CN106103938B - 排气涡轮增压器的控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有增压器壳体(2)的排气涡轮增压器(4)的控制装置(1)，所述控制装置(1)具有主轴(15)，所述主轴具有布置在增压器壳体(2)外的第一端部区域(24)且具有布置在增压器壳体(2)内的第二端部区域(25)；所述控制装置具有连接到主轴(15)的阀盘(18)，其中阀盘(18)和主轴(15)是单独的部件，且其中主轴(15)借助连接机构(26)经其第二端部区域(25)连接到阀盘(18)。

Description

排气涡轮增压器的控制装置

技术领域

本发明涉及一种排气涡轮增压器的控制装置和组装排气涡轮增压器的控制装置的方法。

背景技术

从德国专利DE 10 2009 048 125 A1可知所述类型的控制装置。所述已知控制装置是用于涡轮机的废气门装置，其中借助涡轮机处的旁路进行充气压力调节。出于此目的，通过相应较大形状的旁路凹槽，借助形式为阀盘的控制机构引导一些排气以绕过涡轮机的涡轮机叶轮。在这种情况下，主轴和阀盘形成组件。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种控制装置，其可改进控制装置的阀盘和阀座之间的密封作用。

与现有技术相比，根据本发明所提供的，阀盘和主轴是单独的部件。这样，为了改进阀盘和阀座之间的密封作用，在组装过程中，阀盘可借助密封作用牢牢地抵靠着阀座，并且在这个状态下连接到，具体是焊接到主轴。这样，补偿公差且获得理想的密封作用是非常有可能的。

本发明还包含了有益改进。

在特别优选的实施例中，连接机构优选地具有多个部件，借助这些部件可适应涡轮增压器的控制装置的特定安装情况或配置。

具体而言，连接机构可包括球形段，球形段可以连接到主轴的第二端部区域，所述主轴的第二端部区域布置在轴承壳体内。

在这个实施例中，连接机构还有利地具有内杆，借助内杆，球形段可连接到阀盘，并因此布置在轴承壳体内的主轴第二端部区域可连接到阀盘。

在另一个特别优选的实施例中，内杆可包括两个杆部。在这种情况下，其中一个杆部可以是弯曲形式的杆部，以便优选地弯曲90°，并且可直接邻接第二球形段，所述第二球形段可连接到阀盘，或者通过第二杆部连接到所述第二球形段。

可插入与其成互补形式的阀盘接纳凹槽中的第二球形段的设置有以下优点：即使存在相对大公差，组装过程也特别简单直接，且阀座处可实现的密封作用可得到进一步改进。

本发明的另一目的是提供一种用于组装排气涡轮增压器的控制装置的方法，借助这个方法，控制装置的阀盘和阀座之间的密封作用可得到改进，而且这个方法在技术上操作起来更简单直接。

根据本发明，控制装置的各个部件先制造成以下形式：套管、主轴、阀盘、中间件和外杆。

为了组装控制装置，最初的情况是将套管插入，具体是压入涡轮机壳体的凹槽中。

插入套管后，将主轴插入套管。

在随后的步骤中，将阀盘靠着涡轮机壳体的废气门开口放置，并将中间件安装在主轴的一端上。安装好的中间件连接到，具体是焊接到主轴的端部，其中，在特别优选的实施例中，先形成点焊件，然后，那些可接触到焊接设备的位于中间件和主轴端部之间的其它区域对其进一步进行焊接处理。

在所述中间件连接到主轴后，调整外杆和主轴之间相对于阀盘的角度，并将杠杆紧固到，具体是焊接到主轴。

于是，沿阀盘的关闭方向拉动杠杆，其中，换言之，阀盘压靠着阀座。在这个状态下，在最后的方法步骤中，阀盘连接到，具体是焊接到主轴的球形段，其中继而，在特别优选的实施例中，在进一步进行焊接前先形成点焊件。

附图说明

参照附图在示例性实施例中进一步描述本发明的细节、优点和特征，其中：

图1示出了根据本发明的排气涡轮增压器的实施例的透视截面图；

图2和图3示出了从不同观看方向观看的阀盘和主轴的透视图；

图4示出了主轴和阀盘的透视图；

图5A示出了根据本发明的控制装置的第二实施例的截面图；

图5B对应于图5A示出了根据本发明的控制装置的第二实施例的另一种设计的截面图；

图6示出了根据本发明的控制装置的第三实施例的前视图；

图7对应于图6示出了根据本发明的控制装置的另一个实施例的视图；

图8A至图8E示出了根据本发明的控制装置的另一个实施例的各个部件；

图9示出了由根据图8A至图8E的部件组成的、完全组装好的控制装置；

图10对应于图8A示出了具有以示意性简化形式示出的关闭区域的主轴的视图；以及

图11示出了坐标系，其具有两条曲线，用于说明根据现有技术的控制装置的加速行为以及根据本发明的控制装置的实施例的加速行为。

具体实施方式

图1是根据本发明的排气涡轮增压器4的实施例的透视图，所述排气涡轮增压器包括增压器壳体2。增压器壳体2由涡轮机壳体19、轴承壳体20和压缩机壳体21组装而成，它们在各种情况下均彼此连接，如图1中所详细示出。

排气涡轮增压器4配备有控制装置1，控制装置1可以是废气门阀装置或调节阀装置。图1示出了作为控制装置1的废气门阀装置。相应地，所述控制装置1具有主轴15，所述主轴15具有第一端部区域24，所述第一端部区域24可以在图4中看到并且布置在涡轮机壳体19的外侧(在这种情况下)，且外杆被固定到所述第一端部区域。主轴15还具有第二端部区域25，第二端部区域25布置在涡轮机壳体19内。另外，在图1中示出的实施例中，示出了控制机构18，其形式为控制装置1的阀盘，所述控制机构连接到主轴15。

根据图1中的视图，排气涡轮增压器4还具有致动设备17，致动设备17包含致动器7，在图1中示出的实施例中，所述致动器22借助支架3被固定到压缩机壳体21。致动器7的形式可以为气动控制舱或电动致动器。如图1中所示，致动器7具有调节棒13，调节棒13借助连接件23连接到外杆14。当调节棒13通过致动器7纵向移动时，杠杆14进行枢转，由此主轴15和紧固其上的阀盘18进行枢转，以打开和关闭废气门阀开口，所述废气门阀开口在图1中未示出。

如从图2至图4的并置中可看出，控制装置1的阀盘18连接到主轴15，所述阀盘和主轴被制造成单独的部件，其中主轴15通过其第二端部区域25借助连接机构26连接到阀盘18。

如图2至图4进一步所示，连接机构26具有叉形固定区域27，叉形固定区域27布置在阀盘18上，优选地集成在阀盘18上，这个固定区域在其被固定到主轴15的状态下接合在主轴15的端部区域25的周围。

如图3中的这方面所示，在图中特别优选的实施例中情况是，第二端部区域25配备有平行定向的两个扁平邻靠表面28和29。叉状固定区域27配备有抵靠组装状态下的邻靠表面28和29的相应形成的对应表面30和31。

另外在特别优选的实施例中情况是，在由箭头指示的区域中，提供焊接连接件32，其焊接面优选地提供在上述表面28至31之间，且还提供在所述表面之间的圆形过渡区域43中。

又如从图3和图4的并置中可看出，固定区域27具有支承对应表面30和31的两个相对布置的叉形区域27A和27B。叉形区域27A具有圆形外表面27C，而叉形区域27B包括布置为与阀盘18的表面成一定角度的倾斜表面27D。叉形区域27A和27B二者均分别包括位于平面中的顶部表面27E和27F。表面27D和表面27F围封成钝角β，而所述角度是锐角。

运用此改进，为了将阀盘18组装在主轴15上，可使阀盘18抵着阀座33密封地按压并且连接，优选地焊接到主轴15，在此状态中具体地连接，优选地焊接到其第二端部区域25。如在引言中讨论，可以此方式补偿公差且实现阀盘18与密封阀座33之间的期望密封作用。

图5A是根据本发明的控制装置1的另一实施例的视图，其中对应于图1至图4中的元件的所有元件是由相同附图标记来标识。

因此，根据图5A的实施例的控制装置1同样地具有主轴15，主轴15借助于增压器壳体(未示出)和布置在增压器壳体外侧(连接到外杆14)的第一端部区域24中的轴承装置40来引导。如图5A中所示，在此实施例中情况是，轴承装置40延伸越过主轴15的全长，除后者从轴承装置中突出的端部区域24和25之外。

在图5A中示出的实施例中，布置在增压器壳体内的第二端部区域25同样借助连接机构26连接到阀盘18。然而，在图5A中示出的实施例中，连接机构26具有多个部件。这些部件首先包括具有连接到第二端部区域25的圆形底面34B的球形段34。

另外，球形段34具有球冠34A，球冠34A在根据图5A的实施例中由具有两个杆部16A和16B的内杆16邻接。第一杆部16A借助一个杠杆端部41连接到球冠34A并且借助第二杠杆端部42连接到第二杆部16B。

在图5A的实施例中，第二杆部16B由第二球形段35邻接。所述第二球形段35借助其圆形底面35A连接到第二杆部16B。第二球形段35还具有球冠35B，球冠35B完全接纳在阀盘18的接纳空间36中。

在图5A中示出的实施例中，接纳空间36布置在阀盘18的圆柱形连接部37中。连接部37具有阀盘区域37A，阀盘区域37A沿径向方向R变宽、以钝角邻接连接部37且具有靠着阀座33的接触表面37B。

此配置产生了阀盘18的特别稳定的实施例，即使在精细尺寸和相关低重量的情况下，也产生了出乎意料地低惯性力。在此，在本发明的背景下进行的测试表明，尽管尺寸极纤细，也会降低根据本发明的控制装置的磨损，这特别令人惊讶，因为所述控制装置是在超过900°的极端临界温度范围中且在交替气压(与高负荷相关联)下使用。

另外，图5A示出了连接机构26的另一元件，所述连接机构26可以是例如焊接连接件32、优选地激光焊接连接件，借助所述连接机构26，球形段35可连接到阀盘18。

这意味着，仍然在根据图5A的控制装置1的实施例的情况中，阀盘18和主轴15是单独的部件，它们可借助上述连接机构26彼此连接。因此，仍然在此实施例中，为了改进阀盘18与阀座33之间的密封作用，可利用密封作用在组装过程期间使阀盘18牢固地靠着阀座33，如箭头F_VS所指示。在此状态中，由于第二球形段35被固定在接纳空间36中，阀盘18与主轴15之间产生连接，这具体是通过焊接来进行。这样，在此实施例中补偿公差且获得理想的密封作用仍然是非常有可能的。

原则上，主轴15、第一球形段34、在实例中具有其两个杆部16A和16B的内杆16以及第二球形段35可形成为不可分割的部件。

然而，所述元件也可能各自形成为各个部件，这些部件可在组装过程期间彼此连接在一起、具体地彼此焊接在一起。

另外要指出，箭头F_ST代表发生的应力和所得公差的方向，所述应力和公差可借助上文所讨论的组装选项来补偿以实现理想的密封作用。

在图5A中示出的实施例的情况中，第一杆部16A由于阀盘18的布置而呈曲柄形式，其中曲柄形式的特别优选角度是90°。

另外，提供了呈直线形式的第二杆部16B。然而由于对应布置，第二球形段35还可直接邻接第一杆部16A的第二端部42。

另外，由于阀盘18的对应定向，同样可形成无曲柄配置的第一部分16A。

图5B示出了根据图5A的第二实施例的替代性设计。因此，对应于根据图5A的实施例的所有特征均由相同附图标记标示，使得在这方面可参考以上描述。

根据图5B的控制装置的实施例是以第三杆部16C的设置为特征，对应于杆部16B，在此实施例中，所述第三杆部16C以直角但沿与第二部分16B相反的方向从第一杆部16A分支出来，如可从图5B的示意图中容易地看出。

在此自由端处，第三杆部16C配备有第三球形段35'，所述第三球形段35'借助其圆形底面35'A(例如借助焊接连接件)连接到第三杆部16C的自由端。第三球形段35'还具有球冠35'B，其中所述第三球形段35'在图5B中示出的特别优选的实施例中呈与第二球形段35相同的形式。因此，附接有第三球形段35'的第三杆部16C的设置形成相对于第二杆部16B和附接至第二杆部16B的球形段35的平衡物，这改进了根据图5B的实施例的控制装置1的加速度和振动特性。

另外，根据图5B的实施例的控制装置1具有第四球形段58，所述第四球形段58具有当图5B中示出的密封位置中的阀盘18靠着阀座33时突出到废气门开口中的球冠58A。出于此目的，球形段58例如借助焊接连接件、优选地在中心借助其圆形底面58B紧固到(在这种情况下)阀盘18的中心表面区域18A。球形段58的设置还增加了阀盘18与阀座33之间的密封座的密封作用，并且同样地尤其在压力震动负荷作用于阀盘18上的情况下改进了振动特性。

图6中的实施例对应于图5的实施例，使得可参考图5的描述。

然而，在图6中示出的实施例中，连接部37'具有弯曲外表面38。这产生了特别紧凑设计的优点。

图7中的实施例继而对应于图5的实施例，使得在这方面仍然可参考根据图5的实施例。

然而，在根据图7的实施例中，提供靠着连接区域37'的接触轴环39作为另一特征。

图8A至图8E示出了根据本发明的控制装置43的另一实施例的各个部件，所述控制装置43在图9中被示为处于组装状态中。

因此，根据图8A的控制装置43具有带有圆柱形主轴主体45的主轴44，所述圆柱形主轴主体45具有在主轴主体45的全长内恒定的外径dA45。

在主轴主体55的端部54(在安装状态中，是主轴44的内端)的区域中，主轴主体45基本上以直角由连接件46邻接，所述连接件46可整体地连接到所述主轴主体或同样可以是可具体地借助焊接连接件连接到主轴主体45的单个部件。

连接件46在其自由端处支承具有外径DA47的球形段47。

图8B示出了可连接到所述球形段47的阀盘48。为了连接，阀盘48具有布置在球冠48A中并且具有内径DI48B的接纳凹槽48B。所述内径DI48B对应于外径DA47，或被配置为稍微大于外径DA47。

图8C示出了可插入到主轴44中的套管50。出于此目的，套管50具有内径DI50并且具有在套管50的全长内恒定的外径DA50。

如图8C中所示，套管50具有通道凹槽51，通道凹槽51的长度L51和宽度B51均适于连接件46的尺寸，使得当插入主轴44时，所述连接件可突出通过通道凹槽51，如可从图9的视图中所见。

套管50还具有舌状部55，舌状部55具有稍短于长度L51的长度L55并且连同套管50的相对壳体区域56一起限定狭槽52。如图8C中所示，所述狭槽52的开口角度由于舌状部55而小于通道凹槽51的开口角度。

最后，图8E示出了杆53，杆53是外杆，这意味着当控制装置43被安装在涡轮机壳体中时，杆53布置在涡轮机壳体外侧。所述外杆53显而易见地可适于控制装置43的相应尺寸和相应使用，但是其几何形状和尺寸则是常规设计。这些解释表明在此实施例中，连接件46和球形段47形成了连接机构57。

下文将基于根据图8A至图8E和图9的控制装置43的实施例讨论排气涡轮增压器4的控制装置的组装的可能方法。因此，首先提供根据图8A至图8E的各个组成部件。

在第一组装步骤中，将套管50布置在涡轮机壳体凹槽中，其中所述套管优选地被按压到所述凹槽中。随后，将主轴44插入到套管50中，使得连接件46从套管50中突出，如可从图9中所见。

随后将阀盘48安装到阀座33的废气门开口上，如例如可从图5的视图中所见。

随后，将中间件49推至端部54上且将中间件49连接到，优选地焊接到端部54。

在后续的方法步骤中，调整外杆53和主轴44之间相对于阀盘48的角度，且将杆53固定，优选地焊接到主轴44的圆柱形主轴主体45。在此状态中，沿阀盘48的方向拉动杆53，如已参考图5所讨论。在此状态中，由于拉动了杠杆43，最后将阀盘48连接，优选地焊接到球形段47，出于此目的，将球形段47插入到接纳凹槽48B中。在此连接情况中，焊接连接件仍然是特别优选的实施例。

图10对应于根据图8A的主轴的视图，使得关于主轴44的特征，可参考图8A的以上描述。在图10中，由表面区域VB示意地代表磨损区域，所述磨损区域至少基本上延伸越过了主轴主体45的全长。在本发明的背景下进行的测试表明，如所述基本上延伸越过主轴主体45的全长的所述磨损区域VB出现在操作期间，但是令人惊讶的是不影响阀盘18与阀座33之间的密封座的密封作用。如果磨损区域VB被定向为至少基本上平行于阀盘表面，那么情况尤为如此。

图11示出了X-Y坐标系统中所示的两条曲线K1和K2，其中X轴上绘制加速度而Y轴上绘制幅值。在此，曲线K1表示根据现有技术(例如WO 2014/011468 A1)的阀盘，而曲线K2表示根据本发明的控制装置的实施例。两条曲线K1和K2之间的比较清楚地表明，根据本发明的控制装置展现出比根据现有技术的控制装置更平滑的加速度和振动特性，其中所述更平滑振动特性对根据本发明的控制装置的功能具有有利影响。

除本发明的以上书面公开之外，特此明确地参考其在图1至图11中的说明性呈现。

附图标记列表

1 控制装置

2 增压器壳体

3 支架

4 排气涡轮增压器

5 壳体上部

6 壳体下部

7 致动器壳体

8 弹簧

9 涡轮机叶轮

10 转子轴

11 压缩机叶轮

12 轴颈

13 调节棒

14 外杆

15 主轴

16 内杆

16A、16B、16C 第一、第二和第三杆部

17 操作设备

18 控制机构(阀盘)

18A 优选的中心表面区域

19 压缩机壳体

20 轴承壳体

21 压缩机壳体

22、23 轴承

24、25 端部区域

26 连接机构

27 固定区域

27A、27B 叉形区域

27C 外表面

27D、27F 倾斜表面

27E 顶部表面

28、29、30、31 邻靠表面或对应表面

32 焊接连接件

33 阀座

34 第一球形段

34A 球冠

34B 圆形底面

35 第二球形元件

35A 圆形底面

35B 球冠

35' 第三球形段

35'A 球冠

35'B 圆形底面

36 接纳空间

37、37' 连接区域

37A 阀盘区域

37B 接触表面

38 外表面

39 接触轴环

40 轴承装置

41 第一轴端

42 第二轴端

43 控制装置

44 主轴

45 圆柱形主轴主体

46 连接件

47 球形段

48 阀盘

48A 球冠

48B 接纳凹槽

49 中间件

50 套管

51 通道凹槽

52 狭槽

53 外杆

54 主轴主体的端部

55 舌状部

56 壳体区域

57 连接机构

58 第四球形元件

58A 球冠

58B 圆形底面

L51、L55 长度

B51 宽度

F_VS 密封座上的力

F_ST 负荷方向

VB 磨损区域

K1、K2 曲线

β 角度

dA45、dA47、DI48B、DI49、dA49、dA50、DI50 直径值

Claims (21)

1.一种具有增压器壳体(2)的排气涡轮增压器(4)的控制装置(1)，其中，所述控制装置(1)是废气门阀装置或调节阀装置，所述控制装置(1)包括：

主轴(15)，所述主轴(15)具有：

布置在所述增压器壳体(2)外的第一端部区域(24)，所述第一端部区域具有可操作地连接到致动器上的外杆(14)，和

布置在所述增压器壳体(2)内的第二端部区域(25)，所述主轴通过所述第二端部区域借助连接机构(26)的内杆(16)连接至阀盘；以及

阀盘(18)，所述阀盘与阀座(33)相互作用，从而密封和开启所述阀座(33)，其中

所述阀盘(18)和所述内杆(16)作为单独的部件被引入涡轮壳体中，且

当外杆(14)沿关闭方向被拉动使得所述阀盘压靠在所述阀座上时，将所述阀盘(18)在所述阀座(33)上对准后，所述内杆(16)通过焊接将主轴(15)连接到所述阀盘(18)。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其中阀盘(18)具有凹形接触球形段，内杆(16)与互补的凸形接触球形段连接。

3.根据权利要求2所述的控制装置，其中所述阀盘(18)包括圆柱形连接部(37)。

4.根据权利要求2所述的控制装置，其中所述主轴(15)和所述内杆(16)形成为不可分割的部件。

5.根据权利要求2所述的控制装置，其中所述主轴(15)和所述连接机构(26)是彼此焊接在一起的单独的部件。

6.一种具有增压器壳体(2)的排气涡轮增压器(4)的控制装置(1)，其中，所述控制装置(1)是废气门阀装置或调节阀装置，所述控制装置(1)包括：

主轴(15)，所述主轴(15)具有：

布置在所述增压器壳体(2)外的第一端部区域(24)，所述第一端部区域可操作地连接到致动器上，和

布置在所述增压器壳体(2)内的第二端部区域(25)；以及

阀盘(18)，所述阀盘连接到所述主轴(15)并且与阀座(33)相互作用，其中

所述阀盘(18)和所述主轴(15)为单独的部件，

将所述阀盘(18)在所述阀座(33)上对准后，所述第二端部区域(25)通过连接机构(26)将主轴(15)连接到所述阀盘(18)，

其中，所述连接机构(26)具有连接至所述第二端部区域(25)的第一球形段(34)，并且

所述连接机构(26)还具有第二球形段(35)，所述第二球形段(35)在底面(35A)处连接到内杆(16)且具有布置在所述阀盘(18)的接纳空间(36)中的球冠(35B)。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其中所述接纳空间(36)布置在所述阀盘(18)的圆柱形连接部(37)中。

8.根据权利要求6所述的控制装置，其中所述第一球形段(34)、所述内杆(16)和所述第二球形段(35)是彼此连接在一起的单独的部件。

9.根据权利要求6所述的控制装置，其中所述第一球形段(34)、所述内杆(16)和所述第二球形段(35)形成为不可分割的部件。

10.根据权利要求7所述的控制装置，其中所述圆柱形连接部(37)和所述阀盘(18)形成为一个整体。

11.根据权利要求6所述的控制装置，其中所述主轴(15)和所述连接机构(26)形成为不可分割的部件。

12.根据权利要求6所述的控制装置，其中所述主轴(15)和所述连接机构(26)是彼此焊接在一起的单独的部件。

13.根据权利要求6所述的控制装置，其中所述第一球形段(34)、内杆(16)和第二球形段(35)是彼此焊接在一起的单独的部件。

14.根据权利要求6所述的控制装置，其中所述连接机构(26)的第二球形段(35)具有凸形接触球形段，所述阀盘(18)具有互补的凹形接触球形段。

15.根据权利要求6所述的控制装置，其中所述第二端部区域(25)连接到第一球形段(34)的圆形底面(34B)。

16.根据权利要求6所述的控制装置，其中所述第一球形段(34)具有球冠(34A)，所述第一球形段的球冠(34A)连接到所述内杆(16)的第一杆端(41)。

17.根据权利要求6所述的控制装置，其中所述内杆(16)具有第一杆部(16A)，所述第一杆部(16A)包括第一杆端(41)并且通过第二杆端(42)连接到第二杆部(16B)。

18.根据权利要求17所述的控制装置，其中将所述第一杆部(16A)弯曲成直角。

19.一种用于组装排气涡轮增压器的控制装置的方法，其具有以下方法步骤：

a.将套管插入涡轮机壳体的凹槽中；

b.将主轴插入所述套管中；

c.靠着所述涡轮机壳体的废气门开口放置阀盘；

d.将中间件安装到所述主轴的一个端部之上；

e.将所述中间件连接到所述主轴的所述一个端部；

f.调整外杆和所述主轴之间相对于所述阀盘的角度；

g.将所述外杆紧固到所述主轴；

h.沿所述阀盘的关闭方向拉动所述外杆；

i.将所述阀盘焊接到连接机构的内杆。

20.根据权利要求19所述的方法，其中当拉动所述外杆(53)时将所述内杆焊接到所述阀盘(48)。

21.根据权利要求19所述的方法，其中所述内杆连接至球形段，所述阀盘设有呈互补形式的球形接纳凹口，所述球形段插入所述球形接纳凹口中。

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