渦輪增壓器軸和葉輪組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文公開的主題總體設(shè)及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的滿輪機(jī)械，并且更具體地設(shè)及滿輪增壓 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 滿輪增壓器經(jīng)常被用于增加內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出。滿輪增壓器可包括滿輪機(jī)葉輪， 所述葉輪被焊接到軸上W形成軸和葉輪組件（SWA)。SWA可由一個(gè)或多個(gè)軸承可旋轉(zhuǎn)地支 撐從而W高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。本文描述的技巧、技術(shù)等的各種示例設(shè)及滿輪增壓器軸和葉輪組件。
【附圖說明】
[0003] 結(jié)合在附圖中示出的示例參考下面的詳細(xì)描述，可獲得對(duì)本文描述的各種方法、 設(shè)備、組件、系統(tǒng)、布置等W及其等同方式的更完整的理解，在附圖中： 圖1是滿輪增壓器和內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)W及控制器的示例的簡圖； 圖2是滿輪增壓器的示例的簡圖和該滿輪增壓器的一部分的橫截面圖； 圖3是軸和滿輪機(jī)葉輪組件（SWA)的示例的簡圖； 圖4是組件的示例的簡圖； 圖5是焊接情形的示例的簡圖； 圖6是單元的焊縫的一系列簡圖； 圖7是單元的橫截面視圖的簡圖； 圖8是方法的示例的簡圖；W及 圖9是傳感器和傳感器信息的示例的表和簡圖； 圖10是部件的示例的簡圖；W及 圖11是部件的示例的簡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0004] 滿輪增壓器經(jīng)常被用于增加內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出。參照?qǐng)D1，作為示例，系統(tǒng)100可 包括內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)110和滿輪增壓器120。如在圖1中所示，系統(tǒng)100可W是車輛101的一部 分，其中系統(tǒng)100被設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)艙中并被連接到廢氣導(dǎo)管103,廢氣導(dǎo)管103引導(dǎo)廢氣到 廢氣出口 109,廢氣出口 109例如定位在乘客艙105后面。在圖1的示例中，可提供處理單 元107W處理廢氣(例如，通過分子的催化轉(zhuǎn)換等減少排放物)。
[0005] 如在圖1中所示，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)110包括發(fā)動(dòng)機(jī)缸體118,其容納一個(gè)或多個(gè)燃燒室， 該燃燒室在使用中驅(qū)動(dòng)軸112(例如，通過活塞);W及進(jìn)氣端口 114,其提供了空氣到發(fā)動(dòng)機(jī) 缸體118的流動(dòng)路徑；和排氣端口 116,其給來自發(fā)動(dòng)機(jī)缸體118的廢氣提供了流動(dòng)路徑。
[0006] 滿輪增壓器120可用于從廢氣中提取能量并提供能量給進(jìn)氣空氣，該空氣可與燃 料混合來形成燃燒氣體。如在圖1中所示，滿輪增壓器120包括空氣入口 134、軸122、用 于壓縮機(jī)葉輪125的壓縮機(jī)殼體組件124、用于滿輪機(jī)葉輪127的滿輪機(jī)殼體組件126、另 一殼體組件128和廢氣出口 136。殼體128可被稱為中間殼體組件，因?yàn)槠浔辉O(shè)置在壓縮 機(jī)殼體組件124和滿輪機(jī)殼體組件126之間。軸122可W是包括各種不同部件的軸組件。 軸122可由設(shè)置在殼體組件128內(nèi)（例如，在由一個(gè)或多個(gè)孔壁限定的圓孔內(nèi)）的軸承系統(tǒng) (例如，軸頸軸承、滾子軸承等)可旋轉(zhuǎn)地支撐，使得，滿輪機(jī)葉輪127的旋轉(zhuǎn)引起壓縮機(jī)葉輪 125的旋轉(zhuǎn)(例如，由于通過軸122可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接)。作為示例，中間殼體旋轉(zhuǎn)組件（CHRA)可 包括壓縮機(jī)葉輪125,滿輪機(jī)葉輪127,軸122,殼體組件128和各種其它的部件(例如，設(shè)置 在壓縮機(jī)葉輪125和殼體組件128之間的軸向位置處的壓縮機(jī)側(cè)板)。
[0007]在圖1的示例中，可變幾何形狀組件129被示出為部分地被設(shè)置在殼體組件128 和殼體組件126之間。運(yùn)種可變幾何形狀組件可包括定子葉片或其它部件來改變通道的幾 何形狀，該通道通向滿輪機(jī)殼體組件126內(nèi)的滿輪機(jī)葉輪空間。作為示例，可變幾何形狀壓 縮機(jī)組件可被提供。
[0008] 在圖1的示例中，廢氣口閥（或簡稱為廢氣口）135被定位成緊鄰滿輪機(jī)殼體組件 126的廢氣入口。廢氣口閥135可被控制W允許來自排氣端口 116的至少一些廢氣繞過滿 輪機(jī)葉輪127。各種不同的廢氣口、廢氣口部件等可被應(yīng)用到傳統(tǒng)的固定噴嘴滿輪機(jī)、固定 定子葉片噴嘴滿輪機(jī)、可變噴嘴滿輪機(jī)、雙滿旋滿輪增壓器等。作為示例，廢氣口可W是內(nèi) 廢氣口 (例如，至少部分地位于滿輪機(jī)殼體內(nèi)）。作為示例，廢氣口可W是外廢氣口 (例如，操 作地聯(lián)接到與滿輪機(jī)殼體流體連通的導(dǎo)管)。
[0009] 在圖1的示例中，廢氣再循環(huán)（EGR)導(dǎo)管115也被示出，其可被任選地設(shè)置有一個(gè) 或多個(gè)閥117,例如，W允許廢氣流到在壓縮機(jī)葉輪125上游的位置。
[0010] 圖1還示出了示例布置150用于使廢氣流到廢氣滿輪機(jī)殼體組件152和另一示例 布置170用于使廢氣流到廢氣滿輪機(jī)殼體組件172。在布置150中，氣缸蓋154包括在其內(nèi) 的通道156,用于將來自氣缸的廢氣引導(dǎo)向滿輪機(jī)殼體組件152,而在布置170中，歧管176 用于實(shí)現(xiàn)滿輪機(jī)殼體組件172的安裝，例如，沒有任何單獨(dú)的、中間長度的廢氣管道系統(tǒng)。 在示例布置150和170中，滿輪機(jī)殼體組件152和172可被構(gòu)造成與廢氣口、可變幾何形狀 組件等一起使用。
[0011] 在圖1中，控制器190的示例被示出為包括一個(gè)或多個(gè)處理器192、存儲(chǔ)器194和 一個(gè)或多個(gè)接口 196。運(yùn)種控制器可包括電路系統(tǒng)，例如發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU)的電路系 統(tǒng)。如本文所描述，可聯(lián)合控制器任選地實(shí)施各種方法或技藝，例如，通過控制邏輯?？刂?邏輯可依賴于一個(gè)或多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)操作條件(例如，滿輪增壓器rpm、發(fā)動(dòng)機(jī)rpm、溫度、載荷、 潤滑劑、冷卻等)。例如，傳感器可通過一個(gè)或多個(gè)接口 196傳輸信息到控制器190?？刂?邏輯可依賴于運(yùn)些信息，并且進(jìn)而控制器190可輸出控制信號(hào)W控制發(fā)動(dòng)機(jī)操作?？刂破?190可被構(gòu)造成控制潤滑劑流、溫度、可變幾何形狀組件(例如，可變幾何形狀壓縮機(jī)或滿輪 機(jī))、廢氣口（例如，通過致動(dòng)器)、電動(dòng)馬達(dá)、或與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)其它部件、一 個(gè)或多個(gè)滿輪增壓器、等。作為示例，滿輪增壓器120可包括一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器和/或一個(gè) 或多個(gè)傳感器198,傳感器198可例如被聯(lián)接到控制器190的一個(gè)或多個(gè)接口 196。作為示 例，廢氣口 135可由控制器控制，該控制器包括響應(yīng)于電信號(hào)、壓力信號(hào)等的致動(dòng)器。作為 示例，用于廢氣口的致動(dòng)器可W是機(jī)械致動(dòng)器，例如，其可無需電能而操作(例如，考慮被構(gòu) 造成響應(yīng)于通過導(dǎo)管供應(yīng)的壓力信號(hào)的機(jī)械致動(dòng)器)。
[0012] 圖2示出了滿輪增壓器200的示例，滿輪增壓器200包括壓縮機(jī)殼體224、滿輪機(jī) 殼體226和中間殼體228。在滿輪增壓器200的一部分的橫截面視圖中，軸和滿輪機(jī)葉輪組 件（SWA) 220被示出為包括軸222和滿輪機(jī)葉輪227,它們已經(jīng)被焊接W形成一個(gè)單元(例 如，SWA單元)。在圖2的示例中，中間殼體228包括通孔，該通孔接收軸承組件230,軸承組 件230可旋轉(zhuǎn)地支撐SWA220。在圖2的示例中，軸承組件230包括外座圈、內(nèi)座圈和設(shè)置 在外座圈和內(nèi)座圈之間的滾子(例如，球）；注意到，滿輪增壓器可包括一個(gè)或多個(gè)其它類型 的軸承/軸承組件(例如，考慮軸頸軸承等)。在圖2的示例中，中間殼體228包括潤滑劑通 道，該通道可將潤滑劑引導(dǎo)到軸承組件230,例如，W潤滑滾子，并且將潤滑劑引導(dǎo)到中間殼 體228內(nèi)的表面，例如，W形成潤滑劑膜(例如，擠壓膜等)。
[0013] 在圖2的示例中，SWA220包括環(huán)形凹部，該凹部中安置有密封元件，例如，活塞環(huán) (例如，或者多個(gè)活塞環(huán))。運(yùn)些特征可與中間殼體228的圓孔表面對(duì)準(zhǔn)并且用于阻止廢氣 從滿輪機(jī)殼體226流到中間殼體228的腔W及潤滑劑從中間殼體228的所述腔流到滿輪機(jī) 殼體226。
[0014] 如提及的，軸可通過焊接被連接到滿輪機(jī)葉輪。作為示例，連接過程可用來最小化 初始失衡(例如，扭曲）和平衡遷移(例如，非對(duì)稱殘余應(yīng)力)。
[0015] 作為示例，系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)單元，所述單元可發(fā)射激光束，其中所述束中的 每一個(gè)帶有的能量足W形成軸和滿輪機(jī)葉輪之間的焊縫。作為示例，考慮可發(fā)射兩個(gè)或更 多個(gè)激光束的系統(tǒng)，運(yùn)些束可相對(duì)于圓柱形工件被對(duì)稱地定向，使得可例如W同步的方式 完成點(diǎn)焊固定或焊接。在運(yùn)個(gè)示例中，該系統(tǒng)可用于最小化由一個(gè)或多個(gè)焊接點(diǎn)的后拉引 起的扭曲。
[0016] 由于壓縮機(jī)葉輪、軸和滿輪機(jī)葉輪的操作環(huán)境不同，所W運(yùn)些部件的構(gòu)成材料和 構(gòu)造方式也可不同。例如，廢氣溫度對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)來說可超過500攝氏度且對(duì)于汽油發(fā) 動(dòng)機(jī)來說可超過1000攝氏度，由此要求高溫材料用于滿輪機(jī)葉輪構(gòu)造。另外，雖然軸可由 在車床等上被旋轉(zhuǎn)的耐中等溫度的金屬或金屬合金制造，但滿輪機(jī)葉輪可用耐高溫陶瓷、 金屬或金屬合金鑄造(例如，考慮奧氏體儀-銘基超級(jí)合金，其市場(chǎng)品牌是INCONEL?,特種 金屬公司，亨廷頓，西弗吉尼亞)。
[0017] INCONEL?合金主要是儀，其次是銘。例如，INC0NEL?625是約60%的儀，約20%的 銘，約8%的鋼，約5%的鐵且剩下是其它金屬。INCO肥L?合金的焊接會(huì)出現(xiàn)許多問題，例如 開裂和在熱影響區(qū)中合金元素的顯微結(jié)構(gòu)隔離。
[0018] 作為示例，滿輪增壓器SWA可包括由第一材料制成的軸部和由第二不同材料制成 的滿輪機(jī)葉輪部。在運(yùn)個(gè)示例中，焊接設(shè)及用兩個(gè)不同的材料形成焊縫。作為示例，在焊接 前在連接處包括填料材料的情況下，可存在另一種材料。
[0019] 基于束的焊接引起焊池的形成，之后焊池凝固。各種的因素可影響焊縫特征。作 為示例，與不相似的合金的連接處(例如，連接處界面)相關(guān)的因素可影響開裂。作為另一示 例，與束相關(guān)的因素(例如，連續(xù)的相對(duì)于脈沖的）可影響開裂。
[0020] 基于束的焊接可產(chǎn)生等離子體團(tuán)，其包括離子化的金屬蒸氣。等離子體團(tuán)的動(dòng)態(tài) 可例如存在于反沖壓力可被施加在焊池上(例如，其可用來使焊池平坦或W其它方式成形） 的情況下。作為示例，等離子體團(tuán)強(qiáng)度的增加也可用來增加飛瓣噴射。
[0021] 作為示例，系統(tǒng)可包括裝備W測(cè)量等離子體團(tuán)的一個(gè)或多個(gè)特征(例如，大小、高 度、化學(xué)組成等)。作為示例，系統(tǒng)可包括裝備W將一個(gè)或多個(gè)等離子特征與一個(gè)或多個(gè)焊 接參數(shù)相關(guān)，例如，W至少部分地基于等離子體團(tuán)分析來控制焊接。
[0022] 作為示例，系統(tǒng)可采用鑰匙孔焊接。鑰匙孔焊接可采用具有足夠能量的束W穿入 材料，例如，W形成填滿離子化金屬蒸氣的腔。鑰匙孔焊接系統(tǒng)可實(shí)施激光單元，該激光單 元能產(chǎn)生具有超過約100,000W/mm2 (例如，約1〇5w/mm2)的功率密度的束。運(yùn)種水平的功 率密度可烙化且部分地汽化工件材料(例如，或者多個(gè)材料)。所產(chǎn)生的蒸氣的壓力可移走 烙融的材料，從而形成腔(例如，鑰匙孔)。在腔內(nèi)，激光福射的吸收率可因該腔內(nèi)的多重反 射而增加。例如，在束打到該腔的壁上時(shí)，束能量的一部分