CN103244257B - 蜗轮增压器轴承抗旋转板 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃发动机的涡轮增压器，包括具有轴承孔的轴承壳体和设置在孔中的半浮动轴承。涡轮增压器还包括轴，所述轴具有第一端和第二端，其中轴通过轴承支撑而用于在孔中绕轴线旋转。涡轮增压器还包括涡轮叶轮，所述涡轮叶轮被固定到轴且靠近第一端，且配置为通过由发动机排出的燃烧后气体而绕轴线旋转。另外，涡轮增压器包括压缩机轮，所述压缩机轮被固定到轴且靠近第二端，且配置为对从周围接收的气流增压，以用于输送到发动机。进而，涡轮增压器包括板，所述板固定在轴承壳体中且配置为防止轴承绕轴线旋转。还公开一种采用这种涡轮增压器的内燃发动机。

Description

蜗轮增压器轴承抗旋转板

技术领域

本发明涉及用于涡轮增压器轴承的抗旋转板。

背景技术

内燃发动机(ICE)通常被用于以可靠的基础产生长时间的大水平的动力。许多这样的ICE组件使用增压装置，例如排气涡轮驱动的涡轮增压器，以让气流在进入发动机的进气总管之前压缩气流，以便增加功率和效率。

具体说，涡轮增压器是离心的气体压缩机，其与通过周围大气压力可用的相比使得更多空气和更多氧气进入ICE的燃烧室。被迫进入ICE的额外质量的含有氧气的空气改善发动机的容积效率，允许在给定循环中燃烧更多燃料，且由此产生更多功率。

典型的涡轮增压器采用中心轴，其在排气驱动的涡轮叶轮和空气压缩机轮之间传递旋转运动。这种轴通常被一个或多个轴承支撑，所述轴承被发动机油冷却和润滑，且通常从特别配方的发动机冷却剂接收额外的冷却。

发明内容

本发明的一个实施例涉及一种用于内燃发动机的涡轮增压器，其包括具有轴承孔的轴承壳体和设置在孔中的半浮动轴承。涡轮增压器还包括轴，所述轴具有第一端和第二端，其中轴通过轴承支撑而用于在孔中绕轴线旋转。涡轮增压器还包括涡轮叶轮，所述涡轮被固定到轴且靠近第一端，且配置为通过由发动机排出的燃烧后气体而绕轴线旋转。另外，涡轮增压器包括压缩机轮，所述压缩机轮被固定到轴且靠近第二端，且配置为对从周围接收的气流增压，以用于输送到发动机。进而，涡轮增压器包括板，所述板固定在轴承壳体中且配置为防止轴承绕轴线旋转。

轴承壳体可以包括结构部且板可以包括凸块，所述凸块配置为接合所述结构部且由此防止板绕轴线的旋转。

板可以限定内开口，所述内开口配置为允许轴穿过。内开口可以包括槽道，且轴承可以包括键，所述键配置为接合槽道且由此防止轴承绕轴线的旋转。

槽道可以包括基本上180度分开定位的两个槽道部分。另外，键可以包括基本上180度分开定位的两个部段，从而两个部段的每一个都配置为接合两个槽道部分中的一个。

两个槽道部分的每一个都可以包括相对于轴线平行的相对的面。还有，两个部段的每一个都可以包括相对于轴线平行的相对的面。在两个部段的每一个接合两个槽道部分中的一个时，每一段的相对面中的至少一个被配置为接触相应槽道部分的相对面中的一个，从而接触面基本上重合。

涡轮增压器也可以包括第一夹持件。第一夹持件可以有助于通过限制轴承沿轴线的运动而将轴承保持在孔中。第一夹持件可以另外将板保持在轴承壳体中且保持槽道和键之间的接合。

涡轮增压器可以另外包括第二夹持件。第二夹持件与第一夹持件相结合地将轴承保持在孔中。

发动机油被引导以润滑轴承，且在轴承和轴之间产生油膜。另外，轴承壳体可以包括用于发动机油的排油空间，而结构部可以并入到排油空间。

本发明的另一实施例涉及具有如上所述的涡轮增压器的内燃发动机。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式（一个或多个）和实施例（一个或多个）做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1是根据本发明的具有涡轮增压器的发动机的示意性透视图。

图2是如图1所示的涡轮增压器的示意性截面图，其中涡轮增压器包括轴承壳体。

图3是如图2所示的轴承壳体的示意性近距截面图。

图4是如图2和3所示的轴承壳体的示意性分解透视截面图，具体显示了半浮动轴承和配置为防止轴承壳体中的轴承旋转的板。

具体实施方式

参见附图，其中几幅图中相同的附图标记指示相同或类似的部件，图1示出了内燃发动机10。发动机10还包括气缸体12，所述气缸体12具有布置在其中的多个汽缸14。如所示的，发动机10还包括汽缸盖16。每一个汽缸14包括配置为在其中往复运动的活塞18。燃烧室20形成在汽缸14中且在汽缸盖16的底部表面和活塞18的顶部之间。如本领域技术人员已知的，燃烧室20配置为接收燃料空气混合物用于在其中随后燃烧。

发动机10还包括配置为在气缸体12中旋转的曲轴22。曲轴22由于在燃烧室20中燃烧的适当比例的燃料空气混合物而通过活塞18旋转。在空气燃料混合物在特定燃烧室20内部燃烧之后，特定活塞18的往复运动用于将燃烧后的气体24从相应的汽缸14排出。发动机10还包括油泵26。油泵26配置为将加压的发动机油28供应到各个轴承，例如曲轴22的轴承。油泵26可以直接地由发动机10或由电动机（未示出)驱动。

发动机10另外包括吸气系统30，其配置为将气流31从周围环境引导到汽缸14。吸气系统30包括进气导管32、涡轮增压器34、和进气总管36。虽然未示出，但是吸气系统30可以另外包括在涡轮增压器34上游的空气过滤器，用于去除外来颗粒和来自气流31的其他空气携带的碎屑。进气导管32配置为将气流31从周围环境引导到涡轮增压器34，而涡轮增压器配置为对接收的气流增压，和将加压的气流排放到进气总管36。进气总管36又将之前加压的气流31分配到汽缸14，用于与适当量的燃料混合以及随后燃烧混合的燃料空气混合物。

如图2所示，涡轮增压器34包括具有第一端40和第二端42的钢轴38。涡轮46安装在轴38上且靠近第一端40，且配置为通过从汽缸14排出的燃烧后气体24而绕轴线43与轴38一起旋转。涡轮46设置在涡轮壳体48内部，其包括涡壳或涡卷50。涡卷50接收燃烧后排出气体24且将排出气体引导到涡轮46。涡卷50配置为实现涡轮增压器34的特定的性能特质，例如效率和响应性。

如进一步在图2所示的，涡轮增压器34还包括靠近第二端42安装在轴38上的压缩机轮52。压缩机轮52配置为将从周围接收的气流31增压用于最后输送到汽缸14。压缩机轮52设置在压缩机覆盖件54内，所述压缩机覆盖件包括涡壳或涡卷56。涡卷56接收气流31且将气流引导到压缩机轮52。涡卷56配置为实现涡轮增压器34的特定性能特质，例如峰值气流和效率。因而，通过为涡轮46提供能量的燃烧后的排出气体24使轴38旋转，且又由于固定在轴上的压缩机轮而输送到压缩机轮52。如本领域技术人员理解的，燃烧后排出气体24的力和可变的流动影响压力升高的量，所述升高的压力可以通过压缩机轮52在发动机10的整个运行范围内产生。

继续参考图2，轴38被支撑为用于经由轴承58而绕轴线43旋转。轴承58安装在轴承壳体62的孔60中且通过经由泵26供应的加压发动机油28而被润滑和冷却。轴承壳体62可以用强韧材料铸造，例如铁，以便在涡轮增压器34运行过程中为孔60提供升高的温度和载荷下的尺寸稳定性。轴承58配置为控制轴38的径向运动和振动。

如所示的，轴承58是半浮动类型的轴颈轴承，其通常用相对软的金属形成，例如黄铜或青铜，从而因轴和轴承之间任何接触造成的大多数磨损将发生在轴承中。半浮动轴承58通常被抑制沿轴线43的移位，但是提供在孔60中径向地移位的一些自由度，即沿与轴线43横向的方向。提供径向地移位允许轴承58占据轴38的任何径向位移，这种径向位移会由于轴、涡轮46、和/或压缩机轮52中的不平衡而造成。

在涡轮增压器34的运行期间，来自泵26的加压的发动机油28被输送到轴承壳体62且被引导到轴承58，以润滑轴承和在轴承的内径和轴38、轴承外径和壳体孔60之间产生油膜。这种油膜用于提供液动缓冲层，用于在涡轮增压器34运行期间支撑旋转轴38，由此减少轴承58与轴38之间以及轴承58与壳体62之间的直接物理接触的可能性。进而，轴承58、轴38和壳体62之间的直接接触的减少的作用是延长轴承的使用寿命，减少涡轮增压器34中的摩擦损失，减少噪声、振动和不平顺性，和增强涡轮增压器在其运行期间的响应性。

如图3所示，涡轮增压器34还包括固定在轴承壳体62中的板64且配置为防止轴承58绕轴线43与轴38一起旋转。严重的亚同步振动会在轴承58被允许在壳体孔60中旋转时发生。为了防止如上所述的轴承58绕轴线43的旋转，轴承壳体62包括一结构部，如图4所示其为通道66，且板64包括凸块68，所述凸块68配置为装配在通道中且由此接合通道。板64限定内开口70。内开口70配置为允许轴38经过，由此允许轴在轴承壳体62内旋转，而不接触板64且不引起额外的摩擦阻力。

如图4所示，板64的内开口70包括槽道72,槽道具有基本上180度分开定位的两个槽道部分74。此外，还如图4所示，轴承58包括键76，所述键具有基本上180度分开定位的两个部段78。因而，两个部段78中的每一个都配置为接合两个槽道部分74中的一个，且由此防止轴承58绕轴线43旋转。部段78和槽道部分74之间的接合在每一段和槽道部分界面处包括间隙。部段78和槽道部分74之间的间隙足以提供用于让轴承58在孔60中径向地移位的自由度，由此保持轴承58的半浮动特质。

另外如图4所示，涡轮增压器34还包括第一夹持件80。第一夹持件80配置为接合轴承壳体62中的通道82，且一旦定位在通道82中则通过限制轴承沿轴线43的运动而有助于将轴承58保持在孔60中。第一夹持件80另外将板64保持在轴承壳体62中且保持槽道72的槽道部分74和键76的部段78之间的接合。涡轮增压器34另外包括第二夹持件84。如图4所示，第二夹持件84配置为接合轴承壳体62中的通道86。一旦第二夹持件84定位在通道86中，则第一和第二夹持件80、84将轴承58保留在孔60中。

每一个槽道部分74包括一对相对的面88。每一个面88沿平面89存在，从而在板64安装在轴承壳体62中时两个平面89相对于彼此平行且还相对于轴线43平行。每一个部段78类似地包括一对相对的面90。每一个面90沿平面91存在，从而在轴承58安装在轴承壳体62中时两个平面91相对于彼此平行且还相对于轴线43平行。在板64和轴承58两者安装在轴承壳体62中时，在至少两个邻近面88和90之间存在间隙。在涡轮增压器34运行期间，在涡轮增压器实现升压或从提高的速度降速旋转时，至少一个面88接触邻近的面90，从而产生的接触基本上是沿所述面的整个表面。换句话说，在邻近面88和90接触时，接触面的平面89和91基本上重合。

由于邻近面88和90之间的接触，作用在每一个面上的反作用力基本上垂直于轴线43，且由此产生沿轴线43的最小推力。因而，在槽道部分74的邻近面88和部段78的面90之间的接触允许减少通过轴向抵靠夹持件80和84的轴承58而施加的力的大小。进而，减少抵靠夹持件80、84施加的力控制轴承58和夹持件之间的摩擦力，以便维持上述轴承径向地在孔60中移位的能力，这对半浮动设计来说是关键。

邻近面88和90之间的接触与轴线43的垂直特质还产生最小的径向力。沿面88和90之间的接触平面的径向方向的轴承运动仅需要克服接触部处的摩擦力。在面88和90之间的接触期间垂直于平面89和91的轴承运动将使得轴承卸掉一个接触部且绕另一接触部而旋转，由此使得对运动的限制最小化。因而，槽道部分74的邻近面88和部段78的面90之间的所述接触允许轴承58和壳体孔60之间形成的挤压膜（即加压油膜）缓冲更有效。

参考图3，轴承壳体62包括用于发动机油的排油空间92，所述发动机油被从泵26供应到轴承壳体。排油空间92是并入到轴承壳体62的内贮存器，且可以具有铸造形状。如图4所示，通道66可以并入到轴承壳体62的壁94中，所述壁被引入到排油空间92。通道66可以是轴承壳体62的铸造结构部，或更精确地可以机加工到壁94中。继续参考图1，排放通道96在轴承58润滑之后从轴承壳体62去除油和去除排油空间92中收集的油。还如图1所示，排放通道96与泵26流体连通，以将来自排油空间92的油返回至泵。

附图中的详细的描述和显示是对本发明的支持和描述，而本发明的范围仅通过权利要求限定。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (8)

1.一种用于内燃发动机的涡轮增压器，所述涡轮增压器包括:

轴承壳体，具有轴承孔；

半浮动轴承，设置在孔中；

轴，具有第一端和第二端，所述轴通过轴承支撑，用于在孔中绕轴线旋转；

涡轮叶轮，被固定到轴且靠近第一端，且配置为通过由发动机排出的燃烧后气体而绕轴线旋转；

压缩机轮，被固定到轴且靠近第二端，且配置为对从周围接收的气流增压，以用于输送到发动机；和

板，固定在轴承壳体中，且配置为防止轴承绕轴线旋转；

其中轴承壳体包括结构部且板包括凸块，所述凸块配置为接合所述结构部且由此防止板绕轴线的旋转；且

其中板限定了内开口，所述内开口配置为允许轴穿过。

2.如权利要求1所述的涡轮增压器，其中:

发动机油被引导以润滑轴承，且在轴承和轴之间产生油膜；

轴承壳体包括用于发动机油的排油空间；和

结构部并入到排油空间中。

3.如权利要求1所述的涡轮增压器，其中内开口包括槽道，且轴承包括键，所述键配置为接合槽道且由此防止轴承绕轴线的旋转。

4.如权利要求3所述的涡轮增压器，其中槽道包括基本上180度分开定位的两个槽道部分，且键包括基本上180度分开定位的两个部段，从而两个部段的每一个都配置为接合两个槽道部分中的一个。

5.如权利要求4所述的涡轮增压器，其中:

两个槽道部分的每一个都包括配置为相对于轴线平行的相对的面；

两个部段的每一个都包括配置为相对于轴线平行的相对的面；和

在两个部段的每一个接合两个槽道部分中的一个时，每一部段的至少一个相对面配置为接触相应槽道部分的相对面中的一个，从而接触面基本上重合。

6.如权利要求4所述的涡轮增压器，进一步包括第一夹持件，其中第一夹持件通过限制轴承沿轴线的运动而助于将轴承保持在孔中。

7.如权利要求6所述的涡轮增压器，其中第一夹持件附加地将板保持在轴承壳体中，且保持槽道和键之间的接合。

8.如权利要求6所述的涡轮增压器，进一步包括第二夹持件，其中第二夹持件与第一夹持件结合地将轴承保持在孔中。