具有致动器致动型调节装置和带有一件式部件本体的传输元件的涡轮增压器
阅读说明：本技术 具有致动器致动型调节装置和带有一件式部件本体的传输元件的涡轮增压器 (Turbocharger with actuator-actuated adjustment device and transmission element with one-piece component body ) 是由 D·黑利施 C·基尔施纳 N·齐博尔 于 2019-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于燃烧发动机的涡轮增压器(1),该涡轮增压器具有：调节装置(50),其用于使其操作行为与燃烧发动机的操作行为相匹配；致动型致动器(60)；以及传输元件(70),其一方面联接到致动型致动器(60)且另一方面联接到调节装置(50)。传输元件(70)具有一件式部件本体(73),该一件式部件本体在每种情况下沿着纵向轴线(75)从第一联接点(62)延伸到第二联接点(52),并且在其端区域中的每一者中具有用于联接到致动型致动器(60)和调节装置(50)的联接元件(71、72),其中,相应的联接元件(71、72)被设计为部件本体(73)的整体部分,其呈部件本体(73)中的球形接头连接件(80)的球形容座(82)的形式。(The invention relates to a turbocharger (1) for a combustion engine, comprising: -adjusting means (50) for matching the operating behaviour thereof with the operating behaviour of the combustion engine; an actuator (60) of the actuation type; and a transmission element (70) coupled on the one hand to the actuator (60) and on the other hand to the adjustment device (50). The transmission element (70) has a one-piece component body (73) which extends in each case along a longitudinal axis (75) from the first coupling point (62) to the second coupling point (52) and has in each of its end regions a coupling element (71, 72) for coupling to the actuating actuator (60) and the adjusting device (50), wherein the respective coupling element (71, 72) is designed as an integral part of the component body (73) in the form of a spherical receptacle (82) of a spherical joint connection (80) in the component body (73).)
技术领域
本发明涉及一种用于燃烧发动机（特别是用于机动车辆）的涡轮增压器，其中，该涡轮增压器具有用于使其操作行为与燃烧发动机的操作行为相匹配的调节装置，所述装置借助于致动型致动器而被致动。
背景技术
为了减少燃料消耗和污染物排放，同时实现燃烧发动机（特别是机动车辆中的内燃发动机）的相同或甚至增加的功率，越来越多的情况是采用小体积发动机概念（所谓的小型化概念）作为出发点，小体积发动机概念为了增加功率的目的而配备有涡轮增压器。
涡轮增压器的操作原理在于：利用排气流中包含的能量来增加燃烧发动机的进气道中的压力，并以此方式引起以大气氧对燃烧室进行更好的充气，且因此使得在每个燃烧过程中能够转化更多的燃料（汽油或柴油），也就是说增加燃烧发动机的功率。
为此，涡轮增压器具有布置在内燃发动机的排气道中的排气涡轮机、布置在进气道中的新鲜空气压缩机、以及布置在其间的转子轴承。排气涡轮机具有涡轮机壳体和布置在其中的涡轮机叶轮，该涡轮机叶轮由排气质量流驱动。新鲜空气压缩机具有压缩机壳体和布置在其中的压缩机叶轮，该压缩机叶轮建立增压压力。涡轮机叶轮和压缩机叶轮结合地旋转地布置在公共轴（该公共轴称为转子轴）的相对端上，且因此形成了所谓的涡轮增压器转子。转子轴在涡轮机叶轮和压缩机叶轮之间轴向地延伸穿过布置在排气涡轮机和新鲜空气压缩机之间的转子轴承，并且相对于转子轴轴线沿径向方向和轴向方向可旋转地安装在所述转子轴承中。根据该构造，由排气质量流驱动的涡轮机叶轮经由转子轴驱动压缩机叶轮，由此在新鲜空气压缩机后面相对于新鲜空气质量流增加内燃发动机的进气道中的压力，并由此确保以大气氧对燃烧室进行更好的填充。
涡轮机和压缩机是涡轮机械，并且由于物理定律而具有在每种情况下取决于整体尺寸和设计的最佳操作范围，该最佳操作范围以相应叶轮的质量通过量、压力比和旋转速度为特征。
与此相反，机动车辆中的燃烧发动机（特别是内燃发动机）的操作以载荷和操作范围的动态变化为特征。
为了现在能够使涡轮增压器的操作范围适应燃烧发动机的变化的操作范围并因此在没有明显延迟（涡轮迟滞）的情况下尽可能快地确保期望的响应行为，涡轮增压器配备有附加的调节装置，例如在排气或涡轮侧上的所谓的可变涡轮几何形状（VTG）或废气门装置（WG）、以及在馈送气体或压缩机侧上的超限空气再循环或吹泄装置。这些用来最小化涡轮增压器的惰性行为及因此最小化延迟的响应行为并且避免损坏操作状态。
取决于内燃发动机的速度和排气质量流，根据载荷要求以这样的方式设定废气门阀或可变涡轮几何形状，使得可以将涡轮机叶轮和压缩机叶轮的速度以及压力比（特别是在排气涡轮机处）保持在涡轮增压器1的期望的工作范围内。
另一方面，在各操作阶段中存在压缩机功率的过剩，在这些操作阶段中，同样地由于涡轮增压器的惯性，燃烧发动机的功率迅速降低，并且这可能导致“压缩机喘振”。这种状态特别需要涡轮增压器和压缩机的部件上的增加的机械载荷，并且甚至会导致对应的部件受损。在操作中避免这种情况很重要。
为了避免这种操作状态，一方面经由废气门装置将排气引导经过涡轮增压器的涡轮机进入排气排放管道中，并且在压缩机下游排放已经压缩的新鲜气体或经由另外的旁通阀装置使其膨胀并再循环到压缩机上游的进气区域中。
由于必须根据操作点依次控制或调控上述调节装置的对应设定，因此将对应的致动型致动器用于上述调节装置的与操作点相依的设定。为此目的，优选地使用气动或机电致动器，其详细说明了线性或旋转机械操纵变量。然后，必须将这些依次传输到调节装置。为此目的，以已知的方式使用传输元件，这些传输元件一方面直接或间接地联接到相应的致动型致动器，且另一方面直接或间接地联接到相应的调节装置，以用于将致动型致动器的操纵变量传输到调节装置。在这些传输元件上就功能可靠性、简单组装性以及待连接部件的位置公差的补偿提出了很高的要求。
另一方面，由于涡轮增压器现在正在大量使用，因此它们越来越受制于大规模生产的要求，以便最大程度地简化构造、易于生产和组装并降低总成本。
发明内容
因此，本发明的基本目的是详细说明一种涡轮增压器，其通过高的操作可靠性以及同时简化的构造和降低的成本来区分。
所述目的通过具有根据专利权利要求1的特征的涡轮增压器来实现。有利的实施例和改进可单独地使用或在它们不涉及相互排斥的替代方案的情况下彼此组合地使用，并且形成了从属权利要求的主题。
根据本发明，呈现了一种用于燃烧发动机的涡轮增压器，该涡轮增压器具有：调节装置，其用于使其操作行为与燃烧发动机的操作行为相匹配；致动型致动器，其用于致动调节装置；以及传输元件，其一方面在第一联接点处直接或间接地联接到致动型致动器且另一方面在第二联接点处直接或间接地联接到调节装置，以用于将致动型致动器的操纵变量传输到调节装置。
该涡轮增压器的特征在于，传输元件具有一件式部件本体，该一件式部件本体在每种情况下沿着纵向轴线75从第一联接点62延伸到第二联接点，并且其中，在其面向第一联接点或第二联接点的端区域中的每一者中，部件本体具有用于联接到致动型致动器和调节装置的联接元件，其中，相应的联接元件被设计为部件本体（73）的整体部分，其呈部件本体（73）中的球形接头连接件（80）的球形容座（82）的形式。
在涡轮增压器的这种实施例的情况下，通过使用所描述的传输元件及其简单的构造以及不复杂的生产和组装，可以实现成本优势。
根据本发明的涡轮增压器的有利实施例通过以下事实来区分：传输元件的部件本体被设计为通过冲压和弯曲方法或冲压和深拉方法或深拉方法由金属片材或片材金属条生产的一件形片材金属部分。这例如通过以下步骤实现：首先，从片材钢坯冲压出部件本体的二维基本几何形状，且然后在一个或多个连续弯曲和/或深拉模具中将最终的三维形状赋予给所述本体。组合了全部所需的冲压和弯曲或深拉功能的模具也是可能的。特别是在大系列的情况下，该实施例通过材料和生产的低成本来区分。
作为涡轮增压器的另外的实施例，在每种情况下提供至少一个单独的弹簧元件或形成在部件本体上的弹簧元件，以便将相应的关节球固定在传输元件的相应的球形接头连接件的球形容座中。可能的是，例如，在将关节球插入到球形容座中之后，在预载荷下以这样的方式将单独的弹簧元件插入到为此目的而在部件本体中设置在关节球被锁定或固定以防在球形容座中掉出的球形容座区域中的孔口中。在另一个示例中，也可能的是，在每种情况下，将该弹簧元件或多个弹簧元件与部件本体形成为一件，例如呈固定凸片的形式，该固定凸片围绕关节球装配超过其最大圆周长（maximum circumference）并在预载荷下有弹性地搁置抵靠关节球。在此，相应的固定凸片以这样的方式被设计成使得为了将关节球安装在球形容座中，凸片可以在弹性范围内以这样的方式向上弯曲，使得可以插入关节球。
以这种方式，提供了一种牢固的球形接头连接件，其只需要几个单独的部件元件或者根本不需要部件元件，这进而对成本有积极的影响。此外，以这种方式，消除了球形接头连接件中的任何间隙，由此使得有可能避免操作中的振动噪声并最小化磨损。
涡轮增压器的另外的实施例通过以下事实来区分：至少一个珠缘（bead）和/或突起沿部件本体的纵向轴线的方向形成在传输元件的部件本体上，以便稳定部件本体。这使得有可能减小片材金属的厚度，同时保持相同的稳定性，例如以防在剪切载荷下的屈曲。这同样以这种方式促成了降低材料成本并附加地减轻了重量。
根据本发明的主题的实施例（上文在说明书中详细说明了所述实施例）的特征和特征的组合，在它们不能替代地使用或不相互排斥的范围内，也可以单独地、部分地或完全地相互组合使用，或者以便在根据本发明的主题的发展中彼此补充，而不脱离本发明的范围。
附图说明
借助诸图更详细地解释根据本发明的涡轮增压器的对应的和另外的实施例，在诸图中：
图1示出了根据本发明的涡轮增压器的图示，该涡轮增压器具有调节装置、致动型致动器和传输元件；
图2示出了涡轮增压器的实施例的传输元件的三维图示以及其局部剖视；
图3以两个视图以及其局部剖视示出了涡轮增压器的实施例的另外的传输元件以及用于固定球形接头连接件的弹簧元件的三维图示；
图4以两个视图以及其局部剖视示出了涡轮增压器的实施例的另外的传输元件的另外的三维图示；
图5以两个视图以及其局部剖视示出了涡轮增压器的实施例的另外的传输元件的另外的三维图示。
具体实施方式
贯穿诸图，在功能和标示方面相同的部分由相同的参考符号表示。当在描述诸图中所示的对象的过程中使用术语“顶部”、“上方”或“上侧”和“底部”、“下方”或“下侧”时，“顶部”、“上方”和“上侧”在传输元件70和部件本体73的情况下分别指代背向关节球81的区域，且在关节球81的情况下指代面向球座的区域。“底部”、“下方”和“下侧”用于表示对应地相对的区域。
图1示出了根据本发明的涡轮增压器1的实施例的基本构造，该涡轮增压器具有排气涡轮机20、被设计为径向压缩机30的新鲜空气压缩机、以及布置在其间的转子轴承单元40。
涡轮机壳体21具有用于连接到燃烧发动机的排气歧管的歧管连接器24、以及用于连接到排气管的排气连接器27。在排气涡轮机20上还可见以下各者：调节杆51，其具有第二联接点52；布置在壳体内部的调节装置50（在此例如为废气门阀）。
此外，图1示出了新鲜空气压缩机，其被具体实施为径向压缩机30。压缩机壳体31具有用于连接到燃烧发动机的进气歧管的进气歧管连接器34、以及用于连接到燃烧发动机的进气连接器的进气连接器连接件37，经由该进气连接器连接件，得以例如经由过滤器单元从外部吸入新鲜空气。
布置在压缩机壳体31上的是用于致动调节装置50的致动型致动器60，所述致动器在该实施例中被设计为具有输出曲柄61的机电致动驱动器，该输出曲柄具有第一联接点62。提供传输元件70以用于将由致动型致动器60指定的操纵变量传输到调节装置50，所述传输元件在此一方面经由输出曲柄61的第一联接点62联接到致动型致动器60且另一方面经由调节杆51的第二联接点52联接到调节装置50。
传输元件70具有一件式部件本体73，该一件式部件本体在每种情况下沿着纵向轴线75从第一联接点62延伸到第二联接点52，并且其中，在其面向第一联接点62或第二联接点52的端区域中的每一者中，部件本体73具有用于联接到致动型致动器60和调节装置50的联接元件71、72，其中，相应的联接元件71、72被设计为部件本体73的整体部分，其呈部件本体73中的球形接头连接件80的球形容座82的形式。如从图1可以已经看到，在所示的涡轮增压器1的实施例中，传输元件70具有部件本体73，在该部件本体的相对端处，在每种情况下布置了联接元件71、72，其被设计为球形接头连接件80的球形容座82。此外，所图示的部件本体73具有突起74，该突起在部件本体的中心区域中沿着纵向轴线75在联接点52、62之间延伸并为部件本体73提供增加的稳定性以防在剪切载荷下的屈曲。
在图2中，在视图A)中，然后孤立地并按放大比例图示已经在图1中图示的传输元件70，从而使细节更容易看到。传输元件70具有例如通过冲压和深拉方法生产的部件本体73。设置在部件本体的两个相对端中的每一者处的是联接元件71、72，该联接元件被设计为球形接头连接件80的球形容座82。
球形接头连接件80由关节球81和互补地设计的球形容座82或球座组成，球形容座或球座在此由罐底部83中的圆形肩部或开口85形成。
如在图2的视图B)中将从球形容座82的局部剖视图看到，相应的球形容座82被设计为具有罐底部83、罐壁84、以及在罐底部83中的圆形肩部或开口85的圆柱形的罐形凹陷部，以作为用于关节球81（在该视图中由虚线指示）的座。在这种情况下，罐壁84具有至少一个罐壁孔口84a以用于接收用于固定关节球81的单独的弹簧元件76。可以看到，弹簧元件76在此例如被设计为弯曲的弹簧线夹，其在插入到罐壁孔口84a中之后围绕关节球81装配在关节球81的最大圆周长下面并在弹簧预载荷下搁置抵靠关节球81。以这种方式，借助于弹簧元件将关节球81无间隙地抵靠球座保持在罐底部83中。在弹簧力下搁置抵靠关节球81的弹簧元件76通过摩擦生成关节球81在其球座中进行旋转或枢转移动的反作用力，且因此有利地附加地用作减振部件。
图3图示了根据本发明的涡轮增压器1的另外的实施例的传输元件70，其是图2中的实施例的替代方案。图3中所示的传输元件70的实施例例如通过冲压和弯曲方法生产，且其特征在于：相应的联接元件71、72的球形容座82在每种情况下被设计为在部件本体（73）的相应端处的圆形开口85，该圆形开口形成了用于关节球81的球形容座82或球座。在球形容座82的两侧上，沿关节球81的方向折转的相应的固定凸片86形成在部件本体73上，其中，相应的固定凸片86具有至少一个固定凸片孔口86a以用于接收用于固定关节球81的单独的弹簧元件76。
在图3的视图A)中，图示了没有插入的弹簧元件76的传输元件70，并且可以看到固定凸片孔口86a。
图3的视图B示出了具有插入的弹簧元件76的相同的传输元件70。
图3的视图C)以放大视图示出了对应的弹簧元件。在此，弹簧元件被具体实施为呈叉形式的板簧元件。
最后，类似于图2的视图B)，图3的视图D)示出了该实施例的联接元件71、72的局部剖视，从中可以看到关节球81（在此由虚线指示）的布置、以及球81在球形容座82或球座中的固定。同样在此，固定凸片孔口以这样的方式布置在固定凸片86中，使得当安装时，叉形的单独的弹簧元件76围绕关节球81装配在关节球81的最大圆周长下面并在弹簧预载荷下搁置抵靠关节球81。以这种方式，再一次借助于弹簧元件76将关节球81无间隙地抵靠球座保持在部件本体73中。在弹簧力下搁置抵靠关节球81的弹簧元件76通过摩擦生成关节球81在其球座中进行旋转或枢转移动的反作用力，且因此有利地附加地用作减振部件。
图4示出了根据本发明的涡轮增压器1的另外的实施例的另外的传输元件70，其是先前在图2和图3中示出的实施例的替代方案。传输元件70具有部件本体73，该部件本体例如通过冲压和弯曲方法生产。设置在部件本体的两个相对端中的每一者处的是联接元件71、72，该联接元件被设计为球形接头连接件80的球形容座82。特别地，该实施例以如下事实为特征：相应的球形容座82由两个球座凸片87形成，这两个球座凸片从部件本体73中切出、彼此相对并沿与关节球81相反的方向向上弯曲离开部件本体73的平面并用作用于关节球81的球形容座82或球座。在球形容座82的两侧上，沿关节球81的方向折转的相应的固定凸片86形成在部件本体73上，其中，相应的固定凸片86沿关节球的方向折转到如此程度，以致于其有弹性地搁置抵靠关节球81并因此充当用于将相应的关节球81固定在球形容座82中的集成式弹簧元件77。
为了组装相应的球形接头连接件80，两个固定凸片86在弹性范围内弯曲开放到如此程度，以致于可以将关节球插入到球座中。在插入关节球81之后，固定凸片86在预载荷下在最大球圆周长下面的区域中搁置抵靠关节球并以这种方式将其保持在球座中。同样在该实施例中，在弹簧力下搁置抵靠关节球81的固定凸片86通过摩擦生成关节球81在其球座中进行旋转或枢转移动的反作用力，且因此有利地附加地用作减振部件。
在图4的视图A)中，从上侧示出了传输元件70，其结果是，球座凸片87清晰可见，其从部件本体73中切出、彼此相对并沿与关节球81相反的方向向上弯曲离开部件本体73的平面。
图4的视图B)从其下侧示出了相同的传输元件70，且因此部件本体上的固定凸片86容易可见，这些固定凸片各自在球座的两侧上沿关节球81的方向折转。
最后，类似于图2的视图B)和图3的视图D)，图4的视图C)示出了该实施例的联接元件71、72的局部剖视，从中再一次可以看到关节球81（在此由虚线指示）的布置、以及关节球81借助于固定凸片86在球形容座82或球座中的固定。在此，固定凸片沿关节球81的方向折转到如此程度，以致于它们在关节球81的最大直径下面有弹性地搁置抵靠关节球81并因此充当用于将相应的关节球81固定在球形容座82中的集成式弹簧元件77。
最后，图5示出了根据本发明的涡轮增压器1的另外的实施例的另外的传输元件70，其是先前在图2、图3和图4中示出的实施例的替代方案。在此示出的传输元件70同样地具有部件本体73，该部件本体例如通过冲压和深拉方法生产。设置在部件本体73的两个相对端中的每一者处的是联接元件71、72，该联接元件被设计为球形接头连接件80的球形容座82。
特别地，该实施例的特征在于，球形容座82由球帽88形成，该球帽例如通过深拉方法在部件本体中向上（即，沿与关节球81相反的方向）形成作为用于关节球81的球形容座82或球座。同样在此，在球形容座82的两侧上，沿关节球81的方向折转的固定凸片86形成在部件本体73上，其中，相应的固定凸片86沿关节球81的方向折转到如此程度，以致于其有弹性地搁置抵靠关节球81并因此充当用于将相应的关节球81固定在球形容座82中的集成式弹簧元件77。
同样在此，为了组装相应的球形接头连接件80，两个固定凸片86必须在弹性范围内弯曲开放到如此程度，以致于可以将关节球插入到球座中。在插入关节球81之后，固定凸片86在预载荷下在最大球圆周长下面的区域中搁置抵靠关节球并以这种方式将其保持在球座中。同样在该实施例中，在弹簧力下搁置抵靠关节球81的固定凸片86通过摩擦生成关节球81在其球座中进行旋转或枢转移动的反作用力，且因此有利地附加地用作减振部件。
在图5的视图A)中，从上侧示出了传输元件70，其结果是，球帽88清晰可见，其形成在部件本体73中并沿与关节球81相反的方向（即，向上）形成离开部件本体73的平面。
图5的视图B)从其下侧示出了相同的传输元件70，其结果是，球形容座82或相应的球座以及固定凸片86清晰可见，这些固定凸片各自沿关节球81的方向折转、形成在部件本体73上并充当用于将关节球81固定在球座中的集成式弹簧元件77。
最后，类似于图2、图3和图4的视图B)、D)和C)，图4的视图C)示出了该实施例的联接元件71、72的局部剖视，从中再一次可以看到关节球81（在此由虚线指示）的布置、以及关节球81借助于固定凸片86在球形容座82或球座中的固定。在此，固定凸片沿关节球81的方向折转到如此程度，以致于它们在关节球81的最大直径下面有弹性地搁置抵靠关节球81并因此充当用于将相应的关节球81固定在球形容座82中的集成式弹簧元件77。