一种车用涡轮增压器涡轮机侧活塞环油气密封结构的制作方法

本实用新型涉及车用涡轮增压器领域，尤其涉及一种车用涡轮增压器涡轮机侧活塞环油气密封结构。

背景技术：

车用涡轮增压器主体结构通常包含三部分，即：吸收高温废气能量的涡轮机(包括涡轮，涡壳及流道，及附属机构)、传递能量的中间体轴承系统(包括轴承定子，转子，及冷却润滑机构)以及对进气进行压缩做功的压气机(包括压轮，压壳流道，及附属机构)。

其中对于中间体轴承系统，需要在高温高转速高振动等恶劣条件下提供高机械传递效率，并控制成本以及易于装配，目前通常的做法是采用动压液力轴承系统，依靠发动机润滑油的持续供给，实现轴承转子系统的承载，润滑冷却和隔振隔音。正常设计情况下，希望润滑油进入中间体轴承系统完成功能后，依靠重力或强制回油泵的吸力，顺利回流至发动机油底壳。

但在实际工作中，需要考虑特殊情况所导致的可能的失效问题，典型问题如涡轮机高膨胀比工作的时候，废气可能进入中间体内导致润滑油的过早失效和油底壳的高压，在涡轮机低膨胀比工作的时候，润滑油可能在压力作用下进入涡轮机，导致漏油的发生，引起涡轮机性能下降和尾气处理装置的失效。为此，需要在涡轮机和中间体之间的有限空间内设置有效的油气密封结构。

在目前市场上的常见涡轮增压器由于受到结构和成本的限值，一般使用1个活塞环密封，这样的结构基本能够满足当前和过往的油耗和排放法规，以及发动机主机厂商的要求。活塞环采用弹性涨圈设计，装配状态下活塞环受压产生弹性回弹力，和外壳(即中间体)紧密接触，依靠摩擦力的作用承受两侧压差导致的作用力保持自身的位置。正常情况下活塞环不运动，为了避免和转子之间发生剧烈摩擦，需要设计有足够的弹性力和一定的轴向窜动间隙。

然而单活塞环的设计具有很多缺点，如活塞环两侧直接面对全部的压力差，为避免失效，需要保证足够大的弹性回弹力以保证活塞环的位置，避免磨损和失效，这会带来装配难度；同样这也会带来可靠性问题，高弹性受压状态下的活塞环，在增压器正常工作条件下容易发生失效(失去弹性)；活塞环的轴向窜动间隙是发生泄漏的薄弱点，单活塞环设计无法避免此问题的发生，导致了在高压差条件下，泄漏量会显著上升；单活塞环设计难以布置更多的结构，如迷宫式密封；单活塞环一侧面对气体，一侧面对润滑油，只能折中选择材料和设计，无法专门针对气体和润滑油各自的特点选择不同的设计。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是找到一种新的涡轮机和中间体之间的有效油气密封结构，具有更好的密封效果以及较低的成本和装配难度。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种车用涡轮增压器涡轮机侧活塞环油气密封结构，具体地，本实用新型提供的技术方案如下：

一种车用涡轮增压器涡轮机端活塞环油气密封结构，包括油环、支撑环和气环，油环、支撑环和气环设置在车用涡轮增压器的转轴与中间体之间，位于转轴上靠近涡轮的接合部位的第一槽和第二槽中，第二槽位于第一槽靠近涡轮机一侧，气环位于靠近车用涡轮增压器的涡轮机一侧，用于对涡轮机高温废气进行密封，油环位于靠近车用涡轮增压器的中间体的油腔一侧，用于对中间体内的润滑油进行密封，支撑环位于油环和气环之间，用于对气环和油环的补充密封。

优选地，活塞环油气密封结构还包括开孔，开孔穿过中间体，设置在第一槽和第二槽之间，开孔被设置为用于引入外部高压气体到指定位置，增强密封效果。

优选地，气环与支撑环设置在第二槽中，油环设置在第一槽中。

进一步地，气环的间隙与支撑环的间隙在圆周方向上错开一定角度设置。

优选地，气环设置在第二槽中，支撑环与油环设置在第一槽中。

进一步地，油环的间隙与支撑环的间隙在圆周方向上错开一定角度设置。

优选地，油环、支撑环、气环与转轴和中间体形成两段式迷宫密封结构。

优选地，油环、支撑环和气环由碳纤维材料或耐热钢材料制成。

优选地，油环、支撑环和气环的宽度一致。

优选地，油环、支撑环和气环的宽度不一致。

本实用新型提供的两槽三环的设计具有如下的技术效果：

1、可以在保证密封效果的前提下，显著降低单件的成本和装配难度；

2、可以实现迷宫密封的原理，配合显著降低的单级活塞环压差，整体提高油气密封效果，应对当前和今后更加严格的排放法规；

3、可以设计三个不同的活塞环，分别适应气体的特点，润滑油的特点，优化各自的密封；

4、可以在两个活塞环槽中间的位置，布置其他的结构，作为将来先进技术的储备方案(如两级增压器等)。例如在涡轮机不工作的状态下，通过前述的开孔，额外引入外部高压气体至两个活塞环槽中间，以维持或增强油气密封效果。

以下将结合附图对本实用新型的方法及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是车用涡轮增压器主体结构的示意图

图2是本实用新型的实施例1的涡轮机侧活塞环油气密封结构的结构图

图3是本实用新型的实施例1的涡轮机侧活塞环油气密封结构上通过开孔引入外部高压气体的示意图

图4是本实用新型的实施例2的涡轮机侧活塞环油气密封结构的结构图

图5是本实用新型的实施例2的涡轮机侧活塞环油气密封结构上通过开孔引入外部高压气体的示意图

图6是本实用新型的活塞环的结构示意图

图7是本实用新型的两个活塞环在圆周方向上错开一定角度设置的示意图

具体实施方式

图1示出了车用涡轮增压器主体结构，包括：压气机100，中间体轴承系统200和涡轮机300。其中空气从左侧压气机端进入，废气从右侧涡轮机端排出；润滑油的持续供给则是从中间体轴承系统的上下两侧进出。

本实用新型提供的车用涡轮增压器涡轮机端活塞环油气密封结构通过在中间体和涡轮机之间布置3个活塞环放置在2个槽内的方法，改善现在的1个活塞环设计在密封效果，成本和装配难度，对未来技术储备的不足等问题，具体设置方式如以下实施例所示：

实施例1

如图2所示，活塞环油气密封增压器涡端结构包括：中间体1、隔热罩2、涡轮3、气环4、支撑环5、油环6、浮动轴承7、转轴8。

其中转轴8与涡轮3通过焊接连为一体，转轴8穿过隔热罩2、中间体1和浮动轴承7，转轴8上靠近涡轮3的接合部位设置有用于容纳活塞环的第一槽和第二槽，第二槽位于第一槽靠近蜗轮机端一侧，转轴8与中间体1存在配合间隙，转轴8上的第一槽和第二槽与中间体1共同形成用于容纳活塞环的空腔，气环4、支撑环5和油环6位于两个槽与中间体1之间的空腔中，气环4位于靠近涡轮一侧，主要用于对涡端的高压气体进行密封，油环6位于靠近中间体1油腔一侧，主要用于对中间体1内的润滑油进行密封，而支撑环5位于气环4和油环6的中间，对气环4和油环6起补充密封的作用，气环4位于第二槽中，支撑环5和油环6位于第一槽中，三活塞环布置方式灵活，第一槽约为第二槽宽度的两倍。

本实施例中的三个活塞环共同分担两侧的压力差，这样单级活塞环的压力下降超过50％，可以显著降低轴向受力，从而优化和简化活塞环的设计，可以选用强度较低的材料，并且加工精度要求也随之降低，进而降低活塞环的成本，而且强度降低后，活塞环的弹力也会相应的降低，这样就没必要去做专门的活塞环安装工装，减少工装费用，降低成本；另外，由于三活塞环通过迷宫效果提高了总的密封效果，那么可以适当增加活塞环与中间体之间的间隙，即减小活塞环的外径，从而可以降低活塞环与转轴的装配难度。本实施例中活塞环的两槽三环设置方式在牺牲一部分的密封效果时，可以带来更短的安装距离和尺寸要求，对于紧凑的增压器空间具有更大的应用价值。

在本实施例中，还可以通过引入外部压力源(比如连接压气机出口的高压气体或者其他独立装置产生的压缩空气)进一步提高密封效果。如图3和4所示，在开孔9处引入外部压力源进入到油环6和支撑环5之间，或支撑环5和气环4之间，或同时进入到油环6、气环4与支撑环5之间，以平衡活塞环两侧的压力差，使得在涡轮机低膨胀比工作状态的时候，也能够保证密封效果。

安装完成的三活塞环和各自对应的装配槽，共同形成了一个两段式迷宫密封结构，能够进一步显著提高油气密封效果。活塞环材料还可以改成碳纤维类的材料或者耐热钢材料，具有一定的耐磨能力，因而可以通过在允许活塞环和转子之间适量摩擦的前提下减少轴向间隙来达到提高密封效果，两侧的活塞环可以分别针对气体和润滑油的不同特点，优化各自的设计，比如气环需要密封的主要是来自涡端的气体，油量较小，气环与转轴及中间体之间摩擦较大，需要选择耐磨性能更好的材料，同时需要增加气环及气环槽的宽度，以避免因磨损过度而导致密封失效；而油环密封的主要是来自中间壳内的润滑油，油环与转轴及中间体内充有润滑油，可以起到润滑作用，所以油环对材料耐磨性能要求较低。

实施例2

本实施例的活塞环油气密封增压器压端结构与实施例1类似，如图4所示，区别在于支撑环5与气环4设置在转轴8上的第二槽中，第一槽用于容纳油环6。此时第二槽宽度约为第一槽宽度的两倍。

此外，图5也示出了通过引入外部压力源(比如接压后压力或者发动机压缩空气)进一步提高密封效果的示意图。在开孔9处引入外部压力源进入两个槽之间，以平衡活塞环两侧的压力差，使得在压气机低压比工作状态的时候，也能够保证密封效果。

在本发明的实施例中，由于两槽三环的设置方式通常使用的活塞环具有间隙10(见图6)，因此当支撑环5与气环4同时位于第二槽中，或支撑环5与油环6同时位于第一槽中时，可以将支撑环5的间隙与气环4或油环6的间隙错开设置，以此进一步提高密封效果，如图7所示。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。