專利名稱：一種渦輪增壓器及提高渦輪增壓器增壓效率的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，更具體的說，本發(fā)明是涉及一種渦輪增壓器，同時，本發(fā)明還涉及提高渦輪增壓器增壓效率的方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，發(fā)動機(jī)增壓已是比較普遍的技術(shù)，在發(fā)動機(jī)上加裝廢氣渦輪增壓器，通過廢氣驅(qū)動渦殼內(nèi)的渦輪總成旋轉(zhuǎn)，帶動同軸的壓葉輪旋轉(zhuǎn)，使空氣經(jīng)過壓殼壓縮后，變成高壓氣體進(jìn)入發(fā)動機(jī)氣缸，由于增加了用于燃燒的空氣密度，即空氣的質(zhì)量流量增加，相應(yīng)的可以噴射更多的燃油，從而使發(fā)動機(jī)產(chǎn)生更多的功。隨著汽車節(jié)能減排政策的不斷推進(jìn)，對增壓器的性能要求越來越高，這樣所帶來的直接好處就是發(fā)動機(jī)油耗降低、有害排放減少?，F(xiàn)有的渦輪增壓器中，渦輪增壓器中與流動相關(guān)的主要零部件是旋轉(zhuǎn)的渦輪總成和壓葉輪及固定不動的渦殼和壓殼，通常在旋轉(zhuǎn)葉輪的葉頂與殼體內(nèi)壁之間留有適當(dāng)?shù)拈g隙，葉頂高壓側(cè)的氣體往往會從這些間隙泄漏到低壓側(cè)，從而降低了葉片的承載或做功能力，降低了增壓器的效率；此外，葉頂間隙的泄漏還會產(chǎn)生強(qiáng)烈的泄漏渦，從而產(chǎn)生噪聲。葉頂間隙越大，或高低壓側(cè)的壓差越大，泄漏量就越大，產(chǎn)生的泄漏渦也就越強(qiáng)烈，從而導(dǎo)致葉輪的效率就越低，產(chǎn)生的噪聲就越大。對于壓氣機(jī)端來說，決定葉頂間隙大小的主要因素有渦輪總成的軸向和徑向竄動，壓葉輪與壓殼的加工誤差，相關(guān)連接件(如中間殼和背板)的加工誤差，渦輪總成的撓曲變形。如果葉頂間隙過小，由于渦輪總成的竄動和撓曲易引起擦殼，性能降低甚至是壓葉輪或壓殼損壞，可靠性降低。由于在發(fā)動機(jī)上可靠性必然是最關(guān)注的問題，因此，通常都將葉頂間隙設(shè)計的較大，從而避免間隙過小導(dǎo)致擦殼所帶來的可靠性問題，但后果則是氣體泄漏量增加、效率降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以提高渦輪增壓器效率，降低壓殼、壓葉輪加工精度的渦輪增壓器。要解決以上所述的技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為本發(fā)明為一種渦輪增壓器，包括壓殼，壓葉輪，葉頂間隙，所述的渦輪增壓器還包括可磨涂層，所述的可磨涂層設(shè)置在壓殼內(nèi)腔的表面上。所述的可磨涂層設(shè)置為覆蓋壓殼內(nèi)腔與壓葉輪的配合輪廓處的結(jié)構(gòu)，可磨涂層包括涂層基體和固體潤滑劑(涂層基體和固體潤滑劑之間的比重多少根據(jù)硬度值和附著力的要求決定)。所述的可磨涂層的涂層基體是單體橡膠或聚氨酯或雙體聚酯或硅樹脂或環(huán)氧聚合樹脂(因?yàn)檫@幾種材料在固化時會變成熔融液體且具有粘結(jié)作用)，這幾種材料作為涂層基體，其效果基本相同，區(qū)別較小)。所述的固體潤滑劑是石墨、PTFE、MoS2、CaF2、MgF2、BaF2、BN中的一種或兩種的組合(選擇上面幾種材料作為固體潤滑劑，因?yàn)樗鼈兌季哂袧櫥匦?。這幾種材料作為固體潤滑劑，其效果基本相同，但涂層的硬度值及外觀會不同)。所述的可磨涂層的涂層基體和固體潤滑劑的優(yōu)選材料分別為環(huán)氧聚合樹脂和石墨。所述的可磨涂層的優(yōu)選材料顆粒的平均尺寸為25-35微米之間，最佳的顆粒尺寸是30微米，可磨涂層的厚度設(shè)置為沒有可磨涂層時葉頂間隙的1/2，可磨涂層的硬度設(shè)置為H — 4B之間。所述的可磨涂層的硬度的優(yōu)選值為2B。本發(fā)明同時還涉及一種提高渦輪增壓器增壓效率的方法，本發(fā)明中提高渦輪增壓器增壓效率的方法是通過可磨涂層的加工和設(shè)置實(shí)現(xiàn)的，所述的提高渦輪增壓器增壓效率的方法為a)對渦輪增壓器的壓殼內(nèi)腔表面加熱，去除其表面可能存在的化學(xué)物質(zhì)(包括殘留的切削液及清洗液)；b)將可磨涂層均勻涂在壓殼內(nèi)腔表面上；c)對包括涂層基體和固體潤滑劑的可磨涂層進(jìn)行高溫固化；d)對設(shè)置可磨涂層后的增壓器總成進(jìn)行磨合。為了提高可磨涂層在壓殼內(nèi)腔表面的附著力，可以用打磨、噴砂方法對壓殼內(nèi)腔上的可磨涂層的噴涂處進(jìn)行預(yù)處理；將可磨涂層均勻涂在壓殼內(nèi)腔表面上時，優(yōu)選的噴涂方式是采用靜電噴涂或氣霧噴涂方式。對噴涂的可磨涂層行高溫固化時，將涂有可磨涂層的壓殼加熱到150-170°C之間， 保溫0. 5-2分鐘，然后自然冷卻。對設(shè)置可磨涂層后的增壓器總成進(jìn)行磨合時，磨合到壓葉輪與壓殼之間達(dá)到“零間隙”為止，此處的“零間隙”并非指間隙的絕對值為的零，而是保證壓葉輪自由旋轉(zhuǎn)所需的最小間隙，靜態(tài)實(shí)際值應(yīng)大于零，進(jìn)行磨合時，磨合工況穩(wěn)定運(yùn)行持續(xù)時間不少于2分鐘。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，能得到以下的有益效果1、通過在壓殼上噴涂一種特殊的可磨涂層，涂在壓殼與壓葉輪形成葉頂?shù)奈恢茫?當(dāng)增壓器上的壓殼與壓葉輪充分磨合后，將會使可磨涂層的厚度減小，使壓殼與壓葉輪的間隙正好為“零間隙”，即不會由于間隙小而引起可靠性問題，又由于極大地消除了泄漏量， 使壓氣機(jī)性能提高，效率提高3% 5%，并大大減小了增壓器的氣動噪聲；2、該可磨涂層噴涂在壓殼上，并能很好的附著在壓殼上，磨合后壓殼上仍然存在一定厚度的可磨涂層，因此，降低了配合件壓殼和壓葉輪、葉頂間隙尺寸鏈中組成環(huán)(即相關(guān)連接件)中中間殼和背板等的加工精度，一定程度上降低了對加工設(shè)備的要求；3、本發(fā)明提出了該可磨涂層的相關(guān)技術(shù)要求，使帶有該可磨涂層的渦輪增壓器能夠應(yīng)用在柴油或汽油發(fā)動機(jī)上；4、提出了一種涂有該可磨涂層的渦輪增壓器的磨合方法，使可磨涂層得到最佳的應(yīng)用。


下面對本說明書各附圖所表達(dá)的內(nèi)容及圖中的標(biāo)記作出簡要的說明圖1為本發(fā)明所述的渦輪增壓器的壓氣機(jī)端的結(jié)構(gòu)剖視示意圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的渦輪增壓器的壓氣機(jī)端的結(jié)構(gòu)剖視示意圖；圖中標(biāo)記為1、壓殼；2、壓葉輪；3、葉頂間隙；4、可磨涂層；5、壓殼內(nèi)腔；6、涂層基體；7、固體潤滑劑。
具體實(shí)施例方式下面對照附圖，通過對實(shí)施例的描述，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理等作進(jìn)一步的詳細(xì)說明如附圖1所示，本發(fā)明為一種渦輪增壓器，包括壓殼1，壓葉輪2，葉頂間隙3，所述的渦輪增壓器還包括可磨涂層4，所述的可磨涂層4設(shè)置在壓殼1的壓殼內(nèi)腔5的表面上。所述的可磨涂層4設(shè)置為覆蓋壓殼內(nèi)腔5與壓葉輪2的配合輪廓處的結(jié)構(gòu)，可磨涂層4包括涂層基體6和固體潤滑劑7 (涂層基體6和固體潤滑劑7混合在一起，因此在附圖上不能分別表現(xiàn)出兩者的位置和結(jié)構(gòu))。所述的可磨涂層4的涂層基體6是單體橡膠或聚氨酯或雙體聚酯或硅樹脂或環(huán)氧聚合樹脂；所述的固體潤滑劑7是石墨、PTFE, MoS2、CaF2、MgF2、BaF2、BN中的一種或兩種的組合。所述的可磨涂層4的涂層基體6和固體潤滑劑7的優(yōu)選材料分別為環(huán)氧聚合樹脂
禾口石墨。所述的可磨涂層4的優(yōu)選材料顆粒的平均尺寸為25-35微米之間，可磨涂層4的厚度設(shè)置為沒有可磨涂層4時葉頂間隙3的1/2，可磨涂層4的硬度設(shè)置為H-4B之間。所述的可磨涂層4的硬度的優(yōu)選值為2B。本發(fā)明同時還涉及一種提高渦輪增壓器增壓效率的方法，所述的方法為a)對渦輪增壓器的壓殼內(nèi)腔5表面加熱，去除其表面可能存在的化學(xué)物質(zhì)(包括殘留的切削液及清洗液)；b)將可磨涂層4均勻涂在壓殼內(nèi)腔5表面上；c)對包括涂層基體6和固體潤滑劑7的可磨涂層4進(jìn)行高溫固化；d)對設(shè)置可磨涂層4后的增壓器總成進(jìn)行磨合。為了提高可磨涂層4在壓殼內(nèi)腔5表面的附著力，可以用打磨、噴砂方法對壓殼內(nèi)腔5上的可磨涂層4的噴涂處進(jìn)行預(yù)處理；將可磨涂層4均勻涂在壓殼內(nèi)腔5的表面上時， 優(yōu)選的噴涂方式是采用靜電噴涂或氣霧噴涂。對噴涂的可磨涂層4行高溫固化時，將涂有可磨涂層4的壓殼1加熱到150-170°C 之間(最佳溫度是160°C )，保溫0. 5-2分鐘(最佳時間是1分鐘)，然后自然冷卻。對設(shè)置可磨涂層4后的增壓器總成進(jìn)行磨合時，磨合到壓葉輪2與壓殼1之間達(dá)到“零間隙”為止，此處的“零間隙”并非指間隙的絕對值為零，而是保證壓葉輪2自由旋轉(zhuǎn)所需的最小間隙，靜態(tài)實(shí)際值應(yīng)大于零，進(jìn)行磨合時，磨合工況穩(wěn)定運(yùn)行持續(xù)時間不少于2 分鐘。本發(fā)明的可磨涂層4是包括一種涂層基體和一種固體潤滑劑的混合物，這種涂層可保證壓葉輪2與壓殼1相對旋轉(zhuǎn)的“零間隙”。本發(fā)明優(yōu)先選用的可磨涂層4方案為環(huán)氧聚合樹脂+石墨，在涂層基體里添加石墨會起到潤滑的效果。石墨越多潤滑性越好，硬度越低，但附著力也越低。同時，石墨的含量會影響可磨涂層4的硬度，即石墨含量越高，其硬度越低。較軟的涂層在相對旋轉(zhuǎn)接觸時會產(chǎn)生較小的噪聲，但是添加過多的石墨會降低涂層的附著性。 因此，需要兼顧硬度和附著性。本發(fā)明優(yōu)先選用的可磨涂層4的顆粒平均尺寸在30微米左右，在固化階段，顆粒會連接在一起形成粗糙的海綿狀易磨層。本發(fā)明中的可磨涂層4的硬度是以鉛筆硬度來衡量的，硬度值為H 4B，理想值為 2B，這個硬度可以保證涂層具有良好附著力和潤滑性。可磨涂層4在-40 160°C具有熱穩(wěn)定性，對于鋁合金或其它輕金屬有著很好的附著性，并且是可燃的，燃燒后生成的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入發(fā)動機(jī)后，對催化轉(zhuǎn)化器和廢氣氧傳感器無損害，可磨涂層4與汽油、柴油、潤滑油、水、酒精、尾氣等不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，具有很好的兼容性(涂層的根本目的是消除由于一部分葉頂間隙，經(jīng)過額定工況和最大扭矩點(diǎn)工況磨合以后，在裝到發(fā)動機(jī)上的工況正常不會超過磨合工況，所以在后期不會發(fā)生磨損，即使磨損也很微量，不會損害發(fā)動機(jī))。為了達(dá)到本發(fā)明的目的，可磨涂層可以噴涂在壓殼上，至少覆蓋壓殼與壓葉輪的配合的輪廓處。在磨合前，可磨涂層4的厚度應(yīng)足夠厚，其厚度應(yīng)為沒有可磨涂層4時葉頂間隙3的1/2。以下是本發(fā)明可磨涂層4的具體設(shè)置過程1、由于壓殼1在加工及清洗過程中可能存在著殘留的切削液及清洗液，而這些殘留物可能會和可磨涂層4的涂層基體6發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。所以，可以通過加熱使零件表面的殘留物發(fā)生揮發(fā)來加以去除；2、為了提高可磨涂層4在壓殼內(nèi)腔5表面的附著力，可以用打磨、噴砂方法對壓殼內(nèi)腔5表面的噴涂處的進(jìn)行預(yù)處理；3、最好用靜電噴涂或氣霧噴涂的方式，將涂層混合物均勻的涂在壓殼1底面上。 至少覆蓋壓殼與壓葉輪配合的輪廓處，如圖1所示?？赡ネ繉?的厚度應(yīng)足夠，大約為沒有可磨涂層4時葉頂間隙3的1/2 ；4、對可磨涂層4混合物進(jìn)行高溫固化，方法是將涂有可磨涂層的壓殼1加熱到 160°C左右，保溫1分鐘，然后自然冷卻。當(dāng)壓殼1熱脹冷縮時，可磨涂層4應(yīng)能承受由此產(chǎn)生的熱應(yīng)力，因此，可磨涂層4的熱膨脹系數(shù)要大于壓殼1的熱膨脹系數(shù)也是其特性之一。5、裝配后磨合，渦輪增壓器裝配后，壓葉輪2與壓殼1之間仍存在較小的葉頂間隙 3，但與沒有可磨涂層的結(jié)構(gòu)相比，小了一個涂層4的厚度。此間隙在增壓器實(shí)際運(yùn)行過程中，由于渦輪總成的竄動或撓曲，可磨涂層4將會被壓葉輪2刮削，直到轉(zhuǎn)子能自由運(yùn)行時所要求的最大間隙。為防止可磨涂層4被旋轉(zhuǎn)的壓葉輪2刮削時引起的摩擦損失增加而造成的發(fā)動機(jī)性能下降，以及盡量減少刮削過程中的涂層材料進(jìn)入發(fā)動機(jī)，需在裝配后對增壓器總成進(jìn)行一個短暫的磨合過程，直到壓葉輪2與壓殼1之間達(dá)到“零間隙”。本發(fā)明的渦輪增壓器的磨合過程，可在增壓器臺架上進(jìn)行，但最好在匹配的發(fā)動機(jī)上進(jìn)行。其磨合工況必須滿足發(fā)動機(jī)額定工況和最大扭矩點(diǎn)的性能要求，每個工況(包括額定工況和最大扭矩點(diǎn)工況)穩(wěn)定運(yùn)行不少于2分鐘。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性的描述，顯然本發(fā)明具體的實(shí)現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改進(jìn)，或未經(jīng)改進(jìn)將本發(fā)明的構(gòu)思和技術(shù)方案直接應(yīng)用于其他場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種渦輪增壓器，包括壓殼(1)，壓葉輪⑵，葉頂間隙(3)，其特征在于所述的渦輪增壓器還包括可磨涂層G)，所述的可磨涂層(4)設(shè)置在壓殼(1)的壓殼內(nèi)腔(5)的表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于所述的可磨涂層(4)設(shè)置為覆蓋壓殼內(nèi)腔(5)與壓葉輪O)的配合輪廓處的結(jié)構(gòu)，可磨涂層(4)包括涂層基體(6)和固體潤滑劑(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦輪增壓器，其特征在于所述的可磨涂層的涂層基體 (6)是單體橡膠或聚氨酯或雙體聚酯或硅樹脂或環(huán)氧聚合樹脂；所述的固體潤滑劑(7)是石墨、PTFE、MoS2、CaF2、MgF2、BaF2、BN中的一種或兩種的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦輪增壓器，其特征在于所述的可磨涂層的涂層基體 (6)和固體潤滑劑(7)的優(yōu)選材料分別為環(huán)氧聚合樹脂和石墨。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪增壓器，其特征在于所述的可磨涂層的顆粒的優(yōu)選值為顆粒的平均尺寸為25-35微米之間，可磨涂層的厚度設(shè)置為沒有可磨涂層(4) 時葉頂間隙(3)的1/2，可磨涂層(4)的硬度設(shè)置為H-4B之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的渦輪增壓器，其特征在于所述的可磨涂層(4)硬度的優(yōu)選值為2B。
7.一種提高渦輪增壓器增壓效率的方法，其特征在于所述的方法為a)對渦輪增壓器的壓殼內(nèi)腔( 表面加熱或使用化學(xué)試劑進(jìn)行清洗，去除其表面可能存在的化學(xué)物質(zhì)(包括殘留的切削液及清洗液)；b)將可磨涂層(4)均勻涂在壓殼內(nèi)腔( 表面上；c)對包括涂層基體(6)和固體潤滑劑(7)的可磨涂層⑷進(jìn)行高溫固化；d)對設(shè)置可磨涂層(4)后的增壓器總成進(jìn)行磨合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提高渦輪增壓器增壓效率的方法，其特征在于為提高可磨涂層(4)在壓殼內(nèi)腔( 表面的附著力，用打磨或噴砂方法對壓殼內(nèi)腔( 上的可磨涂層 (4)的噴涂處進(jìn)行打磨預(yù)處理，將可磨涂層(4)涂在壓殼內(nèi)腔( 表面上時，優(yōu)選的噴涂方式是采用靜電噴涂或氣霧噴涂。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提高渦輪增壓器增壓效率的方法，其特征在于對噴涂的可磨涂層(4)進(jìn)行高溫固化時，將涂有可磨涂層的壓殼(1)加熱到150-170°C之間，保溫 0. 5-2分鐘，然后自然冷卻。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提高渦輪增壓器增壓效率的方法，其特征在于對設(shè)置可磨涂層⑷后的增壓器進(jìn)行磨合時，磨合到壓葉輪⑵與壓殼⑴之間達(dá)到“零間隙”狀態(tài)， 磨合時，磨合工況穩(wěn)定運(yùn)行持續(xù)時間不少于2分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供一種應(yīng)用于發(fā)動機(jī)領(lǐng)域的渦輪增壓器，同時，本發(fā)明還涉及提高渦輪增壓器增壓效率的方法。所述的渦輪增壓器包括壓殼(1)，壓葉輪(2)，葉頂間隙(3)，所述的渦輪增壓器還包括可磨涂層(4)，所述的可磨涂層(4)設(shè)置在壓殼(1)的壓殼內(nèi)腔(5)的表面上，所述的可磨涂層(4)設(shè)置為覆蓋壓殼內(nèi)腔(5)與壓葉輪(2)的配合輪廓處的結(jié)構(gòu)，可磨涂層(4)包括涂層基體(6)和固體潤滑劑(7)。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，既不會由于間隙小而引起可靠性問題，又由于極大地消除了泄漏量，使壓氣機(jī)性能提高，并大大減小了增壓器的氣動噪聲；同時，還降低了對增壓器的加工設(shè)備的要求。
文檔編號C09D167/00GK102207008SQ201010140078
公開日2011年10月5日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者周俊, 施法佳, 段凱磊, 范禮 申請人:蕪湖杰鋒汽車動力系統(tǒng)有限公司