[发明专利]带有球头-废气门-阀与应力减轻的曲柄臂的废气涡轮增压器

说明书

本发明涉及一种废气涡轮增压器，其涡轮机壳体具有可借助球头-阀关闭的废气门-通道。

废气涡轮增压器日益用于增大汽车内燃机的功率。这种事日益频繁，其目的是要在功率相同或者甚至增大的情况下减小内燃机的结构尺寸和重量，同时按照日益严格的法律规定降低消耗，进而减少CO₂排放。工作原理在于，利用废气流中含有的能量来提高内燃机进气道中的压力，从而实现改善给内燃机充注空气-氧气，从而能为每个燃烧过程转换更多的动力燃料即汽油或柴油，亦即提高内燃机的功率。

为此，废气涡轮增压器具有设置在内燃机废气道上的涡轮机和设置在进气道上的压缩机，该涡轮机带有用废气流驱动的涡轮机叶轮，该压缩机带有建立压力的压缩机叶轮。涡轮机叶轮和压缩机叶轮抗扭地固定在转子轴的相对的端部上，该转子轴可转动地支撑在设置于涡轮机与压缩机之间的轴承单元内。由此借助废气质量流驱动涡轮机轮，并通过转子轴又驱动压缩机轮，由此将废气能量用于在进气道中建立压力。

涡轮机和压缩机是叶轮机械，且基于物理定律而具有分别取决于结构尺寸和构造方式的最佳的工作区域，所述工作区域的特点是物质流量、压力比和相应叶轮的转速。

与此相反，汽车中的内燃机工作的特点是，负荷与工作区域动态地变化。

于是为了能使得废气涡轮增压器的工作区域适应于内燃机的变化的工作区域，进而保证所希望的响应特性，而尽可能感觉不到延迟(涡轮迟滞)，给废气涡轮增压器配备所谓的可变几何形状的涡轮机和可通过阀瓣打开的旁通通道。涡轮机侧的相应的旁通通道称为废气门。该废气门把沿流向处于涡轮机叶轮之前的废气通道与处于涡轮机叶轮之后的废气通道连接起来。废气门可以通过关闭装置例如阀瓣而打开或关闭。在内燃机转速低且废气物质流相应地小的情况下，废气门关闭，全部废气物质流都通过涡轮机叶轮引导。这确保涡轮机叶轮和压缩机叶轮的转速足够用，进而保证即使内燃机转速低也能使压缩机建立足够的压力。于是，在内燃机转速高且废气物质流相应地大的情况下，废气门打开，至少一部分废气物质流越过涡轮机叶轮直接导入沿流向处于涡轮机叶轮之后的排气区域中，以便把涡轮机叶轮和压缩机叶轮的转速以及涡轮机和压缩机的压力比保持在废气涡轮增压器的所希望的工作内。

按已知的方式，采用瓣阀作为用于打开和关闭废气门-通道的关闭装置。这种传统的瓣阀在涡轮机壳体10的剖视图1中示出。经由入口区域1，废气物质流AM进入到废气涡轮机的螺旋壳体2中。废气物质流AM从螺旋壳体2被引导到涡轮机叶轮(未示出)上，然后经由出口区域4进入到废气系统中，再经由废气系统排放至外界。废气门-通道3于是在直接的路径上把入口区域1与出口区域4连接起来。废气门-通道3具有扁平的阀座8。为了关闭废气门-通道，把一个关闭部件5置放到阀座8上，该关闭部件在这种情况下为盘状阀瓣的形式。关闭部件5固定在曲柄臂6上，该曲柄臂围绕曲柄主轴旋转轴线7可转动地安置。通过曲柄臂6围绕曲柄主轴旋转轴线7的旋转，关闭部件5沿着阀瓣的关闭-打开路径9从近乎竖直的方向置放到阀座8上，废气门-通道3由此关闭，而沿相反的方向则打开。

废气门-阀的另一种设计在DE102008011416A1中公开，以及在剖视图2和3中示出。在此，废气物质流AM也经由入口区域1进入到废气涡轮机的螺旋壳体2中。废气物质流AM从螺旋壳体2被引导到涡轮机叶轮(未示出)上，然后经由出口区域4进入到废气系统中，再经由废气系统排放至外界。废气门-通道3于是在直接的路径上把入口区域1与出口区域4连接起来。该阀是所谓的球头阀。在此，关闭部件5是个球缺，其也与操纵曲柄14的曲柄臂6连接。曲柄臂6借助曲柄主轴12和主轴轴承套13围绕曲柄主轴旋转轴线7可转动地支撑在涡轮机壳体壁16中。然而，曲柄臂6和在曲柄臂6上的关闭部件5的布置方式在此经过选择，使得当曲柄臂围绕轴线7转动时，关闭部件沿着关闭/打开路径11在一定程度上平行于阀座8摆入到废气门-通道3中，最后密封地靠置于阀座8上。这具有的优点是，作用到关闭部件上且与关闭力相逆的废气力以较小的力臂作用到曲柄臂6上。促动器必须将调节力施加到在涡轮机壳体外部抗扭地与曲柄主轴12连接的调节杆13上，以便使得阀尽可能密封地关闭并保持关闭，所需要的调节力由此明显小于前述传统设计。