用于廢氣渦輪增壓器的導(dǎo)向葉片裝置制造方法
【專利摘要】一種導(dǎo)向葉片裝置（1），尤其是用于廢氣渦輪增壓器的導(dǎo)向葉片裝置（1），具有：-多個(gè)導(dǎo)向葉片（3），其通過葉片軸承銷釘可轉(zhuǎn)動地安裝在導(dǎo)向葉片支撐環(huán)（2）上；-一個(gè)蓋盤（4），其與導(dǎo)向葉片支撐環(huán)（2）間隔設(shè)置，其中，導(dǎo)向葉片（3）布置在蓋盤（4）和導(dǎo)向葉片支撐環(huán)（2）之間；-蓋盤（4）包括一個(gè)陶瓷材料；-所述陶瓷材料具有高導(dǎo)熱性。
【專利說明】用于廢氣渦輪增壓器的導(dǎo)向葉片裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種導(dǎo)向葉片裝置，尤其是用于廢氣渦輪增壓器的導(dǎo)向葉片裝置，還涉及一種具有該導(dǎo)向葉片裝置的廢氣渦輪增壓器。本發(fā)明還涉及一種具有這種廢氣渦輪增壓器的機(jī)動車。
【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，用于內(nèi)燃機(jī)的廢氣渦輪增壓器包括兩個(gè)連續(xù)流動式機(jī)械:渦輪和壓縮機(jī)。渦輪機(jī)利用廢氣中含有的能量來驅(qū)動壓縮機(jī)，其吸入新鮮空氣并將壓縮氣體引入內(nèi)燃機(jī)的汽缸。由于內(nèi)燃機(jī)通常具有較高的轉(zhuǎn)速，因此，需要調(diào)節(jié)廢氣渦輪增壓器以確保在內(nèi)燃機(jī)的高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)具有恒定的充氣壓力。為此，在已知的技術(shù)方案中，通過旁路通道將以部分廢氣流引向渦輪機(jī)。通過所謂的幾何形狀可變渦輪使得一種能量上更適合的技術(shù)方案成為可能，其中，渦輪的積聚性能可以被連續(xù)地改變，因此在每種情況下都可以應(yīng)用全部廢氣。在傳統(tǒng)方式中，通過可調(diào)整的導(dǎo)向葉片來實(shí)現(xiàn)這種幾何形狀可變的渦輪，通過該導(dǎo)向葉片可以不同的調(diào)整流經(jīng)廢氣渦輪增壓器的廢氣。
[0003]用于調(diào)節(jié)導(dǎo)向葉片的不同的調(diào)節(jié)裝置是已知的。通常，通過各葉片軸承將導(dǎo)向葉片安裝在導(dǎo)向葉片支承環(huán)上。一個(gè)蓋盤與導(dǎo)向葉片支承環(huán)間隔開布置，以使導(dǎo)向葉片布置在蓋盤和導(dǎo)向葉片支承環(huán)之間。蓋盤可由陶瓷材料制成。
[0004]DE102008039508A1公開了一種具有幾何形狀可變渦輪機(jī)的廢氣渦輪增壓器的增壓裝置。增壓裝置包括一個(gè)導(dǎo)向葉片可轉(zhuǎn)動地安裝于其上的葉片軸承環(huán)。在導(dǎo)向葉片與葉片軸承環(huán)相對的一側(cè)上，設(shè)置有一個(gè)用于覆蓋導(dǎo)向葉片的環(huán)狀盤。環(huán)狀盤包括一個(gè)隔熱和減小摩擦的材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明的目的是說明一種改進(jìn)的導(dǎo)向葉片裝置。
[0006]這一目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題解決，優(yōu)選實(shí)施例為從屬權(quán)利要求的主題。
[0007]本發(fā)明基于這樣一種基本構(gòu)思，使用一種用于導(dǎo)向葉片裝置的蓋盤的陶瓷材料，該材料具有較高的導(dǎo)熱性。通過這種方法，可以快速而有效地散掉導(dǎo)向葉片中產(chǎn)生的熱量，因此，可以明顯地減少渦輪機(jī)殼體的溫度荷載，其中，本發(fā)明的導(dǎo)向葉片裝置可應(yīng)用于該渦輪機(jī)殼體中。
[0008]具有高導(dǎo)熱性的陶瓷是在室溫下向無機(jī)細(xì)粒原料中加水之后再干燥而成型制得，在隨后超過900°C的燃燒過程中燒結(jié)成堅(jiān)硬、耐用的物體。陶瓷材料可以具有非常高的導(dǎo)熱性，這使得其特別適合用于本發(fā)明的廢氣渦輪增壓器的導(dǎo)向葉片的蓋盤。此外，陶瓷材料可以長時(shí)間承受高溫，例如廢氣渦輪增壓器中的高溫。陶瓷材料或涂層幾乎可以在任何實(shí)施例中成本有效地生產(chǎn)，這使得一種經(jīng)濟(jì)的工業(yè)用途成為可能。
[0009]尤其是，通過使用具有高導(dǎo)熱性的陶瓷材料，可以避免使用導(dǎo)向葉片裝置的廢氣渦輪增壓器的導(dǎo)向葉片的各組件的熱膨脹。既然通過使用具有高導(dǎo)熱性的蓋盤可以避免不期望的導(dǎo)向葉片的熱膨脹，這反過來又可以減少導(dǎo)向葉片和蓋盤之間的間隙寬度，以使導(dǎo)向葉片和蓋盤之間不會產(chǎn)生由熱引起的摩擦影響(對于導(dǎo)向葉片的干擾)。
[0010]由于本發(fā)明的蓋盤可以使導(dǎo)向葉片與蓋盤之間具有最小的間隙寬度，因此能夠減少甚至完全消除可以降低廢氣渦輪增壓器的導(dǎo)向葉片裝置效率的流經(jīng)該間隙的旁流。其明顯提高了導(dǎo)向葉片或廢氣渦輪增壓器的效率。
[0011]在本發(fā)明的一個(gè)有利的技術(shù)方案中，陶瓷材料可以具有120W/mK的導(dǎo)熱性，通過使用具有該導(dǎo)熱性能的陶瓷材料，可以排出導(dǎo)向葉片裝置中的(廢)熱。
[0012]在一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施例中，陶瓷材料可以是氮化硅或碳化硅。碳化硅是一種屬于碳化物組的碳和硅的陶瓷化合物。由于碳化硅具有高機(jī)械硬度和高導(dǎo)熱性(純碳化硅接近350W/mK，技術(shù)碳化硅高達(dá)140W/mK)，其非常適合作為本發(fā)明的導(dǎo)向葉片的蓋盤的陶瓷材料。
[0013]氮化硅與此類似，除了具有高強(qiáng)度外，還具有非常低的熱膨脹系數(shù)和小的彈性模量。氮化硅陶瓷材料可以在近似1300°C的溫度下使用，因此，其也適合用于廢氣渦輪增壓器。
[0014]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，導(dǎo)向葉片支撐環(huán)和/或?qū)蛉~片和/或葉片支撐銷釘由具有比陶瓷材料低的導(dǎo)熱性的金屬制成。通過這種方法，本發(fā)明的具有高導(dǎo)熱性的陶瓷材料制成的蓋盤可以與導(dǎo)向葉片裝置的其他部件結(jié)合，例如，導(dǎo)向葉片支撐環(huán)、導(dǎo)向葉片和葉片支撐銷釘，這些部件通常由金屬材料制成。
[0015]在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，所述金屬具有最大為20W/mK的熱導(dǎo)率。與具有高導(dǎo)熱性的陶瓷材料制成的蓋盤(通常至少120W/mK)結(jié)合，可以特別有效地將熱量從導(dǎo)向葉片裝置和使用該導(dǎo)向葉片裝置的廢氣渦輪增壓器的渦輪機(jī)殼體中排出。
[0016]在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例中，金屬可以是鋼。
[0017]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，為了確保特別有效地將熱量通過導(dǎo)向葉片裝置的蓋盤轉(zhuǎn)移，導(dǎo)向葉片裝置可以完全由陶瓷材料制成。
[0018]在一個(gè)替代的或進(jìn)一步改進(jìn)的實(shí)施例中，蓋盤也可以包括一個(gè)陶瓷材料的蓋盤。這意味著實(shí)際的蓋盤不需要由本發(fā)明的具有高導(dǎo)熱性的陶瓷材料的蓋盤成型。這使得非常成本有效地生產(chǎn)蓋盤成為可能，例如由金屬材料(優(yōu)選鋼)制成，因此，蓋盤和導(dǎo)向葉片裝置的其余部件(導(dǎo)向葉片支撐環(huán)等)的材料可以相同。這種蓋盤設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于導(dǎo)向葉片裝置的所有主要部件由相同的材料制成并具有基本相同的熱膨脹系數(shù)。
[0019]為確保導(dǎo)向葉片裝置具有穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)，尤其是在廢氣渦輪增壓器的渦輪殼中使用時(shí)具有穩(wěn)定的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，導(dǎo)向葉片裝置可以具有至少一個(gè)間隔部件，其與葉片支撐銷釘同軸布置，將導(dǎo)向葉片支撐環(huán)與蓋盤分隔開。
[0020]本發(fā)明還涉及一種廢氣渦輪增壓器，尤其是用于機(jī)動車的廢氣渦輪增壓器，其包括一個(gè)具有前述一個(gè)或多個(gè)特征的導(dǎo)向葉片裝置和渦輪機(jī)殼體，渦輪機(jī)殼體的壁朝向?qū)蛉~片裝置，導(dǎo)向葉片裝置的蓋盤設(shè)置在殼體壁上。廢氣渦輪增壓器進(jìn)一步包括一個(gè)軸承箱和支撐在軸承箱上的彈簧，借助所述彈簧，導(dǎo)向葉片支撐環(huán)可在軸向上將一個(gè)壓力施加于至少一個(gè)間隔件，以使后者推動蓋盤抵靠在渦輪機(jī)殼體上實(shí)現(xiàn)軸向固定。
[0021]本發(fā)明還涉及一種機(jī)動車，其包括一個(gè)內(nèi)燃機(jī)和一個(gè)具有上述特征的廢氣渦輪增壓器，其中，廢氣渦輪增壓器與內(nèi)燃機(jī)連接以增加內(nèi)燃機(jī)的功率。[0022]本發(fā)明的其他重要特征和優(yōu)點(diǎn)特現(xiàn)在附加的權(quán)利要求、附圖以及相應(yīng)的【專利附圖】

【附圖說明】中。
[0023]應(yīng)該理解，上述提及的特征和下面將要解釋的特征不僅可以用于所述組合，也可以用于其他組合或單獨(dú)使用而不脫離本發(fā)明的范圍。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例示出在附圖中，并且在下面的說明中更詳細(xì)地解釋。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1示出了本發(fā)明的導(dǎo)向葉片裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0026]附圖1示出了本發(fā)明的導(dǎo)向葉片裝置，有附圖標(biāo)記I表示。導(dǎo)向葉片裝置I包括多個(gè)側(cè)葉片3，其通過葉片軸承銷釘可轉(zhuǎn)動地安裝在導(dǎo)向葉片支撐環(huán)2上，其中，附圖1中僅僅示出了一個(gè)葉片3和一個(gè)相應(yīng)的葉片軸承銷釘。導(dǎo)向葉片裝置I還包括一個(gè)與導(dǎo)向葉片支撐環(huán)2相分離布置的蓋盤4，其中，導(dǎo)向葉片3布置在蓋盤4和導(dǎo)向葉片支撐環(huán)2之間。蓋盤4包括個(gè)具有高導(dǎo)熱性的陶瓷材料。所述陶瓷材料具有至少120W/mK的導(dǎo)熱率。以便例如導(dǎo)向葉片裝置I在廢氣渦輪增壓器中工作時(shí)產(chǎn)生的廢熱可以有效地排出。陶瓷材料可以是氮化硅或碳化硅。碳化硅是一種屬于碳化物組的碳和硅的陶瓷化合物。由于碳化硅具有高機(jī)械硬度和高導(dǎo)熱性(純碳化硅接近350W/mK，技術(shù)碳化硅高達(dá)140W/mK)，其非常適合作為本發(fā)明的導(dǎo)向葉片的蓋盤的陶瓷材料。氮化硅與此類似，除了具有高強(qiáng)度外，還具有非常低的熱膨脹系數(shù)和小的彈性模量。氮化硅陶瓷材料可以在近似1300°C的溫度下使用，因此，其也適合用于廢氣渦輪增壓器。原則上，其他具有高導(dǎo)熱性的陶瓷材料也是可能的。
[0027]導(dǎo)向葉片支撐環(huán)2由具有比陶瓷材料低的導(dǎo)熱性的金屬或其他適合的材料制成。導(dǎo)向葉片和/或葉片支撐銷釘也可以由類似的材料制成。例如，導(dǎo)向葉片裝置的組件可以由金屬(例如鋼)制成，金屬具有最大20W/mK的導(dǎo)熱性。
[0028]在第一個(gè)變形中，蓋盤4可以完全由高導(dǎo)熱性的陶瓷材料制成，由此可以通過蓋盤4有效地散熱。一個(gè)替代的實(shí)施方式，蓋盤4由比陶瓷材料導(dǎo)熱性低的另外一種材料制成，其包括一個(gè)高導(dǎo)熱性的陶瓷材料覆蓋層。這使得導(dǎo)向葉片裝置I可以成本有效地生產(chǎn)。
[0029]例如，蓋盤4可以由與導(dǎo)向葉片裝置I的其他部件(如導(dǎo)向葉片支撐環(huán)2或?qū)蛉~片3)相同的材料制成，例如金屬或鋼。在此例中，所有部件具有基本相同的物理性能。特別地，蓋盤與其他部件的熱膨脹系數(shù)相同。
[0030]導(dǎo)向葉片裝置可以具有至少一個(gè)間隔部件5，其與葉片支撐銷釘同軸布置并將導(dǎo)向葉片支撐環(huán)2與蓋盤4分隔開。導(dǎo)向葉片裝置I可以是廢氣渦輪增壓器的一部分。這樣的廢氣渦輪增壓器可以包括一個(gè)渦輪機(jī)殼體6，僅部分示出在附圖1中。渦輪機(jī)殼體6可以包括一個(gè)朝向?qū)蛉~片裝置I的殼體壁7，導(dǎo)向葉片裝置I的蓋盤4布置在壁7上。
[0031 ] 廢氣渦輪增壓器進(jìn)一步包括一個(gè)軸承箱8，其也是僅部分示出。彈簧9支撐在軸承箱上，借助所述彈簧9，導(dǎo)向葉片支撐環(huán)2可在軸向A上將一個(gè)壓力(箭頭D)施加于至少一個(gè)間隔件5，以使后者推動蓋盤4抵靠在渦輪機(jī)殼體6上實(shí)現(xiàn)軸向固定。
[0032]廢氣渦輪增壓器可以與內(nèi)燃機(jī)一起在機(jī)動車中工作，其中，廢氣渦輪增壓器與內(nèi)燃機(jī)連接以增加內(nèi)燃機(jī)的功率。
【權(quán)利要求】
1.一種導(dǎo)向葉片裝置(1)，尤其是用于廢氣渦輪增壓器的導(dǎo)向葉片裝置(1)，具有: -多個(gè)導(dǎo)向葉片(3)，其通過葉片軸承銷釘可轉(zhuǎn)動地安裝在導(dǎo)向葉片支撐環(huán)(2)上； -一個(gè)蓋盤(4)，其與導(dǎo)向葉片支撐環(huán)(2)間隔設(shè)置，其中，導(dǎo)向葉片(3)布置在蓋盤(4)和導(dǎo)向葉片支撐環(huán)(2)之間； -蓋盤(4)包括一個(gè)陶瓷材料； 其特征在于所述陶瓷材料具有高導(dǎo)熱性。
2.權(quán)利要求1所述的導(dǎo)向葉片裝置(I)，其特征在于陶瓷材料具有至少120W/mK的導(dǎo)熱率。
3.權(quán)利要求1或2所述的導(dǎo)向葉片裝置(1)，其特征在于陶瓷材料是氮化硅或碳化硅。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的導(dǎo)向葉片裝置(I)，其特征在于導(dǎo)向葉片支撐環(huán)(2)和/或?qū)蛉~片(3)和/或葉片軸承銷釘由具有比陶瓷材料導(dǎo)熱性低的金屬制成。
5.權(quán)利要求4所述的導(dǎo)向葉片裝置(1)，其特征在于金屬具有20W/mK的最大導(dǎo)熱性。
6.權(quán)利要求4或5所述的導(dǎo)向葉片裝置(I)，其特征在于金屬是鋼。
7.前述任一權(quán)利要求所述的導(dǎo)向葉片裝置(1)，其特征在于蓋盤(4)全部由陶瓷材料制成。
8.前述任一權(quán)利要求所述的導(dǎo)向葉片裝置(I)，其特征在于導(dǎo)向葉片裝置(I)可以具有至少一個(gè)間隔部件(5)，其與葉片支撐銷釘同軸布置并將導(dǎo)向葉片支撐環(huán)(2)與蓋盤(4)分隔開。
9.一種廢氣渦輪增壓器，尤其是用于機(jī)動車的廢氣渦輪增壓器，具有: -前述任一權(quán)利要求所述的導(dǎo)向葉片裝置(I); -一個(gè)渦輪機(jī)殼體(6 )，其具有一個(gè)朝向?qū)蛉~片裝置(I)的壁(7 )，蓋盤(4 )布置在該壁(7)上； -一個(gè)軸承箱(8)； -一個(gè)支撐在軸承箱(8)上的彈簧(9)，借助所述彈簧(9)，導(dǎo)向葉片支撐環(huán)(2)可在軸向(A)上將一個(gè)壓力施加于至少一個(gè)間隔件(5)，以使后者推動蓋盤(4)抵靠在渦輪機(jī)殼體(6)上實(shí)現(xiàn)軸向固定。
10.一種機(jī)動車，具有: -一個(gè)內(nèi)燃機(jī)； -一個(gè)權(quán)利要求9所述的廢氣渦輪增壓器，其與內(nèi)燃機(jī)連接以增加內(nèi)燃機(jī)的功率。
【文檔編號】F01D25/24GK103775137SQ201310495877
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月23日
【發(fā)明者】迪克·瑙恩海姆 申請人:博世馬勒渦輪系統(tǒng)有限兩合公司