CN101213354A - 涡轮增压器轴承和相关部件 - Google Patents

Abstract

用于涡轮增压器的示例轴承和定位销系统包括：定位销，包括轴、头和孔；和轴承，具有中心轴线并包括内腔以接收在压缩器轮和涡轮之间延伸的轴，该内腔包括多个轴向槽，该轴承包括定位销孔，该定位销孔距离轴承的轴向两端基本等距离并且接合该定位销以防止轴承在轴承壳体孔内转动，该轴承还包括多个润滑剂入口，每个入口以相对于该中心轴线的非垂直角度在轴承的外表面和一个该轴向槽之间延伸。还公开了其他示例技术。

Description

涡轮增压器轴承和相关部件

技术领域

本发明一般地涉及用于涡轮增压器的轴承，并且更具体地涉及这样的轴承，其包括用于润滑剂流向轴承腔和从轴承腔流出的通道。

背景技术

废气驱动的涡轮增压器包括承载涡轮和压缩器轮的转轴，该转轴通过一个或多个润滑轴承(例如油润滑)旋转支承在中心壳体内。涡轮在高转速(通常远超过100,000RPM)下被废气驱动，从而驱动压缩器轮以提供内燃机所使用的增压进气。

对于各轴承表面的润滑，一种方法依靠在涡轮增压器中心壳体中机加工出来的两个不同润滑剂通道，其允许润滑剂流向径向轴承轴颈。虽然这种方法提供了合理的轴承动力损失，对于中心壳体的机加工、去毛刺、清洁和质量控制存在生产问题。另一种方法依靠在涡轮增压器中心壳体中机加工出来的单个润滑剂通道。单个通道允许润滑剂流向径向轴承外轴颈和腔轴颈，其中流仅仅向外朝向轴承端部。

后一单个通道方法相对于生产中心壳体的机加工和相关处理而言是合理低成本的，但轴承动力损失可能较高。

需要对生产相关的成本和性能之间达成适当平衡的技术。如此处所述，各种示例性技术意在解决此需求和其他需求。

附图说明

通过结合附图参考以下详细说明，可以更透彻理解如此处所述的各种方法、设备、系统、装置等以及其等价方案，附图中：

图1是包括示例定位销和示例轴承的示例系统的透视图。

图2是适合于与图1的示例系统一起使用的示例涡轮增压器中心壳体的剖视图。

图3是包括图1的示例系统和图2的示例中心壳体的示例装置的剖视图。

图4是图3的示例装置的另一个剖视图。

图5A、5B和5C是示例轴承的一系列视图。

图6A、6B、6C和6D是图5A、5B和5C的示例轴承的一系列视图。

图7是示例定位销的剖视图

具体实施方式

此处公开的各种示例方法、设备、系统和装置等解决涉及涡轮增压器相关技术的问题。涡轮增压器被经常使用来增大内燃机的输出。涡轮增压器通常用来从废气提取能量并且将能量提供给进气，进气可以与燃料结合以形成燃烧气体。涡轮增压器可以包括可变几何结构机构，例如具有诸如与商业可变几何结构涡轮增压器(VGT)相关的那些特征，这些商业可变几何结构涡轮增压器例如但不限于GARRETTVENT^TM和AVNT^TM涡轮增压器，它们使用多个可调喷嘴叶片来控制通过涡轮的废气流。

图1示出示例系统100，其包括定位销110和轴承120。示例定位销110通常用在防转动部件或机构，并且其包括轴112和头116，以及由销110的内轴表面114和内头表面116限定的孔。该孔提供用于润滑剂流的通道，如下所述。在此示例中，内头表面116具有六角形形状以接收例如六角扳手。其他形状可以适当使用。通常，销110包括允许销110转动或者定位的特征。其他示例可以包括不同于示出的具体示例的防转动机构；但是，通常，示例轴承包括允许润滑剂从轴承的腔区域排出到中心壳体的排放口的特征或机构，如下所述。

示例轴承120包括多个特征。重要的是，轴承120包括由轴承120的壁限定的销孔130。示例系统100通过轴承120的销孔130提供对销110的轴112的至少一部分的接收。销110和轴承120的协作特性参照图2的中心壳体进行更详细描述。

示例轴承120是单件式轴承，具有内腔和在相对两端上的内推力表面。轴承120具有中心表面122，该中心表面在两个锥形表面123、123′之间轴向延伸，该锥形表面123、123′又分别作为轴颈表面124、124′的边界。通常，中心表面122的半径小于轴颈表面的半径。

示例轴承120的内腔包括腔表面125、125′。在图1的示例中，每个内轴颈表面125、125′包括四个轴向槽，它们分别标识为126、126′、126″、126和127、127′、127″、127。通常，腔表面125的轴向长度大致等于轴颈表面124的轴向长度，并且腔表面125′的轴向长度大致等于轴颈表面124′的轴向长度。

示例轴承120还在两个锥形表面123、123′中每一个上包括四个润滑剂入口。与锥形表面123相关联的四个润滑剂入口分别标识为128、128′、128″、128，并且与锥形表面123′相关联的四个其他润滑剂入口分别标识为132、132′、132″、132。这些入口隔开大致90度间隔，并且每个入口例如相对于轴承120中心轴线大致30度的相对角度从各自锥形表面123、123′延伸到各自轴向槽126-126、127-127。

对于润滑剂，入口接收润滑剂并且允许这样的润滑剂流到各自的轴向槽。轴向槽允许润滑剂沿着腔表面125、125′分布。轴承120的内腔可以接收轴，由此润滑剂提供腔表面125、125′和轴之间的膜。在这样的示例装置中，润滑剂流到润滑剂入口128-128、132-132，流到槽126-126、127-127，然后经由一个或多个路径流到排出口，如参照图2更详细描述。通过减小在轻载轴承条件下遭遇的润滑剂急旋来改善对次同步轴运动的阻力，轴向槽126-126、127-127额外提供增强的旋转动力学特性。

图2示出了具有压缩机端202和涡轮端204的示例壳体200。在此示例中，壳体200是涡轮增压器组件的中心壳体，并且壳体200包括轴承壳体孔210和凸台220，凸台220具有接收示例定位销110的孔224，使得销110基本在孔210中心地延伸到轴承壳体孔210中。以此方式，示例轴承120可以通过插入穿过凸台220中孔224的销110而被约束不能在中心壳体200的轴承壳体孔210中转动。

通常，一旦与壳体200结合布置，轴承120由于中心定位的销110利用从端部到端部的对称移动自由度而半浮动，由此优化在轴承外径(例如轴颈表面124、124′)和壳体孔210之间的间隙中的润滑剂膜(例如油膜)阻尼的有效性。用于轴承的润滑剂通过壳体200的入口206供应，并且润滑剂可以经由出口208离开壳体200。

图3示出了包括示例销110、示例轴承120、示例壳体200和轴310的示例组件300的横截面。示例组件300提供润滑剂经由壳体200的入口206到轴承的进入通路并且提供润滑剂到壳体200的出口208(例如参见图2)的三个润滑剂流动路径A、B、C。路径A经由销110的孔，而路径B和C经由膜端部，其中润滑剂膜存在于轴310和轴承120的腔表面125、125′之间。通过轴承120的孔延伸的轴310可以包括促进轴310和轴承120之间的润滑剂流的卸载部分。轴310可以是单件式或者多件式轴。

图4示出了图3的示例组件300的另一个剖视图。在此示例中，轴310的卸载部分产生轴120腔中基本中心的环形室。润滑剂可以流入此室并且经由定位销110的孔从此室排出。例如，润滑剂可以从位于腔表面125和轴表面之间的膜的端部或者经由轴向槽126流入此室。同样如图4所示的是由壳体200和至少部分由轴承120外中心表面122形成的室，其至少部分环绕轴承120的外中心表面122。经由入口206进入壳体200的润滑剂流入此室并且流向轴承120的各入口128-128、132-132。

图5A、5B和5C示出了示例轴承120的三个视图。轴承120的仰视图(图5A)示出了定位销孔130的尺寸D_O。在此示例中，每个锥形表面123、123′分别包括四个入口128-128、132-132。示例轴承120的侧视图(图5B)示出了定位销孔130，其可以接收示例定位销110。示例轴承120的剖视图(图5C)示出了入口128、128′、132、132′和各自槽126、126′、127、127′之间的结合部。这些特征允许在腔表面125、125′和例如轴310之间形成膜。腔的中心部分包括中心表面129，其可以与轴的外表面形成中心腔室。在各示例中，轴310包括卸载表面，其用于增大此腔室的容积。其他示例可以包括直径基本上与腔表面125或者腔表面125′相同的轴。在各示例中，腔表面125、125′具有基本相似的直径，并且轴130具有稍小的直径，由此允许在轴承腔表面125、125′和轴130的相应外表面之间形成膜。

图6A、6B、6C和6D示出了示例轴承120的各个视图。图6A示出了包括入口132-132和轴向槽126-126的剖视图。入口132-132的基本抛物线形轮廓显示入口以一定角度横穿轴承壁。例如，相对于轴承中心轴线大约20度到85度的相对角度以及由此这样的入口有助于相对于中心壳体的润滑剂入口轴向向外分布润滑剂。如上所述，入口可以相对于轴承的中心轴线成大约30度的角度。

图6B示出了示例轴承120的端视图，由此虚线表示从锥形表面123到轴向槽126-126的近似入口路径。箭头表示示例轴承120的图6C的局部剖视图的方向。图6D示出了入口132″相对于轴向槽126的放大视图。入口包括在锥形表面123′和轴向槽126之间基本恒定的尺寸D。当然，入口的尺寸或多个尺寸可以相对于圆柱坐标系(r，θ，z)的任何维度变化，其中(r，z)原点沿着轴承的中心轴线。类似地，轴向槽在尺寸上可以与示例中的尺寸不同。图6D还示出了入口132和平行于轴承120中心轴线的直线之间的角度φ。

图7示出了具有轴112和头116的示例销110及主要与轴相关的各种尺寸。如上所述，头116可以包括允许销110转动或定位的一个或多个特征。内径尺寸D_I允许润滑剂从轴承腔室离开轴承。外径尺寸D_O允许销110插入轴承的定位销孔。可以包括螺纹或者其他特征(例如卡口等)以允许销110和轴承或壳体之间的协作。

如上所述，单个通道特征用于减小示例中心壳体的生产成本。此处描述的示例轴承、定位销、系统或组件可以使用多于单个通道作为润滑剂入口的中心壳体。

示例定位销提供润滑剂排出。当然，其他特征(例如轴承壁中的额外孔)可以提供润滑剂排出。通常，通过重力辅助经由定位销或其他适当机构的排出，其中定位销的定位基本上沿着重力加速度方向。

与传统定位销和轴承相比，示例轴承和定位销系统可以包括较大尺寸的定位销和定位销孔。

示例组件可以通过提供低压润滑剂环境(例如在大气压量级)，由此允许转轴更自由转动，来减小“气压”损失。

示例轴承可选地具有与传统轴承相比加大的内腔腔体，以增大容积并允许更好润滑剂灵活性。如上所述，示例轴可以包括一个或多个卸载部分以增大腔室容积。

示例中心壳体可选地包括与传统中心壳体相比例如在定位销凸台中更大的定位销孔。如上所述，示例定位销包括用于排出润滑剂的通道。通道的横截面流动面积可以是这样的尺寸，该尺寸使得当与不具有通道的定位销相比时壳体需要更大的孔。

Claims (10)

1.一种用于涡轮增压器的轴承组件，包括：

包括用于润滑剂流动的通道的定位销；

中心壳体，包括轴承壳体孔和凸台，该凸台具有接收该定位销的孔，该定位销基本在该孔中心延伸到该轴承壳体中；

接收在该轴承壳体中的单件式轴承，该轴承具有中心轴线并包括内腔以接收在压缩器轮和涡轮之间延伸的轴，该内腔包括多个轴向槽，该轴承包括定位销孔，该定位销孔距离轴承的轴向两端基本等距离并且接合该定位销以防止轴承在轴承壳体孔内转动，该轴承还包括多个润滑剂入口，每个入口在轴承的外表面和一个该轴向槽之间延伸。

2.根据权利要求1所述的轴承组件，

其中该轴承包括两个轴颈外表面和定位在所述轴颈外表面之间的中心外表面；

其中该中心外表面具有第一直径，此第一直径小于任一轴颈外表面的直径；和

其中锥形表面设置在该外表面和每个相应轴颈外表面之间。

3.根据权利要求2所述的轴承组件，其中每个入口在一个锥形表面和一个轴向槽之间延伸。

4.根据权利要求1所述的轴承组件，其中每个入口相对于轴承的中心轴线布置成非垂直角度。

5.根据权利要求4所述的轴承组件，其中该角度用于引导润滑剂朝向轴承的轴向端部。

6.根据权利要求1所述的轴承组件，其中该定位销包括用于接收转动定位销的器具的座。

7.根据权利要求1所述的轴承组件，其中该轴承包括八个轴向槽和八个入口。

8.根据权利要求1所述的轴承组件，其中所述入口相对于轴承的中心轴线布置成非垂直角度，并且其中该定位销相对于该中心轴线布置成基本垂直角度。

9.一种用于涡轮增压器的轴承和定位销系统，包括：

定位销，包括轴、头和孔；和

轴承，具有中心轴线并包括内腔以接收在压缩器轮和涡轮之间延伸的轴，该内腔包括多个轴向槽，该轴承包括定位销孔，该定位销孔距离轴承的轴向两端基本等距离并且接合该定位销以防止轴承在轴承壳体孔内转动，该轴承还包括多个润滑剂入口，每个入口以相对于该中心轴线的非垂直角度在轴承的外表面和一个该轴向槽之间延伸。

10.根据权利要求9所述的轴承系统，其中该轴承包括具有直径的两个轴颈表面、布置在外轴颈表面之间并具有比任一轴颈外表面直径小的直径的中心外表面，和布置在每个轴颈表面与该中心外表面之间的锥形表面，其中每个入口在一个锥形表面和一个轴向槽之间延伸。

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