CN103261587A - 具有水冷的涡轮机壳体和内置的电的废气门调节器的废气涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种废气涡轮增压器，其具有涡轮机壳体且配备有设置在涡轮机壳体中的废气门。涡轮机壳体是水冷的。电的废气门调节器是涡轮机壳体的内置的组成部分。

Description

具有水冷的涡轮机壳体和内置的电的废气门调节器的废气涡轮增压器

本发明涉及一种废气涡轮增压器，其配备有所谓的废气门。

废气涡轮增压器用于提高内燃机的效率，进而增大其功率。废气涡轮增压器为此具有带涡轮机轮的涡轮机和带压缩机轮的压缩机，其中，两个滚轮设置在一个共同的轴上。在此，涡轮机轮通过所连接的内燃机的废气物质流被驱动，该涡轮机轮又驱动压缩机轮。压缩机对吸入的新鲜空气进行压缩，并把新鲜空气输送给内燃机。共同的轴支撑在涡轮增压器的增压器壳体中。此外，涡轮机的涡轮机轮设置在涡轮机壳体中，压缩机的压缩机轮设置在压缩机壳体中。

这种废气涡轮增压器在工作中在内燃机或所连接的发动机上要满足各种不同的要求。这种要求之一是能承受高温，所述高温例如由于热的废气物质流会在涡轮增压器壳体中出现。

废气涡轮增压器的通常的结构在此规定了各个壳体，这些壳体均由与那里产生的温度相适应的材料构成。压缩机壳体通常由铝构成，而轴承壳体由灰铸铁构成，其中，轴承壳体还可以附加地水冷。涡轮机壳体通常由于在该区域中产生的高温而由镍含量高的材料构成。由于各个壳体的相适应的材料各不相同，这些壳体被设计成独立的部件，它们相互连接，在这种情况下还必须相对密封。

发动机转速越高，涡轮机的被废气驱动的涡轮机轮转动得就越快，废气涡轮增压器的轴也随之转动，在该轴上还有压缩机的压缩机轮。通过轴以及压缩机轮的快速旋转，压缩机的空气输送量提高。这导致发动机的废气量增多，进而也导致快速地驱动涡轮机轮。为了不超过发动机的分别给定的机械极限和热极限，需要控制废气涡轮增压器。

对废气涡轮增压器的这种控制可以利用废气门进行，该废气门也称为旁通阀。这种废气门具有与废气涡轮增压器的涡轮机壳体连接的盖罩，盖罩可以在需要时打开，以便根据盖罩的打开位置使得或多或少的热废气经过涡轮机直接导入到车辆的排气***中。由此阻止涡轮机转速进一步升高。

这种废气门由于其在热的废气流中的位置而遭受高的热负荷和机械负荷。

已知利用气动的执行器来移调废气门盖罩。这种气动的执行器通常称为压力储罐。

在新近的应用中日益力求利用电的执行器来代替所述气动的执行器。这种电的废气门调节器相比于气动的执行器产生了优点。这些优点包括调节速度快、调节精度高、调节力大。基于调节力大，保证废气门盖罩在相关的盖罩座中牢固地封闭。但电的废气门调节器也有缺点。这些缺点包括重量大、占用较大的安装空间和自身发热。实践中，尤其对电的废气门调节器的热学设计存在诸多问题。在汽车的发动机室中产生高达140℃的温度。在废气涡轮增压器的邻近区域还会出现更高的温度。电的废气门调节器在其工作中被流经的电流附加地加热。实践中出现的另一问题是对相应废气门调节器的定位。

废气门通常形成涡轮机壳体的一部分。而废气门调节器或执行器往往固定在压缩机壳体上，或者固定在压缩机壳体上的支架上。在涡轮机壳体与压缩机壳体之间设置有轴承壳体。因此，就已知的废气涡轮增压器而言，废气门调节器和废气门本身通过较长的误差链相互连接。

必须相应地选定电的废气门调节器的设计，从而它即使在其本身很热时也能产生所需要的调节力，还能耐受住所出现的周期性负荷，而不会过热。此外，在最后一个安装步骤中进行组装时，必须利用耦连部件中的补偿装置或者通过对耦连部件的合适的安装过程来补偿累积的误差。这牵涉到巨大的开支，进而也牵涉到高昂的成本。

本发明的目的在于，提出一种废气涡轮增压器，其将避免所述长的误差链。

该目的通过一种具有在权利要求1中给出的特征的废气涡轮增压器得以实现。本发明的有利设计和改进在从属权利要求中给出。

本发明的优点尤其在于，通过把电的废气门调节器内置到水冷的废气涡轮增压器的涡轮机壳体中，避免了上述长的误差链。就已知的废气涡轮增压器而言，由于那里产生的高温，把任何执行机构内置到涡轮机壳体中都是不可想象的。通过对涡轮机壳体的水冷，可以把电的废气门调节器设置在涡轮机壳体中，这是因为，与把电的废气门调节器自由地设置在废气流中或者内置到压缩机壳体中这种情况相比，通过与涡轮机壳体的水套的热连接产生的热量可以更好地排出。

本发明的其它有利的特性可由下面参照附图对其所做的示范性说明得到。其中：

图1为废气涡轮增压器的立体草图，其带有水冷的涡轮机壳体和内置的废气门调节器；

图2为作为图1中所示的废气涡轮增压器的构件的涡轮机壳体的草图；

图3为作为图1中所示的废气涡轮增压器的构件的涡轮机壳体的草图，其未带顶盖；

图4为涡轮机壳体的已加工的制成部分的草图，其带有用于电的废气门调节器的容纳机构；和

图5为剖视图，其示出废气门主轴支撑在废气门套筒中。

下面介绍废气涡轮增压器，它具有涡轮机壳体且配备有设置在涡轮机壳体中的废气门，其中，涡轮机壳体是水冷的，且电的废气门调节器是涡轮机壳体的内置的组成部分。

图1所示为废气涡轮增压器的立体草图，它具有水冷的涡轮机壳体，在该涡轮机壳体中内置有电的废气门调节器。该图示出了废气涡轮增压器的主要构件和接头。

所示的废气涡轮增压器具有压缩机壳体6、轴承壳体7和水冷的涡轮机壳体8。

在压缩机壳体6中采用通常的方式设置有压缩机轮，该压缩机轮布置在共同的轴上。在涡轮机壳体8中采用通常的方式在该共同的轴上设置有涡轮机轮。共同的轴支撑在轴承壳体7中，该轴承壳***于压缩机壳体6与涡轮机壳体8之间。在废气涡轮增压器的工作中，涡轮机轮通过所连接的内燃机的废气物质流被驱动，该涡轮机轮本身通过共同的轴驱动压缩机轮。压缩机对吸入的新鲜空气进行压缩，并把新鲜空气输送给内燃机。

压缩机壳体6具有新鲜空气入口1和新鲜空气出口2，新鲜空气经由该新鲜空气入口从外界吸入到废气涡轮增压器中，被压缩的新鲜空气经由该新鲜空气出口输出至内燃机用于后续传送。此外，压缩机壳体6设置有空气转向阀5。该空气转向阀在废气涡轮增压器的工作中具有的任务是，在负的负荷跳跃情况下打开压缩机周围的旁通，从而能卸除过剩的增压压力。

轴承壳体7具有油入口18和在图中未示出的油出口。在废气涡轮增压器的工作中，用于润滑共同的轴的油经由油入口18进入。

涡轮机壳体8设置有水入口9和水出口10。在废气涡轮增压器的工作中，冷却水经由水入口9进入，冷却水穿过在涡轮机壳体8内部伸展的冷却水通道，并经由水出口10又离开涡轮机壳体。利用所述冷却水来冷却涡轮机壳体8，在废气涡轮增压器的工作中，涡轮机壳体由于其位于热的废气流中而遭受高温。

此外，涡轮机壳体8设置有废气入口3和废气出口4。废气入口3与内燃机的废气出口连通，从而内燃机的热的废气经由废气入口3进入到涡轮机壳体8的内部区域中。在那里，热的废气驱动设置在涡轮机壳体中的涡轮机轮，该涡轮机轮又通过共同的轴驱动设置在压缩机壳体中的压缩机轮。经由与汽车的催化器连接的废气出口4，废气又从涡轮机壳体8排出。

为了调节涡轮机轮的功率，在涡轮机壳体4中内置有废气门11。该废气门具有盖罩36，该废气门盖罩可以借助内置到涡轮机壳体中的电的废气门调节器12根据当前需要或大或小地打开，以便使得所希望部分的热的废气绕过涡轮机轮直接引导给废气出口4。

无论所述的电的废气门调节器12，还是其与废气门11的盖罩36耦连的耦连部件，都与涡轮机壳体的冷却水通道热耦连，从而这些构件也被冷却水冷却。

通过把电的废气门调节器12内置到涡轮机壳体8中，在已知的废气涡轮增压器中存在的长的误差链明显缩短。由此无需在耦连部件中设置合适的补偿装置，或者无需为了补偿累积的误差而对耦连部件进行合适的安装过程。这减小了在组装废气涡轮增压器时必需的开支，进而也减小了其成本。

图2所示为作为图1中所示的废气涡轮增压器的构件的涡轮机壳体8的草图。由该图2尤其可看出，废气门11具有废气门主轴13，在该废气门主轴上固定着废气门盖罩36。该废气门主轴13可转动地支撑在废气门套筒14中。电的废气门调节器12内置到水冷的涡轮机壳体8中，并具有顶盖15，在该顶盖中内置有插塞件16。顶盖15固定在用于传动级的容纳机构上，且固定在发动机井道17上，其中，发动机井道被设置用于容纳电动机。

此外在图2中示出了水入口9、水出口10、废气入口3和废气出口4。

图3所示为作为图1中所示的废气涡轮增压器的构件的涡轮机壳体8的草图，但与图2的区别是，顶盖16被取下。

由图3可见，电的废气门调节器12具有电动机19，该电动机具有从动齿轮20，从动齿轮安置在电动机19的从动轴39上。该电动机19***到发动机井道17中，发动机井道本身形成设置在水冷的涡轮机壳体中的容纳机构。由从动齿轮20提供的转矩传递到中间齿轮21上。该中间齿轮又把转动运动进一步传递至设置在电的废气门调节器12的从动轴34上（见图5）的从动齿轮22。在该从动齿轮22上固定有磁铁23，传感器35可以借助该磁铁求取从动轴34的角度位置。

按照图3中所示的实施例，示出了具有两个传动级的传动机构。根据附图中未示出的其它实施例，内置到水冷的涡轮机壳体中的电的废气门调节器也可以具有其它数量的传动级，例如一个传动级、三个传动级、四个传动级或者更多的传动级。

图4所示为涡轮机壳体8的已加工的制成部分的草图，其带有用于内置的电的废气门调节器的容纳机构。由该图可看到废气门通道24，内燃机的热的废气经由该废气门通道被引导经过涡轮机轮。此外，在图4中示出了发动机井道17，发动机井道被设置用于容纳电的废气门调节器的电动机。在图4中还示出了井道或通道25，其被设置用于容纳电的废气门调节器的从动轴34。另外，在图4中示出了端部止挡26，这些端部止挡用于限制废气门调节器的从动齿轮22的转角。

图5为剖视图，其详细地示出图3中所示的废气门主轴13支撑在废气门套筒14中。为了实现有益的包装和较低的***复杂性，并能够实现所希望的冷却效果，电的废气门调节器的从动轴34和废气门主轴13的轴位于一个共同的轴线上，也就是说，它们的中线37和38对齐地伸展。在如此布置电的废气门调节器的情况下，废气门主轴13的在图5中下面的端部区域在工作中处于汽车的很热的废气流中。按照图5所示的布置，磁铁23位于上面的端部区域中，该磁铁与图3中所示的传感器35一起用于检测电的废气门调节器12的从动轴34的角度位置。在图5中还示出中间齿轮21和与从动轴34连接的齿轮22。

为了保证在工作中无论磁铁23、传感器35还是电的废气门调节器12的电动机19都不遭受高温，废气门主轴13具有冷却肋条33。此外，电的废气门调节器12的从动轴34与废气门主轴13热解耦。由此以有利的方式使得从废气门主轴13流至电的废气门调节器12的热量保持较少。这种热解耦在所示实施例中的实现方式为：废气门主轴13和电的废气门调节器的从动轴34是两个不同的构件，它们仅通过一种形状配合的连接机构32相互耦连。从动轴34可转动地被轴承29支撑。该轴承是球轴承、滚针轴承、滚动轴承等。此外，上面已经提到废气门和废气门调节器的一个或多个构件与涡轮机壳体的一个或多个冷却通道热耦连，这有助于所述冷却效果。

为了防止废气会以并非所愿的方式进入到电的废气门调节器的内部，设置有密封件30。

此外，图5中所示的装置具有通风机构31。该通风机构具有的优点是，可能出现的少量废气能向外逸出，而不会经过密封件30被压入到电的废气门调节器的内部。围绕从动轴34设置有扭转弹簧28，从而支持优先运动方向。

Claims (13)

1. 一种废气涡轮增压器，具有涡轮机壳体（8）且配备有设置在涡轮机壳体中的废气门（11），其特征在于，涡轮机壳体（8）是水冷的，且电的废气门调节器（12）是涡轮机壳体（8）的内置的组成部分。

2. 如权利要求1所述的废气涡轮增压器，其特征在于，涡轮机壳体（8）具有水入口（9）、水出口（10）和冷却通道。

3. 如权利要求1或2所述的废气涡轮增压器，其特征在于，废气门（11）具有废气门主轴（13），在该废气门主轴上固定有废气门盖罩（36）。

4. 如权利要求3所述的废气涡轮增压器，其特征在于，废气门主轴（13）可转动地支撑在废气门套筒（14）上。

5. 如前述权利要求中任一项所述的废气涡轮增压器，其特征在于，废气门调节器（12）具有顶盖（15），在该顶盖中内置有插塞件（16）。

6. 如权利要求5所述的废气涡轮增压器，其特征在于，顶盖固定在用于传动级的容纳机构上，且固定在发动机井道（17）上。

7. 如权利要求6所述的废气涡轮增压器，其特征在于，发动机井道被设置用于容纳电动机（19）。

8. 如权利要求7所述的废气涡轮增压器，其特征在于，电动机（19）具有从动齿轮（20），该从动齿轮通过中间齿轮（21）作用到设置在电的废气门调节器（12）的从动轴（34）上的另一从动齿轮（22）上。

9. 如权利要求8所述的废气涡轮增压器，其特征在于，在另一从动齿轮（22）上固定有磁铁（23），该磁铁与传感器（35）配合作用，以便检测电的废气门调节器（12）的从动轴（34）的角度位置。

10. 如权利要求4－9中任一项所述的废气涡轮增压器，其特征在于，电的废气门调节器的从动轴（34）和废气门主轴（13）的轴位于共同的轴线（37、38）上。

11. 如权利要求10所述的废气涡轮增压器，其特征在于，废气门主轴（13）具有冷却肋条。

12. 如权利要求10或11所述的废气涡轮增压器，其特征在于，废气门主轴（13）与电的废气门调节器的从动轴（34）热解耦。

13. 如权利要求12所述的废气涡轮增压器，其特征在于，废气门主轴（13）和电的废气门调节器的从动轴（34）是两个不同的构件，它们通过一种形状配合的连接机构（32）相互耦连。

Images