廢氣渦輪增壓器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分，本發(fā)明涉及一種具有渦輪的廢氣渦輪增壓器，所述渦輪經(jīng)由軸利用旋轉(zhuǎn)固定地連接至壓縮機(jī)輪，渦輪具有轂、盤(pán)狀輪背襯和多個(gè)葉片，該多個(gè)葉片從轂徑向延伸，并從輪背襯軸向延伸。
【背景技術(shù)】
[0002]在汽車(chē)扇形齒輪中，該逐漸減小的術(shù)語(yǔ)用于降低內(nèi)燃機(jī)的損耗。在此方面，內(nèi)燃機(jī)的掃過(guò)體積得到降低，并且另外進(jìn)行利用超增壓裝置，例如廢氣渦輪增壓器，以實(shí)現(xiàn)所需功率?？紤]到降低的節(jié)流損失和摩擦損失，由此能改善內(nèi)燃機(jī)的效率。然而，廢氣渦輪增壓器呈現(xiàn)出相對(duì)差的響應(yīng)行為，特別是在內(nèi)燃機(jī)的低旋轉(zhuǎn)速度的情況下，這通常被稱(chēng)作渦輪遲滯。在低功率的事件中，例如在低旋轉(zhuǎn)速度的事件中，或者在空轉(zhuǎn)期間，廢氣蒸汽中沒(méi)有足以使渦輪增壓器提升至足夠的旋轉(zhuǎn)速度的能量，因此增壓太低。在內(nèi)燃機(jī)要求的功率增大之后，廢氣渦輪增壓器為達(dá)到所需功率需要的轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，定義為渦輪遲滯。具體地，在內(nèi)燃機(jī)降速時(shí)，其中廢氣渦輪增壓器所實(shí)現(xiàn)的功率大幅增大，渦輪遲滯得到特別聲明，因?yàn)樾枰鄬?duì)較大的渦輪增壓器，這反過(guò)來(lái)需要更多的能量來(lái)實(shí)現(xiàn)適宜的旋轉(zhuǎn)速度。為此原因，必須減少渦輪增壓器的慣性矩，由此可改善廢氣渦輪增壓器的響應(yīng)行為。
[0003]作為例示，這可通過(guò)使用輕質(zhì)的高強(qiáng)度材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。因?yàn)樵谂艢夤苤兄辽購(gòu)U氣渦輪增壓器的渦輪暴露在非常高的溫度下，可用的輕質(zhì)材料的選擇受限。一種可能性在于所謂的鈦鋁化物合金，這些合金是有溫度耐性的，并具有高的特定強(qiáng)度。然而，這種類(lèi)型的鈦鋁化物化合物通過(guò)高溫、離心力以及蠕變的作用在渦輪上顯示出可逆的塑性變形。這也可在渦輪中產(chǎn)生不平衡，同時(shí)降低渦輪的使用壽命。
[0004]此外，渦輪的慣性矩可通過(guò)幾何形狀的目標(biāo)調(diào)整來(lái)改善，例如通過(guò)使渦輪呈扇形來(lái)改善。在此情況下，減少了葉片之間的輪背襯，減輕了遠(yuǎn)離軸線(xiàn)的渦輪區(qū)域中的重量，由此減少了慣性矩。然而，這具有廢氣可從渦輪葉片后面流動(dòng)穿過(guò)，因此降低渦輪的效率。由此降低廢氣渦輪增壓器的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明基于為廢氣渦輪增壓器，特別是為廢氣渦輪增壓器的渦輪提供改善的實(shí)施方式，或者至少提供另一種實(shí)施方式的目的，該實(shí)施方式特別區(qū)別于以下事實(shí):慣性矩得到改善，且使用壽命得到延長(zhǎng)，而不會(huì)因此損失效率。
[0006]通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的目的。有利的實(shí)施方式是從屬權(quán)利要求的主題。
[0007]本發(fā)明基于以下總體思想:以渦輪的輪背襯中的分量應(yīng)力減小，導(dǎo)致渦輪使用期間塑性變形減小，由此渦輪上的不平衡減輕的方式，設(shè)計(jì)由鈦鋁化物制成的渦輪。這通過(guò)利用渦輪的輪背襯具有至少一個(gè)軸向厚度減小的削減區(qū)域(cut-out reg1n)實(shí)現(xiàn)。該削減區(qū)域特別徑向地位于輪背襯外，使得由此首先降低慣性矩，其次輪背襯上削減的材料不會(huì)產(chǎn)生任何離心力，這將必須由輪背襯的材料保持，因此將在材料中產(chǎn)生應(yīng)力。由此，能將同時(shí)減小將導(dǎo)致不平衡的輪背襯中的慣性矩和應(yīng)力。由此改善廢氣渦輪增壓器的響應(yīng)行為。此夕卜，減少噪音的產(chǎn)生，并且是廢氣渦輪增壓器的軸承系統(tǒng)的使用壽命延長(zhǎng)。
[0008]—種有利的可能性提供至少一個(gè)削減區(qū)域由輪背襯上的肩部形成，所述肩部使至少一個(gè)削減區(qū)域與輪背襯的其余部分分隔開(kāi)。因此，輪背襯的其余部分的軸向厚度大于削減區(qū)域。
[0009]優(yōu)選的是，輪背襯的其余部分徑向地位于至少一個(gè)削減區(qū)域中。由此輪背襯的其余部分能承受離心力，該離心力出現(xiàn)但不會(huì)由此產(chǎn)生過(guò)量的慣性矩，此外，外削減區(qū)域防止了不需要的廢氣流動(dòng)，因此不必要接受削減區(qū)域產(chǎn)生的任何效率損失。
[0010]在說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中，肩部應(yīng)理解成是指表面輪廓以臺(tái)階方式中斷。特別地，肩部具有至少一個(gè)，優(yōu)選至少兩個(gè)拐點(diǎn)。作為例示，肩部在表面具有兩個(gè)扭結(jié)，各種情況下它們均可由半徑形成，并在表面產(chǎn)生偏移。
[0011]另一有利的可能性提供，在至少一個(gè)削減區(qū)域的徑向的外區(qū)域中，輪背襯具有小于禍輪直徑的十三分之一，優(yōu)選小于十四分之一，且更優(yōu)選小于十五分之一的軸向厚度。
[0012]特別有利的可能性提供了，至少一個(gè)削減區(qū)域形成在輪背襯的遠(yuǎn)離流向的后側(cè)上。以此方式，至少一個(gè)削減區(qū)域的形成不會(huì)影響渦輪的流動(dòng)性能，因此不會(huì)損害廢氣渦輪增壓器的效率。
[0013]另一特別有利的可能性提供了，肩部以圓形方式，相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)共軸地在輪背襯的后側(cè)上延伸。因此，至少一個(gè)削減區(qū)域可以非常簡(jiǎn)單的方式形成，而不會(huì)產(chǎn)生不平衡。
[0014]—個(gè)有利的方案提供了，至少一個(gè)削減區(qū)域以環(huán)形方式在第一直徑和第二直徑之間延伸，所述第一直徑對(duì)應(yīng)于輪背襯的直徑。由此，在渦輪的輪背襯的外部形成至少一個(gè)削減區(qū)域。在外部可實(shí)現(xiàn)節(jié)約的重量減輕使得對(duì)減小慣性矩特別有利。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)選的方案提供，渦輪具有平衡區(qū)域，這在渦輪的后側(cè)具有大致平面的環(huán)形表面，在該環(huán)形表面處的材料可被去除，以使渦輪平衡。因?yàn)閺U氣渦輪增壓器的渦輪在運(yùn)行期間幾乎達(dá)到了最高旋轉(zhuǎn)速度，如果渦輪可被平衡則它是有利的。
[0016]特別有利的方案提供了，平衡區(qū)域位于第二直徑和第三直徑之間，第一直徑大于第二直徑，且第二直徑大于第三直徑。因此，上述至少一個(gè)削減區(qū)域徑向位于平衡區(qū)域外部，因此在所述削減區(qū)域內(nèi)的厚度降低可對(duì)渦輪的慣性矩具有特別有利的作用。此外，平衡區(qū)域以徑向鄰接的方式位于上述至少一個(gè)削減區(qū)域中。由此，平衡區(qū)域在徑向位于足夠遠(yuǎn)至使得渦輪可通過(guò)去除平衡區(qū)域中的材料而有效地平衡。
[0017]有利的變體提供了至少一個(gè)削減區(qū)域形成在輪背襯的流動(dòng)側(cè)。以此方式，能更彈性地調(diào)整輪背襯的軸向厚度。
[0018]另一有利的變體提供了，所述削減區(qū)域位于葉片之間。所述削減區(qū)域可以特別有利的方式布置在該位置，由此，不會(huì)在為實(shí)現(xiàn)渦輪穩(wěn)定性需要高軸向厚度的區(qū)域削弱輪背襯。
[0019]特別有利的變體提供，肩部在削減區(qū)域和輪背襯的其余部分之間以弧形延伸，所述肩部距離兩個(gè)葉片之間中心旋轉(zhuǎn)的軸線(xiàn)的距離小于緊鄰葉片的區(qū)域的距離。以此方式，至少一個(gè)削減區(qū)域能以有利的方式布置，而對(duì)廢氣流沒(méi)有不利影響。
[0020]—種有利的可能性提供，肩部具有圓弧形式的輪廓。這種肩部的輪廓在幾何學(xué)方面易于制造。
[0021]—種特別有利的可能性提供，渦輪包括鈦鋁化物，特別是yTiAl。鈦鋁化物是輕質(zhì)的耐熱性材料，因此適用于廢氣渦輪增壓器的渦輪。通過(guò)輪背襯的設(shè)計(jì)減小的渦輪內(nèi)的應(yīng)力，特別是輪背襯內(nèi)的減小的應(yīng)力在渦輪由鈦鋁化物制成的情況下具有特別有利的作用。
[0022]本發(fā)明的其它重要特征和優(yōu)點(diǎn)由從屬權(quán)利要求、附圖，以及基于附圖的各個(gè)圖的相關(guān)【附圖說(shuō)明】變得明顯。
[0023]上述特征以及下文將要解釋的特征不僅能以分別列舉的組合使用，還能以其它組合使用，或單獨(dú)使用，而不背離本發(fā)明的范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0024]本發(fā)明的優(yōu)選示例性實(shí)施方式示于以下附圖中，并將在以下說(shuō)明書(shū)中得到更詳細(xì)地解釋?zhuān)嗤母綀D標(biāo)記指代相同的或者相似的組件或功能相同的組件。
[0025]附圖中，均示例性地:
[0026]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的渦輪的側(cè)視圖；
[0027]圖2示出了從上方斜視的圖1中所示渦輪的透視圖，使得渦輪的輪背襯是可見(jiàn)的；
[0028]圖3示出了根據(jù)第二實(shí)施方式的渦輪的側(cè)視圖；
[0029]圖4示出了圖3中所示渦輪的前視圖，渦輪的流動(dòng)側(cè)可見(jiàn)。
【具體實(shí)施方式】
[0030]渦輪增壓器(未示出)包括渦輪10，渦輪經(jīng)由軸12利用旋轉(zhuǎn)固定地連接至壓縮機(jī)輪(未示出)，該壓縮機(jī)輪圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)14可旋轉(zhuǎn)地安裝，并通過(guò)廢氣蒸汽驅(qū)動(dòng)。渦輪10具有轂
16、輪背襯18和多個(gè)葉片20，該葉片在流動(dòng)側(cè)41上從轂16徑向地向外延伸，并從輪背襯18軸向地延伸。因此，葉片20在轂16和輪背襯18轉(zhuǎn)過(guò)的區(qū)域中延伸。在此方面，葉片20以弧形走向，使得來(lái)自廢氣蒸汽的流動(dòng)能量可被轉(zhuǎn)化成由葉片20引起的渦輪10的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由此，渦輪10，由此還有廢氣渦輪增壓器的壓縮機(jī)輪可通過(guò)廢氣蒸汽驅(qū)動(dòng)。在遠(yuǎn)離流動(dòng)的輪背襯18的后側(cè)23上沒(méi)有布置葉片20，因此后側(cè)23具有低的耐流動(dòng)性。
[0031]為了降低渦輪10的慣性矩和渦輪10的輪背襯18中的應(yīng)力，渦輪10的輪背襯18具有削減區(qū)