CN104053864A - 废气涡轮增压器 - Google Patents

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CN104053864A CN201380005921.0A CN201380005921A CN104053864A CN 104053864 A CN104053864 A CN 104053864A CN 201380005921 A CN201380005921 A CN 201380005921A CN 104053864 A CN104053864 A CN 104053864A
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罗伯托·德桑蒂斯
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Abstract

本发明涉及一种具有至少一个壳体部分(12)的废气涡轮增压器，在所述壳体部分上至少部分地设置有与所述壳体部分(12)分开构成的导向装置(16)，所述导向装置具有两个插入元件(18，20)，所述插入元件在所述插入元件(18，20)之间构成有流动通道(22)的条件下沿着轴向方向彼此隔开，其中在所述插入元件(18，20)中的至少一个上，导向装置(16)的导向叶片相对于所述插入元件(18，20)能运动地安装，借助于所述导向叶片，流经所述流动通道(22)的废气是能够被排出的，并且其中所述插入元件中的至少第一插入元件(18)具有至少一个至少基本上沿着径向方向延伸的第一壁部区域(30)和至少一个连接到所述第一壁部区域上的至少基本上沿着轴向方向延伸的第二壁部区域(32)，所述第一壁部区域和所述第二壁部区域形成所述第一插入元件(18)的角区域(28)，其中在所述第一壁部区域(30)和/或所述角区域(28)中，在朝向所述壳体部分(12)的一侧(27)上设置有至少一个凹陷部(24，26)。

Description

废气涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种权利要求1的前序部分所描述的类型的废气涡轮增压器。
背景技术
EP2348195A2公开了一种具有包括涡轮机壳体的涡轮机并且具有轴承壳体的废气涡轮增压器。废气涡轮增压器此外包括与涡轮机壳体和轴承壳体分开构成的具有两个插入元件的导向装置。插入元件中的一个是支撑元件。插入元件的另一个是覆盖元件。在插入元件之间构成有流动通道的条件下，插入元件沿着废气涡轮增压器的轴向方向彼此隔开。在所述插入元件的至少一个上，导向装置的导向叶片相对于插入元件能运动地被安装。借助于导向叶片，流经流动通道的废气能够被排出。进一步配属于涡轮机的涡轮机出口的插入元件具有至少基本上沿着径向方向延伸的第一壁部区域和连接在其上的至少基本上沿着轴向方向延伸的第二壁部区域。这些壁部区域形成插入元件的角区域。第二壁部区域具有环绕的槽，在所述槽中容纳有密封元件。
WO2007/046798A1也具有这样的废气涡轮增压器。废气涡轮增压器的插入元件中的进一步配属于涡轮机出口的这一个插入元件在其第二壁部区域中具有两个槽，在所述槽中设置有相应的密封元件。
已示出，在废气涡轮增压器运行期间，其中热的废气流经涡轮机，产生特别是涡轮机壳体和导向装置的由于热而引起的变形。此时为了避免能运动的导向叶片的卡住和/或其它的故障，在导向叶片和插入元件之间设置相对大的所谓的功能间隙。然而废气经由相对大的功能间隙在导向叶片旁流过，以至于废气不被导向叶片偏转或者转向。因此废气能够无定向地流过涡轮机的涡轮。这损害了废气涡轮增压器的有效运行。
发明内容
因此本发明的目的是，改进一开始提到的类型的废气涡轮增压器，使得所述废气涡轮增压器具有有效的运行。
该目的通过具有权利要求1的特征的废气涡轮增压器来实现。具有本发明的符合目的的并且不普通的改进方案的有利的设计方案在其他权利要求中给出。
这样的废气涡轮增压器包括至少一个壳体部分，在所述壳体部分上至少部分地设置有与废气涡轮增压器的壳体部分、特别与所有的壳体部分分开地构成的导向装置。导向装置包括两个插入元件，所述插入元件在插入元件之间构成流动通道的条件下沿着轴向方向彼此隔开。换句话说，插入元件沿着废气涡轮增压器的轴向方向对流动通道限界。
导向装置包括导向叶片，所述导向叶片至少在所述插入元件的一个上相对于插入元件能运动地安装。导向叶片用于使流经流动通道的废气排出或偏转。
所述插入元件中的至少第一插入元件具有至少一个至少基本上沿着废气涡轮增压器的径向方向延伸的第一壁部区域以及至少一个连接在其上的至少基本上沿着废气涡轮增压器的轴向方向延伸的第二壁部区域。壁部区域在此形成插入元件的角区域。
此时为了避免或者尤其小地保持在废气涡轮增压器运行期间由热引起的第一插入元件的变形，根据本发明在第一壁部区域中和/或在角区域中在朝向壳体部分的一侧上设置至少一个凹陷部，在所述废气涡轮增压器的运行中热的废气流动穿过流动通道。第一插入元件因此关于其几何形状或者其外部轮廓在废气涡轮增压器的运行期间相应地适配于用高温对第一插入元件的加载，以至于第一插入元件不变形或者仅非常轻微地变形。相对于插入元件能运动的导向叶片卡住和/或其它故障的危险因此被避免或者被非常低地保持。在导向叶片和插入元件之间的功能间隙能够非常小地保持，以至于流经流动通道的废气不在导向叶片旁边经过或者仅以非常小的量在导向叶片旁边经过并且能够无定向地流过废气涡轮增压器的涡轮机的涡轮。
换句话说，至少基本上全部的流经流动通道的废气能够借助于导向叶片被流动有利地排出或者偏转进而能够以流动有利的迎流角流过涡轮。这导致废气涡轮增压器的有效运行进而导致废气涡轮增压器的高效运行。借助于废气涡轮增压器可有效地加载机动车辆的特别是构成为往复式活塞-内燃机的内燃机，由此导致低的燃料消耗进而低的CO2排放。
凹陷部在此具有底部，所述底部相对于第一插入元件的凹陷部连接到其上的第一壁部的第一表面并且相对于第一插入元件的连接到所述凹陷部上的第二壁部的第二表面远离壳体部分地偏置。换句话说，凹陷部朝向至少三个侧被限制。凹陷部例如能够构成为凹槽，所述凹槽的角能够被倒圆。
借助于所述凹槽，第一插入元件的壁厚度在第一壁部区域中和/或在角区域中被局部地降低，由此产生了第一插入元件的相对高的柔性，特别是相对于不具有凹陷部的第一插入元件。因此第一插入元件的变形在废气涡轮增压器的运行期间能够至少低地保持。
第一插入元件在第一壁部区域中优选具有至少一个凹陷部以及在角区域中具有至少一个第二凹陷部。这导致第一插入元件的尤其小的变形，这对根据本发明的废气涡轮增压器的功能实现可靠性以及有效运行有好处。
在有利的设计方案中，在凹陷部中设置有一方面支撑在壳体部分上并且另一方面支撑在第一插入元件上的密封元件，借助于所述密封元件，第一插入元件相对于壳体部分密封。因此实现了高的功能集成，其中所述凹陷部不仅用于描述第一插入元件的有利的变形特性而且用于容纳和保护密封元件。这将根据本发明的废气涡轮增压器的成本保持在低的范围中。
在本发明的另一个实施方式中，壳体部分是废气涡轮增压器的涡轮机的涡轮机壳体。特别地，涡轮机壳体在废气涡轮增压器的运行期间以非常高的温度被加载，因为所述涡轮壳体由内燃机的废气流经。因为第一插入元件紧挨涡轮机壳体地设置，如果不采取任何相应的对策，那么涡轮机壳体的第一插入元件的非常高的温度加载的危险是相对高的。尽管紧挨涡轮机壳体，然而至少一个凹陷部至少低地保持第一插入元件的由热引起的变形。
废气涡轮增压器也能够包括与涡轮机壳体连接的轴承壳体，在所述轴承壳体上或在所述轴承壳体中至少局部地安装有废气涡轮增压器的转子。所述转子包括涡轮和轴，涡轮与所述轴抗转动地连接。
废气涡轮增压器此外能够包括具有压缩机壳体的压缩机，在所述压缩机壳体中至少部分地设置有压缩机轮。压缩机轮也配属于转子并且抗转动地与轴连接。转子在此能够围绕旋转轴线相对于轴承壳体旋转、相对于压缩机壳体旋转并且相对于涡轮机壳体旋转。由于抗转动的连接，压缩机轮通过涡轮被驱动并且压缩待供给给内燃机的空气。
在本发明的另一个实施方式中，壳体部分部分地容纳在凹陷部中。因此能够在第一插入元件和壳体部分之间实现有利的密封。
优选导向装置仅经由插入元件中的一个、特别是仅经由第二插入元件固定在废气涡轮增压器的壳体部分上特别是固定在轴承壳体上。导向装置的这种固定实现了由于从废气涡轮增压器的一个壳体部分或者多个壳体部分到导向装置上的热量传递而引起的导向装置的仅相对低的温度加载，以至于整个导向装置的由热引起的变形能够低地保持。这实现了在导向叶片和插入元件之间的仅较小的功能间隙，由此产生了废气涡轮增压器的尤其有效的运行。
在此优选提出，插入元件借助于至少一个连接元件彼此连接。连接元件能够与插入元件分开地构成，由此实现了导向装置的简单的安装。经由连接元件，插入元件中的不固定在废气涡轮增压器的壳体部分上的插入元件被保持在插入元件中的固定在废气涡轮增压器的壳体部分上的插入元件上。因此导向装置能够相对于废气涡轮增压器的一个壳体部分或多个壳体部分位置止动并且精确地定向。
在其它的尤其有利的设计方案中，第一插入元件与壳体部分隔开。从壳体部分到第一插入元件上的热量传递能够尤其小地保持，以至于仅产生第一插入元件的非常小的、因热引起的变形。
优选整个导向装置与与废气涡轮增压器的壳体部分隔开、特别是所有的壳体部分隔开。由此由于从一个壳体部分或者多个壳体部分到导向装置上的仅非常小的热量传递在导向装置中产生了相对均匀的温度分布，这非常低地保持了因热引起的导向装置的变形。因此可实现仅非常小的功能间隙，这同时伴随着废气涡轮增压器的尤其有效和高效的运行。
附图说明
本发明的其它的优点、特征和细节从下述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/或在附图中的单独示出的特征和特征组合不仅能够以相应给出的组合，而且能够以其它的组合来应用或者单独地应用，而没有脱离本发明的范围。
附图示出：
图1部分地示出废气涡轮增压器的涡轮机的示意性的纵剖视图，所述废气涡轮增压器具有涡轮机壳体，在所述涡轮机壳体中设置有用于排出流经涡轮机壳体的废气的导向装置；以及
图2部分地示出根据图1的涡轮机的另一个实施方式的示意性的纵剖视图。
具体实施方式
图1示出用于例如构成为往复式活塞-内燃机的内燃机的废气涡轮增压器的涡轮机10。涡轮机10包括涡轮机壳体12，所述涡轮机壳体具有至少一个输送通道14。涡轮机壳体12此外具有容纳空间，在所述容纳空间中相对于涡轮机壳体12能围绕旋转轴线旋转地至少部分地容纳有涡轮机10的涡轮。
废气涡轮增压器此外包括未在图1中示出的轴承壳体，所述轴承壳体沿着废气涡轮增压器的轴向方向连接到涡轮机壳体12上并且与涡轮机壳体12连接。废气涡轮增压器的转子相对于轴承壳体围绕旋转轴线能旋转地安装在轴承壳体上。所述转子包括轴，涡轮抗转动地与所述轴连接。
除此之外，废气涡轮增压器包括具有压缩机壳体的压缩机，所述压缩机壳体沿着废气涡轮增压器的轴向方向连接到轴承壳体上并且与这个轴承壳体连接。压缩机壳体具有另一个容纳空间，在所述另一个容纳空间中相对于压缩机壳体围绕旋转轴线能旋转地至少部分地容纳有压缩机的压缩机轮。压缩机轮同样配属于转子并且抗转动地与轴连接。经由抗转动的连接，压缩机轮能够由涡轮驱动并且压缩待供给给内燃机的空气。因此内燃机能够被供给已压缩的空气并且能够有效地被驱动，由此仅产生了小的燃料消耗进而仅产生低的CO2排放。
废气涡轮增压器也包括导向装置16，所述导向装置容纳在涡轮机壳体12中。导向装置16包括第一导向元件，所述第一导向元件被称为覆盖元件18。导向装置16此外包括第二插入元件，所述第二插入元件被称为支撑元件20。覆盖元件18和支撑元件20——如从图1中可获悉的一样——沿着涡轮机10的轴向方向进而沿着废气涡轮增压器的轴向方向在覆盖元件18和支撑元件20之间构成流动通道22的条件下彼此隔开。换句话说，覆盖元件18和支撑元件20在轴向方向上对流动通道22限界。
覆盖元件18也被称为配合轮廓元件或者轮廓元件，因为所述覆盖元件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的外轮廓相对应。
输送通道14例如沿着涡轮的环周方向在其环周上至少基本上螺旋状地延伸并且与内燃机的至少一个燃烧室特别是气缸流体地连接。因此内燃机的废气能够从燃烧室流到输送通道14中。
输送通道14与流动通道22流体地连接，以至于废气能够从输送通道14流入到流动通道22中。流动通道22通入到用于涡轮的容纳空间中，以至于流经流动通道22的废气能够流过涡轮进而驱动涡轮。
导向装置16也包括至少部分地设置在流动通道22中的并且在图1中未示出的导向叶片，所述导向叶片沿着涡轮的环周方向在其环周上分布地设置。导向叶片用于排出或者偏转流经流动通道22的废气，以至于废气以至少一个流动有利的迎流角流过涡轮。因此涡轮有效地由废气驱动。
导向叶片在此相对于覆盖元件18并且相对于支撑元件20围绕相应的旋转轴线能旋转地仅安装在支撑元件20上。通过将导向叶片相对于覆盖元件18并且相对于支撑元件20旋转，涡轮机10能够适配于不同的废气质量流。因此涡轮机10不仅在低的废气质量流中也在与之相比的更高的废气质量流中有效地被驱动。相对于覆盖元件18并且相对于支撑元件20能运动的或者能旋转的导向叶片因此形成涡轮机10的可变的涡轮机几何形状，以至于这个涡轮机几何形状能够符合需要地适配于内燃机的不同的运行点。
在废气涡轮增压器的运行期间，其中热的废气流动穿过涡轮机壳体12，由于覆盖元件相对近地设置在涡轮机壳体12上导致导向装置16并且特别是覆盖元件18以高温来加载。由此产生了特别是覆盖元件18的因热引起的变形。此时为了避免导向叶片卡住和/或另外的故障，在导向叶片和覆盖元件18之间并且在导向叶片和支撑元件20之间设置相应的功能间隙。
为了描述导向装置16的仅非常小的、因热引起的变形从而使得功能间隙能够尤其小地保持，覆盖元件18在覆盖元件18的朝向涡轮机壳体12并且背离流动通道22的一侧27上具有第一凹陷部24以及第二凹陷部26。
如从图1中所获悉的，第一凹陷部24设置在覆盖元件18的角区域28中。当前已被倒圆的角区域28在此通过覆盖元件18的至少基本上沿着径向方向延伸的第一壁部区域30和覆盖元件18的连接到所述第一壁部区域上的至少基本上沿着轴向方向延伸的第二壁部区域32形成。第二凹陷部26设置在第一壁部区域30中。凹陷部24、26至少基本上凹槽状地或者凹槽类地构成并且相应地在三个侧上被限界。第一凹陷部24具有第一底部34，所述第一底部相对于覆盖元件18的第一凹陷部24连接到其上的第一壁部38的第一表面36以及相对于覆盖元件18的连接到第一凹陷部24上的第二壁部42的第二表面40远离涡轮机壳体12地偏置。类似于此，第二凹陷部26的第二底部44相对于覆盖元件18的第二凹陷部26连接到其上的第二壁部42的第二表面40并且相对于覆盖元件18的连接到第二凹陷部26上的第三壁部48的第三表面46远离涡轮机壳体12地偏置。因此借助于凹陷部24、26，覆盖元件18的壁厚度相对于分别连接到凹陷部24、26上的壁部38、42、48降低。
在背离所述侧27的其它侧50上覆盖元件18至少基本上平面地构成，也就是说，覆盖元件18在其它侧50上部不具有凹陷部，在所述其它侧上覆盖元件18至少部分地限界流动通道22。这实现了对流经流动通道22的废气进行流动有利地引导。
此外如从图1中所获悉的一样，覆盖元件18完全地与涡轮机壳体12隔开。这意味着，覆盖元件18不接触涡轮机壳体12。为了避免涡轮上游的废气在涡轮机壳体12和覆盖元件18之间穿流，设置呈V形密封件形式的密封元件52。密封元件52同样也能够以U形密封件的形式构成。密封元件52一方面支撑在涡轮机壳体12上并且另一方面支撑在覆盖元件18上。
涡轮机壳体12部分地伸入到第二凹陷部26中。在此密封元件52至少部分地支撑在涡轮机壳体12的伸入到第二凹陷部26中的部分上。
图2示出根据图1的涡轮机10的另一个实施方式。根据图2，阐述了导向装置16在涡轮机壳体12上的固定。导向装置16在涡轮机壳体12上的固定优选仅经由支撑元件20来实现，所述支撑元件固定在涡轮机壳体12上。这意味着，覆盖元件18不固定在涡轮机壳体12上并且不固定在轴承壳体上以及不固定在压缩机壳体上。支撑元件20在此固定在涡轮机壳体12上，然而不固定在轴承壳体上并且不固定在压缩机壳体上。覆盖元件18经由至少一个连接元件54保持在支撑元件20上，所述连接元件当前是螺栓。覆盖元件18的相对于涡轮机壳体12或者相对于废气涡轮增压器的所有的壳体部分的固定和位置止动因此经由支撑元件20实现，所述支撑元件由于其在涡轮壳体12上的固定相对于废气涡轮增压器的所有的壳体部分是位置止动的。

Claims (9)

1.一种具有至少一个壳体部分(12)的废气涡轮增压器，在所述壳体部分上至少部分地设置有与所述壳体部分(12)分开地构成的导向装置(16)，所述导向装置具有两个插入元件(18，20)，所述插入元件在所述插入元件(18，20)之间构成有流动通道(22)的条件下沿着轴向方向彼此隔开，其中在所述插入元件(18，20)中的至少一个上，导向装置(16)的导向叶片相对于所述插入元件(18，20)能运动地安装，借助于所述导向叶片，流经所述流动通道(22)的废气是能够被排出的，并且其中所述插入元件中的至少第一插入元件(18)具有至少一个至少基本上沿着径向方向延伸的第一壁部区域(30)和至少一个连接到所述第一壁部区域上的至少基本上沿着轴向方向延伸的第二壁部区域(32)，所述第一壁部区域和所述第二壁部区域形成所述第一插入元件(18)的角区域(28)，
其特征在于，
在所述第一壁部区域(30)和所述角区域(28)中，在朝向所述壳体部分(12)的一侧(27)上分别设置有至少一个第一凹陷部(24)或第二凹陷部(26)。
2.根据权利要求1所述的废气涡轮增压器，
其特征在于，
在所述第一凹陷部(24)和/或所述第二凹陷部(26)中设置有一方面支撑在所述壳体部分(12)上的并且另一方面支撑在所述第一插入元件(18)上的密封元件(52)，借助于所述密封元件，所述第一插入元件(18)相对于所述壳体部分(12)密封。
3.根据权利要求1或2所述的废气涡轮增压器，
其特征在于，
所述壳体部分(12)是所述废气涡轮增压器的涡轮机(10)的涡轮机壳体(12)。
4.根据上述权利要求中任一项所述的废气涡轮增压器，
其特征在于，
所述导向叶片仅安装在所述第二插入元件(20)上。
5.根据上述权利要求中任一项所述的废气涡轮增压器，
其特征在于，
所述壳体部分(12)部分地容纳在所述凹陷部(24，26)中。
6.根据上述权利要求中任一项所述的废气涡轮增压器，
其特征在于，
所述导向装置(16)仅经由所述插入元件(18，20)中的一个、特别是仅经由所述第二插入元件(20)固定在所述废气涡轮增压器的壳体部分(12)上、特别是固定在轴承壳体上。
7.根据权利要求6所述的废气涡轮增压器，
其特征在于，
所述插入元件(18，20)借助于至少一个连接元件(54)彼此连接。
8.根据上述权利要求中任一项所述的废气涡轮增压器，
其特征在于，
所述第一插入元件(18)与所述壳体部分(12)隔开。
9.根据权利要求8所述的废气涡轮增压器，
其特征在于，
所述导向装置(16)与所述废气涡轮增压器的所述壳体部分(12)隔开，特别是与所有的壳体部分隔开。
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