CN1350110A - 涡轮机 - Google Patents

Abstract

一种涡轮增压器,其中,驱动轴的一端支承一涡轮机,该涡轮机用内燃机的排气驱动。该驱动轴的远离涡轮的一端支承一个驱动连接机构,该驱动连接机构与发动机的输出轴相连。该轴通过靠近涡轮的第一轴承和靠近驱动连接机构的第二轴承支承在壳体上。该第一和第二轴承分别确定了一个内轴承表面和一个外轴承表面,轴相对于该内轴承表面旋转,而该外轴承表面相对于壳体旋转。该第一和第二轴承机械连接在一起,这样,它们以相同的转速相对于壳体旋转。将两轴承连接在一起保证施加在靠近驱动连接机构一端的轴承上的定向力将由从在轴的另一端上的轴承传递的力矩来承受,该定向力可能导致轴承咬合。

Description

涡轮机

技术领域

本发明涉及一种涡轮机，尤其是涉及在涡轮活塞混合发动机中的动力涡轮机。

技术背景

涡轮增压器包括一驱动轴，该驱动轴的一端支承一涡轮机，该涡轮机布置成由内燃机的排气驱动。在汽车的重型柴油发动机中，涡轮增压器轴通常由两个分开的浮动轴承支承在壳体上，这两个浮动轴承通过卡簧或其它普通机构保持就位。在完全浮动轴承中，轴相对于由轴承体确定的内轴承表面旋转，该轴承体还确定了一个外轴承表面，该外轴承表面自身相对于周围的壳体旋转。在涡轮增压器中，轴的远离涡轮的一端仅驱动压气机，该压气机用于将空气传送给发动机。

在涡轮活塞混合发动机中，两个涡轮机串联提供，这两个涡轮机都由发动机的排气驱动。一个涡轮机驱动压气机，该压气机用于将压缩空气传送给发动机，另一个涡轮机，即动力涡轮机用于生成额外的动力，该动力通过机械连接而传递。例如，在动力涡轮机中，一个齿轮可以固定在轴的远离涡轮机的一端，该齿轮用于将动力传递给合适的联轴器，例如流体联轴器或其它驱动机构，并传递给发动机的曲柄轴。不过，该动力可以通过其它装置传递，例如通过液压或电力。

在动力涡轮机中，所产生的额外动力通过在涡轮轴上的齿轮传递给发动机的曲柄轴，与普通只驱动压气机的涡轮增压器的负载相比，动力涡轮机施加到轴的轴承系统上的负载不同。在普通的涡轮增压器中，不平衡的力和轴的振动力都由轴颈油膜承受，该轴颈油膜环绕内外轴承的周围均匀分布，因此在系统上没有离开轴的外力。相反，在动力涡轮机中，支承在轴的远离外力的一端的齿轮驱动器产生作用力，该作用力在涡轮轴上产生了了向外的力。该外力明显增大了负载，尤其是在最靠近齿轮的轴承上。因此，普通的浮动轴承结构并不适用于动力涡轮的齿轮端(或其它驱动连接端)。这是由于在完全浮动轴承中的油膜所承受的负载需要在内外轴承表面相对旋转。不过，在轴的齿轮端的定向负载使得轴移动，这样，在轴承的与施加的力相反的一侧处的油膜将变得非常薄。在高动力传输时，该定向负载能够变得非常大，这样，在极限情况下，浮动装置在壳体内特征旋转。由此，轴承的负载能力下降，并可能产生轴承的失效。因此，普通的动力涡轮在轴的驱动连接端有某种形式的固定轴承装置，通常为滚珠轴承组件。

发明内容

本发明的目的是减小和解决上述问题。

根据本发明，提供了一种涡轮增压器，该涡轮增压器包括一驱动轴，该驱动轴的一端支承一涡轮机，该涡轮机布置成用内燃机的排气驱动，该驱动轴的另一端支承一个驱动连接机构，使用时，该驱动连接机构与发动机的输出轴相连，其中，该轴通过靠近涡轮机的第一轴承和靠近驱动连接机构的第二轴承支承在壳体上，该第一和第二轴承分别确定了一个内轴承表面和一个外轴承表面，轴相对于该内轴承表面旋转，而该外轴承表面相对于壳体旋转，该第一和第二轴承机械连接在一起，这样，它们以相同的转速相对于壳体旋转。

在本发明的实施例中，靠近轴的涡轮端的轴承的驱动作用用于使在轴的另一端的、有更高定向负载的齿轮保持旋转速度。因此，当较高的齿轮负载作用到轴上时，在轴的远离涡轮机的一端上的轴承能防止由于驱动力矩而减速和失去承载能力，该驱动力矩是从在轴的靠近涡轮机的一端上的低定向负载轴承传递的。

齿轮端轴承的驱动作用通过改变内外油膜的相对表面积和工作间隙以及通过抵靠轴肩的轴承端头表面的面积来提供。

优选是，该第一和第二轴承由单个的管状体形成，轴通过该管状体延伸。该方法的吸引力在于制造方便，因此，在某些小的涡轮增压器中，可以用单件式浮动轴承来作为底成本的轴承装置。不过，以前并没有认识到单件式浮动轴承可用作高负载轴承，而本发明提出将该轴承用于动力涡轮中。

还可以提供一种多部件轴承组件，在该轴承组件中，第一和第二轴承通过单独的管相互连接，轴通过该管延伸。该单独的管将通过合适装置锁定，以防止相对于轴承旋转，该合适装置例如互锁的castellation。

在轴承组件上可以提供有径向孔，以便提供滑油排出通道。该第一和第二轴承可以确定有轴向相对的端头表面，该端头表面抵靠固定凸肩，该端头表面的径向厚度等于或小于内外轴承表面之间的径向距离。

附图说明

下面将参考附图并通过实例类说明本发明的实施例，附图中：

图1是本发明的涡轮增压器的剖视图；

图2是包含于图1中的涡轮增压器中的单件式轴承的透视图；

图3是图2中的轴承的轴向剖视图；

图4是沿图3中的线4-4的剖视图；

图5是沿图3中的线5-5的剖视图；以及

图6是表示图2的轴承的一种可能变化形式的剖视图。

具体实施方式

参考图1，所示涡轮增压器包括一轴1，该轴1在其一端支承一个涡轮2，在其另一端支承一个驱动齿轮3。该轴1支承在一个单件式管状轴承4中，该管状轴承4轴承在壳体5内。壳体5固定在确定有涡壳7的本体6上，内燃机的排气通过该涡壳7进入并将力矩作用在涡轮2上。热屏蔽8使轴承组件免受驱动涡轮2的热气体的作用。

轴承4的一端抵靠由轴确定的轴肩9，而轴承4的另一端抵靠法兰10，该法兰10形成推力轴承的一部分，该推力轴承保持轴承4和轴1的轴向位置。轴承4的结构如图2至5详细表示。

参考图2至5，轴承4确定了具有内轴承表面11和外轴承表面12的第一轴承以及具有内轴承表面13和外轴承表面14的第二轴承。表面11、12、13和14确定在管状体的末端，该管状体有中间部分15，该中间部分15的内外径分别小于内轴承表面11、13和外轴承表面12、14的直径。滑油通道16在内外轴承表面之间延伸，在该中心部分15可以提供有滑油排出口17，以便保证滑油能够从内轴承表面自由排出。管状轴承的轴向末端18的外径与外轴承表面12、14的直径相同，内径大于内轴承表面11、13的内径。

因为轴承4形成单件，因此在其两端确定的轴承必须以相同转速旋转。这样，支承轴的靠近齿轮3的一端的轴承表面的转速必须与支承轴的靠近涡轮2的一端的轴承表面的转速相同。因此，在轴的靠近齿轮3的一端高负载能防止减速和由此造成的相邻轴承表面的承载能力的降低。

在图示实例中，轴承4由单个部件形成。该单个部件的中心部分15的内径大于涡轮轴的直径，外径小于相邻壳体的直径，从而避免流体动力阻力阻碍轴的旋转。不过，这并不是本发明的所有实施例所必须的。而是，轴承的中心部分的比例可以改变，以便使轴承上的气动力正确平衡。例如，可以但不是必须，沿内径提供有一凹口，以便使轴承速度最大。这样，在本发明的可选实施例中，中心部分15的内径可以小于或大于图中所示，例如可以等于表面11和13的直径。类似的，中心部分15的外径可以小于或大于图中所示，例如可以等于表面12和14的直径。

轴承体4的端部的径向厚度确定了表面18，该径向厚度可以根据需要调节，以便改变端部表面18的面积，从而保证轴承体4的合适旋转速度。例如，管状轴承结构的轴向端头18的外径可以小于外轴承表面12和14的直径，内径可以等于内轴承表面11和13的直径。

轴承4可以不是形成单件管的形式，而是成两个分开的轴承的形式，这两个轴承通过布置成与该轴承啮合的管而连接起来，这样，这两个轴承确定成以相同的速度旋转。

可以用卡簧或类似物来轴向定位该轴承4，使用该卡簧或类似物可以避免如图中实施例所示那样将轴承4布置成轴向抵靠在涡轮轴上的轴肩9和抵靠在轴的齿轮端的推力轴承法兰10。

图2中的轴承的还一可能的变化形式如图6所示，该图是与沿图2中的线4-4的剖面图类似的剖面图，都是轴承进行了变化，其中，在轴承的外表面上提供有环形槽19。该槽19与滑油通道16的开口相连，并保证壳体5中的滑油供给孔不会堵塞，滑油是从该滑油供给孔供给轴承。

Claims (6)

1.一种动力涡轮机，包括一驱动轴，该驱动轴的一端支承一涡轮机，该涡轮机布置成用内燃机的排气驱动，该驱动轴的另一端支承一个驱动连接机构，使用时，该驱动连接机构与内燃机的输出轴相连，其中，该轴通过靠近涡轮的第一轴承和靠近驱动连接机构的第二轴承支承在壳体上，该第一和第二轴承分别确定了一个内轴承表面和一个外轴承表面，轴相对于该内轴承表面旋转，而该外轴承表面相对于壳体旋转，该第一和第二轴承机械连接在一起，这样，它们以相同的转速相对于壳体旋转。

2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其中：该第一和第二轴承由单个管形体形成，轴穿过该管形体延伸。

3.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其中：该第一和第二轴承是分离的部件，它们通过一管形体相互连接，轴穿过该管形体延伸。

4.根据权利要求2或3所述的涡轮增压器，其中：该管状体确定了径向孔，以便提供滑油排出通道。

5.根据前述任意一个权利要求所述的涡轮增压器，其中：该第一和第二轴承确定了轴向相对的端头表面，该端头表面抵靠固定凸肩，该端头表面的径向厚度等于或小于内外轴承表面之间的径向距离。

6.一种涡轮增压器，基本如本文中参考附图1至5所述。

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