CN104040144B - 混合排气涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合排气涡轮增压器，其能够防止在搭载于内燃机时，旋转轴因该内燃机所产生的振动而向轴向大幅移动而使增压器内的旋转部分与静止部分接触从而导致增压器受损。约束机构(35)容纳于凹部(51)内，所述凹部(51)形成在位于与外壳相反一侧的壳体的正面侧，所述约束机构(35)具备：止推环(41)，安装在位于与挠性联轴器相反一侧的发电机的旋转轴(19a)的轴端；及2个止推轴承(42)，配置成与形成所述止推环(41)的凸缘部(44)的两端面对置。

Description

混合排气涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种混合排气涡轮增压器，尤其是安装于船舶用内燃机和陆地发电机用内燃机等的混合排气涡轮增压器。
背景技术
作为混合排气涡轮增压器，已知如下混合排气涡轮增压器，其具有：涡轮部，通过从内燃机导出的排出气体进行驱动；压缩机部，通过该涡轮部进行驱动而向所述内燃机压送外部气体；及外壳，支承这些涡轮部及压缩机部，在所述压缩机部的上游侧设置有与所述内燃机的吸气系统连接且经由所述压缩机部支承于所述外壳的消音器，在该消音器的中央部设置有在内部具有凹部的壳体，并且在所述凹部内容纳有发电机(例如专利文献1)。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开第4648347号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
上述专利文献1中所公开的混合排气涡轮增压器中采用(高速感应)发电机，该(高速感应)发电机具备：旋转轴，在其外周面粘贴有永久磁铁；及定子线圈，以包围永久磁铁的半径方向外侧的方式沿轴向及周向配置。并且，可认为旋转轴朝向轴向的移动受到在永久磁铁与定子线圈之间产生的吸引力的约束。因此，上述专利文献1中所公开的混合排气涡轮增压器的发电机中不需要对旋转轴朝向轴向的移动进行约束的约束机构。
然而，将上述专利文献1中所公开的混合排气涡轮增压器搭载于内燃机时，若该内燃机所产生的振动较大，则发电机的旋转轴因其振动而向轴向大幅移动，负担施加于连结发电机的旋转轴、及涡轮部与压缩机部的旋转轴的挠性联轴器，其结果，有可能导致挠性联轴器及增压器内的部件受损。
本发明是为了解决上述课题而完成的，其提供一种能够防止在搭载于内燃机时，发电机的旋转轴因该内燃机所产生的振动而向轴向大幅移动而使增压器内的旋转部分与静止部分接触从而导致增压器受损的混合排气涡轮增压器。
用于解决技术课题的手段
本发明为了解决上述课题，采用了以下方法。
本发明的第1方式所涉及的混合排气涡轮增压器具有：涡轮部，通过从内燃机导出的排出气体进行驱动；压缩机部，通过所述涡轮部进行驱动而向所述内燃机压送外部气体；发电机，具有旋转轴，该旋转轴经由挠性联轴器与所述涡轮部及所述压缩机部的旋转轴连结；及外壳，支承所述涡轮部及所述压缩机部，在所述压缩机部的上游侧设置有与所述内燃机的吸气系统连接且经由所述压缩机部支承于所述外壳的消音器，在该消音器的中央部设置有在内部具有凹部的壳体，并且在所述凹部内容纳有所述发电机，在所述混合排气涡轮增压器中，约束机构容纳于凹部内，所述凹部形成在位于与所述外壳相反一侧的所述壳体的正面侧，所述约束机构具备：止推环，安装在位于与所述挠性联轴器相反一侧的所述发电机的旋转轴的轴端；及2个止推轴承，配置成与形成所述止推环的凸缘部的两端面对置。
根据上述本发明的第1方式所涉及的混合排气涡轮增压器，容纳于壳体的凹部内的发电机的旋转轴的朝向轴向的移动受到约束机构的约束。
由此，将该混合排气涡轮增压器搭载于内燃机时，能够防止发电机的旋转轴因该内燃机所产生的振动而向轴向大幅移动而使增压器内的旋转部分与静止部分接触从而导致增压器受损。
并且，作为容纳于壳体的凹部内的发电机，能够采用除(高速感应)发电机外的发电机。
上述第1方式所涉及的混合排气涡轮增压器中，更优选在所述发电机的旋转轴的外周面沿周向及轴向粘贴有多个永久磁铁，且在这些永久磁铁的半径方向外侧，以包围这些永久磁铁的方式沿周向及轴向配置有定子线圈。
根据上述混合排气涡轮增压器，作为容纳于壳体的凹部内的发电机，采用具备如下的(高速感应)发电机：旋转轴，在其外周面粘贴有永久磁铁；及定子线圈，以包围永久磁铁的半径方向外侧的方式沿轴向及周向配置。
由此，能够减少施加于止推环及止推轴承的止推力，能够采用能力较低且小型的止推环及止推轴承，能够实现壳体的小型化。
在上述混合排气涡轮增压器中，更优选容纳所述约束机构的凹部的形成于所述壳体的正面侧的开口端被盖体堵塞，且在该盖体的内侧面设置有凹部，该凹部将供给至所述止推轴承后向所述盖体的内侧面飞溅的润滑油引导至设置于所述壳体的正面侧底部的润滑油排出路。
根据上述混合排气涡轮增压器，对止推轴承进行了润滑的润滑油更顺畅地被排出。
由此，能够增加向止推环及止推轴承供给的润滑油的油量，从而能够更积极地对止推环及止推轴承进行冷却。
并且，仅卸下盖体就能够简单地接近止推环及止推轴承，能够提高维修性。
本发明的第2方式所涉及的内燃机具备上述任一个混合排气涡轮增压器。
根据上述本发明的第2方式所涉及的内燃机，具备即使在搭载于该内燃机时，也能够防止发电机的旋转轴因该内燃机所产生的振动而向轴向大幅移动而使增压器内的旋转部分与静止部分接触从而导致增压器受损的混合排气涡轮增压器，因此能够提高该内燃机的可靠性。
发明效果
根据本发明所涉及的混合排气涡轮增压器，起到能够防止旋转轴因内燃机自身所产生的振动而向轴向大幅移动而使增压器内的旋转部分与静止部分接触从而导致增压器受损。
附图说明
图1是从消音器侧观察本发明的一实施方式所涉及的混合排气涡轮增压器的局部切开立体图。
图2是本发明的一实施方式所涉及的混合排气涡轮增压器的纵向剖视图。
图3是放大表示图2的主要部分的主要部分放大图。
具体实施方式
以下，参考图1至图3对本发明所涉及的混合排气涡轮增压器的一实施方式进行说明。
如图1或图2中的至少一图所示，本实施方式所涉及的混合排气涡轮增压器1具备如下来作为主要要件而构成：涡轮部3，通过从未图示的内燃机(例如柴油机和燃气涡轮发动机等)导出的排出气体(燃烧气体)2进行驱动；压缩机部5，通过该涡轮部3进行驱动并向所述内燃机压送外部气体4，外壳6，设置于这些涡轮部3与压缩机部5之间而对他们进行支承；及发电机19，具有旋转轴19a，该旋转轴19a经由挠性联轴器21连结于涡轮部3及压缩机部5的旋转轴7。
一端向涡轮部3侧突出而另一端向压缩机部5侧突出的旋转轴7插穿外壳6。通过设置于外壳6的轴承8，该旋转轴7被支承为能够绕轴线旋转。并且，在外壳6设置有将润滑油从未图示的油罐(润滑油储存部)供给至轴承8的润滑油供给路9。
另一方面，外壳6的下端部成为在旋转轴7的轴线方向上一点支承(有时在与旋转轴7的轴线方向正交的方向上以两点以上进行支承)外壳6的脚部6a，该脚部6a固定在设置于底面的基台(未图示)。即，混合排气涡轮增压器1的重量经由该脚部6a传递至基台。
另外，图中的符号P为防振动板。该防振动板P的一端部固定于涡轮部3的下端部，另一端部与外壳6的脚部6a同样地固定于基台。并且，该防振动板P并非如脚部6a般以支承混合排气涡轮增压器1的重量为主要目的，其主要目的在于防止混合排气涡轮增压器1相对于基台摆动(振动)，同时阻挡外壳6的轴线方向的热膨胀，并防止热应力的产生。
涡轮部3具有：排出气体通路10，连接于所述内燃机的排气系统并供给排出气体2的至少一部分；及涡轮11，接受供给至该排出气体通路10内的排出气体2的流动而被旋转驱动。
涡轮11具备涡轮转子12及涡轮喷嘴13。涡轮转子12具备：圆盘状的涡轮盘12a，设置于旋转轴7的一端部；及具有翼型截面的多片涡轮叶片12b，安装于该涡轮盘12a的外周上。
并且，涡轮喷嘴13将多片喷嘴导片13a配置成环状而构成，且配置于涡轮叶片12b的上游侧。
排出气体通路10具有：供给路10a，与所述内燃机的排气系统连接而将排出气体2引导至喷嘴导片13a及涡轮叶片12b；及送出路10b，朝向涡轮11的半径方向外侧而设置，并将通过了涡轮11的排出气体2引导至系统外或未图示的排气净化装置、排出气体锅炉等。
压缩机部5具有：压缩机叶轮14，通过被旋转驱动来向径向外侧送出外部气体4；及旋涡室15，包围该压缩机叶轮14的周围并对压缩机叶轮14所送出的外部气体4进行压缩。
压缩机叶轮14具备：大致圆盘状的轮毂14a，安装于旋转轴7的另一端部；及多片叶片14b，从该轮毂14a的外表面朝向半径方向外侧延伸且沿周向设置成环状。
在压缩机部5的上游侧，连接于所述内燃机的吸气系统的消音器(silencer)16邻接配置，通过了该消音器16的外部气体4经由流入路17而被引导至压缩机叶轮14的叶片14b。并且，在压缩机部5的下游侧，设置有未图示的冷热气自动调节机和稳压罐等，通过了旋涡室15的外部气体4在通过这些冷热气自动调节机和稳压罐等后，供给至所述内燃机。
在消音器16的中央部设置有壳体18，在该壳体18的内部具有朝向轮毂14a的端面形成为锥形的凹部18a，并且在凹部18a内容纳有(高速感应)发电机19。壳体18经由设置于流入路17内的多片(例如4片)支架20固定于压缩机部5(形成流入路17的半径方向外侧的壁面)。并且，壳体18的外侧表面构成了形成流入路17的半径方向内侧的壁面。
发电机19的旋转轴19a配置成位于与前述的旋转轴7相同的旋转轴线上，并且该旋转轴19a经由挠性联轴器21而与贯穿轮毂14a并向消音器16侧突出的旋转轴7的一端部前端连结。即，发电机19的旋转轴19a与旋转轴7一起旋转。在旋转轴19a的外周面沿周向及轴向粘贴有多个永久磁铁19b，在永久磁铁19b的半径方向外侧，定子线圈19c以包围永久磁铁19b的方式沿周向及轴向配置。
在壳体18的正面(图2中的左侧端面)顶部(上部)设置有润滑油供给路32的入口，该润滑油供给路32的入口将润滑油引导至对容纳于凹部18a内的发电机19的旋转轴19a的两端部分别进行轴承支承的轴颈轴承31，在润滑油供给路32的入口，连接有在中途具备润滑油循环泵(未图示)的润滑油供给管33的出口端。
并且，在壳体18的正面底部(下部)设置有：(第1)润滑油排出路34的出口，将已结束对旋转轴19a的一端部(靠近挠性联轴器21侧的端部)进行轴承支承的轴颈轴承31的润滑的润滑油引导至壳体18的正面；及(第2)润滑油排出路36的出口，将已结束约束对旋转轴19a的另一端部(远离挠性联轴器21侧的端部)进行轴承支承的轴颈轴承31及旋转轴19a的朝向轴向的移动的约束机构35的润滑的润滑油引导至壳体18的正面。并且，在这些润滑油排出路34、36的出口，连接有将已排出的润滑油引导至前述油罐的润滑油排出管37的入口端。
并且，在油罐的底部(下部)连接有润滑油供给管33的入口端，储存在油罐内的润滑油通过前述的润滑油循环泵压送至润滑油供给路32内，在对发电机19的轴颈轴承31及止推轴承35进行润滑后，通过润滑油排出路34、36及润滑油排出管37并返回到油罐中。
另外，润滑油排出路34的出口位于润滑油排出路36的出口下方。并且，润滑油排出管37形成为使从润滑油排出路34的出口流出的润滑油和从润滑油排出路36的出口流出的润滑油在壳体18的正面附近合流，从润滑油排出路34的出口流出的润滑油和从润滑油排出路36的出口流出的润滑油以相互混合的状态返回到油罐中。
另外，在本实施方式所涉及的混合排气涡轮增压器1中如图3所示，在旋转轴19a的另一端设置有对旋转轴19a朝向轴向(图3中的左右方向)的移动进行约束的约束机构35。
约束机构35具备止推环41及止推轴承(本实施方式中为锥面轴承)42。
止推环41具备：轴部43，外观呈圆柱形状；及凸缘部44，从该轴部43的一端部沿周向而向半径方向外侧延伸。并且，在轴部43的径向上的中心部，设置有铰孔螺栓45的铰孔部46所插穿的已施加精铰孔的贯穿孔(铰孔)47。
另外，在旋转轴19a的一端面的径向上的中心部，穿设有收容铰孔螺栓45的轴部48的孔49。并且，在轴部48的外周面设置有外螺纹部(未图示)，在孔49的内周面设置有与设置于轴部48的外周面的外螺纹部螺合的内螺纹部(未图示)。
止推轴承42与止推环41的凸缘部44的一端面(经由铰孔螺栓45安装于旋转轴19a的另一端时位于里侧而与旋转轴19a的另一端面对置的面)对置地设置有1个，并与止推环41的凸缘部44的另一端面(在与一端面相反的一侧，经由铰孔螺栓45安装于旋转轴19a的另一端时位于跟前侧的面)对置地设置有1个。
向对旋转轴19a的另一端部进行轴承支承的轴颈轴承31及约束机构35供给润滑油的润滑油供给路32分支为：润滑油供给路32a，在轴颈轴承31的上游侧附近向轴颈轴承31供给润滑油；及润滑油供给路32b，向配置成与凸缘部44的另一端面对置的止推轴承42供给润滑油。
经由润滑油供给路32a供给至轴颈轴承31的润滑油在对轴颈轴承31进行润滑后，滴落并如图3中的虚线箭头所示般通过润滑油排出路36而被引导至润滑油排出管37。
另一方面，经由润滑油供给路32b供给至轴颈轴承31的润滑油在对2个止推轴承42进行润滑后，滴落并如图3中的实线箭头所示般通过润滑油排出路36而被引导至润滑油排出管37。
另外，容纳约束机构35的凹部51的开口端被经由螺栓52而安装的盖体53所堵塞(密闭)。并且，盖体53的内表面(经由螺栓52安装时位于里侧而与铰孔螺栓45的头部顶面(表面)对置的面)设置有：(第1)凹部54，收容铰孔螺栓45的头部且在与铰孔螺栓45的头部之间形成预定的间隙(空间)；及(第2)凹部55，将飞溅到形成于该凹部54与铰孔螺栓45的头部之间的间隙的润滑油引导至止推轴承42的下方。
并且，飞溅到形成于凹部54与铰孔螺栓45的头部之间的间隙的润滑油，经由形成于配置成与凸缘部44的另一端面对置的止推轴承42和凹部55之间的间隙(空间)而被引导至止推轴承42的下方后，对2个止推轴承42进行润滑后，与滴落的润滑油合流，并如图3中的实线箭头所示，通过润滑油排出路36而被引导至润滑油排出管37。
并且，飞溅到形成于凹部54和铰孔螺栓45的头部之间的间隙并经由形成于配置成与凸缘部44的另一端面对置的止推轴承42和凹部55之间的间隙而被引导至止推轴承42的下方的润滑油、对2个止推轴承42进行润滑后滴落的润滑油、及对轴颈轴承31进行润滑后滴落的润滑油在通过润滑油排出路36及润滑油排出管37而被引导至油罐期间相互混合。
并且，在对旋转轴19a的另一端部进行轴承支承的轴颈轴承31的里侧(旋转轴19a的一端部侧)附近，沿周向设置有迷宫式密封件56，以此来防止经由润滑油供给路32a、32b供给的润滑油向对旋转轴19a的另一端部进行轴承支承的轴颈轴承31的里侧即永久磁铁19b及定子线圈19c侧漏出。
而且，旋转轴19a朝向轴向的热延伸被挠性联轴器21朝向轴向的收缩所吸收。
根据本实施方式所涉及的混合排气涡轮增压器1，容纳于壳体18的凹部18a内的发电机19的旋转轴19a朝向轴向的移动受到约束机构35的约束。
由此，将该混合排气涡轮增压器1搭载于内燃机时，能够防止发电机19的旋转轴19a因该内燃机所产生的振动而向轴向大幅移动而使增压器内的旋转部分与静止部分接触从而导致增压器受损。
并且，作为容纳于壳体18的凹部18a内的发电机19，能够采用(高速感应)发电机以外的发电机。
并且，根据本实施方式所涉及的混合排气涡轮增压器1，作为容纳于壳体18的凹部18a内的发电机19，采用具备如下的(高速感应)发电机19：旋转轴19a，在其外周面粘贴有永久磁铁19b；及定子线圈19c，以包围永久磁铁19b的半径方向外侧的方式沿轴向及周向配置。
由此，能够减少施加于止推环41及止推轴承42的止推力，能够采用能力较低且小型的止推环41及止推轴承42，能够实现壳体18的小型化。
另外，根据本实施方式所涉及的混合排气涡轮增压器1，容纳约束机构35的凹部51的形成于壳体18的正面侧的开口端被盖体53堵塞，且在该盖体53的内侧面设置有凹部54、55，该凹部54、55将供给至止推轴承42后向盖体53的内侧面飞溅的润滑油引导至设置于壳体18的正面侧底部的润滑油排出路36，对止推轴承42进行了滑润的润滑油更顺畅地被排出。
由此，能够增加向止推环41及止推轴承42供给的润滑油的油量，从而能够更积极地对止推环41及止推轴承42进行冷却。
并且，仅卸下盖体53就能够简单地接近止推环41及止推轴承42，能够提高维修性。
具备本实施方式所涉及的混合排气涡轮增压器1的内燃机，由于具备能够防止发电机的旋转轴因该内燃机所产生的振动而向轴向大幅移动而使增压器内的旋转部分与静止部分接触从而导致增压器受损的混合排气涡轮增压器1，因此能够提高该内燃机的可靠性。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的技术思想的范围内，能够适当地根据需要进行变形实施及变更实施。
符号说明
1-混合排气涡轮增压器，3-涡轮部，5-压缩机部，6-外壳，7-旋转轴，16-消音器，18-壳体，18a-凹部，19-发电机，19a-旋转轴，19b-永久磁铁，19c-定子线圈，21-挠性联轴器，35-约束机构，36-润滑油排出路，41-止推环，42-止推轴承，44-凸缘部，51-凹部，53-盖体，54-凹部，55-凹部。

Claims (3)

1.一种混合排气涡轮增压器，其具有：
涡轮部，通过从内燃机导出的排出气体进行驱动；
压缩机部，通过所述涡轮部进行驱动而向所述内燃机压送外部气体；
发电机，具有旋转轴，该旋转轴经由挠性联轴器与所述涡轮部及所述压缩机部的旋转轴连结；及
外壳，支承所述涡轮部及所述压缩机部，
在所述压缩机部的上游侧设置有与所述内燃机的吸气系统连接且经由所述压缩机部支承于所述外壳的消音器，在该消音器的中央部设置有在内部具有第一凹部的壳体，并且在所述第一凹部内容纳有所述发电机，所述混合排气涡轮增压器的特征在于，
约束机构容纳于第二凹部内，所述第二凹部形成在位于与所述外壳相反一侧的所述壳体的正面侧，所述约束机构具备：
止推环，安装在位于与所述挠性联轴器相反一侧的所述发电机的旋转轴的轴端；及
2个止推轴承，配置成与形成所述止推环的凸缘部的两端面对置，
并且，容纳所述约束机构的所述第二凹部的形成于所述壳体的正面侧的开口端被盖体堵塞，且在该盖体的内侧面设置有第三凹部，该第三凹部将供给至所述止推轴承后向所述盖体的内侧面飞溅的润滑油引导至设置于所述壳体的正面侧底部的润滑油排出路。
2.根据权利要求1所述的混合排气涡轮增压器，其特征在于，
在所述发电机的旋转轴的外周面，沿周向及轴向粘贴有多个永久磁铁，在这些永久磁铁的半径方向外侧，以包围这些永久磁铁的方式沿周向及轴向配置有定子线圈。
3.一种内燃机，其特征在于，
具备权利要求1或2所述的混合排气涡轮增压器。
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