CN101509399B - 涡轮增压器分体轴向承载装置 - Google Patents

涡轮增压器分体轴向承载装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种涡轮增压器分体轴向承载装置，包括设置在涡轮增压器轴承体内的分体主承载轴承和分体配合轴承，所述分体主承载轴承的油楔面与分体配合轴承的油楔面相对设置，两者之间形成一个相对封闭的支撑油腔，本发明有效改变了常规增压器的推力轴承承载模式，将推力轴承承载结构调整到了一个相对密封的环境中进行，解决了目前增压器密封装置失效、密封能力差等问题，分体主承载轴承充分确保支撑油膜的建立和润滑油的回流，从根本上解决了涡轮增压器的压气机端密封问题，减小了压气机端后期结构密封需求，进入压气机端密封系统的润滑油仅为原先结构的10-20％，仅仅采用密封环就可以实现理想的密封效果。

Description

涡轮增压器分体轴向承载装置
技术领域
本发明涉及一种发动机用涡轮增压器的轴承体结构，具体的说涉及一种能够有效提升涡轮增压器的压气机密封性能、减少润滑油泄漏的涡轮增压器分体轴向承载装置，属于内燃机增压领域。
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。
涡轮增压器在使用过程中利用发动机排出的几百度的高温废气中的能量，以每分钟几万转、十几万转甚至几十万转的转速高速旋转，以满足快速响应和提高进气压力的目的。增压器为了满足高温高速下运转的可靠性，采用了双环浮动轴承，轴承内外由专门的供油系统提供洁净的高压润滑油，形成压力润滑油膜，起到支撑涡轮转子的目的。同时，从涡轮增压器进油口进入的低温润滑机油带走了转子轴大量的热量，提高了产品的可靠性。高压润滑机油在完成了上述油膜支撑和冷却功能后，需要及时通过回油管道回到发动机曲轴箱中。在该过程中，因为增压器采用的与发动机活塞相似的刚性密封结构的特点，势必存在增压器的润滑机油泄漏问题。随着道路拥堵状况的日益严重，发动机长时间在怠速工况下也容易出现涡轮增压器压气机端短时间泄漏的现象。
涡轮增压器的润滑油进入轴承体后，由专门的润滑油道进入轴向推力轴承和径向浮动轴承，建立压力润滑油膜，确保增压器可靠运转。具体结构如图1所示，压力润滑机油从进油口13进入涡轮增压器内部，然后通过横向油道14一部分进入推力轴承1中，另一部分通过斜向油道12进入浮动轴承10中。进入推力轴承1中的润滑油通过推力轴承横向油孔2在推力轴承1的两侧与轴封5的配合面形成了压端支撑油膜3、涡端支撑油膜9，实现增压器的轴向定位和可靠运转。进入浮动轴承10的润滑油，通过浮动轴承径向油孔11在浮动轴承10的内外两侧形成径向支撑油膜。推力轴承1在形成的压端支撑油膜3完成润滑支撑作用后，通过轴封5上的一系列迷宫结构降低润滑油压力，通过泄油孔6引流和密封环4完成最后密封，防止向压气机端泄漏。润滑油完成支撑和冷却左右后，通过轴承体回油腔8进行收集然后经过轴承体回油孔7回到润滑油箱中。
目前，进入涡轮增压器浮动轴承的润滑油，因为距离增压器两端的密封环较远，能够很好的被收集并进入发动机的曲轴箱中。然而，通过横向油道进入推力轴承系统的润滑油，在推力轴承的两端形成了两个支撑油面，实现支撑功能后，靠近压气机叶轮的润滑油通过轴封等部件很快靠近压气机端密封环，导致润滑油泄漏。因此，需要设计一种涡轮增压器分体轴向承载装置，代替原先的双面轴承结构，在远离压气机叶轮的一面形成一个润滑支撑结构，避免润滑油从压气机端泄漏。
发明专利内容
本发明要解决的问题是克服单体双面推力轴承引起的压气机端密封问题，提供一种结构简单、可靠并大幅度提升了增压器的密封性能的涡轮增压器分体轴向承载装置。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：
一种涡轮增压器分体轴向承载装置，包括设置在涡轮增压器轴承体内的分体主承载轴承和分体配合轴承，所述分体主承载轴承的油楔面与分体配合轴承的油楔面相对设置，两者之间形成一个相对封闭的支撑油腔。
以下是本发明专利对上述方案的进一步改进：
分体主承载轴承和分体配合轴承之间的支撑油腔内设有与涡轮增压器同步旋转的油楔面支撑套，润滑油在油楔面支撑套与分体主轴承之间配合的空腔内形成主承载支撑油膜，在油楔面支撑套与分体配合轴承之间配合的空腔内形成配合支撑油膜。
分体主承载轴承和分体配合轴承之间设有分体轴承定距套，使分体主承载轴承和分体配合轴承之间形成固定的轴向空间。
所述分体主承载轴承远离压气机的一侧设有盲孔状的主承载供油道，能够提供单面支撑润滑。
所述分体主承载轴承远离压气机的一侧设有主轴承油楔面，主承载支撑油膜设置在主轴承油楔面与油楔面支撑套之间配合形成的空腔内。
所述分体主承载轴承靠近压气机端的一侧端面为主轴承无油端面，该主轴承无油端面上设有轴向挡油槽。
所述轴向挡油槽与轴封配合形成0.15-0.4mm的间隙。
所述主轴承油楔面上设有主承载主轴承导油槽，轴承导油槽沿增压器旋转方向成渐扩形状。
本发明有效改变了常规增压器的推力轴承承载模式，将推力轴承承载结构调整到了一个相对密封的环境中进行，解决了目前增压器密封装置失效、密封能力差等问题。本发明中的涡轮增压器分体轴向承载装置充分考虑到了涡轮增压器的使用工况，在轴向承载力较大的一面设置了分体主承载轴承，充分确保支撑油膜的建立和润滑油的回流，在承载力小的一面，采用了分体配合轴承进行辅助支撑。通过以上结构的改变，从根本上解决了涡轮增压器的压气机端密封问题，减小了压气机端后期结构密封需求，进入压气机端密封系统的润滑油仅为原先结构的10-20％，仅仅采用密封环就可以实现理想的密封效果。该发明可以在增压器原先轴承体紧凑结构不变的情况下，解决我们关心的推力轴承支撑和密封问题，简单可行，安全系数高。
综上，在目前交拥堵状况逐渐明显及高原地区增压需求日益迫切的关键时刻，新型的涡轮增压器分体轴向承载装置综合考虑到了结构功能和密封效果，，可以根据需要广泛应用于各种类型的涡轮增压器。
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是背景技术中涡轮增压器单体双面推力轴承系统结构示意图；
附图2是本发明实施例中涡轮增压器分体轴向承载装置结构示意图；
附图3是本发明实施例中分体主承载轴承结构示意图；
附图4是本发明实施例中分体主承载轴承右视图；
附图5是本发明实施例中分体配合轴承结构示意图。
图中各部分的名称：1-推力轴承，2-推力轴承横向油孔，3-压端支撑油膜，4-密封环，5-轴封，6-泄油孔，7-轴承体回油孔，8-轴承体回油腔，9-涡端支撑油膜，10-浮动轴承，11-浮动轴承径向油孔，12-斜向油道，13-进油口，14-横向油道，15-分体主承载轴承，16-主承载供油道，17-主承载支撑油膜，18-油楔面承载套，19-分体配合轴承，20-分体轴承定距套，21-配合支撑油膜，22-配合轴承油孔，23-配合轴承供油槽，24-配合轴承供油道，25-轴向挡油槽，26-主轴承无油端面，27-主轴承泄油槽，28-主轴承油楔面，29-主轴承定距孔，30-主轴承导油槽，31-配合轴承定距孔，32-配合轴承油楔面，33-涡轮增压器轴承体。
具体实施方式
实施例，如图2所示，一种涡轮增压器分体轴向承载装置，包括设置在涡轮增压器轴承体33内的分体主承载轴承15和分体配合轴承19，所述分体主承载轴承15的油楔面与分体配合轴承19的油楔面相对设置，两者之间形成一个相对封闭的支撑油腔，分体主轴承15和分体配合轴承19之间设有分体轴承定距套20和与涡轮增压器同步旋转的油楔面支撑套18，润滑油在油楔面支撑套18与分体主轴承15之间配合的空腔内形成主承载支撑油膜17，在油楔面支撑套18与分体配合轴承19之间配合的空腔内形成配合支撑油膜21，所述增压器润滑油通过增压器进油口13、横向油道14进入分体主承载轴承15，在靠近油楔面支撑套18的一侧形成主承载支撑油膜17，完成面向压气机端的轴向主承载，增压器润滑油通过配合轴承油孔24进入配合轴承油槽23，然后通过分体配合轴承19上的配合轴承油孔22在靠近油楔面支撑套18的一侧形成配合支撑油膜21，完成面向涡轮机端的轴向配合承载，润滑油结束油膜支撑作用后，通过轴承体回油腔8收集后通过轴承体回油孔7回流到发动机润滑油箱中。
如图3所示，所述分体主承载轴承15远离压气机的一侧设有盲孔状的主承载供油道16，进入的润滑机油只能流向分体主承载轴承15远离压气机的一端，所述分体主承载轴承15远离压气机的一侧设有主轴承油楔面28，主承载支撑油膜17设置在主轴承油楔面28与油楔面支撑套18之间配合形成的空腔内，主承载支撑油膜17流出的润滑油经过主轴承泄油槽27收集回流，分体主承载轴承15靠近压气机端的端面为主轴承无油端面26，端部设有轴向挡油槽25，能够与轴封5配合形成0.15-0.4mm的间隙配合密封环4进行轴向封油。
如图4所示，所述主轴承油楔面28上设有主轴承导油槽30，所述分体主承载轴承上设有可通过紧固螺栓与分体轴承定距套20联成一体的主轴承定距孔29，润滑油完成支撑后进入主轴承导油槽30进入主轴承泄油槽27进行回油，主轴承导油槽30沿增压器旋转方向成渐扩形状，提高导油能力。
如图5所示，分体配合轴承上设有可通过紧固螺栓与分体轴承定距套20联成一体配合轴承定距孔31，所述分体配合轴承靠近压气机的一端面为配合轴承油楔面32。
本发明专利针对涡轮增压器的密封需求，研发的涡轮增压器分体轴向承载装置有效控制了润滑油支撑油膜的建立和引导，将压力润滑油分区密封管理，有效解决了的行业密封性难题。该类型涡轮增压器分体轴向承载装置是在原先推力轴承基础上，通过调整结构排布获得，成本低，继承性好。

Claims (7)

1.一种涡轮增压器分体轴向承载装置，包括设置在涡轮增压器轴承体(33)内的分体主承载轴承(15)和分体配合轴承(19)，其特征是：所述分体主承载轴承(15)的油楔面与分体配合轴承(19)的油楔面相对设置，两者之间形成一个相对封闭的支撑油腔；
所述支撑油腔内设有与涡轮增压器同步旋转的油楔面支撑套(18)，润滑油在油楔面支撑套(18)与分体主轴承(15)之间配合的空腔内形成主承载支撑油膜(17)，在油楔面支撑套(18)与分体配合轴承(19)之间配合的空腔内形成配合支撑油膜(21)。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮增压器分体轴向承载装置，其特征是：分体主承载轴承(15)和分体配合轴承(19)之间设有分体轴承定距套(20)。
3.根据权利要求1或2所述的一种涡轮增压器分体轴向承载装置，其特征是：所述分体主承载轴承(15)远离压气机的一侧设有盲孔状的主承载供油道(16)。
4.根据权利要求3所述的一种涡轮增压器分体轴向承载装置，其特征是：所述分体主承载轴承(15)远离压气机的一侧设有主轴承油楔面(28)，主承载支撑油膜(17)设置在主轴承油楔面(28)与油楔面支撑套(18)之间配合形成的空腔内。
5.根据权利要求4所述的一种涡轮增压器分体轴向承载装置，其特征是：所述分体主承载轴承(15)靠近压气机端的一侧端面为主轴承无油端面(26)，该主轴承无油端面(26)上设有轴向挡油槽(25)。
6.根据权利要求5所述的一种涡轮增压器分体轴向承载装置，其特征是：所述轴向挡油槽(25)与轴封(5)配合形成0.15-0.4mm的间隙。
7.根据权利要求6所述的一种涡轮增压器分体轴向承载装置，其特征是：所述主轴承油楔面(28)上设有主轴承导油槽(30)，主轴承导油槽(30)沿增压器旋转方向成渐扩形状。
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