[0001] 背景
[0002] 当今内燃
发动机必须满足消费者和政府监管机构所要求的愈来愈严格的排放标准和效率标准。因此，
汽车制造商和供应商在改善内燃发动机运行的研究和开发技术中耗用大量精
力和资金。
涡轮增压器是发动机开发的尤为使人感兴趣的一个领域。
[0003]
涡轮增压器使用普通情况下浪费掉的排气
能量来驱动
涡轮机。涡轮机被安装到一个本身又驱动
压缩机的轴上。涡轮机将排气的
热能和
动能转换成驱动压缩机的旋转动力。涡轮增压器的目标是通过增加进入发动机的空气
密度来改善发动机的容积效率。压缩机吸入周围空气并将其压缩到进气
歧管中并最终到汽缸中。因此，在每个
进气冲程上有更大量的空气进入汽缸。
[0004] 当涡轮增压器的大小被确定成使得一台特定发动机提供最大功率输出时，涡轮增压器的低负荷及瞬时响应性能通常不是最优的。涡轮增压器的压缩机性能取决于压缩机转速。为了使压缩机旋转足够快以对发动机提供有效的压缩或增压，必须相应地增加排气流量。然而，当排气积聚和克服涡轮机
叶轮及压缩机叶轮组件的惯性时存在时间延迟。在发动机对于增压的需求与歧管压力的实际增加之间的时间延迟通常表示为涡轮增压滞后。
[0005] 为帮助克服涡轮增压滞后和低负荷性能问题，已经开发了电辅助涡轮增压器。电辅助涡轮增压器包括一台
电动机，在低负荷和瞬时条件过程中该电动机操作性地对得自于排气的旋转动力加以补充。通常，电动机被连接到承载涡轮机叶轮和压缩机叶轮的同一个轴上。在一些情况下，电动机的
转子磁
铁被直接承载在该轴上，而
定子被包含在涡轮增压器的中心壳体中。
[0006] 电动机对于热和污染是敏感的。因此，在电辅助涡轮增压器应用中与涡轮增压器相关联的控制热量迁移和油迁移的常见问题变得更成问题。例如，过多的热量可以使定子线圈
过热并且可能损毁永
磁铁。此外，油污染可以在发动机转子与定子之间产生粘滞性拖曳力，并将污物和杂物传送到转子与定子之间的空隙中。
[0007] 因此，存在一种对于阻止油迁移进入电动机之中并对电动机部件提供适当冷却的电辅助涡轮增压器设计的需要。
[0008] 概述
[0009] 在此提供一种流体冷却的电辅助涡轮增压器，该涡轮增压器包括一个壳体和置于该壳体中的一个电动机定子。定子包括围绕其布置的一对O型圈或其他圆周
密封件。这些圆周密封件可以布置在形成于该定子的圆周中的相对应的凹槽中。这些O型圈操作性地密封该壳体的内部从而形成围绕定子的至少一部分的一个环形腔室以及在定子的轴向末端处的一对末端空腔。环形腔室被适配为允许例如油的冷却流体围绕该定子循环。
[0010] 在此处阐述的技术的某些方面中，一对
轴承可以置于壳体中、定子每侧上一个轴承。在该壳体中由这些轴承
支撑一个轴。该轴进而支撑一个涡轮机叶轮和一个压缩机叶轮。一个电动机转子被置于该轴上在这些轴承之间并且在定子内部。
[0011] 在一个
实施例中，涡轮增压器包括布置在轴的相反末端上的一个压缩机叶轮和一个涡轮机叶轮。一个壳体支撑该轴并且一个定子被置于该壳体中。一对密封件被置于定子与该壳体的内部之间，由此形成围绕该定子的至少一部分的一个腔室。一对末端空腔位于该定子的这些轴向末端。腔室可以是环形构形的。这些密封件是围绕定子的圆周布置的。一对轴承被置于该壳体中，定子每侧上一个轴承以用于支撑该轴。
[0012] 在该技术的另一方面，壳体被分段为上部区段和下部区段。腔室具有形成为穿过上部区段的一个入口以及形成为穿过下部区段的一个出口。在上部区段与下部区段之间布置一个区段密封件，并且在所述上部区段和下部区段之一中形成一个密封槽以用于接纳该区段密封件。一个开口从壳体内部延伸，该开口的大小和构形被确定成用于接纳从定子中延伸的
导线。
[0013] 在本技术的另一方面，一对套环被附接到轴上、各自位于转子与相对应的一个轴承之间。每个套环包括邻近其相对应的轴承的一个圆柱形抛油环部分。圆柱形抛油环部分包括多个径向排放孔、或凹口，从而从轴承进入圆柱形抛油环部分的凹陷区域中的油经过这些排放孔被径向地向外投射或抛射，油在这些排放孔处被排放离开套环。每个套环包括与该圆柱形抛油环部分相对的一个间隔部分以及位于该间隔部分与圆柱形抛油环部分之间的一个
活塞环。
[0014] 在本技术的另外的其他方面中，该间隔部分具有的一个面向轴向
定位的表面或面顶接该转子，并且圆柱形抛油环部分具有的一个面向轴向的表面顶接该轴承的一个相对应的轴向面，由此使转子和轴相对于这些轴承轴向地定位。该间隔部分包括与一个相对应的末端空腔的内表面相面对的一个面向轴向的抛油环表面，其中该抛油环表面操作性的引导迁移经过
活塞环的油沿着末端空腔的内表面行进，然后该油被排放离开定子。
[0015] 因此，这些套环提供了阻止油迁移进入转子与定子之间的空隙中的一级、二级和三级油迁移控制结构。一级油控制是由圆柱形抛油环部分提供的。圆柱形抛油环部分引导油离开该活塞环并朝向形成于该壳体中的各出油通道引导。二级油控制是由活塞环提供的。活塞环密封件阻止了迁移经过圆柱形抛油环部分的任何油进一步迁移。最后，三级油迁移控制是由该间隔部分的面向轴向的抛油环表面提供的。迁移经过活塞环的任何油都被抛射离开套环并且沿着末端空腔的内表面被引导并且被允许经过形成于壳体中的各出油通道之一排出。
[0016] 在考虑此处的详细说明和
附图之后，流体冷却的电辅助涡轮增压器的这些和其他方面将变得清楚。然而，应该理解的是，本
发明的范围是由所提出的
权利要求书确定的而不是由给出的主题是否解决背景技术中提到的任何或所有问题或包括本概述中所引用的任何特征或方面来确定的。
[0017] 附图
[0018] 通过参照以下附图说明流体冷却的电辅助涡轮增压器的非限定性的和非穷举的实施例(包括优选的实施例)，其中贯穿不同视图相同的参考数字表示相同的部分，除非另外指明。
[0019] 图1是根据示例性实施例的一个流体冷却的电辅助涡轮增压器的截面视图；
[0020] 图2是图1所示的涡轮增压器的部分截面透视图；
[0021] 图3是图1和图2所示的壳体区段的截面视图；
[0022] 图4是图3所示的下部壳体区段的透视图；
[0023] 图5是图3所示的上部壳体区段的透视图；
[0024] 图6是图3所示的壳体区段的纵剖端视图；
[0025] 图7是图2所示的压缩机端轴承与套环安排的放大的部分截面透视图；并且[0026] 图8是图2所示的涡轮机端轴承与套环安排的放大的部分截面透视图。
[0027] 详细说明
[0028] 以下参照附图更全面地说明实施例，这些附图于此形成一部分并且通过展示而示出了特定的示例性实施例。这些实施例是以足够的细节予以披露的从而使本领域技术人员能够实践本发明。然而，实施例是可以通过许多不同形式实施的并且不应被理解为限于此处阐述的实施例。因此，以下详细说明并不是在限定意义上进行的。应该认识到，在附图中并未示出涡轮增压器的所有部件，本披露考虑使用如本领域已知的多种多样的涡轮增压器部件。涡轮增压器的构造在本领域中是很好理解的，对于理解在此全部面说明和披露的本
申请的技术而言不必全面说明涡轮增压器的每一个部件。
[0029] 图1和图2所示的流体冷却的电辅助涡轮增压器1包括一个壳体3和置于该壳体中的一台电动机20。电动机20包括一个定子22和一个置于轴7上的转子24。轴7在壳体3中受到壳体3中被置于该转子24的每一侧上的轴颈轴承10和12的支撑。如本领域已知的，轴7上布置有一个涡轮机叶轮5和一个压缩机叶轮9，该涡轮机叶轮和压缩机叶轮包括涡轮增压器的多个工作部分。如本领域已知的，定子22包括支撑多个线圈绕组28的一个电枢26。在永磁电动机的情况下，转子24可以包括多个永磁铁。可以使用其他类型的电动机，例如
开关磁阻电动机。如本领域很好理解的是，电动机20经由多个适合的导电连接件而连接到多个适当的控制件和电源上。
[0030] 定子电枢26包括一对圆周槽202和206，一对O型圈204和208被对应地置于这对圆周槽中。O型圈204和208操作性的密封壳体3的内壁(142，144)(见图3至图5)，由此形成了至少围绕一部分定子22延伸的一个环形腔室130。O型圈204、208可以由适合的高温弹性体形成，例如可从肯塔基列克星敦帕克O型圈(Parker O-Ring of Lexington，Kentucky)获得的帕克复合物(Parker Compound)FF200-75全氟
橡胶体。环形腔室130被适配为使例如油的冷却流体围绕定子22循环。在一种情况下，油经由端口184和132在环形腔室130中循环。如从这个附图可以认识到，在定子22的末端创建了一对末端空腔122和126。因此，壳体3的内部空腔141被分成至少三个腔室：环形腔室130和两个末端空腔122和126。当冷却油充满环形腔室130时，旨在末端空腔122和126是保持无油的。末端空腔122、126在一侧被O型圈204、208中相对应的一者密封并且在另一侧被一个相对应的套环32、30密封，如以下更全面地说明。参照图5，一个导体开口176从壳体3的内部空腔
141中延伸以用于接纳从定子22中延伸的多条导线(未示出)。应该认识到，导体开口176可以从末端空腔122、126之一中延伸。紧邻空腔141的末端提供定位肩台146以便使定子
22在壳体3中在这些末端空腔之间轴向地定位。虽然不同的代表性实施例说明了轴承壳体沿涡轮增压器的中心线被轴向地分成一对区段，该壳体还可以垂直于涡轮增压器中心线被分成多个区段。
[0031] 在代表性实施例中，如图3至图5中所描绘的，轴承壳体3沿涡轮增压器1的中
心轴线A被轴向地分成一对区段。在这种情况下，轴承壳体的上部区段150容纳了加压油系统的所有元件。用于涡轮机端的轴颈轴承送油的油孔181可以是几乎垂直于轴线A钻出的，用于压缩机端轴颈送油的油孔182同样也是可以的。一个连接孔180是从压缩机扩散器的面中钻出的并且然后被一个膨胀塞185密封。钻出这个连接孔使得该连接孔与油入口162相交并且被用作使环形腔室130经由腔室入口184与油入口162流体地相连接的一个
导管。这些轴承送油孔(181，182)还经由连接孔180连接到油入口162上。壳体3还可以包括一个适当的接收座160以用于连接一个送油配件。如图3和图4所示，轴承壳体的下部区段
152与上部区段150配合地接合从而完成该轴承壳体3。在轴承壳体的下部区段中提供多个排油特征。多个泄油孔112、113允许逸出O型圈204、208或轴密封套环30、32的任何油排出。提供多个排出孔104、108以允许油从轴颈轴承10、12逸出。从孔104、108、112、113和132中排出的油集中在一个公用空间114中。图5展示了用于将冷却流体送到环形腔室
130的一个替代构造。取代来自轴承油回路的油经由腔室入口184而送入(图3)，油是被送入与一对腔室入口156相连接的一个单独入口154之中。
[0032] 例如，参照图4和图5，壳体3包括在壳体3的涡轮机端上的一个整合的
隔热屏175。在隔热屏175与壳体3的其余部分之间提供了一个空气室177。因此，与流过涡轮机的排气相关联的热量不会直接经过壳体材料而输送到轴颈轴承10中。
[0033] 轴承壳体的上部区段和下部区段(150，152)在组装过程中被机械地紧固在一起。这些区段可以通过例如定位
螺栓、
铆钉、锤击、
焊接、粘接的任何机械手段或化学手段紧固在一起。如图6描绘的，多个螺栓170将顶部区段150夹紧到下部区段152上。这些螺栓可以被紧固到攻丝孔中或者可以穿过光洁孔172(图4和图5)而拧接到
螺母中。壳体区段
150、152可以通过如本领域已知的定位销(未示出)相对彼此定位。每个壳体区段包括多个孔174以用于接纳这类定位销。由这些定位螺栓提供的夹紧负荷使一个密封
衬垫压缩从而在轴承壳体的内部与轴承壳体的外部之间提供对油和气的密封。该密封衬垫可以是一种例如索拓(Grafoil)柔性衬垫的浸渍
石墨的密封介质，但它还可以是一种压纹平直
垫片式垫衬(embossed flat shim type gasket)。在这些附图中并未确切地示出该衬垫，而衬垫是通常在
现有技术中所了解的。可替代的是，或者除了衬垫之外，可以将密封复合物应用于这些密封表面192、194。在底部区段152中提供了一个槽190以用于该密封件的凸起部分。如图4中描绘的，用于衬垫的槽190是在底部区段152中，而槽190也可以是在顶部区段150(或者二者)中。
[0034] 参照图7和图8，套环30和32在转子24的任一侧上被附接到轴7上并且被对应地置于转子与一个相对应的轴承12和10之间。套环30和32操作性的使转子轴向定位并提供一级密封结构、二级密封结构和三级密封结构以用于防止油迁移进入转子24与定子22之间的空隙之中。套环30和32可以被按压到轴7上由此将转子24捕获且定位在该轴上。
[0035] 参照图7，可以认识到压缩机端套环30包括一个间隔部分304和一个由此延伸的圆柱形抛油环部分308。当在这种情况时，间隔部分304可以被机加工成具有像槽306的多个特征，从而减小套环的旋转
质量。然而，应该认识到，该槽可以被省略或者该槽可以具有不同于附图中所示的截面。同样，如果需要的话，这个区域中的材料可以从这些套环30、32中的一者或二者中移除以便使轴和转子组件动态地平衡。这样，可以对这些末端套环增加材料从而提供平衡校正架。压缩机端套环30(在这种情况下是间隔部分304)的外直径的大小被确定成使得该末端套环配合在定子22的内直径X中以便于组装涡轮增压器。套环30、32可以包括例如
铝、
钢、
钛或类似物的任何适当材料。
[0036] 间隔部304包括一个面向轴向定位的表面或面302，该表面或面顶接转子24。圆柱形抛油环部分308具有一个面向轴向的表面309，该表面与轴承12上的一个相对应的面向轴向的表面相面对。因此，套环30、以及以类似方式套环32操作性的使转子24和轴7相对于轴承10和12定位。
[0037] 圆柱形抛油环部分308包括与一个凹陷区域332相交的多个径向排放孔310。围绕套环30的圆周在圆柱形抛油环部分308与间隔部分304之间形成一个活塞环凹槽314。活塞环40被置于凹槽314中并且操作性的在壳体3与套环30之间提供密封。间隔部分
304包括面向轴向的抛油环表面312。抛油环表面312延伸进入末端空腔126并且与末端空腔表面123协作从而使油移动离开转子24。
[0038] 轴颈轴承10和12经由送油通道(例如图7所示的送油通道102)被送油。送到轴颈轴承10的油基本上与送到轴颈轴承12的油相同并且在此仅说明轴颈轴承12。在这种情况下，送到轴承12的油经由排油通道104和108排出，这些排油通道均注入一个油公用空间114。套环30包括圆柱形抛油环部分308形式的一级或第一油控制结构。从轴承12朝套环30排出的油进入凹陷区域332并且在
离心力之下经过多个孔310朝着形成于壳体3中并与多个排放孔310对齐的一个环形凹槽330抛射。排放通道104与环形凹槽330相交由此被抛射到凹槽330中的油可以经过通道104排到这个油公用空间114之中。通过这种方式，圆柱形抛油环部分308引导油离开活塞环40。
[0039] 活塞环40担当一个二级或第二密封结构，该结构阻止了任何能够迁移经过圆柱形抛油环部308的油沿该
泄漏路径朝该转子和定子进一步迁移。活塞环40可以是本领域已知的标准活塞环密封件并且可以例如包括钢。活塞环40如附图所示在壳体3与套环30之间提供密封。
[0040] 然而，如果有油能够迁移经过活塞环40，间隔部分304的面向轴向的抛油环表面312就担当了一个三级或第三密封件并且使剩余油沿着末端空腔126的内表面123径向地抛射。沿表面123引导的油然后经由另一个排油通道(与末端空腔122相关联的排油通道
112相类似)排到油空间114中，这在以下参照图8进一步说明。
[0041] 图8所示的涡轮机端的套环与轴承安排与压缩机端的套环与轴承安排相类似。涡轮机端包括轴承10，该轴承邻接该涡轮机叶轮5支撑轴7。套环32被置于轴承10与转子24之间。考虑的是在涡轮增压器的压缩机端和涡轮机端可以使用相同的套环。然而，在这种情况下，在套环30与32之间存在有差异，如在以下说明的。
[0042] 套环32包括与套环30的相类似的一个圆柱形抛油环部分328。在这种情况下，套环32包括多个排放凹口311，而不是多个排放孔。圆柱形抛油环部分328与间隔部分324相对，围绕该间隔部分形成有任选的凹槽326。定位表面322顶接转子24，并且一个相
反面向的轴向表面317顶接该轴承10，由此使转子24和轴7定位。套环32包括活塞环凹槽315和活塞环42。间隔部分324还包括一个面向轴向的与末端空腔122的内表面124相面对的抛油环表面313。
[0043] 如同压缩机端套环30一样，涡轮机侧套环32包括一级、二级和三级密封结构。确切地说，圆柱形抛油环部分328使进入凹陷区域334中的油经由多个凹口311喷射或抛射到凹槽336中。凹槽336流入排油通道108中并且流入油空间114中。通过活塞环42防止了任何迁移经过圆柱形抛油环部328的油进一步迁移。然而，在有油能够迁移经过活塞环42的事件中，在离心力之下抛油环表面313推动油沿着末端空腔122的表面124。沿内表面124排放的油经过油通道112被排放到油公用空间114中。
[0044] 套环30和32可以包括防止转子24相对于轴7和套环30、32转动的协作性转位特征。例如，套环32包括形成于定位表面322中的一个或多个槽缝318，该一个或多个槽缝与从转子24中伸出的相对应的凸出部218相配合。因此，当套环30和32在转子24的任一侧上被按压在轴7上时，这些套环中的至少一个接合该转子以便防止转子24相对于轴7转动。在这种情况下，这些槽缝被示出是在套环32中；然而，作为一个替代方案，这些槽缝可以在转子中以及套环上所包括的这些凸出部中成形。
[0045] 末端空腔122和126可以配备有一个
正压力源以便进一步阻止油迁移进入这些末端空腔之中。适合的压力源例如而非限制地包括载重汽车空气、涡轮机入口/废气
门压力或者来自单独的涡轮级的压缩气体。进一步考虑的是，这些末端空腔122和126可以供应有空气以便对定子提供额外冷却。
[0046] 因此，流体冷却的电辅助涡轮增压器已经通过针对示例性实施例的某些程度的特异性进行了说明。然而应该认识到，本发明是在现有技术背景下分析得出的以下权利要求书限定的，因而可以对示例性实施例做出
修改或改变而不脱离在此所包含的发明概念。
