[发明专利]螺旋内径槽轴颈轴承

说明书

技术领域

本文公开的主要内容大致涉及一种用于内燃发动机的涡轮机，具体地，涉及轴承系统。

背景技术

常规的涡轮增压器通常依赖于中心壳体旋转组件(CHRA)，所述中心壳体旋转组件包括附接到轴的涡轮叶轮和压缩机叶轮，该轴通过一个或多个轴承可旋转地支撑在中心壳体中。运行期间以及刚刚运行后，来自各源的热能会导致部件达到超过1000华氏度(538摄氏度)的温度。热能源包括润滑剂膜(例如，旋转轴与轴承表面之间的润滑剂)的粘性剪力，入口气体的粘性发热，摩擦发热等。诸如旋转部件质量、润滑剂性质、旋转速度等这样的因素会影响热的生成。

高温会导致含碳润滑剂(例如油)的碳化，也被称为成焦或“焦化”。焦化会通过多种机制加剧热生成和热滞留，并且随着时间过去，焦炭沉积会缩短被润滑的轴承系统的寿命。例如，焦炭沉积会将轴承系统间隙减少到出现咬粘(seizure)(例如在轴承与轴之间)的程度，导致轴承系统和涡轮增压器完全失效。在研发以高转速或在高温环境下运行的涡轮增压器以及具有大质量旋转部件的涡轮增压器的过程中，应考虑这种现象。例如，采用高强度材料，如钛(例如，钛制压缩机叶轮)作为旋转部件会增加旋转组件的质量，从而增加热生成。

这里所述各种示例技术可减少焦化，并总体上减少涡轮增压器旋转组件的局部最大运行温度。

附图说明

可参照以下说明并联系附图，更完整地理解这里所述的各种方法、设备、系统、配置等及其等同物，附图中：

图1是涡轮增压器和内燃发动机的图；

图2是现有技术中心壳体旋转组件的一系列剖视图；

图3是示例性中心壳体旋转组件的一系列剖视图，该组件包括两个示例性轴颈轴承；

图4是图3的组件的两个轴颈轴承和隔圈的剖视图；

图5是图3的示例性轴颈轴承的端视图，该轴承包括三个开口和三个槽；

图6是示例性轴颈轴承的端视图，该轴承包括外通道；

图7是图3的示例性轴颈轴承的剖视图；

图8是示例性轴颈轴承的两个侧视图和一个剖视图，该轴承包括外表面槽从而为润滑剂开口提供流径；

图9是示例性轴颈轴承的剖视图和端视图，该轴承包括四个开口和四个槽；

图10是示例性轴承的侧视图和端视图，该轴承包括四个开口和四个外表面槽从而为相应的四个开口提供流径；

图11是示例性的两件式组件的剖视图以及两个示例性的单体轴承的剖视图。

具体实施方式

涡轮增压器经常用于增加内燃发动机的输出。参照图1，常规的系统100包括内燃发动机110和涡轮增压器120。内燃发动机110包括容纳一个或多个燃烧室的发动机缸体118，该一个或多个燃烧室操作性地对轴112进行驱动。如图1所示，进气口114为空气进入发动机缸体118提供流径，而排气口116为排气从发动机缸体118排出提供流径。

涡轮增压器120起到从排气中提取能量的作用，并将能量提供给进气，进气可与燃料混合形成燃烧气体。如图1所示，涡轮增压器120包括空气入口134、轴122、压缩机124、涡轮126、壳体128和排气出口136。壳体128因其位于压缩机124与涡轮126之间而可被称作中心壳体。轴122可为包括多种部件的轴组件。

参照涡轮126，这种涡轮可选地包括可变几何单元和可变几何控制器。可变几何单元和可变几何控制器可选地包括例如与可商购的可变几何涡轮增压器(VGT)有关的特征。可商购的VGT例如包括VNT^TM和AVNT^TM涡轮增压器，这些涡轮增压器采用多个可调叶片来控制排气在涡轮上的流动。示例性的涡轮增压器可采用废气门(wastegate)技术作为可变几何技术的替代或补充。

图2示出适用在图1的涡轮增压器120中的现有技术涡轮增压器组件200的几个剖视图。这些剖视图包括中心壳体旋转组件的剖视图，该组件沿线A-A剖切的剖视图，以及轴承系统230的特写剖视图。在圆柱坐标系中，轴承和中心壳体特征可关于径向坐标、方位角坐标(角坐标)和轴向坐标而限定(即，分别为r、Θ、z)。例如参见Beyer，W.H.，CRC Standard Mathematical Tables，28th ed.Boca Raton，FL：CRCPress，p.212，1987。

组件200用作非限制性的示例来说明这里公开的各种示例性设备、方法、系统等。涡轮增压器200包括中心壳体210、轴220、压缩机叶轮240和涡轮叶轮260，其中压缩机叶轮240和涡轮叶轮260可操作地连接到轴220。