[發明專利]用于滾動元件軸承套筒的絕熱和阻尼套管

有效

• 申請號: 201080016254.2
• 申請日: 2010-04-16
• 公開（公告）號: CN102388209A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: T·豪斯;P·迪默;A·克里;A·卡瓦格納羅
• 申請（專利權）人: 博格華納公司
• 主分類號: F02B39/00
• 分類號: F02B39/00;F02B39/14;F02B39/16;F01D25/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 譚佐晞

技術領域

本發明針對用于渦輪增壓器的滾動元件軸承套筒的一種絕熱套管的設計。該組件被設計為阻止從軸承殼體到達軸承的熱流動，并且對渦輪增壓器常見的振動進行阻尼以防止對軸承造成影響。

背景技術

渦輪增壓器將空氣以與在正常吸氣布置中將有可能的情況相比更大的密度傳送到發動機進氣系統、從而允許燃燒更多的燃料，因此在沒有明顯增加發動機重量的情況下提升了發動機的馬力。這就能夠使用一臺較小的渦輪增壓的發動機來替代一臺較大物理尺寸的正常吸氣的發動機，因此減少了車輛的質量以及空氣動力學的前端面積。

渦輪增壓器是一類被迫進氣系統，該系統使用了從發動機排氣歧管進入渦輪機殼體的排氣流以便驅動位于渦輪機殼體中的渦輪機葉輪51。這種渦輪機葉輪被穩固地附著到一個軸上以形成軸和葉輪組件，該組件的另一端包括一個壓縮機葉輪20，該壓縮機葉輪被安裝到該軸和葉輪的短軸56的端部上并且通過來自一個壓縮機螺母29的夾緊負載而被保持在位。該渦輪機葉輪的主要功能是提供驅動該壓縮機的旋轉能量。

壓縮機級包括一個葉輪20及其殼體。過濾后的空氣通過壓縮機葉輪的旋轉而被軸向地抽取到壓縮機蓋件的進口之中。由渦輪機級產生的、到達軸和葉輪上的動力驅動了壓縮機葉輪以便產生靜態壓力與一些剩余動能和熱量的一種組合。被加壓的氣體穿過壓縮機排放口從壓縮機蓋件排出并且通常經由一個中冷器被傳送到發動機進氣中。

在壓縮機級性能的一個方面中，壓縮機級的效率受到在壓縮機葉輪輪廓28與壓縮機蓋件中相配的輪廓之間的間隙的影響。壓縮機葉輪的輪廓距壓縮機蓋件的輪廓越近，則該級的效率就越高。葉輪距該蓋件越近，則壓縮機葉輪摩擦的可能性就越高；這樣，在改進效率與改進耐久性之間必須存在一種折衷。

一個典型的渦輪增壓器的壓縮機級中的葉輪并不圍繞渦輪增壓器的幾何軸線旋轉，而是大致上圍繞渦輪增壓器的幾何中心來描繪軌道。這里所指的幾何中心就是渦輪增壓器在圖1中的幾何軸線100。

軸所發生的動態偏移是由多種因素引起，這些因素包括：旋轉組件的失衡；支座(即發動機和排氣歧管)的激振；以及車輛與地面界面的低速激振。

這些葉輪所發生的偏移的凈效應是這種典型的渦輪增壓器設計具有遠遠大于對于空氣動力學效率水平所希望的那些間隙的多個間隙。

這種典型的渦輪增壓器是以來自發動機的油進行供給的。處于典型地與發動機壓力相等的壓力下的這種油執行幾個功能。這種油通過回油孔82和83被輸送到軸頸軸承30的兩側以便提供一個雙流體動力擠壓膜，該擠壓膜的壓力在軸承的內直徑上施加軸的反作用力、并且在軸承殼體孔上施加軸承的外直徑的反作用力。這些油膜提供了減弱的反作用力以便減少軸偏轉的幅度。這種油還具有的功能是在經過排油口85將油排到發動機的曲軸箱時從渦輪增壓器移除熱量。

一種典型的渦輪增壓器設計具有兩個鄰接的軸承系統：一個在軸承殼體的壓縮機端上；而一個在軸承殼體的渦輪機端上。每個系統具有兩個界面：旋轉軸在浮動軸承內直徑上的界面、以及浮動軸承外直徑在軸承殼體的固定孔上的界面。

這種典型的渦輪增壓器的雙流體動力擠壓膜軸承的剛度和阻尼能力是在以下各項之間的一個折衷：由軸承元件的旋轉速度產生的膜的厚度、所述元件之間的間隙、以及由于渦輪增壓器使油在軸的任一端穿過活塞環密封件的傾向而造成的對油流動的限制。

在渦輪增壓器中使用REB解決了幾個問題，這些問題包括：油的高流速、軸承阻尼、以及經過軸承系統的動力損失。

圖1描繪了一個典型的渦輪增壓器的雙流體動力擠壓膜軸承構形。在這種構形中，壓送的油從發動機經過一個油入口80由軸承殼體3接收。油經過回油孔82和83被壓送至軸承殼體和軸頸軸承孔4。對于渦輪機端及壓縮機端軸承二者而言，油流動被傳送至軸和葉輪的軸頸軸承區域，在此，油是圍繞該軸分布的以便在軸表面52與這些浮動軸頸軸承30的內孔之間產生油膜。在這些軸頸軸承30的外側上，由軸頸軸承的、針對軸承殼體的軸頸軸承孔4的旋轉產生了一種類似的油膜。

在圖1描繪的典型的渦輪增壓器中，止推軸承19也是一種液動或流體膜類型的軸承。在這種構形中，從回油孔81對該靜止的止推軸承進行供油，以便對一種斜坡及襯墊的軸承設計供油。通過止推墊圈40與拋油環44的止推墊圈區域的相對運動而將油驅動進入楔形形狀中，該拋油環被安裝到軸上、與該靜態止推斜坡及襯墊相對。這種軸承控制了旋轉組件的軸向位置。

對于上述具有典型的76mm渦輪機葉輪尺寸的渦輪增壓器，油的流動是在4200至6200克/分鐘的范圍內。