CN104053863B - 用于废气涡轮增压机的涡轮的导向装置和相应的涡轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于废气涡轮增压机的涡轮的导向装置(10)，所述导向装置具有插入元件(15)，其包括第一插入部分(16)和与所述第一插入部分(16)对置设置的第二插入部分(18)，并且所述导向装置具有至少一个第一导向叶片(12)用于导出穿流所述涡轮的废气，所述第一导向叶片设置在所述插入部分(16、18)之间并且相对于所述插入部分(16、18)能围绕旋转轴线(20)旋转地支承在所述插入部分(16、18)中的至少一个上，其中至少一个第二导向叶片(14)设置为用于导出所述废气，所述第二导向叶片相对于所述插入部分(16、18)是不能运动的。同样提出了一种相应的用于废气涡轮增压机的涡轮。

Description

用于废气涡轮增压机的涡轮的导向装置和相应的涡轮

技术领域

本发明涉及一种用于废气涡轮增压机的涡轮的导向装置，所述导向装置具有插入元件，所述插入元件包括第一插入部分和与所述第一插入部分对置设置的第二插入部分，并且所述导向装置具有至少一个第一导向叶片用于导出穿流所述涡轮的废气，所述第一导向叶片设置在所述插入部分之间并且相对于所述插入部分能够围绕旋转轴线旋转地支承在所述插入部分中的至少一个上。

背景技术

这样的导向装置从EP 2 226 484 A1中已知。导向装置插入到废气涡轮增压机的涡轮的涡轮壳体中并且包括具有第一插入部分和第二插入部分的插入元件。第一插入部分相对于第二插入部分沿着涡轮的轴向方向设置。

导向装置包括至少一个第一导向叶片。导向叶片用于导出穿流涡轮的废气，因此废气能够流动有利地流向涡轮的设置在导向叶片下游的涡轮叶轮。导向叶片在此设置在插入部分之间并且围绕旋转轴线相对于插入部分能旋转地支承在所述插入部分中的至少一个上。通过能旋转的导向叶片形成涡轮的可变化的涡轮几何形状，以至于涡轮能够按照需要适应于穿过涡轮的不同的废气质量流。

发明内容

本发明的目的是，改进开头提到类型的用于废气涡轮增压机的涡轮的导向装置，使得导向装置实现涡轮的尤其有效的运行。

这个目的通过根据本发明的用于废气涡轮增压机的涡轮的导向装置实现。具有本发明的符合目的的并且非普通的改进方案的有利的设计方案在下文中给出。

这样的用于废气涡轮增压机的涡轮的导向装置包括具有第一插入部分和第二插入部分的插入元件。第一插入部分与第二插入部分对置地设置。导向装置此外包括至少一个第一导向叶片用于导出穿流涡轮的废气。导向叶片设置在彼此对置的插入部分之间并且相对于插入部分能够围绕旋转轴线旋转地支承在所述插入部分中的至少一个上。

根据本发明，至少一个第二导向叶片设置为用于导出废气，所述第二导向叶片相对于插入部分是不能运动的，也就是说，相对于插入部分是固定的，并且所述第二导向叶片沿着所述涡轮的径向方向延伸，并且其中所述第二导向叶片制造为三维的叶片组。

因为第二导向叶片相对于插入部分是固定的，所以在第二导向叶片和插入部分之间不设置并且不需要任何功能间隙，或者仅设置和需要非常小的功能间隙。因此能够避免流动损耗，即所谓的次级流动损耗，或者将其保持得非常低，以至于第二导向叶片能够至少基本上完全流动有利地导出绕流第二导向叶片的废气。这导致涡轮的设置在导向叶片下游的涡轮叶片被流动有利地入流，由此产生了涡轮的尤其有效的运行进而产生了废气涡轮增压机的尤其有效的运行。这也对与涡轮相关联的内燃机的有效运行产生影响，由此产生了尤其低的燃油消耗以及低的CO₂排放。

除此之外，根据本发明的导向装置借助于第一导向叶片实现了涡轮能够符合需要地适应于不同的废气质量流。对此第一导向叶片相对于插入部分围绕旋转轴线旋转，这伴随着对导向装置进而涡轮的待由废气穿流的流动横截面的调整或者调节。换句话说，能够借助于相对于插入部分调整第一导向叶片可变地调节有效流动横截面，以至于涡轮或者其涡轮叶轮不仅在相对低的废气质量流中而且在与之相反较高的废气质量流中能够有效地由废气驱动。

在本发明的尤其优选的实施方式中，插入部分中的至少一个和第二导向叶片分别至少部分地彼此一件式地构成。在此能够提出，插入部分中的至少一个由至少两个彼此连接的插入部分件形成，其中插入部分件中的一个和第二导向叶片彼此一件式地构成。可替选地或者附加地，第二导向叶片能够由至少两个彼此连接的叶片部分件形成，其中叶片部分件中的一个与插入部分中的至少一个或者与插入部分件中的一个一件式地构成。

此外可能的是，插入部分中的至少一个或者两个插入部分和第二导向叶片彼此完全一件式地构成。导向装置因此能够时间适宜并且成本适宜地制造。导向装置因此也具有仅非常小的部件数量，以至于所述导向装置可非常简单地并且成本适宜地支承并且能够插入到涡轮的涡轮壳体中。此外导向叶片具有至少基本上相同的或者类似的、瞬时的并且由于热量引起的变形特性，以至于第一导向叶片特别是由于第一导向叶片与插入部分卡住而产生功能失效的危险是特别低的。这对根据本发明的导向装置的功能可靠性进而对涡轮的功能可靠性是有利的，以至于即使在超出高的使用寿命时和在非常高的温度中也确保了根据本发明的导向装置的安全的功能。

如果所述至少两个插入部分件设置为用于形成至少一个插入部分和/或所述至少两个叶片部分件设置为用于形成第二导向叶片，那么这对于插入部分件和/或叶片部分件能够由彼此不同的材料形成而言是有利的。换句话说由此可行的是，至少一个插入部分和/或第二导向叶片能够由彼此不同的材料制造。

根据本发明的导向装置能够在用于内燃机的涡轮中使用，所述内燃机构成为柴油发动机、汽油发动机、汽油柴油发动机或者其它内燃机。根据本发明的导向装置特别能够在径流式涡轮中使用，其中废气至少基本上沿着轴向方向流入涡轮叶轮。同样可能的是，在所谓的混流式涡轮中使用根据本发明的导向装置，其中废气倾斜于轴向方向并且倾斜于径向方向流入涡轮叶轮。

插入部分中的至少一个与第二导向叶片的分别至少部分地一件式的设计方案的另一个优点是，不需要用于使至少一个插入部分与第二导向叶片连接的额外的焊接过程。因此能够避免热量引入进而避免因热量引入而可能出现的导向装置的扭曲变形。

在另一有利的设计方案中，所述插入部分中的至少一个和第二导向叶片借助于铸造法分别至少部分地彼此一件式地构成。铸造法实现了时间适宜的并且成本适宜的一件式的制造。特别地，借助于铸造法可能的是，即使至少一个插入部分和第二导向叶片的相对复杂的几何形状也时间适宜并且成本适宜地构成。第二导向叶片在此例如能够制造为三维的叶片组。第一导向叶片也能够构成为三维的叶片组。

在本发明的另一个实施方式中，第一导向叶片经由至少一个围绕旋转轴线相对于插入部分能旋转的、独立于第一导向叶片构成的并且至少部分地容纳在所述至少一个插入部分的容纳开口中的支承元件支承在所述插入部分中的至少一个上。这导致第一导向叶片尤其简单地进而时间适宜并且成本适宜地安装在插入部分上。

有利地能够提出，第二导向叶片和第一导向叶片和/或第二导向叶片和所述插入部分中的至少一个分别至少部分地由彼此不同的材料形成。因此能够有针对性地影响和调节变形特性，因为不同的材料特别是根据温度变化时的不同的热膨胀系数而表现出不同的特性。

为了实现第一导向叶片在插入部分上或者在插入部分中的至少一个上的尤其简单的安装，容纳开口构成为贯通开口，其中支承元件能够从插入部分中的至少一个的背离第一导向叶片的一侧插入到贯通开口中。

在此，在安装导向装置时，首先将第一导向叶片设置在插入部分之间。紧接着，将支承元件从至少一个插入部分的背离第一导向叶片的一侧插入到贯通开口中或者插入穿过贯通开口，并由此将第一导向叶片以简单的方式支承在插入部分中的至少一个上。

在另一有利的设计方案中提出，支承元件容纳在第一导向叶片的另一个容纳开口中。优选的是，支承元件插入到所述另一个容纳开口中。第一导向叶片在插入部分上的或者在插入部分中的至少一个上的安装在此通过简单地将支承元件插入穿过贯通开口以及通过简单地将支承元件插入到第一导向叶片的所述另一个容纳开口中实现。

第一导向叶片在插入部分中的至少一个上的这种支承也避免了插入部分中的不期望大的开口，所述开口可能导致不期望的流动损耗。

有利的是，设置扭转止动机构，借助于所述扭转止动机构第一导向叶片被锁定以阻止相对于支承元件的相对旋转。因此第一导向叶片能够以如下简单的方式相对于插入部分围绕旋转轴线旋转：支承元件围绕旋转轴线旋转。换句话说，第一导向叶片因此能够以简单的方式经由支承元件与用于使第一导向叶片相对于插入部分旋转的执行单元耦联。

扭转止动机构优选包括支承元件的不同于圆形地构成的外轮廓和另外的容纳开口的基本上与所述外部轮廓对应的内轮廓。因此为了第一导向叶片相对于支承元件围绕旋转轴线的位置锁定，不需要任何独立的和附加的元件。这将导向装置的部件数量、重量、空间需求和成本保持得低。

为了实现支承元件与第一导向叶片的尤其抗转动的连接，外轮廓和内轮廓分别具有至少基本上楔形的横截面。因此能够在高的使用寿命期间以及在非常高的温度中确保对第一导向叶片围绕旋转轴线相对于插入部分的调整，以至于涡轮至少基本上能够始终适应于不同的废气质量流。

根据本发明的导向装置的另一个优点是，为了避免例如因第一导向叶片与插入部分的卡住而产生功能失效，第一导向叶片和插入部分之间的功能间隙能够尤其小地保持。这伴随着流动损耗尤其小或者避免流动损耗的优点，以至于全部废气能够借助于导向叶片至少基本上被导出并且涡轮叶轮能够流动有利地入流。

附图说明

本发明的其它的优点、特征和细节从接下来的对优选的实施例的描述中以及根据附图得出。之前在描述中提到的特征和特征组合以及接下来在附图描述中提到的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅能够以分别说明的组合方式使用，而且能够以其它组合方式使用或者单独使用，而不脱离本发明的保护范围。

附图示出：

图1示出用于内燃机的废气涡轮增压机的涡轮的导向装置的示意性的俯视图，所述导向装置具有包括两个插入部分的插入元件、多个相对于插入部分固定的导向叶片和多个相对于插入部分能围绕相应的旋转轴线旋转的导向叶片；

图2示出根据图1的导向装置的示意性的剖视图；

图3示出具有根据图1和2的导向装置的另一个实施方式的废气涡轮增压机的涡轮的示意性的剖视图；

图4示出根据图3的导向装置的另一个实施方式的示意性的剖视图；

图5示出根据图4的导向装置的另一个实施方式的示意性的剖视图；

图6示出根据图5的导向装置的另一个实施方式的示意性的剖视图；

图7部分地示出根据图6的导向装置的示意性的正视图；

图8示出具有根据图6的导向装置的另一个实施方式的废气涡轮增压机的涡轮的示意性的剖视图；以及

图9示出根据图8的导向装置的另一个实施方式的示意性的剖视图。

具体实施方式

图1示出用于在图1和2中未示出的内燃机的废气涡轮增压机的涡轮的导向装置10。内燃机例如构成为呈汽油发动机、柴油发动机、汽油柴油发动机形式的往复式内燃机或者构成为其它内燃机。

构成为径流式涡轮的涡轮包括具有容纳空间的涡轮壳体，在所述容纳空间中至少部分地容纳有涡轮叶轮。涡轮叶轮在此能够围绕旋转轴线相对于涡轮壳体旋转。涡轮壳体具有至少一条流动通道，经由所述流动通道，内燃机的废气能够输送给涡轮叶轮。废气能够经由涡轮叶轮的转子叶片流入涡轮叶轮进而驱动涡轮叶轮。

为了实现有流动有利地流入到涡轮叶轮中，导向装置10包括第一导向叶片12和第二导向叶片14，所述第一导向叶片和所述第二导向叶片设置在流动通道中并且能够导出废气。通过废气的导出，这些废气以尤其有利的迎流角流入转子叶片。

导向装置10包括具有第一插入部分16和第二插入部分18的插入元件15。第一插入部分16在此沿着涡轮的轴向方向与第二插入部分18相对置地设置。

如可从图1中看出的一样，导向叶片12、14设置在插入部分16、18之间。插入部分16、18以及相对于插入部分16、18固定的第二导向叶片14彼此一件式地构成，例如借助于铸造法彼此一件式地构成。铸造法能够是MIM法(MIM-Metal Injection Moulding，金属注射成型)、特别是粉末注射成型法。因此能够避免沿着轴向方向在第二导向叶片14和插入部分16、18之间的功能间隙，以至于流入第二导向叶片14的废气至少基本上完全地被导出并且定向地流入涡轮叶轮，并且不能够经由功能间隙流过第二导向叶片14并且不定向地流入涡轮叶轮。

第一导向叶片12也设置在插入部分16、18之间，然而相对于插入部分16、18能够围绕相应的旋转轴线旋转。对此第一导向叶片12借助于相应的轴22相对于插入部分16、18能够围绕旋转轴线20旋转地支承在第一插入部分16上。这意味着，轴22能够围绕旋转轴线20相对于插入部分16、18旋转，然而与第一导向叶片12抗转动地连接。

为了支承第一导向叶片12，轴22部分地容纳在第一导向叶片12的相应的第一容纳开口24中。此外轴22容纳在第一插入部分16的相应的贯通开口26中。在此轴22穿透相应的贯通开口26。

贯通开口26以及轴22独立于第一导向叶片12的设计方案实现了第一导向叶片12在插入元件15上的简单的进而时间适宜并且成本适宜的安装。对此第一导向叶片12设置在插入部分16、18之间，以至于贯通开口26与第一容纳开口24至少基本上对准。紧接着轴22以简单的方式从第一插入部分16的背离第一导向叶片12的一侧28穿过贯通开口26并且插入到第一容纳开口24中。

导向装置10的优点特别是在于，相对于插入部分16、18固定地并且与插入部分16、18一件式地构成的第二导向叶片14和相对于插入部分16、18能旋转的第一导向叶片12具有至少近似相同的瞬时的由热引起的变形特性，以至于导向装置10的特别因第一导向叶片12与插入部分16、18卡住而引起的功能失效的危险是尤其小的。换句话说，导向装置10进而涡轮具有非常高的功能可靠性。

另一个优点是，由于插入部分16、18与第二导向叶片14的一件式的构成，不提供并且不需要附加的接合方法例如焊接。因此避免了热量引入以及由热引起的导向装置10的扭曲变形。此外，能够在没有插入部分16、18的不期望大的开口的情况下实现第一导向叶片12在插入元件15上的安装，这对于废气而言引起有利的流动条件。

为了实现第一导向叶片12相对于轴22的扭转止动，轴22在下述相应的部分区域中具有相应的外轮廓，在所述部分区域中轴容纳在第一导向叶片12的第一容纳开口24中，所述外轮廓不同于圆形地构成。换句话说，轴22的相应的外轮廓在容纳在第一导向叶片12中的部分区域中不是圆形的。当前，相应的外轮廓至少基本上楔形地构成。因此第一导向叶片12相应地具有界定第一容纳开口24的相应的内轮廓，所述内轮廓构成为与轴22的外轮廓相应的配合轮廓(负轮廓)。因此第一导向叶片12的部分地容纳有轴的内轮廓同样至少基本上楔形地进而非圆形地构成。因此确保了轴22和第一导向叶片12之间的尤其抗转动的连接，以至于第一导向叶片12能够经由轴22围绕相应的旋转轴线20相对于插入部分16、18旋转。

第二插入部分18也被称为覆盖元件或者配合轮廓元件或者轮廓元件，因为所述第二插入部分至少局部地具有配合轮廓，所述配合轮廓至少基本上与涡轮叶轮的外轮廓相应并且所述配合轮廓特别是沿着径向方向向外覆盖或者遮盖涡轮叶轮。因此流动有利地将驱动涡轮叶轮的废气从涡轮叶轮导出并且导入到涡轮出口中。第二插入部分18在此至少基本上环形地构成。

第一插入部分16也被称为阀环，因为第一插入部分至少基本上环形地构成，并且因为相对于插入部分16、18能运动的第一导向叶片12作用为阀元件。借助于第一导向叶片12，能够调节涡轮的有效流动横截面，废气经由所述流动横截面输送给涡轮叶轮，也就是说，流体地释放所述流动横截面或者相反地缩小所述流动横截面。

在图3中部分可见涡轮的涡轮壳体并且以30来表示。插入部分16、18和第二导向叶片14根据图3分别彼此独立地构成并且彼此固定连接。对此第二导向叶片14与第一插入部分16在构成相应的焊缝32的情况下焊接并且与第二插入部分18在构成相应的焊缝34的情况下焊接。

第二导向叶片14具有相应的栓36，所述栓至少部分地容纳在第二插入部分18的构成为贯通开口的第二容纳开口38中。

为了避免所谓的次级流动损耗或者至少将所述次级流动损耗保持得低，设置有密封元件40，所述密封元件一方面支撑在涡轮壳体30上并且另一方面支撑在插入部分18上。借助于密封元件40，第二插入部分18相对于涡轮壳体30密封，以至于废气至少基本上不能够在涡轮壳体30和第二插入部分18之间穿过进而不能够流过导向装置10，而是至少基本上完全地经由导向叶片12、14输送给涡轮叶轮进而流动有利地导出或者偏转。第二插入部分18具有当前呈环形槽41状的容纳部，在所述容纳部中部分地容纳有密封元件40。

在根据图4的导向装置10中，第二导向叶片14与插入部分16、18在构成焊缝32、34的情况下焊接。在此第二导向叶片14包括另外的栓42，所述栓至少部分地容纳在第一插入部分16的相应的第三容纳开口44中。在此第三容纳开口44当前也构成为贯通开口。

根据图5，第二导向叶片14和第一插入部分16例如借助于铸造法彼此一件式地构成。为了使第二导向叶片14和第一插入部分16与第二插入部分18连接，第二导向叶片14经由其栓36至少部分地容纳在第二容纳开口38中并且与第二插入部分18在构成焊缝34的情况下焊接并由此材料配合地连接。

如从图6和7的概览中所看出的一样，导向装置10的第二插入部分18由第一插入部分件46和第二插入部分件48形成，其中所述插入部分件46、48当前借助于形状配合的插接连接彼此连接。此外第二导向叶片14、第一插入部分16和第一插入部分件46彼此一件式地构成。这意味着，第二插入部分18部分地与第二导向叶片14和第一插入部分16一件式地构成。

根据图8，第二导向叶片14和第一插入部分16彼此一件式地并且独立于第二插入部分18地构成。第二导向叶片14的每个现在相应地具有多个、当前是两个栓36，所述栓至少部分地容纳在相应的构成为贯通开口的第二容纳开口38中。在此第二导向叶片14与第二插入部分18在构成焊缝34的情况下焊接。

图9示出导向装置10的另一个实施方式，其中栓36、42具有相应的倒棱50，以至于栓36、42局部地圆锥形地或者截锥形地构成。倒棱50在此能够用作为引入辅助部，以至于栓36、42能够以简单的方式进而以时间适宜并且成本适宜的方式不倾斜地引入到容纳开口38、44中并且紧接着能够在构成焊缝32、34的情况下被焊接。

Claims (11)

1.一种用于废气涡轮增压机的涡轮的导向装置(10)，所述导向装置具有插入元件(15)，所述插入元件包括第一插入部分(16)和与所述第一插入部分(16)对置设置的第二插入部分(18)，并且所述导向装置具有至少一个第一导向叶片(12)用于导出穿流所述涡轮的废气，所述第一导向叶片设置在所述第一插入部分(16)和所述第二插入部分(18)之间并且相对于所述第一插入部分(16)和所述第二插入部分(18)能够围绕旋转轴线(20)旋转地支承在所述第一插入部分(16)和所述第二插入部分(18)中的至少一个上，

其特征在于，

至少一个第二导向叶片(14)设置为用于导出所述废气，所述第二导向叶片相对于所述第一插入部分(16)和所述第二插入部分(18)是不能运动的并且沿着所述涡轮的径向方向延伸，并且其中所述第二导向叶片(14)制造为三维的叶片组。

2.根据权利要求1所述的导向装置(10)，

其特征在于，所述第一插入部分(16)和所述第二插入部分(18)中的至少一个和所述第二导向叶片(14)相应至少部分地彼此一件式地构成。

3.根据权利要求2所述的导向装置(10)，

其特征在于，

所述第一插入部分(16)和所述第二插入部分(18)中的至少一个和所述第二导向叶片(14)借助于铸造法相应至少部分地彼此一件式地构成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的导向装置(10)，

其特征在于，

所述第一导向叶片(12)经由至少一个相对于所述第一插入部分(16)和所述第二插入部分(18)能够围绕所述旋转轴线(20)旋转的、独立于所述第一导向叶片(12)构成的并且至少部分地容纳在所述第一插入部分(16)和所述第二插入部分(18)中的至少一个的容纳开口(26)中的支承元件(22)支承在所述第一插入部分(16)和所述第二插入部分(18)中的至少一个上。

5.根据权利要求4所述的导向装置(10)，

其特征在于，

所述容纳开口构成为贯通开口，其中所述支承元件(22)能够从所述第一插入部分(16)和所述第二插入部分(18)中的至少一个的背离所述第一导向叶片(12)的一侧(28)插入到所述贯通开口中。

6.根据权利要求4所述的导向装置(10)，

其特征在于，

所述支承元件(22)容纳在所述第一导向叶片(12)的另外的容纳开口(24)中。

7.根据权利要求6所述的导向装置(10)，

其特征在于，

所述支承元件(22)插入到所述另外的容纳开口(24)中。

8.根据权利要求6所述的导向装置(10)，

其特征在于，

所述导向装置设置有扭转止动机构，借助于所述扭转止动机构，所述第一导向叶片(12)被锁定以免于与所述支承元件(22)的相对旋转。

9.根据权利要求8所述的导向装置(10)，

其特征在于，

所述扭转止动机构包括所述支承元件(22)的不同于圆形构成的外轮廓和所述第一导向叶片(12)的基本上相应于所述外轮廓的并且界定所述另外的容纳开口(24)的内轮廓。

10.根据权利要求9所述的导向装置(10)，

其特征在于，

所述外轮廓和所述内轮廓相应具有至少基本上楔形的横截面。

11.一种用于废气涡轮增压机的涡轮，所述涡轮具有涡轮壳体(30)，在所述涡轮壳体中设置有根据权利要求1至10中任一项所述的导向装置(10)。