[发明专利]废气涡轮增压器、用于其的导向叶片装置和机动车

说明书

技术领域

本发明涉及一种导向叶片装置，尤其是用于废气涡轮增压器的导向叶片装置，还涉及一种具有该导向叶片装置的废气涡轮增压器。本发明还涉及一种具有这种废气涡轮增压器的机动车。

背景技术

众所周知，用于内燃机的废气涡轮增压器包括两个连续流动式机械：涡轮和压缩机。涡轮机利用废气中含有的能量来驱动压缩机，其吸入新鲜空气并将压缩气体引入内燃机的汽缸。由于内燃机通常具有较高的转速，因此，需要调节废气涡轮增压器以确保在内燃机的高转速范围内具有恒定的充气压力。为此，在已知的技术方案中，通过旁路通道将以部分废气流引向涡轮机。通过所谓的几何形状可变涡轮使得一种能量上更适合的技术方案成为可能，其中，涡轮的积聚性能可以被连续地改变，因此在每种情况下都可以应用全部废气。在传统方式中，通过可调整的导向叶片来实现这种几何形状可变的涡轮，通过该导向叶片可以不同的调整流经废气涡轮增压器的废气。

用于调节导向叶片的不同的调节装置是已知的。通常，通过各叶片轴承将导向叶片安装在导向叶片支承环上。一个盖盘与导向叶片支承环间隔开布置，以使导向叶片布置在盖盘和导向叶片支承环之间。盖盘可由陶瓷材料制成。

DE102008039508A1公开了一种具有几何形状可变涡轮机的废气涡轮增压器的增压装置。增压装置包括一个导向叶片可转动地安装于其上的叶片轴承环。在导向叶片与叶片轴承环相对的一侧上，设置有一个用于覆盖导向叶片的环状盘。环状盘包括一个隔热和减小摩擦的材料。

发明内容

因此，本发明的目的是说明一种改进的导向叶片装置。

本发明基于这样一种基本构思，使用一种用于导向叶片装置的盖盘的陶瓷材料，该材料具有较高的导热性。通过这种方法，可以快速而有效地散掉导向叶片中产生的热量，因此，可以明显地减少涡轮机壳体的温度荷载，其中，本发明的导向叶片装置可应用于该涡轮机壳体中。

具有高导热性的陶瓷是在室温下向无机细粒原料中加水之后再干燥而成型制得，在随后超过900℃的燃烧过程中烧结成坚硬、耐用的物体。陶瓷材料可以具有非常高的导热性，这使得其特别适合用于本发明的废气涡轮增压器的导向叶片的盖盘。此外，陶瓷材料可以长时间承受高温，例如废气涡轮增压器中的高温。陶瓷材料或涂层几乎可以在任何实施例中成本有效地生产，这使得一种经济的工业用途成为可能。

尤其是，通过使用具有高导热性的陶瓷材料，可以避免使用导向叶片装置的废气涡轮增压器的导向叶片的各组件的热膨胀。既然通过使用具有高导热性的盖盘可以避免不期望的导向叶片的热膨胀，这反过来又可以减少导向叶片和盖盘之间的间隙宽度，以使导向叶片和盖盘之间不会产生由热引起的摩擦影响(对于导向叶片的干扰)。

由于本发明的盖盘可以使导向叶片与盖盘之间具有最小的间隙宽度，因此能够减少甚至完全消除可以降低废气涡轮增压器的导向叶片装置效率的流经该间隙的旁流。其明显提高了导向叶片或废气涡轮增压器的效率。

在本发明的一个有利的技术方案中，陶瓷材料可以具有120W/mK的导热性，通过使用具有该导热性能的陶瓷材料，可以排出导向叶片装置中的(废)热。

在一个更优选的实施例中，陶瓷材料可以是氮化硅或碳化硅。碳化硅是一种属于碳化物组的碳和硅的陶瓷化合物。由于碳化硅具有高机械硬度和高导热性(纯碳化硅接近350W/mK，技术碳化硅高达140W/mK)，其非常适合作为本发明的导向叶片的盖盘的陶瓷材料。

氮化硅与此类似，除了具有高强度外，还具有非常低的热膨胀系数和小的弹性模量。氮化硅陶瓷材料可以在近似1300℃的温度下使用，因此，其也适合用于废气涡轮增压器。

在进一步的实施例中，导向叶片支撑环和/或导向叶片和/或叶片支撑销钉由具有比陶瓷材料低的导热性的金属制成。通过这种方法，本发明的具有高导热性的陶瓷材料制成的盖盘可以与导向叶片装置的其他部件结合，例如，导向叶片支撑环、导向叶片和叶片支撑销钉，这些部件通常由金属材料制成。

在一个特别优选的实施例中，所述金属具有最大为20W/mK的热导率。与具有高导热性的陶瓷材料制成的盖盘(通常至少120W/mK)结合，可以特别有效地将热量从导向叶片装置和使用该导向叶片装置的废气涡轮增压器的涡轮机壳体中排出。

在一个特别优选的实施例中，金属可以是钢。

在进一步的实施例中，为了确保特别有效地将热量通过导向叶片装置的盖盘转移，导向叶片装置可以完全由陶瓷材料制成。