[发明专利]用于涡轮增压器的、带有轴承间隔件分度的速度传感器插入件

说明书

技术领域

本发明提供了一种用于固定涡轮增压器的速度传感器改进的装置，该装置也可以固定一个轴颈轴承间隔件以防旋转。

背景技术

涡轮增压器是一种强制进气系统。它们将空气以与在正常吸气构型中的可能情况相比更大的密度传送到发动机进气中，从而允许燃烧更多的燃料，进而在没有明显增加发动机重量的情况下提升了发动机的马力。这使得能够使用一台较小的涡轮增压的发动机来替代一台较大物理尺寸的正常吸气的发动机，因此减少了车辆的质量以及空气动力学的前端面积。

涡轮增压器的叶轮被设计成在高峰工况时以近似最高应力运转。这与叶轮的设计相对应地在压力与质量之间产生了最佳折衷以便在叶轮的所希望的效率与压力比率上对提供最低的惯性。这种折衷的推断是涡轮增压器的叶轮不能以超速状态运行或叶轮会受到过度的应力。与受到过度应力的状态一起出现的是由于叶轮运行的速度循环期而产生的损伤累积。损伤累积是涡轮增压器叶轮中低循环数疲劳（LCF）的主要因素。

涡轮增压器的旋转组件以异常高的速度旋转，对小转子而言是在200,000 RPM的数量级，而对大转子而言是在80,000 RPM的数量级。由于涡轮增压器的发明，转速已经稳定地攀升。瞬态响应是针对加速的或减速的发动机的一个基于时间的速度变化量度。涡轮增压器的功能是发动机瞬态响应中的一个重要因素。一个典型的瞬态响应的测量约定是发动机从高怠速发动机转速到80%最大扭矩所花费的时间。由于涡轮增压器转速是涡轮增压器瞬态响应中的一个重要组成部分，在发动机高怠速下涡轮增压器的转速越快，就会花费越短的时间到达最大发动机扭矩。虽然这是一个简单的观点，但随着发动机高怠速下的高增压器转速带来了最大发动机扭矩下的高增压器转速；所以必须防止涡轮增压器超速。

在电子发动机控制出现之前，压缩机叶轮的选择与设计是相当简单的，带有大的安全余度和大幅度的补偿余度，所以，总的来说，叶轮以比较沉稳的速度水平运行。随着电子发动机控制的引入，就变得有可能自始至终使得涡轮增压器以设计极限或在设计极限附近运行，因而叶轮中的损伤积累变得严重，并且低循环数疲劳失效变得更常见。

还商用地介绍了可变几何形状涡轮增压器和调节式两级涡轮增压器。在这些情况的每种情况下，涡轮增压器都变得有可能“超速”。就VTG（可变涡轮几何形状）而言，将叶片收起使得排气加速到达涡轮机叶轮的叶片上从而致使旋转组件的速度增加。旋转组件是与惯性相关联的，并且因此在从高速上闭合这些叶片与旋转组件的停止加速之间有一个滞后时间，并且这可能会导致一个最大转速过调。此外，就调节式两级涡轮而言，较小级被用于快速发动机加速，而较大的级是用于在发动机工况的高端提供足够的质量流量。如果从小的涡轮增压器到大的涡轮增压器的切换延迟的话，那么小的涡轮增压器的速度就可能超出范围，并且涡轮可能超速。

为了对旋转组件的速度进行精确控制，涡轮增压器有时还配备有转速传感器。速度传感器有几种类型。可变磁阻（VR）传感器在传感器的末端围绕一个磁铁使用一个线圈。随着旋转的目标周期性地接近和远离这个磁铁，吸引力会改变磁场的形状，这在线圈中感应出可测量的电压。另一类是电磁传感器，这种传感器读取一个旋转轴上的一个平坦部的循环阻抗。如图1和2描绘的，支撑着这些轴颈轴承的轴和叶轮的这个“轴”（11）具有大致在这些轴颈轴承（64）之间制作的一个平坦部（13）。出于对称/平衡/应力的原因，有时在这个轴中制作有相反的多个平坦部的。在以上的传感器类型中，旋转轴上的平坦部经过传感器的末端（73），从而由此随着从传感器的末端到这个轴（11）的近似表面的距离的周期性改变而提供一种信号，而这种改变是由于从轴的中心到轴的外圆的半径与到轴上的平坦部（13）的不同作为。从传感器（70）发出的信号通过电缆（75）传输给发动机电子控制系统。

为了将速度传感器（70）装配到涡轮增压器的轴承壳体（20）上，传感器（70）的螺纹部分（71）被拧入到速度传感器被定位于其中的孔的一个互补的螺纹部分（21）中。该传感器深度的设定和维持是通过将传感器上的一个面向内的表面（76）定位抵靠在轴承壳体（20）上的一个面向外的支座上来实现的。传感器的内部末端（73）与旋转轴（11）的外表面之间的“空隙”必须为使得传感器持续地并且精确地运行而都被设定并且保持不变。