[发明专利]用于滚动元件轴承套筒的抗转动及推力限制的弹簧夹子方法

说明书

技术领域

本发明针对一种用于限制涡轮增压器滚动元件轴承套筒的系统，并且更具体的针对一种具有多个机加工简单且成本低的部件的系统，该系统确保了正确的组装并且提供了抗转动作用以及对在任何一个轴向方向上的推力负载的限制作用。本发明提供了一种用于安装具有充分游隙的滚动元件轴承(REB)套筒的简单系统，以便允许在压力下通过封装油膜或油流动来进行阻尼，但同时允许REB套筒被轴向地保持以便将这些轴向负载传输到轴承壳体上、并在旋转意义上保持从而使得REB套筒相对于轴承壳体不发生转动。

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。

涡轮增压器属于一类被迫进气系统，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动以驱动位于涡轮机壳体中的涡轮机叶轮51。涡轮机叶轮被稳固地附着到一个轴上以便形成该轴和叶轮组件。一个压缩机叶轮20被安装到该轴和叶轮的短轴56末端上并且通过来自一个压缩机螺母29的夹紧负载而保持在位。该涡轮机叶轮的主要功能是从排气中提取用来驱动压缩机的旋转动力。

压缩机级包括一个叶轮20及其壳体。过滤后的空气通过压缩机叶轮的旋转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输入驱动了压缩机叶轮以便产生静态压力与一些剩余动能及热量的一种组合。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。在一个具有76mm压缩机叶轮的典型的压缩机级中，该尖端间隙是在从0.31mm至0.38mm的范围内。叶轮距该盖件越近，则压缩机叶轮摩擦的可能性就越高；这样，在改进效率与改进耐久性之间必然存在一种折衷。

对肉眼而言，在典型的涡轮增压器中压缩机叶轮的鼻形件好像是围绕轴承壳体的纵向几何轴线转动；然而，当在一种X、Y示波器上作为轨迹来观察时，压缩机叶轮的鼻形件描述了不同形状的轨道。这些轨道的平均质心接近而不是被精确地定心在涡轮增压器的纵向几何轴线上。图1中示出了涡轮增压器的几何轴线100。

轴和这些叶轮所发生的动态偏移是由多种因素引起，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界面的低速激振。

该轴和这些叶轮所发生的偏移的净效应是这种典型的涡轮增压器设计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。油被传送到这些轴颈轴承的两侧上以便提供双流体动力挤压膜，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。

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；而一个在轴承壳体的涡轮机端。每个系统具有两个界面：旋转轴在浮动轴承内径上的界面、以及浮动轴承外径在轴承壳体的固定孔上的界面。

典型的涡轮增压器双流体动力挤压膜轴承的刚度及阻尼能力是以下各项之间的一种折衷：由这些轴承元件的旋转速度所产生的膜的厚度、在所述元件之间的间隙、以及由于涡轮增压器倾向于使油在轴的任何一端流过这些活塞环密封件所引起的油流动限制。

在涡轮增压器中使用REB轴承解决了几个问题，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双流体动力挤压膜轴承构形。在这种构形中，加压的油从发动机经过一个油入口80被接收至轴承壳体3。油经过回油孔(82和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的轴承30二者而言，油流动被传送至轴和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。一旦通过轴颈轴承和止推轴承，油就在轴承壳体的底部经由放油口85离开轴承壳体，并且返回到发动机的曲轴箱。