具有軸向止動(dòng)構(gòu)件的渦輪機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種渦輪機(jī)，并且具有具體的但非限制性的渦輪增壓器或動(dòng)力渦輪機(jī)形式的渦輪機(jī)的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪增壓器是用于在高于大氣壓的壓力(增壓壓力)下將空氣供應(yīng)到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口的公知裝置。常規(guī)的渦輪增壓器主要包括安裝在渦輪機(jī)殼體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)軸上的排氣驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)葉輪。渦輪機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)使得安裝在壓縮機(jī)殼體內(nèi)的軸的另一端上的壓縮機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)。壓縮機(jī)葉輪將壓縮后的空氣提供到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管，從而增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。
[0003]渦輪增壓器軸由設(shè)置在渦輪機(jī)葉輪和壓縮機(jī)葉輪之間的中央軸承殼體支撐。渦輪增壓器軸在容納于軸承殼體的軸向孔內(nèi)的軸承襯套內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
[0004]渦輪增壓器軸通常通過軸承組合件支撐以便在軸承殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，所述軸承組合件包括由軸承元件徑向隔開的內(nèi)外座圈，軸承殼體具有軸延伸通過其中的孔。
[0005]為油形式的潤(rùn)滑液在來自發(fā)動(dòng)機(jī)滑油系統(tǒng)的壓力下經(jīng)由油入口、通道和通路供給到軸承組合件。典型地，外座圈的外表面具有用于容納潤(rùn)滑油的淺環(huán)形凹部，其在軸承殼體的內(nèi)表面和外座圈的外表面之間提供環(huán)形間隙。凹部提供外座圈和軸承殼體之間的油薄膜。該膜用作擠壓膜阻尼器并阻尼由軸的旋轉(zhuǎn)所造成的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和振動(dòng)。對(duì)于凹部而言，油通過外座圈中的入口通路流入到軸承組合件內(nèi)。然后，油流動(dòng)通過軸承組合件，在通過外座圈中的出口從軸承組合件離開到達(dá)油貯槽前，在組合件內(nèi)提供潤(rùn)滑。重要的是，所述出口正確地取向，以確保軸承組合件內(nèi)的潤(rùn)滑流體能夠在重力作用下排放到潤(rùn)滑流體貯槽。
[0006]軸承組合件的內(nèi)座圈固定到渦輪增壓器軸并隨著渦輪增壓器軸旋轉(zhuǎn)。對(duì)于外座圈而言有必要自由地裝配在軸承殼體內(nèi)，以允許組裝、熱膨脹和擠壓膜阻尼。然而，外座圈需要被約束，以防止外座圈的軸向和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這有必要確保在外座圈內(nèi)的出口正確地取向，以確保軸承組合件內(nèi)的潤(rùn)滑流體能夠在重力的作用下排放到潤(rùn)滑流體貯槽。這也有必要確保外座圈中的入口通路相對(duì)于軸承殼體正確地取向，以便允許油通過入口通路進(jìn)入到軸承組合件內(nèi)。在渦輪增壓器的組裝過程中正確地取向軸承組合件的外座圈可能造成問題。此夕卜，在渦輪增壓器的操作過程中也會(huì)難以維持軸承組合件的外座圈處于正確的取向下。
[0007]典型的當(dāng)前設(shè)計(jì)使用銷，其從軸承殼體通到外座圈內(nèi)，以便將外座圈相對(duì)于軸承殼體可旋轉(zhuǎn)地固定。然而，這樣的布置會(huì)難以組裝，需要多個(gè)部件，以及也相應(yīng)地相對(duì)昂貴。
[0008]此外，提供有效的密封系統(tǒng)來防止油從中央軸承殼體泄漏到壓縮機(jī)或渦輪機(jī)殼體內(nèi)可能造成問題。油泄漏被認(rèn)為是在渦輪增壓器的壓縮機(jī)端部處的特殊問題，因?yàn)樵诘偷脑鰤簤毫ο?例如當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)或當(dāng)渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)模式下操作時(shí))，會(huì)存在從軸承殼體到壓縮機(jī)殼體的顯著壓降，其導(dǎo)致油泄漏到壓縮機(jī)殼體內(nèi)。為了應(yīng)對(duì)這種泄漏，已知的是在軸承殼體的壓縮機(jī)端部處包括作為推力軸承組合件一部分的拋油環(huán)。拋油環(huán)是環(huán)形部件，其隨著渦輪增壓器軸旋轉(zhuǎn)，并具有表面或通路，所述表面或通路布置成當(dāng)其旋轉(zhuǎn)時(shí)用于將推動(dòng)油遠(yuǎn)離軸，并且具體從通路通過軸承殼體進(jìn)入到壓縮機(jī)殼體內(nèi)。通常情況下，在軸承殼體內(nèi)限定的環(huán)形濺室收集由拋油環(huán)排出的油，為其再循環(huán)提供，并且通常允許其排放到貯槽。
[0009]盡管渦輪增壓器的渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，但在動(dòng)力渦輪機(jī)中，渦輪機(jī)軸的遠(yuǎn)離所述渦輪機(jī)葉輪的端部通過機(jī)械耦聯(lián)傳遞動(dòng)力(或功率)。在雙級(jí)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中，兩個(gè)渦輪機(jī)串聯(lián)設(shè)置與渦輪增壓器的渦輪機(jī)串聯(lián)連接的動(dòng)力渦輪機(jī)。動(dòng)力渦輪機(jī)用于產(chǎn)生額外的功率，以及齒輪可以固定到所述動(dòng)力渦輪機(jī)軸的端部，以經(jīng)由適當(dāng)?shù)鸟盥?lián)(諸如像流體耦聯(lián)或齒輪或其它驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu))液壓地、機(jī)械地或電動(dòng)地將功率傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸。如同渦輪增壓器一樣，動(dòng)力渦輪機(jī)的軸支撐在軸承組合件上，包括適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑系統(tǒng)，位于連接到渦輪機(jī)殼體的軸承殼體內(nèi)。在軸的渦輪機(jī)端部處的軸承布置可與渦輪增壓器中發(fā)現(xiàn)的基本上相同，但是在軸的驅(qū)動(dòng)端部處的軸承布置可以是球軸承組合件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]除其它之外，本發(fā)明的目的之一是消除或減輕在組裝過程中與將軸承組合件的外座圈定位在正確的取向下相關(guān)聯(lián)的問題、與操作過程中將外座圈約束在正確取向下相關(guān)聯(lián)的問題以及與渦輪機(jī)中漏油相關(guān)聯(lián)的問題。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種渦輪機(jī)，其包括:可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的軸；渦輪機(jī)葉輪，其設(shè)置在軸的一端處，以便圍繞旋轉(zhuǎn)軸線在渦輪機(jī)殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn);軸由軸承組合件支撐以便在軸承殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，所述軸承組合件包括由軸承元件徑向隔開的內(nèi)座圈和外座圈，軸承殼體具有軸延伸通過其中的孔，軸承組合件設(shè)置在所述孔內(nèi)；其中所述渦輪機(jī)進(jìn)一步包括:布置成約束軸承組合件軸向運(yùn)動(dòng)的軸向止動(dòng)構(gòu)件，在所述軸向止動(dòng)構(gòu)件內(nèi)設(shè)置由軸通過的孔，所述孔通過軸向止動(dòng)構(gòu)件的徑向內(nèi)表面限定，所述內(nèi)表面與軸或安裝在所述軸上隨軸旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件形成緊密的徑向配合;抗旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其可與設(shè)置在軸承組合件的外座圈上的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)接合以便將外座圈相對(duì)于軸向止動(dòng)構(gòu)件可旋轉(zhuǎn)地固定，且其中所述軸向止動(dòng)構(gòu)件還包括潤(rùn)滑流體引導(dǎo)構(gòu)件和潤(rùn)滑流體出口，所述潤(rùn)滑流體引導(dǎo)構(gòu)件布置成接收由于軸的旋轉(zhuǎn)而從所述軸線徑向向外拋出的潤(rùn)滑流體，并將潤(rùn)滑流體引導(dǎo)到潤(rùn)滑流體出口。
[0012]這是有利的，因?yàn)檩S向止動(dòng)構(gòu)件是多功能的。其用于約束軸承組合件的軸向和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其用作擋板來減少例如需要通過潤(rùn)滑流體拋出環(huán)來處理的潤(rùn)滑流體量，并確保潤(rùn)滑流體被引導(dǎo)到理想的位置。因此，軸向止動(dòng)構(gòu)件替代將需要來提供這些功能的多個(gè)組件。這導(dǎo)致成本節(jié)約、降低復(fù)雜性、降低重量并節(jié)省空間。
[0013]抗旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)選與所述軸向止動(dòng)構(gòu)件一體地形成。這是有利的，因?yàn)楸景l(fā)明提供具有多種功能的單件構(gòu)件，從而提供簡(jiǎn)化的組裝過程，從而降低組裝成本。
[0014]優(yōu)選地，抗旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是凸耳，以及互補(bǔ)結(jié)構(gòu)是槽，或反之亦然。
[0015]優(yōu)選地，軸承殼體設(shè)有可與所述軸向止動(dòng)構(gòu)件的抗旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)接合的結(jié)構(gòu)，以便將軸向止動(dòng)構(gòu)件相對(duì)于所述軸承殼體可旋轉(zhuǎn)地固定。這是有利的，因?yàn)樗鼘⑤S向止動(dòng)構(gòu)件相對(duì)于軸承殼體固定在理想取向下。在這種情況下，軸向止動(dòng)構(gòu)件的抗旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)與軸承組合件外座圈的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)和軸承殼體結(jié)構(gòu)兩者接合。
[0016]這是有利的，因?yàn)楫?dāng)軸向止動(dòng)構(gòu)件的抗旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)與軸承組合件外座圈的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)和軸承殼體結(jié)構(gòu)接合時(shí)，軸承組合件的外座圈相對(duì)于軸承殼體取向在理想取向下。因此，在組裝過程中，所述結(jié)構(gòu)的接合用于將軸承組合件的外座圈相對(duì)于所述軸承殼體自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)在理想旋轉(zhuǎn)取向下。
[0017]優(yōu)選地，軸承殼體結(jié)構(gòu)是槽以及抗旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是凸耳，或反之亦然。
[0018]優(yōu)選地，渦輪機(jī)包括潤(rùn)滑流體貯槽，軸承組合件的外座圈設(shè)有潤(rùn)滑流體出口，以及所述軸向止動(dòng)構(gòu)件的抗旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)、軸承組合件的外座圈的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)和軸承殼體結(jié)構(gòu)布置成當(dāng)它們接合時(shí)，潤(rùn)滑流體出口流體地連接到潤(rùn)滑流體貯槽。
[0019]這是有利的，因?yàn)楫?dāng)所述結(jié)構(gòu)接合時(shí)，軸承組合件的外座圈被自動(dòng)地取向，使得在外座圈中的潤(rùn)滑流體出口流體地連接到潤(rùn)滑流體貯槽。此外，由于所述結(jié)構(gòu)的接合，軸承組合件外座圈的理想取向在渦輪增壓器的操作過程中得以保持。
[0020]優(yōu)選地，潤(rùn)滑流體出口和潤(rùn)滑流體貯槽布置成使得在該取向下，潤(rùn)滑流體在重力作用下從軸承組合件通過潤(rùn)滑流體出口排出并到達(dá)潤(rùn)滑流體貯槽。
[0021]限定所述孔的軸向止動(dòng)構(gòu)件的內(nèi)表面優(yōu)選與軸或安裝在所述軸上隨軸旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件形成非接觸式密封。安裝在軸上隨軸旋轉(zhuǎn)的這種構(gòu)件的實(shí)例是潤(rùn)滑流體拋出環(huán)。這是有利的，因?yàn)榉墙佑|式密封防止?jié)櫥黧w從軸承組合件傳遞通過所述軸向止動(dòng)構(gòu)件。
[0022]優(yōu)選地，限定所述孔的軸向止動(dòng)構(gòu)件的內(nèi)表面基本上圍繞軸或安裝在軸上的構(gòu)件的圓周延伸。
[0023]潤(rùn)滑流體引導(dǎo)構(gòu)件優(yōu)選與所述軸向止動(dòng)構(gòu)件一體地形成。這是有利的，因?yàn)楸景l(fā)明提供具有多種功能的單件構(gòu)件，從而提供簡(jiǎn)化的組裝過程，從而降低組裝成本。
[0024]優(yōu)選地，潤(rùn)