内燃机涡轮增压器的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的内燃机涡轮增压器。此外，本发明还涉及一种根据权利要求10前序部分的内燃机涡轮增压器。

背景技术：

wo2013/169505a1说明了一种用于内燃机涡轮增压器的轴向轴承。对此，轴承元件贯穿轴中心孔。在该轴承元件的轴向端构成有大量楔形面，其中，随轴旋转的轴肩紧贴轴承元件的该轴向端，并径向伸出楔形面。为了对轴承装置进行供油，在楔形面之间设有输油孔，该输油孔沿径向大致位于楔形面的一半高度处。该输油孔完全贯穿轴承元件，同时对轴向支撑在密封套上的轴承元件的背面供油。

本发明的任务在于，说明一种内燃机涡轮增压器，其中，流体动力轴向轴承装置具有有效的润滑装置。

技术实现要素：

对于前述涡轮增压器，该任务根据本发明通过权利要求1标识的特征加以解决。通过扼流元件个性化的尺寸，对于两个轴承装置中任意一个均可以提供理想的润滑油量和油压。对此，尤其需要考虑，在运行过程中，尽管两个轴承装置根据瞬时要求交替承受逆向的轴向支撑力，但其中的一个轴承装置持续被施加负载和/或承受更大的最大力。此外，通过该方式可以优化润滑油的冷却效果。

根据本发明的涡轮增压器包含一个通过轴驱动的压缩机叶片。在驱动端，涡轮增压器优选拥有一个废气涡轮。此外，备选地，也可以使用其他的轴驱动方式，例如通过电机。

尤其地，供油装置可以和内燃机的润滑油回路相连。

旋转轴承的轴向作用优选理解为，轴承元件至少支撑在运行过程中沿轴向作用于旋转轴的大部分力，优选支撑全部的轴向力，并传递至涡轮增压器的外壳处。

本发明中的轴承元件优选以不可移动的方式相对于外壳进行支撑或固定。该轴承元件可以是一种本质上成圆盘形的部件，其中，盘状物的两个相对面用作轴承支承面或支撑面。该轴承支承面可以具有相应的表面造型或加工，以便形成流体动力轴承装置。这一类的轴承元件优选由和外壳不同的合金(优选为铜合金)制成。

本发明中的流动面是指一种有针对性结构的表面，其中，通过其结构可以在运行过程中实现被输送润滑油有针对性的流体动力压力分布。

在本发明的一般优选的实施方式中，供油装置针对至少其中一个轴承装置，优选针对两个轴承装置，连接至轴承元件基于轴的最小半径处。由此避免，轴肩和/或密封套的径向内侧区域未被润滑油润滑。尤其地，通过该供油装置，轴本身也可以被供油装置中的润滑油润滑，由此可以进一步改善润滑和冷却效果。对此，润滑油沿圆周方向被非常均匀地分配在不同的流动面。对此，每个流动面从径向内部区域获得润滑油，由此实现相同的更低的温度。

在本发明的第一种优选实施方式中规定，扼流元件分别由轴和轴承元件之间的环形间隙构成，其中，沿环形间隙的轴向至少构成一个环形槽，该环形槽具有比环形间隙更大的最大直径。这使得通过简单的将环形间隙用作流量限制器的方式即可在第一和第二轴承装置上形成被输送润滑油按规定分配。有利地，该环形槽可以用作环形间隙前的储油器，并确保润滑油流量恒定。

在一种结构简单且符合目的的细部构造中，供油装置此外包含一个在轴承元件中成形构成的供油通道，该供油通道直接连接至环形槽中。这一类的供油共同例如成孔状。

在一种优化的扼流元件几何形状中，至少一个环形间隙(优选每个环形间隙)的轴向宽度至少为轴承元件在环形间隙区域总宽度的15％，优选至少为20％。

备选或补充地，在一种优化的几何形状中规定，环形槽超出轴表面的最大径向高度至少大于环形间隙超出轴最大径向高度的15％，优选至少为20％。

进一步备选或补充地，在一种优选的几何形状中规定，环形槽的轴向宽度至少为轴承元件在环形间隙区域总宽度的20％，优选至少为25％。

在本发明第二种优选的实施方式中，该供油通道分叉为输送至第一轴承装置的第一子通道以及输送至第二轴承装置的第二子通道，其中，扼流元件通过该子通道和子通道的规定尺寸构成。由此，可以以简单的方式实现润滑油的精确分配。该子通道例如由具有规定直径的孔构成。

在优选的改进形式中规定，两个子通道由供油通道成y状分叉形成，分别连接至轴和轴承元件之间的轴承间隙的沿轴向相对的末端。通过该方式，可以简单且高效地实现径向内部区域的润滑油供应，优选包含对轴的润滑。

对于根据权利要求10前序部分的涡轮增压器，本发明的任务根据本发明通过权利要求10标识的特征加以解决。通过流动面的径向突出部可以改善润滑油在流体动力滑动轴承上的排出。对此可以增大流经轴承装置的润滑油量。另一方面，可以更好地将不期望出现的颗粒从轴承装置区域排出。

尤其地，流动面和轴肩相重叠的部分主要负责轴承装置的流体动力性能。未重叠的部分或径向突出部主要负责改善润滑油从轴承装置中的排出。在本发明中，高于轴肩的突出部原则上可以理解为高于轴肩的流体动力作用部分的突出部。

对此，在本发明的一种优化尺寸中规定，流动面的最大直径至少大于轴肩在流体动力作用区域最大直径2％，优选至少为5％。由此可以实现润滑油通过流动面不断流出。

在一种一般优选的实施方式中规定，流动面沿圆周方向在第一角状段上单向上升，其中，在沿圆周方向的后续的第二角状段上构成一个具有恒定高度的锁定面。该恒定高度的锁定面避免上升的流动面出现非规定的形状，并降低因摩擦导致的磨损。

对此，在一种优选的改进形式中，第二角状段的锁定面以偏移高度成阶梯状超出第一角状段流动面最大高度。该阶梯在存在启动和/或运行磨损时允许恒定高度的锁定面出现更大磨损，而不会本质上改变轴承装置的流体动力性能。

为了确保恒定地供应润滑油，有利地规定，沿圆周方向至少在其中一个流动面旁构成一个袋状轴向凹陷。优选地，该凹陷具有一个径向朝向轴的开口。这一类的袋状凹陷用作储油装置，恒定和无中断地向流动面区域供应润滑油。

在一种优选的实施方式中，至少其中一个流动面具有一个径向向内的楔形面部分和一个径向向外连接在楔形面部分后的排出口部分，其中，排出口部分具有一个径向向外降低的高度。对此，该楔形面部分本质上负责建立轴承装置的流体动力压力。通过排出口部分的不同形状，可以优化润滑油的排出，其中，主要力求实现沿径向的持续且无干扰的流体。

在一种相关的优化的几何形状中规定，排出口部分在径向段具有弯曲的造型。该造型避免润滑油在边缘或阶梯处被甩出。对此，优选地，该造型的弯曲半径为楔形面部分径向宽度的1倍至4倍，特别优选为1.5倍至2.5倍之间。尤其地，通过该尺寸比例，可以使用低磨损的铣切刀具制造轴承元件流动面。由此可以使得轴承元件的制造总体而言费用更加低廉。

根据权利要求10至16其中任意一项所述的涡轮增压器也可以包含权利要求1至10其中一项或多项的其他特征。反之，根据权利要求1至9其中任意一项所述的涡轮增压器也可以包含权利要求10至16其中一项或多项的其他特征。对此，在改善润滑方面，通过扼流元件确定的供油装置的有利性能和流动面改善的润滑油排出性能相互补充。由此，该轴承装置总体上可实现低磨损，因为轴承装置中导致磨损累积的颗粒被减少。

本发明的其他优点和特征见下文所述的实施例以及附属权利要求。

在下文中，将对本发明的多个优选实施例进行说明，并根据附图进行更详细的阐述。

附图说明

图1示出了根据本发明的涡轮增压器的例示性总视图。

图2示出了图1中z区域的含轴肩和密封套的轴承元件第一侧面的俯视图。

图3示出了沿着图2中线a-a的轴承元件、轴肩和密封套的截面图。

图4示出了图2中无轴肩的轴承元件。

图5示出了沿着图1中线a-a的截面图。

图6示出了沿着图1中弯曲截线b-b的截面图。

图7示出了图2中轴承元件第二个侧面的俯视图。

图8示出了沿着截线c-c的图4中轴承元件的截面图的一部分。

图9示出了图6中区域z的截面放大图。

图10示出了本发明第二种实施例有关流动面形状的俯视图。

图11示出了本发明第三种实施例的轴承元件、轴肩和密封套的截面图。

具体实施方式

图1所示的内燃机涡轮增压器包含一个中心轴1，该中心轴轴承连接在外壳2中，并驱动空气端的压缩机叶片3。轴1自身如上文所述通过废气涡轮或废气端涡轮叶片4驱动。除了涡轮叶片4也可以使用其他的轴驱动方式，例如通过电机。

此外，轴1通过轴向作用的旋转轴承5(参见区域z和图2、图3)进行轴承连接，该旋转轴承由流体动力滑动轴承构成。对此，不可移动的轴承元件6被轴贯穿。在轴承元件6的第一侧面(图2、图4视图)，构成作用于随轴1旋转的轴肩7的第一轴向作用轴承装置。

此外，轴承元件6在相对的第二侧面(图7视图)构成作用于随轴1旋转的密封套8的第二轴向作用轴承装置。

在该轴承元件中，构成为轴承装置供油的供油装置9。该供油装置9沿供油方向从本质上成盘状的轴承元件6的表面的铣孔9a开始。此外，该供油装置通过外壳2中通道和内燃机的润滑油回路相连。

在轴承元件沿轴向朝向轴肩7的表面成形有大量流动面10。该流动面10至少在其部分径向延伸段上具有沿圆周方向变化的高度h。高度h为流动面相对于轴承元件表面平面的轴向距离。该流动面通过磨损过程(铣切)由轴承元件的平面表面成形而成。

轴承元件6相对于外壳优选以不可移动方式进行固定。该轴承元件是一种本质上成盘状的部件，其中，盘状物的两个相对的侧面用作轴承支承面或支撑面。流动面10由表面成形或加工而成，以便形成流体动力轴承装置。该轴承元件如上文所述由和外壳不同的合金(此处为铜合金)制成。

根据本发明，对于两个轴承装置中的任意一个而言，在供油装置9中构成有一个个性化尺寸的扼流元件11、12。在根据图1至9的实施例中，该扼流元件分别为环形间隙11、12，该环形间隙在轴1和轴承元件6之间构成。沿轴向，在环形间隙件设有环形槽13，该环形槽具有比环形间隙更大的最大直径。通过简单的将环形间隙用作流量限制器的方式，可以实现在第一和第二轴承装置上被输送润滑油的规定分配。此外，环形槽13用作环形间隙11、12前的储油器，因而确保恒定的润滑油流量。

供油装置9包含一个由开孔构成的供油通道9b，该供油通道在铣孔9a处开始，并直接连接至环形槽13。用于为两个轴承装置供油的供油装置9在前述实施例中包含铣孔9a、供油通道9b、环形槽13和扼流元件或环形间隙11、12。

通过所述的由环形间隙11、12构成的扼流元件的结构，供油装置9利用两个轴承装置的环形槽13连接至轴承元件6基于轴1的最小半径处。由此避免轴肩和/或密封套的径向内侧区域未被润滑油润滑。通过供油装置9，轴本身也会被供油装置中的润滑油润滑，这可以进一步改善润滑和冷却效果。对此，润滑油沿圆周方向非常均匀地被分配到不同的流动面。此外，每个流动面均从径向内侧区域获得相同的较低温度的润滑油。

在前述实施例中，扼流元件11、12的几何形状在设计时使得，每个环形间隙的轴向宽度大致为轴承元件6在环形间隙11、12区域的总宽度的27％。

环形槽13在轴1表面的最大径向高度如上文所述比环形间隙11、12在轴1区域的最大径向高度大约66％。

此外，环形槽13的轴向宽度如上文所述约为轴承元件6在环形间隙11、12区域的总宽度的46％。

关于具有两个个性化尺寸的扼流元件的供油装置9的构成，图11示出了本发明第二种可能的实施例。对此，铣孔9a和供油通道9b也在轴承元件中成形构成。供油通道9b分叉为连接至第一轴承装置的第一子通道14以及连接至第二轴承装置的第二子通道15。在该实施例中，扼流元件通过子通道14、15以及规定的子通道14、15的尺寸构成。由此可以通过简单的方式实现润滑油的精确分配。子通道14、15例如可以由规定直径的开孔制成。

和第一种实施例一样，两个轴承装置的子通道连接至轴承元件6基于轴1的最小半径处。由此，如第一种实施例所述，轴承元件6的两个侧面中的任意一个从轴1开始均被润滑油润滑。

两个子通道14、15由供油通道9b成y状分叉形成，分别连接至轴1和轴承元件6之间的轴承间隙18的沿轴向相对的末端。通过该方式，可以简单且高效地实现径向内部区域的润滑油供应，包含对轴的润滑。

作为本发明的另一种说明对象，在前述实施例中，流动面10沿径向具有一个高于轴肩7的突出部16。通过流动面10的该径向突出部16改善流体动力滑动轴承的润滑油的排出或流出。此外，流经轴承装置的润滑油量被增大。由此，此外也可以更好地将不期望的颗粒从轴承装置区域排出。

流动面10和轴肩重叠的部分17主要负责轴承装置的流体动力性能。未重叠的部分或径向突出部16主要负责改善润滑油从轴承装置中的排出。

在根据图1至图9的第一种实施例中，流动面的最大直径d1比轴肩7在流体动力作用区域的最大直径d2大约17％。由此可以实现润滑油在流动面上的持续排出。

单独的流动面10可以被视作划分为一个径向向内的楔形面部分10a和一个径向向外连接在楔形面部分后的排出口部分10b。该排出口部分10b具有一个径向向外降低的高度h。该楔形面部分10a本质上负责建立轴承装置的流体动力压力。通过排出口部分的不同形状，可以优化润滑油的排出，其中，主要力求实现沿径向的持续且无干扰的流体。

流动面10沿圆周方向在第一角状段w1上单向上升(在图4中逆时针或沿轴1的旋转方向)。在沿圆周方向的后续的第二角状段w2上构成一个具有恒定高度h的锁定面10c。该恒定高度h的锁定面10c避免上升的流动面出现非规定的形状，并降低因摩擦导致的磨损。如上文所述，锁定面具有零高度或是轴承元件6平面表面的组成部分。

在前述示例(见图9)中，第二角状段w2的锁定面10c以偏移高度k成阶梯状超出第一角状段流动面最大高度h。该阶梯10d允许恒定高度h的锁定面10c出现更大磨损，而不会本质上改变轴承装置的流体动力性能。

为了确保恒定地供应润滑油，沿圆周方向在每个流动面10旁分别构成一个袋状轴向凹陷17。该凹陷17的横截面为u形，且具有一个径向朝向轴的开口17a。这一类的凹陷或袋状物17用作储油装置，恒定和无中断地向流动面区域10a供应润滑油。

如上文所述，在优化几何形状时应使得，流动面10的排出口部分10b在径向段(参见图8)具有弯曲的造型。该造型避免润滑油在边缘或阶梯处被甩出。如上文所述，该造型的弯曲半径r约为楔形面部分10a径向宽度b的2倍。通过该尺寸比例，可以使用低磨损的铣切刀具制造轴承元件6放入流动面10。

如上文所述，轴肩7的直径d2等于其流体动力作用的直径，因为轴肩7的整个轴向面被施加了油压。轴肩的圆周本质上和楔形面部分10a和流动面10的排出口部分10b之间的边界所在的圆环一致。换言之，轴肩7的半径本质上等于楔形面部分10a的外部半径。

图7示出了轴承元件朝向密封套的背面或第二侧面。在该处同样成形构成有流动面10，该流动面和轴肩侧或第一侧面的流动面10形状类似。楔形面部分10的上升此处沿顺时针进行。在第一轴承装置中，仅部分被轴肩7径向重叠，而在第二轴承装置中，仅部分被密封套8重叠。如上文所述，两个轴承装置在流动面10方面具有相同的构成。

图10示出了本发明的另一种实施例。与前述根据图1至图9的实施例不同的是，此处在楔形面部分10a的最高末端和轴承元件6表面的锁定面10c之间不再设有阶梯10d。相应地，在所示的俯视图中，流动面的排出口部分10c沿楔形面部分10a的上升方向向尖部延伸。

可以理解的是，三种实施例(图1至图9；图10和图11)的各自特征可以根据要求相互进行组合。尤其地，流动面(图4或图10)的两种变体的任意一种可以和供油装置(图3或图11)的两种变体的任意一种相组合。此外，根据本发明的流动面可以和常规的供油装置相组合。同时，根据本发明的供油装置也可以和常规的流动面相组合。

附图标记列表

1轴

2外壳

3压缩机叶片

4涡轮叶片

5轴向旋转轴承

6轴承元件

7轴肩

8密封套

9供油装置

9a铣孔

9b供油通道

10流动面

10a楔形面部分

10b排出口部分

10c锁定面

10d阶梯

11第一扼流元件(环形间隙)

12第二扼流元件(环形间隙)

13环形槽

14第一扼流元件(子通道)

15第二扼流元件(子通道)

16(径向)突出部

17袋状物、凹陷

17a凹陷开口

18环形间隙

h流动面的高度

k阶梯10d的高度

d1流动面最大直径

d2轴肩最大直径

w1单向上升的第一角状段

w2恒定高度的第二角状段

b楔形面部分的径向宽度