[發(fā)明專利]廢氣渦輪增壓機的渦輪動子

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380045406.5
• 申請日: 2013-06-13
• 公開（公告）號: CN104685156A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 克勞斯·達烏特
• 申請（專利權(quán)）人: 舍弗勒技術(shù)股份兩合公司
• 主分類號: F01D5/02
• 分類號: F01D5/02
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11219
• 代理人: 車文;張建濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及具有權(quán)利要求1的前序部分的特征的內(nèi)燃機的渦輪增壓機的渦輪動子，和具有權(quán)利要求9的前序部分的特征的方法。

背景技術(shù)

渦輪增壓機，特別是廢氣渦輪增壓機通過利用廢氣能量來設(shè)置用于對內(nèi)燃機進行功率提升。

廢氣渦輪增壓機包括如下葉輪，它們經(jīng)由支承在廢氣渦輪增壓機的支承殼體內(nèi)的軸來連接。第一葉輪也就是由內(nèi)燃機的廢氣流驅(qū)動的渦輪，經(jīng)由軸與配屬于內(nèi)燃機的抽吸管段的第二壓縮機輪連接。壓縮機輪提升壓力，據(jù)此可以使更多的氧氣到達抽吸系統(tǒng)中，并且可以噴入更大的燃料量，這使得內(nèi)燃機的功率提升。在規(guī)格幾乎一樣的情況下，借助廢氣渦輪增壓機可以明顯增強內(nèi)燃機的功率和最大轉(zhuǎn)矩。軸將渦輪與壓縮機輪連接起來，它們共同形成渦輪動子。在運行時，在廢氣渦輪增壓機中可以產(chǎn)生>250,000U/min的轉(zhuǎn)速。在該轉(zhuǎn)速的情況下，壓縮機輪和/或渦輪由于離心力而徑向地延展并軸向地縮短，其中，會出現(xiàn)變化了的平衡差度。此外的振鳴聲所造成的平衡差度變化會進一步導(dǎo)致渦輪增壓機的完全失效以及對內(nèi)燃機造成間接損傷。由于該構(gòu)件應(yīng)變，所以渦輪動子的所有構(gòu)件的可靠連接是必要的，以便能夠?qū)崿F(xiàn)渦輪增壓機的無干擾的運行。因此，對在渦輪動子的軸上的葉輪固定對于廢氣渦輪增壓機的可靠性來說是起決定性作用的。

由現(xiàn)有技術(shù)公知，渦輪動子的各個構(gòu)件材料鎖合(stoffschlüssig)地例如通過摩擦焊接或激光彼此連接。在隨后的對焊接連接進行冷卻時發(fā)生了由不同原料制成的構(gòu)件的不同的熱傳遞。因此，這些方法需要成本高昂的熱后處理以及隨后的裂紋檢測。

EP?1?502?008?B1公開了一種廢氣渦輪增壓機的渦輪動子，該渦輪動子的軸將兩個葉輪也就是渦輪和壓縮機輪連接起來，并且該軸支承在廢氣渦輪增壓機殼體的軸承中。每個葉輪都包括具有中心凹部的輪轂隆起部，該中心凹部用于容納軸并且配設(shè)有相應(yīng)的套管。具有密封和保持功能的套管在外部被壓緊套筒所包圍，該壓緊套筒通過壓裝或熱縮與輪轂隆起部力鎖合(kraftschlüssig)地連接。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的任務(wù)是，提供在動子軸的由不同原料制成的構(gòu)件之間的可靠的連接方案，該連接方案在裝配簡單和成本低廉的情況下是持久性地設(shè)計的。

根據(jù)本發(fā)明，該解決方案利用根據(jù)權(quán)利要求1的特征的渦輪動子和具有權(quán)利要求9的特征的方法實現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)選設(shè)計方案在從屬權(quán)利要求中列出。

根據(jù)權(quán)利要求1，為了實現(xiàn)持久性的連接，軸和一個葉輪或若干葉輪借助螺栓連接部拼接在一起，其中，葉輪的軸向突出的輪轂隆起部的外螺紋被指定用于接納一體式地與軸連接的軸套或軸螺母。在如下最終位置中，軸螺母在輪轂隆起部的錐體處定心，在該最終位置中固定地擰緊由不同原料制成的構(gòu)件。根據(jù)本發(fā)明的用于渦輪動子的由不同原料制成的構(gòu)件的螺栓連接部能簡單地進行制造、能毫無問題進行裝配并且因此可以低成本地實現(xiàn)。有利地，通過根據(jù)本發(fā)明的拼接連接部進一步使葉輪相對于軸定心和固定。定心改進了對實施為渦輪和壓縮機輪的葉輪相對于軸的定位，特別是同軸性以及呈直角的取向，這對使用壽命起有利的作用。根據(jù)本發(fā)明的螺栓連接部適于持久性地承受潛在地高的力引入或轉(zhuǎn)矩引入，或者對它們進行傳遞。此外視要求而定地，拼接連接部能夠?qū)崿F(xiàn)對渦輪動子例如RaAx-渦輪(徑向和軸向輻射式的渦輪)的所有的構(gòu)件的機械最終加工，以及能夠?qū)崿F(xiàn)渦輪動子的平衡。此外，在渦輪動子的由不同的材料制成的構(gòu)件之間產(chǎn)生～400K(～130℃)的溫度差異的情況下，符合任務(wù)要求的根據(jù)本發(fā)明的螺栓連接有利地確保了本身工藝可靠的、形狀鎖合(formschlüssig)的和力鎖合的連接。此外，根據(jù)本發(fā)明的措施能夠?qū)崿F(xiàn)更嚴格的制造公差和位置公差，它們對設(shè)計用于～250,000U/min的轉(zhuǎn)速的廢氣渦輪增壓機的運行起著有益的作用。

針對渦輪動子的由不同材料制成的構(gòu)件優(yōu)選提供了：葉輪由不含鐵的原料制成，而軸由鋼制成。包括軸向突出的輪轂隆起部在內(nèi)的渦輪動子的渦輪和壓縮機輪優(yōu)選可以由因科鎳合金或可相比較的耐高溫的原料以精密鑄造工藝制成。隨后進行再加工，在再加工中，在葉輪與軸連接成單元也就是渦輪動子之前，例如利用切削加工在輪轂隆起部上制成外螺紋、錐體以及凹槽或環(huán)形槽。緊接著對渦輪動子進行最終加工，在該最終加工時，至少對各個構(gòu)件進行精制，以便實現(xiàn)動子的最佳的運轉(zhuǎn)質(zhì)量。