CN102639838B - 涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮增压器，是可变容量型的涡轮增压器，具备：将涡轮叶轮支承为旋转自如的轴承壳体；以及使供给至上述涡轮叶轮的排出气体的流量可变的排气喷嘴，上述排气喷嘴具有设置于上述轴承壳体侧的排气导入壁，其中，该涡轮增压器具有密封部件，该密封部件呈环状，用于遮挡形成于上述轴承壳体与上述排气导入壁之间的间隙，上述密封部件的内周缘部压接于上述轴承壳体，上述密封部件的外周缘部压接于上述排气导入壁。

Description

涡轮增压器
技术领域
本发明涉及利用从发动机排出的排出气体的能量来对供给至发动机的空气进行增压的涡轮增压器，特别涉及可变容量型的涡轮增压器。
背景技术
以往，公知有在从低转速区域直到高转速区域的大范围内能够实现发动机的性能提高的可变容量型的涡轮增压器。
这里，在专利文献1中，公开了可变容量型的涡轮增压器。
上述涡轮增压器为涡轮壳体和压缩机壳体经由轴承壳体一体地连结而成的结构，设置于涡轮壳体内的涡轮叶轮和设置于压缩机壳体内的压缩机叶轮通过旋转轴连结，该旋转轴旋转自如地设置于轴承壳体内。
在涡轮壳体设置有排出气体的流入口，从该流入口流入的排出气体被导入涡轮壳体内的涡轮涡旋流路。在轴承壳体的涡轮壳体侧设置有可变喷嘴单元（排气喷嘴），该可变喷嘴单元将导入上述涡轮涡旋流路的排出气体引导至涡轮叶轮，并且使该排出气体的流量可变。
可变喷嘴单元具备：作为涡轮壳体侧的排气导入壁的护环；以及作为轴承壳体侧的排气导入壁的喷嘴环，喷嘴环和护环以具有预定间隔的状态连结。在喷嘴环和护环之间呈环状地配置有多个喷嘴叶片，所述多个喷嘴叶片用于调节排出气体的流量。
在可变喷嘴单元的护环与涡轮壳体之间设置有预定的间隙。本来是不需要该间隙的，但由于涡轮壳体在冷时和热时之间引起热变形，相对于护环的相对位置关系会发生改变，因此设置了该间隙。
但是，由于涡轮涡旋流路内的排出气体通过上述间隙并向涡轮壳体的出口侧漏出而使涡轮增压器的涡轮效率降低，所以为了封闭该间隙，而在从护环的内周缘部向涡轮壳体侧延伸设置的呈大致圆筒状的延伸设置部的外周面和与该延伸设置部的外周面对置的涡轮壳体的内周面之间配置有密封用C型环。上述C型环利用弹性体形成，借助其弹性力能够追随涡轮壳体的热变形。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-125588号公报（第14页、图1）。
另一方面，在可变喷嘴单元的喷嘴环与涡轮壳体之间也设置有预定的间隙，该间隙用于吸收涡轮壳体的由热变形引起的相对于喷嘴环的相对位置的变化。
由于该间隙与涡轮涡旋流路连通，所以排出气体流入该间隙，并通过喷嘴环与轴承壳体之间的间隙，漏出到涡轮叶轮的设置部位。
这里，在喷嘴环与轴承壳体之间设置有作为环状平板的遮挡板。不过，该遮挡板不具有积极地遮挡喷嘴环与轴承壳体之间的间隙的功能，由于排出气体从上述间隙漏出，使通过可变喷嘴单元导入涡轮叶轮的设置部位的排出气体的流动紊乱，结果存在涡轮增压器的涡轮效率降低的问题。
发明内容
本发明就是鉴于这种情况而完成的，其目的在于提供能够防止排出气体从喷嘴环与轴承壳体之间的间隙漏出并能够提高涡轮效率的涡轮增压器。
为了解决上述课题，本发明采用以下的技术方案。
本发明的涡轮增压器采用如下结构，其是可变容量型的涡轮增压器，具备：将涡轮叶轮支承为旋转自如的轴承壳体；以及使供给至涡轮叶轮的排出气体的流量可变的排气喷嘴，排气喷嘴具有设置于轴承壳体侧的排气导入壁，其中，该涡轮增压器具有密封部件，该密封部件呈环状，用于遮挡形成于轴承壳体与排气导入壁之间的间隙，密封部件的内周缘部压接于轴承壳体，密封部件的外周缘部压接于排气导入壁。
在采用这种结构的本发明中，呈环状的密封部件的内周缘部和外周缘部分别压接于轴承壳体和排气导入壁，因此，轴承壳体与排气导入壁之间的间隙被遮挡，能够防止排出气体从该间隙漏出。因此，通过可变喷嘴单元导入涡轮叶轮的设置部位的排出气体的流动不会紊乱，能够保持整流的状态。
并且，本发明的涡轮增压器采用密封部件是碟形弹簧的结构。
在采用这种结构的本发明中，由于碟形弹簧具有弹性力，所以碟形弹簧的内周缘部和外周缘部能够分别压接于轴承壳体和排气导入壁。并且，在本发明中，即便轴承壳体和排气导入壁因排出气体的热而热变形，由于碟形弹簧具有弹性力，也能够追随上述热变形。
并且，本发明的涡轮增压器采用这样的结构：碟形弹簧的外周缘部具有向远离排气导入壁的一侧弯曲的弯曲部。
在采用这种结构的本发明中，上述外周缘部具有弯曲部，由此，能够在碟形弹簧的周向上与排气导入壁均匀地接触，能够可靠地防止排出气体从该接触部漏出。
并且，本发明的涡轮增压器采用这样的结构：在轴承壳体的涡轮叶轮侧配置有环状平板即隔热板，碟形弹簧设置于隔热板与轴承壳体之间。
在采用这种结构的本发明中，隔热板防止导入涡轮叶轮的设置部位的排出气体的热传递至碟形弹簧，因此能够防止碟形弹簧的热劣化。
并且，本发明的涡轮增压器采用这样的结构：轴承壳体的从与涡轮叶轮对置的面向涡轮叶轮侧突出的凸部嵌合于隔热板的内周缘部，隔热板和轴承壳体夹持碟形弹簧的内周缘部。
在采用这种结构的本发明中，由于隔热板和轴承壳体夹持碟形弹簧的内周缘部，所以能够可靠地防止排出气体从该夹持部漏出。
发明效果
根据本发明，能够得到以下效果。
根据本发明，具有如下效果：能够防止排出气体从喷嘴环与轴承壳体之间的间隙漏出，因此能够提高涡轮增压器的涡轮效率。
附图说明
图1是表示本实施方式的涡轮增压器的整体结构的示意图。
图2是图1中的可变喷嘴单元周围的放大图。
图3是本实施方式的碟形弹簧的示意图。
图4是表示碟形弹簧的另一结构的示意图。
附图标记说明
1涡轮增压器；2轴承壳体；2A对置面；2B凸部；5可变喷嘴单元（排气喷嘴）；23涡轮叶轮；52喷嘴环（排气导入壁）；62隔热板；63碟形弹簧（密封部件）；63a内周缘部；63b外周缘部；63c弯曲部。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的一个实施方式的涡轮增压器。
图1是表示本实施方式的涡轮增压器1的整体结构的示意图，图2是图1中的可变喷嘴单元5周围的放大图，图3是本实施方式的碟形弹簧63的示意图，图3的（a）是碟形弹簧63的俯视图，图3的（b）是沿着图3的（a）的X-X线的剖视图。另外，上述附图中的箭头F表示前方。
首先，参照图1说明本实施方式的涡轮增压器1的整体结构。
如图1所示，本实施方式的涡轮增压器1是利用从未图示的发动机导出的排出气体的能量来对供给至发动机的空气进行增压的可变容量型的涡轮增压器。
涡轮增压器1具备：轴承壳体2；通过紧固螺栓2a连接于轴承壳体2的前侧周缘部的涡轮壳体3；以及通过紧固螺栓2b连接于轴承壳体2的后侧周缘部的压缩机壳体4。
在轴承壳体2内经由轴承22旋转自如地支承着沿前后方向延伸的涡轮轴21。在涡轮轴21的前端部一体地连结着涡轮叶轮23，在涡轮轴21的后端部一体地连结着压缩机叶轮24。另外，涡轮叶轮23设置于涡轮壳体3内，压缩机叶轮24设置于压缩机壳体4内。
在涡轮壳体3内且在涡轮叶轮23的径向外侧，设置有呈大致环状的可变喷嘴单元（排气喷嘴）5。
涡轮壳体3具有：设置于涡轮叶轮23的径向外侧的涡轮涡旋流路31；以及作为排出气体的排气口的涡轮壳体出口32。
涡轮涡旋流路31以包围涡轮叶轮23的方式形成为大致环状，与用于导入排出气体的未图示的气体流入口连通。并且，涡轮涡旋流路31与可变喷嘴单元5内的后述的喷嘴流路5A连通。另外，上述气体流入口连接于未图示的发动机中的排气口。
涡轮壳体出口32在涡轮壳体3的前侧开口，经由涡轮叶轮23的设置部位而与喷嘴流路5A连通。并且，涡轮壳体出口32连接于未图示的排出气体净化装置。
在压缩机壳体4形成有在后侧开口且与未图示的空气过滤器连接的吸气口41。并且，在轴承壳体2与压缩机壳体4之间，在压缩机叶轮24的径向外侧大致环状地形成有扩压流路42，该扩压流路42用于压缩空气使其升压。并且，扩压流路42经由压缩机叶轮24的设置部位而与吸气口41连通。
另外，压缩机壳体4具有在压缩机叶轮24的径向外侧形成为大致环状的压缩机涡旋流路43，压缩机涡旋流路43与扩压流路42连通。另外，压缩机涡旋流路43与未图示的发动机的吸气口连通。
接着，参照图1至图3说明可变喷嘴单元5的结构。
如图2所示，可变喷嘴单元5具有：设置于涡轮壳体3侧的护环51；与护环51对置地设置于轴承壳体2侧的喷嘴环（排气导入壁）52；以及保持于护环51与喷嘴环52之间的多个喷嘴叶片53。
另外，喷嘴流路5A形成于护环51与喷嘴环52之间。
护环51呈这样的形状：在形成为大致环状的板状部件的内周缘部连接着延伸设置部51E，该延伸设置部51E向涡轮壳体出口32侧延伸且呈大致圆筒状。并且，在护环51形成有在上述板状部件的厚度方向上贯通的多个第一孔部51a。
喷嘴环52是形成为大致环状的板状部件，形成有在厚度方向上贯通的多个第二孔部52a。
如图1所示，护环51和喷嘴环52经由多个连结销57以形成预定间隔的方式连结。另外，连结销57贯穿插入护环51，并贯通喷嘴环52而向后侧突出。
在喷嘴环52的后侧，经由连结销57一体地设置有安装环58，安装环58的外周缘部由涡轮壳体3和轴承壳体2夹持并支承。即，喷嘴环52经由安装环58支承于轴承壳体2和涡轮壳体3。
喷嘴叶片53在周向上等间隔地在喷嘴环52与护环51之间设置有多个，分别绕与涡轮叶轮23的旋转轴平行的轴旋转自如。
各喷嘴叶片53具有：呈大致矩形的作为板状部件的喷嘴叶片主体54；从喷嘴叶片主体54的一边突出的第一叶片轴55；以及从与该一边对置的边突出的第二叶片轴56。
第一叶片轴55旋转自如地贯穿插入于护环51的第一孔部51a，第二叶片轴56旋转自如地贯通于喷嘴环52的第二孔部52a并向喷嘴环52的后侧突出。
如图2所示，在护环51与涡轮壳体3之间形成有间隙S1，该间隙S1用于在涡轮壳体3引起了热变形的情况下吸收相对于护环51的相对移动。并且，为了防止排出气体从间隙S1漏出，在护环51的延伸设置部51E的外周面与涡轮壳体3的内周面之间设有用于遮挡间隙S1的两个C型环61。
并且，在喷嘴环52与涡轮壳体3之间形成有第二间隙S2，该第二间隙S2用于在涡轮壳体3引起了热变形的情况下吸收相对于喷嘴环52的相对移动。而且，在喷嘴环52与轴承壳体2之间形成有第三间隙S3，第三间隙S3与第二间隙S2连通，并且开口并连通于涡轮叶轮23的设置部位。
在轴承壳体2与涡轮叶轮23之间设有隔热板62，该隔热板62用于防止导入涡轮叶轮23的设置部位的排出气体的热向轴承壳体2侧传递。隔热板62是包围涡轮轴21并呈环状的板状部件，在隔热板62的内周缘部嵌合着凸部2B，该凸部2B从轴承壳体2的与涡轮叶轮23对置的对置面2A向前侧突出，隔热板62的外周缘部与喷嘴环52的内周面抵接。
在隔热板62的后侧、即第三间隙S3中的相对于涡轮叶轮23的设置部位的开口部设置有碟形弹簧（密封部件）63。
如图3所示，碟形弹簧63是形成为环状的板状部件，具有碟形弹簧63的内周缘部63a和外周缘部63b关于碟形弹簧63的中心轴方向偏移的形状，是在该中心轴方向上具备弹性力的弹簧部件。
如图2所示，在碟形弹簧63的中心开口部贯通有轴承壳体2的凸部2B，碟形弹簧63的内周缘部63a由隔热板62和轴承壳体2的对置面2A无间隙地夹持。另一方面，碟形弹簧63的外周缘部63b无间隙地抵接于喷嘴环52的与轴承壳体2对置的第二对置面52B。
这里，碟形弹簧63以从其自然长度（不施加任何负荷的情况下的长度）被压缩后的状态设置于喷嘴环52与轴承壳体2之间，因此，碟形弹簧63的内周缘部63a压接于轴承壳体2的对置面2A，碟形弹簧63的外周缘部63b压接于喷嘴环52的第二对置面52B。
接着，参照图1说明本实施方式中的使各喷嘴叶片53同步旋转的同步机构7的结构。
如图1所示，在可变喷嘴单元5的后侧设置有用于使各喷嘴叶片53同步旋转的同步机构7。
同步机构7包围涡轮叶轮23并呈环状，分别与各喷嘴叶片53的第二叶片轴56连结。并且，同步机构7经由驱动轴71和驱动杆72连结于用于使同步机构7动作的未图示的气缸等致动器。
接着，说明本实施方式的涡轮增压器1的动作。
首先，对涡轮增压器1的利用排出气体的能量来对供给至发动机的空气进行增压的动作进行说明。
从发动机的排气口排出的排出气体通过涡轮壳体3的气体流入口而导入涡轮涡旋流路31。接着，排出气体从涡轮涡旋流路31被导入喷嘴流路5A。此时，根据发动机的转速，即被导入喷嘴流路5A的排出气体的流量，通过未图示的致动器和同步机构7的动作使各喷嘴叶片53旋转，以使喷嘴流路5A的开口面积变化。利用该开口面积的变化，调节通过喷嘴流路5A的排出气体的流量，结果，能够在从低转速区域直到高转速区域的大范围内实现发动机的性能的提高。
通过了喷嘴流路5A后的排出气体被导入涡轮叶轮23的设置部位，使涡轮叶轮23旋转。然后，排出气体从涡轮壳体出口32排出。
涡轮叶轮23经由涡轮轴21而与压缩机叶轮24连结，因此，通过涡轮叶轮23的旋转，使压缩机叶轮24旋转。
通过压缩机叶轮24的旋转，将从吸气口41导入的空气供给至扩压流路42。空气通过扩压流路42，由此被压缩并升压。升压后的空气通过压缩机涡旋流路43而供给至发动机的吸气口。结果，空气增压供给至发动机，从而能够提高发动机的输出。
以上，涡轮增压器1的增压动作结束。
接着，对碟形弹簧63遮挡第三间隙S3中的相对于涡轮叶轮23的设置部位的开口部的动作进行说明。
第二间隙S2与涡轮涡旋流路31连通，并且第三间隙S3与第二间隙S2连通，因此，排出气体从涡轮涡旋流路31通过第二间隙S2流入第三间隙S3。
这里，碟形弹簧63设置于喷嘴环52与轴承壳体2之间，因此，碟形弹簧63遮挡第三间隙S3中的相对于涡轮叶轮23的设置部位的开口部。
因此，碟形弹簧63防止流入第三间隙S3的排出气体向涡轮叶轮23的设置部位漏出。结果，通过可变喷嘴单元5导入涡轮叶轮23的设置部位的排出气体的流动不会紊乱，能够保持整流的状态。
并且，即便喷嘴环52和轴承壳体2因排出气体的热而热变形，由于碟形弹簧63具有弹性力，也能够追随上述热变形。
另外，隔热板62防止导入涡轮叶轮23的设置部位的排出气体的热传递至碟形弹簧63，因此，能够防止碟形弹簧63的弹性力因热而丧失（所谓的热劣化）。
因此，根据本实施方式，能够得到以下的效果。
在本实施方式中，能够防止排出气体从喷嘴环52与轴承壳体2之间的间隙漏出，因此，具有能够提高涡轮增压器1的涡轮效率的效果。
另外，在上述的实施方式中示出的动作步骤、或者各构成部件的各形状或组合等只是一例，在不脱离本发明主旨的范围内能够基于处理条件和设计要求等进行各种变更。
例如在上述实施方式中，作为遮挡喷嘴环52与轴承壳体2之间的间隙的密封部件采用碟形弹簧63，但该密封部件只要是在前后方向上具有弹性力的部件即可，例如也可以是在前后方向上伸缩的呈波纹状的大致圆筒状的部件。
并且，在上述实施方式中，碟形弹簧63的外周缘部63b在其端缘压接于喷嘴环52的第二对置面52B，但也可以如图4所示，外周缘部63b具有向远离喷嘴环52的一侧弯曲的弯曲部63c。
图4是表示碟形弹簧63的另一结构的示意图。
若采用这样的结构，则能够使弯曲部63c以相对于喷嘴环52的第二对置面52B在碟形弹簧63的周向上均匀接触的方式形成，因此，能够可靠地防止排出气体从该接触部漏出。
工业实用性
根据本发明，能够防止排出气体从喷嘴环与轴承壳体之间的间隙漏出，因此能够提高涡轮增压器的涡轮效率。

Claims (3)

1.一种涡轮增压器，是可变容量型的涡轮增压器，具备：涡轮涡旋流路；将涡轮叶轮支承为旋转自如的轴承壳体；以及使从上述涡轮涡旋流路供给至上述涡轮叶轮的排出气体的流量可变的排气喷嘴，上述排气喷嘴具有设置于上述轴承壳体侧的排气导入壁，其中，
该涡轮增压器具有密封部件，该密封部件呈环状，用于遮挡形成于上述轴承壳体与上述排气导入壁之间而与上述涡轮涡旋流路连通的间隙，
上述密封部件的内周缘部压接于上述轴承壳体，上述密封部件的外周缘部压接于上述排气导入壁，其特征在于，
上述密封部件是碟形弹簧，
在上述轴承壳体的上述涡轮叶轮侧配置有环状平板即隔热板，上述碟形弹簧设置于上述隔热板与上述轴承壳体之间。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，
上述碟形弹簧的外周缘部具有向远离上述排气导入壁的一侧弯曲的弯曲部。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮增压器，其特征在于，
上述轴承壳体的从与上述涡轮叶轮对置的面向上述涡轮叶轮侧突出的凸部嵌合于上述隔热板的内周缘部，上述隔热板和上述轴承壳体夹持上述碟形弹簧的内周缘部。
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