[发明专利]多部段涡轮增压器轴承壳体以及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及多部段涡轮增压器轴承壳体以及其方法。

背景技术

内燃发动机必须满足消费者和政府监管机构所要求的愈来愈严格的排放和效率标准。因此，汽车制造商和供应商在改善内燃发动机的运行的研究和开发技术中耗用大量精力和资金。涡轮增压器是发动机开发的尤为使人感兴趣的一个领域。

例如在图1中示出的一种涡轮增压器2使用通常会被浪费掉的排气能量来驱动一个涡轮机叶轮10。该涡轮机叶轮10被安装到一个轴12上，该轴进而驱动一个压缩机叶轮20。涡轮机叶轮10将排气的热量和动能转化成驱动压缩机叶轮20的旋转动力。涡轮增压器的目的是通过增大进入发动机的空气的密度来提高发动机的容积效率。压缩机吸入周围空气并且将其压缩到进气歧管中并且最终到汽缸中。因此，在每个进气冲程上有更大量的空气进入这些汽缸。

当一个常规涡轮增压器的尺寸被确定成针对一个特定发动机提供最大的功率输出时，该涡轮增压器的低负荷性能和瞬态响应性能通常不是最佳的。涡轮增压器的压缩机性能取决于压缩机转速。为了使压缩机旋转足够快以对发动机提供显著的压缩或增压，必须相应地增大排气流量。然而，在排气积聚和克服涡轮机叶轮和压缩机叶轮组件的惯性时存在时间延迟。在发动机对于增压的需求与歧管压力的实际增加之间的时间延迟通常被称为涡轮增压滞后。

为了帮助克服涡轮增压滞后和低负荷性能问题，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，在低负荷和瞬态条件期间该电动机可操作性地对得自于排气的旋转动力加以补充。典型地，该电动机被连接到承载该涡轮机叶轮和压缩机叶轮的相同轴上。在一些情况下，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轴承壳体内。

再次参见图1和图2，典型的涡轮增压器轴承壳体60被铸造成一个单一整体件，使用例如采用不同的砂基芯以在铸造中产生特征的砂型铸造工艺。该轴承壳体的某些特征、例如空气间隙和油通道81-83是难以（并非是不可能的）铸造在一个单件式壳体中的，因为这些砂基芯具有薄的截面，并且因此太娇嫩以致不能经受金属浇注过程。此外，不能被铸造在该单件式壳体中的不同横向通道81-83必须通过轴颈轴承孔（77，78）来加工到该壳体中。因此，该轴承壳体的实心结构会在几何意义上阻碍用于机加工这些横向通道的钻头的插入。其结果是，该轴承和横向通道构型是受约束的。在图2中用于通道81和82的钻削路径对应地以95和94描绘。

如本领域中熟知的，包括轴12、涡轮机叶轮10以及压缩机叶轮20的旋转组件14应当动态地平衡以便获得必要的旋转速度而不会在通常超过200,000 RPM的高速下自己损坏。旋转组件14作为一个组装单元（即压缩机叶轮20和多个不同的小零件被组装到涡轮机叶轮10和轴12上）应当被平衡。如果压缩机叶轮20被移除并且例如被重新安装，则旋转组件14必须被再平衡，因为涡轮机叶轮20到轴12的对齐、该涡轮机叶轮上的螺母的夹紧负载等改变了旋转组件14的平衡。因此，通过典型的单件式圆筒形轴承壳体60，这种平衡不可能发生，直到旋转组件14被组装到轴承壳体60上之后。旋转组件14的设计受到的限制在于，它必须允许这些部件在整体式壳体60内组装。这包括多个轴承49和多个密封件52以及该旋转组件的部件。

在一种电辅助涡轮增压器的情况下，该旋转组件包括多个电动机部件。例如，该转子被附接到该轴上。而且，该定子围绕该电动机并且必须被插入该轴承孔中。应当认识到所有这些部件的组装都发生在该壳体内超出视野。

尽管传统的单件式轴承壳体在工业中得到很好的应用，但它却是具有如上面所述的缺点。因此，对一种允许在转子组件和轴承设计方面具有灵活性的轴承壳体仍然存在一种需要。对有利于制造、平衡、并且测试与电辅助涡轮增压器相关联的复杂转子组件的轴承壳体设计存在进一步的需要。

发明内容

在此提供的是一种允许在转子组件和轴承设计方面具有灵活性的轴承壳体。这种披露的轴承壳体、结合该轴承壳体的涡轮增压器、以及制造和使用它们的方法帮助有利于制造、平衡、并且测试与电辅助涡轮增压器相关联的更复杂转子组件以及无辅助的涡轮增压器旋转组件。