CN109653812A - 用于涡轮机的阀瓣组件、涡轮机和废气涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于废气涡轮增压器的涡轮机的阀瓣组件、尤其用于该涡轮机的废气旁通阀的阀瓣组件，该阀瓣组件包括：主轴，其用于将该阀瓣组件可旋转地支承在涡轮机壳体中；杠杆臂，其中该杠杆臂与该主轴联接；以及阀瓣盘，其中该阀瓣盘与该杠杆臂联接。该杠杆臂的至少一部分被弹性地设计成使得当该阀瓣盘与该涡轮机壳体中的阀瓣座处于接触中时，能够通过向该阀瓣组件施加闭合力实现该阀瓣盘相对于该主轴的相对运动，从而补偿该涡轮机壳体的热变形和/或磨损。

Description

用于涡轮机的阀瓣组件、涡轮机和废气涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种用于废气涡轮增压器的涡轮机的阀瓣组件以及一种具有对应阀瓣组件的涡轮机和废气涡轮增压器。
背景技术
已知的废气涡轮增压器具有带有涡轮机叶轮的涡轮机，该涡轮机叶轮由燃烧发动机的废气流驱动。与涡轮机叶轮设置在共同的轴上的压缩机叶轮压缩为了发动机而吸入的新鲜空气，从而提高新鲜空气的压力。由此，供发动机用于燃烧的空气量或者氧气量提高，这进而导致燃烧发动机的功率提升。在此，由于涡轮机叶轮与压缩机叶轮联接，将要形成的压力始终取决于所输送的废气量。在某些运行状态中，需要降低或调节作用在压缩机上的驱动能量。
为此尤其使用废气旁通阀，这些废气旁通阀能够释放或封闭旁通通道或废气门通道。废气能够被引导通过废气旁通阀和旁通管并且由此在涡轮机周围被引导，从而不再使全部废气量都作用在涡轮机叶轮上。这些废气旁通阀在大多数情况下被设计为由执行器致动的瓣阀。对于已知的阀瓣组件，阀瓣盘与杠杆臂固定相连，其中，杠杆臂与主轴联接，主轴可旋转地支承在涡轮机壳体中。热的废气流使涡轮机剧烈升温，从而使涡轮机壳体达到高温。高温导致涡轮机壳体中发生热膨胀。但是由于并非到处都存在同样的温度且涡轮机壳体的对应区域中的壁厚度可能互不相同，因此热膨胀的程度并非到处都一样大。由此可能造成在涡轮机壳体中用于阀瓣组件的阀瓣座相对于其中支承有阀瓣组件的孔发生热变形。热变形是成问题的，因为对于这种刚性的阀瓣组件而言热变形会导致泄漏，因为刚性的阀瓣盘不再平坦地放置在阀瓣座上。增加的泄漏进而导致性能损失。即使通过执行器借助过高的调整力也仅能够部分地补偿热变形的问题。
发明内容
因此，本发明的目标是提供一种用于废气涡轮增压器的涡轮机的阀瓣组件，该阀瓣组件能够补偿热变形。
本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于涡轮机的阀瓣组件、一种根据权利要求12所述的涡轮机、以及一种根据权利要求14所述的废气涡轮增压器。
根据本发明的用于废气涡轮增压器的涡轮机的阀瓣组件，尤其用于涡轮机的废气旁通阀的阀瓣组件，包括：主轴，其用于将该阀瓣组件可旋转地支承在涡轮机壳体中；杠杆臂，其中该杠杆臂与该主轴联接；以及阀瓣盘，其中该阀瓣盘与该杠杆臂联接。该杠杆臂的至少一部分被弹性地设计成使得当该阀瓣盘与该涡轮机壳体中的阀瓣座处于接触中时，能够通过向该阀瓣组件施加闭合力实现该阀瓣盘相对于该主轴的相对运动，从而补偿该涡轮机壳体的热变形和/或磨损。通过杠杆臂的根据本发明的设计方案，当在阀瓣组件处于闭合状态下对应地向其施加力时，杠杆臂由于其至少部分地弹性的设计方案而轻微地弹性变形(例如弯曲)，从而补偿阀瓣座的在涡轮增压器运行中产生的热变形所导致的偏差，以便将主轴支承在涡轮机壳体(例如以衬套孔的形式)中。这样使得即使在使用时和在废气门的范围中出现对应高温以及由此产生热变形的情况下，也使阀瓣盘更好地贴合在阀瓣座上并且由此使废气门通道更好地密封。同样的做法适用于补偿(不均匀的)磨损，该磨损可能导致泄漏。更好的密封等同于更少的泄漏，更少的泄漏进而可以实现降低施加到阀瓣组件上的闭合力。此外，通过阀瓣组件的根据本发明的设计方案避免了阀瓣组件卡住的危险。
在这些设计方案中，仅杠杆臂的子区域可以是弹性地设计的。该弹性的子区域能够具有相比于其余杠杆臂减小的横截面积。
在可以与所有迄今所述的设计方案组合的设计方案中，该杠杆臂可以被设计成并且相对于该主轴和该阀瓣盘设置成使得当该涡轮机壳体没有出现热变形时，该弹性的子区域由于该闭合力而基本上承受压力。弹性的子区域的这种设置和设计方案具有如下优点：实际上仅在出现热变形和/或阀瓣盘由于例如磨损等其他原因而无法再完全平坦地放置在阀瓣座上时，才产生弹性的子区域的所期望的作用(即对热变形或磨损的补偿)。如果没有出现热变形或阀瓣盘完全平坦地放置在阀瓣座上，则弹性的子区域仅仅承受压力，从而阀瓣盘与主轴之间几乎不产生相对运动。如果由于热变形或其他原因阀瓣盘不再完全平坦地放置在阀瓣座上(产生泄漏)，则当阀瓣组件的闭合状态中向该阀瓣组件施加闭合力时向弹性的子区域中导入力矩。力矩由于杠杆臂的至少部分的弹性而导致阀瓣盘相对于主轴的相对运动，从而阀瓣盘再次完全平坦地放置在阀瓣座上。
在可以与所有迄今所述的设计方案组合的设计方案中，该杠杆臂可以至少具有第一杠杆臂区段和第二杠杆臂区段，其中第二杠杆臂区段的端部与阀瓣盘联接。弹性的子区域能够设置在第二杠杆臂区段的区域中。替代性地，弹性的子区域也能够设置在第一杠杆臂区段中。还可能的是，提供两个弹性的子区域，相应地一个在第一杠杆臂区段中、一个在第二杠杆臂区段中。
在一种替代性的设计方案中，该杠杆臂的主要部分、尤其整个杠杆臂可以被弹性地设计成用于补偿热变形。
在可以与所有迄今所述的设计方案组合的设计方案中，该杠杆臂的这些弹性的子区域可以与该杠杆臂的其余区域和/或该主轴相比具有较小的弯曲刚度。
在可以与所有迄今所述的设计方案组合的设计方案中，该主轴和该杠杆臂可以设计成一体的。
在可以与所有迄今所述的设计方案组合的设计方案中，该阀瓣盘可以与该杠杆臂固定相连。尤其，杠杆臂能够与阀瓣盘焊接。
在可以与所有迄今所述的设计方案组合的设计方案中，该阀瓣盘可以在其上侧具有球状凹口，该杠杆臂的球状端部设置在该球状凹口中。
本发明此外包括一种用于具有涡轮机壳体和废气旁通阀的废气涡轮增压器的涡轮机，该废气旁通阀适合于引导废气经过涡轮机的涡轮机叶轮。该废气旁通阀包括根据前述设计方案中任一个所述的阀瓣组件。
在涡轮机的设计方案中，涡轮机壳体能够具有衬套孔，在该衬套孔中设置衬套，其中，阀瓣组件的主轴能够可旋转地支承在衬套中。
本发明还包括一种废气涡轮增压器，其具有根据前述设计方案中任一个所述的涡轮机。
以下借助附图来描述本发明的其他细节和特征。
附图说明
图1示出从现有技术中已知的阀瓣组件的侧视图；
图2示出根据本发明的阀瓣组件的第一实施例的截面图；
图3示出根据本发明的阀瓣组件的第二实施例的截面图。
具体实施方式
下面借助附图来描述根据本发明的阀瓣组件10的实施例以及带有这种阀瓣组件10的涡轮机和对应的废气涡轮增压器。
图1示出从现有技术中已知的用于废气涡轮增压器的涡轮机的阀瓣组件10。阀瓣组件10具有主轴100、杠杆臂200和阀瓣盘300。在用于废气涡轮增压器中时，阀瓣组件10通过主轴100以围绕旋转轴线400可旋转的方式支承在涡轮机壳体中，从而通过阀瓣组件10能够有针对性地封闭或释放通孔，例如废气门的通孔。
图2和图3示出用于废气涡轮增压器的涡轮机、尤其用于涡轮机的废气旁通阀的阀瓣组件10的根据本发明的实施例。根据本发明的阀瓣组件也包括用于将阀瓣组件10可旋转地支承在涡轮机壳体中的主轴100、杠杆臂200和阀瓣盘200。杠杆臂200与主轴100和阀瓣盘300联接。主轴100在杠杆臂200的第一端部与杠杆臂200联接。阀瓣盘300在杠杆臂200的第二端部与杠杆臂200联接。对于根据本发明的阀瓣组件10，杠杆臂200的至少一部分是弹性地设计的。杠杆臂200(的该部分)的弹性在此使得通过在阀瓣组件10的安装状态下向其施加闭合力且当阀瓣盘300与涡轮机壳体中的阀瓣座处于接触中时，可以实现阀瓣盘300相对于主轴100的相对运动。通过这种相对运动能够补偿涡轮机壳体的热变形和/或磨损。
通过杠杆臂200的根据本发明的设计方案，在阀瓣组件10处于闭合状态下对应地向其施加力时，杠杆臂200由于其至少部分地弹性的设计方案而轻微地弹性变形(例如弯曲)。从而能够补偿阀瓣座的在涡轮增压器运行中产生的热变形而导致的偏差，以便将主轴100支承在涡轮机壳体(例如以衬套孔的形式)中。这样使得即使在使用时和在废气门的范围中出现对应高温以及由此产生热变形的情况下，也使阀瓣盘300更好地贴合在阀瓣座上并且由此使废气门通道更好地密封。同样的做法适用于补偿(不均匀的)磨损，该磨损可能导致泄漏。更好的密封等同于更少的泄漏，更少的泄漏进而可以实现降低施加到阀瓣组件10上的闭合力。在大型涡轮增压器和对应大的阀瓣盘300中，阀瓣盘300延伸直至(大约)主轴100的旋转轴线400下方。这可能提高卡住的可能性。阀瓣组件的根据本发明的设计方案能够避免阀瓣组件10卡住的危险。
在图2的实施例中，仅杠杆臂200的子区域220是弹性地设计的。弹性的子区域220在该实例中具有相比于其余杠杆臂200减小的横截面积。如果杠杆臂200具有圆形的横截面，则弹性的子区域能够具有例如比杠杆臂的其余区域小的直径。优选地，弹性的子区域的边缘区域中的直径连续地(即流畅地)变细或变宽，从而不形成梯级(参见图2)。
如同样在图2中示出的，杠杆臂200能够被设计成并且相对于主轴100和阀瓣盘300设置成使得弹性的子区域220由于闭合力基本上承受压力，尤其是当涡轮机壳体没有出现导致阀瓣座上的阀瓣盘300倾斜的热变形时。弹性的子区域220的这种安排和设计方案具有如下优点：实际上仅在出现热变形和/或阀瓣盘300由于例如磨损等其他原因而无法再完全平坦地放置在阀瓣座上时，才产生弹性的子区域220的所期望的作用(即对热变形或磨损的补偿)。如果没有出现热变形或阀瓣盘300完全平坦地放置在阀瓣座上，则弹性的子区域220仅仅承受压力，从而阀瓣盘300与主轴100之间几乎不产生相对运动。如果由于热变形或其他原因阀瓣盘300不再完全平坦地放置在阀瓣座上(产生泄漏)，则当阀瓣组件10的闭合状态中向阀瓣组件10施加闭合力时向弹性的子区域220中导入力矩。力矩由于杠杆臂200的至少部分的弹性而导致阀瓣盘300相对于主轴100的相对运动，从而阀瓣盘300再次完全平坦地放置在阀瓣座上。杠杆臂的其余区域在这种情况下保持刚性，从而在这些区域中没有出现杠杆臂200以及由此阀瓣组件10的不期望的变形。
如在图2的实例中可以看出的，杠杆臂200能够至少具有第一杠杆臂区域230和第二杠杆臂区段240，其中第二杠杆臂区段240的端部210与阀瓣盘300联接。第一杠杆臂区段210和第二杠杆臂区段能够例如围成在20°与80°之间、尤其在30°与70°之间、优选在40°与60°之间的角度250。在图2中示出的实施例中，第二杠杆臂区段240基本上垂直于阀瓣盘300的上侧310延伸。弹性的子区域220设置在第二杠杆臂区段240的区域中。替代性地，弹性的子区域220也能够设置在第一杠杆臂区段230中。视设计方案而定还可能的是，提供两个弹性的子区域220，相应地一个在第一杠杆臂区段230中、一个在第二杠杆臂区段240中。还能够在第一杠杆臂区段230中和/或在第二杠杆臂区段240中提供多个子区域220。
在图3的替代性设计方案中，杠杆臂200的主要部分形成为弹性的以用于补偿热变形。还尤其能够以此方式来设计整个杠杆臂200。这能够例如因此实现：完整的杠杆臂200相比于主轴100或与已知的杠杆臂相比(参见图1)具有小的横截面积。现在如果闭合力作用于阀瓣组件10，则杠杆臂200由于较小的横截面积(以及由此降低的弯曲刚度)表现为弹性的，从而能够补偿涡轮机壳体的热变形和/或磨损。
尤其，在所有实施例中，杠杆臂200的该或这些弹性的子区域220具有比杠杆臂200的其余区域和/或主轴100的弯曲刚度较小的弯曲刚度。
对于图2和图3的两个设计方案能够提出，主轴100和杠杆臂200设计成一体的。阀瓣盘300此外与杠杆臂200固定相连。尤其，杠杆臂200与阀瓣盘300之间的连接能够通过焊接连接实现。也就是说，杠杆臂200和阀瓣盘300刚性地相互连接。换句话说，杠杆臂200与阀瓣盘300之间几乎无法进行相对运动。在该区域中因此无法补偿涡轮机壳体中的阀瓣座相对于涡轮机壳体中的衬套孔的不同的热变形，该衬套孔用于容纳主轴100或其中支承有主轴100的衬套。由于更优选的方法是将主轴100和杠杆臂200设计成一体的，因此在主轴100至杠杆臂200的过渡区域中杠杆臂200与主轴100之间也无法进行相对运动。
为了将阀瓣盘300与杠杆臂200相连接，阀瓣盘300(如图2和图3中所示)可以在其上侧310具有球状凹口312，杠杆臂200的球状端部210设置在该球状凹口中。这种设计方案使得阀瓣组件10的安装和借助于焊接连接使杠杆臂200和阀瓣盘300对齐联接变得容易。
本发明此外包括一种用于具有涡轮机壳体和废气旁通阀的废气涡轮增压器的涡轮机，该废气旁通阀适用于从涡轮机的涡轮机叶轮旁引导废气。该废气旁通阀包括根据前述实施例中任一个所述的阀瓣组件10。涡轮机壳体能够例如具有衬套孔，在该衬套孔中设置衬套，其中，阀瓣组件10的主轴100可旋转地支承在衬套中。
本发明还包括一种具有前述涡轮机的废气涡轮增压器。

Claims (14)

1.一种用于废气涡轮增压器的涡轮机的阀瓣组件(10)、尤其用于该涡轮机的废气旁通阀的阀瓣组件，该阀瓣组件包括：
主轴(100)，该主轴用于将该阀瓣组件(10)可旋转地支承在涡轮机壳体中；
杠杆臂(200)，该杠杆臂(200)与该主轴(100)联接；以及
阀瓣盘(300)，其中该阀瓣盘(300)与该杠杆臂(200)联接；
其特征在于，该杠杆臂(200)的至少一部分被弹性地设计成，使得当该阀瓣盘(300)与该涡轮机壳体中的阀瓣座处于接触中时，能够通过向该阀瓣组件(10)施加闭合力实现该阀瓣盘(300)相对于该主轴(100)的相对运动，以补偿该涡轮机壳体的热变形和/或磨损。
2.根据权利要求1所述的阀瓣组件，其特征在于，仅该杠杆臂(200)的子区域(220)是弹性地设计的。
3.根据权利要求2所述的阀瓣组件，其特征在于，弹性的子区域(220)与杠杆臂(200)的其余部分相比具有减小的横截面积。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的阀瓣组件，其特征在于，该杠杆臂(200)被设计成并且相对于该主轴(100)和该阀瓣盘(300)设置成，使得当该涡轮机壳体没有出现热变形时，弹性的子区域(220)由于该闭合力而基本上承受压力。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的阀瓣组件，其特征在于，该杠杆臂(200)至少具有第一杠杆臂区段(230)和第二杠杆臂区段(240)，其中该第二杠杆臂区段(240)的端部(210)与该阀瓣盘(300)联接。
6.根据权利要求5所述的阀瓣组件，其特征在于，弹性的子区域(220)设置在该第二杠杆臂区段(240)的区域中。
7.根据权利要求1所述的阀瓣组件，其特征在于，该杠杆臂(200)的主要部分、尤其整个杠杆臂(200)被弹性地设计成用于补偿热变形。
8.根据前述权利要求中任一项所述的阀瓣组件，其特征在于，该杠杆臂(200)的弹性的子区域(220)与该杠杆臂(200)的其余区域和/或该主轴(100)相比具有较小的弯曲刚度。
9.根据前述权利要求中任一项所述的阀瓣组件，其特征在于，该主轴(100)和该杠杆臂(200)设计成一体的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的阀瓣组件，其特征在于，该阀瓣盘(300)与该杠杆臂(200)固定相连，尤其其特征在于，该杠杆臂(200)与该阀瓣盘(300)焊接。
11.根据前述权利要求中任一项所述的阀瓣组件，其特征在于，该阀瓣盘(300)在其上侧(310)具有球状凹口(312)，该杠杆臂(200)的球状端部(210)设置在该球状凹口中。
12.一种用于废气涡轮增压器的涡轮机，该涡轮机包括：
涡轮机壳体；以及
废气旁通阀，该废气旁通阀适合于引导废气经过涡轮机的涡轮机叶轮；
其特征在于，该废气旁通阀包括根据前述权利要求中任一项所述的阀瓣组件(10)。
13.根据权利要求12所述的涡轮机，其特征在于，该涡轮机壳体具有衬套孔，在该衬套孔中设置衬套，其中，该阀瓣组件(10)的该主轴(100)可旋转地支承在该衬套中。
14.一种废气涡轮增压器，其包括根据权利要求12或权利要求13所述的涡轮机。
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