CN105089713A - 一种使用于涡轮增压器涡轮箱与轴承体之间的密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密封装置，使用于发动机涡轮增压器的涡轮箱与轴承体之间，所述密封装置设置在所述涡轮箱的安装定位面III上，其由具有弹性、延展性以及一定厚度的金属材料制成；在将所述密封装置设置在所述轴承体与所述涡轮箱之间后，在热端螺钉预紧前，所述轴承体与所述涡轮箱装配时的接触面I和涡轮箱安装面II处于隔离而互不接触状态；在热端螺钉预紧后，所述密封装置发生弹性形变，与所述涡轮箱的安装定位面III之间产生新的贴合面，即密封面IV。由此，有效地减弱乃至消除该处存在的漏气隐患，并最终消除该处可能造成的增压器工作过程中所引发的性能降低等问题。

Description

一种使用于涡轮增压器涡轮箱与轴承体之间的密封装置

技术领域

本发明涉及发动机涡轮增压器技术领域，特别涉及一种使用于涡轮增压器涡轮箱与轴承体之间的密封装置。

背景技术

随着国家对节能减排的要求以及排放法规规定的日趋严格，增压技术已经成为发动机首选的减少排放的最为有效的技术措施。而随着排放要求的提高，传统的涡轮增压器技术已无法满足发动机的排放要求，特别是对于发动机低速性能，传统的涡轮增压技术均存在排放污染大、燃油消耗率较大等问题。为了解决该技术问题，目前，发动机采用共轨等技术来达到排放要求，于是就提出了可变截面涡轮增压技术(VGT或VNT)。可变截面涡轮增压技术作为一种具有可变增压能力的废气涡轮增压***，其通过改变喷嘴截面积从而能够实现不同的增压比。采用可变截面涡轮增压技术后，柴油机的低速转矩、烟度和油耗均比采用普通增压器的柴油机有明显改善。另外，可变截面涡轮增压技术还具有不必在常规废气的涡轮增压过程中在冷柴油机上加装额外的***、以及能够为高EGR率提供耦合条件等优点。

VNT涡轮增压器相较于传统的涡轮增压器，除了控制方式发生了改变之外，其所采用的涡轮箱的流道形状也存在较大的改变，相较于传统的涡轮箱流道自身的收缩以及与轴承体之间良好的气密性，VNT产品的涡轮箱的流道形状更为开放，而且流道的开口方向直接面向轴承体。尤其是涡轮箱与轴承体的材料不同，热膨胀系数也不相同，并且工作环境温度更高，如果轴承体和涡轮箱之间的气密性不够良好，将会造成涡轮箱流道内的部分高温废气从两者之间的贴合柱面泄漏，当泄漏量达到一定值时，会导致增压器和发动机的性能下降等问题。因此，为了更好地提升增压器的性能，实现涡轮箱与轴承体之间良好的气密性也愈发显得重要。

基于上述理由，在涡轮增压器的结构设计中，涡轮箱和轴承体之间的密封结构设计十分重要，其不仅影响到涡轮增压器的结构可靠性与使用寿命，而且还影响到涡轮增压器的机械效率，故涡轮箱和轴承体之间拥有良好的气密性成为保证涡轮增压器寿命和可靠性的关键点之一。

目前，提高涡轮箱和轴承体之间的气密性的主要方法主要是采用性能更加优良的材料，以及采用更高精度的机加工尺寸和配合公差，从而使两者之间的活动间隙更小。例如，专利文献CN102954210A(申请人为中国北车集团大连机车研究所有限公司，对应申请号为201210487308.4)公开了一种涡轮增压器的气体密封结构，其中涡轮增压器中两个气腔保持一定的压力差，该结构利用了气体压力差，通过薄壁金属密封圈的变形力，将气体之间进行密封，该密封圈金属的材质优选弹性、硬质金属。但是，材料的提升导致价格的大幅度提升，而这对争取更多的客户及市场份额来说将变成一个弱势。另外，更高的加工精度对设备及操作人员的要求也相应提高，这也是在变相地提高生产成本。

再者，专利文献CN104271919A(申请人为美国博格华纳公司，申请号为201380023830.X)披露了一种用于涡轮增压器的轴密封***，具体地，其披露了用于涡轮增压器中一个转动元件和周围结构之间的界面处的一种有效的密封***，该密封***引入了一对弹簧加载的、自定中心的、互补的变窄的密封表面，该密封表面借助于弹簧压力迫使该对互补的密封表面接合到一起从而产生密封接触并且保持这种接触。但是，由于上述密封***引入了作为偏置元件的弹簧，而且相关构件的定位以及配合精度要求较高，故实现起来成本相对昂贵。

针对上述现象，本申请的发明人经过反复的钻研和实验，设计出一种新型的密封结构来提高涡轮箱和轴承体之间的气密性。

发明内容

鉴于上述现有技术中的问题点，本发明旨在提供一种新型的使用于涡轮增压器涡轮箱与轴承体之间的密封装置。

本发明涉及一种密封装置，使用于发动机涡轮增压器的涡轮箱与轴承体之间，其中所述密封装置设置在所述涡轮箱的安装定位面III上，其由具有弹性、延展性以及一定厚度的金属材料制成；在将所述密封装置设置在所述轴承体与所述涡轮箱之间后，在热端螺钉预紧前，轴承体与涡轮箱装配时的接触面I和涡轮箱安装面II处于隔离而互不接触状态；在热端螺钉预紧后，所述密封装置发生弹性形变，与所述涡轮箱的安装定位面III之间产生新的贴合面，即密封面IV。

优选地，本发明的密封装置是形状为带有圆形凸起的密封垫。

优选地，本发明的密封装置是形状为截面呈矩形，其中部一边朝一侧凸起，另一边朝同一方向凹陷的密封圈。

对于本发明的密封装置，在所述热端螺钉预紧之前，借助于所述密封装置本身的宽度，使得接触面I和涡轮箱安装面II实现隔离而互不接触。

优选地，本发明的密封装置设置在形成于所述涡轮箱的安装定位面III的机加面上。

优选地，本发明的密封装置设置在开设于所述涡轮箱的安装定位面III的机加槽内。

优选地，本发明的密封圈的形状为V型或者U型。

对于本发明的密封装置，在所述热端螺钉预紧之前，通过使所述密封装置的宽度H2大于所述涡轮箱的安装定位面，即密封槽的宽度H1，从而轴承体与涡轮箱装配时的接触面I和涡轮箱安装面II实现互不接触。

由于采用了以上技术手段，本发明较好地实现了其发明目的。具体地，在本发明中，通过设置于涡轮箱安装定位面上的密封槽(密封台)和设置于该密封槽(密封台)上的金属密封圈(密封垫)，装配时，由于热端螺钉的预紧力，使该密封圈(密封垫)产生弹性形变，形成一个新的密封面，从而有效地减弱乃至消除该处存在的漏气隐患，并最终消除该处可能造成的增压器工作过程中所引发的性能降低等问题。

附图说明

附图1(a)为本发明所涉及的使用于涡轮增压器涡轮箱与轴承体之间的、热端螺钉压紧前的密封装置的示意图；附图1(b)为热端螺钉压紧前的密封装置的局部(A处)放大图；附图1(c)为热端螺钉压紧后的密封装置的局部(A处)放大图。

附图2(a)为本发明所涉及的使用于涡轮增压器涡轮箱与轴承体之间的、热端螺钉压紧前的密封装置的第一变形例的示意图；附图2(b)为热端螺钉压紧前的密封装置的局部(B处)放大图；附图2(c)为热端螺钉压紧后的密封装置的局部(B处)放大图。

附图3(a)为本发明所涉及的使用于涡轮增压器涡轮箱与轴承体之间的、热端螺钉压紧前的密封装置的第二变形例的示意图；附图3(b)为热端螺钉压紧前的密封装置的局部(C处)放大图；附图3(c)为热端螺钉压紧后的密封装置的局部(C处)放大图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将结合如上所述的附图1(a)～1(c)、附图2(a)～2(c)和附图3(a)～3(c)分别对本发明的使用于新型涡轮增压器涡轮箱与轴承体之间的密封装置进一步详细地进行说明。

需要说明的是，本发明的实施方式中所使用的诸如“第一”和“第二”等表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

在附图1～附图3中，附图标记1表示涡轮箱，附图标记2表示密封圈(或密封垫)，附图标记3表示轴承体。另外，在上述附图1～附图3图中，I表示装配时轴承体与涡轮箱的接触面；II表示涡轮箱安装面，在未设置密封圈或密封垫的情况下，涡轮箱安装面II与上述接触面I完全接触；III表示涡轮箱的安装定位面，即密封台(或密封槽)，其用于装配密封圈(或密封垫)；IV代表密封圈(或密封垫)与轴承体在热端预紧力的作用下所形成的新密封面。

附图1(a)为本发明所涉及的使用于涡轮增压器涡轮箱与轴承体之间的、热端螺钉压紧前的密封装置的示意图；附图1(b)为热端螺钉压紧前的密封装置的局部(A处)放大图；附图1(c)为热端螺钉压紧后的密封装置的局部(A处)放大图。在未设置密封垫或密封圈的情况下，涡轮箱安装面II与轴承体和涡轮箱的接触面I处于完全接触的状态。本实施方式中，为了提高涡轮箱1和轴承体3之间的气密性，需要在涡轮箱1和轴承体3之间添加一个密封垫2。具体地，首先将涡轮箱安装定位面III的尺寸适当地增大，然后在该涡轮箱的安装定位面III上设置一个金属材质的密封垫2，如附图1(a)～1(c)所示，该密封垫2具有一定的厚度，可采用带有圆形凸起的结构，并且该密封垫具有良好的弹性及延展性，在热端螺钉预紧之前，由于密封垫2本身的宽度的原因，使得接触面I和涡轮箱安装面II处于隔离而互不接触状态。如附图1(c)所示，在对轴承体3与涡轮箱1进行装配时，热端螺钉压紧之后，在热端螺钉的预紧力的作用下，将轴承体3压紧在密封垫2上，该密封垫2由于受到来自轴承体3的挤压力而产生延展，于是，在该密封垫2的圆形凸起和涡轮箱1的安装定位面III之间便产生新的贴合面(即，密封面)IV，从而减小了涡轮箱1和轴承体3之间的缝隙，故能够减小甚至是在高温工作环境下能够消除该处的气体漏气量。

另外，在上述技术方案中，取代上述密封垫，也可以在涡轮箱1和轴承体3之间，在涡轮箱安装定位面III上设置金属材质的异构密封圈2。该密封圈2的截面大致呈矩形，其中部一边朝一侧凸起，另一边朝同一方向凹陷。在受到紧固螺钉压力后，该密封圈2略微发生形变，与涡轮箱1的安装定位面III之间产生新的贴合面(即，密封面)IV，从而减小了涡轮箱1和轴承体3之间的缝隙，实现了对涡轮箱1和轴承体3之间的缝隙的密封。而且，在增压器工作时，由于高温作用，密封圈2发生受热膨胀，从而使密封更加充分。特别地，该密封圈2优选采用热膨胀系数较大的材料制成。

第一变形例

附图2(a)为本发明所涉及的使用于涡轮增压器涡轮箱与轴承体之间的、热端螺钉压紧前的密封装置的第一变形例的示意图；附图2(b)为热端螺钉压紧前的密封装置的局部(B处)放大图；附图2(c)为热端螺钉压紧后的密封装置的局部(B处)放大图。

作为上述实施方式的变形例，如该附图2(a)～2(c)所示，为了实现充分的密封效果，在涡轮箱1的安装定位面III上新增一个机加面，在该机加面上装配一个金属密封圈2，并且该密封圈2的宽度高于机加尺寸。如附图2(a)所示，在热端螺钉预紧之前，由于密封圈2的宽度H2大于密封槽的宽度H1，使得轴承体3的接触面I和涡轮箱安装面II处于互不接触状态。如附图2(c)所示，在热端螺钉预紧之后，由于预紧力的作用，将轴承体3压紧在涡轮箱1的安装面II上，上述接触面I与涡轮箱安装面II开始相互接触，此时，位于密封台的上述密封圈2被压缩而发生弹性形变，与轴承体3之间产生新的贴合面(即，密封面)IV，并产生良好的密封效果，从而有效地弱化乃至消除气体的漏气现象，提供更好的密封效果。

另外，在该第一变形例中，该密封圈2具有良好的耐热性能及弹性，其形状可根据需要设计成V型或者U型。而且，如上文所述，在增压器工作时，由于高温作用，密封圈2发生受热膨胀，从而使密封更加充分。特别地，该密封圈2优选使用热膨胀系数较大的材料制成。

第二变形例

附图3(a)为本发明的所涉及的使用于涡轮增压器涡轮箱与轴承体之间的、热端螺钉压紧前的密封装置的第二变形例的示意图；附图3(b)为热端螺钉压紧前的密封装置的局部(C处)放大图；附图3(c)为热端螺钉压紧后的密封装置的局部(C处)放大图。

作为上述实施方式的另一变形例，如附图3(a)～3(c)所示，也可以在涡轮箱1和轴承体3之间，在涡轮箱的安装定位面III上开设一个用于放置异构密封圈2的机加槽，并且该异构密封圈2的宽度高于机加尺寸，通过开设该机加槽，能够防止该异构密封圈2发生径向偏移，保证该异构密封圈2与轴承体3同轴。具体地，如附图3(a)所示，在热端螺钉预紧之前，由于异构密封圈2的宽度H2大于密封槽的宽度H1，使得轴承体3的接触面I和涡轮箱安装面II处于互不接触状态。如附图3(c)所示，在热端螺钉预紧之后，由于预紧力的作用，将轴承体3压紧在涡轮箱1的安装定位面III，上述接触面I与涡轮箱安装面II开始相互接触。此时，位于密封槽内的异构密封圈2由于被压缩而发生弹性形变，与轴承体3之间产生新的贴合面(即，密封面)IV，由此产生良好的密封效果，从而有效地弱化乃至消除气体的漏气现象。

再有，在该第二变形例中，异构密封圈2要求具有良好的耐热性能及弹性，其形状可根据需要设计成V型或者U型，V型密封圈能够在预紧力的作用下形成新的密封线，而U型密封圈则能够在预紧力的作用下形成新的密封面，从理论上来说，后者密封效果更胜一筹。

在上述所列举的技术方案中，主实施方式的技术方案最为简单，且成本最低，在已经没有更改空间的情况下比较适用，但是密封效果相对较弱。而第一和第二变形例所采用的技术方案的生产成本更高一些，且该第二变形例所采用的技术方案的机加工难度更大一些，而上述第一变形例的技术方案从机加工艺上来看更容易控制和实现，故在不同的机加余量下可以选择不同的方案，而从密封效果来说，该第二变形例所采用的技术方案最为有效。

以上结合附图列举了能够解决本发明的技术课题的优选的实施方式。但是，所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施方式的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子。在本发明的思路下，以上实施方式或者不同实施方式中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明起见，它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种使用于涡轮增压器涡轮箱与轴承体之间的密封装置，其特征在于，

所述密封装置设置在所述涡轮箱的安装定位面III上，其由具有弹性、延展性以及一定厚度的金属材料制成；

在将所述密封装置设置在所述轴承体与所述涡轮箱之间后，在热端螺钉预紧前，轴承体与涡轮箱装配时的接触面I和涡轮箱安装面II处于隔离而互不接触状态；

在热端螺钉预紧后，所述密封装置发生弹性形变，与所述涡轮箱的安装定位面III之间产生新的贴合面，即密封面IV。

2.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，

所述密封装置是形状为带有圆形凸起的密封垫。

3.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，

所述密封装置是形状为截面呈矩形，其中部一边朝一侧凸起，另一边朝同一方向凹陷的密封圈。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的密封装置，其特征在于，

在所述热端螺钉预紧之前，借助于所述密封装置本身的宽度，使得所述接触面I和所述涡轮箱安装面II实现隔离而互不接触。

5.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，

所述密封装置设置在形成于所述涡轮箱的安装定位面III的机加面上。

6.根据权利要求1所述的密封装置，其特征在于，

所述密封装置设置在开设于所述涡轮箱的安装定位面III的机加槽内。

7.根据权利要求5或6所述的密封装置，其特征在于，

所述密封圈的形状为V型或者U型。

8.根据权利要求5或6所述的密封装置，其特征在于，

在所述热端螺钉预紧之前，通过使所述密封装置的宽度H2大于所述涡轮箱的安装定位面，即密封槽的宽度H1，从而所述轴承体与涡轮箱装配时的接触面I和所述涡轮箱安装面II实现互不接触。

9.根据权利要求7所述的密封装置，其特征在于，

在所述热端螺钉预紧之前，通过使所述密封装置的宽度H2大于所述涡轮箱的安装定位面，即密封槽的宽度H1，从而所述轴承体与涡轮箱装配时的接触面I和所述涡轮箱安装面II实现互不接触。