涡轮增压器的轴承支撑件的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种涡轮增压器组件的轴承支撑件(90)。轴承支撑件可包括具有尖端(404)、底端(406)和从尖端延伸到底端的锥形外表面(402)的圆柱形本体。轴承支撑件还可包括从底端沿着远离尖端的方向延伸的环形突出部(410)，以及在圆柱形本体内形成并且从尖端穿过环形突出部的阶梯孔(412)。轴承支撑件还可包括设置在圆柱形本体内并且从环形突出部和圆柱形本体的底端的交叉处朝向尖端方向延伸的第一管道(422)。
【专利说明】涡轮增压器的轴承支撑件
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种轴承支撑件，更具体地，涉及一种涡轮增压器的轴承支撑件。
【背景技术】
[0002]将空气和燃料的混合物提供给内燃机(例如柴油发动机、汽油发动机和气态燃料动力发动机)，用于发动机内后续燃烧以产生机械动力输出。为了增大通过该燃烧过程产生的动力，每个发动机可以配备涡轮机增压进气系统。
[0003]涡轮机增压进气系统包括涡轮增压器，该涡轮增压器利用来自发动机的排气压缩流入发动机的空气，从而迫使比通过其他方式吸入到燃烧室内的空气更多的空气进入发动机的燃烧室中。这种增加的空气供应使得燃料消耗增加，从而增加了动力输出。涡轮增压发动机产生的动力通常比不带涡轮增压的相同发动机要多。1972年6月6日公布的授予Addie的美国专利号3，667，214( “214专利”)公开了示例性涡轮增压发动机。
[0004]传统的涡轮增压器包括旋转部件(例如位于共同支撑壳体内的涡轮机叶轮)。支撑壳体和旋转轴或叶轮之间需要精确对准，以防止部件的过早或过度磨损和损坏。随着时间推移，如果支撑壳体相对于旋转部件即使有几分之一的英寸未对准的话，那么旋转部件之间的过度摩擦和应力可产生并且导致部件失效。用于对准的常规机构利用接合销、对准规，以及繁琐的组装工艺。然而，这些技术需要深入培训过的操作人员，耗时，并且受制于操作者的失误。
[0005]本公开的轴承支撑件解决了一个或多个上述问题和/或现有技术中的其他问题。
【发明内容】
[0006]一方面，本公开涉及一种涡轮增压器组件的轴承支撑件。轴承支撑件可包括:圆柱形本体，其具有尖端、底端、以及从尖端延伸到底端的圆锥形外表面。轴承支撑件还包括从底端远离尖端方向延伸的环形突出部和在圆柱形本体内形成并且从尖端穿过环形突出部的阶梯孔。轴承支撑件还可包括设置在圆柱形本体内并从环形突出部和圆柱形本体底端的交叉处朝向尖端方向延伸的第一管道。
[0007]另一方面，本公开涉及一种涡轮增压器组件的轴承支撑件。轴承支撑件可包括:圆柱形本体，其具有尖端、底端、以及从尖端延伸到底端的圆锥形外表面。轴承支撑件还可包括在圆柱形本体内形成并从尖端通向底端的阶梯孔，以及从底端远离尖端方向延伸的环形突出部。轴承支撑件还可包括设置在底端的多个不对称布置的安装孔。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是示例性公开的发动机的示意图；
[0009]图2是可与图1的发动机联合使用的示例性公开的涡轮增压器的剖面图；和
[0010]图3是可与图2的涡轮增压器和图1的发动机联合使用的示例性公开的涡轮增压器支撑壳体的示意图；
[0011]图4是具有图3中的涡轮增压器支撑壳体的示例性公开的涡轮增压器支撑组件的示意图；
[0012]图5是沿图4中的线A-A截取的剖面图；以及
[0013]图6是沿图4中的线B-B截取的剖面图。
【具体实施方式】
[0014]图1示出了配备有进气系统12和排气系统14的发动机10。为了实现本公开的目的，发动机10被示出和描述为二冲程柴油发动机。然而，本领域的技术人员将认识到，发动机10可以是另一种类型的内燃机(例如，二冲程或四冲程汽油或气体燃料动力发动机)。发动机10可包括至少部分地限定了多个汽缸18的发动机缸体16。活塞(未示出)可滑动地设置在各个汽缸18内以在上止点位置和下止点位置之间作往复运动，并且汽缸盖(未示出)可与每个汽缸18相关联。
[0015]汽缸18、活塞和汽缸盖可形成燃烧室。在所示的实施例中，发动机10包括布置为两个分立列(在图1中仅示出一个)的燃烧室的20个这样的燃烧室。然而，可设想发动机10可包括更多或更少数量的燃烧室并且燃烧室可设置成“直列式”结构、“V形”结构、活塞对置结构，或任何其他合适的结构。
[0016]进气系统12可包括配置为将加压空气引入到发动机10的燃烧室的部件。例如，进气系统12可包括沿其长度方向流体地连接到燃烧室的进气歧管(未示出-位于燃烧室的对置列间)，与进气歧管的一端流体连通的一个或多个压缩机24，以及在一些实施例中，位于压缩机24的下游和燃烧室的上游的空气冷却器。如果有需要，可设想在进气系统12内可包括附加的组件，例如阀门、一个或多个空气滤清器、一个或多个排气门、控制系统、旁路回路，以及用于将加压空气引入到发动机10的其他装置。如果有需要，还可设想，可把空气冷却器省略。
[0017]发动机10的每个压缩机24可实施为固定几何形状-离心型压缩机，固定几何形状-离心型压缩机由机械驱动将流入到发动机10的空气压缩到预定的压力水平。应该注意的是，压缩机24可一体地连接到由排气流驱动的涡轮机28。如果进气系统12内包括多于一个的压缩机24，那么压缩机24可设置为串联关系或并联关系并且经由进气歧管流体地连接到发动机10。
[0018]排气系统14可被配置成从发动机10的燃烧室流出的排气中回收能量。例如，排气系统14可包括沿其长度方向流体地连接到发动机10的燃烧室的排气歧管26，和与排气歧管26的一端流体连通的一个或多个涡轮机28。如果在排气系统14内包括多于一个的涡轮机28，那么涡轮机28可以以串联关系或并联关系连接。
[0019]排气系统14的每个涡轮机28可机械地连接到进气系统12的一个或多个压缩机24以形成涡轮增压器30。涡轮增压器30可通过支撑壳体32安装到发动机10。随着离开发动机10的热排放气体经排气歧管26移动到涡轮机28并且膨胀推动涡轮机28的叶片，涡轮机28可旋转并驱动所连接的压缩机24以压缩经由排气歧管导向发动机10的燃烧室的入口空气。
[0020]如图2所示，压缩机24和涡轮机28可各自包括配置成容纳相应的压缩机38和涡轮机叶轮40的相关联的护罩34、36，压缩机38和涡轮机叶轮40经由共同轴42彼此连接。每个护罩34、36通常可包括入口 44和出口 46。在公开的实施例中，入口 44是沿轴向定向，并且出口 46是沿径向定向，然而其他结构也是可能的。随着压缩机叶轮38旋转，空气可朝向压缩机叶轮38的中心方向被轴向吸入。然后压缩机叶轮38的叶片48可将空气以螺旋方式沿径向向外的方向推动到进气歧管(参照图1)。类似地，随着来自排气歧管26的排气沿着轴向向内的方向被引导到涡轮机叶轮40，排气可推压涡轮机叶轮40的叶片50，从而使涡轮机叶轮40旋转并经由轴42驱动压缩机叶轮38。穿过涡轮机叶轮40后，排气可通过出口 46沿着径向向外的方向螺旋到大气中。压缩机38和涡轮机叶轮40可实施为具有径向设置在相应的叶轮底座的压力面上的任意数量和结构的刀片48、50的传统叶轮。
[0021]每个涡轮增压器30可包括将压缩机24和涡轮机28分别连接到支撑壳体32的轴承壳体52、54。轴承壳体52、54中的每一个可包括中空的大体圆柱形本体55，圆柱形本体55具有位于一端的安装凸缘57，安装凸缘57被配置成接合支撑壳体32。轴承壳体52、54的圆柱形本体55可被配置为在轴42的相对端经由一个或多个轴承56支撑相应的压缩机38或涡轮机叶轮40。
[0022]润滑轴承56的油可从轴承壳体52、54通过支撑壳体32排出到发动机10的机油箱59 (仅在图1中示出)。例如，从轴承壳体52排出的油可排出到通过支撑壳体32延伸到发动机10的机油箱59的一个或多个一体管道62。如下文更详细地描述的那样，从轴承壳体54排出的油可穿过支撑壳体32的大体水平的端壁66并且经由发动机缸体16中的内部通道排出到发动机10的机油箱。
[0023]轴承壳体52可为大体圆柱形的、配置成接合支撑壳体32的轴向端(即，半圆柱形突出部60的一端)的多阶梯部件。轴承壳体52可配置为经由压缩机端处的轴承56内部支撑所述轴42的压缩机端，以及支撑外周边处的护罩34。事实上，在所公开的实施例中，将轴承壳体52与护罩34配合以形成从入口 44延伸到出口 46的涡旋通道68。扩散器70可设置在涡旋通道68内。
[0024]轴承壳体54也可为大体圆柱形的多阶梯部件。轴承壳体54可配置为经由涡轮机端处的轴承56内部支撑所述轴42，并且在外周边处接合端壁66的外表面(或第一侧面)66A。轴承壳体54也可至少部分容纳和支撑齿轮系72。齿轮系72可有利于涡轮增压器30以涡轮增压操作模式(即，涡轮机28以上述传统的方式驱动压缩机24)或以增压操作模式选择性操作，在该增压操作模式中，发动机10经由涡轮机28驱动压缩机24。增压可有助于消除通常与在不同高度处涡轮增压器的操作有关的滞后，从而，增加了动力和燃料效率。
[0025]齿轮系72可以是行星齿轮系。行星齿轮系通常由至少三个不同的元件组成，包括太阳齿轮、具有至少一组行星齿轮的行星齿轮架，以及环形齿轮。行星齿轮架的行星齿轮与太阳齿轮和环形齿轮啮合。驱动太阳齿轮、行星齿轮架和环形齿轮中的一个作为输入端，而旋转太阳齿轮、行星齿轮架和环形齿轮中的另一个作为输出端。太阳齿轮、行星齿轮架、行星齿轮和环形齿轮均可以同步旋转以速度-扭矩的第一比值和正向的方向将动力从输入端发送到输出端，或者可选择地，太阳齿轮、行星齿轮架和环形齿轮中的一个可以被选择地保持固定或锁定成随着另一个齿轮一起旋转，并且因此以速度-扭矩的第二比值和/或以相反方向将动力从输入端传输到输出端。行星齿轮系的旋转方向和/或速度-转矩比值的变化取决于太阳齿轮和环形齿轮中的齿数、选择作为输入端的齿轮、选择作为输出端的齿轮，以及保持固定或与另一个齿轮旋转地锁定的齿轮(如果有的话)。在一些实施例中，液压离合器(通常也称作制动器)用于保持特定齿轮固定和/或将特定齿轮的旋转一起锁定。
[0026]在公开的实施例中，齿轮系72包括压缩机叶轮38相对的轴42的一端直接连接的太阳齿轮74，以及绕轨道运行并与太阳齿轮74啮合的多个行星齿轮76。行星齿轮76还可与位于行星齿轮76的径向外侧的固定环形齿轮78啮合。行星齿轮架80可从行星齿轮76的中心轴线延伸并且在正齿轮82的外轴线形成。正齿轮82可通过在端壁66处的第一中心开口 83以驱动邻近的正齿轮84 (例如，通过一个或多个空转齿轮85)，正齿轮84旋转地支撑在轴86上。轴86可通过支撑壳体32的第二中心开口 88延伸以接合发动机10内的对应的齿轮(未示出)，这些齿轮连接到发动机10的曲轴。第一中心开口 83和第二中心开口 88可从外表面66A穿过端壁66到达内表面(或第二侧面)66B。第二中央开口 88可位于第一中心开口 83的下方的位置。齿轮系72的轴承支撑件90可连接到在轴承壳体54相对的内表面66B处的支撑壳体32的端壁66。
[0027]如图3所示，支撑壳体32可为铸造部件，配置成为发动机10提供连接涡轮增压器30的其余部件的装置。特别是，支撑壳体32可包括端壁66、从端壁66的外表面66A突出的半圆柱形突出部60,以及至少部分地围绕端壁66并且沿半圆柱形突出部60相对的方向从端壁66的内表面66B突出的多个侧壁304。侧壁304与端壁66 —起可形成大体中空的外壳。可将安装凸缘306以相对于端壁66的大致平行的定向设置在侧壁304的远侧边缘。安装凸缘306可被配置成接合发动机缸体16(参照图1)的一端。多个紧固件(未示出)可以穿过安装凸缘306以便将支撑壳体32与发动机缸体16连接。
[0028]支撑壳体32的端壁66通常可为T形的，分别具有中心部分66C和左交叉部分66L以及右交叉部分66R。支撑壳体32可在中心部分66C具有一个深度，该深度大于左交叉部分66L和右交叉部分66R的深度。由此，阶梯308可把左交叉部分66L、右交叉部分66R中的每一个从中心部分66C分开。基本上所有的中心部分66C可大体平行于安装凸缘306，而左交叉部分66L和右交叉部分66R的重力下部区域(相对于垂直的组装定向)可朝向安装凸缘306倾斜以便从这些区域排出润滑油。
[0029]安装凸缘310可从中心部分66C突出以便将轴承支撑件90(参照图2)连接到支撑壳体32。一个或多个紧固件和/或接合销可经由安装孔312穿过安装凸缘310并且被用来将轴承支撑件90连接到壳体32。安装孔312可不对称布置在安装凸缘310周围并且可用于仅沿一个方向将轴承支撑件90安装到安装凸缘310。安装凸缘310还可包括配置成将油输送到轴承支撑件90的排油口 313。安装凸缘310可包括具有用于将油输送到涡轮增压器30内的各种部件的油管道316的侧壁314。
[0030]安装面320可从安装凸缘310的左下边缘处的中心部分66C突出(如从图3的66B中观察)。安装面320可包括配置成接合空转齿轮85 (参照图2)的轴的多个安装孔324。安装面320与端壁66间隔的距离可以小于安装凸缘310相对于端壁66的延伸距离，使得安装凸缘310的左下边缘和安装面320的右上边缘之间形成缝隙326。也就是，安装凸缘310可悬于安装面320上，使得在它们之间形成缝隙326。应注意，安装凸缘310的左下边缘可以省略，使得安装凸缘310是间断的、不连续的表面。换言之，在可替代实施例中，安装凸缘310在虚线327和虚线328之间的部分可以省略。
[0031 ] 支撑壳体32可包括设置在中心开口 83处的端壁66内的阶梯孔330，阶梯孔330通常由安装凸缘310围绕。卡环槽332可以在阶梯孔330内形成。终止于安装凸缘310的一个端面的阶梯孔330的直径可大于在外表面66A的直径。间隙特征部331在安装凸缘310组装重力最高位置处形成。间隙特征部331可以是大体垂直的安装凸缘306的侧壁，为轴承支撑件90提供间隙。支撑壳体32可具有从端壁66的入口 338通过安装凸缘310的侧壁314延伸并且在排油口 313终止的油管道336 (参见图3和图6)。油管道316可向内成一定角度朝向阶梯孔330的轴向中间部分。油管道316可与油管道336相交。
[0032]中心开口 88可设置在中心部分66C的较低区域内，在安装凸缘310的下方。中心开口 88通常为圆柱形并且配置成接合正齿轮84的轴86 (参照图2)。一个或多个附加开口(例如，左开口 342、右开口 344)可以设置在左交叉部分66L以及右交叉部分66R。左开口 342可以配置为由发动机10驱动的辅助部件(例如，交流发电机、泵等-未示出)的轴提供间隙。当辅助部件未连接到支撑壳体32时，左开口 342可以通过盖子(未示出)的方式来关闭，可以用螺栓将盖子固定到端壁66。右开口 344可以提供间隙/或安装油分离器(也称为通气阀)。排出开口 346可以设置在中心部分66C处，在安装面320右上边缘处的安装凸缘310下面(如66B所示)。排出开口 346可以允许油从轴承支撑件90和支撑壳体32排出到发动机10的曲轴箱中。
[0033]如图4至图6所示，轴承支撑件90可以是铸造部件，铸造部件配置为对行星齿轮架80及其相关的旋转部件提供一种支撑和供油装置。轴承支撑件90可具有大体圆锥形外表面402，该大体圆锥形外表面402从尖端404朝向配置成接合安装凸缘310的大致平坦的环形底座406延伸。多个不对称布置的安装孔408可以位于底座406。孔408通常对准安装凸缘310的孔312。轴承支撑件90可包括从底座406沿与尖端404相反的方向延伸的环形突出部410。在一个示例性实施例中，尽管另一合适的构造可替代使用，但是环形突出部410可以是圆柱形的。尽管另一合适的配置可替代使用，但是环形突出部410可具有比底座406小的外径。轴承支撑件90可包括阶梯孔412，该阶梯孔412具有从尖端404和环形突出部410延伸的多个肩部。在一个示例性实施例中，阶梯孔412内的肩部每一个可具有不同的直径。
[0034]油管道422可在轴承支撑件90内形成，轴承支撑件90从环形底座406和环形突出部410的交叉处朝向尖端404延伸。油管道422还可以以一倾斜角度从底座406延伸到尖端404。当轴承支撑件90与安装凸缘310接合时，油管道422可与安装凸缘310中的管道336连通。管道424可从尖端404处的管道422朝向底座406延伸。管道422可以将油从管道336经过管道424朝向行星齿轮架80的轴向端引导。管道426可将油从管道422朝向安装在孔412内的轴承500引导。轴承支撑件90还可包括与孔412的一端连通的排出开口 428 (仅示于图4)，以从轴承500处排出油。
[0035]空转齿轮85可以由空转轴501连接到端壁66。空转轴501可以经由接合孔324 (参照图3)的特征部刚性地连接到安装面320。轴承502可以径向位于空转齿轮85和空转轴501之间。在这种结构中，空转齿轮85可以通过缝隙326旋转。
[0036]轴承支撑件90可以被配置为支撑行星齿轮架80的一端。特别地，轴承支撑件90可以由多个紧固件503固定到安装凸缘310，并且行星齿轮架80可设置在安装凸缘310处的阶梯孔330内。行星齿轮架80通过被压入阶梯孔330的轴承504可在一端被支撑，以及通过被压入阶梯孔412的轴承500可在相对端被支撑。轴承504可包括内座圈508和外座圈510。内座圈508可接合一端上的行星齿轮架80和设置在围绕相对端上的行星齿轮架80的间隔件512。外座圈510可以接合一端上的阶梯孔的肩部330和设置在相对端上的卡环槽332中的环514。轴承500同样可包括内座圈516和外座圈518。内座圈516可接合一端上的正齿轮82，以及相对端上的盖520。盖520可以接合阶梯孔412的内部肩部并且支撑行星齿轮架80的侧端。外座圈518可以在一端上为自由，并且接合相对端上的阶梯孔412。管道424可以延伸穿过盖520并且将油导向与行星齿轮76相关联的轴承(未示出)。在一个示例性实施例中，由轴承500的外座圈518接合的阶梯孔的肩部412可具有比由盖520接合的肩部更大的直径并且更远离尖端404。
[0037]工业适用性
[0038]本发明的涡轮增压器支撑壳体可以应用到任何涡轮增压器和动力系统应用中，其中支撑壳体和与其连接的旋转部件的寿命是一个问题。本发明的涡轮增压器支撑壳体通过改善组件对准，可以帮助减少旋转部件的应力。本发明的涡轮增压器支撑壳体通过将多个功能合并到有限数量的部件上，还可减少成本。
[0039]在组装期间，通过对准孔408与孔312，使轴承支撑件90可与安装凸缘310连接。孔312和孔408的非对称布置可以允许轴承支撑件90相对于安装凸缘310仅一个角度定向。因为轴承支撑件90仅以一个方向定向安装在凸缘310上，所以轴承支撑件90的使用寿命可以延长。
[0040]一旦组装完成，发动机10的油泵(未示出)可将油通过油管道336朝向轴承支撑件90引导。油可以从油管道336经由管道422和管道426朝向轴承500引导，以及经由管道336和管道316朝向轴承504引导。油可以经由排出开口 428和排出开口 346排出到发动机10的曲轴箱。支撑壳体32和轴承支撑件90的可靠对准可确保轴承500和轴承506充分冷却和润滑。
[0041]显然对于本领域的技术人员来说，可以对公开的轴承支撑件进行各种修改和变化。对于本领域的技术人员来说，通过考虑公开的轴承支撑件的说明书和实践，其他实施例将是显而易见的。说明书和示例应该被认为仅仅是示例性的，而其真正的范围由下面的权利要求书和其等价物予以指明。
【权利要求】
1.一种涡轮增压器组件的轴承支撑件(90)，包括: 圆柱形本体，其具有尖端(404)、底端(406)，以及从所述尖端延伸到所述底端的锥形外表面(402)； 环形突出部(410)，其从所述底端沿着远离所述尖端的方向延伸； 阶梯孔(412)，其在所述圆柱形本体内形成并且从所述尖端穿过所述环形突出部；以及 第一管道(422)，其设置在所述圆柱形本体内并从所述环形突出部和所述圆柱形本体的所述底端的交叉处朝向所述尖端方向延伸。
2.根据权利要求1所述的轴承支撑件，还包括从所述第一管道朝向所述阶梯孔内部的肩部方向延伸的第二管道(426)。
3.根据权利要求1所述的轴承支撑件，还包括从所述尖端处的所述第一管道朝向所述底端方向延伸的轴向第三管道(424)。
4.根据权利要求1所述的轴承支撑件，还包括设置在所述底端内的多个不对称布置的安装孔(408)。
5.根据权利要求1所述的轴承支撑件，其中，所述阶梯孔在所述底端处比在所述尖端处具有更大的直径。
6.一种涡轮增压器组件，包括: 涡轮增压器(30)，其具有涡轮机叶轮(40)、压缩机叶轮(38)、连接所述涡轮机和压缩机叶轮的轴(42)、支撑所述轴的压缩机端的第一轴承壳体(52)，以及支撑所述轴的涡轮机端的第二轴承壳体(54)； 支撑壳体(32)，其连接到所述涡轮增压器，所述支撑壳体具有: 端壁(66)，其具有与所述第一轴承壳体和所述第二轴承壳体接合的第一侧面^6A)，以及第二侧面^6B)； 中心开口(83)，其设置在所述端壁内并且从所述第一侧面通向所述第二侧面； 安装凸缘(306)，其位于所述中心开口周围并且从第二方向上的所述端壁的所述第二侧面延伸； 排出端口(313)，其位于所述安装凸缘的表面；和 第一管道(336)，其从所述端壁通过所述安装凸缘延伸并且在所述排出端口终止；和 轴承支撑件(90)，其具有: 圆柱形本体，其具有尖端(404)、连接到所述安装凸缘的底端(406)，以及从所述尖端延伸到所述底端的锥形外表面(402)； 环形突出部(410)，其从所述底端延伸到所述中心开口中； 阶梯孔(412)，其在所述圆柱形本体内形成并且从所述尖端穿过所述环形突出部； 第二管道(422)，其与所述支撑壳体中的所述第一管道流体连通并且从所述环形突出部和所述圆柱形本体的底端的交叉处朝向所述尖端方向延伸； 多个不对称布置的安装孔(408)，其设置在所述底端内；和 多个紧固件(503)，其穿过所述轴承支撑件的所述底端中的所述安装孔并且进入到所述安装凸缘。
7.根据权利要求6所述的涡轮增压器组件，其中，所述第一管道相对于所述阶梯孔的轴线以斜角定向。
8.根据权利要求6所述的涡轮增压器组件，其中，所述支撑壳体还包括邻近所述安装凸缘的侧壁(304)，所述安装凸缘相对于所述支撑壳体接合所述轴承支撑件的所述底端以定位所述轴承支撑件。
9.根据权利要求6所述的涡轮增压器组件，其中，所述中心开口为在所述安装凸缘处具有最大直径的阶梯孔(330)。
10.根据权利要求9所述的涡轮增压器组件，还包括: 齿轮系(72)，其设置在所述支撑壳体的所述阶梯孔内；和 第一轴承(504)，其压入所述轴承支撑件的所述阶梯孔中以支撑所述齿轮系。
【文档编号】F01D25/24GK104411923SQ201380033482
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2013年6月24日 优先权日:2012年6月28日
【发明者】R·A·科纳克 申请人:易安迪机车公司