具有用于固定可变几何形状的涡轮叶片VTG的叶片支撑环的固定部件的涡轮增压器

摘要

本发明涉及一种具有可变几何形状的涡轮叶片机构的涡轮增压器，这种可变几何形状的涡轮叶片机构具有一个或两个叶片支撑环部件，其中设置有至少一个或多个固定部件，用于固定所述一个或两个叶片支撑环部件；其中相应的固定部件具有至少一个带有滚花的区段和/或至少一个带有至少一个或多个刻槽的区段。

说明书

本发明涉及一种例如用于汽车的涡轮增压器，其具有用于固定可变几何形状的涡轮叶片（VTG）的叶片支撑环的固定部件。

就具有可变几何形状的涡轮叶片VTG的涡轮增压器而言，围绕涡轮机的涡轮叶轮设置有通常可移动的导向叶片。这些导向叶片例如可以通过调节环来调节，以便适当地改变涡轮机的流体断面。根据发动机的相应运行状态来适配地调整涡轮机流体断面（Turbinenquerschnitt），就能实现降低油耗和排放量。可转动地安置在螺旋状壳体和涡轮叶轮之间的导向叶片改变涡轮机的滞压特性，进而改变其功率。以此方式能利用全部的废气能量和针对每个运行点最佳地调节涡轮机的流体断面。

这种可变几何形状的涡轮叶片的可调节的导向叶片布置在两个叶片支撑环之间。另外设置有调节环，使得导向叶片摆动的叶片杆（Schaufelhebel）可以插入到该调节环中。

在两侧进行叶片支撑的情况下，叶片支撑环的相互固定方式为，使得两个叶片支撑环的的叶片孔相互对准，致使两个叶片支撑环在工作中不会相对转动或径向移动。在这种情况下，导向叶片往往会出现倾斜，致使摩擦增大，甚至造成导向叶片卡住。

具有可变几何形状的涡轮叶片（VTG）的废气涡轮增压器的导向机组例如在一个叶片支撑环中支撑可调节的导向叶片，其中进行单侧的支撑，或者如前所述在两个叶片支撑环中支撑可调节的导向叶片，其中在两侧或双侧进行支撑。在单侧支撑情况下，导向叶片的端面顶靠（anlaufen）到止动盘上。此外，间隔套管在叶片支撑环和止动盘之间形成穿过导向机组的叶片通道或流体通道。间隔套管、叶片支撑环和止动盘利用螺栓轴向连接。止动盘和叶片支撑环的径向固定精度通过在止动盘上的孔与罗纹之间的间隙来确定。精确地固定止动盘和叶片支撑环意义不大。在两侧支撑情况下，叶片支撑环就必须非常精确地相互固定，也就是说，用于叶片轴颈的孔必须精确地对准，以避免导向叶片倾斜，进而避免导向叶片卡住。对于已知的系统来说，两个叶片支撑环用柱形销来连接，柱形销与叶片支撑环上的孔形成配合，例如间隙配合、过渡配合或压配合。

柱形销的压配合尽管允许叶片支撑环相互间的良好固定，但需要较大的压紧力，这使得安装变得困难。

因此本发明的目的是，提供一种涡轮增压器，其能实现针对可变几何形状的涡轮叶片VTG进行简便的固定。

该目的通过一种具有权利要求1的特征的涡轮增压器得以实现。

据此，根据本发明提出一种具有可变几何形状的涡轮叶片机构的涡轮增压器，这种可变几何形状的涡轮叶片机构具有一个或两个或多个叶片支撑环部件，

－ 其中设置有至少一个或多个固定部件，用于固定所述一个或两个或多个叶片支撑环部件；

－ 其中相应的固定部件具有至少一个带有滚花的区段和/或至少一个带有至少一个或多个刻槽的区段。

这里的涡轮增压器的优点是，固定部件的刻槽凸起的顶尖或滚花的顶尖啮合在叶片支撑环的对应的孔中。利用这种刻槽或滚花，使得固定部件即使在非常平滑的（glatt）孔中也能得到防止振松的保持，而这种保持本身在拆卸时仍将继续存在。

本发明的有利设计和改进可由从属权利要求以及对照附图进行的说明得到。

在本发明的一种实施方式中，固定部件例如是销部件，如柱形的或基本为柱形的销部件。这种销部件特别适合于销牢如布置在叶片支撑环上的孔或柱形孔。

在本发明的另一种实施方式中，固定部件具有至少一个或多个带有滚花例如纵向滚花或螺旋状滚花的区段。这个或这些带有滚花的区段例如至少设置在要将固定部件基本固定地布置在孔中之处。不必给固定部件的与孔接触的整个区段都设有滚花。带有滚花的部分或者滚花材料的凸起（Aufwerfung）与孔内侧啮合就足以使得固定部件与要连接的材料固定地连接。替代地，也可以使得相应的叶片支撑环部件的孔的一部分与固定部件的无滚花的区段例如形成间隙配合。备选地，例如在整个长度上都有滚花的固定部件在安装状态下也可以不沿着叶片支撑环的孔的整个长度伸展。换句话说，叶片支撑环部件的孔的一个区域在安装状态下保持无固定部件。前面针对滚花所述的内容也适用于设置一个或多个刻槽的情况。

根据本发明的另一种实施方式，固定部件例如是有槽销，有槽销例如具有至少一个、两个、三个或多个刻槽，这些刻槽优选分布在圆周上。例如，常见的有槽销可以设有三个纵向刻槽，其中这些刻槽例如以120°分布在有槽销的圆周上。在本发明的另一种实施方式中，有槽销例如可以是插塞式有槽销、旋棒式有槽销、锥形有槽销或配合式有槽销。

在本发明的另一种实施方式中，在固定部件与对应的孔例如相应叶片支撑环部件的孔之间的配合，在带有滚花或刻槽的区段的区域中是压配合，而在没有滚花或刻槽的区段的区域中例如是间隙配合如固定的间隙配合。将压配合与间隙配合如此组合的优点是，相比于沿着孔的整个长度都是连续的压配合这种情况，所需要的压紧力较小。这样就能轻易地安装固定部件，其中相比于传统的平滑壁的柱形销能改善固定精度。

在本发明的另一种实施方式中，分别利用一个或多个固定部件将例如两个叶片支撑环部件相互固定。在这里，特别是可以将可变几何形状的涡轮叶片机构的导向叶片部件设置在这些叶片支撑环之间。

根据本发明的另一种实施方式，例如固定部件的中间区段或两个端部区段具有滚花例如纵向滚花，或者具有一个或多个刻槽。中间区段带有纵向滚花的固定部件可作为标准构件轻易地且廉价地得到。

在本发明的另一种实施方式中，固定部件的中间区段或两个端部区段或整个杆具有一个或多个刻槽。整个杆例如具有三个刻槽的固定部件也可以作为标准构件轻易地且廉价地得到。

根据本发明的另一种实施方式，相应的叶片支撑环部件的孔的一个区段与固定部件的具有滚花或者具有一个或多个刻槽的区域形成压配合，而与固定部件的无滚花或者无一个或多个刻槽的区域则形成间隙配合。其优点是，例如在废气涡轮增压器运行中产生的压力尽管作用在孔的压配合区域中，但为此基本上不会或者很少作用在间隙配合区域中，从而孔在那里基本上不变形或者几乎不变形。

在本发明的另一种实施方式中，固定部件在其整个长度上具有滚花或者具有一个或多个刻槽。在这种情况下，为了固定这个或这些叶片支撑环，选择一种总长度足够短的固定部件，从而它在安装状态下总是仅与相应的叶片支撑环部件的孔的一个区段形成配合例如压配合。孔的另一区域不与固定部件啮合或者无固定部件。其优点是，在废气涡轮增压器运行中的压力或力仅作用在孔的配合（这里为压配合）的区域中，而不作用在孔与固定部件脱离啮合的区域中，从而孔在那里基本不变形。

下面借助附图中所示的实施例详细地介绍本发明。附图示出：

图1为具有可变几何形状的涡轮叶片VTG的涡轮增压器的剖视图，其中叶片支撑环利用根据本发明第一实施方式的固定部件被固定；

图2为根据图1的可变几何形状的涡轮叶片VTG的固定情况的局部放大图；

图3示出根据本发明第一实施方式的用于固定可变几何形状的涡轮叶片的叶片支撑环的固定部件；

图4为根据图3的固定部件的局部剖视图A-A；

图5示出根据本发明第二实施方式的用于固定可变几何形状的涡轮叶片的叶片支撑环的固定部件；

图6为根据图5的固定部件的横剖视图B-B；和

图7为根据现有技术的销部件的视图和该销部件的横剖视图C-C。

在所有附图中，相同的或功能相同的部件和装置―只要未做其它说明―都标有相同的附图标记。

在图1中首先示出具有可变几何形状的涡轮叶片（VTG）12的涡轮增压器10的局部视图。在涡轮增压器10的轴14上布置有涡轮叶轮16和压缩机轮（未示出）。轴14本身支撑在轴承箱18中，该轴承箱在一侧与涡轮壳体20连接，涡轮叶轮16设置在该涡轮壳体中。为了调节或改变涡轮机22的流体断面，设置有可变几何形状的涡轮叶片机构（VTG）12，其具有可移动的或可转动的导向叶片24。

如图1中所示，可变几何形状的涡轮叶片机构12例如具有第一和第二叶片支撑环部件26，可移动的或可转动的导向叶片24设置在这些叶片支撑环部件之间。此外设置有调节机构28，该调节机构例如具有调节环部件30。为了调节导向叶片24，例如可以设置有杆部件机构，杆部件机构例如针对每个导向叶片24都具有杆部件，杆部件与调节机构28耦联，在此与调节机构的调节环部件30耦联。转动调节环部件30，即可移动与其耦联的杆部件机构，且可以使得导向叶片24相应地移动或转动，以便适当地调节涡轮机22的流体断面。

如图1中所示，根据本发明，这里利用至少一个、两个、三个或多个固定部件32使得两个叶片支撑环部件26相互固定。相应的固定部件32在此例如是销部件34，例如柱形的销部件。固定部件32（这里为销部件34）例如设有至少一个、两个、三个、四个或多个轴向刻槽36，且例如形成柱形有槽销部件，如下面借助图5和6还将予以详述。替代地，相应地固定部件32（这里为销部件34）也可以设置有滚花38，例如螺旋形的滚花或纵向滚花，如下面借助图3和4还将予以详述。

在固定部件32或这里的销部件34与叶片支撑环部件26上的相应的孔40之间的配合例如如下进行。在销部件34的滚花或刻槽的一个或多个区域中，该销部件与叶片支撑环部件26的孔40形成压配合，而在销部件34的没有滚花或刻槽的一个或多个区域中，该销部件与叶片支撑环部件26的对应的孔例如孔40例如形成间隙配合或过渡配合。

这里例如对于柱形有槽销部件形式的固定部件24来说，沿着外刻槽直径来使得叶片支撑环部件26相互间进行精确的固定。对于带有滚花例如纵向滚花38的销部件34形式的固定部件24来说，沿着外滚花直径（图3中的d2）来使得叶片支撑环部件26相互间进行固定。刻槽凸起的顶尖或滚花的顶尖例如啮合在叶片支撑环部件26的相应的孔40中。这相比于如图7所示的简单的（平滑壁的）柱形销具有优点，即本发明的固定部件32需要较小的压紧力，因为固定部件32并不是沿着相应的叶片支撑环部件26的孔40的整个长度与该叶片支撑环部件形成压配合。换句话说，只有孔的一部分与固定部件32形成压配合。较小的压紧力又导致能实现使得材料围绕相应的孔40凸起较小，却能保证叶片支撑环部件26相互间的精确的固定。另外，相比于如图7所示的沿着孔的整个长度进行压配合常见的柱形销，本发明的固定部件32的安装明显简便。相比于如图7所示的平滑的或平滑壁的进行间隙配合的常见柱形销，本发明的固定部件32的另一优点是，固定精确度得到明显改善。

本发明的固定部件32（这里例如是具有一个或多个刻槽36的基本上呈柱形的销部件34，或者是具有纵向滚花38的柱形的销部件34）的另一优点是，能调节和固定例如在两个叶片支撑环部件26之间的轴向间距，或者能调节通道高度。

刻槽凸起的顶尖或滚花38的顶尖使得在相应的叶片支撑环部件26上的孔40即由孔40形成的对应轮廓发生塑性变形。然而，本发明的固定部件32或销使得孔40或对应轮廓例如并不在其整个长度上发生变形。如果安装力大于在工作中起作用的力，例如大于使得叶片通道变窄的力，则在工作中不进一步压入销32。这意味着，通道高度和轴向的叶片间隙保持不变。由此这种系统也可以用于单侧支撑，因为这样就能例如省去一个或多个间隔套管。

图2为根据图1的可变几何形状的涡轮叶片机构12的固定情况的局部放大图。根据本发明，本发明的如图2非常简化地示意性地示出的柱形销32可以设有一个或多个刻槽36（未示出），或者设有至少一个、两个或多个带有纵向滚花38（未示出）的区段。本发明的固定机构32使得两个叶片支撑环部件26连接起来，而设置在这些叶片支撑环部件之间的相应的导向叶片24围绕固定部件32可转动地布置，以便通过用于调节涡轮机的预定的流体断面的调节机构而适当地摆动。除了两个叶片支撑环部件26外，还可以仅设置一个叶片支撑环部件（未示出），并通过一个或多个本发明的固定部件32来固定。

柱形销部件32或本发明的固定部件34例如具有长度l，该长度短于或小于两个叶片支撑环部件26与分别布置在它们之间的导向叶片24的总长度L。现在如果固定部件32在其整个长度l1上设置有滚花或者一个或多个刻槽，则该固定部件与叶片支撑环部件26的两个孔40分别形成压配合。但由于固定部件32比总长度L短，故相应的孔40的例如一个区段保持空闲，在该区段中，孔未与固定部件32配合。其优点是，在工作中，压力基本上仅在固定部件32与孔40的配合区域中出现，而在孔40未配合或者与固定部件32例如仅形成间隙配合的区域中不出现，如下面借助图3和4还将予以详述。这意味着，固定部件32在工作中也被牢固地保持。与此相反，在现有技术中会出现问题，即如图7所示的平滑壁的柱形销部件在工作中会被可能出现的使得孔胀宽的压力锁定，所述销部件与一个叶片支撑环部件的孔例如在孔的整个长度上形成压配合。

代替比叶片支撑环部件26与布置在这些叶片支撑环部件之间的导向叶片24的总长度L短的固定部件32，也可以使用长度为l1或者等于或大于总长度L的固定部件32。在这种情况下，例如按照下面的图3中所示的方式来构造固定部件32。

图3示出本发明的固定部件32的第一实施方式，其例如用于固定如图1和2中的可变几何形状的涡轮叶片机构12的叶片支撑环部件26。固定部件32在这里的构造形式为柱形销部件34，其中柱形销部件34具有区段24，该区段带有滚花，这里为纵向滚花。此外，柱形销部件34的前面的和后面的端部44、46为平滑壁结构或平直壁结构。柱形销部件34具有总长度l1，其中带有纵向滚花38的区段42具有长度l2，例如l1＞l2。此外，带有纵向滚花38的区段42具有滚花外直径d1，该滚花外直径形成固定部件32的配合直径。另外，柱形销部件34的平滑壁的端部44、46具有均为d1的外直径，例如d2＞d1。两个端部44、46的直径可以大小相同或者不同。于是，总长度l1例如可以小于、等于或大于叶片支撑环部件26的相应的孔40和分别布置在这些叶片支撑环部件之间的导向叶片24的总长度L。这里的关键是，带有滚花38的区段的长度l2经过选择，使得固定部件32在安装状态下仅在孔40的部分区域内形成压配合，而具有较小直径d1的分别空闲的自由端44、46与孔40例如形成间隙配合。其优点是，例如在工作中出现的压力可以使得相应的孔40仅在压配合的区域中变形或胀宽，而例如在固定部件32和孔40之间的间隙配合区域中不变形或胀宽。

图4为根据图3的带有纵向滚花38的固定部件32的区段的局部剖视图A-A。纵向滚花38例如具有轴向平行的沟槽48，这些沟槽的分距为b1，型角为α。型角α通常例如为α=90°，或者在个别情况下也可以为α=105°。但本发明并不局限于型角α的这些值，这些值仅仅是示范性的，而非局限性的。除了纵向滚花38外，也可以设置有其它任一种形式的滚花。

另外，图5示出根据本发明第二实施方式的用于固定可变几何形状的涡轮叶片机构的叶片支撑环部件的固定部件32。固定部件32（形式为销部件34，或者这里为柱形销部件）在其圆周上沿纵向具有一个、两个、三个或多个刻槽36。相应的刻槽36例如沿着固定部件32的总长度伸展，或者仅沿着固定部件的部分长度伸展（未示出），或者沿着固定部件的一个区段伸展。如果一个或多个刻槽26沿着销部件或固定部件32的总长度伸展，则为了固定如图1和2所示的两个叶片支撑环部件26，选择一种固定部件32，其长度l1比两个叶片支撑环部件26的孔40和布置在这些叶片支撑环部件之间的导向叶片24的总长度L短。替代地，有槽销部件也可以按照图3中的固定部件32只有至少一个带有一个或多个刻槽的区段（未示出）。

图6为根据图5的固定部件32的横剖视图。在固定部件32（这里例如为柱形的销部件34）的圆周上开设有刻槽36。在此，在柱形杆上沿着纵向例如滚压出或者压制出例如三个例如错开120°的刻槽36，刻槽的凸缘在开设时压靠到孔的壁上，由此实现防止振松的配合。

这些刻槽36可以根据使用目的而具有不同的形式，例如形成插塞式有槽销、旋棒式有槽销、锥形有槽销或配合式有槽销。利用这些刻槽36，有槽销32即使在很平滑的孔40中也能得到防止振松的保持，如前所述，这种保持本身在拆卸时仍将继续存在。

最后，图7示出如目前在安装可变几何形状的涡轮叶片机构时使用的一种柱形销。这种柱形销具有平滑的无滚花、刻槽等的柱形杆。

尽管在上面已借助优选的实施例介绍了本发明，但本发明并不局限这些实施例，而是可以采用各种方式予以改型。前述实施方式可相互组合，特别是它们的各个特征可相互组合。

本发明尤其是不局限于形式为有槽销36或杆的、带有纵向滚花38的固定部件32的所述范例。此外，本发明不局限于如图1和2中所示的特定的可变几何形状的涡轮叶片机构及其固定方式和构件。该可变几何形状的涡轮叶片及其构件和固定方式以及整个涡轮增压器的设计方案仅是示范性的。原则上，本发明的固定部件可以用于所有类型的可变几何形状的涡轮叶片机构和涡轮增压器，以便固定构件如叶片支撑环部件或可变几何形状的涡轮叶片机构的其它部件。

另外，多个叶片支撑环部件或这个叶片支撑环部件可以有选择地附加地通过一个或多个螺栓部件等来固定，和/或通过弹簧部件来固定。此点适用于本发明的所有实施方式。