用于渦輪增壓器的、帶有軸承間隔件分度的速度傳感器插入件的制作方法
【專利說明】用于渦輪増壓器的、帶有軸承間隔件分度的速度傳感器插入件發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明提供了一種用于固定渦輪增壓器的速度傳感器改進(jìn)的裝置，該裝置也可以固定一個(gè)軸頸軸承間隔件以防旋轉(zhuǎn)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]渦輪增壓器是一種強(qiáng)制進(jìn)氣系統(tǒng)。它們將空氣以與在正常吸氣構(gòu)型中的可能情況相比更大的密度傳送到發(fā)動機(jī)進(jìn)氣中，從而允許燃燒更多的燃料，進(jìn)而在沒有明顯增加發(fā)動機(jī)重量的情況下提升了發(fā)動機(jī)的馬力。這使得能夠使用一臺較小的渦輪增壓的發(fā)動機(jī)來替代一臺較大物理尺寸的正常吸氣的發(fā)動機(jī)，因此減少了車輛的質(zhì)量以及空氣動力學(xué)的前端面積。
[0003]渦輪增壓器的葉輪被設(shè)計(jì)成在高峰工況時(shí)以近似最高應(yīng)力運(yùn)轉(zhuǎn)。這與葉輪的設(shè)計(jì)相對應(yīng)地在壓力與質(zhì)量之間產(chǎn)生了最佳折衷以便在葉輪的所希望的效率與壓力比率上對提供最低的慣性。這種折衷的推斷是渦輪增壓器的葉輪不能以超速狀態(tài)運(yùn)行或葉輪會受到過度的應(yīng)力。與受到過度應(yīng)力的狀態(tài)一起出現(xiàn)的是由于葉輪運(yùn)行的速度循環(huán)期而產(chǎn)生的損傷累積。損傷累積是渦輪增壓器葉輪中低循環(huán)數(shù)疲勞(LCF)的主要因素。
[0004]渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)組件以異常高的速度旋轉(zhuǎn)，對小轉(zhuǎn)子而言是在200,000 RPM的數(shù)量級，而對大轉(zhuǎn)子而言是在80，000 RPM的數(shù)量級。由于渦輪增壓器的發(fā)明，轉(zhuǎn)速已經(jīng)穩(wěn)定地攀升。瞬態(tài)響應(yīng)是針對加速的或減速的發(fā)動機(jī)的一個(gè)基于時(shí)間的速度變化量度。渦輪增壓器的功能是發(fā)動機(jī)瞬態(tài)響應(yīng)中的一個(gè)重要因素。一個(gè)典型的瞬態(tài)響應(yīng)的測量約定是發(fā)動機(jī)從高怠速發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速到80%最大扭矩所花費(fèi)的時(shí)間。由于渦輪增壓器轉(zhuǎn)速是渦輪增壓器瞬態(tài)響應(yīng)中的一個(gè)重要組成部分，在發(fā)動機(jī)高怠速下渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速越快，就會花費(fèi)越短的時(shí)間到達(dá)最大發(fā)動機(jī)扭矩。雖然這是一個(gè)簡單的觀點(diǎn)，但隨著發(fā)動機(jī)高怠速下的高增壓器轉(zhuǎn)速帶來了最大發(fā)動機(jī)扭矩下的高增壓器轉(zhuǎn)速；所以必須防止渦輪增壓器超速。
[0005]在電子發(fā)動機(jī)控制出現(xiàn)之前，壓縮機(jī)葉輪的選擇與設(shè)計(jì)是相當(dāng)簡單的，帶有大的安全余度和大幅度的補(bǔ)償余度，所以，總的來說，葉輪以比較沉穩(wěn)的速度水平運(yùn)行。隨著電子發(fā)動機(jī)控制的引入，就變得有可能自始至終使得渦輪增壓器以設(shè)計(jì)極限或在設(shè)計(jì)極限附近運(yùn)行，因而葉輪中的損傷積累變得嚴(yán)重，并且低循環(huán)數(shù)疲勞失效變得更常見。
[0006]還商用地介紹了可變幾何形狀渦輪增壓器和調(diào)節(jié)式兩級渦輪增壓器。在這些情況的每種情況下，渦輪增壓器都變得有可能“超速”。就VTG (可變渦輪幾何形狀)而言，將葉片收起使得排氣加速到達(dá)渦輪機(jī)葉輪的葉片上從而致使旋轉(zhuǎn)組件的速度增加。旋轉(zhuǎn)組件是與慣性相關(guān)聯(lián)的，并且因此在從高速上閉合這些葉片與旋轉(zhuǎn)組件的停止加速之間有一個(gè)滯后時(shí)間，并且這可能會導(dǎo)致一個(gè)最大轉(zhuǎn)速過調(diào)。此外，就調(diào)節(jié)式兩級渦輪而言，較小級被用于快速發(fā)動機(jī)加速，而較大的級是用于在發(fā)動機(jī)工況的高端提供足夠的質(zhì)量流量。如果從小的渦輪增壓器到大的渦輪增壓器的切換延遲的話，那么小的渦輪增壓器的速度就可能超出范圍，并且渦輪可能超速。
[0007]為了對旋轉(zhuǎn)組件的速度進(jìn)行精確控制，渦輪增壓器有時(shí)還配備有轉(zhuǎn)速傳感器。速度傳感器有幾種類型。可變磁阻(VR)傳感器在傳感器的末端圍繞一個(gè)磁鐵使用一個(gè)線圈。隨著旋轉(zhuǎn)的目標(biāo)周期性地接近和遠(yuǎn)離這個(gè)磁鐵，吸引力會改變磁場的形狀，這在線圈中感應(yīng)出可測量的電壓。另一類是電磁傳感器，這種傳感器讀取一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上的一個(gè)平坦部的循環(huán)阻抗。如圖1和2描繪的，支撐著這些軸頸軸承的軸和葉輪的這個(gè)“軸”(11)具有大致在這些軸頸軸承(64)之間制作的一個(gè)平坦部(13)。出于對稱/平衡/應(yīng)力的原因，有時(shí)在這個(gè)軸中制作有相反的多個(gè)平坦部的。在以上的傳感器類型中，旋轉(zhuǎn)軸上的平坦部經(jīng)過傳感器的末端(73)，從而由此隨著從傳感器的末端到這個(gè)軸(11)的近似表面的距離的周期性改變而提供一種信號，而這種改變是由于從軸的中心到軸的外圓的半徑與到軸上的平坦部(13)的不同作為。從傳感器(70)發(fā)出的信號通過電纜(75)傳輸給發(fā)動機(jī)電子控制系統(tǒng)。
[0008]為了將速度傳感器(70)裝配到渦輪增壓器的軸承殼體(20)上，傳感器(70)的螺紋部分(71)被擰入到速度傳感器被定位于其中的孔的一個(gè)互補(bǔ)的螺紋部分(21)中。該傳感器深度的設(shè)定和維持是通過將傳感器上的一個(gè)面向內(nèi)的表面(76)定位抵靠在軸承殼體(20 )上的一個(gè)面向外的支座上來實(shí)現(xiàn)的。傳感器的內(nèi)部末端(73 )與旋轉(zhuǎn)軸(11)的外表面之間的“空隙”必須為使得傳感器持續(xù)地并且精確地運(yùn)行而都被設(shè)定并且保持不變。
[0009]傳感器的這個(gè)末端(73)(其直徑是在0.75毫米的范圍內(nèi))總體上必須與軸的表面處于小于I _的距離內(nèi)。對于渦輪增壓器的軸頸軸承(64)是由一個(gè)間隔件(67)來軸向分開的設(shè)計(jì)而言，該間隔件典型地是由將會遮蔽旋轉(zhuǎn)軸的平坦部-外圓的循環(huán)距離變化的含鐵金屬制作成的。因此，在間隔件中提供了一個(gè)窗口(68)，并且速度傳感器的尖端伸過此窗口。傳感器(70)的軸(72)伸入間隔件(67)中就約束了這個(gè)間隔件使其不能繞渦輪增壓器的軸線(I)旋轉(zhuǎn)。在組裝過程中，這個(gè)間隔件是由一個(gè)磁性工具固持在位(從而使得間隔件中的窗口(68)與傳感器軸對齊)的，該磁性工具是在將壓縮機(jī)端軸頸軸承組裝到軸頸軸承孔中之前插入到這個(gè)軸頸軸承孔中的。
[0010]因?yàn)檫@樣的傳感器是存在于一種熱且有振動的惡劣環(huán)境中的精細(xì)電子物件，它們傾向于會失效。為了更換速度傳感器(70 )，技術(shù)人員就必須從軸承殼體(20 )擰下傳感器并且通過將傳感器(70 )的末端(73 )插過軸承殼體并且然后插過間隔件的窗口( 68 )的方式來更換傳感器。在移除傳感器時(shí)，相當(dāng)容易的是使得這個(gè)旋轉(zhuǎn)組件旋轉(zhuǎn)移動并且以所述旋轉(zhuǎn)來拖動軸頸軸承間隔件，從而由此將間隔件(67)中的窗口(68)移動離開其先前的與傳感器的軸線對齊的狀態(tài)。由于間隔件是在長孔的底部，技術(shù)人員不能看到間隔件中的窗口相對于將傳感器裝配進(jìn)入其中的這個(gè)孔的位置。傳感器的末端無法穿過間隔件中的窗口(68)可能對傳感器造成損壞并且對間隔件和軸承造成潛在的損壞。
[0011]從授權(quán)給本專利的受讓人的WO 2012024092已知，在一個(gè)軸承殼體凹陷部固定一個(gè)速度傳感器，并且在圍繞速度傳感器的這個(gè)軸承殼體凹陷部中安排一個(gè)柔性套筒并且使得該柔性套筒以一端接合進(jìn)入這個(gè)傳感器凹陷部。然而，一旦組裝后，就難以為渦輪增壓器大修而觸及和移除這個(gè)柔性套筒。
[0012]此外，在正常的渦輪增壓器運(yùn)行過程中從軸傳遞到軸承間隔件上的波動扭矩會使得間隔件對傳感器探頭的外側(cè)造成磨損和損傷。對于防止對傳感器探頭產(chǎn)生這樣的損傷存在著需求。 發(fā)明概述
[0013]本發(fā)明提供了一種渦輪增壓器，在該渦輪增壓器中能夠移除速度傳感器以用于維修，同時(shí)使得替換的速度傳感器的尖端必須被插過其中的這個(gè)軸頸軸承間隔件中的窗口保持在位。這是通過使用一個(gè)插入件做到的，該插入件延伸穿過軸承殼體并且延伸至間隔件中的窗口中，并且在移除速度傳感器的過程中保持在位，從而使得速度傳感器能夠以傳感器的尖端穿過間隔件中的窗口來重新安裝。該插入件也可以被容易地移除以用于拆卸渦輪增壓器。
附圖的簡要說明
[0014]本發(fā)明是通過舉例而非限制的方式展示在這些附圖中，其中類似的參考數(shù)字表示相似的部分，并且在這些附圖中:
圖1描繪了一種典型的浮動軸承渦輪增壓器的截面；
圖2穿過一個(gè)典型的渦輪增壓器的圖1中的截面“S-S”描繪了一個(gè)；
圖3描繪了圖2的一個(gè)放大的視圖；
圖4描繪了創(chuàng)造性的插入件的一個(gè)放大的視圖；
圖5描繪了創(chuàng)造性的插入件的一個(gè)變體的放大的視圖；以及圖6描繪了本發(fā)明的第二實(shí)施例的一個(gè)放大的視圖。
發(fā)明的詳細(xì)說明
[0015]為解決移除速度傳感器以用于維修或更換時(shí)軸頸軸承間隔件旋轉(zhuǎn)的問題，本發(fā)明人產(chǎn)生了一種插入件的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)允許移除速度傳感器而同時(shí)保持間隔件的對齊，從而允許將速度傳感器重新插過間隔件。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，這種插入件防止了間隔件磨損和損傷傳感器探頭的外側(cè)，在其他的情況下會由于在正常的渦輪增壓器運(yùn)行過程中從軸傳遞到軸承間隔件的波動扭矩產(chǎn)生這種磨損和損傷。因此，改善了速度傳感器的耐久性和失效率，并且較少了對于更換的需求。
[001