CN102667199A - 用于涡轮增压器的轴的轴向轴承机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有涡轮增压器壳体（12）的涡轮增压器（10），其中涡轮增压器壳体的至少一个区段沿纵向被划分成至少两个壳体半部（14、16），其中在涡轮增压器壳体中支承着轴（30）并且其中设置了至少一个轴向轴承机构（38）用于将轴（30）沿轴向支承。

Description

用于涡轮增压器的轴的轴向轴承机构

技术领域

本发明涉及一种用于涡轮增压器中轴的轴向轴承机构，其中涡轮增压器的壳体或壳体的区段优选沿纵向被划分成至少两个壳体半部。

背景技术

涡轮增压器通常由在废气质量流量中的废气涡轮机构成，废气涡轮机通过轴与进气系中的压气机连接。涡轮机的涡轮在此布置在涡轮机壳体中以及压气机的压气机转轮布置在压气机壳体中。轴又支承在轴承壳体中。在运行时，涡轮通过废气质量流量驱动并且又驱动压气机转轮。压气机在此压缩吸入的空气并且将压缩空气输送给内燃机。通常轴通过径向轴承机构支承在轴承壳体中。基于作用在涡轮和压气机转轮上的流体流，会出现很强的轴向力。这种轴向力通常被径向轴承不那么合适地吸收。因此一般设至少一个或两个额外的轴向轴承，以便恰当地吸收这些轴向力。

此外，涡轮增压器迄今为止的结构规定了单独的壳体，壳体相互并成列地固定且相对彼此密封。现在，涡轮增压器壳体的一种新形式规定，涡轮增压器壳体沿纵向被分开，而不是像迄今为止那样横向于其纵轴线或沿横向被分开。这种新型的涡轮增压器壳体是另一个专利申请的内容。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于涡轮增压器的、尤其有沿纵向被分开的涡轮增压器壳体的涡轮增压器的轴的轴向轴承机构。

该技术问题通过一种带有涡轮增压器壳体的涡轮增压器解决，涡轮增压器壳体有具备权利要求1特征的轴向轴承机构。

因此按照本发明提供一种带涡轮增压器壳体的涡轮增压器，其中，涡轮增压器壳体的至少一个区段沿纵向被分成或划分成至少两个壳体半部，其中，在涡轮增压器壳体中支承着轴，以及其中设至少一个轴向轴承机构以便将轴沿轴向支承。

涡轮增压器在此具有的优势在于，轴向轴承机构可以串在工作轮上并且接下来可以将带轴向轴承机构的工作轮完全置入沿纵向被分开的涡轮增压器壳体的壳体半部中。

本发明有利的设计方案和扩展设计由从属权利要求以及参考附图的说明得出。

附图说明

接下来借助示意性附图所示的实施例详细阐述本发明。附图中：

图1是涡轮增压器的壳体半部的视图，涡轮增压器沿纵向被划分成两个壳体半部，其中，轴在涡轮增压器壳体中配设有径向轴承机构和按照本发明的第一种实施形式的轴向轴承机构；

图2是按图1的涡轮增压器的剖视图；

图3是带有按本发明的第一种实施形式的另一个变型方案的轴向轴承机构的涡轮增压器壳体的剖视图；

图4是带有按本发明第二种实施形式的轴向轴承机构的涡轮增压器壳体的剖视图；

图5是带有按本发明第三种实施形式的轴向轴承机构的、沿纵向分开的涡轮增压器壳体的剖视图；

图6是带有按本发明第四种实施形式的轴向轴承机构的、沿纵向分开的涡轮增压器壳体的剖视图；以及

图7是带有按本发明第五种实施形式的轴向轴承机构的、沿纵向分开的涡轮增压器壳体的剖视图。

在所有图中的相同的或功能相同的元件和装置，只要不另行说明，都用相同的附图标记标注。此外，涡轮增压器在下列附图中纯粹示意性地、不按原比例地以及特别简化地示出。

具体实施方式

在图1中示出了带有涡轮增压器壳体12的涡轮增压器10的剖视图，涡轮增压器壳体沿纵向例如被划分成至少两个壳体半部14。图1在此示出了从密封侧过来的壳体半部14。壳体半部14在此具有豁口15或槽，密封装置可以容纳在该豁口或槽中，以便密封地固定两个壳体半部。豁口15和豁口15的走向在此纯粹是示例性的且本发明并不局限于这个示例，其中豁口内设置有用于密封壳体半部14的密封装置。此外，两个壳体半部的密封是相关专利申请的内容。

在图1的例子中，涡轮增压器壳体12具有轴承壳体18、涡轮机壳体20和压气机壳体22，其中，例如所有三个壳体可以组装成一个壳体并且沿着纵轴线划分成至少两个壳体半部。如图1所示，原则上整个涡轮增压器壳体12或涡轮增压器壳体12的至少一个区段沿纵向被划分成至少两个壳体半部14。在当前情况下，涡轮增压器壳体12沿纵向例如在一个水平的平面内被划分，其中，涡轮增压器壳体12的纵轴线24在此位于该水平的平面中。但原则上涡轮增压器壳体12也可以在每一个平面中沿纵向划分成至少两个壳体半部。此外，纵轴线24不必在这个分型面中或例如与分型面相交，但纵轴线可以这么做。

在当前实施例中，涡轮增压器壳体12被选择性地附加地实施成能至少部分被冷却和/或加热。更确切地说，在图1所示的例子中，涡轮增压器壳体12在涡轮机壳体20和轴承壳体18的区域中具有附加的流体外罩26或调温外罩，流体例如水可以在流体外罩中导引，以便根据功能和应用目的对涡轮增压器壳体12的这个区域进行调温或冷却和/或加热涡轮增压器壳体12的这个区域。

在图1中示出的壳体半部14被固定在另一个对应的壳体半部（未示出）上并且被密封。为此，例如设至少一个或多个钻孔28以便将两个壳体半部14相互螺纹连接或销栓连接。此外，也可以设置其它形式的固定，其适用于将两个壳体半部14相互连接以及实现了或本身提供在两个壳体半部14之间的密封。为了密封两个壳体半部14，在此设置例如卷边密封件、O环密封件和/或弹性体密封件作为密封装置。卷边密封件或其它的密封件置入一个或两个壳体半部14的相应的豁口15中，其中，其余未密封的壳体半部表面例如可以直接接触。

在图1中，轴30支承在涡轮增压器壳体12的轴承壳体区段18中，涡轮32和压气机转轮34设置在该轴上。涡轮32在此布置在涡轮机壳体区段20中，以及压气机转轮34布置在涡轮增压器壳体12的压气机壳体区段22中。在当前例子中，轴30具有径向轴承机构36和按本发明的第一种实施形式的轴向轴承机构38。

有至少一个或多个轴向轴承的轴向轴承机构38使用在涡轮增压器10中，以便例如能够支持轴向位移以及将工作轮或涡轮和压气机转轮32、34沿轴向这样地定位，从而通过狭窄的流动间隙达到较高的效率，以及防止受损。在如图1所示的沿纵向被分开的涡轮增压器壳体12中，轴向轴承可以不再沿轴向安装，因为转轮32、34或转子在径向置入并且不再存在轴向进入。迄今为止，在沿横向分开的涡轮增压器壳体中，将一个轴向轴承在安装之前沿轴向固定拧入封闭的轴承壳体中。工作轮然后和轴承结构一起在之后被安装。

按照本发明的第一种实施形式，如其在图1中以及接下来在图2中所示那样，轴向轴承机构38现在被安装在工作轮上，并且轴承面在壳体半部中设置和加工。

按本发明的轴承机构38在此具有至少一个轴向轴承40，例如形式为轴向轴承盘。这个轴向轴承40如图1所示，固定在工作轮的轴30上。为了固定在轴30上，轴向轴承机构38可以夹紧、旋紧、压紧和/或缩紧在轴上，在此仅举出了固定可能性的一些例子。这适用于本发明的所有的实施形式。在此，轴向轴承40可以在一侧上被轴的凸肩限定边界以及在另一侧上选择性地附加地由衬套元件42或套筒确定边界。衬套元件42在此在其外侧上附加地具有至少一个密封装置44，以便将轴承壳体区段18相对压气机壳体区段22密封。在此例如在衬套元件42的外侧上在相应的凹陷中设两个活塞环密封件作为密封装置44。

此外在图1中示出的例子中，轴30通过径向轴承机构36支承。径向轴承机构36此时在外部具有套筒元件46，套筒元件46例如由金属，如钢制成，或具有金属，以及在两个端部上具有卡圈区段48。在此，套筒元件46的例如至少一个或两个卡圈区段48设计成弹性的，以便在两个止挡或容纳部50或在此为涡轮增压器壳体12的突起之间夹紧以及将设在套筒元件46中的轴承机构沿轴向张紧。卡圈区段48的一个或两个可以同样设计成非弹性的或刚性的，并且置入两个止挡50之间。在此，可以选择性地附加地将一个或两个卡圈区段48例如借助螺纹件固定在所配属的容纳部50上。至少一个弹性作用的或刚性设计的卡圈区段可以同样选择性地附加地借助螺纹连接和/或销栓连接而固定在各自配属的容纳部50上上。一个或两个卡圈区段48在此例如一体地或作为单独的部件与套筒元件46连接。单独的卡圈区段48在此选择性地附加地在将套筒元件46导入钻孔之后固定在套筒元件46上，例如卡锁在套筒元件上和/或与套筒元件螺纹连接。

套筒元件46的一个或两个卡圈区段48在此还可以选择性地附加地既在涡轮机侧，如图1所示，又在压气机侧（未示出）从油腔导引出来以及承担起另外的功能，例如防热护板的功能。但一个或两个卡圈区段48也可以保留在油腔内，如在图1中在压气机侧上的卡圈区段48。套筒元件46现在可以本身例如设计成径向的滑动轴承机构（未示出）以及形成两个滑动轴承区段。作为备选，套筒元件46如在图1所示的实施形式中那样，也可以容纳套筒54，套筒具有两个滑动轴承区段52。但取代套筒54的是，也可以例如设两个径向轴承作为滑动轴承，这两个径向轴承选择性地附加地通过间隔套筒相互间隔地布置在套筒元件46中（未示出）。作为备选，套筒元件46也可以在其内侧设计成间隔套筒，带有用于两个滑动轴承的止挡（未示出）。此外，可以选择性地附加地在套筒元件46的内侧上和/或外侧上设一个由至少一个或多个覆层构成的层56，覆层由弹性的、耐热的或耐高温的材料制成，如图1所示。材料在此例如由聚合物、弹性体和/或硬橡胶构成。但本发明并不拘泥于这些材料。原则上可以使用其它任一种合适的、耐热或耐高温的弹性材料。

如图1所示，套筒54被推到轴30上，其中，轴30例如形成带有用于套筒54的止挡的凸肩。在套筒54的另一个端部上设有轴向轴承机构38，轴向轴承机构形成用于套筒54的止挡或沿轴向形成径向轴承机构。在轴向轴承机构38上或轴向轴承盘40上可以选择性地附加地例如设防油条58，其中，轴向轴承盘40选择性地附加地具有用于防油条58的容纳部60。轴30可以用套筒54、由弹性材料或材料复合物制成的层56以及带两个卡圈区段48的套筒元件46容易地置入沿纵向被分开的涡轮增压器壳体12的壳体半部14中。

此外，图2示出了涡轮增压器壳体12的剖视图，其中示出了两个壳体半部14、16。在此，还极为简化地示出了在两个壳体半部14、16之间的密封。

此外，图3示出了带有按本发明第一种实施形式的另一个变型方案的轴向轴承机构38的涡轮增压器壳体12的侧向剖视图。在此，以剖视图示出了两个壳体半部14、16的轴承壳体区段18的一部分。在壳体18中，轴30通过径向轴承机构36支承，径向轴承机构例如由两个滑动轴承62构成，在这两个滑动轴承之间例如附加地布置有间隔套筒64。此外设轴向轴承机构38，其具有至少一个例如形式为轴向轴承盘的轴向轴承40。轴向轴承盘40在此固定在工作轮的轴30上，例如夹紧、按压或缩紧在轴上，在此仅举出了轴向轴承机构38在转轮或轴30上的固定可能性的一些例子。如图3所示，轴向轴承40可以布置在涡轮增压器壳体12的凹陷或豁口中，其中，凹陷在一侧或两侧具有用于轴向轴承机构38的限界区段66。限界区段66或凸起可以一体地设计或作为单独的部件固定在涡轮增压器壳体12上。限界区段66在此附加地对抗轴向轴承40的不期望的轴向运动，以及在此用作轴向的限界区段。

此外，可以选择性地附加地例如设一个衬套元件42，衬套元件在外侧可以额外具有密封元件，用于将轴承壳体区段相对转轮壳体区段（未示出）密封。紧接着衬套元件42可以附加地例如设一个垫圈元件79，其例如用于离心分离轴30的润滑剂。

工作轮具有安装在轴30上的轴向轴承机构38的第一种按本发明的实施形式的优势在于，不再需要将轴向轴承机构38单独地固定在壳体12中。已安装好的工作轮可以直接置入。此外，凹陷或限界区段66在轴向轴承40的一侧或两侧上对抗轴向轴承40的不期望的轴向运动。但轴向轴承40必须不置入凹陷中或具有一个或两个侧向的限界区段66，因为轴向轴承40本身牢牢地固定在轴30上。

此外，在图4中示出了沿纵向分开的涡轮增压器壳体12的两个壳体半部14、16的剖视图，带有按本发明的第二种实施形式的轴向轴承机构38。壳体半部14、16在此从前方示出。轴向轴承机构38在此同样具有至少一个例如形式为轴向轴承盘的轴向轴承40。轴向轴承40在此具有至少一个或两个接片元件68或突起，轴向轴承40用它们螺纹紧固在壳体半部16上。在此，轴向轴承机构38没必要像在图1、2和3中示出的那样，附加地牢牢固定在轴30上，例如通过夹紧或缩紧等。轴向轴承机构38可以具有在其孔79和轴30的外圆周之间的间隙。

轴向轴承机构38用接片元件68在径向固定的第二种按本发明的实施形式，其优势在于，轴向轴承机构38已经串在工作轮上并且之后可以在壳体半部16中垂直于主轴线或纵轴线24地固定，例如螺纹紧固和/或销栓连接。在此，起子机可以无阻碍地十分容易地靠近螺纹连接部位。

进一步在图5中示出了带有按本发明的第三种实施形式的轴向轴承机构38的涡轮增压器壳体12的侧向剖视图。在此示出了轴30，轴借助两个径向滑动轴承62在径向支承，其中，径向滑动轴承在此选择性地附加地如图5所示布置在衬套54中。在图5的例子中，在径向轴承机构36的一个或两个侧面上设例如轴台，附加的轴承凸肩72布置在该轴台上，轴承凸肩用于为轴向轴承提供支承面。轴承凸肩72在此例如涉及成旋转部分或旋转对称的部分。轴承凸肩72又在其外侧上具有例如形式为凸台或凹陷（未示出）的、用于轴向轴承机构38的容纳部74。轴向轴承机构38在此具有至少一个例如形式为轴向轴承盘的轴向轴承。在轴向轴承40和轴承凸肩72之间设有间隙，因为轴承凸肩72随着轴30转动，而轴向轴承40是固定不动的。为此，轴向轴承40可以例如借助一个或多个螺纹件76和/或销栓（未示出）固定在衬套54上和/或壳体12上。相反地，这样固定轴承凸肩72，使其随着轴30转动。为此，轴承凸肩72例如借助轴螺母夹紧在轴30上，其中，在此可以在轴30和轴承凸肩72之间设间隙配合或过渡配设。但轴承凸肩72可以以任意其它的方式固定在轴30上。

轴向轴承机构38可以例如如图5所示固定在单独安装的衬套54上，例如借助之前所述的固定方法和固定器件。紧接在轴承凸肩72之后可以选择性地附加地设另一个垫圈元件79，该垫圈元件可以用于离心分离轴30的润滑剂或油。因为轴向轴承机构可以固定在壳体12和/或衬套54上，在此可以如图3所示，取消附加的凸肩或限界区段，凸肩或限界区段附加地抵抗轴向轴承机构的轴向运动。但原则上可以根据功能和应用目的在轴向轴承40的一侧或两侧上设这样的限界区段。

轴向轴承机构38布置在轴承凸肩72或轴承芯上或螺纹连接在衬套54上的第三种按本发明的实施形式，其具有的优点是，轴向轴承机构38可以在涡轮增压器壳体12的壳体半部外安装以及然后可以和转轮一起置入。

在图6中进一步示出了涡轮增压器壳体12和其两个壳体半部14、16的侧向剖视图，带有按本发明第四种实施形式的轴向轴承机构38。在这种实施形式中，轴向轴承机构38可以例如直接布置在转轮或轴30上，或如图6所示固定在轴承凸肩72上。轴向轴承机构38在此同样具有至少一个例如性似乎为轴向轴承垫圈的轴向轴承40。轴向轴承40在此可以如前面例如在图5中说明的那样设置在轴承凸肩72上，其中，轴承凸肩72用于为轴向轴承提供支承面。轴向轴承40在此牢牢地或通过至少一个弹簧元件78固定，而轴承凸肩72则随轴30转动。根据功能和应用目的，也可以取消轴承凸肩72。在这种情况下，轴30为轴向轴承40提供支承面（未示出）。

为了固定轴向轴承机构38，按照本发明的第四种实施形式，使用至少一个弹簧元件78，用弹簧元件将轴向轴承机构38沿轴向夹紧在涡轮增压器壳体12中。轴向轴承机构38在此置入形式例如为内置轴承壳体区段18的豁口或凹陷的容纳部60中，并且借助弹簧元件78夹紧在容纳部60中，从而抵抗轴向轴承40沿轴向的不期望的运动。轴向轴承机构38在此通过至少一个弹簧元件78按压到容纳部60的轴向面上。

如图6所示，可以选择性地附加地设至少一个挡油环79，挡油环张紧在轴30上，其中，挡油环79离心分离油或润滑剂。同样可以选择性地附加地设一个弹簧元件（未示出），该谭航元件例如布置在轴30上容纳部60中，以便附加地沿轴向固定轴向轴承40。

按本发明的第四种实施形式的优势在于，弹簧元件78和容纳部或槽允许了轴向轴承机构38串在转轮上。在此取消了螺纹紧固过程。

图7进一步示出了带有按本发明第五种实施形式的轴向轴承机构38的涡轮增压器壳体12的侧向剖视图。轴向轴承机构30同样具有至少一个例如形式为轴向轴承盘的轴向轴承40。轴向轴承40在此可以如前所述那样例如直接布置在轴30上（未示出）或例如如图7所示那样布置在轴承凸肩72上，并且例如与轴30或轴承凸肩72形成间隙配合。换句话说，轴向轴承40是固定不动的，而轴承凸肩72则随轴30转动。轴向轴承40可以在此简单地置入或选择性地附加地夹紧或固定在所配属的容纳部60中。为了固定轴向轴承40，轴向轴承可以选择性地例如在带有至少一个密封装置44，例如O型圈或活塞环密封件等的壳体12中固定在外圆周上。

在本发明的第五种实施形式中，用于容纳轴向轴承40的容纳部60在涡轮增压器壳体12中设计成形式为凹陷或槽，其中，容纳部60具有第一容纳区段80，轴向轴承盘40容纳在该第一容纳区段中，其中，第一容纳区段80设计成或具有限界区段，使得第一容纳区段对抗轴向轴承40的不期望的轴向运动。第一容纳区段80在此和轴向轴承40一起例如形成一种间隙配合或过渡配合。这样的优点在于，轴向轴承40可以很容易置入容纳部60的第一容纳区段80中以及同时防止了轴向轴承40的不期望的轴向运动，因为容纳区段80的限界区段66防止了轴向轴承40的不期望的轴向运动。

容纳部60的第二容纳区段82设计成，使至少一个垫圈元件79，例如一个挡油环，和/或弹簧元件，例如能在轴30上，布置在容纳部60中，从而对抗轴承凸肩72或轴向轴承40的不期望的轴向运动。容纳部60在此例如如图7所示分阶地设计，以便形成第一和第二容纳区段80、82。第二容纳区段82在此例如形成了油腔或润滑剂腔，挡油环79可以布置在其内，油或润滑剂通过挡油环可以被离心分离。挡油环79在此形成了轴向轴承40的轴向支承面。

第五种按本发明的实施形式的优点在于，槽或第一容纳区段80允许了轴向轴承机构38串在转轮上。在此同样取消了附加的固定过程，如螺纹紧固过程。

本发明不局限于之前所述的实施形式。之前所述的实施形式，尤其是各种实施形式的单个特征，尤其能够相互组合。

本发明在此不局限于径向轴承机构36，如其之前参考附图所说明的那样。原则上可以使用任何其它的径向轴承机构来支承涡轮增压器的轴30。本发明的核心是轴向轴承机构38。在此除了在附图中示出的轴向轴承盘40外也可以使用任何其它的轴向轴承40，例如轴向的无接触的轴承，如轴向磁轴承、轴向滚动轴承和/或轴向滑动轴承等，在此仅例举了轴向轴承40的一些例子。

Claims (10)

1.带有涡轮增压器壳体（12）的涡轮增压器，其中涡轮增压器壳体（12）的至少一个区段沿纵向被划分成至少两个壳体半部（14、16），其中在涡轮增压器壳体（12）中支承着轴（30）并且其中设置了至少一个轴向轴承机构（38），用于将轴（30）沿轴向支承。

2.按权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，轴向轴承机构（38）具有至少一个轴向轴承（40），其中轴向轴承（40）设置在轴（30）上、设置在轴承芯上或设置在轴（30）上的轴承凸肩（72）上。

3.按权利要求2所述的涡轮增压器，其特征在于，涡轮增压器壳体（12）具有在轴向轴承（40）的一个或两个侧面上的限界区段（66），其中限界区段（66）与涡轮增压器壳体（12）一体地构造或作为单独的部件固定在涡轮增压器壳体（12）上。

4.按权利要求1、2或3所述的涡轮增压器，其特征在于，轴向轴承（40）在其圆周上具有至少一个突起或接片元件（68）用于将轴向轴承（40）固定在涡轮增压器壳体（12、16）上，其中具有突起或接片元件（68）的轴向轴承优选在涡轮增压器壳体（12）上借助螺纹连接和/或销栓连接固定。

5.按权利要求1至4中至少一项所述的涡轮增压器，其特征在于，轴向轴承（40）固定在衬套（54）、轴承凸肩（72）、轴承芯和/或涡轮增压器壳体（12）上，优选借助螺纹连接和/或销栓连接。

6.按权利要求1至5中至少一项所述的涡轮增压器，其特征在于，轴向轴承（40）布置在涡轮增压器壳体（12）的容纳部（60）中，其中轴向轴承（40）通过至少一个弹簧元件（78）在容纳部（60）中张紧，其中容纳部（60）优选以豁口或凹陷的形式构造。

7.按权利要求1至6中至少一项所述的涡轮增压器，其特征在于，轴向轴承（40）布置在涡轮增压器壳体（12）的容纳部（60）中，其中容纳部（60）具有第一容纳区段（80），其中第一容纳区段（80）和轴向轴承（40）优选构成过渡配合或间隙配合。

8.按权利要求1至7中至少一项所述的涡轮增压器，其特征在于，容纳部（60）具有第二容纳区段（82），其中在第二容纳区段（82）中布置了至少一个垫圈元件（79）尤其挡油环（79）和/或弹簧元件以用于阻止轴向轴承的不期望的轴向运动。

9.按权利要求8所述的涡轮增压器，其特征在于，容纳部（60）以分阶的凹陷的形式构造，其中一个阶构成第一容纳区段（80）并且第二阶构成第二容纳区段（82）。

10.按权利要求1至9中至少一项所述的涡轮增压器，其特征在于，轴向轴承（40）是轴向轴承盘、轴向滑动轴承、轴向磁轴承或轴向滚动轴承。

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