CN104956046A - 涡轮增压器外侧吹扫式密封 - Google Patents

Abstract

通过增加使用一种在该压缩机叶轮的背面与该轴承壳体之间形成的外部加压空腔的多种密封系统，可以使在旋转涡轮增压器组件的间隙密封件周围的漏油的倾向最小化。在一种实现方式中，可以提供一个压力板。在另一个实施例中，可以提供迷宫式密封件。除了这些多种不同的密封安排，还可以向该压力板或迷宫式密封件后面的空间中选择性地供给外部增压空气或者内部供给的增压空气，用以维持该密封界面的向内指向的压力梯度，而不考虑工况。

Description

涡轮增压器外侧吹扫式密封

发明领域

实施例总体上涉及涡轮增压器，并且更具体地涉及涡轮增压器的密封系统。

发明背景

涡轮增压器是一种强制进气系统。它们将空气以与在正常吸气构型中的可能情况相比更大的密度传送到发动机进气中，从而允许燃烧更多的燃料，进而在没有明显增加发动机重量的情况下提升了发动机的马力。一个更小的涡轮增压发动机取代一个更大物理尺寸的正常吸气的发动机，这将减小质量并且可以减小车辆的空气动力学的前端面积。

图1示出了典型的涡轮增压器(10)的截面视图。涡轮增压器(10)包括一个涡轮机级(12)和一个压缩机级(14)。涡轮增压器利用来自发动机排气歧管的排气流来驱动位于该涡轮机壳体(17)内的涡轮机叶轮(16)。一旦该排气已经通过该涡轮机叶轮(16)并且该涡轮机叶轮(16)已经从该排气中提取能量，则用过的排气通过一个导流器离开涡轮机壳体(17)并且被输送到车辆下行管并且通常被输送到后处理装置，如催化转化器、微粒收集器和NOx收集器。涡轮机叶轮(16)提取的能量被转化为一种旋转运动，这种旋转运动用于驱动位于压缩机盖件(19)之内的压缩机叶轮(18)。压缩机叶轮(18)抽取空气进入涡轮增压器(10)、压缩这些空气并且将该空气输送到该发动机的进气侧。该旋转组件由以下主要部件构成：涡轮机叶轮(16)；轴(20)，该涡轮机叶轮(16)被安装在该轴上；一个也被安装在该轴(20)上的压缩机叶轮(18)；一个抛油环(22)；以及多个推力部件。轴(20)具有一个相关联的旋转轴线(21)。

轴(20)典型地在由发动机供给润滑剂(如油)的一个流体动压轴承系统上旋转。该轴承系统可以被提供在一个轴承壳体(23)中。油是经由一个供油口(24)来传送的，以对多个轴颈轴承(26)和多个推力轴承(28)都供油。一旦被使用，油就排泄到轴承壳体(23)并且通过与发动机曲轴箱连接的一个排油口(30)离开。

涡轮级(12)和压缩机级(14)中的压力条件可经常致使通过将旋转组件密封在轴承壳体(23)上的密封机构而将油抽出。从轴承壳体至压缩机叶轮的背侧、经过压缩机叶轮、至压缩机级和发动机燃烧室的油的内部流动通常称为“压缩机端的油流通”。要避免压缩机端的油流通，因为其可导致催化剂污染和不想要的排放。更为严格的排放标准下，压缩机端的油流通的倾向变成了更大的问题。

在涡轮增压器中通常使用各种不同的密封方式，以在一个或多个静态涡轮增压器元件(例如轴承壳体(23)和/或插入件(34)与部分动态旋转组件(例如涡轮机叶轮(16)、压缩机叶轮(18)、抛油环(22)和/或轴(20))之间的界面上形成密封，从而使从轴承壳体(23)至压缩机级(14)的油的流通最少。这类密封方式还可防止从压缩机级(12)至轴承壳体(23)的不想要的气体流动(即被称为漏气的状态)。图2示出了在涡轮增压器(10)的压缩机端中的静态元件与旋转元件之间的部分界面(31)的近距视图。在此区域中使用各种不同的密封元件。例如，一个或多个间隙密封件(32)(例如密封圈或活塞环)被操作性地定位在抛油环(22)与插入件(34)之间。在抛油环(22)上的各自的凹槽(36)中可以接纳各密封件(32)的一部分。

然而，在一些工况中，轴承壳体(23)中的油有可能绕着一个或多个间隙密封件(32)经过、并进入压缩机壳体(12)。现在对这样一种情况进行描述。在插入件(34)与压缩机叶轮(18)的背面(38)之间的空腔(40)中有空气。压缩机叶轮(18)的背面(38)绕着轴线(21)高速旋转。迫使接近旋转背面(38)的空气由于空气与背面(38)之间的摩擦而进行类似旋转。结果是，可以具有离心加速度(即在径向方向上)，该离心加速度在空腔(40)中靠近轴(20)形成较低压力并且在靠近压缩机叶轮(18)的尖端(42)形成较高的压力。对于界面(31)上的压差而言这种压力梯度是不利的，即外部侧(31o)的压力低于内部侧(31i)的压力，可能会引起压缩机端的油流通。

在这种情况下，从推力轴承(28)与插入件(34)之间的空腔(46)、围绕一个或多个密封圈(32)形成了油流(44)。如上所述，这个流(44)被该强制涡流抽出而变成压缩机叶轮背面(38)后面的流(48)。这个流(48)经过压缩机级扩压器(50)而被抽出(见图1)。典型地，可以通过使压缩机叶轮(18)机械地凹进轴承壳体(23)来抵消这种降低的压力或甚至负压(真空)的效果。这种安排的结果是，压缩机级(14)的一些加压空气可以被转向到压缩机叶轮(18)后面的空腔(40)。这种压缩空气的转向改变了从压缩机叶轮尖端(42)至一个或多个密封件(32)的空腔(40)周围的压力平衡，并使这个油通道进入压缩机排气口之后进入发动机的燃烧系统的可能性最小。

向内指向的压力梯度(相对于轴承壳体)对于具有很大压缩机出口压力的正常工况是有效的。然而，存在一些更难或不能维持密封件外部侧正压的工况，包括低涡轮转速或零涡轮转速、受限的压缩机入口、两级顺序涡轮系统中的低压级的排气制动或起动。在这类情况下，油或其他润滑剂(44)有可能围绕通过一个或多个密封件(32)。下面将更详细地呈现这些实例中的一些实例。

当装备有发动机压缩式排气制动器的重型满载卡车在一个长而稳定的斜坡上行驶时，可使用排气制动器来阻断涡轮机叶轮(16)下游的排气流、并使车辆减速，而不依赖于车辆的车轮制动器。卡车的质量和惯性可推动卡车冲下山坡，这迫使通过车辆变速箱而使发动机旋转。没有燃料被引入发动机，发动机像对抗排气制动器阻断的空气泵一样起作用来使卡车的速度减慢。经过该涡轮级的气体的质量流被大大降低，这样使得涡轮增压器叶轮的旋转速度不是由涡轮机级来主要驱动。

现在作为空气泵来起作用的车辆对于发动机的制动作用(通过车辆变速箱)由于其通过压缩机级(14)抽出空气而可以在进气系统中产生抽空(例如真空)。压缩机级(14)中的抽空改变了这个或这些压缩机端密封件(32)对面压缩机叶轮(18)的尖端(42)处的压差。这样在这些密封圈(32)上导致了不利的压差，而可以导致压缩机端的油流通。当出现这种排气制动器驱动状况时，产生的抽空可以压倒通常使用的密封圈压差固定件(例如使压缩机叶轮(18)凹进)，并引起了从轴承壳体(23)进入压缩机排气口、然后进入发动机燃烧系统的油流通。

在压缩机为串联安排的分级涡轮增压器中的高压(HP)压缩机级会出现类似的问题。在串联压缩机构型中，低压(LP)压缩机的排气口被直接导向高压(HP)压缩机的入口。当排气质量流被引导到高压(HP)涡轮增压器的较小的涡轮机级(即不是被引导到LP涡轮增压器的较大的涡轮机级)时，HP压缩机的压缩机级可以抽出与可能较大容量的低压(LP)压缩机的质量流输出相比更多的空气质量流进入其入口，其缓慢运转，与较小的HP压缩机的质量流输入相比其质量流输出较少。其结果是LP压缩机的压缩机级运行成抽空，这样会在HP涡轮增压器的压缩机端密封圈上导致不利的压差。

由此，对于在涡轮增压器的压缩机端中的旋转部件与静态部件之间的增强密封安排存在需要，尤其是在低涡轮增压器转速时。

发明概述

实施例涉及在压缩机叶轮背面与邻近部件(如轴承壳体和/或插入件)之间的密封元件和安排。这类密封元件和安排可以改进在涡轮增压器的压缩机端上的动态旋转组装部件与互补的静态部件之间的密封，由此使压缩机端的油流通最少。这些密封元件可以包括压力板和/或迷宫式密封件。这些密封元件可以被操作性地定位在压缩机叶轮背面与邻近部件之间限定的空腔中。在至少一些实例中，可以向这些密封元件后面的空间选择性地供给外部加压空气或内部供给的增压空气，用以维持向内指向的压力梯度，而不考虑工况。

附图的简要说明

实施例是通过举例而非限制的方式展示在这些附图中，其中类似的参考数字表示相似的部分，并且在这些附图中：

图1是典型的涡轮增压器的截面视图；

图2是典型的涡轮增压器的部分压缩机端的近距视图；

图3A-B示出了在涡轮增压器的压缩机端中的旋转部件与静态部件之间的第一密封安排；

图4A-C示出了图3A-B的压力板的各种不同的构型的实例；

图5A-B示出了在涡轮增压器的压缩机端中的旋转部件与静态部件之间的第二密封安排；

图6A-B示出了在涡轮增压器的压缩机端中的旋转部件与静态部件之间的第三密封安排；

图7A-C示出了图6A-B的压缩机叶轮背面与压力板之间的各种不同的密封构型的实例；并且

图8示出了压缩机叶轮背面与压力板之间的密封构型的另一个实例。

本发明的详细说明

在此所述的安排涉及用于在涡轮增压器的压缩机端上的动态旋转组装部件与互补的静态部件之间使用的密封系统和方法。更具体地讲，在此的实施例是针对形成可维持传统的间隙密封件(例如活塞密封圈)界面的外部侧上的正压以防止油泄漏的密封系统。在此披露了详细的实施例；然而，应理解的是，所披露的这些实施例仅旨在是示例性的。因此，在此披露的特定结构性和功能性细节不应被解释为限制，而仅仅是作为权利要求书的基础和作为传授本领域技术人员在几乎任何适当详细的结构中以不同方式采用本文中的这些方面的代表性基础。此外，在此所用的术语和短语并不旨在是限制性的、而是提供对可能实施方式的可理解描述。在图3至图8中示出了多种安排，但这些实施例不限于所展示的结构或应用。

图3A-3B示出了在涡轮增压器的压缩机端中的部分旋转组件(例如涡轮机叶轮(在图3A-3B中未示出)、压缩机叶轮(18′)、抛油环(22′)和/或轴(20′))与一个或多个静态涡轮增压器元件(例如轴承壳体(23′)和/或一个插入件(34′))之间的一种密封安排的一个实例。更具体地讲，图3A-3B示出了一种密封系统，其中在压缩机叶轮(18′)的背面(38′)与轴承壳体(23′)和/或相关联的轴承壳体部件之间的容积中提供了一个压力板(60)。压力板(60)能以任何适合的方式被附接到轴承壳体(23′)上，包括例如通过一个或多个紧固件(62)和/或机械接合。可在一个或多个合适的位置形成这种附接。在一个实施例中，压力板(60)可以被附接到轴承壳体(23′)上、靠近压缩机叶轮(18′)的尖端(42′)。压力板(60)可以由任何合适的材料制成，包括例如钢、铝、钛、或高温聚合物，如聚醚醚酮(PEEK)、聚芳基甲酮(PAEK)或聚酰胺。使用更软的聚合物可以在与压力板(60)轻轻接触时有助于避免损伤该压缩机叶轮(18′)。可以用任何合适的方式例如通过冲压和/或机加工来形成压力板(60)。

压力板(60)可以有助于隔离间隙密封界面(400)与压缩机叶轮(18′)后面区域的影响，如上所述，压缩机叶轮后面区域至少相对于压缩机端的油流通而言可以不利地改变这些间隙密封件(32′)上的压差。因为包括压力板(60)，可以将前腔(40)(见图2)分成第一容积(63)和第二容积(80)。在压缩机叶轮背面(38)与压力板(60)之间可以形成第一容积(63)，在压力板(60)与一个或多个静态元件(例如轴承壳体(23)、插入件(34)等)和/或一个或多个旋转元件之间可以形成第二容积(80)。第一容积和第二容积(63，80)可以绕轴线(21)周向延伸。

第一容积和第二容积(63，80)可以通过一个狭窄的或受限的出口通道(64)而处于流体连通。在压力板(60)的径向内端(71)(例如尖端(66))与旋转压缩机叶轮(18′)的背面(38′)之间可以形成出口通道(64)，并且更具体地讲，具有压缩机叶轮(18′)的背面(38′)的径向内区(65)。这种狭窄的出口通道(64)可以致使它们之间的吹扫气体流的空气动力学阻塞。通道(64)还可以至少部分地被限定在压力板(60)的压缩机侧表面(74)与压缩机叶轮(18′)的背面(38′)的径向外区(67)之间。在此使用的术语“径向内”和“径向外”是相对于轴(20′)的轴线(21′)而言的。

压力板(60)可以是一个总体环形的部件。压力板(60)可以包括一个压缩机侧表面(74)和一个背侧表面(70)。压力板(60)可以包括一个径向内端(71)，该径向内端形成了内径。径向内端(71)可以至少部分地由尖端(66)限定。在一个实施例中，压力板(60)的厚度可以在径向向外的方向上增加。由此，压力板(60)的厚度在尖端(66)处或在其附近处是最小的，并且当向径向向外的方向上移动时，压力板(60)的厚度可以增加，如图3B可见。然而，图3A-3B中所示的压力板(60)仅仅是一个实例，压力板(60)的实施例不限于这种构型。例如，压力板(60)可以具有与所示出的不同的锥形，或者它可以具有基本上均匀的厚度或其他非锥形构型。

压力板(60)以及在压力板(60)的尖端(66)与旋转压缩机叶轮(18′)的背面(38′)之间的界面可以具有任何合适的构型以使供给到第二容积(80)的吹扫气体的泄露最少。图4A-C示出了压力板(60)的各种不同的可能的构型的实例。这些构型可以便于引入的涡流进入狭窄的通道(64)，用以阻碍通过出口通道(64)的空气流。在一个实施例中，压力板(60)的尖端(66)与旋转压缩机叶轮(18′)的背面(38′)之间的径向间隙可以在大约0.35mm至大约0.70mm的范围内。可以选择径向间隙来平衡紧密配合，用以使吹扫气体的泄露最少而同时允许正常的无接触转子运动。这类构型包括压力板(60)的尖端(66)和/或边缘(68)的变体。可以通过使压力板(60)的背侧表面(70)与压力板(60)的压缩机侧表面(74)的径向内部(72)交叉而形成尖端(66)。可以在压缩机侧表面(74)的径向内部(72)与径向外部(76)之间的过渡处形成边缘(68)。

在一种实现方式中，可以由一个锐角来限定尖端(66)，如图4A所示。这个角可以尽可能尖锐，用来迫使从压力板(60)的尖端(66)朝向压缩机叶轮(18)的尖端(42)流动的气流分离。例如，该角可以是大约60度或更小、大约45度或更小、大约30度或更小、大约15度或更小，仅举几种可能性。在这种实现方式中，压缩机侧表面(74)的径向内部(72)可以是总体上平坦的。因此，因为压力板(60)是一个环形部件，该径向内部(72)可以总体上是圆锥形的。

在图4B中示出了压力板(60)的另一种实现方式。在此，压缩机侧表面(74)的径向内部(72)可以总大体上是凹形的。这种凹形可以便于使尖端(66)的角度尽可能是锐角。这种径向内部(72)的凹形可以有助于使边缘(68)的角度尽可能尖锐。

在图4C中示出了压力板(60)的又另一种实现方式。在这种实现方式中，压力板(60)的尖端(66)可以是有倒角的。倒角可以提供可能用于流动分离的另一个边缘，并且还提供了相对容易的交叉制作。

在某些实现方式中，可以对第二容积(80)进行选择性加压来在密封界面(400)上产生向内指向的压力梯度，以防止油或其他润滑剂离开该轴承壳体(23)。“向内指向的压力梯度”的意思是界面(400)的外部侧(200)的压力大于内部侧(300)的压力。外部侧(200)是界面(400)的更靠近压缩机叶轮(18)的一侧。内部侧(300)是该界面的更靠近轴承壳体(23)的一侧。

内部侧(300)可以至少包括在插入件(34′)与推力轴承(28′)之间的空腔(46′)。外部侧(200)包括容积(80)。同样，可对第二容积(80)进行选择性加压来维持所需的预定的目标压力，以便维持该密封界面(400)上的向内指向的压力梯度。内部侧(300)的压力典型地约为大气压(1巴)，并且它可以受曲轴箱压力的影响。第二容积(80)的目标压力可以是任何合适的压力使得可以实现向内指向的压力梯度。在一个实施例中，第二容积(80)的目标压力至少可以从约100毫巴至约150毫巴，大于内部侧(300)的压力。

为了维持第二容积(80)中的所需的目标压力或该密封界面(400)上所需的压力比，可以使第二容积(80)的空气损失最小化。在这样做时，使供给第二容积(80)以生成所需的目标压力的空气的量最小化，由此保护用于其他有益目的的吹扫气体(例如空气)。供给第二容积(80)的过量的吹扫气体可以导致成本或性能的损失。相应地，压力板(60)的径向内端(71)(例如尖端(66))和/或出口通道(64)的构型可被优化来使从第二容积(80)至第一容积(63)的空气泄露最少。压力板(60)的径向内端(71)可以具有任何合适的构型，将在此对其实例进行描述。

如上所述，可以在至少某些实现方式中对第二容积(80)进行选择性加压。能以任何合适的方式实现这种第二容积(80)的选择性加压。作为一个实例，可以提供一个供给管线(78)来向在压力板(60)与轴承壳体(23)之间形成的容积(80)供给空气或其他合适的流体，如图3A-B所示。再者，第二容积(80)可以通过该狭窄的通道(64)而与第一容积(63)处于流体连通。该供给管线(78)的路线可以被确定成经过部分轴承壳体(23)。可以在某些运行条件下向第二容积(80)供给吹扫气体(例如加压的空气)或其他加压的流体。可以由任何合适的源来供给流体，这些源包括外部加压空气或内部供给的增压空气源。例如，该源可以是专用电动泵、可以从车辆系统(例如制动系统)中的某个点转向、或者甚至来自于涡轮增压器的另一个部分。当向第二容积(80)供给流体时，可以提供向内指向的压力梯度，而不考虑工况。

能以任何合适的方式选择性地实施向第二容积(80)供给空气。例如，可以操作性地连接一个控制器(未示出)，用于选择性地控制向容积(80)供给加压流体。该控制器可以是发动机控制器、涡轮增压器控制器或其他合适的控制器。该控制器可以包括硬件、软件或其任何组合。

当界面(400)的外部侧(200)上的压力达到或低于预定的目标压力时，可以向容积(80)选择性供给空气或其他吹扫气体。可替代地或另外，当界面(400)的外部侧(200)与内部侧(300)之间的压差和/或压力比达到或低于预定的目标比或目标差时，可以向容积(80)选择性地供给空气或其他吹扫气体。如果这类情况发生，可以向第二容积(80)供给空气或其他吹扫气体，用以使外部侧(200)的压力上升达到可接受的水平。发生这种上升时的运行条件的实例包括怠速或当发动机处于轻负载运转时。一旦实现了预定的目标压力、目标差和/或目标比，可以停止向容积(80)供给空气。以这种方式可以使空气消耗量最少，即不必从其他有益的使用中获取。

然而，应注意的是，在其他实现方式中，可以不对第二容积(80)进行选择性加压。再者，压力板(60)可以有助于隔离该间隙密封界面(400)与压缩机叶轮(18′)后面区域的影响，压缩机叶轮后面区域否则可以至少相对于压缩机端的油流通而言对这些间隙密封件(32′)上的压差产生不利影响。例如，在带有压力板(60)的涡轮增压器系统的一项测试中，还是出现了压缩机端的油流通，但它是在界面(400)存在200毫巴-300毫巴的压差(即内部侧(300)的压力比外部侧(200)的压力高200毫巴-300毫巴)时发生的。相比之下，在没有压力板(60)的情况下，当内部侧(300)的压力大于外部侧(200)的压力时，通常在任何点都会发生压缩机端的油流通。因此，包括压力板(60)可以使界面(400)上的合适的压差范围扩大，而不会经历压缩机端的油流通。应注意的是，没有实施对界面(400)的外部侧(200)的选择性加压的实施例可应用于在此所述的任何安排中。

图5A-5B示出了一种密封系统，其中在压缩机叶轮(18′)的背面(38′)与轴承壳体(23′)和/或相关联的轴承壳体部件之间的容积中可以提供一个压力板(81)。上述对压力板(60)的讨论可以同等地应用于压力板(81)。在此，压力板(81)可以是薄壁的。压力板(81)可以具有从大约0.5毫米至大约3毫米的厚度。在一个实施例中，压力板(81)可以是大约1毫米厚。压力板(81)的厚度可以在径向向外的方向上是通常不变的。压力板(81)中可以包括一个或多个弯曲(82)。压力板(81)可以用任何合适的方式形成，如通过冲压、车削、铸造或注射成型工艺。

压力板(81)的径向内端或尖端(83)可以限定一个带有抛油环(22′)的外周表面(84)的受限的流动通道(86)。可替代地或另外，流动通道(86)可以至少部分地被限定在压力板(81)的压缩机侧(88)表面与压缩机叶轮(18′)的背面(38′)的径向外区(67)和/或径向内区(65)之间。压力板(81)可以对前腔(40)中的强制涡流的效应产生限制(见图2)，可以进而改变一个或多个密封圈(32′)上的压差。

当发动机在压缩机盖(19′)中产生抽空时，如以上所述，可以从密封圈(32′)的周围将油抽入薄片压力板(81)的压缩机叶轮(18′)的背面(38′)与压缩机侧表面(88)之间的第一容积(63)之中。薄壁压力板(81)的尖端(83)可以尽可能地靠近抛油环(22′)的外周表面(84)定位，以便它们之间的通道(86)最小。基于由旋转组件的倾斜与旋转组件的旋转的轨道特性两者所要求的间隙，可以确定薄片压力板(81)的尖端(83)的直径与抛油环(22′)的外周表面(84)的直径之间的差。将了解的是，在尖端(83)处的间隙越大，吹扫气体通过这个限制通道(86)的倾向越大。此外，更大量的空气必然在界面(400)的外部侧(200)产生所需的目标压力(例如从至少大约100毫巴至大约150毫巴)。然而，如果间隙较小，有更大的机会移动(例如旋转、转圈和倾斜)抛油环(22′)，使抛油环与压力板(81)的静态尖端(83)接触。

该系统可以包括一个供给管线(78)，该供给管线用于向形成于压力板(81)与轴承壳体(23′)之间的空腔容积(80)供给空气或其他合适的流体，如图5A-B所示。以上结合图3A-B对供给管线(78)进行的讨论在此同等地适用。

图6A-6B示出了一种密封系统，其中至少部分地由迷宫式密封件(90)形成了一个受限通道(91)。迷宫式密封件(90)可以用于对从一个或多个密封圈(32′)流向压缩机叶轮(18′)的尖端(42′)的吹扫气体流产生空气动力学限制。迷宫式密封件(90)可以将可用的静压头变成穿过迷宫式密封件(90)所形成的各个收缩部的湍流动能。高度的湍流可以减少可移动穿过迷宫式密封件(90)的各腔室的流动量。

迷宫式密封件(90)能以任何合适的方式形成。例如，压力板(92)可以提供在压缩机叶轮(18′)的背面(38′)与轴承壳体(23′)和/或相关联的轴承壳体部件之间的容积的一部分上。压力板(92)能以任何适合的方式被附接在轴承壳体(23′)上，包括例如通过一个或多个紧固件和/或机械接合。可以在一个或多个合适的位置上形成这种附接。压力板(92)可以由任何适合的材料制成，包括例如钢。压力板(92)可以是总体上环形的部件。压力板(92)可以包括一个压缩机侧表面(94)和一个背侧表面(96)。压力板(92)可以包括一个径向内端(98)，该径向内端形成内径。

图7A-C示出了迷宫式密封件(90)的各种不同的可能的构型的实例。这些构型中的每一个将在下面予以研究。

在一种实现方式中，可以在压力板(92)的压缩机侧表面(94)中形成多个齿(100)，并且压缩机叶轮(18′)的背面(38′)可以通常是光滑的，如图7A所示。这些齿(100)可以通常延着轴向方向延伸，即通常在轴线(21′)的方向上延伸。当然，这些齿(100)还绕轴线(21′)周向延伸。迷宫式腔室(102)可以至少部分地形成在相邻对的齿(100)之间。这些迷宫式腔室(102)绕轴线(21′)周向延伸。

可以存在任何适合数量的齿(100)。这些齿(100)能以任何适当的方式沿该表面(94)分布。例如，这些齿(100)可以基本上是等距地间隔开的。在一些情形下，至少一对齿(100)之间的间距可以与其他对的齿(100)之间的间距不相等。自然地，迷宫式腔室(102)的数量和间距至少部分地取决于这些齿(100)的数量和间距。

这些齿(100)可以具有沿该径向方向上形成具有更大容积和更小容积的交替区域的任何合适的构造。在一个实施例中，这些齿(100)可以具有总体上长方形的截面形状。然而，其他构造也是可能的。这些齿(100)可以在相同的轴向方向上延伸，或者这些齿(100)中的一个或多个齿可以延伸的轴向距离与其他齿(100)不同。这些迷宫式腔室(102)的构造至少部分地取决于这些齿(100)的构造。该多个迷宫式腔室(102)可以彼此大致相同，或者在一个或多个方面中这些迷宫式腔室(102)中的一个或多个腔室可以不同于其他迷宫式腔室。在一个实施例中，迷宫式腔室(102)的深度可以约等于迷宫式腔室(102)的宽度，并且该齿(100)的宽度约为迷宫式腔室(102)宽度的一半。

将理解的是，可以提供与图7A所示出的相反安排。在这种情况下，可以在压缩机叶轮(18′)的背面(38′)中形成多个齿(100)，并且压力板(92)的压缩机侧表面(94)通常是光滑的。

在迷宫式密封件(90)的另一种实现方式中，在压力板(92)的压缩机侧表面(94)中可以形成多个齿(100)，并且压缩机叶轮(18′)的背面(38′)可以包括多个台阶(104)，如图7B所示。结合图7A对这些齿(100)和迷宫式腔室(102)进行的讨论同等地应用于图7B中的这些齿和腔室(102)。这些台阶(104)可以具有任何合适的构型、间距和安排。可以存在任何适合数量的台阶(104)。这些台阶(104)可以彼此大致相同，或者在一个或多个方面中至少一个台阶(104)可以不同于其他的台阶(104)。可以或者不可以相对于这些齿(100)安排这些台阶(104)。在一个实施例中，压力板(90)中的腔室(102)的这些齿(100)和/或层板(106)可以是阶梯式的，与压缩机叶轮(18)上的台阶(104)上使用的齿和/或层板互补。例如，如图7B所示，其他腔室(102)中的每一个腔室的层板(106)可以与各自相应的台阶(104)是基本上对齐的。

将理解的是，可以提供与图7B所示出的相反的安排。在这种情况下，可以在压缩机叶轮(18′)的背面(38′)中形成多个齿(100)，并且压力板(92)的压缩机侧表面(94)可以包括多个台阶。

在另一个变体中，可以提供一个交错的迷宫式密封件(90)，如图7C所示。在这种情况下，可以在压缩机叶轮(18′)的背面(38′)中形成多个齿(100)，并且可以在压力板(92)的压缩机侧表面(94)中形成多个齿(100′)。以上结合图7A对这些齿(100)和迷宫式腔室(102)进行的讨论同等地应用于图7C中的齿(100，100′)和腔室(102，102′)。压缩机叶轮(18)的背面(38′)中的这些齿(100)和/或迷宫式腔室(102)与在压力板(92)的压缩机侧表面(94)中形成的齿(100′)和/或迷宫式腔室(102′)可以是基本相等的。然而，压缩机叶轮(18′)的背面(38′)中的这些齿(100)和/或迷宫式腔室(102)中的一个或多个与压力板(92)的压缩机侧表面(94)中的齿(100′)和/或迷宫式腔室(102′)在一个或多个方面中可以是不同的。

该系统可以被安排成使得压力板(92)中的各迷宫式腔室(102′)可以接纳压缩机叶轮(18′)的背面(38)中的这些齿(100)中的相应的一个齿。同样地，压缩机叶轮(18′)的背面(38′)中的各迷宫式腔室(102)可以接纳压力板(92)中的这些齿(100′)中的相应的一个齿。提供在旋转压缩机叶轮(18′)的背面(38′)上的齿(100)可以导致在齿(100)的表面与在压力板(92)上所提供的静态迷宫式腔室(102′)的表面之间的运动，为此具有趋于迫使它们之间的任何流体进行旋转运动的粘滞效应，由此导致了湍流。此外，交错齿(100，100′)的安排还可增加密封通道的长度、并且产生一个弯曲的路径。这些效应可以对它们之间的高效流动产生更多的阻力。

图8示出了其中提供有压力板(110)的一种安排。压力板(110)可以在径向方向上相对较短，由此当将其安装在其操作位置上时，其径向内端(112)在压缩机叶轮(18′)的背侧(38′)的一个径向外区(67)中终止。压力板(110)能以任何合适的方式被附接在轴承壳体(23′)上，如通过紧固件和/或机械接合。压力板(110)可以包括一个径向内端(112)。压力板(110)可以包括一个背侧表面(116)和一个压缩机侧表面(118)。在压力板(110)的压缩机侧表面(118)与压缩机叶轮(38′)的背侧(38′)之间可以形成一个受限的流动通道(114)。

该系统可以包括一个供给管线(未示出)，该供给管线用于向在压力板(110)与轴承壳体(23′)之间形成的空腔容积(80)供给空气或其他合适的流体。以上结合图3A-B对该供给管线(78)进行的讨论在此同等地适用于图8

在此使用的术语“一个”和“一种”被定义为一个或多于一个。在此使用的术语“多个”被定义为两个或多于两个。在此使用的术语“另一个”被定义为至少第二个或更多。在此使用的术语“包含”和/或“具有”被定义为包括(即，开放式语言)。

在此描述的多个方面可以按其他方式和组合来实施，而不背离其精神或实质性属性。例如，在此所述的实施例是针对压缩机端的油流通，将了解的是，这类密封系统和方法可以用于使涡轮端的卸油(即油从轴承壳体至涡轮机级的流通)最少。因此，当然将应该理解实施例不限于仅通过举例方式给出的在此所说明的这些具体细节，并且应该理解在以下的权利要求书的范围之内不同的修改和变更是可能的。

Claims (15)

1.一种用于涡轮增压器的压缩机端的密封系统，该密封系统包括：

一个旋转组件，该旋转组件包括一个具有旋转轴线(21′)的轴(20′)、以及一个安装在该轴(20′)上的压缩机叶轮(18′)，该压缩机叶轮(18′)包括一个背面(38′)；一个轴承壳体(23′)，该轴(20′)的一部分被接纳在该轴承壳体(23′)中；

一个或多个密封件(32′)，该一个或多个密封件是操作性地定位在该一个或多个静态涡轮增压器元件与该旋转组件之间的一个界面(400)中，由此该一个或多个密封件(32′)使从该轴承壳体穿过该界面(400)的油流通最少；以及

一个总体上环形的压力板(60，81，110)，该压力板是操作性地定位在该压缩机叶轮(18′)的背面(38′)与该轴承壳体(23′)之间的，在至少该压力板(60，81，110)与该轴承壳体(23′)之间限定了一个容积(80)，该容积(80)具有一个受限的流动出口通道(64，86，114)，由此该界面(400)与该压缩机叶轮后面区域的效应是基本上隔离开的。

2.如权利要求1所述的密封系统，其中该压力板(60，81，110)是附接在该轴承壳体(23′)上的。

3.如权利要求1所述的密封系统，该密封系统还包括一个与该容积(80)处于流体连通的供给管线(78)，由此通过该供给管线(78)向该容积(80)选择性地供给一种加压流体来维持该界面(400)上的向内指向的压力梯度，以用于防止从该轴承壳体(23′)的油泄漏。

4.如权利要求1所述的密封系统，其中在该减小的流动通道(64)是被限定在该压力板(60)的一个径向内端(71)与该压缩机叶轮(18′)的背面(38′)的一个径向内区(65)之间。

5.如权利要求4所述的密封系统，其中由通过在该压力板(60)的一个压缩机侧表面(74)与一个背侧表面(70)之间的锐角形成的一个尖端(66)来限定该压力板(60)的径向内端(71)。

6.如权利要求4所述的密封系统，其中由一个倒角限定该压力板(60)的径向内端(71)。

7.如权利要求1所述的密封系统，其中该受限的流动通道(64，86，114)至少部分地被限定在该压力板(60，81，110)的一个压缩机侧表面(74，88，118)与该压缩机叶轮(18′)的背面(38′)的一个径向外区(67)之间。

8.如权利要求1所述的密封系统，该密封系统还包括一个安装在该轴(20′)上的抛油环(22′)，其中该受限的流动通道(86)至少部分地被限定在该抛油环(22′)的一个外周表面(84)与该压力板(81)的一个径向内端(83)之间。

9.一种用于涡轮增压器的压缩机端的密封系统，该密封系统包括：

一个旋转组件，该旋转组件包括一个具有旋转轴线(21′)的轴(20′)、以及一个安装在该轴(20′)上的压缩机叶轮(18′)，该压缩机叶轮(18′)包括一个背面(38′)；

一个轴承壳体(23′)，该轴(20′)的一部分被接纳在该轴承壳体(23′)中；

一个或多个密封件(32′)，该一个或多个密封件是操作性地定位在一个或多个静态涡轮增压器元件与该旋转组件之间的一个界面(400)中，由此该一个或多个密封件(32)使从该轴承壳体穿过该界面(400)的油流通最少；以及

一个总体上环形的压力板(92)，该压力板被操作性地定位在该压缩机叶轮(18′)的背面(38′)与该轴承壳体(23′)之间，在至少该压力板(92)与该轴承壳体(23′)之间限定了一个容积(80)，该容积(80)具有一个包括迷宫式密封件(90)的受限的流动出口通道(91)。

10.如权利要求9所述的密封系统，该密封系统还包括一个与该容积(80)处于流体连通的供给管线(78)，由此通过该供给管线(78)向该容积(80)选择性地供给一种加压流体来维持该界面(400)的向内指向的压力梯度，以用于防止从该轴承壳体(23′)的油泄漏。

11.如权利要求9所述的密封系统，其中该迷宫式密封件(90)包括多个齿(100)，该多个齿是在该压力板(92)的一个压缩机侧表面(94)上或在该压缩机叶轮(18)的背面(38′)上形成的，并且其中在相邻对的齿(100)之间形成了一个迷宫式腔室(102)。

12.如权利要求9所述的密封系统，其中该迷宫式密封件(90)包括多个齿(100)，该多个齿是在该压缩机叶轮(18′)的背面(38′)上形成的，使得在相邻对的齿(100)之间形成一个迷宫式腔室(102)，

其中该迷宫式密封件(90)还包括多个齿(100′)，该多个齿是在该压力板(92)的一个压缩机侧表面(94)上形成的，使得在相邻对的齿(100′)之间形成一个迷宫式腔室(102′)，

其中在该压缩机叶轮(18′)的背面(38′)中形成的这些齿(100)中的每一个齿被接纳在该压力板(92)的压缩机侧表面(94)的这些迷宫式腔室(102′)中的对应的一个迷宫式腔室中，并且

其中在该压力板(92)的压缩机侧表面(94)中形成的这些齿(100′)中的每一个被接纳在该压缩机叶轮(18′)的背面(38′)中形成的这些迷宫式腔室(102)中的对应的一个迷宫式腔室中。

13.一种用于使从轴承壳体(23′)至涡轮增压器(10′)的压缩机端的漏油最少的方法，该涡轮增压器(10′)包括一个或多个密封件(32′)，该一个或多个密封件被操作性地定位在一个或多个静态涡轮增压器元件与一个或多个旋转涡轮增压器元件之间的一个界面(400)中，该界面(400)具有一个内部侧(300)和一个外部侧(200)，由此该一个或多个密封件(32′)使从该轴承壳体通过该界面(400)的油流通最少，该方法包括：

对该界面(400)的外部侧(200)进行选择性加压，用以维持该界面(400)的向内指向的压力梯度。

14.如权利要求13所述的方法，其中当确定该外部侧(200)的压力达到或低于一个预定的目标压力时，该选择性加压发生。

15.如权利要求13所述的方法，其中该选择性加压包括向该密封界面(400)的外部侧(200)供给加压空气。