CN104471206B - 用于废气涡轮增压机的调节设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于废气涡轮增压机的调节设备，所述调节设备具有第一调节元件(11)和第二调节元件(12)，其中在所述第一调节元件(11)上设有阀元件，所述阀元件用于改变废气涡轮增压机(2)的涡轮机(3)的可穿流的废气引导部段(4)的旁通道的流动横截面，并且其中第一调节元件(11)和第二调节元件(12)彼此可运动地连接，其中为了第一调节元件(11)和第二调节元件(12)可运动地连接设置具有锁止元件(16)的销状的连接元件(15)。根据本发明，可运动的连接能够借助于通过锁止元件(16)引起的、沿着连接元件(15)的纵轴线的两个方向起作用的拉应力引起，其中锁止元件(16)一件式地构成。

Description

用于废气涡轮增压机的调节设备

技术领域

本发明涉及一种用于具有涡轮机的废气涡轮增压机的调节设备，其中所述涡轮机具有能穿流的废气引导部段和旁通道，所述旁通道用于绕过设置在所述废气引导部段中的涡轮，所述调节设备具有第一调节元件和第二调节元件，其中在所述第一调节元件上间接或者直接设有用于改变所述旁通道的流动横截面的阀元件，并且其中所述第一调节元件和所述第二调节元件彼此能运动地连接，其中为了所述第一调节元件和所述第二调节元件的能运动的连接而设置有具有锁止元件的销状的连接元件。

背景技术

从公开文献DE 10 2010 049 466 A1中得知一种用于具有涡轮机的废气涡轮增压机的调节设备，其中所述涡轮机具有可穿流的废气引导部段和旁通道，所述旁通道用于绕过设置在废气引导部段中的涡轮。调节设备包括第一调节元件和第二调节元件。在第一调节元件上设有用于改变旁通道的流动横截面的阀元件。该阀元件借助于第三调节元件间接地与第一调节元件连接。为了使阀元件有针对性地运动，第一调节元件和第二调节元件彼此可运动地连接，其中第三调节元件与第二调节元件刚性地、即彼此不可运动地连接。第一调节元件和第二调节元件的可运动的连接借助于销状的连接元件、螺栓和将该螺栓固定在其位置中的锁止装置来引起。锁止元件构成为包围第一调节元件和第二调节元件，使得可运动的连接借助于通过锁止元件引起的压应力来建立，其中第一调节元件和第二调节元件在可运动的连接的区域中通过锁止元件轴向地压到一起。

问题在于：由于废气涡轮增压机的运行、尤其是在废气涡轮增压机与内燃机连接时，废气涡轮机经受温度波动和机身振动。温度波动导致不断地加热和冷却废气涡轮增压机的各个部件，其中尤其是在废气涡轮增压机的涡轮机的区域中，由于内燃机的穿流废气引导部段的燃烧产物而存在最大的温度波动。因此，废气涡轮增压机的构件离废气引导部段的具有穿流的燃烧产物的通道越近地设置，那么该构件的故障可能性就越高。因为不断重复的温度改变导致构件的扩展不断地改变，由此会引起松动、张紧或者材料疲劳。因为借助于施加压应力从而包括待连接的调节元件的锁止元件设计可运动的连接，所以锁止元件的外侧靠近具有燃烧产物的通道定位从而遭受之前提到的温度波动。

由于在内燃机的运行中出现的构件运动、例如活塞的提升运动、与其相关联的曲轴的旋转运动或者凸轮轴的旋转运动，同样会导致固态振动。因为废气涡轮增压机与内燃机机械地连接，所以该固态振动会引起干扰性的呈废气涡轮增压机的调节设备颤动或者嘎嘎作响形式的噪声。此外内燃机的燃烧气体由于其穿流废气涡轮增压机并且尤其是由于穿流所述涡轮增压机的旁通道而引起的脉动和振动将额外的力施加到阀元件上进而施加到与所述阀元件连接的调节元件上，所述额外的力更加剧了调节设备的固态振动从而更加剧了与其相关联的嘎嘎作响和颤动的噪声。

此外该固态振动也会导致起初牢固的连接松动，由于所述连接的相对于彼此运动的构件的磨损，所述松动最终会导致降低的运行安全性，然而至少会导致高效能性的受限。当尤其是第一调节元件失去其关于连接元件的纵轴线近似垂直的位置并且相对于该纵轴线倾斜时，这种效应尤其会出现。这种倾斜导致相关的调节元件和连接元件之间的固体接触，使得在此会出现显著的磨损从而伴随着出现调节设备的寿命的降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种成本适宜的用于废气涡轮增压机的调节设备，所述调节设备同时提高了运行安全性以及由于降低磨损提高了寿命。

该目的通过根据本发明的一种用于废气涡轮增压机的调节设备来实现。具有本发明的符合目的的并且非常规的改进方案的有利的设计方案在下文中给出。

根据本发明的用于废气增压涡轮机的调节设备为了建立第一调节元件和第二调节元件的可运动的连接而具有借助于锁止元件引起的、沿着连接元件的纵轴线的两个方向起作用的拉应力。这意味着：锁止元件将拉应力施加到可运动的连接上，所述连接借助于第一调节元件和第二调节元件的连接元件实现。

特别地，为了借助于连接元件锁止第一调节元件与第二调节元件的连接，调节设备具有锁止元件，所述锁止元件设计为借助于压应力施加拉应力到连接元件上。换句话说，锁止元件构成为施加沿着连接元件的纵轴线的两个方向起作用的拉应力到连接元件上，其中所述拉应力借助于施加到锁止元件上的压应力来引起。

本发明的一个重要的优点是相对于施加压应力到连接元件上的锁止元件而言低的空间需求。原因在于：能够施加拉应力的锁止元件由于其定位而具有更低的空间需求。所述锁止元件不必包围由第一调节元件和第二调节元件形成的单元，而第一调节元件的上侧和连接元件上的适当的固定装置之间的空间是可用的。

由此而实现的相对于现有技术更紧凑的实施方案、换句话说锁止元件的更小的长度，实现了锁止元件的小的材料厚度和材料宽度以实现相同的力。

另一个优点是：为了固定可运动的连接仅需要一个构件、即锁止元件。在施加压应力的、包围具有连接元件和第一调节元件以及第二调节元件的整个单元的锁止元件中，需要另一个锁止元件、例如锁止垫圈，以便引起第一调节元件和第二调节元件之间的必要的可运动的连接。

附加地，一个大的优点是：根据本发明的调节装置的锁止元件可背离涡轮机壳体安装，使得由涡轮机壳体放射的热能够以显著减小的方式作用于锁止元件。此外，在此调节元件中的一个，根据安装位置附加地用作为用于锁止元件的隔热屏，使得由于涡轮机壳体的所放射的热而引起的到锁止元件中的热输入进一步减低。因此对于锁止元件而言能够选择如下原材料，所述原材料必须满足关于即使在温度更高的情况下并且在温度变化频繁重复的情况下也维持弹簧力的更低要求。这使得锁止元件的原材料中的提高耐热性的、昂贵的合金组分的份额减小并且同时改进了原材料在锁止元件的制造过程中的可加工性从而整体上改善了制造成本。

因此，根据本发明的调节设备在成本同时降低的情况下显著降低磨损，并且不仅显著提高了调节设备本身的寿命而且从而显著提高了整个涡轮增压机的寿命。

特别地，锁止元件在一个简单的从而进一步降低成本的设计方案中以具有拉应力作为预应力的方式构成。

在根据本发明的调节设备的另一个有利的设计方案中，锁止元件夹具状地设计。这意味着：锁止元件具有两个相对置地构成的锁止翼板、即第一锁止翼板和第二锁止翼板，所述锁止翼板借助于第三锁止翼板可弹性变形地构成，例如呈U形支架弹簧的形式。该支架弹簧在安装状态下具有压应力，所述压应力作为拉应力作用于连接元件，因为第一锁止翼板借助于连接元件的槽支撑在连接元件上并且第二锁止翼板支撑在调节元件中的一个上。由于所述拉应力，产生作用到连接元件的颈圈上的压应力，使得可避免第一调节元件的倾斜或翻倒进而由于固体摩擦而引起的磨损。

另一个优点是：使用在例如第一调节元件的上侧和销状的连接元件的槽之间的空间。通过这种设置，锁止元件的两个锁止翼板的所需要的长度相对于上面描述的进行包围的设置明显变短。由此锁止元件的宽度和其材料厚度也能够降低，以便施加与进行包围的设置等同的力。这整体上有助于减小空间需求并且用于锁止元件的材料使用明显更少。

在根据本发明的调节设备的另一个设计方案中，沿着连接元件的轴向长度延伸的套筒以基本上在锁止元件的内部的自由高度上包围连接元件的方式构成。在锁止元件的两个相对置地设置的锁止翼板之间构成有自由的间隙，所述间隙在锁止元件的安装状态中具有内部的自由高度。借助于该套筒可实现销状的连接元件和第一调节元件的贴靠在连接元件上的孔壁之间的面压力的降低，所述降低另外引起磨损的降低。

在一个简单且成本适宜的设计方案中，套筒与第一调节元件一件式地构成。所述制造借助于成型法、例如深拉或者冲压来实现，或者借助于所谓的自攻法来实现。

附图说明

本发明的其它的优点、特征和细节从下述对于优选的实施例的描述中以及根据附图得出。在之前在所述描述中提到的特征和特征组合以及在下文中在附图描述中所提到的和/或在附图本身中所示出的特征和特征组合不仅可以在相应给出的组合中使用，而且可以在其它的组合中使用或者单独使用，而不脱离本发明的范围。

附图示出：

图1示出具有根据现有技术的调节设备的废气涡轮增压机的立体视图；

图2示出根据本发明的用于废气涡轮增压机的调节设备中的一个部段的立体视图；

图3示出根据图2的调节设备的第一调节元件与连接元件和锁止元件的立体视图；

图4a示出贯穿根据图3的第一调节元件的纵剖面；

图4b示出贯穿一个变型形式中的第一调节元件的纵剖面；

图5a在俯视图中示出根据本发明的调节设备的锁止元件；

图5b在沿着剖面轴线的纵剖面中示出根据图5a的锁止元件的轮廓；

图5c在沿着剖面轴线的纵剖面中示出一个变型形式中的锁止元件的轮廓；

图6示出在根据图1的调节设备中以及在根据图2的调节设备中在运行时作用到连接元件上的压力分布的示意图；

图7示出贯穿在第一变型形式中的根据本发明的调节设备的可运动的连接的剖面；以及

图8示出贯穿在第二变型形式中的根据本发明的调节设备的可运动的连接的剖面。

具体实施方式

根据现有技术的废气涡轮增压机2的调节设备1如在图1中所示出地构成。废气涡轮增压机2具有涡轮机3，所述涡轮机具有能穿流的废气引导部段4，所述废气引导部段在废气涡轮增压机运行时由流体穿流，通常由废气穿流。废气通常是内燃机5的燃烧产物，所述内燃机在图1中仅部分地借助于内燃机5的废气弯头6示出。

可穿流的空气引导部段7以及定位在废气引导部段4和空气引导部段7之间的轴承部段8配属于废气涡轮增压机2，其中在轴承部段8中可旋转地容纳有未详细示出的工作轮。工作轮具有未详细示出的压缩机轮和未详细示出的涡轮，所述压缩机轮和涡轮借助于未详细示出的轴彼此抗扭地连接。压缩机轮可旋转地容纳在用于抽吸通常为新鲜空气的空气引导部段7的未详细示出的第一轮室中，并且涡轮可旋转地容纳在废气引导部段4的未详细示出的第二轮室中。涡轮在废气涡轮增压机2运行时通过穿流废气引导部段4的废气来加载和驱动，其中可实施旋转运动。该旋转运动可借助于轴传输到压缩机轮上，所述压缩机轮因此能够在涡轮旋转运动的同时实施旋转运动。借助于压缩机轮和其旋转运动抽吸新鲜空气，所述新鲜空气在空气引导部段7中被压缩。

废气涡轮增压机2构成为所谓的废气阀门加载器，也就是说，所述废气涡轮增压机具有用于完全地或者部分地绕过涡轮的设备9。该设备9，在下文中称作为旁路设备，除了废气引导部段4中的未详细示出的旁通道以外还包括以可封闭该旁通道的方式构成的、在图1中未详细示出的阀元件、优选呈活门形式的阀元件，其通常被称为废气门活门或者废气门阀，以及用于操作该阀元件的调节设备1。该调节设备1具有执行元件10、通常是所谓的压力箱，所述压力箱借助于可从空气引导部段7中提取的进气压力通过阀元件进行旁通道的开启或者关闭。同样，电子地或者电构成的执行元件10是可以考虑的，所述执行元件构成为可进行旁通道的开启和关闭。换句话说，借助于阀元件可实现涡轮机3的废气引导部段4的旁通道的流动横截面的改变。

根据本发明的调节设备1根据图2或图3构成，其中执行元件10在该实施例中以压力箱的形式设计。调节设备1具有第一调节元件11和第二调节元件12，其中在第一调节元件11上设有阀元件26。第一调节元件11和第二调节元件12相对于彼此可运动地连接。在该实施例中，在第一调节元件11的第一端13上间接地设有阀元件26以开启或关闭旁通道。第二调节元件12定位在第一调节元件11的第二端14上。相应于调节设备1的构造，阀元件26也可能直接设置在第一调节元件11上。

阀元件26借助于第三调节元件27与第一调节元件11连接，其中第三调节元件27以轴的形式构成。第三调节元件27以适当的方式可扭转地安装在废气引导部段4中。第三调节元件27的旋转运动借助于执行元件10引起，其中在此以活塞杆的形式构成的第二调节元件12通过执行元件10施加主要为平移的运动。由于第二调节元件12与第一调节元件11的可运动的连接，第二调节元件12的运动可传输到第一调节元件11上，使得第一调节元件11能够借助于第一调节元件11和第三调节元件27之间的不可运动的或者抗扭的连接将其运动传输到第三调节元件27上。

为了建立第一调节元件11与第二调节元件12的可运动的连接，设置销状的连接元件15和锁止元件16。锁止元件16构成为，使得可运动的连接可借助于通过锁止元件16引起的、沿着连接元件15的纵轴线A的两个方向起作用的拉应力来引起。因为通过锁止元件16引起的拉应力沿着纵轴线A的两个方向起作用，所以该作用也能够被称为锁止元件16的张开的力作用。

连接元件15销状地或者螺栓状地构成有纵轴线A并且在其一个轴向端的区域中具有环形槽17并且在其与该轴向端相对置的轴向端处具有颈圈28。该环形槽17用于至少部分地容纳锁止元件16从而是适当的固定装置。

根据图5a构成的锁止元件16夹具状地设计并且在剖面中沿着剖面轴线18具有U形的轮廓。换句话说，锁止元件16具有第一锁止翼板19、与第一锁止翼板19相对置地构成的第二锁止翼板20以及将第一锁止翼板19与第二锁止翼板20连接的第三锁止翼板21。

第三锁止翼板21在一定程度上构成为沿着其纵轴线分开的空心圆柱体，所述空心圆柱体呈进行连接的中间元件的形式在其开放的纵向端中的一个处容纳第一锁止翼板19并且在其开放的纵向端中的另一个处容纳第二锁止翼板20。锁止元件16设计为具有弹性作用。理想的是，锁止元件16一件式地构成。

锁止元件16在其第一锁止翼板19处具有居中地设置的第一凹部22，以容纳连接元件15。第二锁止翼板20同样设有居中地设置的第二凹部23。该第二凹部23用于直接或者间接容纳连接元件15。第一凹部22还有第二凹部23不必强制性地居中地设置在第一锁止翼板19中或者第二锁止翼板20中；它们同样能够不对称地定位在相应的锁止翼板19、20上。

为了将张开的力作用施加到连接元件15上，锁止元件16具有主要至少在其作用面上平坦地构成的第一锁止翼板19。换句话说，第一锁止翼板19近似平行于剖平面24设计，所述剖平面在第一锁止翼板19和第二锁止翼板20之间延伸地构成。

第二锁止翼板20为了产生夹紧作用具有偏离于剖平面24的平行度的弯曲部，其中该弯曲部根据图5b仅部分地在第二锁止翼板20中、更确切地说相对于第一剖平面24构成为凸状的弯曲部。

在根据图5c的锁止元件16的另一个实施例中，第二锁止元件20在整个长度L上弯曲地构成并且关于第一剖平面24具有凹状的弯曲部。

然而与凸状的或者凹状的弯曲部不相关的并且同样与该弯曲部是否在第二锁止翼板20的整个长度L上延伸不相关的是，锁止元件16为了锁止第一调节元件11和第二调节元件12之间的连接而定位为，使得所述锁止元件完全地设置在第一调节元件11的一侧上。

连接元件15为了锁止的连接在其环形槽17中借助于第一凹部22容纳第一锁止翼板19。第二锁止翼板20在锁止元件16的在图2和图3中示出的定位中设置在第一调节元件11和第一锁止翼板19之间。

调节设备1为了降低磨损具有沿着连接元件15的轴向长度延伸的套筒25。该套筒25构成为基本上在锁止元件16的内部的自由高度h上包围连接元件15，其中内部的自由高度h相应于第一锁止翼板19和第二锁止翼板20在安装状态中相对置的面的间距。

套筒25与第一调节元件11一件式地构成，如在图4a中所示。同样地，套筒25根据图4b可能也与第一调节元件11不相关地构成。在该情况下，套筒14实施为呈完全地穿过第一调节元件11的衬套的形式。衬套14必须以适当的形式固定在调节元件11中、例如通过收缩或者通过其具有束套的方式。衬套14的总长度必须至少超出调节元件11的材料厚度。

在另一个未详细示出的实施例中，套筒25与锁止元件16整体地构成，其中第二锁止翼板20以在其第二凹部23中容纳套筒25并且以与该套筒固定连接的方式设计。该张开的力作用施加拉应力到连接元件15的圆柱形的、穿过在其定位在第二端14处的套筒中的第一调节元件11的部分上，并且在第一调节元件11的下侧和连接元件15的颈圈28之间同时产生因第一调节元件11的该下侧压紧在其第二端14上而引起的压应力。

锁止元件16设计为在连接元件15的轴向长度l上产生近似恒定的面压力。连接元件15的轴向长度l在此相应于自由高度h加上第二锁止翼板20的厚度D。

图6在示意图中示出在废气涡轮增压机1运行时连接元件15与锁止元件16中的压力分布。在图的左半边中示出连接元件15与锁止元件16中的压力分布，其中在图的相对置的右半边中示出连接元件15与锁止元件16以及套筒25中的压力分布。在锁止元件16与套筒25连接的情况下，面压力在轴向长度l上显著降低以及在尖端处强烈地减小。

两个替选的实施例根据图7和图8来设计。颈圈28在这两个实施例中定位在第一调节元件11和第二调节元件12之间，其中然而在第一变型形式中第一调节元件11设置在锁止元件16和颈圈28之间，并且在第二变型形式中，锁止元件16容纳在第一调节元件11和颈圈28之间。为了锁止连接，在第二变型形式中设有呈锁止垫圈29形式的另一个锁止元件。

Claims (7)

1.一种用于具有涡轮机(3)的废气涡轮增压机的调节设备，其中所述涡轮机(3)具有能穿流的废气引导部段(4)和旁通道，所述旁通道用于绕过设置在所述废气引导部段(4)中的涡轮，所述调节设备具有第一调节元件(11)和第二调节元件(12)，其中在所述第一调节元件(11)上间接或者直接设有用于改变所述旁通道的流动横截面的阀元件，并且其中所述第一调节元件(11)和所述第二调节元件(12)彼此能运动地连接，其中为了所述第一调节元件(11)和所述第二调节元件(12)的能运动的连接而设置有具有锁止元件(16)的销状的连接元件(15)，

其特征在于，

所述能运动的连接能够借助于通过所述锁止元件(16)引起的、沿着所述连接元件(15)的纵轴线(A)的两个方向起作用的拉应力引起，其中所述锁止元件(16)一件式地构成，

所述锁止元件(16)夹具状地构成、即构成有第一锁止翼板(19)、第二锁止翼板(20)以及将所述第一锁止翼板(19)与所述第二锁止翼板(20)连接的第三锁止翼板(21)，其中所述连接元件(15)设计为能够借助于所述连接元件(15)的槽(17)容纳所述第一锁止翼板(19)。

2.根据权利要求1所述的调节设备，

其特征在于，

所述锁止元件(16)设计为借助于压应力将拉应力施加到所述连接元件(15)上。

3.根据权利要求2所述的调节设备，

其特征在于，

所述锁止元件(16)构成为具有所述拉应力作为预应力。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的调节设备，

其特征在于，

在所述连接元件(15)的轴向长度上延伸的套筒(25)以基本上在所述锁止元件(16)的内部的自由高度(h)上包围所述连接元件(15)的方式构成。

5.根据权利要求4所述的调节设备，

其特征在于，

所述套筒(25)与所述第一调节元件(11)一件式地构成。

6.根据权利要求4所述的调节设备，

其特征在于，

所述锁止元件(16)包围所述套筒(25)。

7.根据权利要求6所述的调节设备，

其特征在于，

所述套筒(25)与所述锁止元件(16)一件式地构成。