[发明专利]控制轴密封件

说明书

技术领域

本发明解决了对一种用于涡轮增压器轴的改善轴密封设计的需要，该轴穿过壳体铸件的壁。

背景技术

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，因此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，这将减小车辆的质量以及空气动力学的前端面积。

涡轮增压器利用来自发动机排气歧管的排气流来驱动一个位于该涡轮机壳体内的涡轮机叶轮。一旦该排气已经通过该涡轮机叶轮并且该涡轮机叶轮已经从该排气中提取能量，则用过的排气通过该出口导流器离开涡轮机壳体并且被输送到车辆下行管并且通常输送到后处理装置，如催化转化器、微粒收集器和NO_x收集器。

基本涡轮增压器构形是一个固定的涡轮机壳体的构形。在这种构形中，该涡轮机壳体蜗壳的形状和容积是在设计阶段确定的并且是被铸造在位的。这种基本的固定的涡轮机壳体是最为成本有效的选择，只因为它是最简单的并且具有最少的零件。

下一个复杂度层级是有废气门的涡轮机壳体。在这种构形中，该蜗壳被铸造在位，如在以上固定的构形中。该蜗壳是通过一个管道而被流体地连接到该出口导流器上。通过该管道的流动是由一个废气门阀来控制的。因为这个废气门管道的出口是在该蜗壳的出口导流器侧上、在该涡轮机叶轮的下游，所以通过该废气门管道的流动在旁通模式时旁路通过涡轮机叶轮，因而不会有助于动力传送到涡轮机叶轮上。当使用一个废气门涡轮增压器时，该废气门枢转轴的废气门臂部在该涡轮机壳体内侧被连接至该废气门阀上、并且被连接至位于该涡轮机壳体外部的一个致动器上。该废气门枢转轴在该涡轮机壳体蜗壳与该涡轮机壳体的外侧之间延伸、在一个圆柱形轴承中或直接在该涡轮机壳体中旋转。因为轴与轴承孔之间存在间隙，因此热的有毒排气流动通过这个空隙是可能的。

在涡轮增压器的增压控制中下一个复杂度层级是VTG（对可变涡轮几何形状的统称）。这些涡轮增压器中的一些具有旋转的叶片并且一些具有滑动段或环。这些装置的一些名称是：可变涡轮几何形状（VTG）、可变几何形状涡轮机（VGT）、可变喷嘴涡轮机（VNT）、或者简单可变的几何形状（VG）。

这些VTG涡轮增压器利用所安装的可调整的导向叶片31从而在一对叶片环30、32之间和/或一个叶片环与一个喷嘴壁之间旋转。对这些叶片进行调整以便通过调节通向涡轮机叶轮的排气流来控制排气背压以及涡轮增压器速度。在许多构形中，叶片轴36（该叶片在其上旋转）是机械地连接到一个处于上部叶片环上方的叶片臂33上。这些叶片可以由接合在一个调节环22中的多个拨叉42来可旋转地驱动。在许多构形中，在这些叶片臂的末端上的这些拨叉独立地驱动多个可旋转的“小旋转块”38以便使得系统中的摩擦最小化并且应对涡轮机壳体以及由此的多个连杆中的不可避免的变形和腐蚀。

图1A和图1B示出了一种VTG构形，在这种构形中调节环22是由在这些叶片臂33上的多个凸轮件34来支撑的。一个大的旋转块37被一个轴连接到调节环22上。

一个控制轴23的位移（通过一个致动器）使附接至一个枢转轴29的外部末端上的枢转臂24旋转。一个枢转轴叉35被附接至该枢转轴的内部末端上。该控制轴23的位移导致该枢转轴29围绕其轴线28旋转。这种旋转在该壳体内传导而转化成该枢转轴叉35的旋转。该枢转轴叉的旋转对该大旋转块37起作用，这导致该调节环22围绕该涡轮增压器中心线1旋转。该调节环22围绕涡轮增压器中心线1的旋转致使多个小旋转块38围绕涡轮增压器中心线1旋转，同时这些块中的每一个也围绕着这些叶片轴36的中心线27自由旋转。这些小块的这种运动致使这些叶片臂34围绕叶片轴36的中心线27旋转并且改变这些叶片31对于排气流的攻角。

涡轮机壳体会经受很大的温度通量。该涡轮机壳体的外侧面对环境空气温度，而这些蜗壳表面接触的排气取决于在发动机中所使用的燃料而在范围740°C至1050°C内。上文描述的这些复杂的转化运动使得该致动器能够以一种精确的、可重复的、无干扰的方式控制通向该涡轮机叶轮的流动。