CN101946069B

CN101946069B - 涡轮增压器

Info

Publication number: CN101946069B
Application number: CN2008801271304A
Authority: CN
Inventors: 松山良满; 高桥幸雄
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2008-02-20
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2028-12-09
Also published as: CN101946069A; US20100310365A1; EP2243939A1; JP2009197633A; KR20100093617A; WO2009104232A1; EP2243939A4; KR101182121B1

Abstract

以简单的构成防止气体通过涡轮壳体与排气喷嘴之间所具有的间隙从高压侧向低压侧泄漏的涡轮增压器。该涡轮增压器具有：配置在涡轮壳体(1)的涡形通路(8)与涡轮叶轮(4)之间的排气喷嘴(9)、形成于排气喷嘴(9)的后表面(24)与涡轮壳体(1)之间的间隙(19)、将间隙(19)封闭的密封装置(25)，密封装置(25)具有密封部件(29)，而该密封部件(29)具有环形的一处被狭缝切断的C字形形状且内周端沿着涡轮壳体(1)配置，密封部件(29)构成为在涡形通路(8)的气体压力的作用下外周端(33)向排气喷嘴(9)的后表面(24)接近，并且直径缩小而使得狭缝端部彼此接近的同时内周端(28)向前述涡轮壳体(1)接近。

Description

涡轮增压器

技术领域

本发明涉及防止气体经由涡轮壳体与排气喷嘴之间所具有的间隙从高压侧向低压侧泄漏的涡轮增压器。

背景技术

图1展示应用本发明的现有变容型涡轮增压器的一个例子。该涡轮增压器中，涡轮壳体1与压缩机壳体2中间隔着轴承壳体3通过联接螺栓3a、3b组装成一体，配置在涡轮壳体1内的涡轮叶轮4与配置在压缩机壳体2内的压缩机叶轮5通过经由轴承6而回转自如地支撑在轴承壳体3内的涡轮轴7连接在一起。

此外，在上述轴承壳体3的涡轮壳体1一侧，如图2的放大图所示，设置有用来将被导入涡轮壳体1的涡形通路8中的流体(废气)导入前述涡轮叶轮4中的排气喷嘴9。

排气喷嘴9，以轴承壳体3一侧的前排气导入壁10与涡轮壳体1一侧的后排气导入壁11保持所需要的间隔的状态，通过例如设置在圆周方向上三处的固定部件12组装成一体。此外，在前排气导入壁10的前表面(轴承壳体3一侧表面)上固定有安装部件13，在进行前述涡轮壳体1与轴承壳体3的组装时，通过由涡轮壳体1与轴承壳体3夹持前述安装部件13而固定着排气喷嘴9。再有，在进行上述组装时，前述排气喷嘴9通过定位销14而相对于轴承壳体3定位。

在前排气导入壁10与后排气导入壁11的彼此之间，环状地配置有多个喷嘴叶片15，各喷嘴叶片15至少通过穿过前排气导入壁10的叶片轴16a能够回转地支撑在前排气导入壁10上。图1、图2的例子展示了固定在喷嘴叶片15的两侧的叶片轴16a、16b分别穿过前排气导入壁10和后排气导入壁11，各喷嘴叶片15得到双端支撑的情况，但也有仅叶片轴16a穿过前排气导入壁10、喷嘴叶片阀15被悬臂支撑的情况。

图1中，17a、17b、17c、17d是用来对前述喷嘴叶片15的开闭角度进行调节的连杆式传动机构，18是形成于压缩机壳体2中的涡形通路。

此外，在前述涡轮壳体1与排气喷嘴9的后排气导入壁11之间设置有间隙19。该间隙19本来是不需要的，是由于涡轮壳体1在冷态与热态之间发生热变形以及在组装部件上存在精度上的离散性等而设置的。

当具有上述间隙19时，高压侧涡形通路8的废气会通过间隙19向涡轮叶轮出口20无谓地漏出，因而为了将间隙19封闭，有人提出这样的方案，即，在后排气导入壁11的向下游延伸设置的延伸部11’外表面、和与该延伸部11’相对向的涡轮壳体1的内表面1’之间配置密封用活塞环21，以防止气体泄漏并对热变形进行吸收(专利文献1)。

专利文献1如图2所示，在后排气导入壁11的延伸部11’的外周面上设置环形的凹槽22，将通常为两片的密封用活塞环21以开口(缺口)不重叠的状态错开位置配置在该凹槽22中而构成密封装置23，使前述密封用活塞环21的外周面在弹性力的作用下压贴在涡轮壳体1的内表面1’上以防止气体泄漏。

专利文献1：特开2006-125588号公报

但是，即使如图2所示，将密封用活塞环21配置在凹槽22中以防止气体泄漏，也存在着要想将气体的泄漏量抑制在很小程度也有限度的问题。也就是说，前述密封用活塞环21具有开口(缺口)而不是连续的环，因而即使将两条密封用活塞环21的开口的位置错开配置，也存在着气体经由上述开口泄漏的问题。

再有，密封用活塞环21在具有既定的弹性力，通过向涡轮壳体1的内表面1’上按压而进行密封的结构上必须具有高的强度，因此，即使将涡轮壳体1的内表面1’加工成很高的圆度，如果密封用活塞环21的圆度稍微有点误差，便会在涡轮壳体1的内表面1’与密封用活塞环21之间产生间隙，因而存在着气体从密封用活塞环21的外周部泄漏的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述实际情况创造出来的，其目的是，提供一种能够以简单的构成有效防止气体经由涡轮壳体与排气喷嘴之间所具有的间隙从高压侧向低压侧泄漏的涡轮增压器。

本发明作为一种涡轮增压器，具有：配置在涡轮壳体的涡形通路与涡轮叶轮之间的排气喷嘴、形成于该排气喷嘴的后表面与前述涡轮壳体之间的间隙、以及将该间隙封闭的密封装置，其特征是，前述密封装置具有密封部件，而该密封部件具有环形的一处被狭缝切断的形状且内周端沿着前述涡轮壳体配置，该密封部件构成为在涡形通路的气体压力的作用下外周端向排气喷嘴的后表面接近，并且直径缩小而使得狭缝端部彼此接近的同时内周端向前述涡轮壳体接近。

上述涡轮增压器的优选方案是，前述狭缝形成为相对于内周端一侧、外周端一侧的间隙增大。

此外，上述涡轮增压器的优选方案是，前述密封部件具有从涡轮壳体一侧向排气喷嘴一侧直径逐渐增大的大致截头圆锥形状。

根据本发明的涡轮增压器，当将密封部件的内周端沿着涡轮壳体上所形成的台阶配置时，密封部件承受涡形通路的气体压力的作用而其外周端向前述排气喷嘴的后表面接近，并且，在涡形通路的气体压力与间隙的压力的压力差的作用下密封部件的直径缩小，使得狭缝端部彼此接近的同时内周端向前述台阶接近，因此，具有能够以简单的构成将涡轮壳体与排气喷嘴的后表面之间的间隙以高密封性封闭的良好的效果。

附图说明

图1是对现有涡轮增压器的一个例子进行展示的剖视侧视图。

图2是图1的喷嘴部附近的剖视侧视图。

图3是对本发明的一个实施例进行展示的喷嘴部附近的剖视侧视图。

图4是对采用与图3不同的支撑排气喷嘴的喷嘴叶片的支撑方法的例子进行展示的剖视侧视图。

图5是图3、图4中的密封部件的主视图。

图6是对图5的密封部件上的狭缝形状的例子进行展示的主视图。

图7是对本发明的其它实施例进行展示的喷嘴部附近的剖视侧视图。

图8是对图7的变型例进行展示的喷嘴部附近的剖视侧视图。

附图标记说明：

1 涡轮壳体

4 涡轮叶轮

8 涡形通路

9 排气喷嘴

19 间隙

25 密封装置

28 内周端

29 密封部件

29a、29b 狭缝端部

30 狭缝

33 外周端

具体实施方式

下面，对本发明的实施例参照附图进行说明。

图3是对在图1、图2的涡轮增压器中应用本发明一实施例的例子进行展示的附图，为了防止涡形通路8的气体通过涡轮壳体1与排气喷嘴9的后表面24之间形成的间隙19向涡轮叶轮4一侧漏出，在涡轮壳体1与排气喷嘴9的后表面24之间设置有密封装置25。

此外，图3展示了密封装置25适用于具有如下排气喷嘴9的涡轮增压器中的情况，即，该9固定在喷嘴叶片15两侧的叶片轴16a、16b分别穿过前排气导入壁10和后排气导入壁11，各喷嘴叶片15被双端支撑，而相对于此，如图4所示，也同样可以适用于具有如下排气喷嘴9的涡轮增压器中，即，该排气喷嘴9只有叶片轴16a穿过前排气导入壁10、喷嘴叶片15得被悬臂支撑。

前述密封装置25在涡轮壳体1的与排气喷嘴9的后表面24相向地形成间隙9的部分26的外周位置上设置有与涡轮轴平行的筒形的台阶27，进而，在该台阶27上配置内周端28与之嵌合的密封部件29。

如图5所示，密封部件29由大致截头圆锥形状的金属薄板制成，具有在圆周方向上的一处被宽度为0.2～0.8mm左右的狭缝30切断的形状(C型)，密封部件29的内周端28如图3、图4所示，向远离排气喷嘴9的方向弯曲而嵌合在前述台阶27上，而密封部件29的外周端33具有：直径从前述内周端28向排气喷嘴9的后表面24的外周端一侧增大的圆锥形状的直线部31、以及弯曲成与排气喷嘴9的后表面24紧贴的弯曲部32。

此时，密封部件29的内周端28在前述台阶27上以具有微小间隙的状态与之嵌合，使得能够在涡形通路8内的气体压力的作用下在轴向上移动，此外，密封部件29以这样的变形强度(厚度)形成，即，在涡形通路8内的气体压力的作用下狭缝端部29a、29b彼此接近而直径缩小。

也就是说，涡形通路8的气体压力作用在密封部件29上，此时，与间隙19连通的狭缝30部分的压力相对于涡形通路8的气体压力要低。因此，在作用在密封部件29上的气体压力与狭缝30部分的压力的压力差的作用下，前述狭缝端部29a、29b受到将彼此拉近的力的作用而彼此接近，而且内周端28也向台阶27接近，因而密封部件29的直径缩小。

此外，在如上所述密封部件29的直径缩小时，为了使狭缝端部29a、29b成为大致紧贴的状态，也可以如图6所示地使狭缝30的间隔呈楔形形成，即，相对于内周端28一侧的间隔S1，朝向外周端33一侧间隔逐渐变大到间隔S2。

根据上述实施例，将如下工作。

在图3、图4所示的实施例中，在图5所示的密封部件29的内周端28与涡轮壳体1上所形成的台阶27嵌合后，如图1所示地使用紧固螺栓3a将涡轮壳体1与轴承壳体3组装成一体。

如图3、图4所示配置在涡轮壳体1上的密封部件29被涡形通路8的气体压力(涡形通路8的压力与间隙19的压力之压差)向方向A推压，因而密封部件29的外周端33的弯曲部32向排气喷嘴9上的后排气导入壁11的后表面24接近并与之紧密接触。

另一方面，相对于作用在密封部件29上的气体压力，狭缝30(图5)部的压力要低，因而在该压力差的作用下狭缝端部29a、29b被彼此拉近而接近，同时内周端28也向台阶27接近，因而密封部件29的直径缩小。

如上所述，密封部件29的外周部32与排气喷嘴9的后表面24紧贴从而将其与排气喷嘴9之间封闭，并且，密封部件29的直径缩小而使得密封部件29的狭缝端部29a、29b彼此接近的同时内周端28向台阶27接近，因此，能够以简单的构成将涡轮壳体1与排气喷嘴9之间的间隙19以高密封性封闭。此外，当如图6所示，形成为相对于狭缝30的内周端28一侧的间隔S1、外周端33一侧的间隔S2增大时，在密封部件29的直径缩小时，狭缝端部29a、29b将均匀地接近而大致紧贴，因而能够进一步提高狭缝30处的密封性。

图7是展示本发明的其它实施例的附图，具有C字形的密封部件29具有大致呈L字形的断面，在涡形通路8的气体压力的作用下，外周端33向排气喷嘴9上的后排气导入壁11的后表面接近，并且构造上直径能够缩小而使得狭缝端部29a、29b彼此接近的同时内周端28向涡轮壳体1上所形成的台阶27接近，如图5所示。即使是图7的密封部件29的形状，通过利用涡形通路8的废气的压力将间隙19封闭，也能够减少废气从间隙19的泄漏。此外，在图7的实施例中，设置有突出的突出部35以使得从前述涡轮壳体1向后排气导入壁11的外周部形成导入间隔34，将与导入间隔34连通的导入室36设置在涡轮壳体1上从而形成台阶27，在该台阶27上配置前述密封部件29。因此，根据图7的形状，来自前述涡形通路8的废气被突出部35稳定地导向排气喷嘴9。

再有，具有C字形的密封部件29也可以如图8所示呈阶梯状形成，使得内周端28沿着台阶27向排气喷嘴9方向延伸后再向径向的外侧延伸，继而与涡轮轴平行地向排气喷嘴9方向延伸而使得外周端33向排气喷嘴9上的后排气导入壁11的后表面接近，此外，也可以做成其它各种形状。

由于上述密封部件29的构成能够做得非常简单，因而能够以低成本、高生产率进行制造。

另一方面，当如图3所示，在比叶片轴16b从后排气导入壁11中穿过的通孔16’的位置更靠废气的上游侧(涡形通路8一侧)设置由前述密封部件29构成的密封装置25而进行密封时，相对于经由排气喷嘴9的废气的压力，密封部件29的下游侧的间隙19的压力要低，因而排气喷嘴9内的废气将经由叶片轴16b的通孔16’向间隙19一侧流出，再有，在前述排气喷嘴9内压力与间隙19的压力之压力差的作用下，喷嘴叶片15被向后排气导入壁11一侧推压而发生位移，叶片轴16b所具有的凸肩16”被按压到后排气导入壁11上以将前述通孔16’封闭，从而能够防止排气喷嘴9的气体经由叶片轴16b的通孔16’流出而使密封性提高。

本发明并不仅仅受上述实施例的限定，毋庸置疑，在不超出本发明要旨的范围内可以增加各种各样的变更。

本发明使涡轮增压器具有这样的密封部件，即，在涡形通路的气体压力的作用下外周端向排气喷嘴的后表面接近，并且直径缩小而使得狭缝端部彼此接近的同时内轴端向涡轮壳体接近，能够在提高涡轮增压器的密封性时使用。

Claims

1.一种涡轮增压器，具有：配置在涡轮壳体的涡形通路与涡轮叶轮之间的排气喷嘴、形成于该排气喷嘴的后表面与前述涡轮壳体之间的间隙、以及将该间隙封闭的密封装置，其特征是，前述密封装置具有密封部件，而该密封部件具有环形的一处被狭缝切断的形状、内周端沿着前述涡轮壳体配置且形成为从涡轮壳体一侧向排气喷嘴一侧直径逐渐增大的大致截头圆锥形状，该密封部件构成为在涡形通路的气体压力的作用下外周端向排气喷嘴的后表面接近，并且直径缩小而使得狭缝端部彼此接近的同时内周端向前述涡轮壳体接近。

2.如权利要求1所记载的涡轮增压器，其特征是，前述狭缝形成为相对于内周端一侧、外周端一侧的间隙增大。