CN104420898B - 具有涡轮的废气涡轮增压器 - Google Patents

具有涡轮的废气涡轮增压器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于内燃机的增压装置(1)，特别是废气涡轮增压器的涡轮(2)，包括：涡轮叶轮(3)；与所述涡轮叶轮(3)同轴布置的径向流入通道(10)；具有多个导向叶片(13)，该多个导向叶片(13)枢轴旋转地布置在叶片承载器(11)上，并具有从所述叶片承载器(11)轴向突出的多个隔离元件(20)，和与所述涡轮叶轮(3)同轴布置的轴向流出通道(21)，其中内轮廓(22)相对于涡轮外罩(4)形成为独立的轮廓衬套(24)，所述轮廓衬套(24)以固定的方式与圆盘盖(12)连接，且其中圆盘盖(12)松动地轴向接触涡轮外罩(4)。当所有的隔离元件(20)松动地轴向接触所述圆盘盖(12)时获得减少的磨损。

Description

具有涡轮的废气涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种用于增压装置的涡轮，特别是用于内燃机的废气涡轮增压器的涡轮。本发明另外还涉及装配有所述涡轮的废气涡轮增压器。
背景技术
DE 103 37 495 A1公开了这种涡轮。该涡轮通常包括涡轮叶轮，该涡轮叶轮围绕涡轮外罩内的旋转轴线可旋转地布置。涡轮装配有用于性能控制的几何形状条件装置，借助于该几何旋转调节装置可调节涡轮叶轮流入侧的几何形状。这种几何形状调节装置通常也称作可变的涡轮几何形状。因此，该涡轮包括与涡轮叶轮同轴布置的径向流入通道，该径向流入通道通向涡轮叶轮的径向流入区域，并且该径向流入区域一方面由叶片承载器轴向界定，另一方面由圆盘盖轴向界定。在叶片承载器上，可枢轴旋转地布置有多个导向叶片。通过使导向叶片枢轴旋转，可调节流入通道中，即涡轮叶轮流入侧上的流入几何形状。此外，在流入通道里布置有多个间隔元件，这些间隔元件轴向地从叶片承载器突出，并调节叶片承载器和圆盘盖之间的预定距离。此外，涡轮装配有轴向流出通道，该轴向流出通道与涡轮叶片同轴布置，从流入区域通向涡轮叶轮的轴向流出区域，并包括内轮廓，该内轮廓形成为与旋转的涡轮叶轮的外轮廓互补，并从流入区域延伸至流出区域。
为了涡轮的效率，要求外罩侧的内轮廓和涡轮叶轮的外轮廓之间的径向间隙尽可能窄。此时，一方面热相关的膨胀效应可确定间隙大小。另一方面，废气中夹带的污染物可沉积在内轮廓上。为了避免这些问题，内轮廓形成在轮廓衬套上，该轮廓衬套相对于轮廓外罩是独立的，且该内轮廓以固定方式与圆盘盖连接。在已知的涡轮中，轮廓衬套整体安装在圆盘盖上。在安装状态下，圆盘盖松松地轴向接触涡轮外罩。在已知的涡轮中，内轮廓安装于其上的圆盘盖以固定的方式与叶片承载器连接，然后该叶片承载器以固定的方式与涡轮外罩连接。在此情况下，圆盘盖和叶片承载器之间的固定连接利用螺纹接口起作用，该螺纹接口形成在间隔元件的区域中。
已经示出，在涡轮的升温期间，圆盘盖和叶片承载器之间的固定连接可能是不利的。具体地，在快速升温期间，彼此紧固的组件可相对于彼此变形，这增加了磨损和损坏的风险。
本发明解决了为涡轮提供单独的实施方式的问题，其特征在于，轮廓衬套具有相对于轮廓外罩独立的内轮廓，并特别具有改善的升温特性的特征。
发明内容
本发明基于以下总体思想：相对于叶片承载器不固定地布置圆盘盖和轮廓衬套，该轮廓衬套以固定的方式与所述圆盘盖连接，使得具有轮廓衬套的圆盘盖可在平面内热诱导地膨胀或收缩，该平面垂直于涡轮叶轮的旋转轴线，并独立于叶片承载器和涡轮外罩走向。这通过隔离元件实现，因为所有的隔离元件松松地与圆盘盖轴向接触。由此，圆盘盖至少在区域内相对于叶片承载器横断轴线方向，即横断旋转的轴线是可移动的。由于圆盘盖还与涡轮外罩轴向松动地接触，它相对于涡轮外罩横断轴线方向也是可调节的。根据有利的实施方式，至少一个隔离元件在其轴向接触圆盘盖的第一轴向工作面端头装配有导向销，该导向销从该第一轴向工作面端头轴向突出，并轴向啮合于形成在圆盘盖上的导向开口中。通过该措施，圆盘盖可在相应的隔离元件区域中相对于叶片承载器横断轴线方向定位，而不是在限制圆盘盖的移动性的工艺中定位。
根据另一个实施方式，至少一个这种导向开口可被构造为中心开口或中心孔，其在圆周方向及相对于圆盘盖径向地使啮合于其中的导向销固定。通过该措施，导向销啮合于其中并在其中形成中心的导向销在相联的隔离元件区域中形成中心或杆，圆盘盖相对于叶片承载器的膨胀和收缩运动源于该中心或杆。在该隔离元件区域中，由此界定固定的轴承，然后其它的隔离元件界定松动的轴承。
在又一实施方式中，至少一个这种导向开口可被构造为径向取向的长开口或径向取向的长通孔，其使啮合于其中的导向销仅在圆周方向上相对于圆盘盖固定。通过该措施，圆盘盖在该隔离元件区域中对围绕旋转轴线的旋转运动紧固，而径向膨胀和收缩跟以前一样仍是可能的。
根据特别有利的实施方式，至少一个隔离元件可包括平的第一轴向工作面端头，该平的第一轴向工作面端头与圆盘盖轴向接触。借助于该隔离元件，该圆盘盖相对于隔离元件，由此相对于叶片承载器，在横断轴线方向的所有方向上可自由移动。
优选以下实施方式，其中提供分散在圆周方向布置的至少三个隔离元件，其中只有一个隔离元件，下文称作第一隔离元件，在其接触圆盘盖的第一轴向工作面端头包括导向销，该导向销从所述第一轴向工作面端头轴向伸出，并啮合于形成在该圆盘盖上的中心开口或中心孔，该中心开口或中心孔在圆周方向或相对圆盘盖径向地固定该导向销。在该第一隔离元件区域中，由此界定了用于圆盘盖的膨胀运动和收缩运动的中心。在上述至少三个隔离元件中，至少一个第二隔离元件在其轴向接触圆盘盖的第一轴向工作面端头被装配由导向销，该导向销从该第一轴向工作面端头突出，并啮合于形成在圆盘盖上的径向取向的长通孔，该长通孔仅在圆周方向使导向销相对于圆盘盖固定。与第一隔离元件连接，该第一隔离元件界定了圆盘盖和叶片承载器之间的相对运动的中心，相应的第二隔离元件产生圆盘盖相对于叶片承载器的抗旋转防护装置。由此，实现了圆盘盖相对于叶片承载器的相对运动不会产生与其连接的轮廓衬套与涡轮叶轮接触。
在三个或更多个隔离元件的情况下，原则上还可提供两个或更多个隔离元件。然而，原则上一个第二隔离元件是足够的。
根据又一有利的实施方式，三个或更多个隔离元件中的至少一个可形成第三隔离元件，其被构造为在其轴向接触圆盘盖的第一轴向工作面端头为平的。由此相应的第三隔离元件不具备横断轴线方向的定位作用。
在进一步优选的实施方式中，其中提供至少三个隔离元件，仅提供一个第一隔离元件、仅一个第二隔离元件和至少一个第三隔离元件。特别有利的是以下实施方式，其中只提供三个隔离元件，使得仅提供一个第一隔离元件、一个第二隔离元件和至少一个第三隔离元件。
原则上第一隔离元件和第二隔离元件可在结构上构造为相同的，使得它们最终仅通过相联的导向开口的形状彼此区分。第一隔离元件指定中心开口，而第二隔离元件指定长通孔。各第三隔离元件与第一隔离元件或第二隔离元件区别在于没有导向销。
在另一实施方式中，圆盘盖和轮廓衬套可由一个部件制得。在此情况下，轮廓衬套由此整体安装在圆盘盖上。例如，圆盘盖和轮廓衬套可通过单次整体铸造来制得。
根据另一实施方式，圆盘盖和轮廓衬套可由不同于涡轮外罩的材料构成。例如，为了特别高的热强度的目的可选择材料。此外，可使用能实现更好的表面质量的材料，由此可减少在内轮廓区域中沉积的风险。
此外，能由片状金属体形成涡轮外罩，或由多个片状金属体组装，由此可特别成本有效地实现涡轮外罩。此外，在轮廓衬套和轮廓外罩之间可实现环形间隙。一方面，这种环形间隙能实现轮廓衬套和与其连接的圆盘盖之间相对于涡轮外罩的相对运动。另一方面，借助于这种环形间隙可实现轮廓衬套和涡轮外罩之间的空气间隙绝缘。
在另一有利的实施方式中，隔离元件可各自松动地使叶片承载器与它们的第二轴向工作面端头接触，并在该轴向工作面端头具有定位销，该定位销各自从该工作面端头突出，并轴向啮合于形成在叶片承载器上的定位开口中，该定位开口使相应定位销在圆周方向以及相对于叶片承载器径向地固定。换言之，隔离元件各自利用插塞连接被定位在叶片承载器上，为此目的，相应的定位销轴向地啮合在相联的定位开口中。由此隔离元件既不轴向固定在叶片承载器上，也不轴向固定在圆盘盖上，由此基本简化了涡轮的制造。原则上，定位销和导向销可被构造为相同的，由此隔离元件，特别是前述第一隔离元件和第二隔离元件可以混淆证据的方式(confusion-proof manner)安装。
根据本发明的废气涡轮增压器包括上述类型的涡轮，其涡轮叶轮以旋转固定的方式与废气涡轮增压器的压缩机的压缩机叶轮连接，例如通过常规的轴承轴连接。
本发明的其它重要特征和优点来自于附图，以及借助于附图的相关附图说明。
应理解的是上文所述的以及下文将要解释的特征不仅能以所述的相应组合使用，也可以其它组合或独自使用，而不背离本发明的范围。
附图说明
本发明的优选示例性实施方式示于附图中，并在以下说明中得到更详细地解释，其中相同的附图标记指代相同或相似或功能相同的组件。在每种情况下示意性示出了：
图1:涡轮区域中废气涡轮增压器的等距剖视图，其中可见一个隔离元件；
图2:涡轮增压器的另一等距剖视图，其中可见两个隔离元件；
图3:具有开口的外罩涡轮增压器的轴向图。
具体实施方式
根据图1至图3，废气涡轮增压器1包括涡轮2和此处未示出的压缩机。涡轮2包括涡轮叶轮3，该涡轮叶轮3围绕涡轮外罩4中的旋转轴线5可旋转地布置。实际上，为此目的，涡轮叶轮3以可旋转地固定方式布置在轴6上，该轴6 围绕此处未示出的轴承外罩中的旋转轴线5可旋转地安装，并且在此处未示出的压缩机外罩中的轴以可旋转地固定的方式与也未示出的压缩机叶轮连接。涡轮叶轮3具有径向入口区域7和轴向出口区域8。入口区域7和出口区域8与涡轮叶轮3同轴布置。
为了实现可变的涡轮几何形状，提供全文用9标记的几何形状调节装置，借助于该几何形状调节装置，在涡轮叶轮3的流动路径上游可改变或特定调节涡轮2的几何形状。具体地，为此目的，提供与涡轮叶轮3同轴的环形流入通道10，该环形流入通道10通向涡轮叶轮3的入口区域7。流入通道10一方面轴向地由环形叶片承载器11轴向界定，另一方面轴向地由环形圆盘盖12轴向界定。在叶片承载器11上，可枢轴旋转地布置有多个导向叶片13，在此情况下，多个导向叶片中的导向叶片13的枢轴与旋转轴线5平行。为此目的，根据图1 的相应的导向叶片13可以普通方式穿过具有销14的导向叶片承载器11，并且在叶片承载器11背离流入通道10的一侧以可旋转地固定的方式与叶片传动杆 15连接。根据图2和图3的叶片传动杆15借助于轴线突出部16与叶片承载器 11外圆周上的销14隔开地啮合进入调节环18的凹部17中，该调节环18与环传动杆19传动连接，该环传动杆19在图3中可见。通过扭曲调节环18，所有的导向叶片13可同时一致地枢轴旋转。
在图3中，为了能轴向看到盖12，即在背离流入通道10的一侧，已至少部分省略了涡轮外罩4。
根据图1和图2，多个隔离元件20从叶片承载器11轴向突出。优选地，此处提供有三个或更多个这种隔离元件20，它们被提供为在圆周方向均匀分布。特别有利的是以下实施方式，其中只提供三个这种隔离元件20。隔离元件20向导向叶片13一样被布置在流入通道10中。
此外，涡轮2装配有轴向流出通道21，该流出通道21类似地与涡轮叶轮3 同轴布置。流出通道21从入口区域7通向出口区域8。在此情况下，流出通道 21在径向方向由内轮廓22界定，该内轮廓22形成为与旋转的涡轮叶轮3的外轮廓23互补。涡轮叶轮3的此实际外轮廓23仅通过涡轮叶轮3的实际外轮廓的旋转来获得，涡轮叶轮3的外轮廓通过位于涡轮叶轮3的各个叶片外的各个边缘形成，这些边缘未更详细的指明。内轮廓22从入口区域7延伸至出口区域 8，并形成在轮廓衬套24上，相对于涡轮外罩4，该涡轮衬套形成独立的组件。轮廓衬套24以固定的方式与圆盘盖12连接。在涡轮2的安装状态下，圆盘盖 12松动地轴向接触涡轮外罩4。此外，所有的隔离元件20松动地轴向接触圆盘盖12。
叶片承载器11以可旋转地固定的方式以及轴向松动的方式布置在涡轮外罩上。由此，叶片承载器11可利用预载弹簧32轴向预加载，在此该预载弹簧32 以如下方式被构造为盘状弹簧，使得叶片承载器11通过圆盘盖12上的隔离元件20以及通过涡轮外罩4上的圆盘盖12轴向支撑其自身。
在此处示出的优选实施方式中，仅提供三个隔离元件20，它们被布置为在圆周方向上均匀分布。这三个隔离元件20由此包括第一隔离元件201、第二隔离元件202和第三隔离元件203。
第一隔离元件201在其轴向接触圆盘盖12的第一轴向工作面端头25上具有从该第一轴向工作面端头25轴向突出的导向销26。第一隔离元件201的导向销 26啮合于中心孔27中，该中心孔27形成在圆盘盖12上。因此，导向销26和中心孔27彼此配合，使得中心孔27在圆周方向上以及相对于圆盘盖12径向地使插入其中的导向销26固定。由此，圆盘盖12不能在第一隔离元件201的区域中横断轴线方向相对于叶片承载器11移动。由此第一隔离元件201限定用于圆盘盖12相对于叶片承载器11的与热相关的膨胀和收缩运动的杆。
相似地，第二隔离元件202在其轴向接触圆盘盖12的第一轴向工作面端头 25上也具有从该第一轴向工作面端头25轴向突出的导向销26，然而，第二隔离元件202处的该导向销26啮合于径向取向的长通孔28中，为此目的，长通孔 28形成在圆盘盖12上。在此情况下，长通孔28和导向销26彼此配合，使得长通孔28在圆周方向上使插入其中的导向销26相对于圆盘盖12固定，而该长通孔在径向方向上是可移动的。借助于第二隔离元件202，由此可制造确保圆盘盖 12相对于叶片承载器11的安全措施的旋转位置。
第三隔离元件203在其轴向接触圆盘盖12的第一轴向工作面端头25处被构造为平的，使得圆盘盖12在第三隔离元件203的第一轴向工作面端头25处横断轴线方向可按所需调节。
如果此处如此，仅提供三个隔离元件20，同时提供第二隔离元件202以及第三隔离元件203是可行的。原则上，还可提供两个第二隔离元件202。
如果提供多于三个隔离元件20，也可提供两个或更多个第二隔离元件202，和/或两个或更多个第三隔离元件203。优选以下实施方式，其中仅提供一个第一隔离元件201和一个第二隔离元件202，而所有剩下的隔离元件20都构造为第三隔离元件203。
原则上，可相同地构造第一隔离元件201和第二隔离元件202的导向销。具体地，第一隔离元件201和第二隔离元件202可在结构上体现为相同的。
如具体由图1可见，其第二轴向工作面端头29面向叶片承载器11的隔离元件20可松动地轴向接触叶片承载器11，其中该第二轴向工作面端头29上的隔离元件20可各自包括从该第二轴向工作面端头29轴向突出的定位销30，该定位销30轴向地啮合于形成在叶片承载器11上的定位开口31中。定位开口31 和定位销30彼此配合，使得定位开口31在圆周方向以及相对于叶片承载器11 径向地使插入其中的定位销30固定。原则上，定位销30和导向销26结构上可被构造为相同的，由此基本简化了此处介绍的涡轮2的组装。
如由图1和图2所见，圆盘盖12和轮廓衬套24优选由一个部件制得，特别为一次或单次铸造。由此，圆盘盖12和轮廓衬套24可由不同于涡轮外罩4 的材料制得。例如，涡轮外罩4可为成型的片状金属部件，而圆盘盖12和轮廓衬套24的单元是铸件。

Claims (9)

1.一种废气涡轮增压器的涡轮，包括：
涡轮叶轮(3)，所述涡轮叶轮(3)围绕涡轮外罩(4)中的旋转轴线(5)旋转地布置；
与所述涡轮叶轮(3)同轴布置的径向流入通道(10)，所述径向流入通道(10)通向所述涡轮叶轮(3)的入口区域(7)，并且一方面由叶片承载器(11)轴向界定，另一方面由圆盘盖(12)轴向界定；
多个导向叶片(13)，所述多个导向叶片(13)枢轴旋转地布置在所述叶片承载器(11)上；
多个隔离元件(20)，所述多个隔离元件(20)从所述叶片承载器(11)轴向突出；
与涡轮叶轮(3)共轴布置的轴向流出通道(21)，所述轴向流出通道(21)从入口区域(7)通向所述涡轮叶轮(3)的轴向出口区域(8)，并且由内轮廓(22)径向界定，所述内轮廓(22)与旋转的涡轮叶轮(3)的外轮廓(23)互补地形成，并从所述入口区域(7)延伸至所述出口区域(8)；
其中，所述内轮廓(22)形成在轮廓衬套(24)上，该轮廓衬套(24)相对于涡轮外罩(4)是独立的，且所述内轮廓(22)以固定的方式与所述圆盘盖(12)连接；
其中，所述圆盘盖(12)松动地轴向接触所述涡轮外罩(4)；
其特征在于，
所有的隔离元件(20)松动地轴向接触所述圆盘盖(12)；
提供至少三个隔离元件(20,201,202,203)，所述至少三个隔离元件(20,201,202,203)分布在圆周方向上；
其中，在第一轴向工作面端头(25)轴向接触所述圆盘盖(12)的第一隔离元件(20,201)包括从该第一轴向工作面端头(25)轴向突出的导向销(26)，所述导向销(26)啮合于形成在所述圆盘盖(12)上的中心孔(27)中,所述中心孔(27)在圆周方向以及相对于所述圆盘盖(12)径向地使所述导向销(26)固定；
其中，在第一轴向工作面端头(25)轴向接触所述圆盘盖(12)的至少一个第二隔离元件(20,202)具有从该第一轴向工作面端头(25)轴向突出的导向销(26)，所述导向销(26)啮合于形成在所述圆盘盖(12)上的径向取向的长通孔(28)中,所述径向取向的长通孔(28)在相对于所述圆盘盖(12)的圆周方向使所述导向销(26)固定；
具有第二轴向工作面端头(29)的隔离元件(20)各自松动地轴向接触所述叶片承载器(11)，并在该第二轴向工作面端头(29)各自具有从所述第二轴向工作面端头(29)轴向突出的定位销(30)，所述定位销(30)轴向啮合于形成在所述叶片承载器(11)上的定位开口(31)中，所述定位开口(31)在圆周方向以及相对于所述叶片承载器(11)径向地固定所述定位销(30)。
2.根据权利要求1所述的涡轮，其特征在于，
至少一个在其第一轴向工作面端头(25)轴向接触所述圆盘盖(12)的隔离元件(20,201,202)包括从第一轴向工作面端头(25)轴向突出的导向销(26)，所述导向销(26)轴向啮合于形成在所述圆盘盖(12)上的导向开口(27,28)。
3.根据权利要求2所述的涡轮，其特征在于，
至少一个所述导向开口被构造为中心孔(27)，所述中心孔(27)在圆周方向以及相对于所述圆盘盖(12)径向地使啮合于所述中心孔中的导向销(26)固定。
4.根据权利要求2或3所述的涡轮，其特征在于，
至少一个所述导向开口被构造为径向取向的长通孔(28)，所述径向取向的长通孔(28)在相对于所述圆盘盖(12)的圆周方向使啮合于所述径向取向的长通孔(28)中的导向销(26)固定。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮，其特征在于，
至少一个隔离元件(20,203)具有平的第一轴向工作面端头(25)，所述平的第一轴向工作面端头(25)接触所述圆盘盖(12)。
6.根据权利要求1所述的涡轮，其特征在于，
在第一轴向工作面端头(25)轴向接触所述圆盘盖(12)的至少一个第三隔离元件(20,203)被构造为平的。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮，其特征在于，
所述圆盘盖(12)和所述轮廓衬套(24)由一个部件制得。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮，其特征在于，
所述圆盘盖(12)和所述轮廓衬套(24)由不同于所述涡轮外罩(4)的材料构成。
9.一种废气涡轮增压器，包括压缩机以及根据权利要求1至8中任一项所述的涡轮，所述涡轮的涡轮叶轮(3)与所述压缩机的压缩机叶轮传动连接。
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