CN211202113U - 致动器组件、涡轮机和排气涡轮增压器 - Google Patents

致动器组件、涡轮机和排气涡轮增压器 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及致动器组件、涡轮机和排气涡轮增压器。一种用于涡轮增压器的致动器组件，该致动器组件包括轴，该轴被设计成可旋转地安装在涡轮增压器的壳体中，其中该轴在第一端联接至调节元件并且在第二端联接至控制元件。致动器组件另外包括圆柱形密封插入件，该圆柱形密封插入件围绕轴的中心区域布置在第一端和第二端之间并且沿着轴在轴向方向上延伸。根据本实用新型，提供了一种用于涡轮增压器的优化的致动器组件，其具有更容易组装的改进的密封。

Description

致动器组件、涡轮机和排气涡轮增压器
技术领域
本实用新型涉及一种用于涡轮增压器的致动器组件，一种包括对应的致动器组件的涡轮机，以及一种对应的排气涡轮增压器。
背景技术
越来越多的最新一代车辆装备有充电装置。为了实现目标要求和法律要求，必须促进整个传动系的发展，并在可靠性和效率方面优化单个部件以及整个系统。
排气涡轮增压器是已知的，例如其中具有涡轮机叶轮的涡轮机由内燃发动机的排气流驱动。具有压缩机叶轮的压缩机压缩吸入发动机的新鲜空气，该压缩机叶轮在共同轴上布置有涡轮机叶轮。通过这种方式，发动机可用于燃烧的空气或氧气量增加，这又导致内燃机的输出增加。
已知的涡轮机包括涡轮机壳体，涡轮机叶轮布置在该涡轮机壳体中。涡轮机可以另外包括额外的装置，例如可变涡轮机几何形状或废气门(涡轮机旁通阀)，其改进涡轮机的输出、效率和操作行为。为了致动这些类型的装置，存在对应的致动器组件，这些致动器组件将致动器的运动传递到对应的控制元件，该致动器通常被外部地固定在涡轮机壳体上或涡轮增压器的另一个部件(例如，压缩机壳体)上，该控制元件通常被布置在涡轮机壳体内。相应地，这些类型的致动器组件通常具有从涡轮机壳体内部穿过涡轮机壳体的壁延伸到涡轮机壳体外部的轴。为了防止该区域中的气体排放，提供了相应的密封装置。例如，已知一个或多个活塞环与一个或多个O形环结合。然而，这些类型的密封装置需要对轴进行昂贵的加工以提供用于活塞环/O形环的相应容纳槽，并且不总是提供期望的结果。
因此，本实用新型的目的是提供一种用于涡轮增压器的优化的致动器组件，其具有更容易组装的改进的密封。
实用新型内容
根据本实用新型的致动器组件包括一个轴，该轴被设计成可旋转地安装在一个涡轮增压器的壳体中，其中该轴在第一端处联接到调节元件上并且在第二端处联接到控制元件上。致动器组件另外包括圆柱形密封插入件，该圆柱形密封插入件围绕轴的中心区域布置在第一端和第二端之间并且沿着轴在轴向方向上延伸。由于根据本实用新型的具有圆柱形密封插入件的致动器组件，可以省略先前在该区域中用于密封目的的活塞环和O形环。此外，可以省略在轴上用于产生活塞环和O形环所需的槽的机加工步骤，由此可以降低致动器组件的制造成本。另一个优点是简化了根据本实用新型的致动器组件的组装，因为只需要安装一个密封插入件，而不是安装多达三个活塞环和另外的O形环。
在实施例中，密封插入件可以在径向方向上具有弹簧特性。由于圆柱形密封插入件的弹簧特性，例如防止废气从壳体内泄漏，因此产生了更好的密封效果。此外，通过圆柱形实施例结合弹簧特性，降低了对振动的敏感性，所述振动导致不希望的噪音和磨损。总而言之，导致轴在壳体中更好地阻尼安装，这积极地影响致动器组件的功能性/可控性以及致动器组件的所有部件的寿命周期，并且因此最终还影响包括根据本实用新型的致动器组件的涡轮增压器。
在可与所有前述实施例组合的实施例中，密封插入件可在轴向方向上具有波形轮廓。可替代地，该密封插入件可以在轴向方向上具有阶梯状轮廓。
在可与所有前述实施例组合的实施例中，密封插入件可具有周向封闭的圆柱形形状。可替代地，密封插入件可以具有周向开放的圆柱形形状。特别地，密封插入件可以具有轴向延伸的缝隙。
在可与所有前述实施例组合的实施例中，可以提供衬套，其中该密封插入件在径向方向上被布置在该轴与该衬套之间。该衬套可以被设计成被布置成可旋转地固定在壳体中。轴可旋转地安装在衬套中。在密封插入件的膨胀状态下，密封插入件的最大直径可以大于衬套的内径。
在可与所有前述实施例组合的实施例中，与邻近中心区域的区域相比，轴可以沿着中心区域具有减小的直径，密封插入件围绕该中心区域布置。在该致动器组件的组装过程中，该密封插入件可以被定位在该中心区域中并且然后与该轴一起插入该衬套中。由于弹簧效应，密封插入件在插入衬套期间被压缩，由此产生密封效果。
在可与所有前述实施例组合的实施例中，致动器组件可以是废气门组件。可替代地，致动器组件可以被设计成用于调节可变涡轮机几何形状。
本实用新型另外包括用于排气涡轮增压器的涡轮机，该涡轮机具有涡轮机壳体和根据前述实施例中的任一个所述的致动器组件。
在多个实施例中，该涡轮机壳体可以具有穿过该涡轮机壳体的外壁的一个孔，其中该轴延伸穿过该孔，这样使得该轴的第一端和第二端被布置在该外壁的相反侧上。该密封插入件可以径向地布置在该孔的壁与该轴之间。可替代地，可以提供衬套，该衬套被布置成可旋转地固定在该孔中。密封插入件布置在轴与衬套之间，衬套径向布置在密封插入件与孔壁之间。
本实用新型另外包括具有根据前述实施例中的任一个的涡轮机的排气涡轮增压器。
随后通过附图描述本实用新型的附加细节和特征。
附图说明
图1示出了现有技术中已知的致动器组件的剖视图；
图2示出了根据本实用新型的致动器组件的一个实施例的剖视图。
具体实施方式
相关申请的交叉引用：本申请要求2017年6月8日提交的德国专利申请号202017103441.0的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
随后将基于附图描述根据本实用新型的致动器组件100的实施例。随后描述的所有细节和优点既适用于致动器组件100，也适用于包括这种致动器组件100的相应涡轮机。在本申请的上下文中，术语“轴向”是指基本上平行于旋转轴线300延伸的方向/取向。术语“径向”是指基本上垂直于旋转轴线300延伸的方向/取向。
图1示出了用于来自现有技术的涡轮机的废气门(涡轮机旁通阀)的致动器组件100。致动器组件包括可旋转地安装在涡轮机的涡轮机壳体200 中的轴110。轴110在第一端112连接到调节元件120。调节元件本身可以例如经由联接杆(未示出)连接到致动器(未示出)，使得致动器的运动引起轴110的旋转。轴110在其第二端114连接到控制元件150。控制元件150例如可以是关闭或释放废气门通道的废气门装置的瓣的一部分。在图1的致动器组件的情况下，另外提供了衬套140，轴110可旋转地安装在该衬套140中。衬套140本身被布置成可旋转地固定在涡轮机壳体200 的外壁220中的孔210中。在该已知的致动器组件100中，设置三个活塞环160和O形环170作为密封装置。
图2示出了根据本实用新型的致动器组件100。为了便于理解，图1 和图2中相同的部件具有相同的附图标记。根据本实用新型的致动器组件 100随后通过图2针对与废气门阀(涡轮机旁通阀)一起使用的涡轮机中的示例性布置进行描述。根据本实用新型的致动器组件100还可以仅用于致动可变涡轮机几何形状(VTG)或充电装置的其他可调节部件(例如，可变压缩机入口的部件)。
根据本实用新型的致动器组件100同样包括可旋转地安装在涡轮机壳体200中的轴110。轴110在其第一端112处再次联接至调节元件120并且在其第二端114处联接至控制元件150。根据本实用新型的致动器组件另外包括圆柱形密封插入件130，该圆柱形密封插入件130围绕轴110的中心区域116布置在第一端112和第二端114之间并且沿着轴110在轴向方向上延伸(见图2)。由于根据本实用新型的致动器组件100包括圆柱形密封插入件130，所以可以省略先前在该区域中用于密封目的的活塞环160 和O形环170(见图1)。此外，可以省略用于产生活塞环160和O形环 170所需的槽的轴110的机加工步骤，由此降低致动器组件100的制造成本。另一个优点是根据本实用新型的致动器组件100的简化组装，因为仅必须安装一个密封插入件130而不是安装多达三个活塞环160和另外的O 形环170。
在致动器组件的致动过程中，轴110围绕旋转轴线300旋转，由致动器驱动，该致动器经由调节元件120将运动传递到轴110。轴110然后将该运动传递到控制元件150(例如，作为废气门阀的一部分，用于打开或关闭废气门阀)。
密封插入件130在径向方向上具有弹簧特性。由于圆柱形密封插入件130的弹簧特性，例如抵抗废气从涡轮机壳体200内泄漏到环境中，导致了改进的密封效果。此外，通过密封插入件130的圆柱形实施例结合弹簧特性，降低了对振动的敏感性，所述振动导致不希望的噪音和磨损。总而言之，导致轴110在涡轮机壳体200中更好地阻尼安装，这积极地影响致动器组件100的功能性和可控性以及致动器组件100的所有部件的寿命周期，并且因此最终还影响包括根据本实用新型的致动器组件100的涡轮增压器。
如在图2中清楚的，密封插入件130在轴向方向上具有波形轮廓。在轴向方向上的波形轮廓在径向方向上产生弹簧效应，因为即使轴110已经位于圆柱形密封插入件130内，密封插入件130也可以由于波形构造而被径向向内压缩。可替代地，密封插入件130可以在轴向方向上具有阶梯状轮廓。阶梯状轮廓具有与波形轮廓相同的效果。它还可以具有双波形轮廓 (例如，具有多层)，或者可以提供例如由沿着较大波形(较大振幅和较大波长)的“重叠”小波(较低振幅和较短波长)形成的轮廓(如图2所示)，以保持期望的弹簧效应。也可以提供其它的轮廓形状，由于这种设计使得密封插入件130在径向上具有弹簧效应。
密封插入件130可以具有周向封闭的圆柱形状。可替代地，密封插入件130可以具有周向开放的圆柱形形状。在这种情况下，密封插入件130 可具有轴向延伸的缝隙。密封插入件130可以例如以冲压方法制造，其中圆柱形冲压坯料设置有相应的结构以提供弹簧效应。可替代地，密封插入件130可以由金属板制造，其中该金属板具有对应的结构，并且在切割过程之后成形为最终的圆柱形形状。由此产生了轴向延伸的缝隙，这增加了密封插入件130的弹性并且可以在密封插入件130的安装状态下完全关闭。在这两种情况下，可以对所使用的材料(特别是所有类型的耐热金属) 进行热处理。
如图2所示，涡轮机壳体200具有穿过涡轮机壳体200的外壁220的孔210，其中轴110延伸穿过孔210，使得轴110的第一和第二端112、114 布置在外壁220的相对侧上。在图2的实施例中，另外提供了衬套140，其被布置成可旋转地固定在穿过外壁220的孔210中。轴110可旋转地安装在衬套140中。密封插入件130沿径向方向布置在轴110和衬套140之间，衬套140沿径向布置在密封插入件130和孔210的壁之间。此外，第一和第二轴承区域118沿着轴设置，其与衬套140的内侧接触并形成用于衬套140中的轴110的滑动轴承，使得轴110可以在衬套140中旋转以移动控制元件150。可替代地，也可以不提供衬套140，其中密封插入件130 然后径向地布置在孔210的壁与轴110之间。因此，可以不设置衬套140，使得轴110可旋转地直接安装在孔210中，并且密封插入件130定位在轴 110和涡轮机壳体200之间并且与轴110和涡轮机壳体200接触。可替代地，如图2所示，提供了衬套140，该衬套被布置成可旋转地固定在涡轮机壳体200的孔210中。在这种情况下，轴110可旋转地安装在衬套140中，密封插入件130位于轴110和衬套140之间并接触轴110和衬套140。
在密封插入件130的膨胀状态下，密封插入件130的最大直径可以大于衬套140的内径d4(见图2)。此外，相对于邻近中心区域的区域，轴 110沿着中心区域116具有减小的直径d1，密封插入件130围绕中心区域 116布置。具有减小的直径d1的中心区域116同时部分地限定相对于直径 d1具有较大直径d2和d3的两个相邻支承区域118，其中d2和d3可以是相同的尺寸或者可以是不同的尺寸。在致动器组件100的组装过程中，密封插入件130可以沿着具有减小的直径d1的中心区域116定位并且然后与轴110一起插入衬套140中。由于弹簧效应，密封插入件130在插入衬套140期间被压缩，由此最终产生密封效果，因为由于密封插入件130的弹簧效应，与轴110以及衬套140的内壁都保持接触。
如已经提到的，本实用新型包括致动器组件100以及用于排气涡轮增压器的涡轮机，该涡轮机包括致动器组件100的前述实施例之一。此外，本实用新型包括一种排气涡轮增压器，该排气涡轮增压器包括这种类型的涡轮机。

Claims (17)

1.一种致动器组件，所述致动器组件用于涡轮增压器，所述致动器组件(100)包括：
轴(110)，所述轴被设计成可旋转地安装在所述涡轮增压器的壳体(200)中，其中所述轴(110)在第一端(112)处联接至调节元件(120)并且在第二端(114)处联接至控制元件(150)；
其特征在于所述致动器组件还包括圆柱形的密封插入件(130)，所述密封插入件围绕所述轴(110)的中心区域(116)布置在所述第一端(112)与所述第二端(114)之间并且沿着所述轴(110)在轴向方向上延伸。
2.根据权利要求1所述的致动器组件，其特征在于，所述密封插入件(130)在径向方向上具有弹簧特性。
3.根据权利要求1或2所述的致动器组件，其特征在于，所述密封插入件(130)在所述轴向方向上具有波形轮廓。
4.根据权利要求1或2所述的致动器组件，其特征在于，所述密封插入件(130)在所述轴向方向上具有阶梯状轮廓。
5.根据权利要求1或2所述的致动器组件，其特征在于，所述密封插入件(130)具有周向封闭的圆柱形形状。
6.根据权利要求1或2所述的致动器组件，其特征在于，所述密封插入件(130)具有周向开放的圆柱形形状。
7.根据权利要求6所述的致动器组件，其特征在于，所述密封插入件(130)具有轴向延伸的缝隙。
8.根据权利要求1或2所述的致动器组件，其特征在于，提供了衬套(140)，其中所述密封插入件(130)在径向方向上被布置在所述轴(110)与所述衬套(140)之间。
9.根据权利要求8所述的致动器组件，其特征在于，所述衬套(140)被设计成被布置成可旋转地固定在壳体(200)中，并且所述轴(110)被可旋转地安装在所述衬套(140)中。
10.根据权利要求8所述的致动器组件，其特征在于，所述密封插入件(130)在所述密封插入件(130)的膨胀状态下的最大直径大于所述衬套(140)的内径(d4)。
11.根据权利要求1或2所述的致动器组件，其特征在于，所述轴(110)沿着中心区域(116)具有减小的直径(d1)，所述密封插入件(130)围绕所述中心区域相对于邻近所述中心区域的区域被布置。
12.根据权利要求1或2所述的致动器组件，其特征在于，所述致动器组件是废气门组件；或者
所述致动器组件被设计成用于调节可变涡轮机几何形状。
13.一种涡轮机，所述涡轮机用于排气涡轮增压器，所述涡轮机包括：
涡轮机的壳体(200)；
其特征在于所述涡轮机还包括根据权利要求1或2所述的致动器组件(100)。
14.根据权利要求13所述的涡轮机，其特征在于，所述涡轮机的壳体(200)具有穿过所述涡轮机的壳体(200)的外壁(220)的孔(210)，其中所述轴(110)延伸穿过所述孔(210)，使得所述轴(110)的所述第一端(112)和第二端(114)布置在所述外壁(220)的相对侧上。
15.根据权利要求14所述的涡轮机，其特征在于，所述密封插入件(130)径向地布置在所述孔(210)的壁与所述轴(110)之间。
16.根据权利要求14所述的涡轮机，其特征在于，提供了衬套(140)，所述衬套被布置成可旋转地固定在所述孔(210)中，并且所述密封插入件(130)被布置在所述轴(110)与所述衬套(140)之间并且所述衬套(140)被径向地布置在所述密封插入件(130)与所述孔(210)的壁之间。
17.一种排气涡轮增压器，其特征在于，所述排气涡轮增压器包括根据权利要求13所述的涡轮机。
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