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明領域
[0001]本發明提供了一種用于固定渦輪增壓器的速度傳感器改進的裝置，該裝置也可以固定一個軸頸軸承間隔件以防旋轉。
技術領域
[0002]渦輪增壓器是一種強制進氣系統。它們將空氣以與在正常吸氣構型中的可能情況相比更大的密度傳送到發動機進氣中，從而允許燃燒更多的燃料，進而在沒有明顯增加發動機重量的情況下提升了發動機的馬力。這使得能夠使用一臺較小的渦輪增壓的發動機來替代一臺較大物理尺寸的正常吸氣的發動機，因此減少了車輛的質量以及空氣動力學的前端面積。
[0003]渦輪增壓器的葉輪被設計成在高峰工況時以近似最高應力運轉。這與葉輪的設計相對應地在壓力與質量之間產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運行或葉輪會受到過度的應力。與受到過度應力的狀態一起出現的是由于葉輪運行的速度循環期而產生的損傷累積。損傷累積是渦輪增壓器葉輪中低循環數疲勞(LCF)的主要因素。
[0004]渦輪增壓器的旋轉組件以異常高的速度旋轉，對小轉子而言是在200,000 RPM的數量級，而對大轉子而言是在80，000 RPM的數量級。由于渦輪增壓器的發明，轉速已經穩定地攀升。瞬態響應是針對加速的或減速的發動機的一個基于時間的速度變化量度。渦輪增壓器的功能是發動機瞬態響應中的一個重要因素。一個典型的瞬態響應的測量約定是發動機從高怠速發動機轉速到80%最大扭矩所花費的時間。由于渦輪增壓器轉速是渦輪增壓器瞬態響應中的一個重要組成部分，在發動機高怠速下渦輪增壓器的轉速越快，就會花費越短的時間到達最大發動機扭矩。雖然這是一個簡單的觀點，但隨著發動機高怠速下的高增壓器轉速帶來了最大發動機扭矩下的高增壓器轉速；所以必須防止渦輪增壓器超速。
[0005]在電子發動機控制出現之前，壓縮機葉輪的選擇與設計是相當簡單的，帶有大的安全余度和大幅度的補償余度，所以，總的來說，葉輪以比較沉穩的速度水平運行。隨著電子發動機控制的引入，就變得有可能自始至終使得渦輪增壓器以設計極限或在設計極限附近運行，因而葉輪中的損傷積累變得嚴重，并且低循環數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節式兩級渦輪增壓器。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渦輪機葉輪的葉片上從而致使旋轉組件的速度增加。旋轉組件是與慣性相關聯的，并且因此在從高速上閉合這些葉片與旋轉組件的停止加速之間有一個滯后時間，并且這可能會導致一個最大轉速過調。此外，就調節式兩級渦輪而言，較小級被用于快速發動機加速，而較大的級是用于在發動機工況的高端提供足夠的質量流量。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]為了對旋轉組件的速度進行精確控制，渦輪增壓器有時還配備有轉速傳感器。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磁鐵使用一個線圈。隨著旋轉的目標周期性地接近和遠離這個磁鐵，吸引力會改變磁場的形狀，這在線圈中感應出可測量的電壓。另一類是電磁傳感器，這種傳感器讀取一個旋轉軸上的一個平坦部的循環阻抗。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“軸”(11)具有大致在這些軸頸軸承(64)之間制作的一個平坦部(13)。出于對稱/平衡/應力的原因，有時在這個軸中制作有相反的多個平坦部的。在以上的傳感器類型中，旋轉軸上的平坦部經過傳感器的末端(73)，從而由此隨著從傳感器的末端到這個軸(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)發出的信號通過電纜(75)傳輸給發動機電子控制系統。
[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互補的螺紋部分(21)中。該傳感器深度的設定和維持是通過將傳感器上的一個面向內的表面(76)定位抵靠在軸承殼體(20 )上的一個面向外的支座上來實現的。傳感器的內部末端(73 )與旋轉軸(11)的外表面之間的“空隙”必須為使得傳感器持續地并且精確地運行而都被設定并且保持不變。
[0009]傳感器的這個末端(73)(其直徑是在0.75毫米的范圍內)總體上必須與軸的表面處于小于I _的距離內。對于渦輪增壓器的軸頸軸承(64)是由一個間隔件(67)來軸向分開的設計而言，該間隔件典型地是由將會遮蔽旋轉軸的平坦部-外圓的循環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)中就約束了這個間隔件使其不能繞渦輪增壓器的軸線(I)旋轉。在組裝過程中，這個間隔件是由一個磁性工具固持在位(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端軸頸軸承組裝到軸頸軸承孔中之前插入到這個軸頸軸承孔中的。
[0010]因為這樣的傳感器是存在于一種熱且有振動的惡劣環境中的精細電子物件，它們傾向于會失效。為了更換速度傳感器(70 )，技術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，相當容易的是使得這個旋轉組件旋轉移動并且以所述旋轉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。由于間隔件是在長孔的底部，技術人員不能看到間隔件中的窗口相對于將傳感器裝配進入其中的這個孔的位置。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]從授權給本專利的受讓人的WO 2012024092已知，在一個軸承殼體凹陷部固定一個速度傳感器，并且在圍繞速度傳感器的這個軸承殼體凹陷部中安排一個柔性套筒并且使得該柔性套筒以一端接合進入這個傳感器凹陷部。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柔性套筒。
[0012]此外，在正常的渦輪增壓器運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造成磨損和損傷。對于防止對傳感器探頭產生這樣的損傷存在著需求。 發明概述
[0013]本發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，同時使得替換的速度傳感器的尖端必須被插過其中的這個軸頸軸承間隔件中的窗口保持在位。這是通過使用一個插入件做到的，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穿過一個典型的渦輪增壓器的圖1中的截面“S-S”描繪了一個；
圖3描繪了圖2的一個放大的視圖；
圖4描繪了創造性的插入件的一個放大的視圖；
圖5描繪了創造性的插入件的一個變體的放大的視圖；以及圖6描繪了本發明的第二實施例的一個放大的視圖。
發明的詳細說明
[0015]為解決移除速度傳感器以用于維修或更換時軸頸軸承間隔件旋轉的問題，本發明人產生了一種插入件的設計，這種設計允許移除速度傳感器而同時保持間隔件的對齊，從而允許將速度傳感器重新插過間隔件。本發明的另一個優點是，這種插入件防止了間隔件磨損和損傷傳感器探頭的外側，在其他的情況下會由于在正常的渦輪增壓器運行過程中從軸傳遞到軸承間隔件的波動扭矩產生這種磨損和損傷。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。
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