壓縮機輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種壓縮機輪，特別用于具有內(nèi)部燃燒的發(fā)動機上的廢氣渦輪增壓器的轉(zhuǎn)子，所述壓縮機輪具有葉片，所述葉片在所述輪的圓周方向彼此隔開，在壓縮機運行期間，所述壓縮機輪經(jīng)歷壓縮流體的輸入，特別經(jīng)歷低壓下發(fā)動機側(cè)流入的燃燒過程的廢氣。
[0002]本發(fā)明還涉及這種壓縮機輪的制造。
【背景技術(shù)】
[0003]為了減少氮氧化物的排放，公知的是利用內(nèi)部燃燒，特別是在柴油機中，以提供廢氣再循環(huán)，使得各種情況下均將較大量或較少量的廢氣供應(yīng)至發(fā)動機的燃燒過程。在該聯(lián)系中，一方面高壓廢氣再循環(huán)是公知的，另一方面低壓廢氣再循環(huán)也是公知的。
[0004]借助高壓廢氣再循環(huán)，將直至400°C的熱的廢氣再循環(huán)至內(nèi)燃機的入口側(cè)。這產(chǎn)生了進(jìn)料至內(nèi)部燃燒過程的空氣被大幅加熱，并由此只能使非常少的氧氣為內(nèi)部燃燒過程可用，使得能達(dá)到的內(nèi)燃機功率保持相對較低的缺點。
[0005]借助于低壓廢氣再循環(huán)，待被循環(huán)的廢氣在相應(yīng)地顯著降低的溫度下從距離發(fā)動機較大距離處的排氣管排出，并經(jīng)歷與已冷卻的燃燒空氣內(nèi)部混合，再被導(dǎo)向發(fā)動機的入口側(cè)。如果發(fā)動機的效率現(xiàn)將通過廢氣渦輪增壓器得到提高，這是同樣必須要在流經(jīng)加壓空氣冷卻器之前，通常之后，壓縮來自壓縮機階段中渦輪增壓器的壓縮機輪的冷廢氣-空氣混合物，該混合物流入到發(fā)動機的燃燒室中。通過該方式，氮氧化物排放很少的高性能內(nèi)燃機是可能的，但是壓縮機輪經(jīng)受了超出正常的負(fù)載，因為研磨地起作用的顆粒和腐蝕地起作用的組件一起承載在再循環(huán)的廢氣中。這些物質(zhì)具體為油和含水冷凝物，這些油和含水冷凝物由于露點下降在廢氣中行進(jìn)，并可導(dǎo)致氣穴現(xiàn)象。因為該原因，通常已盡力在渦輪增壓器的壓縮器階段前的再循環(huán)的廢氣中避免蒸汽冷凝。為此目的，至今已提供分離與再循環(huán)的廢氣一起夾帶的蒸汽的詳細(xì)措施。
[0006]這是本發(fā)明的切入點，并將其目的是為使顆粒和蒸汽與過量的再循環(huán)的廢氣分離提供詳細(xì)的措施。
[0007]根據(jù)本發(fā)明，該目的通過壓縮機輪在壓縮機運行期間適應(yīng)于局部不同負(fù)載的具有局部不同的材料的表面來解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明基于以下總體思想:替代“均一材料”的表面層，在壓縮機輪上局部提供不同的表面材料，這些表面材料在壓縮機運行期間最佳地適應(yīng)于壓縮機輪的各個局部負(fù)載。因此能實現(xiàn)用于超增壓的內(nèi)燃機上廢氣再循環(huán)的新理念，其中可省略具有氣穴現(xiàn)象趨勢的研磨顆?；蚪橘|(zhì)與再循環(huán)的廢氣的精細(xì)分離，因為壓縮機輪的葉片在經(jīng)受研磨或氣穴負(fù)載并且充分耐腐蝕的區(qū)域中具有充分耐久且耐磨損的葉片表面或邊緣。
[0009]為此，本發(fā)明利用以下實現(xiàn):葉片通過研磨顆粒和氣穴過程等在其流入側(cè)的邊緣主要經(jīng)受高機械負(fù)載，而葉片表面基本僅暴露在再循環(huán)的廢氣的化學(xué)侵蝕中，特別是僅暴露在容納于其中的磷酸和硫酸中。
[0010]因此，優(yōu)選提供僅以抗腐蝕的方式設(shè)計流入側(cè)的邊緣外的葉片表面，并將葉片邊緣僅提供在具有“鎧裝層(armour) ”的流入側(cè)。
[0011]如果合適，如果提供用于鎧裝層的材料相對于再循環(huán)廢氣的腐蝕組件不具有充分的長期穩(wěn)定性，上述鎧裝層還可經(jīng)抗腐蝕地涂布。
[0012]本發(fā)明的特定的優(yōu)點在于，至少在其實施方式中的作為徑向壓縮機輪的此類壓縮機輪(規(guī)則地提供在常規(guī)渦輪增壓器中)可以用相對較少的制造力制造。此外，有利的是，借助于局部不同的表面材料，可考慮壓縮機輪的基材的任何強度限值。因此，薄的且由此輕質(zhì)的表面層可被提供在此類區(qū)域中，在高旋轉(zhuǎn)速度下，這些區(qū)域通過表面材料和伴隨此出現(xiàn)的離心力經(jīng)受特別高的負(fù)載。
[0013]在此聯(lián)系中，必須首先強調(diào)，根據(jù)本發(fā)明的壓縮機輪可由鋁或相對輕的金屬構(gòu)成。有利地，由此，較輕的質(zhì)量和相應(yīng)的低慣性力矩可實現(xiàn)。由于根據(jù)本發(fā)明的局部不同的表面材料，盡管鋁材料的僅僅有限的耐受性，不得不接受壽命方面沒有降低。
[0014]如果合適，表面材料可局部不同地形成或構(gòu)成。
[0015]形成壓縮機輪的葉片的流入邊緣的鎧裝層的表面層可在沿著流入邊緣的葉片表面上或多或少地延展。
[0016]然而，以特別優(yōu)選的方式，提供為規(guī)則，各種情況下形成鎧裝層的涂層被提供在位于壓縮機輪的徑向平面中的葉片端面上。如在下文中進(jìn)一步示出的，從制造的觀點可特別容易地實現(xiàn)此類盔甲。為了制造表面層，任何已知的涂布方法在原理上是適宜的，諸如等離子體噴涂、火焰和高速火焰噴涂、冷氣噴涂、電弧噴涂以及PVD和CVD法。特別適宜的是借助于等離子體直流沉積或去除的層。
[0017]根據(jù)用于制造根據(jù)本發(fā)明的壓縮機輪的優(yōu)選方法，一般最初制造提供用于壓縮機輪的鋁或輕金屬的固體坯料(solid blank)。以優(yōu)選的方式，這可通過澆鑄來實現(xiàn)。因此，該坯料提供為使得其外表面與待制造的壓縮機輪的外封表面對應(yīng)的形狀。因為在徑向壓縮機輪的情況下，葉片的流入邊緣通常位于壓縮機輪的徑向平面內(nèi)，這種坯料通常具有圓盤型的徑向端面。坯料在隨后的機加工過程中可被整體或部分地形成到鎧裝材料(armourmaterial)的表面中，或被對應(yīng)地涂覆，其中由于上述端面的平整形狀以及該末端表面上可能的大面積層，得以實現(xiàn)坯料的表面材料和基底材料之間的非常好的鍵合。因此，在端面上提供有鎧裝材料的坯料以去除芯片或去除材料的方式進(jìn)行機加工，以制造合符要求的壓縮機輪的葉片。以此方式，然后可制得具有經(jīng)鎧裝的流入邊緣的合符要求的徑向壓縮機輪。在最終的加工步驟中，然后可抗腐蝕地處理葉片之間的葉片表面和中間空間，其中抗腐蝕的表面層可以襯底特有的(substrate-specific)沉積層和/或擴散層的形式以及襯底除外的(substrate-extraneous)沉積層和/或擴散層的形式制造。在耐腐蝕性充分的銷裝材料的情況下，如果僅僅鄰接葉片的被鎧裝邊緣的表面區(qū)域以抗腐蝕的方式形成，它是充分的。在此情況下，抗腐蝕表面層由此與流入邊緣的鎧裝層頭頭接合。
[0018]反之，它還可能在經(jīng)鎧裝的流入邊緣上是抗腐蝕表面層延展至較大或較小的程度。
【附圖說明】
[0019]另外，對于本發(fā)明的優(yōu)選特征，參見權(quán)利要求書和以下【附圖說明】，借助于此，更詳細(xì)地描述了根據(jù)本發(fā)明的壓縮機輪的特別優(yōu)選的實施方式以及制造的優(yōu)選形式。
[0020]不僅要求保護(hù)所述的或示出的特征組合，已示出的或已陳述的特征還可分別是本發(fā)明的實質(zhì)。
[0021]在圖中，示出了:
[0022]圖1:根據(jù)本發(fā)明的徑向壓縮機輪的流入側(cè)的頂視圖；
[0023]圖2:用于制造根據(jù)本發(fā)明的徑向壓縮機輪的坯料的分解側(cè)視圖；
[0024]圖3:對應(yīng)于圖2的代表圖，示出了借助于具有鎧裝材料的流入側(cè)上坯料端面的涂層；
[0025]圖4:通過從圖3中所示的坯料去除材料制成的徑向壓縮機輪的分解前視圖。
【具體實施方式】
[0026]圖1中示出的徑向壓縮機輪I具有中心軸孔2，借助于該中心軸孔2，徑向壓縮機輪I可被布置在電機軸的相應(yīng)段上，在渦輪增壓器的情況下，該電機軸的相應(yīng)段以可旋轉(zhuǎn)地固定的方式是壓縮機輪I與渦輪機輪連接。在渦輪增壓器運行期間，渦輪機葉輪在渦輪機外罩內(nèi)通過內(nèi)燃機的廢氣流驅(qū)動，然后再驅(qū)動徑向壓縮機輪I。在該示出的實施例中，壓縮機輪I具有6個主葉片3，在各種情況下，布置在輔助葉片4之間。所有的葉片3和4具有特定輪廓的邊緣5，該邊緣5的形狀與未示出的壓縮機外罩的內(nèi)部輪廓相匹配，壓縮機外罩接收徑向壓縮機輪I。因此，邊緣5的輪廓和內(nèi)罩的內(nèi)表面彼此匹配，使得形成盡可能近的“密封間隙”。
[0027]壓縮機外罩具有相對于壓縮機輪的進(jìn)口為軸向的入口，該入口將空氣引導(dǎo)至被壓縮機輪I壓縮，或者將其他氣體引導(dǎo)至壓縮機輪I的主葉片3的流入邊緣6。流入邊緣6通常位于壓縮機輪I的徑向平面內(nèi)，該徑向平面式所有流入邊緣6公共的。相對于主葉片3的流入邊緣6，輔助葉片4的流體邊緣通常軸向地偏向后部，因此圖1的代表圖中不能看見這些。
[0028]在低壓廢氣再循環(huán)的情況下壓縮機運行期間，主葉片3的流入邊緣6經(jīng)受格外高的機械負(fù)載，通過研磨顆?；蚶淠镱w粒以及水或油霧的氣穴現(xiàn)象。
[0029]盡管如此，為了能確保壓縮機輪I的長壽命，對主葉片3的流入邊緣6提供鎧裝層7，該鎧裝層7在鄰接流入邊緣6的葉片表面上或多或少程度地延展。如上文已進(jìn)一步解釋的，為了產(chǎn)生鎧裝層7，原則上可以采用任何涂覆方法。
[0030]在圖中，在壓縮機輪I的軸線方向朝向后部偏移的輔助葉片4的流體邊緣只經(jīng)受較低的負(fù)載，使得在此不需要鎧裝層。然而，經(jīng)受待被壓縮的流體的壓縮機輪I的所有表面暴露于待被壓縮流體的化學(xué)侵蝕性組分，特別是硫酸和亞硫酸的腐蝕性影響中。因此，根據(jù)本發(fā)明提供用于抗腐蝕地涂覆這些表面。因此，抗腐蝕性涂層與鎧裝層7頭頭接合。相反，還可能使抗腐蝕性涂層至少在區(qū)域中與鎧裝層7重疊。
[0031]在下文中，更詳細(xì)地解釋用于制造壓縮機輪I的第一優(yōu)選方法。首先，參見圖2，例如通過澆鑄制造坯料8。例如參見圖1，該坯料8具有外表面，該外表面具有待被制造的壓縮機輪I的包封表面的形式。該坯料8在還需被制造的主葉片3的流入邊緣6的區(qū)域中具有小的端面9，并且在坯料8相對的一側(cè)具有大的端面10。
[0032]在以下方法步驟中，小的端面9的至少一個徑向的外環(huán)形區(qū)通過材料去除被清潔，在形成為澆鑄主體的坯料8的情況下，這意味著去除澆鑄表層。
[0033]清潔后的環(huán)形區(qū)隨后被提供用于鎧裝主葉片3的流入邊緣6的材料涂覆，使得形成經(jīng)涂覆或鎧裝的環(huán)形區(qū)11，該環(huán)形區(qū)11或多或少的是寬的