[发明专利]一种无独立承载轴承的高集成度涡轮增压器

说明书

本发明公开了一种无独立承载轴承的高集成度涡轮增压器，包括中间体，中间体内部装配有压气机叶轮及涡轮转子，压气机叶轮上一体连接有叶轮中心轴，叶轮中心轴与中间体之间一体集成有压端密封组件，涡轮转子上一体连接有转子中心轴，转子中心轴与中间体之间一体集成有涡端密封组件，本发明无需独立设置承载轴承，能够精简轴向零部件种类和数量，有效降低产品成本，并简化装配过程，提高装配精度，并且能够提高产品质量，减少故障率。

技术领域

本发明属于发动机涡轮增压器的技术领域，具体的说，涉及一种无独立承载轴承的高集成度涡轮增压器。

背景技术

涡轮增压器作为发动机提升功率、增加或控制进气量、改善机内燃烧控制排放的关键零部件，在过去几十年的发展中，其结构逐步发展和完善，形成了目前复杂、可靠的基本形式。

目前，传统的涡轮增压器，轴向载荷由设置在中间壳上的独立的止推轴承上的左右油楔面承载；而径向载荷采用独立设置并与中间壳内孔和涡轮转子外径形成约束的单个或多个浮动轴承的内外油膜实现承载；为了约束这两个轴承系统，需要在中间壳的内部采用更多的配合零部件；这对每个零部件的加工精度、装配精度预计相关联接的可靠性都提出了非常高的要求，也大大增加了传统增压器的制造成本，在原材料及人工成本上涨明显的态势下，需要重新进行相关技术和结构的突破。

现有的涡轮增压器的整体结构如图1所示，主要零部件包括压气机壳1、锁紧螺母2、压气机叶轮3、密封环套座4、套座紧固螺钉5、压端密封圈6、中间体密封圈7、止推轴承8、止推轴承紧固螺钉9、中间体10、涡轮壳11、隔热罩12、涡轮转子13、涡端密封环14、浮动轴承15、轴承挡圈16、止推套17、轴封18、压端密封环19等零部件组成。

现有涡轮增压器结构存在的不足之处，主要包括：

1、轴系零部件种类繁多，装配时各个零部件相互配合，要想保证装配后产品的质量，需要轴系上的每个零部件加工精度都非常高，同时对装配所需装备要求高，过程繁琐，制造和装配成本高。

2、承载轴向载荷的止推轴承8多采用螺钉9直接紧固或间接压紧，对于止推轴承8两个端面的平面度，以及中间壳10与其配合端面的平面度要求高，再加上装配过程对紧固螺钉9的力矩的控制要求等要素，过程不确定性要素多；导致后续增压器在使用中，出现止推轴承8的油楔面短期内非正常磨损的问题。

3、承载径向载荷的浮动轴承15多采用全浮或者半浮动结构，在浮动轴承15的内外柱面分别与中间壳10的内孔柱面和涡轮转子13的配合外柱面形成油膜承载间隙，依靠从发动机的带压力的润滑机油，在上述间隙中形成承载油膜。这对中间壳10的内柱面、浮动轴承15的内外柱面、涡轮转子13的配合外柱面的加工质量及表面粗糙度都提出了非常高的要求，以保证不出现非正常磨损问题。

4、为了建立增压器的轴、径向常在间隙，并保证参与承担载荷的润滑机油能够及时建立油膜、不出现泄漏等应用问题，在涡轮增压器的中间壳10的内部，设置了很多配合零件，例如轴封18和止推套17，控制轴向油膜间隙尺寸和配合面积。同时在轴封18上设置了一个或多个压端密封环19，并与密封环套座4的配合内孔形成狭缝来实现密封功能。另一侧，涡轮转子13上设置与涡端密封环14配合环槽，通过与中间壳10的配合内孔来实现涡端的密封功能。诸多零件的组合，会导致尺寸链的组成环增多，影响压气机叶轮3等气动性能的实现，制造成本高、可靠性下降。

以上，是传统结构增压器所反应出来的一些技术问题。目前，增压器行业的竞争越来越剧烈，对于成本控制和可靠性提升的需求，越发明显；为了改善以上问题，需要重新设计和突破传统涡轮增压器的常规结构，在提升产品质量的同时，降低产品成本。

发明内容

本发明要解决的主要技术问题是提供一种无需独立设置承载轴承，能够精简轴向零部件种类和数量，有效降低产品成本，并简化装配过程，提高装配精度，并且能够提高产品质量，减少故障率的发生的无独立承载轴承的高集成度涡轮增压器。