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技术领域

本发明涉及具有涡轮增压器的碎屑捕获器的止推轴承组件。

背景技术

内燃发动机(ICE)通常被用于以可靠的基础产生长时间的大水平的动力。 许多这样的ICE组件使用增压装置，例如排气涡轮机驱动的涡轮增压器，以 让气流在进入发动机的进气总管之前压缩气流，以便增加功率和效率。

具体说，涡轮增压器是离心的气体压缩机，与通过周围大气压力所获得 的空气和氧气相比，其使得更多空气和更多氧气进入ICE的燃烧室。被迫进 入ICE的额外质量的含有氧气的空气改善发动机的容积效率，允许在给定循 环中燃烧更多燃料，且由此产生更多功率。

典型的涡轮增压器采用中心轴，其被一个或多个轴承支撑且在排气驱动 的涡轮和空气压缩机轮之间传递旋转运动。涡轮和压缩机轮被固定到该轴， 所述轴与各种轴承部件组合构成涡轮增压器的旋转组件。因为旋转组件经常 在100000转每分钟(RPM)的速度以上运行，所以轴承部件的有效润滑对 涡轮增压器的长期耐久性来说是很重要的。

发明内容

本发明的一个实施例涉及用于内燃发动机的涡轮增压器。涡轮增压器包 括布置在轴承壳体中的轴承壳体和旋转组件。旋转组件包括轴，该轴具有安 装在其上的涡轮机叶轮和压缩机轮。涡轮机叶轮配置为被来自发动机的燃烧 后气体驱动，且压缩机轮配置为让环境气流增压以用于输送到发动机。涡轮 增压器还包括止推轴承组件，其操作性地连接到所述轴、通过来自发动机的 加压油润滑，且配置为将通过涡轮机叶轮形成的推力传递到轴承壳体。止推 轴承组件包括固定到轴承壳体且具有第一止推面的止推板和固定到所述轴 且具有第二止推面的止推垫片；第二止推面配置为相对于第一止推面旋转和 将推力传递到轴承壳体。加压油在第一和第二止推面之间产生油膜。止推板 和止推垫片中的至少一个包括周向沟槽，所述周向沟槽配置为捕获通过加压 油携带的碎屑和使得存在于油膜中的碎屑量最小化。

止推板可以通过外部第一直径限定且止推垫片可以通过外部第二直径 限定。在这种实施例中，外部第一直径大于外部第二直径。第一止推面可以 包括至少一个止推衬，且第二止推面可以包括至少一个止推表面。在这种实 施例中，止推衬和止推表面每一个可以通过相等的内部第三直径和通过比外 部第二直径小的相等的外部第四直径限定。另外，周向沟槽可以布置在比外 部第二直径小的第五直径上。

第五直径可以大于内部第三直径和外部第四直径每一个。

在具体构造中，止推板可以包括周向沟槽，而止推衬可以包括通过相应 和分散的径向槽道分开的多个独立止推衬。目标实施例的径向槽道可以另外 与周向沟槽流体连通。

加压油可以经由通过止推板限定且布置在径向槽道中的一个处的进给 孔进入止推轴承组件。

多个独立止推衬中的一个可以具有通过外部第四直径和大于内部第三 直径的内部第六直径限定的径向较短长度。一个止推衬的这种径向较短长度 目的是经由径向槽道将碎屑引导到周向沟槽和从其余多个独立止推衬离开。

在替换的构造中，止推垫片可以包括周向沟槽。

止推垫片可以随轴一起绕绕轴线旋转且周向沟槽可以中心定位在轴线 上。

周向沟槽可以通过宽度和深度限定。宽度可以是0.25-0.75mm的范围且 深度可以是0.25-0.75mm的范围。

止推板可以配置为用黄铜和青铜中的一种构造且止推垫片可以配置为 用钢构造。

涡轮增压器可以另外包括配置为支撑所述轴的轴颈轴承。在这种情况 下，止推轴承组件可以在轴颈轴承和压缩机轮之间沿轴线定位在所述轴上。

本发明的另一实施例涉及具有如上所述的涡轮增压器的内燃发动机。目 标发动机包括发动机缸体，其限定燃烧室，燃烧室接收空气-燃料混合物以 用于在其中燃烧且配置为从其排出燃烧后气体，且油泵配置为供应加压油。

发动机可以另外包括涡轮增压器油管线。发动机缸体可以另外限定与油 泵流体连通的发动机油通道。在这种情况下，涡轮增压器油管线与发动机油 通道流体连通，以由此将加压油从油泵供应到止推轴承组件。在这种发动机 中，涡轮增压器油管线特征在于可以是没有同轴的油过滤器，所述同轴的油 过滤器是用于捕获通过加压油携带的碎屑。

本发明一种内燃发动机，包括:发动机缸体，其限定燃烧室，所述燃烧室 配置为接收空气-燃料混合物以用于在其中燃烧和配置为从其排出燃烧后气 体；油泵，配置为供应加压油；和涡轮增压器配置为从环境接收气流和从燃 烧室接收燃烧后气体，该涡轮增压器包括：轴承壳体；旋转组件，布置在轴 承壳体中且具有一轴，涡轮机叶轮配置为被燃烧后气体驱动且压缩机轮配置 为让气流增压以用于输送的燃烧室；和止推轴承组件，操作性地连接到所述 轴、被加压油润滑、且配置为将通过涡轮机叶轮产生的推力传递到轴承壳体； 其中:止推轴承组件，包括固定到轴承壳体且具有第一止推面的止推板和固定 到所述轴且具有第二止推面的止推垫片；加压油在第一和第二止推面之间产 生油膜；第二止推面配置为相对于第一止推面旋转和将推力传递到轴承壳 体；和止推板和止推垫片中的至少一个包括周向沟槽，所述周向沟槽配置为 捕获通过加压油携带的碎屑和使得存在于油膜中的碎屑量最小化。

进一步地，推板通过外部第一直径限定，且止推垫片通过外部第二直径 限定，其中第一止推面包括至少一个止推衬且第二止推面包括至少一个止推 表面，其中止推衬和止推表面每一个通过相等的内部第三直径和通过比外部 第二直径小的相等的外部第四直径限定，且其中周向沟槽布置在比外部第二 直径小的第五直径上。

进一步地，第五直径大于内部第三直径和外部第四直径每一个。

进一步地，止推板包括周向沟槽。

进一步地，止推衬包括通过相应径向槽道分开的多个独立止推衬，且径 向槽道与周向沟槽流体连通。

进一步地，止推板在径向槽道中的一个处限定进给孔，且其中加压油经 由进给孔进入止推轴承组件。

进一步地，多个独立止推衬中的一个具有通过外部第四直径和大于内部 第三直径的内部第六直径限定的径向较短长度，使得碎屑经由径向槽道引导 到周向沟槽且离开其余多个独立止推衬。

进一步地，止推垫片包括周向沟槽。

进一步地，止推垫片配置为随所述轴绕轴线旋转且周向沟槽中心定位在 轴线上。

进一步地，发动机进一步包括涡轮增压器油管线，其中发动机缸体另外 限定与油泵流体连通的发动机油通道，其中涡轮增压器油管线与发动机油通 道流体连通，以由此将加压油从油泵供应到止推轴承组件，且其中涡轮增压 器油管线特征在于没有配置为捕获通过加压油携带的碎屑的同轴油过滤器。

本发明提供一种用于内燃发动机的涡轮增压器，所述涡轮增压器包括: 轴承壳体；旋转组件，布置在轴承壳体中且具有带涡轮机叶轮和压缩机轮的 轴，涡轮机叶轮配置为被从发动机而来的燃烧后气体驱动，且压缩机轮配置 为让环境气流增压以用于输送到发动机；和止推轴承组件，操作性地连接到 所述轴、通过来自发动机的加压油润滑，且配置为将通过涡轮机叶轮形成的 推力传递到轴承壳体；其中:止推轴承组件包括固定到轴承壳体且具有第一止 推面的止推板和固定到所述轴且具有第二止推面的止推垫片；加压油在第一 和第二止推面之间产生油膜；第一止推面配置为相对于第二止推面旋转和将 推力传递到轴承壳体；和止推板和止推垫片中的至少一个包括周向沟槽，所 述周向沟槽配置为捕获通过加压油携带的碎屑和使得存在于油膜中的碎屑 量最小化。

进一步地，止推板通过外部第一直径限定，且止推垫片通过外部第二直 径限定，其中第一止推面包括至少一个止推衬且第二止推面包括至少一个止 推表面，其中止推衬和止推表面每一个通过相等的内部第三直径和通过比外 部第二直径小的相等的外部第四直径限定，且其中周向沟槽布置在比外部第 二直径小的第五直径上。

进一步地，第五直径大于内部第三直径和外部第四直径每一个。

进一步地，止推板包括周向沟槽。

进一步地，止推衬包括通过相应径向槽道分开的多个独立止推衬，且径 向槽道与周向沟槽流体连通。

进一步地，止推板在径向槽道中的一个处限定进给孔，且其中加压油经 由进给孔进入止推轴承组件。

进一步地，多个独立止推衬中的一个具有通过外部第四直径和大于内部 第三直径的内部第六直径限定的径向较短长度，使得碎屑经由径向槽道引导 到周向沟槽且离开其余多个独立止推衬。

进一步地，止推垫片包括周向沟槽。

进一步地，止推垫片配置为随所述轴绕轴线旋转且周向沟槽中心定位在 轴线上。

进一步地，止推板用黄铜和青铜中的一种构造且止推垫片用钢构造。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式(一个或多个)和实施 例(一个或多个)做出的详尽描述中能容易地理解上述的本发明的特征和优 点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1是根据本发明的具有涡轮增压器的发动机的示意性透视图。

图2是如图1所示的涡轮增压器的示意性截面图，其中涡轮增压器包括 支撑涡轮增压器的旋转轴的轴承壳体。

图3是如图2所示的轴承壳体的示意性近距部分截面图，具体显示了具 有止推板和止推垫片的止推轴承组件。

图4是根据本发明一个方面的如图3所示的止推板的示意性近距前部视 图。

图5是根据本发明另一方面的如图3所示的止推垫片的示意性近距前部 视图。

具体实施方式

参见附图，其中几幅图中相同的附图标记指示相同或类似的部件，图1 示出了内燃发动机10。发动机10还包括发动机或气缸体12，其具有布置在 其中的多个汽缸14。如所示的，发动机10还包括汽缸盖16。每一个汽缸14 包括配置为在其中往复运动的活塞18。燃烧室20形成在汽缸14中且在汽缸 盖16的底部表面和活塞18的顶部之间。如本领域技术人员已知的，燃烧室 20配置为接收燃料空气混合物用于在其中随后燃烧。

发动机10还包括配置为在气缸体12中旋转的曲轴22。由于适当比例的 燃料-空气混合物在燃烧室20中燃烧，曲轴22被活塞18旋转。在空气燃料 混合物在具体燃烧室20内部燃烧之后，具体活塞18的往复运动用于将燃烧 后气体24从相应汽缸14排出。发动机10还包括油泵26，所述油泵配置为 在整个发动机10中供应加压发动机油28。汽缸体12限定与油泵26流体连 通的发动机油通道12A，由此从油泵26将加压的发动机油28引导到各种轴 承，例如曲轴22的轴承。油泵26可以直接地通过发动机10或通过电动机 (未示出)驱动。

发动机10另外包括吸气系统30，所述吸气系统配置为将气流31从环境 导通到汽缸14。吸气系统30包括进入空气导管32、涡轮增压器34、和进气 歧管36。虽然未示出，但是吸气系统30可以另外包括在涡轮增压器34上游 的空气过滤器，用于去除来自气流31的外来颗粒和其他空气携带的碎片。 进入空气导管32配置为将气流31从周围环境引导到涡轮增压器34，而涡轮 增压器配置为让接收的气流增压，和将增压的气流排放到进气歧管36。进气 总管36又将之前增压的气流31分配到汽缸14，用于与适当量的燃料混合和 随后燃烧最终的燃料空气混合物。

如图2所示，涡轮增压器34包括具有第一端40和第二端42的钢轴38。 涡轮机叶轮46在第一端40附近安装在轴38上且配置为通过从汽缸14排出 的燃烧后气体24与轴38一起绕轴线43旋转。涡轮机叶轮46通常用耐高温 和抗氧化材料形成，例如基于镍-铬的“铬镍铁”超合金，以可靠地抵抗燃 烧后气体24的温度，燃烧后气体的温度在一些发动机中可以接近2000华氏 度。涡轮机叶轮46设置在涡轮机壳体48中，所述涡轮机壳体包括涡螺或涡 道50。涡道50接收燃烧后排出气体24且将排出气体引导到涡轮机叶轮46。 涡道50配置为实现涡轮增压器34的具体性能特点，例如效率和响应性。

进一步如图2所示，涡轮增压器34还包括压缩机轮52，其在第一端和 第二端40、42之间安装在轴38上。压缩机轮52经由特别构造的紧固件53 保持在轴38上。压缩机轮52配置为将从周围环境接收的气流31增压，以 用于最后输送到汽缸14。压缩机轮52设置在压缩机覆盖件54内，所述覆盖 件包括涡螺或涡道56。涡道56接收气流31和将气流引导到压缩机轮52。 涡道56配置为实现具体性能特点，例如涡轮增压器34的峰值气流和效率。 因而，通过为涡轮机叶轮46提供能量的燃烧后排出气体24对轴38赋予旋 转，且该旋转又由于压缩机轮被固定在轴上而传递到压缩机轮52。如本领域 技术人员理解的，燃烧后排出气体24的力和可变流量影响升高压力的量， 所述升高压力可以通过压缩机轮52在发动机10的整个运行范围内产生。压 缩机轮52通常用高强度铝合金形成，其为压缩机轮提供减小的旋转惯性和 更快的旋转加速(spin-up)响应。

继续参考图2，轴38经由轴颈轴承58支撑以用于绕轴线43旋转。轴颈 轴承58被安装在轴承壳体62的孔60中且通过经由泵26供应的加压发动机 油28而被润滑和冷却。轴承壳体62包括止推壁64。轴承壳体62可以用强 韧材料铸造，例如铁，以便在涡轮增压器34运行过程中且在高温度和载荷 下为孔60提供尺寸稳定性。轴颈轴承58配置为控制轴38的径向运动和振 动。如所示的，轴颈轴承58可以是完全浮动的或半浮动类型的，其用相对 软的金属形成，例如黄铜或青铜，使得经过轴承系统的任何碎屑将被嵌入在 软的轴承材料中而不损坏轴38或孔眼60。轴颈轴承58也可以配置为辊子或 球轴承，以在轴38旋转期间进一步降低涡轮增压器的摩擦损失。

如图2所示，涡轮增压器34还包括操作性地连接到轴38的止推轴承组 件66。止推轴承组件66配置(即设计和构造)为将涡轮增压器34运行期间 产生的推力FT传递到轴承壳体62。止推轴承组件66包括止推板70，所述 止推壁通过被止推保持器72抵靠止推壁64保持就位从而被固定到轴承壳体 62。止推轴承组件66还包括止推环圈74和止推垫片76。止推壁70的承载 表面通常用相对软的金属形成，例如黄铜或青铜，使得经过轴承系统的任何 碎屑将嵌入在软的轴承材料中而不损坏止推环圈74或止推垫片76。止推垫 片76固定到轴38，通常是通过将其压在轴上，且由此配置为随轴一起绕轴 线43旋转。止推垫片76通常用刚性材料构造，其具有相对高的硬度，例如 钢。止推保持器72可以通过夹持件、一个或多个螺栓、或通过附接到轴承 壳体62而保持就位，以便将止推轴承组件66牢固地保持抵靠止推壁64。

在涡轮增压器34中形成的净推力FT朝向压缩机轮52作用时，止推轴 承组件66抵消这种净推力。如所示的，止推轴承组件66定位在轴38上， 且沿轴线43位于轴颈轴承58和压缩机轮52之间。通过提供经由泵26供应 的加压的发动机油28，止推轴承组件66被润滑和冷却。涡轮增压器34运行 期间，即在涡轮机叶轮46被燃烧后气体24赋能时，止推垫片76将通过涡 轮机叶轮46形成的推力FT经由止推壁70传递到轴承壳体62。

如图3所示，轴38包括肩部68。在涡轮增压器34组装期间，随紧固件 53被紧固在轴38上，压缩机轮52被促动抵靠止推轴承组件66且止推轴承 组件被促动抵靠肩部68。因而，紧固件53的紧固消除了止推轴承组件66 中的间隙且在压缩机轮52和肩部68之间对止推轴承组件施加预载荷。还是 在将止推轴承组件66组装在轴38的过程中，随紧固件53被紧固，止推环 圈74被配置为将止推垫片76促动抵靠肩部68。

在涡轮增压器34运行期间，来自从泵26的加压的发动机油28被输送 到轴承壳体62且被引导为润滑止推轴承组件66和在止推垫片76和止推壁 70之间产生油膜。这种油膜用于降低止推垫片76和止推壁70之间直接物理 接触的可能性，以便延长止推轴承组件66的使用寿命和涡轮增压器34的耐 久性。止推壁70包括第一止推面70A，而止推垫片76包括第二止推面76A。 上述的油膜通过第一和第二止推面70A、76A之间的加压发动机油28产生， 使得在第二止推面76A相对于第一止推面70A旋转时，推力FT被传递到轴 承壳体62，而没有止推壁70和止推垫片76之间的直接接触。

止推轴承组件66另外采用周向沟槽78，所述周向沟槽配置为捕获通过 加压发动机油28携带的碎屑。根据本发明，周向沟槽78布置在第一止推面 70A(如图4所示)和第二止推面76A(如图3和5所示)中的至少一个上。 由于油携带的碎屑被捕获在周向沟槽78中，存在于止推壁70和止推垫片76 之间的油膜中的碎屑量最小化。如图3所示，止推壁70另外包括第一接触 面70C，而止推环圈74还包括第二接触面74A。第一和第二接触面70C、 74A每一个可以用于在涡轮增压器34的一些运行阶段期间抵抗推力FT。为 了抵抗这种推力FT，也在相应第一和第二接触面70C和74A之间形成油膜。 额外的周向沟槽78可以布置在第一接触面70C(如图3所示)和第二接触 面74A中的至少一个上。类似于第一和第二止推面70A、76A中的至少一个 上的周向沟槽78，第一接触面70C和/或第二接触面74A上的周向沟槽配置 为捕获通过加压发动机油28携带的碎屑。

止推壁70通过外部第一直径D1限定且止推垫片76通过外部第二直径 D2限定，使得外部第一直径大于外部第二直径。第一止推面70A包括至少 一个止推衬70B，且如图4所示，可以包括多个这种止推衬。如本领域技术 人员理解的，每一个这种止推衬可以另外包括倾斜表面和平坦表面(未示 出)，用于在第一和第二止推面70A、76A之间有效产生油膜。如图5所示， 第二止推面76A包括至少一个止推表面76B。每一个止推衬70B和止推表 面76B可以通过基本相同(即在具体的制造公差中是相等的)的内部第三直 径D3限定。每一个止推衬70B和止推表面76B还通过与外部第二直径D2 小的基本相同的外部第四直径D4限定。周向沟槽78布置在大于内部第三直 径D3和外部第四外直径D4每一个但是小于外部第二直径D2的第五直径 D5上。结果，周向沟槽78径向地定位在止推衬70B和止推表面76B的外 部。因而，周向沟槽78布置为使得，随止推垫片76与轴38一起相对于止 推壁70旋转，收集在沟槽中的被加压油26携带的碎屑通过离心力从该处移 走且离开止推衬70B和止推表面76B。

在如图4所示的实施例中，其中第一止推面70A包括周向沟槽78，第 一止推面70A包括多个独立止推衬70B。每一个独立止推衬70B通过相应 的分散径向槽道80与邻近的止推衬分离。如图4所示，径向槽道80每一个 与周向沟槽78流体连通。止推壁70可以另外限定在径向槽道80中的一个 处的进给孔81。在这样的实施例中，加压油28将经由进给孔81进入止推轴 承组件66，所述进给孔靠近独立止推衬70B中的一个。另外，独立止推衬 70B中的一个可以改变为相对于其他止推衬具有不同几何结构，以经由邻近 的径向槽道80将任何碎屑引导到周向沟槽78并离开其他止推衬。具有不同 几何结构71的目标止推衬可以定位为靠近包括进给孔81的具体槽道80。与 其余止推衬70B相比，用于各个止推衬中的一个的这种不同几何结构71可 以包括更窄的宽度(未示出)、径向较短的长度(如图4所示)和/或三角形 的(即楔形)形状(未示出)。如所示的，具有改变几何结构70C的目标止 推衬70B的径向较短长度通过外部第四直径D4和大于内部第三直径D3的 内部第六直径D6限定。

另一方面，在如图5所示的实施例中，其中第二止推面76A包括周向沟 槽78，且止推垫片76随轴38一起绕轴线43旋转，且周向沟槽中心定位在 轴线上。在上述实施例每一个中，周向沟槽78通过宽度78A和深度78B限 定。宽度可以是0.25-0.75mm的范围，而深度可以是0.25-0.75mm的范围。 周向沟槽78的具体宽度78A和深度78B可以限定为与用于让具体止推轴承 组件66润滑的必要的油流动量成比例。槽道80具有的深度可以等于周向沟 槽78的深度78B。虽然以上描述集中于第一和第二止推面70A、76A之间 的界面，但是相似的几何结构适用于第一和第二接触面70C和74A之间的 界面，因此在其中产生相似的优点。

虽然发动机10通常包括配置为捕获各种油携带碎屑的标准油过滤器(未 示出)，但是这种标准过滤器通常不足以去除具有会损坏止推组件66的类型 和尺寸的碎屑。如从图1可见，发动机10另外包括涡轮增压器油管线82。 涡轮增压器油管线82提供发动机油通道12A和轴承壳体62之间的流体连 通。因而，涡轮增压器油管线82将加压油28从油泵26供应到止推轴承组 件66。由于周向沟槽78实现了对通过加压油28携带的碎屑的上述捕获，所 以涡轮增压器油管线82特征在于可以是没有专用的同轴的油过滤器。否则， 在加压油26携带的碎屑进入止推组件66和对其造成损坏之前，会需要这种 专用同轴的油过滤器来去除所述碎屑。如所示的，涡轮增压器油管线82可 以是经由适当铅管道连接件和/或装配件84而附接到发动机缸体12的外部 管。在替换例中，涡轮增压器油管线82可以是并入(例如铸造于)发动机 缸体12中且在涡轮增压器34的安装凸缘(未示出)处连接到轴承壳体62 的具体油通道，如本领域技术人员所理解的。

继续参考图2，轴承壳体62还包括在油已经通过止推组件66之后用于 发动机油的排油空间86。排油空间86是并入到轴承壳体62中的内部贮存器， 其在油已经经过轴颈轴承58和止推轴承组件66之后接收油。如图1所示， 在润滑止推轴承组件66和在排油空间86中收集油之后，排放通道88将油 从轴承壳体62移除。另外如图1所示，排放通道88与泵26流体连通，以 便将油从排油空间86返回到泵。因而，油通过油泵26持续环流通过发动机 10和涡轮增压器34，而不需要额外的专用同轴油过滤器来确保止推组件66 的可靠操作。

附图中的详细的描述和显示是对本发明的支持和描述，而本发明的范围 仅通过权利要求限定。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述 但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明 的许多替换设计和实施例。进而，附图所示的实施例或本发明说明书提到的 各种实施例的特点不应被理解为是彼此独立的实施例。相反，实施例的一个 例子中所述的每一个特点可以与其他实施例的一个或多个其他期望特点组 合，形成并未参考附图所述的其他实施例因而，这种其他实施例落入所附权 利要求的范围。