之間的軸38上的壓縮機輪52。壓縮機輪52經(jīng)由特別構(gòu)造的緊固件保持在軸38上，緊固件例如是鎖緊螺母53。如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的，鎖緊螺母53是這種類型的緊固件，其包括縮緊或不相等螺紋節(jié)距的內(nèi)螺紋，以接合配合部件(例如軸38)的外螺紋。鎖緊螺母53的這種螺紋構(gòu)造用于使得在渦輪增壓器36運行期間鎖緊螺母從軸38松開的可能性最小化。另外，鎖緊螺母53上的螺紋的方向可以被選擇為使得在軸38被燃燒后氣體24轉(zhuǎn)動時鎖緊螺母具有緊固的傾向，而不是松開的傾向。
[0046]壓縮機輪52配置為將從周圍環(huán)境接收的氣流32增壓，以用于最后輸送到汽缸14。壓縮機輪52設(shè)置壓縮機覆蓋件54內(nèi)，所述覆蓋件包括壓縮機渦螺或渦道56。壓縮機渦道56接收氣流32且將氣流引導(dǎo)到壓縮機輪52。壓縮機渦道56配置為實現(xiàn)渦輪增壓器36的具體性能特點，例如峰值氣流和效率。因而，通過為渦輪46提供能量的燃燒后的排出氣體24為軸38賦予旋轉(zhuǎn)，且該旋轉(zhuǎn)又由于固定在軸上的壓縮機輪而傳遞到壓縮機輪52。
[0047]旋轉(zhuǎn)組件37被支撐為用于經(jīng)由軸頸軸承58而繞軸線43旋轉(zhuǎn)。在渦輪增壓器36運行期間，旋轉(zhuǎn)組件37通?？梢栽诟哂?00000轉(zhuǎn)每分鐘(RPM)的速度下運行，同時為發(fā)動機10產(chǎn)生提高的壓力。如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的，燃燒后排出氣體24的力和可變的流動影響壓力升高的量，所述升高的壓力可以通過壓縮機輪52在發(fā)動機10的整個運行范圍內(nèi)實現(xiàn)。
[0048]繼續(xù)參考圖2和3，渦輪增壓器36包括廢氣門組件60。廢氣門組件60配置為選擇性地將燃燒后排出氣體24的至少一部分從渦輪46重新引導(dǎo)離開，且由此限制旋轉(zhuǎn)組件37的旋轉(zhuǎn)速度和從周圍環(huán)境接收的氣流32的壓力。廢氣門組件60包括閥62、連接到閥62的可旋轉(zhuǎn)軸64和例如通過銷(未示出)而相對于渦輪殼體48固定的軸襯66。大概從圖3可見，軸襯66繞軸64同中心地設(shè)置，從而軸在軸襯中旋轉(zhuǎn)以由此選擇性地打開和關(guān)閉閥62，以用于控制在渦道50和渦輪殼體出口 67之間的對燃燒后排出氣體24的旁通(未示出)。
[0049]如圖4所示，軸64通過外表面64-1限定，而軸襯66通過內(nèi)表面66-1限定。在廢氣門閥組件60運行時外表面64-1接觸內(nèi)表面66-1且相對于該內(nèi)表面旋轉(zhuǎn)。外表面64-1包括陶瓷的涂層68。讓材料硬度超過通常的硬化鋼的原則來選擇陶瓷的涂層68。另外，針對在高溫下的耐磨性來選擇陶瓷的涂層68，這種高溫很可能在運行期間被渦輪增壓器36所遇到。涂層68可以覆蓋全部外表面64-1或設(shè)置在軸64和軸襯66之間的具有最高單位載荷(specific loading)(即壓力)的預(yù)定位置70處。軸64和軸襯66之間的具有最高單位載荷的位置70可以經(jīng)由分析工具識別，例如有限元分析(FEA)，和/或在渦輪增壓器36的測試和開發(fā)期間按照經(jīng)驗確定。
[0050]涂層可以具有特定厚度，例如在0.3-30 μ m的范圍，其可以被更精確地控制在2-5 μπι的范圍，且用具有陶瓷襯底(ceramic base)的材料構(gòu)成。因而，涂層68可以具有基本上同質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)，即并不是具有小部分共同雜質(zhì)，而主要包括陶瓷基材料。替換地，涂層68可以具有基質(zhì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(matrix composite structure)，其有目的地并入陶瓷-陶瓷或陶瓷和非陶瓷材料。涂層68的這種基質(zhì)結(jié)構(gòu)例如可以是碳化硅、氮化硅、碳化鉻、氧化誥、碳-碳或金屬-陶瓷復(fù)合物。
[0051]軸襯66的內(nèi)表面66-1可以類似地包括陶瓷的涂層68，以進一步降低軸64和軸襯66之間的磨損。類似于軸64的外表面64-1上那樣，內(nèi)表面66-1上的涂層68可以具有0.3-30 μ m范圍的厚度且被更精確地控制在2-5 μ m的范圍。另外，根據(jù)如上針對最高單位載荷位置的描述，涂層68可以完全或部分地覆蓋內(nèi)表面66-1。涂層68可以經(jīng)由物理氣相沉積(PVD)或化學(xué)氣相沉積(CVD)過程施加。PVD是用于通過將蒸汽形式的期望薄膜材料冷凝在工件表面上而使得薄膜沉積的涂層方法，在本發(fā)明的情況下是外表面64-1和/或內(nèi)表面66-1上的涂層68。PVD涉及純物理過程，例如高溫真空蒸發(fā)以及隨后的冷凝，或等離子體噴派轟擊(plasma sputter bombardment)，而不是如化學(xué)氣相沉積那樣涉及在要被涂層的表面上的化學(xué)反應(yīng)。CVD是用于通過將蒸汽形式的期望薄膜材料冷凝在工件表面上而使得薄膜沉積的涂層方法，例如外表面64-1和/或內(nèi)表面66-1上的涂層68。
[0052]涂層68也可以經(jīng)由熱噴涂過程施加。熱噴涂技術(shù)是一種涂層過程，其中加熱或熔化的材料被噴涂在工件的表面上。在該過程期間，原料(即涂層前體)通過電氣手段(例如等離子體或電弧)或通過化學(xué)手段(例如燃燒火焰)加熱。用于對涂層68進行熱噴涂的材料以粉末形式供應(yīng)，該粉末被加熱到熔化或半熔化的狀態(tài)且以微米尺度顆粒的形式朝向外表面64-1或內(nèi)表面66-1加速。燃燒或電弧放電通常用作熱噴涂的能量來源。所形成的涂層通過許多噴涂顆粒的累積形成。熱噴涂的表面會需要被研磨和拋光，以保持平滑表面光潔度，表面粗糙度(Ra)小于I微米。相反，PVD或CVD涂層的表面不需要通過拋光來保持所需的小于I微米的Ra，這至少部分地是由于顯著更小的涂層厚度(與熱噴涂涂層相比)造成的。
[0053]如圖5-6所不，代替軸襯66的內(nèi)表面66_1上的涂層68，內(nèi)表面可以包括一個或多個插入件，所述插入件至少部分地用陶瓷基材料構(gòu)造(即設(shè)計和成形)。因而，每一個插入件可以配置為離散部分72A (如圖5所示)或連續(xù)套筒72B (如圖6所示)，其被具體布置在具有最高單位載荷的預(yù)定位置70處，如上所述。因而，離散部分72A可以按照具有最高單位載荷的實際位置70的需要而彼此鄰近定位或間隔開?？梢栽陔x散部分72A和連續(xù)套筒72B的會接觸軸64的表面上保持大約0.3mm或更大的邊緣半徑，以避免尖銳邊緣切割效應(yīng)和對軸造成損壞。也可以設(shè)置延伸成覆蓋軸襯66和軸64之間的所有位置70的單個連續(xù)套筒72B。因而，且類似于涂層68，部分72A或套筒72B形式的插入件可設(shè)置為降低軸64和軸襯66之間的磨損。插入件72A、72B不必須用整體材料構(gòu)造，例如，插入件可用金屬合金成形且隨后讓其外表面涂有陶瓷基材料。
[0054]如圖2-3所示，渦輪增壓器36另外包括固定到軸64的臂74。進而，渦輪增壓器36包括促動器76，所述促動器具有桿78，所述桿78經(jīng)由桿端部78A操作性地連接到臂74。促動器76配置為讓臂74移位或旋轉(zhuǎn)，以由此選擇性地打開和關(guān)閉閥62。如圖7所示，桿端部78A包括一個或多個插入件80，所述插入件用陶瓷基材料配置，即設(shè)計和形成。在多個插入件80的情況下，這種插入件可以彼此間隔開或彼此鄰近定位。桿端部78A限定孔82。臂74包括銷86，所述銷接合孔82，由此提供和固定桿端部78A和銷之間的接合部84。另外插入件80設(shè)置在接合部84處。可以在插入件(一個或多個)80的會接觸銷86的表面上保持大約0.3mm或更大的邊緣半徑，以避免尖銳邊緣切割效應(yīng)和對銷造成損壞。
[0055]附圖中的詳細的描述和顯示是對本發(fā)明的支持和描述，而本發(fā)明的范圍僅通過權(quán)利要求限定。盡管已經(jīng)對執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進行了詳盡的描述但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可得知在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用來實施本發(fā)明的許多替換設(shè)計和實施例。進而，附圖所示的實施例或本發(fā)明說明書提到的各種實施例的特點不應(yīng)被理解為是彼此獨立的實施例。相反，實施例的一個例子中所述的每一個特點可以與其他實施例的一個或多個其他期望特點組合，形成并未參考附圖所述的其他實施例因而，這種其他實施例落入所附權(quán)利要求的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種用于使得輸送到內(nèi)燃發(fā)動機的氣流增壓的渦輪增壓器，所述內(nèi)燃發(fā)動機產(chǎn)生燃燒后氣體，渦輪增壓器組件包括: 渦輪殼體和壓縮機覆蓋件； 旋轉(zhuǎn)組件，具有設(shè)置在渦輪殼體內(nèi)部的渦輪和設(shè)置在壓縮機覆蓋件內(nèi)部的壓縮機輪，其中旋轉(zhuǎn)組件通過燃燒后氣體而繞一軸線旋轉(zhuǎn)；和 廢氣門組件，配置為選擇性地將燃燒后氣體的至少一部分從渦輪重新引導(dǎo)離開和由此限制旋轉(zhuǎn)組件的旋轉(zhuǎn)速度和氣流的壓力，廢氣門組件具有: 閥、連接到所述閥的可旋轉(zhuǎn)軸、和軸襯，所述軸襯相對于渦輪殼體固定且繞軸同中心地設(shè)置，從而軸在軸襯內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，以由此選擇性地打開和關(guān)閉閥，其中軸通過與軸襯接觸的外表面限定，且其中所述外表面包括陶瓷基材料構(gòu)成的涂層。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其中軸襯通過與軸接觸的內(nèi)表面限定，且其中所述內(nèi)表面至少部分地涂有陶瓷基材料。
3.如權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其中涂層經(jīng)由物理沉積過程和熱噴涂中之一施加。
4.如權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其中軸襯通過與軸接觸的內(nèi)表面限定，且其中所述內(nèi)表面包括至少部分地用陶瓷基材料構(gòu)造的插入件。
5.如權(quán)利要求4所述的渦輪增壓器，其中插入件為連續(xù)套筒。
6.如權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，進一步包括促動器和固定到軸的臂，所述促動器具有經(jīng)由桿端部操作性地連接到臂的桿且配置為使得臂移位，以由此選擇性地打開和關(guān)閉閥，其中桿端部包括用陶瓷基材料構(gòu)造的插入件。
7.如權(quán)利要求6所述的渦輪增壓器，其中桿端部限定孔，且臂包括與孔接合的銷，由此提供桿端部和銷之間的接合部，且其中插入件設(shè)置在接合部處。
8.如權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其中陶瓷基材料為陶瓷和非陶瓷材料的基質(zhì)復(fù)合物。
9.如權(quán)利要求8所述的渦輪增壓器，其中陶瓷基材料為碳化硅、氮化硅、碳化鉻、氧化誥、碳-碳復(fù)合物和金屬-陶瓷復(fù)合物中之一。
10.如權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其中陶瓷基材料具有同質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】一種用于內(nèi)燃發(fā)動機的渦輪增壓器，包括具有設(shè)置在渦輪殼體內(nèi)部的渦輪和設(shè)置在壓縮機覆蓋件內(nèi)部的壓縮機輪的旋轉(zhuǎn)組件。渦輪增壓器還包括廢氣門組件，其配置為選擇性地將發(fā)動機的燃燒后氣體的至少一部分從渦輪重新引導(dǎo)離開。廢氣門組件包括閥、連接到所述閥的可旋轉(zhuǎn)軸、和軸襯，所述軸襯相對于渦輪殼體固定且繞軸同中心地設(shè)置，從而軸在軸襯內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，以由此選擇性地打開和關(guān)閉閥。軸通過與軸襯接觸的外表面限定且外表面包括陶瓷基材料構(gòu)成的涂層。還公開一種采用這種渦輪增壓器的內(nèi)燃發(fā)動機。
【IPC分類】F02B37-12, C04B35-48, C04B35-584, C04B35-56, C04B35-565, C04B35-83
【公開號】CN104832274
【申請?zhí)枴緾N201510030167
【發(fā)明人】Y.王, L.P.貝金
【申請人】通用汽車環(huán)球科技運作有限責任公司
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年1月21日
【公告號】DE102015101364A1, US20150226110