專(zhuān)利名稱(chēng)：用于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓器裝置。
背景技術(shù)：
增壓活塞發(fā)動(dòng)機(jī)本身從現(xiàn)有技術(shù)已知，其具有許多優(yōu)點(diǎn)。尤其是廢氣增壓(即，渦 輪增壓)本身對(duì)于執(zhí)行增壓是非常有利的方式，因?yàn)槠淅脧U氣中包含的能量，該能量否 則可能會(huì)浪費(fèi)。在渦輪增壓器中，適配在發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣流中的渦輪部分布置成驅(qū)動(dòng)適配在 向發(fā)動(dòng)機(jī)供給空氣流的路徑中的壓縮機(jī)部分。渦輪部分和壓縮機(jī)部分通常適配在共用軸的 兩端，該軸被軸向且徑向地安裝在渦輪增壓器的主體上的軸承中。對(duì)于渦輪增壓器中的軸承系統(tǒng)要求較高。增壓器的轉(zhuǎn)子以每分種幾萬(wàn)轉(zhuǎn)的速度進(jìn) 行旋轉(zhuǎn)操作，并且軸承曝露于高溫下。廢氣流通過(guò)渦輪部分的渦輪向所述軸傳遞軸向力，該 力需要被軸向軸承補(bǔ)償。另一方面，渦輪與壓縮機(jī)葉輪以及它們相應(yīng)的殼體之間的徑向間 隙很小，由此對(duì)徑向軸承要求較高。公開(kāi)文獻(xiàn)US 2005/0198956A1公開(kāi)了一種通過(guò)磁力軸承實(shí)現(xiàn)的、用于渦輪增壓器 的軸承系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，徑向軸承實(shí)施成無(wú)源永磁體，軸向軸承實(shí)施成有源磁力軸承。通 過(guò)傳感器確定軸的軸向位置，傳感器的信號(hào)引導(dǎo)有源軸承的電磁體，因此補(bǔ)償軸向偏移。由于渦輪增壓器的操作原理，因此在其中廢氣的溫度和質(zhì)量流量較低的發(fā)動(dòng)機(jī)的 這種運(yùn)行條件下，在例如低負(fù)載和低操作速度下，通常不可能通過(guò)渦輪增壓器的壓縮機(jī)形 成用于發(fā)動(dòng)機(jī)的供氣系統(tǒng)的期望升壓。另一方面，渦輪增壓器的操作還受其質(zhì)量的影響。渦 輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的瞬時(shí)位置中的操作不一定能夠以足夠速度跟隨發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載的變 化，而是渦輪增壓器的響應(yīng)具有一定的延遲，這從而也妨礙發(fā)動(dòng)機(jī)的反應(yīng)性。已提出解決關(guān)于渦輪增壓器的操作的上述問(wèn)題的建議，例如，通過(guò)采用與渦輪增 壓器的壓縮機(jī)串聯(lián)連接的分離的電動(dòng)附加壓縮機(jī)以及采用待聯(lián)接到渦輪增壓器的軸的輔 助電動(dòng)機(jī)。公開(kāi)文獻(xiàn)US 6，390，789B1公開(kāi)了一種由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器設(shè)備，其中，通 過(guò)氣流冷卻電動(dòng)機(jī)及其軸承，所述氣流從壓縮機(jī)級(jí)的壓力側(cè)引向電動(dòng)機(jī)，然后又引回到壓 縮機(jī)級(jí)的吸入側(cè)。由該機(jī)構(gòu)提供的冷卻并不充分。公開(kāi)文獻(xiàn)DE 10 2005 056 797 Al公開(kāi)了一種兩級(jí)式渦輪增壓器裝置，該裝置包 括兩級(jí)式壓縮機(jī)和渦輪。兩個(gè)渦輪_壓縮機(jī)副使它們各自的軸聯(lián)接，并且所述軸布置成彼 此嵌套。渦輪被布置在嵌套軸的一端處，壓縮機(jī)布置在另一端處。該類(lèi)方案相當(dāng)復(fù)雜，尤其 對(duì)于兩個(gè)分離的渦輪_壓縮機(jī)副的軸承系統(tǒng)更是如此。該公開(kāi)文獻(xiàn)還示出了結(jié)合的馬達(dá)-發(fā)電機(jī)可與軸一起接合，以向軸供給能量或者 從軸吸取能量。使用結(jié)合渦輪增壓器的電動(dòng)機(jī)面臨著挑戰(zhàn)，因?yàn)楸仨氁獙㈦姍C(jī)的溫度保持 在合適的限度內(nèi)。DE 10 2005 056 797 Al未提供任何控制電機(jī)溫度的措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的用于活塞發(fā)動(dòng)機(jī) 裝置的增壓器裝置，該增壓器裝置包括聯(lián)接到同一軸上的壓縮機(jī)部分和電機(jī)，其中，所述電 機(jī)設(shè)置有至少一個(gè)氣體流道，所述壓縮機(jī)部分的吸入管道布置成與所述電機(jī)的所述氣體流 道流體連通，使得用于所述壓縮機(jī)部分的吸入空氣布置成流過(guò)所述電機(jī)的所述至少一個(gè)氣 體流道，以冷卻所述電機(jī)，該裝置在與發(fā)動(dòng)機(jī)連接時(shí)其操作提供在不同的操作條件下的發(fā) 動(dòng)機(jī)更好的整體操作。根據(jù)本發(fā)明的增壓器裝置主要特征在于，所述電機(jī)的所述氣體流道包括位于所述 電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子部之間的氣隙以及用于所述定子部和/或其主體部的布置在所述定子 部中的氣體流道。以該方式進(jìn)行電機(jī)的冷卻，因此甚至可以從其向壓縮機(jī)部分傳遞高功率或者可被 用作來(lái)自渦輪部分的電力。優(yōu)選的是，所述壓縮部分的所有吸入空氣布置成流過(guò)所述電機(jī)的所述至少一個(gè)氣 體流道，借此，該裝置可靠地操作，并且在所有操作條件下確保對(duì)所述電機(jī)提供足夠的冷卻。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，所述壓縮機(jī)部分至少包括第一壓縮機(jī)級(jí)和第二壓縮機(jī)級(jí)，借 此，所述壓縮機(jī)部分的所述第一壓縮機(jī)級(jí)的吸入管道布置成與所述電機(jī)的所述氣體流道流 體連通，使得將用于所述壓縮機(jī)部分的所述第一壓縮機(jī)級(jí)的吸入空氣布置成流過(guò)所述電機(jī) 的所述氣體流道。因此，當(dāng)所述壓縮機(jī)部分具有兩級(jí)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的流過(guò)所述電機(jī)的吸入空氣 具有用于冷卻的合適溫度。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述電機(jī)的氣體流道包括電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子部之間 的氣隙以及用于定子部和/或其主體部的布置在定子部中的氣體流道。優(yōu)選地，定子部和 /或其主體部的布置在定子部中的氣體流道的流動(dòng)橫截面積超過(guò)電機(jī)的氣體流道的總橫截 面積的90%。更具體而言，定子部的氣體流道的總橫截面積為電機(jī)的氣體流道的總橫截面 積的95%至98%。這確保電機(jī)中氣壓損失足夠小，并且還足以冷卻所述轉(zhuǎn)子。根據(jù)一種實(shí)施方式，所述增壓器裝置包括布置在其軸上的渦輪部分，且因此為渦 輪增壓器。該裝置中的所述軸優(yōu)選包括至少一個(gè)軸向流道，該流道從所述壓縮機(jī)部分延伸到 所述軸的第二軸承，用于將通過(guò)所述壓縮機(jī)部分增壓的氣體輸送到軸承，以使其冷卻。所述增壓器裝置優(yōu)選具有兩級(jí)，并且用于氣體的中冷器布置在第一級(jí)之后。因此， 所述軸的所述流道從所述壓縮機(jī)部分的第二壓縮機(jī)級(jí)的吸入側(cè)延伸到所述軸的第二端處 的軸承。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，所述增壓器裝置的軸的軸向軸承支撐在所述電機(jī)的 主體部上，借此，它們被有效地冷卻且可容易訪問(wèn)。根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，渦輪增壓器包括聯(lián)接到同一軸上的渦輪部分和壓 縮機(jī)部分，在該渦輪增壓器中，所述軸優(yōu)選包括至少一個(gè)軸向流道，該軸向流道從所述壓縮 機(jī)部分延伸到所述渦輪部分，用于將由所述壓縮機(jī)部分增壓的氣體輸送到所述軸的渦輪部 分的軸承，以使其冷卻。所述軸向流道布置成與所述壓縮機(jī)部分的壓力側(cè)流體連通，并在所 述渦輪部分上延伸。
根據(jù)本發(fā)明的又一種實(shí)施方式，用于渦輪增壓器的軸包括用于壓縮機(jī)葉輪和渦輪 的聯(lián)接部以及用于至少渦輪側(cè)軸承的另一個(gè)聯(lián)接部。該軸還設(shè)置有至少一個(gè)軸向流道，該 流道從渦輪側(cè)軸承朝向壓縮機(jī)葉輪聯(lián)接部延伸，在使用時(shí)，用于將由壓縮機(jī)部分增壓的氣 體輸送到軸的渦輪部分的軸承，以使其冷卻。附加地，根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，在將壓 縮機(jī)葉輪通過(guò)收縮配合的方式裝配到所述軸期間，所述軸向流道輸送冷卻介質(zhì)。本發(fā)明的附加特征在從屬權(quán)利要求中公開(kāi)。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器裝置實(shí)現(xiàn)一些優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)該裝置，例如可以改善發(fā) 動(dòng)機(jī)的承載容量，改善其以部分負(fù)載操作/改善其在低轉(zhuǎn)速下的操作以及改善其效率。通 過(guò)本發(fā)明還可明顯減少排放。


在下文中，參照所附的示意圖說(shuō)明本發(fā)明及其操作，附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的增壓器裝置；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的、與內(nèi)燃機(jī)連接的渦輪增壓器裝置；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的渦輪增壓器裝置；圖4示出了圖3的沿III-III的剖視圖；以及圖5示出了用于補(bǔ)償渦輪增壓器裝置的軸向力的原理。
具體實(shí)施例方式圖1示出了渦輪增壓的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)10。該發(fā)動(dòng)機(jī)包括多個(gè)氣缸15，該多個(gè)氣缸15 例如在四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下受閥(未示出)控制地與燃燒氣體收集器20和廢氣收集器 25流體連通。燃燒氣體(即，參與燃燒的氣體)通常為空氣，但在任何情況下包含氧氣。該 發(fā)動(dòng)機(jī)包括渦輪增壓器裝置51，渦輪增壓器裝置51包括壓縮機(jī)部分52和渦輪部分53。第 二壓縮機(jī)部分55與渦輪增壓器裝置51的壓縮機(jī)部分52串聯(lián)聯(lián)接，電機(jī)與第二壓縮機(jī)部分 聯(lián)接到同一軸70。壓縮機(jī)部分55和電機(jī)65以這樣的方式集成，即，壓縮機(jī)部分的吸入管 道75布置成與電機(jī)65的冷卻通道80流體連通，并且用于壓縮機(jī)部分55的吸入空氣布置 成流過(guò)電機(jī)65的通道80。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)中使用的并參與燃燒的氣體(通常為燃燒空氣)首 先通過(guò)電機(jī)的通道80被引導(dǎo)，并從該通道80進(jìn)一步引到壓縮機(jī)部分55，壓縮氣體的壓力在 該壓縮機(jī)部分55處升高。一部分燃燒氣體可越過(guò)電機(jī)被直接引導(dǎo)到壓縮機(jī)部分的吸入管 道75。該裝置優(yōu)選包括用于測(cè)量由壓縮機(jī)部分55形成的壓力的壓力計(jì)90。在該情況下， 渦輪增壓器裝置優(yōu)選這樣運(yùn)行，即，使電機(jī)65的操作根據(jù)壓力測(cè)量值以如下方式控制向 電機(jī)供應(yīng)能量或者從電機(jī)吸取能量，以將由渦輪增壓器裝置產(chǎn)生的壓力保持在預(yù)定的最小 和最大的壓力范圍內(nèi)。圖2示出了渦輪增壓的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)10，除了其增壓器裝置是以不同方式實(shí)現(xiàn)之 外，該發(fā)動(dòng)機(jī)與圖1中所示的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)。這里，發(fā)動(dòng)機(jī)包括渦輪增壓器裝置50，渦輪增壓 器裝置50包括均聯(lián)接到同一軸70上的壓縮機(jī)部分55、渦輪部分60和電機(jī)65。該軸可形 成為多件式，還可形成為一體式。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，廢氣通過(guò)廢氣收集器從氣缸流向渦輪增 壓器裝置50的渦輪部分60，在渦輪部分60中廢氣進(jìn)行作業(yè)。根據(jù)本發(fā)明，壓縮機(jī)部分55
6和/或由電機(jī)65利用該作業(yè)。壓縮機(jī)部分55和電機(jī)65還以以下方式集成，即，使得將壓 縮機(jī)部分的吸入管道75布置成與電機(jī)65的冷卻通道80流體連通，并且使壓縮機(jī)部分55 的吸入空氣布置成流過(guò)電機(jī)65的通道80。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒中使用的氣體(通常為燃燒 空氣)首先經(jīng)由電機(jī)的通道80被引導(dǎo)，并從該通道80被進(jìn)一步引向壓縮機(jī)部分55，壓縮氣 體的壓力在該壓縮機(jī)部分55處升高。通過(guò)根據(jù)本發(fā)明(圖2中示出了本發(fā)明的一種實(shí)施方式)的增壓器裝置50，發(fā)動(dòng) 機(jī)10在各種操作情況下具有明顯優(yōu)點(diǎn)?；跍u輪增壓器裝置的動(dòng)力平衡，電機(jī)既作為發(fā)電 機(jī)運(yùn)行也作為馬達(dá)運(yùn)行。在廢氣量較小的這種運(yùn)行狀態(tài)下，電機(jī)65可用于使壓縮機(jī)部分55 進(jìn)行作業(yè)，并因此保持比其通過(guò)從渦輪部分接收的動(dòng)力在該情況下可實(shí)現(xiàn)的壓力更高的增 壓。因此，電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)，以輔助壓縮機(jī)部分旋轉(zhuǎn)。在來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣量和其包含的能量大于壓縮機(jī)部分能夠使用的量或者用于 增壓燃燒空氣所需的量的狀態(tài)下，電機(jī)65可用于延遲渦輪(同時(shí)還有壓縮機(jī)，由于這些部 件位于同一軸上)，同時(shí)用于產(chǎn)生電能。在該情況下，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)。這使得可以使發(fā)動(dòng) 機(jī)的所有廢氣(即，整個(gè)廢氣流)能夠始終引導(dǎo)通過(guò)渦輪部分60，從而，該裝置不需要廢氣 門(mén)或其它設(shè)備(例如可調(diào)節(jié)的進(jìn)口葉片)來(lái)限制渦輪的動(dòng)力。這樣，根據(jù)本發(fā)明的裝置能 夠非常有效地形成渦輪部分所需的尺寸，而無(wú)任何使增壓器裝置的增壓力或旋轉(zhuǎn)速度過(guò)分 增大的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榻M件的轉(zhuǎn)速可通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)的延遲效應(yīng)來(lái)控制。該裝置還包括控制單元85，該控制單元85可以是專(zhuān)用于渦輪增壓器裝置的單元 或者可以是發(fā)動(dòng)機(jī)的集中控制系統(tǒng)的一部分。該控制單元布置成至少控制電機(jī)65的操作。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，本發(fā)明還涉及運(yùn)行在渦輪增壓器裝置50中具有高 負(fù)載(大于最大容量的60% )的渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的方法，該渦輪增壓器裝置50包括聯(lián)接 到同一軸70上的壓縮機(jī)部分55、渦輪部分60和電機(jī)65，在該方法中，將發(fā)動(dòng)機(jī)的基本上 整個(gè)廢氣流引向渦輪增壓器裝置的渦輪部分，在該渦輪部分處廢氣中的能量轉(zhuǎn)換成機(jī)械作 業(yè)，該機(jī)械作業(yè)用于運(yùn)行渦輪增壓器裝置的壓縮機(jī)部分并用于通過(guò)電機(jī)產(chǎn)生電能。在該方 法中，在將燃燒空氣輸送到壓縮機(jī)部分55之前，還可通過(guò)將熱從電機(jī)65傳遞到燃燒空氣來(lái) 加熱發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空氣。根據(jù)一種實(shí)施方式，渦輪增壓器裝置還包括用于測(cè)量軸的轉(zhuǎn)速的測(cè)量裝置127。在 該情況下，渦輪增壓器裝置優(yōu)選這樣運(yùn)行，即，使電機(jī)的操作根據(jù)轉(zhuǎn)速的測(cè)量以如下方式被 控制向電機(jī)供應(yīng)能量或者從電機(jī)吸取能量，以將渦輪增壓器裝置的轉(zhuǎn)速保持在預(yù)定的最 小和最大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。根據(jù)一種實(shí)施方式，渦輪增壓器裝置還包括用于測(cè)量由壓縮機(jī)部分55產(chǎn)生的壓 力的壓力計(jì)90。在該情況下，渦輪增壓器裝置優(yōu)選這樣運(yùn)行，即，使電機(jī)65的操作根據(jù)壓力 測(cè)量值以如下方式被控制向電機(jī)供應(yīng)能量或者從電機(jī)吸取能量，以將由渦輪增壓器裝置 產(chǎn)生的壓力保持在預(yù)定的最小和最大的壓力范圍內(nèi)。圖3更詳細(xì)地示出了根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器裝置50的一種實(shí)施方式，該渦輪增 壓器裝置通過(guò)利用圖2所示的原理與燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)連接。這樣，形成非常緊湊的組件，通過(guò)該 組件可改善發(fā)動(dòng)機(jī)的操作。該渦輪增壓器裝置根據(jù)由發(fā)動(dòng)機(jī)的操作條件確定的需求而非常 靈活地操作，這使得例如相對(duì)于需要過(guò)分加大用于發(fā)動(dòng)機(jī)的低轉(zhuǎn)速范圍的渦輪增壓器的尺 寸(這早就被認(rèn)為是個(gè)問(wèn)題)是有利的。圖3中所示的渦輪增壓器裝置50包括主體100，主體100包括彼此連接的電機(jī)的主體部165、壓縮機(jī)部分的主體部155和渦輪部分的主體部 160，其中壓縮機(jī)部分的主體部155適配在電機(jī)和渦輪部分的相應(yīng)主體部之間。這里的渦輪部分是軸向渦輪，其包括渦輪135和一組進(jìn)口葉片131，該組進(jìn)口葉片 131在氣體流動(dòng)方向上位于渦輪135的前方。在根據(jù)圖3的實(shí)施方式中的渦輪部分的后側(cè) 上，設(shè)置有擴(kuò)散器132，該擴(kuò)散器132的凸緣上可附接發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣通道。通過(guò)箭頭示出了 渦輪部分中氣體的流動(dòng)。壓縮機(jī)部分包括彼此連接的兩級(jí)徑向壓縮機(jī)，即，第一級(jí)56和第二級(jí)57，從第一 級(jí)的壓力側(cè)到第二級(jí)的吸入側(cè)布置有流動(dòng)通道140。流動(dòng)通道140設(shè)有中冷器145，從第一 級(jí)流到第二級(jí)的燃燒空氣在其被供應(yīng)到第二級(jí)57之前可由該中冷器145冷卻。兩個(gè)壓縮 機(jī)級(jí)分別包括壓縮機(jī)葉輪170、175，壓縮機(jī)葉輪170、175適配在共用軸70上并分別適配在 第一級(jí)和第二級(jí)的壓縮機(jī)殼體180、185內(nèi)，壓縮機(jī)殼體180、185分別布置在主體中。用箭 頭示出了壓縮機(jī)部分中氣體的流動(dòng)。參照?qǐng)D3和4，渦輪增壓器裝置50的電機(jī)65包括永磁體轉(zhuǎn)子190，該永磁體轉(zhuǎn) 子190與軸70連接地布置；以及定子部200，該定子部200環(huán)繞轉(zhuǎn)子。定子部支撐在電機(jī) 的主體部165上，并且包括電連接202，該電連接202用于向電機(jī)傳遞電能或從電機(jī)向電網(wǎng) 傳遞電能。定子部200包括氣體流道215，氣體流道215在其軸向方向上從第一端205延伸 到第二端210，該通道還用作電機(jī)的冷卻液通道。在該實(shí)施方式中，定子部的第一氣體流道 215布置在定子部的線圈部分201的徑向外側(cè)，以形成基本環(huán)形的流道，借此將電機(jī)的定子 部200的線圈部分201布置在定子部和/或其主體部的流道215的徑向內(nèi)側(cè)。定子部通過(guò)徑向延伸的支撐部203支撐在該定子部的外部分202上。定子與轉(zhuǎn)子 之間設(shè)置的氣隙216用作第二氣體流道。該流道同時(shí)形成用于電機(jī)65的冷卻液通道和用 于壓縮機(jī)部分的吸入通道。優(yōu)選地，壓縮機(jī)部分的基本所有的或者至少大部分的吸入空氣 設(shè)置成流過(guò)電機(jī)的氣體流道215、216。這樣，實(shí)際上包括發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒空氣的氣流量始終足 以冷卻電機(jī)，從另一方面來(lái)說(shuō)，該氣流量處于用于冷卻的恰當(dāng)溫度下。電機(jī)65中的定子部 和/或其主體部的氣體流道215相對(duì)于電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子部之間的氣隙形成所需要尺寸， 從而用于冷卻的恰好足量空氣流過(guò)所述氣隙，借此可使冷卻中的壓力損失最低。定子部和/或其主體部的布置在定子200中的氣體流道215的流動(dòng)橫截面積超過(guò) 電機(jī)65的流道的總橫截面積的90%，定子部200與轉(zhuǎn)子190之間的氣隙216的流動(dòng)橫截 面積小于電機(jī)65的流道的總橫截面積的10%。因此，小于10%的總氣流設(shè)置成流過(guò)定子 部200與轉(zhuǎn)子190之間的氣隙216?；诖舜_定定子部的氣體流道的橫截面。其優(yōu)選是電 機(jī)65的氣體流道的總橫截面積的95%至98%，借此在機(jī)器運(yùn)行時(shí)，氣流可始終流過(guò)定子部 200與轉(zhuǎn)子190之間的氣隙216。這確保轉(zhuǎn)子190的冷卻，但使得氣隙不引起電機(jī)的磁力操 作中的任何過(guò)分損失。由箭頭示出電機(jī)中氣體的流動(dòng)。渦輪增壓器裝置的軸70通過(guò)布置在該軸的第一端處的軸承125和布置在其第二 端處的軸承130可旋轉(zhuǎn)地支撐在主體上。軸70可基本為分件式剛性軸，或者其可制成為一 體式軸。第一端處的軸承125支撐在電機(jī)65的主體部165上，第二端處的軸承130支撐在 渦輪部分的主體部160上。電機(jī)的主體部165包括開(kāi)口 220，該開(kāi)口 220設(shè)置在主體部的殼 體中或者布置在其一端處，用于使壓縮機(jī)部分的吸入空氣能夠流到電機(jī)的定子部的第一端 205的側(cè)部。在該實(shí)施方式中，開(kāi)口徑向打開(kāi)，但其它方案也是可行的。在根據(jù)圖3的實(shí)施
8方式中，第一端處的軸承包括徑向軸承系統(tǒng)125. 1和軸向軸承系統(tǒng)125. 2。這些系統(tǒng)布置用 于潤(rùn)滑油的入口和出口 225。第一端處的軸承的殼體構(gòu)造受面向定子部的第一端205的氣 流空間的限制，借此壓縮機(jī)部分的吸入空氣還用作用于冷卻第一端處的軸承的殼體構(gòu)造的 介質(zhì)。實(shí)際上中，徑向軸承系統(tǒng)優(yōu)選為滑動(dòng)軸承系統(tǒng)。軸70的第二端(面向渦輪部分的一端)處的軸承130在該實(shí)施方式中僅包括徑 向軸承系統(tǒng)。第二端處的軸承130包括軸承殼體，該軸承殼體在該實(shí)施方式中適配在渦輪 部分60的主體部中，但是軸的第二端處的軸承的位置在一些應(yīng)用中還可以位于渦輪部分 60內(nèi)，借此廢氣對(duì)軸承溫度的影響小于圖中所示的情形。潤(rùn)滑油的入口和出口 230布置成 用于軸承以及主體部。渦輪部分的溫度因從其流過(guò)的廢氣因此較高，借此與軸的第二端處 的軸承一起進(jìn)行冷卻。冷卻裝置包括至少一個(gè)軸向通道242，該軸向通道242從軸70的一 端延伸經(jīng)過(guò)第二端處的軸承，并且在該通道的一端處具有至少一個(gè)徑向通道240，該徑向通 道240從軸70的表面延伸到軸向通道242。軸向通道242優(yōu)選延伸到第二渦輪級(jí)57的吸 入側(cè)，到達(dá)氣流中中冷器之后的點(diǎn)。在該實(shí)施方式中，徑向通道240分別布置在第一壓縮機(jī) 級(jí)56和第二壓縮機(jī)級(jí)57的壓縮機(jī)葉輪170、175之間的區(qū)域中的軸70上。在操作時(shí)，在第 一壓縮機(jī)級(jí)56之后，已處于被升壓并由中冷器冷卻的氣體(空氣)沿通道240、242經(jīng)過(guò)軸 的第二端處的軸承130并在軸內(nèi)流動(dòng)，以將軸承的溫度保持得較低。氣體從通道242排出 到渦輪部分的擴(kuò)散器中，并通過(guò)渦輪135的間隙從該擴(kuò)散器排到廢氣通道中。通過(guò)將低溫流體通過(guò)通道引導(dǎo)到軸70中，以降低軸的溫度并減小其直徑，通道 240,242還可用于分離渦輪和第二壓縮機(jī)級(jí)的壓縮機(jī)葉輪，同時(shí)，通過(guò)加熱所述渦輪或壓縮 機(jī)葉輪而分開(kāi)軸與渦輪或第二壓縮機(jī)級(jí)的壓縮機(jī)葉輪之間的收縮配合。為了降低推力軸承(即，軸向軸承)上的負(fù)載，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，補(bǔ)償由壓 縮機(jī)葉輪和渦輪在正常操作位置上產(chǎn)生的軸向力或至少使其最小。圖5中示出形成密封的 原理。如下所述通過(guò)兩級(jí)式壓縮部分55中的壓縮機(jī)葉輪170、175的軸密封而提供密封。密 封件250以一定方式布置在壓縮機(jī)葉輪后面，即，布置在相對(duì)于葉片葉輪的相對(duì)側(cè)上的徑 向壓縮機(jī)中。該密封件由迷宮密封形成。在圖5中，實(shí)線箭頭401、402示出推動(dòng)推力軸承 的力，虛線箭頭403、404表示拉動(dòng)推力軸承的力。力401、402、403和404由壓縮機(jī)部分產(chǎn) 生，而力405由渦輪部分產(chǎn)生。雙點(diǎn)線箭頭406示出在正常的操作狀態(tài)下施加至推力軸承 上的負(fù)載。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，影響壓縮機(jī)級(jí)的總力被調(diào)節(jié)成使其與由渦輪部分 60施加至軸70上的軸向力405的士 10%的精度對(duì)應(yīng)，借此，在正常的操作狀態(tài)下，施加在 推力軸承上的負(fù)載大約為由渦輪施加在軸上的軸向力的士 10%。從而，正常狀態(tài)下軸向力 很小，這導(dǎo)致推力軸承上的負(fù)載也很小，并由此其壽命變長(zhǎng)。大體實(shí)現(xiàn)該類(lèi)平衡狀態(tài)，使得 第二壓縮機(jī)級(jí)的密封件250布置在軸70與主體部55之間以及第二壓縮機(jī)葉輪175與主體 部155之間。這在壓縮機(jī)葉輪后部提供了相對(duì)于施加在那里的和施加在渦輪增壓器裝置的 其它部件上的壓力和/或力的適當(dāng)表面積，使得能夠?qū)崿F(xiàn)力平衡。應(yīng)注意，上述僅描述了本發(fā)明的幾個(gè)最有利的實(shí)施方式。因此應(yīng)清楚，本發(fā)明不限 于上述實(shí)施方式，而是在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可結(jié)合不同的活塞發(fā)動(dòng)機(jī)被實(shí)施成許 多方式。本發(fā)明既可被應(yīng)用至四沖程也可被應(yīng)用至兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，這些發(fā)動(dòng)機(jī)由液體和/ 或氣體燃料驅(qū)動(dòng)。如果特別期望或者如果存在這樣的技術(shù)可行性，結(jié)合不同實(shí)施方式描述 的特征最好可與其它實(shí)施方式一起使用和/或可在本發(fā)明的范圍和基本理念內(nèi)形成所述
9特征的各種結(jié)合。
權(quán)利要求
一種用于活塞發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓器裝置(50)，該增壓器裝置包括聯(lián)接到同一軸(70)上的壓縮機(jī)部分(55)和電機(jī)(65)，其中，所述電機(jī)設(shè)置有至少一個(gè)氣體流道(215，216)，所述壓縮機(jī)部分的吸入管道布置成與所述電機(jī)(65)的所述氣體流道(215，216)流體連通，使得用于所述壓縮機(jī)部分的吸入空氣布置成流過(guò)所述電機(jī)的所述至少一個(gè)氣體流道，以提供對(duì)所述電機(jī)(65)的冷卻，所述增壓器裝置的特征在于，所述電機(jī)(65)的所述氣體流道包括位于所述電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子部之間的氣隙(216)；以及所述定子部和/或其主體部的布置在所述定子部(200)中的氣體流道(215)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器裝置，其特征在于，用于所述壓縮機(jī)部分(55)的所述 吸入空氣的大部分布置成流過(guò)所述電機(jī)的所述至少一個(gè)氣體流道(215，216)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器裝置，其特征在于，所述壓縮機(jī)部分(55)至少包括第 一壓縮機(jī)級(jí)(56)和第二壓縮機(jī)級(jí)(57)，所述壓縮機(jī)部分的所述第一壓縮機(jī)級(jí)(56)的吸入 管道布置成與所述電機(jī)的所述氣體流道(215，216)流體連通，使得用于所述壓縮機(jī)部分的 所述第一壓縮機(jī)級(jí)的吸入空氣布置成流過(guò)所述電機(jī)(65)的所述氣體流道。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的增壓器裝置，其特征在于，流過(guò)所述第一壓縮機(jī)級(jí)(56)的基 本所有氣體被引導(dǎo)到所述第二壓縮機(jī)級(jí)(57)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器裝置，其特征在于，所述電機(jī)(65)的所述定子部和/ 或其主體部的所述氣體流道(215)的尺寸根據(jù)所述電機(jī)的所述轉(zhuǎn)子與所述定子部之間的 所述氣隙(216)形成，使得恰好足夠量的用于冷卻的空氣流過(guò)所述氣隙，借此使冷卻中的 壓力損失最小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器裝置，其特征在于，所述電機(jī)的所述定子部(200)的線 圈部分(201)布置在所述定子部和/或其主體部的所述氣體流道(215)徑向內(nèi)側(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器裝置，其特征在于，所述定子部和/或其主體部的布置 在所述定子部(200)中的所述氣體流道(215)的流動(dòng)橫截面積超過(guò)所述電機(jī)(65)的氣體 流道的總橫截面積的90%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器裝置，其特征在于，所述定子部的所述氣體流道的橫 截面為所述電機(jī)(65)的所述氣體流道的總橫截面積的95%至98%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增壓器裝置，其特征在于，所述軸(70)包括至少一個(gè)軸向流 道(242)，該至少一個(gè)軸向流道從所述壓縮機(jī)部分延伸到所述軸(70)的第二軸承，用于將 通過(guò)所述壓縮機(jī)部分增壓的氣體輸送到軸承(130)，以使其冷卻。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的增壓器裝置，其特征在于，該增壓器裝置為包括渦輪部分 (60)的渦輪增壓器裝置，并且第二端處的所述軸承(130)位于面向所述渦輪部分(60)的軸 端處。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的增壓器裝置，其特征在于，所述壓縮機(jī)部分具有兩級(jí)，所述 流道(240，242)從所述壓縮機(jī)部分(55)的所述第二壓縮機(jī)級(jí)(57)的吸入側(cè)延伸到所述軸 (70)的第二端處的所述軸承。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的增壓器裝置，其特征在于，所述軸(70)的徑向軸承(125.1， 130)通過(guò)所述電機(jī)(65)的所述主體部(165)支撐在第一端處，并通過(guò)所述渦輪部分(60) 的主體部(160)支撐在第二端處。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的增壓器裝置，其特征在于，軸向軸承(125.2)通過(guò)所述電機(jī)的所述主體部(165)支撐。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的增壓器裝置，其特征在于，軸向軸承(125.2)布置在所述渦 輪部分中，并且通過(guò)所述渦輪的主體部支撐。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的增壓器裝置，其特征在于，該增壓器裝置為包括 渦輪部分(60)的渦輪增壓器裝置，并且所述壓縮機(jī)部分(55)、所述渦輪部分(60)和所述電 機(jī)(65)布置在所述軸(70)上，使得所述壓縮機(jī)部分軸向適配在所述電機(jī)與所述渦輪部分 之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種增壓器裝置(50)，該增壓器裝置包括聯(lián)接到同一軸(70)上的壓縮機(jī)部分(55)和電機(jī)(65)。電機(jī)設(shè)置有至少一個(gè)用于氣體的流道(215，216)，壓縮機(jī)部分的吸入管道布置成與電機(jī)(65)的氣體流道(215，216)流體連通，使得將用于壓縮機(jī)部分的吸入空氣布置成流過(guò)所述至少一個(gè)氣體流道。
文檔編號(hào)F02B39/00GK101910581SQ200980101981
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月10日
發(fā)明者加考·拉約拉, 安特羅·阿凱奧 申請(qǐng)人:瓦錫蘭芬蘭有限公司