渦輪復(fù)合單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種禍輪復(fù)合單元，以及一種制造禍輪復(fù)合單元的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]渦輪復(fù)合單元是一種車(chē)輛部件，它用于回收排氣流的能量的一部分并將該能量轉(zhuǎn)換為軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作為增加的扭矩被傳遞給車(chē)輛的曲軸。
[0003]通常，渦輪復(fù)合單元具有軸，其中在一個(gè)遠(yuǎn)端處布置有渦輪機(jī)葉輪。當(dāng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行時(shí)，排氣將流到渦輪復(fù)合單元中并使渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)。因此，渦輪復(fù)合單元的該軸將相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)。
[0004]該軸的相反的另一端設(shè)置有與另外的齒輪嚙合的齒輪，用于促成該軸與車(chē)輛的曲軸之間的旋轉(zhuǎn)聯(lián)接。當(dāng)該軸由于排氣流過(guò)渦輪復(fù)合單元而旋轉(zhuǎn)時(shí)，該軸的旋轉(zhuǎn)能量將作為增加的扭矩被傳遞給曲軸。
[0005]已經(jīng)證明，在車(chē)輛中使用渦輪復(fù)合單元能夠在行駛經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)境方面提供顯著優(yōu)點(diǎn);從排氣流回收能量將實(shí)際上減少車(chē)輛的燃料消耗。
[0006]渦輪復(fù)合單元的該軸被允許相對(duì)于殼體旋轉(zhuǎn)，由此，需要支撐該軸來(lái)允許這種旋轉(zhuǎn)。為此，通常使用軸承。
[0007]W08600665中描述了渦輪復(fù)合單元的一個(gè)例子。這里，該軸由布置在渦輪機(jī)葉輪和所述齒輪之間的兩個(gè)間隔開(kāi)的滾子軸承支撐。然而，這種類(lèi)型的方案具有多個(gè)缺點(diǎn)。例如，每個(gè)滾子軸承需要精確地對(duì)準(zhǔn)以便所述軸中不存在振動(dòng)。即使這兩個(gè)滾子軸承的對(duì)準(zhǔn)僅存在輕微的差異，渦輪復(fù)合單元的效率也將迅速下降。為了確保渦輪復(fù)合單元的適當(dāng)運(yùn)行，需要苛刻且復(fù)雜的組裝方法。另外，所述軸承需要軸向預(yù)緊。軸承的不同材料、滾道和周?chē)臍んw將由于溫度變化而引起不同的膨脹，這因而要求預(yù)緊力足夠大。由于需要增大預(yù)緊，所述軸承將因此受到增加的摩擦。
[0008]因而，需要一種改進(jìn)的渦輪復(fù)合單元。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是提供一種允許更簡(jiǎn)單且更成本有效地制造的渦輪復(fù)合單元。
[0010]根據(jù)第一方面，通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪復(fù)合單元來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的。該渦輪復(fù)合單元包括渦輪機(jī)軸、被支撐在渦輪機(jī)軸的一端處的渦輪機(jī)葉輪、以及被支撐在渦輪機(jī)軸的相反的另一端處的齒輪。另外，該渦輪復(fù)合單元包括滾動(dòng)軸承座，該滾動(dòng)軸承座包括至少兩個(gè)軸向間隔開(kāi)的滾道，每個(gè)滾道容納多個(gè)滾動(dòng)元件，其中，該滾動(dòng)軸承座在所述渦輪機(jī)葉輪和齒輪之間被同心地布置在渦輪機(jī)軸上，以允許所述渦輪機(jī)軸旋轉(zhuǎn)。
[0011]所述滾動(dòng)元件可以是滾珠或滾柱，由此，所述軸承座可以制造成用于標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)元件。
[0012]該渦輪復(fù)合單元還可以包括殼體，其中，該滾動(dòng)軸承座包括抵靠渦輪機(jī)軸布置的內(nèi)圈和抵靠所述殼體布置的外圈，其中，該內(nèi)圈和外圈形成用于滾動(dòng)元件的至少兩個(gè)軸向間隔開(kāi)的滾道。通過(guò)抵靠所述殼體布置該外圈，能夠在所述殼體和外圈之間提供擠壓油膜，從而消除了對(duì)單獨(dú)套筒的需求。
[0013]所述內(nèi)圈的一個(gè)橫向端可以與所述齒輪接觸，這是有利的，因?yàn)檫@種接觸將增加到所述齒輪的扭矩傳遞，因?yàn)檩S承座和所述齒輪之間的軸向連接將減小振動(dòng)。
[0014]所述內(nèi)圈的一個(gè)橫向端可以延伸到甩油環(huán)中?？蛇x地，該甩油環(huán)可以與所述內(nèi)圈一體地形成。因此，該軸組件被簡(jiǎn)化，因?yàn)槭÷粤藛为?dú)安裝該甩油環(huán)的步驟。
[0015]該甩油環(huán)可以布置在內(nèi)圈的面向所述渦輪機(jī)葉輪的橫向端處。該甩油環(huán)包括從內(nèi)圈的此橫向端徑向向外突出的部分。通過(guò)使甩油環(huán)與軸承座連接，甩油環(huán)的直徑可以變得更大且因此更有效。
[0016]所述外圈可以包括軸向布置在所述滾道之間的至少一個(gè)進(jìn)油口。所述外圈還可以包括軸向布置在所述滾道之間的至少一個(gè)出油口。因此，能夠以簡(jiǎn)單可靠的方式提供對(duì)所述軸承的高效潤(rùn)滑。
[0017]該進(jìn)油口和出油口可以沿著所述外圈的圓周間隔開(kāi)。這是有利的，因?yàn)?油可以從軸承座的上側(cè)被注入，同時(shí)，油可以由于重力而在下側(cè)離開(kāi)該軸承座。
[0018]根據(jù)第二方面，提供了一種內(nèi)燃機(jī)。該內(nèi)燃機(jī)包括前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的渦輪復(fù)合單元，其中，所述齒輪被布置成將扭矩從渦輪機(jī)軸傳遞到曲軸。
[0019]根據(jù)又一方面，提供了一種制造渦輪復(fù)合單元的方法。該方法包括以下步驟:將同心的渦輪機(jī)葉輪在渦輪機(jī)軸的一端處以可旋轉(zhuǎn)方式剛性地布置在渦輪機(jī)軸上;將渦輪機(jī)葉輪和渦輪機(jī)軸插入在殼體中；將滾動(dòng)軸承座圍繞渦輪機(jī)軸同心地布置，以允許渦輪機(jī)軸相對(duì)于所述殼體旋轉(zhuǎn)，該滾動(dòng)軸承座包括至少兩個(gè)軸向間隔開(kāi)的滾道，每個(gè)滾道容納多個(gè)滾動(dòng)元件；以及，在渦輪機(jī)軸的與渦輪機(jī)葉輪相反的一端處布置同心的齒輪。
[0020]在渦輪機(jī)軸的與渦輪機(jī)葉輪相反的一端處布置同心的齒輪的上述步驟可以包括將所述齒輪布置成與所述滾動(dòng)軸承座緊密接觸。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]下面，將參照附圖描述本發(fā)明，其中:
[0022]圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的內(nèi)燃機(jī)的不意圖；
[0023]圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的渦輪復(fù)合單元的側(cè)視圖；
[0024]圖3a是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的渦輪復(fù)合單元的渦輪機(jī)軸的側(cè)視圖；
[0025]圖3b是根據(jù)另一實(shí)施例的渦輪復(fù)合單元的渦輪機(jī)軸的側(cè)視圖；
[0026]圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的渦輪復(fù)合單元的滾子軸承座的橫截面視圖；并且
[0027]圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的方法的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]首先參照?qǐng)D1，示出了內(nèi)燃機(jī)10。內(nèi)燃機(jī)10包括多個(gè)氣缸20，這些氣缸20通過(guò)燃燒燃料(例如柴油或汽油)而運(yùn)行，由此，活塞在氣缸20內(nèi)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)被轉(zhuǎn)換為曲軸30的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。曲軸30進(jìn)一步連接到用于將扭矩提供給驅(qū)動(dòng)元件(未示出)的變速器(未示出)。在重型車(chē)輛(例如卡車(chē))的情況下，該驅(qū)動(dòng)元件是車(chē)輪;然而，內(nèi)燃機(jī)10也可用于其他設(shè)備，例如建筑設(shè)備，船舶應(yīng)用等。
[0029]內(nèi)燃機(jī)10還包括排氣系統(tǒng)40，該系統(tǒng)40的目的是回收排氣流中的能量的至少一部分以提高內(nèi)燃機(jī)10的性能。在所示出的例子中，排氣離開(kāi)氣缸20并進(jìn)入歧管42，該歧管42進(jìn)一步連接到渦輪增壓機(jī)50的入口 52。排氣流使渦輪機(jī)葉輪54旋轉(zhuǎn)，該旋轉(zhuǎn)被轉(zhuǎn)換為壓縮機(jī)葉輪56的相應(yīng)旋轉(zhuǎn)，該壓縮機(jī)葉輪56用于在進(jìn)氣被引導(dǎo)到氣缸20中之前壓縮該進(jìn)氣。渦輪增壓器50的結(jié)構(gòu)及其功能規(guī)格在本領(lǐng)域中是眾所周知的，因此將不再進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0030]排氣離開(kāi)渦輪增壓器50并流動(dòng)到渦輪復(fù)合單元100，可選地，經(jīng)由排氣調(diào)節(jié)器(未示出)流動(dòng)到渦輪復(fù)合單元100。所進(jìn)入的排氣(其一部分能量已經(jīng)用于驅(qū)動(dòng)渦輪增壓機(jī)50的渦輪機(jī)葉輪54)被引導(dǎo)通過(guò)渦輪復(fù)合單元100的渦輪機(jī)葉輪110，從而使渦輪機(jī)葉輪110和相關(guān)的渦輪機(jī)軸120旋轉(zhuǎn)。齒輪130被固定地布置在渦輪機(jī)軸120上并與另外的齒輪35嚙合以將渦輪機(jī)軸120聯(lián)接到曲軸30。因此，當(dāng)渦輪機(jī)葉輪110被強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)時(shí)，渦輪機(jī)軸120向曲軸30提供額外的扭矩。
[0031]離開(kāi)該渦輪復(fù)合單元的排氣流入到后處理系統(tǒng)中，該后處理系統(tǒng)在有毒物質(zhì)(例如NOx)經(jīng)由排氣尾管離開(kāi)內(nèi)燃機(jī)10之前從排氣中過(guò)濾和去除該有毒物質(zhì)。
[0032]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2，將給出渦輪復(fù)合單元100的更詳細(xì)說(shuō)明。所進(jìn)入的排氣穿過(guò)由渦輪機(jī)軸120支撐的渦輪機(jī)葉輪110。渦輪機(jī)葉輪110以同心的方式布置在渦輪機(jī)軸120的一端處，使得渦輪機(jī)葉輪110和渦輪機(jī)軸120享有共同的旋轉(zhuǎn)軸線。渦輪機(jī)軸120被允許相對(duì)于固定的殼體140旋轉(zhuǎn)。為此，渦輪機(jī)軸120延伸穿過(guò)殼體140的空腔，該空腔被形成為通孔，該通孔被構(gòu)造成容納渦輪機(jī)軸120。
[0033]渦輪機(jī)軸120的相反的另一端設(shè)置有齒輪130，該齒輪130布置在殼體140外部并通過(guò)夾緊環(huán)150被旋轉(zhuǎn)固定到渦輪機(jī)軸120。夾緊環(huán)150由渦輪機(jī)軸120上的圓柱形部分122軸向固定，從而該夾緊環(huán)150被擠壓在圓柱形部分122和齒輪130之間。圓柱形部分122因此形成渦輪機(jī)軸120的末端部，該末端部具有比夾緊環(huán)150的內(nèi)徑稍大的直徑。
[0034]滾子軸承座160被設(shè)置在渦輪機(jī)軸120和殼體140之間，以允許渦輪機(jī)軸120相對(duì)于殼體140旋轉(zhuǎn)。滾子軸承座160具有內(nèi)圈162和外圈164，滾動(dòng)元件166布置在該內(nèi)圈162和外圈164之間。內(nèi)圈162和外圈164形成至少兩個(gè)間隔開(kāi)的滾道，以便允許兩組獨(dú)立的滾動(dòng)元件166a、166b在每個(gè)滾道內(nèi)旋轉(zhuǎn)。由每組滾動(dòng)元件166a、166b各自的路徑形成的所述滾道彼此平行地延伸，使得每個(gè)滾道沿著內(nèi)圈162的圓周形成閉合環(huán)路。因此，這些滾道布置在渦輪機(jī)軸120旋轉(zhuǎn)軸線垂直的方向上。
[0035]殼體140還包括供油部142，該供油部142被提供為殼體140內(nèi)的空腔?？涨?42通過(guò)設(shè)置在外圈164中的進(jìn)油口 168而與滾子軸承座160的內(nèi)部流動(dòng)連通。因此，供油部142允許潤(rùn)滑流體(例如油)流動(dòng)到進(jìn)油口 168，由此，該潤(rùn)滑流體可以利用重力流動(dòng)到滾子軸承座160 中。
[0036]為了支撐渦輪機(jī)葉輪110和齒輪130，渦輪機(jī)軸120優(yōu)選被形成為圓柱體，其中，渦輪機(jī)軸120的外徑沿著其縱向軸線是變化的。從渦輪機(jī)葉輪端開(kāi)始，渦輪機(jī)軸120包括具有第一直徑Dl的遠(yuǎn)端部分124。渦輪機(jī)軸120的遠(yuǎn)端部分124用于兩個(gè)目的，即:i)連接渦輪機(jī)葉輪110，和ii)提供對(duì)殼體140的密封。鄰近于該遠(yuǎn)端部分124，設(shè)有具有第二直徑D2的軸承部分126。軸承部分126用于支撐滾子軸承座160的內(nèi)圈162。軸承部分126布置在遠(yuǎn)端部分124和具有直徑D3的齒輪部分128之間。齒輪部分128用于支撐齒輪130和夾緊環(huán)150。在優(yōu)選實(shí)施例中，D1>D2>D3。
[0037]如圖2中進(jìn)一步可見(jiàn)，殼體140將渦輪機(jī)軸110和相關(guān)的齒輪130相對(duì)于排氣所流入的渦輪機(jī)葉輪110的區(qū)域密封。為此，渦輪機(jī)軸120的遠(yuǎn)端部分124包括一個(gè)或多個(gè)凹部，所述凹部中的每一個(gè)都形成環(huán)形凹槽。朝向所述殼體敞口的這種凹槽可以被加壓，以便在這些凹槽中提供過(guò)壓(overpressure)。因此，如果排氣流導(dǎo)致禍輪復(fù)合單元100的禍輪機(jī)葉輪側(cè)的壓力不足，在所述環(huán)形凹槽中提供的過(guò)壓將防止油或其他顆粒被吸入排氣流中。
[0038]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3a和3b，將描述渦輪復(fù)合單元100的不同實(shí)施例。所示的這些實(shí)施例具有與已參照?qǐng)D2描述的相同的結(jié)構(gòu)特征，例如渦輪機(jī)葉輪110、渦輪機(jī)軸120和齒輪