模塊化渦輪增壓器的間隙密封的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]發(fā)明領(lǐng)域
[0002]在渦輪增壓器中，軸通常通過一個(gè)或多個(gè)軸密封圈(或活塞圈)相對(duì)于渦輪葉輪端的軸承座內(nèi)孔密封，這些軸密封圈(或活塞圈)位于設(shè)置在渦輪葉輪后面軸上的環(huán)形凹槽內(nèi)。在渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)閥位于渦輪下游時(shí)，這種傳統(tǒng)的軸密封配置可能會(huì)出現(xiàn)問題。由于發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器被激活，排氣管路中的背壓迅速上升并且因此渦輪葉輪殼體中的背壓迅速上升，并均能夠達(dá)到7巴。本發(fā)明的軸密封設(shè)計(jì)能夠?qū)⒚芊饧湍湍バ愿叩沫h(huán)形密封件組裝在一起，因此在過度使用時(shí)保持密封件的有效性。
[0003]相關(guān)技術(shù)說明
[0004]渦輪增壓器利用來自發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管的排氣流(其進(jìn)入渦輪殼體入口處的渦輪增壓器的渦輪級(jí))來驅(qū)動(dòng)位于渦輪殼體內(nèi)的渦輪葉輪。渦輪葉輪固定在可旋轉(zhuǎn)地支撐在軸承座內(nèi)的軸的一端。該軸驅(qū)動(dòng)安裝在軸的另一端的壓縮機(jī)葉輪。渦輪葉輪、軸和壓縮機(jī)葉輪構(gòu)成一個(gè)旋轉(zhuǎn)組件，該組件支撐在軸承座內(nèi)。因此，渦輪葉輪提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)渦輪增壓器的壓縮機(jī)。然后，以比正常吸氣配置更大的密度，將壓縮空氣提供給發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口。這使得更多的燃料得以燃燒，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的馬力，而沒有顯著地增加發(fā)動(dòng)機(jī)重量。
[0005]當(dāng)裝配有發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮型排氣制動(dòng)器的商用載貨汽車沿著帶有很長(zhǎng)斜坡的坡面向下行駛時(shí)，不依賴車輛的車輪制動(dòng)器，排氣制動(dòng)器可用于阻止渦輪葉輪下游排出的氣體的流動(dòng)并向該車輛提供制動(dòng)。通過車輪所驅(qū)動(dòng)的車輛變速箱，沿斜坡向下緩緩行進(jìn)的卡車的質(zhì)量和慣性促使發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。在發(fā)動(dòng)機(jī)中沒有引入燃料，發(fā)動(dòng)機(jī)像空氣栗一樣防止排氣制動(dòng)器堵塞，消耗能量并降低車速。
[0006]渦輪增壓器軸通常通過軸密封圈(或活塞圈)相對(duì)于渦輪葉輪端的軸承座內(nèi)孔密封，這些軸密封圈(或活塞圈)位于設(shè)置在渦輪葉輪后面軸上的環(huán)形凹槽內(nèi)(參見，例如Borgffarner W02014099289，圖2)。軸密封防止軸承潤(rùn)滑系統(tǒng)的滑油泄漏到渦輪殼體內(nèi)導(dǎo)致排氣管中產(chǎn)生藍(lán)煙和油滴，并且防止排出的氣體污染軸承座導(dǎo)致軸承過熱并對(duì)軸承壽命產(chǎn)生不利影響。
[0007]當(dāng)位于渦輪下游的發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)閥被激活時(shí)，這種傳統(tǒng)的軸密封配置可能會(huì)出現(xiàn)問題。由于發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)器被激活，因此，排氣管路中的背壓迅速上升并且因此渦輪葉輪殼體中的背壓迅速上升，并均能夠達(dá)到7巴。由于渦輪葉輪背后的壓力升高，因此，軸密封圈被向內(nèi)側(cè)推動(dòng)。這一運(yùn)動(dòng)，連同軸的較高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，能夠產(chǎn)生過多的摩擦熱，這可能會(huì)導(dǎo)致軸密封圈過熱。反過來，這又會(huì)使密封圈更容易受到內(nèi)孔中的運(yùn)動(dòng)的影響，并導(dǎo)致密封快速失效。
[0008]克服上述問題是本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明基于這樣一種認(rèn)識(shí)，在傳統(tǒng)的渦輪增壓器中，若軸通過一個(gè)或多個(gè)軸密封圈或環(huán)形密封件相對(duì)于軸承座內(nèi)孔密封，這些軸密封圈或環(huán)形密封件位于設(shè)置在渦輪葉輪后面軸上的環(huán)形凹槽內(nèi)，在安裝過程中，需要擴(kuò)展密封圈使得它們的內(nèi)徑能夠通過臨近凹槽的軸外徑較大的區(qū)域，然后，收縮密封圈，以便將密封圈安置在軸上的凹槽內(nèi)，這要求密封圈應(yīng)由高抗拉屈服強(qiáng)度的韌性或彈性材料制成。這些材料具有常常缺乏硬度和耐磨損性的缺點(diǎn)。
[0010]本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，通過重新設(shè)計(jì)軸和密封件來消除凹槽，這樣使得環(huán)形密封件不必在安裝過程中擴(kuò)展和收縮，這不再限制選擇由屈服強(qiáng)度高的材料制成的密封圈?，F(xiàn)在，不考慮屈服強(qiáng)度，有可能選擇由硬度和耐磨損性較高的材料制成的密封圈。
[0011 ] 如在本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“耐磨損性”指高硬度材料，例如，洛氏硬度試驗(yàn)中，硬度大于50C，或使用較小HR15N硬度計(jì)壓頭來調(diào)節(jié)更小零件時(shí)，硬度大于85C。此外，如在本文中所使用的，“低屈服強(qiáng)度”指屈服強(qiáng)度小于500MPa。在一個(gè)實(shí)例中，環(huán)形密封件由嵌入有固體潤(rùn)滑劑的燒結(jié)鋼制成。在另一個(gè)實(shí)例中，該環(huán)形密封件由陶瓷材料制成。在再一個(gè)實(shí)例中，該環(huán)形密封件是由進(jìn)行涂覆以提高耐磨性能的傳統(tǒng)材料制成。盡管這種涂層是已知的，在將該涂層輸送給軸的外表面上相應(yīng)的凹槽的同時(shí)，當(dāng)環(huán)形密封件張開以適應(yīng)軸外徑時(shí)，該涂層常常發(fā)生開裂或其他損傷，因此先前沒能使用它們涂覆傳統(tǒng)渦輪增壓器迷宮式密封的環(huán)形密封件。因此，與一些傳統(tǒng)的密封組件相比，該模塊化密封組件極大地?cái)U(kuò)展了構(gòu)成環(huán)形密封件的材料的范圍。該無槽密封組件便于耐磨、屈服強(qiáng)度低的環(huán)形密封件進(jìn)行裝配，不存在使其發(fā)生變形的裝配步驟。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，渦輪增壓器包括軸，該軸具有限定不同軸徑的軸段的至少第一軸肩和第二軸肩。該模塊化密封組件進(jìn)一步包括至少一個(gè)固定器和一個(gè)卡環(huán)，以及第一密封圈和二密封圈。該固定器和卡環(huán)由墊片隔開，該墊片與固定器和卡環(huán)中任意一者一體成型。在組裝時(shí)，該固定器和卡環(huán)之間形成一個(gè)適于容納第一密封圈的環(huán)形凹槽。該卡環(huán)抵接第一軸肩。該第一軸肩和第二軸肩之間具有外徑尺寸被設(shè)計(jì)成容納第二密封圈的軸段。
[0013]由于此設(shè)計(jì)，通過僅在軸上簡(jiǎn)單地滑動(dòng)外側(cè)軸密封件和卡環(huán)直到它抵接第二軸肩，并簡(jiǎn)單地滑動(dòng)內(nèi)側(cè)軸密封件和固定器直到它抵接卡環(huán)，產(chǎn)生了軸密封。無需擴(kuò)展密封圈來通過大徑的軸段以便將密封圈安置在軸上機(jī)加工的凹槽內(nèi)。
[0014]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，外側(cè)環(huán)形密封件和內(nèi)側(cè)環(huán)形密封件的尺寸被設(shè)計(jì)成在軸承座內(nèi)孔內(nèi)進(jìn)行過盈配合，使得它們是靜止的，同時(shí)卡環(huán)與固定器過盈配合或附接至轉(zhuǎn)動(dòng)軸。在另一實(shí)施例中，卡環(huán)在軸承座內(nèi)孔內(nèi)過盈配合，同時(shí)外側(cè)和內(nèi)側(cè)環(huán)形密封件安裝成繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
【附圖說明】
[0015]實(shí)施例通過實(shí)例示出，但并不限于附圖，附圖中類似的參考號(hào)表示類似的零件。
[0016]圖1是在軸的渦輪端包括模塊化密封組件的排氣渦輪增壓器的剖視圖；
[0017]圖2是示出了模塊化密封組件的第一實(shí)施例的軸的渦輪端的放大的剖視圖；
[0018]圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例的修改的簡(jiǎn)化圖示；以及
[0019]圖4是示出了模塊化密封組件的第一實(shí)施例的軸的渦輪端的放大的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本文中所描述的配置涉及在渦輪增壓器的渦輪端上的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)裝配部件和配套的靜止部件之間采用的密封系統(tǒng)和方法。更具體地說，本文中的實(shí)施例涉及形成可減少渦輪端漏氣導(dǎo)致的泄漏的密封系統(tǒng)。本文中公開了具體實(shí)施例，然而，應(yīng)該理解的是，所公開的實(shí)施例僅作為示例性。因此，本文中所公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為限定，而僅解釋為權(quán)利要求的基礎(chǔ)，并解釋為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)際中以任何適當(dāng)?shù)脑敿?xì)結(jié)構(gòu)以多種方式實(shí)施本文各個(gè)方面的代表性基礎(chǔ)。進(jìn)一步地，本文中所使用的術(shù)語(yǔ)和措辭并非旨在限制，而是旨在提供對(duì)可能的實(shí)現(xiàn)方式的可理解描述。
[0021]參照?qǐng)D1，排氣渦輪增壓器10包括渦輪部分12、壓縮機(jī)部分14以及中心軸承座23，該中心軸承座設(shè)置在兩者之間，并將壓縮機(jī)部分14連接在渦輪部分12上。渦輪部分12包括渦輪殼體17和設(shè)置在渦輪殼17中的渦輪葉輪16。壓縮機(jī)部分14包括壓縮機(jī)殼體19和設(shè)置在壓縮機(jī)殼體中的壓縮機(jī)葉輪19。渦輪葉輪16經(jīng)由軸2連接在壓縮機(jī)葉輪18上。
[0022]在示出的實(shí)施例中，軸2的軸頸部5由一對(duì)軸向間隔的徑向軸承26支撐，以便圍繞形成于軸承座23內(nèi)的內(nèi)孔27內(nèi)的旋轉(zhuǎn)軸線R轉(zhuǎn)動(dòng)。徑向軸承26間的軸向間距通過一個(gè)圓柱形軸承墊片(未示出)保持。此外，推力軸承組件24設(shè)置在軸承座23內(nèi)，以便對(duì)軸2進(jìn)行軸向定位。相對(duì)于軸頸部5，在壓縮機(jī)側(cè)徑向軸承26外側(cè)的壓縮機(jī)側(cè)的軸2的直徑縮減，且在軸2內(nèi)在兩直徑間的過渡處形成了第一軸肩101。壓縮機(jī)葉輪18和推力軸承組件24，包括推力軸承28、止推墊圈組件22和甩油環(huán)，均位于軸2上的直徑縮減部6 (也稱為“短軸部”6)內(nèi)。軸2的短軸部的終端3從壓縮機(jī)葉輪18中軸向伸出，且包括一個(gè)外螺紋。螺母32與螺紋相嚙合并緊緊地卡住壓縮機(jī)葉輪18、止推墊圈組件22和甩油環(huán)，使其緊靠第一軸肩101。推力軸承28是固定的，通過扣環(huán)和嵌入件34卡在軸承座23上，而不是卡在轉(zhuǎn)動(dòng)組件內(nèi)。
[0023]在使用過程中，渦輪增壓器10利用發(fā)動(dòng)機(jī)(未示出)的排氣歧管排出的排氣流來驅(qū)動(dòng)渦輪葉輪16。一旦排出的氣體已經(jīng)過渦輪葉輪16并且渦輪葉輪16已從排出的氣體獲得能量，排出的氣體通過排氣出口 13便離開渦輪殼體17，并通過管道輸送到車輛排氣管，通常是到達(dá)諸如催化轉(zhuǎn)換器、微粒收集器和NOx收集器的后處理裝置內(nèi)。渦輪葉輪1