渦輪增壓器軸密封件的制作方法
【專利說明】渦輪增壓器軸密封件
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求在2012年9月18日提交的并且題為“渦輪增壓器軸密封件”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/702，328的優(yōu)先權(quán)及所有權(quán)益。
[0003]發(fā)明背景
[0004]1.發(fā)明領(lǐng)域
[0005]本發(fā)明涉及一種用于渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)軸的密封件。更具體而言，本發(fā)明涉及一種帶有一個(gè)內(nèi)表面的密封件，該內(nèi)表面具有多個(gè)圍繞渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)軸以螺旋路徑延伸的條紋。
[0006]2.相關(guān)技術(shù)的說明
[0007]渦輪增壓器是一種與內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)一起使用的強(qiáng)制進(jìn)氣系統(tǒng)。渦輪增壓器將壓縮的空氣傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣端從而允許燃燒更多的燃料，因此增加了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率密度而沒有明顯地增加發(fā)動(dòng)機(jī)的重量。因此，渦輪增壓器允許使用較小的發(fā)動(dòng)機(jī)而形成與較大的、正常吸氣的發(fā)動(dòng)機(jī)相同量的功率。在車輛中使用較小發(fā)動(dòng)機(jī)具有減小車輛質(zhì)量、提高性能并且增強(qiáng)燃料經(jīng)濟(jì)性的所希望效果。此外，使用渦輪增壓器允許被遞送至發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料的更完全燃燒，這有助于實(shí)現(xiàn)排放量減少這一高度希望的目標(biāo)。
[0008]渦輪增壓器包括連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管上的一個(gè)渦輪機(jī)殼體、連接至發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管上的一個(gè)壓縮機(jī)殼體、以及將渦輪機(jī)殼體與壓縮機(jī)殼體連接到一起的一個(gè)軸承殼體。渦輪機(jī)殼體內(nèi)的一個(gè)渦輪機(jī)葉輪是由從該排氣歧管供應(yīng)的排氣進(jìn)氣流可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)的。一個(gè)軸被可旋轉(zhuǎn)地支撐在該軸承殼體內(nèi)并且將該渦輪機(jī)葉輪連接至該壓縮機(jī)殼體內(nèi)的一個(gè)壓縮機(jī)葉輪上，這樣使得該渦輪機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)致使該壓縮機(jī)葉輪的旋轉(zhuǎn)。將該渦輪機(jī)葉輪與該壓縮機(jī)葉輪相連接的軸限定了一條旋轉(zhuǎn)軸線。當(dāng)壓縮機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，它壓縮進(jìn)入到該壓縮機(jī)殼體中的周圍空氣，由此增大了經(jīng)由發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管被遞送至發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的空氣質(zhì)量流速、空氣流密度和空氣壓力。
[0009]將該渦輪機(jī)葉輪與該壓縮機(jī)葉輪相連接的軸通過該軸承殼體的渦輪機(jī)側(cè)延伸到該渦輪機(jī)殼體中。該軸還通過該軸承殼體的壓縮機(jī)側(cè)延伸到該壓縮機(jī)殼體中。將一個(gè)或多個(gè)活塞環(huán)典型地用作該軸與該軸承殼體的渦輪機(jī)側(cè)之間的一個(gè)密封件以防止該軸承殼體內(nèi)的潤(rùn)滑油游移到該渦輪機(jī)殼體中的排氣中。類似地，還將一個(gè)或多個(gè)活塞環(huán)典型地用作該軸與該軸承殼體的壓縮機(jī)側(cè)之間的一個(gè)密封件以防止該軸承殼體內(nèi)的潤(rùn)滑油游移到該壓縮機(jī)殼體中的壓縮空氣中。這些活塞環(huán)還防止了排氣和壓縮空氣游移到該軸承殼體中。
[0010]這些活塞環(huán)起迷宮式密封件的作用。迷宮式密封件是一種類型的機(jī)械密封，這些迷宮式密封件不是不泄漏流體而是通過提供一種物質(zhì)(即潤(rùn)滑油)必須穿過其流動(dòng)的曲折路徑來限制泄漏。除了在該渦輪機(jī)側(cè)的這些活塞環(huán)外，該渦輪機(jī)殼體中的壓力通常大于該軸承殼體中的壓力，這樣使得潤(rùn)滑油不會(huì)趨向于經(jīng)由這些活塞環(huán)而從該軸承殼體中泄漏并且進(jìn)入該渦輪機(jī)殼體中的排氣中。同樣地，除了在該壓縮機(jī)側(cè)的這些活塞環(huán)外，該壓縮機(jī)殼體中的壓力通常大于該軸承殼體中的壓力，這樣使得潤(rùn)滑油不會(huì)趨向于經(jīng)由這些活塞環(huán)而從該軸承殼體中泄漏并且進(jìn)入該壓縮機(jī)殼體中的壓縮空氣中。
[0011]因?yàn)檫@些活塞環(huán)不是不泄漏流體的，這些活塞環(huán)可能不會(huì)完全地防止?jié)櫥托孤┑皆摐u輪機(jī)殼體中和/或該壓縮機(jī)殼體中。例如，在某些發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，該渦輪機(jī)殼體中的壓力小于該軸承殼體中的壓力，這可能會(huì)允許潤(rùn)滑油經(jīng)由渦輪機(jī)側(cè)的這些活塞環(huán)泄漏到該渦輪機(jī)殼體中。經(jīng)由該渦輪機(jī)側(cè)的這些活塞環(huán)泄漏的潤(rùn)滑油通常被排氣燃燒掉并且與排氣一起作為藍(lán)煙被排出。類似地，在某些發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下，該壓縮機(jī)殼體中的壓力小于該軸承殼體中的壓力，這可能會(huì)允許潤(rùn)滑油經(jīng)由該壓縮機(jī)側(cè)的這些活塞環(huán)泄漏到該壓縮機(jī)殼體中。經(jīng)由該壓縮機(jī)側(cè)的這些活塞環(huán)泄漏的潤(rùn)滑油可能會(huì)在進(jìn)氣系統(tǒng)中累積或者與進(jìn)入的空氣混合并且在燃燒過程中被燒掉，由此妨礙發(fā)動(dòng)機(jī)性能。此外，在燃燒過程中燒掉的油直接導(dǎo)致排放物增加。
[0012]因此，希望的是最小化泄漏到該渦輪機(jī)殼體和/或該壓縮機(jī)殼體中的潤(rùn)滑油的量。如此，希望的是在該軸與該軸承殼體之間提供改善的密封件。
[0013]發(fā)明概述
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，用于渦輪增壓器的軸的密封件防止液體從軸承殼體中泄漏出去。該密封件包括一個(gè)在相對(duì)的端面之間延伸的柱體并且具有一個(gè)在這些相對(duì)的端面之間延伸的柱狀孔，該柱狀孔用于接收穿過其中的軸。該柱狀孔限定了一個(gè)內(nèi)表面，該內(nèi)表面具有至少一個(gè)圍繞該軸在螺旋方向上延伸的條紋。該密封件環(huán)繞該軸并且被徑向地布置在該軸與該軸承殼體之間。該軸相對(duì)該密封件的旋轉(zhuǎn)在存在于該軸與該密封件的內(nèi)表面之間的液體上產(chǎn)生了一個(gè)泵送效應(yīng)，由此致使該液體向該軸承殼體回流。
[0015]附圖的簡(jiǎn)要說明
[0016]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將是容易了解的，因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)通過參照以下詳細(xì)說明在結(jié)合附圖考慮時(shí)將變得更好理解，在附圖中:
[0017]圖1是一個(gè)渦輪增壓器的截面視圖，該渦輪增壓器包括根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的軸密封件；
[0018]圖2是該渦輪增壓器的一個(gè)截面視圖，該視圖詳細(xì)展示了渦輪機(jī)側(cè)；
[0019]圖3是該渦輪增壓器的一個(gè)截面視圖，該視圖詳細(xì)展示了壓縮機(jī)側(cè)；
[0020]圖4是一個(gè)線性區(qū)段的透視圖，該線性區(qū)段是以螺旋的方式繞制以形成圖1中的軸密封件；
[0021]圖5是這些軸密封件中的一個(gè)密封件的透視圖；
[0022]圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)替代實(shí)施例的軸密封件的端視圖；并且
[0023]圖7是該軸密封件沿圖6中的線7-7截取的截面視圖。
[0024]實(shí)施方式的詳細(xì)說明
[0025]參照?qǐng)D1至圖3，一個(gè)渦輪增壓器總體上表示為10。渦輪增壓器10包括一個(gè)殼體組件12，該殼體組件由彼此連接的一個(gè)渦輪機(jī)殼體14、一個(gè)軸承殼體16、以及一個(gè)壓縮機(jī)殼體18組成。一個(gè)渦輪機(jī)葉輪20被布置在該渦輪機(jī)殼體14內(nèi)并且是由從發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管供應(yīng)的排氣進(jìn)氣流可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)的。在驅(qū)動(dòng)該渦輪機(jī)葉輪20之后，排氣從該渦輪機(jī)殼體14中通過一個(gè)中央出口管或出口導(dǎo)流器21被排出?？尚D(zhuǎn)地支撐在該軸承殼體16內(nèi)的一個(gè)軸22將該渦輪機(jī)葉輪20連接至該壓縮機(jī)殼體18內(nèi)的一個(gè)壓縮機(jī)葉輪24上，這樣使得該渦輪機(jī)葉輪20的旋轉(zhuǎn)致使該壓縮機(jī)葉輪24的旋轉(zhuǎn)。將該渦輪機(jī)葉輪20與該壓縮機(jī)葉輪24相連接的軸22限定了一條旋轉(zhuǎn)軸線R1，該旋轉(zhuǎn)軸線在軸向上延伸。當(dāng)該壓縮機(jī)葉輪24旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣通過入口通道26被抽入該壓縮機(jī)殼體18中并且被該壓縮機(jī)葉輪24和壓縮機(jī)殼體18壓縮以便以升高的壓力被遞送至一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管中。
[0026]該軸22的一個(gè)主要部分28通過軸向上間隔開的第一頸軸承30和第二軸頸軸承32被可旋轉(zhuǎn)地支撐在該軸承殼體16中。一個(gè)擋套34環(huán)繞該軸22并且被布置在該第一頸軸承30與第二軸頸軸承32之間。該渦輪機(jī)葉輪20典型地被對(duì)焊至該軸22具有一個(gè)直徑擴(kuò)大的部分36的那一端上。該軸22通過一個(gè)活塞環(huán)孔38而進(jìn)入該軸承殼體16中，該活塞環(huán)孔是在該軸承殼體16的渦輪機(jī)側(cè)40中的形成的。該軸22的直徑擴(kuò)大的部分36被布置在該活塞環(huán)孔38內(nèi)。一個(gè)軸密封件42環(huán)繞該軸22的直徑擴(kuò)大的部分36并且被該軸承殼體16壓縮到形成在該直徑擴(kuò)大的部分36中的一個(gè)槽44內(nèi)。這樣,該軸密封件42在該軸22與該軸承殼體16之間形成了一個(gè)迷宮式密封件。該迷宮式密封件提供了一個(gè)迂回路徑以幫助防止液體(例如油)從該軸承殼體16中泄漏出去并且進(jìn)入該渦輪機(jī)殼體14中。
[0027]該軸22的相反一端具有一個(gè)直徑減小的部分46，該壓縮機(jī)葉輪24被安裝在該部分上。