專利名稱：蝸輪增壓器軸承抗旋轉(zhuǎn)板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于渦輪增壓器軸承的抗旋轉(zhuǎn)板。
背景技術(shù)：
內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(ICE)通常被用于以可靠的基礎(chǔ)產(chǎn)生長時間的大水平的動力。許多這樣的ICE組件使用增壓裝置，例如排氣渦輪驅(qū)動的渦輪增壓器，以讓氣流在進(jìn)入發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣總管之前壓縮氣流，以便增加功率和效率。具體說，渦輪增壓器是離心的氣體壓縮機(jī)，其與通過周圍大氣壓力可用的相比使得更多空氣和更多氧氣進(jìn)入ICE的燃燒室。被迫進(jìn)入ICE的額外質(zhì)量的含有氧氣的空氣改善發(fā)動機(jī)的容積效率，允許在給定循環(huán)中燃燒更多燃料，且由此產(chǎn)生更多功率。典型的渦輪增壓器采用中心軸，其在排氣驅(qū)動的渦輪葉輪和空氣壓縮機(jī)輪之間傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。這種軸通常被一個或多個軸承支撐，所述軸承被發(fā)動機(jī)油冷卻和潤滑，且通常從特別配方的發(fā)動機(jī)冷卻劑接收額外的冷卻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施例涉及一種用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的渦輪增壓器，其包括具有軸承孔的軸承殼體和設(shè)置在孔中的半浮動軸承。渦輪增壓器還包括軸，所述軸具有第一端和第二端，其中軸通過軸承支撐而用于在孔中繞軸線旋轉(zhuǎn)。渦輪增壓器還包括渦輪葉輪，所述渦輪被固定到軸且靠近第一端，且配置為通過由發(fā)動機(jī)排出的燃燒后氣體而繞軸線旋轉(zhuǎn)。另外，渦輪增壓器包括壓縮機(jī)輪 ，所述壓縮機(jī)輪被固定到軸且靠近第二端，且配置為對從周圍接收的氣流增壓，以用于輸送到發(fā)動機(jī)。進(jìn)而，渦輪增壓器包括板，所述板固定在軸承殼體中且配置為防止軸承繞軸線旋轉(zhuǎn)。軸承殼體可以包括結(jié)構(gòu)部且板可以包括凸塊，所述凸塊配置為接合所述結(jié)構(gòu)部且由此防止板繞軸線的旋轉(zhuǎn)。板可以限定內(nèi)開口，所述內(nèi)開口配置為允許軸穿過。內(nèi)開口可以包括槽道，且軸承可以包括鍵，所述鍵配置為接合槽道且由此防止軸承繞軸線的旋轉(zhuǎn)。槽道可以包括基本上180度分開定位的兩個槽道部分。另外，鍵可以包括基本上180度分開定位的兩個部段，從而兩個部段的每一個都配置為接合兩個槽道部分中的一個。兩個槽道部分的每一個都可以包括相對于軸線平行的相對的面。還有，兩個部段的每一個都可以包括相對于軸線平行的相對的面。在兩個部段的每一個接合兩個槽道部分中的一個時，每一段的相對面中的至少一個被配置為接觸相應(yīng)槽道部分的相對面中的一個，從而接觸面基本上重合。渦輪增壓器也可以包括第一夾持件。第一夾持件可以有助于通過限制軸承沿軸線的運(yùn)動而將軸承保持在孔中。第一夾持件可以另外將板保持在軸承殼體中且保持槽道和鍵之間的接合。渦輪增壓器可以另外包括第二夾持件。第二夾持件與第一夾持件相結(jié)合地將軸承保持在孔中。發(fā)動機(jī)油被引導(dǎo)以潤滑軸承，且在軸承和軸之間產(chǎn)生油膜。另外，軸承殼體可以包括用于發(fā)動機(jī)油的排油空間，而結(jié)構(gòu)部可以并入到排油空間。本發(fā)明的另一實施例涉及具有如上所述的渦輪增壓器的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。在下文結(jié)合附圖進(jìn)行的對實施本發(fā)明的較佳模式(一個或多個)和實施例(一個或多個)做出的詳盡描述中能容易地理解上述的本發(fā)明的特征和優(yōu)點以及其他的特征和優(yōu)點。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的具有渦輪增壓器的發(fā)動機(jī)的示意性透視圖。圖2是如圖1所示的渦輪增壓器的示意性截面圖，其中渦輪增壓器包括軸承殼體。圖3是如圖2所示的軸承殼體的示意性近距截面圖。圖4是如圖2和3所示的軸承殼體的示意性分解透視截面圖，具體顯示了半浮動軸承和配置為防止軸承殼體中的軸承旋轉(zhuǎn)的板。
具體實施例方式參見附圖，其中幾幅圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同或類似的部件，圖1示出了內(nèi)燃發(fā)動機(jī)10。發(fā)動機(jī)10還包括氣缸體12，所述氣缸體12具有布置在其中的多個汽缸14。如所示的，發(fā)動機(jī)10還包括汽缸蓋16。每一個汽缸14包括配置為在其中往復(fù)運(yùn)動的活塞
18。燃燒室20形成在汽缸14中且在汽缸蓋`16的底部表面和活塞18的頂部之間。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，燃燒室20配置為接收燃料空氣混合物用于在其中隨后燃燒。發(fā)動機(jī)10還包括配置為在氣缸體12中旋轉(zhuǎn)的曲軸22。曲軸22由于在燃燒室20中燃燒的適當(dāng)比例的燃料空氣混合物而通過活塞18旋轉(zhuǎn)。在空氣燃料混合物在特定燃燒室20內(nèi)部燃燒之后，特定活塞18的往復(fù)運(yùn)動用于將燃燒后的氣體24從相應(yīng)的汽缸14排出。發(fā)動機(jī)10還包括油泵26。油泵26配置為將加壓的發(fā)動機(jī)油28供應(yīng)到各個軸承，例如曲軸22的軸承。油泵26可以直接地由發(fā)動機(jī)10或由電動機(jī)(未示出)驅(qū)動。發(fā)動機(jī)10另外包括吸氣系統(tǒng)30，其配置為將氣流31從周圍環(huán)境引導(dǎo)到汽缸14。吸氣系統(tǒng)30包括進(jìn)氣導(dǎo)管32、渦輪增壓器34、和進(jìn)氣總管36。雖然未示出，但是吸氣系統(tǒng)30可以另外包括在渦輪增壓器34上游的空氣過濾器，用于去除外來顆粒和來自氣流31的其他空氣攜帶的碎屑。進(jìn)氣導(dǎo)管32配置為將氣流31從周圍環(huán)境引導(dǎo)到渦輪增壓器34，而渦輪增壓器配置為對接收的氣流增壓，和將加壓的氣流排放到進(jìn)氣總管36。進(jìn)氣總管36又將之前加壓的氣流31分配到汽缸14，用于與適當(dāng)量的燃料混合以及隨后燃燒混合的燃料空氣混合物。如圖2所示，渦輪增壓器34包括具有第一端40和第二端42的鋼軸38。渦輪46安裝在軸38上且靠近第一端40，且配置為通過從汽缸14排出的燃燒后氣體24而繞軸線43與軸38 —起旋轉(zhuǎn)。渦輪46設(shè)置在渦輪殼體48內(nèi)部，其包括渦殼或渦卷50。渦卷50接收燃燒后排出氣體24且將排出氣體引導(dǎo)到渦輪46。渦卷50配置為實現(xiàn)渦輪增壓器34的特定的性能特質(zhì)，例如效率和響應(yīng)性。如進(jìn)一步在圖2所示的，渦輪增壓器34還包括靠近第二端42安裝在軸38上的壓縮機(jī)輪52。壓縮機(jī)輪52配置為將從周圍接收的氣流31增壓用于最后輸送到汽缸14。壓縮機(jī)輪52設(shè)置在壓縮機(jī)覆蓋件54內(nèi)，所述壓縮機(jī)覆蓋件包括渦殼或渦卷56。渦卷56接收氣流31且將氣流引導(dǎo)到壓縮機(jī)輪52。渦卷56配置為實現(xiàn)渦輪增壓器34的特定性能特質(zhì)，例如峰值氣流和效率。因而，通過為渦輪46提供能量的燃燒后的排出氣體24使軸38旋轉(zhuǎn)，且又由于固定在軸上的壓縮機(jī)輪而輸送到壓縮機(jī)輪52。如本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的，燃燒后排出氣體24的力和可變的流動影響壓力升高的量，所述升高的壓力可以通過壓縮機(jī)輪52在發(fā)動機(jī)10的整個運(yùn)行范圍內(nèi)產(chǎn)生。繼續(xù)參考圖2，軸38被支撐為用于經(jīng)由軸承58而繞軸線43旋轉(zhuǎn)。軸承58安裝在軸承殼體62的孔60中且通過經(jīng)由泵26供應(yīng)的加壓發(fā)動機(jī)油28而被潤滑和冷卻。軸承殼體62可以用強(qiáng)韌材料鑄造，例如鐵，以便在渦輪增壓器34運(yùn)行過程中為孔60提供升高的溫度和載荷下的尺寸穩(wěn)定性。軸承58配置為控制軸38的徑向運(yùn)動和振動。如所示的，軸承58是半浮動類型的軸頸軸承，其通常用相對軟的金屬形成，例如黃銅或青銅，從而因軸和軸承之間任何接觸造成的大多數(shù)磨損將發(fā)生在軸承中。半浮動軸承58通常被抑制沿軸線43的移位，但是提供在孔60中徑向地移位的一些自由度，即沿與軸線43橫向的方向。提供徑向地移位允許軸承58占據(jù)軸38的任何徑向位移，這種徑向位移會由于軸、渦輪46、和/或壓縮機(jī)輪52中的不平衡而造成。在渦輪增壓器34的運(yùn)行期間，來自泵26的加壓的發(fā)動機(jī)油28被輸送到軸承殼體62且被弓丨導(dǎo)到軸承58，以潤滑軸承和在軸承的內(nèi)徑和軸38、軸承外徑和殼體孔60之間產(chǎn)生油膜。這種油膜用于提供液動緩沖層，用于在渦輪增壓器34運(yùn)行期間支撐旋轉(zhuǎn)軸38，由此減少軸承58與軸38之間以及軸承58與殼體62之間的直接物理接觸的可能性。進(jìn)而，軸承58、軸38和殼體62之間的直接接觸的減少的作用是延長軸承的使用壽命，減少渦輪增壓器34中的摩擦損失，減少噪聲、振動和不平順性，和增強(qiáng)渦輪增壓器在其運(yùn)行期間的響應(yīng)性。如圖3所示，渦輪增壓器34還包括固定在軸承殼體62中的板64且配置為防止軸承58繞軸線43與軸38 —起旋轉(zhuǎn)。嚴(yán)重的亞同步振動會在軸承58被允許在殼體孔60中旋轉(zhuǎn)時發(fā)生。為了防止如上所述的軸承58繞軸線43的旋轉(zhuǎn)，軸承殼體62包括一結(jié)構(gòu)部，如圖4所示其為通道66,且板64包括凸塊68,所述凸塊68配置為裝配在通道中且由此接合通道。板64限定內(nèi)開口 70。內(nèi)開口 70配置為允許軸38經(jīng)過，由此允許軸在軸承殼體62內(nèi)旋轉(zhuǎn)，而不接觸板64且不引起額外的摩擦阻力。如圖4所示，板64的內(nèi)開口 70包括槽道72，槽道具有基本上180度分開定位的兩個槽道部分74。此外，還如圖4所示，軸承58包括鍵76，所述鍵具有基本上180度分開定位的兩個部段78。因而，兩個部段78中的每一個都配置為接合兩個槽道部分74中的一個，且由此防止軸承58繞軸線43旋轉(zhuǎn)。部段78和槽道部分74之間的接合在每一段和槽道部分界面處包括間隙。部段78和槽道部分74之間的間隙足以提供用于讓軸承58在孔60中徑向地移位的自由度，由此保持軸承58的半浮動特質(zhì)。另外如圖4所示，渦輪增壓器34還包括第一夾持件80。第一夾持件80配置為接合軸承殼體62中的通道82，且一旦定位在通道82中則通過限制軸承沿軸線43的運(yùn)動而有助于將軸承58保持在孔60中。第一夾持件80另外將板64保持在軸承殼體62中且保持槽道72的槽道部分74和鍵76的部段78之間 的接合。渦輪增壓器34另外包括第二夾持件84。如圖4所示，第二夾持件84配置為接合軸承殼體62中的通道86。一旦第二夾持件84定位在通道86中，則第一和第二夾持件80、84將軸承58保留在孔60中。每一個槽道部分74包括一對相對的面88。每一個面88沿平面89存在，從而在板64安裝在軸承殼體62中時兩個平面89相對于彼此平行且還相對于軸線43平行。每一個部段78類似地包括一對相對的面90。每一個面90沿平面91存在，從而在軸承58安裝在軸承殼體62中時兩個平面91相對于彼此平行且還相對于軸線43平行。在板64和軸承58兩者安裝在軸承殼體62中時，在至少兩個鄰近面88和90之間存在間隙。在渦輪增壓器34運(yùn)行期間，在渦輪增壓器實現(xiàn)升壓或從提高的速度降速旋轉(zhuǎn)時，至少一個面88接觸鄰近的面90，從而產(chǎn)生的接觸基本上是沿所述面的整個表面。換句話說，在鄰近面88和90接觸時，接觸面的平面89和91基本上重合。由于鄰近面88和90之間的接觸，作用在每一個面上的反作用力基本上垂直于軸線43，且由此產(chǎn)生沿軸線43的最小推力。因而，在槽道部分74的鄰近面88和部段78的面90之間的接觸允許減少通過軸向抵靠夾持件80和84的軸承58而施加的力的大小。進(jìn)而，減少抵靠夾持件80、84施加的力控制軸承58和夾持件之間的摩擦力，以便維持上述軸承徑向地在孔60中移位的能力，這對半浮動設(shè)計來說是關(guān)鍵。鄰近面88和90之間的接觸與軸線43的垂直特質(zhì)還產(chǎn)生最小的徑向力。沿面88和90之間的接觸平面的徑向方向的軸承運(yùn)動僅需要克服接觸部處的摩擦力。在面88和90之間的接觸期間垂直于平面89和91的軸承運(yùn)動將使得軸承卸掉一個接觸部且繞另一接觸部而旋轉(zhuǎn)，由此使得對運(yùn)動的限制最小化。因而，槽道部分74的鄰近面88和部段78的面90之間的所述接觸允許軸承58和殼體孔60之間形成的擠壓膜(即加壓油膜)緩沖更有效。參考圖3,軸承殼體62包括用于發(fā)動機(jī)油的排油空間92,所述發(fā)動機(jī)油被從泵26供應(yīng)到軸承殼體。排油空間92是并入到軸承殼體62的內(nèi)貯存器，且可以具有鑄造形狀。如圖4所示，通道66可以并入到軸承殼體62的壁94中，所述壁被引入到排油空間92。通道66可以是軸承殼體62的鑄造結(jié)構(gòu)部，或更精確地可以機(jī)加工到壁94中。繼續(xù)參考圖1，排放通道96在軸承58潤滑之后從軸承殼體62去除油和去除排油空間92中收集的油。還如圖1所示，排放通道96與泵26 流體連通，以將來自排油空間92的油返回至泵。附圖中的詳細(xì)的描述和顯示是對本發(fā)明的支持和描述，而本發(fā)明的范圍僅通過權(quán)利要求限定。盡管已經(jīng)對執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進(jìn)行了詳盡的描述但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可得知在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用來實施本發(fā)明的許多替換設(shè)計和實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的渦輪增壓器，所述渦輪增壓器包括: 軸承殼體，具有軸承孔； 半浮動軸承，設(shè)置在孔中； 軸，具有第一端和第二端，所述軸通過軸承支撐，用于在孔中繞軸線旋轉(zhuǎn)； 渦輪葉輪，被固定到軸且靠近第一端，且配置為通過由發(fā)動機(jī)排出的燃燒后氣體而繞軸線旋轉(zhuǎn)； 壓縮機(jī)輪，被固定到軸且靠近第二端，且配置為對從周圍接收的氣流增壓，以用于輸送到發(fā)動機(jī)；和 板，固定在軸承殼體中，且配置為防止軸承繞軸線旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的渦輪增壓器，其中軸承殼體包括結(jié)構(gòu)部且板包括凸塊，所述凸塊配置為接合所述結(jié)構(gòu)部且由此防止板繞軸線的旋轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的渦輪增壓器，其中: 發(fā)動機(jī)油被引導(dǎo)以潤滑軸承，且在軸承和軸之間產(chǎn)生油膜； 軸承殼體包括用于發(fā)動機(jī)油的排油空間；和 結(jié)構(gòu)部并入到到排油空間中。
4.如權(quán)利要求3所述的渦輪增壓器，其中板限定了內(nèi)開口，所述內(nèi)開口配置為允許軸穿過。
5.如權(quán)利要求4所述的渦輪增壓器，其中內(nèi)開口包括槽道，且軸承包括鍵，所述鍵配置為接合槽道且由此防止軸承繞軸線的旋轉(zhuǎn)。
6.如權(quán)利要求5所述的渦輪增壓器，其中槽道包括基本上180度分開定位的兩個槽道部分，且鍵包括基本上180度分開定位的兩個部段，從而兩個部段的每一個都配置為接合兩個槽道部分中的一個。
7.如權(quán)利要求6所述的渦輪增壓器，其中: 兩個槽道部分的每一個都包括配置為相對于軸線平行的相對的面。
兩個部段的每一個都包括配置為相對于軸線平行的相對的面；和在兩個部段的每一個接合兩個槽道部分中的一個時，每一部段的至少一個相對面配置為接觸相應(yīng)槽道部分的相對面中的一個，從而接觸面基本上重合。
8.如權(quán)利要求6所述的渦輪增壓器，進(jìn)一步包括第一夾持件，其中第一夾持件通過限制軸承沿軸線的運(yùn)動而助于將軸承保持在孔中。
9.如權(quán)利要求8所述的渦輪增壓器，其中第一夾持件附加地將板保持在軸承殼體中，且保持槽道和鍵之間的接合。
10.如權(quán)利要求8所述的渦輪增壓器，進(jìn)一步包括第二夾持件，其中第二夾持件與第一夾持件結(jié)合地將 軸承保持在孔中。
全文摘要
一種用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的渦輪增壓器，包括具有軸承孔的軸承殼體和設(shè)置在孔中的半浮動軸承。渦輪增壓器還包括軸，所述軸具有第一端和第二端，其中軸通過軸承支撐而用于在孔中繞軸線旋轉(zhuǎn)。渦輪增壓器還包括渦輪葉輪，所述渦輪葉輪被固定到軸且靠近第一端，且配置為通過由發(fā)動機(jī)排出的燃燒后氣體而繞軸線旋轉(zhuǎn)。另外，渦輪增壓器包括壓縮機(jī)輪，所述壓縮機(jī)輪被固定到軸且靠近第二端，且配置為對從周圍接收的氣流增壓，以用于輸送到發(fā)動機(jī)。進(jìn)而，渦輪增壓器包括板，所述板固定在軸承殼體中且配置為防止軸承繞軸線旋轉(zhuǎn)。還公開一種采用這種渦輪增壓器的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。
文檔編號F02B37/00GK103244257SQ20131004922
公開日2013年8月14日 申請日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月14日
發(fā)明者L.P.貝讓, B.J.愛德華茲 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司