CN102762838B - 可变容量式涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

一种涡轮增压器，排气喷嘴（9）由前部排气导入壁（10）和后部排气导入壁（51）夹持喷嘴叶片（15），在该排气喷嘴（9）的后部排气导入壁（51）与涡轮壳体（1）之间具有间隙（19），为了防止涡旋通道（8）的排出气体通过间隙（19）漏出到涡轮叶轮（4）侧，而在比贯通孔（24）的位置靠排出气体上游侧的位置设置有密封装置（25），贯通孔（24）设置于后部排气导入壁（51）并用于使叶片轴（16a）贯通，其中，前部排气导入壁（10）和后部排气导入壁（51）分别形成为圆板形状，在涡轮壳体（1）上设置有阶梯部（50），该阶梯部（50）与圆板形状的后部排气导入壁（51）具有间隙（19）地嵌合。

Description

可变容量式涡轮增压器

技术领域

本发明涉及一种可变容量式涡轮增压器，其能够通过简单的构成提高涡轮效率，而且能够使喷嘴叶片能够进行顺畅的动作。

背景技术

图1是表示应用本发明的可变容量式涡轮增压器的整体结构的纵剖视图。该涡轮增压器中，涡轮壳体1和压缩机壳体2经由轴承壳体3利用紧固螺栓3a、3b而组装成一体，配置在涡轮壳体1内的涡轮叶轮4和配置在压缩机壳体2内的压缩机叶轮5通过涡轮轴7而连结，该涡轮轴7经由轴承6旋转自如地支承于轴承壳体3。

在所述轴承壳体3的涡轮壳体侧设置有排气喷嘴9，该排气喷嘴9用于将导入涡轮壳体1的涡旋通道8中的排出气体引导至所述涡轮叶轮4。

排气喷嘴9中，轴承壳体3侧的前部排气导入壁10与涡轮壳体1侧的后部排气导入壁11以保持所需要的间隔的状态通过例如设置在周向的三处的固定部件12而组装成一体。并且，在前部排气导入壁10的前表面（轴承壳体3侧的面）固定有安装部件13，在所述涡轮壳体1与轴承壳体3的组装时，通过由涡轮壳体1和轴承壳体3夹持所述安装部件13来固定所述排气喷嘴9。另外，在所述组装时，所述排气喷嘴9通过定位销14而相对于轴承壳体3定位。

在前部排气导入壁10和后部排气导入壁11彼此之间，在周向等间隔地配置有多个喷嘴叶片15，在图1中，同轴地固定在各喷嘴叶片15的两侧的叶片轴16a、16b分别贯通前部排气导入壁10和后部排气导入壁11，喷嘴叶片15以双支承的状态被支承为能够旋转。图1中，17a、17b、17c、17d是用于调节所述喷嘴叶片15的开闭角度的连杆式的传递机构，18是形成于压缩机壳体2的涡旋通道。

另外，在排气喷嘴9中的后部排气导入壁11与涡轮壳体1之间设置有间隙（space）19。该间隙19本来是不需要的，但是由于涡轮壳体1在冷时和热时之间产生热变形，以及组装部件存在精度上的不均等，因此为了吸收所述变形和精度的不均而设置了所述间隙19。

当存在所述间隙19时，涡旋通道8的排出气体通过间隙19浪费地漏出到涡轮叶轮出口20，因此，为了封闭该间隙19，提出了这样的提案：设置后部排气导入壁11向下游侧延伸而形成的延伸部11'，在该延伸部11'的外周面和与该延伸部11'对置的涡轮壳体1的内表面1'之间配置密封用活塞环21，来防止气体泄漏，并且吸收热变形（参照专利文献1）。

在所述专利文献1中如图1所示，在后部排气导入壁11的延伸部11'的外周面设置环状的凹槽22，在该凹槽22中通常将两枚密封用活塞环21以各自的切口部不重叠的方式错开位置地进行配置，从而构成密封装置23，所述密封用活塞环21由于弹力而使其外周面压接于涡轮壳体1的内表面1'，由此防止了气体泄漏。

在图1所示的涡轮增压器中，为了防止从间隙19发生气体泄漏，对密封装置23进行了各种精心研究来设置，但是清楚的是，即使这样对密封装置23的结构进行精心研究，也难以大幅度提高涡轮的效率，存在极限。

因此，本发明的发明人们除了上述气体泄漏的问题以外还对影响涡轮的效率的要因实施了各种研究和实验，其结果查明，若涡轮叶轮出口20的排出气体的紊流大，则涡轮的效率会降低。

如图1所示的密封装置23，在后部排气导入壁11的延伸部11'的外周面与涡轮壳体1的内表面1'之间具有密封用活塞环21的构成中，涡旋通道8的压力所直接作用的间隙19的压力大于排气喷嘴9内的压力，因此，间隙19中的压力高的排出气体通过叶片轴16b与其贯通孔24（参照图2）之间的空隙流向排气喷嘴9的下游。此时，在喷嘴叶片15与前部排气导入壁10以及后部排气导入壁11之间预先存在有空隙，以使喷嘴叶片15能够转动，而且，该空隙的大小根据涡轮增压器的不同而存在个体差。因此清楚的是：所述各喷嘴叶片15的各叶片轴16b被压力高的来自间隙19的排出气体推压，从而喷嘴叶片15向前部排气导入壁10侧移动，由此在各喷嘴叶片15与后部排气导入壁11之间产生空隙。因此发现：压力高的排出气体通过各喷嘴叶片15与后部排气导入壁11之间的空隙流向排气喷嘴9的下游，由于该排出气体的流动，使得涡轮叶轮4出口的排出气体大幅度紊乱，由于该紊乱导致涡轮的效率降低。

因此，本申请人已经申请了这样的涡轮增压器：防止了涡旋通道8的排出气体通过所述间隙19向涡轮叶轮4侧漏出的问题，并且防止了间隙19的压力高的排出气体通过叶片轴16a与其贯通孔24（参照图2）之间的空隙以及各喷嘴叶片15与后部排气导入壁11之间的空隙流向排气喷嘴9的下游（专利文献2）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-125588号公报

专利文献2：日本特开2009-144545号公报。

发明内容

发明要解决的课题

根据专利文献2的涡轮增压器，能够防止间隙19导致的向涡轮叶轮4侧的气体泄漏问题以及涡轮叶轮4出口的排出气体的紊流的问题，能够有效地提高涡轮的效率。

但是，在专利文献2中虽然前部排气导入壁10整体形成为圆板形状，但是后部排气导入壁11与上述专利文献1一样，外周侧为圆板部，而内周侧为沿着涡轮叶轮4的外形形状向轴向下游侧弯曲的延伸部11'。因此，若被高温的排出气体加热，则所述圆板形状的前部排气导入壁10整体上仅向直径增大的方向变形，而具有延伸部11'的后部排气导入壁11则由于延伸部11'的刚性强度高而被延伸部11'抑制了向平板部的径向的变形，因此，平板部以向前部排气导入壁10侧倒入的方式变形。其结果是，存在平板部与喷嘴叶片15接触而阻碍喷嘴叶片15的动作的担忧。

本发明是鉴于上述课题而完成的，提供一种可变容量式涡轮增压器，其能够通过简单的构成防止前部排气导入壁和后部排气导入壁向径向以外的方向发生变形的问题，从而确保喷嘴叶片的稳定的动作。

用于解决课题的手段

本发明涉及一种可变容量式涡轮增压器，排气喷嘴由前部排气导入壁和后部排气导入壁夹持喷嘴叶片，在该排气喷嘴的所述后部排气导入壁与涡轮壳体之间具有间隙，为了防止涡旋通道的排出气体通过所述间隙漏出到涡轮叶轮侧，而在比贯通孔的位置靠排出气体上游侧的位置设置有密封装置，贯通孔设置于所述后部排气导入壁并用于使叶片轴贯通，其中，所述前部排气导入壁和所述后部排气导入壁分别形成为圆板形状，在所述涡轮壳体上设置有阶梯部，该阶梯部与圆板形状的后部排气导入壁具有所述间隙地嵌合。

在所述可变容量式涡轮增压器中，优选所述前部排气导入壁和后部排气导入壁具有相等的线膨胀系数。

在所述可变容量式涡轮增压器中，所述密封装置可以是密封用活塞环，并且所述密封装置可以是碟形弹簧密封件。

发明效果

根据本发明的可变容量式涡轮增压器，前部排气导入壁和后部排气导入壁分别形成为圆板形状，将圆板形状的后部排气导入壁与形成于所述涡轮壳体的阶梯部具有间隙地嵌合配置，因此，能够获得以下优异效果：能够通过简单的构成防止前部排气导入壁和后部排气导入壁向径向以外的方向变形的问题，从而确保喷嘴叶片的稳定的动作。

附图说明

图1是表示应用本发明的可变容量式涡轮增压器的整体结构的纵剖视图。

图2是表示本发明的一个实施例的排气喷嘴附近的剖视图。

图3a是表示具有图2的排气喷嘴并组装为一体的排气喷嘴单元的剖视图。

图3b是从III方向观察图3a的排气喷嘴单元的正视图。

图4a是表示具有与图2不同的密封装置的本发明的其他实施例的剖视图。

图4b是图4a中的碟形弹簧密封件的正视图。

图5是表示具有与图4a类似的密封装置的本发明的又一其他实施例的剖视图。

附图标记说明

1涡轮壳体；3轴承壳体；4涡轮叶轮；8涡旋通道；9排气喷嘴；10前部排气导入壁；11'：圆板形状的后部排气导入壁；15喷嘴叶片；16a、16b：叶片轴；19间隙；21密封用活塞环；24贯通孔；25密封装置；28碟形弹簧密封件；50阶梯部。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图2表示本发明的一个实施例，将在图1的可变容量式涡轮增压器中具有延伸部11'的后部排气导入壁11作为圆板形状的后部排气导入壁51，由此，前部排气导入壁10和后部排气导入壁51分别形成为圆板形状。并且优选的是，圆板形状的后部排气导入壁51和圆板形状的前部排气导入壁10由同一材料形成，或者由具有相等的线膨胀系数的材料形成，通过这样使后部排气导入壁51和前部排气导入壁10的线膨胀系数相等，使得固定于喷嘴叶片15的两侧的叶片轴16a、16b始终由后部排气导入壁51和前部排气导入壁10同轴状地支承。

另一方面，在所述涡轮壳体1中形成有延长部39，延长部39延伸到与后部排气导入壁51的外周面隔开所需要的间隔的位置，在所述涡轮壳体1的形成有延长部39的前表面形成有阶梯部50，该阶梯部50与所述后部排气导入壁51具有间隙19地嵌合。为了防止所述涡轮壳体1与后部排气导入壁51接触，所述间隙19是考虑各自的线膨胀系数来进行设定的。

另外，在图2的方式中，在比贯通孔24的位置靠排出气体的上游侧（涡旋通道8侧）的位置设置有密封装置25，其中，叶片轴16b通过贯通孔24贯通后部排气导入壁51，所述密封装置25用于防止所述涡旋通道8的排出气体通过涡轮壳体1与后部排气导入壁51之间的间隙19而漏出到涡轮叶轮4侧。

关于图2的密封装置25，在后部排气导入壁51的外周面形成有沿周向延伸的凹槽22，在所述延长部39的内周面与形成于所述后部排气导入壁51的外周面的凹槽22之间，嵌合配置有与图1的情况相同的密封用活塞环21。在图2的示例中，在凹槽22中配置了两枚密封用活塞环21。

并且，在以贯通前部排气导入壁10和后部排气导入壁51的方式固定于喷嘴叶片15的叶片轴16a、16b的固定部，设置有以覆盖所述贯通孔24的方式形成的边缘35。当设置这样的边缘35时，能够抑制异物侵入贯通孔24的问题以及排出气体通过贯通孔24移动到间隙19的问题。此外，通过利用作用于边缘35的排出气体的压力，能够获得如后所述用于使喷嘴叶片15向后部排气导入壁51侧移动的足够的力。

图3a是表示具有图2的排气喷嘴9并组装为一体的排气喷嘴单元的剖视图，图3b是从III方向观察图3a的排气喷嘴单元的正视图。关于排气喷嘴单元U，排气喷嘴单元U是这样组装而成的：在外周形成有所述凹槽22的圆板形状的后部排气导入壁51与圆板状的前部排气导入壁10之间，配置叶片轴16a、16b贯通了贯通孔24的多个喷嘴叶片15，在所述前部排气导入壁10的前表面（图3a中的右侧面）配置有引导环53，并在该引导环53与所述安装部件13之间夹持转动环52，将所述后部排气导入壁51、前部排气导入壁10、安装部件13以及引导环53利用设置在三处的固定部件12紧固。所述喷嘴叶片15的叶片轴16b的端部贯通固定于传递连杆54的内侧端，并且所述传递连杆54的外侧端与卡合凹部55嵌合，所述卡合凹部55与喷嘴叶片15数量相同并以等间隔形成于所述转动环52的内周面。并且，当借助于由图1的所述17a、17b、17c、17d构成的传递机构使一个喷嘴叶片15的叶片轴16b转动时，所有的喷嘴叶片15经由所述传递连杆54和转动环52而以相同的角度转动。

如图3a和图3b所示地组装而成的排气喷嘴单元U是这样组装的：在使所述平板形状的后部排气导入壁51与设置于图2的涡轮壳体1的前表面的阶梯部50具有间隙19地嵌合的状态下，将安装部件13的凸缘部13 '由涡轮壳体1和轴承壳体3夹紧来紧固。

在图2所示的状态下，以如下方式进行动作。

关于图2所示的可变容量式涡轮增压器，在设置于所述涡轮壳体1的前表面的阶梯部50中的延长部39的内周面、与在如图3a和图3b所示组装而成的排气喷嘴单元U的后部排气导入壁51的外周面形成的凹槽22之间，配置密封用活塞环21，使后部排气导入壁51与阶梯部50嵌合，在该状态下，将安装部件13的凸缘部13 '夹在图1所示的涡轮壳体1与轴承壳体3之间，并通过紧固螺栓3a紧固为一体。这样，后部排气导入壁51与形成于所述涡轮壳体1的阶梯部50具有间隙19地配置。

如前所述，构成排气喷嘴9的前部排气导入壁10和后部排气导入壁51分别具有圆板形状的简单的构成，因此，圆板形状的前部排气导入壁10和后部排气导入壁51仅在径向上自由地变形。因此，在图1中的具有延伸部11'的后部排气导入壁11中，会产生以向径向以外的方向倒入的方式变形的问题，而在图2的构成中抑制了这样的变形，因此，防止了多余的力作用于喷嘴叶片15的问题，由此喷嘴叶片15能够始终保持稳定的旋转动作。

此外，如前所述，在延长部39的内周面与形成于后部排气导入壁51的外周面的凹槽22之间配置有密封用活塞环21的密封装置25防止了这样的问题：涡旋通道8中的排出气体通过涡轮壳体1与后部排气导入壁51之间的间隙19而发生气体泄漏。

此外，所述密封装置25设置在比贯通孔24的位置靠排出气体上游侧（涡旋通道8侧）的位置，叶片轴16b通过该贯通孔24贯通后部排气导入壁51，因此，比密封装置25靠下游侧的间隙19的压力P2变低，相对于排气喷嘴9内的压力P1成为P1>P2的状态。因此，排气喷嘴9内的排出气体如箭头B所示流向密封装置25下游的间隙19。此外，由于上述P1>P2的压力的差，将喷嘴叶片15向后部排气导入壁51侧推压而移位，因此，各喷嘴叶片15与后部排气导入壁51之间的空隙变得极小。此时，通过在贯通后部排气导入壁51的叶片轴16b的向喷嘴叶片15的固定部设置覆盖贯通孔24的边缘35，使得排气喷嘴9内的排出气体的压力作用于所述边缘35，因此，所述边缘35以封闭所述贯通孔24的方式被压靠于后部排气导入壁51。于是，箭头B所示的排出气体的泄漏减少，引导至涡轮叶轮4的排出气体量增加，由此，涡轮叶轮4的效率提高。另外，即使在不设置边缘35的情况下，作用于叶片轴16b的间隙19的压力P2比图1的情况小，由此，喷嘴叶片15也会向后部排气导入壁51侧移动。但是，若如上所述具有边缘35，则喷嘴叶片15会更加可靠地向后部排气导入壁51侧移动，因此是优选的。

图4a是表示具有与图2不同的密封装置25的本发明的其他实施例的图，关于该密封装置25，涡轮壳体1在与后部排气导入壁51的铅直面对置地形成有间隙19的阶梯部50的内周侧部分26的外周侧位置，设置比内周侧部分26向涡轮壳体1侧凹陷的阶梯部27，在该阶梯部27与后部排气导入壁51的后表面之间设置有环状的碟形弹簧密封件28。所述阶梯部27由与后部排气导入壁51平行（与涡轮叶轮4的轴中心线成直角）的对置面27a以及环状的锥形面27b形成，环状的锥形面27b形成为直径随着从所述内周侧部分26朝向涡轮壳体1侧而减小。另外，阶梯部27的底面可以不是锥形面27b，而例如是直径在轴中心线方向上恒定的圆筒面，即使这样使阶梯部27的底面为圆筒面，也能够保持碟形弹簧密封件28。但是，在如上所述地使阶梯部27的底面为锥形面27b的情况下，能够更稳定地保持碟形弹簧密封件28，进而能够实现密封效果的提高。而且，例如在组装可变容量式涡轮增压器时，能够防止碟形弹簧密封件28活动而从阶梯部27脱落的问题。

所述碟形弹簧密封件28如图4b的双点划线所示具有切口部38，切口部38通过将圆周上的一部分以0.2~0.8mm左右的宽度切掉而形成。所述碟形弹簧密封件28具有这样的大致S字形：在靠近内周端29的位置以与所述对置面27a接近的方式弯曲后，向外侧弯曲，而具有与对置面27a抵接的直线部30，接着从直线部30以接近后部排气导入壁51的方式弯曲。并且，通过具有该大致S字形，使得碟形弹簧密封件28的内周端29容易被压入所述锥形面27b，而且被压入的内周端29由于所述锥形面27b的形状而不易从阶梯部27脱出。此外，碟形弹簧密封件28的外周端31具有从所述直线部30以接近后部排气导入壁51的方式倾斜着延伸的倾斜部32，倾斜部32的外周部在形成了与所述后部排气导入壁51抵接的弯曲部33之后，向离开后部排气导入壁51的方向弯曲。因此，上述碟形弹簧密封件28具有内周端29和外周端31的位置在沿着轴中心线的方向上错开的大致截头圆锥形状。另外，所述碟形弹簧密封件28的截头圆锥形状在轴中心线方向的高度形成为这样的高度：在内周端29与所述锥形面27b嵌合并使直线部30与对置面27a抵接时，外周的弯曲部33被预定的力压接在后部排气导入壁51的后表面。

图4a的与阶梯部27的锥形面27b嵌合地设置的碟形弹簧密封件28中，碟形弹簧密封件28的截头圆锥形状中的直线部30和弯曲部33之间在轴中心线方向的高度高于对置面27a与后部排气导入壁51的后表面之间的间隔，因此，当进行可变容量式涡轮增压器的所述组装时，碟形弹簧密封件28的直线部30被压接在对置面27a上，碟形弹簧密封件28的外周端31的弯曲部33被压接于后部排气导入壁51的后表面。这样，根据由上述碟形弹簧密封件28形成的密封装置25，能够防止涡旋通道8中的排出气体通过涡轮壳体1与后部排气导入壁51之间的间隙发生气体泄漏的问题。

此外，在图4a的实施例中，构成排气喷嘴9的前部排气导入壁10和后部排气导入壁51也分别具有圆板形状的简单的构成，因此，圆板形状的前部排气导入壁10以及后部排气导入壁51仅能够在径向上自由地变形，抑制了向径向以外的方向的变形，因此，能够防止多余的力作用于喷嘴叶片15，因而喷嘴叶片15能够确保稳定的旋转动作。

图5是表示与图4a所示的密封装置25类似的其他实施例的图，该密封装置25构成为，涡轮壳体1在与后部排气导入壁51的铅直面对置地形成有间隙19的内周侧部分26的外周位置，设置比所述图4a的阶梯部27深的阶梯部36，在该阶梯部36与所述后部排气导入壁51的后表面之间设置有碟形弹簧密封件37。所述阶梯部36由切口面36a和圆筒面36b形成，切口面36a与后部排气导入壁51对置地形成，圆筒面36b与所述涡轮轴7的轴中心线平行。

所述碟形弹簧密封件37如图4b中双点划线所示具有环状，且具有通过将圆周上的一部分以0.2~0.8mm左右的宽度切掉而形成的切口部38，如图5所示，内周端29向远离后部排气导入壁51的方向弯曲而与所述圆筒面36b以能够移动的方式紧密地嵌合，并且，碟形弹簧密封件37具有从该嵌合部朝向后部排气导入壁51扩径而形成的截头圆锥形状，从而形成在外周端31的弯曲部33与后部排气导入壁51的后表面抵接。

图5的与阶梯部36的圆筒面36b嵌合地设置的碟形弹簧密封件37，通过涡旋通道8内的排出气体的压力（涡旋通道8的压力与间隙19的压力的差压）而沿着圆筒面36b移动，从而使外周端31的弯曲部33自动地压靠到后部排气导入壁51的后表面。此时，碟形弹簧密封件37预先形成为缩径从而图4b所示的切口部38消失并且两端接触的状态。在图5的实施例中，通过由上述碟形弹簧密封件37形成的密封装置25，也能够防止涡旋通道8的排出气体通过涡轮壳体1与后部排气导入壁51之间的间隙19而发生气体泄漏的问题。

此外，在图5的实施例中，构成排气喷嘴9的前部排气导入壁10和后部排气导入壁51也分别具有圆板形状的简单的构成，因此，圆板形状的前部排气导入壁10和后部排气导入壁51仅能够在径向上自由地变形，抑制了向径向以外的方向的变形，因此能够防止多余的力作用于喷嘴叶片15，因而喷嘴叶片15能够确保稳定的旋转动作。

此外，本发明并不仅限于上述方式，当然可以在不脱离本发明主旨的范围内进行各种变更。

工业实用性

根据本发明的可变容量式涡轮增压器，前部排气导入壁和后部排气导入壁分别构成为圆板形状，在涡轮壳体上设置与圆板形状的后部排气导入壁具有间隙地嵌合的阶梯部，由此，能够抑制排气喷嘴的变形，从而使喷嘴叶片顺畅地动作。

Claims (4)

1.一种可变容量式涡轮增压器，排气喷嘴由前部排气导入壁和后部排气导入壁夹持喷嘴叶片，在该排气喷嘴的所述后部排气导入壁与涡轮壳体之间具有间隙，为了防止涡旋通道的排出气体通过所述间隙漏出到涡轮叶轮侧，而在比贯通孔的位置靠排出气体上游侧的位置设置有密封装置，所述贯通孔设置于所述后部排气导入壁并用于使叶片轴贯通，其特征在于，

所述前部排气导入壁和所述后部排气导入壁分别形成为在轴向下游侧不具有延伸部的圆板形状，在所述涡轮壳体上设置有阶梯部，该阶梯部与圆板形状的后部排气导入壁具有所述间隙地嵌合，并与所述涡轮壳体在轴向上不接触。

2.根据权利要求1所述的可变容量式涡轮增压器，其特征在于，

所述前部排气导入壁和后部排气导入壁具有同等的线膨胀系数。

3.根据权利要求1所述的可变容量式涡轮增压器，其特征在于，

所述密封装置是密封用活塞环。

4.根据权利要求1所述的可变容量式涡轮增压器，其特征在于，

所述密封装置是碟形弹簧密封件。