CN111075512A - 具有可变涡轮几何形状的涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有可变涡轮几何形状的涡轮增压器，包括涡轮机，所述涡轮机具有可旋转地安装在涡轮机壳体(2)中的涡轮机转子(1)；所述涡轮机包括围绕涡轮机轴线(A)布置的叶片支承环(5)；其中叶片支承环支撑多个叶片轴(6)；其中在叶片支承环的前侧上、在叶片轴处布置了可调整的导向叶片(7)；其中在叶片支承环的后侧上、在叶片轴处布置了叶片杠杆(8)；其中，调整环与所述叶片支承环同轴布置，并与所述叶片杠杆接合，调整环相对于叶片支承环的旋转提供了对导向叶片的调整；其中调整环包括至少一个轴向突出的支承止挡件(10)，支承止挡件由调整环的变形提供。本发明还涉及一种用于制造调整环的方法。

Description

具有可变涡轮几何形状的涡轮增压器

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的涡轮增压器。本发明进一步涉及根据权利要求8的、用于制造用于调整涡轮增压器的导向叶片的调整环的方法。

背景技术

US 8,992,164 B2描述了一种用于燃烧发动机的涡轮增压器，其中涡轮机的多个导向叶片可以在涡轮增压器的操作期间围绕相应的叶片轴倾斜。为了调整导向叶片，调整环相对于叶片支承环旋转。调整环被形成为平面结构或二维结构，其中由叶片支承环的周向表面上的卡口状凹槽提供对调整环的轴向支撑。

本发明的目的是提供一种具有可变涡轮几何形状的涡轮增压器，其中可变涡轮几何形状的构造以可靠且成本有效的方式实现。本发明的另外的目的是提供对可变涡轮几何形状的简单且精确的制造。

发明内容

对于根据权利要求一的前序部分的涡轮增压器，该目的通过权利要求1的特征部分来实现。通过使调整环变形以在轴向方向上提供支承止挡件，提供了一种用于生产和布置调整环的简单且成本有效的措施。通常优选的是，可以通过变形提供一个以上的支承止挡件。

本发明的调整环尤其允许叶片支承环更简单的设计。例如，不需要形成如US 8,992,164 B2中所述用于获得调整环的卡口式轴向顶接的对复杂的凹槽机加工。

本发明意义上的涡轮增压器包括用于燃烧发动机(尤其是用于如轿车和/或卡车的车辆的发动机)的涡轮增压器。这种涡轮增压器通常包括涡轮机转子和压缩机，所述涡轮机转子和压缩机通过旋转轴相连接。介质(像燃烧发动机的排气)驱动涡轮机转子，涡轮机转子经由轴将机械能传递至压缩机。

在本发明的优选实施例中，所述支承止挡件顶靠所述叶片杠杆中的一者的面，其中针对所述调整环与所述叶片杠杆的相对运动提供了滑动轴承布局。这允许在轴向方向上容易且可靠地定位可旋转调整环。提供滑动轴承布局意味着具有其支承止挡件或多个支承止挡件的调整环可以相对于叶片杠杆移动，同时改变位置以用于调整导向叶片。在该运动期间，支承止挡件保持与相应叶片杠杆的平坦表面处于滑动接触，因此限定了调整环的恒定轴向位置。支承止挡件和叶片杠杆的表面平整度和材料是根据这种滑动轴承要求选择的。

为了降低制造成本，调整环可以优选地由金属片材制造。这种简单的片材提供了非常好的平整度和平行表面。由于涡轮增压器的涡轮机侧在运行期间变得非常热，因此材料优选地选自高合金钢和耐热钢。

在本发明的优选实施例中，支承止挡件形成为桥接部的轴向定向的变形，所述桥接部是通过移除材料提供在调整环处。更优选地，桥接部以V形或U形的方式变形。桥接部或腹板的这种变形将最小的应力或不希望的变形引入到调整环的邻近区域中。桥接部的直径或横截面可以容易地设计来提供足够的支承力，同时保持尽可能低的变形力。

通常优选地，所述调整环是通过所述叶片杠杆的杠杆头部支撑在具有封闭边沿的开口中。尤其，所述开口可以通过精冲来制造。这允许简单而又精确地形对叶片杠杆的支撑。因为在叶片杠杆与开口的周向面对的侧壁相互作用，这些侧壁应被提供为光滑和无摩擦的，这得益于精冲。精冲的方法在本领域中是众所周知的，并且其利用反冲孔以便最小化冲压步骤中的材料变形。如上所进一步提到的、形成为支承止挡件的桥接部最优选地被提供为开口的封闭边沿的一部分。

在这种实施例的更优选的细节中，轴向突出的支承止挡件被提供为所述开口的封闭边沿的一部分的变形。这允许了简单而纤薄设计的且易于制造的调整环。

本发明的目的进一步通过一种用于制造调整环的方法来实现，所述调整环用于对具有可变涡轮几何形状的涡轮增压器的导向叶片进行调整，所述方法包括以下步骤

a.提供片材金属件；

b.优选通过精冲从所述片材金属中去除材料以便提供具有带封闭边沿的多个开口的平面中间体；

c.使所述中间体的一部分在垂直于所述中间体的平面的方向上变形，以便提供轴向突出的支承止挡件。

优选地，涡轮增压器是如上所述的本发明的涡轮增压器。

有利地，步骤b和步骤c是在同一工具上、优选在一次夹紧操作中执行。这提高了吞吐量并减少了故障。

在一次夹紧操作中执行这些步骤意味着工件被某个夹紧装置持续固持，因此保持了工件的限定位置。

通常优选地，步骤b和c在同一工具中相继执行。在第一、最优选的变型中，工具的第一台级提供步骤b。然后，得到的中间体移动到第二台级，或者可替换地使得工具的不同部分优选在一次夹紧操作中朝向中间体移动。然后在第二台级中进行中间体的部分(例如封闭边沿的桥接部)的变形。

在第二变型中，也可以以单个台级提供步骤b和c，其方式为冲压机首先移除片材的材料，从而形成中间体。然后冲压机进一步移动，并且随动凸轮使中间体的这部分变形为支承止挡件。

本发明的另外的优点和特征可以从下文描述的详细实施例和从属权利要求中得到。

下面描述本发明的优选实施例，并通过附图进一步说明。

附图说明

图1示出了用于燃烧发动机的、具有可变涡轮几何形状的涡轮增压器的总体示意图。

图2示出了根据本发明的涡轮增压器的可变涡轮几何形状的调整机构的局部空间视图。

图3示出了来自图2的调整环的局部空间视图。

图4示出了图2的调整机构的局部剖视图

具体实施方式

图1中显示的涡轮增压器是用于燃烧发动机的具有可变涡轮几何形状(VTG)的涡轮增压器。它包括具有涡轮机转子1的涡轮机，该涡轮机转子可旋转地安装在涡轮机壳体2中。涡轮机转子1可绕中心涡轮机轴线A旋转，并通过旋转轴4连接到压缩机装置3。燃烧发动机的排气驱动涡轮机转子1，涡轮机转子经由轴4将机械能传递给压缩机3。

涡轮机进一步包括多个可调整的导向叶片7，这意味着它们可以绕平行于涡轮机轴线A的相应轴线回转。通过这种调整，导向叶片7提供了可变涡轮几何形状。

如图2、图3和图4中更详细示出的，涡轮机包括围绕涡轮机轴线A布置的叶片支承环5。叶片支承环5支撑多个叶片轴6。叶片轴6突出穿过叶片支承环5的孔，并且各自被定向为平行于涡轮机轴线A。

在叶片支承环5的前侧上、在这些叶片轴6的每一者处布置了一个可调整的导向叶片7。在叶片支承环5后侧上、在这些叶片轴6的每一者处布置了叶片杠杆8。叶片轴6突出穿过叶片支承环并将导向叶片7与叶片杠杆8相连接，叶片杠杆8的回转运动相应地迫使相应的导向叶片7围绕叶片轴6的轴线进行调整或回转。

调整环9与叶片支承环5同轴布置。调整环9布置在叶片支承环5的圆柱形表面5a上，并且可以相对于叶片支承环5旋转。调整环9与叶片杠杆8接合，调整环相对于叶片支承环的旋转提供了对导向叶片的调整。

叶片杠杆8与调整环9的接合由叶片杠杆8的曲柄状杠杆头部8a提供，曲柄状杠杆头部8a轴向突出穿过调整环9的相应开口9a，由此实现调整环9的径向支撑。叶片杠杆8由片材金属的件制成，并且杠杆头部8a通过片材金属的弯曲形成。

调整环9进一步包括轴向突出的支承止挡件10，支承止挡件10由调整环9的变形提供。

支承止挡件10中的每一者顶靠这些叶片杠杆8中相应一者的面8b，其中针对调整环9与叶片杠杆8的相对运动提供了滑动轴承布局。这允许在轴向方向上容易且可靠地定位可旋转调整环9。提供滑动轴承布局意味着具有其支承止挡件10的调整环9可以相对于叶片杠杆8移动，同时改变位置以用于调整导向叶片7。在此运动期间，支承止挡件10保持与相应的叶片杠杆8的平坦表面8b处于滑动接触，因此限定了调整环9的恒定轴向位置。支承止挡件10和叶片杠杆8的表面平整度和材料是根据这种滑动轴承要求选择的。在各自情况下，材料选自高合金钢和耐热钢，因为涡轮增压器的涡轮机侧在运行期间变得非常热。

调整环9(见图3)由金属片材制成。这种简单的片材通常提供非常好的平整度和平行表面。支承止挡件10形成为调整环的片材金属的桥接部的轴向定向的变形。这种变形成支承止挡件10的桥接部被提供为开口9a中的一个开口的封闭边沿的一部分。

桥接部作为支承止挡件的前体，是通过从片材金属移除材料而提供在调整环9处的。桥接部以V形或U形的方式变形。桥接部或连接部的这种变形将最小的应力或不希望的变形引入调整环9的邻近区域。桥接部的直径或横截面被设计来提供足够的支承力，同时保持尽可能低的变形力。

调整环9通过相应开口9a中的杠杆头部8a支撑在叶片杠杆8处。这些开口9a中的每一者由封闭边沿限定，使得开口9a形成为在轴向方向上完全延伸穿过调整环9的孔。封闭边沿的一部分也是桥接部(变形前)或支承止挡件(变形后)的边沿。因此，轴向突出的支承止挡件10被提供为开口9a的封闭边沿的一部分的变形。在所示实施例中，桥接部或支承止挡件位于调整环9的开口9a的径向最内侧部分。

开口9a通过精冲来制造。这允许简单而又精确地形成对于调整环9的支撑。因为叶片杠杆8与开口的周向面对的侧壁9b相互作用，这些侧壁被设置为光滑和无摩擦的，这得益于精冲。精冲的方法在本领域中是众所周知的，并且其利用反冲孔以便最小化冲压步骤中的材料变形。

导向叶片7、叶片支承环5、调整环9、叶片杠杆8和叶片轴6(见图2、图4)的组件提供了导向装置，所述导向装置以及涡轮机壳体2和涡轮机转子1是涡轮增压器的具有可变涡轮几何形状(VTG)的涡轮机的一部分。通过该导向装置5、6、7、8、9，可以影响排气的横截面。

制造如上所述的调整环9包括以下步骤

a.提供片材金属件；

b.从片材金属中去除材料(优选地通过精冲)以便提供具有多个开口9(具有封闭的边沿)的平面中间体；

c.使中间体的一部分在垂直于中间体的平面的方向上变形，以便提供轴向突出的支承止挡件10。

另外，步骤b和步骤c是在一次夹紧操作中在同一工具上执行的。这提高了吞吐量并减少了故障。在一次夹紧操作中执行这些步骤意味着工件被某个夹紧装置持续固持，因此保持了工件的限定位置。

步骤b和c在同一工具中相继执行。工具的第一台级提供步骤b。然后，得到的具有平面结构或2维结构的中间体移动到第二台级，或者可替换地使得工具的不同部分在一次夹紧操作中朝向中间体移动。

然后在第二台级中进行中间体的部分(为开口9a的封闭边沿的桥接部)的变形。变形后的桥接部是支承止挡件10。应当理解的是，在同一的操作中，一个中间体/调整环的所有桥接部同时变形为支承止挡件10。

引用列表

1 涡轮机转子

2 涡轮机壳体

3 压缩机装置

4 轴

5 叶片支承环

5a 圆柱形表面

6 叶片轴

7 导向叶片

8 叶片杠杆

8a 杠杆头部

8b 叶片杠杆的平坦表面

9 调整环

9a 调整环中的开口

9b 开口的侧壁

10 支承止挡件

A 涡轮机轴线

Claims (9)

1.一种具有可变涡轮几何形状的涡轮增压器，包括

涡轮机(1，2，5，6，7，8，9)，所述涡轮机具有可旋转地安装在涡轮机壳体(2)中的涡轮机转子(1)；

所述涡轮机(1，2，5，6，7，8，9)包括围绕涡轮机轴线(A)布置的叶片支承环(5)；

其中所述叶片支承环(5)支撑多个叶片轴(6)；

其中可调整的导向叶片(7)布置在所述叶片轴(6)处且在所述叶片支承环(5)的前侧上；

其中叶片杠杆(8)布置在所述叶片轴(6)处且在所述叶片支承环(5)的后侧上；

其中，调整环(9)与所述叶片支承环(5)同轴布置，并与所述叶片杠杆(8)接合，所述调整环(9)相对于所述叶片支承环(5)的旋转提供了对所述导向叶片(7)的调整；

其特征在于，

所述调整环(9)包括至少一个轴向突出的支承止挡件(10)，所述支承止挡件(10)由所述调整环(9)的变形提供。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述支承止挡件(10)抵靠所述叶片杠杆(8)中的一个的面(8b)，其中滑动轴承结构设置用于所述调整环(9)与所述叶片杠杆(8)的相对运动。

3.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述调整环(9)由金属片材制成。

4.根据前述权利要求之一所述的涡轮增压器，其特征在于，所述支承止挡件(10)形成为桥接部的指向轴向的变形，特别是，所述变形以V形或U形的方式形成，所述桥接部通过移除材料被提供在所述调整环(9)处。

5.根据前述权利要求之一所述的涡轮增压器，其特征在于，所述调整环(9)是通过所述叶片杠杆(8)的杠杆头部(8a)支撑在具有封闭边沿的开口(9a)中。

6.根据权利要求5所述的涡轮增压器，其特征在于，所述开口(9a)通过精冲来制造。

7.根据权利要求5或6所述的涡轮增压器，其特征在于，轴向突出的支承止挡件(10)被提供为所述开口(9a)的封闭边沿的一部分的变形。

8.一种用于制造调整环的方法，所述调整环用于对尤其根据前述权利要求中之一所述的、具有可变涡轮几何形状的涡轮增压器的导向叶片进行调整，所述方法包括以下步骤

a.提供片材金属件；

b.尤其通过精冲从所述片材金属中去除材料以便提供具有带封闭边沿的多个开口(9a)的平坦的中间体；

c.使所述中间体的一部分在垂直于所述中间体的平面的方向上变形，以便提供轴向突出的支承止挡件(10)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤b和步骤c是在同一工具上执行，特别是，在一次夹紧操作中执行。

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