用于内燃机的排气涡轮增压器及其制造方法与流程

本发明涉及一种用于内燃机的排气涡轮增压器，具有涡轮机、在流动技术上与涡轮机并行设置的旁通管和横截面调节元件，该横截面调节元件用于调节旁通管的流通截面。本发明还涉及一种用于制造该排气涡轮增压器的方法。

背景技术：

这种内燃机例如用于驱动机动车，即用于提供针对机动车的驱动而设计的转矩。内燃机就此可以是机动车的组成部分。内燃机具有排气涡轮增压器。该排气涡轮增压器用于提供空气、尤其是新鲜空气，该空气具有高于内燃机的外部环境中的压力水平。

在内燃机的运行期间向该排气涡轮增压器或这说向排气涡轮增压器的涡轮机输送由内燃机产生的排气。排气流通过或者说溢流过该涡轮机，其中排气中所含的焓或流动能量被转换为动能。然后，该动能被用于运行排气涡轮增压器的压缩机。借助于该压缩机尤其从外部环境中吸入空气，并压缩空气，即增压到更高的压力水平。然后压缩的空气被输送个给内燃机。以这种方式可以改善内燃机的功率和/或效率。

然而，将全部产生的排气都引向涡轮机，这并不是在内燃机的每个运行状态中都是重要的。由此设置在流动技术上并行于涡轮机的旁通管，排气可通过该旁通管而绕过涡轮机流动。为该旁通管配置、优选持续地配置横截面调节元件，借助于该横截面调节元件可以调节旁通管的流动横截面。

从现有技术中例如已知为文献ep2236872a1。该文献涉及一种排气再循环阀，该排气再循环阀具有阀壳体以及球阀体。

技术实现要素：

本发明的目的是，提供一种用于内燃机的排气涡轮增压器，该排气涡轮增压器相对于已知的现有技术具有优点，尤其能够实现可靠的密封以及简单的装配。

上述目的根据本发明利用具有权利要求1所述的特征的排气涡轮增压器实现。在此提出，横截面调节元件设计为球阀，该球阀的阀元件浮动支承在阀壳体中并布置在两个同样设置在阀壳体中的支承套/轴承套之间。该横截面调节元件构成为球阀。就是说，球阀的阀元件至少局部为球体的或球形的，其中通过阀元件转动运动可以调节旁通管期望的流动横截面。

球阀的阀元件应浮动支承在阀壳体中。对此理解为，阀元件不仅可转动地布置在阀壳体中，而且在至少另一方向上存在有间隙，即具有一定的运动自由度。例如，沿如下方向存在间隙，该方向相对于阀元件的转轴形成角度，即与该转轴围成大于0°小于180°的角度。该方向尤其垂直于转轴。

该阀元件布置在支承套之间，该支承套同样布置在阀壳体中。阀座优选位于支承套中的至少一个上，阀元件与该阀座共同作用以用于调节旁通管的流动横截面。根据阀元件相对于设计为阀座的支承套的转动角度位置，可以就此完全封闭、仅部分释放或完全释放流动横截面。由阀元件的浮动支承方式决定，尤其在至少部分或完全封闭的流动横截面的情况下，排气可以向着阀座的方向涌向或移动到该阀座中。因此实现了球阀的自密封，由此即使在出现磨损时也保证了可靠的封闭、尤其完全的封闭。

支承套还可以设计用于提供用于阀元件的端部止挡件。尤其在此阀元件以具有间隙的方式布置在支承套之间。尤其意味着，阀元件持续贴靠在支承套中的最多一个上，而该阀元件与相应的另外的支承套间隔地布置或者至少不与该另外的支承套接触。也可以设计为如此布置该阀元件，使得该阀元件不与支承套中的任何一个接触，而是布置在支承套之间。

支承套有利地具有各一个用于阀元件的部分球形的接纳开口。如上所述，阀元件至少部分的、尤其完全为球形。现在，该支承套具有互补的接纳开口，该接纳开口是部分球形的，并因此设计用于接纳阀元件的部分。

该阀元件优选具有中心的流动通道，而支承套中的每个都分别具有流动通孔，该流动通孔具有与流动通道相同的流动横截面。支承套之一的流动通孔与横截面元件的流动入口在在流动技术方面直接连接，而另外的支承套的流动通孔与流动出口在在流动技术方面直接连接。

在阀元件的至少一个转角位置中，流动通道的流动横截面与支承套的流动通孔流动连接。流体相应地可以从流动入口向着流动出口的方向流动，其中流体流过流动通孔以及流动横截面。特别优选地，流动横截面在阀元件的至少一个转角位置中与支承套的两个流动通孔对齐，从而实现尽可能小的流动阻力。尤其如此实现，即流动通道具有与流动通孔相同的流动横截面。

支承套中的至少一个有利地由弹性材料制成。尤其如下的支承套，在该支承套上设置横截面元件的阀座，阀元件与该阀座共同作用以用于调节旁通管的流动横截面。然而尤其优选地，两个支承套都由弹性材料制成。借助于弹性材料可以减小或完全减小阀元件的振动以及由此产生的噪音。还显著改善了横截面调节元件的密封作用，从而也可以完全封闭旁通管。

在本发明的一个优选的设计方案中提出，阀壳体具有安装开口，阀元件和两个支承套可以共同穿过该安装开口置入到阀壳体中。如上所述，支承套分别具有用于阀元件的接纳开口。该接纳开口可以设计为部分球形的。为装配该排气涡轮增压器，将阀元件布置在支承套的接纳开口中。随后，支承套与阀元件一同穿过该安装开口置入到阀壳体中。安装开口就此具有相应的尺寸。

通过阀壳体的这种设计方案保证了简单的装配，这是因为在仅唯一的工作步骤中就可以安置支承套和阀元件。尤其在阀壳体中设置用于包括阀元件和支承套的布置结构的接纳部，如此设计该接纳部，使得将支承套和阀元件在穿过安装开口而进入到接纳部中之后固定地保持在该接纳部中，从而仅可以穿过安装开口取出该布置结构，而不能沿另一方向移动。

本发明的一个改进方案提出，安装开口借助于盖封闭，在该盖中形成用于与阀元件作用连接的调节轴的穿通孔。在将包括阀元件和支承套的布置结构穿过安装开口引入接纳部中之后，借助于盖封闭该安装开口。为了能够致动或移动阀元件，设置与阀元件作用连接的调节轴。

在盖中设置穿通孔，调节轴从阀壳体中穿过该穿通孔伸出。在调节轴的背离阀元件的侧上优选设置调节装置，该调节装置原则上可以任意设计。例如调节装置是电动的或气动的。该调节轴以可转动的方式布置在穿通孔中，例如以可转动的方式支承在穿通孔中。

在本发明的另一优选的设计方案中提出，盖具有至少一个保持突出部，该保持突出部贴靠在支承套上。在将盖装配到阀壳体上之后，保持突出部贴靠在支承套上。例如设置多个保持突出部，其中优选为每个支承套都分配保持突出部的一个。该保持突出部或多个保持突出部为此设计为，将支承套固定、即位置固定地保持在阀壳体中，或至少将支承套挤压到阀壳体中。该支承套由此刚性地保持在阀壳体处或者说阀壳体中。

在本发明的另一设计方案中提出，在盖上固定有支承元件，在该支承元件中设置用于调节轴的另一穿通孔。当盖固定在阀壳体上、例如与阀壳体旋紧期间，支承元件接合盖。支承元件优选仅固定在盖上，并因此仅直接与阀壳体连接。调节轴穿过该支承元件，为此该支承元件还具有另外的穿通孔。调节轴以可转动的方式也布置在该另外的穿通孔中，尤其以可转动的方式支承在该另外的穿通孔中。

在本发明的另一设计方案中提出，穿通孔和/或另外的穿通孔的内直径大于调节轴的外直径。因此，该调节轴沿以其转动轴为基准的径向方向并不支承在穿通孔和/或另外的穿通孔中，而以具有间隙的方式布置。穿通孔或另外的穿通孔的这种设计方案尤其保证了阀元件浮动支承在阀壳体中。该阀元件就此不通过调节轴相对于阀壳体固定，尤其不在以转动轴为基准的径向方向上固定。

本发明的尤其优选的设计方案提出，在盖和支承元件之间布置有沿周向方向包围调节轴的、尤其沿周向方向连续密封地贴靠在调节轴上的轴套。该轴套保持在盖和支承元件之间。例如，轴套设置在盖的凹口中，该凹口在装配排气涡轮增压器时借助于支承元件封闭。该轴套优选沿以转动轴为基准的周向方向完全包围调节轴。在此可以设计为，轴套密封地贴靠在调节轴上，尤其在调节轴的整个周向范围内。

轴套就此而言用于相对于阀壳体支承调节轴。为了保证阀元件的浮动支承，轴套优选由柔性的、尤其弹性的材料制成。因此借助于轴套一方面实现了阀壳体的密封，另一方面借助于轴套以在径向方向具有间隙的方式使调节轴相对于阀壳体支承。

本发明的另一优选的设计方案提出，调节轴与阀元件一件式(一体式)和/或材料统一地形成。调节轴尤其优选地与阀元件共同制造。另选地，还可以设计为，调节轴与阀元件分开地制造，并随后与阀元件材料融合地连接，例如借助于焊接等。然而始终重要的是，调节轴与阀元件刚性地连接。此外有利的是，调节轴由与阀元件相同的材料制成，并且就此设计为与阀元件材料统一。

在本发明的另一设计方案中提出，阀壳体布置在排气管中，涡轮机的涡轮机出口连接在该排气管上，其中排气管的横截面大于阀壳体，或阀壳体内置在涡轮机的涡轮机壳体中。排气管用于排放涡轮机的排气。为此排气管连接在涡轮机的涡轮机出口或涡轮机的涡轮机壳体上。流过涡轮机的排气借助于排气管排出，尤其向着外部环境的方向。阀壳体应如此布置在排气管中，使得排气管的流动横截面的仅一小部分被封闭。排气管相应地如此构成，使得排气管的横截面大于阀壳体或具有大于阀壳体的横截面的流动横截面。就此而言，从涡轮机中排出的排气流过阀壳体或绕过阀壳体流动。

另选地也可以设计为，阀壳体内置在涡轮机的涡轮机壳体中。阀壳体优选由涡轮机壳体的一个区域形成。在此，旁通管优选至少部分地、尤其完全地设置在涡轮机壳体中。例如，旁通管将涡轮机壳体的至少一个排气入口连接端与排气出口连接端连接，排气管尤其连接在该排气出口连接端上。因此，横截面调节元件或球阀连同其阀壳体优选设置在涡轮机壳体中。横截面调节元件相应地布置在旁通管中。

如果排气涡轮增压器设计为单流的(einflutig)，则存在仅一个排气出口连接端。如果排气涡轮增压器是多流的，则为每个流分配一个排气入口连接端。旁通管优选与所有的排气入口连接端流动连接。借助于用于调节流动横截面的横截面调节元件可以设定一排气的份额，该排气的份额被引导绕过涡轮机，即通过旁通管从至少一个排气入口连接端流动到排气出口连接端。

可以在本发明的另一设计方案中提出，旁通管从涡轮机出发延伸进入排气管中直至阀壳体的流动入口。该旁通管连接在涡轮机的上游。为此尤其在涡轮机壳体中构造有旁通连接端，旁通管与该旁通连接端流体连接。该旁通管从涡轮机或者说涡轮机壳体出发伸入到排气管中，直至阀壳体的流动入口。在此，阀壳体的流动入口优选与排气管中的涡轮机的涡轮机出口间隔地布置。该距离与排气管的内直径的比例尤其为至少0.1、至少0.25、至少0.5、至少0.75或至少1.0。

最后，在本发明的另一设计方案的范围内提出，阀壳体具有流动出口，该流动出口在背离阀元件的方向扩张。流过旁通管的流体可以从阀壳体中通过流动出口流出。流动出口尤其布置在排气管中，从而经过旁通管被引导绕过涡轮机的排气与流经涡轮机的排气混合。流动出口尤其优选地设计为扩散器，沿背离阀元件或涡轮机的方向扩张。就是说，流动出口的流动横截面沿这个方向变大，优选稳定地或连续地变大。

本发明还涉及一种用于制造内燃机的排气涡轮增压器、尤其根据上述实施方案的排气涡轮增压器的方法，其中该排气涡轮增压器具有涡轮机、在流动技术方面与该涡轮机并行设置的旁通管和用于调节旁通管的流动横截面的横截面调节元件。在此提出，横截面调节元件设计为球阀，并且该球阀的阀元件浮动支承在阀壳体中并布置在两个同样设置在阀壳体中的支承套之间。

已经说明了内燃机的或这种方法的这种类型的设计方案的优点。本方法和内燃机可以根据上述实施方案改进，即就此参照这些实施方案。

尤其在本方法的范围中提出，阀元件以及两个支承套共同穿过阀壳体的安装开口插入到阀壳体中或插入到阀壳体的接纳部中。随后安装开口优选同样借助于盖封闭。以这种方式保证了排气涡轮增压器的简单装配。

附图说明

下面根据在附图中示出的实施例详细说明本发明，但本发明不限与此。在此示出：

图1示出用于内燃机的排气涡轮增压器的纵向剖面图，其中用于调节旁通管的流动横截面的横截面调节元件布置在排气管中；

图2示出横截面调节元件的分解图；

图3示出横截面调节元件的详细剖面图，以及

图4示出在另一实施形式中的排气涡轮增压器的纵向剖面图。

具体实施方式

图1示出内燃机1的一区域、尤其排气涡轮增压器2的区域的纵向剖面图。该排气涡轮增压器2包括具有涡轮机壳体4的涡轮机3以及布置在涡轮机壳体4中的涡轮机工作轮或者说涡轮机叶轮。排气管6连接在涡轮机壳体4的涡轮机出口5上，排气在穿流过涡轮机3后通过该涡轮机出口流出。该排气管用于排出排气，例如向着外部环境的方向。

涡轮机3还具有旁通管7，该旁通管例如连接在涡轮机壳体4的旁通连接端8上。该旁通管7或旁通连接端8连接在涡轮机叶轮的上游，并与涡轮机3或涡轮机叶轮并行地设置。输送给涡轮机3的排气、例如来自内燃机1的排气可以或者穿流过涡轮机3或者说溢流过涡轮机叶轮，或者另选地穿流过旁通管7，被引导从涡轮机3或者说涡轮机叶轮旁边经过。

为旁通管7分配有横截面调节元件9，该横截面调节元件用于调节旁通管7的流动横截面。借助于该横截面调节元件9可以封闭、部分释放或完全释放穿流过旁通管7的流动连接。

该横截面调节元件9设计为球阀。球阀具有阀壳体10，该阀壳体具有流动入口11以及流动出口12。该流动入口11连接在旁通管7上。例如阀壳体10为此局部地伸入旁通管7中或者被该旁通管7包围，如这在此处示出的实施例中正是这样的情况。该横截面调节元件9具有阀元件13，该阀元件浮动支承在阀壳体10中。支承套14和15布置在阀壳体10中的阀元件13两侧。

阀元件10基本上为球体的或球形的。该支承套14和15分别具有接纳开口16，阀元件13部分地接合在该接纳开口中。阀元件13具有流动通道17，该流动通道例如形成在阀元件13的中心，并完全穿过该阀元件。例如流动通道17具有圆形的横截面。在支承套中分别形成流动通孔18。该流动通孔优选具有与流通通道17相同的流动横截面，从而在阀元件13的至少一个转角位置中支承套14和15的流动通孔18与流动通道17对准地布置。

优选在阀壳体10中还设置流动通道19，该流动通道一方面连接在流动入口11上，另一方面连接在流动出口12上。该流动通道19优选具有恒定不变的流动横截面。流动通道19的流动横截面尤其相当于流动通道17或者说流动通孔18的流动横截面。也可以设计为，流动出口12在背离阀元件13的方向上扩张，从而流动出口12就此设计为扩散器。阀元件13以及支承套14和15布置在流动通道中。

可以看出，阀壳体10具有安装开口20，阀元件13和两个支承套14和15可以共同穿过该安装开口被置入到阀壳体10中。安装开口20在此具有相应的开口。借助于盖21封闭该安装开口20，盖优选直接固定在阀壳体10上，尤其与阀壳体旋紧。在盖21中设置穿通孔22。在穿通孔中布置调节轴23，该调节轴与阀元件12至少作用连接。调节轴23尤其优选地与阀元件13一件式和/或材料统一地形成。

在盖21上布置有支承元件24，该支承元件尤其固定在盖21上，优选与盖旋紧。支承元件24具有另一穿通孔25，调节轴23穿过该穿通孔25伸出。穿通孔22和穿通孔25尤其优选地具有大于调节轴23的外直径的内直径。就是说，调节轴浮动支承在穿通孔22中和穿通孔25中，即在以调节轴23的转动轴26为基准的径向方向上不完全固定，而是以具有间隙的方式支承。

在盖21和支承元件24之间布置有轴套27，该轴套优选夹紧地保持在盖21和支承元件24之间。轴套27通过其外周部优选贴靠在壁部28上、例如盖21的凹口29上。沿以转动轴26为基准的轴向方向，轴套27既贴靠在盖21上又贴靠在支承元件24上。在此支承元件24尤其将轴套27保持在凹口29中。例如支承元件24为此局部伸入到凹口29中。轴套27沿以转动轴26为基准的周向方向完全包围调节轴23。尤其地，轴套沿周向方向连续地、尤其密封地贴靠在调节轴23上。为此例如轴套27由弹性材料制造。

轴套27允许调节轴在确定的间隙内沿以转动轴26为基准的径向方向运动。这具有以下优点，即阀元件13沿径向方向并不是完全固定在阀壳体10的内部。相应地，在至少部分地封闭的横截面调节元件9中作用在阀元件13上的排气压力可以向着支承套14和15之一的方向、尤其向着支承套14的方向挤压阀元件10。在该支承套14中形成横截面调节元件9的阀座30。例如，至少支承套14也由弹性材料实现，这种材料优选也可以用于支承套15。

支承套14和15也可以由复合材料制成、尤其由其中嵌入其它材料的金属网状材料或金属编织材料制成。尤其优选地，其它的材料可以包括固体润滑剂、例如石墨等。调节轴23在其背离阀元件13的侧上具有转矩传递元件31。该转矩传递元件的特征例如是非圆的横截面、尤其具有多角形的横截面。例如横截面调节元件9的驱动装置作用在转矩传递元件上。该驱动装置例如可以设计为电动的或气动的。

图2示出横截面调节元件9的分解图。有关单个元件的说明参照上述实施方案。显然，盖21具有至少一个保持突出部32，该保持突出部例如设计为空心柱形、尤其为空心圆柱形，并在装配好排气涡轮增压器2后接合在阀壳体10中。在那里，保持突出部32贴靠在支承套14和15上并将支承套挤压到阀壳体10中或将支承套保持在阀壳体中。

此外，在盖21和阀壳体10之间设置密封件33，该密封件沿以转动轴26为基准的周向方向包围整个安装开口20。固定环34在阀壳体10上插接在流动入口11的侧上。该固定环通过其内周部优选连续地贴靠在阀壳体上。而通过其外周部贴靠在旁通管7的内周部上，从而横截面调节元件9密封地连接在旁通管7上。该固定环34因此也可以设计为密封圈。

图3示出横截面调节元件9的详细剖面图。可以清晰地看出，穿通孔22和25的内直径大于调节轴23的外直径。轴套27密封地贴靠在调节轴23上。例如盖21和/或支承元件24由坚硬的材料、尤其由金属制成。为了不使调节轴23沿以转动轴26为基准的径向方向完全固定在阀壳体10中，而以具有确定的间隙的方式支承，因此设置轴套27，该轴套尤其由弹性材料制成。

图4示出另一实施形式中的排气涡轮增压器2。该实施形式原则上类似已经描述过的第一实施形式，从而明确参照上述实施方案。与第一实施形式的显著区别在于将阀壳体10内置在涡轮机壳体4中。此外，旁通管7同样仅形成在涡轮机壳体4中。借助于旁通管7可以在涡轮机壳体4的排气入口连接端和涡轮机出口5或者说排气出口连接端之间建立流动连接。在旁通管7中设置横截面调节元件9，借助于该横截面调节元件可以调节旁通管7的流动横截面。

阀元件13和支承套14以及15如上所述布置在阀壳体10中，并进而在此处示出的实施形式中直接布置在涡轮机壳体4中。该涡轮机壳体4例如具有阀壳体10的前面描述的特性的至少多个、尤其全部特性。安装开口仅直接形成在涡轮机壳体4中。与第一实施形式的另一区别在于，支承元件24与盖21一件式并且材料统一地设计。轴套27被盖21例如向着阀元件13的方向挤压，尤其压在阀元件13上，从而轴套27贴靠在阀元件13上。在第一实施形式中，阀元件13与轴套27间隔开地布置。在第二实施形式中，不像第一实施形式那样设置专门的穿通孔22，该穿通孔具有比轴套27的外部尺寸小的内部尺寸。

转矩传递元件31可以在第二实施形式中设计为内多边形元件。支承套14和15完全或至少近似完全地穿过安装开口20。相应地，不需要盖21的、对于第一实施形式所述的保持突出部32。而是，盖21在其面对安装开口20的侧可以是平的或者说具有平面。该面贴靠在支承套14和15上，并将支承套挤压到涡轮机壳体4中并将支承套保持在那里。