CN102797553B - 包括涡轮增压器的发动机总成 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括涡轮增压器的发动机总成。具体地，提供了一种涡轮增压器，其包括：壳体、第一叶轮、第二叶轮、驱动轴、第一轴承和第二轴承。壳体限定第一区域、第二区域、进气入口、进气出口和废气入口。第一叶轮设置在第一区域中，并且第二叶轮设置在第二区域中。第一轴承轴向地在第一与第二叶轮之间设置在第一叶轮的第一轴向侧上，并且支撑驱动轴以相对于壳体旋转。第二轴承设置在第一叶轮的第二轴向侧上，并且支撑第一叶轮以相对于壳体旋转。

Description

包括涡轮增压器的发动机总成
技术领域
本公开涉及发动机进气流布置。
背景技术
该部分提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
内燃发动机可在气缸中燃烧空气和燃料的混合物，从而产生驱动扭矩。空气燃料混合物的燃烧产生废气。发动机可包括将气流引导至燃烧室的进气端口和从燃烧室引导废气离开的排气端口。进气组件可用于将气流引导至进气端口。
发明内容
一种发动机总成，其可包括发动机结构和涡轮增压器。发动机结构可限定进气端口和排气端口。涡轮增压器可包括壳体、第一叶轮、第二叶轮、驱动轴、第一轴承和第二轴承。壳体可限定第一区域、第二区域、与气源连通的进气入口、与进气端口连通的进气出口、以及与排气端口连通的废气入口。第一叶轮可位于第一区域中，且第二叶轮可位于第二区域中。驱动轴可在第一叶轮与第二叶轮之间延伸并可耦联至第一叶轮和第二叶轮。第一轴承可轴向地在第一与第二叶轮之间设置在第一叶轮的第一轴向侧上，耦联至壳体并且支撑驱动轴以相对于壳体旋转。第二轴承可设置在第一叶轮的第二轴向侧上，耦联至壳体并且支撑第一叶轮以相对于壳体旋转。
本发明还包括以下方案：
1. 一种涡轮增压器，包括：
壳体，所述壳体限定第一区域和第二区域；
压缩机构，所述压缩机构包括：
    第一叶轮，所述第一叶轮设置在所述第一区域中；
    第二叶轮，所述第二叶轮设置在所述第二区域中；以及
    驱动轴，所述驱动轴在所述第一叶轮与所述第二叶轮之间延伸并且耦联至所述第一叶轮和所述第二叶轮；
第一轴承，所述第一轴承轴向地在所述第一叶轮与所述第二叶轮之间设置在所述第一叶轮的第一轴向侧上，耦联至所述壳体，并且支撑所述驱动轴以相对于所述壳体旋转；以及
第二轴承，所述第二轴承设置在所述第一叶轮的第二轴向侧上，耦联至所述壳体，并且支撑所述第一叶轮以相对于所述壳体旋转。
2. 根据方案1所述的涡轮增压器，其中，所述第一轴承为所述驱动轴提供径向支撑，并且所述第二轴承在所述第一叶轮的第二轴向侧处为所述驱动轴提供径向和轴向支撑。
3. 根据方案1所述的涡轮增压器，其中，所述第一叶轮形成压缩机叶轮，并且所述第二叶轮形成涡轮机叶轮。
4. 根据方案3所述的涡轮增压器，还包括导向叶片，所述导向叶片轴向地在空气入口与所述第一叶轮之间设置在所述壳体的所述第一区域内。
5. 根据方案4所述的涡轮增压器，其中，所述导向叶片轴向地设置在所述第二轴承与所述第一叶轮之间。
6. 根据方案4所述的涡轮增压器，其中，所述壳体限定了到所述第二轴承的给油部和在所述壳体的第一区域的对所述第二轴承进行支撑的端部处的放油口。
7. 根据方案1所述的涡轮增压器，其中，所述第一轴承是无油润滑轴承。
8. 根据方案5所述的涡轮增压器，其中，所述第一轴承包括空气轴承或磁性轴承。
9. 根据方案1所述的涡轮增压器，其中，所述壳体由复合材料形成。
10. 一种发动机总成，包括：
发动机结构，所述发动机结构限定进气端口和排气端口；以及
涡轮增压器，所述涡轮增压器包括：
    壳体，所述壳体限定第一区域、第二区域、与气源连通的进气入口、与所述进气端口连通的进气出口、以及与所述排气端口连通的废气入口；
    第一叶轮，所述第一叶轮设置在所述第一区域中；
    第二叶轮，所述第二叶轮设置在所述第二区域中；
    驱动轴，所述驱动轴在所述第一叶轮与所述第二叶轮之间延伸并且耦联至所述第一叶轮和所述第二叶轮；
    第一轴承，所述第一轴承轴向地在所述第一叶轮与所述第二叶轮之间设置在所述第一叶轮的第一轴向侧上，耦联至所述壳体，并且支撑所述驱动轴以相对于所述壳体旋转；以及
    第二轴承，所述第二轴承设置在所述第一叶轮的第二轴向侧上，耦联至所述壳体，并且支撑所述第一叶轮以相对于所述壳体旋转。
11. 根据方案10所述的发动机总成，其中，所述第一轴承为所述驱动轴提供径向支撑，并且所述第二轴承在所述第一叶轮的第二轴向侧处为所述驱动轴提供径向和轴向支撑。
12. 根据方案10所述的发动机总成，其中，所述进气入口和所述进气出口与所述壳体的第一区域连通，所述废气入口与所述壳体的第二区域连通，所述第一叶轮形成压缩机叶轮，并且所述第二叶轮形成涡轮机叶轮。
13. 根据方案12所述的发动机总成，其中，所述涡轮增压器包括导向叶片，所述导向叶片轴向地在所述进气入口与所述第一叶轮之间设置在所述壳体的第一区域内。
14. 根据方案13所述的发动机总成，其中，所述导向叶片轴向地设置在所述第二轴承与所述第一叶轮之间。
15. 根据方案13所述的发动机总成，其中，所述壳体限定了到所述第二轴承的给油部和在所述壳体的第一区域的对所述第二轴承进行支撑的端部处的放油口。
16. 根据方案15所述的发动机总成，其中，所述涡轮增压器以这样的角度取向，即：所述第一区域相对于重力方向设置在所述第二区域下方。
17. 根据方案10所述的发动机总成，其中，所述第一轴承是无油润滑轴承。
18. 根据方案18所述的发动机总成，其中，所述第一轴承包括空气轴承或磁性轴承。
19. 根据方案10所述的发动机总成，其中，所述壳体由复合材料形成。
20. 一种发动机总成，包括：
发动机结构，所述发动机结构限定进气端口和排气端口；以及
涡轮增压器，所述涡轮增压器包括：
    壳体，所述壳体限定进气区域、废气区域、与气源连通的进气入口、与所述进气端口连通的进气出口、以及与所述排气端口连通的废气入口；
    压缩机叶轮，所述压缩机叶轮设置在所述进气区域中；
    涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮设置在所述废气区域中；
    驱动轴，所述驱动轴在所述压缩机叶轮与所述涡轮机叶轮之间延伸并且耦联至所述压缩机叶轮和所述涡轮机叶轮；
    空气轴承，所述空气轴承轴向地在所述第一叶轮与所述第二叶轮之间设置在所述压缩机叶轮的第一轴向侧上，耦联至所述壳体，并且径向地支撑所述驱动轴以相对于所述壳体旋转；以及
    推力轴承，所述推力轴承设置在所述压缩机叶轮的第二轴向侧上，耦联至所述壳体，并且径向地和轴向地支撑所述压缩机叶轮以相对于所述壳体旋转。
适用性的其他领域将通过在此提供的说明而变得明显。在该发明内容中的说明和特定示例仅用于例证的目的，且不旨在限制本公开的范围。
附图说明
在此描述的附图仅用于说明性的目的，且不旨在以任何方式限制本公开的范围。
图1是根据本公开的发动机总成的示意图；以及
图2是图1所示的涡轮增压器的示意性剖视图。
对应的附图标记遍及附图的多个视图都指示对应的部分。
具体实施方式
现在将参考附图更充分地描述本公开的示例。以下的说明本质上仅是示例性的，且不旨在限制本发明、其应用或使用。
提供了示例的实施例，使得本公开是详尽的，并且将范围充分地传达给本领域的技术人员。阐述了许多具体的细节，例如具体的部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施例的详尽理解。对本领域的技术人员显而易见的是，可以不需要采用特定的细节，并且示例的实施例可以以许多不同的形式实现，并且上述两方面都不应解释成是对本发明范围的限制。在有些示例的实施例中，没有详细描述众所周知的过程、众所周知的装置结构及众所周知的技术。
当元件或层称为“在另一元件或层上”、“接合至”、“连接至”或“耦联至”另一元件或层时，其可直接在其他元件或层上、直接接合至、直接连接至或直接耦联至其他元件或层，或者可存在居间的元件或层。相比之下，当元件称为“直接在另一元件或层上”、“直接接合至”、“直接连接至”或“直接耦联至”另一元件或层时，可以不存在居间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他文字应以相似的方式解释(例如“在...之间”相对于“直接在...之间”、“相邻”相对于“直接相邻”等)。如在此所使用地，术语“和/或”包括相关列出项中的一项或多项的任意和全部组合。
尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等等在此可用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语可仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区别开。除非由上下文清楚地指示，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其他数值术语当在本文中使用时不暗含次序或顺序的意思。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部分在不偏离示例的实施例的教导的情况下可称为第二元件、部件、区域、层或部分。
发动机总成10被图示于图1中，并且可包括发动机结构12，发动机结构12限定气缸14以及与气缸14连通的进气端口16和排气端口18、进气歧管20、排气歧管22、节气门阀24和涡轮增压器26。发动机总成10为简洁起见被图示成直列四缸布置。然而，应理解的是，本教导适用于许多活塞-气缸布置和各种往复式发动机构造以及顶置凸轮构造和整体式凸轮轴构造，所述各种往复式发动机构造包括但不局限于V形发动机、直列式发动机和水平对置式发动机。
涡轮增压器26可包括壳体28、压缩机构30、第一轴承32和第二轴承34。壳体28可限定第一区域36和第二区域38、进气入口40、进气出口42、废气入口44和废气出口46。第一区域36可包括彼此耦联的第一、第二和第三构件37、39、41。第一区域36可形成与进气入口40和进气出口42连通的进气区域。更具体地说，第一构件37可限定进气入口40，而第三构件41可限定进气出口42。
第二区域38可形成与废气入口44和废气出口46连通的废气区域。进气入口40可与气源(A)连通，而进气出口42可与进气歧管20连通。废气入口44可与排气歧管22连通，而废气出口46可向大气提供来自发动机的废气(E)。
压缩机构30可包括第一叶轮48、第二叶轮50和驱动轴52。第一叶轮48可设置在第一区域36中并可形成压缩机叶轮。第二叶轮50可设置在第二区域38中并可形成由废气(E)旋转地驱动的涡轮机叶轮。驱动轴52可在第一和第二叶轮48、50之间延伸并可耦联至第一和第二叶轮48、50。
第一和第二轴承32、34可耦联至壳体28，并可相对于壳体28旋转地支撑第一和第二叶轮48、50以及驱动轴52。第一轴承32可轴向地在第一和第二叶轮48、50之间设置在第一叶轮48的第一轴向侧54上。第二轴承34可设置在第一叶轮48的与第一轴向侧54相反的第二轴向侧56上。将第一叶轮48设置在第一和第二轴承32、34之间可改善转子的动态特性。
第二轴承34可设置在壳体28的第一区域36中。壳体28的第一和第二构件37、39可由复合材料形成，以使第二轴承34处的噪声生成最小化。第三构件41可附加地由复合材料形成。
第一轴承32可形成无油润滑轴承，并为驱动轴52提供径向支撑。在本非限制性示例中，第一轴承32被示意性地图示，并且包括空气轴承或磁性轴承(诸如永磁体轴承)。第二轴承34可在第一叶轮48的第二轴向侧56处形成推力轴承，并且可为驱动轴52提供径向和轴向支撑。在本非限制性示例中，第二轴承34包括被保持在耦联至驱动轴52的内圈60与耦联至壳体28的外圈62之间的滚珠轴承58。第二轴承34可被压配合在驱动轴52上。驱动轴52的支撑第二轴承34的端部可限定中空孔63，以适应第二轴承34与驱动轴52之间的压配合接合。
包括有硬化止推挡圈的钢衬64可设置在壳体28与外圈62之间，并通过支柱66固定至壳体28。弹簧68可以使第二轴承34相对于第一叶轮48的第二轴向侧56轴向向外偏置。第二轴承34可被偏置成与由固定至驱动轴52的端部的螺母70限定的轴向止动部(用于内圈60)和由钢衬64限定的轴向止动部(用于外圈62)两者接合。
在钢衬64与外圈62之间可形成液压装配(hydraulic mount)72。液压装配72可限定油分配环74，以在外圈62处提供油。壳体28的第一区域36可限定到第二轴承34的给油部76。给油部76可包括这样的管道，所述管道具有与油分配环74连通的第一出口78和形成向滚珠轴承58提供油的喷油嘴的第二出口80。驱动轴52可包括轴向地设置在第二轴承34与第一叶轮48之间的挡油圈（oil deflector）82。
密封件84可轴向地在挡油圈82与第一叶轮48之间设置在驱动轴52上，以将油与进入气流(A)隔离。挡油圈82可使油偏离开密封件84。壳体28可包括设置在进气入口40与第一叶轮48之间的进入气流通道中的导向叶片86，以将进入气流(A)导至第一叶轮48。
以上讨论的涡轮增压器26的布置可相对于重力方提供涡轮增压器26的成角度的取向。更具体地说，第一区域36可在重力方向上设置在第二区域38下方。重力方向大体上可被限定为朝地面(即，朝向包括发动机总成10的车辆的车轮)的方向。作为非限制性示例，涡轮增压器26的该布置提供了如图2中所看到的下冲取向。壳体28可限定在第一区域36的端部处的油出口88。涡轮增压器26的下冲取向可以提供对单个密封件(例如密封件84)的使用。该取向在还提供对第二轴承34的预加载的同时，使油远离密封件84。

Claims (17)

1.一种涡轮增压器，包括：
壳体，所述壳体限定第一区域和第二区域；
压缩机构，所述压缩机构包括：
    压缩机叶轮，所述压缩机叶轮设置在所述第一区域中；
    涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮设置在所述第二区域中；以及
    驱动轴，所述驱动轴在所述压缩机叶轮与所述涡轮机叶轮之间延伸并且耦联至所述压缩机叶轮和所述涡轮机叶轮；
第一轴承，所述第一轴承轴向地在所述压缩机叶轮与所述涡轮机叶轮之间设置在所述压缩机叶轮的第一轴向侧上，耦联至所述壳体，并且支撑所述驱动轴以相对于所述壳体旋转；以及
第二轴承，所述第二轴承设置在所述压缩机叶轮的第二轴向侧上，耦联至所述壳体，并且支撑所述压缩机叶轮以相对于所述壳体旋转，
其中，所述壳体限定了到所述第二轴承的给油部和在所述壳体的第一区域的对所述第二轴承进行支撑的端部处的放油口，所述给油部包括管道，所述管道具有与所述第二轴承的油分配环连通的第一出口和形成向所述第二轴承的滚珠轴承提供油的喷油嘴的第二出口。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其中，所述第一轴承为所述驱动轴提供径向支撑，并且所述第二轴承在所述压缩机叶轮的第二轴向侧处为所述驱动轴提供径向和轴向支撑。
3.根据权利要求1所述的涡轮增压器，还包括导向叶片，所述导向叶片轴向地在空气入口与所述压缩机叶轮之间设置在所述壳体的所述第一区域内。
4.根据权利要求3所述的涡轮增压器，其中，所述导向叶片轴向地设置在所述第二轴承与所述压缩机叶轮之间。
5.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其中，所述第一轴承是无油润滑轴承。
6.根据权利要求4所述的涡轮增压器，其中，所述第一轴承包括空气轴承或磁性轴承。
7.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其中，所述壳体由复合材料形成。
8.一种发动机总成，包括：
发动机结构，所述发动机结构限定进气端口和排气端口；以及
涡轮增压器，所述涡轮增压器包括：
    壳体，所述壳体限定第一区域、第二区域、与气源连通的进气入口、与所述进气端口连通的进气出口、以及与所述排气端口连通的废气入口；
    压缩机叶轮，所述压缩机叶轮设置在所述第一区域中；
    涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮设置在所述第二区域中；
    驱动轴，所述驱动轴在所述压缩机叶轮与所述涡轮机叶轮之间延伸并且耦联至所述压缩机叶轮和所述涡轮机叶轮；
    第一轴承，所述第一轴承轴向地在所述压缩机叶轮与所述涡轮机叶轮之间设置在所述压缩机叶轮的第一轴向侧上，耦联至所述壳体，并且支撑所述驱动轴以相对于所述壳体旋转；
    第二轴承，所述第二轴承设置在所述压缩机叶轮的第二轴向侧上，耦联至所述壳体，并且支撑所述压缩机叶轮以相对于所述壳体旋转，
其中，所述壳体限定了到所述第二轴承的给油部和在所述壳体的第一区域的对所述第二轴承进行支撑的端部处的放油口，所述给油部包括管道，所述管道具有与所述第二轴承的油分配环连通的第一出口和形成向所述第二轴承的滚珠轴承提供油的喷油嘴的第二出口；以及
其中，所述驱动轴包括轴向地设置在所述第二轴承与所述压缩机叶轮之间的挡油圈。
9.根据权利要求8所述的发动机总成，其中，所述第一轴承为所述驱动轴提供径向支撑，并且所述第二轴承在所述压缩机叶轮的第二轴向侧处为所述驱动轴提供径向和轴向支撑。
10.根据权利要求8所述的发动机总成，其中，所述进气入口和所述进气出口与所述壳体的第一区域连通，所述废气入口与所述壳体的第二区域连通。
11.根据权利要求8所述的发动机总成，其中，所述涡轮增压器包括导向叶片，所述导向叶片轴向地在所述进气入口与所述压缩机叶轮之间设置在所述壳体的第一区域内。
12.根据权利要求11所述的发动机总成，其中，所述导向叶片轴向地设置在所述第二轴承与所述压缩机叶轮之间。
13.根据权利要求8所述的发动机总成，其中，所述涡轮增压器以这样的角度取向，即：所述第一区域相对于重力方向设置在所述第二区域下方。
14.根据权利要求8所述的发动机总成，其中，所述第一轴承是无油润滑轴承。
15.根据权利要求8所述的发动机总成，其中，所述第一轴承包括空气轴承或磁性轴承。
16.根据权利要求8所述的发动机总成，其中，所述壳体由复合材料形成。
17.一种发动机总成，包括：
发动机结构，所述发动机结构限定进气端口和排气端口；以及
涡轮增压器，所述涡轮增压器包括：
    壳体，所述壳体限定进气区域、废气区域、与气源连通的进气入口、与所述进气端口连通的进气出口、以及与所述排气端口连通的废气入口；
    压缩机叶轮，所述压缩机叶轮设置在所述进气区域中；
    涡轮机叶轮，所述涡轮机叶轮设置在所述废气区域中；
    驱动轴，所述驱动轴在所述压缩机叶轮与所述涡轮机叶轮之间延伸并且耦联至所述压缩机叶轮和所述涡轮机叶轮；
    空气轴承，所述空气轴承轴向地在所述压缩机叶轮与所述涡轮机叶轮之间设置在所述压缩机叶轮的第一轴向侧上，耦联至所述壳体，并且径向地支撑所述驱动轴以相对于所述壳体旋转；
    推力轴承，所述推力轴承设置在所述压缩机叶轮的第二轴向侧上，耦联至所述壳体，并且径向地和轴向地支撑所述压缩机叶轮以相对于所述壳体旋转，
其中，所述壳体限定了到所述推力轴承的给油部和在所述壳体的进气区域的对所述推力轴承进行支撑的端部处的放油口，所述给油部包括管道，所述管道具有与所述推力轴承的油分配环连通的第一出口和形成向所述推力轴承的滚珠轴承提供油的喷油嘴的第二出口；以及
其中，所述驱动轴包括轴向地设置在所述推力轴承与所述压缩机叶轮之间的挡油圈。
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