排氣渦輪增壓器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及用于增壓燃燒發(fā)動機(jī)的排氣渦輪增壓器的領(lǐng)域。
[0002]其涉及一種具有渦輪葉輪和壓縮機(jī)葉輪的排氣渦輪增壓器，渦輪葉輪和壓縮機(jī)葉輪通過軸而彼此連接在一起，其中在壓縮機(jī)葉輪和渦輪葉輪之間提供用于在壓縮機(jī)葉輪爆裂的情況下使軸及與其連接的渦輪葉輪軸向固定的裝置。
【背景技術(shù)】
[0003]現(xiàn)今，常規(guī)做法是通過利用排氣渦輪增壓器提高燃燒發(fā)動機(jī)(內(nèi)燃機(jī))的功率，排氣渦輪增壓器具有壓縮機(jī)，其將用于燃燒過程的空氣供給燃燒發(fā)動機(jī)的燃燒室，并且在燃燒發(fā)動機(jī)的排氣管道中具有排氣渦輪。增壓內(nèi)燃機(jī)提高燃燒室(氣缸)中的空氣和燃料的量，結(jié)果在燃燒發(fā)動機(jī)的功率方面獲得顯著的增加。用于這個(gè)目的的排氣渦輪增壓器通常由轉(zhuǎn)子、殼體部件以及軸承殼體組成，轉(zhuǎn)子包括壓縮機(jī)葉輪和渦輪葉輪以及軸承，氣體通過殼體部件(壓縮機(jī)殼體、渦輪殼體)而流動。
[0004]在燃燒發(fā)動機(jī)的滿負(fù)荷操作中，在排氣渦輪增壓器中的渦輪葉輪和壓縮機(jī)葉輪的頂圓直徑處獲得非常高的圓周速度。排氣渦輪增壓器的最大可容許的轉(zhuǎn)子速度依賴于葉輪尺寸、幾何形狀和所使用的材料的強(qiáng)度值。通常，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件會遇到非常高的周向力和因而非常高的材料應(yīng)力。在某些情況下，材料結(jié)構(gòu)中的缺陷可能導(dǎo)致壓縮機(jī)葉輪或渦輪葉輪爆裂，有時(shí)對于包圍旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的殼體部件帶來嚴(yán)重的后果?；镜兀艢鉁u輪增壓器的封攔概念必須著眼于確保所有碎片都保持在殼體中并且不會對增壓器的周圍環(huán)境產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)而進(jìn)行設(shè)計(jì)。
[0005]在壓縮機(jī)葉輪由于壓縮機(jī)葉輪斷開而破裂的情況下，在渦輪增壓器轉(zhuǎn)子上存在制動轉(zhuǎn)矩的損失，結(jié)果現(xiàn)在自由旋轉(zhuǎn)的渦輪加速至過速，并且當(dāng)其達(dá)到自然爆裂的速度時(shí)失效。在徑向渦輪自然爆裂的情況下，存在兩種類型的爆裂之間的差別。
[0006]在轂(hub)爆裂的情況下，整個(gè)轂本體，包括渦輪葉片都將破裂成許多的碎片，并且整個(gè)渦輪的旋轉(zhuǎn)能量得到瞬時(shí)釋放。在高動量下向外甩出的碎片對周圍殼體部件造成相當(dāng)大的損傷，并且在最壞的情況下甚至可穿透它們，并從而對渦輪增壓器的周圍環(huán)境造成風(fēng)險(xiǎn)。
[0007]另一方面，渦輪可按照這樣一種方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其由于葉片的爆裂而失效。在這種情形下，渦輪葉片在連接轂本體的根部區(qū)域中失效，而渦輪葉輪的葉輪轂保持完好，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并且只是通過周圍殼體部件上的摩擦而減速。因?yàn)?，在葉片爆裂的情況下，第一瞬間發(fā)生的全部事情是渦輪葉片與葉輪轂分離，葉片最初只會考慮動能被釋放至周圍環(huán)境。隨著渦輪減速，剩余旋轉(zhuǎn)能量，即轂的旋轉(zhuǎn)能量通過提到的摩擦而釋放至殼體。
[0008]當(dāng)徑向渦輪的葉片在其自然爆裂速度下爆裂時(shí)，通常難以在葉片脫落之后，在非爆裂的轂本體中保持殘余能量。這里重要的是使軸在軸向方向上固定，并且不能在軸向方向上逃脫渦輪增壓器殼體并進(jìn)入氣體出口管線中。渦輪的氣體出口管線中的自由旋轉(zhuǎn)構(gòu)件是不需要的，因?yàn)槠洳皇芸刂疲⑶铱赡軐ε艢夤芫€造成損傷。
[0009]EP1353041A1公開一種排氣渦輪增壓器，其中在連接渦輪葉輪的軸上設(shè)置用于軸向固定軸及與其連接的渦輪葉輪的裝置。在壓縮機(jī)葉輪爆裂的情況下，固定裝置防止軸及與其連接的渦輪葉輪在渦輪的方向上的軸向運(yùn)動。例如，固定裝置是一種卡扣環(huán)，其設(shè)置在軸的槽中，在安裝時(shí)與殼體部件一起形成用于軸的軸向止擋件。
[0010]然而，用于軸向固定軸和與其連接的渦輪葉輪的額外部件需要增加裝配工作。在卡扣環(huán)的情況下，這另外是非常難以自動化的，并且必須手動地執(zhí)行。
[0011]DE102008056058A1和DE102008056059A1公開涉及渦輪增壓器軸上的壓縮機(jī)葉輪的接頭，其中在各種情況下，在壓縮機(jī)葉輪和軸之間提供旋擰到軸上的構(gòu)件，所述構(gòu)件可以在壓縮機(jī)葉輪故障的情況下防止軸和與其連接的渦輪-葉輪轂本體在渦輪的方向上的逃脫。在安裝好的狀態(tài)下，構(gòu)件通過螺紋連接在軸上，并通過軸向止擋件而夾緊在軸上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的根本目的是提供具有固定裝置的排氣渦輪增壓器的軸，固定裝置在壓縮機(jī)葉輪故障的情況下可防止軸和其固定的渦輪-葉輪轂本體在渦輪的方向上逃脫，并且借助固定裝置可以簡單的方式安裝和除去軸和渦輪葉輪。
[0013]排氣渦輪增壓器包括渦輪和壓縮機(jī)，渦輪具有渦輪葉輪，并且壓縮機(jī)具有壓縮機(jī)葉輪。渦輪葉輪和壓縮機(jī)葉輪通過軸彼此連接在一起，軸可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸承殼體中。軸承優(yōu)選設(shè)置在渦輪葉輪和壓縮機(jī)葉輪之間。在壓縮機(jī)葉輪和渦輪葉輪之間提供用于軸向固定軸和與其連接的渦輪葉輪的裝置，其中在壓縮機(jī)葉輪爆裂的情況下，這種用于軸向固定的裝置限制或防止軸和與其連接的渦輪葉輪在渦輪的方向上的軸向運(yùn)動。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，用于軸向固定軸和與其連接的渦輪葉輪的裝置包括一種構(gòu)件，其連接在軸或安裝在軸上，并在其朝著渦輪側(cè)的軸向方向的運(yùn)動自由度上受到殼體上的軸向止擋件的限制。根據(jù)本發(fā)明，這種用于軸向固定的構(gòu)件在安裝期間旋擰到軸上。出于這個(gè)目的，所述構(gòu)件設(shè)有內(nèi)螺紋。與此匹配的是，軸具有相對應(yīng)的外螺紋，其可使構(gòu)件旋擰到軸上。在這種設(shè)計(jì)中，構(gòu)件內(nèi)螺紋的最小的內(nèi)徑小于軸的外螺紋的最大外徑。
[0015]根據(jù)本發(fā)明，軸上的外螺紋具有位于渦輪端處的底切，容許構(gòu)件在安裝到軸上時(shí)，在軸向方向上旋擰到外螺紋之外，直至其在安裝好的狀態(tài)下處于無螺紋的底切中。然后在壓縮機(jī)葉輪和軸上的軸向止擋件之間通過將壓縮機(jī)葉輪旋擰到外螺紋上，從而將構(gòu)件夾緊到軸上。因此在安裝好的狀態(tài)下防止當(dāng)夾緊在壓縮機(jī)葉輪和軸向止擋件之間時(shí)卡住在螺紋區(qū)域中。然而，如果壓縮機(jī)葉輪在爆裂的情況下從螺紋中釋放出來，那么構(gòu)件上的螺紋結(jié)合軸上的螺紋與軸承殼體部件一起防止軸和與其連接的渦輪葉輪在渦輪的方向上的軸向運(yùn)動。
[0016]作為一個(gè)選項(xiàng)，用于軸向固定軸和與其連接的渦輪葉輪的構(gòu)件可為密封環(huán)。這具有優(yōu)點(diǎn)，即不需要其它部件軸向固定軸和與其連接的渦輪葉輪，并因而可能減少裝配工作或提高自動化。
[0017]進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)將從相關(guān)的權(quán)利要求中變得清晰。
【附圖說明】
[0018]下面通過示意圖詳細(xì)地描述和解釋根據(jù)本發(fā)明的密封盤和相關(guān)聯(lián)的用于排氣渦輪增壓器的軸的實(shí)施例。在各種圖中具有相同作用的元件設(shè)有相同的參考標(biāo)號。圖中:
圖1顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的排氣渦輪增壓器的示意性的縱切面，其具有可旋轉(zhuǎn)地安裝在殼體中的軸和連接在所述軸上的渦輪葉輪，并且具有安裝在軸上的壓縮機(jī)葉輪，
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明用于軸向固定軸和與其連接的渦輪葉輪的裝置的說明性實(shí)施例的側(cè)視圖，其具有密封盤，密封盤設(shè)有螺紋，并且在安裝好的狀態(tài)下安裝于底切中。
【具體實(shí)施方式】
[0019]圖1顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的排氣渦輪增壓器，其具有徑向壓縮機(jī)和徑向渦輪。徑向渦輪包括渦輪葉輪，其具有轂本體4和固定在轂本體上的轉(zhuǎn)子葉片3。渦輪葉輪固定在軸I上，或與軸I實(shí)現(xiàn)為整體，軸I可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸承殼體9的徑向