渦輪增壓器軸承殼體油槽的制作方法
【專利說明】渦輪増壓器軸承殼體油槽
[0001]相關申請交叉引用
[0002]本申請要求于2014年4月4日遞交的、申請號為61/975，368的美國臨時申請的優先權，其全部內容通過弓I用并入本文。
技術領域
[0003]本公開涉及一種渦輪增壓器軸承殼體中的油槽。
【背景技術】
[0004]內燃發動機(ICE)通常被要求在可靠的基礎上產生長時間可觀水平的功率。許多這種ICE組件采用增壓裝置，諸如排氣氣體渦輪驅動的渦輪增壓器，以在氣流進入發動機的進氣歧管前將其壓縮，目的是增大功率和效率。
[0005]具體地，渦輪增壓器是促使更多空氣、以及因而更多氧氣進入ICE的燃燒室內的離心氣體壓縮機，在這種方式中進入燃燒室的空氣和氧氣多于以其他方式而可從外部環境大氣壓力獲得的空氣和氧氣。附加量的含氧空氣被促使進入ICE內從而改進發動機的容積效率，允許其在給定的循環中燃燒更多的燃料，并且由此產生更大功率。
[0006]典型的渦輪增壓器采用中心軸，其在排氣驅動的渦輪葉輪和空氣壓縮機葉輪之間傳遞旋轉運動。這種軸通常由推力和軸頸軸承支撐在軸承殼體內，所述推力和軸頸軸承由發動機油潤滑并冷卻，并且頻繁接收來自特別定制的發動機冷卻劑的附加冷卻。
【發明內容】
[0007]本公開的一個實施例涉及一種用于內燃發動機的渦輪增壓器，所述內燃發動機包括燃燒室。渦輪增壓器包括軸承殼體。軸承孔由軸承殼體限定并且具有被構造成接收流體的環形軸承槽。軸頸軸承(journal bearing)被設置在孔內使得環形軸承槽包圍軸頸軸承并且將流體供給至軸頸軸承。渦輪增壓器還包括具有軸的旋轉組件，所述軸具有被構造成通過由燃燒室排出的燃燒后氣體驅動的渦輪葉輪和被構造成增壓氣流用于傳送至燃燒室的壓縮機葉輪。軸具有縱向軸線并且由所述軸頸軸承支撐用于繞所述縱向軸線在孔內旋轉。環形軸承槽的特征在于其在沿著并且穿過所述縱向軸線截取的軸承孔的橫截面視圖中具有梯形形狀部。軸承槽的梯形形狀部被構造成在流體中產生泰勒漩渦(Taylorvortices)用于捕獲由流體承載的碎物(debris)并且保持碎物使其不從環形軸承槽至軸頸軸承。
[0008]軸頸軸承可被構造為全浮動(fully-floating)軸承。在這種情況下，供給至軸頸軸承的流體可形成軸承孔和軸頸軸承之間的第一流體膜，并且還可形成軸頸軸承和軸之間的第二流體膜。
[0009]發動機可包括被構造成增壓流體的流體泵。這種增壓的流體可被引導至環形軸承槽以潤滑軸頸軸承并且產生第一和第二流體膜。
[0010]軸承孔還可包括被并入到環形軸承槽內的楔形槽。楔形槽可被構造成，即，具有一定的形狀并且被定位為當流體泵停止增壓流體時使用重力用于捕捉碎物。
[0011]軸頸軸承可包括由內直徑限定的第一表面、由外直徑限定的第二表面、以及連接第一和第二表面的通道。在這種情況下，環形軸承槽可被定位為與通道對齊并且通過通道供給流體。
[0012]軸頸軸承可包括多個這種通道，并且環形軸承槽可被定位為與多個通道的每個對齊并且通過其供給流體。
[0013]渦輪增壓器可包括多個這種軸頸軸承以及多個這種環形軸承槽。在這種情況下，每個環形軸承槽可包圍相應的軸頸軸承。
[0014]每個軸頸軸承可被構造為黃銅襯套。
[0015]軸承殼體可由鑄鐵形成。此外，每個環形軸承槽可或者被機加工、或者被鑄造進入軸承殼體內。
[0016]本公開的另一實施例涉及一種具有如上文描述的渦輪增壓器的內燃發動機。
[0017]本發明公開一種內燃發動機，包括:
[0018]發動機體，其限定燃燒室，該燃燒室被構造成接收空氣-燃料混合物用于在其中燃燒并且被構造成將燃燒后氣體從其排出；以及
[0019]渦輪增壓器，其被構造成接收來自周圍環境的氣流以及來自所述燃燒室的燃燒后氣體，所述渦輪增壓器包括:
[0020]軸承殼體；
[0021]軸承孔，其由所述軸承殼體限定并且具有被構造成接收流體的環形軸承槽；
[0022]軸頸軸承，其被設置在所述軸承孔內使得所述環形軸承槽包圍所述軸頸軸承并且將所述流體供給至軸頸軸承；以及
[0023]旋轉組件，其具有軸，所述軸具有被構造成由燃燒后氣體驅動的渦輪葉輪和被構造成增壓所述氣流用于傳送至所述燃燒室的壓縮機葉輪；
[0024]其中:
[0025]所述軸具有縱向軸線并且由所述軸頸軸承支撐用于繞所述縱向軸線在所述軸承孔內旋轉；
[0026]所述環形軸承槽的特征在于其在沿著并且穿過所述縱向軸線截取的所述軸承孔的橫截面視圖中具有梯形形狀部；并且
[0027]所述梯形形狀部被構造成在所述流體中產生泰勒漩渦用于捕獲由所述流體承載的碎物并且保持所述碎物使其不被供給至所述軸頸軸承。
[0028]其中軸頸軸承被構造為全浮動軸承使得所述被供給至其的流體形成在所述軸承孔和所述軸頸軸承之間的第一流體膜以及在所述軸頸軸承和所述軸之間的第二流體膜。
[0029]發動機還包括被構造成增壓所述流體的流體泵，其中所述增壓的流體被引導至所述環形軸承槽以潤滑所述軸頸軸承并且產生所述第一和第二流體膜。
[0030]其中軸承孔包括楔形槽，所述楔形槽被并入到所述環形軸承槽內并且被構造成當所述流體泵停止增壓所述流體時使用重力捕捉所述碎物。
[0031]其中軸頸軸承包括由內直徑限定的第一表面、由外直徑限定的第二表面、以及連接所述第一和第二表面的通道。
[0032]其中環形軸承槽被定位為與所述通道對齊并且通過所述通道供給所述流體。
[0033]其中通道包括多個通道并且所述環形軸承槽被定位為與所述多個通道的每個對齊并且通過所述多個通道供給所述流體。
[0034]其中軸頸軸承是多個軸頸軸承并且所述環形軸承槽是多個環形軸承槽，并且其中每個環形軸承槽包圍相應的軸頸軸承。
[0035]其中軸頸軸承是黃銅襯套。
[0036]其中環形軸承槽是機加工、以及鑄造進入所述軸承殼體的一種。
[0037]當結合附圖和所附權利要求時，本公開的上述特征和優勢、以及其他特征和優勢從用于實施所描述的公開的實施例(一個或多個)和最佳模式(一個或多個)的以下詳細描述中將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0038]圖1是根據本公開的具有渦輪增壓器的發動機的示意性透視圖。
[0039]圖2是在圖1中示出的渦輪增壓器的示意性橫截面視圖，其中渦輪增壓器包括旋轉組件和用于將所述旋轉組件支撐在軸承殼體內部的軸頸軸承。
[0040]圖3是在圖2中示出的軸承殼體的示意性特寫剖視圖，具體地示出了軸頸軸承的細節，以及環形軸承槽。
[0041]圖4是在圖2和圖3中示出的軸頸軸承的透視圖。
[0042]圖5是在圖3中示出的環形軸承槽的示意性剖視圖。
[0043]圖6是在圖3和圖5中示出的環形軸承槽的特寫透視圖，連同用于捕捉油中載有碎物的并入楔形槽。
【具體實施方式】
[0044]參照附圖，其中貫穿多個附圖，相同的附圖標記對應于相同的或相似的部件，圖1圖示了內燃發動機10。發動機10還包括具有被布置在其中的多個汽缸14的發動機體或汽缸體12。如示出的，發動機10還包括汽缸蓋16。每個汽缸14包括被構造成在其中往復運動的活塞18。燃燒室20在汽缸蓋16的底部表面和活塞18的頂部之間被形成在汽缸14內。如本領域中的技術人員已知的，燃燒室20被構造成接收燃料-空氣混合物用于在所述燃燒室中的后續燃燒。
[0045]如示出的，發動機10還包括被構造成在汽缸體12內旋轉的曲軸22。由于適當比率的燃料-空氣混合物在燃燒室20中燃燒，曲軸22由活塞18旋轉。在空氣-燃料混合物在特定燃燒室20內部被燃燒后，特定活塞18的往復運動使得燃燒后氣體24從相應的汽缸14排出。發動機10還包括流體泵26。流體泵26被構造成將增壓流體或發動機油28供應至各種軸承，諸如曲軸22的軸承。泵26可直接地由發動機10驅動，或由電動機(未示出)驅動。
[0046]發動機10附加地包括進氣系統30，其被構造成將來自外部環境的氣流31引導至汽缸14。進氣系統30包括進氣道32、渦輪增壓器34、以及進氣歧管36。雖然未示出，進氣系統30可附加地包括渦輪增壓器34的空氣過濾器上游用于移除來自氣流31的外來微粒和其他空氣載有的(airborne)碎物。進氣道32被構造成將來自外部環境的氣流31引導至渦輪增壓器34，而渦輪增壓器被構造成增壓所接收的氣流，并且將所增壓的氣流放出至進氣歧管36。進氣歧管36又將先前增壓的氣流31分配至汽缸14用于與適當量的燃料混合并且隨后將得到的燃料-空氣混合物燃燒。雖然本公開關注的是具有往復運動配置的內燃發動機10，但是其他發動機設計，諸如具有燃燒室20但是不具有往復運動的活塞的旋轉發動機也被預見。
[0047]如在圖2中所示的，渦輪增壓器34包括旋轉組件38。旋轉組件38包括軸40，其典型地由鋼形成并且由第一端40A和遠側的第二端40B限定。渦輪葉輪46被安裝在軸40上靠近與第一端40A并且被構造通過從汽缸14排出的燃燒后氣體24連同軸40繞軸的縱向軸線42旋轉。渦輪葉輪46被設置在渦輪殼體48內部，所述渦輪殼體包括渦形部或卷形部50。卷形部50接收燃燒后排氣氣體24并且將排氣氣體引導至渦輪葉輪46。卷形部50被構造成實現渦輪增壓器34的特定性能特性，諸如效率和響應。
[0048]如在圖2中進一步示出的，渦輪增壓器34還包括壓縮機葉輪52，其安裝在軸40上靠近于第二端40B。壓縮機葉輪52被構造成增壓從外部環境接收的氣流31用于最終傳送至汽缸14。壓縮機葉輪52被設置在壓縮機蓋54的內部，所述壓縮機蓋包括渦形部或卷形部56。卷形部56接收氣流31并且將氣流引導至壓縮機葉輪52。卷形部56被構造成實現渦輪增壓器34的特定性能特性，諸如峰值氣流和效率。因此，通過燃燒后排氣氣體24激勵渦輪葉輪46，旋轉被施加至軸40，并且由于壓縮機葉輪被固定至軸，所以上述旋轉又傳送至壓縮機葉輪52。如由本領域技術人員所理解的，燃燒后排氣氣體24的可變流量和力影響增壓壓力的量，所述增壓壓力可由壓縮機葉輪52貫穿發動機10的工作范圍產生。
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