专利名称：具有凹陷部的压缩机轮轴的制作方法
技术领域：
本文所公开的主题一般地涉及用于内燃发动机的涡轮机械，并且具体地涉及包括凹陷部的压缩机轮轴。
背景技术：
排气驱动的涡轮增压器包括旋转组，旋转组包括通过轴彼此连接的涡轮机轮和压缩机轮。在运行期间，取决于诸如各种涡轮增压器部件的尺寸之类的因素，轴可以被预期以超过200000rpm的速度旋转。为了确保合适的转子动力性能，旋转组应当在宽范围的条件(例如运行、温度、压力等等)上被良好地平衡并被良好地支撑。在本文的多个实施例中所描述的技术、方法等能够降低在各种条件下涡轮增压器被损坏的风险。这些技术、方法等可以提高产品质量，提高性能，降低噪声，减少振动，降低声振粗糙度，或为涡轮机械带来其他益处。
通过参考下面的详细描述并且结合附图示出的示例，可以对本文所描述的各种方法、设备、组件、系统、布置等等以及它们的等同物有更全面的理解，附图中:图1是涡轮增压器和内燃发动机的示例以及控制器的示例的示意图；图2是涡轮增压器组件的示例的一系列截面图，该涡轮增压器组件包括带有导引面的压缩机轮轴；图3是图2的组件和向压缩机轮轴加载的部件的一系列截面图；图4是图3的压缩机轮轴以及加载机构的示例的一系列侧视图；图5是压缩机轮轴的示例的一系列张应力图以及图4的压缩机轮轴的示例的侧视图；图6是压缩机轮轴的示例的一系列张应力图；图7是运行条件的示例的一系列图；以及图8是方法的示例的方框图。
具体实施例方式作为一个示例，涡轮增压器组件可包括压缩机轮和轴，压缩机轮具有基面、鼻面、设置在基面和鼻面之间的z平面以及从基面延伸到鼻面的孔，轴包括设置在压缩机轮的孔内位于Z平面和鼻面之间的一位置的第一导引面、设置在压缩机轮的孔内位于Z平面和基面之间的一位置的第二导引面、以及设置在第一导引面和第二导引面之间的凹陷面。这种组件还可以包括靠近压缩机轮的鼻面可调节地设置在轴上的螺母，其中，螺母的调节使轴张紧从而在压缩机轮的基面和鼻面之间施加压缩负载。在使用和不使用期间，涡轮增压器的轴和压缩机轮(例如，如前述示例中那样布置)暴露于各种温度，这会导致轴和压缩机轮还有其他部件的膨胀或收缩。在部件由不同材料制成的情况下，它们各自的热膨胀线性系数可能是不同的，这会导致负载(例如，力)、间隙等等的改变。热膨胀线性系数可能会相差很大，例如，不锈钢(316)大约是16X10_6m/mK，铝大约是22X 10_6m/mK，并且钛大约是9 X 10_6m/mK。因此，对于一度的温度变化(C或K)，铝的线性膨胀将会大于不锈钢的线性膨胀，不锈钢的线性膨胀将会大于钛的线性膨胀。当部件在一个方向上经历应变时，其他方向上的应变可以用制造该部件的材料的泊松比来表征。例如，当部件在一个方向上被压缩时，它可以在另一个方向上膨胀，并且类似地，当部件在一个方向上被张紧时，它可以在另一个方向上收缩。泊松比可以被正式地定义为横向应变(垂直于所施加的负载)与轴向应变(沿所施加的负载的方向)的比值。对于各向同性的不锈钢，泊松比大约是0.30到0.31 ;对于各向同性的铝合金，其趋向于稍高，大约是0.33。对于各向同性的钛，泊松比大约是0.34。某些材料可具有负泊松比。对于涡轮增压器组件的部件而言，对于应变的了解源于对于应力的了解。弹性材料的应力和应变之间的关系可以通过材料的杨氏模量来表征，杨氏模量可被定义为在适用于胡克定律的应力范围(例如可逆的应变)内单轴应力对单轴应变的比。在固体力学中，应力-应变曲线在任意点的斜率是正切模量，而应力-应变曲线的初始直线部分是杨氏模量(或者拉伸模量或弹性模量)。杨氏模量取决于温度，其中，对于大约200C的温度，钢的杨氏模量大约是27 X 106psi，钛的杨氏模量大约是14 X 106psi，而招的杨氏模量大约是9 X 106psi。在运行期间，旋转部件经历可观的向心力，向心力可由质量、质量半径和角速度决定。质量可以通过使用材料的密度和体积确定，例如，其中，不锈钢的密度大约是8000kg/m3，铝的密度大约是2700kg/m3，并且钛的密度大约是4500kg/m3。给定一向心力(例如应力)，可以使用杨氏模量来预测径向应变的量。进而，可以使用泊松比来预测轴向应变的量。在泊松比为正(例如，钢、铝、钛等等)的情况下，轴向应变将为负。例如，以IOOOOOrpm旋转的铝合金压缩机轮将会径向地膨胀并且轴向地收缩。如本文所述，压缩机轮可以以一种方式被附接到轴，使得压缩机轮和轴被期望作为单元而旋转(例如，轴关于压缩机轮的旋转滑动应当最小)。例如，压缩机轮可包括用于接收轴的通孔，其中，一机构用于固定压缩机轮。附接机构可包括拧到轴的端部上的螺母，其中，螺母的表面可以向压缩机轮施加压缩力从而将压缩机轮夹持在螺母和另一个表面之间，该另一个表面例如是推力套圈的表面。在这种示例中，轴可以包括肩部，肩部座置抵靠推力套圈的表面，使得螺母的收紧导致轴的一部分(例如推力套圈表面和螺母之间)经受张力或张应力。张应力使得材料沿所施加负载的方向被拉长，根据泊松比，这会导致另一方向上的一定的收缩。张应力可以被定义为负载除以面积。因此，在轴具有较小的横截面面积(例如直径)的情况下，其将会具有较高的张应力。如本文所述，压缩机轮可包括基面、鼻面、设置在基面和鼻面之间的z平面以及从基面延伸到鼻面的孔，并且轴可包括设置在压缩机轮的孔内位于z平面和鼻面之间的一位置的第一导引面、设置在压缩机轮的孔内位于z平面和基面之间的一位置的第二导引面以及设置在第一导引面和第二导引面之间的凹陷面。在前述的示例中，具有轴的凹陷面的那部分具有小于第一导引面或第二导引面的截面积(例如直径)。在这种示例中，张应力沿着轴的具有凹陷面的那部分较高，这进而意味着在轴的对应于两个导引面的那部分处张应力较小。由于应力决定应变，所以应变沿着轴的具有凹陷面的那部分更大。
如本文所述，轴被构造为在轴的特定部分上承载较高的张应力，该轴可用于减小张应力响应于温度、转速以及温度和转速的总体百分比变化。在这种示例中，轴和压缩机轮组件的负载/拉伸窗口增大。如本文所述，轴可包括凹陷或凹切部(undercut)(例如设置在两导引部之间)，其允许轴更加具有柔性并且具有更大的负载/拉伸窗口，这可进一步有利于涡轮增压器组件的大量连续生产。对于轴和压缩机轮组件而言，负载/拉伸窗口可以相对于最小负载要求被定义，例如可以被定义为维持空气转矩以及避免压缩机滑动，平衡疲劳后的退化和轴断裂。最糟糕的情况可以相对低温和高转速被定义。负载/拉伸窗口也可以相对于最大负载要求被定义，例如被定义为避免拉伸增加到不可逆弹性和轴断裂的程度。最糟糕的情况可以相对于高温和低转速或零转速被定义，例如在热停机时(例如，涡轮增压器是热的而压缩机轮没有旋转)。如本文所述，涡轮增压器组件可包括:包括孔的壳体；设置在壳体的孔内的轴承；包括基面、鼻面、设置在基面和鼻面之间的z平面以及从基面延伸到鼻面的孔的压缩机轮；由所述壳体的孔内的轴承可旋转地支撑的轴，其中，轴包括设置在压缩机轮孔内位于z平面和鼻面之间的一位置的第一导引面、设置在压缩机轮孔内位于Z平面和基面之间的一位置的第二导引面以及设置在第一导引面与第二导引面之间的凹陷面；绕轴设置在轴承和压缩机轮的基面之间的推力套圈；以及可调节地设置在轴上靠近压缩机轮鼻面的螺母，其中，螺母的调节使轴张紧，从而在压缩机轮的基面和鼻面之间施加压缩负载。如本文所述，轴可包括具有压配合表面的导引部，使得导引部能被压配合(例如一种干涉配合)到压缩机轮的孔内。在这种示例中，具有压配合表面的导引部可以是两个或更多个导引部中的一个，其中，例如，其他导引部中的每一个的各自的直径足够小以避免在压缩机轮的孔内干涉但是足够大以限定相对于压缩机轮孔的预定量的空隙。如本文所述，轴可以包括例如干涉导引部和空隙导引部，其中，一旦被设置在压缩机轮的孔内，则干涉导引部提供干涉配合而空隙导引部提供预定量的空隙(例如在运行条件的范围上)。关于被设置在压缩机轮的鼻端处或附近的导引部，这种导引部能够有助于最小化或限制轴的弯曲。例如，对于如下的轴而言，轴可能发生弯曲(例如受到轴和鼻端处的压缩机轮孔之间的接触的限制；注意螺母可以沿着轮的鼻面滑动):该轴具有设置在压缩机轮基端处或附近的单个导引部(例如在压缩机轮的z平面和基面之间)，并且轴的一部分从其延伸并具有较小直径(例如小于压缩机轮的孔直径)的轴向长度，其延伸到用于接收螺母的螺纹部分。这种弯曲是有害的并且可改变压缩机轮组件的重心。为了避免或者限制这种弯曲，轴可包括例如两个导引部，其中，导引部中的一个被设置在轮的鼻端处或附近(例如，任选地，与轮孔之间存在或不存在间隙)。下面描述涡轮增压的发动机系统的示例，然后描述部件、组件、方法等等的各种示例。涡轮增压器经常被用于提高内燃发动机的输出。参见图1，常规系统100包括内燃发动机110和涡轮增压器120。内燃发动机110包括发动机缸体118，发动机缸体118容纳一个或多个燃烧室，其可操作地驱动轴112 (例如经由活塞)。如图1所示，进气端口 114为空气提供通向发动机缸体118的流动路径，而排气端口 116为排气提供离开发动机缸体118的流动路径。
如图1所示，涡轮增压器120包括空气入口 134、轴122、压缩机124、涡轮机126、壳体128和排气出口 136。壳体128可以被称为中间壳体，因为它被设置在压缩机124和润轮机126之间。轴122可以是包括各种部件的轴组件。在运行中，涡轮增压器120通过使排气流过涡轮机126而从内燃发动机110的排气中提取能量。如图所示，涡轮机126的涡轮机轮127的旋转引起轴122的旋转并且因此引起压缩机124的压缩机轮125 (例如叶轮)旋转以压缩流向发动机100的入口空气并提高其密度。通过引入最优量的燃料，系统100能从发动机100提取出更多的比功率(例如与相同排量的没有涡轮增压的发动机比较)。关于排气流的控制，在图1的示例中，涡轮增压器120包括可变几何单元129以及废气门阀135。可变几何单元129可用于控制排气到涡轮机轮127的流动。废气门阀(或简单而言废气门)135定位在涡轮机126的入口附近，并且可被控制以允许来自排气端口 116的排气绕过涡轮机轮127。另外，为了提供排气再循环(EGR)，这种系统可以包括管道以将排气引导到进气路径。在图1的示例所示，排气出口 136可包括分支115，其中，可经由阀门117来控制通过分支115到达空气入口路径134的流动。在这种布置中，排气可以被提供在压缩机124的上游。在图1中，示出了控制器190的示例，其包括一个或多个处理器192、存储器194以及一个或多个接口 196。这种控制器可包括电路，例如发动机控制单元的电路。如本文所述，可以任选地例如通过控制逻辑结合控制器来实施各种方法或技术。控制逻辑可取决于一个或多个发动机运行条件(例如涡轮rpm、发动机rpm、温度、负载、润滑剂、冷却等等)。例如，传感器可以经由一个或多个接口 196向控制器190传递信息。控制逻辑可以依据这些信息，并且进而，控制器190可以输出控制信号以控制发动机运行。控制器190可被构造为控制润滑剂流动、温度、可变几何组件(例如可变几何压缩机或涡轮机)、废气门、排气再循环阀、电动机或者与发动机、涡轮增压器(或多个涡轮增压器)等相关联的一个或多个其他部件。图2示出了组件200的示例的两个截面图，其包括轴220、轴承230、压缩机轮240、推力套圈250、涡轮机轮270、壳体280和背板290。轴承230包括例如上开口 234，以经由壳体280的润滑剂通道281、282和284接收润滑剂(例如油)。轴承230还包括下开口 236，其接收定位销299的一部分从而将轴承230定位在壳体的孔285内，位于推力套圈250和涡轮机轮260之间。在图2的示例中，定位销299被部分地设置在定位销凹陷286内，定位销凹陷286具有通往润滑剂井288的开口 287，经由壳体280的润滑剂排道289可通达润滑剂井288。在放大的截面图中，轴220被示出由压缩机轮240的孔245接收，包括两个导引面卩八和Pb以及在其之间的凹陷或者凹切部分225。如所示，压缩机轮240设置在轴220上，位于推力套圈250和螺母270之间。轴220的所示部分(例如为了固定压缩机轮)可以被称为“短轴(stub shaft) ”。图3示出了图2的组件200的另一截面图。在图3的示例中，所示的压缩机轮240包括鼻面242和基面244，其中，孔245在这些表面之间轴向延伸。虽然鼻面242和基面244被示作例如轴向面(z轴与其垂直)，但这些面也可具有与例如螺母或推力套圈的匹配面协作的倾斜形状或其他形状。另外，所示的压缩机轮240具有大致对应于压缩机轮240的最大直径的Z平面。在图3中，由rMX表示的最大直径或半径在轮240的轮毂处并且与Z平面重合(例如注意，从轮毂延伸的一个或多个叶片可包括较大的半径)。以z平面作为参考点，轴220的导引部A可被描述为轴向地位于压缩机轮240的z平面和鼻面242之间，而轴220的导引部B可被描述为至少部分地轴向地位于压缩机轮240的z平面和基面244之间。如图所示，轴220的凹陷面225位于导引部A和B之间，并且具有小于导引部A或导引部B的直径的直径(例如截面积)。在图3的示例中，所示的轴220包括与螺母270的调节特征276协作的调节特征226。例如，一种用于调节施加到压缩机轮的负载(例如施加到轴的一部分的拉伸负载)的调节机构可包括螺母和螺纹轴，由此，其相对彼此的旋转改变了施加到压缩机轮的负载(例如施加到轴的一部分的拉伸负载)。所示的轴220还包括从肩部222延伸的外表面227。在图3的示例中，所示的推力套圈250包括面向压缩机轮的表面252、面向轴承的表面254以及在它们之间延伸的孔255。推力套圈250还包括外表面256和内表面258，内表面258被构造为座置轴220的肩部222。虽然图3的示例示出表面258和肩部222以平面的方式接触，但是这些表面也可以具有其他形状(例如圆锥形等等)。在图3的示例中，所示的螺母270包括端面272、面向压缩机的表面274以及在它们之间延伸的孔275，其中，例如，调节特征276可跨越孔的整个轴向长度或轴向长度的仅仅一部分。在图3的示例中，所示的背板290包括接收推力套圈250的孔295，例如，环座置在推力套圈250的槽中以将压缩机轮空间从背板/壳体空间密封。为了向压缩机轮240施加压缩负载，螺母270可以相对于轴220被调节，从而导致轴220的肩部222向推力套圈250的内表面258施加力，这进而向压缩机轮240的基面244施加力。因此，在鼻面242和基面244之间向压缩机轮240施加压缩力，而在调节特征226和肩部222之间向轴220施加张力。如所述，张应力取决于横截面积，所以轴220位于调节特征226和肩部222之间的较小截面的部分将会具有较高的张应力。图4示出了大概的受力图以及另一幅图，其示出了轴220的一些尺寸。在受力图中，所示的轴220具有张应力，而所示的压缩机轮240具有压缩应力。另外，所示的角度Φ取决于两个导引部A和B之间的轴向跨距(例如ALP)。在导引部A和B的直径不同的情况下，对应于较大直径的角度将会略大于对应于较小直径的角度。一般来说，随着两个导引部之间的轴向跨距(例如凹陷部225的轴向长度)增大，相对于轴的压缩机轮倾斜减小。换句话说，导引部的增大的间距消除了轴的纵轴线和压缩机轮的孔的纵轴线之间的倾斜。在图4的示例中，当螺母270被附接于轴220时，倾斜可改变螺母的位置(例如使其稍微偏离轴线或使螺母倾斜)，改变螺母所施加的应力，等等，并且出于这些原因中的一个或多个，轴可以被构造为避免或限制倾斜。图4中还示出了设置在导引部A和调节特征226之间以及设置在导引部B和肩部222之间的凹陷部，其可被构造为相对于肩部222 (例如，或者轮的基面)和调节特征226(例如，或者轮的鼻面)来定位导引部A和B。如本文所述，包括设置在导引部之间的凹陷部的轴能提供相当大的设计柔性(例如，针对部件公差、工艺变化、工作循环等等)。
在图4的示例中，所示的导引部A和B具有轴向长度(例如Λ La和ALb)和直径(例如01^和01^)。如本文所述，导引部B(基端导引部)的轴向长度可大于导引部A(鼻端导引部)轴向长度，并且导引部B的直径可大于导引部A的直径。导引部A和B的尺寸能影响倾斜。一般来说，导引部的轴向长度越大以及导引部的直径越大倾斜就越小。例如，轴可以具有靠近压缩机轮基部的导引部和靠近压缩机轮鼻部的导引部，其中，前者比后者更长更宽。在这种示例中，靠近基部的导引部的直径可允许轴压配合到压缩机轮的孔中；而靠近鼻部的导引部可具有较小的直径，其允许一些预定的低水平的空隙。空隙的量可被选择为便于组装(例如，允许轴插入直到导引部B进入)并且限制弯曲(例如，以及螺母在压缩机轮的鼻面上的滑动)。如本文所述，轴的弯曲、螺母的滑动(例如，由于弯曲或倾斜而偏离旋转轴线)或者两者都能导致失衡。包括两个导引部以及设置在它们之间的凹陷部的轴能避免或者限制这种弯曲或滑动，从而避免或限制失衡。关于铝压缩机轮和钢轴组件的弯曲模式的分析、压缩机轮和螺母之间的摩擦界面、离心增长、刚度、失衡等等，例如参见Gunter和 Chen 的 “Dynamic analysis of a turbocharger in floating bushing bearings，，，ISCORMA-3，克利夫兰，俄亥俄，2005年9月19-23日，其通过引用并入本文中。如本文所述，一种方法可以提供轴，该轴在压缩机轮在其寿命周期(例如运行条件、环境条件等等)期间的定位/固定以及部件制造和部件组装以形成组件之间达成最佳的折衷平衡。例如，这种方法可包括调整一个或多个导引部的尺寸和轴向位置，以实现最佳的空隙量或干涉量(例如，导引部和压缩机轮孔干涉)。如本文所述，轴可被构造为有利地定位压缩机轮和轴组件的重心。例如，为了使重心从压缩机轮的鼻部偏移并朝向压缩机轮的基部(例如，同时保持重心在旋转轴线、z轴上)，所述轴可包括设置在基部导引部和鼻部导引部之间的凹陷部，其中，基部导引部的质量超过鼻部导引部的质量(例如，基部导引部的尺寸使得其具有大于鼻部导引部的材料体积)。如图4所示，张应力等于负载除以截面积。因此，对于给定的负载，轴220的张应力沿着凹陷部225(例如中间部分“I”)比在导引部A或导引部B处更大。例如，在轴220的导引部B的截面积大于导引部A的截面积的情况下，满足以下关系:TSPB < TSpa < TSio虽然图4的示例中所示的调节特征226是外螺纹，但是也可以采用其他类型的调节特征(例如，卡口、内螺纹等等)，此时，螺母或其他部件可包括协作特征从而形成调节机构来可调节地向压缩机轮施加负载，并从而向轴施加张力。图5示出了两个示例的图510和530以及图2的组件200的一部分的截面图。图510示出了设置在两个导引面(例如导引部)之间的轴的中间区段(例如轴200的凹陷部225)的张应力,其中,较小直径的中间区段的张应力大于较大直径的中间区段的张应力。例如，对于给定的圈数(例如，X，其代表负载)，较小直径的中间区段相比较大直径的中间区段具有更高的张应力并具有更陡峭的斜率。在这种示例中，关于圈数和负载，可以假设调节机构为包括较小直径部分的轴和包括较大直径部分的轴提供相同的关系。图530示出了张应力与应变(例如拉伸)的关系曲线。在图5的示例中，给定大约相同的负载(例如圈数)，较小直径的中间区段相比较大直径的中间区段具有更高的应变。图6示出了两个示例图610和630。图610针对温度变化(例如，T2 > T1)示出了张应力与应变的关系曲线。对于压缩机轮的膨胀系数(α)大于轴的膨胀系数的情况(例如，分别考虑铝和钢)，温度的增加将会导致压缩机轮比轴更加轴向地膨胀。进而，压缩机轮上的压缩负载将会增加(例如固定到轴的螺母)，并且轴上的拉伸负载将会增加。随着拉伸负载增加，张应力也会增加。如所示，对于较高的初始张应力而言，张应力的变化从百分比上看更小。具体地，对于给定的温度增加，轴的较小直径部分相比轴的较大直径部分将会经历从百分比上看较小的增长。对于轴的膨胀系数大于压缩机轮的膨胀系数的情况，同样存在这种百分比的变化，因为对于给定的初始负载，轴的较小直径部分的初始张应力比轴的较大直径部分的初始张应力更高。因此，通过缩小轴的一部分的直径而实现的更高初始张应力能够减少温度的百分比影响，这可被称为温度松弛效应。图630针对转速变化(例如ω2 > Q1)示出了张应力与应变的关系曲线以显示泊松效应，其导致压缩机轮关于转速(例如角速度)增加而收缩。一般地，对于给定的转速，压缩机轮将会比轴收缩得更多。因此，被施加到压缩机轮的压缩负载和被施加到轴的拉伸负载将会降低。例如，对于过高的速度，螺母270可变得“更松”，在低温条件(例如，其中，热膨胀不抵消或以其他方式影响速度效应)下尤其如此。在轴可具有比轮更高的膨胀系数的情况下，高速和高温部是有问题的，因为它们均会使负载减小。如图630所示，对于给定的速度增加，轴的较小直径部分相比轴的较大直径部分经历从百分比看的更小的张应力变化(例如，对于给定的初始负载，其可以用圈数来表示)。因此，通过缩小轴的一部分的直径而实现的更高的初始张应力能减少转速的百分比影响，这可被称为速度松弛效应。如所提到的，各种现象可取决于部件的本质，包括构成的材料。如本文所述，压缩机轮可以由铝、钛或其他材料构成，并且轴可以由钢或其他材料构成。在组件包括铝(例如铝或铝合金)压缩机轮和钢(例如不锈钢或其他钢)轴的情况下，随着温度增加，负载很可能增加，而随着速度增加，负载很可能减少。图7示出了一系列图710、730和750，其示出了负载相对于温度、转速以及温度和转速的一些示例。图710示出了负载与温度的关系曲线以及最大负载和最小负载。最大负载可对应于不可逆弹性或屈服,而最小负载可对应于确保压缩机轮不绕轴滑动的负载(例如，低于该负载，可能会发生滑动)。图730示出了负载与转速的关系曲线以及最大负载和最小负载。最大负载可对应于不可逆弹性或屈服，而最小负载可对应于确保压缩机轮不绕轴滑动的负载(例如，低于该负载，可能会发生滑动)。图750示出了转速与温度的关系曲线，等值线(contour)表示负载的水平，并且虚框表示转速和温度的负载/拉伸窗口。在左上角处可存在低负载条件，而在右下角处可存在高负载条件。在组件被构造成例如在制造时提供高的初始张应力时，该组件可在百分比上更少地受到温度变化、转速变化以及温度和转速两者的变化的影响。如本文所述，通过提供如下的轴来实现高的初始张应力:该轴包括跨越两个导引部的凹陷或凹切部分，其中，导引部座置压缩机轮。另外，两个导引部之间的距离可以被选择为减少倾斜的风险。例如，可以相对于压缩机轮的长度来选择距离，从而将一个导引部定位成靠近压缩机轮的鼻端，而将另一个导引部定位成靠近压缩机轮的基端。以这样的方式，两个导引部之间的距离处于或接近最大值。图8示出了方法800的示例。方法800包括提供方框810、提供方框820、放置方框830、施加方框840和封装方框850，提供方框810用于提供包括推力套圈和轴的组件，其中，所述轴包括设置在两个导引部之间的凹陷部，提供方框820用于提供压缩机轮和螺母，放置方框830用于将压缩机轮放置在轴上，以使两个导引部中的至少一个和压缩机轮接触(例如使两个导引部中的至少一个经由压配合接触到压缩机轮的孔内)，施加方框840用于通过调节螺母而向压缩机轮施加负载，从而向轴的凹陷部分施加目标张应力，封装方框850用于将涡轮增压器封装，涡轮增压器包括具有已加载的压缩机轮和轴的组件。如所述的，一个导引部可被构造为允许相对于压缩机轮的孔的一些空隙，而另一个导引部可被构造为相对于压缩机轮的孔成干涉配合(例如压配合)。在这种示例中，放置可以将两个导引部放入压缩机轮的孔内，一个没有干涉而另一个有干涉(例如，其中，施加一定的力以克服压缩机轮的孔和干涉配合导引部之间的干涉力)。如本文所述，一种方法可包括:提供组件，该组件包括推力套圈和和被可旋转地支撑在壳体内的轴，其中，所述轴包括设置在两个导引部之间的凹陷部；提供压缩机轮和螺母；将压缩机轮放置在轴上，以使两个导引部中的至少一个和压缩机轮在压缩机轮的孔内接触(例如，任选地通过压配合实现接触)；通过调节螺母而向压缩机轮施加负载从而向轴的凹陷部施加目标张应力；以及将涡轮增压器封装，该涡轮增压器包括具有已加载压缩机轮和轴的组件(例如组件作为涡轮增压器的子组件与涡轮增压器组装)。如本文所述，一种方法可包括在由轴的凹陷部限定的负载/拉伸窗口内运行涡轮增压器。例如，封装可包括至少部分地基于由轴的凹陷部限定的负载/拉伸窗口的运行指令。这种指令任选地可以是一个或多个计算机可读储存介质的形式。例如，在控制器(例如ECU或其他)包括储存指令的存储器的情况下，这种指令可以被装入存储器以控制发动机、涡轮增压器、EGR等等的运行，以符合负载/拉伸窗口(例如，至少部分地由涡轮增压器轴的凹陷部限定)。如本文所述，控制器(参见例如图1的控制器190)可以执行各种动作，该控制器可以是根据指令来运行的可编程控制器。如本文所述，一个或多个计算机可读介质可包括处理器可执行的指令以命令计算机(例如控制器或其他计算设备)执行本文所述的一个或多个动作。计算机可读介质可以是存储介质(例如，诸如存储芯片、存储卡、存储盘等等的设备)。控制器能够访问这种存储介质(例如通过有线或无线接口)并将信息(例如指令和/或其他信息)装入存储器(参见例如图1的存储器194)。如本文所述，控制器可以是发动机控制单元(ECU)或者其他控制单元。这种控制器任选地可以被编程以控制流向涡轮增压器的润滑剂流、润滑剂温度、润滑剂压力、润滑剂过滤、排气再循环等等。这种控制器任选地可以被编程以执行加载过程、监视加载过程，等等。例如，这种控制器可被编程以监视力，控制施力工具等等，以向涡轮增压器轴的一部分施加目标张应力。这种控制器任选地可以被编程以执行关于本文所述示例方法或其他方法而描述的一个或多个动作。虽然已经在附图中示出并在前面的详细描述中描述了方法、设备、系统、布置等等的一些示例，但是应当明白，所公开的示例性实施例不是限制性的，而是在不脱离所附权利要求阐述和限定的精神的情况下能够具有多种再布置、修改和替换。
权利要求
1.一种涡轮增压器组件，包括: 壳体，其包括孔； 轴承，其设置在所述壳体的孔内； 压缩机轮，其包括基面、鼻面、设置在所述基面和所述鼻面之间的Z平面以及从所述基面延伸到所述鼻面的孔； 轴，其由所述壳体的孔内的所述轴承可旋转地支撑，其中，所述轴包括 设置在所述压缩机轮的孔内位于所述z平面和所述鼻面之间的一位置的第一导引面， 设置在所述压缩机轮的孔内位于所述z平面和所述基面之间的一位置的第二导引面，和 设置在所述第一导引面和所述第二导引面之间的凹陷面； 推力套圈，其绕所述轴设置在所述轴承和所述压缩机轮的基面之间；和螺母，其靠近所述压缩机轮的鼻面可调节地设置在所述轴上，其中，所述螺母的调节使所述轴张紧，从而在所述压缩机轮的基面和鼻面之间施加压缩负载。
2.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，所述推力套圈和所述螺母向所述压缩机轮的基面和鼻面施加所述压缩负载。
3.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，所述压缩负载向所述轴施加拉伸负载。
4.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，所述推力套圈包括内表面以座置所述轴的表面。
5.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，所述轴包括座置在所述推力套圈内的肩部。
6.权利要求5的涡轮增压器组件，其中，所述压缩负载在所述轴的肩部和所述轴与所述螺母接触的部分之间向所述轴施加拉伸负载。
7.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，所述螺母包括螺纹，并且其中，所述轴包括用于在所述轴上调节所述螺母的螺纹。
8.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，设置在所述压缩机轮的孔内位于所述z平面和所述基面之间的一位置的所述第二导引面朝向所述压缩机轮的鼻面部分地延伸超过所述z平面。
9.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，所施加的压缩负载和所述螺母的圈数之间存在一关系。
10.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，所述压缩机轮包括超过所述轴的线性热膨胀系数的线性热膨胀系数。
11.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，所述压缩机轮包括铝，并且其中，所述轴包括钢。
12.权利要求1的涡轮增压器组件，还包括设置在所述压缩机轮和所述壳体之间的背板。
13.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，设置在所述第一导引面和所述第二导引面之间的所述凹陷面包括长度，以最小化所述压缩机轮相对于所述轴的轴向倾斜。
14.权利要求13的涡轮增压器组件，其中，所述长度限定所述第一导引面和所述第二导引面之间的距离。
15.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，所述第二导引面包括压配合到所述压缩机轮的孔内的压配合表面。
16.权利要求1的涡轮增压器组件，其中，所述第二导引面包括超过所述第一导引面的直径的直径。
17.权利要求15的涡轮增压器组件，其中，所述第一导引面包括空隙表面，所述空隙表面具有小于所述压缩机轮的孔的直径的直径。
18.一种方法,包括: 提供组件，所述组件包括推力套圈和被可旋转地支撑在壳体内的轴，其中，所述轴包括设置在两个导引部之间的凹陷部； 提供压缩机轮和螺母； 将所述压缩机轮放置在所述轴上，以使两个导引部中的至少一个和所述压缩机轮在所述压缩机轮的孔内接触； 通过调节所述螺母而向所述压缩机轮施加负载，从而向所述轴的凹陷部施加目标张应力；以及 将涡轮增压器封装，所述涡轮增压器包括具有已加载的所述压缩机轮和所述轴的所述组件。
19.权利要求18的方法，还包括在由所述轴的凹陷部限定的负载/拉伸窗口内运行所述涡轮增压器。
20.权利要求18的方法，其中，所述封装包括封装运行指令，所述运行指令至少部分地基于由所述轴的凹陷部限定的负载/拉伸窗口。
全文摘要
本发明涉及具有凹陷部的压缩机轮轴。具体地，一种涡轮增压器组件包括压缩机轮和轴，压缩机轮具有基面、鼻面、设置在基面和鼻面之间的z平面以及从基面延伸到鼻面的孔，轴包括设置在压缩机轮的孔内位于z平面和鼻面之间的一位置的第一导引面、设置在压缩机轮的孔内位于z平面和基面之间的一位置的第二导引面、以及设置在第一导引面和第二导引面之间的凹陷面。这种组件可以包括靠近压缩机轮的鼻面可调节地设置在轴上的螺母，其中，螺母的调节使轴张紧从而在压缩机轮的基面和鼻面之间施加压缩负载。还公开了设备、组件、系统、方法等等的各种其他示例。
文档编号F02B37/00GK103089397SQ201210596309
公开日2013年5月8日 申请日期2012年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者J·卡斯坦, D·阿曼德, G·迪厄多內, O·米洛特, L·图森 申请人:霍尼韦尔国际公司