具有废气门装置的排气涡轮增压器的制作方法

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具有废气门装置的排气涡轮增压器的制作方法

本发明属于机械工程领域并且能够特别有力地用于汽车工程。更具体地,本发明涉及一种排气涡轮增压器。



背景技术:

为了提高燃料的利用率并且为了提高动力以及确保经济环保的操作,许多现代内燃机具有排气涡轮增压器。这种涡轮增压器在内燃机的排出气流中具有能够由该排出气流驱动的涡轮机,以及设置在引入气流中并且对供给至内燃机的引入气流进行压缩的压缩机。排气涡轮机和压缩机借助于轴连接至彼此,其结果是涡轮机驱动压缩机叶轮。

为了改进对排出气流的控制,在涡轮机的区域中,在内燃机的排气侧设置废气门开口,该废气门开口为排出气流提供旁路通道并且能够借助于废气门瓣片(flap)以受控的方式关闭。取决于操作条件,排出气流因此能够全部或者部分进给至涡轮增压器的涡轮机。对废气门瓣片的控制通常借助于能够由致动器驱动的控制杆而机械地实现。借助于杠杆,控制杆通常驱动废气门心轴或者废气门轴,在涡轮增压器装置内,废气门瓣片被固定在该废气门心轴或者废气门轴上。

对废气门系统的一个重要要求是废气门瓣片能够被关闭并且能够抵抗排气压力保持可靠地关闭。遵守这一要求根本上取决于作用于废气门瓣片的力的平衡。所述废气门瓣片在一方面受到排气压力的作用,并且在另一方面受到由轴的扭矩提供的接触压力的作用。为了可靠且牢固地关闭瓣片,经由轴作用在瓣片上的力大于排气力是必要的。为了增加接触力,在涡轮机机壳外的废气门轴的选择的驱动杠杆能够特别大,和/或在废气门瓣片与旋转轴线之间的选择的距离能够尽可能小。



技术实现要素:

因此,本发明的基本目标是构造一种开头所述类型的排气涡轮增压器以使得废气门瓣片上的接触压力变得尽可能大。

这个目标借助于根据专利权利要求1的本发明的特征而实现。

因此,本发明涉及一种用于内燃机的排气涡轮增压器,包括:涡轮机,借助于轴连接至该涡轮机的压缩机叶轮,以及废气门装置;该废气门装置包括废气门致动器,能够绕旋转轴线旋转的废气门驱动轴,以及瓣片;该瓣片被固定至所述驱动轴且能够绕旋转轴线枢转,并且具有用于潜在地打开和关闭废气门开口的覆盖表面,其中,废气门瓣片和能够借助于所述废气门瓣片而被关闭的废气门开口被设计成使得:在覆盖废气门开口的废气门瓣片的覆盖表面的面积中心与旋转轴线之间的距离小于具有相同表面积的圆形表面的半径。

在废气门开口上或者在开口的密封边缘上的废气门瓣片的接触压力取决于形成覆盖表面的边界边缘的废气门瓣片的密封边缘与旋转轴线之间的平均距离。该量值能够用面积中心相对于旋转轴线的位置来描述。例如,从覆盖表面的恒定大小开始,如果覆盖表面在平行于旋转轴线的长度上延伸并且横向于旋转轴线压缩,则废气门瓣片的覆盖表面的面积中心能够更接近旋转轴线。鉴于开口或者覆盖表面的恒定大小,因此能够借助于覆盖表面的所述形状而增加废气门开口上的废气门瓣片的接触压力。

此处一个特别有利的可能性是提供待以如下方式设计的废气门瓣片和通过所述瓣片而被关闭的废气门开口:覆盖表面与旋转轴线之间的最小距离要尽可能小。

在废气门瓣片的覆盖表面的圆形构造的情况下,覆盖表面与旋转轴线有利地间隔开下述程度:使得覆盖表面与旋转轴线之间的最小距离相当于公差的大小,其结果是,即使当公差被完全用尽时,整个覆盖表面都在旋转轴线的一侧并且在废气门瓣片转动打开时废气门开口能够被完全打开。

此外,本发明能够有利地提供具有至少一个直边的覆盖表面,具体地,该至少一个直边与旋转轴线平行或者与旋转轴线围成小于10度的角度。例如,这种直边能够形成面向旋转轴线的覆盖表面侧边,或者能够形成背离旋转轴线的侧面。

有利地,还能够提供具有至少两个直边的覆盖表面,其中,具体地,这两个边平行于彼此并且在它们之间形成小于10度的角度。

覆盖表面能够是不规则形状的但是以直线为边界或者是不规则形状的并且以不规则的线为边界。例如,覆盖表面能够具有在面向旋转轴线的侧面与旋转轴线大体上平行的的边缘以及在背离旋转轴线的覆盖表面侧面上的平行边缘。如果覆盖表面在其面向旋转轴线的侧面上具有直的并且与旋转轴线平行的边缘,则按照计划,该边缘应该与旋转轴线间隔分开至少公差间距。

覆盖表面能够具有三角形、矩形、梯形、椭圆形或者菱形的形状。在椭圆形或者菱形形状的情况下,覆盖表面应该平行于旋转轴线延伸并且垂直于旋转轴线压缩。例如,覆盖表面能够具有相对于与旋转轴线垂直的轴线的镜面对称构造。在每种情况下,在废气门开口处的对应密封表面随后应该具有对应的形状。

此外,能够有利地提供瓣片的密封表面,环绕覆盖表面的所述密封表面是平坦的并且与覆盖表面的平面平行。

在接触力的影响下,即使抵抗气体压力也能够实现对覆盖瓣片的牢固且可靠的密封。

本发明的另一有利实施例设想的是瓣片的密封表面,环绕覆盖表面的所密封表面相对于覆盖表面倾斜。

如果密封表面在覆盖表面处相对于覆盖表面倾斜,则借助于在瓣片关闭期间作用的横向力能够实现废气门瓣片在废气门开口上的居中,并且因此,能够实现排气涡轮增压器的更好的密封以及因此更高的效率。在这种情况下,在覆盖表面周围的密封表面的所有区域能够具有朝向覆盖表面内侧的相同斜率,或者具有远离覆盖表面向外的相同斜率。

本发明还能够有利地被构造成使得瓣片的密封表面、环绕覆盖表面的所述密封表面具有锥形或者球冠形设计。覆盖表面周围的密封表面的锥形或者球冠形构造允许特别高效的密封以及废气门瓣片在废气门开口中的居中。

此外,能够有利地提供的是,覆盖表面具有突起,该突起在关闭期间延伸到废气门开口中。这样的突起的设置在废气门瓣片打开期间有利于引导流动,并且在瓣片打开时有利于构造自由通道。

此外,能够有利地提供的是,从最接近旋转轴线的废气门瓣片的区域开始,该突起的厚度随着与旋转轴线的距离的增加而增加。借助于废气门瓣片上的突起的这种构造,可确保突起不会在接近旋转轴线的废气门瓣片的区域中在废气门开口的边缘处构成阻碍,特别是在打开运动开始时或者在关闭运动结束时。

附图说明

在本文的以下部分中,本发明借助于说明性实施例而在附图中示出并且随后被描述。在附图中:

图1示出了排气涡轮增压器的功能元件的示意图;

图2在局部截面中示出了排气涡轮增压器的透视图;

图3在图示的上部区域中示出了排气涡轮增压器的控制杆的视图,而在下部区域中图示了沿上部中的线A-A截取的截面;

图4示出了具有其驱动轴的废气门瓣片的局部截面图;

图5示出了具有其驱动轴的废气门瓣片的示意图;

图6示出了废气门瓣片的另一示意图;

图7示出了三角形形状的废气门瓣片的示意图;

图8示出了矩形形状的废气门瓣片的示意图;

图9示出了局部平坦化的圆形形状的废气门瓣片的示意图;

图10示出了废气门瓣片的四个其他几何形状的图示;

图11在各种透视图中示出了圆形废气门瓣片的三个视图;

图12在各种透视图中示出了另一废气门瓣片的三个视图;

图13示出了在内侧上具有突起部分的三角形废气门瓣片的视图;

图14示出了具有锥形密封表面的圆盘形状的废气门瓣片的三个视图;

图15示出了具有球冠形密封表面的部分圆形形状的平坦化的废气门瓣片的三个视图;

图16示出了具有其驱动轴的部分圆形形状的平坦化的废气门瓣片的视图;以及

图17示出了沿着图16中的线B-B截取的横截面图。

具体实施方式

图1示意性地图示了排气涡轮增压器的元件。该元件在结构上连接至内燃机1,该内燃机1具有进气管道1a和排气管道1b。用于燃烧的环境空气通过进气管道1a被吸入,而在燃烧过程期间被加热的燃烧产物(特别地呈气态)通过排气管道1b排出。

设置在排气管道1b中的是涡轮机2,涡轮机2由排出的废气驱动。涡轮机2通过轴3连接至压缩机叶轮4。在涡轮增压器装置的操作期间,压缩机叶轮4被驱动以使得压缩机叶轮4额外地压缩通过进气管道1a吸入的空气,其结果是压缩的进气可用于燃烧过程并且每个汽缸冲程会有更多的燃料能够被添加至燃烧过程,从而允许增加发动机扭矩。

在进气管道1a中设置有用于控制进气的节流阀1c,在压缩机叶轮之前的空气过滤器(未示出),以及在压缩机叶轮之前的空气流量计和在压缩机叶轮下游的增压空气冷却器。还值得一提的是,在涡轮机2下游的排气管道1b中能够设置催化转化器。

在增压模式下,节流阀1c完全打开。

通过在涡轮机侧通过具有废气门开口的“废气门”10释放一些排气质量流由此打开旁通管道能够对增压进行调节,该旁通管道能够将一些排气引导经过涡轮机2。

图2在透视图中示出了涡轮机机壳15,废气门装置10设置在该涡轮机机壳中。所述装置借助于电废气门致动器5来驱动,该电废气门致动器5安装在压缩机机壳14上的支架上。在涡轮机机壳15与压缩机机壳14之间存在核心组,在该核心组中容纳有排气涡轮机和压缩机叶轮的公共轴。能够在前景中看到排气涡轮机2。

致动器5的控制杆用5a表示。作为元件,如能够在图3中看到的,其具有能够在其纵向方向上移动的挺杆18以及接头16和延伸部17,延伸部17联接至废气门驱动轴7的杠杆19。需要接头16来补偿杠杆7的圆形运动,因为挺杆18仅仅能够轴向移动。借助于致动器5,轴7因此能够作为废气门瓣片的驱动轴而被旋转驱动。

在图3的上半部分中示出截面线A-A,在图3的下部部分中示出了沿该截面线A-A的横截面。该横截面示出了具有废气门瓣片8和废气门驱动轴7的涡轮机机壳15的部分。在该图的下部部分中还能够看到控制杆5a的挺杆18、接头16和延伸部17。

在图4中图示了作用在废气门瓣片8上的力之间的力关系。在箭头20的方向上的首先是致动力20,致动力20通过控制杆5a和驱动轴7被传递至瓣片8。作为反作用力作用的是由废气门装置中的气压产生的力21以及在废气门开口的密封阀座上形成按压力的力22。如果密封阀座上的力是尽可能大的,则似乎可取的是使由驱动轴传递到瓣片的力最大化。

为此,如在图5中能够容易地看到的,如果面积中心11与驱动轴7的旋转轴线6之间的负载臂L尽可能得短,则这是特别有利的。为此,可取的是将废气门瓣片8的覆盖表面定位为尽可能接近旋转轴线6。这会在瓣片上产生大扭矩,由此能够在密封阀座上产生大的接触力。然而,与此同时,应该考虑到的是,在某些情况下,瓣片8应该位于离旋转轴线6最小距离(形式为公差长度a)处以便补偿公差。如果公差不被遵守并且杠杆臂L变得太短,则在到达关闭的瓣片位置之前,废气门瓣片将会打在废气门开口上的阀座上。然而,利用现代制造方法,能够将公差几乎减小至零。

图6更详细地示出的是,废气门瓣片8总体上具有比覆盖表面更大的直径,该覆盖表面用虚线圆圈图示并且用9表示。覆盖表面覆盖密封表面内的废气门开口。

图7示出了根据本发明的废气门瓣片20a的图示,与覆盖表面的圆形构造相比,该废气门瓣片20a的面积中心11a被定位成更接近旋转轴线6,同时表面积相同。这是借助于三角形构造实现的,其中,该三角形被构造成使得直的边缘21a平行于旋转轴线6延伸。根据几何规则,面积中心被设置在关于边缘21a的三角形的高的三分之一处,如从旋转轴线6观察。

图8示出了矩形废气门瓣片20b,在该矩形废气门瓣片20b上,覆盖表面的边缘21b被设置成与旋转轴线6平行。矩形20b和对应的覆盖表面在平行于旋转轴线6的方向上延伸并且垂直于其压缩。

图9示出了具有平坦化的圆形形状的废气门瓣片20c,其中,覆盖表面的边缘21c(此处再次用虚线来图示)在面向旋转轴线6的侧面上与旋转轴线6平行。该废气门瓣片20c的覆盖表面在表面积上与具有更小直径的圆形覆盖表面的圆形废气门瓣片相当。借由边缘21c的区域中的平坦部分,废气门瓣片20c以及因此还有覆盖表面能够被定位为更接近旋转轴线6,同时具有相同大小,并且因此对于轴7的相同扭矩,能够实现在废气门开口的阀座上的瓣片20c的更高的接触力。与对应的圆形形状相比,图示的废气门瓣片20c的平坦化的构造在平行于旋转轴线6的方向上延伸并且横向于旋转轴线6压缩。

图10示出了废气门瓣片的四个其他构造:20d(椭圆形的,其中,椭圆的长轴线与旋转轴线6平行对准),20e(梯形的,其中,梯形的长边面向旋转轴线),20f(菱形的,其中,菱形的长轴线与旋转轴线平行对准),以及20g(不规则形状的,与圆形表面相比较,其具有在旋转轴线6的方向上延伸的构造)。在本发明的范围内,能够想到具有对应的覆盖表面的其它几何形状的废气门瓣片。

图11在三个不同的透视图中示出了废气门瓣片8的驱动轴7,所述瓣片具有圆形覆盖表面9。圆形形状不与根据本发明而设想的形状相对应,但是该示例是说明在废气门瓣片上设置突起的简单方式。能够在中间图示中看到突起24的最简单示例,因为其延伸超出废气门瓣片盘体的密封表面22的平坦环形外部。在废气门开口10a关闭期间,突起24进入所述开口。突起24具有锥形构造以便形成废气门阀的打开特性,因为该形状确保了在瓣片的部分打开位置中可获得减小的横截面。在打开的第一阶段中,与废气门瓣片的完整枢转角度相比,最初仅暴露小的流动横截面,并且当开口角度增加直到废气门开口完全暴露时,该初始位移基本上完成。

还能在图12和图13中找到突起24a、24c的对应构造。

图12在三个透视图中示出了废气门瓣片20c,所述瓣片是部分圆形的,但是借助于区域中接近旋转轴线6的边缘21c而平坦化。在图12中的中间图示中,能够看到锥形渐细突起24c,所述突起上升到密封表面22上方。此外,在图12中图示了驱动轴7和负载杠杆23。

图13在透视图中图示了三角形废气门瓣片20a,所述瓣片具有突起24a,该突起24a以从接近三角形废气门瓣片的旋转轴线的边缘25朝向尖端26的楔形件的方式构造。该构造进一步改进了废气门阀的打开特性(即,相对于废气门瓣片的打开角度的自由流动截面)。在其它几何结构的情况下,在废气门瓣片的宽度上的这种倾斜式上升当然也是适当的。

图14在三个透视图中示出了对应的驱动轴7中的圆形废气门瓣片8。如能够在中间视图中清楚看到的,废气门瓣片在阀座的区域中(即,在与废气门开口的边缘相互作用的阀瓣片的密封表面的区域中)具有锥形形状。这具有如下效果:废气门瓣片盘体在废气门开口上自动地居中,并且废气门瓣片与废气门开口的边缘之间的密封被改进。

图15在三个透视图中示出了与图14中的废气门瓣片相似的废气门瓣片,但是废气门瓣片的密封表面的轮廓26具有球冠形构造,即,具有球面曲率。

图16再次示出了平坦化的圆形废气门瓣片8以及负载杠杆23和轴7。在图16中,B-B进一步表示在图17中图示的截面。此处,在横截面中示出了具有锥形密封表面27的废气门瓣片8,该锥形密封表面27靠着其中设置有废气门开口10a的涡轮机机壳15的对应锥形凹陷壁15a放置。废气门开口的边缘28与废气门瓣片8的锥形形状在设计上互补,从而形成提供良好密封的阀座。废气门开口的边缘和废气门瓣片的该互补成形也不限于圆形废气门瓣片和锥形形状,但是还能够被提供用于所有呈现的瓣片形状。

最后,利用上面示出并描述的瓣片形状,能够实现废气门瓣片的增加的接触压力,以及因此能够实现废气门阀的更好的密封特性,并且因此实现排气涡轮增压器和燃烧发动机的更好的效率。

再多了解一些
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