具有轴向止动构件的涡轮机的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种涡轮机，并且具有具体的但非限制性的涡轮增压器或动力涡轮机形式的涡轮机的应用。
【背景技术】
[0002]涡轮增压器是用于在高于大气压的压力(增压压力)下将空气供应到内燃发动机的进气口的公知装置。常规的涡轮增压器主要包括安装在涡轮机壳体内的旋转轴上的排气驱动的涡轮机叶轮。涡轮机叶轮的旋转使得安装在压缩机壳体内的轴的另一端上的压缩机叶轮旋转。压缩机叶轮将压缩后的空气提供到发动机的进气歧管，从而增加发动机的功率。
[0003]涡轮增压器轴由设置在涡轮机叶轮和压缩机叶轮之间的中央轴承壳体支撑。涡轮增压器轴在容纳于轴承壳体的轴向孔内的轴承衬套内旋转。
[0004]涡轮增压器轴通常通过轴承组合件支撑以便在轴承壳体内旋转，所述轴承组合件包括由轴承元件径向隔开的内外座圈，轴承壳体具有轴延伸通过其中的孔。
[0005]为油形式的润滑液在来自发动机滑油系统的压力下经由油入口、通道和通路供给到轴承组合件。典型地，外座圈的外表面具有用于容纳润滑油的浅环形凹部，其在轴承壳体的内表面和外座圈的外表面之间提供环形间隙。凹部提供外座圈和轴承壳体之间的油薄膜。该膜用作挤压膜阻尼器并阻尼由轴的旋转所造成的旋转运动和振动。对于凹部而言，油通过外座圈中的入口通路流入到轴承组合件内。然后，油流动通过轴承组合件，在通过外座圈中的出口从轴承组合件离开到达油贮槽前，在组合件内提供润滑。重要的是，所述出口正确地取向，以确保轴承组合件内的润滑流体能够在重力作用下排放到润滑流体贮槽。
[0006]轴承组合件的内座圈固定到涡轮增压器轴并随着涡轮增压器轴旋转。对于外座圈而言有必要自由地装配在轴承壳体内，以允许组装、热膨胀和挤压膜阻尼。然而，外座圈需要被约束，以防止外座圈的轴向和旋转运动。这有必要确保在外座圈内的出口正确地取向，以确保轴承组合件内的润滑流体能够在重力的作用下排放到润滑流体贮槽。这也有必要确保外座圈中的入口通路相对于轴承壳体正确地取向，以便允许油通过入口通路进入到轴承组合件内。在涡轮增压器的组装过程中正确地取向轴承组合件的外座圈可能造成问题。此夕卜，在涡轮增压器的操作过程中也会难以维持轴承组合件的外座圈处于正确的取向下。
[0007]典型的当前设计使用销，其从轴承壳体通到外座圈内，以便将外座圈相对于轴承壳体可旋转地固定。然而，这样的布置会难以组装，需要多个部件，以及也相应地相对昂贵。
[0008]此外，提供有效的密封系统来防止油从中央轴承壳体泄漏到压缩机或涡轮机壳体内可能造成问题。油泄漏被认为是在涡轮增压器的压缩机端部处的特殊问题，因为在低的增压压力下(例如当发动机空转时或当涡轮增压器在发动机制动模式下操作时)，会存在从轴承壳体到压缩机壳体的显著压降，其导致油泄漏到压缩机壳体内。为了应对这种泄漏，已知的是在轴承壳体的压缩机端部处包括作为推力轴承组合件一部分的抛油环。抛油环是环形部件，其随着涡轮增压器轴旋转，并具有表面或通路，所述表面或通路布置成当其旋转时用于将推动油远离轴，并且具体从通路通过轴承壳体进入到压缩机壳体内。通常情况下，在轴承壳体内限定的环形溅室收集由抛油环排出的油，为其再循环提供，并且通常允许其排放到贮槽。
[0009]尽管涡轮增压器的涡轮机驱动压缩机，但在动力涡轮机中，涡轮机轴的远离所述涡轮机叶轮的端部通过机械耦联传递动力(或功率)。在双级涡轮发动机中，两个涡轮机串联设置与涡轮增压器的涡轮机串联连接的动力涡轮机。动力涡轮机用于产生额外的功率，以及齿轮可以固定到所述动力涡轮机轴的端部，以经由适当的耦联(诸如像流体耦联或齿轮或其它驱动机构)液压地、机械地或电动地将功率传递到发动机的曲轴。如同涡轮增压器一样，动力涡轮机的轴支撑在轴承组合件上，包括适当的润滑系统，位于连接到涡轮机壳体的轴承壳体内。在轴的涡轮机端部处的轴承布置可与涡轮增压器中发现的基本上相同，但是在轴的驱动端部处的轴承布置可以是球轴承组合件。
【发明内容】
[0010]除其它之外，本发明的目的之一是消除或减轻在组装过程中与将轴承组合件的外座圈定位在正确的取向下相关联的问题、与操作过程中将外座圈约束在正确取向下相关联的问题以及与涡轮机中漏油相关联的问题。
[0011]根据本发明的第一方面，提供一种涡轮机，其包括:可围绕旋转轴线旋转的轴；涡轮机叶轮，其设置在轴的一端处，以便围绕旋转轴线在涡轮机壳体内旋转;轴由轴承组合件支撑以便在轴承壳体内旋转，所述轴承组合件包括由轴承元件径向隔开的内座圈和外座圈，轴承壳体具有轴延伸通过其中的孔，轴承组合件设置在所述孔内；其中所述涡轮机进一步包括:布置成约束轴承组合件轴向运动的轴向止动构件，在所述轴向止动构件内设置由轴通过的孔，所述孔通过轴向止动构件的径向内表面限定，所述内表面与轴或安装在所述轴上随轴旋转的构件形成紧密的径向配合;抗旋转结构，其可与设置在轴承组合件的外座圈上的互补结构接合以便将外座圈相对于轴向止动构件可旋转地固定，且其中所述轴向止动构件还包括润滑流体引导构件和润滑流体出口，所述润滑流体引导构件布置成接收由于轴的旋转而从所述轴线径向向外抛出的润滑流体，并将润滑流体引导到润滑流体出口。
[0012]这是有利的，因为轴向止动构件是多功能的。其用于约束轴承组合件的轴向和旋转运动，其用作挡板来减少例如需要通过润滑流体抛出环来处理的润滑流体量，并确保润滑流体被引导到理想的位置。因此，轴向止动构件替代将需要来提供这些功能的多个组件。这导致成本节约、降低复杂性、降低重量并节省空间。
[0013]抗旋转结构优选与所述轴向止动构件一体地形成。这是有利的，因为本发明提供具有多种功能的单件构件，从而提供简化的组装过程，从而降低组装成本。
[0014]优选地，抗旋转结构是凸耳，以及互补结构是槽，或反之亦然。
[0015]优选地，轴承壳体设有可与所述轴向止动构件的抗旋转结构接合的结构，以便将轴向止动构件相对于所述轴承壳体可旋转地固定。这是有利的，因为它将轴向止动构件相对于轴承壳体固定在理想取向下。在这种情况下，轴向止动构件的抗旋转结构与轴承组合件外座圈的互补结构和轴承壳体结构两者接合。
[0016]这是有利的，因为当轴向止动构件的抗旋转结构与轴承组合件外座圈的互补结构和轴承壳体结构接合时，轴承组合件的外座圈相对于轴承壳体取向在理想取向下。因此，在组装过程中，所述结构的接合用于将轴承组合件的外座圈相对于所述轴承壳体自动对准在理想旋转取向下。
[0017]优选地，轴承壳体结构是槽以及抗旋转结构是凸耳，或反之亦然。
[0018]优选地，涡轮机包括润滑流体贮槽，轴承组合件的外座圈设有润滑流体出口，以及所述轴向止动构件的抗旋转结构、轴承组合件的外座圈的互补结构和轴承壳体结构布置成当它们接合时，润滑流体出口流体地连接到润滑流体贮槽。
[0019]这是有利的，因为当所述结构接合时，轴承组合件的外座圈被自动地取向，使得在外座圈中的润滑流体出口流体地连接到润滑流体贮槽。此外，由于所述结构的接合，轴承组合件外座圈的理想取向在涡轮增压器的操作过程中得以保持。
[0020]优选地，润滑流体出口和润滑流体贮槽布置成使得在该取向下，润滑流体在重力作用下从轴承组合件通过润滑流体出口排出并到达润滑流体贮槽。
[0021]限定所述孔的轴向止动构件的内表面优选与轴或安装在所述轴上随轴旋转的构件形成非接触式密封。安装在轴上随轴旋转的这种构件的实例是润滑流体抛出环。这是有利的，因为非接触式密封防止润滑流体从轴承组合件传递通过所述轴向止动构件。
[0022]优选地，限定所述孔的轴向止动构件的内表面基本上围绕轴或安装在轴上的构件的圆周延伸。
[0023]润滑流体引导构件优选与所述轴向止动构件一体地形成。这是有利的，因为本发明提供具有多种功能的单件构件，从而提供简化的组装过程，从而降低组装成本。
[0024]优选地，润