DE102013114094A1 - Turbocharger and shaft assembly - Google Patents
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Abstract
Es ist eine Turbinenrad- und Wellenbaugruppe für einen Turbolader vorgesehen, die ein Turbinenrad aufweist, das einen Körperabschnitt aufweist, der eine Mehrzahl von Schaufeln an einer ersten axialen Seite davon trägt. Eine Nabe erstreckt sich von einem Körperabschnitt an einer zweiten axialen Seite. Eine Welle ist an die Nabe an einer Schweißstelle geschweißt, die von der zweiten axialen Seite beabstandet ist. Die Schweißstelle ist axial von der zweiten axialen Seite um eine Distanz beabstandet, die ausreichend ist, um eine signifikante Reduzierung der Restspannungen in den geschweißten Teilen bereitzustellen. Diese Konstruktion ist dazu bestimmt, Probleme mit einer Unwucht des Turbinenrades zu mindern.A turbine wheel and shaft assembly for a turbocharger is provided that includes a turbine wheel having a body portion that supports a plurality of blades on a first axial side thereof. A hub extends from a body portion on a second axial side. A shaft is welded to the hub at a weld that is spaced from the second axial side. The weld is axially spaced from the second axial side by a distance sufficient to provide a significant reduction in residual stresses in the welded parts. This design is designed to alleviate problems with turbine wheel imbalance.
Description
GEBIETTERRITORY
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Turbolader für Motoren und insbesondere eine Turborad- und Wellenbaugruppe für eine verbesserte Leistungsfähigkeit des Turboladers.The present disclosure relates to a turbocharger for engines, and more particularly to a turbocharger and shaft assembly for improved turbocharger performance.
HINTERGRUND UND ZUSAMMENFASSUNGBACKGROUND AND ABSTRACT
Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformation in Verbindung mit der vorliegenden Offenbarung dar, die nicht unbedingt Stand der Technik ist.This section presents background information in connection with the present disclosure, which is not necessarily prior art.
Turboaufgeladene Motoren verwenden komprimierte Luft, die darin resultiert, dass eine größere Luftmenge in den Motor getrieben wird, wodurch mehr Leistung erzeugt wird. Die Energie, die verwendet wird, um den Turbokompressor anzutreiben, wird von Abgasen entnommen. Wenn die Abgase den Motor verlassen, werden sie durch ein Turbinenrad geführt, das in der Abgasströmung angeordnet ist. Die Gase treiben das Turbinenrad an, das direkt über eine Welle mit einem Kompressorrad verbunden ist. Erhöhte Abgasströmungen treiben das Turbinenrad schneller an, wodurch dem Motor mehr Luft geliefert wird, wodurch mehr Leistung erzeugt wird. Daher verwendet der Turbolader die Entnahme von Energie von dem Abgas, um den Motorwirkungsgrad zu verbessern.Turbocharged engines use compressed air which results in a larger amount of air being forced into the engine, producing more power. The energy used to drive the turbocompressor is taken from exhaust gases. As the exhaust leaves the engine, they are guided by a turbine wheel located in the exhaust flow. The gases drive the turbine wheel, which is directly connected to a compressor wheel via a shaft. Increased exhaust flows propel the turbine wheel faster, providing the engine with more air, thereby producing more power. Therefore, the turbocharger uses the extraction of energy from the exhaust to improve engine efficiency.
Turbolader werden gewöhnlich als Leistungssteigerung an Sportfahrzeugen gesehen, jedoch werden Turbolader heutzutage regelmäßiger dazu verwendet, ein größeres Drehmoment an Motoren mit kleinem Hubraum bereitzustellen. Die Vorteile der Verwendung eines turboaufgeladenen Motors umfassen eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit und reduzierte Abgasemissionen. Die Komponenten des Turboladers umfassen allgemein ein Gehäuse, das eine Kompressorkammer und eine Turbinenkammer definiert, wobei ein Kompressorrad in der Kompressorkammer angeordnet ist und ein Turbinenrad in der Turbinenkammer angeordnet ist. Eine Turbinenwelle ist zur Verwendung zwischen dem Turbinenrad und dem Kompressorrad vorgesehen.Turbochargers are usually seen as enhancing the performance of sports cars, but nowadays turbochargers are more commonly used to provide greater torque to small displacement engines. The benefits of using a turbocharged engine include improved fuel economy and reduced exhaust emissions. The components of the turbocharger generally include a housing defining a compressor chamber and a turbine chamber, wherein a compressor wheel is disposed in the compressor chamber and a turbine wheel is disposed in the turbine chamber. A turbine shaft is provided for use between the turbine wheel and the compressor wheel.
Mit Bezug auf
Es ist jedoch eine Entdeckung der vorliegenden Erfindung gewesen, dass, da die Naht zwischen dem Turbinenrad und der Turbinenwelle geschweißt ist, Restspannungen in dem Turbinenrad und der Welle gebildet werden. Diese Restspannungen stehen direkt mit der Wärme in Verbindung, die in die Komponenten während des Schweißprozesses zugeführt wird. Der Schweißvorgang wird unter Verwendung eines fokussierten Strahles, wie über Elektronenstrahlschweißen ausgeführt, obwohl auch Laserschweißen oder Reibungschweißen verwendet werden könnten. Nachdem der Schweißprozess beendet ist, kann ein defokussierter Strahl verwendet werden, um den Heizbetrieb zu verbreitern, um einige der Restspannungen, die auf das Turbinenrad und die Welle aufgebracht sind, zu entlasten. Jedoch werden die Turbinenräder und Wellenbaugruppen, die nach dem Schweißprozess richtig gewuchtet worden sind, zur Verwendung in einem Turbolader angeordnet, bei dem die Temperaturen 600°C überschreiten können. Die Erwärmung der Turbinenrad- und Wellenbaugruppe kann bewirken, dass sich die Restspannungen aus dem Schweißprozess entspannen, was in einer Radverzerrung resultieren kann. Gemäß der Theorie der Entdeckung der vorliegenden Anmeldung ist, da die Schweißstelle
Demgemäß ist es die Absicht der vorliegenden Anmeldung, die Schweißstelle weiter weg von der Masse des Turbinenradkörpers zu bewegen, so dass die Schweißnaht von der großen Masse des Turbinenrades wegbewegt wird und ein defokussierter Strahl die Restspannungen an der Schweißstelle leichter entlasten kann. Zusätzlich kann durch Wegbewegen der Schweißstelle von dem Körper des Turbinenrades die Schweißnaht an einer Stelle mit geringerer Betriebstemperatur angeordnet werden, um die Wirkungen einer Entspannung von Schweißrestspannung auf die Minderung der Radunwucht zu minimieren. Demgemäß sieht die vorliegende Offenbarung eine Turbinenrad- und Wellenbaugruppe für einen Turbolader vor, die ein Turbinenrad aufweist, das einen Körperabschnitt aufweist, der eine Mehrzahl von Schaufeln an einer ersten axialen Seite davon trägt. Eine Nabe erstreckt sich von dem Körperabschnitt an der zweiten axialen Seite. Die Nabe weist einen vorbestimmten Durchmesser und eine Länge auf. Eine Welle ist an die Nabe an einer Schweißstelle geschweißt, die von der axialen Seite beabstandet ist. Die Schweißstelle ist axial von der zweiten axialen Seite des Körperabschnitts um eine Distanz beabstandet, die zumindest 50 Prozent und bevorzugt zumindest 75 Prozent des Durchmessers der Nabe beträgt.Accordingly, it is the intent of the present application to move the weld farther away from the mass of the turbine wheel body so that the weld is moved away from the large mass of the turbine wheel and a defocused jet can more easily relieve the residual stresses at the weld. In addition, by moving the weld away from the body of the turbine wheel, the weld may be placed in a lower operating temperature location to minimize the effects of relaxation of weld stress on the reduction in wheel imbalance. Accordingly, the present disclosure provides a turbine and shaft assembly for a turbocharger having a turbine wheel having a body portion supporting a plurality of blades on a first axial side thereof. A hub extends from the body portion at the second axial side. The hub has a predetermined diameter and a length. A shaft is attached to the hub at one Welded weld, which is spaced from the axial side. The weld is axially spaced from the second axial side of the body portion by a distance that is at least 50 percent and preferably at least 75 percent of the diameter of the hub.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier vorgesehenen Beschreibung offensichtlich. Die Beschreibung und die besonderen Beispiele in dieser Zusammenfassung sind nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.Other applications will be apparent from the description provided herein. The description and specific examples in this summary are intended for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the present disclosure.
ZEICHNUNGENDRAWINGS
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken von ausgewählten Ausführungsformen und nicht allen möglichen Implementierungen und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.The drawings described herein are for purposes of illustration of selected embodiments and not all possible implementations, and are not intended to limit the scope of the present disclosure.
Entsprechende Bezugszeichen geben über die verschiedenen Ansichten der Zeichnungen hinweg entsprechende Teile an.Corresponding reference characters indicate corresponding parts throughout the several views of the drawings.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Nun werden Beispielausführungsformen anhand der begleitenden Zeichnungen umfassender beschrieben.Example embodiments will now be described more fully with reference to the accompanying drawings.
Es sind beispielhafte Ausführungsformen vorgesehen, sodass diese Offenbarung vollständig ist und den Schutzumfang dem Fachmann vollständig vermittelt. Es sind zahlreiche spezifische Details dargestellt, wie Beispiele spezifischer Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein vollständiges Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Es ist dem Fachmann offensichtlich, dass spezifische Details nicht verwendet werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden können, und nicht so ausgelegt werden sollen, dass der Schutzumfang der Offenbarung beschränkt wird. Bei einigen beispielhaften Ausführungsformen sind gut bekannte Prozesse, gut bekannte Vorrichtungsstrukturen und gut bekannte Technologien nicht detailliert beschrieben.Exemplary embodiments are provided so that this disclosure is complete and fully conveys the scope of protection to those skilled in the art. Numerous specific details are presented, such as examples of specific components, devices, and methods, in order to provide a thorough understanding of the embodiments of the present disclosure. It will be apparent to those skilled in the art that specific details need not be employed, that exemplary embodiments may be embodied in many different forms, and should not be construed to limit the scope of the disclosure. In some example embodiments, well-known processes, well-known device structures, and well-known technologies are not described in detail.
Die hier verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und ist nicht zur Beschränkung bestimmt. Wie hier verwendet ist, können Singularformen ”ein”, ”eine” und ”der, die, das” dazu bestimmt sein, genauso die Pluralformen zu enthalten, sofern es der Kontext nicht anderweitig deutlich angibt. Die Begriffe ”umfassen”, ”umfassend”, ”einschließlich” und ”mit” sind inklusive und legen daher die Anwesenheit festgelegter Merkmale, Zahlen, Schritten, Betriebsabläufe, Elemente und/oder Komponenten fest, schließen jedoch nicht die Anwesenheit oder den Zusatz eines oder mehrerer anderer Merkmale, Zahlen, Betriebsabläufe, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen daraus aus. Die Verfahrensschritte, Prozesse sowie Betriebsabläufe, die hier beschrieben sind, sind nicht so auszulegen, dass sie ihre Ausführung in der bestimmten Reihenfolge, die diskutiert oder veranschaulicht ist, unbedingt erfordern, sofern sie nicht als Reihenfolge der Ausführung speziell festgelegt ist. Es sei auch zu verstehen, dass zusätzliche oder alternative Schritte verwendet werden können.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting. As used herein, singular forms "a," "an," and "the" that may be intended to include the plural forms as well unless the context clearly indicates otherwise. The terms "comprise," "comprising," "including," and "including" are inclusive and therefore identify the presence of specified features, numbers, steps, operations, elements, and / or components, but do not preclude the presence or addition of one or more several other features, numbers, operations, elements, components, and / or groups thereof. The method steps, processes, and operations described herein are not to be construed as necessarily requiring their performance in the particular order discussed or illustrated unless specifically designated as the order of execution. It should also be understood that additional or alternative steps may be used.
Wenn ein Element oder eine Schicht als ”an”, ”in Eingriff mit”, ”verbunden mit” oder ”gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben ist, kann sie sich direkt auf dem anderen Element oder der anderen Schicht, in Eingriff damit, verbunden damit oder gekoppelt damit befinden oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Im Gegensatz dazu braucht, wenn ein Element als ”direkt auf”, ”direkt in Eingriff mit”, ”direkt verbunden mit” oder ”direkt gekoppelt mit” einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben ist, keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Ein anderer Wortlaut, der zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet ist, sei auf eine ähnliche Weise zu interpretieren (beispielsweise ”zwischen” gegen über ”direkt zwischen”, ”benachbart” gegenüber ”direkt benachbart”, etc.). Der hier verwendete Begriff ”und/oder” umfasst jede und alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugeordneten aufgelisteten Objekte.If an element or layer is described as being "on," "engaged with," "connected to," or "coupled with" another element or layer, it may be directly on the other element or layer, in Engage with, connected to, or coupled to, or intervening elements or layers may be present. In contrast, when an element is described as being "directly on," "directly engaged with," "directly connected to," or "directly coupled to" another element or layer, there need be no intervening elements or layers. Another wording used to describe the relationship between elements should be interpreted in a similar manner (eg, "between" versus "directly between," "adjacent" versus "directly adjacent," etc.). As used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the associated listed objects.
Mit Bezug auf
Gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung sind das Turbinenrad
Um die Restspannungen weiter zu reduzieren, ist es auch vorteilhaft, die Masse der Welle
Gemäß einer alternativen Ausführungsform, wie in
Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen ist zu Darstellungs- und Beschreibungszwecken vorgesehen worden. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer besonderen Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese besondere Ausführungsform begrenzt, sondern sind, wo anwendbar, austauschbar und können in einer ausgewählten Ausführungsform verwendet werden, selbst wenn sie nicht speziell gezeigt oder beschrieben sind. Selbiges kann auch auf vielerlei Weisen verändert werden. Derartige Abwandlungen sind nicht als eine Abweichung von der Offenbarung anzusehen, und alle derartigen Modifikationen sollen im Umfang der Offenbarung enthalten sein.The foregoing description of the embodiments has been provided for the purposes of illustration and description. It should not be exhaustive or limit the revelation. Particular elements or features of a particular embodiment are generally not limited to this particular embodiment, but are interchangeable where applicable, and may be used in a selected embodiment, even if not specifically shown or described. The same can also be changed in many ways. Such modifications are not to be regarded as a departure from the disclosure, and all such modifications are intended to be included within the scope of the disclosure.
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