CN106089330A - 在油雾润滑状况下的2级斜坡止推轴承垫座设计 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了在油雾润滑状况下的2级斜坡止推轴承垫座设计。一种涡轮增压器被提供，其包括通过轴附接到彼此的涡轮机叶轮和压缩机叶轮。止推板包括板主体，该板主体具有从其通过的孔并且限定多个周向间隔的垫座区域，该垫座区域限定垂直于该轴的旋转轴线的平台区域。板主体进一步限定与平台区域的每一个相邻的多个二级斜坡区域。二级斜坡区域包括陡坡区域以及被置于陡坡区域和平台区域之间的缓坡区域。涡轮增压器的旋转组件包括与垫座区域接合的止推表面。二级斜坡区域提供改进的负载能力是通过由于陡坡区域引起的更好的润滑油可用性以及由于缓坡区域引起的优化的摩擦性能的组合。

Description

在油雾润滑状况下的2级斜坡止推轴承垫座设计
技术领域
当前公开内容涉及涡轮增压的内燃机，并且更特别地涉及用于改进润滑的改进止推轴承设计。
背景技术
这个部分提供涉及当前公开内容的背景资料，其不必是现有技术。
内燃机被用于在可靠的基础上在持续很久的时间段产生可观水平的动力。许多这样的发动机组件采用增压装置（诸如废气涡轮机驱动的涡轮增压器）以在气流进入发动机的进气歧管之前压缩该气流从而增加动力和效率。
具体地，涡轮增压器使用离心式气体压缩机，其与除此之外地利用环境大气压力可实现的相比，迫使更多的空气，并且因此迫使更多的氧气进入发动机的燃烧腔室。被迫使进入发动机的含氧空气的附加质量改进发动机的容积效率，这允许其在给定的循环中燃烧更多的燃料，并且由此产生更多的动力。
典型的涡轮增压机采用中心轴，该中心轴由一个或多个轴承支承并且在废气驱动的涡轮机叶轮和空气压缩机叶轮之间传送旋转运动。涡轮机叶轮和压缩机叶轮都被固定到该轴，其与各种轴承组件组合构成涡轮增压器的旋转组件。重要的是维持涡轮增压器止推轴承的润滑。实验结果显示由于在高速度下的大的离心力产生的上游的低润滑流动以及出口处的高流动在止推轴承空腔中引起油雾润滑状况。在当前的止推板的设计中在轴承空腔中的油雾润滑状况能够使得止推垫座缺油并且降低该止推轴承的负载能力。
发明内容
这个部分提供本公开内容的概括性总结，而不是其完整范围或其全部特征的详尽的公开内容。
一种涡轮增压器被提供，其包括通过轴附接到彼此的涡轮机叶轮和压缩机叶轮。止推板包括板主体，该板主体具有从其通过的孔（aperture）并且限定多个周向间隔的垫座区域，该垫座区域限定垂直于轴的旋转轴线的平台区域。垫座区域进一步限定与平台区域的每一个相邻的多个二级斜坡区域。该二级斜坡区域包括陡坡部分以及被置于陡坡部分和平台区域之间的缓坡部分。涡轮增压器的旋转组件包括与平台区域接合的止推表面。二级斜坡区域提供改进的负载能力是通过由于陡坡区域引起的更好的润滑油可用性以及由于缓坡区域引起的优化的摩擦性能的组合。
其它的适用性领域通过本文中提供的描述将变得明显。在这个发明内容中的描述和具体示例仅意在用于说明的目的，而不意在限制当前公开内容的范围。
附图说明
本文中描述的附图仅用于所选择实施例的说明目的，而不是用于所有可能的实施方式，并且没有意在限制当前公开内容的范围。
图1是根据当前公开内容的发动机组件的示意图解；
图2是在图1中显示的涡轮增压器的示意性的横截面图解；
图3是根据当前公开内容的原理的改进的止推板的止推垫座区域的平面图；以及
图4a-4c是沿图3的直线4-4截取的具有替代的2级斜坡设计的垫座区域的横截面视图。
贯穿附图的一些视图，对应的附图标记指示对应的零件。
具体实施方式
现在将参考附图更充分地描述示例实施例。
示例实施例被提供使得这个公开内容对于本领域技术人员来讲将是详尽的，并且将向本领域技术人员充分地传达该范围。许多具体细节被阐述，诸如具体组件、装置和方法的示例，以提供对当前公开内容的实施例的彻底理解。对本领域技术人员将明显的是，具体细节不需要被采用，示例实施例可以以许多不同的形式体现，并且其也不应该被解释为限制本公开内容的范围。在一些示例实施例中，众所周知的工艺、众所周知的装置结构以及众所周知的技术没有被详细描述。
本文中使用的术语仅是出于描述特定示例实施例的目的，而不意在限制。如在本文中使用的，除非上下文中有其他清楚指示，单数形式“一个”、“一个”以及“该”也可以意为包括复数形式。术语“包括”、“包括”、“包含”以及“具有”是包括性的并且因此具体说明了所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，而不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件、和/或其群组的存在或附加。本文中描述的方法步骤、工艺以及操作不被解释为必要地需要它们的以所讨论或图示的特定顺序的执行，除非作为执行顺序被明确地确定。还要理解的是额外的或替代的步骤可以被采用。
当元件或层被称为“在……上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”其他元件或层时，其可以是直接地在其他元件或层上、接合、连接或联接到其他元件或层，或者可以存在介入元件或层。相反，当元件被称为“直接地在其他元件或层上”、“直接地接合到”、“直接地连接到”或“直接地联接到”其他元件或层时，可以没有介入元件或层存在。用于描述元件之间的关系的其他词语应该以类似方式解释（例如，“在……之间”对“直接地在……之间”，“相邻”对“直接地相邻”等等）。如在本文中使用的，术语“和/或”包括相关联的列举项目的一个或多个的任意和全部组合。
发动机组件10在图1中被图示，并且可以包括发动机结构12，该发动机结构12限定多个气缸14以及与气缸14连通的进气和排气端口16,18。进气歧管20与进气端口连通并且排气歧管22与排气端口18连通。节流阀24和涡轮增压器26被设置在连接到进气歧管20的进气通道中，并且涡轮增压器26也与连接到排气歧管22的排气通道连通。发动机组件10为了简单起见被图示为直列四缸布置。然而，要理解的是当前教导适用于任意数量的活塞气缸布置以及多种往复式发动机构造，其包括但不限于V型发动机、直列发动机和水平对置发动机，以及顶置凸轮和整体式凸轮构造。
如图2中所示，涡轮增压器26包括具有第一端部30和第二端部32的轴28。涡轮机叶轮36被安装在轴28上靠近第一端部30，并且被构造成由从气缸14排出的燃烧废气旋转。涡轮机叶轮36典型地由诸如镍铬基“inconel”超级合金的耐高温且抗氧化材料形成，以可靠地抵挡燃烧废气的温度，其在一些发动机中可以接近2000华氏度。涡轮机叶轮36被置于包括蜗壳或蜗管40的涡轮机壳体38的内部。蜗管40接收燃烧废气并且引导该废气到涡轮机叶轮36。
进一步如图2中所示，涡轮增压器26还包括安装在轴28上靠近第二端部32的压缩机叶轮42。压缩机叶轮42被构造成加压从环境中接收的气流，用于最终传输到气缸14。压缩机叶轮42被置于包括蜗壳或蜗管46的压缩机盖44的内部。蜗管46接收气流并且引导该气流到压缩机叶轮42。因此，通过燃烧废气提供能量到涡轮机叶轮36，旋转被传到轴28，并且进而被传递给压缩机叶轮42。
继续参考图2，轴28经由轴颈轴承48支承用于旋转。轴颈轴承48被安装在轴承箱52的孔（bore）50中，并且由加压发动机油源润滑和冷却。轴承箱52包括止推壁54。轴颈轴承48被构造成控制轴28的径向运动和振动。
如图2中所示，涡轮增压器26还包括止推轴承组件56。止推轴承组件56包括止推环60和止推垫圈62。涡轮增压器26还包括止推板64，其通过止推保持器66被保持就位抵靠轴承壁54。
止推轴承组件56抵消在涡轮增压器26内发展的净推力，当这样的力正朝向压缩机叶轮42作用时。如图所示，止推轴承组件56被定位在轴28上，在轴颈轴承48和压缩机叶轮42之间。该轴承组件56由经由泵（未显示）供应的加压发动机油源润滑和冷却。在涡轮增压器26运行期间，即当涡轮机叶轮36由燃烧废气提供能量时，止推垫圈62将由涡轮机叶轮发展的推力传送到止推板64。尽管止推垫圈62被显示，但是应该理解的是替代的止推表面能够以其它方式形成在轴28上，诸如整体地形成或分离地形成的肩。
参考图3，止推板64被显示，其包括延伸通过其的用于容纳轴28的孔（aperture）70以及多个周向间隔的垫座区域71，该垫座区域71通过在轴28上的止推垫圈或其他止推表面被接合。垫座区域71每一个包括大体垂直于轴28的旋转轴线的平台区域72。多个二级斜坡区域74与平台区域72的每一个相邻。二级斜坡区域74包括陡坡部分74A以及置于陡坡部分74A和平台区域72之间的缓坡部分74B。图4a显示了根据当前公开内容的原理的止推板的垫座区域71以及二级斜坡区域的横截面视图。在图4a中，陡坡区域74A和缓坡区域74B被显示为两个大体平坦的表面，陡坡区域被设置成与缓坡区域74B的角度α2相比相对于平台区域72处于相对更大的角度α1处。如图4a中所示，在陡坡区域74A和缓坡区域74B之间的过渡部76能够是成角度的，或替代地，如图4b中所示，过渡部76'能够是弧形的或曲线的。作为另外的替代，如图4c中所示，陡坡区域74A'和/或缓坡区域74B'能够是凸起的弧形表面，其中，弧形陡坡区域74A'的切线与弧形缓坡区域74B'的切线的角度α2'相比相对于垫座区域处于相对更大的角度α1'处。
平台区域72和二级斜坡区域74被设计成使得陡坡区域74A提供更大的面积以从空腔取得更多的润滑油，当该空腔处于油雾润滑状况下时其是特别有利的。同时，轴承负载能力通过缓坡区域74B仍被优化。负载能力被显著地改进是通过由于陡坡区域74A引起的更好的润滑油可用性以及由于缓坡区域74B引起的优化的摩擦性能的组合。
实施例的上述描述已经出于说明和描述的目的被提供。没有意在是穷举的或限制本公开内容。特定实施例的单独的元件或特征一般不限于该特定实施例，而是在可应用的情况下是可互换的并且能够用在选择的实施例中，即使没有被具体显示或描述。相同的事物也可以以许多方式变化。这样的变型不被视为脱离本公开内容，并且所有这样的修改都意在被包括在本公开内容的范围内。

Claims (9)

1.一种涡轮增压器，包括：
壳体；
旋转组件，所述旋转组件包括通过轴附接到彼此的涡轮机和压缩机，所述旋转组件包括止推表面；
止推板，所述止推板被置于壳体中用于与所述旋转组件的所述止推表面相对，所述止推板具有从其通过用于容纳所述轴的孔，并且限定多个周向间隔的垫座区域，所述垫座区域限定垂直于所述轴的旋转轴线的平台区域，所述垫座区域进一步限定与所述平台区域的每一个相邻的多个二级斜坡区域，所述二级斜坡区域包括陡坡区域以及置于所述陡坡区域和所述平台区域之间的缓坡区域。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其中，所述陡坡区域和所述缓坡区域是大致平坦的。
3.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其中，所述陡坡区域和所述缓坡区域是弧形的。
4.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其中，所述陡坡区域和所述缓坡区域的至少一个是大致平坦的。
5.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其中，所述陡坡区域和所述缓坡区域的至少一个是弧形的。
6.根据权利要求4所述的涡轮增压器，其中，在所述陡坡区域和所述缓坡区域之间的过渡区域是成角度的。
7.根据权利要求4所述的涡轮增压器，其中，在所述陡坡区域和所述缓坡区域之间的过渡区域是弧形的。
8.根据权利要求5所述的涡轮增压器，其中，在所述陡坡区域和所述缓坡区域之间的过渡区域是成角度的。
9.根据权利要求5所述的涡轮增压器，其中，在所述陡坡区域和所述缓坡区域之间的过渡区域是弧形的。
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