[发明专利]用于废气涡轮机的密封式轴组件

说明书

技术领域

本文所公开的主体总体地涉及用于内燃机的涡轮机械，特别是涉及用于轴的密封机构。

背景技术

传统的涡轮增压器通常包括可控的特征，比如存在于高温环境(例如，可能超过1000华氏度或538摄氏度)中的排放废气门或可变几何形状涡轮机。为了控制这些特征，轴通常置于外壳的孔内，其中轴的一端暴露于高运行温度的环境下，而轴的另一端暴露于低运行温度的环境下。此温差使轴在孔内的密封变得复杂。具体地，在轴的一侧暴露于废气的情况下，废气的泄漏是通常发生的问题。

本文所描述的各种示范性实施例可减少用于控制至少部分地存在高温环境下的特征的控制部件(比如轴)周围的气体泄漏。

附图说明

对本文所描述的各种方法、设备、系统和布置等以及等效方式的更完整理解可通过参考结合附图得到描述的以下详细描述获得，其中：

图1是涡轮增压器和内燃机的示意图；

图2是可变几何形状涡轮机组件的顶视图和横截面视图；

图3是包括废气门的涡轮机外壳的侧视图和顶视图；

图4是示范性密封轴组件的一系列视图；

图5是应力参数和应力方程以及轴衬的一系列示意图；

图6是示范性组件的横截面视图；以及

图7是示范性组件的横截面视图。

具体实施方式

涡轮增压器经常用来增加内燃机的动力输出。参考图1，动力系统100包括内燃机110和涡轮增压器120。内燃机110包括发动机缸体118，该缸体118容纳一个或多个可操作地驱动轴112的燃烧室。进气口114提供压缩进气到发动机缸体的流动路径，而排气口116提供废气离开发动机缸体118的流动路径。涡轮增压器120用来从废气中抽取能量并将能量提供给进气。

如图1所示，涡轮增压器120包括空气入口130、轴122、压缩机级124、涡轮机级126和废气出口134。这种涡轮增压器可包括一个或多个可变几何形状单元，该可变几何形状单元可使用多个可调节叶片、可调节的扩散器截面、废气门(参见，例如图3的废气门340)或其它特征以控制废气流(参见，例如图2的可变几何形状涡轮机组件200)或控制进气流(例如，可变几何形状压缩器)。如此处所描述的，示范性涡轮增压器可包括涡轮技术涡轮增压器的特征(例如，比如GTB1446VZ模型或其他模型的可变几何形状模型)。

通常地，涡轮机级126包括容纳在涡轮机外壳(参见，例如图3的涡轮机外壳326)内的涡轮机轮(参见，例如图2的轮202)，并且压缩机级124包括容纳在压缩机外壳内的压缩机轮，其中，涡轮机外壳和压缩机外壳直接或间接地连接到中心外壳121。中心外壳121通常容纳一个或多个可转动地支撑轴122的轴承，任选地，该轴122是多部件轴。

图2示出了示范性组件200的俯视图，该组件200包括各种涡轮机级126部件、中心外壳121、可变几何形状控制器250，该控制器250可操作地连接到发动机控制单元。也示出了各种部件的横截面视图。在图2的示例中，组件200包括示范性密封轴270。如下面更详细地描述，密封轴270将外控制臂262和内曲柄臂280互连。

在可变几何形状涡轮机的此示例中，多个叶片210改变由涡轮机外壳204和环形喷嘴环220限定的环形流动截面的几何形状。叶片210的环形布置、涡轮机外壳204和环形喷嘴环220限定多个喷嘴，该喷嘴用于自至少部分地由涡轮机外壳204限定的蜗壳到涡轮机轮202的废气通道。尽管该示例包括11片叶片，其它示例可包括不同数目的叶片，或者如已经提及的，使用不同的机构来改变会聚流动截面(例如，向涡轮机轮径向地会聚)的几何形状。

每个叶片210支撑在轴222上，这就形成了用于该叶片的转动轴线。轴222固定地连接到叶片210并自叶片210延伸。叶片转动轴线的纵向延伸在外壳204的大体上平坦的表面和环形喷嘴环220之间。因此，叶片210绕它们各自的转动轴线是可枢转的，轴220相对于其叶片是枢转，并且转动轴线大体上平行于涡轮机轮202的转动轴线。

叶片210显示为具有细长的泪珠或楔形形状。叶片210的前缘被定向成向着上游，迎着在环形流动截面中的废气流。各叶片210的后缘向着下游，并且轴222置于前缘和后缘之间。叶片222的细节仅是示例性的，因为可以使用具有其他适合形状的叶片。