CN101012772A - 带可变喷嘴的涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

具有被涡轮叶轮(2)驱动旋转且压缩空气的压缩机叶轮(4)、连结涡轮叶轮(2)和压缩机叶轮(4)的轴(5)、可旋转地支承轴(5)的轴承壳体(6)、将上述涡轮叶轮(2)收纳在内部的涡轮壳体(7)、设置在涡轮叶轮(2)的半径方向外侧的压缩机叶轮(4)侧且调整朝向涡轮叶轮(2)的排气流量的可变喷嘴机构(12)，轴承壳体(6)具有扩径部(6a)，所述扩径部(6a)向半径方向外侧延伸，且在半径方向外侧部分处与涡轮壳体(7)结合，而在与涡轮壳体(7)之间收纳可变喷嘴机构(12)，在扩径部(6a)和可变喷嘴机构(12)之间，设置防止可变喷嘴机构(12)与扩径部(6a)之间的传热的隔热板(21)。

Description

带可变喷嘴的涡轮增压器
技术领域
本发明涉及带可变喷嘴的涡轮增压器，更详细而言，涉及具有可抑制压缩机侧的推力轴承等的温度上升的机构的带可变喷嘴的涡轮增压器。
背景技术
涡轮增压器是为了例如汽车用发动机的高输出而使用的增压器。在涡轮增压器中，通过发动机的排气能量来转动涡轮叶轮，并通过该涡轮的输出来令压缩机叶轮旋转，由此从压缩机向发动机供给压缩空气。由此，可令发动机为自然进气以上的增压状态。
该涡轮增压器，在发动机低速旋转时，由于为低排气流量，所以涡轮几乎不工作。因此，在旋转到高速旋转区域的发动机中，到涡轮高效地旋转需要时间，不能快速地得到涡轮效果。
因此，开发有从低旋转区域开始也可高效地动作的带可变喷嘴的涡轮增压器(VGS(Variable Geometry System)涡轮增压器)。该带可变喷嘴的涡轮增压器，通过可动翼将少量的排气流量挤入并增加排气速度，令涡轮的工作量变大，由此在低速旋转时，也可得到高输出。这样的带可变喷嘴的涡轮增压器公开在例如专利文献1中。
[专利文献1]
特公平7-13468号公报《涡轮增压器》
但是，在带可变喷嘴的涡轮增压器中，存在下述问题，即，在发动机停止而冷却轴承壳体的压力油停止时，由于轴承壳体的从涡轮侧向压缩机侧的热传递(热量渗透)而使设置在轴承壳体的压缩机侧的推力轴承等的温度超过临界温度250℃，而上升到300℃左右。另外，在不带可变喷嘴的涡轮增压器中没有特别指示出这样的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于在带可变喷嘴的涡轮增压器中，提供一种具有可将推力轴承等的温度维持在临界温度以下的机构的带可变喷嘴的涡轮增压器。
根据本发明，为了实现上述目的，提供一种带可变喷嘴的涡轮增压器，其特征在于，具有：被排气驱动旋转的涡轮叶轮、被该涡轮叶轮驱动旋转并压缩空气的压缩机叶轮、连结上述涡轮叶轮和压缩机叶轮的轴、可旋转地支承该轴的轴承壳体、将上述涡轮叶轮收纳在内部的涡轮壳体、设置在上述涡轮叶轮的半径方向外侧的压缩机叶轮侧且调整朝向涡轮叶轮的排气流量的可变喷嘴机构，上述轴承壳体具有扩径部，所述扩径部向半径方向外侧延伸，且在半径方向外侧部分处与涡轮壳体结合，而在与涡轮壳体之间收纳可变喷嘴机构，在该扩径部和可变喷嘴机构之间，设置防止可变喷嘴机构与扩径部之间的传热的隔热板。
在带可变喷嘴的涡轮增压器中，为了将可变喷嘴机构收纳在涡轮壳体与轴承壳体之间，轴承壳体具有向半径方向延伸而与涡轮壳体的半径方向外侧部分结合的扩径部。因此，轴承壳体比以往大型化且其热容量也与之相应地变大。在压力油冷却中，冷却不完该轴承壳体的扩径部的热。但是，在上述本发明的带可变喷嘴的涡轮增压器中，在半径方向外侧，在可变喷嘴机构与轴承壳体的扩径部之间设置隔热板，所以可防止从涡轮侧向扩径部的传热。即，通过在可变喷嘴机构和轴承壳体之间设置空间而设置前述隔热板，来隔断传热，以使处于高温的涡轮侧部件的辐射热不会直接加热轴承壳体。由此，可抑制轴承壳体的扩径部的加热，其结果，即便在发动机停止而轴承壳体冷却用的压力油停止时，也可将推力轴承等的温度维持在临界温度以下。
根据本发明的优选实施方式，上述隔热板，其半径方向外侧端部被夹持在涡轮壳体和轴承壳体之间。
由此，在组装涡轮增压器时，由于可仅通过在涡轮壳体与轴承壳体之间夹入隔热板来固定隔热板，所以隔热板的固定简单。
此外，隔热板，由于其半径方向外侧端部被夹持在涡轮壳体和轴承壳体之间，所以可以令隔热板的半径方向外侧端部与涡轮壳体和轴承壳体接触且令隔热板的其他部分不与涡轮壳体和轴承壳体接触的方式来安装隔热板。
因此，即便通过处于隔热板的半径方向外侧端部上的接触部分而引起从涡轮侧向轴承壳体的扩径部的传热，由于隔热板的其他部分为非接触，所以可将通过该部分的从涡轮侧向扩径部的传热量控制在最小限度。因此，可进一步有效地防止从涡轮侧向扩径部的传热。
此外，根据本发明的优选实施方式，上述隔热板为中央具有开口部的环状部件，上述轴承壳体具有从上述扩径部向涡轮壳体侧突出且与上述开口部嵌合的缩径部。
由此，在组装涡轮增压器时，只通过使轴承壳体的缩径部与隔热板的开口部嵌合，就可将隔热板安装在轴承壳体上，所以隔热板的安装简单。
在上述本发明中，在可变喷嘴机构和轴承壳体的扩径部之间设置隔热板，所以可防止从涡轮侧向扩径部的传热。由此，可抑制轴承壳体的扩径部的加热，其结果，即便在发动机停止而轴承壳体冷却用的压力油停止时，也可将推力轴承等的温度维持在临界温度以下。
本发明的其他的目的以及有利的特征在参照附图的以下说明中明确。
附图说明
图1是本发明实施方式的带可变喷嘴的涡轮增压器的整体构成图。
图2是图1的A-A线剖视图，是表示可变喷嘴机构的图。
图3是被图1的虚线B包围的部分的放大图。
具体实施方式
参照附图说明本发明的优选实施方式。另外，在各图中相同的部分标注相同的附图标记并省略重复说明。
图1是表示本发明实施方式的带可变喷嘴的涡轮增压器10的轴方向的剖视图。图2是图1的A-A线箭头方向视图，表示调整从发动机向涡轮的排气流量的可变喷嘴机构12。
图1所示的带可变喷嘴的涡轮增压器10，具有：被来自发动机的排气驱动旋转的涡轮叶轮2、被涡轮的驱动力驱动旋转而向发动机供给压缩空气的压缩机叶轮4、连结涡轮叶轮2与压缩机叶轮4的轴5、可旋转地支承轴5的轴承壳体6、将涡轮叶轮2收纳在半径方向内侧的涡轮壳体7、将压缩机叶轮4收纳在半径方向内侧的压缩机壳体8。用于冷却轴承壳体6和推力轴承3等的油供给口9a、油路9b、油排出口9c设置在轴承壳体6上。
在涡轮壳体7的内部，形成送入有来自发动机的排气的涡管11。而且，带可变喷嘴的涡轮增压器10还具有可变喷嘴机构12，控制送入涡管11的排气的流量而调整向位于半径方向内侧的涡轮叶轮2的排气流量。
如图1、图2所示，该可变喷嘴机构12，具有：在圆周方向上隔开间隔而配置的多个可动翼12a、以在轴方向上夹持这些可动翼12a的方式而保持的第1环状部件12b以及第2环状部件12c、固定在多个可动翼12a的轴部的根部且向半径方向外侧延伸的多个传递部件12e、在圆周方向上形成多个与传递部件12e的半径方向外侧的端部卡合的槽14的第3环状部件12d。如从图1所明了的那样，该可变喷嘴机构12设置在涡轮叶轮2的半径方向外侧的压缩机叶轮4侧。
第3环状部件12d借助未图示的缸体等而在圆周方向上旋转，由此，第3环状部件12d的槽14也在圆周方向上移动，分别卡合在槽14上的多个传递部件12e借助该移动而在圆周方向上摆动，与之相伴，可动翼12a也摆动。由此，通过控制可动翼12a的摆动量，控制向涡轮叶轮2的排气流量。
图3是被图1的虚线B包围的部分的放大图。如图1、图3所示，可变喷嘴机构12，设置在涡轮叶轮2的半径方向外侧，为了安装该可变喷嘴机构12，轴承壳体6具有向半径方向外侧延伸而与涡轮壳体7的外侧端部在轴方向上结合的扩径部6a。该扩径部6a的半径方向外侧端部与涡轮壳体7的半径方向外侧端部使用结合板16而通过螺栓17在轴方向上结合。而且，可变喷嘴机构12具有一端部18a固定在第2环状部件12c上的安装部件18，该安装部件18的另一端部18b被夹持在扩径部6a的半径方向外侧端部与涡轮壳体7的半径方向外侧端部之间。即，可变喷嘴机构12，借助安装部件18而被夹持在涡轮壳体7和轴承壳体6之间。这样一来，在涡轮壳体7和轴承壳体6的扩径部6a之间收纳可变喷嘴机构12。另外，轴承壳体6，在涡轮侧端部上具有直径小的缩径部6b。通过可变喷嘴机构12的第3环状部件12d的半径方向中央的开口部，将第3环状部件12d安装在缩径部6b上。
如上所述，由于为了将可变喷嘴机构12安装在涡轮增压器上而令轴承壳体6具有扩径部6a，所以轴承壳体6的半径方向的尺寸变大。着眼于这一点，以往的带可变喷嘴的涡轮增压器10的推力轴承的温度超过临界温度250℃而上升到300℃左右可以认为是由于轴承壳体6大型化且其热容量也变大导致的。即，在以往的基于压力油的冷却构造中，即便在发动机运转中冷却轴承壳体6，也不能充分冷却扩径部6a。因此，扩径部6a与其他部分(例如轴承壳体6的压缩机侧)相比温度高。而且，可以认为若发动机停止后压力油停止，则该热传递到轴承壳体6的压缩机侧(热量渗透)，由此轴承壳体6的压缩机侧的温度上升，推力轴承3的温度超过临界温度250℃而上升到300℃左右。
本发明中，根据推力轴承的温度上升的原因为轴承壳体6的大型化的情况，如下述说明那样基于本发明特有的方法来设置隔热板。
根据本发明的实施方式，以与轴方向垂直的截面为环状的方式安装在半径方向中央具有开口部的隔热板21。如图3所示，通过在隔热板21的开口部中插入轴承壳体6的缩径部来将隔热板21安装在轴承壳体6上。然后，该隔热板21的半径方向外侧端部如图3所示与上述安装部件18的另一端部18b一起被夹持在涡轮壳体7的半径方向外侧端部与扩径部6a的半径方向外侧端部之间。由此，可将隔热板21固定在涡轮壳体7与轴承壳体6之间。
此外，根据该固定方法，可只令隔热板21的半径方向外侧端部与涡轮壳体7和轴承壳体6接触，以便隔热板21的其他部分不与含有涡轮壳体7和轴承壳体6的其他部件接触。
另外，如图3所示，设置令涡管11与第2环状部件12c为连通状态的连通孔22。假如没有该连通孔22，则以第2环状部件12c为边界，在涡管11侧、和第2环状部件12c与第3环状部件12d之间的空间中产生压力差，排气与燃料的未燃碳一起从涡管侧通过可动翼12a的轴的间隙而较长时间地流入第2环状部件12c与第3环状部件12d之间的空间中，在第2环状部件12c与第3环状部件12d之间的空间中充满碳。若碳积存在可变喷嘴机构的滑动部中，则产生可动翼12a的滑动受阻的问题。因此，设置连通孔22来消除压力差，并令较长时间内难以产生从涡管侧通过可动翼12a的轴的间隙而向第2环状部件12c和第3环状部件12d之间的空间的流动，而不会充满碳。进而，连通孔22在消除上述压力差的同时，还具有通过令可变喷嘴机构部的温度在比较短的时间内均匀而防止碳的附着的效果。考虑该情况，在本发明的实施方式中，在比第3环状部件12d还靠轴承壳体6侧设置隔热板21。另外，附图标记23表示以往安装的隔热板。
此外，隔热板21的材料为例如SUS304或者SUS310等不锈钢(JIS G4305等)，但也可为具有隔热效果的其他合适的材料。另外，隔热板21的材料也可与设置在其他部位上的隔热板23的材料相同。
根据上述隔热板21，可防止涡轮侧与轴承壳体6的扩径部6a之间的传热，可抑制大型化的轴承壳体6(特别是扩径部6a)温度的上升。此外，通过隔热板21，可防止从轴承壳体6向涡轮侧的冷热的传递，所以比以往更能防止在喷嘴可变机构附近堆积碳。
进而，将隔热板21的半径方向外侧端部与可变喷嘴机构12的安装部件18一起夹持固定在涡轮壳体7和轴承壳体6之间，所以可将隔热板21简单地安装固定在轴承壳体6上。
而且，根据该固定方法，可令隔热板21的半径方向外侧端部与涡轮壳体7和轴承壳体6接触，并令隔热板21的其他部分与涡轮壳体7和轴承壳体6不接触，所以可将通过该非接触部分的从涡轮侧向扩径部的传热量限制为最小。由此，可更有效地防止从涡轮侧向扩径部6a的传热。
另外，本发明不限定于上述实施方式，当然可在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。例如，在上述实施方式中，在借助螺栓17将涡轮壳体7的半径方向外侧端部与轴承壳体6的扩径部6a的半径方向外侧端部结合的带可变喷嘴的涡轮增压器10中使用隔热板21，但在在半径方向外侧部分的合适的部位结合涡轮壳体7和轴承壳体6、并在这些之间收纳可变喷嘴机构12的涡轮增压器10中，也可使用隔热板21。

Claims (3)

1.一种带可变喷嘴的涡轮增压器，其特征在于，
具有：被排气驱动旋转的涡轮叶轮、
被该涡轮叶轮驱动旋转且压缩空气的压缩机叶轮、
连结上述涡轮叶轮和压缩机叶轮的轴、
可旋转地支承该轴的轴承壳体、
将上述涡轮叶轮收纳在内部的涡轮壳体、
设置在上述涡轮叶轮的半径方向外侧的压缩机叶轮侧且调整朝向涡轮叶轮的排气流量的可变喷嘴机构，
上述轴承壳体具有扩径部，所述扩径部向半径方向外侧延伸，且在半径方向外侧部分处与涡轮壳体结合，而在与涡轮壳体之间收纳可变喷嘴机构，
在该扩径部和可变喷嘴机构之间，设置防止可变喷嘴机构与扩径部之间的传热的隔热板。
2.如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，上述隔热板，其半径方向外侧端部被夹持在涡轮壳体和轴承壳体之间。
3.如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，上述隔热板为中央具有开口部的环状部件，
上述轴承壳体具有从上述扩径部向涡轮壳体侧突出且与上述开口部嵌合的缩径部。
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