CN104271918A - 抛油环油封以及与之相结合的涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

一种压缩机油封，该压缩机油封包括一个止推轴承(59)，该止推轴承被适配成用于插入一个涡轮增压器壳体腔(33)中、与该涡轮增压器的压缩机叶轮轴(11)共轴线。一个插入件(360)被适配成用于邻近该止推轴承(59)插入到该腔(33)内，其中该止推轴承(59)与插入件(360)被配置成用于在其间提供一个排油腔(35)。该油封还包括一个抛油环(340)，该抛油环包括一个抛油环凸缘(382)以及从其延伸的一个套筒部(383)。该抛油环凸缘(382)在该止推轴承(59)与该插入件(360)之间延伸。多个螺旋叶片区段(74)是绕该抛油环凸缘(382)环圆周地间隔开的。每个螺旋叶片区段(74)都从一个第一末端(372)弧形地延伸到一个第二末端(373)。这些螺旋叶片区段(74)被布置在该抛油环凸缘(382)与该插入件(360)之间。这些螺旋叶片区段(74)可以延伸进入在该插入件(360)中形成的一个凹陷(363)中，并且该凹陷(363)可以包括至少一个排出口(370)。

Description

抛油环油封以及与之相结合的涡轮增压器
背景技术
涡轮增压器是一种强制进气系统。涡轮增压器以比常规吸气配置所可能的更高的密度输送空气。更大的空气密度允许燃烧更多的燃料，因此增加了发动机的马力而没有明显地增加发动机的重量。一个更小的涡轮增压发动机取代一个更大物理尺寸的常规吸气发动机，这将减小该发动机的质量并且可以减小车辆的空气动力学的前端面积。
参照图1，涡轮增压器利用了来自发动机排气歧管的排气流动来驱动一个涡轮机叶轮10。一旦排气已经通过涡轮机叶轮并且该涡轮机叶轮已经从该排气中提取了能量，用过的排气就从涡轮机壳体排出(未示出)。涡轮机叶轮提取的能量被转化为一种旋转运动，这种旋转运动接着驱动一个压缩机叶轮32。该压缩机叶轮将空气抽入涡轮增压器中、将空气压缩、并且将其输送至发动机的进气侧。该旋转组件由以下主要部件组成：涡轮机叶轮10；一个轴11，该涡轮机叶轮被安装在这个轴上；压缩机叶轮32；抛油环40；以及多个推力部件。该轴11在一个液压轴承系统18上旋转，该系统被供以典型地由该发动机所供应的油。油是经由一个进油口21来输送的以便给送给这些轴颈轴承和止推轴承。止推轴承59控制该旋转组件在该涡轮机壳体以及压缩机壳体中相对于这些空气动力学特征的轴向位置。按照与轴颈轴承相似的方式，推力载荷典型地是由多个倾斜式动液轴承承载的，这些动液轴承与一个抛油环40的互补的且轴向面向的多个旋转曲面协同工作。该涡轮增压器包括一个壳体20，该壳体可以带有一个腔33。止推轴承59和插入件60被布置在该腔内并且提供了一个排油腔35。一旦使用，油就排到该轴承壳体并且通过排油口22离开，该排油口流体地连接到发动机的曲轴箱。
从涡轮增压器的轴承壳体内到涡轮增压器的压缩机级或涡轮机级的气道和油道是不被发动机制造商所允许的，因为它会导致产生排放并且可以使得催化剂中毒。自从1950年代第一次大规模生产柴油发动机中的涡轮增压器以来，涡轮增压器制造商就已经在使用密封圈，典型地活塞环来密封气体和油以防在轴承壳体腔与涡轮机级和/或压缩机级之间联通。
诸如密封圈的密封装置，有时也被称作活塞环，通常被用在一个涡轮增压器内以便在静态轴承壳体与动态旋转组件(即：涡轮机叶轮、压缩机叶轮、抛油环和轴)之间产生密封以控制油和气体从该轴承壳体到压缩机级和涡轮机级的流通，并且反之亦然。
参照图2，典型的密封圈(46，47)具有被部分地布置在抛油环40的一个槽内的矩形截面，从而在该轴与其孔之间提供了局部密封。在本领域所众知的是，这些密封受制于至少一定程度的渗漏，该渗漏取决于跨过这种密封的条件。抛油环40有助于将油从这些密封引导离开。尽管现有的抛油环设计在保持油离开这些密封圈方面是有效的，但是还是有改进的余地因为排放要求变得愈来愈严格。
发明概述
在此提供了一种压缩机油封。在一个示例性实施例中，该油封包括一个止推轴承，该止推轴承被适配成用于插入到一个涡轮增压器的壳体腔中、与该涡轮增压器的压缩机叶轮轴同轴心。一个插入件被适配成用于邻近该止推轴承插入到该腔内，其中该止推轴承与插入件被配置成用于在其间提供一个排油腔。该油封还包括一个抛油环，该抛油环包括一个抛油环凸缘以及从其延伸的一个套筒部。该抛油环凸缘在该止推轴承与该插入件之间延伸，并且该套筒部轴向地延伸至一个插入孔中，该插入孔是穿过该插入件的中心部分形成的。
在此处所述的技术的一个方面中，多个螺旋叶片区段是绕该抛油环凸缘环圆周地间隔开的。每个螺旋叶片都从一个第一末端弧形地延伸到一个第二末端。这些螺旋叶片区段被布置在该抛油环凸缘与该插入件之间。这些螺旋叶片区段可以延伸进入在该插入件中形成的一个凹陷中。该凹陷可以包括至少一个排出口。
在此还设想了与所披露的压缩机油封合作的一个涡轮增压器。在一个实施例中，该涡轮增压器包括安装在一个轴的相反末端上的一个压缩机叶轮和一个涡轮机叶轮。该涡轮增压器包括一个壳体，该壳体支撑该轴并且包括邻近该压缩机叶轮形成的一个腔。一个止推轴承以及一个邻近的插入件被布置在该腔内。该涡轮增压器包括一个抛油环，该抛油环包括一个抛油环凸缘和从其延伸的一个套筒部。该抛油环凸缘在该止推轴承与该插入件之间延伸并且该套筒部轴向地延伸进入一个插入孔中，该插入孔是穿过该插入件的中心部分形成的。多个螺旋叶片区段是绕该抛油环凸缘环圆周地间隔开的并且是布置在该抛油环凸缘轴向面向的表面上。
在所披露的技术的一个方面中，这些螺旋叶片区段是位于该抛油环凸缘与该止推轴承之间的。在本技术的另一个方面中，这些螺旋叶片区段是位于该抛油环凸缘与该插入件之间的。每个螺旋叶片都从一个第一末端弧形地延伸到一个第二末端，其中该第一末端是位于该抛油环凸缘的一个半径处，该半径小于该第二末端所位于的半径。该抛油环还可以包括布置在一个凹槽内的一个密封圈，该凹槽是围绕该套筒部形成的。
在此，在考虑详细说明部分和附图部分之后这种抛油环油封的这些和其他方面将变得清楚。然而，应当理解的是，本发明的范围应当由所提出的权利要求书来确定而不是由所给出的主题是否解决背景部分中指出的任何或所有问题或者是否包括在此概述中引用的任何特征或方面来确定。
附图
抛油环油封的包括该优选实施例的非限制性和非穷尽的实施例是通过参照以下附图来说明的，其中贯穿不同视图相同的参考数字表示相同的部分，除非另外指明。
图1是一个典型的涡轮增压器的截面侧视图；
图2是一个典型的压缩机端密封封装件的放大局部截面图；
图3是根据第一示例性实施例的抛油环油封的一个局部截面图；
图4是图3所示的密封沿线4-4所截取的截面端视图；
图5是图3和图4中所示的抛油环油封的放大的局部截面图；
图6A是图3至5中所示的抛油环的放大的局部截面视图；
图6B是图6A中所示的抛油环圈环的放大的局部截面视图，展示了该抛油环的振动运动；
图7A是根据第二示例性实施例的抛油环油封的一个局部截面图；
图7B是图7A所示的密封沿线7B-7B所截取的截面端视图；
图8是根据第三示例性实施例的抛油环油封的一个截面端视图；
图9A是图8所示的抛油环油封的放大的局部截面图；
图9B是图9A所示的密封沿线9B-9B所截取的截面端视图；
图10A是根据第四示例性实施例的抛油环油封的一个截面图；
图10B是图10A所示的密封沿线10B-10B所截取的截面端视图；
图11A是根据第五示例性实施例的螺旋叶片涡轮机屏蔽体的一个截面图；并且
图11B是图11A所示的螺旋叶片涡轮机屏蔽体的一个端视图。
详细说明书
以下将参照附图更全面地说明实施例，这些附图形成本文的一部分并且通过图示的方式示出多个具体示例性实施例。这些实施例是以足够的细节予以披露的以便使本领域技术人员能够实践本发明。然而，实施例可能以许多不同的形式来实施并且不应解释为受限于在此阐述的这些实施例。因此，以下详细说明并不是在限制意义上进行的。应该理解的是，在附图中并未示出涡轮增压器的所有部件，并且本披露考虑使用如本领域已知的多种多样的涡轮增压器部件。涡轮增压器的构造在本领域中是很好理解的，对于理解在此全面说明和披露的本申请的技术而言不必全面说明涡轮增压器的每一个部件。
这种轴-轮组件并不是绕着该轴承壳体的中心线完美地旋转。该轴-轮的每个端部(涡轮机端和压缩机端)描述了多个独立的轨道，其轨迹并不一定是在该轴承壳体的中心线上。除了这些轨道以外，已经确定的是该旋转组件在接近涡轮机端轴颈轴承中心的一点处倾斜。换言之，在该涡轮增压器中心线1和图1中所述的该涡轮机端轴颈轴承的轴向中心线24的交叉点上。压缩机端的旋转部件在倾斜中心附近的这种倾斜导致在互补部件之间需要一些(额外的)径向间隙和轴向间隙以便限制发生接触的机会。
在此披露了利用该旋转组件的轨道运动的一种油封。在一个实施例中，例如这是通过一系列的环或叶片实现的，这些环或叶片被布置在该抛油环的轴向面向的表面上，这样使得每个叶片与该抛油环的几何旋转轴线1同心。这些叶片在一个互补的同轴凹槽或凹陷中旋转，该凹槽或凹陷是在该插入件的轴向面向的面中制造的。在该旋转抛油环中形成一系列排出口，这些排出口允许由在静态凹槽中的动态环的轨道旋转所捕获的油流出，由此抑制所述油向这些密封圈移动。
图3至6B展示了根据第一示例性实施例的一个抛油环油封。该油封包括一个抛油环140以及一个对应的插入件160。抛油环140包括一个抛油环凸缘182以及一个自其延伸的套筒部183。该抛油环凸缘182在该止推轴承59和该插入件160之间延伸。该套筒部183轴向地延伸至一个插入孔185，该插入孔是穿过该插入件160的中心部分形成的。抛油环140包括多个环78，这些环被布置在与轴11同中心的抛油环凸缘182上。参照图5，每个环78配合在一个互补的凹槽64内，该凹槽是在插入件160中形成的。每个凹槽64包括多个径向面向的表面62以及一个轴向面向的表面66(参见图6A和6B)。每个环78包括一个轴向面向的端面75以及两个径向面向的侧壁76。抛油环140还包括从每个环78的内角延伸的多个油排出口70。这些排出口70将该插入件160与该抛油环140之间的容积和该抛油环涡轮机侧的面与止推轴承59之间的开放容积流体联接。因为该抛油环在旋转的同时振动，在该多个环78与它们处于其中的多个凹槽64的互补表面之间产生一种泵送作用，由此迫使任何进入该抛油环与该插入件之间的容积的油都通过该多个排油口70排出并且远离这些密封圈46，47。各排油口70是朝向该抛油环140的外径成角的，从而导致离心力作用于该排出口70中的油80上，这有助于将油80排出该孔。
比较图6A和6B，绕涡轮机端的止推轴承的这种振动导致在这些径向面向的表面76与这些互补的径向面向的表面62之间的距离循环地变大和减小。为了对这个机械作用提供更多的间隙并且为了有利于可制造性，可以在该环的径向面向的表面76上形成一个锥角。假定在制造过程中这些环78可以部分地或全部地“压印”到该抛油环径向面向的表面上。也可以在该插入件中的凹槽64的径向面向的这些侧壁62上提供一个类似的锥角。
尽管在第一实施例中的这些环78是环绕一个完整的圆(360°)示出的，但是这些环可以是分区段而由此形成多个单独的叶片的，这些叶片可以允许被凹槽中的这些叶片的振动旋转局部地增压的油快速地逃离这些密封圈，从而提高该密封机制的效率。另外，尽管附图中所示的第一实施例具有多个环和多个互补的插入凹槽，但是也考虑了一个单一环和凹槽的安排。此外，可以在该插入件与该凸缘之间交换这些环和凹槽。确切地说，可以在该抛油环中形成这些凹槽，并且这些环可以被布置在该插入件上。在这种情况下，该排油口仍然应优选地是在该动态部件中(即抛油环)上从而使得油被离心甩出该系统。另外，尽管在附图中示出的这些叶片是被布置在该插入件与该抛油环凸缘之间的，但是这些叶片可以被布置在该抛油环与该止推轴承之间。
图7A和图7B展示了根据第二示例性实施例的一个抛油环油封。在这一实施例中，一个螺旋叶片71被布置在该抛油环240上并且以该抛油环240的几何旋转轴线1为中心。抛油环240包括一个抛油环凸缘282以及一个自其延伸的套筒部283。该抛油环凸缘282在该止推轴承59与该插入件260之间延伸。该套筒部283轴向地延伸至一个插入孔285中，该插入孔是穿过该插入件260的中心部分形成的。螺旋叶片71配合到一个单一的柱状同轴的凹陷77中，该凹陷是在该插入件260中形成的。该抛油环240的旋转(在图7B中顺时针)导致该螺旋叶片71的前缘72使原本流向该密封圈(46，47)的油流、气体流或固体流转向到该旋转叶片71的径向面向的表面上，该表面然后引导所述不希望的油流、气体流或固体流朝向该插入件径向面向的内唇缘262并且经由该插入件中的这些排油口270流出该外壳。
图8至9B示出了根据第三示例性实施例的一个抛油环油封，并且该抛油环油封包括绕该抛油环340环圆周间隔开的多个螺旋叶片区段74。抛油环340包括一个抛油环凸缘382以及一个自其延伸的套筒部383。该抛油环凸缘382在该止推轴承59与该插入件360之间延伸。该套筒部383轴向地延伸至一个插入孔385中，该插入孔是穿过该插入件360的中心部分形成的。该套筒部383包括一对凹槽345和348，多个匹配的密封圈46和47被布置在这些凹槽内。
该抛油环340的旋转(在图8至9B中顺时针)导致这些螺旋叶片区段74的前缘372使原本流向这些密封圈(46，47)的油流、气体流或固体流转向到这些旋转叶片区段上，这些旋转叶片区段进而引导所述不希望的油流、气体流或固体流朝向在该插入件360中形成的凹陷363的径向面向的内唇缘362并且经由这些排油口370流出该凹陷。具有四个单独的叶片而不是本发明第二实施例中的单一的长叶片的好处是，尽管第二实施例中的单一的长叶片几乎是处于完美的平衡(绕该抛油环的旋转中心)，但通过四个一样的叶片，每个叶片径向地位于该抛油环上相同的位置(即环圆周间隔90°)，该平衡关系是不偏不倚的。例如，该前缘372和后缘373的径向位置是在相同的半径处并且这些叶片区段中的每个叶片区段都具有相同的质量。该前缘或第一末端372是位于小于该后缘或第二末端373的一个半径处的。可以认识到，这些螺旋叶片区段74在第一末端与第二末端(分别是372和373)之间弧形地延伸。
图10A和10B描述了根据第四示例性实施例的一个抛油环油封。在这一实施例中，抛油环440的轴向面向的抛油环表面477是相对于在插入件460中形成的、径向面向的插入凹槽463成角度A倾斜。通过抛油环440相对于轴11(该抛油环440安装在该轴上)的中心线1的旋转，成角度的抛油环表面477轴向地振动从而由此提供了作用在油、气体和固体物质上的除离心力以外的一种泵送作用。由这种泵送作用产生的周期性的局部压力起作用来迫使不希望的物质(油、气体和固体物质)通过排出口470，从而由此防止所述油、气体及固体物质到达这些密封圈(46，47)。这个振动的抛油环表面477以类似于无活塞的旋转斜盘或旋转斜盘泵的方式起作用。该振动面可以不是平坦的，在这种情况下，其可以是一个无活塞“凸轮”板。
在如图11A和11B所示的第五示例性实施例中，在涡轮机端的隔热屏蔽504上提供了螺旋叶片90。在涡轮增压器的涡轮机端，一个活塞环14是位于活塞环衬套12的柱状表面上的，该活塞环衬套位于该轴的涡轮机端与该涡轮机叶轮10的背面之间。以与以上实施例相反的方式，该螺旋叶片90具有直径大于后缘573直径的前缘572以便提供朝向该隔热屏504中心和朝向该密封圈14的增大的压力。虽然在一个匹配套件中的旋转元件与静态元件之间交互作用的境况下流动和压力的方向不同，但朝向该轴承壳体内部具有一个正压力差以用于减少油从该轴承壳体流动到该压缩机级或涡轮机级并且因而最终进入该排气系统的的逻辑是相同的。该螺旋叶片90是压到制造该涡轮机隔热屏蔽的材料中的。因为大多数的涡轮机隔热屏蔽是利用渐进式的冲压工艺冲压成型的，所以添加一个冲压叶片对工具而言是相当简单的一个改变。
因此，该抛油环油封已经描述具有指向这些示例性实施例的一定程度的特殊性。然而，应当认识到本发明是由通过与现有技术连用以下权利要求书来限定的，从而使得对这些示例性实施例可以作出修改或改变而不脱离在此包含的发明概念。

Claims (15)

1.一种压缩机油封，该压缩机油封包括：
一个止推轴承(59)，该止推轴承被适配成用于插入一个涡轮增压器壳体腔(33)并且与该涡轮增压器的压缩机叶轮轴(11)共轴线；
一个插入件(360)，该插入件被适配成用于邻近该止推轴承(59)插入到该腔(33)内，其中该止推轴承(59)与插入件(360)被配置成用于在其间提供一个排油腔(35)；
一个抛油环(340)，该抛油环包括一个抛油环凸缘(382)以及自其延伸的一个套筒部(383)，其中该抛油环凸缘(382)在该止推轴承(59)与该插入件(360)之间延伸，并且其中该套筒部(383)轴向地延伸至一个插入孔(385)，该插入孔是穿过该插入件(360)的中心部分形成的；以及
绕该抛油环凸缘(382)环圆周间隔开的多个螺旋叶片区段(74)。
2.根据权利要求1所述的压缩机油封，其中这些螺旋叶片区段(74)被布置在该抛油环凸缘(382)与该插入件(360)之间。
3.根据权利要求1所述的压缩机油封，其中这些螺旋叶片区段(74)延伸进入该插入件(360)中形成的一个凹陷(363)中。
4.根据权利要求3所述的压缩机油封，其中该凹陷(363)包括至少一个排出口(370)。
5.根据权利要求1所述的压缩机油封，其中每个螺旋叶片区段(74)都从一个第一末端(372)弧形延伸到一个第二末端(373)。
6.一种涡轮增压器，包括：
安装在一个轴(11)的相反末端上的一个压缩机叶轮(32)和一个涡轮机叶轮(10)；
一个壳体(20)，该壳体支撑该轴(11)并且包括邻近该压缩机叶轮(32)形成的一个腔(33)；
布置在该腔(33)中的一个止推轴承(59)；
布置在该腔(33)中并且邻近该止推轴承(59)的一个插入件(360)；以及
一个抛油环(340)，该抛油环包括一个抛油环凸缘(382)以及自其延伸的一个套筒部(383)，其中该抛油环凸缘(382)在该止推轴承(59)与该插入件(360)之间延伸，并且其中该套筒部(383)轴向地延伸至一个插入孔(385)中，该插入孔是穿过该插入件(360)的中心部分形成的；以及
多个螺旋叶片区段(74)，这些螺旋叶片区段绕该抛油环凸缘(382)环圆周地间隔开并且被布置在该抛油环凸缘(382)的一个轴向面向的表面上。
7.根据权利要求6所述的涡轮增压器，其中这些螺旋叶片区段(74)是位于该抛油环凸缘(382)与该止推轴承(59)之间的。
8.根据权利要求6所述的涡轮增压器，其中这些螺旋叶片区段(74)是位于该抛油环凸缘(382)与该插入件(360)之间的。
9.根据权利要求6所述的涡轮增压器，其中这些螺旋叶片区段(74)延伸进入在该插入件(360)中形成的一个凹陷(363)中。
10.根据权利要求9所述的涡轮增压器，其中该凹陷(363)包括至少一个排出口(370)。
11.根据权利要求6所述的涡轮增压器，其中每个螺旋叶片区段(74)都从一个第一末端(372)弧形地延伸到一个第二末端(373)。
12.根据权利要求11的涡轮增压器，其中该第一末端(372)是位于该抛油环凸缘(382)的一个半径处的，该半径小于该第二末端(373)所位于的半径。
13.根据权利要求6所述的涡轮增压器，进一步包括布置在一个凹槽(345，348)中的一个密封圈(46，47)，该凹槽是围绕该套筒部(383)形成的。
14.一种涡轮增压器，包括：
安装在一个轴(11)的相反末端上的一个压缩机叶轮(32)和一个涡轮机叶轮(10)；
一个壳体(20)，该壳体支撑该轴(11)并且包括邻近该压缩机叶轮(32)形成的一个腔(33)；
布置在该腔(33)中的一个止推轴承(59)；
一个插入件(360)，该插入件布置在该腔(33)内并且邻近该止推轴承(59)；
一个抛油环(340)，该抛油环包括一个抛油环凸缘(382)以及自其延伸的一个套筒部(383)，其中该抛油环凸缘(382)在该止推轴承(59)与该插入件(360)之间延伸，并且其中该套筒部(383)包括一个凹槽(345，348)并且轴向地延伸至一个插入孔(385)中，该插入孔是穿过该插入件(360)的中心部分形成的；
布置在该凹槽(345，348)中的一个密封圈(46，47)；以及
多个螺旋叶片区段(74)，这些螺旋叶片区段绕该抛油环凸缘(382)环圆周地间隔开并且被布置在该抛油环凸缘(382)的一个轴向面向的表面上，其中每个螺旋叶片区段(74)都从一个第一末端(372)弧形地延伸到一个第二末端(373)，该第一末端位于该抛油环凸缘(382)的一个第一半径处并且该第二末端位于抛油环凸缘(382)的一个第二半径处，该第二半径大于该第一半径。
15.根据权利要求14所述的涡轮增压器，其中这些螺旋叶片区段(74)是位于该抛油环凸缘(382)与该插入件(360)之间的。
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