压器进一步包括一个轴承箱和支撑在轴承箱上的弹簧,借助所述弹簧,导向叶片支撑环可在轴向上将一个压力施加于至少一个间隔件,以使后者推动盖盘抵靠在涡轮机壳体上实现轴向固定。
本发明还涉及一种机动车,其包括一个内燃机和一个具有上述特征的废气涡轮增压器,其中,废气涡轮增压器与内燃机连接以增加内燃机的功率。
本发明的其他重要特征和优点特现在附加的权利要求、附图以及相应的附图说明中。
应该理解,上述提及的特征和下面将要解释的特征不仅可以用于所述组合,也可以用于其他组合或单独使用而不脱离本发明的范围。
本发明的优选实施例示出在附图中,并且在下面的说明中更详细地解释。
附图说明
图1示出了本发明的导向叶片装置。
具体实施方式
附图1示出了本发明的导向叶片装置,有附图标记1表示。导向叶片装置1包括多个侧叶片3,其通过叶片轴承销钉可转动地安装在导向叶片支撑环2上,其中,附图1中仅仅示出了一个叶片3和一个相应的叶片轴承销钉。导向叶片装置1还包括一个与导向叶片支撑环2相分离布置的盖盘4,其中,导向叶片3布置在盖盘4和导向叶片支撑环2之间。盖盘4包括个具有高导热性的陶瓷材料。所述陶瓷材料具有至少120W/mK的导热率。以便例如导向叶片装置1在废气涡轮增压器中工作时产生的废热可以有效地排出。陶瓷材料可以是氮化硅或碳化硅。碳化硅是一种属于碳化物组的碳和硅的陶瓷化合物。由于碳化硅具有高机械硬度和高导热性(纯碳化硅接近350W/mK,技术碳化硅高达140W/mK),其非常适合作为本发明的导向叶片的盖盘的陶瓷材料。氮化硅与此类似,除了具有高强度外,还具有非常低的热膨胀系数和小的弹性模量。氮化硅陶瓷材料可以在近似1300℃的温度下使用,因此,其也适合用于废气涡轮增压器。原则上,其他具有高导热性的陶瓷材料也是可能的。
导向叶片支撑环2由具有比陶瓷材料低的导热性的金属或其他适合的材料制成。导向叶片和/或叶片支撑销钉也可以由类似的材料制成。例如,导向叶片装置的组件可以由金属(例如钢)制成,金属具有最大20W/mK的导热性。
在第一个变形中,盖盘4可以完全由高导热性的陶瓷材料制成,由此可以通过盖盘4有效地散热。一个替代的实施方式,盖盘4由比陶瓷材料导热性低的另外一种材料制成,其包括一个高导热性的陶瓷材料覆盖层。这使得导向叶片装置1可以成本有效地生产。
例如,盖盘4可以由与导向叶片装置1的其他部件(如导向叶片支撑环2或导向叶片3)相同的材料制成,例如金属或钢。在此例中,所有部件具有基本相同的物理性能。特别地,盖盘与其他部件的热膨胀系数相同。
导向叶片装置可以具有至少一个间隔部件5,其与叶片支撑销钉同轴布置并将导向叶片支撑环2与盖盘4分隔开。导向叶片装置1可以是废气涡轮增压器的一部分。这样的废气涡轮增压器可以包括一个涡轮机壳体6,仅部分示出在附图1中。涡轮机壳体6可以包括一个朝向导向叶片装置1的壳体壁7,导向叶片装置1的盖盘4布置在壁7上。
废气涡轮增压器进一步包括一个轴承箱8,其也是仅部分示出。弹簧9支撑在轴承箱上,借助所述弹簧9,导向叶片支撑环2可在轴向A上将一个压力(箭头D)施加于至少一个间隔件5,以使后者推动盖盘4抵靠在涡轮机壳体6上实现轴向固定。
废气涡轮增压器可以与内燃机一起在机动车中工作,其中,废气涡轮增压器与内燃机连接以增加内燃机的功率。
Claims (10)
1.一种导向叶片装置(1),尤其是用于废气涡轮增压器的导向叶片装置(1),具有:
-多个导向叶片(3),其通过叶片轴承销钉可转动地安装在导向叶片支撑环(2)上;
-一个盖盘(4),其与导向叶片支撑环(2)间隔设置,其中,导向叶片(3)布置在盖盘(4)和导向叶片支撑环(2)之间;
-盖盘(4)包括一个陶瓷材料;
其特征在于所述陶瓷材料具有高导热性。
2.权利要求1所述的导向叶片装置(1),其特征在于陶瓷材料具有至少120W/mK的导热率。
3.权利要求1或2所述的导向叶片装置(1),其特征在于陶瓷材料是氮化硅或碳化硅。
4.权利要求1-3任一项所述的导向叶片装置(1),其特征在于导向叶片支撑环(2)和/或导向叶片(3)和/或叶片轴承销钉由具有比陶瓷材料导热性低的金属制成。
5.权利要求4所述的导向叶片装置(1),其特征在于金属具有20W/mK的最大导热性。
6.权利要求4或5所述的导向叶片装置(1),其特征在于金属是钢。
7.前述任一权利要求所述的导向叶片装置(1),其特征在于盖盘(4)全部由陶瓷材料制成。
8.前述任一权利要求所述的导向叶片装置(1),其特征在于导向叶片装置(1)可以具有至少一个间隔部件(5),其与叶片支撑销钉同轴布置并将导向叶片支撑环(2)与盖盘(4)分隔开。
9.一种废气涡轮增压器,尤其是用于机动车的废气涡轮增压器,具有:
-前述任一权利要求所述的导向叶片装置(1);
-一个涡轮机壳体(6),其具有一个朝向导向叶片装置(1)的壁(7),盖盘(4)布置在该壁(7)上;
-一个轴承箱(8);
-一个支撑在轴承箱(8)上的弹簧(9),借助所述弹簧(9),导向叶片支撑环(2)可在轴向(A)上将一个压力施加于至少一个间隔件(5),以使后者推动盖盘(4)抵靠在涡轮机壳体(6)上实现轴向固定。
10.一种机动车,具有:
-一个内燃机;
-一个权利要求9所述的废气涡轮增压器,其与内燃机连接以增加内燃机的功率。
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Legal Events
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---|---|---|---|
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: Stuttgart, Germany Patentee after: Bo Ma Technology Co., Ltd. Address before: Stuttgart, Germany Patentee before: Bosch Mahle Turbo Systems GMBH |
|
CP01 | Change in the name or title of a patent holder |