CN100577997C - 涡轮增压器涡旋回流轴承体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涡轮增压器涡旋回流轴承体，包括安装在转子轴上的轴承体，该轴承体上设有轴承体进油口、止推轴承进油口、浮动轴承进油口和回油腔，止推轴承进油口和浮动轴承进油口与轴承体进油口之间通过输油道连通，止推轴承进油口和浮动轴承进油口分别通过压端回油通道、中间回油通道和涡端回油通道与回油腔连通，轴承体上与回油腔相应的位置设有轴承体回油口，回油腔内的壳壁上设有若干个涡旋导流壁，相邻的涡旋导流壁之间形成涡旋加速通道，增加润滑油的涡旋运动趋势，加大回油速度，从而解决了因为涡轮增压器轴承体没有足够的回油腔空间而导致润滑油回油不及时的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种发动机用涡轮增压器的轴承体，特别是一种用于结构紧凑、高转速的小排量发动机的涡轮增压器涡旋回流轴承体，属于小型高速内燃机增压领域。
背景技术
发动机涡轮增压技术经过近年来的快速发展，在内燃机领域得到了迅速普及，越来越多的发动机通过增压技术提高了动力性能，改善了经济指标，减少了尾气排放，降低了发动机的噪音。随着增压技术的发展，涡轮增压器在中重型发动机领域已经实现了100％的普及，目前小型高速发动机在国家排放法规和提升发动机升功率的需求下，也逐步采用增压技术。
涡轮增压器是利用发动机排出的废气能量驱动涡轮，并带动与涡轮同轴的压气机叶轮高速旋转，新鲜空气在压气机叶轮离心力的作用下被压缩进入发动机的汽缸，从而增加了发动机的充气量，可供更多的燃油完全燃烧，从而提高了发动机的功率、节省了燃油的消耗，同时由于燃烧条件的改善，减少了废气中CO、HC、NOX以及PM等有害物的排放。根据发动机的使用工况，特别是车用发动机，越来越多的关注发动机的低速性能，需要涡轮增压器越来越小，从而提高增压器的响应性，提高低速工况下增压器的转速和增压压力。
涡轮增压器因为空间和使用需求，结构越来越紧凑。如图1所示，目前涡轮增压器内部都是采用压力润滑油对轴承体内部的轴承系统进行润滑和支撑，润滑油通过轴承体进油口11进入轴承体1内部，然后经输油道10进入止推轴承进油口12和浮动轴承进油口3，实现对增压器的轴向和径向支撑，确保涡轮叶轮9和压气机叶轮2同步高速旋转，在完成相应的支撑和润滑功能后，通过压端回油通道4、中间回油通道5和涡端回油通道8进行泄流，经过回油腔6收集后，从轴承体回油口7流到发动机曲轴箱中。按照需要，润滑机油应该快速、及时的从增压器轴承体的回油腔中通过回油管实现回流。因此，需要进一步加大轴承体的回油油腔体积，但紧凑的涡轮增压器轴承体空间非常狭小，特别是在小型化趋势更加明显的今天，润滑油能否及时回流成为了判定一台涡轮增压器密封性能好坏的一个关键因素。压力润滑油在轴承体的壁面进行反复碰撞后，需要快速降低压力并且依靠重力流向轴承体回油孔，否则润滑油会沿转子轴18部件向压气机叶轮2和涡轮叶轮9两端泄漏。
目前，涡轮增压器的轴承体结构，都比较关注润滑油的冷却结构，在轴承体外部增加水冷腔或者散热片等结构，通过降低温度提高轴承的可靠性。但是在润滑油内部流动及回油约束等方面仍然是一个空白，润滑油雾在壁面粘附后只能依靠重力回流。因此，需要设计一种涡轮增压器的轴承体，通过约束和加速增压器内部润滑油，减少涡轮增压器漏油故障的发生。
发明专利内容
本发明所要解决的问题是针对涡轮增压器特别是小型增压器的轴承体的回油加速和约束问题，提供一种涡轮增压器的涡旋回流轴承体，能够通过轴承体内部的涡旋导流壁引导并充分利用地球的万有引力，增加轴承体内部润滑油的旋流速度，缩短润滑油流入回油管的时间，从而满足紧凑结构轴承体增压器的可靠运行。
为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
涡轮增压器涡旋回流轴承体，包括安装在转子轴上的轴承体，该轴承体上设有轴承体进油口、止推轴承进油口、浮动轴承进油口和回油腔，所述止推轴承进油口和浮动轴承进油口与轴承体进油口之间通过输油道连通，所述止推轴承进油口和浮动轴承进油口分别通过压端回油通道、中间回油通道和涡端回油通道与回油腔连通，轴承体上与回油腔相应的位置设有轴承体回油口，其特征是：所述回油腔内的壳壁上设有若干个涡旋导流壁，相邻的涡旋导流壁之间形成涡旋加速通道，所述涡旋加速通道的前缘分别设置在靠近压端回油通道、中间回油通道和涡端回油通道的出口的位置。
以下是本发明专利对上述方案的进一步改进：
所述涡旋导流壁与回油腔一体铸造成型。
所述涡旋加速通道的截面积由靠近压端回油通道、中间回油通道和涡端回油通道的前缘位置向靠近轴承体回油口的尾缘位置依次递减。
所述涡旋加速通道的尾缘与轴承体回油口之间形成湍流腔。
所述所述湍流腔的高度大于轴承体回油口的直径。
本发明通过对紧凑结构的小型涡轮增压器的涡旋回流轴承体的设计开发，有效解决了常规增压器的轴承体在采用重力回油过程中，因为空间狭小问题导致无法及时回流的问题。本发明中的涡轮增压器涡旋回流轴承体通过在轴承体的导油腔中增加涡旋导流壁结构，增加润滑油的涡旋运动趋势，加大回油速度，从而解决了因为涡轮增压器轴承体没有足够的回油腔空间而导致润滑油回油不及时的问题，减少了涡轮增压器因为回油不畅引起的漏油故障。同时，在回油腔中设立的涡旋导流壁结构与润滑油回油方向一致，在涡旋引流的同时有效的将原先轴承体中的润滑油根据流动情况分成了几个相互分离的部分，从而进一步减少了因为引流不及时问题引起的漏油机率。通过铸造方式在轴承体中设立简单的涡旋引流结构，可以在增压器原先轴承体紧凑结构不变的情况下，解决我们关心的润滑油回流问题，简单可行，安全系数高。
综上，在目前涡轮增压技术逐步向小型化、轻型化发展的关键时刻，在关键的增压器轴承系统部分，有效的采用地球的万有引力原理，研发带有涡旋结构的轴承体能够有效提高增压器的可靠性。该结构可以根据需要广泛应用于各种类型的涡轮增压器轴承体，具有广阔的市场推广价值，能取得良好的应用效果。
下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步的说明：
附图说明
附图1是发明背景技术中涡轮增压器轴承体的结构示意图；
附图2是本发明实施例中涡旋结构轴承体的结构示意图；
附图3是附图2中的A-A向剖视图。
图中：1-轴承体，2-压气机叶轮，3-浮动轴承进油口，4-压端回油通道，5-中间回油通道，6-回油腔，7-轴承体回油口，8-涡端回油通道，9-涡轮叶轮，10-输油道，11-轴承体进油口，12-止推轴承进油口，13-涡旋导流壁，14-涡旋加速通道，15-湍流腔，16-涡轮转子旋转方向，17-涡旋加速方向、18-转子轴。
具体实施方式
实施例，如图2所示，一种涡轮增压器涡旋回流轴承体，包括安装在转子轴18上的轴承体1，该轴承体1上设有轴承体进油口11、止推轴承进油口12、浮动轴承进油口3和回油腔6，所述止推轴承进油口12和浮动轴承进油口3与轴承体进油口11之间通过输油道10连通，所述止推轴承进油口12和浮动轴承进油口3分别通过压端回油通道4、中间回油通道5和涡端回油通道8与回油腔6连通，轴承体1上与回油腔6相应的位置设有轴承体回油口7，所述回油腔6内的壳壁上设有若干个与回油腔6一体铸造成型的涡旋导流壁13，相邻的涡旋导流壁13之间形成涡旋加速通道14，所述涡旋加速通道14的前缘分别设置在靠近压端回油通道4、中间回油通道5和涡端回油通道8的出口的位置，有效收集润滑机油，所述涡旋加速通道14的截面积由靠近压端回油通道4、中间回油通道5和涡端回油通道8的前缘位置向靠近轴承体回油口7的尾缘位置依次递减，提升润滑油的流动速度，所述的涡旋加速通道14的尾缘与轴承体回油口7之间形成湍流腔15，所述的湍流腔15有效汇集各个涡旋加速通道14中的加速后的润滑机油并通过回油口7完成回油，所述的湍流腔15的高度大于回油孔直径，以确保有足够的湍流回油空间。
如图3所示，所述的涡旋导流壁13在轴承体1中的分布有固定的旋向，所述旋转加速通道14在涡旋导流壁13旋向的约束下加速形成固定方向的旋流，所述的涡轮转子旋转方向16按照图中旋转时，涡旋加速方向17为顺时针方向布置，所述的涡轮转子旋转方向16如果按照图中反方向旋转时，涡旋导流壁13需要更改为相反旋向，使涡旋加速方向17按照逆时针布置。
本发明专利针对紧凑结构涡轮增压器特别是小型高速增压器，完成了涡旋回流轴承体的研发。通过有效加速和引导回油方向实现润滑油涡旋加速流动，同时将回流的润滑油分区管理，有效解决了小型结构增压器润滑油腔狭小导致回油不及时的行业难题，防止了润滑油沿转子轴18部件向压气机叶轮2和涡轮叶轮9两端泄漏，该类型涡轮增压器轴承体是在原先涡轮增压器基础上，通过在回油腔内部铸造涡旋导流壁完成，成本低，继承性好。
Claims (5)
1、一种涡轮增压器涡旋回流轴承体，包括安装在转子轴(18)上的轴承体(1)，该轴承体(1)上设有轴承体进油口(11)、止推轴承进油口(12)、浮动轴承进油口(3)和回油腔(6)，所述止推轴承进油口(12)和浮动轴承进油口(3)与轴承体进油口(11)之间通过输油道(10)连通，所述止推轴承进油口(12)和浮动轴承进油口(3)分别通过压端回油通道(4)、中间回油通道(5)和涡端回油通道(8)与回油腔(6)连通，轴承体(1)上与回油腔(6)相应的位置设有轴承体回油口(7)，其特征是：所述回油腔(6)内的壳壁上设有若干个涡旋导流壁(13)，相邻的涡旋导流壁(13)之间形成涡旋加速通道(14)，所述涡旋加速通道(14)的前缘分别设置在靠近压端回油通道(4)、中间回油通道(5)和涡端回油通道(8)的出口的位置。
2、根据权利要求1所述的涡轮增压器涡旋回流轴承体，其特征是：所述涡旋导流壁(13)与回油腔(6)一体铸造成型。
3、根据权利要求1或2所述的涡轮增压器涡旋回流轴承体，其特征是：所述涡旋加速通道(14)的截面积由靠近压端回油通道(4)、中间回油通道(5)和涡端回油通道(8)的前缘位置向靠近轴承体回油口(7)的尾缘位置依次递减。
4、根据权利要求3所述的轮增压器涡旋回流轴承体，其特征是：所述涡旋加速通道(14)的尾缘与轴承体回油口(7)之间形成湍流腔(15)。
5、根据权利要求4所述的涡轮增压器涡旋回流轴承体，其特征是：所述湍流腔(15)的高度大于轴承体回油口(7)的直径。
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