[发明专利]多阶梯内孔涡轮增压器

说明书

一种涡轮增压器，包括压缩机壳体、涡轮壳体和位于压缩机壳体和涡轮壳体之间的中心壳体。涡轮叶轮设置在涡轮壳体中的涡轮轴上。具有柄部的压缩机叶轮设置在压缩机壳体中的涡轮轴上。柄部具有外径部分和缩径部分。缩径部分的直径小于外径部分的直径。背板安装到压缩机壳体上，与压缩机叶轮相邻，并限定了阶梯圆柱形内孔，阶梯圆柱形内孔具有最大直径部分和最小直径部分，最小直径部分的直径小于最大直径部分的直径。外径部分设置在最大部分内。缩径部分设置在最小部分内。柄部的外径大于或等于背板的最小直径，并且阶梯圆柱形内孔和柄部限定了可变宽度的间隙。

技术领域

本公开涉及一种具有强制进气的内燃机，尤其涉及一种涡轮增压器。

背景技术

涡轮增压器提高了进气冲程期间吸入内燃机的空气的体积和密度。更具体地，涡轮增压器通过使用压缩机壳体中的压缩机叶轮向内燃机的进气管道提供正压，该压缩机叶轮联接至涡轮增压器的涡轮壳体中的排气涡轮并由排气涡轮驱动。压缩机壳体和涡轮增压器的中心壳体之间存在压差，该压差会导致空气和/或润滑剂在高压差下从压缩机壳体和中心壳体之间通过。

当涡轮增压器用于产生增压时，通常使用环形活塞密封环来限制可能从压缩机壳体和中心壳体之间通过的空气和/或润滑剂的量。众所周知，活塞密封环确实限制或缩窄了气流路径。然而，为了显著减少窜气并达到特定应用的排放、燃油经济性和容积效率目标，可能需要增加活塞密封环的使用数量。使用更多数量的活塞密封环会增加涡轮增压器的成本、物理和组装复杂性。

因此，虽然当前的技术实现了其预期目的，但是仍需要一种新的和改进的涡轮增压器，其具有限制气流路径或限制窜气路径的益处，同时保持或改进了涡轮增压器的性能并降低了制造和组装涡轮增压器的成本和复杂性。

发明内容

根据本公开的若干方面，一种涡轮增压器包括限定压缩机腔的压缩机壳体。该涡轮增压器还包括限定涡轮腔的涡轮壳体以及轴向设置在压缩机壳体和涡轮壳体之间的中心壳体。涡轮叶轮设置在涡轮腔中，并且涡轮轴连接至涡轮叶轮。压缩机叶轮设置在压缩机腔内，并连接至与涡轮叶轮相对的涡轮轴上。压缩机叶轮具有柄部，该柄部具有圆柱形外径部分和圆柱形缩径部分。圆柱形缩径部分的直径小于圆柱形外径部分的直径。背板安装至压缩机壳体，与压缩机叶轮相邻。环形背板限定了具有最大直径部分和最小直径部分的阶梯圆柱形内孔。最小直径部分从最大直径部分径向向内延伸，并且直径小于最大直径部分的直径。圆柱形外径部分设置在最大直径部分内，并且圆柱形缩径部分设置在最小直径部分内。压缩机叶轮的圆柱形外径大于或等于环形背板的最小直径部分。阶梯圆柱形内孔和柄部限定了具有可变宽度的间隙。

在本公开的另一方面，压缩机叶轮的圆柱形外径部分和圆柱形缩径部分之间的间隙与环形背板的最大直径部分和最小直径部分限定了迂回窜气路径。

在本公开的又一方面，涡轮增压器包括夹持在环形背板和压缩机壳体之间的轴承，该轴承可旋转地支撑涡轮轴，并通过环形垫圈与压缩机叶轮分离。

在本公开的又一方面，环形活塞密封环设置在阶梯圆柱形内孔的最小直径部分内并与之接触。阶梯圆柱形内孔在环形活塞密封环和压缩机叶轮的圆柱形缩径部分之间形成密封区域(sealing land)。

在本公开的又一方面，该密封区域限定了迂回窜气路径，该迂回窜气路径具有预定形状和预定路径长度，该预定形状和预定路径长度选择成基本上消除从压缩机壳体中的高压区通过中心壳体到涡轮壳体中的低压区的窜气。高压区的气压高于低压区的气压。

在本公开的又一方面，压缩机叶轮的圆柱形缩径部分具有轴向缩径部分宽度。

在本公开的又一方面，环形活塞密封环具有轴向环宽度，并且最小直径部分具有轴向阶梯宽度。轴向环宽度大于轴向阶梯宽度，并且轴向缩径部分宽度大于轴向环宽度。