排气涡轮增压器的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及用于增压燃烧发动机的排气涡轮增压器的领域。
[0002]其涉及一种具有涡轮叶轮和压缩机叶轮的排气涡轮增压器，涡轮叶轮和压缩机叶轮通过轴而彼此连接在一起，其中在压缩机叶轮和涡轮叶轮之间提供用于在压缩机叶轮爆裂的情况下使轴及与其连接的涡轮叶轮轴向固定的装置。
【背景技术】
[0003]现今，常规做法是通过利用排气涡轮增压器提高燃烧发动机(内燃机)的功率，排气涡轮增压器具有压缩机，其将用于燃烧过程的空气供给燃烧发动机的燃烧室，并且在燃烧发动机的排气管道中具有排气涡轮。增压内燃机提高燃烧室(气缸)中的空气和燃料的量，结果在燃烧发动机的功率方面获得显著的增加。用于这个目的的排气涡轮增压器通常由转子、壳体部件以及轴承壳体组成，转子包括压缩机叶轮和涡轮叶轮以及轴承，气体通过壳体部件(压缩机壳体、涡轮壳体)而流动。
[0004]在燃烧发动机的满负荷操作中，在排气涡轮增压器中的涡轮叶轮和压缩机叶轮的顶圆直径处获得非常高的圆周速度。排气涡轮增压器的最大可容许的转子速度依赖于叶轮尺寸、几何形状和所使用的材料的强度值。通常，旋转构件会遇到非常高的周向力和因而非常高的材料应力。在某些情况下，材料结构中的缺陷可能导致压缩机叶轮或涡轮叶轮爆裂，有时对于包围旋转构件的壳体部件带来严重的后果。基本地，排气涡轮增压器的封拦概念必须着眼于确保所有碎片都保持在壳体中并且不会对增压器的周围环境产生风险而进行设计。
[0005]在压缩机叶轮由于压缩机叶轮断开而破裂的情况下，在涡轮增压器转子上存在制动转矩的损失，结果现在自由旋转的涡轮加速至过速，并且当其达到自然爆裂的速度时失效。在径向涡轮自然爆裂的情况下，存在两种类型的爆裂之间的差别。
[0006]在毂(hub)爆裂的情况下，整个毂本体，包括涡轮叶片都将破裂成许多的碎片，并且整个涡轮的旋转能量得到瞬时释放。在高动量下向外甩出的碎片对周围壳体部件造成相当大的损伤，并且在最坏的情况下甚至可穿透它们，并从而对涡轮增压器的周围环境造成风险。
[0007]另一方面，涡轮可按照这样一种方式进行设计，使其由于叶片的爆裂而失效。在这种情形下，涡轮叶片在连接毂本体的根部区域中失效，而涡轮叶轮的叶轮毂保持完好，继续旋转，并且只是通过周围壳体部件上的摩擦而减速。因为，在叶片爆裂的情况下，第一瞬间发生的全部事情是涡轮叶片与叶轮毂分离，叶片最初只会考虑动能被释放至周围环境。随着涡轮减速，剩余旋转能量，即毂的旋转能量通过提到的摩擦而释放至壳体。
[0008]当径向涡轮的叶片在其自然爆裂速度下爆裂时，通常难以在叶片脱落之后，在非爆裂的毂本体中保持残余能量。这里重要的是使轴在轴向方向上固定，并且不能在轴向方向上逃脱涡轮增压器壳体并进入气体出口管线中。涡轮的气体出口管线中的自由旋转构件是不需要的，因为其不受控制，并且可能对排气管线造成损伤。
[0009]EP1353041A1公开一种排气涡轮增压器，其中在连接涡轮叶轮的轴上设置用于轴向固定轴及与其连接的涡轮叶轮的装置。在压缩机叶轮爆裂的情况下，固定装置防止轴及与其连接的涡轮叶轮在涡轮的方向上的轴向运动。例如，固定装置是一种卡扣环，其设置在轴的槽中，在安装时与壳体部件一起形成用于轴的轴向止挡件。
[0010]然而，用于轴向固定轴和与其连接的涡轮叶轮的额外部件需要增加装配工作。在卡扣环的情况下，这另外是非常难以自动化的，并且必须手动地执行。
[0011]DE102008056058A1和DE102008056059A1公开涉及涡轮增压器轴上的压缩机叶轮的接头，其中在各种情况下，在压缩机叶轮和轴之间提供旋拧到轴上的构件，所述构件可以在压缩机叶轮故障的情况下防止轴和与其连接的涡轮-叶轮毂本体在涡轮的方向上的逃脱。在安装好的状态下，构件通过螺纹连接在轴上，并通过轴向止挡件而夹紧在轴上。
【发明内容】
[0012]本发明的根本目的是提供具有固定装置的排气涡轮增压器的轴，固定装置在压缩机叶轮故障的情况下可防止轴和其固定的涡轮-叶轮毂本体在涡轮的方向上逃脱，并且借助固定装置可以简单的方式安装和除去轴和涡轮叶轮。
[0013]排气涡轮增压器包括涡轮和压缩机，涡轮具有涡轮叶轮，并且压缩机具有压缩机叶轮。涡轮叶轮和压缩机叶轮通过轴彼此连接在一起，轴可旋转地安装在轴承壳体中。轴承优选设置在涡轮叶轮和压缩机叶轮之间。在压缩机叶轮和涡轮叶轮之间提供用于轴向固定轴和与其连接的涡轮叶轮的装置，其中在压缩机叶轮爆裂的情况下，这种用于轴向固定的装置限制或防止轴和与其连接的涡轮叶轮在涡轮的方向上的轴向运动。
[0014]根据本发明，用于轴向固定轴和与其连接的涡轮叶轮的装置包括一种构件，其连接在轴或安装在轴上，并在其朝着涡轮侧的轴向方向的运动自由度上受到壳体上的轴向止挡件的限制。根据本发明，这种用于轴向固定的构件在安装期间旋拧到轴上。出于这个目的，所述构件设有内螺纹。与此匹配的是，轴具有相对应的外螺纹，其可使构件旋拧到轴上。在这种设计中，构件内螺纹的最小的内径小于轴的外螺纹的最大外径。
[0015]根据本发明，轴上的外螺纹具有位于涡轮端处的底切，容许构件在安装到轴上时，在轴向方向上旋拧到外螺纹之外，直至其在安装好的状态下处于无螺纹的底切中。然后在压缩机叶轮和轴上的轴向止挡件之间通过将压缩机叶轮旋拧到外螺纹上，从而将构件夹紧到轴上。因此在安装好的状态下防止当夹紧在压缩机叶轮和轴向止挡件之间时卡住在螺纹区域中。然而，如果压缩机叶轮在爆裂的情况下从螺纹中释放出来，那么构件上的螺纹结合轴上的螺纹与轴承壳体部件一起防止轴和与其连接的涡轮叶轮在涡轮的方向上的轴向运动。
[0016]作为一个选项，用于轴向固定轴和与其连接的涡轮叶轮的构件可为密封环。这具有优点，即不需要其它部件轴向固定轴和与其连接的涡轮叶轮，并因而可能减少装配工作或提高自动化。
[0017]进一步的优点将从相关的权利要求中变得清晰。
【附图说明】
[0018]下面通过示意图详细地描述和解释根据本发明的密封盘和相关联的用于排气涡轮增压器的轴的实施例。在各种图中具有相同作用的元件设有相同的参考标号。图中:
图1显示根据现有技术的排气涡轮增压器的示意性的纵切面，其具有可旋转地安装在壳体中的轴和连接在所述轴上的涡轮叶轮，并且具有安装在轴上的压缩机叶轮，
图2显示根据本发明用于轴向固定轴和与其连接的涡轮叶轮的装置的说明性实施例的侧视图，其具有密封盘，密封盘设有螺纹，并且在安装好的状态下安装于底切中。
【具体实施方式】
[0019]图1显示根据现有技术的排气涡轮增压器，其具有径向压缩机和径向涡轮。径向涡轮包括涡轮叶轮，其具有毂本体4和固定在毂本体上的转子叶片3。涡轮叶轮固定在轴I上，或与轴I实现为整体，轴I可旋转地安装在轴承壳体9的径向