[发明专利]无油润滑涡轮增压器组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种涡轮增压器组件，更具体地讲，涉及一种使用空气箔片轴承(airfoil bearing)的无油润滑涡轮增压器组件(oil-free turbochargerassembly)。在高速状态下，空气箔片轴承可被容易地冷却，同时可容易地将耐热涂层施加到涡轮增压器组件的旋转轴上。

背景技术

通常，涡轮增压器被构造成增加引擎或者车辆的燃气涡轮的效率。设计具有优良可靠性和高效率的涡轮增压器的最重要的因素之一在于在考虑驱动状态的同时选择合适的轴承。轴承是显著影响涡轮增压器的效率和动态稳定性的重要机械构件。因此，与涡轮增压器系统相关的一些问题直接或者间接与所使用的轴承的类型有关。

以下，将参照图1描述现有技术的涡轮增压器。

图1是示出现有技术的涡轮增压器的截面图。传统的涡轮增压器的旋转体由滚珠轴承支撑。然而，如果滚珠轴承支撑处于高速高温状态的涡轮增压器的旋转轴，则这会导致严重的摩擦损失，使得结构发生热变形或者破裂。因此，在图1中示出的现有技术的涡轮增压器提出使用空气箔片轴承。旋转轴(20)设置在壳体(10)中，同时，涡轮(1)和叶轮(2)分别附着到旋转轴(20)的两端。密封构件(30)位于所述轴与叶轮(2)之间，用于防止沿着轴向从轴的泄漏。空气箔片径向轴承(airfoil journal bearing)(40)位于旋转轴(20)和壳体(10)之间，以产生使旋转轴(20)浮动的动压。止推垫(thrust pad)(50)位于旋转轴(20)的中部，以沿着轴向支撑旋转轴(20)。空气箔片止推轴承(airfoil thrust bearing)(80)安装到壳体(10)上，位于止推垫(50)的两侧。将空气冷却器(60)设置到壳体(10)，以冷却旋转轴(20)、空气箔片径向轴承(40)和止推垫(50)。

旋转轴(20)、止推垫(50)和密封构件(30)经过研磨工艺(grindingprocess)集成为一体。为了获得足够的动压，应该使旋转轴(20)和空气箔片径向轴承(40)之间的间隙最小化。因此，在整个对应的壳体(10)上，旋转轴(20)应该足够粗。

为了改善耐热性，一体的旋转轴(20)、止推垫(50)和密封构件(30)经历固体润滑剂涂覆工艺、研磨工艺(abrasion process)和表面抛光工艺。固体润滑剂工艺使得摩擦较小。

当涡轮增压器在较高温度的环境下按照较高的速度运行时，耐热处理成为更加重要的因素。然而，如果涡轮增压器的组件，例如，旋转轴(20)、止推垫(5)、密封构件等如现有技术的涡轮增压器那样集成为一体，则难以使用固体润滑剂均匀地涂覆每个组件。尤其难以对角部分进行涂覆。此外，在研磨工艺(abrasion process)和/或抛光工艺过程中，组件会破裂。因此，耐热工艺(固体润滑剂涂覆、研磨(abrasion)、抛光)的成功率仅仅是大约20％。

此外，如上所述，旋转轴(20)的轴颈部分(journal portion)(21)的厚度应该足够大，使得空气箔片径向轴承(40)可形成足够的动压。因此，材料会被浪费。此外，大的轴颈部分的内含物在快速加速过程中还会产生非常巨大的惯性扭矩，导致有害的涡轮迟滞(turbo-lag)情形。

此外，还存在另一问题，即，在极端的环境下，难以通过空气冷却方法保持冷却效率。

发明内容

技术问题

本发明的一些实施例解决了上述问题。根据本发明的一些实施例，与旋转轴一起旋转的各个部件单独制造，然后装配在一起。因此，本发明的一些实施例的目的在于提供一种无油润滑涡轮增压器组件，该无油润滑涡轮增压器组件具有提高了的制造成功率，并允许每个部件被单独涂覆、研磨(grind)和抛光。

本发明的一些实施例的另一目的在于提供一种具有单独的轴颈部分的无油润滑涡轮增压器组件。该轴颈部分可被单独地结合到旋转轴，使得旋转轴足够粗，以承受足够大的涡轮迟滞情形。可通过减小质量来降低制造成本，并使惯性扭矩减小。

此外，本发明的一些实施例的另一目的在于提供一种可使用油冷却来改善涡轮增压器的冷却效率的无油润滑涡轮增压器组件。

技术方案