用于涡轮增压器的挠曲支点可倾瓦块轴颈轴承的制作方法
【专利说明】用于涡轮増压器的挠曲支点可倾瓦块轴颈轴承
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年9月5日提交的标题为“用于涡轮增压器的挠曲支点可倾瓦块轴颈轴承”的美国临时申请第61/874，106号以及于2014年1月30日向美国专利和商标局提交的标题为“用于半浮式挠曲支点可倾瓦块轴颈轴承的定向润滑”的美国临时申请第61 /933，448号的优先权和全部权益。
技术领域
[0003]本发明涉及一种用于涡轮增压器的浮环轴颈轴承。更具体地，本发明涉及具有用于径向支撑涡轮增压器的轴承壳体中的轴的挠曲支点可倾瓦块的浮环轴颈轴承。
【背景技术】
[0004]废气涡轮增压器将压缩空气传递至发动机进气口，使得能燃烧更多的燃料，从而在没有明显增加发动机重量的情况下提高发动机的马力。涡轮增压器通常包括连接至发动机的排气歧管的涡轮机壳体、中心轴承壳体以及连接至发动机的进气歧管的压缩机壳体。涡轮机壳体中的涡轮机叶轮通过从排气歧管供应的废气的流入而可旋转地驱动。可旋转地支撑于中心轴承壳体中的轴将涡轮机叶轮连接至压缩机壳体中的压缩机叶轮，使得涡轮机叶轮的旋转引起压缩机叶轮的旋转。随着压缩机叶轮的旋转，这增大了经由发动机的进气歧管传递至发动机的汽缸的空气质量流率、气流密度和空气压力。
[0005]轴承通常在中心轴承壳体中位于轴与中心轴承壳体之间，以便可旋转地支撑轴。在一些涡轮增压器中，浮环或半浮环轴颈轴承用于支撑轴。然而，一些浮环或半浮环轴承在扩大的操作速度范围内与一个或多个大幅度次同步运动相关联。仍然需要提供一种涡轮增压器中的改进的轴颈轴承，以通过降低旋转组件的次同步响应和整体轴承负荷来提高稳定性。
【发明内容】
[0006]在一些方面，提供了一种全浮环或半浮环轴颈轴承，其位于中心轴承壳体中，用于径向支撑在涡轮机叶轮与压缩机叶轮之间从其中延伸通过的轴。全浮环或半浮环轴颈轴承沿其邻近轴的内表面包括多个挠曲支点可倾瓦块(FPTP)。在一些实施例中，全浮环或半浮环轴颈轴承将挠曲支点可倾瓦块一体为单件式轴承。相比一些没有FPTP的浮环或半浮环轴承，全浮环或半浮环FPTP轴颈轴承有利地提供了幅度降低的次同步轴运动响应。如此一来，减少了旋转轴的振动并使得轴和叶轮变得稳定，从而提高了涡轮增压器的耐用性和效率。
[0007]在一些方面，提供了一种用于具有挠曲支点可倾瓦块的半浮式轴颈轴承的润滑系统。润滑系统适当地对流向半浮式FPTP轴颈轴承的油流动速率进行限制。在一些实施例中，通过将油导向至狭窄间歇来降低所需的油流动速率，使得半浮式FPTP轴承的油流动速率与典型的固定几何形状半浮式轴承相一致。
[0008]在一些方面，将润滑油导向到润滑最为重要的瓦块表面，这样做可以消除半浮式FPTP轴颈轴承中浪费的油流。油经由穿过FPTP腹板的供油孔或者经由瓦之间的供油孔直接地供应至瓦块表面，并且借助于轴的旋转将油朝向瓦块表面拉动。
[0009]所公开的技术包括(1)通过FPTP腹板对瓦块表面进行定向润滑以及(2)通过供油孔在每个瓦块(邻近FPTP)之间进行定向润滑。这两种供油方式都可通过轴承带外径上的周向槽来增强，以便有助于向供油孔进行供给。
[0010]供油孔的直径和位置上游和/或瓦块到转子间隙可有助于约束油的流动并且将油限制至薄膜润滑的关键区域。定向润滑同时提供了较低的整体流动速率和集中在瓦块前沿的供油。因此，经由穿过每个瓦或在每个瓦之间的供油孔的用于半浮式轴颈轴承的定向润滑可以降低整体的油流动速率并将油集中在最需要进行润滑的瓦块前沿处。
【附图说明】
[0011]当结合附图参考以下详细描述时，本发明将变得更易于阅读和更容易理解，其中:
[0012]图1是包括挠曲支点可倾瓦块轴颈轴承的废气涡轮增压器的横截面图。
[0013]图2是全浮式挠曲支点可倾瓦块轴颈轴承的示意性端视图；
[0014]图3是图2的挠曲支点可倾瓦块轴承的横截面侧视图；
[0015]图4是半浮式挠曲支点可倾瓦块轴承的横截面侧视图；
[0016]图5是图4的轴承的端视图；
[0017]图6A是全浮环轴颈轴承的横截面侧视图；
[0018]图6B是图6A的全浮环轴颈轴承的端视图；
[0019]图6C是图6A的全浮环轴颈轴承的透视图；
[0020]图7A是全浮环挠曲支点可倾瓦块轴承的横截面侧视图；
[0021 ]图7B是图7A的全浮环挠曲支点可倾瓦块轴承的端视图；
[0022]图7C是图7A的全浮环挠曲支点可倾瓦块轴承的透视图；
[0023]图7D是图7A的全浮环挠曲支点可倾瓦块轴承的另一透视图；
[0024]图8A是半浮环轴颈轴承的横截面侧视图；
[0025]图8B是图8A的半浮环轴颈轴承的端视图；
[0026]图8C是图8A的半浮环轴颈轴承的透视图；
[0027]图9A是半浮环挠曲支点可倾瓦块轴颈轴承的横截面侧视图；
[0028]图9B是图9A的半浮环挠曲支点可倾瓦块轴颈轴承的端视图；
[0029]图9C是图9A的半浮环挠曲支点可倾瓦块轴颈轴承的透视图；
[0030]图9D是图9A的半浮环挠曲支点可倾瓦块轴颈轴承的另一透视图；
[0031]图10是挠曲支点可倾瓦块轴承的横截面侧视图，该挠曲支点可倾瓦块轴承带有穿过FPTP腹板的供油孔，以供油来实现定向润滑；
[0032]图11是图10的轴承的端视图；
[0033]图12是图10的轴承的透视图；
[0034]图13是挠曲支点可倾瓦块轴承的横截面侧视图，该挠曲支点可倾瓦块带有三个供油孔，以在每个挠曲支点可倾瓦块之间供油实现定向润滑；以及
[0035]图14是图13的轴承的端视图。
【具体实施方式】
[0036]参照图1，废气涡轮增压器100包括涡轮机段102、压缩机段106和设置在压缩机段106与涡轮机段102之间并将压缩机段106连接至涡轮机段102的中心轴承壳体12。涡轮机段102包括涡轮机壳体(未示出)和设置在涡轮机壳体中的涡轮机叶轮104。压缩机段106包括压缩机壳体(未示出)和设置在压缩机壳体中的压缩机叶轮108。涡轮机叶轮104经由轴14连接至压缩机叶轮108。轴14经由一对轴向隔开的轴颈轴承8，10支撑来绕旋转轴线116在形成在轴承壳12中的孔16内部旋转。例如，压缩机侧轴颈轴承8支撑与压缩机段106邻近的轴14，而涡轮机侧轴颈轴承10支撑与涡轮机段102邻近的轴14。如下文讨论，轴颈轴承8，10是全浮环挠曲支点可倾瓦块(FPTP)轴承。
[0037]压缩机侧轴颈轴承8与涡轮机侧轴颈轴承10之间的轴向间距由圆柱形轴颈轴承隔圈110保持。另外，推力轴承组件112设置在轴承壳体12中，以便对轴14提供轴向支撑。轴14在压缩机侧轴颈轴承8的压缩机侧具有减少的直径，并且在直径之间的过渡部分处形成有台肩。压缩机叶轮108以及包括推力轴承120、推力垫圈组件122及甩油盘124的推力轴承组件112均支撑在轴14的直径减小部分。轴14的终端14a轴向地延伸越过压缩机叶轮108并且包括外螺纹。螺母126与该螺纹啮合并且充分地拧紧以便抵在台肩上夹持压缩机叶轮108和推力轴承组件112。
[0038]使用时，涡轮机壳体中的涡轮机叶轮104通过从发动机的排气歧管供应的废气的流入而可旋转地驱动。由于轴14将涡轮机叶轮104连接至压缩机壳体中的压缩机叶轮108，因此，涡轮机叶轮104的旋转引起压缩机叶轮108的旋转。随着压缩机叶轮108的旋转，这增大了经由从压缩机段106的流出而传递至发动机的汽缸的空气质量流率、气流密度和空气压力，压缩机段106连接至发动机的进气歧管(未示出)。
[0039]涡轮增压器轴承系统通过来自发动机的油进行润滑。诸如油等流体在中心轴承壳体12中循环，以便润滑轴颈轴承8，10、轴14和壳体壁。油经由供油口 31在压力下供给至轴承壳体12中，以润滑轴颈轴承8，10内和周围的轴承表面。更具体地，油穿过独立的轴承供应通道33和35，以润滑推力轴承组件112和轴颈轴承8，10。供应通道33和35相对于两个轴颈轴承8，10在大致轴向中心位置处打开，使得油可在两个方向上轴向地流动来润滑轴承表面。轴颈轴承8，10具有轴向中心的润滑油流口或孔36，其接收来自相应的供应通道33，35的油。在一些实施例中，流向压缩机段106的油可通过如在博格华纳的美国专利第8，348，595号中所示的轴承壳体与压缩机壳体之间的插入件和密封系统进行阻挡，该专利通过引用的方式并入本文中。在轴颈轴承8，10上方流动并从其中流过的油最终在轴承壳体集油腔37内汇集，以便通过出口孔39实现返回循环。
[0040]参照图2和图3，全浮环FPTP轴颈轴承8，10大体上结构相似，因此将只对涡轮机侧轴颈轴承10进行详细描述。轴颈轴承10径向地支撑中心轴承壳体12内的轴14，并且用于防止它们之间的接触并控制旋转轴14的运动。在流体动力润滑时，油留在轴承10、轴14和孔16之间，从而形成流体膜并防止金属间的接触。轴颈轴承10形成两个流体动力油膜；中心轴承壳体孔16与轴颈轴承外表面22之间的外膜26以及轴颈轴承内表面20与轴14的外表面18之间的内膜24，由此使得轴颈轴承10可在中心轴承壳体12中的内膜24与外膜26之间浮动。另夕卜，允许轴承10可绕轴14旋转或转动，而不需要与轴承10或轴承壳体12直接接触。[0041 ]在全浮环FPTP轴颈轴承10中，内油膜24和外油膜26均起到轴承表面的作用。这可以与提供在半浮环FPTP轴颈轴承中的对应内外油膜相比，其中内油膜起到轴承表面的作用，但外油膜起到阻尼器的作用。在这一点上，全浮环FPTP轴颈轴承10相对于一些类似的半浮环FPTP轴颈轴承是有利的，这是因为在使用时，全浮环FPTP轴颈轴承10比半浮环FPTP轴颈轴承功率损失更少。
[0042]参照图4和图5，替代实施例的轴颈轴承为类似地位于中心轴承壳体12内并可旋转地支撑轴14的半浮环挠曲支点可倾瓦块轴颈轴承30。再者，油循环穿过中心轴承壳体12并形成轴外表面18与轴承内表面20之间的内间隙或内油膜24以及轴承外表面22与壳体内表面16之间的外间隙或外油膜26。轴承30在内油膜24与外油膜26之间浮动，然而，轴承30在其远端中包括保持凹口32，用于接收固定至轴承壳体12的防转销34，以阻止轴承30的旋转。夕卜油膜用作用于抑制轴14的运动的挤压膜阻尼器。
[0043]轴承10，30中的每一个还包括从轴承内表面20周向延伸并围绕轴外表面18延伸的多个挠曲支点可倾瓦块40。挠曲支点可倾瓦块40与形成轴承内表面20的轴承壁一体地形成。例如，挠曲支点可倾瓦块40通过径向延伸的连接膜42与轴承内表面20—体地连接，并且形成邻近并面向轴外表面18的周向延伸的内瓦块表面44。在一些实施例中，轴承