CN108798797A - 制造包括可变涡轮机几何结构的废气涡轮增压器的方法 - Google Patents

制造包括可变涡轮机几何结构的废气涡轮增压器的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于制造包括可变涡轮机几何结构(2)的废气涡轮增压器(1)并且用于在这样的可变涡轮机几何结构(2)的情况下调节预定流率的方法，所述方法至少包括以下步骤：‑提供包括可变涡轮机几何结构(2)的废气涡轮增压器(1)，所述可变涡轮机几何结构具有可旋转地支撑在叶片轴承环(3)中的至少多个导流叶片(4)，‑指定预定义的额定最小流量横截面(5)，‑检测处于其最小流量位置的相邻的导流叶片(4)之间的最短距离以确定导流叶片间隙横截面(6)，‑将间隔开所述叶片轴承环(3)和盖板(8)的间隔元件(9)压入所述叶片轴承环(3)中，‑检测这样的间隔元件(9)和这样的导流叶片(4)之间的高度差以确定泄漏横截面(7)，‑对与所提供的额定最小流量横截面(5)相关的导流叶片距离(10)进行建模计算，‑分别调节或闭合各个导流叶片(4)，直到达到所述额定最小流量横截面(5)，‑通过止动件(11)固定所述导流叶片(4)在所述额定最小流量横截面(5)的情况下的所述最小流量位置。

Description

制造包括可变涡轮机几何结构的废气涡轮增压器的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造包括可变涡轮机几何结构的废气涡轮增压器以及用于在这样的可变涡轮机几何结构的情况下调节预定义吞吐量的方法。本发明还涉及一种增压器，特别是根据权利要求10的前序部分所述的废气涡轮增压器。
背景技术
在多个不同实施例替代方案中，用于生产包括可变涡轮机几何结构的废气涡轮增压器的方法是众所周知的。借助于可变涡轮机几何结构，可以使响应性更好地适应于诸如负载变化的不同的运行条件。为此目的，原则上定位多个导流叶片，所述多个导流叶片可旋转地支撑在叶片轴承环中并且围绕涡轮机叶轮在圆周方向上均匀地布置。可调导流叶片由此依据速度范围将废气流尽可能最佳地引导到废气涡轮增压器的涡轮机叶轮上。在还描述了最小流量位置的最大闭合导流叶片位置的情况下，流速的高的周向分量和高的焓梯度导致高的涡轮机输出并因此导致高的增压压力。在也被标识为最大流量位置的最大开启导流叶片位置，涡轮机的最大吞吐量可以到达在速度矢量的高的向心百分比的情况下的流量。分别与旁通阀或废气门解决方案相比，在可变涡轮机几何结构的情况下的功率控制的优点在于：全部废气质量流总是分别被引导穿过涡轮机并用于或可用于性能实现。对导流叶片调节的控制可以经由多个不同的气动或电气位置进行。
从DE102008005121A1中已知一种用于在涡轮增压器的可变涡轮机几何结构的情况下调节预定义吞吐量(throughput)的方法。该方法具有以下步骤：提供包括可变涡轮机几何结构的涡轮增压器，可变涡轮机几何结构由多个旋转叶片组成，其中该涡轮增压器具有涡轮机和压缩机；指定待调节的与涡轮增压器的预定义吞吐量相关的预定的额定参数；通过气体介质来驱动涡轮增压器，气体介质被调节成使得：当可变涡轮机几何结构的旋转叶片呈现涡轮增压器具有预定吞吐量的位置时，达到该额定参数；确定并比较所获得的实际参数与预定的额定参数，如果获得的实际参数偏离预定的额定参数，则，进行对旋转叶片的调节。该额定参数是指定的额定速度、预定的额定吞吐量或预定的额定增压压力。
已知的用于调节这样的可变涡轮机几何结构的方法的缺点是，一方面用于调节最小流量的处理在时间和复杂性方面非常宽泛，另一方面对可变涡轮机几何结构特定最小流量调节系统的投资成本以及对更换工具的投资成本也非常高。
当前的用于调节可变涡轮机几何结构的方法的另一缺点是，在最小流量调节处理期间，通过经过废气涡轮增压器的整个吞吐量，仅将额定最小流量横截面确定为当前的大致情况。然而，在短暂的运行时间之后，由于废气残余物和部件变形已经减小了泄漏横截面，由此最小流量横截面相应地减小并因此不再对应于额定最小流量横截面。
发明内容
因此，本发明解决了指定用于生产废气涡轮增压器同时优化废气涡轮增压器的运行的方法的问题，其克服了现有技术已知的缺点。
根据本发明，该问题通过独立权利要求1的主题来解决。有利的实施例是从属权利要求的主题。
本发明基于在生产工序中单独地测量各个废气涡轮增压器的总体思路，这样测量使得在对额定最小流量横截面的建模计算中，也考虑了由有时不可避免的生产不准确性引起的特定的泄漏横截面以及特定的导流叶片间隙横截面，使得针对各个废气涡轮增压器确定了最小流量的废气涡轮增压器特定最小流量导流叶片距离。作为建模计算的结果，可以放弃用于单独地调节经过废气涡轮增压器的最小流量的其他必需的复杂且大量的流体流动。为此目的，所述用于制造包括可变涡轮机几何结构的这样的废气涡轮增压器并用于在这样的可变涡轮机几何结构的情况下调节预定吞吐量的方法包括以下步骤：提供具有这样的可变涡轮机几何结构的废气涡轮增压器，所述可变涡轮机几何结构至少具有可旋转地支撑在叶片轴承环中的多个导流叶片；指定预定义的额定最小流量横截面；检测处于其最小流动位置的相邻的导流叶片之间的最短距离以确定导流叶片间隙横截面；将间隔开所述叶片轴承环和盖板的间隔元件压入所述叶片轴承环中；检测这样的间隔元件和这样的导流叶片之间的高度差以确定泄漏横截面；对与所提供的额定最小流量横截面相关的导流叶片距离进行建模计算；分别调节或闭合各个导流叶片，直至达到额定最小流量横截面；通过可变止动件固定导流叶片在额定最小流量横截面的情况下的最小流量位置。根据本发明的方法一方面具有与降低生产成本相关联的减少生产工序的复杂性的优点，并且另一方面具有优化最小流量的精度可以通过精确检测泄漏横截面和导流叶片间隙横截面来实现以使得废气涡轮增压器的驱动功率提高的优点。此外，根据本发明的方法与已知方法相比在减少废品方面是有利的，因为最小流量在废气涡轮增压器的生产工序中已经被调节。可能存在的问题特别是单个废品的问题已经可以被检测到，因此可以在早期得到解决。与此相反，由于在传统的最小流量调节处理的情况下的相邻的生产工序，因此难以获得有价值的零件回收来减少浪费。
在根据本发明的方法的有利的进一步扩展中，通过光学测量来进行为了确定导流叶片间隙横截面检测相邻导流叶片之间的距离和/或检测这样的间隔元件和这样的导流叶片之间的高度差。所述光学测量通过提高测量速度而提供最优化的响应于生产的时钟周期。另外，对废气涡轮增压器的各个部件的光学测量提供了对废品的早期检测。有利地并且优选地，所述光学测量对各个导流叶片的焊接处理以及间隔元件压入叶片轴承环中的压入处理持续地并且同时地进行。
另一实施例提供了通过机械扫描来检测这样的间隔元件和这样的导流叶片之间的高度差。
在另一个有利的进一步扩展中，泄漏横截面通过最高隔离元件和最低导流叶片之间的最大可能高度差乘以围绕导流叶片的相应旋转轴线而产生的周长。最大可能泄漏横截面的确定简化并加速了测量，因为从相应的导流叶片到盖板的单个泄漏横截面不需要相对于相应的圆弧累加。但应该注意的是，在本发明的场景中，通过累加导流叶片特定泄漏横截面而对泄漏横截面的精确测量也被明确地保护。
在一有利的实施例中，经由可调节的机械止动件和/或经由通过电气控制装置进行的电气限制来进行对导流叶片的最小流量位置的固定。各个导流叶片通常与调节环接触，该调节环用于调节导流叶片的位置，并通过伺服电动机或真空单元调节。根据本发明，调节环在可变涡轮机几何结构的最小流量位置的情况下分别撞击止动件，或者分别受电气限制，从而不会超过各个导流叶片的最小流动位置。
在根据本发明的方法的优选进一步扩展中，分别响应于各个导流叶片的调节或闭合进行对实际的最小流量横截面的连续的测量，特别是光学测量，直到达到额定最小流量横截面。
在进一步优选的进一步扩展中，在各个导流叶片的最小流量位置被固定之后，通过对在导流叶片的开启和闭合处理之后的实际最小流量横截面的重复的测量特别是光学测量以及随后与额定最小流量横截面的平衡来监控调节处理。
该方法的有利的进一步扩展提供了额定最小流量横截面，所述额定最小流量横截面在运行期间特别是基于待检测的沉积物和/或部件变形而变化；提供了对导流叶片距离进行建模计算以与变化的额定最小流量横截面相关联；提供了针对变化的额定最小流量横截面而对导流叶片的连续调节；以及提供了通过分别对预定的额定最小流量横截面止动的特别是电气可调节的可变止动件进行固定导流叶片的最小流量位置。该方法所述的进一步扩展对特别是由于废气残留物的沉积物而导致上述泄漏横截面的减小的问题具有积极影响，因为使额定最小流量横截面持续地适应。
变化的额定最小流量横截面有利地通过在运行期间改变的参数特别是运行时间、增压压力或轴的转速来适应。应该注意的是，为了改变额定最小流量横截面，所有可能的参数也可以被包括在对相应可行的导流叶片距离进行的建模计算中。
本发明的其他重要特征和优点从附属权利要求、附图和基于附图的相应附图说明而得出。
不言而喻，上述特征和将在下面描述的特征在不脱离本发明的范围的情况下不仅能够以各自指定的组合使用，而且可以以其他组合使用或单独使用。
附图说明
本发明的优选示例性实施例在附图中示出并将在下面的描述中更详细地描述，其中相同的附图标记指代相同的或相似的或功能相同的部件。
分别示意性地，
图1示出了根据本发明的增压装置特别是废气涡轮增压器的增压装置的俯视图，其中在可变涡轮机几何结构的区域中没有安装盖板，
图2示出了图1的废气涡轮增压器的侧视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的增压装置15特别是废气涡轮增压器1的俯视图，其中为了清楚起见，在可变涡轮机几何结构2的区域中没有图示盖板8，并且对后者仅进行了暗示。废气涡轮增压器1具有多个导流叶片4，所述多个导流叶片围绕相应的旋转轴线12可旋转地支撑在叶片轴承环3中。相邻的导流叶片4各自具有导流叶片距离10，其与导流叶片4的相应的高度17一起限定了导流叶片间隙横截面6。通过焊接在导流叶片4上，相应的导流叶片距离10可以与相应的相邻的导流叶片4明显不同。可以通过光学测量进行对导流叶片距离10的测量。
图2示出了图1的废气涡轮增压器1的侧视图，从中可以看到间隔元件9和导流叶片4之间的高度差。分别主要由于不可避免的生产不准确性或一般公差以及配合，间隔元件9的高度16通常大于各个导流叶片4的高度17，由此泄漏横截面7经由两个高度16，17来限定。对间隔元件9和导流叶片4之间的高度差的测量也可以通过光学测量或通过机械扫描各个空置部件来进行。对于根据本发明的方法优选的泄漏横截面7的简化测量可以通过最高隔离元件9和最低导流叶片4之间的最大可能高度差乘以周长来实现，该周长经由各个导流叶片4的旋转轴线12来确定。相反，通过对各个泄漏横截面的导流叶片特定测量，对泄漏横截面7的测量可以更宽泛且更精确7。相应的导流叶片4的各个泄漏横截面7由此确定并且随后累加以确定总的泄漏横截面7。
为了生产包括这样的可变涡轮机几何结构2的这样的废气涡轮增压器1，以及为了在恰好这样的可变涡轮机几何结构2的情况下调节预定义的吞吐量，需要从程序方面观察以下步骤。首先，在两个附图中示出的废气涡轮增压器1将被提供，该废气涡轮增压器1包括以多个可旋转地支撑的导流叶片4呈现的可变涡轮机几何结构2。类似地提供预定义的额定最小流量横截面5用于其他步骤，其理想地可以例如针对连接到废气涡轮增压器1的内燃机而设计。通常，三个间隔元件9用于间隔仅在图1中暗示的盖板8，所述盖板8被压入到叶片轴承环3中。对上述导流叶片间隙横截面6的检测以及对同样上述的泄漏横截面7的检测可以优选通过光学测量来进行。可以通过光学测量的值进行对与先前指定的额定最小流量横截面5相关的导流叶片距离10的建模计算。然后可以调节特别是闭合各个导流叶片4，直到达到额定最小流量横截面5。一旦各个导流叶片4分别相对于额定最小流量横截面5分别到达期望或预定的位置，借助于特别是可变的止动件11来固定相应的导流叶片位置。对叶片位置的固定可以经由特别是可调节的机械止动件13和/或经由通过电气控制装置14进行的电气限制而进行。不言而喻，也可以想到固定止动件11。止动件11也可以作为焊接到叶片轴承环3的销呈现。止动件11也可以作为包括可塑性变形头部的销呈现(如在DE112010004596T5中那样)。
通过图1所示的导流叶片间隙横截面6和图2所示的泄漏横截面7的总和可以确定废气涡轮增压器特定最小流量横截面。导流叶片4可以被调节成使得废气涡轮增压器1的最小流量横截面对应于预定义的额定最小流量横截面5。为此目的，进行对与额定最小流量横截面5相关的特定导流叶片距离10的建模计算。各个导流叶片4可以通过特别是可变止动件11这样调节成使得相应的导流叶片4最大限度地闭合，直到达到额定最小流量横截面5。为此目的，废气涡轮增压器1具有机械止动件13或电气控制装置14。
可以进一步检测在运行期间特别是由于沉积物和/或部件变形而改变的额定最小流量横截面5。变化的额定最小流量横截面5可以优选地通过在运行期间改变的参数特别是运行时间、增压压力或者轴的转速来调节。原则上，在对相应可行的导流叶片距离10的建模计算中，也可以考虑有助于改变额定最小流量横截面5的所有可能的参数。对导流叶片距离的建模计算10可以设计成使得其相关以便匹配变化的额定最小流量横截面5。针对变化的额定最小流量横截面5而对导流叶片4的调节可以持续地进行。为此目的，这样的电气可调止动件11可以优选地用于固定。借助于通过可变止动件11对各个导流叶片4的位置的电气可调性，可以使导流叶片距离10适应于持续变化的额定最小流量横截面5。在导流叶片4和盖板8之间的区域中特别是由于废气残留物或部件变形的沉积而产生的泄漏横截面7的减小的问题可以分别基于此来解决或影响。
另外，在固定各个导流叶片4的位置之后，可以进行调节处理的监控。可以通过对在各个导流叶片4的开关处理之后的实际的最小流量截面的第二次光学测量以及与额定最小流量横截面5的下游平衡来进行重复检测。事实上，所描述的对各个导流叶片4的调节处理的检查可以以一定频率重复。

Claims (10)

1.一种用于制造包括可变涡轮机几何结构(2)的废气涡轮增压器(1)并且用于在这样的可变涡轮机几何结构(2)的情况下调节预定义吞吐量的方法，所述方法至少包括以下步骤：
-提供包括可变涡轮机几何结构(2)的废气涡轮增压器(1)，所述可变涡轮机几何结构具有可旋转地支撑在叶片轴承环(3)中的至少多个导流叶片(4)，
-指定预定义的额定最小流量横截面，
-检测处于其最小流量位置的相邻的导流叶片(4)之间的最短距离以确定导流叶片间隙横截面(6)，
-将间隔开所述叶片轴承环(3)和盖板(8)的间隔元件(9)压入所述叶片轴承环(3)中，
-检测这样的间隔元件(9)和这样的导流叶片(4)之间的高度差以确定泄漏横截面(7)，
-对与所提供的额定最小流量横截面(5)相关的导流叶片距离(10)进行建模计算，
-分别调节或闭合各个导流叶片(4)，直到达到所述额定最小流量横截面(5)，
-通过止动件(11)固定所述导流叶片(4)在所述额定最小流量横截面(5)的情况下的所述最小流量位置。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
通过光学测量来进行检测相邻的导流叶片(4)之间的距离和/或检测这样的间隔元件(9)和这样的导流叶片(4)之间的高度差。
3.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
通过机械扫描来进行检测这样的间隔元件(9)和这样的导流叶片(4)之间的高度差。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其特征在于
泄漏横截面(7)通过最高的隔离元件(9)和最低的导流叶片(4)之间的最大可能高度差乘以围绕所述导流叶片(4)的相应旋转轴线(12)产生的周长。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，
其特征在于
经由可调节的机械止动件(13)和/或经由通过电气控制装置(14)进行的电气限制来固定所述导流叶片(4)的位置。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，
其特征在于
响应于各个导流叶片(4)的调节或闭合进行对实际的最小流量横截面的连续的测量，特别是光学测量，直到达到所述额定最小流量横截面(5)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，
其特征在于
在各个导流叶片(4)的位置被固定之后，通过对在所述导流叶片(4)的开关处理之后的实际的最小流量横截面以及随后与所述额定最小流量横截面(5)的平衡来监测所述调节处理。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，
其特征在于
-检测在运行期间特别是基于沉积物和/或部件变形而改变的额定最小流量横截面(5)，
-将对所述导流叶片距离(10)进行建模计算与变化的额定最小流量横截面(5)相关联，
-进行针对所述变化的额定最小流量横截面(5)而对所述导流叶片(4)的连续调节，
-通过分别对预定的所述额定最小流量横截面(5)止动的特别是可电气调节的止动件(11)进行对所述导流叶片(4)的位置的固定。
9.根据权利要求8所述的方法，
其特征在于
通过在所述运行期间的参数特别是运行时间、增压压力或轴的转速来适应变化的所述额定最小流量横截面(5)。
10.一种增压器(15)，特别是根据前述权利要求之一所述的方法制造的废气涡轮增压器(1)。
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