[发明专利]流体膜锥形或半球形浮动式环轴承

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在2012年12月27日提交的并且题为“流体膜锥形或半球形浮动式环轴承(Fluid Film Conical Or Hemispherical Floating Ring Bearings)”的美国临时申请号61/746,144的优先权及所有权益。

发明领域

本发明涉及一种具有改善的轴轴承的涡轮增压器并且更具体地涉及一种在涡轮增压器中的改善的浮动式环轴承，该轴承具有锥形或半球形形状。

发明背景

在发动机上提供涡轮增压器以便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。这允许燃烧更多的燃料，进而增加了发动机的马力而没有明显地增加发动机的重量。

通常，涡轮增压器使用来自发动机排气歧管的排气流，该排气流在涡轮机入口处进入涡轮机壳体，以便由此驱动位于该涡轮机壳体内一个涡轮机叶轮。该涡轮机叶轮提供旋转动力以驱动该涡轮增压器的压缩机叶轮。这些压缩空气随后被提供到如以上提及的发动机进气。

更详细地参照在图1中以截面视图示出的代表性涡轮增压器10，该涡轮增压器10包括：一个涡轮机壳体或外罩12，该涡轮机壳体或外罩具有一个在其内沿圆周方向延伸的一个蜗壳14；一个压缩机壳体16和一个压缩机蜗壳17；以及一个涡轮机叶轮18和一个压缩机叶轮19，该涡轮机叶轮和压缩机叶轮通过一个轴21而可转动地连接在一起。轴21由一个轴承系统22支撑，该轴承系统被支撑在一个中央轴承壳体23内，该中央轴承壳体被布置在涡轮机壳体12与压缩机壳体16之间。轴承壳体23限定了一个轴承室24，该轴承室在压缩机壳体16与涡轮机壳体12之间轴向地延伸以便允许轴21在其之间轴向地延伸，这样使得在涡轮增压器10的运行过程中，涡轮机叶轮18的旋转驱动压缩机叶轮19的旋转。

在所展示的涡轮增压器10中，轴承系统22典型地包括位于轴承室24内的一个轴颈轴承25以便为该旋转轴21提供径向支撑。出于参考目的，Z方向沿着轴21的中央轴线轴向地延伸，而X方向和Y方向从此向外径向地延伸。沿着Z方向观察到轴21和涡轮增压器10的端视图，而侧视图是在X方向上获取的。这些方向是出于参考和观察的目的并且不旨在进行限制。

图2和图3展示出了当前在商业上使用的已知轴承构型的一个实例。在这个构型中，提供了多个轴向间隔开的浮动式环轴承30，这些轴承被可滑动地接纳在轴承室24内并且环绕轴21。更具体而言，每个浮动式环轴承30被径向地定位在轴承壳体23的一个径向面朝内的室表面31与轴21的一个径向面朝外的轴表面32之间。这些浮动式环轴承30是沿着Z方向被一个圆柱形轴承间隔件33彼此轴向地分开的，其中每个浮动式环轴承30在轴旋转过程中能够小程度地径向浮动或移动。浮动式环轴承30起作用来径向地支撑该轴21并且防止响应于轴21上的径向负载而发生轴21与轴承壳体23之间的径向接触。

为了支撑沿着Z方向的轴向轴负载，轴承系统22还包括一个环形推力轴承35，该环形推力轴承具有面向相反的轴向方向的多个相反端面36。在一侧上，一个端面36轴向地面向轴承壳体23的对置面以及支撑在轴21上的止推垫圈37。相反的端面36面向被支撑在轴承壳体23上的一个环形插入件38。推力轴承35被轴向地固定在插入件38、止推垫圈37和轴承壳体23的对置面之间并且因此能够容纳轴向轴负载。

为了衰减由轴旋转所引起的径向和轴向移动，一种流体(例如油)被供应给轴承室24，该油能够围绕这些浮动式环轴承30和该推力轴承35流动。该油经一个入口通路39被供应至轴承室24，该入口通路向将油供应至这些浮动式环轴承30的两个油供送端口40进行供送、并且向将油供应至推力轴承35的一个额外油供送端口41进行供送。

关于浮动式环轴承30，油由此环绕轴承30的圆周外表面和圆周内表面。在轴旋转过程中，在轴承内表面上形成流体内膜，该流体内膜限定了径向地支撑轴21的一个轴颈轴承。这些轴承外表面还具有围绕其形成的一个外流体膜，该外流体膜对浮动式环轴承30提供径向支撑。这些外膜和内膜形成在轴承外表面和内表面与相应的室表面31和轴表面32之间。关于推力轴承35，也在轴承表面36与插入件38和止推垫圈37的对置表面之间形成流体膜，以便支撑轴向轴负载。

尽管如上所述，但已知的轴承构型依然可能存在缺点。