涡轮增压器和内燃发动机的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种涡轮增压器和内燃发动机，所述涡轮增压器包括涡轮机、压缩机和轴承壳体，轴承壳体设置并且连接在涡轮机与压缩机之间。轴可旋转地设置在轴承壳体内并且延伸到涡轮机和压缩机中。轴承装置设置在轴与轴承壳体之间。轴承装置包括第一轴承和第二轴承，第一轴承和第二轴承中的每个由相应的第一多个滚动体元件和第二多个滚动体元件形成，所述多个滚动体元件接合在相应的第一内座圈和第二内座圈之间以及在相应的第一外座圈和第二外座圈之间。所述轴由具有小于0.40wt%含碳量的合金钢制成。
【专利说明】
涡轮増压器和内燃发动机
技术领域
[0001]本实用新型总体涉及涡轮增压器，并且更具体地涉及在内燃发动机上使用的涡轮增压器。
【背景技术】
[0002]涡轮增压进气系统包括涡轮增压器，涡轮增压器使用来自发动机的排气来压缩流入发动机中的空气，从而促使比发动机以另外方式吸入燃烧室中的空气更多的空气进入发动机的燃烧室。这种增加的空气量供应允许燃料量供给增加，从而使发动机的动力输出功率增加。
[0003]涡轮增压器通常包括压缩机叶轮和涡轮机叶轮，压缩机叶轮在压缩机壳体中装配在单轴的一端上，涡轮机叶轮在涡轮机壳体中装配在所述轴的另一端上。通常，涡轮机壳体与压缩机壳体分开形成。轴承壳体连接在涡轮机壳体与压缩机壳体之间以包含用于轴的轴承。涡轮机壳体接收来自发动机的排气并且将排气引导至由排气驱动的涡轮机叶轮。涡轮机组件因而从排气中得到动力，并且驱动压缩机。
[0004]涡轮增压器通常使用流体动力轴承来支撑轴。然而，此类涡轮增压器通常可具有到涡轮机叶轮焊接点处的易裂纹的轴，易裂纹轴可导致疲劳故障。涡轮机叶轮焊接点的故障可导致涡轮增压器显著损坏，从而需要昂贵的维修和大量的机器停工时间。
【实用新型内容】
[0005]在一方面，本实用新型描述了一种涡轮增压器，其包括涡轮机和压缩机，涡轮机包括涡轮机叶轮，压缩机包括压缩机叶轮。轴承壳体设置并且连接在涡轮机与压缩机之间。轴承壳体形成从中通过的轴承孔。轴可旋转地设置在轴承壳体内并且延伸到涡轮机和压缩机中。涡轮机叶轮连接到轴的一端，而压缩机连接到轴的相对端，使得涡轮机叶轮可旋转地设置在涡轮机中，而压缩机叶轮可旋转地设置在压缩机中。轴承装置设置在轴与轴承壳体之间。轴承装置包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承中具有多个第一滚动体元件，所述第二轴承中具有多个第二滚动体元件，所述多个第一滚动体元件接合在第一内座圈与第一外座圈之间，所述多个第二滚动体元件接合在第二内座圈与第二外座圈之间。内轴承座圈元件设置在外轴承座圈元件内并且在外轴承座圈元件与轴之间，内轴承座圈元件形成相应的第一内座圈和第二内座圈，使得相应的第一内座圈与相应的第一外座圈轴向对齐，并且相应的第二内座圈与相应的第二外座圈轴向对齐。所述轴由中碳或低碳合金钢制成，例如由具有含碳量小于0.40wt%的合金钢制成。
[0006]所述轴的所述合金钢的含碳量为0.30wt%o
[0007]所述轴的所述合金钢的含碳量在0.28wt%至0.33wt%之间。
[0008]所述内轴承座圈元件包括扩张部分，所述扩张部分相对于所述第一内座圈和所述第二内座圈径向向外延伸，以给所述轴提供扭转刚度和抗弯刚度。
[0009]所述轴在端部处连接到所述内座圈，所述端部具有第一直径，所述轴在所述端部之间进一步形成细长部分，所述细长部分具有小于所述第一直径的第二直径。
[0010]所述内轴承座圈元件的增大的内径与所述轴的所述细长部分在轴向方向上重叠。
[0011]所述内轴承座圈元件由两个部件形成，S卩，外侧杯状件和内侧杯状件。
[0012]所述外侧杯状件和所述内侧杯状件中的一个形成在其中接纳另一个杯状件的自由环形面的凸部和壁。
[0013]所述扩张部分的两侧为两个过渡部分，所述过渡部分减小了所述扩张部分的内径以匹配所述轴的外径。
[0014]在另一方面，本实用新型描述了一种涡轮增压器，其包括涡轮机和压缩机，涡轮机包括涡轮机叶轮，压缩机包括压缩机叶轮。轴承壳体设置并且连接在涡轮机与压缩机之间，该轴承壳体形成从中通过的轴承孔。轴可旋转的设置在轴承壳体内并且延伸到涡轮机和压缩机中。涡轮机叶轮连接到轴的一端，而压缩机叶轮连接到轴的相对端，使得涡轮机叶轮可旋转地设置在涡轮机中，而压缩机叶轮可旋转地设置在压缩机中。轴承装置设置在轴与轴承壳体之间。轴承装置包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承中具有多个第一滚动体元件，所述第二轴承中具有多个第二滚动体元件，所述多个第一滚动体元件接合在第一内座圈与第一外座圈之间，所述多个第二滚动体元件接合在第二内座圈与第二外座圈之间。夕卜轴承座圈元件设置在轴承孔内并且形成相应的第一外座圈和第二外座圈。内轴承座圈元件设置在外轴承座圈元件内并且在外轴承座圈元件与轴之间，内轴承座圈元件形成相应的第一内座圈和第二内座圈，使得相应的第一内座圈与相应的第一外座圈轴向对齐，并且相应的第二内座圈与相应的第二外座圈轴向对齐。喷嘴环围绕涡轮机叶轮设置并且包括具有流动通路的多个轮叶，流动通路限定在使进气通道与涡轮机叶轮流体连通的轮叶之间。护罩被布置成与涡轮机叶轮的至少一部分成环绕关系。由轮叶限定的流动通路被配置成切向和径向向内地引导气体朝向涡轮机叶轮的内径，并且护罩被配置成限定与进气通道和流动通路连通的流动路径，该流动路径在基本上平行于涡轮机叶轮的旋转轴线的方向上延伸。所述轴由具有含碳量大约0.28wt%至大约0.33wt%之间的合金钢制成。
[0015]在又一方面，本实用新型描述了一种内燃发动机，其具有在气缸体中形成的多个燃烧室、设置成向燃烧室提供空气或空气与排气混合物的进气歧管，以及设置成从燃烧室接收排气的排气歧管。所述发动机进一步包括涡轮机，涡轮机包括环绕涡轮机叶轮的涡轮机壳体。涡轮机壳体流体连接到排气歧管，并且设置成从排气歧管接收排气以驱动涡轮机叶轮。压缩机包括环绕压缩机叶轮的压缩机壳体。压缩机壳体流体连接到进气歧管，并且设置成向进气歧管提供空气。轴承壳体设置并且连接在涡轮机与压缩机之间。轴承壳体形成从中通过的轴承孔，该轴承孔容纳使涡轮机叶轮和压缩机叶轮互连的轴，以在其间传送动力。轴可旋转地装配在轴承壳体内并且延伸到涡轮机和压缩机中，使得涡轮机叶轮连接到轴的一端，而压缩机叶轮连接到轴的相对端。轴承装置设置在轴与轴承壳体之间。轴承装置包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承中具有多个第一滚动体元件，所述第二轴承中具有多个第二滚动体元件，所述多个第一滚动体元件接合在第一内座圈与第一外座圈之间，所述多个第二滚动体元件接合在第二内座圈与第二外座圈之间。外轴承座圈元件设置在轴承孔内并且形成相应的第一外座圈和第二外座圈。内轴承座圈元件设置在外轴承座圈元件内并且在外轴承座圈元件与轴之间，内轴承座圈元件形成相应的第一内座圈和第二内座圈，使得相应的第一内座圈与相应的第一外座圈轴向对齐，并且相应的第二内座圈与相应的第二外座圈轴向对齐。所述轴由具有含碳量大约0.28wt%至大约0.33^%之间的的合金钢制成。
【附图说明】
[0016]图1是根据本实用新型的内燃发动机的方框图。
[0017]图2是从根据本实用新型的涡轮增压器的侧面透视的概略图。
[0018]图3是通过图2所示的涡轮增压器中心的局部视图。
[0019]图4是图3所示的涡轮增压器轴承的放大详细视图。
[0020]图5和图6是图3所示的涡轮增压器轴两端处的密封件Al、A2处的放大详细视图。[0021 ]图7是涡轮增压器轴和压缩机叶轮互连的放大详细视图。
【具体实施方式】
[0022]本实用新型涉及与内燃发动机结合使用的改进型涡轮增压器，以促进发动机的有效工作并且还促进涡轮增压器的稳定且可靠的工作。图1示出了发动机100的简化方框图。发动机100包括气缸体104，气缸体104设置有多个燃烧气缸106。在所示实施例中，所示六个燃烧气缸处于直列式配置或“I”形配置，但也可使用以不同配置诸如“V”形配置布置的任何其他数目的气缸。多个燃烧气缸106经由排气阀(未示出)流体连接到第一排气管道108和第二排气管道110。第一排气管道108和第二排气管道110中的每个连接到涡轮增压器119的涡轮机120。在所示实施例中，涡轮机120包括具有进气口 124的壳体122，进气口 124流体连接到第一排气管道108和第二排气管道110，并且被布置成从那里接收排气。提供给涡轮机120的排气使得连接到轴126的涡轮机叶轮(未在此示出)旋转。排气通过出口 128排出涡轮机120的壳体122。出口 128处的排气在通过竖管或尾管134排放到环境中之前，任选地穿过诸如将燃烧副产物从排气流中物理上和化学上去除的后处理装置130的其他排气后处理部件和系统，和/或抑制发动机噪音的消音器132。
[0023 ]轴126的旋转使得压缩机136的叶轮(未在此示出)旋转。如图所示，压缩机136可以为径流式压缩机、混流式压缩机或轴流式压缩机，其配置成通过压缩机进口 140接收来自空气过滤器138的新鲜的过滤空气流。压缩机136的出口 142处的加压空气在被提供到发动机100的进气歧管148之前，经由增压空气管道144输送至增压空气冷却器146。在所示实施例中，来自进气歧管148的空气输送至燃烧气缸106，其在燃烧气缸106中与燃料混合并且燃烧以产生发动机动力。
[0024]图1中标记102为排气再循环(EGR)系统，任选的EGR系统102包括EGR冷却器150(其也为任选的)，EGR冷却器150流体连接到第一排气管道108的EGR气体供应端口 152。来自第一排气管道108的排气流可穿过EGR冷却器150，排气流在经由EGR管道156供应到EGR阀154之前在EGR冷却器150中进行冷却。EGR阀154可由电子控制，并且配置成计量或控制穿过EGR管道156的气体的流量。EGR阀154的出口流体连接到进气歧管148，使得来自EGR管道156的排气可与来自增压空气冷却器146的压缩空气在发动机100的进气歧管148内混合。
[0025]部分由于涡轮机120所呈现的流动限制，所以通常称为背压的第一排气管道108中的排气压力高于周围压力。由于同样的原因，第二排气管道110中存在正背压。由于压缩机136所提供的压缩，所以通常称为升压压力的进气歧管148中的空气或空气/EGR气体混合物的压力也高于周围压力。在很大程度上，背压与升压压力之间的压力差，加上EGR系统102的部件的流动限制和流动面积，确定了可在各种发动机工作条件下实现的EGR气体的最大流量。
[0026]图2示出涡轮增压器119的概略图，并且图3示出局部视图。参考这些附图并且在随后的描述中，为简单起见，与已经描述的对应结构和特征相同或类似的结构和特征有时可通过先前使用的相同参考标号来表示。如图所示，涡轮机120连接到轴承壳体202。轴承壳体202环绕轴126的一部分，并且包括设置在润滑腔206内的轴承242和轴承243，润滑腔206在轴承壳体202内形成。润滑腔206包括润滑剂进口端口 203和润滑剂出口开口 205，它们容纳从中通过的润滑流体流例如发动机润滑油，从而当轴126在发动机工作期间旋转时润滑轴承242和轴承243。
[0027]轴126在一端连接到涡轮机叶轮212，而在另一端连接到压缩机叶轮213。涡轮机叶轮212配置成在连接到轴承壳体202的涡轮机壳体215内旋转。压缩机叶轮213设置成在压缩机壳体217内旋转。涡轮机叶轮212包括围绕轮毂216径向布置的多个叶片214。轮毂216连接到轴126的端部。在所示实施例中，涡轮机叶轮212通过焊接连接在轴126的端部，但可使用其他方法诸如通过使用紧固件将涡轮机叶轮连接到轴上。涡轮机叶轮212可旋转地设置在排气涡轮机喷嘴230之间，排气涡轮机喷嘴230在涡轮机壳体215内限定。排气涡轮机喷嘴230在关于轴126和叶片214的大致径向向内和轴向方向上提供排气到涡轮机叶轮212，使得涡轮机120为混流式涡轮机，意为，排气在径向和轴向两个方向上被提供到涡轮机叶轮。越过涡轮机叶轮212的排气经由在壳体中形成的出口孔234排出涡轮机壳体215。出口孔234流体连接到出口 128(图1)。排气涡轮机喷嘴230流体连接到进气通道236，进气通道236具有涡形形状并且在涡轮机壳体215中形成。进气通道236使排气涡轮机喷嘴230与进气口 124(也参见图1)流体互连。注意，图3示出了在涡轮机壳体215中形成的单个进气通道236，但在可选的实施例中，在单个涡轮机壳体中可形成分开的通道。
[0028]在图3所示的实施例中，进气通道236环绕涡轮机叶轮212和出口孔234的区域，并通向围绕涡轮机叶轮212整个周边的排气涡轮机喷嘴230。进气通道236的截面流动面积沿气体的流动路径减小，该气体经由进气口 124进入涡轮机120并且通过排气涡轮机喷嘴230被提供给涡轮机叶轮212。
[0029]也形成用于涡轮机叶轮212的护罩的径向喷嘴环238基本上围绕涡轮机叶轮212的整个周边设置。如在随后的段落中更详细讨论，径向喷嘴环设置成与进气通道236流体连通，并且围绕涡轮机叶轮212限定排气涡轮机喷嘴230。如图3所示，径向喷嘴环形成多个轮叶246，这些轮叶是固定的并且围绕径向喷嘴环238对称设置且工作用来将来自进气通道236的排气导向涡轮机叶轮212。多个轮叶246的形状和配置可变化。在第一多个轮叶246中的相邻轮叶之间限定了具有倾斜形状的流动通路250。穿过流动通路250的气体的流动动量大致切向且径向向内地导向涡轮机叶轮212的内径，使得叶轮的旋转可以增加。虽然轮叶246进一步具有大致弯曲的气翼形状以最小化越过轮叶的和在轮叶之间的气体的流动损失，从而分别为涡轮机叶轮提供均匀的流入条件，但轮叶246也为径向喷嘴环238的护罩部分提供结构上的支撑。包括护罩部分的径向喷嘴环238经由多个紧固件252连接到涡轮机，但也可使用其他方法连接到涡轮机。紧固件252接合隔热罩254，隔热罩254使用过盈配合和支柱258连接到在轴承壳体202上形成的涡轮机凸缘256。
[0030]如上所述，护罩290和喷嘴环238可被配置成以便限定从涡轮机壳体进气通道236到涡轮机叶轮212的所谓混流路径，使得叶轮旋转可增加。通常，涡轮机可被配置成用于径流、轴流(例如，在喷气式发动机中使用的那些)或者包括径向分量和轴向分量的混合式流动，混合式流动在本文被称为“混合”流动以表示流动包括径向流动特性和轴向流动特性。相对于所示实施例，如图3所示，径向流动分量可通过由轮叶246限定的流动通路来提供，该流动通路被布置成并且配置成切向和径向向内地引导穿过在轮叶276之间限定的流动通路的气体朝向涡轮机叶轮212的内径。轴向流动分量可通过护罩290的弯曲部分和轴向延伸部分提供，护罩290的弯曲部分和轴向延伸部分沿基本上平行于涡轮机叶轮旋转轴线的流动路径形成渐缩轴向喷嘴，渐缩轴向喷嘴使气体加速越过涡轮机叶轮上的叶片214的弯曲端部。
[0031]轴承壳体202包封轴126的一部分，轴126通过轴承242和轴承243旋转地装配于在轴承壳体中形成的轴承孔260中。轴承242和轴承243中的每个包括外座圈261、滚动体和内座圈262，外座圈261接合轴承孔260的内径表面，内座圈262具有大致管状的形状并且沿其长度围绕轴126延伸。在工作期间，来自润滑剂进口端口 203的润滑油通过外部油栗经由通道264提供给轴承242和轴承243，润滑油在聚集在润滑腔206中并且通过润滑剂出口开口205流出轴承壳体之前从通道264冲洗过轴承以使它们冷却并且润滑。
[0032]轴承242和轴承243通过轴承保持件266轴向保持在轴承孔260内，轴承保持件266设置在形成于轴承壳体202之上的压缩机装配板268与压缩机叶轮213之间。轴承保持件266形成中心开口 270，中心开口 270的内径小于轴承孔260的内径，使得当轴承保持件266连接到轴承壳体202时，轴承242和轴承243保持在轴承孔260内。轴承保持件266通过紧固件272固定到压缩机装配板268，但可使用其他紧固结构或保持结构。
[0033]压缩机136包括形成轮叶276的压缩机轮叶环274，压缩机轮叶环274围绕压缩机叶轮213径向设置。轮叶276使压缩机进口孔278与压缩机涡形通道280流体连接，压缩机进口孔278包含压缩机叶轮213，压缩机涡形通道280形成于压缩机壳体217中并且终止于压缩机出口开口282。螺栓284和圆形板区段286将涡轮机壳体215连接到涡轮机凸缘256并且将压缩机壳体217连接到压缩机装配板268。接合在轴126上的螺母288将轴126保持在轴承242和轴承243内。
[0034]图4示出轴承242和轴承243的放大详细视图。在该图示中，并且在随后的其他图示中，为简单起见，与本文前述结构相同或类似的结构将通过先前使用的相同参考标号来表示。因此，也可称为压缩机侧轴承的第一轴承242由多个滚动体元件302形成，滚动体元件302被限于在外座圈凹槽304与内座圈凹槽306之间进行滚动运动或滑动运动，外座圈凹槽304在外座圈261中形成，内座圈凹槽306靠近内座圈262的外侧端或压缩机侧端形成。类似地，也可称为涡轮机侧轴承的第二轴承243由多个滚动体元件308形成，滚动体元件308被限于在对应的外座圈凹槽310与内座圈凹槽312之间进行滚动运动或滑动运动。
[0035]外座圈261形成有利于涡轮增压器119工作的并且还促进通过轴承壳体202的润滑油的期望流动的各种特征。更具体地，外座圈261具有形成外壁或外壳314的大致中空的圆柱形形状。外壳314在其端部形成外座圈凹槽304和外座圈凹槽310，并且包封圆柱形空间316，在工作期间，圆柱形空间316环绕轴216和内座圈262。外壳314靠近任一端形成两个集油凹槽或供油室318，集油凹槽或供油室318中的每个与在轴承壳体202中形成的通道264轴向对齐，使得在工作期间，流过通道264的润滑油聚集并且充满两个集油凹槽或供油室318中的每个。润滑通道320延伸通过外壳314，并且在靠近内座圈凹槽306和内座圈凹槽312而且还靠近外座圈凹槽304和外座圈凹槽310的区域中将每个相应的供油室318与圆柱形空间316流体连接，以在工作期间使轴承242和轴承243润滑和冷却。外壳314进一步形成排流开口 322，排流开口 322将圆柱形空间316与润滑腔206连接流体以使聚集在外座圈261内的任何油排出。
[0036]外座圈261环绕内座圈262，内座圈262环绕轴126的一部分。内座圈262形成具有缩小直径部分的两个端部326，端部326与轴126的端部接合。轴126包括具有缩小外径330的细长部分328，缩小外径330小于在轴126端部处的增大外径332。细长部分328在整个轴向长度上334延伸。轴126的增大外径332在其端部与内座圈262的两个端部326的缩小内径336配入口 ο
[0037]为给轴126提供扭转刚度和弯曲刚度，内座圈262特意地沿其中间部分扩张，以形成增大的直径338。增大的直径338与细长部分328在轴向方向上重叠，以增加轴126和内座圈262的组合结构的弯曲刚度而不显著增加系统的整体质量。在所示实施例中，为有利于组装，内座圈262由两个部件形成，即，外侧杯状件340和内侧杯状件342。杯状件中的一个(在该情况下为内侧杯状件342)形成在其中接纳外侧杯状件340的自由环形面的凸部和壁。夕卜侧杯状件340和内侧杯状件342—起形成内座圈262，内座圈262具有中心扩张部分344和两个过渡部分346，过渡部分346使扩张部分344与两个端部326连接。在端部、过渡部分346和扩张部分344之间提供避免应力集中的平滑或斜切的过渡段350。在所示实施例中，可以为凸状或凹状的每个斜切过渡段350均以相同的半径形成，但可使用不同的半径。
[0038]图5示出图3中压缩机叶轮213与轴126之间的界面Al处的放大详细视图。在该图中，可以看到在轴承壳体202中形成的检查通道402。检查通道402用塞子404塞住，塞子404在维修期间可以拆除，以提供例如到轴承壳体内部的入口用于进行仪表安装和/或进入轴承壳体内部。
[0039]如还在图5中可见，环形密封件406设置成在压缩机的内部工作室与轴承壳体的油腔之间提供滑动密封。更具体地，环形密封件406设置在开放通路408中，开放通路408与压缩机叶轮213后部内侧上的环形表面410—起形成U形。开放通路408在设置在轴承242的外侧上的内座圈262延伸部的端部处形成。环形密封件406可滑动并且可密封地接合轴承保持件266的内孔412，使得在内座圈262与轴承保持件266之间提供滑动密封，滑动密封提供密封以防止润滑油从轴承壳体202渗漏到压缩机壳体217中。另外，提供密封以防止加压气体进入轴承壳体的内部。轴承保持件密封件414设置在轴承保持件266的外部与压缩机装配板268之间。注意，预期内座圈262的内部348(图4)大致不存在润滑油，因为也许除了在外侧杯状件340与内侧杯状件342之间的界面之外，并未为润滑油提供进入开口。如果发生涡轮增压器故障，则在轴126可被拉向涡轮机壳体时的情况下，保持螺母288可被拉向底座424并且可密封地接合底座424，以保持活塞环接合并且将涡轮机叶轮和轴组件保持在轴承壳体内。
[0040]在所示实施例中，还提供曲折路径以阻止润滑油流朝向环形密封件406。如图所示，内座圈262的端部形成径向向外延伸的部分416，其远离轴126倾斜。向外延伸部分形成外顶端部分418，外顶端部分418成形为朝向压缩机延伸的圆柱形壁。轴承保持件266形成面向内的圆柱形壁420，圆柱形壁420与外顶端部分418轴向对齐并且从那里径向向内设置，使得在它们之间形成通往环形密封件406的蜿蜒或曲折的路径422。
[0041]图6示出图3涡轮机叶轮212与轴承壳体202之间的界面A2处的放大详细视图。在该图中，排流凹槽502朝向轴126的一端504形成，以有利于穿过最里面的轴承表面B4的润滑油排流到回油室中。为了密封以防止润滑油的渗漏并且为了提供密封以防止加压气体进入轴承壳体的内部，在轴126与涡轮机凸缘256的内孔506之间提供两个环形密封件。更具体地，第一环形密封件508设置于在轴126中形成的通路510中，而第二环形密封件512设置于也在轴126中形成的通路514中。
[0042]在工作期间，通过第一环形密封件508和第二环形密封件512与轴126和涡轮机凸缘256的内孔506的滑动和密封接触，阻止来自轴承壳体202内的润滑油渗漏到涡轮机的工作室中。注意，如果发生涡轮增压器故障，在此期间轴126可朝向涡轮机移置，则至少第一环形密封件508可在内孔506中轴向移置达预定的距离，同时仍维持与内孔506的接触，从而即使在故障模式下仍然提供密封，以避免润滑油渗漏到涡轮机壳体中。如果轴126朝向压缩机移置则提供相同的滑动公差，在这种情况下，第二环形密封件512可在内孔506中移置同时仍维持其密封功能。
[0043]压缩机叶轮213与轴126之间的接头可被配置成使得轴承内座圈262可用作用于压缩机叶轮213的轮毂602的径向导向表面，如图7所示。具体地，压缩机叶轮213的轮毂602可包括在轴向方向上朝向轴126延伸的圆柱形衬圈部分604。衬圈部分604可具有内孔606，轴126的第一端部608可接收在内孔606内。为有利于轴126与轮毂602之间的稳固连接，孔606和轴126的端部608可具有配合螺纹。另外，轴承内座圈262的端部610可被布置成在轮毂602的衬圈部分604径向向外并且与其处于接触关系。更具体地，内座圈262的端部610的径向面向内的表面612可被布置成与轮毂602的衬圈部分604的外周向表面614接合。压缩机叶轮213的轮毂602的衬圈部分604可进一步包括环形肩部616，当轴126的端部608完全插入轮毂602的衬圈部分604的孔606中时，环形肩部616邻接轴承内座圈262的轴向端部。
[0044]使用这种布置，内座圈262为轮毂602提供径向导向表面，径向导向表面在涡轮增压器的工作期间帮助约束压缩机叶轮213。例如，在涡轮增压器的工作期间，使用轴承内座圈262作为压缩机叶轮213的径向导向表面帮助确保压缩机叶轮213在离心加载时从不失去与轴126的接触。使用轴承内座圈262作为压缩机叶轮213的径向导向表面还利用轴承内座圈262的高强度特性。例如，使用高强度的内座圈材料作为径向导向表面可减少压缩机叶轮213上的应力。根据一个实施例，轴承内座圈262可由高强度的材料制成。
[0045]根据一个实施例，使用滚动体元件302和滚动体元件308将轴承242和轴承243配置为滚动轴承(例如，如图4所示)可允许使用具有相对较低含碳含的钢作为轴126的材料。常规涡轮增压器具有由4140钢制成的轴，因为在常规涡轮增压器中用于支撑轴的流体动力轴承需要轴相对较硬，以便在轴承轴颈处提供必要的耐磨性。然而，使用滚动轴承诸如图4所示的轴承242和轴承243在轴承242和轴承243支撑轴126的位置显著减少了对耐磨性的需求。因此，具有较低含碳量的钢材料可用于轴126。使用用于轴126的较低碳钢可导致轴126与涡轮机叶轮212之间的改进的、更稳定可靠的焊缝。具体地，使用相对较高碳钢诸如4140钢可导致在轴126与涡轮机叶轮212之间的焊接接头处产生未回火的马氏体，未回火的马氏体这可导致易碎、易断裂的焊接点。使用用于轴126的较低碳钢使在轴126与涡轮机叶轮212之间的接头处的未回火马氏体的可能性得以最小化。用于轴126的合适低碳钢材料的实施例为具有小于含碳量大约0.40#%的合金钢。用于轴126的合适低碳钢材料的进一步实施例为具有含碳量大约0.30wt%或更具体地具有含碳量大约0.28wt%至大约0.33wt%的合金钢材料。这种材料的一个实施例为4130合金钢。也可使用其他中、低碳合金钢。
[0046]工业实用性
[0047]应当理解，以上描述提供了所公开系统和技术的示例。然而，可以设想的是，本实用新型的其他实施在细节上可不同于以上示例。对本实用新型或其示例的所有引用旨在参考当时讨论的特定示例，并非更一般地旨在暗含关于本实用新型保护范围的任何限制。除非另外指示，否则关于某些特征的所有区别性和贬意性的语言旨在指示那些特征并非优选，而不是将此类特征从本实用新型的保护范围中完全排除。
[0048]除非本文另外指示，否则本文的值的范围的详述仅旨在用作单独地参考落入该范围内的每个独立值的速记方法，并且每个独立值被包括到本说明书中，如同其在本文被单独列举。除非本文另外指示或者与上下文明显矛盾，否则本文所述的所有方法可以任何适合的顺序执行。
【主权项】
1.一种涡轮增压器，其特征在于包括: 涡轮机，其包括涡轮机叶轮； 压缩机，其包括压缩机叶轮； 轴承壳体，其设置并且连接在所述涡轮机与所述压缩机之间，所述轴承壳体形成从中通过的轴承孔； 轴，其可旋转地设置在所述轴承壳体内，并且延伸到所述涡轮机和所述压缩机中，其中所述涡轮机轮连接到所述轴的一端，并且其中所述压缩机叶轮连接到所述轴的相对端，使得所述涡轮机叶轮可旋转地设置在所述涡轮机中，而所述压缩机叶轮可旋转地设置在所述压缩机中； 轴承装置，其设置在所述轴与所述轴承壳体之间，所述轴承装置包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承中具有多个第一滚动体元件，所述第二轴承中具有多个第二滚动体元件，所述多个第一滚动体元件接合在第一内座圈与第一外座圈之间，所述多个第二滚动体元件接合在第二内座圈与第二外座圈之间；外轴承座圈元件，其设置在所述轴承孔内并且形成所述第一外座圈和所述第二外座圈；以及 内轴承座圈元件，其设置在所述外轴承座圈内并且在所述外轴承座圈与所述轴之间，所述内轴承座圈元件形成所述第一内座圈和所述第二内座圈，使得所述第一内座圈与所述第一外座圈轴向对齐，并且所述第二内座圈与所述第二外座圈轴向对齐； 其中，所述轴由中碳或低碳合金钢制成。2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述轴的所述合金钢的含碳量低于0.40wt%o3.根据权利要求2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述轴的所述合金钢的含碳量为0.30wt%o4.根据权利要求2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述轴的所述合金钢的含碳量在0.28界七％至0.33wt%之间。5.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述内轴承座圈元件包括扩张部分，所述扩张部分相对于所述第一内座圈和所述第二内座圈径向向外延伸，以给所述轴提供扭转刚度和抗弯刚度。6.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述轴在端部处连接到所述内座圈，所述端部具有第一直径，所述轴在所述端部之间进一步形成细长部分，所述细长部分具有小于所述第一直径的第二直径。7.根据权利要求6所述的涡轮增压器，其特征在于，所述内轴承座圈元件的增大的内径与所述轴的所述细长部分在轴向方向上重叠。8.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述内轴承座圈元件由两个部件形成，即，外侧杯状件和内侧杯状件，所述外侧杯状件和所述内侧杯状件中的一个形成在其中接纳另一个杯状件的自由环形面的凸部和壁。9.根据权利要求5所述的涡轮增压器，其特征在于，所述扩张部分的两侧为两个过渡部分，所述过渡部分减小了所述扩张部分的内径以匹配所述轴的外径。10.—种内燃发动机，其具有在气缸体中形成的多个燃烧室、设置成向燃烧室提供空气或空气与排气混合物的进气歧管，以及设置成从所述燃烧室接收排气的排气歧管，其特征在于，所述发动机进一步包括: 涡轮机，其包括环绕涡轮机叶轮的涡轮机壳体，所述涡轮机壳体流体连接到所述排气歧管，并且设置成从所述排气歧管接收排气，以驱动所述涡轮机叶轮； 压缩机，其包括环绕压缩机叶轮的压缩机壳体，所述压缩机壳体流体连接到所述进气歧管，并且设置成向所述进气歧管提供空气； 轴承壳体，其设置并且连接在所述涡轮机与所述压缩机之间，所述轴承壳体形成从中通过的轴承孔，所述轴承孔容纳使所述涡轮机叶轮和所述压缩机叶轮互连的轴，以在其间传递动力； 其中所述轴可旋转地装配在所述轴承壳体内并且延伸到所述涡轮机和所述压缩机中，使得所述涡轮机叶轮连接到所述轴的一端，而所述压缩机叶轮连接到所述轴的相对端； 轴承装置，其设置在所述轴与所述轴承壳体之间，所述轴承装置包括第一轴承和第二轴承，所述第一轴承中具有多个第一滚动体元件，所述第二轴承中具有多个第二滚动体元件，所述多个第一滚动体元件接合在第一内座圈与第一外座圈之间，所述多个第二滚动体元件接合在第二内座圈与第二外座圈之间；外轴承座圈元件，其设置在所述轴承孔内并且形成所述第一外座圈和所述第二外座圈；以及 内轴承座圈元件，其设置在所述外轴承座圈内并且在所述外轴承座圈元件与所述轴之间，所述内轴承座圈元件形成所述第一内座圈和所述第二内座圈，使得所述第一内座圈与所述第一外座圈轴向对齐，并且所述第二内座圈与所述第二外座圈轴向对齐； 其中，所述轴由中碳或低碳合金钢制成。
【文档编号】F16C3/02GK205422846SQ201620174395
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月8日
【发明人】W·S·艾森伯格, S·奈特, R·E·安娜缇
【申请人】卡特彼勒公司