專利名稱：潤滑油控制裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及潤滑油控制裝置。本發明提供了一種潤滑油控制裝置，該裝置特別適合于安裝在系統中從而密封旋轉軸的通道，而該旋轉軸的通道通過分隔受到不同流體壓力作用的相鄰室的壁。本發明尤其涉及安裝在壓縮機如渦輪增壓器的壓縮機的止推軸承密封系統中的潤滑油控制裝置，但不僅僅局限于此。
渦輪增壓器是這樣的一種公知裝置，它把空氣以高于大氣壓力的壓力(增壓壓力)供給到內燃機的進氣裝置中。普通的渦輪增壓器主要包括廢氣驅動的渦輪，該渦輪安裝在渦輪殼體內的旋轉軸上。渦輪的旋轉使增壓器葉輪進行旋轉，而該增壓器葉輪安裝在壓縮機箱內的軸的另一端上。增壓器葉輪把壓縮空氣輸送到發動機的進氣管中，因此提高了發動機的功率。
渦輪增壓器軸通常由包括合適的潤滑系統在內的軸頸和止推軸承來支撐，而包括合適的潤滑系統在內的軸頸和止推軸承設置中央的軸承箱內，而該軸承箱連接在渦輪和增壓器葉輪的殼體之間。眾所周知，提供有效的密封系統從而防止潤滑油從中央軸承殼體泄漏到壓縮機或者渦輪殼體內是沒有解決的問題。特別在渦輪增壓器的壓縮機端部是這種情況，因為在較小的增壓壓力下，從軸承箱到壓縮機箱存在明顯的壓力降，該壓力降促使潤滑油泄漏到壓縮機箱中。
在普通的渦輪增壓器設計中，軸經壓縮機箱后板或者潤滑油密封板中的合適通道而從軸承箱通到壓縮機箱中，而止推軸承組件鄰近軸承箱內的板安置。正是供給到止推軸承組件中的潤滑油能泄漏到壓縮機箱中。為了防止泄漏，通常把包括潤滑油控制裝置(在渦輪增壓器工業中常常稱為“甩潤滑油環”)在內的密封組件安裝在這種止推軸承組件中。甩潤滑油環是與軸一起旋轉的環形元件，并且包括許多徑向延伸的通道，這些通道可以有效地起著導向葉片的作用，從而將潤滑油從軸中拋走，尤其將潤滑油從軸承箱的通道拋到壓縮機箱中。設置在止推軸承和密封組件周圍的環形防濺室收集這些潤滑油，從而在潤滑系統中進行再循環。例如，防濺室設有排空溝槽，從而把潤滑油排到集潤滑油槽中。
許多這種止推軸承密封系統是公知的，例如，在US專利4157834中公開了這種典型系統的一個例子。在這個特殊系統中，甩潤滑油環元件與止推軸承組件的止推環元件形成一體。在其它布置中，甩潤滑油環可以是獨立元件，該元件適合安裝成與軸一起旋轉。本發明涉及甩潤滑油環的結構，該甩潤滑油環可以是獨立元件，或者可以與另一元件的一部分如止推軸承和/或密封組件的一部分形成一體。
本發明的目的是提供一種這樣的甩潤滑油環，與普通設計相比，該甩潤滑油環更加容易制造，并且制造費用較低。另一個目的是提供一種這樣的甩潤滑油環，與普通設計相比，該甩潤滑油環提高了泵送效率。
根據本發明的第一方面，提供了一種甩潤滑油環，該甩潤滑油環安裝在一種用以密封通過開口的旋轉軸的通道的系統中，該甩潤滑油環包括與所述軸一起進行旋轉的環形件，并且設有一排沿圓周方向隔開的溝槽，從而當它旋轉時通過離心作用使流體從所述軸中排走，其中，所述通道包括沿著其長度方向敞開的溝槽。
如下面進一步討論的，與甩潤滑油通道是鉆入甩潤滑油環內的徑向孔的普通設計相比，將甩潤滑油通道制成開口溝槽具有許多優點。甩潤滑油環的制造比較簡單，因為可以使用許多公知的技術，如燒結或者注模，這些現有技術與制造普通甩潤滑油環所需要的機加工技術相比，效率更高。除了減少制造費用之外，制造簡易使得通道的結構可以改變，因此可以“改變”甩潤滑油環的泵送特性。與鉆出的孔相比，開口通道所承受的應力也較小，相應地，甩潤滑油環的使用壽命增加了。
最好，該環形件限定至少一個大致徑向延伸面，在該面上形成了若干所述溝槽。
在一個優選實施例中，環形件包括中央圓柱體部分和周圍的環形部分，例如在軸向端，所述至少一個面由該環形部分限定。
最好，該環形部分具有一軸向延伸的部分，該部分沿著徑向與所述主體部分隔開，其間限定一環形間隙。在使用中，該環形間隙可以安置一潤滑油密封盤等的法蘭等，該法蘭限定所述開口。在該實施例中，在該面上或者在每個面上的至少一些所述溝槽與所述環形間隙連通。
這些溝槽具有各種各樣的結構。例如，一個或者多個所述溝槽基本上是直的，并且也可以是徑向的，或者相對于甩潤滑油環的旋轉方向向后或者向前延伸。
另一方面，至少一些所述溝槽可以是曲率半徑不變或者可以變化的曲線。
根據所希望的泵送特性，這些溝槽具有不變的橫截面積，或者具有這樣的橫截面積沿著遠離甩潤滑油環的軸線方向，沿各自通道的長度，該橫截面積可以增加或者減少。例如，通過改變各自溝槽的寬度和/或深度來提供可變的橫截面積。
根據本發明的第二方面，提供了一種用以密封通過壁上開口的旋轉軸的通道的密封系統該密封系統包括根據本發明第一方面所述的甩潤滑油環，該甩潤滑油環安裝成與所述軸一起旋轉。
例如，本發明提供了一種用以密封通過壁上開口的旋轉軸的通道的密封系統從而防止供給到與所述軸相連的止推軸承組件中的潤滑油的泄漏，該系統包括根據本發明的第一方面所述的甩潤滑油環，該甩潤滑油環安裝成與所述軸一起旋轉，而所述軸位于所述壁和所述止推軸承組件之間。
盡管本發明的甩潤滑油環有許多不同的應用場合，但是它們特別適合安裝在渦輪增壓器的密封系統中。相應地，本發明的第三方面提供了一種渦輪增壓器，它包括由壁所隔開的一壓縮機箱和一軸承箱；一旋轉軸，它安裝在一些包含在所述軸承箱內的軸承系統中，所述軸自軸承箱經所述壁延伸到達壓縮機箱內；及根據本發明第一方面所述的甩潤滑油環，它安裝在所述壁的軸承箱側的所述軸上，從而有助于防止潤滑劑從軸承箱泄漏到壓縮機箱中。
該壁可以是壓縮機后板或者獨立的潤滑油密封盤，它適合與甩潤滑油環配合工作。最好，甩潤滑油環具有大致沿徑向延伸的第一軸向端面和/或大致沿徑向延伸的第二軸向端面，第一軸向端面在運行中與所述板接合(至少一些所述溝槽最好限定在所述第一端面上)，第二軸向端面面對所述推力軸承組件(至少一些所述溝槽最好限定在所述第二端面上)。
現在，參照附圖，只是借助例子的方式來描述本發明的實施例，在這些附圖中


圖1是體現本發明的、通過渦輪增壓器的軸承箱的軸向橫截面；圖2是圖1的軸承箱的壓縮機端的放大視圖，它示出本發明的甩潤滑油環的位置的細節；圖3和4是透視圖，它們示出單獨的甩潤滑油環的相對側；圖5是透視圖，它示出圖3和4的甩潤滑油環的與圖1和2所示的潤滑油密封盤在一起；及圖6是圖5的甩潤滑油環/潤滑油密封盤的結合體的徑向剖視圖。
參照附圖，圖1是通過本發明渦輪增壓器的一些零件的軸向剖面圖。所示出的渦輪增壓器包括增壓器葉輪1和安裝到共用軸3的相對端上的渦輪2，該共用軸3穿過中心軸承箱4。軸承箱和支承布置的許多細節對于理解或者實現本發明不重要，因此將不作更詳細的描述。這些細節都是普通的。
通常，軸承箱4具有中心部分，該中心部分安裝著軸頸軸承組件5和6，這些組件設置成各自向著軸承箱的壓縮機和渦輪機端部。軸承箱的壓縮機端部本身安裝著止推軸承組件7并且終止于徑向延伸的擴散部分8上，該擴散部分8形成了壓縮機的擴散部分(壓縮機蓋(未示出)被栓接到增壓器葉輪1的周圍的擴散部分上)。增壓器葉輪在其中進行旋轉的室(下文中稱為壓縮機箱)通過潤滑油密封盤9與軸承箱分離，而潤滑油密封盤9設置在軸承箱4的擴散部分8內。潤滑油密封盤9是潤滑油密封系統的一部分，根據本發明該潤滑油密封系統還包括甩潤滑油環10。特別參照圖2到6，現在更加詳細地描述這些元件。
包括潤滑油密封盤9和甩潤滑油環10的潤滑油密封系統使壓縮機箱與軸承箱分隔，并且設置在增壓器葉輪1和止推軸承組件7之間。潤滑油密封系統設置來防止必須供給到止推軸承組件7中的潤滑油泄漏到壓縮機箱中，特別在較小的壓縮機速度下(在該速度時從軸承箱到壓縮機箱存在一個壓力降)該潤滑油密封系統可以防止潤滑油泄漏到壓縮機箱中。
潤滑油密封盤固定在該箱子內的合適位置上，而甩潤滑油環10安裝成與軸3一起旋轉，因此相對于潤滑油密封盤9可以進行旋轉。甩潤滑油環10和潤滑油密封盤9在通常的普通結構中配合在一起，從而提供從軸承箱到壓縮機箱的迷宮式通道，從而防止潤滑油泄漏。現在參照圖3到6來描述潤滑油密封盤9和甩潤滑油環10的細節及這兩個元件之間的合作。圖3和4是沿著相對的軸向看去的、甩潤滑油環10的相應視圖(不與圖1或者圖2成比例)。圖5和6示出了配合在一起的甩潤滑油環10和潤滑油密封盤9，圖6是圖5所示視圖的徑向截面。
從這些附圖中，可以看到，潤滑油密封盤包括環形盤11，該環形盤11具有由沿軸向延伸的環形法蘭13所限定的中心孔12，該環形法蘭13延伸到軸承箱4中。法蘭13包圍著軸3，但是在它們之間具有環形間隙。
潤滑油密封盤9具有第二環形法蘭14，該環形法蘭從鄰近它的外邊緣處沿軸向延伸到軸承箱4中。與第一法蘭13相比，第二法蘭14具有較大的軸向和徑向尺寸大小，并且支承在止推軸承組件7上。在法蘭14和盤11的外邊緣之間限制出環形臺肩15，該環形臺肩為O形環16提供環形座，該O形環16在潤滑油密封盤9的徑向外部范圍和軸承箱4之間提供了密封。第三環形法蘭17從潤滑油密封盤9的壓縮機側沿著徑向延伸，該壓縮機側接近中心孔12和盤11的外邊緣之間的中部。
現在轉到本發明實施例的甩潤滑油環10，該甩潤滑油環10包括中心圓柱體18和徑向臺階形的環形部分，該徑向臺階形的環形部分主要包括徑向延伸的法蘭部分19和徑向擴大的軸向延伸部分20。擴大部分20在法蘭部分19的附近包圍著部分主體18，因此限制出環形槽21，該環形槽安放潤滑油密封盤9的環形法蘭12，因此甩潤滑油環10的主體18延伸到潤滑油密封盤9的中心孔12中。甩潤滑油環10的擴大部分20的徑向表面22沿徑向成梯級狀，從而提供了軸向隆起部分，該隆起部分在法蘭12周圍與潤滑油密封盤9的盤11表面在運行中接合。環形槽22設置在甩潤滑油環10的主體18的外部表面上，在該甩潤滑油環10內設置著密封環23，該密封環在甩潤滑油環10和潤滑油密封盤9的法蘭12之間提供了密封。
借助于沿軸向隔開的圓周上的兩排甩潤滑油通道來產生甩潤滑油功能，這些甩潤滑油通道由形成于甩潤滑油環10的環形部分的相對端表面上的開口通道來限定。第一組甩潤滑油溝槽24設置在甩潤滑油環10的環形部分的擴大部分20的軸向端表面22上，從而在擴大部分20的徑向內表面和外表面上的相應開口之間進行延伸。在圖解的實施例中，繞著擴大部分20具有沿圓周方向分隔開的十個溝槽24。溝槽24不能剛好沿徑向延伸，但是在這種情況下，這些溝槽24以很小的角度向前延伸。
第二組甩潤滑油溝槽包括通道25，這些溝槽25形成于甩潤滑油環10的法蘭部分19中，每個溝槽在法蘭部分19的外表面上的相應開口和通到環形槽21中的開口之間延伸。此外，在這個實施例中有十個溝槽25，這些溝槽25以很小的角度向前延伸。
在工作時，甩潤滑油環10密封從軸承箱4進入壓縮機箱內的軸3的通道。甩潤滑油環的中心圓柱體18在增壓器葉輪1和止推環7a之間延伸，該止推環7a是止推軸承組件7的一部分。如上所述，甩潤滑油環10的擴大部分的表面22的隆起部分與潤滑油密封盤9在運行中接合中。因此，這些溝槽24延伸通過潤滑油密封盤9的盤11的表面。同樣地，形成于甩潤滑油盤10的環形部分的相對表面中的溝槽25延伸通過止推軸承7的表面。甩潤滑油盤溝槽24、2 5的旋轉在潤滑油密封盤中產生了正壓力差，因此在潤滑油密封盤9和甩潤滑油環10之間所泄漏的任何潤滑油借助于甩潤滑油環溝槽24、25的旋轉被離心加速，并且被拋射到防濺室中，該防濺室形成于軸承箱內(它位于潤滑油密封盤法蘭14的內環形表面和甩潤滑油環10的外表面之間)。然后，被排走的潤滑油排空，從而以普通方式進行再循環。
本發明的甩潤滑油環10的主要工作基本上與現有技術的甩潤滑油環的相同。本發明和現有技術的主要區別在于，甩潤滑油通道由與設置在普通甩潤滑油環中的徑向孔相對的開口溝槽來形成。借助于采用開口的通道結構，可以大大地簡化甩潤滑油環的制造。尤其可以沒有困難地改變這些通道的精確結構，而就普通甩潤滑油環(在這種甩潤滑油環中，甩潤滑油通道通過鉆到甩潤滑油環中的孔來形成)而言，極難改變恰好徑向延伸的通道的簡單布局(如現有技術中所發現的一樣)。相反，就本發明而言，通道的許多特征容易變換成“改變”甩潤滑油環的泵送特征。例如，這些溝槽相對于從甩潤滑油環的中心延伸的徑向線傾斜，如上述實施例所示一樣。因此，這些通道相對于甩潤滑油環的預計旋轉方向向前或者向后延伸。同樣地，可以采用彎曲的溝槽，而不采用所示出的、簡單的直溝槽。
在圖示的實施例中，這些溝槽具有平行的側部。作為另一個變形，這些側部可以是錐形，或者每個溝槽的深度沿著它的長度增加或者減少。還應該知道的是，兩個或者多個上述特征可以結合使用，并且鄰近溝槽可以具有不同的結構。
有許多現有制造技術可容易用來制造本發明的甩潤滑油環，這些技術包括燒結和注模技術。與生產普通設計甩潤滑油環所需要的機加工相比，這些技術的費用相對較低。因此，與現有的甩潤滑油環設計相比，制造本發明甩潤滑油環更加便宜并且效率更高。
另一個優點在于，開口的甩潤滑油環溝槽不會受到與普通甩潤滑油環的簡單鉆孔相同程度的應力作用，因此與普通甩潤滑油環相比，使用壽命更長。
應該知道，除了上述的可能特征之外，對所描述的具體實施例可以進行許多修改。例如，溝槽可以設置在甩潤滑油環的環形部分的一個相對面上，而不是設置在兩個相對表面上，并且在該排或者每排上的溝槽數目可以不同于所示出的數目。圖解的甩潤滑油環是獨立元件，并且可以與潤滑油密封或者止推軸承組件的其它部分形成一體。例如，甩潤滑油環可以與止推軸承環7a形成一體。此外，例如，可以改變甩潤滑油環10的詳細結構，從而與潤滑油密封盤9的各不相同的結構相配合。此外，在不同的渦輪增壓器布置中，甩潤滑油環10可以與壓縮機箱的后板配合，而不是與所示出的實施例的獨立潤滑油密封盤配合。
其它各種可能的變形對于本領域普通技術人員來講是顯而易見的。
權利要求
1.一種潤滑油控制裝置，它安裝在一個用以密封通過開口的旋轉軸的通道的系統中，該潤滑油控制裝置包括與所述軸一起進行旋轉的環形件，并且設一排有沿圓周方向隔開的通道，從而當它旋轉時通過離心作用使流體從所述軸中排走，其特征在于，所述通道包括沿著它們的長度方向敞開的一些溝槽。
2.如權利要求1所述的潤滑油控制裝置，其特征在于，所述環形件限定出至少一個大致是徑向延伸的表面，在該表面上形成了若干所述溝槽。
3.如權利要求2所述的潤滑油控制裝置，其特征在于，該環形件包括一中央圓柱體部分和一周圍的環形部分，其中所述至少一個表面由所述環形部分限定。
4.如權利要求3所述的潤滑油控制裝置，其特征在于，在所述環形部分的一軸向端限定所述至少一個表面。
5.如權利要求4所述的潤滑油控制裝置，其特征在于，所述環形部分限定第一和第二相互面對的軸向端面，每個端面設有一排所述溝槽。
6.如權利要求3到5任一所述的潤滑油控制裝置，其特征在于，所述環形部分具有軸向延伸的部，該部與所述主體部徑向隔開，在其間限定一環形間隙。
7.如權利要求6所述的潤滑油控制裝置，其特征在于，在該表面上或者在每個表面上的至少一些所述溝槽與所述環形間隙連通。
8.如前述權利要求任一所述的潤滑油控制裝置，其特征在于，一個或者多個所述溝槽基本上是直的。
9.如權利要求8所述的潤滑油控制裝置，其特征在于，所述基本上是直的通道自該軸和潤滑油控制裝置的旋轉軸線徑向延伸。
10.如權利要求8所述的潤滑油控制裝置，其特征在于，所述直通道相對于自潤滑油控制裝置的旋轉軸線延伸的徑向直線偏移一個角度，因此所述溝槽相對于旋轉方向或向前或向后延伸。
11.如前述權利要求任一所述的潤滑油控制裝置，其特征在于，至少一些所述溝槽為曲線形。
12.如權利要求11所述的潤滑油控制裝置，其特征在于，所述曲線形溝槽具有不變的曲率半徑。
13.如權利要求11所述的潤滑油控制裝置，其特征在于，所述曲線形的溝槽具有這樣的曲率半徑，它沿著遠離旋轉軸線中心的方向、沿所述溝槽的長度增加或者減少。
14.如前述權利要求任一所述的潤滑油控制裝置，其特征在于，所述通道具有不變的橫截面積。
15.如權利要求1到13任一所述的潤滑油控制裝置，其特征在于，至少一些所述通道的橫截面積沿著遠離潤滑油控制裝置的軸線的方向、沿各自通道的長度增加或者減少。
16.如權利要求15所述的潤滑油控制裝置，其特征在于，所述溝槽的寬度可以改變，從而產生所述變化的橫截面積。
17.如權利要求16或者16所述的潤滑油控制裝置，其特征在于，所述溝槽的深度可以改變，從而產生所述變化的橫截面積。
18.一種用以密封通過壁上開口的旋轉軸的通道的密封系統，包括根據前述權利要求任一所述的潤滑油控制裝置，該潤滑油控制裝置安裝成與所述軸一起旋轉。
19.一種用以密封通過壁上開口的旋轉軸的通道的密封系統，從而防止供給到與所述軸相連的止推軸承組件中的潤滑油泄漏，該系統包括根據權利要求1到17任一所述的潤滑油控制裝置，該潤滑油控制裝置安裝成與所述軸一起旋轉，而所述軸位于所述壁和所述止推軸承組件之間。
20.一種渦輪增壓器，它包括由壁隔開的一壓縮機箱和一軸承箱；一旋轉軸，安裝在一些包含在所述軸承箱內的軸承系統中，所述軸自軸承箱經所述壁延伸到該壓縮機箱內；及按權利要求1到17任一所述的潤滑油控制裝置，該裝置安裝到所述壁的軸承箱側的所述軸上，從而有助于防止潤滑油從軸承箱泄漏到壓縮機箱中。
21.如權利要求20所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述壁是壓縮機后板或者獨立的潤滑油密封盤，它適合與潤滑油控制裝置配合工作。
22.如權利要求21所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述潤滑油控制裝置具有大致徑向延伸的第一軸向端面，該第一軸向端面在運行中與所述板接合，至少一些所述溝槽被限定在所述第一端面上。
23.如權利要求21或者22所述的渦輪增壓器，其特征在于，所述潤滑油控制裝置具有大致徑向延伸的第二軸向端面，該第二軸向端面面對所述推力軸承組件，至少一些所述溝槽在所述第二端面上形成。
24.一種參照附圖基本上如前所述的潤滑油控制裝置。
25.一種參照附圖基本上如前所述的密封系統。
26.一種參照附圖基本上如前所述的渦輪增壓器。
全文摘要
一種潤滑油控制裝置,它安裝在一種系統中,從而密封通過開口的旋轉軸(3)的通道。該潤滑油控制裝置包括與所述軸(3)一起進行旋轉的環形件(10),并且設有沿圓周方向隔開的一排通道(24,18),從而當它旋轉時通過離心作用使流體從所述軸(3)中排走。通道(24,18)包括沿著它們的長度方向敞開的溝槽。
文檔編號F01D25/18GK1379184SQ0210498
公開日2002年11月13日 申請日期2002年3月29日 優先權日2001年3月30日
發明者J·麥尤恩 申請人:奧爾塞特工程有限公司