CN108952950A - 一种高度集成轴系的高效涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高度集成轴系的高效涡轮增压器，包括核心转子总成和分别设置在核心转子总成两端的压气机壳和涡轮壳，核心转子总成包括中间体和分别安装在中间体两端的集成叶轮和涡轮转子，还包括集成浮动轴承；集成叶轮的轮背上设有延伸至中间体内孔的连接部，连接部的外圆周上设有环槽，环槽内设有压端密封构件；中间体的侧壁上设有贯穿的进油道，进油道内固定设有集成定位销；集成浮动轴承上设有定位孔，集成定位销的端部延伸至集成浮动轴承的定位孔内。本发明一种高度集成轴系的高效涡轮增压器，具有合并增压器轴系零部件种类，减少零件数量，增加中间体壳体加工效率，降低增压器故障风险等优点。

Description

一种高度集成轴系的高效涡轮增压器
技术领域
本发明属于内燃机技术领域，尤其涉及一种高度集成轴系的高效涡轮增压器。
背景技术
目前我们所见到的涡轮增压器内部结构都比较复杂，采用数量和种类都比较多的高加工精度的轴系零部件装配而成。如图1和图2所示，现有技术中涡轮增压器的主要零部件包括压气机壳1、锁紧螺母6、压气机叶轮10、压端密封构件4、中间体密封圈5、中间体8、涡轮壳3、涡轮转子11、涡端密封构件12、隔热罩13、浮动轴承14、支撑套15、止推套16、止推轴承17、挡油板18、轴封19、密封构件套座20以及止推轴承紧固螺钉。其中存在的不足之处包括：
1、中间体8包含机加工的各种机油油道和止推轴承紧固螺钉孔，在整个机加工过程中花费的时间比较多，机加工废品率比较高；
2、压端密封构件4和涡端密封构件12都是机油密封构件，通常情况下采用两种规格，对加工的刀具需要分类管理而且装配过程中容易混淆，影响整机装配效率；
3、中间体密封圈5的失效是导致涡轮增压器压气机端漏油的一个主要途径，并且该位置通常是浸润在机油中，必须采用成本较高的氟橡胶材料。
4、密封构件套座20一直是传统增压器结构的重要零部件，密封构件套座不能单独存在，必须增加密封构件套座的紧固措施和机油密封措施，通常紧固措施包括弹性挡圈或者螺栓。这样势必会导致增压器零部件种类增加，零件加工复杂，配合零件的失效风险增大。
以上便是传统增压器结构所存在的不可避免的问题。随着目前增压器行业的竞争加剧，打破传统结构，提高涡轮增压器的加工效率，降低成本成为亟需解决的涡轮增压器难题。
发明内容
针对以上缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种高度集成轴系的高效涡轮增压器，具有合并增压器轴系零部件种类，减少零件数量，增加中间体壳体加工效率，降低增压器故障风险等优点。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种高度集成轴系的高效涡轮增压器，包括核心转子总成，所述核心转子总成包括中间体。
作为一种改进，所述涡轮增压器还包括安装在中间体一端的集成叶轮，集成叶轮的轮背上设有延伸至中间体内孔的连接部，连接部的外圆周上设有环槽，环槽内安装压端密封构件，压端密封构件用于集成叶轮与中间体间的密封。
作为一种改进，所述环槽的数量为单个或多个，当环槽数量为多个时，多个环槽的直径相同或不相同。
作为一种改进，所述中间体的侧壁上设有进油道，进油道内固定设有集成定位销，中间体内外侧的机油通过集成定位销上的导流孔相互连通。
作为一种改进，所述核心转子总成还包括位于中间体内侧的集成浮动轴承，集成浮动轴承上设有定位孔，集成定位销的端部延伸至集成浮动轴承的定位孔内。
作为一种改进，所述集成定位销的端部与定位孔间隙配合。
作为一种改进，所述集成浮动轴承的两个端面均加工有油楔面。
作为一种改进，所述集成轴承外侧面与中间体之间形成外油膜储油腔；集成轴承内油膜建立面与涡轮转子之间形成内油膜储油腔；外油膜储油腔和内油膜储油腔均与定位孔连通。
作为一种改进，所述导流孔包括设置在集成定位销上相互连通的轴向导流孔和径向导流孔，轴向导流孔贯穿集成定位销的两端；所述集成浮动轴承为中空的圆柱状结构。
作为一种改进，所述涡轮增压器还包括分别设置在核心转子总成两端的压气机壳和涡轮壳，核心转子总成还包括设置在中间体一端的涡轮转子，涡轮转子和集成叶轮分别设置在中间体的两端，涡轮转子的中心轴设置在中间体的内孔内；集成叶轮安装在涡轮转子的中心轴上；涡轮转子与中间体间设有涡端密封构件和隔热罩；集成叶轮的为铝合金材料制成。
采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明一种高度集成轴系的高效涡轮增压器，主要是对核心转子总成的内部结构进行优化，使轴系零部件优化集成，使得零件种类和数量减少；使中间体的加工变简单，高效。
2、通过在中间体进油道内安装集成定位销，并配合集成浮动轴承可以替代传统结构中的浮动轴承、止推轴承、支撑套、止推轴承定位螺钉。既减少了零件种类，又避免中间体斜油道的加工，提高壳体加工效率，降低废品率。且集成定位销中间体配合孔位于中间体进油孔内，零件加工时简单，一次装夹便可完成，可以很好的保证加工精度。
3、通过将传统的叶轮轮背加长并加工密封环槽，使传统的轴封与叶轮结构形成一个集成体即集成叶轮，集成叶轮的为铝合金材料，并不与油楔面直接硬接触，不会因变更软质铝合金而导致磨损；因为铝合金的密度小，对降低整个轴系的转动惯量非常有效，有利于发动机低转速快速响应。
4、将密封构件套座集成于中间体，并且使压端、涡端密封环配合直经相同，让装配体中压端密封构件和涡端密封构件相同，减少零件种类；将密封构件套座集成于中间体后可以取消中间体密封圈和相关的紧固零件和加工工序，有益于降低增压器漏油隐患和提高壳体加工效率。
综上，本发明一种高度集成轴系的高效涡轮增压器，通过改变零件材料，减少零件数量，降低旋转件的转动惯量；使用创造性的集成定位销装配结构；采用整体半浮动的集成浮动轴承结构降低油膜摩擦阻力；从而可以大幅提高核心转子总成的机械效率。
附图说明
图1是本发明背景技术中传统涡轮增压器的结构示意图；
图2是本发明背景技术中涡轮增压器的三大部分结构示意图；
图3是本发明一种高度集成轴系的高效涡轮增压器实施例一的立体示意图；
图4是本发明一种高度集成轴系的高效涡轮增压器的结构示意图；
图5是图3中核心转子总成的放大图；
图6是图5中的集成定位销的结构简图；
图7是图5中的集成浮动轴承结构示意图；
图8是图5中的集成叶轮的结构简图；
图9是本发明实施例二的核心转子总成的放大图；
图10是图9中的集成叶轮的结构简图；
其中：1-压气机壳，2-核心转子总成，3-涡轮壳，4-压端密封构件，5-中间体密封圈，6-锁紧螺母，7-集成定位销，8-中间体，9-集成浮动轴承，10-压气机叶轮，11-涡轮转子，12-涡端密封构件，13-隔热罩，14-浮动轴承，15-支撑套，16-止推套，17-止推轴承，18-挡油板，19-轴封，20-密封构件套座，21-集成叶轮，22-核心转子总成，23-中间体，24-进油道，25-轴向导流孔，26-径向导流孔，27-定位孔，28-油楔面，29-第一导流槽，30-第二导流槽，31-连接部，32-环槽，33-涡端密封构件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
由图3、图4、图5、图6、图7、和图8共同所示，一种高度集成轴系的高效涡轮增压器包括依次设置的压气机壳1、核心转子总成22和涡轮壳3。核心转子总成22包括中间体23和分别设置在中间体23两端的涡轮转子11和集成叶轮21，还包括集成浮动轴承9，集成浮动轴承9的两个端面均加工有油楔面28。油楔面28且由集成浮动轴承9的外表面指向轴心的方向。涡轮转子11与中间体23间设有涡端密封构件12和隔热罩13。涡轮转子11的中心轴设置在中间体23的内孔内；集成叶轮21安装在涡轮转子11的中心轴上；涡轮转子11的中心轴端部安装锁紧螺母6，锁紧螺母6将集成叶轮21固定在涡轮转子11的中心轴上。集成叶轮21为铝合金材料制成。集成浮动轴承9为中空的圆柱状结构。集成浮动轴承9安装在位于涡轮转子11和集成叶轮21之间，集成浮动轴承9位于中间体23的内侧和涡轮转子11中心轴外侧的间隙处。
由图3、图4、图5、图6、图7、和图8共同所示，集成叶轮21的轮背上设有延伸至中间体23内部空腔的连接部31，连接部31的外圆周上设有环槽32，环槽32内安装有压端密封构件33，压端密封构件33用于集成叶轮21与中间体23间的密封。环槽32的数量为两个，两个环槽32的直径相同并间隔设置在连接部31上。集成叶轮21和涡轮转子11上各有两个相同的密封构件与中间体23间形成机械密封结构。
将密封构件套座集成于中间体23，并且使压端、涡端密封环配合直经相同，让装配体中的压端密封构件12和涡端密封构件33相同，减少零件种类；将密封构件套座集成于中间体后可以取消中间体密封圈和相关的紧固零件和加工工序，有益于降低增压器漏油隐患和提高壳体加工效率。
由图3、图4、图5、图6、图7、和图8共同所示，中间体23的侧壁上设有贯穿其内外的进油道24，进油道24内固定设有集成定位销7，集成定位销7通过螺纹固定于中间体23的进油道24内。当然集成定位销7与中间体23也可以通过过盈配合进行固定。集成定位销7具有沿轴向和径向的导流孔。中间体23内外侧的机油通过集成定位销7上的导流孔相互连通。导流孔包括设置在集成定位销7上相互连通的轴向导流孔25和径向导流孔26，轴向导流孔25贯穿集成定位销7的两端。轴向导流孔25的一端加工有内六角孔，内六角孔便于使用工具将集成定位销7安装在进油道24内或将集成定位销7从进油道24内拆卸。
由图3、图4、图5、图6、图7、和图8共同所示，集成浮动轴承9上设有定位孔27，集成定位销7的端部延伸至集成浮动轴承9的定位孔27内，用于限制集成浮动轴承的轴向位移和周向旋转。集成定位销7的端部与定位孔27间隙配合。
由图3、图4、图5、图6、图7、和图8共同所示，集成轴承外侧面与中间体之间形成外油膜储油腔；集成轴承内油膜建立面与涡轮转子之间形成内油膜储油腔；外油膜储油腔和内油膜储油腔均与定位孔27连通。外油膜储油腔为加工在集成浮动轴承9外圆周上的两个间隔设置的第一导流槽29，第一导流槽29为环状槽。内油膜储油腔为加工在集成浮动轴承9内圆周上的四个均布的第二导流槽30，第二导流槽30沿集成浮动轴承9的轴向设置并贯穿集成浮动轴承9的两端。第一导流槽29和第二导流槽30均与定位孔27相连通。
通过将传统的叶轮轮背加长并加工密封用环槽，使传统的轴封与叶轮结构形成一个集成体即集成叶轮21，集成叶轮21的为铝合金材料，并不与油楔面28直接硬接触，且集成浮动轴承内、外两个油膜建立面上可以加工任意形式的储油腔。不会因变更软质铝合金而导致磨损；因为铝合金的密度小，对降低整个轴系的转动惯量非常有效，有利于发动机低转速快速响应。
通过在中间体进油道内安装集成定位销，并配合集成浮动轴承可以替代传统结构中的浮动轴承、止推轴承、支撑套、止推轴承定位螺钉。既减少了零件种类，又避免中间体斜油道的加工，提高壳体加工效率，降低废品率。且集成定位销中间体配合孔位于中间体进油孔内，零件加工时简单，一次装夹便可完成，可以很好的保证加工精度。
集成定位销7位于进油道24内，与带有油楔面28的浮动轴承间隙配合共同组成轴承***。集成定位销7紧锢于中间体23的进油道24内，集成定位销7的光轴段间隙配合于集成浮动轴承9的定位孔27内，限制集成浮动轴承9的轴向位移和周向旋转。
集成定位销7与集成浮动轴承9配合部分具有机油导流孔，用于导向机油流向浮动轴承的内、外间隙，形成油膜，支撑旋转件的运行。同时采用集成叶轮21将压气机叶轮与轴封集成为一体。具有轴承效率高，低转动惯量，结构紧凑，装配简单等优点，能大幅度提高增压器的瞬态响应和低速扭矩，降低增压器的制造成本。
实施例2
由图9和图10共同所示，本实施例中的一种高度集成轴系的高效涡轮增压器与实施例一中的结构基本相同，其不同之处在于，集成叶轮21端部的两个环槽32的直径不相同，并采用不同直径的涡端密封构件33，采用不同直径的涡端密封构件33是为了阻断增压器漏油油路的通畅性。采用“迷宫”原理，使漏油通道变的曲折，从而有效降低漏油故障的发生，密封效果更佳。
综上所述，本发明一种高度集成轴系的高效涡轮增压器，主要是对核心转子总成的内部结构进行优化，使轴系零部件优化集成，使得零件种类和数量减少；使中间体的加工变简单，高效。具有合并增压器轴系零部件种类，减少零件数量，降低增压器故障风险等优点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高度集成轴系的高效涡轮增压器，包括核心转子总成(22)，其特征在于：所述核心转子总成(22)包括中间体(23)。
2.如权利要求1所述的高度集成轴系的高效涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮增压器还包括安装在中间体(23)一端的集成叶轮(21)，集成叶轮(21)的轮背上设有延伸至中间体(23)内孔的连接部(31)，连接部(31)的外圆周上设有环槽(32)，环槽(32)内安装压端密封构件(33)，压端密封构件(33)用于集成叶轮(21)与中间体(23)间的密封。
3.如权利要求2所述的高度集成轴系的高效涡轮增压器，其特征在于：所述环槽(32)的数量为单个或多个；当环槽(32)数量为多个时，多个环槽(32)的直径相同或不相同。
4.如权利要求1所述的高度集成轴系的高效涡轮增压器，其特征在于：所述中间体(23)的侧壁上设有进油道(24)，进油道(24)内固定设有集成定位销(7)，中间体(23)内外侧的机油通过集成定位销(7)上的导流孔相互连通。
5.如权利要求4所述的高度集成轴系的高效涡轮增压器，其特征在于：所述核心转子总成(22)还包括位于中间体(23)内侧的集成浮动轴承(9)，集成浮动轴承(9)上设有定位孔(27)，集成定位销(7)的端部延伸至集成浮动轴承(9)的定位孔(27)内。
6.如权利要求5所述的高度集成轴系的高效涡轮增压器，其特征在于：所述集成定位销(7)的端部与定位孔(27)间隙配合。
7.如权利要求5所述的高度集成轴系的高效涡轮增压器，其特征在于：所述集成浮动轴承(9)的两个端面均加工有油楔面(28)。
8.如权利要求5所述的高度集成轴系的高效涡轮增压器，其特征在于：所述集成轴承(9)外侧面与中间体(23)之间形成外油膜储油腔；集成轴承(9)内油膜建立面与涡轮转子(11)之间形成内油膜储油腔；外油膜储油腔和内油膜储油腔均与定位孔(27)连通。
9.如权利要求8所述的高度集成轴系的高效涡轮增压器，其特征在于：所述导流孔包括设置在集成定位销(7)上相互连通的轴向导流孔(25)和径向导流孔(26)，轴向导流孔(25)贯穿集成定位销(7)的两端；所述集成浮动轴承(9)为中空的圆柱状结构。
10.如权利要求2所述的高度集成轴系的高效涡轮增压器，其特征在于：所述涡轮增压器还包括分别设置在核心转子总成(22)两端的压气机壳(1)和涡轮壳(3)，核心转子总成(22)还包括设置在中间体(23)一端的涡轮转子(11)，涡轮转子(11)和集成叶轮(21)分别设置在中间体(23)的两端，涡轮转子(11)的中心轴设置在中间体(23)的内孔内；集成叶轮(21)安装在涡轮转子(11)的中心轴上；涡轮转子(11)与中间体(23)间设有涡端密封构件(12)和隔热罩(13)；集成叶轮(21)的为铝合金材料制成。
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