CN107683364A - 具有可调整涡轮机几何构型的排气涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于内燃发动机（2）的排气涡轮增压器（1），所述内燃发动机（2）具有用于空气的进气导管（3）并且具有排气导管（5）并且具有设置在排气导管内的涡轮机（6）并具有设置在进气导管内的压缩机叶轮（4），该涡轮机和压缩机叶轮二者被设置在共同的轴（24）上，其中排气导管具有同轴地围绕涡轮机（6）的螺旋壳体（7），并且其中，在螺旋壳体和涡轮机之间设置有环形间隙（8），排气流通过该环形间隙周向地流动到涡轮机，并且其中在该环形间隙内设置有引导叶片（9、9'、9''、9'''、10、11），所述引导叶片能够借助于调整机构（12、17）绕调整轴线（12）旋转，用于控制流动阻力的目的。为了能够补偿在不同操作条件下引导叶片的热膨胀和收缩，根据本发明提供，引导叶片（9、9'、9''、9'''、10、11）的调整机构额外地具有用于引导叶片（9、9'、9''、9'''、10、11）在环形间隙（8）内移位的移位机构（18、18a、18b、20、21、22）。移位机构可以被直接地联接到调整机构。

Description

具有可调整涡轮机几何构型的排气涡轮增压器

技术领域

本发明涉及机械工程的领域并且能够被特别有利地用于汽车工程领域。其具体涉及具有可调整涡轮机几何构型的排气涡轮增压器。

背景技术

为了功率增加并且为了节省资源和环境友好地操作内燃发动机，已经长久地使用排气涡轮增压器，其允许预压缩被内燃发动机吸入的空气。通常，这样的排气涡轮增压器在内燃发动机的排气流中具有涡轮机，其借助于轴被连接到进气导管中的压缩机叶轮。

在改变内燃发动机的操作条件的情况下，在排气侧上涡轮机的有效操作需要涡轮机中的气体引导件具有不同设定。为此目的，废气门阀例如是已知的。

在柴油发动机的情况下，不过在奥托循环（Otto-cycle）发动机的情况下也日益如此，通常进一步使用可调整涡轮机几何构型。这些提供被设置在涡轮机叶轮上游的可调整引导叶片。引导叶片以可运动且可调整的方式被设置且被设置在围绕涡轮机的环形间隙内。

因为在改变操作条件的情况下，具体地在排气流的温度改变的情况下，引导叶片也经受热改变，具体地是在温度改变情况下的热收缩和膨胀。这导致与如下事实相关的具体问题：在引导叶片的尺寸减小的情况下，相对于环形间隙的壁形成间隙，因此整体降低了涡轮机的效率。

这种间隙或不充分限定的环形间隙几何构型的不利影响已经被认识到并且是美国专利申请US 2012/0243973 A1的主题。所述文献描述了引导叶片，所述引导叶片被安装在保持环上以便绕枢转轴线可枢转并且所述引导叶片各自均被连接到致动杆。致动杆可枢转并且沿与枢转轴线平行的方向被倾斜致动表面预加载，以便补偿任何现有的机械游隙（mechanical play）并且以便实现引导叶片的被限定位置。

发明内容

针对现有技术背景，本发明的目标是详细说明一种上述类型的排气涡轮增压器，在这种情况下，最大可能程度地减少排气引导件的效率不足。

该目标借助于权利要求1所述的本发明的特征来实现。专利权利要求2-10构成本发明的有利改进。

因此本发明涉及用于内燃发动机的排气涡轮增压器，所述内燃发动机具有用于空气的进气导管并且具有排气导管并且具有被设置在排气导管中的涡轮机和设置在进气导管中的压缩机叶轮，该涡轮机和压缩机叶轮二者被设置在共同的轴上，其中排气导管具有同轴地围绕涡轮机的螺旋壳体，并且其中，在螺旋壳体和涡轮机之间设置有环形间隙，排气流通过该环形间隙周向地流动到涡轮机，并且其中，在该环形间隙中设置有引导叶片，所述引导叶片借助于调整机构绕调整轴线可旋转，用于控制流动阻力的目的。

为实现此目标，进一步提出，引导叶片的调整机构此外具有用于引导叶片在环形间隙内移位的移位机构。借助于移位机构，引导叶片的位置不仅关于调整角度可调整而且关于它们在环形间隙内的位置也可调整。借助于引导叶片的平移运动，在相应引导叶片和环形间隙的界定壁之间的引导叶片间隙能够被优化。

本发明的有利改进提出了，环形间隙由两个壁至少部分地界定，其中引导叶片被安装在壁中的第一壁中，从而绕调整轴线可旋转，并且在每种情况下均与另一个第二壁形成引导叶片间隙，该间隙能够通过移位机构的致动被调整。

可以进一步有利地提出，每个移位机构被机械联接到调整机构。

通常，引导叶片的调整角度且因此由所有引导叶片构成的排气流转向装置的流动阻力，或者换言之在环形间隙中的流动阻力，以取决于排气流的方式被设定，也就是说取决于每单位时间通过排气导管流出的排气流的量。所述排气流取决于内燃发动机的操作并且如果内燃发动机的功率高且因此排气温度也高时，所述排气流特别大。

由于，以此方式，在排气流的流动速率或者流动速度和其温度之间存在关联，这有利于借助于引导叶片将排气流转向到涡轮机，其也被耦接到以取决于排气温度的方式控制排气流中的引导叶片的位置的措施，以致允许热膨胀和收缩。因此这在如下情况下是可能的，即在将引导叶片的调整机构联接到移位机构的情况下，将借助于流适当冲击在涡轮机上的流体机械方面以及对热改变和引导叶片由于膨胀造成的变形的反作用这两者连接到彼此是可能的。如果排气流速率下降，则至涡轮机的流动导管通常打开得更宽，也就是说引导叶片运动到打开位置中。同时，引导叶片的温度下降，以致它们热收缩。借助于移位机构，也就是说具体地，借助于相应引导叶片朝向环形间隙的壁的移位，来补偿与环形间隙的壁有关的间隙的产生的扩大。为此目的，每个单独的引导叶片的调整机构可以被联接到相同引导叶片的移位机构。

如果调整机构和移位机构没有联接到彼此，则它们必须被单独地且彼此分离地致动。用于致动调整装置的各种机构是已知的，例如从上述US 2012/0243973 A1中已知。引导叶片的机械移位于是能够被独立地提供并且被外部装置致动。

如果调整机构和移位机构联接到彼此，则可以例如提供，每个移位机构实现引导叶片的横向于（具体地垂直于）在环形间隙中的排气流的流动方向的移位。

为此目的，可以例如提供，每个调整机构被连接到转变装置，其用于将每个引导叶片或与其连接的调整轴绕调整轴线的旋转运动转变成在调整轴线（即平行于调整轴线）的方向上的滑动运动。

作为转变装置，可以想到基本上任意类型的机械机构，其使得引导叶片的移位机构的驱动动作能够源自于引导叶片的旋转运动。

为此目的，可以例如提供，每个转变装置具有两个元件，其是第一倾斜平面和第二配对主体的形式，在旋转运动的过程期间该配对主体在所述倾斜平面上滑动，其中所述元件中的一个被紧固到第一壁，并且第二元件被紧固到调整轴或者引导叶片。例如，楔形主体形式的倾斜平面可以被设置在第一壁上或者调整轴或引导叶片上，并且具有倾斜平面的楔形主体也可以类似地被提供为配对元件。然而，也可以选择如下设计，其中单个楔形表面与直表面相互作用，也就是说与垂直于调整轴线延伸的表面相互作用或简单地与配对主体相互作用。倾斜平面或楔形表面相对于与调整轴线垂直地延伸的平面的倾斜角度可以在一度的几分之几和大约5°之间。基本上还可以想到更大角度。

转变装置可以基本上也被改进成使得每个转变装置具有相互啮合的螺纹，其首先在壁中的一个壁上且其次在调整轴和/或引导叶片上。

也可以提供，每个转变装置具有滑块引导件，其首先在壁中的一个壁上具有引导槽且其次在调整轴和/或引导叶片上具有滑块，或者相反地每个转变装置具有滑块引导件，其首先在调整轴和/或引导叶片上具有引导槽且其次在壁中的一个壁上在每种情况下均具有滑块。

为了能够实现在环形间隙的壁中的一个壁处具有特别小的引导叶片间隙，也可以有利地提供，在环形间隙中，在环形间隙的壁中的至少一个壁上，具体地在第二壁上，设置有至少一个凹部，一个或更多个引导叶片由于移位至少部分地突出到所述至少一个凹部内。所述类型的凹部可以例如被设计成使得被设置为在壁中的一个壁中（具体地在第二壁中）的环绕环形沟槽。

也可以想到的是在每种情况下，在两个壁中设置互相相对定位的凹部，引导叶片在每种情况下能够在它们的极端位置处在调整轴线的方向上至少部分地突出到所述凹部内。

附图说明

在下文中，将基于示例性实施例在附图中示出并在下文中讨论本发明。在附图中：

图1示出了用于内燃发动机的排气涡轮增压器的基本构造，

图2以部分截面示出了排气涡轮机的侧视图，

图3以平面视图示出了具有引导叶片的保持环，

图4示出了通过根据现有技术的具有调整机构的引导叶片的截面，

图5示出了通过根据现有技术的类似于图4的具有调整机构的引导叶片的截面，其处于改变的调整位置，

图6示出了具有被联接到移位机构的调整机构的引导叶片，其处于第一调整位置，

图7示出了处于第二调整位置的图6的设置，

图8示出了具有调整装置和作为移位装置的一部分的螺纹的引导叶片，并且

图9示出了具有调整装置和作为移位机构的一部分的滑块装置的引导叶片。

具体实施方式

图1是被集成到内燃发动机2中的排气涡轮增压器1的示意图。在内燃发动机2的进气导管3中集成有压缩机叶轮4，其允许预压缩进气空气。压缩机叶轮4借助于轴24被驱动，该轴24继而被固定地连接到涡轮机6。

如能够从图2看到的，涡轮机6被设置在内燃发动机2的排气导管5中并且被热的燃烧气体驱动。在此，燃烧气体首先被引导到螺旋壳体7中并且由此被周向地引导到涡轮机轮6a。在此，排气流穿过被设置在螺旋壳体7和涡轮机轮6a之间的环形间隙8。环形间隙8在涡轮机壳体的壁13和14之间延伸。在环形间隙8的区域中，设置有位置固定的引导叶片9，其在每种情况下均被单独地安装在保持板6b中，该保持板6b形成涡轮机壳体的一部分。

图3示出了保持板6b的平面视图，其具有安装在其上的引导叶片9、10、11。保持板6b可以部分地形成环形间隙8的壁13。由箭头25所示的排气流在引导叶片之间周向地流动到设置在保持板6b的中心的涡轮机轮。

每一个单独的引导叶片9、10、11均能够绕轴线（调整轴线）旋转或枢转，该轴线垂直于纸面和保持板6b，以便使得排气流转向并且控制在排气导管中的流动阻力。为此目的，引导叶片9、10、11中的每个被连接到在每种情况下均绕调整轴线可旋转的调整轴。

在此方面，图4示出了由现有技术已知的设置，在这种情况下，每个引导叶片9在每种情况下均经由安装板17a被连接到调整轴17，并且绕调整轴线12可旋转。引导叶片9设置在其中的空间形成为在壁13和14之间的环形间隙8。在引导叶片9的背离轴17的该侧和第二壁14之间形成引导叶片间隙15，所述引导叶片间隙15应该保持尽可能小。

图5示出了图4的引导叶片9，其处于相对于图4中的位置被调整成的第二角度位置。引导叶片间隙15基本上不变。通常，针对也涉及不同排气温度的不同排气流提供引导叶片9的两个相互不同的位置（如图4和图5中所示）。因此，在图4和图5中的情况下，引导叶片9被暴露于不同温度并且因此在调整轴线12的方向和与其垂直的方向上热膨胀到不同程度。因此，引导叶片间隙15在示出的这两种情况下将具有不同宽度。本发明用于针对不同的温度条件借助于引导叶片的移位提供补偿设施。

为此目的，图6示出了转变装置18a、18b，其提供在第一壁13的区域内的倾斜平面18a，被连接到引导叶片9'的楔形主体18b在调整轴17的旋转过程期间在该倾斜平面上滑动。因此，实现了楔形主体18b在箭头26的方向上的移位且因此也实现了引导叶片9'在箭头26的方向上的移位。

图7示出了图6中的改进，但示出了其中引导叶片9'相对于图6中的位置已经被调整。例如，图7中所示的位置比图6中所示的位置对应于更小的排气流，以致与其它引导叶片相互作用的图7中的引导叶片9'已经被打开。这种情况也对应于比图6中的位置更低的排气温度，以致相对于图6中的情况，引导叶片呈现较小的热膨胀。与通过调整轴17的旋转进行调整同时，在图7中的位置中也实现了引导叶片9'在箭头26的方向上的移位，以便在图7中实现了相对于图6减小或至少相等的引导叶片间隙15。

在图7中，在第二壁14中的凹部23被虚线示出，该凹部可以例如被提供作为保持引导叶片的在环形保持板内的环绕沟槽。引导叶片9'能够随着渐进移位突出到所述凹部23中以便实际上为排气流消除引导叶片间隙15。

图8示出了另外的转变机构，其将引导叶片9''的调整轴17的旋转转变成在箭头26的方向上的移位。在调整轴17上附接有外部螺纹20，该外部螺纹20接合到第一壁13的螺纹中。因此借助于调整轴17的旋转实现了引导叶片9''在方向26上的移位。

图9示出了另外的转变机构，其借助于被紧固到调整轴17的滑块21直接用作移位装置，该滑块在第一壁13的引导槽内行进。作为第一壁13中的孔中的环绕沟槽的引导槽22相对于调整轴线12倾斜地定向，这具有如下效果，即当调整轴17旋转时，所述调整轴在轴向方向26上运动，借此引导叶片9'''也相应地运动。

Claims (10)

1.一种用于内燃发动机（2）的排气涡轮增压器（1），所述内燃发动机（2）具有用于空气的进气导管（3）并且具有排气导管（5）并且具有设置在所述排气导管中的涡轮机（6）和设置在所述进气导管中的压缩机叶轮（4），所述涡轮机和压缩机叶轮二者被设置在共同的轴（24）上，其中，所述排气导管具有同轴地围绕所述涡轮机（6）的螺旋壳体（7），并且其中，在所述螺旋壳体和所述涡轮机之间设置有环形间隙（8），所述排气流通过所述环形间隙（8）周向地流动到所述涡轮机，并且其中，在所述环形间隙中设置有引导叶片（9、9'、9''、9'''、10、11），所述引导叶片（9、9'、9''、9'''、10、11）能够借助于调整机构（12、17）绕调整轴线（12）旋转，用于控制流动阻力的目的，其特征在于，所述引导叶片（9、9'、9''、9'''、10、11）的所述调整机构额外地具有用于所述引导叶片（9、9'、9''、9'''、10、11）在所述环形间隙（8）中移位的移位机构（18、18a、18b、20、21、22）。

2.根据权利要求1所述的排气涡轮增压器，其特征在于，所述环形间隙（8）由两个壁（13、14）至少部分地界定，其中，所述引导叶片被安装在所述壁中的第一壁（13）中，以便能够绕所述调整轴线（12）旋转，并且在每种情况下均与另一个第二壁（14）形成一个引导叶片间隙（15），所述间隙能够通过所述移位机构（18、18a、18b、20、21、22）的致动被调整。

3.根据权利要求1或2所述的排气涡轮增压器，其特征在于，每个移位机构（18、18a、18b、20、21、22）被机械地联接到所述调整机构（12、17）。

4.根据权利要求1、2或3所述的排气涡轮增压器，其特征在于，每个移位机构（18、18a、18b、20、21、22）实现所述引导叶片（9、9'、9''、9'''、10、11）的横向于、具体地垂直于所述环形间隙（8）中的所述排气流的流动方向（16）的移位。

5.根据权利要求3或之后的一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于，每个调整机构（12、17）被连接到转变装置（18、18a、18b、20、21、22），用于将每个引导叶片（9、9'、9''、9'''、10、11）或与其连接的调整轴（17）绕所述调整轴线（12）的旋转运动转变成在所述调整轴线（12）的方向上的滑动运动。

6.根据权利要求5所述的排气涡轮增压器，其特征在于，每个转变装置（18、18a、18b、20、21、22）具有两个元件，所述两个元件是第一倾斜平面（18a）和第二配对主体（18b）的形式，在旋转运动的过程期间，所述配对主体（18b）在所述倾斜平面上滑动，其中，所述元件中的一个被紧固到所述第一壁（13），并且所述第二元件被紧固到所述调整轴（17）或者所述引导叶片（9'、10、11）。

7.根据权利要求3所述的排气涡轮增压器，其特征在于，每个转变装置（18、18a、18b、20、21、22）具有相互啮合的螺纹（20），其首先在所述壁（13、14）中的一个壁上且其次在所述调整轴（17）和/或所述引导叶片（9''、10、11）上。

8.根据权利要求3所述的排气涡轮增压器，其特征在于，每个转变装置（18、18a、18b、20、21、22）具有滑块引导件（21、22），其首先在所述壁（13、14）中的一个壁上具有引导槽（22）且其次在所述调整轴（12）和/或所述引导叶片（9'''、10、11）上具有滑块（21），或者相反地每个转变装置（18、18a、18b、20、21、22）具有滑块引导件，其首先在所述调整轴和/或所述引导叶片上具有引导槽且其次在所述壁中的一个壁上在每种情况下均具有滑块。

9.根据权利要求1或之后的一项所述的排气涡轮增压器，其特征在于，在所述环形间隙（8）中，在所述环形间隙（8）的所述壁（13、14）中的至少一个壁上，具体地在所述第二壁（14）上，设置至少一个凹部（25），一个或更多个引导叶片（9、9'、9''、9'''、10、11）由于移位至少部分地突出到所述至少一个凹部（25）内。

10.根据权利要求9所述的排气涡轮增压器，其特征在于，所述凹部（25）被设置为在所述壁（13、14）中的一个壁中、具体地在所述第二壁（14）中的环绕环形沟槽。