[发明专利]模块化涡轮增压器的间隙密封

说明书

涡轮增压器轴通过一个或多个轴密封圈相对于涡轮叶轮端的轴承座内孔密封。按照惯例，这些密封圈位于设置在涡轮叶轮后面的轴上的环形凹槽内。特别是在涡轮增压发动机的发动机制动阀位于涡轮下游时，这种传统的轴密封配置可能会出现问题，并且排气管路中的背压能够达到7巴并且因此涡轮叶轮壳体中的背压能够达到7巴。本发明的轴密封设计省去了凹槽，并且能够将密封件和耐磨性更高的环形密封件组装在一起，因此在过度使用时保持密封件的有效性。

技术领域

在涡轮增压器中，轴通常通过一个或多个轴密封圈(或活塞圈)相对于涡轮叶轮端的轴承座内孔密封，这些轴密封圈(或活塞圈)位于设置在涡轮叶轮后面轴上的环形凹槽内。在涡轮增压发动机的发动机制动阀位于涡轮下游时，这种传统的轴密封配置可能会出现问题。由于发动机制动器被激活，排气管路中的背压迅速上升并且因此涡轮叶轮壳体中的背压迅速上升，并均能够达到7巴。本发明的轴密封设计能够将密封件和耐磨性更高的环形密封件组装在一起，因此在过度使用时保持密封件的有效性。

背景技术

涡轮增压器利用来自发动机排气歧管的排气流(其进入涡轮壳体入口处的涡轮增压器的涡轮级)来驱动位于涡轮壳体内的涡轮叶轮。涡轮叶轮固定在可旋转地支撑在轴承座内的轴的一端。该轴驱动安装在轴的另一端的压缩机叶轮。涡轮叶轮、轴和压缩机叶轮构成一个旋转组件，该组件支撑在轴承座内。因此，涡轮叶轮提供旋转动力来驱动涡轮增压器的压缩机。然后，以比正常吸气配置更大的密度，将压缩空气提供给发动机进气口。这使得更多的燃料得以燃烧，从而提高发动机的马力，而没有显著地增加发动机重量。

当装配有发动机压缩型排气制动器的商用载货汽车沿着带有很长斜坡的坡面向下行驶时，不依赖车辆的车轮制动器，排气制动器可用于阻止涡轮叶轮下游排出的气体的流动并向该车辆提供制动。通过车轮所驱动的车辆变速箱，沿斜坡向下缓缓行进的卡车的质量和惯性促使发动机旋转。在发动机中没有引入燃料，发动机像空气泵一样防止排气制动器堵塞，消耗能量并降低车速。

涡轮增压器轴通常通过轴密封圈(或活塞圈)相对于涡轮叶轮端的轴承座内孔密封，这些轴密封圈(或活塞圈)位于设置在涡轮叶轮后面轴上的环形凹槽内(参见，例如BorgWarner WO2014099289，图2)。轴密封防止轴承润滑系统的滑油泄漏到涡轮壳体内导致排气管中产生蓝烟和油滴，并且防止排出的气体污染轴承座导致轴承过热并对轴承寿命产生不利影响。

当位于涡轮下游的发动机制动阀被激活时，这种传统的轴密封配置可能会出现问题。由于发动机制动器被激活，因此，排气管路中的背压迅速上升并且因此涡轮叶轮壳体中的背压迅速上升，并均能够达到7巴。由于涡轮叶轮背后的压力升高，因此，轴密封圈被向内侧推动。这一运动，连同轴的较高转速旋转，能够产生过多的摩擦热，这可能会导致轴密封圈过热。反过来，这又会使密封圈更容易受到内孔中的运动的影响，并导致密封快速失效。

克服上述问题是本发明的一个目标。

发明内容

本发明基于这样一种认识，在传统的涡轮增压器中，若轴通过一个或多个轴密封圈或环形密封件相对于轴承座内孔密封，这些轴密封圈或环形密封件位于设置在涡轮叶轮后面轴上的环形凹槽内，在安装过程中，需要扩展密封圈使得它们的内径能够通过临近凹槽的轴外径较大的区域，然后，收缩密封圈，以便将密封圈安置在轴上的凹槽内，这要求密封圈应由高抗拉屈服强度的韧性或弹性材料制成。这些材料具有常常缺乏硬度和耐磨损性的缺点。

本发明者发现，通过重新设计轴和密封件来消除凹槽，这样使得环形密封件不必在安装过程中扩展和收缩，这不再限制选择由屈服强度高的材料制成的密封圈。现在，不考虑屈服强度，有可能选择由硬度和耐磨损性较高的材料制成的密封圈。