涡轮增压器轴通过一个或多个轴密封圈相对于涡轮叶轮端的轴承座内孔密封。按照惯例，这些密封圈位于设置在涡轮叶轮后面的轴上的环形凹槽内。特别是在涡轮增压发动机的发动机制动阀位于涡轮下游时，这种传统的轴密封配置可能会出现问题，并且排气管路中的背压能够达到7巴并且因此涡轮叶轮壳体中的背压能够达到7巴。本发明专利技术的轴密封设计省去了凹槽，并且能够将密封件和耐磨性更高的环形密封件组装在一起，因此在过度使用时保持密封件的有效性。
【技术实现步骤摘要】
【专利说明】
技术介绍
专利
在涡轮增压器中，轴通常通过一个或多个轴密封圈(或活塞圈)相对于涡轮叶轮端的轴承座内孔密封，这些轴密封圈(或活塞圈)位于设置在涡轮叶轮后面轴上的环形凹槽内。在涡轮增压发动机的发动机制动阀位于涡轮下游时，这种传统的轴密封配置可能会出现问题。由于发动机制动器被激活，排气管路中的背压迅速上升并且因此涡轮叶轮壳体中的背压迅速上升，并均能够达到7巴。本专利技术的轴密封设计能够将密封件和耐磨性更高的环形密封件组装在一起，因此在过度使用时保持密封件的有效性。相关技术说明涡轮增压器利用来自发动机排气歧管的排气流(其进入涡轮壳体入口处的涡轮增压器的涡轮级)来驱动位于涡轮壳体内的涡轮叶轮。涡轮叶轮固定在可旋转地支撑在轴承座内的轴的一端。该轴驱动安装在轴的另一端的压缩机叶轮。涡轮叶轮、轴和压缩机叶轮构成一个旋转组件，该组件支撑在轴承座内。因此，涡轮叶轮提供旋转动力来驱动涡轮增压器的压缩机。然后，以比正常吸气配置更大的密度，将压缩空气提供给发动机进气口。这使得更多的燃料得以燃烧，从而提高发动机的马力，而没有显著地增加发动机重量。当装配有发动机压缩型排气制动器的商用载货汽车沿着带有很长斜坡的坡面向下行驶时，不依赖车辆的车轮制动器，排气制动器可用于阻止涡轮叶轮下游排出的气体的流动并向该车辆提供制动。通过车轮所驱动的车辆变速箱，沿斜坡向下缓缓行进的卡车的质量和惯性促使发动机旋转。在发动机中没有引入燃料，发动机像空气栗一样防止排气制动器堵塞，消耗能量并降低车速。涡轮增压器轴通常通过轴密封圈(或活塞圈)相对于涡轮叶轮端的轴承座内孔密封，这些轴密封圈(或活塞圈)位于设置在涡轮叶轮后面轴上的环形凹槽内(参见，例如Borgffarner W02014099289，图2)。轴密封防止轴承润滑系统的滑油泄漏到涡轮壳体内导致排气管中产生蓝烟和油滴，并且防止排出的气体污染轴承座导致轴承过热并对轴承寿命产生不利影响。当位于涡轮下游的发动机制动阀被激活时，这种传统的轴密封配置可能会出现问题。由于发动机制动器被激活，因此，排气管路中的背压迅速上升并且因此涡轮叶轮壳体中的背压迅速上升，并均能够达到7巴。由于涡轮叶轮背后的压力升高，因此，轴密封圈被向内侧推动。这一运动，连同轴的较高转速旋转，能够产生过多的摩擦热，这可能会导致轴密封圈过热。反过来，这又会使密封圈更容易受到内孔中的运动的影响，并导致密封快速失效。克服上述问题是本专利技术的一个目标。
技术实现思路
本专利技术基于这样一种认识，在传统的涡轮增压器中，若轴通过一个或多个轴密封圈或环形密封件相对于轴承座内孔密封，这些轴密封圈或环形密封件位于设置在涡轮叶轮后面轴上的环形凹槽内，在安装过程中，需要扩展密封圈使得它们的内径能够通过临近凹槽的轴外径较大的区域，然后，收缩密封圈，以便将密封圈安置在轴上的凹槽内，这要求密封圈应由高抗拉屈服强度的韧性或弹性材料制成。这些材料具有常常缺乏硬度和耐磨损性的缺点。本专利技术者发现，通过重新设计轴和密封件来消除凹槽，这样使得环形密封件不必在安装过程中扩展和收缩，这不再限制选择由屈服强度高的材料制成的密封圈。现在，不考虑屈服强度，有可能选择由硬度和耐磨损性较高的材料制成的密封圈。 如在本文中所使用的，术语“耐磨损性”指高硬度材料，例如，洛氏硬度试验中，硬度大于50C，或使用较小HR15N硬度计压头来调节更小零件时，硬度大于85C。此外，如在本文中所使用的，“低屈服强度”指屈服强度小于500MPa。在一个实例中，环形密封件由嵌入有固体润滑剂的烧结钢制成。在另一个实例中，该环形密封件由陶瓷材料制成。在再一个实例中，该环形密封件是由进行涂覆以提高耐磨性能的传统材料制成。尽管这种涂层是已知的，在将该涂层输送给轴的外表面上相应的凹槽的同时，当环形密封件张开以适应轴外径时，该涂层常常发生开裂或其他损伤，因此先前没能使用它们涂覆传统涡轮增压器迷宫式密封的环形密封件。因此，与一些传统的密封组件相比，该模块化密封组件极大地扩展了构成环形密封件的材料的范围。该无槽密封组件便于耐磨、屈服强度低的环形密封件进行装配，不存在使其发生变形的装配步骤。根据本专利技术，涡轮增压器包括轴，该轴具有限定不同轴径的轴段的至少第一轴肩和第二轴肩。该模块化密封组件进一步包括至少一个固定器和一个卡环，以及第一密封圈和二密封圈。该固定器和卡环由垫片隔开，该垫片与固定器和卡环中任意一者一体成型。在组装时，该固定器和卡环之间形成一个适于容纳第一密封圈的环形凹槽。该卡环抵接第一轴肩。该第一轴肩和第二轴肩之间具有外径尺寸被设计成容纳第二密封圈的轴段。由于此设计，通过仅在轴上简单地滑动外侧轴密封件和卡环直到它抵接第二轴肩，并简单地滑动内侧轴密封件和固定器直到它抵接卡环，产生了轴密封。无需扩展密封圈来通过大径的轴段以便将密封圈安置在轴上机加工的凹槽内。在本专利技术的一个实施例中，外侧环形密封件和内侧环形密封件的尺寸被设计成在轴承座内孔内进行过盈配合，使得它们是静止的，同时卡环与固定器过盈配合或附接至转动轴。在另一实施例中，卡环在轴承座内孔内过盈配合，同时外侧和内侧环形密封件安装成绕轴转动。【附图说明】实施例通过实例示出，但并不限于附图，附图中类似的参考号表示类似的零件。图1是在轴的涡轮端包括模块化密封组件的排气涡轮增压器的剖视图；图2是示出了模块化密封组件的第一实施例的轴的涡轮端的放大的剖视图；图3是本专利技术第一实施例的修改的简化图示；以及图4是示出了模块化密封组件的第一实施例的轴的涡轮端的放大的剖视图。【具体实施方式】本文中所描述的配置涉及在涡轮增压器的涡轮端上的动态旋转装配部件和配套的静止部件之间采用的密封系统和方法。更具体地说，本文中的实施例涉及形成可减少涡轮端漏气导致的泄漏的密封系统。本文中公开了具体实施例，然而，应该理解的是，所公开的实施例仅作为示例性。因此，本文中所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限定，而仅解释为权利要求的基础，并解释为教导本领域技术人员在实际中以任何适当的详细结构以多种方式实施本文各个方面的代表性基础。进一步地，本文中所使用的术语和措辞并非旨在限制，而是旨在提供对可能的实现方式的可理解描述。参照图1，排气涡轮增压器10包括涡轮部分12、压缩机部分14以及中心轴承座23，该中心轴承座设置在两者之间，并将压缩机部分14连接在涡轮部分12上。涡轮部分12包括涡轮壳体17和设置在涡轮壳17中的涡轮叶轮16。压缩机部分14包括压缩机壳体19和设置在压缩机壳体中的压缩机叶轮19。涡轮叶轮16经由轴2连接在压缩机叶轮18上。在示出的实施例中，轴2的轴颈部5由一对轴向间隔的径向轴承26支撑，以便围绕形成于轴承座23内的内孔27内的旋转轴线R转动。径向轴承26间的轴向间距通过一个圆柱形轴承垫片(未示出)保持。此外，推力轴承组件24设置在轴承座23内，以便对轴2进行轴向定位。相对于轴颈部5，在压缩机侧径向轴承26外侧的压缩机侧的轴2的直径缩减，且在轴2内在两直径间的过渡处形成了第一轴肩101。压缩机叶轮18和推力轴承组件24，包括推力轴承28、止推垫圈组件22和甩油环，均位于轴2上的直径缩减部6 (也称为“短轴部”6)内。轴2的短轴部的终端3从压缩机叶轮18中轴向伸出，且包括一个外螺纹。螺母32与螺纹相啮本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种包括密封系统(110，210)的涡轮增压器(10)，所述涡轮增压器(10)包括：轴承座(23)，其包括轴向内孔(27)；具有旋转轴线的轴(2)，所述轴(2)可旋转地支撑在所述轴向内孔(27)内，并且包括形成在所述轴的第一轴径(D3)和第二轴径(D1)之间的外表面上的至少一个第一轴肩(103)，及形成在所述轴的第二轴径(D1)和第三轴径(Dsp)之间的外表面上的第二轴肩(105)；以及安装在所述轴(2)的一端的涡轮叶轮(16)，所述密封系统(110)包括：设置在所述第一和第二轴肩(105，103)之间的外侧环形密封件(142b)，卡环(162)，其环绕所述轴(2)并且抵接所述第一轴肩(105)，内侧环形密封件(142a)设置在所述卡环(162)的内侧，以及空心的圆柱形固定器(112，212)，其固定在所述卡环(162)内侧的所述轴(2)的外表面上，其中，从固定器(112)延伸至卡环(162)或从卡环(162b)延伸至固定器(112)的垫片(126)以一定距离将固定器(112)与卡环(162)分隔开，以便通过近轴公差将内侧环形密封件(142a)容纳在卡环(162)和固定器(112)之间，并且其中在所述密封系统的固定部件和转动部件之间形成迷宫式密封。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：A·克里，
申请(专利权)人：博格华纳公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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