CN106133292B

CN106133292B - 涡轮增压器系统

Info

Publication number: CN106133292B
Application number: CN201580015673.7A
Authority: CN
Inventors: 皮埃尔·伯纳德·弗伦奇
Original assignee: Cummins Ltd
Current assignee: Cummins Ltd
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2019-04-09
Anticipated expiration: 2035-02-02
Also published as: EP3099910A1; EP3882443A1; US10161304B2; GB201401704D0; KR20160108537A; EP3099910B1; WO2015114378A1; CN106133292A; US20160341116A1; KR101884356B1

Abstract

一种将润滑剂传递至涡轮增压器的方法，该方法包括在所述涡轮增压器正常操作期间，将润滑剂流传递至支撑所述涡轮增压器的轴的轴承；监测所述轴的旋转速度；在检测到所述轴减速以及在所述轴的速度下降至阈值以下时，大体上停止润滑剂至所述轴承的流动。

Description

涡轮增压器系统

技术领域

本发明涉及一种具有润滑剂控制系统的涡轮增压器系统，并且涉及一种将润滑剂传递至涡轮增压器的方法。

背景技术

涡轮增压器是已知的设备，其用于以高于大气压力的压力(升压)将空气供应至内燃机的进气孔。传统的涡轮增压器主要包括安装在涡轮机壳体内的可旋转轴上的废气驱动涡轮机叶轮。涡轮机叶轮的旋转使安装在压缩机壳体内的轴的另一端上的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮将压缩的空气传递至发动机的进气歧管，从而增加发动机的功率。涡轮增压器轴通常由滑动轴承和推力轴承支撑(包括适当的润滑系统)，滑动轴承和推力轴承位于连接在涡轮机和压缩机叶轮壳体之间的中心轴承壳体内。

润滑系统被提供有用于减少涡轮增压器的移动部件与固定部件之间的摩擦的润滑剂(例如油)，从而促进安装有涡轮机叶轮和压缩机叶轮的轴的平滑转动。在该轴与中心轴承壳体之间提供了密封件，该密封件用于将由润滑系统使用的润滑剂与涡轮机壳体和压缩机壳体隔离。尽管存在这些密封件，但是一些润滑剂还是有可能从润滑系统泄漏进入压缩机壳体并进入涡轮机壳体。润滑剂泄漏到压缩机壳体是不好的，因为压缩机叶轮会将润滑剂驱动至其连接的内燃机的进气孔。这将使得润滑剂通过内燃机，从而导致不良的影响，例如增加了污染物从内燃机的排放。

发明内容

本发明的目的是避免或缓解以上的问题，或者提供与现有技术相比具有新颖性和创造性的涡轮增压器系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种将润滑剂传递至涡轮增压器的方法，该方法包括：在所述涡轮增压器正常操作期间，将润滑剂流传递至支撑所述涡轮增压器的轴的轴承，监测所述轴的旋转速度，在检测到所述轴减速以及在所述轴的速度下降至阈值以下时，大体上停止润滑剂至所述轴承的流动。

该方法是有利的，因为其降低了润滑剂泄漏到压缩机外壳中的可能性。

阈值可以是一速度，该速度高于边界层润滑足以润滑所述轴承的速度，所述阈值足够低以至于基于所述轴的减速速率，所述轴的速度将下降至在所述润滑剂已经从所述轴承排出之前边界层润滑足以润滑所述轴承的速度。

阀可以由控制器控制，其中所述阈值被设定在控制器中。

阈值可以被存储在存储器中。

该方法可以进一步包括在所述润滑剂的流动大体上被停止之后将润滑剂点滴馈送至所述轴承。

阈值可以是边界层润滑足以润滑所述轴承的速度。

边界层润滑足以润滑所述轴承的速度可以对应于高达15m/s的轴速率。

边界层润滑足以润滑所述轴承的速度可以对应于高达10m/s的轴速率。

根据本发明的第二方面，提供了一种涡轮增压器系统，包括：涡轮增压器，具有通过轴连接的压缩机叶轮和涡轮机叶轮；导管，被配置为将润滑剂流传递至支撑所述轴的轴承，所述导管设置有阀；传感器，被配置为监测所述轴的旋转速度；以及控制器，被配置为操作所述阀以在检测到所述轴减速以及在所述轴的速度下降至阈值以下时，大体上停止润滑剂至所述轴承的流动。

阈值可以被存储在存储器中。

阀可以被配置为在该阀已经被操作为大体上停止润滑剂的流动时提供润滑剂点滴。换句话说，停止润滑剂至轴承的完全流动但提供润滑剂点滴(或点滴注油)。

额外的导管可以在所述阀周围延伸，所述额外的导管包括被配置为向所述轴承提供润滑剂点滴的限制部。

涡轮增压器可以进一步包括储能器，该储能器被配置为存储润滑剂以将其随后传递至所述轴承。

控制器和/或阀可以位于所述涡轮增压器。

阈值可以是边界层润滑足以润滑所述轴承的速度。

根据本发明的第三方面，提供了一种将润滑剂传递至混合型车辆的涡轮增压器的方法，该方法包括：在所述涡轮增压器的正常操作期间，将润滑剂流传递至支撑所述涡轮增压器的轴的轴承；监测所述车辆的速度；在检测到所述车辆减速以及在所述车辆的速度下降至阈值以下时，大体上停止润滑剂至所述轴承的流动。

阈值可以是一速度，该速度高于切换至使用电力驱动所述车辆将出现的速度。

根据本发明的第四方面，提供了一种将润滑剂传递至混合型车辆的涡轮增压器的方法，该方法包括在所述车辆由内燃机提供动力时将润滑剂流传递至支撑所述涡轮增压器的轴的轴承，并在所述车辆为电动且所述内燃机空转时大体上停止润滑剂的流动以将润滑剂点滴传递至所述轴承。

根据本发明的第五方面，提供了一种混合型车辆的涡轮增压器系统，该涡轮增压器系统包括：涡轮增压器，具有通过轴连接的压缩机叶轮和涡轮机叶轮；导管，被配置为将润滑剂流传递至支撑所述轴的轴承，所述导管设置有阀；以及控制器，被配置为操作所述阀以在检测到车辆减速以及在所述车辆的速度下降至阈值以下时，大体上停止润滑剂至所述轴承的流动。

根据本发明的第六方面，提供了一种混合型车辆的涡轮增压器系统，该涡轮增压器系统包括涡轮增压器、导管和控制器，所述涡轮增压器具有通过轴连接的压缩机叶轮和涡轮机叶轮，所述导管被配置为将润滑剂流传递至支撑所述轴的轴承，所述导管设置有阀，所述控制器被配置为操作所述阀以在所述车辆由内燃机提供动力时将润滑剂流传递至所述轴承，及在所述车辆为电动且所述内燃机空转时大体上停止润滑剂至所述轴承的流动。

阀可以被配置为在该阀被操作为大体上停止润滑剂的流动时提供润滑剂点滴。换句话说，停止至轴承的润滑剂的完全流动但提供润滑剂点滴(或点滴注油)。

根据本发明的第七方面，提供了一种将润滑剂传递至涡轮增压器的方法，该涡轮增压器形成具有停止/启动循环的发动机的部件，该方法包括：在所述发动机的正常操作期间，将润滑剂流传递至支撑所述涡轮增压器的轴的轴承；在停止循环开始时，大体上停止润滑剂至所述轴承的流动。

在所述轴的速度很高以至于大体上停止润滑剂至所述轴承的流动将使所述轴承损坏的情况下，可以推迟大体上停止润滑剂至所述轴承的流动。

润滑剂至所述轴承的流动可以被完全停止。

该方法可以进一步包括使用阀将润滑剂引导至集油槽而不是引导至所述轴承。

根据本发明的第八方面，提供了一种用于具有停止/启动循环系统的发动机的涡轮增压器系统，包括：涡轮增压器，具有通过轴连接的压缩机叶轮和涡轮机叶轮；导管，被配置为将润滑剂流传递至支撑所述轴的轴承，所述导管设置有阀；以及控制器，被配置为操作所述阀以在停止循环开始时，大体上停止润滑剂至所述轴承的流动。

控制器可以被配置为在所述轴的速度很高以至于大体上停止润滑剂至所述轴承的流动将使所述轴承损坏的情况下，推迟所述阀的操作。

阀可以被配置为将润滑剂引导至集油槽而不是引导至所述轴承。

阀可操作为在所述停止循环开始时完全停止润滑剂至所述轴承的流动。

附图说明

现在参考附图仅以示例的方式描述本发明的特定实施方式，其中：

图1是几何尺寸可变涡轮增压器的透视局部横截面图；

图2示意性地示出了根据本发明的一个实施方式具有润滑剂控制系统的涡轮增压器系统；

图3是示出了本发明可以操作的一种方式的示意性曲线图；

图4示意性地示出了根据本发明的一个变形实施方式具有润滑剂控制系统的涡轮增压器系统；

图5示意性地示出了根据本发明的可替换的变形实施方式具有润滑剂控制系统的涡轮增压器系统；以及

图6是示出了本发明可以操作的另一方式的示意性曲线图。

具体实施方式

图1示出了几何尺寸可变的涡轮增压器，该涡轮增压器包括通过中心轴承壳体3相互连接的几何尺寸可变涡轮机壳体1和压缩机壳体2。涡轮增压器轴4从涡轮机壳体1通过轴承壳体3延伸至压缩机壳体2。涡轮机叶轮5被安装在轴4的一端以在涡轮机壳体1内旋转，压缩机叶轮6被安装在轴4的另一端以在压缩机壳体2内旋转。轴4相对于涡轮增压器轴线在位于轴承壳体3中的轴承组件24上旋转。

涡轮机壳体1限定了进气蜗壳7，来自内燃机(未示出)的气体例如经由一个或多个导管(未示出)被传递至该进气蜗壳7。废气从入口腔室7经由环形入口通道9和涡轮机叶轮5流至轴向出口通道8。入口通道9在一侧由可移动环形壁构件11的径向壁的面限定(可移动环形壁构件11通常被称作“喷嘴环”)，并且在另一相对侧由环形套管限定，该环形套管形成面向喷嘴环11的入口通道9的壁。

喷嘴环11支撑在周向上以相等间隔隔开的入口叶片14的阵列，其中每一个入口叶片14都延伸穿过入口通道9。叶片14被定位成使流过入口通道9的气体朝着涡轮机叶轮5的旋转方向转向。当喷嘴环11邻近环形套管时，叶片14通过套管12中适当地配置的槽进而插入凹口。在另一实施方式中(未示出)，入口通道的壁可以设置有叶片，并且喷嘴环设置有凹口和套管。

喷嘴环11的位置由致动器组件控制，致动器组件为例如在US5,868,552中公开的类型。致动器(未示出)可操作以通过支撑喷嘴环的可移动杆16调整喷嘴环11的位置。相应地，通过适当地控制致动器(致动器的控制可以例如是气动的、液压的、或电动的)，杆16的轴向位置及由此喷嘴环11可以被控制。

从入口腔室7流至出口通道8的气体流过涡轮机叶轮5，由此，扭矩被施加到轴4上以驱动压缩机叶轮6。在压缩机壳体2内的压缩机叶轮6的旋转对存在于空气入口22的空气加压并将该被加压的空气传递至空气出口蜗壳23。被加压的空气经由例如一个或多个导管从空气出口蜗壳23被供给到内燃机(在图1中未示出)。

进一步如以上提到的，轴4在位于轴承壳体3中的轴承组件24上旋转。轴承组件24可以包括例如保持在内圈与外圈之间的滚珠。轴承组件24被设置在环形空腔25中。通过导管26向环形空腔25提供润滑剂(例如油)。该空腔在此被称为润滑剂空腔25。排出管27携带来自润滑剂空腔25的润滑剂。在涡轮增压器的正常操作期间，润滑剂不断地被泵过润滑剂空腔25，从而促进轴4平滑旋转。

图1包括轴4与压缩机叶轮6连接的区域的放大示图。该图示出了将轴4相对于轴承壳体3密封的密封件29。密封件29包括一对活塞环31，该活塞环31围绕轴4延伸。在邻近活塞环31处提供了挡油圈33，该挡油圈33用于径向向外引导润滑剂。

密封件29不完全阻止液体从润滑剂空腔流至压缩机叶轮。这是因为在活塞环31与轴承壳体3之间必定存在一些间隔以允许轴4自由旋转。在涡轮增压器的正常操作期间，压缩机叶轮6以每分钟高数量的转数(如，高达100,000rpm)转动，并因此压缩机叶轮6在压缩机壳体2中产生相当大的压力。因此，在密封件29的压缩机叶轮侧上的压力比在密封件的润滑剂空腔侧的压力大很多。由于这种压力差，润滑剂不能够通过密封件29和向压缩机叶轮6行进。然而，当压缩机叶轮6固定时或慢慢地旋转时，在密封件29的压缩机叶轮侧上的压力可能是大气压力(或接近大气压力)，而可能不足以阻止润滑剂从润滑剂空腔25流至密封件的压缩机叶轮侧。因此，润滑剂可能通过密封件29泄漏至压缩机叶轮6。随后，润滑剂可能被压缩机叶轮6驱动至内燃机的入口。这将引起不良的影响，例如增加了污染物从内燃机的排放。

图2示意性地示出了根据本发明一个实施方式的涡轮增压器系统，该涡轮增压器系统包括涡轮增压器和润滑剂控制系统。示意性地示出的涡轮机叶轮5、压缩机叶轮6、轴4和轴承壳体3可与图1所示的部件对应(或可以具有一些其它配置)。润滑剂控制系统包括由控制器32操作的阀30，该阀30控制润滑剂通过导管26至润滑剂空腔25和至轴承组件24的流动。在内燃机和涡轮增压器的正常操作期间，阀30是打开的并且润滑剂通过阀被泵出。由此，润滑剂沿着导管26并通过润滑剂空腔25连续流动。

润滑剂控制系统进一步包括传感器36，该传感器36被配置为测量压缩机叶轮6的旋转速度并向控制器32提供输出。由于压缩机叶轮6、涡轮机叶轮5和轴4全都被固定在一起，因此由传感器36测量的压缩机叶轮的旋转速度也是轴和涡轮机叶轮的旋转速度。因此，传感器36通过测量压缩机叶轮6的旋转速度来监测轴4的旋转速度。传感器36可以是现有技术中的传统传感器。

当压缩机叶轮6正在减速并且当关闭阀30是安全时(即，当大体上停止润滑剂的流动不会引起轴承组件的损坏时)，润滑剂控制系统可操作以关闭阀30并大体上阻止润滑剂流向轴承壳体3。

在一个实施方式中，在不存在损坏轴承组件24的风险的情况下，当控制器32确定压缩机叶轮6已经减速到使得边界层润滑足以润滑轴4的旋转的旋转速度时，阀30可以被关闭。术语“边界层润滑”意旨通过存在于轴承组件24的表面上的润滑剂层而进行的润滑，其中该轴承组件24的表面相互接触并在轴4旋转期间移动。当润滑剂没有通过导管25被泵出时并且当润滑剂已经经由排出管27从空腔排出时，边界层润滑就会发生。虽然润滑剂已经从空腔25排出，但是一些润滑剂仍留在轴承组件24的接触表面上。正是这些润滑剂提供了边界层润滑。

在一个实施方式中，当传感器36指示压缩机叶轮6减速到还不够慢以使边界层润滑足以润滑轴4的旋转的速度时，控制器32可以确定关闭阀30是安全的。这是可能的且不会损坏轴承组件24，因为在关闭阀30与从润滑剂空腔25排出润滑剂之间需要经过一定的时间。在这一定的时间期间，轴4的旋转速度降低到边界层润滑足以润滑旋转的速度，而不损坏轴承组件24。

图3是示意性地示出压缩机叶轮6(和涡轮机叶轮)的减速的曲线图，其中当安装有涡轮增压器的车辆的驾驶者将他或她的脚从加速踏板移走从而关闭内燃机的节流阀时，减速就会出现。压缩机叶轮的速度一般以对于给定的涡轮增压器的设计是已知的且一致的方式逐渐降低。在时间T₂，压缩机叶轮以足够慢的速度S₂旋转，在该速度，轴4的边界层润滑是足够的。这个速度将依赖于涡轮增压器的尺寸(如以下进一步讨论的)，但可能例如是10,000rpm量级的速度。

润滑剂经由排出管27从润滑剂空腔25排出所需要的时间可以是已知的并且对于给定的涡轮增压器设计可以是一致的。如以上提到的，压缩机叶轮6(和涡轮机叶轮)减速的速度对于给定的涡轮增压器设计是已知的。在压缩机叶轮减速期间当压缩机叶轮到达阈值旋转速度S₁时，这个信息可以被用于配置控制器以关闭阀30。压缩机叶轮从该阈值速度S₁减速至边界层润滑足以避免轴承损坏的速度S₂所需的时间在图3中显示为T_D(T₂-T₁)。这个时间小于或等于润滑剂经由排出管27从润滑剂空腔25排出所需的时间量。时间T_D可以例如是几秒的量级。时间T_D可以例如是大约1-2秒。时间T_D可以被选择为显著小于润滑剂经由排出管27从润滑剂空腔25排出所需的时间，以确保边界层润滑一定不会发生在速度已经下降至速度S₂之前。时间T_D可以例如是比润滑剂经由排出管27从润滑剂空腔25排出所需的时间小至少10％。

本发明的一个优点在于通过在压缩机叶轮6停止旋转之前关闭阀30，润滑剂从润滑剂空腔25排出，从而润滑剂空腔25在压缩机叶轮停止旋转时大体没有润滑剂(例如仅保留有边界层润滑剂)。因此，很少或没有润滑剂可泄漏通过密封件29。这降低或完全避免了润滑剂随后通过压缩机叶轮6被驱动至发动机进气孔(可能引起污染或其它不良的影响)。

在本发明的另一实施方式中，控制器32可操作以在压缩机叶轮已经减速到阈值速度S₂时关闭阀30。也就是说，在旋转速度足够慢以使得轴4的边界层润滑是足够的，且在轴4停止旋转之前，阀30被关闭。如果从速度S₂开始润滑剂从润滑剂空腔25排出所需要的时间周期比直到压缩机叶轮6(和轴)停止旋转的时间周期少，那么本实施方式可以被使用。如果从速度S₂开始润滑剂从润滑剂空腔25排出所需要的时间周期比直到压缩机叶轮6所产生的压力下降到润滑剂显著泄漏至压缩机壳体22可能出现的水平以下的时间周期少，那么本实施方式可以被使用。

本发明的实施方式避免了显著的润滑剂泄漏，因为润滑剂在压缩机叶轮6所产生的压力下降到可能出现润滑剂显著泄漏至压缩机壳体22的水平以下之前已经从润滑剂空腔25移除。阀30在阈值速度S₁被关闭的实施方式比阀在阈值速度S₂被关闭的实施方式相对来说是有利的，因为其降低了润滑剂泄漏通过密封件20的可能性。这是因为在阀30关闭之后，在压缩机叶轮6减速到慢速并接着停止旋转之前，所经过的时间较长。可能存在这样的一种情况：在压缩机叶轮6为慢速(如1,000rpm或更小)时，压缩机壳体2中的压缩机叶轮所产生的压力小于防止润滑剂泄漏通过密封件29所需要的压力。尽可能早地关闭阀30(例如在速度S₁或在一些边界层润滑足够的速度之上的速度)将降低这种泄漏出现的可能性，甚至可以将其完全排除。

根据本发明另一个实施方式的涡轮增压器示意性地示出在图4中。在该实施方式中，替代的润滑剂路径39与穿过阀30的润滑剂流动路径并行。该替代的润滑剂路径39包括限制润滑剂的提供速率的孔40。孔40可以例如具有大约1mm的直径。孔可以提供通过替代的润滑剂路径39的的润滑剂点滴(也可以被称为点滴注油)。替代的润滑剂路径39与润滑剂空腔25上游的导管26连接。因此，润滑剂点滴经由替代的润滑剂路径39提供至润滑剂空腔25。

在涡轮增压器的正常操作期间，当压缩机叶轮6和涡轮机叶轮5以高速(如高于10,000rpm)旋转时，阀30是打开的。由此，润滑剂的连续流动经由阀30提供至轴承24。虽然润滑剂也经由孔40被提供至轴承，但是所提供的润滑剂的量与经由阀30所提供的量相比是微不足道的。当压缩机叶轮6和涡轮机叶轮5以相当低的速度(如10,000rpm或更小)旋转时，阀30被关闭，并且润滑剂仅仅经由孔40提供。因此，润滑剂点滴(或点滴注油)被提供给轴承24。

例如，至轴承24的润滑剂点滴(或点滴注油)在边界层的润滑需要被补充以避免损坏轴承的情况下是有利的。如果压缩机和涡轮机叶轮6、5可以继续以低速旋转相当一段时间，那么就可能出现这种情况。例如，内燃机可以怠速操作相当一段时间，在这期间压缩机和涡轮机叶轮6、5可能以大约1,000rpm或更小速度旋转。在这种情况下，如果没有润滑剂点滴(或点滴注油)的话，提供边界层润滑的润滑剂会随着时间的推移而被移动和/或变脏，这最终可能对轴承24造成损坏。

在一个实施方式中，阀30可以被配置为在其处于关闭配置时提供润滑剂点滴(或点滴注油)，而不是提供具有孔的替代润滑剂路径39。也就是，阀在其关闭时不提供完全的密封，而是提供润滑剂可以滴过的小间隙。

对润滑剂点滴的引用可以被解释为意旨提供润滑剂的速率比当压缩机叶轮6和涡轮机叶轮5以高速旋转时所提供润滑剂的速率小很多。因此，润滑剂向轴承的流动大体上已经停止，并且仅提供润滑剂点滴。换句话说，润滑剂向轴承的完全流动被阻止。本发明的实施方式可以提供足够保持润滑剂空腔25在涡轮增压器正常操作期间大体完全充满润滑剂的润滑剂流，并且在边界层润滑剂足以润滑涡轮增压器时(如在空转发动机期间)可以以不足以完全充满润滑剂空腔的速率提供润滑剂。这降低的速率可以被描述为点滴。润滑剂点滴的替代术语是点滴注油的润滑剂。在边界层润滑剂足以润滑涡轮增压器时，润滑剂提供的速率是很慢的(与润滑剂完全流动相比)，并且因此润滑剂的流动可以被示为大体上停止了。

在一个实施方式中，控制器32可以被配置为在涡轮增压器重新开始操作之前打开阀30。例如，在提供了启停系统的内燃机中，发动机可以在接收到特定输入时在停止之后被重新启动。发动机可以在车辆已经停止移动且变速杆已经移至中档时停止。发动机可以在离合器随后被压下或在需要电源(如用于空调系统)时被重新启动。控制器32可以被配置为在接收到将使发动机重新启动的输入时打开阀30。换句话说，阀30在发动机的重新启动被发起时被打开。这种布置的优点在于其确保了当润滑剂的流动被发动机重新开始时，润滑剂立即被传递至涡轮增压器的润滑剂空腔25。

如果需要比通过使用以上配置的更快地向涡轮增压器的涡轮机空腔25提供润滑剂，一些润滑剂可以被保持在位于阀30的上游的储能器以用于在阀30打开时立即向润滑剂空腔传递润滑剂。图4示出了这种储能器42的示例。储能器42经由阀43连接至导管26，该导管26将润滑剂携带至润滑剂空腔25。该阀在下文中被称为储能器阀43。储能器阀43的操作由控制器32控制。在涡轮增压器的正常操作期间，通往涡轮增压器空腔25的阀30是打开的并且润滑剂被泵送通过阀。储能器阀43被关闭。当通往空腔25的阀30被关闭时，储能器阀43被打开，并且润滑剂进而被泵入储能器42。在润滑剂通过内燃机的泵出停止之前，即在内燃机的操作停止之前，储能器阀43被关闭。当内燃机的操作被重新启动时，储能器阀43和通往空腔25的阀30二者都被打开，使得润滑剂从储能器42流至空腔。储能器42以更早的方式向空腔25提供润滑剂(可能在发动机的重新启动与润滑剂被泵至空腔之间存在延迟)。

虽然本发明的实施方式根据了压缩机叶轮6(和涡轮机叶轮5)的旋转的阈值速度进行了描述，但是对于边界层润滑是否足够避免轴承24的损坏的一个决定性因素在于相互接触的轴承表面之间的摩擦速度。摩擦速度可以轴速率(即，轴的表面在其旋转时移动的速度)表达。10m/s的轴速度是足够慢的以使边界层润滑足够避免损坏轴承24。对于大约2cm的轴直径，这对应于大约10,000rpm的轴的旋转速度。对于直径大于大约2cm的轴，与10m/s的轴速率对应的轴的旋转速度将小于大约10,000rpm。相反，对于直径小于大约2cm的轴，与10m/s的轴速率对应的轴的旋转速度将大于大约10,000rpm。

对于超过10m/s的轴速率，边界层润滑可能足以避免轴承的损坏。例如，在一些情况下，边界层润滑在高达15m/s的轴速率是足够的。然而，在这种较高的轴速率下，轴承损坏的风险上升。将影响轴承损坏是否发生的一个因素是轴承24上的负载，该负载源于旋转组件的重量并且也可能源于旋转组件的不平衡。将影响轴承损坏是否发生的另一因素是被用于润滑轴承24的润滑剂的构成。因此，虽然本发明的实施方式可以被用于高达15m/s的轴速率，但是为了最小化或消除损坏轴承的风险，优选地可以限制本发明实施方式仅用于高达10m/s的轴速率。如果本发明的实施方式被用于高达15m/s的轴速率，那么将可以使用对于轴承24的润滑剂点滴(或点滴注油)(如参照图5所描述的)。这将降低轴承24损坏的风险。

压缩机叶轮6(和涡轮机叶轮5)减速的速率将依赖于其惯性(还将包括来自轴4的贡献)。旋转盘的惯性与盘的半径的平方成比例(假设盘具有一致的厚度)。因此应当理解的是，对于较大的涡轮增压器而言，压缩机叶轮6、涡轮机叶轮5和轴4的惯性将更大。因此，较大的涡轮增压器的减速速率将比较小的涡轮增压器的减速速率小。

较大的涡轮增压器将具有比较小的涡轮增压器更大的润滑剂空腔25，并因此将包含更多润滑剂。因此，可以确定的是，润滑剂从较大的涡轮增压器排出的时间比从较小的涡轮增压器排出的时间更长。然而，从较大涡轮增压器的润滑剂空腔25出来的排出管27的直径可能比从较小涡轮增压器的润滑剂空腔出来的排出管的直径更大，也就是说，从较大的涡轮增压器的润滑剂排出的速率可能比从较小涡轮增压器的润滑剂排出的速率更快。这两个因素会一定程度的相互抵消，以使得润滑剂从润滑剂空腔排出所需的时间对于不同大小的涡轮增压器来说是类似的。润滑剂从润滑剂空腔排出所需的时间可能是几秒。所需的时间可以通过对于不同涡轮增压器的实验性测量来确定。

以上因素可以考虑确定阈值速度S₁，其中在涡轮增压器的减速期间，在阈值速度S₁关闭阀30是安全的。对于不同的涡轮增压器的设计，阈值速度S₁将是不同的。对于给定的涡轮增压器设计，一旦确定了阈值速度S₁，那么阈值速度S₁就可以被输入至控制器32。这可以例如通过对控制器32进行编程(例如，如果控制器是微处理器)来进行。可替代地，可以通过设定诸如电压的电气阈值来进行(例如，如果控制器是电路)。控制器32和阀30可以一起被视为形成了前馈控制系统。

本发明的实施方式在用于包括启停系统的发动机时尤其有利，其中该启停系统被配置为在车辆固定时自动关闭内燃机和在车辆即将移动时自动重新启动内燃机。该发动机在短时间内可以停止和启动多次，例如，如果车辆被困在交通阻塞的请况中。在这种情况下，将润滑剂泵入润滑剂空腔25然后停止发动机(并因此停止压缩机叶轮和涡轮机叶轮的旋转)可能在短时间内连续发生。所累积的影响可能是大大增加了润滑剂漏过密封件29进到压缩机壳体22的可能性。本发明可以避免这个问题，因为在由压缩机叶轮6所产生的压力在下降到润滑剂大量泄漏到压缩机壳体22可能出现的水平之前，润滑剂已经从润滑剂空腔25移除。

图5示意性地示出了本发明的改进实施方式，其在具有启停系统的发动机中尤其有用。与在图2和图4中显示的组件对应的组件以对应的参考数字指示，在此不再描述。在图5所示的实施方式中，倾泄阀(dump valve)30a经由导管45连接至发动机的集油槽(sump)46。在发动机的正常操作期间，泵送到倾泄阀30a的润滑剂由倾泄阀30a引导经由导管26到达润滑剂空腔25。在发动机的停止周期开始时，倾泄阀30a由控制器32触发，从而将润滑剂引导至集油槽46。在发动机停止周期开始时，这种配置提供了润滑剂空腔25中润滑剂压力的接近瞬间的下降。这种润滑剂空腔25中润滑剂压力的瞬速下降是有利的，因为其降低了润滑剂将通过密封件29泄漏至压缩机空腔22的程度(与倾泄阀30a不存在的情况相比)。

利用停止循环的发起作为对停止将润滑剂供应至润滑剂空腔25的触发可以代替利用在压缩机减速期间所测量的压缩机叶轮速度作为对停止将润滑剂供应至润滑剂空腔的触发。利用停止循环的发起的优点是，其不需要测量压缩机叶轮速度，而是仅使用现存的发动机控制信号(即表示停止循环的启动的信号)。发起停止循环的发动机控制系统可以在车辆已经停止移动且变速杆已经移至中档时发起停止循环。

利用停止循环的发起来触发倾泄阀30a的潜在缺点在于，在一些实例中，压缩机叶轮速度可能已经下降到一个速度以下，在该速度润滑剂可能在停止循环被发起之前漏过密封件29。这个潜在的缺点可以通过使用在压缩机叶轮减速期间的压缩机叶轮速度或使用停止循环发起(首先出现的任何一者)来触发倾泄阀30a从而避免。类似地，所测得的压缩机叶轮速度可以用于在压缩机叶轮以其仍需要继续将润滑剂供应至轴承24的速度旋转时，防止停止循环的发起触发倾泄阀30a。在这种情况下，倾泄阀30a的触发被推迟至压缩机叶轮已经减速到可以安全地触发倾泄阀30a的速度(安全的压缩机叶轮速度被的确定方式在以上已经进一步描述了)。倾泄阀30a的操作可以由控制器32进行控制。一旦停止循环已经发起且倾泄阀30a已经被触发，倾泄阀应该在发动机被重新启动之前就被关闭。这避免了在轴4加速期间倾泄阀30a保持打开且将润滑剂引导至集油槽46的可能。

在停止循环已经发生且倾泄阀30a已经被触发之后，发动机的启动循环将随后出现。在启动循环被发起时，倾泄阀30a被关闭从而不再将润滑剂引导至集油槽46而是将润滑剂引导至润滑剂空腔25。因此，在发动机启动时，润滑剂空腔25的润滑剂压力将被恢复。

在本发明提供具有启停系统的发动机的实施方式时，在发动机已经停止时(发动机不是空转并因此提供边界层润滑的润滑剂不需要被补充)，向轴承提供点滴(或点滴注油)可能没有益处。尽管如此，还是可以提供润滑剂点滴(或点滴注油)。这将在在一个实施方式中使用的阀被配置为提供润滑剂点滴(或点滴注油)的情况下(例如在阀与在其它实施方式中利用这个功能的阀相同时)发生。因此，在针对具有启停系统的发动机的实施方式中，在有提供润滑剂点滴的情况下，至轴承的润滑剂流可能大体上被停止。在一些针对具有启停系统的发动机的实施方式中，在没有提供润滑剂点滴的情况下，至轴承的润滑剂流可能完全停止。

在以上所描述的实施方式中，控制器32可以例如包括控制内燃机的操作的发动机控制单元的一部分。在这种情况中，控制器32可以位于远离涡轮增压器的位置。可替代地，控制器32可以与发动机控制单元分开。在这种情况中，控制器32可以位于涡轮增压器处。控制器可以例如被提供在涡轮增压器的轴承壳体3之上或之内。类似地，阀30可以位于涡轮增压器处(例如在涡轮增压器的轴承壳体3之上或之内)。

本发明的实施方式在用于混合发动机(即包括被配置为为车辆提供动力的内燃机和电动机二者的发动机)时是有利的。在一般的混合发动机中，内燃机用于在车辆以相对高的速度行进时为车辆提供动力而电动机用于在车辆以相对慢的速度行进时为车辆提供动力。从内燃机动力至电动力的切换可能在车辆减速至特定速度时发生。在切换发生时，内燃机将停止操作或将空转(idle)。在发动机空转时，压缩机叶轮6可能以边界层润滑足以润滑轴4的旋转的足够低的速度旋转。在发动机空转时，该旋转速度可以例如大约是1,000rpm或更小。在电动机为车辆提供电力的同时，发动机可以空转相当长的时间。在这种情况下，至轴承24的润滑剂点滴(或点滴注油)有利的，因为其可防止由于润滑剂随着时间的推移被移位和/或变脏而引起的轴承损坏。

本发明的一个实施方式可以用于在检测到车辆减速时关闭阀30，其中阀在切换至电动力发生之前的一预定时间被关闭。参考图6，至电动力的切换可能在车辆速度为S₄时发生，并且阀30可能在阈值车辆速度S₃时被关闭。在这两个速度之间相应经过的时间T_d允许：在压缩机叶轮的旋转速度下降至润滑剂可能大量泄漏至润滑剂壳体的速度之前，润滑剂从涡轮增压器的润滑剂空腔排出。

车辆的减速速率将依赖于对车辆的制动(刹车)有多强劲。相应地，速度S₃、S₄与经过的时间T_d之间的关系将不同。因此，对于减速的第一速率的阈值速度S₃可以低于对于减速速率更快的阈值速度S₃。控制器32可以例如存储有关于减速速率与阈值速度之间的关系的信息，并可以利用这些信息来确定何时关闭阀30。这些关系可以以任何适当的方式存储。例如，可以使用查找表。

本发明针对混合发动机的实施方式可以被配置为：在内燃机为车辆提供动力时向轴承传递润滑剂流，以及在电力为车辆提供动力时(当内燃机空转时)向内燃机传递润滑剂点滴。不管润滑剂的流动是否通过使用以上参考图6所描述的计时或使用一些其它计时而大体上被停止，这都可能是有利的。因此，本发明针对混合发动机的实施方式可以使用任何合适的计时以大体上停止润滑剂的流动(例如，在切换至以电力为车辆提供动力时，润滑剂的流动大体上被停止)。

在排气制动被使用时，本发明的实施方式可能是有利的。在排气制动期间，涡轮机叶轮5和压缩机叶轮6的旋转速度很慢，并且在涡轮机叶轮周围的废气压力可能使其推动过轴4与轴承壳体3之间的密封件并进到润滑剂空腔25。润滑剂空腔25中的这种废气压力将趋于将润滑剂推动过密封件29并进到压缩机外壳22。由于本发明的实施方式在安全的情况下从润滑剂空腔25排出润滑剂，因此润滑剂在排气制动期间泄漏进压缩机外壳的机会可被降低或消除。

对于轴承损坏的引用可以被理解为轴承磨损率远远大于在传统的轴承使用中的轴承磨损率。轴承损坏还包含轴承咬死(bearing seizure)。

内燃机可以例如是柴油机或汽油。

Claims

1.一种用于将润滑剂传递至涡轮增压器的方法，该方法包括：

在所述涡轮增压器的正常操作期间，将润滑剂流传递至支撑所述涡轮增压器的轴的轴承；

监测所述轴的旋转速度；

在检测到所述轴减速并且所述轴的速度下降至阈值以下时，大体停止润滑剂向所述轴承的流动，其中所述阈值是一个速度，该速度高于边界层润滑足以润滑所述轴承的速度，所述阈值足够低以至于基于所述轴的减速速率，所述轴的速度将下降至在所述润滑剂从所述轴承排出之前边界层润滑足以润滑所述轴承的速度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中阀由控制器控制，其中所述阈值被设定在所述控制器中。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述阈值被存储在存储器中。

4.根据任一上述权利要求所述的方法，其中所述方法进一步包括在所述润滑剂的流动已经大体上被停止之后将润滑剂点滴馈送至所述轴承。

5.根据权利要求1所述的方法，其中边界层润滑足以润滑所述轴承的速度对应于高达15m/s的轴速率。

6.根据权利要求1所述的方法，其中边界层润滑足以润滑所述轴承的速度对应于高达10m/s的轴速率。

7.一种涡轮增压器系统，包括：

涡轮增压器，具有通过轴连接的压缩机叶轮和涡轮机叶轮；

导管，被配置为将润滑剂流传递至支撑所述轴的轴承，所述导管设置有阀；

传感器，被配置为监测所述轴的旋转速度；以及

控制器，被配置为操作所述阀以在检测到所述轴的减速且在所述轴的速度下降至阈值以下时，大体上停止润滑剂至所述轴承的流动，其中所述阈值是一个速度，该速度高于边界层润滑足以润滑所述轴承的速度，所述阈值足够低以至于基于所述轴的减速速率，所述轴的速度将下降至在所述润滑剂从所述轴承排出之前边界层润滑足以润滑所述轴承的速度。

8.根据权利要求7所述的涡轮增压器系统，其中所述阈值被存储在存储器中。

9.根据权利要求7或8所述的涡轮增压器系统，其中所述阀被配置为在该阀被操作以大体上停止润滑剂的流动时提供润滑剂点滴。

10.根据权利要求7或8所述的涡轮增压器系统，其中额外的导管在所述阀周围延伸，所述额外的导管包括被配置为向所述轴承提供润滑剂点滴的限制部。

11.根据权利要求7或8所述的涡轮增压器系统，其中所述涡轮增压器进一步包括储能器，该储能器被配置为存储润滑剂以用于将其随后传递至所述轴承。

12.根据权利要求7或8所述的涡轮增压器系统，其中所述控制器和/或所述阀位于所述涡轮增压器。

13.根据权利要求7或8所述的涡轮增压器系统，其中边界层润滑足以润滑所述轴承的速度对应于高达15m/s的轴速率。

14.根据权利要求7或8所述的涡轮增压器系统，其中边界层润滑足以润滑所述轴承的速度对应于高达10m/s的轴速率。

15.一种用于将润滑剂传递至混合型车辆的涡轮增压器的方法，该方法包括：

监测所述车辆的速度；

在检测到所述车辆减速并且在所述车辆的速度下降至阈值以下时，大体上停止润滑剂至所述轴承的流动。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述阈值是一个速度，该速度高于切换至使用电力驱动所述车辆将出现的速度。

17.一种用于将润滑剂传递至混合型车辆的涡轮增压器的方法，该方法包括：在所述车辆由内燃机提供动力时，将润滑剂流传递至支撑所述涡轮增压器的轴的轴承，并在所述车辆为电动且所述内燃机空转时，大体上停止润滑剂的流动以将润滑剂点滴传递至所述轴承。

18.一种混合型车辆的涡轮增压器系统，该涡轮增压器系统包括：

涡轮增压器，具有通过轴连接的压缩机叶轮和涡轮机叶轮；

导管，被配置为将润滑剂流传递至支撑所述轴的轴承，所述导管设置有阀；以及

控制器，被配置为操作所述阀以在检测到车辆减速并且在所述车辆的速度下降至阈值以下时，大体上停止润滑剂至所述轴承的流动。

19.根据权利要求18所述的涡轮增压器系统，其中，所述阈值是一速度，该速度高于切换至使用电力驱动所述车辆将出现的速度。

20.一种混合型车辆的涡轮增压器系统，该涡轮增压器系统包括涡轮增压器、导管和控制器，所述涡轮增压器具有通过轴连接的压缩机叶轮和涡轮机叶轮，所述导管被配置为将润滑剂流传递至支撑所述轴的轴承，所述导管设置有阀，所述控制器被配置为操作所述阀以在所述车辆由内燃机提供动力时将润滑剂流传递至所述轴承，以及在所述车辆为电动且所述内燃机空转时大体上停止润滑剂至所述轴承的流动。

21.根据权利要求20所述的涡轮增压器系统，其中所述阀被配置为在该阀被操作以大体上停止润滑剂的流动时提供润滑剂点滴。

22.根据权利要求20或权利要求21所述的涡轮增压器系统，其中额外的导管在所述阀周围延伸，所述额外的导管包括被配置为向所述轴承提供润滑剂点滴的限制部。

23.一种将润滑剂传递至涡轮增压器的方法，该涡轮增压器形成具有停止/启动循环的发动机的一部分，该方法包括：

在所述发动机正常操作期间，将润滑剂流传递至支撑所述涡轮增压器的轴的轴承；

在停止循环开始时，操作阀以大体上停止润滑剂至所述轴承的流动。

24.根据权利要求23所述的方法，其中在所述轴的速度很高以至于大体上停止润滑剂至所述轴承的流动将使所述轴承损坏的情况下，推迟大体上停止润滑剂至所述轴承的流动。

25.根据权利要求23或权利要求24所述的方法，其中所述方法进一步包括使用阀将润滑剂引导至集油槽而不是引导至所述轴承。

26.根据权利要求23或24所述的方法，其中所述润滑剂至所述轴承的流动被完全停止。

27.一种用于具有停止/启动循环系统的发动机的涡轮增压器系统，包括：

涡轮增压器，具有通过轴连接的压缩机叶轮和涡轮机叶轮；

控制器，被配置为操作所述阀以在停止循环开始时，大体上停止润滑剂至所述轴承的流动。

28.根据权利要求27所述的涡轮增压器系统，其中所述控制器被配置为在所述轴的速度很高以至于大体上停止润滑剂至所述轴承的流动将使所述轴承损坏的情况下，推迟所述阀的操作。

29.根据权利要求27或28所述的涡轮增压器系统，其中所述阀被配置为将润滑剂引导至集油槽而不是引导至所述轴承。

30.根据权利要求27或28所述的涡轮增压器系统，其中所述阀可操作以在所述停止循环开始时完全停止润滑剂至所述轴承的流动。