专利名称：用于密封废气涡轮增压器的轴承壳体的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及废气涡轮增压器的领域。本发明涉及根据权利要求1的前序部分的一种用于密封废气涡轮增压器的轴承壳体的装置以及一种带有这种装置的根据权利要求5的废气涡轮增压器。在废气涡轮增压器中，内燃机的废气用于压缩供给至内燃机的燃气。为此涡轮增压器具有转子，其带有涡轮并具有压缩器，涡轮和压缩器位于转子的共同的轴上。内燃机的废气在涡轮中膨胀并转换为旋转能量。所获得的旋转能量借助轴传递至压缩器，该压缩器压缩供给至内燃机的空气。通过使用废气的能量以压缩供给至内燃机中的燃烧过程的空气，可优化内燃机的燃烧过程和能量输出。转子的区段(Abschnitt)在轴承壳体中在轴向轴承和径向轴承上可旋转地被引导，该轴承利用润滑剂(特别地为油)润滑。为了防止润滑剂在涡轮方向上或在压缩器方向上泄漏，在轴承壳体中支承的转子的区段经两个密封件(Dichtimg)从轴承壳体引导出去， 该密封件中的一个在涡轮方向上密封轴承壳体，而另一个在压缩器方向上密封轴承壳体。容纳润滑剂的废气涡轮增压器的轴承壳体朝向涡轮轴的密封可利用实施成活塞环的密封环实现，该密封环以带有轴向间隙和径向间隙的方式布置在围绕转子的旋转轴线而引导的、环形的转子凹槽中，并且以带有预紧的方式夹到轴承壳体的座部(Sitz)中。根据要求，也可设有两个或更多个密封环，该密封环一般同样相应地构造成活塞环，并以带有预紧的方式夹到壳体的其它座部中。通过驱动涡轮的废气质量流和轴承壳体的润滑剂室中的压力之间的压力差，在涡轮增压器运行中引起密封环移位，并由此引起该环在环形的凹槽中在压缩器的方向上磨合(Einschleifen)。通过该磨合改善轴承壳体的密封性。密封环进行磨合直至该环靠(anstehen)在轴承壳体的座部中的环绕的边棱(Kante)上。
背景技术：
实施成轴密封件以用于密封废气涡轮增压器的轴承壳体的上述类型的装置在文件 EP 1 130 220 A 和 EPl 507 106 Bl 中描述。在根据文件EP 1 130 220 A的轴密封件中，密封环支承在转子的凹槽中。在废气涡轮增压器运行期间，密封环以端面抵靠(anschlagen)在凹槽的侧壁(Flanke)处。在两个彼此相对旋转的面之间形成的分隔间隙尽可能空气密封且油密封地使容纳压缩空气的压缩器和包含油的涡轮增压器的轴承相对于彼此密封。成形到密封环中的凹槽和成形到凹槽底部中的肋状物(Rippe)形成多个按迷宫的形式布置的密封面，并改善轴密封件的密封性。根据文件EP 1 507 106 Bl的装置具有实施成活塞环的密封环，其带有两个由不同材料制成的区域，其中，第一区域由软的、容易磨损(abschleifbar)的材料制成并且具有滑动面，该滑动面与增压器的转子共同作用，而第二区域由高耐热(hochwarmfest)的材料制成。这种密封环具有这样的优点其以由高耐热的材料制成的区域持久地实现用于在增压器的轴承壳体中夹住密封环所需的径向预紧，并同时以由软的、容易磨损的材料制成的区域优化地促进密封环和转子之间所希望的磨合过程。文 件DE 1 247 097 B和EP 1 536 167 Al描述带有支承在凹槽中的密封环的轴密封件，其中通过小尺寸的密封环端面减少进入到密封环中的热输入(文件DE 1 247 097 B :1 列，40 至 47 行和图 1 ；文件 EP 1 536 167 Al 10 列，段
和
)。
发明内容
本发明(如在权利要求1至5中所限定的那样)的目的是，实现一种用于开头所述类型的用于密封废气涡轮增压器的轴承壳体的装置以及一种带有这种装置的废气涡轮增压器，其优点是即使在恶劣的增压器运行条件下也具有良好的可靠性和高寿命。在作为密封件而起作用的根据本发明的装置中，环形地围绕轴线而引导的凹陷成形到面向废气涡轮增压器的涡轮的凹槽的侧壁中，该凹陷径向地向外通过成形到转子中的环形体限制，该环形体形成转子的外表面的区段，且该环形体具有相接于外表面的、径向取向的环形边棱，该环形边棱用于减少这样的磨合面(Anschleifflache)的尺寸，S卩，该磨合面在密封环抵靠到凹槽侧壁处时产生。减小的磨合面保持进入到密封环中的热输入较少。当密封环抵靠在安装在增压器的转子上的凹槽的涡轮侧的侧壁处且这里通过磨合过程将转子的摩擦热通过在抵靠时形成的磨合面引入密封环中时，产生进入到密封环中的热输入。当包含内燃机废气的质量流的压力在废气涡轮增压器的涡轮侧小于轴承壳体中的压力时，密封环能够抵靠在涡轮侧的凹槽侧壁处，如在空转运行的内燃机中那样。通过使磨合面保持较小，减小转子和密封环之间的摩擦，并且仅仅使很少的热量引入密封环中，由此避免附加的密封环负荷。此外可容易地制造凹槽侧壁，并通过凹槽侧壁的特别的构造实现凹槽底部和环形边棱之间的较大的间距。由此保证在凹槽中良好地引导密封环，并同时由于径向向外偏移(verlagert)的环形边棱避免来自在涡轮增压器中引导的质量流的脏物进入凹槽中。本发明其它的优点由从属权利要求给出。
下面借助附图示意性地示出并进一步阐述根据本发明的用于密封废气涡轮增压器的轴承壳体的装置的实施例。在所有图中，起相同作用的元件设有相同的参考标号。其中图1示出轴向引导穿过废气涡轮增压器的截面的俯视图，在该废气涡轮增压器中安装有以镶边方式(umrandet)示出且作为轴密封件而起作用的装置，图2放大示出在图1中以镶边方式示出的、根据现有技术实施的、在磨合过程开始前的轴密封件，图3示出在运行状态下、磨合过程结束后的根据图2的轴密封件，而图4至图6分别放大示出在图1中以镶边方式示出的、根据本发明的轴密封件的三个实施形式中的一个。
具体实施例方式图1示意性地示出废气涡轮增压器的局部视图，其带有固定地布置的壳体G和围绕轴线A可旋转的转子R。在转子R的左侧简示出固定在轴3上的废气涡轮增压器的压缩机叶轮(Verdichterrad) 1。该轴3在右侧又与废气涡轮增压器的涡轮叶轮(Turbinenrad) 2 相连 接。该涡轮叶轮2包括未示出的叶片，通过该叶片，涡轮叶轮由在内燃机中产生的废气流驱动。压缩机叶轮同样包括未示出的叶片。在两个轮之间的区域中布置有仅示意性地示出的轴向轴承和径向轴承L，其承受在引导转子R时产生的轴向力和径向力。壳体G包围转子R，并具有构造成固定的轴承壳体的壳体件4，该壳体件4容纳轴向轴承和径向轴承L以及转子R的区段，并相对其余的壳体件遮挡它们，在其余的壳体件中布置有以热的废气加载的废气涡轮的涡轮叶轮2和设置成用于压缩空气的压缩机叶轮1。 因此，轴向轴承和径向轴承L被保护免受包含废气或压缩空气的质量流的影响，该质量流相应地具有高压力、高温度及高速度。为了使该质量流不可在轴承壳体4中产生影响，且此外润滑油也不可从轴承壳体4中漏出，在轴承壳体4和转子R之间布置有两个环形地围绕旋转轴线A而引导的轴密封件D，其中一个位于轴承壳体4的这样的区段处，S卩，通过该区段转子被引导到压缩器中，而另一个位于轴承壳体的这样的区段处，即，通过该区段转子被引导到废气涡轮中。布置在涡轮侧的、根据现有技术的轴密封件D在图2和图3中示意性地示出。该密封件包括密封环5，该密封环5布置在环形地围绕旋转轴线而伸延的转子R的凹槽22中，并且构造成活塞环。沿旋转轴线剖开，密封环5和凹槽22分别具有主要为矩形的截面。该轴密封件D还包括布置在轴承壳体4上的座部43 (密封环以朝外指向的周面(Mantelflache) 尽可能气体密封且液体密封地固定在该座部43上)和环形地围绕转子R的旋转轴线而引导的、径向延伸的分隔间隙T(该分隔间隙T由两个相叠而置的(aufeinanderliegend)滑动面限制)。一个滑动面布置在密封环5的端侧51上，另一个滑动面布置在凹槽22的侧壁21上。相叠而置的滑动面和非常窄的分隔间隙T防止废气质量流渗入轴承壳体4中以及防止油从轴承壳体4中泄漏。同时其使得转子R能够旋转，而在轴承壳体4处固定的密封环5不会由于滑动摩擦以不允许的方式被加热。一般为金属制成的密封环5在装配时以带有间隙的方式装入凹槽22中。然后包括涡轮叶轮2的转子R的区段从右在轴向上推入轴承壳体4中。因为壳体4沿着插入路径在一个或多个部位42变窄或连续地变窄，密封环5以径向预紧被加载，并最后夹在轴承壳体4中的座部43处。在密封件D第一次运行时，在分隔间隙T中发生磨合过程。在此，固定在轴承壳体 4处的密封环5通过在图2中以箭头标明的废气质量流的高压力压向凹槽22的旋转的侧壁 21，并由该侧壁21(如由砂轮一样)磨削。环形的凹陷磨合到之前平坦的密封环端面中，该环形的凹陷带有向右限制分隔间隙T的滑动面51。为了防止密封环5在磨合过程结束后在继续运行时被过深地磨损或甚至磨穿，在轴承壳体4处设有轴向止动部41。该轴向止动部限制密封环5的轴向可移动性，并因此改善密封件D的密封作用。因此，在涡轮增压器的运行状态中，在废气质量流的高压力下，在分隔间隙T的区域中不进行在轴线方向上的力传递。在箭头方向指向的作用于密封环5上的力由轴向止动部41抵抗。在装配带有预装配的密封环5的转子R时，密封环5可贴靠在凹槽22的面向废气涡轮的侧壁23处。在较小的废气质量流压力下，特别地在发动机空转时，这会导致密封环在其以参考标号52标明的端面上的磨合，这引起附加的热输入。这里出现的磨合面通过相叠而置且加载滑动摩擦的端面52和侧壁23的环形的面区段的尺寸确定。在按照图4至图6的根据本发明的轴密封件的实施形式中，分别使环形地围绕轴线而引导的凹陷26成形到凹槽22的侧壁23中。该凹陷使凹槽22侧凹(hinterschneide ) 并径向向外通过成形到转子中的环形体24限制。该环形体24形成转子R的外表面的区段，并具有相接于外表面的、径向取向的环形边棱25。该环形边棱减小了这样的磨合面的尺寸，即，该磨合面在密封环5抵靠到凹槽侧壁23处时产生。由此，在磨合过程中通过滑动摩擦形成且引入密封环5中的热量减少。同时凹槽22的底部和环形边棱25之间产生相对较大的间距，并因此保证密封环在凹槽中较好的对中并且由此避免密封环5安放在转子R上。 由于从凹槽底部径向向外偏移的环形边棱25同时也避免了来自在涡轮增压器中被引导的质量流的脏物渗入凹槽22中。由图4和图5可见，当凹陷26径向向外通过成形到环形体24中的、引导至环形边棱25处的锥形的倾斜部27限制时，存在对废气涡轮增压器的一定的使用有利的、锐利的环形边棱25。这里该锥形的倾斜部27从径向引导的侧壁23的区段(图4)或凹槽22的底部引导至环形边棱25处。在对其它使用有利的废气涡轮增压器的实施形式中，该环形边棱与之相比相对较钝。如由图6可见，在该实施形式中，成形到环形体24中的、引导至环形边棱25处的柱面 28径向向外地限制凹陷26。边棱25以在制造技术方面有利的方式一般不间断地围绕转子R的旋转轴线而引导，但也可以由凸肩(Absatz)形成，该凸肩在周向上彼此间隔地布置。其附加减少磨合面， 并使得引入密封环中的热量进一步减少。代替仅仅一个边棱25，环形体24也可包含两个或更多个边棱，该边棱基本同轴线地布置，并且彼此相应地通过围绕轴线A引导的凹陷分开。代替仅仅一个密封环5，密封件D也可具有更多密封环5，该密封环5布置在附加的凹槽中，并且固定在轴承壳体4处。根据本发明的密封件既可设置在涡轮侧的转子轴承壳体贯穿部处，也可设在压缩器侧的转子轴承壳体贯穿部处。当对涡轮增压器的要求允许这样时，根据本发明的密封件可只用在涡轮侧，而压缩器侧的转子贯穿部可利用根据现有技术的密封件密封。参考标号列表A旋转轴线D密封件G 壳体L轴向轴承和径向轴承R 转子T分隔间隙1压缩机叶轮2涡轮叶轮21凹槽侧壁
22凹槽
23凹槽侧壁
24倾斜部
25边棱
26凹陷
27倾斜部
28柱面
4轴承壳体
41轴向止动部
42径向变窄部
43座部
5密封环
51，52端面
权利要求
1.一种用于密封废气涡轮增压器的轴承壳体的装置(D)，从所述轴承壳体中转子(R)被引导至以质量流加载的增压器的空间中，所述装置(D)包括布置在所述转子 (R)的凹槽0 中的密封环(5)；布置在所述轴承壳体(4)上的座部(43)，预紧的所述密封环( 以朝外指向的周面固定在所述座部上；以及环形地围绕所述转子的旋转轴线 (A)而引导的、径向延伸的分隔间隙(T)，所述分隔间隙⑴由两个相叠而置的滑动面限制， 其中第一滑动面布置在所述密封环( 的第一端侧(51)上，而第二滑动面布置在所述凹槽 (22)的第一侧壁上，其特征在于，环形地围绕所述轴线(A)而引导的凹陷06)成形到所述凹槽02)的第二侧壁03)中，所述凹陷06)径向向外通过成形到所述转子(R)中的环形体04)限制，并且所述环形体04)形成所述转子(R)的外表面的区段并具有相接于所述外表面的、径向取向的环形边棱(25)，所述环形边棱05)用于减小磨合面的尺寸，所述磨合面在所述密封环( 抵靠到所述第二凹槽侧壁03)处时产生。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凹陷06)通过成形到所述环形体 (24)中且引导至所述环形边棱05)处的锥形的倾斜部(XT)限制。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述锥形的倾斜部(XT)从所述凹槽02) 的底部引导至所述环形边棱0 处。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述凹陷06)通过成形到所述环形体 (24)中且引导至所述环形边棱05)处的柱面08)限制。
5.一种带有根据权利要求1至4中任一项所述的装置(D)的废气涡轮增压器，其特征在于，容纳所述密封环( 的所述凹槽0 布置在所述转子(R)的载有涡轮叶轮( 的区段处。
全文摘要
一种装置用于密封废气涡轮增压器的轴承壳体(4)，从该轴承壳体(4)中转子(R)被引导至以质量流加载的增压器的空间中。该装置具有布置在转子(R)的凹槽(22)中的密封环(5)；布置在轴承壳体(4)上的座部(43)，预紧的密封环(5)以朝外指向的周面固定在座部(43)上；以及环形地围绕转子的旋转轴线(A)而引导的、径向延伸的分隔间隙(T)，分隔间隙(T)由两个相叠而置的滑动面限制，其中第一滑动面布置在密封环(5)的第一端侧(51)上，而第二滑动面布置在凹槽(22)的第一侧壁(21)上。为了在废气涡轮增压器运行时减少通过密封环(5)的磨削而引起的进入到密封环(5)中的热输入，将环形地围绕轴线(A)而引导的凹陷(26)的成形到凹槽(22)的第二侧壁(23)中，该凹陷(26)径向向外通过成形到转子(R)中的环形体(24)限制，该环形体(24)形成转子(R)的外表面的区段并且该环形体具有相接于该外表面的、径向取向的环形边棱(25)，该环形边棱(25)用于减小磨合面的尺寸，该磨合面在密封环(5)抵靠到第二凹槽侧壁(23)处时产生。
文档编号F16J15/44GK102159860SQ200980137397
公开日2011年8月17日 申请日期2009年5月20日 优先权日2008年9月18日
发明者C·赫格, D·博楚德, J·施利恩格, T·格韦亨伯格 申请人:Abb涡轮系统有限公司