CN104822917A - 用于涡轮机的废气引导部段的调节设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于涡轮机的、尤其用于废气涡轮增压机的涡轮机的能穿流的废气引导部段的调节设备，其中调节设备(7)设置用于打开和关闭在能穿流的废气引导部段(1)中的旁通管道(8)，所述旁通管道用于绕过所述废气引导部段(1)的涡轮，所述涡轮能转动地设置在所述废气引导部段(1)中、所述废气引导部段(1)的轮室(6)中，所述调节设备包括运动设备(12)和覆盖元件(11)，其中覆盖元件(11)设置用于借助覆盖元件(11)的平移运动来打开或关闭旁通管道(8)的流动横截面(10)，并且其中所述运动设备(12)设置用于引起所述覆盖元件(11)的运动。根据本发明，覆盖元件(11)构成为空心截锥状。

Description

用于涡轮机的废气引导部段的调节设备

技术领域

本发明涉及一种在权利要求1的前序部分中所提出的类型的用于涡轮机的废气引导部段的调节设备。

背景技术

从公开文献DE 11 2009 002 230 T5中公开一种用于涡轮机、尤其用于废气涡轮增压机的涡轮机的调节设备。调节设备设置用于打开和关闭在能穿流的所述废气引导部段中的旁通管道，所述旁通管道用于绕过所述废气引导部段的涡轮，所述涡轮能转动地设置在所述废气引导部段中、所述废气引导部段的轮室中。调节设备具有运动设备和覆盖元件，其中运动设备设置用于使覆盖元件运动。覆盖元件用于借助于覆盖元件的平移运动打开或关闭旁通管道的流动横截面。借助于这种调节设备可能的是，在废气涡轮增压机的已确定的工作点上、尤其在具有大流量的工作点上，完全地或部分地绕过涡轮，使得能实现废气涡轮增压机的有效的工作。在一个最简单的实施方案中，覆盖元件例如以碟状构成。

原则上在通常称作Waste-Gate(废物闸门)的所述调节设备中成问题的是，在借助于覆盖元件打开或关闭流动横截面时产生流动干扰和噪音排放，其中所述噪音排放不能必然地与流动干扰脱离。流动干扰在此理解为流动与大多数情况下均匀或线性的流动的偏差。这种偏差能够不仅由于在打开和关闭内燃机的阀时的压力波动从通常与废气涡轮增压机相连的内燃机的运行中产生或者所述偏差同样在打开流动横截面时由于突然地开启旁通管道的流动横截面引起。

覆盖元件在旁通管道中进行借助于运动设备而引起的轴向运动。通常，覆盖元件没有刚性地与运动设备连接。如果覆盖元件刚性地与运动设备连接，那么这意味着，运动方向本身构成为仅能进行轴向运动。通常，运动设备与覆盖元件结合造成平移或旋转运动，能借助于多样的关节连接来引起所述平移和旋转运动。因为，关节连接不是刚性的连接，而是基本上以特定程度的运动空间、所谓的缝隙构成，尤其当通过流动使动量作用到调节设备上时能够造成噪音、例如嘎嘎响声，所述嘎嘎声由于覆盖元件在壳体壁上的碰撞而造成。

从该文献中能得到一种覆盖元件，所述覆盖元件探讨覆盖元件的非线性的入流的问题。调节设备的覆盖元件为了影响流动而具有角状物，其中所述角状物构成为覆盖元件的沿废气流动方向的三维延伸部。角状物构成用于在打开时产生流动横截面的渐进的释放。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于涡轮机的废气引导部段的调节设备，借助于所述调节设备能够造成在补偿非线性的流动的同时降低噪音排放以降低其流动损耗。

所述目的借助于用于涡轮机的废气引导部段的具有权利要求1的特征的调节设备实现。本发明的具有适宜的且不普通的改进方案的有利的设计方案在从属权利要求中给出。

根据本发明，覆盖元件构成为空心截锥状。这意味着换言之，覆盖元件套筒状地构造，其中套筒的外轮廓截锥状地构造。所述空心截锥状的覆盖元件的优点在于，借助于所述截锥状的覆盖元件，引起覆盖元件的借助于调节设备的运动设备发动的主要平移的运动，其中同时借助于锥状的外轮廓，开启的有效的流动横截面导致降低由于在打开流动横截面时非线性流动而形成的流动损耗。流动横截面借助于覆盖元件的锥状的外轮廓在流动横截面的打开过程中能以持续打开的方式开启。也就是说换言之，在打开过程开始时开启流动横截面的还较小的横截面，其中在进一步打开流动横截面时，横截面由于锥状持续增加，直至达到最大开口横截面。由此，由于在打开过程中持续增大的横截面能够补偿流动干扰，使得能够降低由于流动干扰而引起的流动损耗。

不言而喻地，在反向的过程、关闭过程中同样能借助于覆盖元件的截锥状的外轮廓引起降低流动损耗的过程，因为流动横截面持续地并且渐进地变小。由此不实现流动横截面的突然的关闭，而是实现流动横截面与覆盖元件的轴向路径相关地持续变小。

覆盖元件的锥状的外轮廓的另一优点是，尤其在覆盖元件变热时，能避免覆盖元件在流动横截面中的可能的卡住。覆盖元件的朝向流动方向的部段承受比背离流动构成的部段更高的温度。由此有利的是，朝向流动的部段设有比背离流动构成的部段更小的锥体外壳直径，使得由于锥状的外轮廓，能够实现覆盖元件在朝向流动构成的部段的区域中沿径向方向扩展。

在根据本发明的调节设备的一个设计方案中，覆盖元件具有至少一个轴向的第一入流面和轴向的第二入流面，其中第一入流面和第二入流面不同地构成。覆盖元件构成为空心截锥状并且在其沿流动方向观察的端部上具有板状的锥底，所述锥底在其外轮廓方面构成为至少覆盖流动横截面。在锥底的朝向流动构成的冲击面上，所述锥底具有至少两个入流面，所述入流面不同地构成。也就是说换言之，冲击面不对称地构成，使得构成至少一个第一入流面和第二入流面，所述第一入流面和第二入流面彼此不同地成形。借助于流动，由入流面的不同形状而引起的、不同构成的第一径向指向力或第二径向指向力作用到第一入流面和作用到第二入流面上。也就是说，覆盖元件能借助于指向力定位在其可能的运动间隙之内。尤其在流动横截面的关闭状态中，所引起的定位引起覆盖元件在壳体上明确的贴靠，使得禁止嘎嘎响声或还有所谓的叮当响声。理想地，锥底在其朝向壳体的且在关闭状态中贴靠在壳体上的密封面上平面地或平滑地构成，使得在此能实现对于污染和磨损的不敏感性。

理想地，在另一优选的设计方案中，覆盖元件构成为具有用于隔开第一入流面和第二入流面的隔板。这造成入流面的明确的限界进而造成覆盖元件在壳体上的改进的稳定的定位，使得显著减少覆盖元件的摆动进而显著减少由此造成的噪音排放。在借助于入流面的相应形状所引起的流动的近似直角的转向时，覆盖元件的借助于板状的锥底而构成的密封面位于静止的流中进而被保护防止腐蚀作用。此外，由于流动的转向，所引起的压力能量转换为动能，使得所述动能转换为摩擦进而热量。这具有根据本发明的覆盖元件的下述优点：能显著减少与废气涡轮增压机相关地连接在下游的催化器的加热时间，使得能够引起废气排放的减少。在另一有利的设计方案中，覆盖元件的外壳构成为具有穿流开口。换言之也就是说，截锥状构成的外轮廓借助于在锥底上支撑的锥状外壳构成，其中在所述外壳中构成有完全穿过外壳的穿流开口。由此，在打开和关闭流动横截面时根据穿流开口的大小能够实现显著地改善流动匹配。

尤其，在根据本发明的调节设备的另一设计方案中，分别在入流面的区域中构成有各一个穿流开口，其中穿流开口在入流面的区域中构成的相应的锥体外壳部段的主要区域之上构成。借助于所述设计方案可以实现有效的、自由的流动横截面，与覆盖元件在旁通管道中的轴向定位相关地为了得到涡轮机或废气涡轮增压机的有利的效率需要所述流动横截面。

在根据本发明的调节设备的另一设计方案中，覆盖元件具有容纳元件以容纳运动设备的支臂，其中容纳元件构成为能在支臂上运动。覆盖元件借助于运动设备能在旁通管道中运动。为了将运动设备与覆盖元件连接，在覆盖元件上构成有刚性地与覆盖元件连接的容纳元件，所述容纳元件构成为能使运动设备的支臂与覆盖元件连接。理想地，容纳元件与支臂不以刚性的形式固定地连接而是能运动地连接，使得容纳元件进而强制性还有覆盖元件能够执行相对于支臂进而相对于运动设备的运动。这尤其意味着，覆盖元件能自调整地引入到在旁通管道中的匹配于相应的流动情况的理想定位中。换言之，覆盖元件借助于在容纳元件和支臂之间的能运动的连接具有自由度，所述自由度允许其根据流动情况自调整地采用在旁通管道中或在流动横截面上的安全的、低噪音的定位。

在一个对此理想的设计方案中，容纳元件具有长孔状构成的容纳开口。

在一个特别的设计方案中，容纳元件对安装有利地构成为部分包围支臂。容纳开口近似凹槽状地构成，对应于单侧打开的滑动引导部，使得覆盖元件能借助于容纳开口钩入支臂中。这意味着，在安装时可以在第一步骤中将运动设备装入废气引导部段中，紧接着在第二步骤中将覆盖元件引入废气引导部段中、尤其旁通管道的流动横截面中，以便然后在最后的第三步骤中将覆盖元件借助于容纳元件通过扭转运动设备安装在运动设备的支臂上进而实现能引起覆盖元件的受控制的运动可能性。

同样特别有利的是，覆盖元件独立于运动设备能够由与运动设备不同的材料构成。由此，每种任意适合的材料能用于覆盖元件。进一步也就是说，由于在覆盖元件和运动设备之间的松动的连接能避免用于建立在覆盖元件和运动设备之间的固定的连接的接合法并且同样能使用不可焊接的材料。

在根据本发明的调节设备的一个特别的设计方案中，覆盖元件在每个位置中构成为能至少部分地贴靠在旁通管道的管壁上。

为了进一步减少覆盖元件在旁通管道中并且尤其在流动横截面中的卡住，覆盖元件由陶瓷材料构成和/或运动设备至少部分地由陶瓷材料构成。陶瓷材料具有高的耐热性，也就是说，由陶瓷材料制成的构件的变形相对于由金属制成的构件的变形更小。

从优选实施例的下述描述中以及根据附图得到本发明的其他优点、特征和细节。在上文中提到的特征和特征组合以及在下文中在附图说明中提到的和/或在附图中仅示出的特征和特征组合不仅能以分别给出的组合方式应用，而且也能以其他组合方式或单独方式应用，而不脱离本发明的范围。

附图说明

附图示出：

图1示出用于具有根据本发明的调节设备的涡轮机的废气引导部段的立体视图；

图2示出贯穿根据图1的废气引导部段的局部剖面图；

图3示出根据本发明的调节设备的覆盖元件的俯视图；

图4示出根据本发明的调节设备的覆盖元件的立体视图；

图5示出根据本发明的调节设备的运动设备的立体视图；

图6示出与运动设备组装的覆盖元件的立体视图；

图7示出贯穿根据本发明的调节设备的局部剖面图；

图8示出具有在关闭位置中的覆盖元件的根据图1的废气引导部段的局部剖面图；

图9示出具有在打开位置中的覆盖元件的根据图1的废气引导部段的局部剖面图；

图10示出根据图8的废气引导部段的另一局部剖面图；以及

图11示出根据图9的废气引导部段的另一局部剖面图。

具体实施方式

涡轮机2的、尤其废气涡轮增压机的涡轮机的根据图1构成的能穿流的废气引导部段1包括：进入通道3，以使通常是内燃发动机的废气的流体流进入废气引导部段1中；在进入通道3的下游的螺旋通道4，以用于流的调整；和螺旋通道下游的排出通道5，能够经由所述排出通道将废气从废气引导部段1中有针对性地逸出。在螺旋通道4和排出通道5之间构成有轮室6，在所述轮室中能转动地容纳有未详细示出的涡轮。

为了使涡轮2的运行特性匹配于流体流，在废气引导部段1中设有调节设备7用于打开和关闭在能穿流的废气引导部段1中的旁通管道8，所述旁通管道用于绕过在废气引导部段1中的轮室6。旁通管道8具有带有流动横截面10的进入开口9，其中进入开口9能借助于调节设备7完全地或部分地封闭或能够完全地或部分地打开。根据调节设备7的定位可能的是，流体流完全地或部分地流入轮腔6进而流入在轮腔6中能转动地容纳的涡轮或者完全地或仅部分地在轮腔6中能转动地容纳的涡轮旁流过。

调节设备7的覆盖元件11能运动地容纳在旁通管道8中、进而废气引导部段1中，其中覆盖元件11在旁通管道8中为了打开或关闭流动横截面10以能进行主要平移运动的方式安装。也就是说换言之，覆盖元件11为了设定进入开口9的流动横截面10以在旁通管道8中能进行平移运动的方式定位。

根据本发明的调节设备7具有运动设备12以用于覆盖元件11的平移运动。

为了打开或关闭流动横截面10，覆盖元件11原则上构成为空心截锥状。也就是说换言之，覆盖元件11的外壳13构成为截锥状，其中借助于外壳13构成的截锥空心地、类似于空心圆柱地构成。在覆盖元件11的沿流动方向观察的端部上，在覆盖元件11上构成有锥底15，其中锥底15具有比外壳13的最大外直径更大的外直径。由此，构成有密封面16，所述密封面在覆盖元件11的关闭位置中，也就是说，在覆盖元件11的完全关闭旁通管道8的位置中流动密封地贴靠在废气引导部段1上。锥底15在其朝向外壳13构成的侧上具有冲击面17，所述冲击面能由流体流入流。在未详细示出的实施例中，冲击面17完全平坦地构成。

外壳13具有穿流开口14，所述穿流开口完全穿过外壳13地构成。在此未详细示出根据本发明的调节设备的最简单的实施例。

根据图1至11的覆盖元件11的冲击面17构成为具有三个入流面，第一入流面18、第二入流面18’、第三入流面18”。在入流面18、18’、18”的区域中分别构成有穿流开口14。外壳13尽可能由穿流开口14穿通，所述穿流开口大至使得外壳13的在入流面18、18’、18”的区域中构成的锥体外壳部段19、19’、19”相对小地构成。这具有的优点是，随着流动横截面10借助于穿流开口14越来越大地打开能够释放越来越大的流动面或随着流动横截面10在关闭过程中借助于穿流开口14越来越小地打开释放变得越来越小的流动面。

在图1至11中示出的覆盖元件11具有锥底15，其冲击面17或其入流面18、18’、18”借助于多个隔板20，第一隔板20、第二隔板20和第三隔板20完全地彼此隔开。每个入流面18具有独特的轮廓，使得三个入流面18不相同。由此，借助于隔板20能实现明显改进地构成对于相应的入流面18、18’、18”表征的流体入流，因为能借助于隔板20尽可能避免入流的充分混合。

在图2中示例地示出由流体流引起的到覆盖元件11上的或者到相应的入流面18、18’、18”上的力的力平行四边形。存在指向力FR，所述指向力具有根据入流面18、18’、18”的相应的轮廓而得到的大小。因为每个入流面18、18’、18”具有指向力FR，然而入流面18、18’、18”具有不同的轮廓，总共总的来说得到有针对性的指向力FR，所述指向力将覆盖元件11在流动横截面10中或在旁通管道8中相应地定位。如果流动横截面10关闭，那么由此实现覆盖元件11的外壳13在废气引导部段1的旁通管道8的通道壁上有针对性的贴靠。其结果至少是，嘎嘎声或叮当声的减小，因为覆盖元件11不再未定向地经受不同的流动情况，如这即使在与涡轮机2连接的内燃发动机的工作点由于通过打开和关闭阀引起的压力脉动和与其关联的在废气引导部段1中的废气压力波而恒定时是这种情况。

为了能根据流体流实现覆盖元件11的定位，覆盖元件11在其背离流动横截面10构成的锥底15的侧上具有容纳元件21。

容纳元件21构成为U形，也就是说容纳元件21具有一侧上打开的所谓的长孔。换言之，在容纳元件21中构成有长孔状的容纳开口22。与之相应地，在运动设备12上在其朝向覆盖元件11构成的端部上构造有支臂23，所述支臂能由容纳元件21容纳在其容纳开口22中。在第一滑动面24、容纳开口22的表面和在支臂23上以其表面的形式构造的第二滑动面25之间构成所谓的滑动引导部。也就是说，在打开和关闭流动横截面10时，第二滑动面25在第一滑动面24上滚动，使得在旁通管道8中引起覆盖元件11的平移运动。有利地，支臂23构造为，使得支臂23的直径能在其轴向长度L上变化。例如，支臂23具有锥状的外轮廓。为了可靠地容纳所述容纳元件21，在支臂23的端部上构成有盘状的止动元件6。这样构成的支臂23具有的优点是，对于覆盖元件11与运动设备12的可靠的连接不需要另外的接合方法，例如铆接，因为基于支臂23的锥状的外轮廓将覆盖元件11抗扭地止动。

在图11中，为了显示根据本发明的调节设备的可能的运动方向标出覆盖元件11的和运动设备12的运动箭头。

Claims (10)

1.一种用于涡轮机的、尤其用于废气涡轮增压机的涡轮机的能穿流的废气引导部段的调节设备，其中所述调节设备(7)设置用于打开和关闭在能穿流的所述废气引导部段(1)中的旁通管道(8)，所述旁通管道用于绕过所述废气引导部段(1)的涡轮，所述涡轮能转动地设置在所述废气引导部段(1)中、所述废气引导部段(1)的轮室(6)中，所述调节设备包括运动设备(12)和覆盖元件(11)，其中所述覆盖元件(11)设置用于借助所述覆盖元件(11)的平移运动来打开或关闭所述旁通管道(8)的流动横截面(10)，

其特征在于，

所述覆盖元件(11)构成为空心截锥状。

2.根据权利要求1所述的调节设备，

其特征在于，

所述覆盖元件(11)具有至少一个第一入流面(18)和第二入流面(18’)，其中所述第一入流面(18)和所述第二入流面(18’)不同地构成。

3.根据权利要求2所述的调节设备，

其特征在于，

所述覆盖元件(11)具有至少一个用于隔开所述第一入流面(18)和所述第二入流面(18’)的隔板(20)。

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，

所述覆盖元件(11)的外壳(13)构成为具有穿流开口(14)。

5.根据权利要求4所述的调节设备，

其特征在于，

分别在入流面(18，18’，18”)的区域中构成有穿流开口(14)，其中所述穿流开口(14)在所述入流面(18，18’，18”)的区域中构成的相应的锥体外壳部段(19，19’，19”)的主要区域之上构成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的调节设备，

其特征在于，

所述覆盖元件(11)具有容纳元件(21)以容纳所述运动设备(12)的支臂(23)，其中所述容纳元件(21)能运动地构成在所述支臂(23)上。

7.根据权利要求6所述的调节设备，

其特征在于，

所述容纳元件(21)具有长孔状构成的容纳开口(22)。

8.根据权利要求6或7所述的调节设备，

其特征在于，

所述容纳元件(21)构成为将所述支臂(23)部分包围。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的调节设备，

其特征在于，

所述覆盖元件(11)在每个位置中构成为能至少部分地贴靠在所述旁通管道(8)的管道壁上。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的调节设备，

其特征在于，

所述覆盖元件(11)由陶瓷材料构成和/或所述运动设备(12)至少部分地由陶瓷材料构成。