用于涡轮增压器轴承壳体的排油口的制作方法
【专利说明】用于涡轮增压器轴承壳体的排油口
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求在2013年1月8日提交的并且题为"用于涡轮增压器轴承壳体的排 油口（AnOilDrainForTheBearingHousingOfATurbocharger)"的美国临时申请号 61/750,114的优先权及所有权益。
[0003] 发明背景 发明领域
[0004] 本发明涉及一种用于内燃发动机的涡轮增压器。更具体地讲，本发明涉及一种涡 轮增压器轴承壳体中的排油口，在该涡轮增压器轴承壳体中油沿着排油口的外边缘流出， 使排油口的中心处于开放状态。空气可在轴承壳体与油底壳之间流动，以允许空气压力的 均衡。空气压力均衡的一个结果是，从轴承壳体的排油量得以加强。
[0005] 相关技术的说明
[0006] 涡轮增压器是一种与内燃发动机一起使用的强制进气系统。涡轮增压器将压缩过 的空气传送到发动机进气端从而允许燃烧更多的燃料，因此增加了发动机的马力而没有明 显地增加发动机的重量。因此，涡轮增压器允许使用较小的发动机而形成与较大的、正常吸 气的发动机相同量的马力。在车辆中使用较小发动机具有减小车辆质量、提高性能并且增 强燃料经济性的所希望效果。此外，使用涡轮增压器允许被递送至发动机的燃料更完全燃 烧，这有助于实现更清洁环境的这一高度希望的目标。
[0007] 涡轮增压器典型地包括连接至发动机的排气歧管上的一个涡轮机壳体、连接至发 动机的进气歧管上的一个压缩机壳体、以及将该祸轮机壳体和压缩机壳体联接在一起的一 个中央轴承壳体。涡轮机壳体内的一个涡轮机叶轮是由从该排气歧管供应的排气进气流可 旋转地驱动的。可旋转地支撑在该中央轴承壳体内的一个轴将该涡轮机叶轮连接至该压 缩机壳体内的一个压缩机叶轮上，这样使得该涡轮机叶轮的旋转造成了该压缩机叶轮的旋 转。将该涡轮机叶轮与该压缩机叶轮相连接的轴限定了一条旋转轴线。当压缩机叶轮旋转 时，它增大了经由发动机进气歧管被递送至发动机汽缸的空气质量流速、空气流密度和空 气压力。
[0008] 涡轮增压器的涡轮机叶轮和轴旋转速度非常快。涡轮增压器轴的旋转速度取决于 涡轮机叶轮的尺寸，并且较小的涡轮机叶轮可以比较大的叶轮旋转得更快。结合内燃发动 机使用的涡轮增压器涡轮机叶轮和轴可以达到每秒530米的周向尖端速度。涡轮机叶轮工 作在高温环境下，并且可以达到高达1922°F(1050°C)的温度。此热量被涡轮机轴传导到 轴承壳体。该涡轮机轴的快速旋转产生摩擦力，这些摩擦力进一步加热轴承区域。因此，有 必要对涡轮增压器轴和轴承壳体进行润滑和冷却。在一台油润滑的涡轮增压器中，油被泵 送到轴上，以提供必要的润滑和冷却。在一台汽车涡轮增压器中，油流到轴承的流速可以高 达每分钟1加仑。油还必须从轴承壳体中排出，因为如果油积聚在壳体中，油就可能经过密 封件泄漏到压缩机壳体或涡轮机壳体中。另外，如果油残留在涡轮增压器的轴承壳体中，它 会由于过热而降级并且甚至可能形成积炭。通常来说，油不是从涡轮增压器壳体的轴承壳 体泵出，而是通过重力流出轴承壳体。油流到发动机油底壳，在油底壳处该油被冷却并且然 后被泵送以润滑发动机和涡轮增压器。
[0009] 美国专利7, 811，001和美国专利7, 387, 445涉及一种轴承壳体。该轴承壳体包括 一个腔室，腔室带有一个用于清除油的通气孔（out-take)。该通气孔延伸跨过该腔室的弦 弧线。与该通气孔相邻的外壁的一部分具有螺旋发散的形状。
[0010] 美国专利7, 476, 090涉及一种用于内燃发动机的涡轮增压器，该涡轮增压器包括 一个连接到涡轮机壳体和压缩机壳体的中心壳体。一个轴是在中心壳体的一个孔内。一个 供油通道与该孔流体连通。一个排油通道与一个油腔和该孔流体连通。一个通气通道与该 油腔以及该内燃发动机的一个内部容积流体连通。油流在内燃发动机的运行过程中穿过第 一通道和排油通道。油腔中空气的第一压力约等于该内燃发动机内部容积中空气的第二压 力。为了避免中心壳体内压力增加超过内部容积的低压，一个压力通气管将该中心壳体流 体地连接该内部容积。该压力通气管确保了中心壳体内的压力将等于该内部容积内的压 力。通过使压力相等，在中心壳体内确保了油流畅通。
[0011] 发明概述
[0012] 本发明提供一种用于涡轮增压器的具有改进排油口的轴承壳体，该排油口具有位 于该排油口内或下方的一个流动调节器（flowmoderator)。该流动调节器允许排回油底壳 的油沿排油口外部的一条路径流动，而同时排油口的中部保持开放并且允许通气孔来均衡 油底壳与轴承壳体之间的压力。压力均衡允许油在重力作用下从轴承壳体流到油底壳。 [0013] 附图的简要说明
[0014] 本发明的优点将是容易了解的，因为这些优点通过参照以下详细说明在结合附图 考虑时将变得更好理解，在附图中：
[0015] 图1示出了在排油口中具有两个螺旋部的涡轮增压器的剖视图；
[0016] 图2A示出了具有4个螺旋部的一个模具型芯，该模具型芯可以用来制作用于外壳 成型、冷芯盒或其他铸造模制工艺的一个模具，以用于一个排油口的型芯盒，在该排油口中 具有4个螺旋部；
[0017] 图2B示出了具有6个螺旋部的一个模具型芯，该模具型芯可以用来制作用于外壳 成型、冷芯盒或其他铸造模制工艺的一个模具，以用于一个排油口的型芯盒，在该排油口中 具有6个螺旋部；
[0018] 图2C示出了具有6个短螺旋部的一个模具型芯，该模具型芯可以用来制作用于外 壳成型、冷芯盒或其他铸造模制工艺的一个模具，以用于一个排油口的型芯盒，在该排油口 中具有6个螺旋部；
[0019] 图3示出了一个排油口，该排油口具有一个通气孔和多个肋，这些肋以涡旋的方 式引导油；
[0020] 图4示出了一个模具型芯，该模具型芯可以用来制作用于外壳成型、冷芯盒或其 他铸造模制工艺的一个模具，以用于具有多个肋的排油口的型芯盒；
[0021] 图5A示出了一种在油离开排油口后产生涡旋油流的装置；
[0022] 图5B示出了图5A中所示装置的剖视图示；
[0023] 实施方式的详细说明
[0024] 涡轮机叶轮工作在高温环境下，并且可以达到高达1922°F(1050°C)的温度。此 热量被涡轮机轴传导到轴承壳体。该涡轮机轴的快速旋转产生摩擦力，这些摩擦力进一步 加热轴承区域。因此，有必要对涡轮增压器轴进行润滑和冷却。在一台油润滑的涡轮增压 器中，油被泵送到轴上，以提供必要的润滑和冷却。在一台汽车涡轮增压器中，油流到轴承 壳体的流速可以高达每分钟1加仑。油还必须从轴承壳体中排出，因为油积聚在壳体中，油 就可能经过密封件泄漏到涡轮机的压缩机部分中。本发明提供了一种具有流动调节器的涡 轮增压器轴承壳体排油口，该排油口允许油通过重力作用沿着该排油口的外壁流动，而同 时该排油口的中心保持开放并且允许空气在轴承壳体与油底壳之间流动。流动调节器可以 是排油口中的多个螺旋部，或者是引导油以涡旋方式流动的多个肋。这些螺旋部是排油口 的壁中的凹痕。流动调节器可以是一个板，该板具有多个肋、被置于排油口正下方。在轴承 壳体与油底壳之间的空气流动使压力均衡，并且因此允许油更容易地从轴承壳体排出。
[0025] 图1示出了在排油口中具有两个螺旋部的涡轮增压器的剖视图。一个涡轮机叶轮 (4)通过一个实心的涡轮增压器轴（5)连接到一个压缩机叶轮（3)上。该涡轮增压器轴（5) 穿过一个轴承壳体（1)。油经过进油口（2)进入该轴承壳体（1)并且经由排油开口（7)离 开该排油口（8)。油经由一个油通道（10)被引导到轴承（6)。排油口（8)具有模制在壁上 的两个螺旋部（9)。油沿着路径（26)从排油口（8)流出。
[0026]图2A示出了一个模具型芯，该模具型芯可以用来制作用于外壳成型、冷芯盒或其 他铸造模制工艺的一个模具，以用于排油口（8)的型芯盒。排油口（8)中的、位于轴的涡轮 机叶轮所附接到的一端的开口是由圆形元件（12)形成的。排油口中的、位于轴的压缩机叶 轮所附接到的一端的开口是由圆形元件（13)形成的。排油口中的4个螺旋部是由螺旋部 (14)形成的。
[0027] 图2B示出了一个可替代的模具型芯，该模具型芯可以用来制作用于外壳成型、冷 芯盒或其他铸造模制工艺的一个模具，以用于排油口的型芯盒。排油口中的、位于轴的涡轮 机叶轮所附接到的一端的开口是由圆形元件（12)形成的。排油口中的、位于轴的压缩机叶 轮所附接到的一端的开口是由圆形元件（13)形成的。排油口中的6个螺旋部是由螺旋部 (14)形成的。
[0028] 图2C示出了又