CN111566327A - 用于废气涡轮增压器的废气门组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于具有涡轮机壳体的废气涡轮增压器的废气门组件。该废气门组件包括废气门阀(5a)、废气门阀杆(5c)、废气门轴(5b)和用于废气门轴(5c)的轴承衬套(7)。此外，所述废气门组件包括密封装置(11、17)，该密封装置包括由软材料制成的体积密封环(11)和与该体积密封环(11)接触的碟形弹簧(17)。

Description

用于废气涡轮增压器的废气门组件

技术领域

本发明涉及一种用于废气涡轮增压器的废气门组件。

背景技术

废气涡轮增压器通常具有涡轮机壳体、压缩机壳体和设置在涡轮机壳体与压缩机壳体之间的轴承壳体。在涡轮机壳体中设置有固定在轴上的涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮通过内燃机的废气流驱动。轴的旋转运动传递到同样固定在该轴上的压缩机叶轮，该压缩机叶轮设置在压缩机壳体中。轴可旋转地支承在轴承壳体中。

为了既能在高发动机转速下也能在低发动机转速下以合理的方式运行这种废气涡轮增压器，需要调节流入涡轮机壳体中的废气质量流。

已知使用废气门组件对流入涡轮机壳体中的废气质量流进行这种调节。该废气门组件还具有关闭废气门通道的废气门阀、废气门轴和废气门阀杆。废气门阀杆是连杆***的组成部分，该连杆***还包括控制杆和致动器。该连杆***可这样调节废气门阀，使得废气门阀在废气质量流小的时候关闭，而在废气质量流大的时候打开。因此，如果存在小的废气质量流，则整个废气质量流被供应给涡轮机叶轮并驱动它。如果存在大的废气质量流，则一部分废气质量流会从涡轮机叶轮旁被引导通过废气门通道并且因此绕过涡轮机叶轮。

DE 102009030520 A1公开了一种废气涡轮增压器的控制阀组件。该控制阀组件具有阀板、借助衬套在涡轮机壳体中被引导的阀轴以及用于在至少一个密封部位上密封阀轴的密封装置。阀轴通过一个外部阀杆与驱动装置的控制杆连接并且通过一个内部阀杆与阀板连接。密封装置具有至少一个弹性密封唇，该密封唇在预压紧下压在密封部位上。

由DE 202011109832 U1已知一种用于废气涡轮增压器的废气流控制元件的操作装置，该操作装置可以是废气门组件。该废气门组件具有在衬套中被引导的废气门轴，其与轴执行元件连接。在废气门轴和轴执行元件之间的过渡区域中设置有具体弹簧弹性的金属板环作为密封装置。该金属板环构造成碟形的并且具有中央开口、内环区域和外环区域，内环区域与外环区域通过中间环区域连接。内环区域和外环区域设计成平面并且位于垂直于杆轴线、沿轴向彼此错开的平面中，而中间环区域在沿轴线的剖视图中则倾斜于其它两个环区域延伸。

如前所述，废气门组件的废气门轴通常支承在轴承衬套中，该轴承衬套被压入涡轮机壳体中。由于废气门轴在废气涡轮增压器运行期间比轴承衬套更快地加热，因此废气门轴可能会卡在轴承衬套内。为了避免这样卡住，废气门轴的热膨胀可通过轴承衬套的与废气门轴的直径相比更大的直径得到补偿。基于由此产生的间隙尺寸，在废气涡轮增压器运行时一部分废气质量流会以不希望的方式从涡轮机壳体经由在轴承衬套与废气门轴之间的泄露间隙而逸出到废气涡轮增压器的环境中。

从WO 2013/0173055 A1中已知一种用于涡轮增压器的轴密封***。在该轴密封***中，使用弹簧加载的、自定心的、互补的一对彼此相对置的密封表面来密封在轴和轴承衬套之间的泄漏间隙。在此所述密封表面通过弹簧力彼此压紧，以实现希望的密封。

从DE 102008057207 A1中已知一种涡轮增压器的轴装置，该轴装置包括设置在轴承衬套装置中的轴，该轴承衬套装置的一端或两端具有用于密封装置的容纳部，所述密封装置沿径向密封地贴靠在相应密封表面上。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种废气门组件，在其中，避免了废气质量流的部分经由在轴承衬套和废气门轴之间的泄漏间隙逸出到环境中。

所述任务通过具有权利要求1中所述特征的废气门组件解决。在从属权利要求中给出本发明的有利实施方式和扩展方案。

根据本发明的废气门组件包括废气门阀、废气门阀杆、废气门轴和用于废气门轴的轴承衬套。此外，废气门组件还包括密封装置，该密封装置包括由软材料制成的体积密封环和与该体积密封环接触的碟形弹簧。

轴承衬套优选具有扩宽区段，所述体积密封环***其中。

体积密封环由软材料、优选石墨或云母制成，在其中加入一个或多个支撑层、如钢带。碟形弹簧由耐高温材料制成，该耐高温材料例如可耐受超过300℃、优选超过500℃的温度、优选由Ni含量为6.0-13.0％、Cr含量为13-21％、C含量低于2％、Mn含量低于2％的钢制成或由Ni含量大于50％、Cr含量为17-22％、Ti含量为0.5-2.0％、Al含量大于0.5％的材料制成。这些材料的特点在于，即使在高温下也充分保持用于碟形弹簧弹簧功能的机械性能和耐热性。

有利的是，轴承衬套的扩宽区段设置在轴承衬套的朝向废气门阀杆的端部区域中。碟形弹簧定位于由软材料制成的体积密封环和废气门阀杆之间。碟形弹簧在废气门阀杆和由软质材料制成的体积密封环之间进行密封并补调在使用寿命中在该密封***内产生的磨损。

有利的是，由软材料制成的体积密封环被压入轴承衬套的扩宽区段中，以实现希望的密封效果。体积密封环沿轴向、即沿废气门轴的纵向方向被压入扩宽区段中。通过沿轴向的该压入，基于体积密封环材料的高塑性，大的力沿径向方向既作用在轴承衬套上又作用在废气门轴上。由此在轴承衬套和废气门轴之间产生径向预压紧，其在废气涡轮增压器运行期间得以保持并且增强了由软材料制成的体积密封环的密封效果。

附图说明

下面参照附图示例性阐述本发明。附图如下：

图1示出用于说明装备有废气门组件的废气涡轮增压器的结构的透视图；

图2示出用于说明废气门组件的剖视图；

图3示出用于说明在废气门轴与其轴承衬套之间的泄漏路径的剖视图；

图4示出用于说明本发明第一种实施例的剖视图；

图5示出图4中所示的剖视图的局部区域的放大图；和

图6示出用于说明本发明第二种实施例的剖视图。

具体实施方式

图1示出用于说明装备有废气门组件的废气涡轮增压器的结构的透视图。该废气涡轮增压器具有涡轮机壳体1、压缩机壳体2和设置在涡轮机壳体与压缩机壳体之间的轴承壳体3。涡轮机壳体1与内燃机的废气歧管1a连接，通过该废气歧管，内燃机的热废气质量流被供应至设置在涡轮机壳体中的涡轮机叶轮。涡轮机叶轮通过该热废气质量流驱动或旋转。由此，废气涡轮增压器的、设置有涡轮机叶轮的轴(未示出)也旋转。废气涡轮增压器的轴的这种旋转传递到设置在压缩机壳体2中并且也固定在废气涡轮增压器的轴上的压缩机叶轮。通过压缩机叶轮的这种旋转来压缩供应给压缩机的新鲜空气。经压缩的新鲜空气被供给至内燃机，以提高其功率。废气涡轮增压器的轴可旋转地支承在轴承壳体3中。

此外，在图1中示出废气门组件5。该废气门组件设置在涡轮机壳体1中并且具有可通过废气门阀杆5c和废气门轴5b操作的废气门阀5a，该废气门阀构造用于打开和关闭废气门通道。使用致动器6来操作或控制废气门阀，该致动器通过执行元件6a与废气门阀杆5c连接。

如上所述，使用轴承衬套将废气门轴5b支承在涡轮机壳体中，该轴承衬套例如被压入涡轮机壳体中。下面参照图2对此进行说明，该图示出用于说明废气门组件的剖视图。图2中所示的废气门组件包括废气门阀5a，该废气门阀通过废气门轴5b与连杆***14的废气门阀杆5c连接。该连杆***还包括未详细示出的废气门控制杆，废气门阀杆5c通过该废气门控制杆与同样未详细示出的致动器连接。图2中的废气门轴5b在其下端部区域中与废气门阀5a连接并且在其上端部区域中与废气门阀杆5c连接。废气门轴5b在轴承衬套7中被导向，该轴承衬套被压入涡轮机壳体1中。

因为(如上所述)基于在废气涡轮增压器运行时废气门轴5b比轴承衬套7更快加热而将轴承衬套的直径选择得比废气门轴的直径更大，所以在废气涡轮增压器的大多数运行状态中在废气门轴5b与轴承衬套7之间存在泄漏路径9。

这在图3中示出，该图示出用于说明在废气门轴5b和轴承衬套7之间的泄漏路径9的剖视图。从该剖视图可以看出，该泄漏路径9在轴承衬套7的整个长度上延伸。泄漏路径在其下端部区域中与沿流动方向设置在涡轮机叶轮后面的废气室10连接。废气从该废气室10出发进入泄漏路径9、穿过它、并在轴承衬套7的上端区域中经由在轴承衬套7和废气门阀杆5c之间的空隙不希望地释放到环境8中。

为了防止这种情况，根据本发明使用一种密封装置，该密封装置包括体积密封环和与该体积密封环接触的碟形弹簧。“体积密封环”理解为用于高温应用的密封装置，其具有沿旋转方向闭合地围绕环轴线的、被压入的密封环并且构造成耐高温的，如高于300℃的温度、优选高于500℃的温度。该体积密封环由软材料、优选石墨或云母制成，在其中优选加入一个或多个薄的支撑层、如织物层、优选钢带或钢箔，所述支撑层在体积密封环被***其密封部位时与石墨或云母压紧在一起。

图4示出用于说明本发明第一种实施例的剖视图。在该实施例中，废气门轴5b也在被压入涡轮机壳体1中的轴承衬套7中被导向。该轴承衬套7在其于图4中的上端部区域中具有一个围绕废气门轴5b的扩宽区段7a。在该扩宽区段7a中***由软材料11制成的体积密封环，该体积密封环优选由石墨或云母制成，在其中加入一个或多个支撑层、如薄钢带。在组装图4中的废气门组件时，将该体积密封环11沿轴向从上方***轴承衬套7的扩宽区段7a中。随后，将体积密封环11压入轴承衬套7的扩宽区段7a中。在压入后，将碟形弹簧17沿轴向从上方放置到体积密封环11上并且用于沿轴向和径向预压紧体积密封环11。在此，通过沿轴向方向压紧体积密封环11，基于体积密封环11材料的高塑性，大的力沿径向方向16既作用在轴承衬套7上又作用在废气门轴5b上。由此，在轴承衬套7和废气门轴5b之间产生径向预压紧，其在废气门组件的运行时间上得以保持。通过沿轴向将体积密封环11压入轴承衬套7的扩宽区域7a中和此时在轴承衬套7和废气门轴5b之间形成的径向预压紧，增加了体积密封环11的密封效果，使得在废气涡轮增压器运行时有效地防止了废气经由泄漏路径9不希望地释放到环境中。

图5示出图4中所示的剖视图的局部区域的放大图。在该放大图中示出涡轮机壳体1、轴承衬套7的扩宽区段7a、废气门轴5b、碟形弹簧17、体积密封环11和废气门阀杆5c。此外，在图5中示出力路径12和密封表面13，它们在将体积密封环11***并压入轴承衬套的扩宽区段7a中时或通过将体积密封环***并压入轴承衬套的扩宽区段中而产生。此外，从图5中可以看出，涡轮机壳体1具有用于容纳轴承衬套加宽区段7a的容纳台阶1b。

图6示出用于说明本发明第二种实施例的剖视图。该第二种实施例与图4中所示的第一种实施例的不同之处仅在于：在轴承衬套7的下端部区域中还设有体积密封环11。该另外的体积密封环提高了可靠性，使得来自废气室10的废气不能通过泄漏路径9释放到环境8中。

附图标记列表

1 涡轮机壳体

1a 废气歧管

1b 容纳台阶

2 压缩机壳体

3 轴承壳体

4 涡轮机叶轮

5 废气门组件

5a 废气门阀

5b 废气门轴

5c 废气门阀杆

6 致动器

6a 执行元件

7 轴承衬套

7a 扩宽区段

8 环境

9 泄漏路径

10 废气室

11 体积密封环

12 力路径

13 密封表面

14 连杆***

15 轴向方向

16 径向方向

17 碟形弹簧

Claims (9)

1.用于具有涡轮机壳体的废气涡轮增压器的废气门组件(5)，包括：

废气门阀(5a)，

废气门阀杆(5c)，

废气门轴(5b)，和

用于废气门轴的轴承衬套(7)，

其特征在于，所述废气门组件包括密封装置(11、17)，该密封装置包括体积密封环(11)和与该体积密封环(11)接触的碟形弹簧(17)。

2.根据权利要求1所述的废气门组件，其特征在于，所述轴承衬套(7)具有扩宽区段(7a)，并且所述体积密封环(11)被***该轴承衬套(7)的扩宽区段(7a)中。

3.根据权利要求1或2所述的废气门组件，其特征在于，所述体积密封环(11)由软材料制成，在软材料中加入一个或多个支撑层。

4.根据前述权利要求中任一项所述的废气门组件，其特征在于，所述碟形弹簧(17)由耐高温材料制成。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的废气门组件，其特征在于，所述轴承衬套(7)的扩宽区段(7a)设置在轴承衬套(7)的朝向废气门阀杆(5c)的端部区域中，并且所述碟形弹簧(17)定位于体积密封环(11)和废气门阀杆(5c)之间。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的废气门组件，其特征在于，所述体积密封环(11)被压入扩宽区段(7a)中。

7.根据前述权利要求中任一项所述的废气门组件，其特征在于，在所述废气门轴(5b)与轴承衬套(7)之间存在径向预压紧。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的废气门组件，其特征在于，所述涡轮机壳体(1)具有容纳台阶(1b)，轴承衬套(7)的扩宽区段(7a)***容纳台阶中。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的废气门组件，其特征在于，所述废气门组件在轴承衬套(7)的背向废气门阀杆(5c)的端部区域中还具有体积密封环(11)。

Images