CN1201105A - 涡轮增压器用的推力轴承结构 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮增压器用的推力轴承结构,它包括一具有独立的正向和反向推力轴承的推力轴承单元,和一设置在涡轮轴上并介于正向和反向推力轴承之间的推力件。正向推力轴承和反向推力轴承在涡轮轴的径向与涡轮轴有一定间隔,润滑油提供给正向推力轴承和推力件之间的第一接触区域。一设置在轴承室中的导油部分用于进一步向推力件和反向推力轴承之间的第二接触区域供给润滑油。一设置在涡轮轴上的密封件,它与正向推力轴承的内圆周面形成滑动接触。

Description

涡轮增压器用的推力轴承结构
本发明涉及一种涡轮增压器用的推力轴承结构。
本发明的受让人/申请人曾提出多种涡轮增压器用的推力轴承结构。例如，在如下日本实用新型的申请中公开了这些推力轴承的结构，公开出版物Nos.4-119624，出版日期是1992年10月26日，Nos.5-12634，出版日期是1993年2月19日，以及Nos.5-12635，出版日期是1993年2月19日。日本出版物Nos.4-119624的推力轴承结构如附图3所示。图3显示出涡轮增压器“s”的压缩器一侧。推力轴承单元“a”包括一个正向推力轴承“b”和一个反向推力轴承“c”。一输油道“e”延穿过轴承室“f”和正向推力轴承“b”，并与正向推力轴承“b”的衬垫端面“d”相通。由油道“e”供给正向推力轴承“b”的油还被作为轴承室“f”一部分的导向件“g”导入反向推力轴承“c”的衬垫端面“h”。涡轮轴“i”具有一个横截面为“L”型的推力轴套“j”，推力轴套“j”固定在轴上。推力轴套“j”位于正向推力轴承“b”和反向推力轴承“c”之间，并作为涡轮轴“i”的一个推力元件。
在涡轮增压器“s”运行时，涡轮轴“i”一般向附图的右侧(即正向推力轴承的方向)移动，推力轴套“j”经常压靠正向推力轴承“b”的衬垫端面“d”。在此情况下，油直接供给衬垫端面“d”以便起润滑作用。另一方面，在涡轮轴“i”向左侧(即反向推力轴承的方向)移动时，推力轴套“j”就相应地压靠反向推力轴承“c”的衬垫端面“h”，由导向件“g”导入的油润滑衬垫端面“h”。这样，正向和反向推力轴承“b”和“c”同时被有效地润滑了。适当的润滑能够避免涡轮增压器“s”由于摩损而性能变坏。
涡轮轴“i”其上固定有一个甩油器“k”和一个压缩机轮“P”，它们在图中的右侧方向分别与推力轴套“j”相邻。甩油器“k”具有一个径向扩大的甩油环部“m”，甩油环部的一端面与正向推力轴承“b”之间具有一定的空隙。甩油环部“m”处于压缩机侧的另一端面与挡油圈“o”之间具有一定的空隙。挡油圈“o”夹持在轴承室“f”和密封板“n”之间。甩油环“m”和挡油圈“o”的结合避免了油漏向压缩机。甩油环“m”分散油，挡油圈“o”聚集被分散的油，并将这些油导向排油管(未示)。涡轮增压器“s”在涡轮轴“i”的左侧还具有一个涡轮(未示)。
本发明人通过试验发现在附图3所示的常用结构中通常将一必要且足够数量的油提供给了推力轴承“b”和“c”，但是这些油的数量非常小。因此，即使去掉用来分散油的甩油环“m”和挡油圈“o”，也基本上无油泄漏出来。特别是，如果甩油器“k”去掉了用作旋转件的甩油环“m”，转动惯量就会减小。转动惯量的减小会使涡轮增压器的性能得到改善。
另一方面，当然最好是为了安全和可靠起见，推力轴承结构装备有一个防油漏的部件。
本发明的目的是提出一种无甩油环和挡油圈、但设有一个防油漏的替换件的涡轮增压器用的推力轴承结构，该替换件只形成一较小的转动惯量(特别是在甩油环“m”位置的转动惯量减小了)。
根据本发明的一个方面，提供一种涡轮增压器用的推力轴承结构，它包括一推力轴承单元，该单元具有在涡轮轴的纵向和径向相互隔开的独立正向和反向推力轴承；一用于容设推力轴承的轴承室；一设置在涡轮轴上并介于正向和反向推力轴承之间的推力件，润滑油供给正向推力轴承和推力件之间的第一接触区域；一设置在轴承室中的导油部分，它用于进一步向推力件和反向推力轴承之间的第二接触区域供给润滑油；一设置在涡轮轴上的密封件，它与正向推力轴承的内圆周面形成滑动接触。
该密封件能够防止润滑油从推力轴承结构中泄漏出去。而且，该密封件的外径一般小于正向推力轴承的内径。换句话说，密封件径向地位于正向推力轴承里面。因此，与具有径向扩大部件的常用结构相比，本结构仅产生了较小的转动惯量。
轴承室的导向部分可以完全绕推力件周向设置并与该推力件相距一定的空隙从而围绕推力件限定一个油室，一油道可以设置在轴承室中，它从油室延伸至涡轮增压器的涡轮侧。润滑油供给第一接触区域。另一方面，供给浮动金属件的润滑油最后到达第二接触区域。润滑油还通过油道传输给邻近的涡轮(例如，涡轮的油缸套)以便冷却涡轮。这样，就有效地使用了润滑油。涡轮一侧的轴承、密封件和涡轮也被润滑油冷却了。冷却涡轮能够改善涡轮增压器的性能。
图1表示本发明的涡轮增压器用的推力轴承结构的剖视图；
图2表示本发明第二个实施例的涡轮增压器用的另一个推力轴承结构的剖视图；
图3表示常用推力轴承结构的横剖面图。
现在，结合附图描述本发明的最佳实施例。
参见图1，它表示涡轮增压器33的压缩机一侧。涡轮增压器33的轴承室1具有一个垂直于涡轮轴3的细长的整块密封板2。涡轮轴3穿过轴承室1。涡轮轴3通过一浮动金属件4被径向浮动支撑以便它能够绕其轴心旋转。轴承室1还具有第一供油道5，以便该油道按图示的右向倾斜箭头向浮动金属件4提供润滑油。一夹持环6容设于设置在轴承室1的涡轮轴孔的内壁上的凹槽中以便限制浮动金属件4向图中的左侧移动。
设置在图中涡轮轴3的右侧的是一个压缩机轮7。涡轮机轮(未示)设置在涡轮轴3的左侧。因此，图1中，图的右侧是压缩机侧，左侧是涡轮机侧，右向是正向推力轴承的方向，左向是反向推力轴承的方向。
推力轴承单元8设置在轴承室1和密封板2之间的一个空间内。详细地说，推力轴承单元8设置成与轴承室1的压缩机侧的端面相接触。推力轴承单元8包括一正向推力轴承9和一反向推力轴承10。正向和反向推力轴承9和10是独立的元件。推力环11和甩油器12沿图中的右向依次地设置在涡轮轴3上。当压缩机轮7固定在涡轮轴3上时，推力环11和甩油器12紧固于涡轮轴3上。
正向推力轴承9通过一螺栓13固定在轴承室1上，而反向推力轴承10通过压装方式固定在轴承室1上。正向和反向推力轴承9和10通过它们的衬垫端面14和15夹住推力环11，因此推力环11能够与涡轮轴3一起旋转，但同时推力由衬垫端面14和15施加给了推力环11。推力环11是一个涡轮轴3用的推力件。第二油道16穿过轴承室1和正向推力轴承9，到达正向推力轴承9的衬垫端面14。润滑油从油源(未示)按图所示的向右箭头方向供给衬垫端面。轴承室1具有一个环形凹槽以容设反向推力轴承10，环形凹槽在横剖面限定了一个台阶部分。在推力环11上方的这个台阶部分17(也即导油部分)的端角使正向推力轴承9与反向推力轴承10相连接。导油部分17将来自第二输油道16的润滑油导向反向推力轴承10的衬垫端面15。
在涡轮增压器33运行过程中，如果涡轮轴3向图的右侧(也即正向推力轴承方向)移动，推力环11就压靠正向推力轴承9的衬垫端面14。润滑油直接输给推力环11和衬垫端面14之间的接触区域以便起润滑作用。因此，就能够保持衬垫端面14的润滑。另一方面，如果涡轮轴3向左侧(即反向推力轴承方向)移动，推力环11就压靠反向推力轴承10的衬垫端面15。此时，没有负载作用于对面的衬垫端面14上，这样来自第二油道16的油就能够更快地流动了。润滑油被导油部分17导入衬垫端面15。因此，也能够保持衬垫端面15的润滑。在此情况下，用少量的油就能够实现推力轴承单元的有效润滑。由于仅有少量的润滑油供给推力轴承单元8，所以基本不会发生油泄漏。应该明白，反向推力轴承10的衬垫端面15也被那些由第一油道5供给浮动金属件4的多余的油所润滑。
甩油器12在右端(或压缩机侧的一端)具有一伞状的扩大部18，一第一密封环(例如，活塞环)容设于设置在伞状部18的表面上的一环形凹槽内。在涡轮轴3旋转时，第一密封环19与密封板2的内圆周面形成滑动接触以防止油泄漏至压缩机室(未示)中。第一密封环19是对涡轮轴3的第一次密封。应该明白，如图3所示，常用的结构在甩油器“k”的伞状部也设有相似的密封环“t”。
在本发明中，甩油器12除了伞状部18外其余部分20是一个具有不变直径的圆柱形件。这部分大大地小于图3所示的常用结构的甩油器“i”。特别是，本发明的的甩油器12没有甩油环“m”。此外，对应于常用结构(图3)的推力轴套“j”，本发明的推力环11，其横截面不是一个“L”形状而是一个“I”形状。简而言之，图1所示的推力环11是一个环形板。相反，图中的甩油器12的圆柱形部20与图3所示的甩油器“i”相比向左侧是细长的，它与推力环11的右端面相邻接。正向推力轴承9的最里面23和甩油器12的圆柱形部20之间在径向有一定的缝隙。圆柱形部20设有一个圆周凹槽21，第二密封环(活塞环〕22容设于该凹槽21中。在涡轮轴3旋转时，第二密封环22与正向推力轴承9的内圆周面23形成滑动接触。第二密封环22使正向推力轴承9的中心孔23与甩油器12的圆柱形部20之间形成密封。第二密封环22是对涡轮轴3的第二次密封。第二密封环22在图3的常用结构中没有出现，它是本发明的特征。正向推力轴承9的中心孔23具有一个相对长的锥形部24，该锥形部24的直径逐渐地向压缩机轮7一侧扩展以便甩油器12与第二密封环22一起平滑地容设在中心孔23中。第二密封环22在安装到甩油器12上后，其直径就缩小。为了形成锥形部24，正向推力轴承9相对于压缩机轮7侧具有一个较厚的部分(或扩大部分)。同样的理由，密封板2的中心孔25具有一个锥形部以便和甩油器12的伞状部18的圆周形结构相一致。
在本发明中，没有设置常用结构(图3)的甩油环“m”，而是在涡轮轴3上设置了第二次密封装置。因此，即使发生油漏现象，也能阻止油漏向甩油器12的伞状部18。应该明白，几乎不可能发生油漏现象，这是因为如上所述只有很少量的润滑油供给了推力轴承单元8。在本发明中，由于没有设置常用结构(图3)的甩油环“m”和挡油圈“o”，转动惯量减小了，因此涡轮增压器33的性能就会改善。当然，也还可以把涡轮增压器33设计的更紧凑和更简单些，从而降低了涡轮增压器33的制造成本。
现在，结合图2描述本发明的第二个实施例。图1和图2中相同的图标表示相同的部件，这些部件有时就不描述了。
在本实施例中，正向推力轴承9的左端面在外周缘附近完全与轴承室1相接合。具体地说，正向推力轴承9具有一个向左延伸的大体为环形的延伸部分29，同时轴承室1具有一个与其相配合的向右延伸的环形延伸部分30。因此，设置在轴承室1中的导油部分17不仅位于推力环11上方，而且还位于其他部分。导油部分17在周向限定了一个环绕推力环11的环形壁，因而，导油部分17，推力环11，正向推力轴承9和反向推力轴承10就限定了一个环形空间(油室)28。油室28封闭了推力环11，它用作储存向第二油道6供给油的油室。在本图所示的实施例中，在轴承室1中设置油道31，该油道31从油室28延伸到靠近涡轮增压器33的涡轮机的油缸套(未示)中。因此，从输油道5和16供给油室28的润滑油还被输给油缸套以便冷却涡轮机。如果涡轮机被冷却了，涡轮增压器33的性能就能改善。总之，连接通道31有助于油的有效地使用和涡轮增压器性能的改善。
应该注意到本发明并不局限于上面所描述和图示的实施例。例如，如果没有第二密封环22也不会发生油漏现象，就可以省去第二密封环22。省去第二密封环22后，凹槽21和/或锥形面24也可一并省去。

Claims (17)

1.一种涡轮增压器用的推力轴承结构，它包括：
一具有一个正向推力轴承和一个反向推力轴承的推力轴承单元，正向和反向推力轴承在涡轮轴的纵向相互间隔，并在涡轮轴的径向也相互间隔；
一容设推力轴承单元的轴承室；
一设置在涡轮轴上并介于正向和反向推力轴承之间的推力件，同时润滑油供给正向推力轴承和推力件之间的一第一接触区域；
一设置在轴承室中的导油部分，它用于进一步地向推力件和反向推力轴承之间的第二接触区域供给润滑油；和
一设置在涡轮轴上的密封件，它容设在正向推力轴承和涡轮轴之间的空间中，以使密封件与正向推力轴承的内圆周面形成滑动接触。
2.如权利要求1所述的推力轴承结构，其特征在于：轴承室的导油部分以一定的空隙周向地环绕推力件，以限定一个环绕推力件的油室，一油道设置在轴承室中，它从油室延伸到涡轮增压器的涡轮机的附近以便进一步将润滑油传输到涡轮机的附近。
3.如权利要求2所述的推力轴承结构，其特征在于：油道延伸于涡轮机的油缸套以便使供给油缸的润滑油冷却涡轮机。
4.如权利要求1所述的推力轴承结构，其特征在于：密封件包括一个固定在涡轮轴上的大体是圆柱形的元件和一个容设在大体是圆柱形元件的环形凹槽中的密封环，以便使密环件与正向推力轴承的内圆周面形成滑动接触。
5.如权利要求4所述的推力轴承结构，其特征在于：大体是圆柱形元件是一个甩油器。
6.如权利要求4所述的推力轴承结构，其特征在于：密封环是一个活塞环。
7.如权利要求1所述的推力轴承结构，其特征在于：轴承室具有一个从油源到正向推力轴承的润滑油油道用的第一孔，正向推力轴承具有一个与第一孔相通的第二孔，第二孔用于将润滑油进一步地传输给第一接触区域。
8.如权利要求1所述的推力轴承结构，其特征在于：还有一些润滑油被供给涡轮增压器的径向轴承，推力轴承结构还包括向第二接触区域提供这些润滑油的部件。
9.如权利要求1所述的推力轴承结构，其特征在于：在涡轮增压器的压缩机轮安装在涡轮轴上时，推力件和密封件也被相对涡轮轴固定。
10.如权利要求4所述的推力轴承结构，其特征在于：在涡轮增压器的压缩机轮安装在涡轮轴上时，推力件和大体是圆柱形的部件也相对涡轮轴固定。
11.如权利要求4所述的推力轴承结构，其特征在于：大体是圆柱形的部件具有另一个环形凹槽以容设与密封板形成滑动接触的第二密封环，该密封板从轴承室径向向内延伸到压缩机轮附近。
12.如权利要求1所述的推力轴承结构，其特征在于：推力件是一个推力环。
13.如权利要求1所述的推力轴承结构，其特征在于：推力件具有一个与正向推力轴承相接触的第一衬垫端面和一个与反向推力轴承相接触的第二衬垫端面。
14.如权利要求1所述的推力轴承结构，其特征在于：推力件可旋转地置于正向和反向推力轴承之间。
15.如权利要求1所述的推力轴承结构，其特征在于：推力件是一个环形板。
16.如权利要求12所述的推力轴承结构，其特征在于：推力环是一个环形板。
17.如权利要求4所述的推力轴承结构，其特征在于：正向推力轴承的内圆周的直径基本是恒定的，并且稍微大于推力件和密封环之间的大体是圆柱形部件的直径，而且向涡轮增压器的压缩机一侧逐渐地增大。
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