用于轴颈轴承的端面油构造
【专利说明】用于轴颈轴承的端面油构造发明领域
[0001]本发明涉及用于内燃发动机的涡轮增压器并且更具体地涉及一种轴颈轴承，该轴颈轴承具有一个轴向面，该轴向面被设计用于改善润滑和推力的平衡。更确切的说，本发明提供了一种轴颈轴承，利用该轴颈轴承可以减少油的流动，甚至在该轴正经受轴向负载时也能可靠地维持。
[0002]发明背景
[0003]涡轮增压器被广泛用来增加内燃发动机的性能。热的排气驱动一个涡轮机转子，该涡轮机转子借助一个涡轮增压器轴来驱动一个压缩机转子。在柴油发动机的情况下，在排气涡轮机中发生大约740°C的温度，而在奥托循环(Otto-cycle)发动机的情况下发生高于大约1，000°C的温度。汽车的涡轮增压器在极高的旋转速度下运行，有时超过200, 000RPM。尽管在这些严酷的条件下，现在必须的是设计用于超过200，000英里运行的可靠操作的发动机部件。这意味着必须确保轴承装置足够的润滑。
[0004]涡轮增压器轴被可旋转地支持在轴颈轴承上，通常是由一个轴承隔圈间隔开的浮动轴承。为了利用两个浮动轴颈轴承将润滑油递送到涡轮增压器的关键磨损点处，油典型地在高压下被递送到这些轴颈轴承的顶端并且通过多个径向孔被向内输送到该轴与该轴颈轴承的内径之间的界面处。在其轴向末端处，这些轴颈轴承具有多个必须适应旋转力和轴向力的支承表面。
[0005]关键的是，油不间断地流过这些轴颈轴承的轴向表面。然而，该轴以及多个轴上安装的构件的轴向移动会减小相邻构件之间的空间并且限制油的流通。油流通的减少的结果是，这些金属表面和/或油会变得更热，由此减小油的有效性并且增加零件的磨损。为了补偿，已知的是增加油通过涡轮增压器轴承壳体的流量。然而，在该轴颈轴承的轴向外表面处的增加的油流量会紧邻活塞密封件，并且因此恰恰在最易泄漏的地方，从而增加了油从该轴承壳体泄漏到该涡轮增压器的涡轮机部分或压缩机部分的机会。该涡轮机壳体中的润滑油将会与排气流一起直接被排放出发动机而进入大气中。进入到该压缩机壳体中的润滑油将会被注入到发动机的燃烧室中，在此处它将不会被适当地燃烧并且将会被发动机作为不希望的碳氢化合物污染物被排出。通常认为，超过一半的涡轮增压发动机的碳氢化合物排放物来自于通过该涡轮增压器的油泄漏，而不是来自于发动机本身。
[0006]因此，一方面需要实现涡轮增压器更长的使用寿命，这意味着需要增加油流量，而另一方面，需要减少碳氢化合物排放物，意味着通过该轴承壳体的油流量需要最小化以便减少油泄漏到该涡轮增压器的涡轮机壳体或压缩机壳体中的机会。
[0007]为了确保这些轴承的轴向外端面处良好的润滑油流动而不会增加总的流量，已提出的是，在轴颈轴承的端面上提供多个径向延伸的楔形槽，从而允许来自该轴的“已用过”的油径向向外地流动以便逃离到该轴承壳体的排油腔中。例如参见，沃伦韦伯(Wollenweber)的美国专利3，390，926和3，993，370，这些专利传授的是在可安装在轴上的构件(例如轴颈轴承)的两个轴向端面上的径向延伸的槽。这些槽配备有一个带有150°角度的“V”形以用于在该轴承与相邻构件之间产生一个轴向力，并且在压力下所提供的油结合这些150°槽来提供一个推力功能。
[0008]沃德(Ward)的美国专利6，709, 160传授的是，轴颈轴承的一个轴向端面配备有多个径向槽以允许润滑油跨过该端面的径向流动，由此润滑在轴颈轴承与该轴承壳体上的一个肩台之间的推力表面。这些槽被构成用来使流体穿过其流动而不会产生一个显著的推力负载。
[0009]本发明人回顾了目前可获得的轴颈轴承的端面设计并且他想到的是，在轴颈轴承中，其中端面配备有径向延伸的楔形槽以用于产生一个轴向推力负载，比起有效地产生轴向推力负载，这些槽中的油更有可能被泵送到槽的开放外端之外。本发明人注意到，即使在以下轴颈轴承中，带有配备有复杂坡面或衬垫的端面以增加推力，这些轴颈轴承也配备有径向槽用于用过的油的逃逸并且因此倾向于具有相同的问题。
[0010]本发明人考虑到，存在对具有润滑和推力负载改善的平衡的轴颈轴承的需要。
[0011]因此本发明的一个主要目的是提供一个涡轮增压器轴承系统，其特征为一个高效率的、精确的、受控的润滑系统，该润滑系统允许以最少的油流动通过该轴承壳体而实现轴承轴向端面的极好润滑，由此提供一个在运行中可靠并且耐用的涡轮增压器。
[0012]本发明的另一个目的是提供一个涡轮增压器轴承组件，该轴承组件将减少泄漏到发动机进气或排气流中的油量，由此减少该发动机的碳氢化合物排放物。
[0013]本发明的另一个目的是实现以上目的同时提供一种设计简单并且容易制造的涡轮增压器轴承组件。
[0014]发明概述
[0015]本发明人重新设计了该轴颈轴承的轴向端面以提供一个构造，该构造在允许该轴承与相邻面之间发生润滑之前不会轻易地允许油泄漏。
[0016]这是通过提供一个轴颈轴承的带有两个在功能上明显特征的轴向端面来实现的。推力面通常是平面的。然而，在径向向内的区域中，提供了凹陷的特征以产生一个加压的油膜。这些特征的径向向外处，该平面是一个连续的平面，即没有槽或其他用于油径向通过的特征。由此，外部区域起流体动力学中的“坝”的作用，在该径向向内的区域中辅助建立一个处于压力下的油储存器。这个设计在所有情况下提供了改善的流量。该“坝”不仅仅确保了油不会在增加的推力负载的情况下流出径向槽，并且还确保了油保持在该径向向内区域中以保证该内部区域的推力负载的功能。
[0017]利用轴颈轴承端面的本发明设计，没有必要由于担心油流量受限制而增加油流量。取而代之，有可能实现减小总的涡轮增压器的油流速，进而减少排放物，不用担心在浮动旋转轴颈轴承端面处的轴向负载情况下油流量的不足。
[0018]附图的简要说明
[0019]本发明是通过举例而非限制的方式展示在这些附图中，其中类似的参考数字表示相似的部分，并且在这些附图中:
[0020]图1描绘了本发明的独创性轴颈轴承端面的第一实施例；
[0021]图2描绘了本发明的轴颈轴承的端面第二实施例；并且
[0022]图3描绘了本发明的轴颈轴承的端面第三实施例。
[0023]发明的详细说明
[0024]一种具有根据本发明端面的轴颈轴承特别是在保证轴向推力情况下的油流量方面得到改善，除了用独创性轴颈轴承替代常规的轴颈轴承外不需要对该涡轮增压器进行修改。该轴颈轴承可以是一个具有三件式设计的“浮动”轴颈轴承，其中两个轴颈轴承被一个轴承隔圈间隔开、或者可以是一个具有一体式设计或三件式设计的“固定”轴颈轴承。因此，在此不需要说明涡轮增压器的运行并且具体是多个轴颈轴承的运行。可以参照例如针对“浮动”轴承的美国专利6，709, 160以及针对“固定”轴承的美国专利6，017, 184中的披露内容。
[0025]在图中所示出的三个轴颈轴承各自具有一个轴向端面I，该轴向端