涡轮增压器轴和叶轮组件的制作方法

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(SWAXSWA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是图示了有限的倾斜的图4的组件的一部分的简图； 图6是图示了间隙和接触的图4的组件的一部分的简图； 图7是图示了一个焊接束的图4的组件的一部分的简图； 图8是图示了多个焊接束的图4的组件的一部分的简图； 图9是施力器组件的示例的简图； 图10是旋转机件的示例的一系列视图； 图11是控制器的示例的简图； 图12是方法的示例的简图； 图13是系统的不例的简图； 图14是系统的不例的简图； 图15是焊接情形的示例的简图； 图16是方法的示例的简图； 图17是方法的示例的简图； 图18是传感器和传感器信息的示例的表和简图； 图19是方法的示例的简图； 图20是图形用户界面化UI)的不例和显不设备和/或显不系统的不例的简图； 图21是方法的示例的简图；W及 图22是方法的示例的简图。
【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I，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）。
[000引如在图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）。
[001引在图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，所述单元可发射一个或多个束，其中所述 一个或多个束带有的能量足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，该系统可用来最小化由第一焊接点的后拉引起的 扭曲（例如，如可能在单束焊接方法中出现的）。
[0016] 作为示例，系统可包括激光单元，其可发射激光束。在运个示例中，该系统内可包 括光学器件W引导该激光束。作为示例，光学器件可包括分束器，使得可由单个束产生多个 激光束。在运样的示例中，所产生的束可在它们的能量方面基本上是一样的。作为示例，系 统可包括气体传输子系统，例如，W传输惰性气体，该惰性气体可用来形成对一个或多个焊 接部位的保护。作为示例，系统可包括一个或多个气体喷射流，例如，考虑清洁喷射流，该清 洁喷射流可发射常压等离子体或二氧化碳(例如，干冰轰击）。作为示例，系统可包括旋转工 具，该旋转工具可被定位W对准一个或多个工件。作为示例，系统可包括选项W从多束切换 到单束，例如，W允许点焊焊接(例如，W更低的功率W及用更高功率的更完全的穿透）。
[0017] 作为示例，系统可包括焊接室。焊接室可W是一个或多个工件可被至少部分地定 位W进行焊接的区域。作为示例，系统可包括定位工具W定位一个或多个工件。作为示例， 工具可被构造成旋转一个或多个工件，例如，W所选的速度旋转同时通过一个或多个束进 行焊接。在运个示例中，该一个或多个束可W是固定的和/或可调节的（例如，通过光学器 件、定位设备等）。作为示例，焊接光学器件可被构造成在焊接期间是静止不动的并且仍可 移动W与一个或多个工件对准。
[0018] 作为示例，系统可包括激光单元，该激光单元被操作地联接到光纤，W将一个或多 个束传输到焊接光学器件(例如，纤维、盘等）。如所提及的，分束器可被采用W将一个激光 束分成两个单独的激光束，使得运两个单独的激光束被"同步"，就像是母束的女儿。作为示 例，控制器可被操作地联接到装备，W调节一个或多个束的一个或多个参数。
[0019] 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，但满轮机叶轮通常用耐高溫陶瓷、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）。
[0020] INCO肥L ?合金主要是儀，其次是铭。例如，INCO肥L ? 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。
[0021] 作为示例，材料可包括钢。作为示例，在加热运种材料之后，钢就形成氧化物，例 如，S氧化钢(Mo〇3)dS氧化钢可具有约795摄氏度(例如，约1463华氏度）的烙点。作为示 例，诸如AISI 4140的合金可具有约1416摄氏度(例如，约2580华氏度）的烙点。在焊接过程 期间，一些量的钢氧化物可形成，运些氧化物具有的烙点低于大块材料的烙点。在运个示例 中，在冷却之后，钢氧化物的一个或多个区域可比周围材料保持在烙融(例如，液体)状态更 长时间。在运个示例中，在焊接过程中形成的钢氧化物的量可能是极小的。作为示例