CN110785549A - 增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种能够防止叶轮的损伤，并且能够抑制性能的降低的增压器。增压器(1)具备：进行旋转驱动的转子轴(4)；安装于转子轴(4)的压缩机叶轮(12)；具有内筒(14)和外筒(15)而将转子轴(4)支承为旋转自如的筒状的轴承部(5)。内筒(14)在轴向的一端部与外筒(15)的轴向的一端部之间设置有第一衰减部(21)，并在轴向的另一端部与外筒(15)的轴向的另一端部连接。在壳体(6)与外筒(15)的另一端部之间设置有第二衰减部(25)。壳体(6)与轴承部(5)被设置于外筒(15)的一端部的凸缘部(15c)固定为限制凸缘部(15c)的半径方向的移动和轴向的移动。

Description

增压器
技术领域
本发明涉及增压器。
背景技术
公知有如下的增压器：通过将内燃机中产生的废气引导至涡轮，驱动涡轮部旋转，从而使转子轴旋转，利用安装于转子轴的端部的叶轮对内燃机所吸入的空气进行压缩。在增压器设置有将转子轴支承为能够旋转的轴承。应用于增压器的轴承有如下的半浮式的轴承：通过在筒状的轴承与插通于轴承的转子轴之间夹有油，而将转子轴支承为旋转自如(例如，专利文献1)。
专利文献1：日本特开2010-133530号公报
这样的半浮式的轴承还考虑如下的半浮式轴颈推力一体轴承：通过使轴承的轴向的端面与转子轴抵接来限制转子轴的轴向的移动，从而还实现推力轴承的作用。
这样的半浮式轴颈推力一体轴承需要进行定位，而作为进行定位的构造，考虑有销固定构造。详细地说，考虑通过在轴承的轴向的中央部形圆形的开口，并且在该开口中插通与开口的直径相比外径稍小的销，而进行定位。在这样的结构中，通过销与开口的边缘干涉而限制轴承的水平方向的移动，因此能够对轴承进行定位。
然而，通常地在半浮式的轴承中，为了提高振动稳定性而在轴承的外周面与收容轴承的主体部之间设置有背面减震器。半浮式的轴承通过使该背面减震器发挥作用，而对半径方向的振动进行衰减。因此，半浮式的轴承为了使背面减震器发挥作用，需要能够在半径方向上移动。
然而，在上述的半浮式轴颈推力一体轴承的构造中，为了使背面减震器发挥作用而能够在半径方向上移动况，需要在开口的边缘与销的外周面之间形成间隙。若像这样在开口的边缘与销的外周面之间形成间隙，则与该间隙对应地允许轴承的轴向的移动。若转子轴移动，则安装于转子轴的一端的叶轮也沿轴向移动。在叶轮向壳体侧移动的情况下，叶轮与其他的部件(例如，收容叶轮的壳体等)干涉，叶轮有可能受到损伤。另外，若为了防止叶轮与其他的部件的干涉，而在叶轮与其他的部件之间设置间隙，则被叶轮压缩的气体会从该间隙泄漏，增压器的性能有可能降低。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而完成的，目的在于，提供一种增压器，能够防止叶轮的损伤，并且能够抑制性能的降低。
为了解决上述课题，本发明的增压器采用以下的技术手段。
本发明的一个方式的增压器具备：转子轴，该转子轴通过涡轮部的驱动力而进行旋转驱动，该涡轮部被供给从内燃机排出的废气；叶轮，该叶轮安装于所述转子轴，并且压缩空气；筒状的轴承部，该轴承部具有在内部配置所述转子轴的筒状的内筒部，和从半径方向外侧覆盖所述内筒部的筒状的外筒部，该轴承部将所述转子轴支承为旋转自如；以及壳体，该壳体收容所述叶轮和所述轴承部，所述内筒部在轴向的一端部与所述外筒部的轴向的一端部之间形成间隙，并且在轴向的另一端部与所述外筒部的轴向的另一端部连接，在所述间隙中设置有第一衰减部件，在所述壳体与所述外筒部的所述另一端部之间设置有第二衰减部件，所述壳体与所述轴承部被设置于所述外筒部的所述一端部的固定部固定为限制该固定部的半径方向的移动和轴向的移动。
若转子轴移动，则安装于转子轴的叶轮也沿轴向移动。在叶轮移动到壳体侧的情况下，叶轮与壳体干涉，叶轮和壳体有可能受到损伤。另外，若为了防止叶轮与壳体的干涉而在叶轮与壳体之间设置间隙，则叶轮所压缩的气体会从该间隙泄漏，增压器的性能有可能降低。在上述结构中，通过将轴承部和壳体固定，而限制轴承部的轴向的移动。这样，限制轴承部的轴向的移动，因此能够防止因轴承部的轴向的移动引起的转子轴的轴向的移动。因此，能够防止由于叶轮与壳体的干涉而导致的叶轮和壳体的损伤，并且能够抑制增压器的性能的降低。
另外，有时由于涡轮部的驱动等而对转子轴输入半径方向的振动。若对转子轴输入半径方向的振动，则该振动从转子轴输入至轴承部。在上述结构中，轴承部被设置于外筒部的一端部的固定部固定于壳体。即，轴承部以悬臂状固定于壳体。由此，若对轴承部输入半径方向的振动，则轴承部在以一端部为固定端的状态下，以一端部的相反侧的端部即另一端部为自由端而进行振动。若另一端部作为自由端进行振动，则设置在壳体与外筒部的另一端部之间的第二衰减部件发挥作用，对振动进行衰减。这样，能够对轴承部的另一端部侧的振动进行衰减。
另一方面，轴承部的内筒部的另一端部与外筒连接，并且在一端部在与外筒部的一端部之间形成间隙。由此，若对轴承部输入半径方向的振动，则内筒部以一端部为自由端进行振动。若一端部作为自由端进行振动，则设置在内筒部的一端部与外筒部的一端部之间的第一衰减部件发挥作用，对振动进行衰减。这样，能够对轴承部的一端部侧的振动进行衰减。
因此，在上述结构中，在对转子轴输入了半径方向的振动的情况下，也能够在轴向的大致整个区域中对振动进行衰减，因此能够良好地对振动进行衰减，抑制增压器整体的振动。
另外，在上述结构中，轴承部以一侧端部为固定端、并且以相反侧端部为自由端进行振动。由此，能够增大自由端处的振动幅度，因此能够通过衰减部件而更良好地对振动进行衰减。
另外，本发明的一个方式的增压器也可以是，所述内筒部与所述外筒部由各自独立的部件形成。
在上述结构中，内筒部与外筒部由各自独立的部件形成。由此，能够通过对作为比较简单的构造的筒状的内筒部和外筒部进行成形，并对所成形的内筒部的另一端部和外筒的另一端部进行固定，形成轴承部。因此，能够容易地形成轴承部。
另外，本发明的一个方式的增压器也可以是，所述内筒部与所述外筒部由一个部件形成。
在上述结构中，内筒部与外筒部由一个部件形成，因此能够实现部件件数的减少。
根据本发明，能够防止叶轮的损伤，并且能够抑制性能的降低。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的增压器的纵剖视图。
图2是将图1的增压器的主要部分放大的示意性的纵剖视图。
图3是图2的内筒的立体图。
图4是图2的外筒的立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的增压器的一个实施方式进行说明。
本实施方式涉及的增压器1，例如用于作为船舶的主机的柴油发动机(内燃机)、汽车等车辆的柴油发动机(内燃机)，利用通过来自柴油发动机的废气而得到的驱动力对空气进行压缩并向柴油发动机的燃烧室供给压缩空气。本实施方式的增压器1为主要使用来自柴油发动机的废气的动能的动压式。
如图1所示，增压器1具备：供给废气的排气涡轮部2、对所吸入的空气进行压缩的压缩机部3、通过排气涡轮部2的驱动力而进行旋转驱动的转子轴4、将转子轴4支承为旋转自如的筒状的轴承部5、以及作为增压器1的外壳的壳体6。
排气涡轮部2具有：取入来自柴油发动机的废气的废气导入部(省略图示)、配置在废气导入部的下游侧的涡轮叶轮(涡轮部)11、以及用于排出废气的废气排出部(省略图示)。从废气导入部取入的废气使涡轮叶轮11旋转，并从废气排出部排出。
涡轮叶轮11具有：接受来自废气导入部的废气的面即前面11a、以及与前面11a相反侧的面即背面11b。涡轮叶轮11的背面11b与后述的轴承部壳体6a对置。
压缩机部3具备：从外部取入空气的空气吸入部(省略图示)、对从空气吸入部引导来的空气进行压缩的压缩机叶轮(叶轮)12、以及配置在压缩机叶轮12的下游侧且将压缩机叶轮12压缩后的空气向柴油发动机供给的空气供给部(省略图示)。
压缩机叶轮12具有：接受来自空气吸入部的空气的面即前面12a、以及与前面12a相反侧的面即背面12b。压缩机叶轮12的背面12b与后述的轴承部壳体6a对置。
转子轴4的剖面形状为圆形，在一端(图1中为左端)固定有压缩机叶轮12，在另一端(图1中为右端)固定有涡轮叶轮11。涡轮叶轮11通过废气进行旋转，由此将转子轴4以轴向的中心轴线为旋转轴进行旋转驱动。另外，转子轴4具有：配置在轴承部5的内部的主体部4a、以及设置在主体部4a的轴向的端部的油封部4b。油封部4b与主体部4a被设置成同心状，并且油封部4b的剖面形状的直径形成得比主体部4a的剖面形状的直径大。即，油封部4b形成得比主体部4a粗。油封部4b防止向转子轴4与轴承部5之间供给的润滑油流入排气涡轮部2。
轴承部5为筒状的部件，并且在内部插通有转子轴4的主体部4a，与转子轴4呈同心状设置。如图2所示，转子轴4具有：在内部配置转子轴4的主体部4a的内筒(内筒部)14、以及从半径方向外侧覆盖内筒14的外筒(外筒部)15。另外，在轴承部5形成有在半径方向上贯通内筒14和外筒15的2条供油孔16。从设置在壳体6内的润滑油供给装置(省略图示)经由润滑油供给流路17而向供油孔16供给润滑油。
向轴承部5与转子轴4之间供给在供油孔16中流通的润滑油。轴承部5经由润滑油来支承转子轴4，由此将转子轴4支承为旋转自如。另外，轴承部5的轴向的长度与转子轴4的主体部4a的轴向的长度大致相同。
内筒14由金属形成，并且像图3所示那样形成为圆筒状。内筒14的内径形成得比转子轴4的主体部4a的剖面形状的直径稍大。另外，内筒14的外径形成得比外筒15的内径小。另外，在内筒14的外周面的涡轮叶轮11侧的端部区域中设置有与其他的区域相比向半径方向外侧突出的内筒突出部14a。另外，在图3中，由于图示的关系而省略内筒突出部进行图示。
外筒15一体地具有圆筒状的筒部15b，和凸缘部(固定部)15c，该筒部15b由金属形成并且像图4所示那样从半径方向外侧覆盖内筒14，该凸缘部15c从筒部15b的压缩机叶轮12侧的端部的外周面向半径方向外侧突出。筒部15b的内径形成得比内筒14的外径大。另外，在外筒15的内周面的涡轮叶轮11侧的端部区域设置有与其他的区域相比向半径方向内侧突出的外筒突出部15a。另外，在图4中，由于图示的关系而省略外筒突出部进行图示。
凸缘部15c为在筒部15b的外周面的周向大致整个区域中设置的圆环状的部件，固定于壳体6。凸缘部15c被固定为限制凸缘部15c相对于壳体6在半径方向上的移动和轴向上的移动。凸缘部15c与壳体6的固定方法没有特别地限定，但也可以通过贯通凸缘部15c并且与壳体6螺合的螺栓来固定。另外，也可以将凸缘部15c的一面相对于壳体6进行焊接固定或者钎焊固定。另外，也可以在壳体6形成与凸缘部15c嵌合的凹部，通过使该凹部与凸缘部15c嵌合而进行固定。
如图2所示，内筒14与外筒15在与内筒突出部14a和外筒突出部15a接触的接触部18处被固定从而被连接。内筒突出部14a与外筒突出部15a的固定方法没有特别地限定，但也可以通过贯通内筒14和外筒15的螺栓、螺钉来进行固定。另外，也可以对内筒突出部14a和外筒突出部15a进行焊接固定或者钎焊固定。另外，也可以设置相对于内筒突出部14a和外筒突出部15a相互嵌合的嵌合部，通过热装、冷装将该嵌合部彼此嵌合而进行固定。
内筒14与外筒15在被固定的内筒突出部14a和外筒突出部15a以外的区域中分开规定的距离，在内筒14的内周面与外筒15的外周面之间形成间隙(以下，将在内筒14的内周面与外筒15的外周面之间形成的间隙称为“第一间隙20”。)。第一间隙20在内筒14和外筒15的周向的整个区域内形成。
第一间隙20与供油孔16连通，被填充经由供油孔16而供给的润滑油(第一衰减部件)。被填充了润滑油的第一间隙20作为对轴承部5的半径方向的振动进行衰减的衰减部(以下，称为“第一衰减部21”。)发挥功能。另外，第一间隙20在涡轮叶轮11侧的端部，在沿着轴向的剖面形状中形成为圆形。即，第一间隙20在涡轮叶轮11侧的端部形成为圆环状。
如上所述，轴承部5采用由内筒14和外筒15构成的二重管构造、即所谓的折返弹簧构造。另外，轴承部5通过凸缘部15c来支承转子轴4的轴向的载荷，并且通过夹在轴承部5与转子轴4之间的润滑油而将转子轴4支承为旋转自如。即，轴承部5为所谓的半浮式的轴颈推力一体型的轴承。
壳体6具有：收容涡轮叶轮11的涡轮壳体(省略图示)、收容轴承部5的轴承部壳体6a、以及收容压缩机叶轮12的叶轮壳体(省略图示)。在轴承部壳体6a与外筒15的外周面的大致整个区域之间形成间隙(以下，将在轴承部壳体6a与外筒15的外周面之间形成的间隙称为“第二间隙24”。)。在第二间隙24中填充经由供油孔16而供给的润滑油(第二衰减部件)。被填充了润滑油的第二间隙24作为对轴承部5的半径方向的振动进行衰减的衰减部(以下，称为“第二衰减部25”。)发挥功能。
另外，形成于轴承部5的供油孔16在半径方向上贯通内筒14和外筒15。供油孔16形成于2个部位。2条供油孔16被设置为在轴向上分开规定的距离，一个形成于压缩机叶轮12侧，另一个形成于涡轮叶轮11侧。各个供油孔16与第一间隙20和第二间隙24连通，而向第一间隙20和第二间隙24供给润滑油，并且向轴承部5与转子轴4之间供给润滑油。
根据本发明，可实现以下的作用效果。
若转子轴4移动，则安装于转子轴4的压缩机叶轮12也在轴向上移动。在压缩机叶轮12移动到轴承部壳体6a侧的情况下，压缩机叶轮12的背面12b与轴承部壳体6a干涉，压缩机叶轮12和轴承部壳体6a有可能受到损伤。另外，若为了防止压缩机叶轮12与轴承部壳体6a的干涉而在压缩机叶轮12与轴承部壳体6a之间设置间隙，则压缩机叶轮12所压缩的空气会从该间隙泄漏，增压器1的性能有可能降低。在本实施方式中，设置于轴承部5的凸缘部15c固定于壳体6，限制轴承部5的轴向的移动。由此，能够防止因轴承部5的轴向的移动引起的转子轴4的轴向的移动。因此，能够防止由于压缩机叶轮12与轴承部壳体6a的干涉导致的压缩机叶轮12和轴承部壳体6a的损伤，并且能够抑制增压器1的性能的降低。
另外，有时由于涡轮叶轮11和压缩机叶轮12的旋转驱动等而对转子轴4输入半径方向的振动。若对转子轴4输入半径方向的振动，则该振动从转子轴4输入至轴承部5。在本实施方式中，轴承部5被设置于外筒15的一端部(在本实施方式中为压缩机叶轮12侧的端部)的凸缘部15c固定于壳体6。即，轴承部5以悬臂状固定于壳体6。由此，若对轴承部5输入半径方向的振动，则轴承部5在以一端部为固定端的状态下，以一端部的相反侧的端部即另一端部(在本实施方式中为涡轮叶轮11侧的端部)为自由端而进行振动。若另一端部作为自由端进行振动，则第二衰减部25发挥作用，对振动进行衰减。特别是，在第二衰减部25中的另一端部侧的区域A(参照图2)中，对振动进行衰减。这样，能够对轴承部5的另一端部侧的振动进行衰减。
另一方面，轴承部5的内筒14的另一端部(在本实施方式中为涡轮叶轮11侧的端部)与外筒15相固定。另外，内筒14在一端部(在本实施方式中为压缩机叶轮12侧的端部)与外筒15的一端部没有相固定，在与外筒15的一端部之间形成间隙，相对于外筒15的一端部能够相对移动。由此，若对轴承部5输入半径方向的振动，则内筒14以一端部为自由端而进行振动。若一端部作为自由端进行振动，则设置在内筒14与外筒15之间的第一衰减部21发挥作用，对振动进行衰减。特别是，在第一衰减部21中的一端部侧的区域B(参照图2)中，对振动进行衰减。这样，能够对轴承部5的一端部侧的振动进行衰减。
因此，在本实施方式中，在对转子轴4输入了半径方向的振动的情况下，也能够在轴向的整个区域中对振动进行衰减。通过良好地对振动进行衰减，能够抑制增压器1整体的振动。
另外，在本实施方式中，轴承部5以一侧的端部为固定端、并且以相反侧的端部为自由端进行振动。由此，能够增大自由端处的振动幅度。因此，例如与在轴向的中心部固定轴承部5的结构进行比较，能够通过第一衰减部21和第二衰减部25而更良好地对振动进行衰减。
在本实施方式中，内筒14与外筒15由各自独立的部件形成。由此，可以将作为比较简单的构造的筒状的内筒14和外筒15成形，将成形后的内筒14的另一端部和外筒15的另一端进行固定，由此形成轴承部5。因此，能够容易地形成轴承部5。
另外，在本实施方式中，第一间隙20在涡轮叶轮11侧的端部形成为圆环状。由此，能够抑制应力集中，良好地使内筒14的自由端部振动。
另外，本发明不限于上述实施方式的发明，能够在不脱离其主旨的范围内适当地变形。
例如，在上述实施方式中，对内筒14与外筒15由各自独立的部件形成的例子进行了说明，但内筒14与外筒15也可以由一个部件形成。通过像这样由一个部件形成，能够实现部件件数的减少。
符号说明
1 增压器
4 转子轴
5 轴承部
6 壳体
11 涡轮叶轮(涡轮部)
12 压缩机叶轮(叶轮)
14 内筒(内筒部)
14a 内筒突出部
15 外筒(外筒部)
15a 外筒突出部
15c 凸缘部
16 供油孔
17 润滑油供给流路
20 第一间隙
21 第一衰减部
24 第二间隙
25 第二衰减部

Claims (3)

1.一种增压器，其特征在于，具备：
转子轴，该转子轴通过涡轮部的驱动力而进行旋转驱动，该涡轮部被供给从内燃机排出的废气；
叶轮，该叶轮安装于所述转子轴，并且压缩空气；
筒状的轴承部，该轴承部具有在内部配置所述转子轴的筒状的内筒部，和从半径方向外侧覆盖所述内筒部的筒状的外筒部，该轴承部将所述转子轴支承为旋转自如；以及
壳体，该壳体收容所述叶轮和所述轴承部，
所述内筒部在轴向的一端部与所述外筒部的轴向的一端部之间形成间隙，并且所述内筒部在轴向的另一端部与所述外筒部的轴向的另一端部连接，
在所述间隙中设置有第一衰减部件，
在所述壳体与所述外筒部的所述另一端部之间设置有第二衰减部件，
所述壳体与所述轴承部被设置于所述外筒部的所述一端部的固定部固定为限制该固定部的半径方向的移动和轴向的移动。
2.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于，
所述内筒部与所述外筒部由各自独立的部件形成。
3.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于，
所述内筒部与所述外筒部由一个部件形成。
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