[发明专利]用于滚珠轴承套筒的绝热垫片

说明书

技术领域

本发明着手解决的问题是延长涡轮增压器中的滚动元件轴承(REB)如滚珠轴承套筒的寿命。一直存在着在最低成本下以滚珠轴承涡轮增压器来实现所希望的速度和寿命的需要。很明确的是，从涡轮增压器的涡轮机叶轮到滚珠轴承系统的热输入造成了轴承温度增加，而降低这一温度尚未被认为是潜在的改进领域。

背景技术

涡轮增压器将空气以与在正常吸气布置中将有可能的情况相比更大的密度传送到发动机进气系统、从而允许燃烧更多的燃料，因此在没有明显增加发动机重量的情况下提升了发动机的马力。这就能够使用一台较小的涡轮增压的发动机来替代一台较大物理尺寸的正常吸气的发动机，因此减少了车辆的质量以及空气动力学的前端面积。

涡轮增压器是一类被迫进气系统，该系统使用了从发动机排气歧管进入涡轮机壳体的排气流以便驱动位于涡轮机壳体中的涡轮机叶轮51。这种涡轮机叶轮被稳固地附着到一个轴上以形成轴和叶轮组件，该轴的另一端包括一个压缩机叶轮20，该压缩机叶轮被安装到该轴和叶轮的一个短轴端(stub shaft end)上并且通过来自一个压缩机螺母29的夹紧负载而被保持在位。该涡轮机叶轮的主要功能是提供驱动该压缩机的转动能量。

压缩机级由一个叶轮20及其壳体组成。过滤后的空气通过压缩机叶轮的转动而被轴向地抽取到压缩机盖件的进口之中。由涡轮机级产生的、到达轴和叶轮上的动力驱动了压缩机叶轮以便产生静态压力与一些剩余动能和热量的一种组合。被加压的气体穿过压缩机排放口从压缩机盖件排出并且通常经由一个中冷器被传送到发动机进气中。

在压缩机级性能的一个方面中，压缩机级的效率受到压缩机叶轮轮廓28与压缩机盖件中相配的轮廓之间的间隙的影响。压缩机叶轮的轮廓距压缩机盖件的轮廓越近，则该级的效率就越高。另一方面，叶轮越接近盖件，一个压缩机叶轮受到磨损的几率就越大；因此在提高效率与改进耐久性之间必须存在一种折衷。

一个典型的涡轮增压器的压缩机级中的叶轮并不围绕涡轮增压器的几何轴线旋转，而是大致上围绕涡轮增压器的几何中心来描绘轨道。几何中心就是涡轮增压器的几何轴线100。

轴所发生的动态偏移是由多种因素引起的，这些因素包括：旋转组件的失衡；支座(即发动机和排气歧管)的激振；以及来自车辆与地面的界面的低速激振。

这些叶轮所发生的偏移的总效应是这种典型的涡轮增压器设计必须具有远远大于对于空气动力学效率水平所希望的那些间隙的多个内建间隙。

这种典型的涡轮增压器是以来自发动机的油进行供给的。处于典型地与发动机压力相等的压力下的这种油执行几个功能。这种油通过回油孔82和83被输送到轴颈轴承30的两侧以便提供一个双流体动力挤压膜，该挤压膜的压力在轴承的内径上施加轴的反作用力、并且在轴承壳体孔上施加轴承的外径的反作用力。这些油膜提供了减弱的反作用力以便减少轴偏转的幅度。这种油还起到了将热量从涡轮增压器移除的作用。热量在通过排油口85离开涡轮增压器时被带到发动机的曲轴箱。

一种典型的涡轮增压器设计具有两个邻接的轴承系统：一个在轴承壳体的压缩机端上；而另一个在轴承壳体的涡轮机端上。每个系统具有两个界面：旋转轴在浮动轴承的内径上的界面、以及浮动轴承的外径在轴承壳体的固定孔上的界面。

这种典型的涡轮增压器的双流体动力挤压膜轴承的刚度和阻尼能力是在以下各项之间的一个折衷：由轴承元件的旋转速度产生的膜的厚度、所述元件之间的间隙、以及由于涡轮增压器使油在轴的任一端穿过活塞环密封件的倾向而造成的对油流动的限制。

在涡轮增压器中使用REB解决了几个问题，这些问题包括：油的高流速、轴承阻尼、以及经过轴承系统的动力损失。

图1描绘了一个典型的涡轮增压器的双流体动力挤压膜轴承构形。在这种构形中，油从发动机经过一个油入口80被接收至轴承壳体2。油经过回油孔83被压送至轴承壳体的轴颈轴承孔4。对于涡轮机端及压缩机端轴承30二者而言，油流动被传送至轴与叶轮的轴颈轴承区域，在此，油是围绕该轴分布的以便在轴表面52与这些浮动轴颈轴承30的内孔之间产生油膜。在这些轴颈轴承30的外侧上，由轴颈轴承的、针对轴承壳体的轴颈轴承孔4的旋转产生了一种类似的油膜。

在图1描绘的典型的涡轮增压器中，止推轴承19也是一种液动或流体膜类型的轴承。在这种构形中，从回油孔81对该静止的止推轴承进行供油，以便对一种斜坡及衬垫的轴承设计供油。通过止推垫圈40与抛油环44的垫圈部分的相对运动而将油驱动进入楔形形状中，该抛油环被安装到轴上、与该静态止推斜坡及衬垫相对。这种轴承控制了旋转组件的轴向位置。