[发明专利]具有铝制轴承壳体的涡轮增压器

说明书

在一种铝制涡轮增压器轴承壳体中，轴承壳体在与轴颈轴承系统的界面处潜在地存在磨损。通过一个保护性硬质阳极氧化过的表面，可以改善该轴承壳体的耐磨性和耐化学侵蚀性，这样使得铝制轴承壳体可以在大大减少重量的情况下具有铸铁轴承壳体的寿命。

发明领域

本发明总体上涉及具有铝制轴承壳体的涡轮增压器，并且特别是涉及具有针对耐磨性而化学改性的轴承表面的铝制轴承壳体。

发明背景

涡轮增压器是一种强制进气系统。它们将空气以与在正常吸气构型中的可能情况相比更大的密度传送到发动机进气中，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。

包括涡轮机叶轮、轴以及压缩机叶轮的旋转组件以高达300,000RPM的速度旋转。涡轮增压器的寿命应当对应于发动机的寿命，对于商用车辆而言其可以是1，000,000km。为了实现这么长的寿命，就在该轴承壳体内使用流体动压轴颈轴承来支持该旋转组件。一个中空圆柱形流体动压式或“浮动”式轴颈轴承在该轴承壳体中被插入在该轴与轴承孔之间，其中轴承间隙仅仅是百分之几毫米。由于该轴在轴颈轴承内的一个油膜上转动，油中的剪切张力带动浮动轴颈轴承跟随该轴的旋转运动。正常能看到该轴承在静止的轴承壳体中以轴速度的大约33％旋转。

在现代汽车应用中，车辆的质量对车辆效率具有直接的影响、并且因此是主要问题。在一种减少涡轮增压器的质量的尝试中，用铝制轴承壳体来代替以往传统的灰口铁轴承壳体。对轴承壳体而言，这种材料的改变产生了55％至65％范围内的质量减少。然而，与灰口铁相比铝相对较软。轴颈轴承在其中旋转的、铝制轴承壳体中的孔可能在涡轮增压器的预期寿命内不能承受暴露于来自轴颈轴承的负荷。

也就是说，该轴不是围绕一条确切的轴线旋转；而是该轴沿一系列轨道运行(参见美国专利申请公开号US 2010/0008767 A1)。流体动压轴承允许该轴在控制下旋转。随着该轴速度提高，该轴的末端在该压缩机端处沿小的环路运行，并且这些环路本身沿一个较大的轨迹运行。涡轮增压器的转子动力学是相当复杂的。该旋转组件上的动态负荷可能来自于旋转组件的不平衡或者旋转组件的模态偏振；来自于例如发动机振动的发动机事件、排气歧管振动、燃烧事件等；以及来自于车辆事件(例如，行驶在粗糙路面上)。不能期望铝制孔在涡轮增压器的整个寿命内承受反复暴露给这些力。

已知将一个钢制套管插入一个轴承壳体的轴承孔中以用于提供具有改善耐磨性的支撑表面。然而，压缩装配套管可能会导致套管内表面偏离完美的圆度，这可能对轴承的稳定性和旋转轴的效率产生不利影响。虽然这种变形可以通过套管的压后机加工或磨削恢复圆柱度来纠正，但希望的是避免需要(a)检测和(b)校正缺陷。此外，不相似的金属之间的接触会加速钢的腐蚀。

因此，对于在涡轮增压器中能够允许使用铝制轴承壳体的并同时提供与轴颈轴承的适当界面的系统和方法存在一种需求。

发明概述

在此描述的实施例通过提供一种用于保护轴承壳体与浮动轴颈轴承之间界面的系统和方法有助于铝制轴承壳体的使用，从而避免了因使用铝制轴承壳体可能出现的磨损和其他问题，并同时允许与使用这种重量轻的轴承壳体相关联的优点得以实现。

附图简要说明

本发明是通过举例而非限制的方式展示在附图中，该附图示出了具有流体动压轴颈轴承的典型的涡轮增压器轴承壳体和旋转组件的截面视图。

发明详细说明

包括涡轮机叶轮(1)、轴(3)以及压缩机叶轮(2)的旋转组件通过插入在该轴与轴承壳体中的轴承孔之间的、间隙仅为百分之几毫米的一对空心圆柱形流体动压式或“浮动”式轴颈轴承(5)而被旋转地支持在轴承壳体(4)内。