CN102227547A - 用于密封废气涡轮增压器的轴承壳体的装置 - Google Patents

用于密封废气涡轮增压器的轴承壳体的装置 Download PDF

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Abstract

该装置(D)用于密封容纳有润滑油的轴承壳体(10)，支承在壳体内部的废气涡轮增压器的转子(2)从该轴承壳体(10)引导进入可以质量流加载的增压器的压缩器壳体中。该装置(D)包括带有壁延伸部(40)的固定的中间壁(4)、固定在转子(2)的轴(2)上的密封盘(5)、布置在密封盘(5)和壁延伸部(40)之间的分开间隙(7)以及与集油槽(42)连接的滴落装置(8)，该滴落装置(8)将在集油槽(42)中收集的润滑油借助重力导入油排出部(13)中。该滴落装置(8)包括用于润滑油的排出面(80)，该排出面(80)与限制分开间隙(7)的旋转的密封盘(5)具有较大的轴向间距(b)。如有可能渗入分开间隙(7)中的润滑油此时可引导进入轴承壳体(10)的油排出部(13)中，而不与密封盘(5)相互作用。因此，即使在分开间隙(7)通过负压被抽吸时，如例如在涡轮增压器停机或部分负载运行时的情况，也能够有效地防止不允许的油量通过分开间隙(7)而吸入压缩器中。

Description

用于密封废气涡轮增压器的轴承壳体的装置
技术领域
本发明涉及废气涡轮增压器的领域。
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于密封容纳有润滑油的轴承壳体的装置以及一种带有这种装置的根据权利要求9所述的废气涡轮增压器。
对于废气涡轮增压器，内燃机的废气用于压缩供给至发动机的燃气。利用这样增压(即预压缩)的燃气，发动机气缸中的充量增加，并因此发动机气缸中的燃料混合物也增加，由此对于发动机获得明显的功率提升。这里所使用的废气涡轮增压器标准地由转子(带有压缩器叶轮、涡轮叶轮及连接轴)、支承部、固定的且以质量流加载的壳体部分(如压缩器壳体或涡轮壳体)以及容纳支承部的轴承壳体组成。
由于在涡轮侧及压缩器侧的流动区域中通常有较高的过程压力(Prozessdruck)，涡轮增压器轴相对于轴承壳体的内腔室(Innenplenum)必须以合适的密封设计来密封。轴承壳体的腔室中的内部压力通常相应于大气压力1bar。而压缩器侧或涡轮侧的流动区域中的气压取决于涡轮增压器当前的运行点，并通常大于轴承壳体的腔室压力。因此，为了克服压力平衡(Druckausgleich)，转子的支承在轴承壳体中的部段(Abschnitt)通过两个密封件从轴承壳体引导出来，其中一个密封件在压缩器方向上密封轴承壳体，而另一个密封件在涡轮方向上密封轴承壳体。但在某些情况下，也需要考虑压缩器或涡轮壳体中的负压，例如在部分负载运行或停机时，从而如有可能润滑油可从轴承壳体进入涡轮壳体或压缩器壳体中。在压缩器壳体中，渗入的润滑油会污染已增压的压缩器空气，并随后通过在发动机中的燃烧导致不期望的排放。
背景技术
在文件CH 673 052 A5和EP 0 834 645 A1中分别描述了带有开头所提及类型的密封装置的废气涡轮增压器。该装置分别用于密封容纳有润滑油的轴承壳体，支承在壳体内部中的废气涡轮增压器转子从该轴承壳体引导进入增压器的可以质量流加载的压缩器壳体中。该装置分别具有中间壁，该中间壁将由涡轮增压器的轴承壳体包围的集油室和压缩器壳体的叶轮后部空间(Radrückraum)彼此分开。此外，该装置分别具有固定在涡轮增压器转子的轴上的密封盘和用于润滑油的收集槽(Fangrinne)，润滑油从转子的轴承离开而进入集油室。该离开的润滑油通过旋转的密封盘向外甩出，碰撞到轴承壳体壁上，沿着该壁进入集油槽中，通过该槽向下流入油排出部
Figure BPA00001378407700022
并从那里再次流回轴承润滑的油循环中。布置在转子和中间壁之间的密封件用于使由压缩器和轴承壳体包围的空间中的不同的压力不会导致不期望的平衡流动该密封件可如文件CH 673 052 A5中所显示的那样实施成密封环，并布置在旋转的密封盘和中间壁之间的分开间隙(Trennspalt)中，但也可如文件EP 0 834 645 A1中所显示的那样为迷宫式密封件(Labyrinthdichtung)，其布置在压缩器叶轮和中间壁之间的叶轮后部空间中。
在文件WO 2008/042698 A1中还描述了开头所述类型的密封装置的其它实施形式。该密封装置也相应地具有成形到固定的中间壁中且布置在集油室中的集油槽。从废气涡轮增压器的轴支承件(Wellenlager)通过轴向轴承间隙流入集油室中的润滑油甩(schleudern)到集油室的壁处，沿该壁流入槽中，并通过该槽向下流入油排出部中。在槽的下部分中，油在右侧和左侧的槽壁处流下。因为设在转子和中间壁之间的分开间隙通入这两个槽壁中的一个中，因此对于在压缩器侧带有负压的运行点，无法避免的是，尽管其之间有密封件然而分开间隙被抽吸(besaugen)，而油通过该密封件进入涡轮增压器的压缩器中，并从而进入内燃机的吸入空气中。
文件JP 07/217441 A显示一种这样的装置，即，通过该装置应避免润滑油从废气涡轮增压器的轴支承件渗入压缩器中。该密封装置具有集油室，该集油室通过挡板(Abschirmblech)分隔成两个分室。径向地从涡轮增压器的轴向轴承离开的润滑油向外甩出，碰撞到第一分室的挡板41上，并沿着该板在41e部分流下到轴承壳体腔室中并再次回到轴承润滑的油循环中。通过在41d部分处的间隙，油可沿甩盘(Schleuderscheibe)42进入第二室40中。油沿着中间壁30向下行进到槽中，并此外在30b部分中进入轴承壳体腔室中。在此，槽由中间壁的壁延伸部(Wandansatz)30d和旋转的部分，侧壁42(图7)形成。用于油的滴落装置(Abtropfvorrichtung)的两个滴落棱边(Abtropfkante)30e成形到壁延伸部30d的下部区段中。而在上部区段中在其之间存在轴向延伸的、将涡轮增压器的转子与固定的中间壁分开的间隙，该间隙可充填有油。对于在压缩器侧带有负压的运行点，尽管将密封件35装入分开间隙中，但仍不可避免分开间隙被抽吸，而油通过密封件35进入压缩器。
发明内容
如在权利要求1至8中所限定的那样，本发明的目的是，提供一种装置，用于密封容纳有润滑油的轴承壳体，支承在壳体内部的废气涡轮增压器转子从该轴承壳体引导进入增压器的压缩器壳体，在该装置中改进润滑油在密封装置的集油室中的流出行为(Ablaufverhalten)，并从而也改进涡轮增压器的密封装置的密封性。本发明还涉及在权利要求10中限定的带有该密封装置的一种废气涡轮增压器。
对于根据本发明所述的密封装置，滴落装置成形到壁延伸部的限制分开间隙的端面的位于转子的旋转轴线下方的下部区段中，该滴落装置包括基本上(vorwiegend)垂直于转子的旋转轴线取向的用于润滑油的排出面，该排出面相对于端面的其余部分朝叶轮后部空间轴向地偏移。
该滴落装置包括用于润滑油的排出面，该排出面与限制分开间隙的旋转的密封盘具有较大的轴向间距。如有可能渗入分开间隙的润滑油此时可引导进入轴承壳体的油排出部中，而不与密封盘相互作用。因此，即使在分开间隙通过压缩器的叶轮后部空间中的负压被抽吸时，如例如在涡轮增压器停机或部分载荷运行时的情况，也可有效地防止不允许的油量通过分开间隙吸入压缩器中。
本发明的其它优点由从属权利要求中给出。
附图说明
下面借助附图示出并详细阐述根据本发明的密封装置的实施例。在所有附图中，作用相同的元件设有相同的参考标号。其中：
图1显示了仅仅示意性地示出废气涡轮增压器的平面图(Aufsicht)，其壳体沿其转子的轴线剖开而示出，并且其具有以围绕方式(umrandet)示出的根据本发明所述的密封装置，
图2显示了在图1中以围绕方式示出的密封装置的详细示图，
图3显示了根据图2的密封装置的中间壁的壁延伸部的端侧从右侧看去的平面图，以及
图4显示了从右下方观察的根据图3的等轴示出的壁延伸部的视图。
具体实施方式
图1示意性地显示了废气涡轮增压器的局部视图，其带有固定地布置的壳体1和可围绕轴线A旋转的带有轴20的转子2。在轴20的左侧上固定有废气涡轮增压器的压缩器叶轮21。在轴20的右侧上安装有废气涡轮增压器的涡轮叶轮22。该涡轮叶轮22包括未示出的叶片，通过该叶片涡轮叶轮22由在内燃机中产生的废气流驱动。压缩器叶轮也包括未示出的叶片。
在两个叶轮之间的区域中布置有仅仅示意性地示出的轴向和径向轴承3，其承受在引导转子2时产生的轴向力和径向力。
壳体1包围转子2并具有固定的轴承壳体10，轴承壳体10容纳轴向和径向轴承3以及转子2的部段，并且相对于壳体1的其余两个部分遮挡它们，在这两个部分中布置有以热的废气加载的废气涡轮的涡轮叶轮22和设置成用于压缩空气的压缩器叶轮21。因此，轴向和径向轴承3被保护而免受含有废气或压缩空气的质量流的影响，该质量流相应地具有高压力、高温度及高速度。为了使该质量流不能在轴承壳体10中起作用，并且相反润滑油也不能从轴承壳体10泄漏而进入压缩器或废气涡轮中，设置有两个轴密封件D，其中一个轴密封件D位于轴承壳体的这样的部段处，即，通过该部段转子2引导进入压缩器中，而另一个轴密封件D位于轴承壳体的这样的部段处，即，通过该部段转子2引导进入废气涡轮中。
布置在压缩器侧的轴密封件D的一个实施形式在图2至图4中示意性地示出。其包括中间壁4，该中间壁4将由轴承壳体10包围的集油室11与压缩器的叶轮后部空间12分开。该中间壁4具有轴向延伸且环形地围绕转子2引导的壁延伸部40。密封盘5固定在轴20上，从而其位于轴承3和压缩器叶轮21之间。在密封盘5和压缩器的由中间壁4和压缩器叶轮21限制的叶轮后部空间12之间存在至少一个密封件6。该密封件6可包括一个或多个活塞环，并且通常安装到分开间隙7的布置在滴落装置8和叶轮后部空间12之间的部段中。但其也可实施成迷宫式密封件，并通常以位于压缩器叶轮2和中间壁4之间的方式而安装到叶轮后部空间12中。无论如何其密封分开间隙7，该分开间隙7布置在密封盘5和环形地围绕转子2引导的壁延伸部40之间。两个集油槽41和42成形到壁延伸部40的径向地朝外指向的周面中，两个集油槽彼此通过环绕的桥接部43分开。另一集油槽44成形到壁延伸部的端面40中，该端面40限制分开间隙7的基本上指向径向的部段。
集油槽42和分开间隙7以及两个集油槽42和44彼此通过成形到壁延伸部40中的壁突出部45分开。该壁突出部45构造成开放的(offen)环。该开放的环在密封装置D制造时可这样实现：首先构造成封闭的环的壁突出部45通过切削加工(spanabhebendes Bearbeiten)中断(unterbrechen)。因此产生滴落装置8，其带有由图3和图4可见的两个端部81和端部81′，端部81和端部81′布置在位于旋转轴线A下方的、限制分开间隙7的壁延伸部40的端面的下部区段中。从壁突出部45延伸至滴落装置8的排出面80上的面F1或F′1(图4)分别成形到端部81和端部81′中。该面在图3中仅能看见棱边，该棱边仅仅在端部81处以参考标记82标明。
集油槽44利用构造成开放的环的槽缘(Rinnenrand)46相对于分开间隙7隔开(abgrenzen)。集油槽44此外具有围绕槽缘的面47，其用于使进入的润滑油排出到集油槽44的由槽缘限制的底部48。引导到壁延伸部40的端面的下部区段中且结合到滴落装置8中的槽缘46的两个端部83和端部83′分别具有从槽缘46延伸至排出面80上的面F2或F′2(图4)。该面在图3中可见棱边，该棱边仅仅在端部83处以参考标记84示出。
通过壁突出部45或槽缘46在壁延伸部40的端面的下部区段中的前述实施形式，形成基本上垂直于旋转轴线A取向的排出面80，该排出面80通过面F1，F′1或F2，F′2与集油槽42，44连接，并相对于位于上部区段中的端面的部分在轴向上朝叶轮后部空间12偏移了由图2可见的间距a。因此，同时也产生排出面80和密封盘5之间在轴向上大的间距b。
在涡轮增压器运行期间，与轴承3构造成轴向或径向轴承，或者构造成滑动轴承或滚动轴承无关，通过位于密封盘5和轴承3之间的间隙，润滑油进入集油室11。在集油室11的位于旋转轴线A上方的部分中，油碰撞轴承壳体10的壁，并且大部分进入集油槽41。在此，在径向上长于分开间隙7而延伸的桥接部43遮挡分开间隙7的基本上轴向地延伸的入口部段70，并且在滴落装置8的区域中有效地遮挡密封盘5免受来自轴向的油溅
Figure BPA00001378407700071
此外通过密封盘5的遮挡作用，仅有少量的油到达分开间隙7。然而，到达分开间隙7处的油大部分通过集油槽42排出。可能进入分开间隙7的油由环形地围绕旋转轴线A引导且伸入分开间隙7中的密封盘5的喷射棱边(Abspritzkante)50甩入集油槽44中，并且从该处在重力作用下通过滴落装置8进入轴承壳体10的油排出部13。因为喷射棱边50超过分开间隙7伸入集油槽44中，因此油特别有效地从分开间隙7中移除，并且之后可通过径向地向内弯曲的面47进入集油槽44的由槽缘46限制的底部48。
在结合到滴落装置8中的端部83和端部83′处，油从槽44进入滴落装置8。在此，由槽44离开的油在面F2或F′2上沿着棱边84引导至棱边的最低点84a。因为该点已经位于排出面80上，因此油在该面上继续向下流动，以最后在面80的下部边缘处滴落到油排出部13。在此，密封盘5和相对而置的排出面80之间的轴向间距b的大小如此选择，即，使得滴落的和/或流出的油不受旋转的密封盘5作用影响，并且此时不再通过离心作用(Schleuderwirkung)到达集油室11的上部而因此再次进入分开间隙7。
同样有利的效果也通过壁突出部45和槽42的滴落区域的合适的造型实现。对于集油槽42，在壁突出部45的端部81和端部81′处，油从槽42流入滴落装置8中。在此，由槽42离开的油在面F1或F′1上沿着棱边82引导至棱边的最低点82a。因为该点已经位于排出面80上，因此油在该面上继续向下流动，以便最后在面80的下部边缘处滴落到油排出部13中。
渗入分开间隙7的油因此有效地在油排出部13的方向上输送。即使在分开间隙7通过叶轮后部空间12中的负压被抽吸时，合适地构造的密封装置D也有效地阻止不允许的油量通过分开间隙7而吸入压缩器中。
在停机运行下，即密封盘5不旋转且继续供油时，喷射棱边50不起作用。但根据本发明所述的密封装置的所有其它前述优点依然保留，如集油槽41和42的有效性、分开间隙7通过壁突出部45的遮挡、密封盘5的遮挡作用以及滴落装置8的有利的流动行为
Figure BPA00001378407700081
和滴落行为。
参考标号列表
A 旋转轴线
D 密封件
F1，F′1，F2，F′2 面
a，b 间距
1 壳体
10 轴承壳体
11 集油室
12 叶轮后部空间
13 油排出部
2 转子
20 轴
21 压缩器叶轮
22 涡轮叶轮
3 轴承
4 中间壁
40 壁延伸部
41，42，44 集油槽
43 桥接部
45 壁突出部
46 槽缘
47 面
48 槽底
5 密封盘
50 喷射棱边
6 密封件
7 分开间隙，
70 入口部段
8 滴落装置
80.排出面
81，81′ 壁突出部45的端部
82 棱边
82a 棱边82的最低点
83，83′ 槽缘46的端部
84 棱边
84a 棱边84的最低点

Claims (10)

1.一种装置(D)，用于密封容纳有润滑油的轴承壳体(10)，支承在壳体内部的废气涡轮增压器的转子(2)从所述轴承壳体(10)引导进入可以质量流加载的增压器的压缩器壳体中，所述装置(D)包括：
中间壁(4)，其将由所述轴承壳体包围的集油室(11)和所述压缩器壳体的叶轮后部空间(12)彼此分开，并具有轴向地延伸且环形地围绕所述转子(2)而引导的壁延伸部(40)，
环形的密封盘(5)，其固定在所述转子(2)的轴(20)上，并且伸入所述集油室(11)中，
布置在所述密封盘(5)和所述壁延伸部(40)之间的分开间隙(7)，
布置在转子(2)和中间壁(4)之间的密封件(6)，
成形到所述壁延伸部(40)的周面中且布置在所述集油室中的第一集油槽(42)，以及
与所述第一集油槽(42)连接的滴落装置(8)，所述滴落装置(8)将在所述集油槽(42)中收集的润滑油借助重力导入油排出部(13)中，
其特征在于，所述滴落装置(8)成形到所述壁延伸部(40)的限制所述分开间隙(7)的端面的位于所述转子(2)的旋转轴线(A)下方的下部区段中，并且包括基本上垂直于所述转子旋转的轴线而取向的用于润滑油的排出面(80)，所述排出面(80)相对于所述端面的其余部分朝着所述叶轮后部空间(12)轴向地偏移。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，按照环的形式构造的壁突出部(45)成形到所述壁延伸部(40)中，所述壁突出部(45)将所述第一集油槽(42)和所述分开间隙(7)彼此分开，并且在端面的下部区段中在形成所述滴落装置(8)的情况下而中断。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，与所述滴落装置(8)连接的第二集油槽(44)成形到所述壁延伸部(40)的端面中，所述第二集油槽(44)利用构造成开放的环的槽缘(46)相对于所述分开间隙(7)隔开，并且具有围绕所述槽缘(46)的面(47)，所述面(47)用于使进入的润滑油排出到由所述槽缘(46)限制的第二集油槽(44)的底部(48)中。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一集油槽(42)和所述第二集油槽(44)通过所述壁突出部(45)彼此分开，所述壁突出部(45)具有结合到所述滴落装置(8)中的两个端部(81，81′)，并且从所述壁突出部(45)延伸至所述排出面(80)上的面(F1，F′1)分别成形到所述两个端部中，所述面(F1，F′1)用于将从所述第一集油槽(42)离开的润滑油引导至所述排出面(80)上。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述槽缘(46)的结合到所述滴落装置(8)中的两个端部(83，83′)分别具有从所述槽缘(46)延伸至所述排出面(80)的面(F2，F′2)，所述面(F2，F′2)用于将从所述第二集油槽(44)离开的润滑油引导至所述排出面(80)上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，在所述上部区段中所述分开间隙(7)具有基本上轴向取向的入口部段(70)，并且第三集油槽(41)成形到所述壁延伸部(40)的周面中，所述第三集油槽(41)与所述第一集油槽(42)通过围绕旋转轴线(A)引导的、环形的桥接部(43)分开，所述桥接部(43)遮挡所述分开间隙(7)的入口部段(70)，并且在所述滴落装置(8)的区域中遮挡所述密封盘(5)而免于油溅。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述密封盘(5)具有环形地围绕所述旋转轴线(A)引导且伸入所述分开间隙(7)中的至少一个喷射棱边(50)。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述喷射棱边(50)超过所述分开间隙(7)伸入所述第二集油槽(44)中。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述密封件(6)实施成活塞环，并且安装到布置在所述滴落装置(8)和所述叶轮后部空间(12)之间的分开间隙(7)的部段中，并且/或者所述密封件(6)实施成迷宫式密封件，并且以位于所述压缩器叶轮(21)和所述中间壁(4)之间的方式而安装到所述叶轮后部空间(12)中。
10.一种带有根据权利要求1至9中任一项所述的密封装置(D)的废气涡轮增压器。
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