[发明专利]电辅助涡轮增压器

说明书

背景

当今的内燃发动机必须满足消费者和政府监管机构要求的日益严格的排放和能效标准。相应地，汽车制造商和供应商在研究和开发改善内燃发动机运行的技术上花费很大的精力和资金。在这种情况下，涡轮增压器是发动机开发的一个特别感兴趣的领域。

涡轮增压器利用通常会被浪费的排气能量来驱动涡轮机。涡轮机被安装到一个轴上，进而驱动一个压缩机。涡轮机将排气的热量和动能转化成驱动压缩机的旋转动力。涡轮增压器的目的是通过增加进入发动机的空气的密度来提高发动机的容积效率。压缩机吸入环境空气并将其压缩进入进气歧管，并最终进入气缸。因此，在每个进气冲程较大的空气质量进入这些气缸。

当涡轮增压器的尺寸被确定成针对一种特定的发动机提供最大的功率输出时，涡轮增压器的低负荷和瞬态响应性能通常低于最佳。涡轮增压器的压缩机性能取决于压缩机的速度。为了使压缩机旋转得足够快以致向发动机提供显著的压缩或升压，则必须存在排气流动的相对应增加。然而，在排气建立并且涡轮机和压缩机叶轮组件的惯性被克服时，存在一个时间延迟。发动机的升压需求与实际的歧管压力增加之间的这个时间延迟通常被称作增压滞后现象(turbo lag)。

为了帮助克服增压滞后现象和低负荷性能的问题，已经开发了电辅助涡轮增压器。电辅助涡轮增压器包括一个电动机，该电动机是可操作的以用于在低负荷和瞬态条件下补充来自于排气的旋转动力。典型地，该电动机连接到与承载涡轮机叶轮和压缩机叶轮的同一个轴上。在某些情况下，电动机的转子磁铁被直接承载在该轴上，而该定子被包含在涡轮增压器的中心壳体内。

电动机对热量和污染敏感。相应地，在电辅助涡轮增压器的应用中控制热量和油迁移(这是与涡轮增压器相关联的常见问题)变得更加困难。例如，过多的热量可能使定子线圈过热，并且可能损坏永磁体。此外，油污染可以在电动机的转子与定子之间产生粘滞阻力，并且将灰尘和碎屑输送到该转子与定子之间的空隙中。

相应地，对于防止油迁移到电动机并且对电动机部件提供足够的冷却的电辅助涡轮增压器的设计存在一种需要。

概述

在此提供了一种电辅助涡轮增压器，该电辅助涡轮增压器包括一个壳体和一个被置于该壳体中的电动机定子。该定子包括围绕其设置的一对O型圈、或者其他圆周密封件。这些O型圈被操作用于抵靠该壳体的一个内部密封，以形成围绕该定子的至少一部分的一个环形室以及位于该定子的两个轴向端的一对端腔。该环形室被适配成允许一种冷却流体围绕该定子循环。

在此说述的技术的某些方面中，一对轴承可以被设置在该壳体中，在该定子的每一侧上一个轴承。一个轴由这些轴承支撑在该壳体中。该轴进而支撑一个涡轮机叶轮和一个压缩机叶轮。一个电动机转子在这些轴承之间被设置在轴上和该定子内。

在本技术的另一个方面中，一对套环被附连到该轴上，各个套环被定位在该转子与一个相对应的轴承之间。各个套环包括邻近其对应的轴承的一个圆柱形抛油环部。该圆柱形抛油环部包括多个径向的排泄孔或缺口，使得从该轴承进入该圆柱形抛油环部的一个凹陷区域中的油通过这些排泄孔向外径向地射出或抛掷，在这些排泄孔处该油排泄离开该套环。各个套环包括与该圆柱形抛油环部相对的一个隔离件部以及被定位在该隔离件部与该圆柱形抛油环部之间的一个活塞环。

在本技术的又另外的方面中，该隔离件部具有一个轴向面向的定位表面或面，该定位表面邻接该转子，并且其中该圆柱形抛油环部具有一个轴向面向的表面，该表面邻接该轴承的一个相对应的轴向面，由此相对这些轴承轴向地定位该转子和轴。该隔离件部包括一个轴向面向的抛油环表面，该抛油环表面面对一个相对应的端腔的一个内表面，其中该抛油环表面是可操作的以用于将迁移通过该活塞环的油引导至沿该端腔的内表面行进，该油然后在该内表面处被排泄离开该定子。

相应地，这些套环提供第一级、第二级、以及第三级油迁移控制结构以防止油迁移到该转子与定子之间的空隙中。第一级油控制装置是由该圆柱形抛油环部提供的。该圆柱形抛油环部引导油离开该活塞环并且朝向形成在该壳体中的多个不同的出油通道。第二级油控制装置是由该活塞环提供的。通过该活塞环密封件防止任何迁移通过该圆柱形抛油环部的油进一步迁移。最后，第三级油迁移控制装置是由该隔离件部的轴向面向的抛油环表面提供的。迁移通过该活塞环的任何油被抛掷出该套环并且沿该端腔的一个内表面引导，并且允许通过形成于该壳体中的多个不同出油通道之一排泄。