ТУРБОКОМПРЕССОР, ПРИВОДИМЫЙ В ДЕЙСТВИЕ ОТРАБОТАВШИМИ ГАЗАМИ
TURBO-COMPRESSOR PUT INTO OPERATION BY WASTE GASES

Настоящее изобретение относится к турбокомпрессору, приводимому в действие отработавшими газами, для двигателя внутреннего сгорания согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Подобные турбокомпрессоры, приводимые в действие отработавшими газами, являются достаточно известными и представлены на фиг.1 и 2.
На фиг.1 представлен турбокомпрессор 10, приводимый в действие отработавшими газами, для двигателя внутреннего сгорания, содержащий корпус турбины 12, корпус подшипника 14 и корпус компрессора 16. В корпусе турбины 12 установлено турбинное колесо 18, а в корпусе компрессора 16 установлено колесо компрессора 20, причем эти две детали соединены друг с другом валом 22. Вал 22 установлен в корпусе подшипника 14 на вкладышах 24 и 26 радиального подшипника. В осевом направлении вдоль оси вращения 28 вала 22 вкладыши 24 и 26 радиального подшипника зафиксированы распорной втулкой 30. Вкладыши 24 и 26 радиального подшипника и распорная втулка 30 могут быть выполнены с возможностью вращения или без возможности вращения. Распорная втулка 30 установлена соосно валу 22 между вкладышами 24 и 26 радиального подшипника.
На фиг.2 элементы, идентичные элементам, представленным на фиг.1, обозначены такими же позициями. В дополнение к турбокомпрессору 10, приводимому в действие отработавшими газами, согласно фиг.1 турбокомпрессор 10′, приводимый в действие отработавшими газами, содержит датчик 32 частоты вращения, который может определить частоту вращения вала 22. Датчик 32 частоты вращения может быть, например, индуктивным или емкостным, магнитным или оптическим, или он может определять метки, такие как уплощения на валу 22, и, таким образом, определять частоту вращения вала 22 турбокомпрессора 10, приводимого в действие отработавшими газами.
Одновременное использование датчика 32 частоты вращения и распорной втулки 30' для осевой фиксации вкладышей 24 и 26 радиального подшипника возможно, если распорная втулка 30′ выполнена без возможности вращения, поскольку частота вращения установленной с возможностью вращения распорной втулки не обязательно будет соответствовать частоте вращения вала 22. Кроме того, частота вращения вала 22 может быть определена только при условии обеспечения надлежащего беспрепятственного доступа в корпус подшипника 14 турбокомпрессора 10′, приводимого в действие отработавшими газами, а также выполнения достаточно большого отверстия в распорной втулке 30′.
Известным решениям присущи повышенные расходы на сборочно-монтажные работы в отношении подобных распорных втулок 30', содержащих, по меньшей мере, одно отверстие, в сочетании с датчиками частоты вращения, что повышает стоимость турбокомпрессоров, приводимых в действие отработавшими газами, снабженных такой конструкцией.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является такое дальнейшее усовершенствование турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, указанного выше типа, которое позволило бы снизить стоимость.
Эта задача решается посредством турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, для двигателя внутреннего сгорания, которому присущи признаки пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты с рациональными и нетривиальными дополнительными вариантами развития признаков настоящего изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
В турбокомпрессоре, приводимом в действие отработавшими газами, для двигателя внутреннего сгорания, который содержит датчик частоты вращения и элемент в виде втулки для осевой фиксации, по меньшей мере, одного подшипника вала турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, причем элемент в виде втулки на периферийной поверхности содержит, по меньшей мере, одно сквозное отверстие, через которое датчик частоты вращения проходит через элемент в виде втулки, согласно изобретению предусмотрено, что, по меньшей мере, одно сквозное отверстие, по меньшей мере, в своей части имеет по существу коническую форму в радиальном направлении элемента в виде втулки.
Это означает, что по меньшей мере одно сквозное отверстие является квазиворонкообразным, т.е. что сквозное отверстие в радиальном направлении элемента в виде втулки снаружи более широко, чем изнутри.
Благодаря такому выполнению предлагаемого в изобретении турбокомпрессора, в частности входящего в его состав элемента в виде втулки, упрощается радиальная установка датчика частоты вращения в турбокомпрессор поскольку коническое исполнение сквозного отверстия упрощает вставку датчика частоты вращения при установке.
При установке турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, с валом, датчиком частоты вращения и, например, двумя радиальными подшипниками, элемент в виде втулки надевают на вал между двумя радиальными подшипниками и в сборе вводят в корпус подшипника турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами. Поскольку геометрическая форма сквозного отверстия элемента в виде втулки соответствует размерам датчика частоты вращения, необходимо обеспечить, чтобы элемент в виде втулки при установке вала в корпус подшипника турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, занимал и сохранял правильное положение для установки датчика частоты вращения. Последующее выравнивание распорной втулки согласно предшествующему уровню техники может быть выполнено только условно и влечет гораздо большие трудозатраты из-за отсутствия доступа.
Предлагаемое в изобретении выполнение турбокомпрессора, в частности элемента в виде втулки, резко упрощает и, следовательно, удешевляет эти сборочно-монтажные работы, поскольку отклонения от идеального положения элемента в виде втулки корректируют посредством обеспечения того, что угловое положение элемента в виде втулки автоматически корректируется вращением в результате радиальной установки датчика частоты вращения. Датчик частоты вращения вводят в сквозное отверстие, сходное с воронкой. Благодаря коническому исполнению элемент в виде втулки автоматически поворачивается в правильное положение и самостоятельно выравнивается относительно датчика частоты вращения. Таким образом, не требуются дополнительные расходы на дополнительную работу, что, в частности, сокращает время и затраты на сборочно-монтажные работы. Это также снижает общую стоимость предлагаемого в изобретении турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами.
Здесь следует отметить, что элемент в виде втулки в соответствии с настоящим изобретением можно также легко использовать для осевой фиксации только одного подшипника, например для опоры подшипника о стенку соответствующего корпуса подшипника.
Таким образом, технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в упрощении сборки и сокращении затрат на ее проведение за счет устранения дополнительной обработки, поскольку при установке датчика частоты вращения происходит квазисамостоятельная ориентация элемента в виде втулки в радиальном направлении.
Особенно предпочтительный вариант осуществления турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, характеризуется тем, что, по меньшей мере, одно сквозное отверстие, по меньшей мере, в своей части имеет по существу коническую форму в осевом направлении элемента в виде втулки. Благодаря этому все преимущества, описанные выше применительно к элементу в виде втулки в соответствии с настоящим изобретением, могут быть перенесены на турбокомпрессор, приводимый в действие отработавшими газами, таким образом, что общая стоимость турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, может быть снижена за счет дополнительного упрощения процесса сборки.
2
То же применимо к дополнительному предпочтительному варианту осуществления, в соответствии с которым, по меньшей мере, одно сквозное отверстие проходит, по меньшей мере, к одному краю элемента в виде втулки в осевом направлении элемента в виде втулки. Таким образом, элемент в виде втулки содержит одно сквозное отверстие, которое не закрыто, по меньшей мере, с одной стороны в осевом направлении, так что датчик частоты вращения может быть установлен перед установкой элемента в виде втулки. Для беспрепятственного определения частоты вращения вала турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, в соответствии с настоящим изобретением элемент в виде втулки может быть просто повернут в правильное положение через сквозное отверстие посредством осевого смещения датчиком частоты вращения, благодаря чему возможно действенное и эффективное регулирование турбокомпрессора для мгновенной адаптации к рабочим режимам соответствующего двигателя внутреннего сгорания. Благодаря такой действенной и эффективной приспособляемости могут быть значительно сокращены расход топлива и, следовательно, выбросы CO двигателя внутреннего сгорания.
Если элемент в виде втулки зафиксирован, по меньшей мере, через одно сквозное отверстие посредством датчика частоты вращения, эта конструкция является чрезвычайно предпочтительной тем, что не требуются дополнительные элементы и меры крепежа, что сокращает общую стоимость турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, поскольку дополнительно уменьшаются трудозатраты на сборочно-монтажные работы. Такая фиксация элемента в виде втулки посредством датчика частоты вращения относится, в частности, к фиксации вращением. Для этого геометрическая форма сквозного отверстия элемента в виде втулки должна иметь предпочтительное соотношение с размерами датчика частоты вращения. Это значит, что контур или форма сквозного отверстия подогнаны к соответствующим внешнему контуру или форме датчика частоты вращения, в частности, в виде матрицы.
В соответствии с еще одним аспектом турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, в соответствии с изобретением элемент в виде втулки расположен между двумя подшипниками, в частности радиальными подшипниками вала. Это приводит к относительно большому диапазону для выполнения сквозного отверстия в соответствии с настоящим изобретением, в результате чего значительно повышается гибкость конструкции и пространственного расположения датчика частоты вращения. В результате могут быть решены компоновочные проблемы, что является особенно предпочтительным для применений в местах с ограниченным пространством, таких как отсек двигателя, в котором, как правило, устанавливают турбокомпрессор, приводимый в действие отработавшими газами, в соответствии с изобретением.
Дополнительное сокращение затрат на сборочно-монтажные работы и, следовательно, общей стоимости достигается посредством обеспечения того, чтобы согласно особо предпочтительному аспекту настоящего изобретения, по меньшей мере, одно сквозное отверстие в осевом направлении элемента в виде втулки проходило, по меньшей мере, к одному краю элемента в виде втулки. Это значит, что элемент в виде втулки содержит, по меньшей мере, одно выполненное в соответствии с настоящим изобретением сквозное отверстие, которое не закрыто, по меньшей мере, с одной стороны в осевом направлении таким образом, что датчик частоты вращения может быть установлен перед установкой элемента в виде втулки. Благодаря коническому сквозному отверстию распорная втулка может автоматически устанавливаться в правильное положение относительно датчика частоты вращения посредством осевого смещения. Этот вариант осуществления настоящего изобретения обеспечивает дополнительное сокращение времени сборки и, таким образом, затрат на сборочно-монтажные работы, в результате чего общая стоимость может быть дополнительно уменьшена. Кроме того, посредством элемента в виде втулки может быть выполнена осевая фиксация подшипника для оптимальной опоры вала турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, что является полезным, поскольку вал турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, в ходе эксплуатации достигает очень высокой частоты вращения и, следовательно, требует весьма эффективной опоры для сокращения износа и вероятности поломки.
Прочие преимущества, признаки и особенности настоящего изобретения могут быть выведены из последующего описания трех предпочтительных вариантов осуществления, а также из фигур. Признаки и сочетания признаков, упомянутые в приведенном выше описании, а также признаки и сочетания признаков, упомянутые в описании фигур и/или показанные только на фигурах, могут быть использованы не только в описанном сочетании, но также и в прочих сочетаниях или отдельно без выхода за пределы объема настоящего изобретения.
На фигурах представлено:
На фиг.1 представлено продольное сечение турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, для двигателя внутреннего сгорания с элементом в виде втулки для осевой фиксации двух вкладышей радиальных подшипников согласно предшествующему уровню техники;
На фиг.2 представлено продольное сечение турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, для двигателя внутреннего сгорания с датчиком частоты вращения и элементом в виде втулки, содержащим сквозное отверстие для осевой фиксации двух вкладышей радиальных подшипников согласно предшествующему уровню техники;
На фиг.3 представлен вид в перспективе, вид сверху и поперечное сечение элемента в виде втулки для осевой фиксации, по меньшей мере, одного подшипника поворотного вала, причем элемент в виде втулки содержит на периферийной поверхности сквозное отверстие, которое является коническим в радиальном направлении;
На фиг.4 представлен вид в перспективе и вид сверху элемента в виде втулки для осевой фиксации, по меньшей мере, одного подшипника поворотного вала, причем элемент в виде втулки содержит на периферийной поверхности сквозное отверстие, которое является коническим как в радиальном направлении элемента в виде втулки, так и в осевом направлении; и
На фиг.5 представлен вид в перспективе и вид сверху элемента в виде втулки для осевой фиксации, по меньшей мере, одного подшипника поворотного вала, причем элемент в виде втулки содержит на периферийной поверхности сквозное отверстие, которое является коническим как в радиальном, так и в осевом направлениях, и которое проходит до края элемента в виде втулки.
Тогда как на фиг.1 и 2 представлены турбокомпрессоры, приводимые в действие отработавшими газами, с элементом в виде втулки для осевой фиксации двух вкладышей радиальных подшипников согласно предшествующему уровню техники, на фиг.3-5 представлены альтернативные варианты осуществления элемента в виде втулки этого типа, которые предназначены для упрощения установки датчика частоты вращения для турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами.
На фиг.3 представлен элемент 40 в виде втулки, имеющий форму полого цилиндра. Элемент 40 в виде втулки используют для осевой фиксации, по меньшей мере, одного подшипника поворотного вала, в частности, вала турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами. Как правило, однако, его используют для осевой фиксации двух подшипников поворотного вала так, чтобы элемент 40 в виде втулки одной торцевой поверхностью 42 поддерживал один подшипник, а другой торцевой поверхностью 44 поддерживал другой подшипник, тем самым выполняя осевую фиксацию этих подшипников.
На периферийной поверхности 46 элемента 40 в виде втулки выполнено сквозное отверстие 48, которое, если смотреть сверху, имеет по существу форму продольного паза. Сквозное отверстие 48 предназначено для того, чтобы датчик частоты вращения для измерения частоты вращения вала турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, мог пройти через элемент 40 в виде втулки.
Для упрощения установки датчика частоты вращения в радиальном направлении элемента 40 в виде втулки сквозное отверстие 48 имеет в радиальном направлении коническую форму. Это значит, что каждая из стенок 50 и 52, ограничивающих сквозное отверстие 48, образует в радиальном направлении угол α/2 с поперечной осью 54 элемента 40 в виде втулки. Это облегчает вставку датчика частоты вращения, обеспечивая автоматическое поворачивание элемента 40 в виде втулки в правильное угловое положение в процессе сборки.
На фиг.4 представлен в качестве альтернативы элементу 40 в виде втулки согласно фиг.3 вариант осуществления элемента 40′ в виде втулки, причем на периферийной поверхности 46′ элемента 40′ в виде втулки также выполнено сквозное отверстие 48′. Элемент 40′ в виде втулки также может быть использован для осевой фиксации подшипников вала, поддерживая каждый подшипник одной торцевой поверхностью 42′ и другой торцевой поверхностью 44′.
Как видно на фиг.4 сквозное отверстие 48′, как и сквозное отверстие 48 согласно фиг.3, имеет коническую форму в радиальном направлении. Кроме того, часть сквозного отверстия 48′ также имеет коническую форму в осевом направлении вдоль продольной оси 56 элемента 40′ в виде втулки. Эта часть обозначена позицией 58.
На фиг.5 представлен вариант осуществления элемента 40″ в виде втулки, который является альтернативным элементам, представленным на предыдущих фигурах, и который также может быть использован для осевой фиксации двух подшипников посредством его торцевых поверхностей 42″ и 44″.
Элемент 40″ в виде втулки на периферийной поверхности 46″ также содержит сквозное отверстие 48″, которое является коническим в радиальном направлении элемента в виде втулки. В осевом направлении вдоль продольной оси 56′ элемента 40″ в виде втулки часть сквозного отверстия 48″ также является конической; эта часть обозначена позицией 58′. Как видно на фиг.5, сквозное отверстие 48" проходит до края 60 элемента 40″ в виде втулки таким образом, что сквозное отверстие 48″ не закрыто с одной стороны в осевом направлении. В результате датчик частоты вращения вала турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами, в котором элемент 40″ в виде втулки используют для осевой фиксации подшипников вала, может быть установлен в турбокомпрессор, приводимый в действие отработавшими газами, перед установкой элемента 40″ в виде втулки. Благодаря конической форме сквозного отверстия 48″ элемент 40″ в виде втулки автоматически поворачивается в правильное положение относительно датчика частоты вращения, обеспечивая беспрепятственное определение частот вращения вала турбокомпрессора, приводимого в действие отработавшими газами.
Как дополнительно видно на фиг.5, сквозное отверстие 48″ содержит закругленные участки 62 и 64 возле края 60, которые также упрощают вставку датчика частоты вращения при установке в осевом направлении, для дополнительного упрощения сборочно-монтажных работ и, таким образом, дополнительного снижения стоимости.