CN104271921A - 带有轴颈轴承的涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

涡轮增压器组件可包括带有通孔且设置在该通孔内的轴向面的壳体；附接到该壳体的带有带键开口的定位板；和设置在该通孔内的轴颈轴承，其中该轴颈轴承包括带键压缩机端和在两个轴向面之间由外直径和轴向长度限定的扩大外部分，其中设置在该壳体的该通孔内的该轴向面、该定位板、和该轴颈轴承的该两个轴向面在轴向上将该轴颈轴承定位在该通孔内，并且其中该定位板的带键开口和该轴颈轴承的该带键压缩机端在方位角上将该轴颈轴承定位在该通孔内。还公开了设备、组件、系统、方法等的各种其它示例。

Description

带有轴颈轴承的涡轮增压器
 相关申请
本申请要求2012年5月15日提交的、名称为“Turbocharger with Journal Bearing”的美国临时专利申请61/647,038的权益，其通过引用并入本文。
技术领域
本文中公开的主题总体涉及内燃发动机的涡轮增压器。
背景技术
涡轮增压器可包括各种类型的轴承以支撑轴和叶轮组件（SWA）。作为示例，涡轮增压器可包括滚动元件轴承，滚动元件轴承包括配装到轴上的内座圈，其中该内座圈由设置在外座圈内的滚动元件可旋转地支撑。在这种示例中，可提供机构以避免或限制外座圈的旋转同时可选择地允许在外座圈和涡轮增压器轴承壳体（例如，设置在涡轮机壳体和压缩机壳体之间的中间壳体）的孔之间形成润滑剂膜。
作为另一示例，涡轮增压器可包括轴颈轴承，该轴颈轴承带有内轴颈表面以通过在该内轴颈表面和轴之间形成润滑剂膜来支撑该轴。在这种示例中，可提供机构以避免或限制轴颈轴承的旋转同时可选择地允许在轴颈轴承和涡轮增压器轴承壳体（例如，设置在涡轮机壳体和压缩机壳体之间的中间壳体）的孔之间形成润滑剂膜。因此，与滚动元件轴承相比，轴颈轴承可包括内润滑剂膜和外润滑剂膜。
轴颈轴承可作为全浮动或半浮动轴颈轴承被设置在壳体的孔内。全浮动轴颈轴承可在该孔内旋转完整的360度，例如，响应于由该轴颈轴承支撑的轴的旋转而寄生地旋转。半浮动轴颈轴承的方位角被定位成避免或限制旋转。例如，半浮动轴颈轴承可包括构造成用来接收定位销的孔隙，其中在该孔隙的外缘和该定位销的外缘之间的间隙限制了该半浮动轴颈轴承相对于壳体的孔的旋转。定位销也可在轴向上将半浮动轴颈轴承定位在壳体的孔内。不过，定位销和孔隙的布置可允许该半浮动轴颈轴承在孔内的一定量的径向运动以实现径向“浮动”。径向浮动允许设置在轴颈轴承的一个或多个外表面和壳体的一个或多个内表面（例如，限定孔的内表面）之间的一个或多个润滑剂膜吸收或阻尼能量。例如，这种一个或多个润滑剂膜可阻尼振动能量。
当定位销被用来在轴向上和在方位角上将轴颈轴承定位在壳体的孔内时，该定位销可与重力对齐，使得该轴颈轴承和轴和叶轮组件可下沉到该孔的底侧。对于由内燃发动机的机油润滑的涡轮增压器来说，当该发动机被启动时，加压机油会进入到孔内并且填满在该孔和轴颈轴承之间的间隙以由此形成润滑剂膜。轴颈轴承在与重力对齐的方向上在孔内的径向运动可有助于最小化轴颈轴承中的孔隙的外缘和至少部分地设置在该孔隙内的定位销的外缘的摩擦和磨损。
关于通过设置在该轴颈轴承的孔隙内的定位销在轴向上定位轴颈轴承，该孔隙的外缘和该定位销的外缘可能在涡轮增压器操作期间经历轴向推力。轴向推力的方向可以是从涡轮机叶轮到压缩机叶轮的方向或者反方向。由轴颈轴承支撑的轴和涡轮机叶轮组件可包括邻接该轴颈轴承的涡轮机端的轴向面。对于沿着从涡轮机叶轮到压缩机叶轮的方向的轴向推力，该轴和涡轮机叶轮组件的轴向面可冲击该轴颈轴承。进而，这个力可被转移到设置在该轴颈轴承的孔隙内的定位销。随着时间的流逝，该力可引起该孔隙的外缘或者该定位销的外缘磨损，这可改变在该定位销和该轴颈轴承之间的一个或多个间隙。磨损也可发生在定位销和壳体中的接收该定位销的座之间。例如，定位销和座可包括匹配的螺纹以允许该定位销被拧入该壳体内。轴向推力以及可能由轴颈轴承施加给这个定位销的其它力可引起该定位销变松或移位。源于这种磨损的定位销的不对准可有害地影响半浮动轴颈轴承的一个或多个润滑剂膜的性能。
再次提到推力，关于滚动元件轴承，这种力可被从轴转移到内座圈再到滚动元件再到外座圈。由于轴颈轴承不会以这种方式保持轴，所以轴颈轴承可在压缩机端、涡轮机端或这两端包括所谓的推力垫。推力垫可以是允许润滑剂流动、收集等以最小化由被轴向推向轴颈轴承的一端的另一部件所引起的冲击的特征。另外，关于像由在轴和涡轮机叶轮的毂端之间的肩部形成的轴向面，这种面可以轴向力和旋转力冲击半浮动轴颈轴承的涡轮机端。再一次，关于滚动元件轴承，由于轴被固定到设置在外座圈内的滚动元件的内座圈，所以轴和涡轮机叶轮组件的轴向面不大可能冲击滚动元件轴承的端部。例如，在轴的轴向面和涡轮机叶轮组件之间的间隙可在将该轴固定到滚动元件轴承内的内座圈时就被固定。
本文中描述的各种技术和技巧都涉及轴颈轴承、壳体、组件等，这可改善涡轮增压器性能、寿命等。
附图说明
结合在附图中示出的示例参考下面的详细描述，可获得对本文描述的各种方法、设备、组件、系统、布置等以及其等同方式的更完整的理解，在附图中：
图1是涡轮增压器和内燃发动机以及控制器的简图；
图2是涡轮增压器组件的示例的横截面图；
图3是图2的涡轮增压器组件的横截面图；
图4是涡轮增压器组件的示例的一系列横截面图；
图5是定位销、轴颈轴承和轴的一系列视图；
图6是图2和3的涡轮增压器组件的一部分和图4的涡轮增压器组件的一部分 相对于方向为从涡轮机端到压缩机端的轴向推力的一系列横截面图；
图7是图2和3的涡轮增压器组件的一部分和图4的涡轮增压器组件的一部分 相对于方向为从压缩机端到涡轮机端的轴向推力的一系列横截面图；
图8是组件的一系列横截面图；
图9是轴颈轴承的示例的横截面图；
图10是涡轮增压器组件的示例的剖面图；
图11是包括轴颈轴承和用于安装到壳体的定位销的组件的示例的一系列视图；
图12是轴颈轴承的特征的示例的一系列视图；
图13是轴颈轴承和定位板的示例的一系列视图；以及
图14是轴颈轴承的示例的一系列视图。
具体实施方式
下面，描述了涡轮增压发动机系统的示例，接着是部件、组件、方法等的各种示例。
涡轮增压器经常被用于增加内燃发动机的输出。参照图1，传统的系统100包括内燃发动机110和涡轮增压器120。内燃发动机110包括发动机缸体118，其容纳一个或多个燃烧室，所述燃烧室操作地驱动轴112（例如通过活塞）。如图1中所示，进气端口114提供了流动路径供空气进入发动机缸体118，而排气端口116提供了流动路径供废气离开发动机缸体118。
涡轮增压器120用于从废气中提取能量并提供能量给进气空气，该空气可与燃料混合来形成燃烧气体。如在图1中所示，涡轮增压器120包括空气入口134、轴122、用于压缩机叶轮125的压缩机壳体124、用于涡轮机叶轮127的涡轮机壳体126、另一壳体128和废气出口136。壳体128可被称为中间壳体，因为其被设置在压缩机壳体124和涡轮机壳体126之间。轴122可以是包括多个部件的轴组件。轴122可由设置在壳体128内的轴承系统可旋转地支撑，使得涡轮机叶轮127的旋转引起压缩机叶轮125的旋转。
在图1的示例中，可变几何形状组件129被示出为部分地被设置在壳体128和壳体126之间。这个组件可包括定子叶片或其它部件来改变通道的几何形状，该通道通向涡轮机壳体126内的涡轮机叶轮空间。作为示例，可变几何形状压缩机单元可被提供。
在图1的示例中，废气门阀（或简称为废气门）135被定位成紧邻涡轮机126的进口。废气门阀135可被控制以允许来自废气端口116的废气绕过涡轮机126。而且，废气再循环（EGR）导管115可被提供，可选择地带有一个或多个阀117，例如，以允许废气流到在压缩机叶轮125上游的位置。
图1还示出了示例布置150用于使废气流到废气涡轮机壳体152和另一示例布置170用于使废气流到废气涡轮机壳体172。在布置150中，气缸盖154包括在其内的通道，用于将来自气缸的废气引导向涡轮机壳体152，而在布置170中，歧管176用于实现壳体172的安置，例如，没有任何单独的、中间的废气管道系统长度。在示例布置150和170中，涡轮机壳体152和172可被构造成用于与可变几何形状组件，例如组件129，或者，例如本文中描述的其它组件一起使用。
在图1中，控制器190的示例被示出为包括一个或多个处理器192、存储器194和一个或多个接口196。这种控制器可包括电路系统，例如发动机控制单元的电路系统。如本文所描述，可联合控制器任选地实施各种方法或技艺，例如，通过控制逻辑。控制逻辑可依赖于一个或多个发动机操作条件（例如，涡轮增压器rpm、发动机rpm、温度、载荷、润滑剂、冷却等）。例如，传感器可通过一个或多个接口196传输信息到控制器190。控制逻辑可依赖于这些信息，并且进而控制器190可输出控制信号以控制发动机操作。控制器190可被构造成控制润滑剂流、温度、可变几何形状组件（例如，可变几何形状压缩机或涡轮机）、废气门、电动马达、或与发动机、涡轮机增压器（或多个涡轮增压器）相关联的一个或多个其它部件、等等。
图2示出了涡轮增压器组件200的示例，涡轮增压器组件200包括由设置在压缩机叶轮240和涡轮机叶轮260之间的壳体280的通孔282内的轴颈轴承230支撑的轴220；注意到，包括轴承侧轴向面271和压缩机侧轴向面273的推力间隔器270被示出为在压缩机叶轮240和轴220的肩部之间定位在轴220上。如在图2中所示，该肩部是由轴220的直径中的从更小的直径到更大的直径的台阶形成的，从而形成了环形轴向面221。在一侧，推力间隔器270的轴承侧轴向面271邻接轴220的轴向面221，并且在另一侧，推力间隔器270的压缩机侧轴向面273邻接压缩机叶轮240的环形轴向面243。
轴颈轴承230通过定位销210被定位在壳体280的通孔282内。定位销210被拧入到壳体280的座285内并且被轴颈轴承230的孔隙235接收。定位销210在轴向上且在方位角上将轴颈轴承230定位在壳体280的该孔内。与孔隙235相对，轴颈轴承230包括润滑剂开口239以实现到支撑轴220的轴颈轴承230的内轴颈表面的润滑剂流。润滑剂可通过润滑剂进口281流到壳体280的通孔282，通过润滑剂开口239并流到内轴颈表面从而形成润滑位于轴颈轴承230内的轴220的润滑剂膜。润滑剂还可流到在壳体280的通孔282的壁和轴颈轴承230的外表面之间的间隙。润滑剂可通过包括润滑剂出口289的下润滑剂收集腔288离开壳体280。如所示，可通过润滑剂出口289够到定位销210（例如，用于安装和移除）。
图2的示例是参照圆柱坐标系在r、z-平面内示出的，其中z-坐标对应的是轴220的旋转轴线，例如，由壳体280的通孔282的中心轴线定义。图2中的各种特征可例如参照r、z和/或方位角（                                                ）坐标来被描述。在图2的示例中，轴220可以是包括涡轮机叶轮260的轴和叶轮组件（SWA）的一部分。在这样的示例中，压缩机叶轮240可包括将被配装到SWA的轴上的通孔（例如，或部分孔）。作为示例，SWA可包括一个或多个环形槽，这些槽可任选地被用于容纳一个或多个密封部件，例如，以形成在壳体280和SWA之间的润滑剂密封。在这样的示例中，润滑剂密封可有助于防止润滑剂迁移到涡轮机叶轮空间以及废气进入轴承空间。
在图2的示例中，背板290被示出为被设置在压缩机叶轮240和壳体280之间，例如当至少部分地被接收在壳体280的压缩机侧面上的凹部内时。如所示，背板290包括孔隙，推力间隔器270的轴向长度延伸通过该孔隙，并且背板290包括轴承侧轴向面，该轴向面面对推力间隔器270的环形轴向面。作为示例，密封部件可被沿着推力间隔器270的轴向长度定位以形成在推力间隔器270和背板290之间的密封（例如，O形环或其它部件可被容纳在推力间隔器270、背板290等的环形槽中）。这种密封部件，当被相对于推力间隔器270和背板290布置时，可有助于阻止润滑剂迁移到压缩机叶轮空间（例如，抵制进入压缩机并且被传递到内燃发动机的燃烧室的润滑剂流）。
图3示出了图2的涡轮增压器组件200的一部分的横截面图以及过程300的示例。过程300包括了机加工固定装置磨损302、定位由磨损引起的销位置误差304、由于位置误差引起的轴颈轴承偏置306、由于偏置减少相对于孔的内直径的轴颈轴承外直径间隙和增加例如由间隙减少引起的次同步谐振噪音310。如所提及的，对于由定位销例如图3的示例的定位销210定位在壳体的孔内的半浮动轴颈轴承，可发生各种类型的磨损。例如，在定位销和轴颈轴承之间的磨损可因高轴向载荷、振动、设计缺陷、材料和热处理或这些因素的任意组合而发生。
如本文中所描述的，特定类型的故障模式可因组装过程中定位销的错误定位而出现，这例如可导致噪音。在图2和3的示例中， 定位销210包括用于将定位销210固定在壳体280的座285内的部分214和用于被轴颈轴承230的孔隙235接收的部分216。座285可由机加工壳体280而被形成，这可引入一些误差。例如，误差可存在于座285的轴线没有正交地与壳体280的通孔282的轴线对齐的情况下。在这个示例中，当定位销210被插入到座285内时，该误差可引起轴颈轴承230与壳体280的通孔282的轴线稍微错开。这种错开可改变在轴颈轴承230的外表面和限定壳体280的通孔282的孔壁之间的间隙。在操作过程中，形成在这些间隙中的润滑剂膜会不均匀，这可减小润滑剂膜的阻尼能力。随着阻尼能力的减少，涡轮增压器组件200可经历更多的振动，并且因此产生更多的噪音。因此，在定位销对齐方面的缺陷（例如，在供应商能力范围内）可导致次同步振动的产生。
虽然附图 2和3说明了带螺纹的座和定位销，但是另一类型的布置包括定位销被压配合到壳体的座内。当压配合定位销时，该定位销的与轴颈轴承相互作用的部分是带疤痕的（例如，这可增加摩擦、磨损等）。
另外，不论是带螺纹的、压配合还是其它技术被用来插入定位销，在安装过程中总存在轴颈轴承的孔隙和壳体的定位销座没有对齐以及定位销会接触轴颈轴承的风险。由于会使用相当大的力来安装定位销，所以在定位销和轴颈轴承之间的任何接触都可损坏定位销、轴颈轴承，并产生碎屑等。由于施加到定位销的该力可能是相当大的，所以难以感测到对在该定位销和轴颈轴承之间的不适当接触的指示，并且如果被感测到，这种感测可能就太晚了（例如，在已经对定位销、轴承、壳体等造成了一些损坏之后）。
如本文中描述的（例如，参照图2和3）， 使用定位销要求（i）在壳体内机加工座，（ii）提供定位销，和（iii）将该定位销插入该壳体中的所述座。在这些材料或过程中的容差、误差等可导致次优的性能。如本文中所描述的，另一方法可被采用以将轴颈轴承定位在壳体的孔内，这种方法不包括使用定位销。
图4示出了涡轮增压器组件400的示例的各种横截面图。涡轮增压器组件400包括由设置在壳体480的通孔482内的轴颈轴承430支撑的轴420以及附接到壳体480的压缩机侧的定位板450和设置在压缩机背板490的开口内的推力间隔器470。轴420包括压缩机端和涡轮机端。涡轮机叶轮可被附接到轴420以形成轴和叶轮组件（SWA）。如所示，壳体480可包括润滑剂进口481、润滑剂收集腔488和允许润滑剂离开润滑剂收集腔488的润滑剂出口489。
在图4的示例中，定位板450被设置在壳体480和压缩机背板490之间，这两者都可被附接到壳体480（例如，通过一个或多个螺栓等）。在图4的示例中，壳体480包括设置在壳体的通孔482的两个直径之间的环形轴向面487。从壳体480的压缩机侧，通孔282的轴颈轴承孔部分具有台阶变化到更小直径的更大直径；因此，形成了环形轴向面487。这种特征布置可被称为扩孔布置（例如，由于壳体480的通孔282包括两个直径）。
在图4的示例中，轴颈轴承430在或接近其压缩机端包括设置在两个轴向面435和437（例如，带有对应的环形肩部）之间的扩大直径部分。在图4的示例中，轴向面437可以是环形轴向面；而轴向面435可具有另一形状，例如，以与定位板450协作。
对于在壳体480的孔内在轴向上定位轴颈轴承430，朝着涡轮机侧，轴颈轴承430的轴向面437可邻接壳体480的轴向面487，并且朝着压缩机侧，轴颈轴承430的轴向面435可邻接定位板450，例如，在轴向表面455。因此，轴颈轴承430在轴向上被约束在定位板450和壳体480的轴向面487之间（例如，其中环形轴向面487与扩孔对应）。
关于在壳体480的孔内在方位角上定位轴颈轴承430，定位板450可包括一个或多个特征，这些特征与轴颈轴承430的一个或多个特征协作。例如，定位板450可包括具有一个或多个平坦部分的带键开口，这些平坦部分与轴颈轴承430的平坦部分协作（例如，轴颈轴承430可包括带键压缩机端）。在图4的示例中，定位板450可允许轴颈轴承430的径向运动，同时限制轴颈轴承430的旋转。例如，轴颈轴承430可沿着径向线上下滑动，同时具有沿着轴向和方位角方向上的受限运动（例如，由各种间隙所限定的）。
在图4的示例中，定位板450可相对于轴颈轴承430限定各种间隙，这些间隙允许轴颈轴承430的一些运动，尤其是径向运动。在这种布置中，轴颈轴承430可被称为半浮动轴颈轴承。如所提及的，径向运动可允许轴颈轴承利用一个或多个润滑剂膜，膜可吸收或阻尼能量（例如，振动能量）。在图4的示例中，润滑剂膜可形成在轴颈轴承430的外表面和限定壳体480的所述孔的内表面之间。
在图4的示例中，润滑剂可通过润滑剂进口481进入壳体480（例如，经过孔的进口路径等），该润滑剂进口481连接到通孔482，轴颈轴承430被接收在该通孔482中。轴颈轴承430可包括开口439以接收润滑剂用于形成一个或多个内润滑剂膜（例如，设置在轴颈轴承430的内轴颈表面和轴420的表面之间）。经由润滑剂进口481进入通孔482的润滑剂还可流到由轴颈轴承430的外表面和壳体480的通孔482的内表面限定的间隙以形成外润滑剂膜。作为示例，可钻出或以其它方式形成一个或多个小孔以将润滑剂直接馈送到轴颈轴承和孔的内表面之间的间隙以形成挤压膜。例如，孔486可在壳体480内被形成在扩孔处以用于实现在孔-轴承间隙之间的润滑剂流。作为示例，壳体480可包括在该扩孔处的多个孔（例如，围绕壳体480的通孔482的中心轴线设置在不同的方位角处）。作为示例，轴承可包括一个或多个通道，这些通道用来实现润滑剂从更小直径表面流到轴承的更大直径部分。例如，轴颈轴承430可包括从轴向面487延伸到轴颈轴承430的扩大直径部分的外表面的一个或多个槽和/或一个或多个凹口，和/或从轴向面435延伸到轴颈轴承430的扩大直径部分的外表面的一个或多个槽和/或一个或多个凹口。作为示例，定位板450可包括从其延伸通过的一个或多个通道451，例如以实现润滑剂流到推力间隔器空间。上面提到的特征可有助于润滑剂在涡轮增压器的中心壳体旋转组件（CHRA）的压缩机侧处或附近的循环。例如，当壳体包括扩孔（例如，扩大的孔和缩小的孔）时，在扩孔的每一侧之间的润滑剂流都可由这些特征（例如，这些特征可被机加工或以其它方式形成在壳体、轴承、定位板等内）来提高。
在图4的示例中，润滑剂可在轴颈轴承430的轴向面437和壳体480的轴向面487之间的间隙中流动以到达轴颈轴承430的大直径部分的外表面。因此，润滑剂膜可形成在轴颈轴承430的大直径部分和壳体480的通孔的压缩机侧的大直径部分之间。在图4的示例中，润滑剂可流到轴颈轴承430的轴向面435并且在轴颈轴承430和定位板450之间形成膜。关于推力垫，轴颈轴承430的表面435和437可被认为是推力垫。这些表面可包括允许润滑剂的流动、收集等的一个或多个特征以有助于吸收轴向推力从而使得在轴颈轴承430和壳体480（例如，表面437和487）之间的以及该轴颈轴承和定位板450（例如，表面435和455）之间的有害接触被最小化（例如，部件由薄润滑剂膜层分开）。
在图4的示例中，定位板450也可用于实现轴颈轴承430的正确的方位角定位，例如，以确保轴颈轴承430的润滑剂开口439与壳体480的润滑剂进口路径489正确对准。如在图4中所示，定位板450将轴颈轴承430定向成使得轴颈轴承430中的开口439与通向壳体480的通孔482的润滑剂进口481对准（例如，与其流体连通的通道）。作为示例，开口439的大小可被选择为平衡流向或在轴颈轴承430与组件400的一个或多个其它部件之间的间隙内的润滑剂流。例如，更小直径开口可导致更多的流量流到至少部分地由轴颈轴承430的外表面限定的间隙。
图5示出了轴420、轴颈轴承430和定位板450的各种视图。如前面提及的，轴颈轴承430可包括一个或多个平坦部分431并且定位板450可包括一个或多个对应的平坦部分451。这些部分可用于在方位角方面将轴颈轴承定位在孔中，例如，同时允许轴颈轴承沿着径向线的运动（例如，任选地沿着与重力对齐的方向上下运动）。如在图5的示例中所示，轴颈轴承430包括压缩机侧内轴颈表面433-1和涡轮机侧内轴颈表面433-2。这些表面可与一个或多个轴表面协作以可旋转地支撑轴，其中润滑剂可在这些表面的多对表面之间的间隙中形成膜。在图5的示例中还示出了沿着轴颈轴承430的内轴颈表面433-1和433-2延伸的轴向槽或沟槽436。这些特征能有助于促进在内轴颈表面433-1和433-2处的润滑剂膜的形成并且用于实现润滑剂流的补充（例如，用于冷却等）。
在图5的示例中，定位板450包括一个或多个开口453以接收螺栓或其它物件从而将定位板450附接到壳体。开口的布置可有助于确保定位板450被相对于壳体的一个或多个特征正确地定向。定位板450还具有外缘459，该外缘可被成形为与壳体的一个或多个特征协作。外缘459可被成形为例如通过具有沿着下部分的尺寸偏差允许润滑剂的排放，使得定位板450不阻碍润滑剂从由压缩机背板和定位板450限定的压缩机侧区域的排放（见，例如，图4中由压缩机背板490和定位板450限定的区域）。另外，定位板450可包括带有下外缘452的开口，该下外缘452允许润滑剂从位于轴颈轴承430和壳体的孔之间的间隙中的润滑剂膜流出。在这个示例中，当定位板450的下外缘452被相对于重力向下定位时，润滑剂可在重力的影响下以及在压力的影响下（例如，当由润滑剂泵或“油泵”提供时）从壳体的孔排出。
作为示例，涡轮增压器组件可包括： 壳体，其包括从壳体的压缩机侧延伸到涡轮机侧的通孔以及在处于第一直径的通孔表面和处于第二直径的通孔表面之间设置在该通孔内的轴向面；附接到该壳体的压缩机侧的定位板，其中该定位板包括带键开口；以及设置在该壳体的该通孔内的轴颈轴承，其中该轴颈轴承包括带键压缩机端和在两个轴向面之间由外直径以及轴向长度限定的扩大外部分，其中在该带键压缩机端和该轴颈轴承的涡轮机端之间的轴向长度超过了该扩大外部分的轴向长度，其中设置在该壳体的该通孔内的该轴向面、定位板、和该轴颈轴承的该两个轴向面在轴向上将该轴颈轴承定位在该壳体的该通孔中，以及其中该定位板的该带键开口和该轴颈轴承的该带键压缩机端在方位角上将该轴颈轴承定位在该壳体的该通孔内。
关于轴向推力，图6示出了关于组件400的布置的横截面图和组件200的布置的横截面图的情形600，带有指示沿着从涡轮增压器的涡轮机叶轮朝向压缩机叶轮的方向的轴向推力的近似力向量。对于组件400，定位板450可用于吸收由轴颈轴承430承载的推力（例如，通过轴向面435）。相反，对于组件200，定位销205接收由轴颈轴承230承载的轴向推力，定位销进而冲击壳体280。而且，在轴颈轴承230中的定位销开口的外缘可响应于这种力而磨损、变形等。如上面参照图3的过程300所提及的，使部件磨损、变形或以其它方式不对准的力可能是有害的。
关于沿着从涡轮增压器的压缩机叶轮到涡轮机叶轮方向的轴向推力，图7示出了关于组件400的布置的横截面图和组件200的布置的横截面图的情形700，带有近似力向量。对于组件400，壳体480的轴向面487可用于吸收由轴颈轴承430承载的推力（例如，通过轴向面437）。相反，对于组件200，定位销205接收由轴颈轴承230承载的轴向推力，定位销进而冲击壳体280。而且，在轴颈轴承230中的定位销开口的外缘可响应于这种力而磨损、变形等。如上面参照图3的过程300所提及的，使部件磨损、变形或以其它方式不对准的力可能是有害的。
图8示出了组件400的一部分的横截面图，其中包括轴420、轴颈轴承430、定位板450、推力间隔器470和壳体480。这些部件中的每一个都可由不同材料或以不同方式处理的材料制成，使得它们的线性热膨胀系数不同。例如，壳体480可由铸铁制成，轴由不锈钢（例如，316）制成，并且轴颈轴承430由黄铜制成。关于某些示例，线性热膨胀系数可显著不同，例如，不锈钢（316）是约16 x 10-6 m/mK，黄铜是约19 x 10-6 m/mK，铸铁是约12 x 10-6 m/mK，铝是约22 x 10-6 m/mK而钛是约9 x 10-6 m/mK。因此，对组件中的部件的加热或冷却可改变一个或多个间隙。在这些间隙限定了润滑剂膜的润滑剂膜区域的情况下，温度的改变可对润滑剂膜性能具有一定影响。
在图8的示例中，轴颈轴承430的轴向间隙可由定位板450和壳体480的轴向面487的轴向位置以及轴颈轴承430的扩大直径部分的轴向长度的选择来限定，该轴向长度被限定在其轴向面435和437之间。另外，当轴颈轴承430的扩大之间部分的轴向长度减少时，温度改变的影响在整体量级方面会变少。
关于定位板450的开口的形状，其可具有外缘边缘，该外缘边缘被机加工以避免在暴露给轴向推力时的某些应力轮廓。例如，边缘可被倒圆（例如，沿轴向）并且从平坦部分到另一平坦部分或其它部分的过渡也可被倒圆。
图9示出了轴颈轴承430的横截面图。在图9的示例中，轴向距离ZL被示出为是关于轴颈轴承430的扩大外直径DL部分，该扩大外直径DL向着轴颈轴承430的涡轮机端过渡到相对恒定的外直径DOT。虽然轴颈轴承的长度可以是3cm的量级，但是出于轴向定位目的该轴向距离可能更小（例如，是一厘米或更小的量级，例如，小于轴颈轴承的总长度的约三分之一）。图9的示例中还示出了在压缩机端附近的内轴颈直径DIC和在涡轮机端附近的内轴颈直径DIT。轴颈轴承430包括在该两个内轴颈之间的轴向长度上的更大内直径DIM。图9中还示出了半径rFC，其对应平坦部，例如在该平坦部的中心的半径（例如，注意到平坦部可被限定为具有例如圆的弦的那些半径的一系列半径）。
图10示出了涡轮增压器组件1000的示例的透视剖面图，组件1000包括壳体1080中的位于孔1082的涡轮机端附近以在轴向上定位轴颈轴承1030的扩孔1084，以及附接到该孔的压缩机端以在轴向上定位轴颈轴承1030的定位板1050。例如，螺栓1060可由定位板1050中的孔隙接收并且由壳体1080中的螺栓孔接收，例如其中螺栓1060和壳体1080的螺栓孔可包括螺纹或其它合作特征。
图11示出了组件1000的示例的一系列视图，该组件1000包括轴颈轴承1030和定位板1050以实现安装到壳体1080，例如，通过螺栓1060-1，1060-2，1060-3和1060-4。如在图11中所示，定位板1050可包括相对面1052和1054以及外缘或边缘1055，其可由直径、半径等限定，以及由延伸到弯曲上边缘1058的一对直边缘1057-1和1057-2限定的狭槽1056。在横截面图中，扩孔1084被示出为与轴颈轴承1030的肩部1034有关，以在轴向上将轴颈轴承1030定位在壳体1080内（例如，以限定轴颈轴承1030朝着壳体1080的涡轮机侧的运动）。关于定位板1050，面1054邻接轴颈轴承1030的压缩机端，例如，沿着轴颈轴承1030的环形肩部，其中轴颈轴承1030的一部分在轴向上延伸进入定位板1050的狭槽1056，使得各种直边缘用于限制轴颈轴承1030的旋转（例如，方位角旋转）同时允许轴颈轴承1030的至少一些径向运动（例如，在定位板1050的狭槽1056内的上下运动）。作为示例，狭槽1056可包括弯曲的、半圆形上边缘1058和平行的直边缘1057-1和1057-2，并且轴颈轴承1030可包括弯曲的、半圆形上轮廓和直侧轮廓。在这个示例中，在狭槽1056与重力对准的情况下，轴颈轴承1030可沿着与重力对准的径向线（例如上下）运动（例如，使得当不操作时，旋转组件可下沉并靠着壳体的孔壁（或多个孔壁））。
图12示出了轴颈轴承1030的特征的示例的一系列视图。例如，轴颈轴承1030被示出为包括轴向槽1037-1，1037-2，1037-3和1037-4，这些轴向槽具有径向深度并且在轴颈轴承1030的长度上轴向延伸。轴颈轴承1030也被示出为在压缩机端包括一个或多个平坦部分1031以与例如定位板的开口的一个或多个平坦部分合作（例如，带键端和带键开口）。这些特征可用于实现在方位角上将轴颈轴承1030定位在壳体的孔中（例如，限制轴颈轴承1030的旋转的防旋转特征）。在另一端，轴颈轴承1030包括圆周且不包括平坦部分。
另外，在图12的示例中，任一端或者全部两端可包括诸如推力垫特征的特征。例如，在图12中，轴颈轴承1030被示出为包括推力垫表面1036-1，1036-2，1036-3和1036-4，这些表面由沟槽1038-1，1038-2，1038-3和1038-4分开。这些沟槽可例如与沿着轴颈轴承1030的一个或多个内轴颈表面延伸的轴向槽1037-1，1037-2，1037-3和1037-4错开一定数量的度数（例如，90度）。轴颈轴承1030的两端都可包括这些推力垫和沟槽；注意到关于平坦部1031-1和1031-2，推力垫表面1036-1，1036-2，1036-3和1036-4中的每一个都包括平坦部1031-1或1031-2中的相应一个的一部分，例如，其中沟槽1038-1用于实现进和/或出平坦部1031-1的润滑剂流且沟槽1038-3用于实现进和/或出平坦部1031-2的润滑剂流。因此，轴承可包括平坦部，其中每个平坦部可设置有相应的流体连通沟槽（例如，在该平坦部和轴承的孔之间延伸的沟槽）。
如在图12的示例中所示，轴颈轴承1030的压缩机端包括尺寸dC，其是平坦部1031-1和1031-2之间的距离，同时轴颈轴承1030的涡轮机端包括直径DT，例如，其对应由一系列推力垫限定的圆周。图12中还示出了各种轴向尺寸，包括和，它们对应压缩机侧推力垫1036-1，1036-2，1036-3和1036-4的从肩部1033延伸的轴向长度，和轴颈轴承1030的涡轮机侧（例如，其可包括推力垫）的可被壳体的扩孔的较小直径部分接收的、从轴颈轴承1030的肩部1034延伸的一部分的轴向长度（见，例如图10和11的壳体1080的扩孔1084）。在图12的示例中，形成相应的肩部1033和1034的轴向面向的表面可以是接触表面以分别接触定位板的表面和扩孔的表面。
在图12的示例中，轴颈轴承1030包括压缩机侧部分、涡轮机侧部分、中间环形槽和包括开口1039的中间部分。在这个示例中，环形槽可用于实现围绕轴颈轴承1030的润滑剂流，例如，以有利于在压缩机侧部分和壳体的孔的壁之间的以及在涡轮机侧部分和壳体的孔的壁之间的间隙中的润滑剂膜形成。
作为示例，轴承可相对于其端部是对称的，使得其可通过任一端被插入到孔中（例如，两端都包括平坦部）。在这个示例中，扩孔可在一端在轴向上定位该轴承，而定位板可在其另一端在轴向上定位该轴侧同时限制其旋转（例如，通过平坦部）。作为示例，在由定位板提供的平坦部的基础上附加地或替换该由定位板提供的平坦部，壳体的扩孔可包括平坦部（见，例如，边缘1057-1和1057-2，其中扩孔可任选地包括直边缘）。
图13示出了轴颈轴承1330、定位板1350和壳体1380的示例的一系列视图，其中轴颈轴承1330由定位板1350在轴向上相对于壳体1380的1382定位。在图13的示例中，定位板1350被轴颈轴承1330的外表面上的环形槽接收。如所示，轴颈轴承1330的一部分在轴向上朝着组件的压缩机侧延伸并超过定位板1350，例如，其中其可邻接推力间隔器1370。在这样的示例中，定位板1350可在轴向上且在方位角上相对于壳体1380的孔1382定位轴颈轴承1330。
如在图13的示例中所示，定位板1350包括外边缘1355，外边缘1355包括带有两个内边缘1357-1和1357-2（例如直边缘）的狭槽1356，这两个内边缘与上或侧边缘1358相连，上或侧边缘可以是直的或弯曲的，例如，以匹配要在组件中被使用的轴承。狭槽1356可以是或形成带键开口（例如，借助其特征中的一个或多个成为带键的）。定位板1350也可包括用于接收双头螺栓、螺栓等，例如以将定位板1350附接到壳体。
作为示例，轴颈轴承1330可包括带有一个或多个平坦部分或“平坦部”（例如，一个平坦部、两个平坦部或三个平坦部）的环形槽，这些平坦部可与定位板1350的狭槽1356的相应边缘接触。以这种方式，定位板1350可在轴向上且在方位角上相对于壳体1380定位轴颈轴承1330。例如，定位板1350可包括带键开口，其与轴颈轴承1330的带键环形槽合作以在轴向上且在方位角上相对于壳体1380的通孔1382定位轴颈轴承1330；任选地用于实现轴颈轴承1330在该壳体的通孔1382中的径向运动。例如，与轴颈轴承1330的带键环形槽合作的定位板1350的带键开口可允许沿着与重力加速度对准的线的径向运动，由此以允许轴颈轴承1330在不操作时在壳体1380的通孔1382中下沉并且在使用中升高（例如，在轴颈轴承1330和通孔1382的壁之间形成间隙以实现润滑剂膜的形成）。
图14示出了轴承1430的示例的各种视图；注意到，图13的轴颈轴承1330可包括轴承1430的各种特征。具体而言，图14示出了顶部平面图、透视图和透视剖面图，其中轴承1430在沿着线A-A的平面内被切割。
如在图14的示例中所示，轴承1430包括定位在轴承1430的压缩机端附近的环形槽1470。槽1470包括轴向槽宽和槽尺寸dG，这可被定义为在两个平坦部1471-1和1471-2之间的距离，例如，这两个平坦部在槽1470中被设置在轴向面向的表面1473-1和1473-2之间（例如，其可为接触表面以接触定位板或其它定位部件的表面）。作为示例，轴承1430可包括轴向槽1477-1，1477-2，1477-3和1477-4，它们具有径向深度并且在轴承1430的长度上沿轴向延伸。虽然示出了四个轴向槽，轴承可包括少于四个的轴向槽（例如，不包括轴向槽）或更多的轴向槽。
 关于环形槽1470，轴承1430被示出为包括润滑剂孔1478-1，1478-2，1478-3和1478-4，例如，其中润滑剂孔147—1用于实现进和/或出平坦部1471-1的润滑剂流并且其中润滑剂孔147—3用于实现进和/或出平坦部1471-2的润滑剂流。因此，轴承可包括带有平坦部的槽，其中每个平坦部可设置有相应的流体连通孔（例如，在平坦部和该轴承的孔之间延伸的孔）。作为示例，该润滑剂孔可从沿着轴颈轴承1430的一个或多个内轴颈表面延伸的轴向槽错开，例如一定数量的角度（例如，90度）。
关于轴承1430的其它特征，其可包括轴颈轴承1030的各种特征，例如，如图12中所示（见，例如，尺寸、推力垫等）。作为示例，轴承1430的压缩机端可包括与轴承1430的涡轮机端的推力垫特征相同或相似的推力垫特征。例如，压缩机端可包括由具有轴向长度的推力垫限定的直径DC，而涡轮机端可包括由具有轴向长度的推力垫限定的直径DT。
作为示例，轴承可以是对称的且包括两个环形槽，例如环形槽1470。在这个示例中，轴承可经由任一端被插入到壳体；注意到，在涡轮机端的环形槽的存在可不减损轴承的性能。作为示例，轴承可包括环形槽，例如环形槽1470，并且被使用在不包括定位板，例如图13的定位板1350的组件中。例如，轴承1430可设置有对称端特征并且环形槽1470和轴承1430可被组装到带有或不带有至少部分地延伸入该槽的板的组件（例如，CHRA）中。
作为示例，涡轮增压器组件可包括壳体，其包括从该壳体的压缩机侧延伸到涡轮机侧的通孔；附接到该壳体的该压缩机侧的定位板，其中该定位板包括带键开口；以及设置在该壳体的该通孔内的轴颈轴承，其中该轴颈轴承包括设置在该轴颈轴承的压缩机端和涡轮机端中间的带键环形槽，其中该定位板的该带键开口和该轴颈轴承的该带键环形槽在轴向上且在方位角上将该轴颈轴承定位在该壳体的该通孔内。在这个示例中，该带键环形槽可包括至少一个平坦部分。例如，该定位板可包括至少一个直边缘，其中该至少一个直边缘通过与该轴颈轴承的该环形槽的该至少一个平坦部分接触在方位角上将该轴颈轴承定位在该壳体的该通孔内。如在图13中所示，定位板1350可包括至少一个直边缘（例如，边缘1357-1、1357-2或1358），该边缘可接触轴颈轴承的平坦部分。作为示例，轴颈轴承1430可包括带有一个或多个平坦部分的环形槽1470。例如，环形槽1470可包括该平坦部分1471-1和1471-2并且任选地包括另一平坦部分。作为示例，环形槽的单个平坦部分可被提供以接触定位板的开口的平坦部分（例如，直边缘）。
作为示例，轴颈轴承的带键环形槽可在轴向上被定位在该轴颈轴承的轴向中点和该轴颈轴承的压缩机端之间。作为示例，在轴颈轴承包括两个带键环形槽的情况下，每一个槽都可被定位在该轴承的中点和相应的端之间。
作为示例，轴颈轴承可包括至少一个润滑剂孔，其从该轴颈轴承的孔的表面延伸到环形槽（例如，带键环形槽）的表面。例如，该环形槽的所述至少一个润滑剂孔所延伸到的表面可以是该环形槽的形成与定位板的带键开口的表面的接触的平坦部分的表面。如上面提及的，定位板的带键开口可允许轴颈轴承在壳体的通孔内径向运动同时限制轴向和方位角上的运动（例如，轴向定位并且用于实现防止该轴颈轴承旋转）。作为示例，轴向定位可在轴向上相对于壳体将轴颈轴承定位在相对小的轴向运动裕量内并且方位角定位可在方位角上相对于壳体将轴颈轴承定位在相对小的方位角运动（例如旋转）裕量内。关于径向运动，这种运动可由间隙限定，其中，例如，该间隙允许润滑剂膜的形成以及在操作中这些膜的一定程度的变厚和变薄；注意到，在操作之后，润滑剂压力可减少（例如，如由被内燃发动机驱动的润滑剂泵所供应的）且涡轮增压器的旋转组件可在重力加速度的作用下下沉（例如，沉到壳体的通孔的底表面）。
作为示例，方法可包括提供涡轮增压器组件，该涡轮增压器组件包括壳体，该壳体带有从该壳体的压缩机侧延伸到涡轮机侧的通孔；附接到该壳体的该压缩机侧的定位板，其中该定位板包括带键开口；以及设置在该壳体的该通孔内的轴颈轴承，其中该轴颈轴承包括设置在该轴颈轴承的压缩机端和涡轮机端中间的带键环形槽；操作该涡轮增压器组件；以及通过接触该定位板的该带键开口和该轴颈轴承的该带键环形槽（例如，通过平坦部分等）在轴向上且在方位角上将该轴颈轴承定位在该壳体的该通孔内。作为示例，这个方法可包括提供润滑剂到该壳体并且使该润滑剂的一部分经由从该轴颈轴承的孔的表面和该环形槽的表面出发的润滑剂通道流到该轴颈轴承的该环形槽。以这种方式，在定位板和该轴颈轴承之间的接触（例如在该环形槽处）可被润滑，例如，以减少磨损、摩擦、温度等。
尽管已经在附图中图示了并在前面的具体描述部分中描述了方法、设备、系统、布置等的一些示例，但是应该理解的是，所公开的示例性实施例不是限定性的，而是能够进行数种重新布置、改进和替换。

Claims (20)

1.一种涡轮增压器组件，其包括：
       壳体，其包括从该壳体的压缩机侧延伸到涡轮机侧的通孔和在该通孔中设置在处于第一直径的通孔表面和处于第二直径的通孔表面之间的轴向面；
       附接到该壳体的该压缩机侧的定位板，其中该定位板包括带键开口；以及
       设置在该壳体的该通孔内的轴颈轴承，其中该轴颈轴承包括带键压缩机端和在两个轴向面之间由外直径以及轴向长度限定的扩大外部分，其中在该带键压缩机端和该轴颈轴承的涡轮机端之间的轴向长度超过该扩大外部分的轴向长度，
       其中设置在该壳体的该通孔内的所述轴向面、所述定位板、和所述轴颈轴承的所述两个轴向面在轴向上将该轴颈轴承定位在该壳体的该通孔内，以及
       其中所述定位板的所述带键开口和所述轴颈轴承的所述带键压缩机端在方位角上将该轴颈轴承定位在该壳体的该通孔内。
2.如权利要求1所述的涡轮增压器组件，其中所述定位板的所述带键开口允许所述轴颈轴承在所述壳体的所述通孔内的径向运动。
3.如权利要求1所述的涡轮增压器组件，其中所述定位板的所述带键开口和所述轴颈轴承的所述带键压缩机端在方位角上相对于所述壳体的润滑剂路径将所述轴颈轴承定位在所述壳体的所述通孔内。
4.如权利要求1所述的涡轮增压器组件，其中所述定位板的所述带键开口包括具有一个或多个平坦部分的外缘。
5.如权利要求1所述的涡轮增压器组件，其中所述轴颈轴承的所述带键压缩机端包括具有一个或多个平坦部分的外缘。
6.如权利要求1所述的涡轮增压器组件，其中设置在所述通孔内的所述轴向面是由扩孔形成的。
7.如权利要求1所述的涡轮增压器组件，其中所述通孔包括在所述轴向面和所述壳体的所述涡轮机侧之间的轴向位置处的润滑剂开口。
8.如权利要求1所述的涡轮增压器组件，其中所述轴颈轴承包括较小外直径，其限定了在所述扩大外部分和所述涡轮机端之间轴向延伸的外表面。
9.如权利要求1所述的涡轮增压器组件，其中所述扩大外部分的所述轴向长度小于所述带键压缩机端和所述涡轮机端之间的轴向长度的约三分之一。
10.如权利要求1所述的涡轮增压器组件，其中所述轴颈轴承在所述带键压缩机端或在所述涡轮机端包括至少一个推力垫。
11.一种涡轮增压器组件，其包括：
       壳体，其包括从所述壳体的压缩机侧延伸到涡轮机侧的通孔；
       附接到该壳体的该压缩机侧的定位板，其中该定位板包括带键开口；以及
       设置在所述壳体的所述通孔内的轴颈轴承，其中该轴颈轴承包括设置在该轴颈轴承的压缩机端和涡轮机端中间的带键环形槽，其中该定位板的该带键开口和该轴颈轴承的该带键环形槽在轴向上且在方位角上将该轴颈轴承定位在该壳体的该通孔内。
12.如权利要求11所述的涡轮增压器组件，其中所述轴颈轴承包括压缩机端推力垫和涡轮机端推力垫。
13.如权利要求11所述的涡轮增压器组件，其中所述带键环形槽包括至少一个平坦部分。
14.如权利要求13所述的涡轮增压器组件，其中该定位板包括至少一个直边缘，其中该至少一个直边缘通过与该轴颈轴承的该环形槽的该至少一个平坦部分接触在方位角上将该轴颈轴承定位在该壳体的该通孔内。
15.如权利要求11所述的涡轮增压器组件，其中该轴颈轴承的该带键环形槽在轴向上被定位在所述轴颈轴承的轴向中点和所述轴颈轴承的所述压缩机端之间。
16.如权利要求11所述的涡轮增压器组件，其中所述轴颈轴承包括至少一个润滑剂孔，所述至少一个润滑剂孔从该轴颈轴承的孔的表面延伸到该环形槽的表面。
17.如权利要求16所述的涡轮增压器组件，其中该环形槽的所述至少一个润滑剂孔所延伸到的表面包括该环形槽的形成与该定位板的该带键开口的表面的接触的平坦部分的表面。
18.如权利要求11所述的涡轮增压器组件，其中所述定位板的所述带键开口允许所述轴颈轴承在所述壳体的所述通孔内的径向运动。
19.一种方法，其包括：
       提供涡轮增压器组件，该涡轮增压器组件包括
              壳体，其包括从所述壳体的压缩机侧延伸到涡轮机侧的通孔；
              附接到该壳体的该压缩机侧的定位板，其中该定位板包括带键开口；以及
              设置在该壳体的该通孔内的轴颈轴承，其中该轴颈轴承包括设置在该轴颈轴承的压缩机端和涡轮机端中间的带键环形槽；
       操作该涡轮增压器组件；以及
       借助接触所述轴颈轴承的所述带键环形槽和所述定位板的所述带键开口在轴向上且在方位角上将所述轴颈轴承定位在该壳体的该通孔内。
20.如权利要求19所述的方法，还包括提供润滑剂到该壳体并且使该润滑剂的一部分经由从该轴颈轴承的孔的表面和该环形槽的表面出发的润滑剂通道流到该轴颈轴承的该环形槽。
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