[發(fā)明專利]具有浮動襯套軸承的廢氣渦輪增壓器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380028013.3
• 申請日: 2013-05-24
• 公開（公告）號: CN104334837A
• 公開（公告）日: 2015-02-04
• 發(fā)明（設計）人: R.貝寧;R-M.克姆佩爾;C.施密特;J.克羅滕哈勒;S.羅伊特
• 申請（專利權）人: 大陸汽車有限公司
• 主分類號: F01D25/16
• 分類號: F01D25/16;F01D25/18
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 周志明;宣力偉

本發(fā)明涉及一種廢氣渦輪增壓器，其具有廢氣渦輪機和新鮮空氣壓縮機以及渦輪轉子，該渦輪轉子帶有被固定在轉子軸上的渦輪機葉輪和壓縮機葉輪，其中，轉子軸利用浮動襯套軸承可轉動地支撐在軸承容納部內。

廢氣渦輪增壓器日益用于增大汽車內燃機的功率。這種事日益頻繁，其目的是要在功率相同或者甚至增大的情況下減小內燃機的結構尺寸和重量，同時按照日益嚴格的相關法律規(guī)定降低消耗，進而減少CO₂排放。工作原理在于，利用廢氣流中含有的能量來提高內燃機進氣道中的壓力，從而實現(xiàn)改善給燃燒室充注空氣-氧氣，進而能為每個燃燒過程轉換更多的動力燃料即汽油或柴油，亦即提高內燃機的功率。

為此，廢氣渦輪增壓器具有設置在內燃機廢氣道上的廢氣渦輪機和設置在進氣道上的新鮮空氣壓縮機，所述廢氣渦輪機帶有用廢氣流驅動的布置在渦輪機殼體內的渦輪機葉輪，所述新鮮空氣壓縮機帶有建立壓力的布置在渦輪機殼體內的壓縮機葉輪。渦輪機葉輪和壓縮機葉輪抗扭地固定在轉子軸的對置的端部上，由此形成廢氣渦輪增壓器的在此被稱為渦輪轉子的轉子單元。轉子軸可轉動地支撐在設置于廢氣渦輪機與新鮮空氣壓縮機之間的軸承單元內。由此借助廢氣質量流驅動渦輪機葉輪，并通過轉子軸又驅動壓縮機葉輪，由此將廢氣能量用于在進氣道中建立壓力。

在工作時，渦輪機葉輪處于熱廢氣流中，由此會遭受非常大的溫度波動，其中峰值溫度高達1000℃以上。同時，渦輪機轉子以高達300000?U/min的非常高的轉速轉動，由此，渦輪機葉輪、壓縮機葉輪特別是轉子軸的軸承裝置要承受非常高的機械負荷和熱負荷。

為了容納軸承單元，通常在廢氣渦輪機和新鮮空氣壓縮機之間設置軸承殼體，該軸承殼體既可以構造為獨立的單元，也可以構造為具有渦輪機殼體和/或壓縮機殼體的單元。一個或多個軸承容納部位于軸承殼體內，所需的軸承布置在這些軸承容納部內。在上述條件下，所謂的浮動襯套軸承已被多次證實可作為徑向軸承用于支承轉子軸。圖1所示為在廢氣渦輪增壓器的軸承殼體內布置這種徑向軸承的一個例子，其示出了常規(guī)的廢氣渦輪增壓器的整體結構簡圖。

圖1為已知的廢氣渦輪增壓器101的原理結構的簡化剖視圖，該廢氣渦輪增壓器主要由廢氣渦輪機102、新鮮空氣壓縮機103以及布置在它們之間的軸承殼體104組成。在軸承殼體104的軸承容納部內布置有兩個徑向軸承105/106，轉子軸8可圍繞轉子軸線107轉動地支撐在所述徑向軸承內。一方面，布置在渦輪機殼體109內的渦輪機葉輪108，另一方面，布置在壓縮機殼體111內的壓縮機葉輪110，均被抗扭地安置在轉子軸8上。軸承殼體104具有機油通道104a，經由該機油通道可以將用于潤滑的機油輸送給徑向軸承（105/106）。廢氣渦輪機102具有廢氣門-裝置112，而新鮮空氣壓縮機103則具有推動-換氣-裝置（Schub-Umluft-Einrichtung）113。廢氣質量流AM和新鮮空氣質量流FM均用箭頭標出。

借助于圖2來解釋浮動襯套軸承的結構和工作方式。圖2所示為這種浮動襯套軸承的尺寸夸大的橫剖視圖。在此，在以轉速n_w旋轉的轉子軸8和軸承殼體104的軸承容納部10之間設置有同樣轉動的以轉速n_B旋轉的浮動襯套體1。在軸承容納部10和浮動襯套體1之間設置填充有潤滑油的外部潤滑間隙9。在浮動襯套體1和轉子軸8之間構造有同樣填充了潤滑油的內部潤滑間隙11。潤滑油經由設置在殼體10內的機油通道104a輸送給外部潤滑間隙9。此外，在浮動襯套體1上開設有通孔2，經由這些通孔將潤滑油由外部潤滑間隙9供應給內部潤滑間隙11。在浮動襯套體1的內徑上的轉子軸10和在殼體104的軸承容納部10的內徑上的浮動襯套體1在該潤滑油膜上滑動。在該種情況下，潤滑油膜尤其必須承載在工作中產生的徑向力。

相比于固定的滑動軸承，浮動襯套軸承除了具有許多優(yōu)點之外，還具有以下缺點：在工作中，當轉子軸以較高的轉速n_w轉動時，即使渦輪轉子的輕微失衡都會導致浮動襯套軸承的不穩(wěn)定性，這些不穩(wěn)定性會引起縮短其壽命，在不利的情況下甚至會導致完全損毀浮動襯套軸承。

為了減少浮動襯套軸承的這種不穩(wěn)定性，進而延長廢氣渦輪增壓器的壽命，在實踐中試圖通過在整個轉速范圍內盡可能好地平衡渦輪轉子來解決該問題。然而，特別是對于渦輪轉子的增大的轉速范圍，例如尤其新式設計的廢氣渦輪增壓器會出現(xiàn)這種轉速，這些嘗試還沒有以合理的成本實現(xiàn)所期望的成果。