CN104832224B - 涡轮增压器壳体的密封构造 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种涡轮增压器壳体的密封构造，在涡轮壳体(12)的接合部(14)设置有螺栓孔(16)，螺栓孔(16)中螺合有凸缘螺栓(40)。轴承壳体(30)的凸缘部(32)被凸缘螺栓(40)的接触面(44a)和接合部(14)的内侧端面(14b)夹持。环状空间s中安装有密封圈(48)，在凸缘螺栓(40)紧固前，接合部(14)的外侧端面(60a)和凸缘部(32)的螺栓抵接面(32a)之间形成有和密封圈(48)的压溃量(h)相等的阶梯差(G)。将凸缘螺栓(40)旋入螺栓孔(16)，使接触面(44a)贴紧外侧端面(60a)，使密封圈(48)弹性变形。

Description

涡轮增压器壳体的密封构造
本申请为下述申请的分案申请：
原申请的申请日：2011年12月8日
原申请的申请号：201180052663.2
原申请的发明名称：涡轮增压器壳体的密封构造
技术领域
本发明涉及一种用于密封涡轮增压器的涡轮壳体和轴承壳体的接合面的密封构造。
背景技术
涡轮增压器的涡轮壳体以及轴承壳体的接合部是通过螺栓等被接合的。为了不使在涡轮壳体的内部流动的废气向外部泄漏，该接合部的接合面需要进行封口。因此，在该接合面上安装有具有半圆形截面、C字形截面或V字形截面等的密封圈。这些密封圈在圈内侧受到废气的气压，通过该气压被按压在收纳面上，为发挥密封性能的垫片。
但是，通过附加螺栓的紧固力，密封圈产生塑性变形，或由于流入涡轮壳体内的高温废气，接合部产生热膨胀，由于这些原因，在接合部产生隙缝，有产生气体泄漏的担忧。
在专利文献1中，公开了一种在涡轮壳体以及轴承壳体的接合部设置垫片的密封单元。该密封单元的结构通过图9进行说明。在图9中，在构成涡轮增压器100的壳体的涡轮壳体102以及轴承壳体104的内部配置有涡轮轴106以及与该涡轮轴106结合的涡轮动叶片108。涡轮轴106和省略图示的压缩机动叶片连接。在轴承壳体104的内部设置有可旋转地支承涡轮轴106的轴承110。
向形成在涡轮壳体102的内部的旋涡形状的涡旋流路112流入的废气e使涡轮动叶片108以及涡轮轴106旋转。进一步，使和涡轮轴106连接的压缩机动叶片旋转，通过该压缩机动叶片的旋转向发动机供气。隔热板116介于该涡旋流路112和轴承壳体104之间，通过隔热板116在轴承壳体104侧形成绝热空间118。
涡轮壳体102和一体形成在轴承壳体104上的凸缘部114通过螺栓120被接合，在涡轮壳体102的接合面122和凸缘部114的接合面124之间安装有垫片126。通过该垫片124，确保该接合面122以及124的密封性能。
在专利文献2中，公开了涡轮壳体以及轴承壳体的接合部的其它结构。以下，通过图10说明该接合部的结构。在图10所示涡轮增压器200中，涡轮壳体202具有供形成在轴承壳体210周围的凸缘部212嵌入的凹部204。该凸缘部212向凹部204突出，在与涡轮壳体202的端面206之间形成阶梯差G。
设置有在涡轮壳体202的端面206上开口的孔208，在该孔208中形成有内螺纹部209。该内螺纹部209与螺栓220螺合，在紧固螺栓头部的接触面222和涡轮壳体202的端面206之间，安装有垫圈224。垫圈224跨过阶梯差G地倾斜配置。此处，通过紧固螺栓220的紧固力，使垫圈224弹性变形，使缔结紧固螺栓220产生张力。
由此，使螺栓220的轴力上升，防止运转时的轴力的下降，能将涡轮壳体202和轴承壳体204更加坚固地紧固在一起。
专利文献1：日本特开平7-189723号公开公报
专利文献2：日本特开2010-209708号公开公报
发明要解决的问题
由于提高发动机的输出，发动机的燃烧气体温度年年上升。因此，由废气引起的涡轮壳体和轴承壳体等的热膨胀增大，从这些壳体的接合部泄漏气体的担忧增大。
在专利文献1所公开的密封单元中，使涡轮增压器100运转，由于没有考虑涡轮壳体102以及轴承壳体104等的热膨胀，产生这些热膨胀时，在接合部产生缝隙，有产生气体泄漏的担忧。
在专利文献2所公开的接合部的结构中，由于在凸缘部212和涡轮壳体202的端面206之间形成有阶梯差G，该端面206和垫圈224之间、或者紧固螺栓220的接触面222和垫圈224之间产生隙缝。因此，存在无法提高壳体的接合部的密封性能的问题。
发明内容
本发明鉴于这种以往技术的问题，其第1目的在于，对于近年来废气温度上升的倾向，使涡轮壳体和轴承壳体的接合部的密封性能提高。另外，其第2目的在于，简化该接合部的构造，使壳体部件具有通用性而实现用途扩大，并且使接合部的加工变得容易并节减加工費用。
用于解决问题的手段
为了达到这种目的，本发明的涡轮增压器壳体的密封构造用于密封涡轮增压器的涡轮壳体和轴承壳体的接合面，其中，涡轮壳体的端面包括：和轴承壳体的凸缘部接触并形成密封面的内侧端面；以及不与该凸缘部形成密封面、相对于该内侧端面和该凸缘部的螺栓抵接面具有阶梯差的外侧端面，在所述密封面安装有能够弹性变形的密封圈，并且通过与涡轮壳体的端面螺合的螺栓的头部接触面和所述内侧端面夹持所述凸缘部，所述密封圈的弹性变形后的压溃量通过螺栓紧固前形成的所述凸缘部和所述外侧端面的阶梯差设定，在所述凸缘部的背面进一步设置有隔热壁，该隔热壁和凸缘部一体形成，将所述涡轮壳体的内部空间与所述密封圈之间隔开，在所述螺栓紧固前，在轴承壳体的凸缘部的螺栓抵接面与涡轮壳体的外侧端面之间形成有相当于该密封圈的压溃量的阶梯差，并且，在所述螺栓紧固前，所述凸缘部的背面与所述涡轮壳体的所述内侧端面之间、以及所述隔热壁的顶端部与喷嘴固定件之间，隔开有相当于所述压溃量的间隔，所述喷嘴固定件设在所述涡轮壳体的内部，并形成废气流路，所述螺栓紧固后，所述凸缘部的螺栓抵接面与涡轮壳体的外侧端面之间，所述凸缘部的背面与所述涡轮壳体的所述内侧端面之间，以及所述隔热壁的顶端部与所述喷嘴固定件之间的3个部位的间隔被关闭，密封圈构成为以压溃量进行弹性变形。
这样，由于轴承壳体的凸缘部通过螺栓的头部接触面和涡轮壳体的内侧端面夹持，因此容许涡轮壳体以及轴承壳体的热变形，并且能够将接合面的密封性能维持得较高。
另外，轴承壳体的凸缘部的螺栓抵接面和涡轮壳体的外侧端面之间存在阶梯差，通过螺栓紧固后，由于由该凸缘部和涡轮壳体的内侧端面形成的密封面以相当于所述阶梯差的压溃量被按压并发生弹性变形，因此即使密封面构成部件发生热变形，也能够容许该热变形并将密封性能维持得较高。
另外，由于密封面构成部件的弹性变形后的压溃量通过螺栓紧固前形成的该凸缘部和涡轮壳体的外侧端面的阶梯差设定，因此能容易地设定最能发挥密封性能的压溃量。
另外，由于由螺栓的头部接触面和涡轮壳体的内侧端面夹持轴承壳体的凸缘部，因此轴承壳体的凸缘部可以不用设置螺栓孔等。由此，轴承壳体的凸缘部的加工变得容易，能节减加工費用。另外，轴承壳体的通用性扩大，能够扩大用途。
另外，通过螺栓紧固后，能使密封圈以压溃量被按压并发生弹性变形，因此即使密封面构成部件产生热变形也能够将密封面的密封性能维持得较高。另外，由于仅仅使密封圈弹性变形，因此不用使涡轮壳体或轴承壳体弹性变形。因此，能够扩大涡轮壳体或轴承壳体的材质选择的自由度。
除所述构成之外，也可以是，所述密封圈的截面呈近似半圆形，所述密封圈构成为能够弹性变形，所述螺栓紧固后，该密封圈的两端分别压接在所述凸缘部的背面以及所述内侧端面上。
在本发明的密封构造中，螺栓的头部可以一体或者分体地具有凸缘或者垫圈，所述凸缘或者垫圈与轴承壳体的凸缘部接触，扩大与该凸缘部接触的接触面。由此，能够扩大螺栓的接触面与该凸缘部接触的接触面积，能够增大螺栓对于凸缘部的紧固力，能够进一步坚固地夹持凸缘部。
发明的效果
采用本发明，涡轮增压器壳体的密封构造用于密封涡轮增压器的涡轮壳体和轴承壳体的接合面，其中，涡轮壳体的端面包括：和轴承壳体的凸缘部接触并形成密封面的内侧端面；以及不与该凸缘部形成密封面、相对于涡轮壳体的内侧端面和该凸缘部的螺栓抵接面具有阶梯差的外侧端面，构成密封面的部件由能够弹性变形的部件构成，并且通过与涡轮壳体的端面螺合的螺栓的头部接触面和涡轮壳体的内侧端面夹持所述凸缘部，密封面构成部件的弹性变形后的压溃量通过螺栓紧固前形成的凸缘部的螺栓抵接面和涡轮壳体的外侧端面的阶梯差设定，因而容许涡轮壳体以及轴承壳体的热变形并能够将接合面的密封性能维持得较高。
另外，能够容易地设定最能发挥密封性能的压溃量，并且轴承壳体的凸缘部的加工变得容易，能够节减加工費用，能够扩大轴承壳体的通用性。
附图说明
图1是本发明装置的第1实施方式所涉及的涡轮增压器壳体的截面图。
图2是本发明装置的第2实施方式所涉及的涡轮增压器壳体的立体图。
图3是所述第2实施方式的局部放大截面图。
图4是本发明装置的第3实施方式所涉及的涡轮增压器壳体的局部放大截面图。
图5是本发明装置的第4实施方式所涉及的涡轮增压器壳体的局部放大截面图。
图6是本发明装置的第5实施方式所涉及的涡轮增压器壳体的局部放大截面图。
图7是本发明装置的第6实施方式所涉及的涡轮增压器壳体的局部放大截面图。
图8是本发明装置的第7实施方式所涉及的涡轮增压器壳体的局部放大截面图。
图9是以往的涡轮增压器壳体的截面图。
图10是表示以往的涡轮增压器壳体的其它结构的局部放大截面图。
具体实施方式
下面，使用附图所示的实施方式对本发明进行详细的说明。但是，该实施方式中记载的构成部件的尺寸、材质、形状、相对配置等只要没有特定的记载，本发明的范围就不只限于此。
(实施方式1)
基于图1对本发明装置的第1实施方式进行说明。在图1所示的涡轮增压器10中，涡轮壳体12的接合部14和轴承壳体30的凸缘部32通过凸缘螺栓40被结合。在涡轮壳体12的内部，通过喷嘴板22或喷嘴固定件24，形成流入废气e的涡旋形状的涡旋流路18。
涡轮壳体12的中心轴线C上配置有涡轮轴28，涡轮轴28上一体形成有多个涡轮动叶片26。从涡旋流路18向涡轮动叶片侧流入的废气e使涡轮动叶片26以及涡轮轴28旋转后，通过出口流路20流出。
在轴承壳体30设置可旋转地支承涡轮轴28的轴承34、和向该轴承34供给润滑油的润滑油流路36。在涡轮壳体12的接合部14，在涡轮壳体12的周向上设有多个螺栓孔16。凸缘螺栓40，在呈六边形的螺栓头部42的下表面一体形成有圆板形状的凸缘44，外螺纹部46旋入在螺栓孔16中，通过凸缘44的下表面按压轴承壳体30的凸缘部32，从而使涡轮壳体12和轴承壳体30结合。
在涡轮壳体12的内侧端面14b和凸缘部32的背面32b之间，形成有四边形截面的环状空间s，该环状空间s中安装有密封圈48。密封圈48的截面呈近似半圆形，构成为能够弹性变形。图1表示凸缘螺栓40紧固前的状态。在该状态下，密封圈48还没有弹性变形，凸缘部32的螺栓抵接面32a和涡轮壳体12的外侧端面14a之间，形成有相当于密封圈48的压溃量h的阶梯差G。
另外，凸缘部32的背面32b与涡轮壳体12的内侧端面14b之间，以及和凸缘部32一体的隔热壁32c与喷嘴固定件24之间，隔开有相当于密封圈48的压溃量h的间隔。在该状态下，将凸缘螺栓40旋入螺栓孔16中，使凸缘44的接触面44a贴紧外侧端面14a，所述3个部位的间隔被关闭，密封圈48以压溃量h进行弹性变形。该状态下，凸缘部32被凸缘44和涡轮壳体12的内侧端面14b夹持。另外，密封圈48的两端分别压接在凸缘部32的背面32b以及内侧端面14b上。
根据本实施方式，由于凸缘部32被凸缘44的接触面44a的内侧面和涡轮壳体12的内侧端面14b夹持，因此容许接合部14以及凸缘部32的热变形，并且能够将形成在凸缘44的接触面44a与凸缘部32的螺栓抵接面32a以及外侧端面14a之间、以及凸缘部32的背面32b与内侧端面14b之间的密封面的密封性能维持得较高。
另外，凸缘部32的螺栓抵接面32a与外侧端面14a之间存在阶梯差G，通过凸缘螺栓40紧固后，密封环48以相当于阶梯差G的压溃量h被按压而发生弹性变形，因此即使密封圈48的周围产生热变形，也能容许该热变形并将密封面的密封性能维持得较高。
另外，由于密封圈48的弹性变形后的压溃量h通过由凸缘螺栓40紧固前形成的阶梯差G设定，因此容易设定最能发挥密封性能的密封圈48的压溃量h。
另外，由于通过凸缘44的接触面44a和内侧端面14b夹持凸缘部32，因此凸缘部32上可以不设置螺栓孔等。由此，凸缘部32的加工变得容易，能节减加工費用。另外，轴承壳体的通用性扩大，能够扩大用途。
进一步，在本实施方式中，由于设置将壳体的内部空间与密封圈48之间隔开的隔热壁32c，因此能防止密封圈48的热劣化，能使密封圈48长寿命化。另外，通过隔热壁32c，能够进一步提高密封面的密封性能。
另外，在本实施方式中，使用螺栓头部42和凸缘44形成为一体的凸缘螺栓40，但也可以使用凸缘或者垫圈相对于螺栓头部分体构成的螺栓。
(实施方式2)
接着，通过图2及图3对本发明装置的第2实施方式进行说明。如图2所示，本实施方式的涡轮增压器50A的壳体包括：涡轮壳体52、轴承壳体54、压缩机壳体56构成。涡轮壳体52的周向形成有多个接合部60，如图3所示，在该接合部60穿设有向外侧端面60a开口的螺栓孔62。
如图3所示，在螺栓孔62中旋入有带缘螺栓64。带缘螺栓64中，对于六边形螺栓头部66，一体形成有比该螺栓头部扩径的圆板形状的缘部68。涡轮壳体52的外侧端面60a和内侧端面60b之间形成有阶梯差。轴承壳体54上一体形成有凸缘部70。在凸缘部70和内侧端面60b之间，安装有具有C字状截面、能够弹性变形的密封圈72。
图3表示由带缘螺栓64紧固前的状态。在紧固前，外侧端面60a和凸缘部70的螺栓抵接面70a具有阶梯差G。阶梯差G设定为和密封圈72的压溃量相同。使带缘螺栓64旋入到外侧端面60a，使缘部68贴紧外侧端面60a，从而消除阶梯差G。同时，密封圈72被凸缘部70的背面70b和内侧端面60b按压，以所设定的压溃量进行弹性变形。
根据本实施方式，由于密封圈72弹性变形，故即使凸缘部70或接合部60因通过废气流路74的废气的热量而产生热变形，也能够将由凸缘部70的螺栓抵接面70a或背面70b与涡轮壳体52的外侧端面60a或内侧端面14b构成的密封面的密封性能维持得较高。
另外，由于没有设置凸缘部70的螺栓孔等，能够简化凸缘部70的形状，能够扩大轴承壳体54的用途，并且通过将密封圈72的压溃量设定成和阶梯差G相同，容易进行最适合密封圈72的密封性能的压溃量的设定。
(实施方式3)
接着，通过图4对本发明装置的第3实施方式进行说明。本实施方式的涡轮增压器50B中，在废气流路74和密封圈72之间的内侧端面60b上一体形成有隔热壁76。隔热壁76和凸缘部70的背面70b的间隔h被设定为和阶梯差G以及密封圈72的被设定的压溃量相同。其他的结构与所述第2实施方式相同。
在上述结构中，使带缘螺栓64的缘部68旋入到贴紧外侧端面60a时，同时隔热壁76和凸缘部70的背面70b贴紧，并且密封圈72以被设定的压溃量进行弹性变形。因此，除了得到和所述第2实施方式相同的作用效果外，还能通过隔热壁76防止废气侵入到密封圈72。因此，能够防止密封圈72的热劣化，能够使密封圈72长寿命化，并且通过隔热壁76的配置，能够进一步提高密封面的密封性能。
(实施方式4)
接着，通过图5对本发明装置的第4实施方式进行说明。本实施方式所涉及的涡轮增压器50C中，螺栓80的螺栓头部82、外螺纹84与垫圈86分体构成。轴承壳体54的凸缘部70由板簧构成。涡轮壳体52的外侧端面60a和内侧端面60b之间形成有阶梯差。在螺栓80紧固前，凸缘部70和外侧端面60a形成有阶梯差G。
将螺栓80旋入螺栓孔62，使垫圈86贴紧外侧端面60a时，凸缘部70被垫圈86按压而发生弹性变形，和内侧端面60b接触。内侧端面60b形成为与凸缘部70的弹性变形后的背面形状吻合的曲面。
在本实施方式中，由于凸缘部70的背面70b贴紧内侧端面60b，因此即使密封面构成部件由于废气的热量而变形，也能够将密封面的密封性能维持得较高。另外，由于凸缘部70由板簧构成，故具有弹性，能够容易地形成密封面，并且耐热性优良，即使是在废气的高温度下也能够长寿命化。
(实施方式5)
接着，通过图6对本发明装置的第5实施方式进行说明。本实施方式的涡轮增压器50D中，涡轮壳体52的内侧端面60b形成为平坦的锥面，面对内侧端面60b的凸缘部70的背面70b的顶端部形成为和内侧端面60b角度相同的平坦的锥面90。内侧端面60b和凸缘部70的锥面90在整个面上抵接，呈相互相同的倾斜角。另外，凸缘部70以及接合部60的锥面形成部位由弹性材料构成。其他的结构与所述第4实施方式相同。
在这种结构中，在螺栓80紧固前，外侧端面60a和凸缘部70的螺栓抵接面70a之间具有阶梯差G。将螺栓80旋入到垫圈86贴紧外侧端面60a时，内侧端面60b和锥面90相互贴紧，并且锥面形成部位发生弹性变形而相互按压，并且凸缘部70的螺栓抵接面70a和外侧端面60a为相同高度。
根据本实施方式，采用内侧端面60b以及凸缘部70的背面70b的顶端部为锥面90的简单的结构，即使凸缘部70或接合部60产生热变形，也能够将密封面的密封性能维持得较高。
(实施方式6)
接着，通过图7对本发明装置的第6实施方式进行说明。本实施方式的涡轮增压器50E中，在凸缘部70的背面70b的顶端，设置有截面的顶端越来越细且具有楔形状的突起92。在螺栓80紧固前，突起92的顶端与内侧端面60b接触时，构成为凸缘部70的螺栓抵接面70a和外侧端面60a之间形成有阶梯差G。其他的结构与所述第5实施方式相同。
在这种构成中，使螺栓80旋入到垫圈86贴紧外侧端面60a时，突起92的顶端部被压接在内侧端面60b上，该顶端部成为一边弹性变形一边被按压在内侧端面60b上的状态。因此，即使凸缘部70或接合部60由于通过废气流路74的废气的热量而产生热变形，也能够将密封面的密封性能维持得较高。另外，能够做成仅在凸缘部70的背面70b设置突起92的简单的结构。
(实施方式7)
接着，通过图8对本发明装置的第7实施方式进行说明。本实施方式所涉及的涡轮增压器50F，在凸缘部70的背面70b和涡轮壳体52的内侧端面60b形成迷宫式构造94。其他结构与所述第6实施方式相同。图8表示螺栓80紧固前的状态，凸缘部70的螺栓抵接面70a和外侧端面60a之间形成有阶梯差G。另外，在迷宫式构造94的左右两端，形成有和阶梯差G尺寸相同的间隔A以及B。
在这种构成中，使螺栓80旋入螺栓孔62中直至垫圈86贴紧外侧端面60a，凸缘部70的螺栓抵接面70a和外侧端面60a之间的阶梯差G被消除。同时，间隔A以及B也被关闭，迷宫式构造94的两端被密闭。
根据本实施方式，螺栓80紧固后，间隔A以及B被密闭，并且间隔A、B之间形成有迷宫式构造94，因此不管凸缘部70和接合部60是否发生热变形，都能够良好地维持密封面的密封性能。
工业上利用可能性
采用本发明，能够实现一种涡轮增压器壳体，即使对于壳体部所受到的热变形，也能够用简单的结构，提高壳体接合面的密封性能。

Claims (3)

1.一种涡轮增压器壳体的密封构造，用于密封涡轮增压器的涡轮壳体和轴承壳体的接合面，该涡轮增压器壳体的密封构造以如下方式构成：
涡轮壳体的端面包括：和轴承壳体的凸缘部接触并形成密封面的内侧端面；以及不与该凸缘部形成密封面、相对于该内侧端面和该凸缘部的螺栓抵接面具有阶梯差的外侧端面，
在所述密封面安装有能够弹性变形的密封圈，并且通过与涡轮壳体的端面螺合的螺栓的头部接触面和所述内侧端面夹持所述凸缘部，
该涡轮增压器壳体的密封构造的特征在于，
所述密封圈的弹性变形后的压溃量通过螺栓紧固前形成的所述凸缘部和所述外侧端面的阶梯差设定，
在所述凸缘部的背面进一步设置有隔热壁，该隔热壁和凸缘部一体形成，将所述涡轮壳体的内部空间与所述密封圈之间隔开，
在所述螺栓紧固前，在轴承壳体的凸缘部的螺栓抵接面与涡轮壳体的外侧端面之间形成有相当于该密封圈的压溃量的阶梯差，并且，在所述螺栓紧固前，所述凸缘部的背面与所述涡轮壳体的所述内侧端面之间、以及所述隔热壁的顶端部与喷嘴固定件之间，隔开有相当于所述压溃量的间隔，所述喷嘴固定件设在所述涡轮壳体的内部，并形成废气流路，
所述螺栓紧固后，所述凸缘部的螺栓抵接面与涡轮壳体的外侧端面之间，所述凸缘部的背面与所述涡轮壳体的所述内侧端面之间，以及所述隔热壁的顶端部与所述喷嘴固定件之间的3个部位的间隔被关闭，密封圈构成为以压溃量进行弹性变形。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器壳体的密封构造，其特征在于，所述密封圈的截面呈近似半圆形，所述密封圈构成为能够弹性变形，所述螺栓紧固后，该密封圈的两端分别压接在所述凸缘部的背面以及所述内侧端面上。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器壳体的密封构造，其特征在于，所述螺栓的头部一体或者分体地具有凸缘或者垫圈，所述凸缘或者垫圈与轴承壳体的凸缘部接触，扩大与该凸缘部接触的接触面。
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