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涉及內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的渦輪機(jī)械，并且更具體地涉及渦輪增壓 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 渦輪增壓器經(jīng)常被用于增加內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的輸出。渦輪增壓器可包括渦輪機(jī)葉輪， 所述葉輪被焊接到軸上以形成軸和葉輪組件（SWA)。SWA可由一個或多個軸承可旋轉(zhuǎn)地支 撐從而以高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。本文描述的技巧、技術(shù)等的各種示例涉及渦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，可獲得對本文描述的各種方法、 設(shè)備、組件、系統(tǒng)、布置等以及其等同方式的更完整的理解，在附圖中： 圖1是渦輪增壓器和內(nèi)燃發(fā)動機(jī)以及控制器的示例的簡圖； 圖2是渦輪增壓器的示例的簡圖和該渦輪增壓器的一部分的橫截面圖； 圖3是軸和渦輪機(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是圖示了有限的傾斜的圖4的組件的一部分的簡圖； 圖6是圖示了間隙和接觸的圖4的組件的一部分的簡圖； 圖7是圖示了一個焊接束的圖4的組件的一部分的簡圖； 圖8是圖示了多個焊接束的圖4的組件的一部分的簡圖； 圖9是施力器組件的示例的簡圖； 圖10是旋轉(zhuǎn)機(jī)件的示例的一系列視圖； 圖11是控制器的示例的簡圖； 圖12是方法的示例的簡圖； 圖13是系統(tǒng)的示例的簡圖； 圖14是系統(tǒng)的示例的簡圖； 圖15是焊接情形的示例的簡圖； 圖16是方法的示例的簡圖； 圖17是方法的示例的簡圖； 圖18是傳感器和傳感器信息的示例的表和簡圖； 圖19是方法的示例的簡圖； 圖20是圖形用戶界面（GUI)的示例和顯示設(shè)備和/或顯示系統(tǒng)的示例的簡圖； 圖21是方法的示例的簡圖；以及 圖22是方法的示例的簡圖。
【具體實施方式】
[0004] 渦輪增壓器經(jīng)常被用于增加內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的輸出。參照圖1，作為示例，系統(tǒng)100可 包括內(nèi)燃發(fā)動機(jī)110和渦輪增壓器120。如在圖1中所示，系統(tǒng)100可以是車輛101的一部 分，其中系統(tǒng)100被設(shè)置在發(fā)動機(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107以處理廢氣(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)動機(jī)110包括發(fā)動機(jī)缸體118,其容納一個或多個燃燒室， 該燃燒室在使用中驅(qū)動軸112(例如，通過活塞);以及進(jìn)氣端口 114,其提供了空氣到發(fā)動機(jī) 缸體118的流動路徑；和排氣端口 116,其給來自發(fā)動機(jī)缸體118的廢氣提供了流動路徑。
[0006] 渦輪增壓器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，渦輪增壓器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、用于渦輪機(jī)葉輪127的渦輪機(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，因為其被設(shè)置在壓縮 機(jī)殼體組件124和渦輪機(jī)殼體組件126之間。軸122可以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，在由一個或多個孔壁限定的圓孔內(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，渦輪機(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,渦輪機(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。這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，該通道通向渦輪機(jī)殼體組件126內(nèi)的渦輪機(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，廢氣門閥（或簡稱為廢氣門）135被定位成緊鄰渦輪機(jī)殼體組件 126的廢氣入口。廢氣門閥135可被控制以允許來自排氣端口 116的至少一些廢氣繞過渦 輪機(jī)葉輪127。各種不同的廢氣門、廢氣門部件等可被應(yīng)用到傳統(tǒng)的固定噴嘴渦輪機(jī)、固定 定子葉片噴嘴渦輪機(jī)、可變噴嘴渦輪機(jī)、雙渦旋渦輪增壓器等。作為示例，廢氣門可以是內(nèi) 廢氣門(例如，至少部分地位于渦輪機(jī)殼體內(nèi)）。作為示例，廢氣門可以是外廢氣門(例如，操 作地聯(lián)接到與渦輪機(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 或多個閥117,例如，以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渦輪機(jī)殼體組件152和另一示例 布置170用于使廢氣流到廢氣渦輪機(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)向渦輪機(jī)殼體組件152,而在布置170中，歧管176 用于實現(xiàn)渦輪機(jī)殼體組件172的安裝，例如，沒有任何單獨的、中間長度的廢氣管道系統(tǒng)。 在示例布置150和170中，渦輪機(jī)殼體組件152和172可被構(gòu)造成與廢氣門、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或多個處理器192、存儲器194和 一個或多個接口 196。這種控制器可包括電路系統(tǒng)，例如發(fā)動機(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?邏輯可依賴于一個或多個發(fā)動機(jī)操作條件(例如，渦輪增壓器rpm、發(fā)動機(jī)rpm、溫度、載荷、 潤滑劑、冷卻等)。例如，傳感器可通過一個或多個接口 196傳輸信息到控制器190?？刂?邏輯可依賴于這些信息，并且進(jìn)而控制器190可輸出控制信號以控制發(fā)動機(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)或渦輪 機(jī))、廢氣門（例如，通過致動器)、電動馬達(dá)、或與發(fā)動機(jī)相關(guān)聯(lián)的一個或多個其它部件、一 個或多個渦輪增壓器、等。作為示例，渦輪增壓器120可包括一個或多個致動器和/或一個 或多個傳感器198,傳感器198可例如被聯(lián)接到控制器190的一個或多個接口 196。作為示 例，廢氣門135可由控制器控制，該控制器包括響應(yīng)于電信號、壓力信號等的致動器。作為 示例，用于廢氣門的致動器可以是機(jī)械致動器，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)的壓力信號的機(jī)械致動器)。
[0012] 圖2示出了渦輪增壓器200的示例，渦輪增壓器200包括壓縮機(jī)殼體224、渦輪機(jī) 殼體226和中間殼體228。在渦輪增壓器200的一部分的橫截面視圖中，軸和渦輪機(jī)葉輪組 件（SWA) 220被示出為包括軸222和渦輪機(jī)葉輪227,它們已經(jīng)被焊接以形成一個單元(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，渦輪增壓器可包括一個或多個其它類型 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，以潤滑滾子，并且將潤滑劑引導(dǎo)到中間殼 體228內(nèi)的表面，例如，以形成潤滑劑膜(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，或者多個活塞環(huán))。這些特征可與中間殼體228的圓孔表面對準(zhǔn)并且用于阻止廢氣 從渦輪機(jī)殼體226流到中間殼體228的腔以及潤滑劑從中間殼體228的所述腔流到渦輪機(jī) 殼體226。
[0014] 如提及的，軸可通過焊接被連接到渦輪機(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）和平衡迀移(例如，非對稱殘余應(yīng)力)。
[0015] 作為示例，系統(tǒng)可包括一個或多個單元，所述單元可發(fā)射一個或多個束，其中所述 一個或多個束帶有的能量足以形成軸和渦輪機(jī)葉輪之間的焊縫。作為示例，考慮可發(fā)射兩 個或更多個束的系統(tǒng)，這些束可相對于圓柱形工件被對稱地定向，使得可例如以同步的方 式完成點焊固定或焊接。在這個示例中，該系統(tǒng)可用來最小化由第一焊接點的后拉引起的 扭曲(例如，如可能在單束焊接方法中出現(xiàn)的)。
[0016] 作為示例，系統(tǒng)可包括激光單元，其可發(fā)射激光束。在這個示例中，該系統(tǒng)內(nèi)可包 括光學(xué)器件以引導(dǎo)該激光束。作為示例，光學(xué)器件可包括分束器，使得可由單個束產(chǎn)生多個 激光束。在這樣的示例中，所產(chǎn)生的束可在它們的能量方面基本上是一樣的。作為示例，系 統(tǒng)可包括氣體傳輸子系統(tǒng)，例如，以傳輸惰性氣體，該惰性氣體可用來形成對一個或多個焊 接部位的保護(hù)。作為示例，系統(tǒng)可包括一個或多個氣體噴射流，例如，考慮清潔噴射流，該清 潔噴射流可發(fā)射常壓等離子體或二氧化碳(例如，干冰轟擊)。作為示例，系統(tǒng)可包括旋轉(zhuǎn)工 具，該旋轉(zhuǎn)工具可被定位以對準(zhǔn)一個或多個工件。作為示例，系統(tǒng)可包括選項以從多束切換 到單束，例如，以允許點焊焊接(例如，以更低的功率以及用更高功率的更完全的穿透)。
[0017] 作為示例，系統(tǒng)可包括焊接室。焊接室可以是一個或多個工件可被至少部分地定 位以進(jìn)行焊接的區(qū)域。作為示例，系統(tǒng)可包括定位工具以定位一個或多個工件。作為示例， 工具可被構(gòu)造成旋轉(zhuǎn)一個或多個工件，例如，以所選的速度旋轉(zhuǎn)同時通過一個或多個束進(jìn) 行焊接。在這個示例中，該一個或多個束可以是固定的和/或可調(diào)節(jié)的(例如，通過光學(xué)器 件、定位設(shè)備等)。作為示例，焊接光學(xué)器件可被構(gòu)造成在焊接期間是靜止不動的并且仍可 移動以與一個或多個工件對準(zhǔn)。
[0018] 作為示例，系統(tǒng)可包括激光單元，該激光單元被操作地聯(lián)接到光纖，以將一個或多 個束傳輸?shù)胶附庸鈱W(xué)器件(例如，纖維、盤等)。如所提及的，分束器可被采用以將一個激光 束分成兩個單獨的激光束，使得這兩個單獨的激光束被"同步"，就像是母束的女兒。作為示 例，控制器可被操作地聯(lián)接到裝備，以調(diào)節(jié)一個或多個束的一個或多個參數(shù)。
[0019] 由于壓縮機(jī)葉輪、軸和渦輪機(jī)葉輪的操作環(huán)境不同，所以這些部件的構(gòu)成材料和 構(gòu)造方式也可不同。例如，廢氣溫度對于柴油發(fā)動機(jī)來說可超過500攝氏度且對于汽油發(fā) 動機(jī)來說可超過1000攝氏度，由此要求高溫材料用于渦輪機(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，但渦輪機(jī)葉輪通常用耐高溫陶 瓷、金屬或金屬合金鑄造(例如，考慮奧氏體鎳-鉻基超級合金，其市場品牌是INC0NEL?，特 種金屬公司，亨廷頓，西弗吉尼亞)。
[0020] INCONEL?合金主要是鎳，其次是鉻。例如，INC0NEL?625是約60%的鎳，約20%的 鉻，約8 %的鉬，約5 %的鐵且剩下是其它金屬。INCONEL?合金的焊接會出現(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。
[0021] 作為示例，材料可包括鉬。作為示例，在加熱這種材料之后，鉬就形成氧化物，例 如，三氧化鉬（M〇03)。三氧化鉬可具有約795攝氏度(例如，約1463華氏度）的熔點。作為 示例，諸如AISI 4140的合金可具有約1416攝氏度(例如，約2580華氏度）的熔點。在焊 接過程期間，一定量的鉬氧化物可形成，這些氧化物具有的熔點低于大塊材料的熔點。在這 個示例中，在冷卻之后，鉬氧化物的一個或多個區(qū)域可比周圍材料保持在熔融(例如，液體） 狀態(tài)更長時間。在這個示例中，在焊接過程中形成的鉬氧化物