涡轮增压器的制作方法

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种涡轮增压器。

背景技术：

使用涡轮增压器可以不改变发动机结构的情况下提升功率、降低燃油消耗率、缩小发动机的尺寸和重量，是现代发动机提高动力性和经济性的重要手段。在改善燃烧条件的同时，还可减少废气中固体悬浮微粒、一氧化碳、氮氧化合物的排放。

涡轮增压器工作过程中经常会出现漏油现象，这是由涡轮增压器独特的结构所决定的。目前在各种发动机上应用的涡轮增压器普遍采用浮动轴承结构，即增压器的轴承和转子，轴承和中间壳体相互之间留有微小的间隙。当涡轮转子高速旋转时，高压力的润滑油便充满这些间隙，在浮动轴承在内外两层形成高压油膜，浮动轴承随转子轴同向旋转，其转速可以达到转子轴转速的一半。由于要形成双层油膜，高压力的润滑油会进入中间壳体并沿着转轴向两端流动，一旦密封结构失效就会造成增压器漏油。增压器发生漏油现象，机油消耗量增加、发动机动力下降。密封环是涡轮增压器密封结构的核心部件。而汽油机排气温度比柴油机更高，高温会让涡轮端的机油更容易碳化。

涡轮端积碳会磨损密封环，密封环磨损进而导致涡轮端密封结构失效。增压器漏油，浮动轴承在内外两层形成不了高压油膜，从而加剧轴承和转子、中间壳体间的磨损，导致增压器损坏和发动机性能降低。因而，为涡轮增压器设计一种稳定、可靠的密封结构，是防止增压器漏油的有效手段。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种使废气的热量传递到密封组件上获得降低的涡轮增压器，以避免密封组件的失效而引起润滑油的泄露。

解决上述技术问题的技术方案如下：

涡轮增压器，包括涡轮转子、轴、中间壳体、压轮，涡轮转子的至少一部分位于中间壳体外部，涡轮转子的一端与轴的一端固定，且轴的一端支撑在中间壳体的一端，中间壳体上设有轴向的通孔，轴穿过中间壳体的通孔，在轴的一端与中间壳体之间设有密封组件，轴的另一端与压轮连接，涡轮转子与轴固定的一端设有第一腔体，轴与涡轮转子的一端固定后该轴对第一腔体的口部进行密封以形成第一密封腔，在第一密封腔内封存有用于阻隔涡轮转子与轴的一部分直接进行热传递的第一阻隔介质，以减少废气的热量依通过涡轮转子以及轴传递到密封组件，第一阻隔介质的导热系数小于轴以及涡轮转子的导热系数。

涡轮增压器，包括涡轮转子、轴、中间壳体、压轮，涡轮转子的至少一部分位于中间壳体外部，涡轮转子的一端与轴的一端固定，且轴的一端支撑在中间壳体的一端，中间壳体上设有轴向的通孔，轴穿过中间壳体的通孔，在轴的一端与中间壳体之间设有密封组件，轴的另一端与压轮连接，涡轮转子固定轴的一端设有第一腔体，在第一腔体内封存有用于隔离涡轮转子与轴直接进行热传递的第一阻隔介质，以减少废气的热量依通过涡轮转子以及轴传递到密封组件，第一阻隔介质的导热系数小于轴以及涡轮转子的导热系数。

涡轮增压器，包括涡轮转子、轴、中间壳体、压轮，涡轮转子的至少一部分位于中间壳体外部，涡轮转子的一端与轴的一端固定，且轴的一端支撑在中间壳体的一端，中间壳体上设有轴向的通孔，轴穿过中间壳体的通孔，在轴的一端与中间壳体之间设有密封组件，轴的另一端与压轮连接，还包括隔离废气的热量直接传导到中间壳体一端的隔热组件，该隔热组件固定在中间壳体的一端，且隔热组件位于涡轮转子与中间壳体之间；

隔热组件包括第一隔热部件和第二隔热部件，在第一隔热部件和第二隔热部件之间形成有第二腔体，至少在第二腔体内封存有用于阻隔废气与中间壳体的一部分直接进行热传递的第二阻隔介质，以减少废气的热量通过中间壳体上传递到密封组件。

本发明的优点为：涡轮转子与轴固定的一端设有第一腔体后，涡轮转子与用于轴进行固定后，会在涡轮转子和轴之间形成第一密封腔。这样不但使涡轮转子和轴的接触面积减小，热量传导到密封环的也少。而且，封存在第一腔体内的第一阻隔介质处于静止的状态，静态的第一阻隔介质的导热系数比涡轮转子和轴都要小，且不会产生对流传热，因此，这种结构有助于进一步减少从涡轮转子、轴传导到密封组件的热量,从而使密封组件处的温度获得降低，避免润滑油积碳以及密封组件失效。

附图说明

图1为现有涡轮转子的外形结构示意图；

图2为现有涡轮转子的剖面结构示意图；

图3为本发明的涡轮增压器的剖面结构图；

图4为本发明中的涡轮转子的外形结构示意图；

图5为本发明中的第一种涡轮转子的剖面结构示意图；

图6为本发明中的涡轮转子与轴连接的示意图；

图7为本发明中的第二种涡轮转子的剖面结构示意图；

1为涡轮转子，10为轮毂，11为第一叶片，12为第二叶片，13为排气口，14为空间，15为第一腔体，16为第一阻隔介质；

2为轴，20为第一环槽，21为第二环槽，22为第一密封环，23为第二密封环；

3为中间壳体，30为通道，31为储油腔；

4为压轮；

5为第一隔热部件，6为第二隔热部件，7为第二腔体，8为第三腔体。

具体实施方式

第一实施例：

如图3所示，本发明中的涡轮增压器，包括涡轮转子1、轴2、中间壳体3、压轮4，下面对每部分以及它们之间的关系进行详细说明：

如图3至图5所示，涡轮转子1的至少一部分位于中间壳体3的外部，所述涡轮转子1包括轮毂10、接受废气的压力而使轮毂旋转的多个第一叶片11、接受废气的压力而使轮毂旋转的多个第二叶片12，第一叶片11和第二叶片12沿着轮毂的周向交替布置，第二叶片12的一端与第一叶片11的一端位于轮毂10的同一圆周上，第二叶片12沿轮毂10轴向的尺寸小于第一叶片11沿轮毂10轴向的尺寸，即第二叶片12的长度小于第一叶片11的长度，为相邻两个第一叶片11之间形成的排气口13让出空间14。

如图1和图2所示，对于现有技术中的涡轮转子而言，不管有多少个第一叶片11，但每个第一叶片11沿着轮毂10轴向的尺寸都是相同的(即叶片的长度相同)，这些第一叶片11从轮毂的底部延伸到轮毂10的顶部，即所有第一叶片11的一端位于轮毂10的第一圆周上，所有第一叶片11的另一端位于轮毂10的第二圆周上，在两个相邻第一叶片11的另一端之间形成排气口13，然而两个相邻第一叶片11的另一端之间的间距较小，形成的排气口13较为狭窄，致使排气的阻力增加。

如图3至图5所示，本实施例中，将第二叶片12的长度设计成小于第一叶片11的长度，为相邻两个第一叶片11之间形成的排气口13让出空间14，这样就增加了排气口13的宽度，从而降低了对气流的流动时的阻碍，对于具有数量相同叶片的涡轮转子1来说，本实施例的结构与现有技术相比，可以使涡轮转子1的转换效率获得提升。而如果现有技术中的涡轮转子的排气口的尺寸较大，即两个第一叶片11之间的间距较大，对于这样的结构而言，本实施方式在两个第一叶片之间增设第二叶片12，增设第二叶片12后，既不影响排气口的尺寸，又增加了受力接受废气的压力面积，从而使得涡轮转子1的转换效率获得提升。

如图3至图6所示，涡轮转子1的一端与轴2的一端固定，涡轮转子1与轴2优先采用摩擦焊固定，且轴的一端支撑在中间壳体3的一端，中间壳体3上设有轴向的通孔，轴2穿过中间壳体3的通孔，在轴3的一端与中间壳体之间设有密封组件，轴2的另一端与压轮4连接。轴2连接涡轮转子1的一端的周面上至少设有第一环槽20和第二环槽21，所述密封组件包括第一密封环22以及第二密封环23，第一密封环22安装在第一环槽20中，第二密封环23安装在第二环槽21中，第一密封环22和第二密封环23分别与中间壳体3的通孔的孔壁面配合，从而对轴2和中间壳体3进行密封，防止润滑油外泄。

如图3至图6所示，本实施例中的轴2上至少设置了两道具环槽，并且各个环槽中均安装有密封环，目的在于：内燃机排出的废气温度很高(汽油机排出废气的温度比柴油机排出废气的温度会更高)，废气作用于涡轮转子1上后，热量通过涡轮转子1传递到轴2的一端，因此，轴2一端的热量升高后，让流向轴2一端的润滑油更容易碳化而在密封环上引起积碳，积碳会磨损密封环，导致轴2一端的密封结构失效，导致增压器漏油。通过设计有两道密封环结构，第一密封环22满足密封功能的需求，第二密封环23进一步提升密封性能，防止因密封环磨损而导致密封结构失效。

如图3至图6所示，所述密封组件的采用m2钼系高速钢制成。第一密封环22以及第二密封环23采用m2钼系高速钢制成。m2钼系高速钢具有硬度和耐磨性好的特点。涡轮增压器在工作过程中，从轴向上看，整个中间壳体3并不是完全不动，而在压轮4轴向力、涡轮轴向力和止推轴承止推力作用下，不断发生微小的偏移。中间壳体3轴向发生微小偏移，第一密封环22以及第二密封环23瞬时也会和中间壳体3摩擦，因而需选用耐磨性好的材料来加工密封环。而汽油机排气温度比柴油机更高,增压器涡轮端不断引入发动机废气的高温，机油结焦、积碳，会进一步磨损密封环。m2钼系高速钢具有碳化物不均匀性小和韧性较高的优点，能更好地应对所述的工况。因而，采用m2钼系高速钢来制作密封环，可以有效增长密封环的使用寿命，提高增压器密封的可靠性。

如图3至图6所示，中间壳体3上设有供润滑油流动的通道30，通道30的入口位于中间壳体3的外周面上，通道30与中间壳体3上的轴向的通孔连通，在中间壳体3的内部，设有储油腔31，该储油腔31存储一部分润滑油，从而始终为轴2提供润滑所需，储油腔31靠近轴2设有密封组件的端部。

如图3至图6所示，涡轮转子1与轴2固定的一端设有第一腔体15，轴2与涡轮转子1的一端固定后该轴2对第一腔体15的口部进行密封以形成第一密封腔，在第一密封腔内封存有用于阻隔涡轮转子与轴的一部分直接进行热传递的第一阻隔介质16，以减少废气的热量依通过涡轮转子以及轴传递到密封组件，第一阻隔介质16的导热系数小于轴2以及涡轮转子1的导热系数。

如图3至图6所示，汽油机排气温度高，废气直接吹到涡轮转子1上，热量不断从第一叶片11和第二叶片12传导到温度较低的轮毂10，热量通过轮毂10传导到轴2上。传统涡轮转子1加工过程，涡轮转子1叶片毛坯面是平的，与轴2摩擦焊后是实心的。热量由轴2与涡轮转子1的接触面传递到密封环上，会让流向轴2一端的润滑油(涡轮端)更容易碳化，积碳会磨损密封环。在本实施例中，涡轮转子1与轴2固定的一端设有第一腔体15后，涡轮转子1与用于轴2进行摩擦焊后，会在涡轮转子1和轴2之间形成第一密封腔。这样不但使涡轮转子1和轴2的接触面积减小，热量传导到密封环的也少。而且，封存在第一腔体15内的第一阻隔介质16(气体)处于静止的状态，静态的第一阻隔介质16的导热系数比涡轮转子1和轴2都要小，且不会产生对流传热，因此，这种结构有助于进一步减少从涡轮转子1、轴2传导到密封组件的热量,从而使密封组件处的温度获得，避免密封组件失效。

第一阻隔介质16为空气或惰性气体，本实施例中，第一阻隔介质16优先选用空气，空气在100℃时的导热系数为0.031w/m·k。惰性气体可以是氦(he)、氖(ne)、氩(ar)、氪(kr)、氙(xe)中的任意一种，当然，第一阻隔介质16也可以采用导热系数低的其他气体，例如二氧化碳、氮气等。第一阻隔介质16也可以采用固体，例如石棉，石棉100℃时的导热系数为0.15w/m·k。第一阻隔介质16还可以选用液体，例如水，水吸收涡轮转子1传递的热量后转换为水蒸汽，水蒸汽在100℃时的导热系数为0.025w/m·k。

如图3所示，还包括隔离废气的热量直接传导到中间壳体一端的隔热组件，该隔热组件固定在中间壳体3的一端，且隔热组件位于涡轮转子1与中间壳体3之间。隔热组件包括第一隔热部件5和第二隔热部件6，在第一隔热部件5和第二隔热部件6之间形成有第二腔体7，至少在第二腔体7内封存有用于阻隔废气与中间壳体3的一部分直接进行热传递的第二阻隔介质，以减少废气的热量通过中间壳体3传递到密封组件。

如图3所示，第一隔热部件5包括第一环状部件，该第一环状部件5的一端设有第一环形槽；第二隔热部件6包括第二环状部件，第二环状部件安装在第一环形槽的口部后形成所述第二腔体7。在第二环状部件与中间壳体3之间形成第三腔体8，在第三腔体内封存有用于阻隔废气与中间壳体的一部分直接进行热传递的第三阻隔介质，以减少废气的热量通过中间壳体上传递到密封组件。第二阻隔介质和第三阻隔介质与上述第一阻隔介质16的材质相同。

如图3所示，本实施例中通过第一隔热部件5和第二隔热部件6，第一隔热部件5与中间壳体3组装后，在第一隔热部件5和第二隔热部件6之间形成第二腔体7。第二阻隔介质和第三阻隔介质优先采用空气，利用第一隔热部件5和第二隔热部件6之间静止的空气的导热系数低，且不产生对流传热，能有效降低涡轮热量传导到密封环外侧的中间壳体3。本实施例中的密封组件由第一隔热部件5和第二隔热部件6组成，组合到形成的第二腔体7、第三腔体8以及第二阻隔介质和第三阻隔介质，有效降低了涡轮端密封组件处的温度，避免了密封组件失效。

第二实施例：

如图3和图7所示，涡轮转子1固定轴2的一端设有第一腔体15，在第一腔体15内封存有用于隔离涡轮转子1与轴2直接进行热传递的第一阻隔介质16，以减少废气的热量依通过涡轮转子1以及轴2传递到密封组件，第一阻隔介质16的导热系数小于轴2以及涡轮转子1的导热系数。其余结构与第一实施例相同，在此不再赘述。

第三实施例：

如图3所示，与第一实施例不同之处在于：还包括隔离废气的热量直接传导到中间壳体一端的隔热组件，该隔热组件固定在中间壳体的一端，且隔热组件位于涡轮转子1与中间壳体3之间；隔热组件包括第一隔热部件5和第二隔热部件6，在第一隔热部件5和第二隔热部件6之间形成有第二腔体7，至少在第二腔体7内封存有用于阻隔废气与中间壳体的一部分直接进行热传递的第二阻隔介质，以减少废气的热量通过中间壳体3上传递到密封组件。

对于上述涡轮增压器的几种实施例而言，其实现的目的均是为了使废气的热量传递到密封组件上获得降低，从而避免密封组件的失效而引起润滑油的泄露。