CN102639841A

CN102639841A - 排气涡轮增压器的轴组件

Info

Publication number: CN102639841A
Application number: CN2010800551979A
Authority: CN
Inventors: G·舒尔茨; M·贝克尔
Original assignee: Borgwarner Emission Systems
Current assignee: Borgwarner Emission Systems
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2010-12-14
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2030-12-14
Also published as: JP6069380B2; CN102639841B; DE102009060056A1; KR101670737B1; JP2013515208A; JP2015108378A; US20130004300A1; JP5695082B2; KR20120103688A; WO2011087662A3; US9470146B2; WO2011087662A2

Abstract

本发明涉及一种排气涡轮增压器（1）的轴组件（1A），该轴组件具有：一个轴（5）；一个涡轮机叶轮（2），该涡轮机叶轮能够被连接到该轴（5）的一端以形成一个转子；一个压缩机叶轮（12），该压缩机叶轮能够被连接到该轴（5）的另一端；一个密封套（14），该密封套可被定位于该轴（5）上，在该压缩机叶轮（12）面向该涡轮机叶轮（2）的那一侧上；以及一个轴螺母（15），该轴螺母可通过一个内螺纹（17）而拧到该轴（5）的一个自由端区域（16）以便固定该压缩机叶轮（12），其中该轴螺母（15）在与该压缩机叶轮（12）相邻的一个部分（19）中具有一个车削凹陷（18），该凹陷邻接该内螺纹（17）并且该凹陷具有大于该内螺纹直径（D1）的一个内径（D2）。

Description

排气涡轮增压器的轴组件

技术领域

本发明涉及根据权利要求1前序部分的一种排气涡轮增压器的轴组件。

背景技术

根据现有技术的所述类型的轴组件具有超静定性（staticoverdeterminacy）的问题，这导致了轴组件中的弯曲应力或约束力。这进而导致了轴组件的令人不希望的弹性减弱，这进而会引起不平衡。另外，在车辆的实际使用中，排气涡轮增压器会经受高的加速度以及高温。这会在压缩机叶轮的螺钉连接中出现极端的力，其结果是可能会出现回溯的稳定（retroactive settling）。

由于上述过程，转子或轴组件的不平衡状态进而被改变，这会引起车辆中令人不希望的噪音。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种根据权利要求1的前序部分的排气后处理系统的轴组件，该轴组件允许降低在运行过程中出现的不平衡以及相伴的烦人的噪音。

所述目的是通过权利要求1的这些特征来实现的。

由于该轴螺母具有车削凹陷，所以增加了该轴组件的延展长度，仅凭此项就为达到引言中所陈述的目的做出了重要的贡献。

多项从属权利要求涉及本发明的多个有利改进。

在一个特别优选的实施方案中，该轴螺母具有一个壳体区域，该壳体区域通过增大的外径提供了与压缩机叶轮的扩大的接触表面，这就允许了减小的接触压力并且实现了更大的预加载力。

通过密封套的通道凹陷中的多个车削凹陷，使得密封套有可能围绕其自身重心稍微倾斜并且均匀地休止在两侧上。这产生的优点是在螺纹连接中的最大的可能的接触表面以及因此而减小的接触压力。由于这种定中心的中心位置或者由于这些车削凹陷或内部区域之间的中央区域在内径上被增大，就使得密封套对于可能的不平衡的影响保持不变。

同样优选的是压缩机叶轮被设计为在轴向上尽可能的短，即压缩机叶轮轴向地伸出叶片引导边缘的那个部分被设计为尽可能的短。

尤其是在使用铝合金作为压缩机叶轮的材料时，应考虑到铝的热膨胀系数（约为2.33）是钢的两倍。以此方式，就可以相对于已知的压缩机叶轮通过缩短压缩机叶轮来减小轴组件的应力。

该轴或由轴以及涡轮机叶轮构成的该转子优选地配备有两个收腰的部分，它们导致了该轴的良好的挠性。轴组件的多个部件的热膨胀也能够得以补偿，这会避免塑化以及因此而导致的不平衡状态变化。

只要压缩机叶轮在该支撑区域上、处于其具有最小孔口扩散的点处，压缩机叶轮就能够仍然以最好的可能的方式来定中心。

附图说明

从以下基于附图的多个示例性实施方案的说明中将显现出本发明的进一步的细节、优点和特征，在附图中：

图1示出根据本发明的一种排气涡轮增压器的透视截面图；

图2示出根据本发明的轴组件的一个侧视图；

图3A示出根据本发明的轴组件的轴螺母的一个透视示意图；

图3B示出根据图3A的轴螺母的一个截面示意图；

图4示出根据本发明的轴组件的压缩机叶轮一个侧视图；

图5示出根据本发明的轴组件的密封套的一个截面示意图；以及

图6示出根据本发明的轴组件的转子的一个侧视图。

具体实施方式

图1的透视截面图示出了一个排气涡轮增压器1，其具有一个涡轮机壳体39，一个轴承壳体4以及一个具有压缩机螺旋管13的压缩机壳体10。

安排在轴承壳体4内部的是一个轴5，在其涡轮机侧的末端上紧固有一个涡轮机叶轮2，并且在其相反的末端上紧固有在压缩机壳体10的壳体内部空间11中的一个压缩机叶轮12。具有紧固到其上的涡轮机叶轮2和压缩机叶轮12的这个轴5形成了排气涡轮增压器的一个转子，该轴通过两个浮动套筒轴承6、7支撑在轴承壳体4中，而这些浮动套筒轴承通过形成在轴承壳体4中的两条供油管线8、9而被供给以润滑剂。

图2示出根据本发明的排气涡轮增压器1的轴组件1A的一个侧视图，其中涡轮机叶轮2被紧固到轴5的涡轮机侧的末端上并且压缩机叶轮12被紧固到轴5的另一个末端上。在此，为了对压缩机叶轮12进行紧固，一个挡盘37、一个密封套14以及这个压缩机叶轮12被推到或附接到轴5的自由端区域16上远及该轴的具有大于轴5的自由端区域16的直径的区域38。压缩机叶轮12、密封套14以及挡盘37通过一个轴螺母15而固定到该转子上。在此，在轴5的末端区域16上还提供了多个收腰的部分33、34以及多个支撑区域35、36（见图5）。

如图3A透视示意图中可见，该轴螺母15在一个第一壳体区域24上具有一个面向压缩机叶轮12的端侧接触表面21。由于这个大的接触表面21而在轴螺母与压缩机叶轮12之间获得了一种减小的接触压力或更大的预加载力。如图3B的截面示意图可见，轴螺母15具有一个部分19，该部分被分成一个直径为D3的第一区域24和一个直径为D4的第二区域22。区域22与一个直径为D5的第三区域23相邻接。在此，直径D3大于直径D4，而直径D4又按顺序大于直径D5。轴螺母15在邻接压缩机叶轮12的部分19上具有一个车削凹陷18，该车削凹陷邻接内螺纹17并且它具有大于内螺纹直径D1的内径D2，内径D2在第一区域24内延伸远至部分地进入第二区域22。相比之下，内螺纹17在第三区域23内延伸远至部分地进入第二区域22。轴螺母15中的车削凹陷18导致了缩短的内螺纹17进入外螺纹5的接合长度，并因此增加了轴螺母15的延展长度。

图4的透视展示示出了压缩机叶轮12，其结构长度是由比常规的压缩机叶轮缩短的毂件而形成。在此，毂件起始平面轴向地伸出叶片引导边缘的平面大约仅一个叶片根部倒圆的距离。压缩机叶轮12的短的结构长度导致在加热情况下该部件的较小的膨胀长度。为了进一步减小轴组件中的应力，根据本发明的轴组件的压缩机叶轮12优选地由铝合金制成，因为其热膨胀系数是钢的两倍。

如图5中的密封套14的截面示意图的细节所示，密封套14具有一个套筒壳体25，该套筒壳体具有一个通道凹陷26。该通道凹陷26具有两个端部区域27、28，它们的内径D6、D7大于安排在这两个端部区域27、28之间的该通道凹陷26的一个中央区域29的内径D8。在此，密封套14的中央区域29的长度L3优选地大于这两个端部区域27、28的长度L1、L2，而这两个长度优选地相等。还如图5中所见，在这两个端部区域27、28与中央区域29之间在各自情况下提供了一个在直径上连续增加的一个过渡区30和31。由于通过车削凹陷而相比于中央区域29增大的内径D6和D7，密封套14可以对于其重心而在轴5上倾斜，并因此均匀地休止而没有弯曲应力作用于两侧。

图6的侧视图示出了根据本发明的轴组件1A的转子。如图6所示，如从涡轮机叶轮2的方向上看，轴5在此带有一个具有连续恒定直径的轴区域38，该轴区域38邻近一个用于压缩机叶轮12的轴承区域32。轴承区域32具有两个外径分别为A1和A2的收腰的部分33和34，并且具有两个外径分别为A3和A4的支撑区域35和36，该支撑区域35和36邻接于这些收腰的部分33、34或被安排为与其相邻。在此，压缩机叶轮12被定中心在支撑区域35和36上，而收腰的部分33和34相当地增大了轴5的弹性和热膨胀或挠性，因此轴组件的多个部件的热膨胀得到了更好地补偿。

除本发明的以上书面披露之外，为了补充本披露，特此明确地参考在图1至图6中对本发明的概略图解。

参考符号清单

1 排气涡轮增压器

1A 轴组件

2 涡轮机叶轮

3 压缩机

4 轴承壳体

5 轴

6、7 浮动套筒轴承

8、9 供油管线

10 压缩机壳体

11 壳体内部空间

12 压缩机叶轮

13 压缩机螺旋管

14 密封套

15 轴螺母

16 轴的自由端区域

17 内螺纹

18 车削凹陷

19 部分

20 过渡区

21 接触表面

22、23、24 区域

25 套筒壳体

26 通道凹陷

27、28 通道凹陷的末端区域

29 中央区域

30、31 过渡区

32 轴承区域

33、34 收腰的部分

35、36 支撑区域

37 挡盘

38 轴区域

39 涡轮机壳体

40 毂件的起始平面

41 叶片引导边缘平面

R 叶片根部倒圆

Claims

1.一种排气涡轮增压器（1）的轴组件（1A）,

具有一个轴（5）,

具有一个涡轮机叶轮（2），该涡轮机叶轮能够被连接到该轴（5）的一端以形成一个转子,

具有一个压缩机叶轮（12），该压缩机叶轮能够被连接到该轴（5）的另一端,

具有一个密封套（14），该密封套可被定位于该轴（5）上，在该压缩机叶轮（12）面向该涡轮机叶轮（2）的那一侧上，

具有一个轴螺母（15），该轴螺母可通过一个内螺纹（17）而拧到该轴（5）的一个自由端区域（16）以便固定该压缩机叶轮（12），其中，

该轴螺母（15）在与该压缩机叶轮（12）相邻的一个部分（19）中具有一个车削凹陷（18），该凹陷邻接该内螺纹（17）并且该凹陷具有大于该内螺纹直径（D1）的一个内径（D2）。

2.如权利要求1所述的轴组件（1A），其中该车削凹陷（18）通过具有连续增加的直径的一个过渡区（20）与该内螺纹（17）邻接。

3.如权利要求1或2所述的轴组件（1A），其中该轴螺母（15）的与该压缩机叶轮（12）相邻的那个部分（19）带有一个具有连接表面（21）的区域（24），该连接表面的外径（D3）大于邻接区域（22、23）的外径（D4、D5）。

4.如权利要求1至3之一所述的轴组件（1A），其中该密封套（14）具有一个套筒壳体（25），该套筒壳体具有一个通道凹陷（26），该通道凹陷具有两个端部区域（27、28），这些端部区域的内径（D6、D7）大于安排在这些端部区域（27、28）之间的一个中央区域（29）的内径（D8）。

5.如权利要求4所述的轴组件（1A），其中这些端部区域（27、28）的长度（L1、L2）是相等的。

6.如权利要求5所述的轴组件（1A），其中该中央区域（29）的长度（L3）大于这些端部区域（27、28）的长度（L1、L2）。

7.如权利要求4至6之一所述的轴组件（1A），其中在这两个端部区域（27、28）与该中央区域（29）之间在各自情况下提供了一个具有连续增加的直径的过渡区（30和31）。

8.如权利要求1至7之一所述的轴组件（1A），其中该轴（5）具有一个用于该压缩机叶轮（12）的轴承区域（32），该轴承区域从该自由端区域（16）在该涡轮机叶轮（2）的方向上延伸，该轴承区域（32）包括两个收腰的部分（33、34），它们的外径（A1和A2）小于与这些收腰的部分（33、34）相邻接的多个支撑区域（35、36）的外径（A3和A4）。

9.如权利要求1至8之一所述的轴组件（1A），其中该压缩机叶轮（12）是由铝合金构成的。

10.如权利要求1至9之一所述的轴组件（1A），其中一个挡盘（37）被安排在该轴（5）的密封套（14）与一个轴区域（38）之间。

11.如权利要求1至10所述的轴组件（1A），其中该压缩机叶轮（12）的毂件（41）起始平面位于远离该叶轮引导边缘的平面（40）大约一个叶片根部倒圆（R）的距离。