涡轮增压器轴和叶轮组件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本文公开的主题总体设及内燃发动机的满轮机械，并且更具体地设及满轮增压 器。
【背景技术】
[0002] 满轮增压器经常被用于增加内燃发动机的输出。满轮增压器可包括满轮机叶轮， 所述叶轮被焊接到轴上W形成轴和叶轮组件（SWA)。SWA可由一个或多个轴承可旋转地支 撑从而W高转速旋转。本文描述的技巧、技术等的各种示例设及满轮增压器轴和叶轮组件。
【附图说明】
[0003] 结合在附图中示出的示例参考下面的详细描述，可获得对本文描述的各种方法、 设备、组件、系统、布置等W及其等同方式的更完整的理解，在附图中： 图1是满轮增压器和内燃发动机W及控制器的示例的简图； 图2是满轮增压器的示例的简图和该满轮增压器的一部分的横截面图； 图3是轴和满轮机叶轮组件（SWA)的示例的简图； 图4是组件的示例的简图； 图5是焊接情形的示例的简图； 图6是单元的焊缝的一系列简图； 图7是单元的横截面视图的简图； 图8是方法的示例的简图；W及 图9是传感器和传感器信息的示例的表和简图； 图10是部件的示例的简图；W及 图11是部件的示例的简图。
【具体实施方式】
[0004] 满轮增压器经常被用于增加内燃发动机的输出。参照图1，作为示例，系统100可 包括内燃发动机110和满轮增压器120。如在图1中所示，系统100可W是车辆101的一部 分，其中系统100被设置在发动机舱中并被连接到废气导管103,废气导管103引导废气到 废气出口 109,废气出口 109例如定位在乘客舱105后面。在图1的示例中，可提供处理单 元107W处理废气(例如，通过分子的催化转换等减少排放物)。
[0005] 如在图1中所示，内燃发动机110包括发动机缸体118,其容纳一个或多个燃烧室， 该燃烧室在使用中驱动轴112(例如，通过活塞);W及进气端口114,其提供了空气到发动机 缸体118的流动路径；和排气端口116,其给来自发动机缸体118的废气提供了流动路径。
[0006] 满轮增压器120可用于从废气中提取能量并提供能量给进气空气，该空气可与燃 料混合来形成燃烧气体。如在图1中所示，满轮增压器120包括空气入口 134、轴122、用 于压缩机叶轮125的压缩机壳体组件124、用于满轮机叶轮127的满轮机壳体组件126、另 一壳体组件128和废气出口 136。壳体128可被称为中间壳体组件，因为其被设置在压缩 机壳体组件124和满轮机壳体组件126之间。轴122可W是包括各种不同部件的轴组件。 轴122可由设置在壳体组件128内（例如，在由一个或多个孔壁限定的圆孔内）的轴承系统 (例如，轴颈轴承、滚子轴承等)可旋转地支撑，使得，满轮机叶轮127的旋转引起压缩机叶轮 125的旋转(例如，由于通过轴122可旋转地联接)。作为示例，中间壳体旋转组件（CHRA)可 包括压缩机叶轮125,满轮机叶轮127,轴122,壳体组件128和各种其它的部件(例如，设置 在压缩机叶轮125和壳体组件128之间的轴向位置处的压缩机侧板)。
[0007] 在图1的示例中，可变几何形状组件129被示出为部分地被设置在壳体组件128 和壳体组件126之间。运种可变几何形状组件可包括定子叶片或其它部件来改变通道的几 何形状，该通道通向满轮机壳体组件126内的满轮机叶轮空间。作为示例，可变几何形状压 缩机组件可被提供。
[0008] 在图1的示例中，废气口阀（或简称为废气口）135被定位成紧邻满轮机壳体组件 126的废气入口。废气口阀135可被控制W允许来自排气端口 116的至少一些废气绕过满 轮机叶轮127。各种不同的废气口、废气口部件等可被应用到传统的固定喷嘴满轮机、固定 定子叶片喷嘴满轮机、可变喷嘴满轮机、双满旋满轮增压器等。作为示例，废气口可W是内 废气口 (例如，至少部分地位于满轮机壳体内）。作为示例，废气口可W是外废气口 (例如，操 作地联接到与满轮机壳体流体连通的导管)。
[0009] 在图1的示例中，废气再循环（EGR)导管115也被示出，其可被任选地设置有一个 或多个阀117,例如，W允许废气流到在压缩机叶轮125上游的位置。
[0010] 图1还示出了示例布置150用于使废气流到废气满轮机壳体组件152和另一示例 布置170用于使废气流到废气满轮机壳体组件172。在布置150中，气缸盖154包括在其内 的通道156,用于将来自气缸的废气引导向满轮机壳体组件152,而在布置170中，歧管176 用于实现满轮机壳体组件172的安装，例如，没有任何单独的、中间长度的废气管道系统。 在示例布置150和170中，满轮机壳体组件152和172可被构造成与废气口、可变几何形状 组件等一起使用。
[0011] 在图1中，控制器190的示例被示出为包括一个或多个处理器192、存储器194和 一个或多个接口 196。运种控制器可包括电路系统，例如发动机控制单元（ECU)的电路系 统。如本文所描述，可联合控制器任选地实施各种方法或技艺，例如，通过控制逻辑。控制 逻辑可依赖于一个或多个发动机操作条件(例如，满轮增压器rpm、发动机rpm、溫度、载荷、 润滑剂、冷却等)。例如，传感器可通过一个或多个接口 196传输信息到控制器190。控制 逻辑可依赖于运些信息，并且进而控制器190可输出控制信号W控制发动机操作。控制器 190可被构造成控制润滑剂流、溫度、可变几何形状组件(例如，可变几何形状压缩机或满轮 机)、废气口（例如，通过致动器)、电动马达、或与发动机相关联的一个或多个其它部件、一 个或多个满轮增压器、等。作为示例，满轮增压器120可包括一个或多个致动器和/或一个 或多个传感器198,传感器198可例如被联接到控制器190的一个或多个接口 196。作为示 例，废气口 135可由控制器控制，该控制器包括响应于电信号、压力信号等的致动器。作为 示例，用于废气口的致动器可W是机械致动器，例如，其可无需电能而操作(例如，考虑被构 造成响应于通过导管供应的压力信号的机械致动器)。
[0012] 图2示出了满轮增压器200的示例，满轮增压器200包括压缩机壳体224、满轮机 壳体226和中间壳体228。在满轮增压器200的一部分的横截面视图中，轴和满轮机叶轮组 件（SWA) 220被示出为包括轴222和满轮机叶轮227,它们已经被焊接W形成一个单元(例 如，SWA单元)。在图2的示例中，中间壳体228包括通孔，该通孔接收轴承组件230,轴承组 件230可旋转地支撑SWA220。在图2的示例中，轴承组件230包括外座圈、内座圈和设置 在外座圈和内座圈之间的滚子(例如，球）；注意到，满轮增压器可包括一个或多个其它类型 的轴承/轴承组件(例如，考虑轴颈轴承等)。在图2的示例中，中间壳体228包括润滑剂通 道，该通道可将润滑剂引导到轴承组件230,例如，W润滑滚子，并且将润滑剂引导到中间壳 体228内的表面，例如，W形成润滑剂膜(例如，挤压膜等)。
[0013] 在图2的示例中，SWA220包括环形凹部，该凹部中安置有密封元件，例如，活塞环 (例如，或者多个活塞环)。运些特征可与中间壳体228的圆孔表面对准并且用于阻止废气 从满轮机壳体226流到中间壳体228的腔W及润滑剂从中间壳体228的所述腔流到满轮机 壳体226。
[0014] 如提及的，轴可通过焊接被连接到满轮机叶轮。作为示例，连接过程可用来最小化 初始失衡(例如，扭曲）和平衡迁移(例如，非对称残余应力)。
[0015] 作为示例，系统可包括一个或多个单元，所述单元可发射激光束，其中所述束中的 每一个带有的能量足W形成轴和满轮机叶轮之间的焊缝。作为示例，考虑可发射两个或更 多个激光束的系统，运些束可相对于圆柱形工件被对称地定向，使得可例如W同步的方式 完成点焊固定或焊接。在运个示例中，该系统可用于最小化由一个或多个焊接点的后拉引 起的扭曲。
[0016] 由于压缩机叶轮、轴和满轮机叶轮的操作环境不同，所W运些部件的构成材料和 构造方式也可不同。例如，废气溫度对于柴油发动机来说可超过500摄氏度且对于汽油发 动机来说可超过1000摄氏度，由此要求高溫材料用于满轮机叶轮构造。另外，虽然轴可由 在车床等上被旋转的耐中等溫度的金属或金属合金制造，但满轮机叶轮可用耐高溫陶瓷、 金属或金属合金铸造(例如，考虑奥氏体儀-铭基超级合金，其市场品牌是INCONEL?,特种 金属公司，亨廷顿，西弗吉尼亚)。
[0017] INCONEL?合金主要是儀，其次是铭。例如，INC0NEL?625是约60%的儀，约20%的 铭，约8%的钢，约5%的铁且剩下是其它金属。INCO肥L?合金的焊接会出现许多问题，例如 开裂和在热影响区中合金元素的显微结构隔离。
[0018] 作为示例，满轮增压器SWA可包括由第一材料制成的轴部和由第二不同材料制成 的满轮机叶轮部。在运个示例中，焊接设及用两个不同的材料形成焊缝。作为示例，在焊接 前在连接处包括填料材料的情况下，可存在另一种材料。
[0019] 基于束的焊接引起焊池的形成，之后焊池凝固。各种的因素可影响焊缝特征。作 为示例，与不相似的合金的连接处(例如，连接处界面)相关的因素可影响开裂。作为另一示 例，与束相关的因素(例如，连续的相对于脉冲的）可影响开裂。
[0020] 基于束的焊接可产生等离子体团，其包括离子化的金属蒸气。等离子体团的动态 可例如存在于反冲压力可被施加在焊池上(例如，其可用来使焊池平坦或W其它方式成形） 的情况下。作为示例，等离子体团强度的增加也可用来增加飞瓣喷射。
[0021] 作为示例，系统可包括装备W测量等离子体团的一个或多个特征(例如，大小、高 度、化学组成等)。作为示例，系统可包括装备W将一个或多个等离子特征与一个或多个焊 接参数相关，例如，W至少部分地基于等离子体团分析来控制焊接。
[0022] 作为示例，系统可采用钥匙孔焊接。钥匙孔焊接可采用具有足够能量的束W穿入 材料，例如，W形成填满离子化金属蒸气的腔。钥匙孔焊接系统可实施激光单元，该激光单 元能产生具有超过约100,000W/mm2 (例如，约1〇5w/mm2)的功率密度的束。运种水平的功 率密度可烙化且部分地汽化工件材料(例如，或者多个材料)。所产生的蒸气的压力可移走 烙融的材料，从而形成腔(例如，钥匙孔)。在腔内，激光福射的吸收率可因该腔内的多重反 射而增加。例如，在束打到该腔的壁上