CN103953398A - 增压发动机废气余能利用装置及系统 - Google Patents

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Abstract

一种增压发动机废气余能利用装置及系统，系统包括涡轮增压器和一个以上的增压发动机废气余能利用装置；装置包括涡轮箱(1)、轴承体(2)、背盘(3)、涡轮转子(4)和转子轴(5)；涡轮箱(1)与背盘(3)分别安装在轴承体(2)的两端；转子轴(5)通过浮动轴承(51)和滚珠轴承(52)活动安装在轴承体(2)中，浮动轴承(51)位于转子轴(5)上靠近涡轮箱(1)的一端；涡轮转子(4)安装在转子轴(5)一端；转子轴(5)的另一端从背盘(3)开有的转子轴孔中伸出，成为动力输出端。装置能适应低速大扭矩的需要，并能提高轴承使用寿命；系统可以进一步到达发动机节能减排的效果。

Description

增压发动机废气余能利用装置及系统
技术领域
本发明涉及一种发动机技术，特别是一种增压发动机废气余能利用装置及系统。
背景技术
增压发动机就是指带有涡轮增压器的发动机。目前，大排量的发动机在进行涡轮增压器匹配时由于要更多的考虑其低速特性，因此在高速时通常采用旁通阀机构，将多余的废气能量旁通掉，避免引起涡轮增压器超速，通过牺牲高速废气能量利用率来保证发动机低速特性。在当前商用车市场，大排量发动机废气通过涡轮增压器增压后加上旁通阀旁通掉的余能在高速阶段接近废气能量的50%,因此如能有效利用这一部分能量对于汽车发动机的节能减排与燃油经济性有着非常重要的意义。
由于发动机废气余能利用装置需要传递较大扭矩，而目前涡轮增压器的轴系结构（即与涡轮增压器的转子轴相关的连接结构）通常都是采用双浮动轴承结构形式（如图6所示），这种废气余能利用装置工作时存在以下几方面问题：
1．这种废气余能利用装置工作时需要传递较大扭矩，因此轴系结构设计需要满足其转速与扭矩要求，而目前的双浮动轴承结构难以适应较大扭矩的需要。
2、目前的废气余能利用装置工作轴承不能很好吸收涡轮甩头旋转作用力，容易引起工作轴承（浮动轴承）的磨损。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种增压发动机废气余能利用装置，其能适应低速大扭矩的需要，并能减少废气余能的波动带来的涡轮转子旋转甩动的作用力而引起工作轴承（浮动轴承和滚珠轴承）的磨损，提高轴承使用寿命。
本发明的另一目的是提供一种增压发动机废气余能利用系统，其可以有效利用增压发动机增压后旁通掉的废气能量，充分利用发动机增压后的废气余能，以进一步到达发动机节能减排的效果。
本发明的技术方案是：一种增压发动机废气余能利用装置，其包括涡轮箱、轴承体、背盘、涡轮转子和转子轴；涡轮箱内设有涡轮转子安装腔，涡轮箱上还设有与涡轮转子安装腔相连通的废气入口与废气出口；涡轮箱与背盘分别安装在轴承体的两端；轴承体设有转子轴的安装腔和进油孔，转子轴通过浮动轴承和滚珠轴承活动安装在轴承体中，浮动轴承位于转子轴上靠近涡轮箱的一端，滚珠轴承位于转子轴上靠近背盘的一端；涡轮转子位于涡轮箱的涡轮转子安装腔内并安装在转子轴一端；转子轴的另一端从背盘开有的转子轴孔中伸出，成为动力输出端。
本发明进一步的技术方案是：所述的轴承体上开有沟通进油孔与浮动轴承的浮动轴承油路。 
本发明更进一步的技术方案是：所述的轴承体上还开有沟通进油孔与滚珠轴承的滚珠轴承油路，滚珠轴承油路包括滚珠轴承左向油路和滚珠轴承右向油路，滚珠轴承右向油路连接在进油孔与滚珠轴承右侧之间；滚珠轴承左侧与轴承体之间设有引油板，引油板上设有沟通轴承体上的滚珠轴承左向油路与滚珠轴承左侧面的引油孔。
本发明再进一步的技术方案是：所述的滚珠轴承为两个，两个滚珠轴承与转子轴之间还没有滚珠轴承套，滚珠轴承套上设有可以防止滚珠轴承左向移动的承套台阶。
本发明还进一步的技术方案是：所述的转子轴与背盘之间安装有密封套，密封套内侧设有可靠住背盘的密封套挡肩；密封套的右端面紧靠滚珠轴承套；密封套与背盘之间还安装有起密封作用的密封圈；密封套和背盘与引油板之间还设有挡油板。
本发明进一步的技术方案是：所述的轴承体上位于浮动轴承的两侧分别设有左挡圈和右挡圈，左挡圈和右挡圈分别卡在轴承体上设有的限位槽中。
本发明进一步的技术方案是：轴承体中设有可以防止滚珠轴承右向移动的滚珠轴承台阶，转子轴上位于滚珠轴承右侧位置设有可以防止转子轴向左窜动的转子轴台阶。
本发明的另一技术方案是：一种增压发动机废气余能利用系统，其包括涡轮增压器和一个以上的增压发动机废气余能利用装置, 增压发动机废气余能利用装置为上述的增压发动机废气余能利用装置；涡轮增压器的废气入口与发动机的废气出口相连接，第一个增压发动机废气余能利用装置的废气入口与涡轮增压器的废气出口相连接，一个以上的增压发动机废气余能利用装置依次相连接。
本发明进一步的另一技术方案是：增压发动机废气余能利用装置为四个；每个增压发动机废气余能利用装置的转子轴的动力输出端与发电机相连接。
本发明与现有技术相比具有如下特点：
1．轴承体部件中采用了单浮动轴承加双并列角接触滚珠轴承联合工作的组合模式，以达到传递能量及吸收转子甩动产生的波动力作用，比现有技术全部采用浮动轴承可减少轴承磨损。
2.滚珠轴承的两侧均设有通达的油路（特别是引油板的设计，使得双侧油路可以形成，也方便拆装），增强了润滑及散热效果，提高了滚珠轴承的使用寿命。
3．通过该余能利用装置可以有效利用增压发动机增压后旁通掉的废气能量。废气利用率更高，以进一步到达发动机节能减排的效果。
4．密封套挡肩还可以防止密封套左向移动；密封套的右端面紧靠滚珠轴承套，可防止滚珠轴承套左向移动。
5．挡油板可达到更好的密封与防止漏油效果。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
附图说明
图1为本发明的增压发动机废气余能利用装置的结构示意图；
图2为本发明的增压发动机废气余能利用装置的轴承体结构示意图；
图3为图1的沿A线范围内的局部放大图；
图4为本发明的增压发动机废气余能利用装置的引油板的结构示意图；
图5为图4的B-B剖视图；
图6为现有技术的涡轮增压器的轴承体结构示意图；
图7为本发明的增压发动机废气余能利用系统的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1-5所示：一种增压发动机废气余能利用装置，其包括涡轮箱1、轴承体2、背盘3、涡轮转子4和转子轴5；涡轮箱1内设有涡轮转子安装腔，涡轮箱1上还设有与涡轮转子安装腔相连通的废气入口与废气出口，涡轮箱1与背盘3分别安装在轴承体2的两端（即涡轮箱1固定安装在轴承体2的动力输入端，背盘3固定安装在轴承体2的动力输出端）；轴承体2内设有转子轴5的安装腔21和进油孔22，转子轴5通过浮动轴承51和滚珠轴承52活动安装在轴承体2中，浮动轴承51位于转子轴5上靠近涡轮箱1的一端，滚珠轴承52位于转子轴5上靠近背盘3的一端，轴承体2上开有沟通进油孔22与浮动轴承51的浮动轴承油路23，以能给浮动轴承51提供润滑油，轴承体2上还开有沟通进油孔22与滚珠轴承52的滚珠轴承油路，为使油路通达滚珠轴承52的两侧，滚珠轴承油路为两条油路（即滚珠轴承左向油路24和滚珠轴承右向油路25），滚珠轴承右向油路25连接在进油孔22与滚珠轴承52右侧之间；轴承体2上位于浮动轴承51的两侧分别设有左挡圈511和右挡圈512，左挡圈511和右挡圈512分别卡在轴承体2上设有的限位槽中，左挡圈511和右挡圈512可以限定浮动轴承51的轴向浮动范围；滚珠轴承52为两个，两个滚珠轴承52与转子轴5之间还没有滚珠轴承套521，滚珠轴承套521上设有可以防止滚珠轴承52左向（即向背盘3的方向）移动的承套台阶5211（或叫挡肩），轴承体2中设有可以防止滚珠轴承52右向移动的滚珠轴承台阶26，转子轴5上位于滚珠轴承52右侧位置也设有转子轴台阶53，转子轴台阶53可以防止转子轴5向左窜动；转子轴5与背盘3之间安装有密封套31，密封套31内侧设有可靠住背盘3的密封套挡肩311（或者叫突边），以起到更好的密封效果，密封套挡肩311同时还可以防止密封套31左向移动，密封套31的右端面紧靠滚珠轴承套521，从而可防止滚珠轴承套521左向移动；密封套31与背盘3之间还安装有起密封作用的密封圈312；涡轮转子4位于涡轮箱1内并安装在转子轴5一端（即动力输入端），废气的作用于涡轮转子4上，从而可带动转子轴5转动；转子轴5的另一端从背盘3开有的转子轴孔中伸出，成为动力输出端，可连接负荷。
在滚珠轴承52左侧与轴承体2之间设有引油板54，引油板54上设有沟通轴承体2上的滚珠轴承左向油路24与滚珠轴承52左侧面的引油孔541（如图4-5所示），这样在滚珠轴承52的左右两侧均有油路达到，对滚珠轴承52能起到更好的润滑作用；为了达到更好的密封效果，在密封套31和背盘3与引油板54之间还设有挡油板55。
本发明的增压发动机废气余能利用装置工作原理：增压废气通过发动机原带的涡轮增压器后，通过本发明的涡轮箱1的废气入口推动涡轮转子4做功，涡轮转子4高速转动，涡轮转子4通过转子轴5依靠浮动轴承51与并列的两个滚珠轴承52联合工作，会吸收一部分涡轮转子4甩动时的振动，使得浮动轴承51与滚珠轴承52磨损减少；并列的滚珠轴承52在滚珠轴承左向油路24与引油板54和滚珠轴承右向油路25的导油作用下，左右两侧均有油路达到，对滚珠轴承52进行更好的润滑与散热；转子轴5的动力输出端通过背盘3与密封套31和密封圈312及挡油板55的联会作用，可达到更好的密封与防油泄漏效果；收集的余能可从转子轴5输出端的输出给其它做功部件（倒发电机等）。
实施例2
如图7所示：一种增压发动机废气余能利用系统，其包括涡轮增压器C和四个（可以为一个以上）增压发动机废气余能利用装置（D1、D2、D3、D4）, 增压发动机废气余能利用装置为实施例1所述的增压发动机废气余能利用装置；涡轮增压器C的废气入口与发动机的废气出口相连接（即相连通，相对接，附图没有示出发动机），第一个增压发动机废气余能利用装置D1的废气入口与涡轮增压器C的废气出口相连接，四个增压发动机废气余能利用装置（D1、D2、D3、D4）依次相连接（串联关系），即后一个增压发动机废气余能利用装置的废气入口与前一个增压发动机废气余能利用装置的废气出口相连接，也即第二个增压发动机废气余能利用装置D2的废气入口与第一个增压发动机废气余能利用装置D1的废气出口相连接、第三个增压发动机废气余能利用装置D3的废气入口与第二个增压发动机废气余能利用装置D2的废气出口相连接、第四个增压发动机废气余能利用装置D4的废气入口与第二个增压发动机废气余能利用装置D3的废气出口相连接；每个增压发动机废气余能利用装置的转子轴5的动力输出端可与发电机6相连接，从而通过发电机收集余能，也可以通过其它连接装置连接至发动机的曲轴箱相，向发动机送回一定的动力，实现余能利用的目的；图7中带箭头的虚线表示废气前进的路线。
通过本发明的系统可以有效利用发动机废气通过涡轮增压器增压后的能量与涡轮增压器旁通掉的能量，使发动机的废气利用率更高，从而起到更好的节能减排作用。
本发明不局限于上述的具体结构，只要是具有与本发明基本相同结构的增压发动机废气余能利用装置或系统就落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种增压发动机废气余能利用装置，其包括涡轮箱(1)、轴承体(2)、背盘(3)、涡轮转子(4)和转子轴(5)；涡轮箱(1)内设有涡轮转子安装腔，涡轮箱(1)上还设有与涡轮转子安装腔相连通的废气入口与废气出口；涡轮箱(1)与背盘(3)分别安装在轴承体(2)的两端；轴承体(2)设有转子轴(5)的安装腔(21)和进油孔(22)；其特征是：转子轴(5)通过浮动轴承(51)和滚珠轴承(52)活动安装在轴承体(2)中，浮动轴承(51)位于转子轴(5)上靠近涡轮箱(1)的一端，滚珠轴承(52)位于转子轴(5)上靠近背盘(3)的一端；涡轮转子(4)位于涡轮箱(1)的涡轮转子安装腔内并安装在转子轴(5)一端；转子轴(5)的另一端从背盘(3)开有的转子轴孔中伸出，成为动力输出端。
2.根据权利要求1所述的增压发动机废气余能利用装置，其特征是：所述的轴承体(2)上开有沟通进油孔(22)与浮动轴承(51)的浮动轴承油路(23)。
3.根据权利要求1或2所述的增压发动机废气余能利用装置，其特征是：所述的轴承体(2)上还开有沟通进油孔(22)与滚珠轴承(52)的滚珠轴承油路，滚珠轴承油路包括滚珠轴承左向油路(24)和滚珠轴承右向油路(25)，滚珠轴承右向油路(25)连接在进油孔(22)与滚珠轴承(52)右侧之间；滚珠轴承(52)左侧与轴承体(2)之间设有引油板(54)，引油板(54)上设有沟通轴承体(2)上的滚珠轴承左向油路(24)与滚珠轴承(52)左侧面的引油孔(541)。
4.根据权利要求3所述的增压发动机废气余能利用装置，其特征是：所述的滚珠轴承(52)为两个，两个滚珠轴承(52)与转子轴(5)之间还没有滚珠轴承套(521)，滚珠轴承套(521)上设有可以防止滚珠轴承(52)左向移动的承套台阶(5211)。
5.根据权利要求4所述的增压发动机废气余能利用装置，其特征是：所述的转子轴(5)与背盘(3)之间安装有密封套(31)，密封套(31)内侧设有可靠住背盘(3)的密封套挡肩(311)；密封套(31)的右端面紧靠滚珠轴承套(521)；密封套(31)与背盘(3)之间还安装有起密封作用的密封圈(312) ；密封套(31)和背盘(3)与引油板(54)之间还设有挡油板(55)。
6.根据权利要求1或2所述的增压发动机废气余能利用装置，其特征是：所述的轴承体(2)上位于浮动轴承(51)的两侧分别设有左挡圈(511)和右挡圈(512)，左挡圈(511)和右挡圈(512)分别卡在轴承体(2)上设有的限位槽中。
7.根据权利要求1或2所述的增压发动机废气余能利用装置，其特征是：所述的轴承体(2)中设有可以防止滚珠轴承(52)右向移动的滚珠轴承台阶(26)，转子轴(5)上位于滚珠轴承(52)右侧位置设有可以防止转子轴(5)向左窜动的转子轴台阶(53)。
8.根据权利要求4所述的增压发动机废气余能利用装置，其特征是：所述的轴承体(2)中设有可以防止滚珠轴承(52)右向移动的滚珠轴承台阶(26)，转子轴(5)上位于滚珠轴承(52)右侧位置设有可以防止转子轴(5)向左窜动的转子轴台阶(53)。
9.一种增压发动机废气余能利用系统，其特征是：其包括涡轮增压器和一个以上的增压发动机废气余能利用装置, 增压发动机废气余能利用装置为上述的增压发动机废气余能利用装置；涡轮增压器的废气入口与发动机的废气出口相连接，第一个增压发动机废气余能利用装置的废气入口与涡轮增压器的废气出口相连接，一个以上的增压发动机废气余能利用装置依次相连接。
10.根据权利要求9所述的增压发动机废气余能利用系统，其特征是：所述的增压发动机废气余能利用装置为四个；每个增压发动机废气余能利用装置的转子轴(5)的动力输出端与发电机(6)相连接。
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