CN104937234A - 可变容量式排气涡轮增压机 - Google Patents

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铃木浩
横山隆雄
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Abstract

本发明提供具备滑动部的构造比现有简单化的可变容量机构的可变容量式排气涡轮增压机。该可变容量式排气涡轮增压机具备：涡轮转子(26)，其由旋转轴(24)及涡轮叶轮(12)构成；轴承外壳(20)，其收容轴承装置(22)；涡轮外壳(10)，其可旋转地收容涡轮叶轮，并且形成有排出气体流动的环状的排气涡旋部(16)；可变容量机构(40)，其配置于将在排气涡旋部流动的排出气体导入涡轮叶轮的环状的喷嘴部(18)，可变容量机构(40)含有喷嘴叶片(42)，其从喷嘴部的护罩侧及轮毂侧的至少任一方侧朝向喷嘴部以不能旋转的状态突出；环状的喷嘴壁(44)，其从喷嘴部的轮毂侧朝向护罩侧或从护罩侧朝向轮毂侧进退自如地构成，且使喷嘴部的喷嘴宽度B遍及全周可变；驱动单元(46)，其使喷嘴壁进退。

Description

可变容量式排气涡轮增压机
技术领域
本公开涉及可变容量式排气涡轮增压机。
背景技术
排气涡轮增压机多使用可变容量机构，其配置于形成于涡轮外壳的环状的排气涡旋部和可旋转地配置于涡轮外壳的中心部的涡轮叶轮之间的喷嘴部，控制作用在涡轮叶轮的排出气体的流动。
作为该可变容量机构的例子，有称为摆动叶片式和滑动叶片式的方式，摆动叶片式通过使配置于喷嘴部的可动叶片旋转来控制排出气体的流动，滑动叶片式通过使固定有喷嘴叶片的喷嘴壁向喷嘴部进退而控制排出气体的流动。
例如，专利文献1中公开有滑动叶片式的可变容量式排气涡轮增压机的一例。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:(日本)特开2008－133924号公报
发明内容
发明所要解决的课题
这些摆动叶片式及滑动叶片式等可变容量机构都具有滑动部，所以存在滑动部的热变形导致的磨损及粘合等特有的课题。另外，如果为了解决这些课题而扩大滑动部的间隙，则会产生涡轮性能降低的问题。
因此，本发明人认为，为了不受滑动部的热变形的影响，尽可能简化滑动部的构造是有效的措施。
本发明的至少一个实施方式是鉴于上述现有技术的课题而做出的，其目的在于提供一种可变容量式排气涡轮增压机，其可变容量机构具有的滑动部的构造比以往更加简单化。
用于解决课题的技术方案
本发明的至少一实施方式的可变容量式排气涡轮增压机，其特征在于，具备：
涡轮转子，其由旋转轴及固定于所述旋转轴的一端部的涡轮叶轮构成；
轴承外壳，其收容可旋转地支承所述旋转轴的轴承装置；
涡轮外壳，其将所述涡轮叶轮可旋转地收容，并且排出气体流动的环状的排气涡旋部形成于所述涡轮叶轮的周围；
可变容量机构，其配置于将在所述排气涡旋部流动的排出气体向所述涡轮叶轮引导的环状的喷嘴部；
所述可变容量机构包括：
喷嘴叶片，其从所述喷嘴部的护罩侧及轮毂侧中的至少任一方侧朝向所述喷嘴部以不能旋转的状态突出；
环状的喷嘴壁，其构成为从所述喷嘴部的轮毂侧朝向护罩侧或从护罩侧朝向轮毂侧进退自如，且使喷嘴部的喷嘴宽度在全周可变；
驱动机构，其使所述喷嘴壁进退。
根据所述可变容量式排气涡轮增压机，喷嘴叶片以不能旋转的状态固定于喷嘴部，成为只有喷嘴壁进退的结构。因此，与以往的摆动叶片式及滑动叶片式的可变容量机构相比，能够简化滑动部的结构。
另外，特别是在使喷嘴叶片自身摆动或滑动的现有情况下，喷嘴叶片是直接控制排出气体流动的部件，因此，对于其驱动机构要求高的动作精度。与此相反地，在本实施方式，喷嘴叶片固定于喷嘴部，形成仅使喷嘴壁进退的结构，与以往相比，能够宽松地管理驱动机构的动作精度，相应地可降低成本。
在几个实施方式中，所述喷嘴壁具有：环状的导流壁部，构成在其与涡轮外壳的护罩侧导流壁之间划定喷嘴部的轮毂侧导流壁的至少一部分；环状的外周侧壁部，与导流壁部的外周侧连结；环状的内周侧壁部，与导流壁部的内周侧连结，在所述导流壁部形成有喷嘴叶片可插通地构成的开口部。
根据这种实施方式，能够通过由导流壁部、外周侧壁部、及内周侧壁部的三个环状的壁部构成的简单的结构来构成喷嘴壁。
在几个实施方式中，所述喷嘴叶片从护罩侧导流壁朝向喷嘴部突出。
根据这种实施方式，与使喷嘴叶片从形成有凹部的轮毂侧突出的情况相比，能够缩短喷嘴叶片的长度。
在几个实施方式中，在所述涡轮外壳的护罩部形成有用于冷却介质流动的环状的冷却通路。
根据这种实施方式，通过在冷却通路使水、油、空气等冷却介质流动，能够冷却护罩侧导流壁及从此突出的喷嘴叶片。
在几个实施方式中，在所述喷嘴叶片的内部形成有与冷却通路连通的空腔部。
根据这种实施方式，能够更有效地冷却喷嘴叶片。
在几个实施方式中，在所述喷嘴叶片的内部形成有沿轴向贯通该喷嘴叶片的贯通孔。
根据这种实施方式，通过使冷却介质在贯通孔流动，能够有效地冷却喷嘴叶片。
在几个实施方式中，在所述涡轮外壳的护罩部形成有连通喷嘴叶片的贯通孔和涡轮叶轮下游侧的排气出口部的冷却介质排出孔。
根据这种实施方式，流经贯通孔的冷却介质经由冷却介质排出孔向涡轮叶轮下游侧的排气出口部排出，因此，能够连续地向贯通孔供给冷却介质。
在几个实施方式中，所述可变容量式排气涡轮增压机具备冷却介质导入机构，用于向由导流壁部、外周侧壁部、及内周侧壁部包围的所述喷嘴壁的内部空间导入冷却介质。
根据这种实施方式，能够从冷却介质导入机构向喷嘴壁的内部空间导入冷却介质，所以能够有效地冷却喷嘴壁。
在几个实施方式中，所述喷嘴壁具有从开口部的周缘端部朝向所述内部空间突出设置的挡边部。
根据这种实施方式，喷嘴壁具有从开口部的周缘端部朝向内部空间突出设置的挡边部，所以成为例如被导入内部空间的冷却介质等流体难以向喷嘴部泄漏的结构，能够防止冷却介质的泄漏造成的涡轮效率的降低。
另外，通过与在喷嘴叶片的内部形成贯通孔的前述实施方式组合，被导入内部空间的冷却介质在贯通孔流动，因此喷嘴叶片能够与喷嘴壁一同冷却。
在几个实施方式中，所述冷却介质导入机构构成为，将在可变容量式排气涡轮增压机的压缩器外壳中流动的空气作为冷却介质导入。
根据这种实施方式，通过简单的构造，能够将在压缩器外壳流动的空气作为所述冷却介质使用。
在几个实施方式中，所述冷却介质导入机构具有用于控制向所述喷嘴壁的内部空间导入的空气压力的压力控制机构。
根据这种实施方式，能够控制导入喷嘴壁的内部空间的空气压力。因此，通过与喷嘴壁进退的时机配合来控制导入的空气的压力，还能够减小使喷嘴壁进退的驱动机构的驱动力。
发明效果
根据本发明的至少一实施方式，提供一种可变容量式排气涡轮增压机，其具备的可变容量机构具有喷嘴叶片以不能旋转的状态固定，只有喷嘴壁进行进退的结构，由此，滑动部的结构比以往更加简单化。
附图说明
图1是本发明一实施方式的可变容量式排气涡轮增压机的剖面图；
图2是表示一实施方式的可变容量机构的图；
图3是表示一实施方式的可变容量机构的图；
图4是表示一实施方式的喷嘴壁的图；
图5是表示一实施方式的驱动机构的图；
图6是表示一实施方式的可变容量机构的冷却结构的图；
图7是表示一实施方式的可变容量机构的冷却结构的图；
图8是表示一实施方式的喷嘴壁的图；
图9是表示一实施方式的冷却介质导入机构的图。
具体实施方式
以下，根据附图，对本发明的实施方式进行说明。但是，记载于该实施方式的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对的配置等并非用于将本发明的范围限定于此，只不过是单纯的说明例。
图1是本发明一实施方式的可变容量式排气涡轮增压机1的剖面图。首先，基于图1，对本发明一实施方式的可变容量式排气涡轮增压机1的基本的结构进行说明。
如图1所示，本发明一实施方式的可变容量式排气涡轮增压机1具备：涡轮转子26，其由旋转轴24及固定于旋转轴24的一端部的涡轮叶轮12构成；轴承外壳20，其收容可旋转地支承旋转轴24的轴承装置22；涡轮外壳10，其将涡轮叶轮12可旋转地收容，并且排出气体流动的排气涡旋部16形成于涡轮叶轮12的周围。该排气涡旋部16形成于划定排气出口部14的环状的护罩部15的外周侧，在从轴向观察涡轮外壳10的情况下，以环状形成。另外，形成于该排气涡旋部16和涡轮叶轮12之间的喷嘴部18在轴向视图中也以环状形成。
另外，在隔着轴承外壳20的涡轮外壳10的相反侧，压缩器外壳30与轴承外壳20连结，压缩器外壳30将固定于旋转轴24的另一端部的压缩器叶轮32可旋转地收容。
从发动机(未图示)排出的高温的排出气体在涡轮外壳10的排气涡旋部16流动，如图中的箭头所示，经由喷嘴部18被导向涡轮叶轮12。然后，通过对涡轮叶轮12做功而使涡轮转子26旋转后，从排气出口部14向增压机1的外部排出。
另一方面，在压缩器外壳30，压缩器叶轮32也与涡轮转子26的旋转一同旋转。而且，如图中的箭头所示，从进气入口部34导入的空气被压缩器叶轮32压缩而向进气涡旋部36输送。然后，将该被压缩的空气供给发动机。
另外，本发明一实施方式的可变容量式排气涡轮增压机1如图中的a部所示，具备可变容量机构40，该可变容量机构40配置于将在上述排气涡旋部16流动的排出气体向涡轮叶轮12引导的环状的喷嘴部18。
以下，基于图2～图5对本发明一实施方式的可变容量机构40的具体结构进行说明。
图2是表示一实施方式的可变容量机构40A的图。图3是表示其它实施方式的可变容量机构40B的图。
如图2及图3所示，本发明一实施方式的可变容量机构40包括：喷嘴叶片42，其从喷嘴部18的护罩侧及轮毂侧中的至少任一方侧朝向喷嘴部18突出；喷嘴壁44，其收容在形成于喷嘴部18的轮毂侧的凹部56，并且从喷嘴部18的轮毂侧朝向护罩侧进退自地如构成；驱动机构46，其使该喷嘴壁44进退。
喷嘴叶片42的基端部43通过焊接或螺栓紧固等固定于涡轮外壳10或轴承外壳20，以不能旋转的状态向喷嘴部18突出。另外，在环状的喷嘴部18，喷嘴叶片42在周向隔开间隔设置多个。
在图2所示的可变容量机构40A中，喷嘴叶片42从护罩侧朝向轮毂侧突出。另外，在图3所示的可变容量机构40B中，该喷嘴叶片42从喷嘴部18的轮毂侧朝向护罩侧突出。
喷嘴壁44具有：环状的导流壁部44a，其构成在和涡轮外壳10的护罩侧导流壁52之间划定喷嘴部18的轮毂侧导流壁54的至少一部分；环状的外周侧壁部44b，其与导流壁部44a的外周侧连结；环状的内周侧壁部44c，其与导流壁部44a的内周侧连结。而且，在导流壁部44a形成有喷嘴叶片42可插通地构成的开口部44d。
另外，在图2及图3，附图标记12a表示涡轮叶轮的轮毂，附图标记12b表示设于轮毂12a的动翼。
另外，在图2及图3所示的实施方式中，喷嘴壁44的进退方向是从轮毂侧朝向护罩侧，但本发明不限于此。喷嘴壁44的进退方向也可以是从护罩侧朝向轮毂侧。
图4是表示喷嘴壁44的图，图4(a)为俯视图，图4(b)是b－b剖面图，图4(c)是c－c剖面图。
如图4所示，开口部44d与喷嘴叶片42的设置位置对应地在周向隔开间隔形成，在没有设置喷嘴叶片42的部位，在导流壁部44a上没有形成开口部44d。另外，使开口部44d的开口形状与喷嘴叶片42的截面形状相似，使与喷嘴叶片42之间的间隙变小。
图5是表示一实施方式的驱动单元46的图。驱动单元46由下述零件构成：环状的背面可动体46a，其使喷嘴壁44从其背面侧进退；杆46b，其与该背面可动体连结；弹簧46c，其向使喷嘴壁44朝向轮毂侧移动的方向对杆46b施力；凸轮46d，其被配置成与杆46b的头部抵接；凸轮轴46e，其与凸轮46d连结。该杆46b配置于例如旋转轴24的两侧。
通过未图示的促动器使凸轮轴46e旋转，由此，喷嘴壁44沿着该凸轮46d的凸轮轮廓在轴向上进退。通过喷嘴壁44沿轴向进退，喷嘴宽度B在环状的喷嘴部18的全周变化，其中，喷嘴宽度是以喷嘴部18的护罩侧导流壁52和轮毂侧导流壁54的宽度规定的。通过改变喷嘴宽度B，控制流过喷嘴部18的排出气体的流动。
根据这种可变容量式排气涡轮增压机1，喷嘴叶片42以不能旋转的状态固定于喷嘴部18，仅喷嘴壁44进行进退。因此，与以往的摆动叶片式及滑动叶片式的可变容量机构相比，滑动部的构造简单。
另外，特别是在使喷嘴叶片自身摆动或滑动的以往的情况下，喷嘴叶片是直接控制排出气体的流动的部件，因此，对其驱动机构要求高的动作精度。与之相对地，在本实施方式中，喷嘴叶片42固定于喷嘴部18，只有喷嘴壁44进退，与以往相比，能够宽松地管理驱动机构的动作精度，可相应地降低成本。
另外，如上述的实施方式，喷嘴叶片42从护罩侧导流壁52朝向喷嘴部18突出，与使喷嘴叶片42从形成有凹部56的轮毂侧突出的情况相比，能够缩短喷嘴叶片42的长度。
图6是表示一实施方式的可变容量机构40的冷却结构的图。
在几个实施方式中，如图6(a)所示，在涡轮外壳10的护罩部15形成有用于冷却介质流动的环状的冷却通路60。
根据这种实施方式，由于水、油、空气等冷却介质在冷却通路60流动，能够冷却护罩侧导流壁52及从此突出的喷嘴叶片42。因此，即使喷嘴叶片42不使用例如耐热性Ni基合金等昂贵的材料，通过通常廉价的不锈钢也可形成喷嘴叶片42。
另外，特别是，只要该冷却通路60形成于喷嘴叶片42的基端部43的背面，则能够对喷嘴叶片42发挥高的冷却效果。
另外，在几个实施方式中，如图6(b)所示，喷嘴叶片42的内部形成有与冷却通路60连通的空腔部62。
根据这种实施方式，能够更有效地冷却喷嘴叶片42。
图7是表示一实施方式的可变容量机构40的冷却结构的图。
在几个实施方式中，如图7所示，在喷嘴叶片42的内部形成有轴向贯通该喷嘴叶片42的贯通孔64。而且，该贯通孔64如图7所示，与冷却通路60连通。
根据这种实施方式，空气等冷却介质在贯通孔64流动，有效地冷却喷嘴叶片42。
在几个实施方式中，在涡轮外壳10的护罩部15形成有连通喷嘴叶片42的贯通孔64和涡轮叶轮12下游侧的排气出口部14的冷却介质排出孔66。这种冷却介质排出孔66可以至少形成一个，也可以在周向隔开间隔形成多个。
根据这种实施方式，在贯通孔64流动的冷却介质经由冷却介质排出孔66向涡轮叶轮12下游侧的排气出口部14排出，所以能够连续地向贯通孔64供给冷却介质。
图8是表示一实施方式的喷嘴壁44的图。
在几个实施方式中，可变容量式排气涡轮增压机1如图8所示，具备用于将冷却介质导入由导流壁部44a、外周侧壁部44b、及内周侧壁部44c包围的喷嘴壁44的内部空间44f的冷却介质导入机构70。另外，喷嘴壁44具有从开口部44d的周缘端部朝向内部空间44f突出设置的环状的挡边部44e。
根据这种实施方式，能够将冷却介质从冷却介质导入机构70向喷嘴壁44的内部空间44f导入，所以能够有效地冷却喷嘴壁44。而且，喷嘴壁44具有从开口部44d的周缘端部朝向轮毂侧突出设置的挡边部44e，所以向内部空间44f导入的冷却介质难以向喷嘴部18泄漏，防止冷却介质的泄漏造成的涡轮效率的降低。
另外，通过与在喷嘴叶片42的内部形成贯通孔64的图7所示的实施方式组合，向内部空间44f导入的冷却介质在喷嘴叶片42内部的贯通孔64流动，所以喷嘴叶片42也能够与喷嘴壁44同时冷却。
图9是表示一实施方式的冷却介质导入机构70的图。
在几个实施方式中，如图9所示，上述冷却介质导入机构70将在可变容量式排气涡轮增压机1的压缩器外壳30流动的空气作为冷却介质导入。
即，冷却介质导入机构70具有连通压缩器外壳30的进气涡旋部36和收容喷嘴壁44的凹部56的冷媒导入管72，能够将被压缩器叶轮32压缩的空气作为冷却介质向喷嘴壁44的内部空间44f导入。
根据这种实施方式，通过简单的构造，能够将在压缩器外壳30流动的空气用作上述冷却介质。
在几个实施方式中，如图9所示，作为用于控制向喷嘴壁44的内部空间44f导入的空气的压力的压力控制机构，上述冷却介质导入机构70具有控制阀74。从进气涡旋部36导入的空气比在喷嘴部18流动的排出气体压力高。因此，控制阀74例如作为减压阀74构成。
根据这种实施方式，能够控制向喷嘴壁44的内部空间44f导入的空气压力。因此，配合喷嘴壁44进退的时机来控制控制阀74，控制导入的空气压力，由此，能够缩小使喷嘴壁44进退的驱动单元46的驱动力。这样，本实施方式的可变容量式排气涡轮增压机1还可以具备一体地控制驱动单元46和控制阀74的控制装置。
以上，对本发明的实施方式进行了详细地说明，但本发明不限于此，在不脱离本发明宗旨的范围内，可以进行各种改良及变形。当然也可以组合上述的各实施方式。
产业上的可利用性
本发明的至少一个实施方式的可变容量式排气涡轮增压机适用于例如汽车发动机用增压机。
附图标记说明
1       可变容量式排气涡轮增压机
10      涡轮外壳
12      涡轮叶轮
12a       轮毂
12b       动翼
14        排气出口部
15        护罩部
16        排气涡旋部
18        喷嘴部
20        轴承外壳
22        轴承装置
24        旋转轴
26        涡轮转子
30        压缩器外壳
32        压缩器叶轮
34        进气入口部
36        进气涡旋部
40        可变容量机构
42        喷嘴叶片
43        基端部
44        喷嘴壁
44a       导流壁部
44b       外周侧壁部
44c       内周侧壁部
44d       开口部
44e       挡边部
44f       内部空间
46        驱动单元
46a       背面可动体
46b       杆
46c       弹簧
46d       凸轮
46e       凸轮轴
52        护罩侧导流壁
54        轮毂侧导流壁
56        凹部
60        冷却通路
62        空腔部
64        贯通孔
66        冷却气体排出孔
70        冷却介质导入机构
72        冷媒导入管
74        控制阀

Claims (11)

1.一种可变容量式排气涡轮增压机，其特征在于，具备：
涡轮转子，其由旋转轴及固定于所述旋转轴的一端部的涡轮叶轮构成；
轴承外壳，其收容可旋转地支承所述旋转轴的轴承装置；
涡轮外壳，其将所述涡轮叶轮可旋转地收容，并且排出气体流动的环状的排气涡旋部形成于所述涡轮叶轮的周围；
可变容量机构，其配置于将在所述排气涡旋部流动的排出气体向所述涡轮叶轮引导的环状的喷嘴部，
所述可变容量机构包括：
喷嘴叶片，其从所述喷嘴部的护罩侧及轮毂侧中的至少任一方侧朝向所述喷嘴部以不能旋转的状态突出；
环状的喷嘴壁，其构成为从所述喷嘴部的轮毂侧朝向护罩侧或从护罩侧朝向轮毂侧进退自如，且使所述喷嘴部的喷嘴宽度在全周可变；
驱动机构，其使所述喷嘴壁进退。
2.如权利要求1所述的可变容量式排气涡轮增压机，其特征在于，
所述喷嘴壁具有：
环状的导流壁部，其构成在其与所述涡轮外壳的护罩侧导流壁之间划定所述喷嘴部的轮毂侧导流壁的至少一部分；
环状的外周侧壁部，其与所述导流壁部的外周侧连结；
环状的内周侧壁部，其与所述导流壁部的内周侧连结，
在所述导流壁部形成有开口部，该开口部构成为使所述喷嘴叶片可插通。
3.如权利要求2所述的可变容量式排气涡轮增压机，其特征在于，
所述喷嘴叶片从所述护罩侧导流壁朝向所述喷嘴部突出。
4.如权利要求3所述的可变容量式排气涡轮增压机，其特征在于，
在所述涡轮外壳的护罩部形成有用于冷却介质流动的环状的冷却通路。
5.如权利要求4所述的可变容量式排气涡轮增压机，其特征在于，
在所述喷嘴叶片的内部形成有与所述冷却通路连通的空腔部。
6.如权利要求4所述的可变容量式排气涡轮增压机，其特征在于，
在所述喷嘴叶片的内部形成有沿轴向贯通该喷嘴叶片的贯通孔。
7.如权利要求6所述的可变容量式排气涡轮增压机，其特征在于，
在所述涡轮外壳的护罩部形成有连通所述喷嘴叶片的贯通孔和所述涡轮叶轮下游侧的排气出口部的冷却介质排出孔。
8.如权利要求2～7中任一项所述的可变容量式排气涡轮增压机，其特征在于，
所述可变容量式排气涡轮增压机具备冷却介质导入机构，用于向由所述导流壁部、所述外周侧壁部、及所述内周侧壁部包围的所述喷嘴壁的内部空间导入冷却介质。
9.如权利要求2～8中任一项所述的可变容量式排气涡轮增压机，其特征在于，
所述喷嘴壁具有从所述开口部的周缘端部朝向所述内部空间突出设置的挡边部。
10.如权利要求8或9所述的可变容量式排气涡轮增压机，其特征在于，
所述冷却介质导入机构构成为，将在所述可变容量式排气涡轮增压机的压缩器外壳中流动的空气作为冷却介质导入。
11.如权利要求10所述的可变容量式排气涡轮增压机，其特征在于，
所述冷却介质导入机构具有用于控制向所述喷嘴壁的内部空间导入的空气压力的压力控制机构。
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