CN101103179B - 集成涡轮增压器润滑剂过滤系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于涡轮增压器的示范性中心外壳包括用于接收润滑剂过滤单元的过滤井。一种用于附着到涡轮增压器的中心外壳的示范性过滤单元包括将过滤单元附着到中心外壳的附着机构，用于过滤润滑剂的过滤器以及润滑剂流路，其中润滑剂流路开始于过滤单元的外围表面，通过过滤器并终止在过滤单元的孔径面。还公开了各种其它示范性装置、组件、系统、方法等。

Description

集成涡轮增压器润滑剂过滤系统
技术领域
本申请所公开的主题大致涉及内燃机的涡轮机，并且具体涉及用于过滤旋转涡轮机轴的润滑剂的润滑剂过滤系统。 
背景技术
大多数涡轮机包括从涡轮叶轮的毂延伸到轴承的轴。例如，内燃机的涡轮通常包括将发动机排气导引到涡轮叶轮的涡轮叶轮外壳以及收容耦接到涡轮叶轮的轴的轴承的另一个外壳。在这种配置中，轴承存在于润滑轴承以便减小摩擦作用力、阻尼振动等的润滑剂环境中，以便由此允许涡轮的高速操作。由微粒或者润滑剂或其成分分解产生的润滑剂污染可以导致轴承寿命缩短或轴承故障。当然，对涡轮增压器的其它部件也产生损坏。因而，需要一种能够过滤污染的润滑剂的技术。 
附图说明
通过结合附图参照后续详细描述可以更完整地理解本申请所描述的各种方法、装置、系统、配置等及其等同物，其中： 
图1是传统涡轮增压器和内燃机的框图； 
图2是包括示范性过滤单元的涡轮增压器的示范性外壳的截面视图； 
图3A是适于与图2的示范性外壳一起使用的示范性过滤单元的截面视图； 
图3B是图3A的示范性过滤单元的截面视图； 
图4是包括示范性过滤单元的涡轮增压器的示范性外壳的截面视图； 
图5A是适于与图4的示范性外壳一起使用的示范性过滤单元的截面视图； 
图5B是图5A的示范性过滤单元的截面视图； 
图6是示范性过滤单元的截面视图； 
图7A是包括控油阀的可变形涡轮的示范性中心外壳的透视图； 
图7B是显示示范性控油阀的图7A的示范性中心外壳的剖视图； 
图8是装有过滤器的控油阀的侧视图。 
具体实施方式
本申请所公开的各种示范性方法、装置、系统、配置等解决与涡轮增压器关联的技术的相关问题。 
经常利用涡轮增压器增加内燃机的输出。参照图1，显示了包括内燃机110和涡轮增压器120的现有技术系统100。内燃机110包括收容一个或多个操作性驱动轴112的燃烧室的发动机组118。如图1所示，进气端口114为空气提供到达发动机组118的流路，而排气端口116为排气提供离开发动机组118的流路。 
涡轮增压器120作用成从排气提取能量并将能量提供给进气，进气与燃料混合以便形成燃烧气体。如图1所示，涡轮增压器120包括空气入口134、轴122、压缩机124、涡轮126、外壳128以及排气出口136。由于设置在压缩机124和涡轮126之间，外壳128可以称为中心外壳。 
压缩机124的输出在到达发动机110的进气端口114之前流到通常用于从压缩进气提取热量的热交换器(例如，冷却器)130。如背景部分所提到的，压缩引起空气分子之间的摩擦，因此引起摩擦生热。因而，压缩机出口处的空气一般具有比压缩机入口处的空气高得多的温度。在图1中，热交换器130通常是在压缩空气到达发动机110的一个或多个燃烧室之前从压缩空气去除热量的中间冷却器。 
参照涡轮126，这种涡轮任选包括可变形单元以及可变形控制器。本申请所呈现各种示范性过滤装置或系统不限于可变形涡轮，例如， 这种装置或系统可以与固定形状的涡轮、废气旁通(wastegated)涡轮、自由浮动涡轮增压器等一起使用(或作为其一部分)。可变形单元或可变形控制器任选包括例如与可商业购得的可变形涡轮增压器(VGT)相关联的特征，例如(但不局限于)GARRETT VNTTM以及AVNTTM涡轮增压器，其使用多个可调叶片控制横穿涡轮的排气流。下面进一步描述的图7A、图7B和图8显示了可用于可变形涡轮增压器中的各种部件。当然，示范性涡轮增压器可采用废气旁通技术作为可变形技术的备选或附加方案。 
图2显示包括用于收容轴承以便支撑涡轮叶轮轴的外壳228的示范性组件200的截面。示范性外壳228任选性适于用作图1的外壳128。示范性外壳228包括贯通孔径242，其包括压缩机孔径端244和涡轮孔径端248。一般来说，这种贯通孔径的纵轴线与涡轮叶轮和压缩机叶轮的旋转轴线共轴。 
外壳228允许对支撑在孔径242内的轴承进行润滑。润滑剂经入口252进入并经出口254离开。在本实例中，入口252提供到达过滤单元300的通路，过滤单元300在下文针对图3A和图3B进行更详细的描述。过滤单元300承坐在图2的外壳228的过滤井260内。在本实例中，中心外壳228包括与过滤单元300的零件协作的零件262以便允许将过滤单元300附着到中心外壳228。 
图3A显示了图2的示范性过滤单元300。过滤单元300包括过滤器304、附着机构308和盖312。过滤器304在形状上基本为环形或者是与相关中心外壳的过滤井匹配的形状。在图3A的实例中，附着机构308包括穿孔309和螺纹310的螺栓，其将过滤器304紧固在中心外壳的过滤井内。在图3A的实例中，螺栓308通过盖312内的开孔314并延伸超过过滤器304的长度。如图2所示，螺栓308延伸超过过滤器304的部分在井260的下部分与润滑剂通路的匹配螺纹262配合。润滑剂通路允许过滤的润滑剂通到孔径242。因而，过滤单元300操作为过滤经入口252进入图2的外壳228的润滑剂并且随后允许过滤的润滑剂通到外壳的孔径242。 
各种示范性过滤单元包括附着机构以便将过滤单元附着到中心外壳，用于过滤润滑剂的过滤器以及润滑剂流路，其中润滑剂流路在过滤单元的外围表面开始，通过过滤器并终止在过滤单元的孔径面。在图2、图3A和图3B的实例中，过滤器304以及从而过滤单元300包括外围表面305和孔径面306。 
图3B显示了图3A的示范性过滤单元300的截面。图3B显示了包围穿孔螺栓308的环形过滤器304。尽管穿孔螺栓显示成附着机构308，但可以使用备选附着机构。图3B还显示了外围表面305和孔径面306。一般说来，中心外壳包括与示范性过滤单元的附着机构协作的零件，例如，考虑到图2的中心外壳228的零件262。在各种其它实施例中，压缩配合可以允许进行附着，其需要中心外壳具有适当形状的过滤井等。 
过滤器304任选可如所必须地以单独的维护时间间隔或在换发动机油的维护时间间隔过程中进行更换。例如，在从图2的外壳228卸下螺栓308后，可以对过滤器304进行访问、移除并可以用未使用的过滤器、清洁的过滤器或以其它方式整修的过滤器进行更换。如本申请所提到的，示范性过滤单元或示范性过滤器可以是可更换或可移除的。 
任选使用压力监控器确定何时检查、移除、清洁、更换过滤器。这种压力监控器与过滤单元分开或集成到过滤单元内。例如，入口252任选包括可以在过滤单元300的过滤器304两端压降超过可以接收的水平时进行指示的压力计型电路。在各种其它实例中，可以使用压电电路指示压力。此外，压力传感器可以任选传输信号到发动机控制单元。可以结合控制逻辑使用该信号确定反动机、涡轮增压器等的操作参数。 
图2和图3的示范性过滤单元可以是公零件(例如，螺纹柱、卡口柱等)以便将该单元固定到中心外壳，中心外壳包括对应的母零件。在其它实例中，示范性过滤单元可以包括母零件，而中心外壳可以包括公零件以便将过滤单元固定到中心外壳上。此外，尽管图2和图3 的示范性过滤单元基本承坐在中心外壳的井内，示范性过滤单元可以备选基本位于中心外壳的外表面附近。在后一实例中，过滤单元的一部分可以任选延伸到中心外壳的井或通道内或者中心外壳的一部分(或与其关联的部件)可以从中心外壳向外延伸并与过滤单元协作。 
图4显示了包括用于收容轴承以便支撑涡轮叶轮轴的外壳228的另一个示范性组件204的截面。示范性外壳228任选适于用作图1的外壳128。示范性外壳228包括贯通孔径242，贯通孔径242包括压缩机孔径端244和涡轮孔径端248。一般说来，这种贯通孔径的纵轴线与涡轮叶轮和压缩机叶轮的旋转轴线共轴。 
外壳228允许对支撑在孔径242内的轴承进行润滑。润滑剂经入口252进入并经出口254输出。在本实例中，入口252提供到达过滤单元400的通路，将针对图5对其进行更详细的描述。过滤单元400承坐在图4的外壳228的过滤井260内。在本实例中，中心外壳228包括与过滤单元400的零件协作的零件262以便允许将过滤单元400附着到中心外壳228上。 
图4中还显示的是包括阀门280的任选过滤器旁路零件，阀门280包括可以在过滤器两端压降超过特定限度的情况下打开以便允许润滑剂流到孔径242的柱塞。这种零件作用成确保轴承在过滤器的污垢可能危害轴承润滑的情况下接收润滑剂。 
图5A显示了图4的示范性过滤单元400。过滤单元400包括过滤器404、过滤器壳408、密封件412(例如，o形环等)以及与图4的中心外壳228的零件262协作的螺纹416。在本实例中，过滤器壳408包括位于下表面418的穿孔以及位于螺纹416上方表面的穿孔。粗虚线箭头指示润滑剂经过过滤单元400的流路。润滑剂经下表面418的穿孔进入过滤单元400，通过过滤器404并随后经螺纹416上方表面的穿孔输出过滤单元400。过滤器壳408在上表面上包括开槽，以便于过滤单元400并且因此便于螺纹416的旋转，以便由此允许向或从外壳(例如图4的外壳228)附着和/或移除过滤单元400。 
针对过滤器，示范性过滤器备有添加剂，使得在使用过程中油添加剂随时间释放，这可以增长过滤器的寿命。示范性过滤器(例如，以特定时间间隔更换)作用为释放在操作过程中退化的油添加剂，特别是在涡轮增压器操作过程中。在本实例中，涡轮增压器专用油过滤器比发动机油更频繁地维护。 
参照图4，示范性过滤单元400通过螺纹416以及设置在外壳228内的一组匹配螺纹262的附着到外壳228上，例如在外壳228的过滤井260内或者附近。密封件412作用为将润滑剂密封在过滤井260内。因而，过滤单元400操作成过滤经入口252进入外壳228的润滑剂并允许过滤的润滑剂通到外壳的孔径242。 
图5B显示了图5A的示范性过滤单元400的截面。图5B显示了包围螺纹区域416的过滤器404的环形部分。尽管提到用螺纹将过滤单元400附着到图4的外壳228上，但可以使用其它机构，例如，压缩配合、卡口等。类似地，其它机构可用于过滤单元300以便将其附着到中心外壳。壳408包围过滤器404，同时密封件412承坐在壳408的开槽内。 
尽管过滤器404可以任选是可更换的，但作为整体的过滤单元400也可以是可更换的。作为备选方案，可以对其进行清洁或以其它方式修整。 
任选使用压力监控器确定何时检查、移除、清洁、更换过滤器。这种压力监控器与过滤单元分开或集成到过滤单元内。例如，入口252任选包括可以指示何时过滤单元400的过滤器404两端压降增加超过可接受的水平的压力计型电路。在各种其它实例中，压电电路可用于指示压力。此外，压力传感器可任选传输到发动机控制单元。结合控制逻辑使用该信号确定发动机、涡轮增压器等的操作参数。 
如已经提到的，可使用多种机构的任意一种将示范性过滤单元固定到中心外壳上。尽管示范性单元400包括凹入式螺纹(即，母零件)，但在各种其它实例中，过滤单元可以包括螺纹外表面(即，公零件)。 
图6显示了用于附着涡轮增压器的中心外壳的示范性过滤单元600。粗虚线箭头指示了润滑剂的流路。过滤单元600包括包围过滤器604的壳608。壳608包括螺纹616和密封件612。示范性过滤单元600的整体操作类似于图4、图5A和图5B的示范性过滤单元400；然而密封件和螺纹的位置颠倒。在图6的实例中，密封件612(例如，o形环等)定位成将润滑剂与未过滤润滑剂密封开，然而在图4、图5A和图5B的实例中，密封件412定位成将未过滤的润滑剂与图4的外壳228的外部环境密封开。 
与图6的过滤单元600对应的中心外壳包括带螺纹的过滤井，该螺纹接收螺纹616。当然，可以使用其它附着机构。更进一步，各种示范性过滤单元可以包括多个密封件。例如，示范性过滤单元600可以包括附加密封件，例如定位在螺纹616上方的过滤单元400的密封件。在另一实例中，螺纹位于壳608的顶部附近，而密封件定位于螺纹下方。 
图7A显示了包括控油阀的示范性中心外壳702的透视图。如图所示，控油阀705包括用于传递信息和/或动力的连接器706。中心外壳702的各种零件对应于针对图1的中心外壳128描述的零件，例如，外壳702包括用于接收涡轮轴122的孔径或开口703。外壳702进一步包括可以调节到达涡轮叶轮的流的可变形单元的零件。例如，外壳702包括用于接收可旋转曲轴的孔径或开口704、液压流体(可以是润滑油1)的各种端口707以及活塞的壳708。 
图7B显示了图7A的示范性中心外壳702的剖视图。控油阀705包括电传动器710以及阀杆720。电传动器710允许进行阀杆720的控制。如图所示，阀杆720包括能够选择性控制液压流体路径的各种孔，液压流体与端口和/或导管连通。一般说来，这些路径的控制确定收容在壳708内的活塞所经受的液压压力。活塞的移动转而引起操作性、直接、间接连接到可变形单元的可变形元件(例如，叶片等)的轴的移动。 
如本申请所描述的，一个或多个端口707任选包括过滤器以便过滤液压流体(液压流体可以是也润滑轴轴承的润滑剂)。这种过滤器任选具有如图2到图6所示的零件。 
图8显示了包括电传动器810和杆820的示范性控油阀805。传动器810包括连接器806，而杆820包括各种端口814、816和818。在图8的实例中，入口端口装有过滤流体的滤网812。 
包括润滑剂过滤器的各种示范性系统包括过滤器旁路零件，其任选与外壳、过滤单元集成。在一个实例中，过滤单元包括承坐阀门的弹簧，由此在压力超过特定水平(由于过滤器压降)时，油压力克服弹簧作用力，并且润滑油旁路过滤器。这种旁路机构可以收容在中心外壳，附着到中心外壳或与润滑剂进料顺列(in-line)。 
各种示范性系统任选依赖于独立顺列油过滤器。各种示范性系统任选依赖于可以附着到涡轮增压器中心外壳(例如，旋压单元)的过滤单元。各种示范性系统任选依赖于集成到涡轮增压器中心外壳内(例如安装到中心外壳腔内)的过滤单元。 
各种示范性外壳和过滤单元一般倾向于与涡轮机一起使用。例如，示范性涡轮增压器可以包括至少部分承坐在涡轮增压器的中心外壳内的过滤器以便过滤用于润滑轴承的润滑剂。这种涡轮增压器任选包括用于感应过滤器入口压力的压力传感器，其中压力传感器可以指示过滤器的寿命终止(例如，适当的更换时间、维护时间等)。如所描述的，附着机构通常允许过滤器正确承坐在中心外壳内，其中附着机构允许更换过滤器。因而，如本申请所描述的，示范性涡轮增压器可以包括过滤用于润滑轴轴承的润滑剂的各种装置。 
尽管已经在附图中显示并在前述详细描述中描述了示范性方法、装置、系统、配置等，但应理解所公开的示范性实施例不是限制性的，而是能够在不脱离后续权利要求所阐述并限定的精神的情况下进行各种重新配置，修改和更换。 

Claims (21)

1.一种组件，包括：
润滑剂过滤单元，其包括外围表面；
涡轮增压器中心外壳；
由所述涡轮增压器中心外壳限定并能够至少部分接收所述润滑剂过滤单元的过滤井；以及
入口，其由所述涡轮增压器中心外壳限定，以使润滑剂通向所述润滑剂过滤单元的外围表面。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于：进一步包括用于将所述过滤单元附着到所述中心外壳的附着装置。
3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于：所述附着装置包括能够接收所述涡轮增压器中心外壳的螺纹的螺纹。
4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于：所述润滑剂过滤单元为可更换润滑剂过滤单元。
5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于：所述润滑剂过滤单元为可更换润滑剂过滤器。
6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于：所述过滤单元包括用于将所述过滤单元附着到所述中心外壳的穿孔螺栓。
7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于：所述过滤单元包括环状过滤器。
8.根据权利要求1所述的组件，其特征在于：进一步包括能够在所述润滑剂过滤单元的两端压降超过特定限度的情况下旁通所述润滑剂过滤单元的阀门。
9.根据权利要求1所述的组件，其特征在于：进一步包括润滑剂旁路以便允许润滑剂旁路所述过滤单元的过滤器。
10.一种用于附着到涡轮增压器的中心外壳的过滤单元，所述过滤单元包括：
包括孔径面的孔；
外围表面；
将所述过滤单元附着到所述中心外壳的附着机构，其中在附着之后所述过滤单元至少部分承坐在由所述中心外壳所限定的过滤井内；
至少部分由所述过滤单元收容的用于过滤润滑剂的过滤器；以及
至少部分由所述过滤单元限定的润滑剂流路，其中所述润滑剂流路在所述过滤单元的外围表面开始，通过所述过滤器并终止在所述过滤单元的孔径面，并且由所述中心外壳限定的入口用于使润滑剂通向所述润滑剂过滤单元的外围表面。
11.根据权利要求10所述的过滤单元，其特征在于：所述过滤单元至少部分承坐在所述中心外壳的过滤井内。
12.根据权利要求11所述的过滤单元，其特征在于：所述附着机构包括与所述过滤井的螺纹协作以便将所述过滤单元附着到所述中心外壳的螺纹。
13.根据权利要求10所述的过滤单元，其特征在于：所述过滤器为可更换过滤器。
14.根据权利要求10所述的过滤单元，其特征在于：进一步包括布置在所述过滤单元与所述中心外壳之间的一个或多个密封件。
15.根据权利要求14所述的过滤单元，其特征在于：所述一个或多个密封件的至少一个包括o形环。
16.一种涡轮增压器，包括至少部分承坐在所述涡轮增压器的中心外壳内以便过滤润滑剂的可移除过滤器，其中，由所述涡轮增压器的中心外壳限定的入口用于使润滑剂通向所述过滤器的外围表面。
17.根据权利要求16所述的涡轮增压器，其特征在于：进一步包括能够在所述过滤器的两端压降超过特定限度的情况下旁通所述过滤器的阀门。
18.根据权利要求16所述的涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮增压器进一步包括用于感应所述过滤器的入口处的压力的压力传感器。
19.根据权利要求16所述的涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮增压器进一步包括附着机构，其允许将所述过滤器至少部分承坐在所述中心外壳内。
20.根据权利要求19所述的涡轮增压器，其特征在于：所述附着机构允许更换所述过滤器。
21.一种涡轮增压器，包括用于对润滑轴承的润滑剂进行过滤的装置，其中，所述装置包括：
润滑剂过滤装置，其包括外围表面；
涡轮增压器中心外壳；
由所述涡轮增压器中心外壳限定并能够至少部分接收所述润滑剂过滤装置的过滤井；以及
入口，其由所述涡轮增压器中心外壳限定，以使润滑剂通向所述润滑剂过滤装置的外围表面。
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