CN210122935U - 用于内燃机的涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于内燃机的涡轮增压器，包含外壳(1)和废气端涡轮叶片(2)以及空气端涡轮叶片；连接废气端涡轮叶片(2)以及空气端涡轮叶片的轴(3)；和至少一个用于支撑轴(3)的径向作用的旋转轴承，其中，旋转轴承由流体动力学滑动轴承构成，其中，润滑剂在旋转轴承的完全环绕旋转方向的轴承间隙(8)中流动，且具有局部润滑剂压力，所述的轴承间隙(8)具有一种形状，通过该形状在旋转方向的两个规定的角度位置(W1、W2)处构成至少两个，尤其是恰好两个润滑剂压力的局部最大值(PM1、PM2)。

Description

用于内燃机的涡轮增压器

技术领域

本实用新型涉及一种用于内燃机的涡轮增压器。

背景技术

US 2017/0107896 A1说明了一种多涡旋增压器结构的废气涡轮增压器。对于该结构而言，两个不同组活塞的废气经过两个不同的通道冲击废气涡轮叶片的两个不同区域。

实用新型内容

本实用新型的任务在于，说明一种涡轮增压器，其中，轴的径向轴承结构较为稳定。

根据本实用新型，对于上述涡轮增压器，该任务通过一种用于内燃机的涡轮增压器加以解决，其包含外壳和废气端涡轮叶片以及空气端涡轮叶片；连接废气端涡轮叶片和空气端涡轮叶片的轴，和至少一个用于支撑轴的径向作用的旋转轴承，其中，旋转轴承由流体动力学滑动轴承构成，其中，润滑剂在旋转轴承的完全环绕旋转方向的轴承间隙中流动，且具有局部的润滑剂压力，所述的轴承间隙具有一种形状，通过该形状在旋转方向的两个规定的角度位置处构成所述润滑剂压力的至少两个局部最大值。

通过形状构成至少两个局部润滑剂压力最大值，作用于轴上的径向力通过润滑压力特别高的区域被拦截。由此降低轴和轴承壁接触和/或流体动力学润滑状态中断的风险。尤其是，润滑剂压力最大值规定的角度位置可以对轴的轴承结构的外部作用(例如特定方向的径向力)进行优化。

径向作用的旋转轴承优选是指仅径向作用的轴承。但原则上本实用新型包含的轴承也可以是既径向作用，也轴向作用的组合轴承。

通常，根据本实用新型可以构成涡轮增压器轴的所有径向作用的轴承。特别优选地，根据本实用新型至少构成一个布置于废气段涡轮区域的旋转轴承。

润滑剂一般优选为润滑油，优选为内燃机油回路的润滑油。

流体动力学滑动轴承尤其是指首先通过轴的旋转移动动态生成局部润滑剂压力分布的轴承。至少在这一类的调节操作中，轴和轴承壁不存在接触，因而形成完整环绕的轴承间隙。

在本实用新型一般有利的实施方式中，最大值的角度位置相互具有介于140°和180°之间，尤其是介于160°和180°之间的最小角距离。由此，压力最大值尽可能位于轴承间隙的相对侧，且可以支撑相互相对的力。

在本实用新型一般有利的实施方式中，涡轮增压器由多涡旋增压器构成，特别优选由双涡旋增压器构成，其中，润滑剂压力的至少两个局部最大值与废气端涡轮叶片的至少两个不同位置的进气区域分别具有一个相对角度位置。对于涡轮增压器的这一类结构形式而言，根据原理会出现交替的废气流，该废气流在不同的进气区域由于分配至其他气缸也会出现时间上的偏移。其结果是，形成径向向内作用于轴上的径向力，该径向力交替沿不同的、但规定的方向出现。对于多涡旋增压器而言，该径向力大部分沿近似相对的方向或者偏移约180°。但根据精确的外壳形状和/或力的分量(例如重力)，径向力的方向也可能稍有偏差。根据本实用新型的涡轮增压器的轴承结构以特别有利的方式倾向于对这一类的力提供支撑。对此，尤其通过相应的形状针对径向力的角度位置在结构上调整压力最大值的角度位置。

因此，特别优选地，设有两个局部压力最大值。

在本实用新型的一种优选的实施方式中，轴承间隙通过至少两个输送孔供应润滑剂。对此，特别优选地，在每个输送孔的区域设有一个优选按照月牙槽方式成形的油分布槽，该分布槽以规定的角度沿旋转方向延伸。通过此类输送孔，轴承间隙至少在部分轴向延伸段上局部增大，从而形成流体动力学润滑剂压力的局部洼地。由此，通过两个输送孔形成两个洼地，从而使得在两个洼地之间构成至少两个局部压力最大值。相应地，输送孔的位置影响局部最大值的角度位置。总体而言，输送孔由此构成用于形成在本实用新型意义下的局部压力最大值的轴承间隙的形状。

油分布槽优选以已经公开的方式为“月牙槽”状。对此，该凹槽为具有月牙状横截面形状的凹槽，该横截面形状在实际的输送孔中延伸。由分布槽优选以平缓的角度通向其他的轴承间隙，并由此以已经公开的方式确保最佳的润滑剂输送。通过其精确的形状和其沿旋转方向的延伸角度，油分布槽可以同时影响局部压力最大值的位置，从而使得油分布槽成为轴承间隙形状的组成部分。

在优选的细节构成中此外规定，润滑剂压力局部最大值的角度位置与沿旋转方向的输送孔中心分别具有至少15°，尤其是至少30°的角距离。

在本实用新型的另一种实施方式中规定，轴承间隙的形状包含径向高度的至少一个局部最小值，优选包含至少两个局部最小值。优选地，轴承间隙的径向高度从局部最小值开始逆向于旋转方向单调上升。尤其是，轴承可以由偏置轴承构成。

偏置轴承是指轴承壳的两个半圆柱状半壳在分型面处沿径向相互滑动的流体动力学旋转轴承。对此，尤其地，轴承间隙两个相对的润滑剂输送通道位于分型面内。

此外，轴承间隙的径向高度如上文所述是指轴的旋转轴与轴承壁在规定的角度位置的径向距离。对此，轴的旋转轴被视为无干扰的标准工作状态下不会变化的、中间的或理想的旋转轴。

在本实用新型另一种可能的实施方式中，轴承间隙的径向高度具有至少一个，优选具有两个阶梯状变化。对此，优选地，轴承间隙从润滑剂孔开始沿旋转方向首先经过较大径向高的区域，在经过阶梯后进入较小径向高度的区域。通过径向高度的阶梯状变化形成局部压力上升，从而使得局部压力最大值的角度位置和该阶梯大致相关。

一般有利地，旋转轴承为完全滑动轴承，其中，轴承套一侧滑动支撑在轴上，另一侧滑动支撑在外壳上。对此，该轴承间隙为外部轴承间隙，其中，在轴和轴承套之间存在另一个内部轴承间隙。轴承套可以具有一个或多个润滑剂孔，以便从外部轴承间隙开始也向轴承套和轴之间的内部轴承间隙供应润滑剂。

在另一种可能的实施方式中规定，轴承为半滑动轴承，其中，轴承套被固定布置在外壳上，其形状针对轴承套进行构成。此外，具有局部压力最大值的轴承间隙直接经过轴和轴承套之间。

附图说明

在下文中将对本发明的六种优选实施例进行说明，并根据附图进行更详细的阐释。

图1示出了根据本发明的多涡旋涡轮增压器沿垂直于旋转轴的截面的例示性截面视图。

图2示出了图1中的涡轮增压器在径向旋转轴承区域的例示性部分截面视图。

图3示出了图1中的涡轮增压器的部分空间的截面视图。

图4示出了根据本发明的涡轮增压器的第二种实施例的例示性部分截面视图。

图5示出了图4中的涡轮增压器的部分空间截面视图。

图6示出了根据本发明的涡轮增压器的第三种实施例的例示性部分截面视图。

图7示出了根据本发明的涡轮增压器的第四种实施例的例示性部分截面视图。

图8示出了根据本发明的涡轮增压器的第五种实施例的例示性部分截面视图。

附图标记列表

1 外壳；

2 废气端涡轮叶片；

3 轴；

4 第一废气通道；

4a 第一废气通道舌状物；

5 第二废气通道；

5a 第二废气通道舌状物；

6 旋转轴承；

7 轴承套；

7a 贯穿孔；

8 外部轴承间隙；

9 内部轴承间隙；

10 第一输送孔；

10a 第一油分布槽/月牙槽；

11 第二输送孔；

11a 第二油分布槽/月牙槽；

12 径向高度第一局部最小值；

13 径向高度第二局部最小值；

14 径向高度第一局部阶梯；

15 径向高度第二局部阶梯；

B1 第一废气通道末端区域；

B2 第二废气通道末端区域；

D 轴的旋转轴；

F1 第一废气通道中废气流的力的作用；

F2 第二废气通道中废气流的力的作用；

H 轴承间隙的径向高度；

W1 第一压力最大值与输送孔的最小角距离；

W2 第二压力最大值与输送孔的最小角距离；

PM1 第一局部压力最大值；

PM2 第二局部压力最大值。

具体实施方式

图1示出的涡轮增压器包含外壳1、废气端涡轮叶片2和中央轴3。轴3连接废气端涡轮叶片2和空气端涡轮叶片(未示出)。

涡轮增压器由多涡旋增压器，如上文所述由双涡旋增压器构成。这意味着，内燃机(未示出)的废气流被输送至外壳1的两个分开的通道4、5 中。对此，第一通道4和第二通道5在沿圆周方向的不同位置的区域B1、 B1处结束。此外，通道的末端分别由接近涡轮叶片2的舌状体4a、5a构成。

由此，两个通道的废气流也可以冲击涡轮叶片2的不同区域B1、B2。这可以形成两个废气流分别施加在涡轮叶片2上的力矢量F1、F2。

因为力矢量F1、F2也具有径向向内的分量，因此，通过废气流沿轴3 的方向分别施加一个径向力。力矢量的位置接近180°相对。当然，这些力在时间平均值上相互抵消。实际上，通道4、5被分配给内燃机的不同气缸组，从而使得在特定的时间点大部分情况下分别仅存在一个由废气流形成的径向作用于轴3上的力。轴3上的总径向力在数值和方向上振荡变化。

图2示出了根据本发明构成的径向作用的旋转轴承6。该轴承为流体动力学滑动轴承，其中，润滑剂的压力在工作过程中通过旋转动态生成。在转速足够的工作状态下，参与的轴承面在润滑剂膜上完全或无接触地滑动。

轴承6由完全滑动轴承(“fully floating bearing”)构成。这意味着，在轴3和外壳1之间布置有同步旋转的轴承套7。对此，在外壳1和轴承套7之间构成外部轴承间隙8。此外，在轴承套7和轴3之间构成内部轴承间隙9。

润滑剂，如上文所述为内燃机润滑回路中的润滑油，通过外壳1中的通道经由第一输送孔10和第二输送孔11被输送至第一外部轴承间隙8。通过轴承套7中的贯穿孔7a，润滑油由外部轴承间隙8流动至内部轴承间隙9。

外壳1的输送孔分别连接至月牙状凹槽或油分布槽(“Moon Grooves”) 10a、11a。油分布槽10a、11a沿轴向不仅在轴承间隙的轴向长度或轴承套 7的轴向长度的一部分上延伸。该延伸情况见图3的空间示意图。在圆周方向上，油分布槽也在10°-60°的较小开口角度上延伸。

输送孔10、11和油分布槽10a、11a基于轴3的中央旋转轴D沿圆周方向偏移180°或相对定位。

通过输送孔10、11和油分布槽10a、11a，轴承间隙局部增大，从而形成流体动力学润滑剂压力的局部洼地。通过输送孔10、11由此形成两个压力洼地，从而使得在这些洼地之间在外部轴承间隙8中构成润滑剂压力的至少两个局部压力最大值PM1、PM2。轴承间隙8中的压力最大值PM1、 PM2的角度范围在图4中大致通过角度箭头PM1、PM2示出。

在设计外壳时所选择的输送孔10、11的角度位置相应影响局部最大值 PM1、PM2的角度位置。总体而言，输送孔10、11和油分布槽10a、11a 因此构成轴承间隙8的形状，用于构成局部压力最大值PM1、PM2和作用力F1、F2。

如上文所述，压力最大值PM1、PM2分别和废气流的径向力作用的位置F1、F2重叠。由此，这些力以最佳方式被润滑剂压力局部最大值所拦截。

如上文所述，两个压力最大值相互之间的角距离约为180°。

如上文所述，输送孔(测量值输送孔中心位置)的压力最大值各自最小的角距离W1、W2分别约为70°。该最小角度或最小角距离W1、W2 应足够大，以便总体上可以实现足够高的局部最大压力。

可以理解的是，根据本发明的形状措施对于润滑剂的相对压力分布存在影响。压力绝对值和压力最大值也可以由相应的其他参数，例如轴承间隙8的宽度、润滑剂输送压力的数值、油分布槽10a、11a的尺寸和形状、轴3的转速等决定。

本发明的其他实施例在图4和图6中示出。

同第一种实施例，在外壳1中设有两个被布置在规定位置的输送孔10、 11。

与第一种实施例不同的是，轴承由“偏置轴承”构成。偏置轴承是指轴承壳的两个半圆柱状半壳在分型面处沿径向相互滑动的流体动力学旋转轴承。

总体而言，外部轴承间隙8的外壁由此不再成圆柱状，而是由两个可相对滑动的半圆柱构成。

对于轴承间隙的这一类形状而言，轴承间隙8的径向高度H至少存在两个局部最小值12、13。对此，如上文所述，轴承间隙8的径向高度是指轴3的旋转轴D与轴承壁在规定的角度位置的径向距离。对此，轴3的旋转轴D被视为无干扰的标准工作状态下不会变化的、中间的或理想的旋转轴。

如上文所述(图4)，轴3的旋转方向沿逆时针方向。因此，轴承间隙 8的径向高度H从局部最小值12、13开始逆向于旋转方向单调上升。相应地，分别存在径向高度持续变化的第一和第二区域。

在第二种实施例中，油分布槽未在附图中示出。根据要求，可以设有和第一种实施例类似的油分布槽。

局部压力最大值PM1、PM2的范围同第一种实施例一样进行流体动力学调节，并和径向力F1、F2进行对齐。通过偏置轴承的构成，提供根据本发明的形状和附加参数，用于优化相对和绝对压力曲线。对此，重要的是，同第一种实施例一样，相对于外部力F1、F2的位置对输送孔10、11 进行规定的对齐，以便改善轴承结构的稳定性。

在图6中所示的本发明的第三种实施例中，与根据图4的实施例不同的是，轴承间隙8的径向高度H额外设有两个局部变化14、15。对此，该变化为阶梯状。轴的旋转方向也沿逆时针方向(图6)。因此，润滑剂沿旋转方向从输送孔10、11开始首先经过较大径向高度H段直至阶梯12、13。然后润滑剂进入较小径向高度H段直至下一输送孔10、11。

局部压力最大值PM1、PM2在阶梯14、15或径向高度的局部变化区域。对此，阶梯12、13和输送孔10、11应具有最小距离。

图7示出了本发明的第四种实施例。在该实施例中，旋转轴承不再和上述实施例一样是完全滑动轴承，而是半滑动轴承 (“Semi-Floating-Bearing”)。在这一类的实施方式中规定，轴承套7沿规定的方向被固定布置在外壳1上。对此，用于形成局部压力最大值的形状在轴承套7上构成。对此，具有局部压力最大值PM1、PM2的轴承间隙8 直接经过轴3和轴承套7之间。不存在同完全滑动轴承一样的第二个内部轴承间隙。

不考虑差异，图7中所示的旋转轴承同图4(“偏置轴承”)中的实施例。因此，其他特征参考该实施例。

图8示出了本发明的第五种实施例。同上述实施例一样，该轴承的结构类型为半滑动轴承。就轴承间隙的形状而言，该轴承同根据图6的实施例，具有两个局部阶梯14、15或径向高度H的变化。

另一个第六种实施例未在附图中示出。该实施例为半滑动轴承类型，具有根据图2的第一种实施例的其他形状的轴承间隙8。相应地，此处在轴承套7，而不是在外壳1中构成油分布槽10a、11a或月牙槽。

轴承间隙8所有不同的示例性的形状既可以在完全滑动轴承类型，也可以在半滑动轴承类型中加以实现。

Claims (13)

1.用于内燃机的涡轮增压器，包含外壳(1)和废气端涡轮叶片(2)以及空气端涡轮叶片，

连接废气端涡轮叶片(2)和空气端涡轮叶片的轴(3)，和

至少一个用于支撑轴(3)的径向作用的旋转轴承，

其中，旋转轴承由流体动力学滑动轴承构成，

其中，润滑剂在旋转轴承的完全环绕旋转方向的轴承间隙(8)中流动，且具有局部的润滑剂压力，

其特征在于，所述的轴承间隙(8)具有一种形状，通过该形状在旋转方向的两个规定的角度位置(W1、W2)处构成所述的润滑剂压力的至少两个局部最大值(PM1、PM2)。

2.根据权利要求1所述的用于内燃机的涡轮增压器，其特征在于，所述的局部最大值(PM1、PM2)的角度位置相互具有介于140°和180°之间的最小角距离。

3.根据权利要求1所述的用于内燃机的涡轮增压器，其特征在于，所述的涡轮增压器由多涡旋增压器构成，其中，润滑剂压力的所述的至少两个局部最大值(PM1、PM2)与废气端涡轮叶片(2)的至少两个不同位置的进气区域(4、4a、5、5a)分别具有一个相对角度位置。

4.根据权利要求1所述的用于内燃机的涡轮增压器，其特征在于，所述的轴承间隙(8)通过至少两个输送孔(10、11)供应润滑剂。

5.根据权利要求4所述的用于内燃机的涡轮增压器，其特征在于，在每个输送孔(10、11)的区域设有一个按照月牙槽方式成形的油分布槽(10a、11a)，所述的分布槽以规定的角度沿旋转方向延伸。

6.根据权利要求4所述的用于内燃机的涡轮增压器，其特征在于，所述的润滑剂压力的所述的局部最大值的角度位置与沿旋转方向的所述的输送孔(10、11)中心分别具有至少15°的角距离(W1、W2)。

7.根据权利要求1所述的用于内燃机的涡轮增压器，其特征在于，所述的轴承间隙(8)的形状包含径向高度(H)的至少一个局部最小值。

8.根据权利要求7所述的用于内燃机的涡轮增压器，其特征在于，所述的轴承间隙(8)的径向高度(H)从所述的局部最小值(12、13)开始逆向于旋转方向单调上升。

9.根据权利要求7所述的用于内燃机的涡轮增压器，其特征在于，所述的轴承由偏置轴承构成。

10.根据权利要求7所述的用于内燃机的涡轮增压器，其特征在于，所述的轴承间隙(8)的径向高度(H)具有至少一个阶梯状变化(14、15)。

11.根据权利要求1所述的用于内燃机的涡轮增压器，其特征在于，旋转轴承由完全滑动轴承构成，其中，轴承套(7)一侧滑动支撑在所述的轴(3)上，另一侧滑动支撑在所述的外壳(1)上。

12.根据权利要求11所述的用于内燃机的涡轮增压器，其特征在于，所述的形状在所述的外壳(1)上构成，所述的润滑剂压力的局部最大值(PM1、PM2)出现在所述的轴承套(7)和所述的外壳(1)之间。

13.根据权利要求1所述的用于内燃机的涡轮增压器，其特征在于，旋转轴承由半滑动轴承构成，其中，轴承套(7)被固定布置在所述的外壳(1)上，所述的轴承间隙(8)的形状在所述的轴承套(7)上构成。

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