CN113323749A - 涡轮增压器组件 - Google Patents

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N·E·泰斯
庄宪峰
塞里洛 J·G·瓜迪亚纳
M·萨万特
C·J·赫西
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Abstract

一种涡轮增压器组件可以包括:壳体,所述壳体包括由孔壁限定的孔和在所述孔壁中形成开口的销插口;轴承,所述轴承包括由销开口表面限定的销开口;销,其中所述销包括纵向销轴线和销表面;所述销开口表面或所述销表面中的沟槽,其中所述沟槽包括轴向长度;其中,在轴承在所述孔中并且所述销在所述销插口中、其中所述销的一部分在所述销开口中的定位好的状态下,在所述轴承与所述孔壁之间存在空隙,其中所述沟槽与所述空隙流体连通以形成从所述空隙到所述销表面与所述销开口表面之间的界面的润滑剂供应路径。

Description

涡轮增压器组件
技术领域
本文中公开的主题一般来说涉及用于内燃发动机的涡轮增压器部件。
背景技术
涡轮增压器可以包括旋转组,所述旋转组包括通过轴彼此连接的涡轮机叶轮和压缩机叶轮。例如,涡轮机叶轮可以焊接或以其它方式连接到轴以形成轴和叶轮组件(SWA),并且压缩机叶轮可以装配到所述轴的自由端。电动压缩机可以包括一个或多个压缩机叶轮,所述一个或多个压缩机叶轮连接到可以由电动马达驱动的一个或多个轴。作为示例,附接到一个或多个带叶片叶轮的轴可以由安置在轴承壳体中的一个或多个轴承支撑,所述轴承壳体可以形成中心壳体旋转组件(CHRA)。在涡轮增压器或电动压缩机的操作期间,根据例如各种部件的大小等因素,可以预期轴以超过200,000rpm的速度旋转。为确保适当的转子动力学性能,旋转组应该在许多各种不同条件(例如,操作、温度、压力等等)下被良好地平衡、良好地支撑和良好地润滑。
附图说明
结合附图中所示的示例,通过参考以下具体实施方式,可以获得对本文中描述的各种方法、设备、组件、系统、布置等等及其等效方案的更完整理解,其中:
图1是涡轮增压器和内燃发动机以及控制器的图;
图2A和图2B是涡轮增压器组件的示例的侧视图和端视图;
图3是图2A和图2B的示例性涡轮增压器组件沿着由线A-A指示的平面的横截面视图;
图4是图2A和图2B的示例性涡轮增压器组件沿着由线B-B指示的平面的横截面视图;
图5是图2A和图2B的示例性涡轮增压器组件沿着由线C-C指示的平面的横截面视图;
图6是销的示例的侧视图;
图7是图6的示例性销沿着由线D-D指示的平面的横截面视图;
图8A和图8B是图6的示例性销沿着由线E-E指示的平面的横截面视图以及包括轴承组件的外圈的示例的对应横截面视图;
图9A和图9B分别是图7的视图和图8的视图的若干部分的放大视图;
图10是销的示例和轴承组件的示例的透视图;
图11A和图11B是带有外圈(图11A)和不带外圈(图11B)的涡轮增压器组件的示例的透视图;
图12A和图12B是轴承的一部分的示例的透视图以及带有销的示例的示例性轴承的横截面视图;
图13是振动相对于压缩机速度的绘图的示例;
图14A、图14B和图14C分别是砂轮的示例和制造过程的示例的视图;并且
图15是轮廓的示例的一系列视图。
具体实施方式
在下文,描述涡轮增压发动机系统的示例,随后是部件、组件、方法等等的各种示例。
经常利用涡轮增压器来增加内燃发动机的输出。参考图1,作为示例,系统100可以包括内燃发动机110和涡轮增压器120。如图1中所示,系统100可以是车辆101的一部分,其中系统100安置在发动机隔室中并且连接到排气导管103,排气导管103将排气引导到例如位于乘客隔室105后方的排气出口109。在图1的示例中,可以提供处理单元107以处理排气(例如,经由分子的催化转化减少排放等等)。
如图1中所示,内燃发动机110包括容纳可操作地驱动轴112(例如,经由活塞)的一个或多个燃烧室的发动机缸体118,以及为到达发动机缸体118的空气提供流动路径的进气端口114和为来自发动机缸体118的排气提供流动路径的排气端口116。
涡轮增压器120可以用于从排气提取能量,并且将能量提供到进气空气,所述进气空气可以与燃料结合以形成燃烧气体。如图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的压缩机壳体组件124、用于涡轮机叶轮127的涡轮机壳体组件126、另一壳体组件128以及排气出口136。壳体组件128可以称为中心壳体组件,因为其安置在压缩机壳体组件124与涡轮机壳体组件126之间。
在图1中,轴122可以是包括多种部件的轴组件(例如,考虑其中涡轮机叶轮127焊接到轴122的轴和叶轮组件(SWA)等等)。作为示例,轴122可以由安置在壳体组件128中(例如,在由一个或多个孔壁限定的孔中)的轴承系统(例如,轴颈轴承、滚动元件轴承等等)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(例如,因为通过轴122可旋转地耦接)。作为示例,中心壳体旋转组件(CHRA)可以包括压缩机叶轮125、涡轮机叶轮127、轴122、壳体组件128以及各种其它部件(例如,安置在压缩机叶轮125与壳体组件128之间的轴向位置处的压缩机侧板)。
在图1的示例中,可变几何形状组件129示出为部分安置在壳体组件128与壳体组件126之间。此可变几何形状组件可以包括轮叶或其它部件以改变通向涡轮机壳体组件126中的涡轮机叶轮空间的通道的几何形状。作为示例,可以提供可变几何形状的压缩机组件。
在图1的示例中,废气门阀(或简称为废气门)135接近涡轮机壳体组件126的排气入口定位。可以控制废气门阀135以允许来自排气端口116的至少一些排气绕过涡轮机叶轮127。各种废气门、废气门部件等等可以应用于常规固定喷嘴涡轮机、固定轮叶喷嘴涡轮机、可变喷嘴涡轮机、双涡流涡轮增压器等等。作为示例,废气门可以是内部废气门(例如,至少部分在涡轮机壳体内部)。作为示例,废气门可以是外部废气门(例如,可操作地耦接到与涡轮机壳体流体连通的导管)。
在图1的示例中,还示出排气再循环(EGR)导管115,其可以可选地例如设置有一个或多个阀117以允许排气流到压缩机叶轮125上游的位置。
图1还示出用于使排气流到排气涡轮机壳体组件152的示例性布置150以及用于使排气流到排气涡轮机壳体组件172的另一示例性布置170。在布置150中,气缸盖154内包括通道156以将来自气缸的排气引导到涡轮机壳体组件152;而在布置170中,歧管176实现涡轮机壳体组件172例如在无任何单独的中间长度的排气管道系统的情况下的安装。在示例性布置150和170中,涡轮机壳体组件152和172可以被构造成与废气门、可变几何形状组件等等一起使用。
在图1中,控制器190的示例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。此控制器可以包括电路系统,例如发动机控制单元(ECU)的电路系统。如本文中所述,可以可选地例如通过控制逻辑结合控制器来实现各种方法或技术。控制逻辑可以取决于一个或多个发动机操作条件(例如,涡轮rpm、发动机rpm、温度、负载、润滑剂、冷却等等)。例如,传感器可以经由一个或多个接口196将信息传输到控制器190。控制逻辑可以依赖于此信息,并且继而,控制器190可以输出控制信号以控制发动机操作。控制器190可以被配置成控制润滑剂流量、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(例如,经由致动器)、电动马达,或者与发动机、涡轮增压器(或多个涡轮增压器)等等相关联的一个或多个其它部件。作为示例,涡轮增压器120可以包括一个或多个致动器和/或一个或多个传感器198,其可以例如耦接到控制器190的一个或多个接口196。作为示例,废气门135可以由控制器控制,所述控制器包括对电信号、压力信号等等做出响应的致动器。作为示例,用于废气门的致动器可以是例如可以在不需要电力的情况下操作的机械致动器(例如,考虑被配置成对经由导管供应的压力信号做出响应的机械致动器)。
图2A示出涡轮增压器组件200的示例的侧视图,并且图2B示出涡轮增压器组件200的示例的涡轮机端视图。
如图所示,涡轮增压器组件200包括轴220、压缩机叶轮240、涡轮机叶轮260、中心壳体280和压缩机板290。如图所示,涡轮增压器组件200还包括润滑系统特征400、销插口特征500和销700。在图2A和图2B的示例中,涡轮增压器组件200可以相对于重力取向,例如,以便促进润滑剂部分因重力所致的流动。
图2A示出线A-A和C-C,而图2B示出线A-A和B-B。图3示出涡轮增压器200沿着线A-A的横截面视图;图4示出涡轮增压器200沿着线B-B的横截面视图;并且图5示出涡轮增压器200沿着线C-C的横截面视图。
在图3中,涡轮增压器组件200示出为包括附接到轴220的螺母241,其中轴220是包括涡轮机叶轮260的轴和叶轮组件(SWA)的一部分。例如,涡轮机叶轮260可以包括轮毂部分265,轮毂部分265是轴220与涡轮机叶轮260之间的过渡部分。作为示例,涡轮机叶轮260可以焊接或以其它方式附接到轴220,其中各种部件沿着轴220定位,使得螺母241的紧固用于机械地压缩压缩机叶轮240并引起轴220的旋转以使压缩机叶轮240旋转。
在图3的示例中,为减少向内进入到中心壳体280中的排气流,SWA的轮毂部分265可以包括一个或多个密封元件,诸如例如,安置在轮毂部分265与中心壳体280的涡轮机侧孔的孔壁之间的活塞环。为减少向内进入到中心壳体280中的空气流,推力轴环270(例如,可选地带有润滑剂挡油环(slinger)等等)可以安置在压缩机板290的孔中,其中一个或多个密封元件可以定位在推力轴环270与压缩机板290的孔的孔壁之间。
在图3的示例中,涡轮增压器组件200包括轴承组件300,轴承组件300至少部分安置在由中心壳体280的孔壁283限定的孔281中。如图所示,轴220由轴承组件300可旋转地支撑,使得涡轮机叶轮260的旋转(例如,经由排气的流动)可以驱动压缩机叶轮240的旋转。
轴承组件300示出为可以经由润滑系统特征400经由润滑流动润滑的滚动元件轴承组件(REB组件)。在图3的示例中,润滑系统特征400包括通向中心壳体280中的孔403的开口401,开口401与另一开口405流体连通,其可以在中心壳体280中形成相交孔。如图所示,开口401可以接收塞子402(例如,密封元件,例如球等等)以相对于开口401密封孔403,使得孔403经由开口405被供应润滑剂。如图所示,润滑系统特征400包括润滑剂通道440和460,其中润滑剂通道440将润滑剂从孔403引导朝向涡轮增压器组件200的压缩机侧,并且其中润滑剂通道460将润滑剂从孔403引导朝向涡轮增压器组件200的涡轮机侧。在此示例中,润滑剂通道440和460通过共同的孔(例如,孔403)供应润滑剂。
在图3的示例中,轴承组件300可以包括润滑剂喷口,所述润滑剂喷口可以将润滑剂引导到滚动元件(诸如例如滚珠轴承等等)。润滑剂可以经由各种通道(例如与孔281流体连通的通道480)、压缩机侧通道484和涡轮机侧通道486从轴承组件300和孔281流动,其中润滑剂可以从此类通道流到中心壳体280的共同的润滑剂出口490。作为示例,内燃发动机可以包括润滑剂泵(例如,油泵等等),所述润滑剂泵可以在压力下经由导管将润滑剂供应到涡轮增压器组件200,使得加压润滑剂被接收在孔403中。由于润滑剂出口490可以处于比所供应的润滑剂的压力更低的压力,因此润滑剂系统特征400可以实现润滑剂的压力驱动的流动。当供应压力例如因关闭润滑剂泵而下降时,一些剩余量的润滑剂可能在重力流下排出,其可以收集在润滑剂出口490处或经由润滑剂出口490流出。在此示例中,当润滑剂排出时,轴承组件300与中心壳体280的孔281之间的一个或多个润滑剂膜可能很薄,使得轴承组件300可以搁置在孔壁283上;注意,轴承组件300可以承载各种部件(例如压缩机叶轮240和涡轮机叶轮260(例如,以及推力轴环270等等))的重量。当润滑剂泵恢复操作时,润滑剂经由润滑剂系统特征400的加压流动可以致使润滑剂膜形成或变厚,并且润滑剂流到轴承组件300的润滑剂滚动元件。
润滑剂可以减少部件之间的摩擦,形成润滑剂膜,并且远离涡轮增压器组件200传递热能。然而,在各种情况下,部件可能接触,这可能导致噪声、磨损、振动等等。例如,在两个部件接触的情况下,接触力可能导致噪声、振动和声振粗糙度(NVH)。
可以利用NVH来表征车辆、特别是轿车和卡车。虽然噪声和振动可以是可测量的,但是声振粗糙度(harshness)往往是主观质量(例如,经由调查、可以提供反映人类主观印象的结果的分析工具等等来测量),因为其可以是心理声学领域的一部分。在各种情况下,发动机相关噪声(例如,涡轮增压器噪声)可能存在于车辆的内部空间(例如,座舱)中,这可能打扰所述车辆的一个或多个乘员。
在图4中,涡轮增压器组件200包括相对于销插口特征500定位的销700。在图4的示例中,销700可以实施一个或多个功能。例如,销700可以限制轴承组件300的至少一部分的移动。然而,如所提及的,如果两个部件相互接触,则可能出现一个或多个NVH问题。在图4的示例中,销700示出为包括可以减轻一个或多个NVH问题的特征。例如,销700可以实现润滑剂流动和/或润滑剂膜形成,这可以减少一个或多个NVH问题的发生,所述NVH问题可以包括旋转速度相关问题、润滑剂压力相关问题、推力相关问题等等中的一者或多者。
在图4的示例中,轴承组件300示出为包括外圈310、内圈330和滚动元件320,滚动元件320例如使用轴承保持器325至少部分安置在外圈310与内圈330之间。在图4的示例中,内圈330可以是可选的,例如,考虑直接包括用于滚动元件的滚道的轴;然而,在图4中,内圈330装配到轴220,其中内圈330包括用于滚动元件325的滚道。而且,在图4的示例中,轴承组件330包括带有对应轴承保持器325-1的一组压缩机侧滚动元件320-1和带有对应轴承保持器325-2的一组涡轮机侧滚动元件325-2以及多件式内圈330,多件式内圈330可以包括压缩机侧内圈330-1和涡轮机侧内圈330-2。
如所提及的,外圈310可以包括润滑剂喷口,诸如例如,一个或多个压缩机侧润滑剂喷口和一个或多个涡轮机侧润滑剂喷口,其可以分别经由通道440和通道460供应润滑剂,其中润滑剂喷口分别将润滑剂引导到滚动元件320-1和滚动元件320-2。
在图4的示例中,示出一些润滑剂区域,包括润滑剂膜区域392、压缩机侧润滑剂井区域394和涡轮机侧润滑剂井区域396。作为示例,通道440可以将润滑剂供应到压缩机侧润滑剂井区域394,压缩机侧润滑剂井区域394可以与外圈310的一个或多个压缩机侧润滑剂喷口流体连通,并且通道460可以将润滑剂供应到涡轮机侧润滑剂井区域396,涡轮机侧润滑剂井区域396可以与外圈的一个或多个涡轮机侧润滑剂喷口流体连通。关于润滑剂膜区域392,其可以经由一个或多个路线接收润滑剂,所述路线可以经由压缩机侧润滑剂井区域394和/或经由涡轮机侧润滑剂井区域396。如图所示,润滑剂井区域392、394和396相对于内圈330的旋转轴线跨越轴向长度并且跨越方位角。例如,润滑剂区域392、394和396中的每一者可以跨越360度。
在图4的示例中,接收在中心壳体280的孔281中的外圈310的最大外直径可以稍微小于中心壳体280的孔281的孔壁283的内直径,使得在其中可以存在润滑剂的位置形成一个或多个空隙。例如,外圈310的大部分外表面可以涂覆有润滑剂,并且孔壁283的大部分表面可以涂覆有润滑剂。在此示例中,一个或多个润滑剂区域可以形成一个或多个润滑剂挤压膜,其可以被确定大小成提供旨在减少NVH等等的性质。作为示例,润滑剂挤压膜可以称为挤压膜阻尼器(SFD)。
作为示例,在滚动元件轴承组件(REB组件)中,一系列滚动元件可以放置在内圈与外圈之间,其中内圈可以按压配合在轴上,并且外圈在其旋转移动上受到防转销的限制。在此示例中,形成在外圈与中心壳体的孔的孔壁之间的润滑剂膜可以是挤压膜阻尼器(SFD)。
在称为轴颈轴承系统的另一类轴承系统中,可以利用轴颈轴承(或多个轴颈轴承)、而无滚动元件;注意,混合方法可以利用轴颈轴承和REB组件。关于全浮动式旋转轴颈轴承,其可以利用两个串联安置的流体动力学润滑剂膜,其中一个膜是内部膜(在轴与轴颈轴承之间),并且另一个膜是外部膜(在轴颈轴承与中心壳体之间)。关于半浮动式轴颈轴承,其可以包括流体动力学内部润滑剂膜和挤压膜阻尼器(SFD)(在轴颈轴承与中心壳体之间的外部油膜)。虽然各种示例提及使用REB组件,但是作为示例,可以利用半浮动式轴颈轴承,其中例如,轴颈轴承包括可以接收销(诸如例如,销700)的开口。虽然各种示例涉及中心壳体,但是作为示例,可以利用除中心壳体以外的部件来形成孔,例如孔281(例如,考虑轴承壳体,所述轴承壳体可以是可以接收在中心壳体中的料筒等等)。
关于销插口特征500,图4示出销插口或销孔501、开口510、轴向面520(例如,止动表面)、配合区域530(例如,用于经由螺纹螺纹连接、用于干涉配合等等)、过渡区域540和可以相对于销700限定一个或多个润滑剂井的润滑剂井区域570,例如,其中销700至少部分接收在润滑剂井区域570中。在图4的示例中,销插口501可以形成为与中心壳体280的孔281相交的横向孔。
在图5的示例中,中心壳体280的孔281的孔壁283中的开口580和销插口501可以由两个圆柱的相交形成的周界限定。具有半径“a”和“b”的两个圆柱的相交曲线由笛卡儿坐标系(x, y, z)中的参数方程给出:
x(t) = b cos(t)
y(t) = b sin(t)
z(t) = +/- (a2– b2 sin2(t))0.5
在此示例中,壳体的孔可以具有半径“a”,并且壳体的销插口的一部分可以具有半径“b”,其中此类“圆柱”可以按直角相交(而且例如参见图10、图11A和图11B)。
在图4的示例中,销700示出为至少部分接收在轴承组件300的外圈310的开口370中(例如,考虑相交“圆柱”)。当销700经由至少一些销插口特征500(例如,配合区域530的特征等等)牢固地装配在中心壳体280中时,销700可以是静止的。与此相反,轴承组件300的外圈310可以例如经由一个或多个润滑剂膜(例如,考虑润滑剂区域392、394和396等等)是半浮动式的,而销700在紧固时限制外圈310的旋转移动。
如所提及的,在部件接触的情况下,可能出现一个或多个NVH问题。例如,考虑外圈310在中心壳体280的孔281中旋转,使得限定开口370的外圈310的壁372接触销700。在此示例中,壁372(例如,壁表面)与销700(例如,销700的外表面)之间的接触可以以足以产生噪声(例如,动能转换成声能)的力发生。
声强度I可以具有每单位面积每单位时间的能量单位,并且声能密度w=I/c可以具有每单位体积的能量单位。
作为示例,NVH可以是周期性的和/或随机的。例如,周期性NVH可以由旋转速度(例如,RPM)或者一个或多个其它周期性现象驱动;然而,随机NVH可以由一个或多个随机过程驱动,所述过程可以是随机的,或者例如,在发生时是随机的,并且在发生期间是周期性的等等。
作为示例,NVH可以由一个或多个部件的不平衡引起。例如,考虑旋转组件,例如中心壳体旋转组件(CHRA),其中涡轮增压器组件200可以是CHRA。在此示例中,对于一个或多个部件(诸如例如,压缩机叶轮240、涡轮机叶轮260、推力轴环270、内圈330等等中的一者或多者),可能存在一定量的不平衡。作为示例,不平衡可以按取决于一个或多个操作条件(诸如例如,轴的旋转速度,所述轴可以是涡轮增压器轴、内燃发动机的曲轴等等)的方式显现。作为示例,在其中润滑剂泵的速度可变(例如,取决于曲轴速度等等)的润滑剂流动由润滑剂泵驱动的情况下,NVH可以取决于润滑剂泵的操作方式。作为示例,在低发动机RPM(曲轴RPM)下,曲轴驱动的润滑剂泵可以提供比较高发动机RPM更小的压力,并且在此示例中,发动机的排气能量可能与作为由轴承(例如,REB组件、轴颈轴承等等)支撑的SWA的一部分的涡轮机叶轮的旋转速度有关。
如所提及的,轴承组件300的外圈310可以包括开口370,开口370可以接收销700的一部分。为降低一个或多个NSV问题的风险、发生(例如,频率等等)和/或量值,销700可以包括沟槽,所述沟槽被定位成将一定量的润滑剂从外圈310与中心壳体280的孔壁283之间的空隙区域递送到销700与限定开口370的外圈310的壁372之间的界面。在此示例中,界面处的润滑剂可以实现能量阻尼,使得有利地改变运动学。例如,考虑阻尼振动,其可以包括将经由销700从外圈310传输到中心壳体280的振动。
如所提及的,销700可以实现防旋转(例如,旋转限制)和防轴向平移(例如,平移限制)中的一者或多者。在一类运动引起不期望性能的情况下,可以提供一个或多个沟槽,所述沟槽减轻所述不期望的性能。例如,考虑顺时针方向旋转,其中沟槽被定位成减弱来自此顺时针方向旋转的接触,这可以取决于涡轮增压器性能,包括涡轮机叶轮响应于排气流的预期旋转方向。作为另一示例,考虑逆时针方向旋转,其中沟槽被定位成减弱来自此逆时针方向旋转的接触,这可以取决于涡轮增压器性能,包括涡轮机叶轮响应于排气流的预期旋转方向。作为仍另一示例,考虑将沟槽定位成减弱来自朝向涡轮增压器的压缩机侧的轴向平移的接触,这可以取决于涡轮增压器性能,包括涡轮机叶轮响应于排气流的预期旋转方向。作为仍另一示例,考虑将沟槽定位成减弱来自朝向涡轮增压器的涡轮机侧的轴向平移的接触,这可以取决于涡轮增压器性能,包括涡轮机叶轮响应于排气流的预期旋转方向。作为示例,销可以包括一个或多个沟槽,其中所述沟槽中的每一者可以针对一种或多种特定类型的运动。作为示例,销可以包括四个沟槽,所述沟槽可能足以针对前述四种类型的接触。作为示例,对于不同类型的运动(例如,不同类型的接触),沟槽的形状和/或大小和/或数目可以不同。
作为示例,销可以包括沟槽的对称布置和/或沟槽的不对称布置。关于对称布置,考虑围绕销的轴线处于0度、90度、180度和270度的四个沟槽。在此示例中,销可以定位到外圈(例如,或轴颈)的开口中,其中所述沟槽中的两者沿着平行于轴的旋转轴线的轴线大致轴向对准,并且所述沟槽中的另两者沿着平行且正交于所述轴的所述旋转轴线的横向轴线对准。为促进对准,销可以包括标记、多个标记等等,所述标记可以在所述销的顶部(例如,销的头部部分)处。例如,销可以包括待沿朝向压缩机侧或涡轮机侧的方向大致对准的指示器(例如,标记)。在销包括沟槽的对称性的情况下,所述指示器可以适于朝向压缩机侧或涡轮机侧大致对准。虽然提及压缩机侧和涡轮机侧,但是参考图2A,中心壳体280可以包括一个或多个特征以针对销相对于外圈(例如,或轴颈)围绕销的轴线的对准来促进销的定位。例如,考虑通过图2A中向下指向(例如,沿重力方向)的标记或者通过图2A中向上指向的标记来定位销。作为示例,可以利用一个或多个基准点(例如,基准点标记)来促进销在中心壳体中的定位,使得销的一个或多个特征(例如,一个或多个沟槽)充分对准以减轻一种或多种类型的NVH问题。
图5示出涡轮增压器组件200的一部分的横截面剖视图,其中销700包括头部710、可选标记713、可选驱动特征715、轴向面720(例如,止动表面)、配合区域730、过渡区域740、带有沿着销700跨越轴向长度(如可以由尺寸Δzg指示)的一个或多个沟槽的沟槽部分750、端部部分780和端部表面790。在图5的示例中,两个沟槽可见,注意,可能存在一个或多个其它沟槽,其中所述两个沟槽具有近似相等的尺寸。
如所解释的,中心壳体280可以包括销插口特征500,销插口特征500可以促进销700在中心壳体280中的可接受定位。例如,可以利用轴向面520来经由销700的轴向面720轴向定位销700,使得销700的端部790延伸所期望的深度到中心壳体280的孔281和/或轴承组件300的外圈310中。如图所示,所述深度可以例如使用孔281的纵向轴线测量,如由尺寸Δzz所指示。图5的示例示出另一尺寸,所述另一尺寸是销700的端部部分780沿着销700的轴线的轴向尺寸Δze。如在图5的示例中所示,所述两个沟槽中的每一者延伸到轴承组件300的外圈310的开口370中,并且销700的端部表面790并不接触轴承组件300的内圈330(例如,在销700的端部表面790与内圈330的外表面之间存在空隙)。
在图5的示例中,销700可以沿着配合区域730的至少一部分包括一种或多种类型的特征,所述特征可以与沿着销插口501的配合区域530的至少一部分的一种或多种类型的特征配合。特征可以包括例如一个或多个导向器、一个或多个螺纹、一个或多个干涉配合表面等等。作为示例,销700可以通过与沿着配合区域530的至少一部分的对应螺纹配合的螺纹沿着配合区域730的至少一部分螺纹连接。作为示例,销700可以是无螺纹的,并且销插口501可以是无螺纹的,使得销700沿着配合区域730的至少一部分并且沿着配合区域530的至少一部分经由干涉表面经由干涉配合而配合。在任一示例中,在销700设置有标记713的情况下,标记713可以被取向成使得销700的一个或多个沟槽相对于孔281(例如,相对于孔轴线等等)合适地取向。
图6示出销700的示例的侧视图,其示出头部710、轴向面720、配合区域730、过渡区域740、沟槽部分750、端部部分780和端部表面790,其中可以存在倒角785(例如,环状圆锥形表面等等)作为从端部部分780的直径到端部表面790的较小直径的过渡。在图6中,示出销700具有沟槽751,沟槽751可以由沿着销轴线的轴向长度和示出为Δg的横向尺寸限定。所述横向尺寸可以使用直线距离、弧距和/或角度来测量。如图所示,所述横向尺寸示出为大致沿着沟槽751的轴向长度定中心的最大横向尺寸。在图6的示例中,沟槽751示出为沿着纵向轴线大致对称,其中沟槽751可以经由一种或多种类型的技术形成到销700中。作为示例,沟槽751可以经由机加工技术(例如,使用具有V形边缘轮廓的砂轮(例如,参见图13等等))形成。
图7示出销700沿着如图6中示出的线D-D的横截面视图。在图7的示例中,示出沟槽752和753,沟槽752和753可以分别与图6的示例的沟槽751沿顺时针方向和逆时针方向以大约90度间隔开。如图所示,沟槽752可以由半径RG限定,半径RG在距销轴线zp距离R处测量。
图8A示出销700沿着如图6中示出的线E-E的横截面视图。在图6的示例中,示出沟槽751、752、753和754,其围绕销轴线zp以大约0度、90度、180度和270度布置(例如,Θg的间隔= 90度)。如图8A的示例中所示,沟槽751可以使用尺寸RG、角度φg和如从销700的直径到销轴线zp测量的径向深度Δrg限定。
图8B以穿过轴承组件300的外圈310的一部分的横截面视图示出销700,其处于比图8A的横截面视图更低的轴向位置处,如通过沟槽751、752、753和754的大小可以看出(例如,参见图5)。如图8A和图8B中所示,沟槽的最大径向深度(Δrg)可以沿着销轴线zp位于轴向位置处,在定位销700时,其在销插口501内,并且其中所述沟槽的一部分沿着销轴线zp轴向延伸超过销插口501(例如,从销插口501中出来,并且进入到孔281中)。在此方法中,沟槽可以是带有开口的贮存器,所述开口可以与限定在外圈的外表面与孔的孔壁的内表面之间的空隙中的膜的润滑剂流体连通。在此示例中,沟槽的尺寸结合相对于销插口的销位置可以限定开口相对于贮存器体积的大小,其中润滑剂可以经由确定大小的开口流入和流出所述贮存器体积。
作为示例,沟槽贮存器和贮存器开口可以通过在涡轮增压器的操作期间可能发生的动力学的先验知识来确定大小。例如,在外圈的顺时针方向旋转时,沟槽贮存器中的润滑剂压力可以减小和/或沟槽贮存器中的润滑剂体积可以减小(例如,因为润滑剂可以经由贮存器开口从沟槽贮存器流到另一空间),并且例如,在外圈的逆时针方向旋转时,沟槽贮存器中的润滑剂压力可以增加和/或沟槽贮存器中的润滑剂体积可以增加(例如,因为润滑剂可以经由贮存器开口从另一空间流到沟槽贮存器中)。此类流体动力学可以用于减弱外圈相对于至少部分接收在外圈中的开口中的销的旋转移动(例如,顺时针方向和/或逆时针方向)。此阻尼可以帮助降低一种或多种类型的NVH的风险,减少一种或多种类型的NVH的发生,和/或减少一种或多种类型的NVH的量值(例如,影响)。
再次参考图8B,示出空隙区域800以及沟槽区域810、820、830和840,其中区域800、810、820、830和840可以接收润滑剂(例如,用润滑剂填充)。图8B还示出外圈310的开口370(例如,如由外圈310的表面限定)和销700的沟槽区域750的外表面757。
在图8B的示例中,示出涡轮机侧806以及压缩机侧804。在此示例中,轴向推力可以朝向压缩机侧804或者朝向涡轮机侧806驱动外圈310,其中此轴向推力的动力学及其方向可以不同。如所解释的,外圈310可以顺时针方向或逆时针方向旋转,其中所述动力学可以不同。
在图8B的示例中,区域820和840可以为轴向推力提供一定量的阻尼,这至少导致外圈310的平移移动(例如,沿着从压缩机侧804指向涡轮机侧806的轴线),而区域810和830可以为旋转(例如,围绕从压缩机侧804指向涡轮机侧806的轴线顺时针方向或逆时针方向)提供一定量的阻尼。如所提及的,销可以包括一个或多个沟槽,其中每一沟槽可以对应于可能引起一个或多个NVH问题的一种或多种特定类型的移动。虽然图8B的示例示出区域810、820、830和840,其总共编号为四个并且围绕销轴线zp以大约90度间隔开,其中针对上述四种类型的移动中的一者确定问题,销可以包括被布置成针对一种类型的移动的单个沟槽或多个沟槽。
图9A示出图5的横截面视图的一部分的放大视图,并且图9B示出图6的横截面视图的一部分的放大视图。沟槽791、792、793和794可以为润滑剂提供空间并且可以形成润滑剂贮存器,所述润滑剂贮存器可以将润滑剂供应到润滑剂膜区域392和/或从润滑剂膜区域392接收润滑剂。
如图所示,在图9A和图9B中,由于“相交圆柱”的几何形状,沟槽791和793并不像沟槽792和794那样深地延伸到外圈310的开口370中,所有沟槽都与润滑剂膜区域392流体连通。作为示例,销可以包括具有不同尺寸、形状、位置等等的沟槽。例如,在期望每一沟槽在外圈(例如,或轴颈)的开口中延伸共同深度的情况下,横向轴线沟槽(例如,参见沟槽791和793)可以比轴线沟槽(例如,参见沟槽792和794)更低地定位,或者换句话说,轴线沟槽可以更高地定位。再次,由于两个圆柱几何形状的相交,轴线沟槽“看到”外圈310的最大半径,因为其示出为沿着外圈310的纵向轴线对准,而横向轴线沟槽“看到”小于外圈310的最大半径的半径,因为其示出为从外圈310的纵向轴线偏移。作为示例,销可以包括被设计成用于或过度设计成用于轴线或横向轴线定位的沟槽。作为示例,销可以包括在沟槽体积上受限的沟槽(例如,单独或全部),使得润滑剂膜动力学不会有害地、不期望地改变(例如,参见润滑剂膜区域392,其与沟槽791、792、793和794流体连通)。
如图9A中所示,沟槽793可以面向上并且是凹的,使得其可以保持因重力而不适合于从沟槽793排出的润滑剂,其中重力被指示成沿图9A中所示的方向。在此示例中,可以相应地设计沟槽793的润滑剂体积。进一步,当涡轮增压器组件200未操作时,保持在沟槽793中的润滑剂可以帮助润滑销700与外圈310之间的界面;然而,在没有沟槽793的情况下,在销的外表面与外圈的开口的表面之间可能发生直接接触,这出于一种或多种原因(例如,粘着、润滑剂的结焦等等)而可能是有害的。
图10示出销700的一部分和轴承组件300的一部分的透视图。如在图10的示例中所示,外圈310包括键槽311,其在图3中示出为在轴承组件300的压缩机侧上。此键槽可以与键一起用作用于限制外圈310移动的机构,这是使用销700的额外方案。如图所示,外圈310可以包括各种特征,例如轴向安置在润滑剂井314与316之间的凹陷的大致环状区域312,其分别通过区域315和316与环状区域312分开。如所解释的,当安置在壳体280的孔281中时,环状区域312可以限定润滑剂膜区域392,润滑剂膜区域392可以与销700的沟槽751、752、753和754流体连通。如所解释的,沟槽752和754比沟槽751和753更深地延伸到外圈310的开口370中;注意,可以调节沟槽尺寸、位置等等以实现所期望的深度。
图11A示出从外圈310的内部观察的销700,其中端部部分780和端部表面790的一部分可见。在图11A的示例中,沟槽751、752、753和754不可见,因为其并不延伸到或延伸超过外圈310的内表面处的开口370。
图11B示出从壳体280的孔281的内部观察的销700,其中示出壳体280的孔壁283中的开口580,其中销700部分地延伸穿过其,使得沟槽754(例如,朝向压缩机侧取向)部分可见,而沟槽754的另一部分相对于润滑剂井区域570限定沟槽贮存器,所述沟槽贮存器由壳体280中的销插口501的表面限定。
在图11B的示例中,沟槽754的可见部分可以称为沟槽开口或沟槽贮存器开口,其与部分由沟槽754的另一部分和销插口501的表面限定的沟槽贮存器流体连通。如所提及的,润滑剂可以流入和/或流出润滑剂膜区域392和销的一个或多个沟槽以针对一个或多个NVH问题。
图12A示出轴承1230的一部分的示例,其可以是滚动元件轴承组件(REB组件)的轴颈或外圈。如图所示,轴承1230包括壁1235(例如,销开口表面),壁1235形成相对于表面1236(例如,圆柱形表面)的肩部和相对于内表面1239的另一肩部,其中壁1235限定开口1237(例如,到轴承1230的主孔的横向孔等等),开口1237可以被确定尺寸成接收销,诸如例如,销700,或者例如,具有更少沟槽、更多沟槽、无沟槽的销等等。
在图12A的示例中,壁1235可以具有变化的厚度,因为其通过圆柱与环状圆柱的相交形成。在此示例中,当与“轴上(on-axis)”相比时,所述厚度可以“离轴(off-axis)”更大。如在图12A的示例中所示,轴承1230可以在壁1235中包括一个或多个沟槽1231、1232、1233和1234,所述沟槽可以在一个或多个位置处,包括例如一个或多个离轴位置和/或一个或多个轴上位置。在图12A的示例中,沟槽1232和1234是轴上的,而沟槽1231和1233是离轴的。如图所示,沟槽可以由长度L、深度d、开口宽度b和侧面尺寸(例如a和c)限定。
在图12A的示例中,所述沟槽中的每一者可以近似为V形沟槽,其可以例如具有在长度L上变化的深度d。例如,如果从表面1236测量L,则深度d随长度以及开口宽度b和侧面尺寸a和c减小。作为示例,沟槽的形状可以取决于用于形成所述沟槽的一个或多个工具和/或用于形成所述沟槽的一个或多个过程(例如,参见图14A、图14C和图15)。
如所提及的,力、接触、NVH等等可以是方向性的,所述方向可以是轴上方向、离轴方向或另一方向。如所解释的,沟槽可以被定位和/或确定尺寸(例如,确定大小、成形等等)成针对特定问题。关于轴承,其可以被构造成在壳体的孔中按有限数目种方式取向。例如,轴承可以是对称的,使得任一端部可以是压缩机侧端部,并且任一端部可以是涡轮机侧端部。可替代地,轴承可以是不对称的,因为其具有待在壳体的孔的压缩机侧上的压缩机侧端部和/或其具有待在壳体的孔的涡轮机侧上的涡轮机侧端部。
在图12的示例中,轴上沟槽1232和1234示出为大于离轴沟槽1231和1233。此方法可以与包括四个相等确定大小的沟槽的销匹配重叠,其中由于开口1237的几何形状,所述重叠对于离轴沟槽较少,而对于轴上沟槽更多。
如所解释的,具有一个或多个沟槽的销可以使用一个或多个引导件(所述引导件可以包括标记、检查工具等等)沿所期望的取向来取向,使得沟槽如期望地取向(例如,与轴上轴线对准、与偏离轴线对准等等)。关于轴承1230,取向可以更简单,并且在许多情况下,可以得到确保(例如,对于不对称轴承等等)。
如所提及的,组件可以包括带有至少一个沟槽的销和/或带有至少一个沟槽的轴承。在此组件中,在销带沟槽并且轴承带沟槽的情况下,沟槽可以对准或不对准。
在图12B的示例中,示出空隙区域1210以及沟槽区域1211、1212、1213和1214,其可以接收润滑剂(例如,用润滑剂填充)。图12B还示出轴承1230的开口1237(例如,如由壁1235和表面1236限定)和销的区域1250的外表面1257,其并不包括沟槽(例如,至少在图12B的横截面视图中所示的水平处)。
在图12B的示例中,示出涡轮机侧1206以及压缩机侧1204。在此示例中,轴向推力可以朝向压缩机侧1204或者朝向涡轮机侧1206驱动轴承1230,其中此轴向推力的动力学及其方向可以不同。如所解释的,轴承1230可以沿顺时针方向或逆时针方向旋转,其中所述动力学可以不同。
在图12B的示例中,区域1212和214可以为轴向推力提供一定量的阻尼,这至少导致轴承1230的平移移动(例如,沿着从压缩机侧1204指向涡轮机侧1206的轴线),而区域1211和1213可以为旋转(例如,围绕从压缩机侧1204指向涡轮机侧1206的轴线沿顺时针方向或逆时针方向)提供一定量的阻尼。
如所提及的,销和/或轴承可以包括一个或多个沟槽,其中每一沟槽可以对应于可能引起一个或多个NVH问题的一种或多种特定类型的移动。虽然图12B的示例示出区域1211、1212、1213和1214,其总共编号为四个并且围绕开口1237以大约90度间隔开,其中针对上述四种类型的移动中的一者确定问题,轴承可以包括被布置成针对一种类型的移动的单个沟槽或多个沟槽。
如所解释的,涡轮增压器的轴承可能引起一种或多种类型的NVH问题。例如,以临界速度或接近临界速度旋转的滚动元件可能往往产生令人反感的呜呜声、尤其是在发动机噪声未大到足以掩盖涡轮增压器噪声的情况下,例如在怠速时。如所解释的,在怠速时,关于可操作地耦接到活塞的曲轴,发动机可以处于特别低的回转速度。进一步,根据用于润滑剂泵送的构造,润滑剂压力可能比非怠速的较高发动机RPM的情况下更低。
当发动机和发动机润滑剂两者都是冷的(例如,处于环境温度或者远小于发动机的操作温度)时,在冷启动条件下,各种类型的NVH问题可能是最严重的。作为示例,带沟槽的销和/或带沟槽的轴承可以帮助减少或消除由涡轮增压器在冷怠速条件下产生的令人反感的噪声。
图13示出具有涡轮增压器1302的车辆1301的示例,涡轮增压器1302包括涡轮增压器组件,诸如例如,涡轮增压器组件200。在此示例中,可以实施测试来表征令人反感的NVH,NVH可以绘制为能量或其它参数与RPM之间关系的图,所述RPM可以是发动机RPM、涡轮增压器轴RPM等等。图13示出具有和不具有带沟槽的销(例如,不带沟槽的销和带沟槽的销)的涡轮增压发动机的试验数据的示例性绘图1310。如图所示,可以使用带沟槽的销来改变NVH的特性。特别地,可以减轻快速能量转移,其中此快速转移可以对应于发动机RPM的范围内的轴承/销现象,发动机RPM可以是或者包括例如发动机怠速RPM。在此方法中,替代改变原本是最佳发动机怠速RPM的RPM,销可以是带沟槽的,或者提供带沟槽的销,这减轻不期望的NVH。
图14A示出砂轮1470的示例,砂轮1470包括适于在销中形成一个或多个沟槽的端部轮廓。图14B示出销1407的示例的横截面视图,销1407可以是适于在无沟槽的情况下使用的坯料或坯件,由此可以利用砂轮1470来在销1407中形成一个或多个沟槽;并且图14C示出包括各种特征的轴承外圈310的示例的横截面视图。
在图14A中,示出各种尺寸,包括叶轮直径D、孔直径H、轮廓长度X、轮廓宽度U和轮廓角度Vo。此类尺寸可以是砂轮(例如,切割轮等等)或可以用于在销中或轴承中形成一个或多个沟槽的其它工具的参数。
在图14B中,示出各种尺寸,包括在沿着销轴线zp的方向上的销长度LP以及沿着可以形成一个或多个沟槽的销1407的一部分的销直径DP。在图14B的示例中,在包括销轴线zp的平面中,使砂轮1470与销1407接触;注意,用以形成沟槽的接触可以是与砂轮1470的从销轴线zp偏移的平面接触。
在图14C的示例中,轴承310的特征包括压缩机侧端部371、涡轮机侧端部373以及分别与润滑剂井314和316对准的润滑剂喷射开口318-1和318-2。在图14C中示出各种尺寸,包括销开口轴线zpo、轴承长度LB、润滑剂膜形成表面312处的轴承外直径ODB(其相邻于销开口370)、轴承内直径IDB,轴承内直径IDB在轴承310的在润滑剂膜形成表面312的跨度内的轴向部分处,使得在销开口370处,轴承310具有可以部分由ODB减去IDB限定的厚度。例如,在图14C的横截面视图中,可以通过从ODB中减去IDB并且将将结果除以2(例如,(ODB-IDB)/2)来将所述厚度限定为轴上厚度;然而,如所提及的,由于相交圆柱的几何形状,销开口370的壁可能不是恒定的,其中对于给定ODB和IDB,离轴厚度大于轴上厚度。在离轴和轴上沟槽形成在轴承中的情况下,可以考虑相对于限定销开口的壁的厚度的沟槽长度,例如,以针对润滑剂流的短路(例如,不面向销表面的沟槽和/或延伸到IDB的沟槽)。作为示例,沿着限定销开口的壁的沟槽长度可以在轴向方向(轴上)和防旋转方向(离轴)上变化,例如,以达到一定分数或百分比的轴承厚度和/或壁厚度,这可以提供在IDB处并不贯穿到内表面的沟槽。作为示例,考虑将沟槽长度限制为轴承厚度的75%(例如,(ODB-IDB)/2)和/或将沟槽长度限制为限定销开口的壁的壁厚度的75%。在此类示例中,沟槽长度限制可以较少(例如,但足以针对一个或多个NVH问题),或者可以更大,例如,达到大约90%,以提供更大的界面覆盖率,尽管存在从界面到轴承的轴向纵向孔的润滑剂泄漏的一些可能增加的量(例如,其中来自贯通沟槽的润滑剂流可以是润滑剂短路)。
图14C还示出砂轮1470的示例(例如,经适当地确定大小、成形、对准等等),其被至少部分插入开口370中以形成一个或多个沟槽。例如,考虑在轴上对准砂轮的平面以形成一个或两个沟槽(例如,可选地,同时形成两个沟槽),离轴地对准砂轮的平面以形成一个或两个沟槽(例如,可选地,同时形成两个沟槽),和/或按所期望的角度对准砂轮的平面以形成一个或多个沟槽等等。
作为示例,同一砂轮可以被适当地确定大小以用于形成销沟槽,并且用于形成轴承沟槽。作为示例,可以利用不同类型、大小和成形的工具等等来形成一个或多个沟槽。
作为示例,可以根据一个或多个技术规格形成一个或多个沟槽,所述技术规格可以包括位置、切割深度、切割长度、宽度等等。作为示例,切割深度可以小于大约5 mm,并且可以小于大约2 mm。作为示例,一种方法可以包括利用粗加工砂轮,并且然后利用精加工砂轮,所述砂轮可以关于粒度等等评定。
图15示出可以用于形成一个或多个沟槽的轮廓1500的一些示例。如图所示,轮廓可以是对称或不对称的。轮廓1501包括带有两个谷的中心脊,轮廓1502包括从中心偏移的深谷,轮廓1503包括带有倒圆壁的平坦谷床,轮廓1504包括带有倾斜壁的平坦谷床,轮廓1505包括半圆形形状,轮廓1506包括稍微抛物线形状,轮廓1507包括带有单个倾斜壁的平坦床,轮廓1508包括带有笔直部分的两个倾斜部分,并且轮廓1509包括V形状。
关于沟槽形成,可以利用沟槽或槽铣削(milling)、键槽铣削、可选地随后侧面铣削等等。作为示例,沟槽可以使用切割技术形成为切口。
作为示例,沟槽可以具有一个或多个轮廓,诸如例如,椭圆形、透镜状、多边形(例如,三角形、矩形等等)、圆形等等中的一者或多者。
作为示例,沟槽可以具有透镜状形状的开口,其可以表示在弯曲表面(例如圆柱形形状的销部分的表面)上。
作为示例,沟槽可以是体积的。作为示例,沟槽可以由表面(诸如例如,体积几何体的一部分的表面)限定。例如,考虑椭球体,其可以是扁长或扁圆的。作为另一示例,考虑抛物面。作为示例,沟槽的体积可以由透镜状旋转体的一部分表示,其中透镜状形状可以由两个弧形(例如,两个圆、两个椭圆等等)的相交限定。
关于扁长椭球体,其可以是“尖的”、而非“压扁的”的椭球体,即,其极半径c大于赤道半径a,因此c > a的椭球体(例如,心轴形椭球体)。对称蛋形物在两端处可以包括相同形状,并且可以近似扁长椭球体。扁长椭球体是通过围绕椭圆的长轴旋转所述椭圆获得的回转表面,并且具有以下笛卡儿方程:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
作为示例,可以形成胶囊形状的一部分,其中胶囊是回转运动场形状,所述回转运动场形状是在任一端部上具有两个半球形帽的圆柱。作为示例,可以形成具有一个或两个圆锥形端部的扁长椭球体的一部分。
如所解释的,可以在销和/或轴承中提供沟槽,其中所述沟槽相对于销的纵向轴线(例如,或轴承的开口的轴线等等)延伸轴向长度。作为示例,可以使用具有沿着销的纵向轴线的z轴的圆柱形坐标系限定一个或多个沟槽。作为示例,可以在单独的坐标系中限定沟槽,其可以用于可与圆柱形坐标系重叠或相交的对应形状(例如,几何形状等等)。例如,考虑相对于回转轴线限定的透镜状回转体,其中所述透镜状回转体可以相对于在圆柱形坐标系中表示的销的表面和/或轴承的表面定位,使得销的一部分和/或轴承的一部分可以变成部分由所述透镜状回转体的一部分表示的沟槽。
如所解释的,防转销和轴承中的开口可以实现涡轮增压器中的各种功能。例如,考虑转子组在中心壳体的孔内的轴向定位,其中销可以将转子组的推力负载从轴承(例如,外圈或轴颈)传输到中心壳体,并且其中销可以限制(例如,抵抗)轴承(例如,外圈或轴颈)的一定量的旋转。至少部分安置在轴承的开口中的防转销的不期望功能可以为噪声和振动从转子组到中心壳体提供传输路径。
在各种类型的涡轮增压器中,在操作期间,至少部分安置在轴承的开口中的防转销可以是转子组与中心壳体之间的唯一金属对金属连接。如所解释的,在操作期间(例如,足够润滑剂压力等等),外圈可以由润滑剂的薄膜支撑在中心壳体的孔中,所述润滑剂的薄膜可以是挤压膜阻尼器(SFD)。
如所解释的,销和/或轴承可以设置有一个或多个沟槽,所述沟槽可以与SFD流体连通,使得所述一个或多个沟槽可以接收润滑剂。例如,考虑销,其中接近销的端部添加轴向沟槽特征,其中存在于中心壳体与外圈之间的一些润滑剂在轴向沟槽特征中流到销与外圈中的销孔(例如,参见外圈310的开口370)之间的界面区。在此示例中,在此界面处存在润滑剂促进润滑剂的膜形成在销与外圈之间,所述润滑剂的膜形成阻尼元件以降低振动从外圈到销的可传输性。关于轴承,考虑图12A和图12B的轴承1230,其中表面1236可以是可以相对于壳体的孔的表面形成润滑剂膜区域的表面。如图所示,开口1237在表面1236中,使得润滑剂可以例如如图所示经由图12B的区域1211、1212、1213和1214流到沟槽1231、1232、1233和1234中的一者或多者中。
如所解释的,可以经由一个或多个过程形成沟槽特征(例如,沟槽),所述过程可以包括轧制和/或机加工,其可以例如在车削之后实施。如所解释的,过程可能涉及从销去除材料(例如,参见图14B)和/或从轴承去除材料(例如,参见图14C)。
可以选择沟槽位置和/或长度,使得一定量的重叠出现在中心壳体的孔壁与外圈之间存在的间隙中,其中所述沟槽可以轴向延伸到外圈与销之间的界面中。
再次参考图11A和图11B,可以构造沟槽并且定位销,使得所述沟槽并不轴向延伸超过外圈的内直径(例如,参见图11A)。在期望向内到达由外圈的内直径限定的空间的额外润滑剂流的情况下,沟槽可以延伸超过外圈的内直径;然而,此布置可能旨在将润滑剂的短路限制到轴承组件中,由此经由外圈的润滑剂喷口的润滑剂流减少到提供到滚动元件的润滑剂不足的程度。在消除短路的风险的情况下,在组装好的涡轮增压器组件中,销的一个或多个沟槽的端部可能缺少外圈(例如,或轴颈)的内表面,使得润滑剂膜区域(例如,参见润滑剂膜区域392)中的润滑剂并不过多地流过所述一个或多个沟槽,并且进入到轴承组件(例如,REB组件)中。
如在图12A的示例中所示,沟槽1231、1232、1233和1234并不延伸到轴承1230的内表面1239,这可以帮助降低润滑剂短路的风险,其中期望降低此风险。如所解释的,壁1235可以从表面1236延伸到表面1239,并且可以是横向孔的一部分(例如,具有相交轴线的圆柱等等)。在给定几何形状的情况下,其中将沟槽在轴上的长度用于离轴的沟槽,因为壁1235离轴时可以更厚,因此,可以确保所述长度对于短路来说不够长,这取决于销延伸到开口1237中并且重叠壁1235的程度。
可以选择例如沟槽的宽度、沟槽的数目、一个或多个沟槽的取向等等参数,以便保留足够表面用于销与限定所述销的开口的外圈的表面之间的接触。例如,沟槽深度可以用于体积增加、而非沟槽宽度,使得接触表面足够。当接触表面减小时,由销的特定表面区域经历的力可以增加,这可能对销造成一定量的磨损,例如,在沟槽的边缘处。在沟槽宽度受限的情况下,接触可能更均匀,使得沟槽的边缘足够靠近以经历共同水平的力(例如,应力等等)。在沟槽宽度太宽的情况下,一个边缘可能经历不同于另一边缘的力水平,这可能导致一个边缘的每单位面积的更高的力和更大的磨损量。
作为示例,销和/或销插口可以包括倒角(斜面),所述倒角(斜面)可以形成用于定位和/或干涉配合的引导件,这可以帮助使力更均匀地分布在开口的圆周周围,这可以允许压缩更多是逐渐发生,使得按压操作可以更平滑、更容易控制等等。作为示例,轴承的开口周围的肩部可以包括一个或多个倒角,其可以实现可以流入限定所述开口的轴承的壁中的一个或多个沟槽的润滑剂的填充。
关于热控制,各种材料在加热时膨胀,并且在冷却时收缩。如此,销可以被冷却(例如,和/或壳体可以被加热,这取决于材料、应力等等)。作为示例,热控制过程可以包括一个或多个部件的加热和/或冷却,其中在环境温度下(例如,并且在涡轮增压器的操作温度下),压缩由销插口中的销的热平衡引起。此过程可以是收缩配合过程。作为示例,销可以使用一种或多种试剂(例如,处于大约-78.5摄氏度的二氧化碳、处于大约-196摄氏度的液氮等等)来冷却。在低于环境温度的状态下(例如,低于大约20摄氏度),其中带有销插口的壳体可以至少处于环境温度,经冷却的销可以定位在销插口中,使得经冷却的销与销插口的接触表面相互接触以限制轴向移动。在此状态下,销和壳体可以保持在此位置中,直到销的温度升高,使得销的直径膨胀以形成干涉配合。
作为示例,涉及冷却销的热过程对于涡轮增压器的寿命可能更有效,因为用于热膨胀的加热(例如,高于环境温度)可能引入一种或多种类型的材料性质变化(例如,回火等等),可能引入不期望的应力等等。
作为示例,经由热过程干涉配合的销可能是无疤的,因为销的接触表面并不按将刮伤销的接触表面的方式抵靠销插口的接触表面平移或旋转。在此方法中,销的一个或多个表面可能无划痕等等,这可能意味着,避免碎屑,与有疤痕部分相比,带有孔口的轴承由销的更平滑的部分定位。
作为示例,销可以由低合金钢制成。作为示例,中心壳体可以由铸铁(例如,灰铸铁)制成。作为示例,销可以是机加工部件(例如,由低合金钢的坯料圆柱形成等等)。作为示例,中心壳体的销插口可以经由机加工铸造中心壳体形成。
作为示例,销可以包括端部插口,所述端部插口可以具有M构造(例如,M4等等)。作为示例,在用于中心壳体的机加工装备包括用于螺纹销插口的一个或多个工具的情况下,此一个或多个工具可以根据“M”构造确定大小,这具体来说是钻头大小。例如,考虑使用7mm钻头大小的用于M8 x 1螺纹插口的机加工过程。在此示例中,7 mm直径的插口可以形成为具有所期望的轴向长度,其中7 mm直径的插口可以被攻丝以形成螺纹,或者可以不被攻丝(未攻丝),使得其是无螺纹的。在插口包括7 mm直径部分的情况下,销可以包括变到较大直径部分的较小直径部分,其中较大直径部分具有超过7 mm大约0.005 mm至大约0.1 mm(例如,7+ mm)的直径,目的是在壳体的插口的7 mm直径部分的至少一部分与销的7+ mm直径部分的至少一部分接触时形成干涉配合。作为示例,销的一部分的直径可以比销插口的一部分大大约0.015 mm至大约0.05 mm,或者例如,比销插口的一部分大大约0.02 mm至大约0.04 mm,目的是形成干涉配合。
以下的表1示出“M”构造的一些示例性尺寸。
Figure 151013DEST_PATH_IMAGE002
作为示例,一种涡轮增压器组件可以包括:壳体,所述壳体包括由孔壁限定的孔和在所述孔壁中形成开口的销插口;轴承,所述轴承包括由销开口表面限定的销开口;销,其中所述销包括纵向销轴线和销表面;沟槽,所述沟槽在所述销开口表面或所述销表面中,其中所述沟槽具有轴向长度;其中,在轴承在所述孔中并且所述销在所述销插口中、其中所述销的一部分在所述销开口中的定位好的状态下,在所述轴承与所述孔壁之间存在空隙,其中所述沟槽与所述空隙流体连通以形成从所述空隙到所述销表面与所述销开口表面之间的界面的润滑剂供应路径。
作为示例,沟槽可以在销表面中,其中所述沟槽的轴向长度重叠轴承-孔壁空隙的至少一部分和轴承中的销开口表面的至少一部分以形成从所述空隙到所述销表面与所述销开口表面之间的界面的润滑剂供应路径。
作为示例,轴承可以是滚动元件轴承组件(例如,REB组件)。
作为示例,轴承可以包括外圈,其中销开口表面是外圈的表面(例如,限定销开口的壁表面,其可以例如是与外圈的纵向孔相交的横向孔)。
作为示例,轴承可以是轴颈轴承。轴颈轴承可以是一体式部件,其是一片材料。轴颈轴承可以沿着孔壁包括一个或多个轴颈表面,所述轴颈表面相对于带有一个或多个轴颈表面的可旋转轴形成一个或多个对应的润滑剂膜区域,其中所述可旋转轴由轴颈轴承可旋转地支撑在壳体(例如,中心壳体)中。
作为示例,轴承可以使用至少部分安置在轴承的销开口中的销来定位,其中所述销可以用于限制所述轴承的轴向和/或旋转移动,同时例如允许径向方向(例如,沿着销轴线的方向)上的一定量的移动。在径向方向上的移动可以在轴承的外表面与壳体的孔的内表面之间实现润滑剂膜厚度的一些变化。
作为示例,轴承与壳体的孔壁之间的空隙可以限定一个或多个润滑剂膜区域。例如,考虑相邻于轴承的销开口的润滑剂膜区域。作为示例,润滑剂膜区域可以是或者可以包括挤压膜阻尼器区域(例如,充当挤压膜阻尼器(SFD))。
作为示例,销的销表面可以包括多个沟槽,和/或轴承的销开口表面可以包括多个沟槽。作为示例,沟槽可以是销表面中的沟槽,并且另一沟槽可以是销开口表面中的沟槽。
作为示例,涡轮增压器组件在销在轴承的销开口中的定位好的状态下,沟槽可以与接收轴承的至少一部分的壳体的孔的纵向轴线对准。在此示例中,在所述定位好的状态下,轴承可以在沿着纵向轴线的方向上平移以在所述销表面与所述销开口表面之间形成接触。作为示例,在所述定位好的状态下,沟槽可以正交于所述壳体的所述孔的纵向轴线取向。在此示例中,在所述定位好的状态下,轴承可以顺时针方向或逆时针方向旋转以在所述销表面与所述销开口表面之间形成接触。
作为示例,沟槽可以在平面中包括V形轮廓,其中销(例如,接收或可接收在轴承的销开口中)的纵向销轴线法向于所述平面。作为示例,销的销表面可以包括具有V形轮廓的沟槽,和/或轴承的销开口的销开口表面可以包括具有V形轮廓的沟槽。作为示例,在销表面中和销开口表面中存在沟槽的情况下,沟槽轮廓可以不同或者可以类似;注意,销沟槽可以形成径向向内指向(进入销)的销的圆柱形外表面,并且销开口沟槽可以形成径向向外指向(进入轴承)的轴承的圆柱形表面。
作为示例,沟槽可以是销表面沟槽,其中沟槽的轴向长度的一部分与壳体(例如,中心壳体)的销插口重叠。作为示例,壳体的销插口可以是与壳体的通孔相交以在壳体的通孔的壁中形成开口的横向孔,其中销可以从开口延伸一定距离到所述通孔中,例如,足以使销的一部分接收在至少部分安置在壳体的通孔中的轴承的销开口中的距离。
作为示例,销表面可以包括金属,并且轴承的销开口表面可以包括金属。在此示例中,在所述涡轮增压器组件的操作状态下,从所述空隙到所述销表面与所述销开口表面之间的所述界面的所述润滑剂供应路径供应润滑剂,所述润滑剂减弱所述界面处由所述轴承的移动产生的能量。
作为示例,涡轮增压器组件可以包括与销与轴承之间的界面(例如,由销表面和销开口表面限定的界面)流体连通的至少四个沟槽,其中所述轴承的移动包括旋转移动和轴向移动中的至少一者,并且其中销限制此移动(例如,至小于大约10度的量、至小于大约5mm的量等等)。
作为示例,沟槽可以是销的销表面沟槽,其中所述销包括头部部分,所述头部部分包括用于所述沟槽在所述壳体的所述孔中的取向的标记。在此示例中,可以期望对准所述沟槽以针对一个或多个问题,例如一个或多个NVH问题。例如,在发现涡轮增压器组件在操作期间展现一个或多个NVH问题的情况下,可以取向(例如,旋转等等)销以取向沟槽,其中所述沟槽可以在至少部分由销的表面限定的界面处提供润滑剂。此方法可以针对在特定操作条件(例如,涡轮增压器轴的旋转速度、内燃发动机的旋转速度等等)下出现的特定NVH问题。作为示例,销可以包括多个沟槽,其中所述销可以按帮助减轻一个或多个NVH问题的方式取向。如所解释的,标记可以促进对准和/或知道什么对准能够帮助减轻一个或多个NVH问题。
作为示例,沟槽可以是销的销表面沟槽,其中所述销包括端部表面,并且其中所述沟槽并不延伸到所述端部表面。
作为示例,沟槽可以是销的销表面沟槽,其中壳体的销插口包括配合区域,其中所述销包括配合区域以相对于销插口的配合区域将销紧固在销插口中,并且其中所述沟槽安置在销在配合区域与端部表面之间的区域中。
作为示例,一种方法可以包括:在涡轮增压器的操作期间,使润滑剂流到轴承与壳体的孔壁之间的润滑剂膜区域,其中销从所述孔壁中的开口延伸到由所述轴承的销开口表面限定的销开口中,并且其中在所述销的销表面与所述轴承的所述销开口表面之间的界面处存在沟槽;以及使所述润滑剂的至少一部分经由所述沟槽从所述润滑剂膜区域流到所述销开口表面与所述销表面之间的所述界面。此方法可以帮助减轻一个或多个问题,诸如例如,在涡轮增压器组件的操作期间可能出现的一个或多个NVH问题。作为示例,在前述示例性方法中,所述润滑剂的所述至少一部分在所述界面处可以减弱由所述轴承的移动产生的能量。例如,一种方法可以包括减弱通过移动轴承产生的能量,其中移动轴承在操作内燃发动机并且使排气流到包括所述轴承的涡轮增压器的同时发生。
虽然在附图中已经示出并且在前述具体实施方式中已经描述了方法、设备、系统、布置等等的一些示例,但是将理解,所公开的示例性实施例不是限制性的,而是能够具有许多重新布置、修改和替换。

Claims (18)

1.一种涡轮增压器组件,其包括:
壳体,所述壳体包括由孔壁限定的孔和在所述孔壁中形成开口的销插口;
轴承,所述轴承包括由销开口表面限定的销开口;
销,其中,所述销包括纵向销轴线和销表面;
沟槽,所述沟槽在所述销开口表面或所述销表面中,其中,所述沟槽包括轴向长度;
其中,在轴承在所述孔中并且所述销在所述销插口中、以及其中所述销的一部分在所述销开口中的定位好的状态下,在所述轴承与所述孔壁之间存在空隙,其中,所述沟槽与所述空隙流体连通,以形成从所述空隙到所述销表面与所述销开口表面之间的界面的润滑剂供应路径。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件,其中,所述沟槽在所述销表面中,并且其中,所述沟槽的所述轴向长度与所述空隙的至少一部分和所述销开口表面的至少一部分重叠,以形成从所述空隙到所述销表面与所述销开口表面之间的所述界面的润滑剂供应路径。
3.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件,其中,所述轴承包括滚动元件轴承组件。
4.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件,其中,所述轴承包括外圈,其中,所述销开口表面是所述外圈的表面。
5.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件,其中,所述轴承是轴颈轴承。
6.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件,其中,所述空隙限定润滑剂膜区域。
7.根据权利要求6所述的涡轮增压器组件,其中,所述润滑剂膜区域包括挤压膜阻尼器区域。
8.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件,其中,所述销表面包括多个沟槽。
9.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件,其中,所述销开口表面包括多个沟槽。
10.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件,其中,所述沟槽是所述销表面中的沟槽,并且进一步包括所述销开口表面中的另一沟槽。
11.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件,其中,在所述定位好的状态下,所述沟槽与所述壳体的所述孔的纵向轴线对准。
12.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件,其中,在所述定位好的状态下,所述轴承可平移,以在所述销表面与所述销开口表面之间形成接触。
13.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件,其中,在所述定位好的状态下,所述沟槽正交于所述壳体的所述孔的纵向轴线取向。
14.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件,其中,在所述定位好的状态下,所述轴承可顺时针方向或逆时针方向旋转,以在所述销表面与所述销开口表面之间形成接触。
15.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件,其中,在所述涡轮增压器组件的操作状态下,从所述空隙到所述销表面与所述销开口表面之间的所述界面的润滑剂供应路径供应润滑剂,所述润滑剂减弱所述界面处由所述轴承的移动产生的能量。
16.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件,其包括至少四个沟槽,其中,所述轴承的移动包括旋转移动和轴向移动中的至少一者。
17.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件,其中,所述沟槽是销表面沟槽,并且其中,所述销包括头部部分,所述头部部分包括用于所述沟槽在所述壳体的所述孔中取向的标记。
18.根据权利要求1所述的涡轮增压器组件,其中,所述沟槽是销表面沟槽,其中,所述销包括端部表面,并且其中,所述沟槽并不延伸到所述端部表面。
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