具有用于抵靠涡轮机壳体夹紧引导装置的弹簧元件的涡轮增压器以及弹簧元件的制作方法

本发明涉及一种涡轮增压器，特别是用于内燃发动机的排气涡轮增压器，该涡轮增压器具有轴承壳体、可旋转地布置在轴承壳体中的轴、布置在轴上的涡轮机轮、用于涡轮机轮的涡轮机壳体、布置在轴承壳体和涡轮机壳体之间的可变涡轮机几何结构的引导装置、以及布置在轴承壳体和引导装置之间的环形弹簧元件，该环形弹簧元件用于抵靠涡轮机壳体轴向地夹紧引导装置，其中，环形弹簧元件在径向向外侧置靠在轴承壳体上并且在径向向内侧置靠在引导装置的部件上。

背景技术：

在现代的机动车辆中，越来越多地使用所谓的具有可变涡轮机几何结构(vtg)的排气涡轮增压器，其中功率输出和响应行为可以适应于内燃发动机的不同运行条件。在此使用的可变涡轮机几何结构具有带有可旋转的引导叶片的引导装置，并且通常借助于弹簧元件、特别是借助于盘形弹簧抵靠涡轮增压器的涡轮机壳体夹紧该可变涡轮机几何结构。

因此，例如de102008064299a1公开了一种涡轮增压器，其中，单件式盘形弹簧抵靠涡轮机壳体挤压可变涡轮机几何结构的引导叶片环。该单件式盘形弹簧具有形成弹簧支腿的弯曲边缘区域，而该盘形弹簧的保护性支腿被形成为用于该弹簧支腿的热屏蔽件。在此，弹簧支脚在径向向内侧置靠在轴承壳体上并且在径向向外侧置靠在可变涡轮机几何结构的引导装置上，并且抵靠涡轮机壳体夹紧该引导装置。

de102008005404a1公开了一种涡轮增压器，其中，在引导装置和轴承壳体之间布置有两个盘形弹簧，所述盘形弹簧以一个端部置靠在引导装置上，其中，第一盘形弹簧在径向方向上布置在涡轮机轮的旋转轴线和引导叶片的枢转轴承之间，并且第二盘形弹簧在径向方向上布置在枢转轴承的背离涡轮机轮的旋转轴线的一侧上。两个盘形弹簧都将设置有引导装置的调节机构的调节空间相对于流动通道密封。

在具有可变涡轮机几何结构(vtg)的排气涡轮增压器中，经常使用具有筒体设计的引导装置。附接筒体需要筒体相对于涡轮机轮的对中(筒体和涡轮增压器轴线的同轴对准)、旋转对准(防止扭转的安全性)以及轴向固定或定位。

为了保证筒体的功能性，即以低滞后和低磨损的方式进行叶片调节，重要的是使在运行中施加在筒体上的约束力最小化。这些约束力可以首先是来自安装在发动机(排气系统加上管道系统)上的力，并且其次是由固定所产生的力，其防止或限制具有不同热膨胀率的部件之间的热均衡。

已经发现，在实践中合适的是，借助于弹簧元件抵靠涡轮机壳体挤压引导装置或筒体，并因此将其相对于涡轮机轮轴向定位。此类现有技术在上面引用的两篇公开文献中都有描述。

在上述de102008064299a1中描述的弹簧元件被形成为具有集成的盘形弹簧功能的热屏蔽件，该热屏蔽件在径向向内侧置靠在轴承壳体上并且在径向向外侧置靠在引导装置的叶片环上。部件的弹簧性能可以补偿整个系统中的变形(由于外力或热膨胀)。然而，由于对更高的排气温度的需求，各部件经受增加的热负载。特别是在此类弹簧元件的情况下，在高的排气温度下可能出现的是，由于形成夹紧的弹簧支腿在径向向外侧支承在引导装置上并且在径向向内侧支承在轴承壳体上，这些弹簧元件不再能够施加固定所需的力。

在de102008005404a1中描述的布置中，径向外部的盘形弹簧实际上在径向向外侧置靠在轴承壳体上并且在径向向内侧置靠在引导装置的引导叶片环上，但是在此盘形弹簧具有在周向上封闭的并且扁平的廓形，该廓形实际上密封涡轮机壳体的相应的流动通道，但是由于封闭的设计而在最佳的功能方面留有改进的空间。

技术实现要素：

本发明基于如下目的：提供一种开篇所描述的类型的涡轮增压器，该涡轮增压器在所提供的弹簧元件上的负载非常小的情况下实现优化的功能。

根据本发明，该目的在开篇所描述的类型的涡轮增压器中通过如下方式实现，即，环形弹簧元件具有与轴承壳体接触的环形径向外凸缘以及多个突片，所述多个突片在引导装置的方向上从外凸缘径向向内延伸并且与引导装置的部件接触。

为了在引导装置上实现特别平衡的力，根据本发明提出了一种弹簧元件，其类似于释放弹簧(例如在汽车离合器中)。弹簧元件具有环形径向外凸缘，其呈支承在轴承壳体上的封闭的或连续的外环的形式。挤压在引导装置的对应的部件上的弹簧突片径向向内突出。弹簧突片使弹簧元件相对于轴承壳体和/或相对于引导装置的对应部件居中。

总体上，环形弹簧元件布置在涡轮增压器的径向外部区域中，使得弹簧元件上的温度负载较低，并且在涡轮机的整个运行范围内，均匀的高的力可以施加在引导装置上并且因此施加在涡轮机壳体上。另外，弹簧元件在径向外部区域中比在内部区域中更冷，这导致更小的力损失，使得弹簧元件在内侧上处于热状态中而由于更大的热膨胀(更大的弹簧高度和因此更大的力)而试图将其自身变直。由于更居中地布置了力施加，产生部件的更小的变形并且更均匀的叶片间隙，这继而可导致间隙减小且因此导致更高的效率。

对于本发明重要的是，弹簧元件在径向向外侧支承在冷的部件(轴承壳体)上并且在径向向内侧支承在热的部件(引导装置、vtg筒体)上。

优选地，突片具有在引导装置的方向上径向向内倾斜延伸的部分和与其相邻的径向内凸缘，径向内凸缘特别地平行于环形外凸缘延伸并且与引导装置的部件接触。因此，弹簧元件的连续的外凸缘和相应突片的各内凸缘特别地彼此平行地延伸，并且利用表面支承在轴承壳体和引导装置的对应面上。它们彼此相距一径向距离，该径向距离由突片的倾斜部分桥接。

环形径向外凸缘可形成为完全封闭的连续的环。然而，也可以制造凹口或切口以形成突片。凹口或切口可以从外凸缘的内周界或外周界开始。

突片的径向内凸缘优选地具有与其相邻的成角度的弹簧臂部分。该弹簧臂部分优选地朝向引导装置那侧弯曲或折叠。

在本发明的具体的实施例中，环形弹簧元件布置在轴承壳体与引导装置的叶片环之间。在此，环形弹簧元件的突片挤压抵靠引导装置的各叶片之间的叶片环。在具体的实施例中，突片的径向内凸缘利用表面支承在叶片环的轴向突出部分上，并且利用成角度的弹簧臂部分接合在该突出部分周围。在此，叶片环的轴向突出部分在轴承壳体的方向上突出，并且突片的成角度的弹簧臂部分在涡轮机壳体的方向上在其径向内侧上接合在该突出部分周围。

特别地，环形弹簧元件在周向方向上经由另外的突片和/或销固定在引导装置的相应的部件上，特别是固定在引导叶片环上。以这种方式，弹簧元件可以被定向。

如开篇已经提到的，在现有技术中已知的是，将弹簧元件制造为具有集成的盘形弹簧功能的热屏蔽件。本发明偏离了这一原理，将“热屏蔽件”和“弹簧元件”两种功能分开。因此，提供了两件式部件。因此，在该实施例中，根据本发明的涡轮增压器除了该环形弹簧元件之外并且在其径向内侧还具有如下部件，该部件用作轴承壳体与涡轮机轮之间的热屏蔽件。用作热屏蔽件的部件优选地以环形方式围绕轴延伸直至引导装置的叶片环，叶片环在上面所描述的实施例中还支撑径向向外布置的环形弹簧元件的突片的内凸缘。因此，用作热屏蔽件的部件屏蔽了轴承壳体与涡轮机轮之间的直接相邻的区域，而布置在径向外侧的环形部件发挥了对应的弹簧功能并且抵靠涡轮机壳体挤压或夹紧引导装置、特别是引导叶片环。

在此，环形弹簧元件特别地轴向地挤压抵靠用作热屏蔽件的部件。因此，它将该部件保持在其轴向位置。因此不再需要用作热屏蔽的部件的弹簧特性，因此用作热屏蔽的部件也可以由更便宜的材料制成。

如上所述，突片的径向内凸缘可具有与其相邻的成角度的弹簧臂部分。该成角度的弹簧臂部分可置靠在轴承壳体和叶片环两者上。各突片的对应的弹簧臂部分可使该引导装置(vtg筒体)径向居中。在此，弹簧臂部分可置靠在轴承壳体和叶片环两者上。

优选地，成角度的弹簧臂部分被构造成使得具有内弹簧臂和外弹簧臂。这些内弹簧臂和外弹簧臂可以或者一起布置在一个弹簧突片上，或者交替地布置在相邻的弹簧突片上。内弹簧臂可置靠在叶片环上并且外弹簧臂可置靠在轴承壳体上，反之亦然。

环形弹簧元件优选地由具有弹簧特性的耐热金属片材制成。

此外，本发明涉及一种用于上面所描述的类型的涡轮增压器的环形弹簧元件，其用于抵靠涡轮机壳体轴向地夹紧可变涡轮机几何结构的引导装置。

附图说明

下面将结合附图参考示例性实施例来详细解释本发明。附图示出了：

图1是贯穿涡轮增压器的部分的竖直截面图；

图2是图1的部分的放大截面图；

图3是沿涡轮机轮的方向观察的涡轮增压器的部分的端视图；以及

图4是图3中的涡轮增压器的部分的立体图。

具体实施方式

图1示出了涡轮增压器的部分的竖直截面图。布置在轴9上的涡轮机轮8安装在涡轮机壳体6内侧。轴9经由轴的轴承9a布置在轴承壳体2中的相应孔中。

此外，涡轮增压器具有带有对应的引导装置的可变涡轮机几何结构(vtg)，借助于该引导装置，涡轮增压器的功率输出和响应行为可以适于内燃发动机的不同运行条件。为此，对应的可变涡轮机几何结构具有可旋转地安装在引导叶片环上的可旋转的引导叶片，其中一个引导叶片环在图1中用附图标记3表示。此外，示出了叶片杆5和调节环4。

在轴承壳体2与涡轮机轮8之间提供了部件7，该部件用作热屏蔽件并且环绕轴。该部件7径向向外延伸直至叶片环3。

此外，在轴承壳体2与可变涡轮机几何结构的叶片环3之间布置有弹簧元件1，该弹簧元件抵靠涡轮机壳体6挤压叶片环3并且因此挤压可变涡轮机几何结构的整个引导装置。弹簧元件1的精确位置和构造在图2的放大视图中被示出。弹簧元件1的封闭的、连续的、环形的外凸缘10利用表面支承在轴承壳体2上。多个突片（tab）从所述外凸缘径向向内延伸。这些突片具有与径向延伸的内部分11邻接的倾斜部分12，该内部分平行于外凸缘10延伸。一直延伸到叶片环3的成角度的弹簧臂部分13邻接内凸缘11。

弹簧元件1的径向内部分11利用表面支承在叶片环3的突出部分17上，其中，成角度的弹簧臂部分13接合在该突出部分17周围。

图3和4示出了弹簧元件1的端视图和立体图。明显的是，具有倾斜部分12和内凸缘11的五个突片从周向环形外凸缘10径向向内延伸，其中，内凸缘11支承在叶片环3的突出部分17上。成角度的弹簧臂部分13包括两个外弹簧臂19和一个内弹簧臂18，它们将弹簧元件1支撑在轴承壳体和叶片环两者上。弹簧元件1具有另外的突片15，该另外的突片与销16协作，以用于在周向方向上进行固定或定向。

因此，附图中所示的弹簧元件1类似于汽车离合器的释放弹簧。从封闭的环形外凸缘10向内突出的弹簧突片压在各引导叶片之间的叶片环3上。对于弹簧元件的良好功能而言，重要的是，弹簧元件以其封闭的环形外凸缘10支承在轴承壳体2上，该轴承壳体在此被认为是冷部件；并且以多个内凸缘11(由这些突片形成)支承在可变涡轮机几何结构的引导装置上，该引导装置在此被认为是热部件。通过这种方式，弹簧在径向外部区域中比在径向内部区域中更冷，这导致轻微的力损失，因为弹簧在热的状态下由于更大的热膨胀而试图使其自身在内部区域中变直。