電輔助渦輪增壓器的制造方法
【專利摘要】一種電輔助渦輪增壓器(1)包括一個殼體(3)和一個被設置在該殼體(3)中的電動機定子(22)。定子(22)包括圍繞其設置的一對O型圈、或者其他圓周密封件(204，208)。這些O型圈(204，208)是可操作的以用于抵靠該殼體(3)的一個內(nèi)部密封，以形成圍繞該定子(22)的至少一部分的一個環(huán)形室(130)以及位于該定子(22)的兩個軸向端的一對端腔(122，126)。環(huán)形室(130)被適配成允許一種冷卻流體圍繞定子(22)循環(huán)。一對軸承(10，12)可以被設置在該殼體(3)中，在該定子(22)的每一側(cè)上一個軸承。一個軸(7)由這些軸承(10，12)支撐在該殼體(3)中。該軸(7)進而支撐一個渦輪機葉輪(5)和一個壓縮機葉輪。一個電動機轉(zhuǎn)子(24)在這些軸承(10，12)之間被設置在軸(7)上和該定子(22)內(nèi)。
【專利說明】電輔助渦輪增壓器
進旦
[0001]當今的內(nèi)燃發(fā)動機必須滿足消費者和政府監(jiān)管機構要求的日益嚴格的排放和能效標準。相應地，汽車制造商和供應商在研究和開發(fā)改善內(nèi)燃發(fā)動機運行的技術上花費很大的精力和資金。在這種情況下，渦輪增壓器是發(fā)動機開發(fā)的一個特別感興趣的領域。
[0002]渦輪增壓器利用通常會被浪費的排氣能量來驅(qū)動渦輪機。渦輪機被安裝到一個軸上，進而驅(qū)動一個壓縮機。渦輪機將排氣的熱量和動能轉(zhuǎn)化成驅(qū)動壓縮機的旋轉(zhuǎn)動力。渦輪增壓器的目的是通過增加進入發(fā)動機的空氣的密度來提高發(fā)動機的容積效率。壓縮機吸入環(huán)境空氣并將其壓縮進入進氣歧管，并最終進入氣缸。因此，在每個進氣沖程較大的空氣質(zhì)量進入這些氣缸。
[0003]當渦輪增壓器的尺寸被確定成針對一種特定的發(fā)動機提供最大的功率輸出時，渦輪增壓器的低負荷和瞬態(tài)響應性能通常低于最佳。渦輪增壓器的壓縮機性能取決于壓縮機的速度。為了使壓縮機旋轉(zhuǎn)得足夠快以致向發(fā)動機提供顯著的壓縮或升壓，則必須存在排氣流動的相對應增加。然而，在排氣建立并且渦輪機和壓縮機葉輪組件的慣性被克服時，存在一個時間延遲。發(fā)動機的升壓需求與實際的歧管壓力增加之間的這個時間延遲通常被稱作增壓滯后現(xiàn)象(turbo lag)。
[0004]為了幫助克服增壓滯后現(xiàn)象和低負荷性能的問題，已經(jīng)開發(fā)了電輔助渦輪增壓器。電輔助渦輪增壓器包括一個電動機，該電動機是可操作的以用于在低負荷和瞬態(tài)條件下補充來自于排氣的旋轉(zhuǎn)動力。典型地，該電動機連接到與承載渦輪機葉輪和壓縮機葉輪的同一個軸上。在某些情況下，電動機的轉(zhuǎn)子磁鐵被直接承載在該軸上，而該定子被包含在渦輪增壓器的中心殼體內(nèi)。
[0005]電動機對熱量和污染敏感。相應地，在電輔助渦輪增壓器的應用中控制熱量和油遷移(這是與渦輪增壓器相關聯(lián)的常見問題)變得更加困難。例如，過多的熱量可能使定子線圈過熱，并且可能損壞永磁體。此外，油污染可以在電動機的轉(zhuǎn)子與定子之間產(chǎn)生粘滯阻力，并且將灰塵和碎屑輸送到該轉(zhuǎn)子與定子之間的空隙中。
[0006]相應地，對于防止油遷移到電動機并且對電動機部件提供足夠的冷卻的電輔助渦輪增壓器的設計存在一種需要。
MM
[0007]在此提供了一種電輔助渦輪增壓器，該電輔助渦輪增壓器包括一個殼體和一個被置于該殼體中的電動機定子。該定子包括圍繞其設置的一對O型圈、或者其他圓周密封件。這些O型圈被操作用于抵靠該殼體的一個內(nèi)部密封，以形成圍繞該定子的至少一部分的一個環(huán)形室以及位于該定子的兩個軸向端的一對端腔。該環(huán)形室被適配成允許一種冷卻流體圍繞該定子循環(huán)。
[0008]在此說述的技術的某些方面中，一對軸承可以被設置在該殼體中，在該定子的每一側(cè)上一個軸承。一個軸由這些軸承支撐在該殼體中。該軸進而支撐一個渦輪機葉輪和一個壓縮機葉輪。一個電動機轉(zhuǎn)子在這些軸承之間被設置在軸上和該定子內(nèi)。
[0009]在本技術的另一個方面中，一對套環(huán)被附連到該軸上，各個套環(huán)被定位在該轉(zhuǎn)子I置是由該圓柱形拋油環(huán)部提供的。該圓柱2該殼體中的多個不同的出油通道。第二級；密封件防止任何遷移通過該圓柱形拋油環(huán):置是由該隔離件部的軸向面向的拋油環(huán)表衫該套環(huán)并且沿該端腔的一個內(nèi)表面引導，I道之一排泄。
助渦輪增壓器的這些和其他方面將變得清是出的權利要求書確定，而不是由給定的主1或者包括本概述中引用的任何特征或方
客的非限制性的和非窮盡的實施例，包括優(yōu)指代相同的零件，除非另外指明。
辦渦輪增壓器的局部截面透視圖；
I環(huán)安排的放大的局部截面透視圖；并且I環(huán)安排的放大的局部截面透視圖。電樞26，如本領域中為人所知的，該電樞支撐多個線圈繞組28。在一種永磁電動機的情況下，轉(zhuǎn)子24可以包括多個永磁鐵?？梢允褂闷渌愋偷碾妱訖C，例如開關磁阻電動機。如本領域所充分理解的，電動機20通過多個適合的導電連接件而被連接到這些適當?shù)目刂蒲b置和電源。
[0019]定子電樞26包括一對圓周槽202和206，一對O型圈204和208被對應地設置在這對圓周槽中。O型圈204和208是可操作的以用于抵靠殼體3的一個內(nèi)壁密封，由此形成一個環(huán)形室130，該環(huán)形室圍繞定子22的至少一部分延伸。環(huán)形室130被適配成用于使例如油的冷卻流體圍繞定子22循環(huán)。油可以通過端口 132而在環(huán)形室130中循環(huán)。如從該圖可認識到的是，在定子22的任一端上創(chuàng)建一對端腔122和126。因此，殼體3的內(nèi)部被劃分成至少三個腔室:一個環(huán)形室130以及兩個端腔122和126。當環(huán)形室130充滿冷卻油時，這些端腔122和126旨在保持不合油。端腔122、126在一側(cè)由這些O型圈204、208中相對應的一個密封，并且在另一側(cè)由以下將更全面說明的一個相對應的套環(huán)32、30密封。
[0020]軸7通過軸頸軸承10和12支撐在殼體3中，這些軸頸軸承在轉(zhuǎn)子24的每一側(cè)被設置在殼體3中。如本領域中為人所知的，一個渦輪機葉輪5和一個壓縮機葉輪(未示出)被設置在軸7上，該渦輪機葉輪以及該壓縮機葉輪包括該渦輪增壓器的多個工作部。套環(huán)30和32在轉(zhuǎn)子24的任一側(cè)被附連到軸7上并且被對應地設置在該轉(zhuǎn)子與一個相對應的軸承12和10之間。套環(huán)30和32是可操作的以用于軸向地定位該轉(zhuǎn)子并且提供第一級、第二級、和第三級密封結構以防止油遷移到轉(zhuǎn)子24與定子22之間的空隙中。套環(huán)30和32可以被壓到軸7上，由此將轉(zhuǎn)子24捕獲和定位在該軸上。
[0021]參見圖2，應當認識到，壓縮機端套環(huán)30包括一個隔離件部304以及一個從其延伸的圓柱形拋油環(huán)部308。在這種情況下，隔離件部304可以被機加工具有多個特征、例如槽306，以便減少該套環(huán)的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量。然而，應當理解的是該槽可以被免除或者該槽可以具有一個不同于這些圖中示出的截面。而且，必要時可以從這些套環(huán)30、32中的一者或兩者中移除這個區(qū)域中的材料以便動態(tài)地平衡該軸和轉(zhuǎn)子組件。壓縮機端套環(huán)30的、在這種情況下隔離件部304的外直徑的尺寸被確定成使得該外直徑充分配合定子22的內(nèi)直徑X以便有助于該渦輪增壓器的組裝。套環(huán)30和32可以由任何適合的材料構成，例如鋁、鋼、鈦、或類似材料。
[0022]隔離件部304包括一個鄰接該轉(zhuǎn)子24的軸向面向的定位表面或面302。圓柱形拋油環(huán)部308具有一個軸向面向的表面309，該表面面對軸承12上的一個相對應的軸向面向的表面。相應地，套環(huán)30和套環(huán)32以類似的方式是可操作的以用于相對軸承10和12定位轉(zhuǎn)子24和軸7。
[0023]圓柱形拋油環(huán)部308包括與一個凹陷區(qū)域332相交的多個徑向排泄孔310。在圓柱形拋油環(huán)部308與隔離件部304之間圍繞套環(huán)30的一個圓周形成一個活塞環(huán)凹槽314?；钊h(huán)40被設置在凹槽314中并且是可操作的以用于在殼體3與套環(huán)30之間提供一個密封件。隔離件部304包括一個軸向面向的拋油環(huán)表面312。拋油環(huán)表面312延伸進入端腔126并且與端腔表面123協(xié)作以使油離開轉(zhuǎn)子24。
[0024]通過多個油供給通道、例如圖2中示出的油供給通道102向軸頸軸承10和12供油。供給到軸頸軸承10的油與供給到軸頸軸承12的油基本上是相同的，并且在此僅僅說明了軸頸軸承12。在這種情況下，供給到軸承12的油通過兩個均是空的油排泄通道104非泄通道而排泄到充油空間114中，該油排-12并且以下通過參考圖3來進一步解釋。？排與該壓縮機端的那個類似。該渦輪機端丨7。套環(huán)32被設置在軸承10與轉(zhuǎn)子24之另輪增壓器的壓縮機端和渦輪機端兩者上。又下解釋的差異。
-個圓柱形拋油環(huán)部328。在這種情況下，土孔。隔離件部324與圓柱形拋油環(huán)部328匕表面322鄰接轉(zhuǎn)子24，并且一個相反面向油7定位。套環(huán)32包括活塞環(huán)凹槽315和的拋油環(huán)表面313，該拋油環(huán)表面面對端腔
妻環(huán)32包括第一級、第二級、以及第三級密.凹陷區(qū)域334的油通過多個排泄缺口 311白排泄通道108并且進入充油空間114。通328的油進一步遷移。然而，在任何油能夠氣以提供對該定子的額外冷卻。
[0032]相應地，該電輔助渦輪增壓器已經(jīng)被描述具有指向這些示例性實施例的一定程度的特殊性。但應當認識到的是，可以對這些示例性實施例作出修改或改變而不脫離在此包含的發(fā)明性概念。
【權利要求】
1.一種電輔助渦輪增壓器(1)，包括: 一個殼體⑶； 一個電動機定子(22)，該定子被設置在該殼體(3)中；以及 一對圓周密封件(204，208)，這對圓周密封件被設置在該定子(22)上并且是可操作的以用于抵靠該殼體(3)的一個內(nèi)部密封，以形成圍繞該定子(22)的至少一部分的一個環(huán)形室(130)以及定位在該定子(22)的兩個軸向端的一對端腔(122，126)。
2.根據(jù)權利要求1所述的渦輪增壓器(I)，其中該環(huán)形室(130)被適配成協(xié)助一種冷卻流體圍繞該定子(22 )循環(huán)。
3.根據(jù)權利要求1所述的渦輪增壓器(I)，其中這些圓周密封件(204，208)包括O型圈。
4.根據(jù)權利要求1所述的渦輪增壓器(I)，進一步包括:一對軸承(10，12)，這對軸承被設置在該殼體(3)中，在該定子(22)的每一側(cè)上一個軸承； 一個軸(7)，該軸由這些軸承(10，12)支撐在該殼體(3)中； 一個渦輪機葉輪(5)和一個壓縮機葉輪，該渦輪機葉輪和該壓縮機葉輪被支撐在該軸(7)上；以及 一個電動機轉(zhuǎn)子(24)，該轉(zhuǎn)子在這些軸承(10，12)之間被設置在軸(7)上和該定子(22)內(nèi)。
5.根據(jù)權利要求4所述的渦輪增壓器(I)，進一步包括一對套環(huán)(30，32)，這對套環(huán)被附連到該軸(7)上，各個套環(huán)被定位在該轉(zhuǎn)子(24)與一個相對應的軸承(10，12)之間，其中各個套環(huán)(30，32)包括鄰近一個相對應的軸承(10，12)的一個圓柱形拋油環(huán)部(308)。
6.根據(jù)權利要求5所述的渦輪增壓器(I)，其中該圓柱形拋油環(huán)部(308)包括多個徑向的排泄裝置(310)，使得從該軸承(10，12)進入該圓柱形拋油環(huán)部(308)的一個凹陷區(qū)域(332)中的油通過這些排泄裝置(310)向外徑向地射出。
7.根據(jù)權利要求6所述的渦輪增壓器(I)，其中各個套環(huán)(30，32)包括與該圓柱形拋油環(huán)部(308)相對的一個隔離件部(304)以及被定位在該隔離件部(304)與該圓柱形拋油環(huán)部(308)之間的一個活塞環(huán)(40)。
8.根據(jù)權利要求7所述的渦輪增壓器(I)，其中該隔離件部(304)包括一個軸向面向的定位表面(302)，該定位表面被適配成鄰接該轉(zhuǎn)子(24)，并且其中該圓柱形拋油環(huán)部(308)包括一個軸向面向的表面(309)，該表面被適配成鄰接該軸承(10，12)的一個相對應的軸向面，由此相對這些軸承(10，12)軸向地定位該轉(zhuǎn)子(24)和軸(7)。
9.根據(jù)權利要求8所述的渦輪增壓器(I)，其中該隔離件部(304)包括一個軸向面向的拋油環(huán)表面(312)，該拋油環(huán)表面面對一個相對應的端腔(122，126)的一個內(nèi)表面(123)，其中該拋油環(huán)表面(312)是可操作的以用于將遷移通過該活塞環(huán)(40)的油引導至沿該端腔(122，126)的內(nèi)表面(123)行進。
10.一種電輔助渦輪增壓器(1)，包括: 一個殼體⑶； 一個電動機定子(22),該定子被設置在該殼體(3)中； 一對軸承(10，12)，這對軸承被設置在該殼體(3)中，在該定子(22)的每一側(cè)上一個軸承；一個軸(7)，該軸由這些軸承(10，12)支撐在該殼體(3)中； 一個渦輪機葉輪(5)和一個壓縮機葉輪，該渦輪機葉輪和該壓縮機葉輪被支撐在該軸(7)上； 一個電動機轉(zhuǎn)子(24)，該轉(zhuǎn)子在這些軸承(10，12)之間被設置在軸(7)上和該定子(22)內(nèi);以及 一對套環(huán)(30，32)，這對套環(huán)被附連到該軸(7)上，各個套環(huán)被定位在該轉(zhuǎn)子(24)與一個相對應的軸承(10，12)之間，其中各個套環(huán)(30，32)包括鄰近其相對應的軸承(10，12)的一個圓柱形拋油環(huán)部(308)。
11.根據(jù)權利要求10所述的渦輪增壓器(I)，進一步包括一對圓周密封件(204，208)，這對圓周密封件被設置在該定子(22)上并且是可操作的以用于抵靠該殼體(3)的一個內(nèi)部密封，以形成圍繞該定子(22)的至少一部分的一個環(huán)形室(130)以及定位在該定子(22)的兩個軸向端的一對端腔(122，126)，其中該環(huán)形室(130)被配置成協(xié)助一種冷卻流體圍繞該定子(22)循環(huán)。
12.根據(jù)權利要求10所述的渦輪增壓器(1)，其中該圓柱形拋油環(huán)部(308)包括多個徑向的排泄裝置(310)，使得從該軸承(10，12)進入該圓柱形拋油環(huán)部(308)的一個凹陷區(qū)域(332)中的油通過這些排泄裝置(310)向外徑向地射出。
13.根據(jù)權利要求12所述的渦輪增壓器(I)，其中各個套環(huán)(30，32)包括與該圓柱形拋油環(huán)部(308)相對的一個隔離件部(304)以及被定位在該隔離件部(304)與該圓柱形拋油環(huán)部(308)之間的一個活塞環(huán)(40)。
14.根據(jù)權利要求13所述的渦輪增壓器(I)，其中該隔離件部(304)包括一個軸向面向的定位表面(302)，該定位表面被適配成鄰接該轉(zhuǎn)子(24)，并且其中該圓柱形拋油環(huán)部(308)包括一個軸向面向的表面(309)，該表面被適配成鄰接該軸承(10，12)的一個相對應的軸向面，由此相對這些軸承(10，12)軸向地定位該轉(zhuǎn)子(24)和軸(7)。
15.根據(jù)權利要求14所述的渦輪增壓器(I)，其中該隔離件部(304)包括一個軸向面向的拋油環(huán)表面(312)，該拋油環(huán)表面面對一個相對應的端腔(122，126)的一個內(nèi)表面(123)，其中該拋油環(huán)表面(312)是可操作的以用于將遷移通過該活塞環(huán)(40)的油引導至沿該端腔(122，126)的內(nèi)表面(123)行進。
【文檔編號】F02B39/10GK104040145SQ201280062642
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2012年12月21日 優(yōu)先權日:2012年1月6日
【發(fā)明者】P·迪默, A·卡瓦格納羅, M·巴克英 申請人:博格華納公司