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]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求在2012年9月18日提交的并且題為“渦輪增壓器軸密封件”的美國臨時申請號61/702，328的優先權及所有權益。
[0003]發明背景
[0004]1.發明領域
[0005]本發明涉及一種用于渦輪增壓器的旋轉軸的密封件。更具體而言，本發明涉及一種帶有一個內表面的密封件，該內表面具有多個圍繞渦輪增壓器的旋轉軸以螺旋路徑延伸的條紋。
[0006]2.相關技術的說明
[0007]渦輪增壓器是一種與內燃發動機一起使用的強制進氣系統。渦輪增壓器將壓縮的空氣傳送到發動機進氣端從而允許燃燒更多的燃料，因此增加了發動機的功率密度而沒有明顯地增加發動機的重量。因此，渦輪增壓器允許使用較小的發動機而形成與較大的、正常吸氣的發動機相同量的功率。在車輛中使用較小發動機具有減小車輛質量、提高性能并且增強燃料經濟性的所希望效果。此外，使用渦輪增壓器允許被遞送至發動機的燃料的更完全燃燒，這有助于實現排放量減少這一高度希望的目標。
[0008]渦輪增壓器包括連接至發動機的排氣歧管上的一個渦輪機殼體、連接至發動機的進氣歧管上的一個壓縮機殼體、以及將渦輪機殼體與壓縮機殼體連接到一起的一個軸承殼體。渦輪機殼體內的一個渦輪機葉輪是由從該排氣歧管供應的排氣進氣流可旋轉地驅動的。一個軸被可旋轉地支撐在該軸承殼體內并且將該渦輪機葉輪連接至該壓縮機殼體內的一個壓縮機葉輪上，這樣使得該渦輪機葉輪的旋轉致使該壓縮機葉輪的旋轉。將該渦輪機葉輪與該壓縮機葉輪相連接的軸限定了一條旋轉軸線。當壓縮機葉輪旋轉時，它壓縮進入到該壓縮機殼體中的周圍空氣，由此增大了經由發動機進氣歧管被遞送至發動機汽缸的空氣質量流速、空氣流密度和空氣壓力。
[0009]將該渦輪機葉輪與該壓縮機葉輪相連接的軸通過該軸承殼體的渦輪機側延伸到該渦輪機殼體中。該軸還通過該軸承殼體的壓縮機側延伸到該壓縮機殼體中。將一個或多個活塞環典型地用作該軸與該軸承殼體的渦輪機側之間的一個密封件以防止該軸承殼體內的潤滑油游移到該渦輪機殼體中的排氣中。類似地，還將一個或多個活塞環典型地用作該軸與該軸承殼體的壓縮機側之間的一個密封件以防止該軸承殼體內的潤滑油游移到該壓縮機殼體中的壓縮空氣中。這些活塞環還防止了排氣和壓縮空氣游移到該軸承殼體中。
[0010]這些活塞環起迷宮式密封件的作用。迷宮式密封件是一種類型的機械密封，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(即潤滑油)必須穿過其流動的曲折路徑來限制泄漏。除了在該渦輪機側的這些活塞環外，該渦輪機殼體中的壓力通常大于該軸承殼體中的壓力，這樣使得潤滑油不會趨向于經由這些活塞環而從該軸承殼體中泄漏并且進入該渦輪機殼體中的排氣中。同樣地，除了在該壓縮機側的這些活塞環外，該壓縮機殼體中的壓力通常大于該軸承殼體中的壓力，這樣使得潤滑油不會趨向于經由這些活塞環而從該軸承殼體中泄漏并且進入該壓縮機殼體中的壓縮空氣中。
[0011]因為這些活塞環不是不泄漏流體的，這些活塞環可能不會完全地防止潤滑油泄漏到該渦輪機殼體中和/或該壓縮機殼體中。例如，在某些發動機運行狀態下，該渦輪機殼體中的壓力小于該軸承殼體中的壓力，這可能會允許潤滑油經由渦輪機側的這些活塞環泄漏到該渦輪機殼體中。經由該渦輪機側的這些活塞環泄漏的潤滑油通常被排氣燃燒掉并且與排氣一起作為藍煙被排出。類似地，在某些發動機運行狀態下，該壓縮機殼體中的壓力小于該軸承殼體中的壓力，這可能會允許潤滑油經由該壓縮機側的這些活塞環泄漏到該壓縮機殼體中。經由該壓縮機側的這些活塞環泄漏的潤滑油可能會在進氣系統中累積或者與進入的空氣混合并且在燃燒過程中被燒掉，由此妨礙發動機性能。此外，在燃燒過程中燒掉的油直接導致排放物增加。
[0012]因此，希望的是最小化泄漏到該渦輪機殼體和/或該壓縮機殼體中的潤滑油的量。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]發明概述
[0014]根據本發明的第一實施例，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。該密封件包括一個在相對的端面之間延伸的柱體并且具有一個在這些相對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內表面，該內表面具有至少一個圍繞該軸在螺旋方向上延伸的條紋。該密封件環繞該軸并且被徑向地布置在該軸與該軸承殼體之間。該軸相對該密封件的旋轉在存在于該軸與該密封件的內表面之間的液體上產生了一個泵送效應，由此致使該液體向該軸承殼體回流。
[0015]附圖的簡要說明
[0016]本發明的優點將是容易了解的，因為這些優點通過參照以下詳細說明在結合附圖考慮時將變得更好理解，在附圖中:
[0017]圖1是一個渦輪增壓器的截面視圖，該渦輪增壓器包括根據本發明的第一實施例的軸密封件；
[0018]圖2是該渦輪增壓器的一個截面視圖，該視圖詳細展示了渦輪機側；
[0019]圖3是該渦輪增壓器的一個截面視圖，該視圖詳細展示了壓縮機側；
[0020]圖4是一個線性區段的透視圖，該線性區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密封件的透視圖；
[0022]圖6是根據本發明的一個替代實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]實施方式的詳細說明
[0025]參照圖1至圖3，一個渦輪增壓器總體上表示為10。渦輪增壓器10包括一個殼體組件12，該殼體組件由彼此連接的一個渦輪機殼體14、一個軸承殼體16、以及一個壓縮機殼體18組成。一個渦輪機葉輪20被布置在該渦輪機殼體14內并且是由從發動機排氣歧管供應的排氣進氣流可旋轉地驅動的。在驅動該渦輪機葉輪20之后，排氣從該渦輪機殼體14中通過一個中央出口管或出口導流器21被排出。可旋轉地支撐在該軸承殼體16內的一個軸22將該渦輪機葉輪20連接至該壓縮機殼體18內的一個壓縮機葉輪24上，這樣使得該渦輪機葉輪20的旋轉致使該壓縮機葉輪24的旋轉。將該渦輪機葉輪20與該壓縮機葉輪24相連接的軸22限定了一條旋轉軸線R1，該旋轉軸線在軸向上延伸。當該壓縮機葉輪24旋轉時，空氣通過入口通道26被抽入該壓縮機殼體18中并且被該壓縮機葉輪24和壓縮機殼體18壓縮以便以升高的壓力被遞送至一個發動機進氣歧管中。
[0026]該軸22的一個主要部分28通過軸向上間隔開的第一頸軸承30和第二軸頸軸承32被可旋轉地支撐在該軸承殼體16中。一個擋套34環繞該軸22并且被布置在該第一頸軸承30與第二軸頸軸承32之間。該渦輪機葉輪20典型地被對焊至該軸22具有一個直徑擴大的部分36的那一端上。該軸22通過一個活塞環孔38而進入該軸承殼體16中，該活塞環孔是在該軸承殼體16的渦輪機側40中的形成的。該軸22的直徑擴大的部分36被布置在該活塞環孔38內。一個軸密封件42環繞該軸22的直徑擴大的部分36并且被該軸承殼體16壓縮到形成在該直徑擴大的部分36中的一個槽44內。這樣,該軸密封件42在該軸22與該軸承殼體16之間形成了一個迷宮式密封件。該迷宮式密封件提供了一個迂回路徑以幫助防止液體(例如油)從該軸承殼體16中泄漏出去并且進入該渦輪機殼體14中。
[0027]該軸22的相反一端具有一個直徑減小的部分46，該壓縮機葉輪24被安裝在該部分上。