排氣渦輪增壓器的制造方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及用于增壓燃燒發動機的排氣渦輪增壓器的領域。
[0002]其涉及一種具有渦輪葉輪和壓縮機葉輪的排氣渦輪增壓器，渦輪葉輪和壓縮機葉輪通過軸而彼此連接在一起，其中在壓縮機葉輪和渦輪葉輪之間提供用于在壓縮機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】
[0003]現今，常規做法是通過利用排氣渦輪增壓器提高燃燒發動機(內燃機)的功率，排氣渦輪增壓器具有壓縮機，其將用于燃燒過程的空氣供給燃燒發動機的燃燒室，并且在燃燒發動機的排氣管道中具有排氣渦輪。增壓內燃機提高燃燒室(氣缸)中的空氣和燃料的量，結果在燃燒發動機的功率方面獲得顯著的增加。用于這個目的的排氣渦輪增壓器通常由轉子、殼體部件以及軸承殼體組成，轉子包括壓縮機葉輪和渦輪葉輪以及軸承，氣體通過殼體部件(壓縮機殼體、渦輪殼體)而流動。
[0004]在燃燒發動機的滿負荷操作中，在排氣渦輪增壓器中的渦輪葉輪和壓縮機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子速度依賴于葉輪尺寸、幾何形狀和所使用的材料的強度值。通常，旋轉構件會遇到非常高的周向力和因而非常高的材料應力。在某些情況下，材料結構中的缺陷可能導致壓縮機葉輪或渦輪葉輪爆裂，有時對于包圍旋轉構件的殼體部件帶來嚴重的后果。基本地，排氣渦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境產生風險而進行設計。
[0005]在壓縮機葉輪由于壓縮機葉輪斷開而破裂的情況下，在渦輪增壓器轉子上存在制動轉矩的損失，結果現在自由旋轉的渦輪加速至過速，并且當其達到自然爆裂的速度時失效。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，整個轂本體，包括渦輪葉片都將破裂成許多的碎片，并且整個渦輪的旋轉能量得到瞬時釋放。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境造成風險。
[0007]另一方面，渦輪可按照這樣一種方式進行設計，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域中失效，而渦輪葉輪的葉輪轂保持完好，繼續旋轉，并且只是通過周圍殼體部件上的摩擦而減速。因為，在葉片爆裂的情況下，第一瞬間發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境。隨著渦輪減速，剩余旋轉能量，即轂的旋轉能量通過提到的摩擦而釋放至殼體。
[0008]當徑向渦輪的葉片在其自然爆裂速度下爆裂時，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入氣體出口管線中。渦輪的氣體出口管線中的自由旋轉構件是不需要的，因為其不受控制，并且可能對排氣管線造成損傷。
[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動。例如，固定裝置是一種卡扣環，其設置在軸的槽中，在安裝時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。在卡扣環的情況下，這另外是非常難以自動化的，并且必須手動地執行。
[0011]DE8A1和DE9A1公開涉及渦輪增壓器軸上的壓縮機葉輪的接頭，其中在各種情況下，在壓縮機葉輪和軸之間提供旋擰到軸上的構件，所述構件可以在壓縮機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。在安裝好的狀態下，構件通過螺紋連接在軸上，并通過軸向止擋件而夾緊在軸上。

【發明內容】

[0012]本發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，渦輪具有渦輪葉輪，并且壓縮機具有壓縮機葉輪。渦輪葉輪和壓縮機葉輪通過軸彼此連接在一起，軸可旋轉地安裝在軸承殼體中。軸承優選設置在渦輪葉輪和壓縮機葉輪之間。在壓縮機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動。
[0014]根據本發明，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件，其連接在軸或安裝在軸上，并在其朝著渦輪側的軸向方向的運動自由度上受到殼體上的軸向止擋件的限制。根據本發明，這種用于軸向固定的構件在安裝期間旋擰到軸上。出于這個目的，所述構件設有內螺紋。與此匹配的是，軸具有相對應的外螺紋，其可使構件旋擰到軸上。在這種設計中，構件內螺紋的最小的內徑小于軸的外螺紋的最大外徑。
[0015]根據本發明，軸上的外螺紋具有位于渦輪端處的底切，容許構件在安裝到軸上時，在軸向方向上旋擰到外螺紋之外，直至其在安裝好的狀態下處于無螺紋的底切中。然后在壓縮機葉輪和軸上的軸向止擋件之間通過將壓縮機葉輪旋擰到外螺紋上，從而將構件夾緊到軸上。因此在安裝好的狀態下防止當夾緊在壓縮機葉輪和軸向止擋件之間時卡住在螺紋區域中。然而，如果壓縮機葉輪在爆裂的情況下從螺紋中釋放出來，那么構件上的螺紋結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動。
[0016]作為一個選項，用于軸向固定軸和與其連接的渦輪葉輪的構件可為密封環。這具有優點，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]進一步的優點將從相關的權利要求中變得清晰。
【附圖說明】
[0018]下面通過示意圖詳細地描述和解釋根據本發明的密封盤和相關聯的用于排氣渦輪增壓器的軸的實施例。在各種圖中具有相同作用的元件設有相同的參考標號。圖中:
圖1顯示根據現有技術的排氣渦輪增壓器的示意性的縱切面，其具有可旋轉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葉輪，
圖2顯示根據本發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施例的側視圖，其具有密封盤，密封盤設有螺紋，并且在安裝好的狀態下安裝于底切中。
【具體實施方式】
[0019]圖1顯示根據現有技術的排氣渦輪增壓器，其具有徑向壓縮機和徑向渦輪。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子葉片3。渦輪葉輪固定在軸I上，或與軸I實現為整體，軸I可旋轉地安裝在軸承殼體9的徑向