具有涡轮的废气涡轮增压器.pdf

本发明涉及一种用于增压器尤其是用于内燃机的废气涡轮增压器(1)的涡轮(2)，具有一个用于控制涡轮(2)运行的控制器(6)，控制器(6)具有至少一个致动器(9)，致动器(9)相对于涡轮壳(17)绕轴线(18)转动地安装。致动器(9)具有一个轴承轴(15)，其安装在涡轮壳(17)的轴承(16)上。轴承轴(15)具有至少一个与轴承(16)径向接触的轴承套(30)，由此获得更强的耐用度及降低生产成本。

权利要求书
1.  一种涡轮，用于增压器尤其是用于内燃机的废气涡轮增压器(1)，
—具有一个用于控制涡轮(2)运行的控制器(6)，
—所述控制器(6)具有至少一个致动器(9)，所述致动器(9)相对于涡 轮壳(17)绕轴线(18)转动地安装，
—所述致动器(9)具有一个轴承轴(15)，其安装在所述涡轮壳(17)的 轴承(16)上,
—所述轴承轴(15)具有至少一个轴承套(30)，其与所述轴承(16)径 向接触。

2.  根据权利要求1所述的涡轮，其特征在于，轴承轴(15)仅通过至少一 个所述轴承套(30)与所述轴承(16)径向接触。

3.  根据权利要求1或2所述的涡轮，其特征在于，设置有至少两个轴承套 (30)，所述两个轴承套30彼此轴向间隔地设置在所述轴承轴(15)上。

4.  根据权利要求1-3任一项所述的涡轮，其特征在于，所述轴承套(30) 由不同于所述轴承轴(15)的材料构成。

5.  根据权利要求1-4任一项所述的涡轮，其特征在于，轴承(16)具有一 个轴承衬(31)，所述轴承衬(31)外侧与涡轮壳(17)径向接触，内侧与所述 轴承套(30)径向接触。

6.  根据权利要求4所述的涡轮，其特征在于，轴承衬(31)可旋转地固定 在涡轮壳(17)上。

7.  根据权利要求1-4任一项所述的涡轮，其特征在于，轴承(16)成型在 轴承孔(32)中，以使轴承套(30)与轴承壳(17)接触。

8.  根据权利要求1-7任一项所述的涡轮，其特征在于，轴承套(30)可旋 转地固定在轴承轴(15)上。

9.  根据权利要求1-8任一项所述的涡轮，其特征在于，控制器(6)是用于 产生不同涡轮形状的形状调节装置(8)，致动器(9)是用于驱动调节环(25) 的驱动杆(11)，所述调节环(25)用于调节安装在叶片承载件(22)上的导向 叶片(21)。

10.  根据权利要求1-8任一项所述的涡轮，其特征在于，控制器(6)为废 气门(7)，致动器(9)是用于驱动废气门(7)的阀(13)的轴(10)。

11.  根据权利要求1-10任一项所述的涡轮，其特征在于，轴承套(30)由 镍基合金制造。

12.  根据权利要求1-11任一项所述的涡轮，其特征在于，轴承套30被氮化。

13.  根据权利要求1-12任一项所述的涡轮，其特征在于，轴承套(30)为 冲压成型。

14.  根据一种用于内燃机的废气涡轮增压器，具有一个压缩机和一个权利 要求1-13任一项所述的用于驱动压缩机(4)的涡轮(2)。

说明书具有涡轮的废气涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的增压器尤其是废气涡轮增压器的涡轮。本发 明还涉及一种具有该涡轮的废气涡轮增压器。
背景技术
用于提高内燃机性能的废气涡轮增压器是已知的。常见的废气涡轮增压器 包括一个压缩机，所述压缩机用来压缩供入到内燃机的内燃室中的新鲜空气。 压缩机由涡轮驱动，而涡轮由内燃机的废气驱动。一种现代化的增压器设置有 用于控制涡轮运行的控制装置，例如，使涡轮和压缩机的运行适应内燃机的运 行状态。
该类型的控制装置(特别是对于柴油机的情形)可以设置为几何形状可调 整的装置，从而产生不同的涡轮机形状。通过几何形状可调的装置，可以在涡 轮机叶轮的进气侧改变将气体引入涡轮机叶轮的进气通道的流通横截面。例如， 设置在进气通道上的可调整的导叶用来实现此目的。相应地，导叶枢轴地安装 在导叶承载件上，并与普通调整环驱动连接，驱动环设置在叶片承载件上远离 进气通道的一侧。通过扭动调节环，所有导叶可以同时转动。为了驱动调节环， 在轴承上可转动地安装一个驱动杆。在该轴承中，驱动杆具有一个穿入涡轮壳 的轴承轴。在涡轮壳内侧，驱动杆驱动连接到调节环；在涡轮壳外侧，驱动杆 驱动连接到形状调节装置的致动驱动器上。为确保较高的功能安全性，驱动杆 必须以摩擦和磨损尽可能小的方式安装。为此目的，轴承可以设置一个轴承衬。 轴承轴直接与轴承衬径向接触，轴承轴的材料必须与轴承衬的材料相配合，由 此，轴承轴与驱动杆的成本比较高。
所述控制涡轮运行的控制器可作为可控的旁路(即所谓的废气门)，特别是 在火花点燃式发动机中。废气门通常具有一个绕过涡轮机叶轮的旁路开口，其 由阀控制。基于此，阀可转动地固定在轴上，轴可转动地安装在涡轮壳上的轴 承中。相应地，轴通过轴承轴穿过涡轮壳。在涡轮壳内侧，轴与阀连接；而在 涡轮壳外侧，轴与废气门的致动器驱动连接。轴承包括一个轴承衬，轴承轴必 须与轴承衬润滑配合，以保证废气门的低磨损和低摩擦。由此，轴承轴和相应 的轴会比较昂贵。
通常，也可以想到其他用于控制涡轮运行的控制器，在这些控制器中，致 动器安装在涡轮壳上的轴承中，其中，致动器的轴承轴可穿过涡轮壳。
发明内容
本发明关注的问题是说明一种具有控制器的涡轮的改进实施方式，其特征 特别在于生产成本低。
根据本发明，该问题由独立权利要求的保护主题来解决。有利的实施方式 构成从属权利要求的主题。
本发明基于这样一种基本构思，为控制器中的各致动装置的轴承轴设置至 少一个轴承套，轴承套用于轴承轴的安装并且与轴承径向接触。根据本发明的 构思，轴承轴不再是直接安装在各轴承中，而是通过轴承套间接地安装在轴承 中，这样，在各轴承套区域中，轴承轴本身不再与轴承接触。由此，借助于各 轴承套可以实现致动器与轴承之间的润滑配合，因此，可采用比较廉价的材料 来生产轴承轴和致动器。这样，轴承和各轴承套的摩擦学系统简化。相应地， 可以实现低摩擦和低磨损，并降低生产成本。
根据一个有利的实施方式，轴承轴通过至少一个轴承套与轴承径向接触。 这样，可以避免轴承轴与轴承之间的直接接触，从而使得轴承轴整体可以由廉 价材料生产。
轴承套可以轴向地延伸过整个轴承轴和/或整个轴承，从而每个轴承套仅用 于一个轴承轴。一个优选的实施方式，设置至少两个相互分离的轴承套，其彼 此轴向间隔地设置在轴承轴上。例如，所述两个轴承套设置在轴承的两个轴端 部，因为在此区域会产生最大的横向力。通过使用较小的，即轴向长度较短的 轴承套，也可以降低成本。
在另一个实施方式中，轴承套可以一使用比轴承轴质量高的材料。由此， 可以明显降低磨损和摩擦。
在另一个实施方式中，轴承轴可以具有一个轴承衬，其外侧与涡轮壳径向 接触，其内侧与轴承套径向接触。由此，可以采用于涡轮壳不同的材料生产轴 承套。优选的，轴承套与轴承衬润滑配合，从而实现低摩擦和低损耗的安装。 实际上，轴承衬可转动地固定在涡轮壳上，从而在轴承衬内侧实现可转动的安 装。
在一个替换的实施方式中，轴承贯穿涡轮壳中的轴承孔，从而使轴承套与 涡轮壳接触。当轴承区域中的涡轮壳由相对高质量的材料生产时，这种设计非 常有利。优选的，在前述提及的实施方式中，轴承中均设置有轴承衬。
实际中，轴承套可转动地固定在轴承轴上，从而仅在轴承套外侧实现可转 动的安装。所述可转动的安装可通过不同的方式实现。例如，轴承套与轴承轴 之间可以实现主动连接。例如，轴承轴可以具有一个偏离圆形横截面的外轮廓， 而轴承套具有一个与之互补的内部横截面。此外，还可以想到摩擦结合，其中， 轴承套优选压紧和/或缩紧在轴承轴上。进一步，还可以想到轴承套与轴承轴之 间的材料连接，例如焊接或纤焊。
根据另一种实施方式，可以直接在轴承轴上制造轴承套，例如，通过烧结 法或金属喷涂法。然而，这些方法相对复杂。因此，优选通过分离的组件来实 现低成本的轴承套。
根据一个有利的实施方式，控制器可以是用来产生不同涡轮形状的形状调 节装置，其中，致动器是用于驱动调节环的驱动杆，调节环用于调节安装在叶 片承载件上的形状调节装置的导向叶片。该驱动杆的轴承轴穿过涡轮壳。该轴 承轴在涡轮壳内侧驱动连接到调节环，在涡轮壳外侧驱动连接到形状调节装置 的调节驱动器。
在一个替换的实施方式中，控制器可以是废气门，其中，致动器是用于驱 动废气门的阀的轴。此处，所述轴及其轴承轴穿过涡轮壳。在涡轮壳内侧，轴 承轴连接到阀；在涡轮壳外侧，轴承轴驱动连接到废气门的致动驱动器。
根据一个有利的实施方式，轴承套可以由镍基合金制成。镍基合金的特点 在于非常低的磨损和非常低的摩擦。
轴承套可以氮化处理，即在外侧设置一个径向的氮化层。该氮化层的径向 厚度例如可以是5μm至350μm范围之间。
轴承套可以是冲压成型。例如，轴承套可以是由薄金属带冲压成型。同样， 轴承套可以从扁坯通过深冲压或冷挤压成型。
本发明的废气涡轮增压器具有一个用于压缩新鲜空气的压缩机和一个上述 类型用来膨胀废气的涡轮。相应地，涡轮驱动连接到压缩机。具体地，涡轮机 叶轮驱动连接到压缩机叶轮，例如通过普通驱动轴。
本发明的其他重要特征和优点体现在附加的权利要求、附图和相应的附图 说明中。
应该明白，上述提及的和下面将要解释的特征不仅可用于描述的组合中， 还可用于其他组合或单独使用，不脱离本发明的范围。
本发明的优选实施例示出在附图中，并在下面的说明中进行更详细地解释。 其中，相同的附图标记表示相同的、相似的或功能相同的部件。
附图说明
下面各附图中：
图1为位于废气门处的涡轮增压器的等轴侧视图；
图2为废气门轴处的涡轮增压器的剖视图；
图3为位于形状调整装置处的涡轮增压器的等轴剖视图；
图4为驱动杆处的放大剖视图。
具体实施方式
参考附图1-4，废气涡轮增压器1包括一个涡轮2和一个压缩机4，涡轮2 具有一个涡轮机叶轮3，压缩机4具有一个压缩机叶轮，这里未示出。涡轮2驱 动连接到压缩机4。具体地，涡轮机叶轮3和压缩机叶轮通过普通驱动轴5彼此 驱动连接。涡轮2具有用来控制其运行的控制器6。在图1和图2所示的实施例 中，控制器6中具有一个废气门7。与此相反，在图3和图4所示的实施例中， 控制器6中具有一个形状调节装置8，通过该装置可以实现不同的涡轮形状。在 各种情况下，各控制器6具有一个致动器9，在废气门7中由轴10形成；在形 状调节装置8中，由驱动杆11形成。
参考图1和图2，废气门7具有一个旁路开口12，其将涡轮2的高压侧和 低压侧连接，低压侧绕开涡轮机叶轮3。旁路开口12由阀13控制。阀13固定 在轴10上，优选可移动地连接，阀13在此设置为阀盘。轴10具有一个致动臂 14和一个轴承15，阀13固定地或可移动地连接在致动臂14上，轴承轴15可 绕轴线18转动地安装在位于涡轮壳17上的轴承16中。轴承轴15穿过涡轮壳 17，涡轮机叶轮3可转动地设置在涡轮壳17中。旁路开口12同样设置在涡轮 壳17中。在涡轮机外侧，轴承轴15驱动连接到连接杆19上，连接杆19驱动 连接到废气门7的致动器20上。轴10(通常为致动器9)通常在轴承16中穿 过涡轮壳17。
参考图3和图4，形状调节装置8具有多个导向叶片21，每个叶片21都可 转动地设置在叶片承载件22上。为此目的，每个导向叶片21通过一个销(未 示出)插入导向叶片承载件22中。在导向叶片承载件22上远离导向叶片21的 一侧，致动臂23可转动地固定在各销上，与调节环25上形成的凹槽24相啮合。 通过扭转调节环25，可同时调节所有导向叶片21。为了驱动调节环25，可以设 置前述的驱动杆11。驱动杆11也具有一个轴承轴15，通过该轴承轴15，驱动 杆11可绕轴线18转动地安装在位于涡轮壳17上的轴承16中。这里，轴承轴 15也穿过涡轮壳17。在涡轮壳17内部，驱动杆11具有一个驱动臂26，驱动臂 26可转动地固定在轴承轴15上。驱动臂26连接到调节环25上的凹坑27中。 通过转动驱动杆11，驱动臂26也被转动，并由此在圆周方向上驱动调节环。在 涡轮壳17的外部，驱动杆11具有一个连接臂28，连接臂28可转动地固定在轴 承轴15上，并驱动连接到形状调节装置8的调节驱动器29上。
下面将详细说明位于涡轮壳17上的致动器9的安装。其中，下面的解释将 同时适用于具有该致动器9的任意控制器6以及这里所示的两个实施例，一方 面适用于具有图1和图2所示的具有废气门7的实施例，另一方面适用于图3 和图4所示的具有形状调节装置8的实施例。
从图2和图4可以明显看出，致动器9的轴承轴15具有至少一个轴承套30。 各轴承套30内部与轴承轴15径向接触，外部于轴承16径向接触。在此所示的 实施例中，两个分离的轴承套30设置在轴承轴15上，沿轴承15彼此轴向间隔 设置。这里的轴向为轴承轴15的轴线18方向。
各轴承套30的尺寸和布置要能够使轴承轴15通过轴承套30与轴承16径 向接触。
在所示优选实施例中，各轴承16都具有一个轴承衬31。各轴承衬31与涡 轮壳17外部径向接触。为此目的，轴承衬31插入涡轮壳17的轴承孔32中， 优选压入。各轴承衬31与轴承套30接触。实际上，轴承衬31可转动地设置在 涡轮壳17上。例如，轴承衬31通过压合的方式插入轴承孔32中。
进一步，轴承套30优选可转动地固定在轴承轴15上。基于此，各轴承套 30可以压紧和/或缩紧在轴承轴15上。可以通过焊接或钎焊或主动连接的方法 将轴承套30可转动地固定在轴承轴15上。通过这种安装方式，仅在轴承套30 和轴承衬31之间产生摩擦，由此能够很容易地将这些部件构造为摩擦学系统。 这样，轴承衬31的材料和轴承套30的材料在摩擦和磨损方面彼此优化配合， 由此功能安全、寿命延长。该实施方式的优点在于，轴承轴15需要的环境相对 简单，可以使用廉价材料，由此，各致动器9也可以节约成本。
使用镍基合金制造轴承套30和/或轴承衬31可以提供低摩擦的摩擦学系统。 还可以在轴承套30的外侧设置氮化层。另外的或代替的，也可以优选地在轴承 衬31内侧径向地设置氮化层。氮化层的径向厚度在5μm至350μm范围之间。
在径向方向上，轴承套30的尺寸小于轴承衬31的尺寸。优选的，轴承套 30的径向壁厚为轴承衬31的壁厚的50％或25％。
可以选择任意适合的方式制作轴承套30。有利的，通过冲压来制造轴承套 30。例如，金属带可以环状地冲压，从而形成轴承套30。优选地，通过冲压形 成一个在圆周方向上闭合的环状体。也可以想到由合适的扁坯通过深冲压和冷 挤压形成轴承套30。