具有减压装置的轴轴承组件和降低支撑轴的轴承壳体内部压力的方法与流程

1.本公开的实施例涉及一种具有被支撑在轴承壳体中的轴的轴轴承组件，特别是涡轮复合系统或增压系统的轴轴承组件，例如用于内燃机的轴轴承组件。本公开的其他实施例涉及降低支撑轴的轴承壳体内部压力的方法。


背景技术：

2.众所周知，诸如废气涡轮增压器的增压系统用于增加内燃机功率。在这种废气涡轮增压器中，涡轮机被设置在内燃机的废气路径中，并且压缩机被布置在内燃机的上游，压缩机通过公共轴连接到涡轮机。该轴通常由轴轴承支撑，该轴轴承被支撑在轴承壳体中。因此，废气涡轮增压器通常由转子、用于轴的轴轴承组件、导流壳体部分(压缩机壳体和涡轮机壳体)和轴承壳体组成。转子包括轴、叶轮和涡轮机叶轮。
3.随着借助于废气涡轮增压器为内燃机增压，气缸中的容量增加，并且因此气缸中的燃料混合物增加，从而使发动机的功率显著增加。可选地，能够借助于动力涡轮机将存储在内燃机的废气中的能量转化为电能或机械能。在这种情况下，代替压缩机，与废气涡轮增压器的情况相同，发电机或机械消耗器连接到涡轮机轴。
4.由于涡轮机侧和压缩机侧流动区域中的高过程压力，因此采用合适的密封构思相对于轴承壳体的腔密封废气涡轮增压器的轴。轴承壳体的腔中的内部压力通常对应于大气压。然而，压缩机侧和涡轮机侧的流动通道中的气体压力取决于废气涡轮增压器的当前工作点，并且在大多数工作点处高于轴承壳体的腔中的压力。然而，在特定情况下，也需要考虑低压力(例如，在部分负载运行或休息时)。
5.通常，供应到轴承和冷却孔的润滑油在轴承外壳内部积聚，润滑油从轴承外壳内部通过排油口流出轴承外壳。在轴承外壳与涡轮机或压缩机之间使用轴密封件，以避免油泄漏到这些部件的气体路径中。通常，这种轴密封件包括诸如预排水件的非接触式密封元件、一个或更多个集油室以及一个或更多个密封环。然而，已经发现像上面提到的传统密封构思仍然不是完全油密的。
6.特别是在内燃机的空转或部分负载条件下，在轴承外壳内部可能发生仅比大气压高出几毫巴的轻微压力。此外，在这些条件下操作时，压缩机或涡轮机侧的压力能够降到大气压之下，这意味着轴承外壳内部的压力高于压缩机或涡轮机侧的压力，并且在轴密封件上产生正压力梯度。正压力梯度通常是漏油的主要驱动因素，因为空气和油通过密封件被从轴承外壳吸入部件的气体路径中。因此，对避免这种跨密封件的压力差为正的情况的需求很高。然而，已经发现，带有挡板的轴轴承组件的常规实现方式在密封性能方面仍然存在一些问题，例如油沿着不希望的轴线方向离开。因此，对于各种应用，需要具有改进密封性能的轴轴承组件。


技术实现要素：

7.鉴于上述情况，提供了一种根据独立权利要求所述的用于支撑在轴承壳体中的轴的轴轴承组件和降低支撑轴的轴承壳体内部压力的方法。从从属权利要求、说明书和附图中可以明显看出本公开其他的方面、优点和特征。
8.更具体地说，根据本公开的一个方面，提供了一种轴轴承组件。该轴轴承组件具有支撑在轴承壳体中的轴。此外，该轴轴承组件包括用于在轴承壳体内产生低压力的减压装置。该减压装置通过采用不可压缩流体进行操作。
9.因此，与现有技术相比，提供了一种轴轴承组件，该轴轴承组件在其密封性能方面得到改进。特别地，如本文所述的轴轴承组件的实施例有利地避免了跨轴承壳体接口、特别是跨轴密封件的正压力梯度的发生。
10.因此，通过在涡轮复合系统(turbo compound)和/或在增压系统中采用根据本文所述的实施例的轴轴承组件，能够提供改进的涡轮复合系统和/或增压系统。因此，通过提供具有根据本文所述的任何实施例的轴轴承组件的涡轮复合系统和/或增压系统，能够提供改进的内燃机。
11.根据本公开的另一方面，提供了一种降低支撑轴的轴承壳体内部压力的方法。该方法包括使用不可压缩流体来操作减压装置，以在轴承壳体内产生低压力。
附图说明
12.可以参考实施例对本公开进行更具体描述，以使得能够详细理解本公开的上述特征，本公开已在上文中简要总结。附图涉及本公开的实施例，并描述如下：
13.图1示出了根据本文所述的实施例的包括减压装置的轴轴承组件的示意图；
14.图2示出了根据本文所述的其他实施例的轴轴承组件的示意图，其中减压装置至少部分集成在轴承壳体中；
15.图3示出了根据本文所述的其他实施例的轴轴承组件的示意图，其中减压装置设置在轴承壳体内；
16.图4示出了根据本文所述的其他实施例的轴轴承组件的示意图，该承载组件具有减压装置和串联连接的至少一个其他的减压装置；
17.图5示出了根据本文所述的其他实施例的轴轴承组件的示意图，该承载组件具有减压装置和并联连接的至少一个其他减压装置；
18.图6示出了根据本文所述的其他实施例的轴轴承组件的示意图，该承载组件具有用于控制由减压装置产生的低压力的压力控制器；
19.图7示出了包括根据本文所述的任何实施例的轴轴承组件的内燃机的示意图；和
20.图8a和图8b示出了用于说明本文所述的降低轴承壳体内部压力的方法的实施例的框图。
具体实施方式
21.现在将详细参考各种实施例，每个附图说明了这些实施例的一个或更多个示例。每个示例均以解释的方式提供，而不是用作限制。例如，作为实施例的一部分说明或描述的特征能够用在任何其他实施例上或与任何其他实施例组合使用以产生又一实施例。本公开
旨在包括此类修改和变型。
22.在下面的附图描述中，相同的附图标记指代相同或相似的部件。通常，仅描述相对于各个实施例的差异。除非另有说明，否则在一个实施例中对零件或方面的描述也能适用于另一实施例中的对应零件或方面。
23.示例性参考图1，其描述了根据本公开的轴轴承组件10。根据能够与本文所述的任何其它实施例组合的实施例，轴轴承组件10具有支撑在轴承壳体12中的轴11。此外，轴轴承组件10包括减压装置13，减压装置13用于在轴承壳体12内部产生低压力。在这方面，需要注意的是，表述“轴承壳体内部的低压力”应理解为轴承壳体内部的压力低于轴承壳体的外部的压力。通常，轴承壳体的外部处于大气压。因此，“低压力”可以理解为低于大气压的压力。通过采用不可压缩流体来操作减压装置13。特别是，该不可压缩流体能够为油。在这方面，需要注意的是，通过采用不可压缩流体来操作减压装置13应理解为，该不可压缩流体用作用于操作减压装置的工作流体，特别是用于为操作减压装置提供能量。
24.因此，有利地提供了具有改进的密封性能的轴轴承组件。特别地，如本文所述的带有减压装置的轴轴承组件的实现有利于避免发生跨轴承壳体接口(例如轴密封件)的正压力梯度。
25.根据能够与本文所述的任何其它实施例组合的实施例，减压装置13基于喷射泵的原理。换言之，能够将减压装置理解成根据喷射泵原理工作的装置。减压装置13被配置成在轴承壳体12内部产生并保持低压力。特别地，由减压装置13在轴承壳体12内部产生低压力是基于以下效果：将高动能(所谓的驱动流)注入射流，这反过来又允许与吸入流体(suction fluid)(例如油)进行动量交换，以提供吸入流。特别是，该吸入流体通常分别由油(例如来自轴承，以及例如来自冷却孔)和涡轮增压器或涡轮复合系统的工作流体(特别是空气或废气)组成。因此，吸入流体得到加速，并产生期望的低压力。在这方面，需要注意的是，内燃机的供油通常处于几巴的压力下，这提供了足够的能量存储，因为对于吸入效应，只需要几毫巴。因此，有利的是，减压装置不需要在很高的效率水平操作，这是因为通过供油提供的能量存储明显大于操作减压装置所需的能量。换言之，对于减压装置是基于喷射泵工作原理的情况，是否最终考虑喷射泵的所有基本元件(例如吸入室、混合喉或扩散器)或它们是否在众所周知的设计标准内设计可能不太相关。在这方面，需要注意的是，对于减压装置有多种安装可能性。
26.根据能够与本文所述的任何其它实施例组合的实施例，减压装置13被配置成通过驱动油流和吸入油流来操作。驱动油流由供油装置所提供的油提供，该供油装置用于向轴轴承组件的轴承提供油。吸入油流由从轴承流出的油提供。更具体地说，吸入油流可以由从轴承和冷却孔流出的油提供。特别是，根据应用领域(例如，中速应用)，可以在涡轮机侧的轴承外壳中提供冷却孔或冷却钻孔。由涡轮增压器向冷却孔供油，以冷却涡轮机侧壁的温度水平，例如通过喷雾冷却(spray cooling)来冷却涡轮机侧壁的温度水平。换言之，就如轴承(例如径向轴承或轴向轴承)一样，冷却孔的作用类似于额外的“油消耗器”，因此，冷却孔的实现有助于减压装置(例如喷射泵)的吸入流。
27.示例性参考图2，根据能够与本文所述的任何其它实施例组合的实施例，减压装置13包括至少一个喷嘴14。在减压装置13的操作期间，通过至少一个喷嘴14来提供由外部供油装置所提供的油。特别是，可以将油理解为用于减压装置的工作流体并且至少一个喷嘴
14用于产生射流。通常，由供油装置为喷嘴供油。例如，该供油装置是用于轴轴承组件的轴承的供油装置。更一般地，该供油装置能够是涡轮复合系统和/或增压系统(例如内燃机)的供油装置。该供油装置可以是内部供油装置或外部供油装置。
28.根据能够与本文所述的任何其它实施例组合的实施例，至少一个喷嘴14选自单喷嘴(single jet nozzle)、多喷嘴(multiple jet nozzle)(例如双喷嘴)、环形喷嘴、被配置为喷射作为涡流的射流的喷嘴、以及波瓣喷嘴。
29.根据能够与本文所述的任何其它实施例组合的实施例，减压装置13与轴承壳体12连接。特别是，减压装置13可以包括吸入室，该吸入室可以通过管接头与轴承壳体连接。
30.示例性参考图3，根据能够与本文所述的任何其它实施例组合的实施例，减压装置13至少部分集成在轴承壳体12中。换言之，减压装置13能够全部或部分集成在轴承壳体12中。因此，有利地能够提供更节省空间的设计。替代地，如图4示意性所示，减压装置13能够设置在轴承壳体12内部。因此，减压装置13可以被布置并被配置成用于在轴承壳体12内部产生局部的较低压力。
31.根据能够与本文所述的任何其它实施例组合的实施例，轴轴承组件10还可以包括一个或更多个其他减压装置15，如图4示意性所示。例如，一个或更多个其他减压装置15能够与减压装置13串联连接，如图4所示。附加地或替代地，一个或更多个其他减压装置15能够与减压装置13并联连接，如图5示例性所示。
32.示例性参考图6，根据能够与本文所述的任何其它实施例组合的实施例，轴轴承组件10包括控制器16，控制器16用于控制由减压装置13和/或一个或更多个其他减压装置15产生的低压力。该控制器可以是主动驱动控制器或被动驱动控制器。例如，该控制器能够被配置为用于设定减压装置的吸入压力。此外，该控制器可以被配置成用于打开或关闭减压装置。
33.因此，鉴于本文所述的轴轴承组件的实施例，应当理解，通过在涡轮复合系统和/或在增压系统中采用本文所述的轴轴承组件，能够提供改进的涡轮复合系统和/或增压系统。因此，通过提供具有根据本文任意实施例所述的轴轴承组件的涡轮复合系统和/或增压系统，能够提供改进的内燃机。图7示意性地示出了包括根据本文所述的任何实施例的轴轴承组件10的内燃机20。
34.示例性参考图8a和图8b所示的框图，其描述了根据本公开所述的降低支撑轴11的轴承壳体12内部压力的方法30的实施例。根据能够与本文所述的任何其它实施例组合的实施例，方法30包括使用(由图8a中的框31表示)不可压缩流体操作减压装置13，以在轴承壳体12内部产生低压力。
35.根据能够与本文所述的任何其他实施例相组合的方法30的实施例，使用(由图8a中的框31表示)不可压缩流体操作减压装置13包括提供(由图8b中的框32表示)用于操作减压装置13的驱动油流和吸入油流。驱动油流由来自用于轴承的供油装置的油提供。吸入油流由从轴承流出的油提供。
36.根据能够与本文所述的任何其他实施例组合的实施例，方法30还包括使用(由图8b中的框33表示)不可压缩流体操作一个或更多个其他减压装置15。如参考图4和图5示例性所述的，一个或更多个其他减压装置15能够与减压装置13并联连接和/或串联连接。
37.根据能够与本文所述的任何其他实施例组合的实施例，方法30还包括通过使用控
制器16来控制(由图8b中的框34表示)由减压装置13产生的低压力。此外，该方法可以包括控制由一个或更多个其他减压装置15产生的低压力。特别是，对减压装置13和/或一个或更多个其他减压装置15的控制能够通过使用用于控制例如跨密封件的压力差的机械工作阀(例如弹簧阀)来完成。因此，能够避免发生上述正压力梯度。此外，能够通过使用机械阀直接控制减压装置13和/或一个或更多个其他减压装置15的压力积聚。需要注意的是，可以使用电气装置代替机械工作控制器。此外，应当理解，存在用于控制减压装置13和/或一个或更多个其他减压装置15的几种可能性。例如，根据涡轮增压器的工作点，可以使用通过支承点的压差进行的纯液压控制。
38.此外，纯电控阀，例如在减压装置13和/或一个或更多个其他减压装置15的驱动流供应装置中的纯电控阀，能够用来控制减压装置13和/或控制一个或更多个其他减压装置15。在这种情况下，通过涡轮增压器转速或涡轮增压器的工作点来控制驱动流，其具有以下优点：对于非关键的涡轮增压器工作点，容易实现关闭减压装置13和/或一个或更多个其他减压装置15。
39.鉴于本文所述的实施例，应当理解，有利地提供了一种轴轴承组件以及方法，与现有技术相比，利用该轴轴承组件以及方法能够获得改进的密封性能。特别是，如本文所述的实施例有利地避免了跨轴承壳体接口、特别是跨轴密封件的正压力梯度的发生。
40.虽然前述内容是关于实施例的，但可以在不脱离基本范围的情况下设计出其他的以及进一步的实施例，并且范围由所附权利要求确定。
41.附图标记列表
42.10
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轴轴承组件
43.11
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轴
44.12
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轴承壳体
45.13
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减压装置
46.14
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喷嘴
47.15
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一个或更多个其他减压装置
48.16
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压力控制器
49.20
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内燃机
50.30
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降低轴承壳体内部压力的方法
51.31-34用于说明降低轴承壳体内部压力的方法的框图的框

技术特征：
1.一种轴轴承组件(10)，其具有支撑在轴承壳体(12)中的轴(11)，所述轴轴承组件(10)包括用于在所述轴承壳体(12)内部产生低压力的减压装置(13)，所述减压装置(13)通过采用油来进行操作。2.根据权利要求1所述的轴轴承组件(10)，其中所述减压装置(13)基于喷射泵的原理。3.根据权利要求1或2所述的轴轴承组件(10)，其中所述减压装置(13)被配置为通过驱动油流和吸入油流进行操作，其中所述驱动油流由从用于所述轴轴承组件(10)的轴承的供油装置所提供的油提供，并且其中所述吸入油流由从所述轴承流出的油提供。4.根据权利要求1至3中任一项所述的轴轴承组件(10)，其中所述减压装置(13)包括至少一个喷嘴(14)，并且其中在所述减压装置(13)的操作期间，通过所述至少一个喷嘴(14)来提供外部供油装置的油。5.根据权利要求4所述的轴轴承组件(10)，其中所述至少一个喷嘴(14)选自单喷嘴、多喷嘴、环形喷嘴、被配置为喷射作为旋流的射流的喷嘴、以及波瓣喷嘴。6.根据权利要求1至5中任一项所述的轴轴承组件(10)，其中所述减压装置(13)与所述轴承壳体(12)连接。7.根据权利要求1至6中任一项所述的轴轴承组件(10)，其中所述减压装置(13)至少部分集成在所述轴承壳体(12)中，或者其中所述减压装置(13)设置在所述轴承壳体(12)内。8.根据权利要求1至7中任一项所述的轴轴承组件(10)，还包括一个或更多个其他减压装置(15)，所述一个或更多个其他减压装置(15)与所述减压装置(13)并联连接和/或串联连接。9.根据权利要求1至8中任一项所述的轴轴承组件(10)，还包括用于控制由所述减压装置(13)产生的低压力的控制器(16)。10.一种包括涡轮复合系统和/或增压系统的内燃机(20)，所述涡轮复合系统和/或增压系统具有根据权利要求1至9中任一项所述的轴轴承组件(10)。11.一种降低支撑轴(11)的轴承壳体(12)内部压力的方法(30)，所述方法包括使用(31)油操作减压装置(13)，以在所述轴承壳体(12)内部产生低压力。12.根据权利要求11所述的方法(30)，其中使用(31)油操作减压装置(13)包括提供(32)驱动油流和吸入油流以操作所述减压装置(13)，所述驱动油流由来自用于轴承的供油装置的油提供，并且所述吸入油流由从所述轴承流出的油提供。13.根据权利要求11或12所述的方法(30)，还包括使用(33)不可压缩流体操作一个或更多个其他减压装置(15)，所述一个或更多个其他减压装置(15)与所述减压装置(13)并联连接和/或串联连接。14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法(30)，还包括通过使用控制器(16)控制(34)由所述减压装置(13)产生的低压力。

技术总结
描述了一种具有支撑在轴承壳体(12)中的轴(11)的轴轴承组件(10)。该轴轴承组件(10)包括用于在轴承壳体(12)内部产生低压力的减压装置(13)。减压装置(13)通过采用不可压缩流体来进行操作。此外，还描述了一种降低支撑轴的轴承壳体(12)内部压力的方法。该方法包括使用不可压缩流体操作减压装置(13)，以在所述轴承壳体(12)内部产生低压力。壳体(12)内部产生低压力。壳体(12)内部产生低压力。


技术研发人员：莫里茨
受保护的技术使用者：涡轮增压系统瑞士有限公司
技术研发日：2021.06.28
技术公布日：2023/6/26