[发明专利]用于涡轮增压器的各向异性轴承支撑件

说明书

技术领域

本文所公开的主题总体上涉及用于内燃发动机的涡轮机器，具体地涉及轴承以及与轴承一起使用的部件。

背景技术

涡轮机器通常会经历非同步振动(NSV)。NSV通常与非稳定转子轴承系统模式有关，不过在许多情况下都达到了极限循环，这限制了NSV的幅度。大幅度或无约束NSV可导致涡轮机器的过量振动/噪音和/或破坏。低频的(通常低于机器的同步速度)NSV可导致不期望的噪音。

NSV可因许多设计参数而产生。对这些参数的控制一直以来总是不容易的，并且由于特定涡轮机器的基本设计要求使得在一些情况下不可避免地要对这些参数进行控制。在许多情况下，通过改变转子支撑件或优化该支撑件来进行NSV控制，但这通常会增加成本、使结构复杂化、或降低了部件公差。

对于必须在大范围的速度、温度和外部负载上工作的涡轮增压器而言，几乎不可能实现对NSV的完全抑制。根据设计的不同，涡轮增压器转子可利用浮动环轴承或部分浮动环轴承来安装，这些轴承具有间隙，允许(例如由于重力引起的)转子坠落(rotor drop)。设计者通常需要在下列因素之间进行平衡：1)利于转子稳定(NSV最小化)的轴承间隙；2)利于性能的轴承间隙；和3)涡轮增压器的可操作性。为了平衡这些因素，需要对轴承的操作范围(间隙、油温范围、油类型)进行大量的测试以检验NSV是否受控。然而由于磨损，测试并不总能反映出轴承间隙的细小变化，而磨损可在涡轮增压器上造成NSV。

常规涡轮增压器轴承系统的另一个缺点在于需要大量润滑剂用在由挤压膜阻尼器(SFD)支撑的半浮动环轴承或者由SFD支撑的球轴承(请注意对于完全浮动环，润滑剂层对该环相对于周围支撑结构的转动进行润滑)。SFD系统通常具有开放支架，而开放支架提高了实现优化性能所应满足的润滑剂供应要求。在替代性的“封闭”支架方案中，润滑剂的密封和再使用导致降低了涡轮增压器对润滑剂的需求，而这转而又允许为发动机使用较小的润滑剂泵。这种方案还使得寄生损耗的总体降低，使得车辆性能更高，燃料经济性更好。

总的来说，对于轴承技术而言需要解决诸如噪音、磨损以及性能的问题。本文示出的各种示例性轴承部件和壳体能够解决这些问题。

发明内容

示例性的各向异性构件对孔内的轴承进行支撑，并且可降低孔内轴承的非同步振动(NSV)。示例性的各向异性构件包括构造成接收轴承并将轴承与孔表面分隔开一定距离的环状主体，并且示例性的各向异性构件构造成当轴承被置于孔内时使轴承具有各向异性的刚度和阻尼项。这种构件适合于用在涡轮增压器的转动组件中，其中轴承可以是浮动轴承、半浮动轴承或球轴承。本申请公开了各种示例性的构件、轴承、壳体、组件等。

附图说明

通过参照下面的详细描述并结合附图可得到对于本文描述的各种方法、装置、系统、布置结构等的更完整的理解，附图中：

图1是常规内燃发动机和涡轮增压器的示意图。

图2是常规的完全浮动环组件、常规半浮动环组件和常规球轴承组件的一系列示意图。

图3A是常规组件的剖视图，该常规组件包括定位在涡轮增压器中心壳体内的轴承。

图3B是图3A的常规组件的剖视图。

图4是方框图，其中列出了各种示例性组件，这些示例性组件包括降低NSV的一个或多个各向异性特征。

图5是示例性完全浮动组件的剖视图，该完全浮动组件包括各向异性静态结构(例如各向异性中心壳体孔)。

图6是各向异性结构的透视图和示例性完全浮动组件的剖视图，该完全浮动组件包括定位在孔(例如中心壳体孔)内的各向异性结构。

图7是示例性半浮动组件的剖视图，该半浮动组件包括定位在孔(例如中心壳体孔)内用于使轴承在孔内对中的一对各向异性结构。

图8是示例性球轴承组件的剖视图，该球轴承组件包括定位在孔(例如中心壳体孔)内的一对各向异性结构。

图9是示例性半浮动组件的剖视图，该半浮动组件包括定位在孔(例如中心壳体孔)内用于使轴承在孔内对中的一对各向异性结构以及用于密封压缩机侧SFD和涡轮机侧SFD的一对活塞环。

图10是示例性半浮动组件的剖视图，该半浮动组件包括定位在孔(例如中心壳体孔)内用于使轴承在孔内对中的一对各向异性结构以及两对活塞环，其中一对密封压缩机侧SFD而另一对密封涡轮机侧SFD。

图11是示例性球轴承组件的剖视图，该球轴承组件具有各向异性结构和用于密封SFD的一对活塞环。

图12是示例性各向异性笼(cage)结构的透视图，以及该笼的侧视图和替代性笼的多个侧视图。

图13是示例性半浮动组件的剖视图，该半浮动组件包括各向异性笼。