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CN100393984C - 涡轮增压器 - Google Patents

涡轮增压器 Download PDF

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CN100393984C CNB031586368A CN03158636A CN100393984C CN 100393984 C CN100393984 C CN 100393984C CN B031586368 A CNB031586368 A CN B031586368A CN 03158636 A CN03158636 A CN 03158636A CN 100393984 C CN100393984 C CN 100393984C
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Abstract

一种涡轮增压器包括一个安装在置于一个轴(8)的一个端部的一个密封凸台(19)上的涡轮机叶轮(4)和一个安装在此轴(8)的另一个端部的压缩机叶轮(6)。此轴(6)在轴承组件(13，14)上旋转，轴承组件装在压缩机壳体(7)和涡轮机壳体(5)之间的一个轴承壳体(3)中，涡轮机叶轮(4)通过一个壳体的壁(3a)与轴承壳体的内部分开。密封凸台(19)通过一个环形通道(20)延伸，环形通道通过此壳体的壁(3a)设置，并且通过一个密封环(21)进行密封。密封凸台(19)具有一个延伸进入轴承壳体的内侧轴向端部，以及一个绕此轴(8)形成一个径向肩部的环形面(31)。轴承壳体有一个邻近轴承壳体的壁(3a)的集油槽(28)，还具有一个至少部分地绕此轴(8)，并且轴向搭接此密封凸台内侧端部的开口(2a)。密封凸台(19)的环形面(31)相对于延伸通过此轴(8)的一个径向平面倾斜，以便此轴转动时存在于此环形面上的油向轴向和径向离开轴(8)和通过壳体壁(3a)轴向离开通道(20)的方向上射入集油槽(28)中。

Description

涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的涡轮增压器。特别的是，本发明涉及减少从涡轮增压器的轴承的壳体到涡轮增压器的涡轮机的壳体的油的泄漏。
背景技术
涡轮增压器是已知的在大于大气压的压力(增压)下用于把空气供给内燃机的进气口的装置。普通的涡轮增压器基本上包括一个安装在涡轮机壳体中的可旋转的轴上的废气涡轮机叶轮。涡轮机叶轮的旋转带动安装在压缩机壳体中的轴的另一端上的压缩机叶轮转动。此压缩机叶轮把压缩空气供给发动机的进气歧管，因此增加了发动机的动力。
涡轮增压器的轴通常由轴颈轴承和推力轴承支承，这两种轴承包括适当的润滑系统，它们设置在一个连接在涡轮机叶轮的壳体和压缩机叶轮的壳体之间的中央轴承壳体内。已知的一个问题是提供一个有效的密封系统以防止油从中央轴承壳体中泄漏到压缩机壳体或涡轮机壳体中。由于在低的增压情况下，从轴承壳体到压缩机壳体有一个明显的压降，以促使油泄漏进入压缩机的壳体，所以油的泄漏被看作是在涡轮增压器的压缩机端部的一个特殊的问题。通常是在压缩机端密封装置中设置一个甩油环。甩油环是一个环形的部件，它绕着涡轮增压器的轴旋转并且具有表面或通道，所述表面或通道当甩油环转动时用于推进油从所述轴离开，并且尤其推进油从通道通过轴承壳体进入压缩机壳体。
虽然在涡轮增压器的涡轮机端部的油的泄漏被看作是问题的一小部分，但是它对防止油泄漏进入涡轮机壳体是重要的，在涡轮机壳体中，油将与废气混合并且增加废气的排放。涡轮增压器的涡轮机叶轮通常是磨擦熔焊到涡轮增压器轴的端部上的一个密封凸台上，此密封凸台有一个比轴的直径大的直径，并且在一个环形通道中旋转，此环形通道穿过把轴承壳体与涡轮机壳体分开的壳体的壁。普通的油的密封构造包括一个或多个设置在环形间隙中的密封环，此密封环以活塞环的方式在具有迷宫密封的通道中围绕所述密封凸台。
当发动机磨损和发动机曲轴箱的压力增加，而发动机活塞环的密封性能降低时，通过涡轮机端部的密封件而泄漏的油就成了一个问题。从涡轮增压器的轴承壳体中排出的油被送入发动机曲轴箱，因此曲轴箱中任何压力的增加都被传递至轴承的壳体，结果导致通过涡轮机端部的密封件的“渗漏”。由于日益苛刻的废气排放的条例，所以需要不断地提高涡轮机端部密封构造的性能。
发明内容
本发明的目的是消除或减轻油从涡轮增压器的轴承壳体泄漏至涡轮增压器的涡轮机壳体中。
本发明提供的一种涡轮增压器包括：
一个安装在置于轴的一个端部的密封凸台上的、用于绕一个轴线在涡轮机壳体中旋转的涡轮机叶轮；
一个安装在轴的另一个端部的、用于在压缩机壳体中绕所述的轴线旋转的压缩机叶轮；
此轴在轴承组件上旋转并且具有用于把油送入轴承组件中的油通道，所述轴承组件装在压缩机壳体和涡轮机壳体之间的轴承壳体中；
此涡轮机叶轮通过一个壳体的壁与一个轴承壳体的内部分开；
通过一个环形通道延伸的密封凸台，此环形通道通过所述壳体的壁设置，并且通过设置在一个环形间隙中的密封装置进行密封，此环形间隙在环形通道中绕密封凸台被形成；
此密封凸台具有一个延伸进入轴承的壳体的内侧轴向端部，并且具有一个形成一个绕轴的径向肩部的环形面；
此轴承壳体形成一个集油槽并且具有一个开口，此集油槽径向凹入与所述轴承壳体的壁相邻的轴承壳体中，而此开口至少部分地围绕此轴，并且轴向搭接密封凸台的内侧端部；
其中密封凸台的环形面相对于延伸通过轴的径向平面有一个倾角，以便轴转动时存在于密封凸台的环形面上的油向所述轴径向离开和通过所述轴承壳体的壁轴向离开所述环形通道的方向上射入所述集油槽中。
试验显示，通过相对简便的手段以推进油沿轴向远离穿过轴承壳体的壁的通道，从而远离涡轮机端部的密封件，使通过密封件而泄漏的油大幅度地减少了。在本发明的较佳实施例中，集油槽有第一和第二面对的侧壁，第一侧壁相对于第二侧壁是内侧，而密封凸台倾斜地把油射到第二侧壁上而不是第一侧壁上。
环形密封凸台的面的倾斜的轮廓可以变化，但最好此面的径向外边缘伸出在面的径向内边缘之外。例如，此环形面大体上可以是截头圆锥体。
倾斜的面可以通过加工一个进入另一个径向延伸的面的、具有适当轮廓的凹槽，例如，一个切口，而形成。换句话说，通过对一个普通的密封凸台进行适当的加工，容易地把一个普通的涡轮增压器的轴和涡轮机叶轮的组件进行变形。
本发明其它的较佳的和特殊的优越性将通过下面的说明得到了解。
附图说明
现在将通过举例，参照附图，说明本发明特定的实施例，其中：
图1是一个普通的涡轮增压器的剖示图；
图2是一个图1的涡轮增压器的涡轮机端部轴承和油封组件的放大图；以及
图3显示了一种本发明的图2的涡轮机叶轮和轴组件的变型。
具体实施方式
参见图1和图2，所述的涡轮增压器包括一个借助中央轴承壳体3与压缩机2接合的涡轮机1。此涡轮机1包括一个在涡轮机壳体5中旋转的涡轮机叶轮4。同样，压缩机2包括一个在压缩机壳体7中旋转的压缩机叶轮6。此涡轮机叶轮4和压缩机叶轮6安装在一个共用的涡轮增压器的轴8的相对端，此轴8通过中央轴承壳体3延伸。
此涡轮机壳体5有一个绕涡轮机叶轮4环形设置的废气进气涡壳9和一个轴向废气排出口10。此压缩机壳体7有一个轴向空气进气通道11和一个绕压缩机叶轮6环形设置的压缩空气的排气涡壳12。
在使用中，涡轮机叶轮4在从环形废气进口9至废气出口10的废气通道中的废气的作用下旋转，进而转动压缩机叶轮6，由此通过压缩机进气口11吸入进口空气并且借助压缩机的出口涡壳12把增压的空气送入内燃机的进口。
涡轮增压器的轴8在全部浮置的轴颈轴承13和14上旋转，轴承13和14朝着相应于轴承壳体3的涡轮机端部和压缩机端部设置。压缩机端部轴承组件14还包括一个推力轴承15，它与包括一个甩油环16的油封组件相互配合。压缩机端部轴承和油封的细节对理解本发明不重要，因此将不再进行描述。借助油的进口17从内燃机的油系统把油供给轴承壳体并且通过油通道18使油流入轴承组件。
图2非常详细地示出了涡轮机端部轴承组件和油封。涡轮机叶轮4在密封凸台19与涡轮增压器的轴8的端部接合。通常，密封凸台19的第一部分与轴8形成为一个整体并且在涡轮机叶轮4上与第二凸台部分接合(例如通过磨擦熔焊)。密封凸台19通过一个环形通道20在一个轴承壳体的壁3a中延伸并且进入涡轮机壳体。密封凸台19通过密封环21(活塞环)相对于环形通道20进行密封。
更详细的(特别是参见图2)是，通过轴承壳体壁3a的通道20沿径向成台阶状，具有一个相对小的直径的内侧部分20a和一个相对大的直径的外侧部分20b。这提供了一个用于环形密封件21的一个环形邻接的台肩22，此环形密封件21位于一个在密封凸台19的外表面中设置的环形槽23中。此密封环21相对于轴承壳体3固定，并且被设置成防止通道20中的空气/油的泄漏。邻接的台肩22防止密封环21向内朝着轴承壳体3缓慢移动。为了提供一个急剧的、没有切成圆弧的通道20的直径的变化，一个微小的环形凹槽24被切回进入环形通道20的表面以形成肩部22。
涡轮机端部的轴颈轴承13设置在弹性挡圈25和26之间。借助油通道18，油流入轴承13并且轴承13具有为了使油通过涡轮增压器的轴8的、在圆周上间隔开的径向孔27。一个环形的回油槽28沿径向凹入轴承壳体的壁，此壁通过壳体的壁3a与通道20邻近。回油槽28环绕轴8，并有一进口29。
此密封凸台19稍微延伸进入轴承壳体18中，越过轴承壳体壁3a的内表面，并且轴向搭接回油槽28的入口29。密封凸台19的内侧端部围绕轴8而形成一个具有环形面30的径向肩部。当涡轮增压器轴8旋转时，到达环形面30的油从凸台19的面30沿径向被驱散和被推进进入油槽28，从那里借助一个排油孔31(图1中所示)把油排回入发动机的曲轴箱。因此油槽28的设置防止油在通道20的区域中积聚，同样地凸台19凸入轴承壳体3中确保了油被射入油槽28，而不是朝着凸台19经过通道20所形成的环形间隙。
但是调查已经显示，在图1和图2中所示的上述普通的构造中，在推进到油槽28的绝大部分的油都沿着轴承壳体3a的内壁流回到通道20中。在本发明中，如图3中所示的实施例所例证的那样，致力于解决这个问题。
参见图3，所述的组件与图2中的那些相同，除了本发明的那些之外，密封凸台19的环形面31被加工成具有一个切口，以便它不是严格地从轴8沿径向延伸，而是以一个通过轴承壳体壁3a离开通道20的角度延伸。因此，当轴8旋转时，存于环形表面31上的油不仅从轴8沿径向射出，而且还从通道20沿轴向射出。在这种特别的实施例中，油将射到远离通道20的油槽28的一个侧表面32上，并且因此油朝着通道20流回的可能性就大大地降低了。
因此，本发明提供了一种在无需给密封组件增加任何额外的部件的情况下，就能有效地降低通过涡轮机端部密封件的油的泄漏的方法，此方法仅通过对普通的涡轮增压器的部件进行微小的变形，即对密封凸台19的环形面进行适当的成形就可以完成。
可以认为，环形的密封凸台的面31的准确的轮廓可以是与上述阐明的那种轮廓不同的，只要它有沿一个方向推进油的作用，此方向是具有远离通道20的一个轴向成分的方向。
还可以认为，轴的轴承和油的密封件的构造的细节可以全部是普通的，并且与上述所阐明不同的。例如，油的密封件可以包括多于一个的环形密封件21并且通道20可以是一个恒定直径的平面孔。同样地，轴承壳体和涡轮机壳体的详细的形状可以由所述的那些变形而得出。例如，在所述的实施例中，从轴承壳体至涡轮机壳体的通道形成在轴承壳体的一个壁中。在其它的布置中，隔开两个壳体的壁可以形成涡轮机壳体的一部分，而不是轴承壳体的一部分。
还可以认为，油槽28的恰当的形式可以发生变化。例如，在一些涡轮增压器的轴承壳体中，油槽可以绕轴延伸几乎360°，而在其它情况下，油槽可以通过一个小的角度而延伸。再者，油槽28的细节可以完全是普通的。或者，通过倾斜槽的侧壁(特别是内侧壁)对油槽作出修改，以增强油的收集性能。
本发明其它的可能的形式对本领域的普通技术人员而言是显而易见的。

Claims (15)

1.一种涡轮增压器，包括：
一个安装在置于一个轴的一个端部的一个密封凸台上的、用于绕一个轴线在涡轮机壳体中旋转的涡轮机叶轮；
一个安装在所述轴的另一个端部的、用于绕所述的轴线在压缩机壳体中旋转的压缩机叶轮；
所述轴在轴承组件上旋转并且具有用于把油送入轴承组件中的油通道，所述轴承组件装在所述压缩机壳体和所述涡轮机壳体之间的一个轴承壳体中；
所述的涡轮机叶轮通过一个壳体的壁与所述轴承壳体的内部分开；
所述的密封凸台通过一个环形通道延伸，所述的环形通道通过所述壳体的壁设置，并且通过设置在一个环形间隙中的密封装置进行密封，所述的环形间隙在所述的环形通道中绕密封凸台被形成；
所述的密封凸台具有一个延伸进入所述的轴承壳体的内侧轴向端部，还具有一个形成一个绕所述轴的径向肩部的环形面；
所述的轴承壳体形成一个集油槽并且具有一个开口，所述集油槽径向凹入与所述轴承壳体的壁相邻的所述的轴承壳体中，所述开口至少部分地绕所述轴，并且轴向搭接所述密封凸台的内侧端部；
其中所述密封凸台的环形面相对于延伸通过所述轴的一个径向平面倾斜，以便所述轴转动时存在于所述密封凸台的环形面上的油向径向离开所述轴和通过所述轴承壳体的壁轴向离开所述环形通道的方向上射入所述集油槽中。
2.一种如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述的密封凸台的面有一个径向的外部的圆周边缘和一个径向的内部圆周边缘，所述的外部圆周边缘伸出在所述的内部圆周边缘之外。
3.一种如权利要求2所述的涡轮增压器，其特征在于，所述的内部圆周边缘被切成圆弧以提供一个从所述轴的轴向表面至所述密封凸台的面的圆滑的转变。
4.一种如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述的密封凸台的环形的面大致是截头圆锥形。
5.一种如权利要求2或3所述的涡轮增压器，其特征在于，所述的密封凸台的环形的面大致是截头圆锥形。
6.一种如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述的集油槽有第一和第二面对的侧壁，所述第二侧壁相对于所述第一侧壁是内侧，而所述密封凸台的环形面是倾斜的，以把油射到所述集油槽的第二侧壁上。
7.一种如权利要求2至4中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，所述的集油槽有第一和第二面对的侧壁，所述第二侧壁相对于所述第一侧壁是内侧，而所述密封凸台的环形面是倾斜的，以把油射到所述集油槽的第二侧壁上。
8.一种如权利要求6所述的涡轮增压器，其特征在于，所述集油槽的第一侧壁与通过所述环形通道延伸的所述轴承壳体的壁相连。
9.一种如权利要求7所述的涡轮增压器，其特征在于，所述集油槽的第一侧壁与通过所述通道延伸的所述轴承壳体的壁相连。
10.一种如权利要求6所述的涡轮增压器，其特征在于，所述的轴承的壳体的壁形成所述的集油槽的第一侧壁。
11.一种如权利要求8所述的涡轮增压器，其特征在于，所述的轴承的壳体的壁形成所述的集油槽的第一侧壁。
12.一种如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，所述的密封装置包括至少一个密封环。
13.一种如权利要求2至4，6，8或10中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，所述的密封装置包括至少一个密封环。
14.一种如权利要求12所述的涡轮增压器，其特征在于，所述的至少一个密封环设置在一个环形槽中，所述的环形槽设置在所述的密封凸台的一个径向外表面上。
15.一种如权利要求13所述的涡轮增压器，其特征在于，所述的至少一个密封环设置在一个环形槽中，所述的环形槽设置在所述的密封凸台的一个径向外表面上。
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