[发明专利]涡轮增压器外侧吹扫式密封

说明书

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。