CN101592071A - 用于废气涡轮增压器的轴向轴承密封装置 - Google Patents

用于废气涡轮增压器的轴向轴承密封装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于废气涡轮增压器的轴向轴承密封装置，该废气涡轮增压器具有转子轴、涡轮机和压缩机，其中，轴向轴承的一个轴承体固定不动地设置在涡轮增压器壳体上，从而在转子轴和轴承体的孔之间留有油腔，所述轴承体与旋转的轴承环配合作用并沿转子轴的轴向连接在压缩机壳体的密封圈上，从而可以在密封圈和轴承体之间形成密封间隙，其中密封圈具有附加密封装置。为了在该轴向轴承密封装置中保证在轴向轴承内的转速较高时避免空气进入且维持轴向轴承的功能，做出了如下设置，即，关于转子轴沿径向在密封圈和轴承体之间构成密封间隙，且该密封间隙向外延伸，使得密封间隙内的油压在涡轮增压器运行时始终大于围绕轴向轴承的壳体内的相应气压。

Description

用于废气涡轮增压器的轴向轴承密封装置
技术领域
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的用于废气涡轮增压器的轴向轴承密封装置，该废气涡轮增压器具有转子轴，该转子轴在一端在涡轮机壳体内的壳体孔中导引地支承涡轮，并在另一端在压缩机壳体中的壳体孔中导引地支承压缩机轮。
背景技术
转子轴通常支承在径向和轴向轴承上，包括合适的润滑***，它们设置在中间的轴承壳体内部，所述轴承壳体连接在涡轮机壳体和压缩机壳体之间。
在此，至少在压缩机轮或压缩机壳体的区域内设置了用于转子轴的轴向轴承，它具有密封装置，所述密封装置与包括例如浮动盘或固定段或倾翻段在内的油封组件相互作用。
在此已知，油通过内燃机油***的进油口输送给轴承壳体并通过油通道供入轴承组件。
例如在EP 1 394 365 A1中记载了这种废气涡轮增压器，其中，密封装置由壳体壁和轴向轴承构成。为进行轴向支承，位置固定的也就是静止不动的轴承件嵌入到两个与转子轴相连的旋转件之一中。
通常使用固定段轴承作为轴向轴承。它们由与轴承壳体固定相连的轴承体和所谓轴承环的随轴旋转的滑动面组成。
由DE 196 41 673 B4例如已知一种用于废气涡轮增压器的轴向轴承，其中，设在固定不动的轴承体和旋转的轴承环之间的浮动盘在转子轴上导引。
轴向轴承的一个轴承体因此静止地固定在轴承壳体上，并由此也固定在废气涡轮增压器的壳体上，而另一个轴承体即轴承环则随着转子轴旋转。在固定不动的轴承体和旋转的轴承环之间可以设置浮动盘，从而在浮动盘的两侧可以分别构成润滑间隙。
固定不动的轴承体沿转子轴的轴向在背对浮动盘的那一侧上连接在压缩机壳体的一个支承着密封装置的旋转环上，从而可以在压缩机壳体的旋转的密封圈和固定不动的轴承体之间构成轴向间隙形式的密封间隙。
在转子轴的表面和固定不动的轴承体的轴向孔之间设有旋转的液体环面形式的油腔，它经由油通道通往位于固定不动的轴承体和压缩机壳体的旋转的密封圈之间的密封间隙，以及通往其它轴承元件的润滑间隙。
润滑油经由位于固定不动的轴承体内的进油口输送给旋转的液体环面。
在压缩机壳体的旋转的密封圈中还应注意的是，在许多应用中已知的是，密封圈还可以设计为迷宫圈，它包含一个迷宫作为用于密封压缩室的迷宫式密封装置的一部分。
不过在这类涡轮增压器中还可能的是，通过轴向轴承的旋转的液体环面内的离心力产生一个压力梯度，该压力梯度大于油的在固定不动的轴承体的进油口内的输送压力，因而油无法克服这个压力梯度而随动。
因而在运行过程中出现的趋势是，增压压力较高时，也就是说，废气涡轮增压器的转速较高时，从压缩机壳体的压缩室吸取的空气经由压缩机侧的密封装置例如经由迷宫式密封装置流入轴承壳体，尤其是流入旋转的液体环面，也就是流入固定不动的轴承体的油腔内，从而甚至例如在使用浮动盘时，该浮动盘也能保持干燥。
仅借助迄今为止的密封装置实现的密封仅当轴向轴承内也就是说在旋转的液体环面内达到一定的负压时才是可行的。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题是，在一种之前所述的轴向轴承中确保，即使在废气涡轮增压器转速较高，且在润滑油通过进油口的输送发生故障的情况下在轴向轴承内由此产生负压时，也能避免空气进入，并维持轴向轴承的功能。
按照本发明，上述技术问题在这类轴向轴承密封装置中由此解决，即，压缩机壳体的旋转的密封圈和固定不动的轴承体之间的密封间隙相对于转子轴在径向上构成，并向外延伸到如下程度，即，使得密封间隙内的油压在废气涡轮增压器运行时始终大于包围轴向轴承的壳体中的相应气压。
通过如下内容可以以特别有利的方式实现这种密封间隙的形成，即，油腔的径向高度也就是在固定不动的轴承体中的液体环面的高度明显小于其轴向宽度且有利地最大为油腔轴向宽度的三分之一，并且旋转的密封圈的密封沿转子轴的轴向起作用并相对油腔的外部直径以放大了密封间隙的径向长度的直径绕转子轴定位。
通过相对油腔和密封间隙的外部直径构成用于使得轴向轴承相对于压缩室内的空气密封的密封圈的密封装置的直径，实现润滑油向压缩室方向的输送作用。
附图说明
借助下面对在附图中示意示出的优选实施例的说明得出本发明的其它细节。
唯一的一个附图示出了废气涡轮增压器在按本发明所述轴向轴承密封装置区域内的局部纵剖图。
具体实施方式
按本发明的轴向轴承密封装置包括固定在废气涡轮增压器的壳体上并相对转子轴1固定不动的轴承体2、另一个以随转子轴1旋转的轴承环为形式的轴承体3以及压缩机壳体的沿转子轴1的轴向在朝着压缩机壳体的那一侧连接在固定不动的轴承体2上的密封圈5。在固定不动的轴承体2和转动的轴承环3之间包含有浮动盘4。
在密封圈5和固定不动的轴承体2之间设计有密封间隙6，其中，密封圈5在所示实施例中具有一个附加的迷宫式密封装置7。当然在此也可以考虑使用其它的密封结构。
在转子轴1的表面和固定不动的轴承体2的轴向孔之间设有以旋转的液体环面为形式的油腔8，来自内燃机的油***的油或者说润滑剂通过进油口9输送到油腔内，以便在浮动盘4的两个端面上分别构成润滑间隙并相对压缩机压缩室的增压空气在密封间隙6内通过输送到那里的油达到密封效果。
油腔8设计为在固定不动的轴承体2的孔内的环槽。
密封圈5和固定不动的轴承体2之间的密封间隙6相对于转子轴1沿径向定向并向外延伸，使得密封间隙内的油压始终大于在环绕的轴向轴承的壳体中的相应气压。
油在密封间隙6中的输送效果取决于废气涡轮增压器的转速和密封装置所处的直径的尺寸，密封装置在此为迷宫式密封装置7。
在此，油腔8或旋转的液体环面的径向高度10明显要小于其轴向宽度。有利的是，该径向高度10最大为油腔8轴向宽度的三分之一。
密封圈5的迷宫式密封装置7沿转子轴1的轴向延伸，并以一个相对油腔8的外部直径11放大的直径13绕转子轴1定位，其中直径13放大了密封圈5和固定不动的轴承体2之间的密封间隙6的径向长度12。
通过这样改善经由进油口9输送至密封间隙6的油输送效果(该效果在废气涡轮增压器的转速加大时增强)，完全避免了增压空气进入润滑油。当驱动室内也就是说压缩室内的气压高于轴向轴承密封装置前的润滑油压时，这也是适用的。
油向驱动室或压缩室方向通过密封间隙6的输送效果取决于废气涡轮增压器的转速和密封间隙6的高度13，也就是密封装置相对于转子轴1所处的直径13的尺寸，密封装置在这里是密封圈5的迷宫式密封装置7，从而可以根据这些尺寸的选择来调整输送效果。

Claims (3)

1.用于废气涡轮增压器的轴向轴承密封装置，该废气涡轮增压器具有转子轴(1)，该转子轴在一端在涡轮机壳体内的壳体孔中导引地支承涡轮，并且在另一端在压缩机壳体内的壳体孔中导引地支承压缩机轮，其中，轴向轴承的一个轴承体(2)固定不动地设置在废气涡轮增压器的壳体上，从而在转子轴(1)的表面和固定不动的轴承体(2)的轴向孔之间留有油腔(8)，所述轴承体(2)一方面与随转子轴(1)转动的轴承环(3)配合作用，另一方面则沿转子轴(1)的轴向在朝向压缩机壳体的那一侧连接在压缩机壳体的旋转的密封圈(5)上，从而可以在旋转的密封圈(5)和固定不动的轴承体(2)之间形成密封间隙(6)，其中，密封圈(5)具有沿轴向作用的附加的密封装置(7)，其特征为，关于转子轴(1)沿径向在密封圈(5)和固定不动的轴承体(2)之间构成所述密封间隙(6)，且该密封间隙向外延伸，使得密封间隙内的油压在废气涡轮增压器运行时始终大于围绕轴向轴承的壳体内的相应气压。
2.按权利要求1所述的轴向轴承密封装置，其特征为，所述油腔(8)也就是说液体环面的径向高度(10)明显小于其轴向宽度、优选是所述油腔的轴向宽度的三分之一，并且所述密封圈(5)的附加的密封装置(7)相对所述油腔(8)的外部直径(11)以一个放大了所述密封间隙(6)的长度的直径(13)绕所述转子轴定位。
3.按权利要求1和2所述的轴向轴承密封装置，其特征为，附加的密封装置(7)设计为迷宫式密封装置。
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