CN105143635B - 可变喷嘴单元以及可变容量型增压器 - Google Patents
可变喷嘴单元以及可变容量型增压器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105143635B CN105143635B CN201480022430.1A CN201480022430A CN105143635B CN 105143635 B CN105143635 B CN 105143635B CN 201480022430 A CN201480022430 A CN 201480022430A CN 105143635 B CN105143635 B CN 105143635B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- variable
- nozzle
- mentioned
- nozzle vane
- turbine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
- F01D17/10—Final actuators
- F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
- F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
- F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
- F01D17/165—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
- F02B37/12—Control of the pumps
- F02B37/24—Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/40—Application in turbochargers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Control Of Turbines (AREA)
Abstract
在喷嘴环(55)与套筒环(61)之间沿圆周方向等间隔地配设多个可变喷嘴叶片(73)。各可变喷嘴叶片(73)能够绕与涡轮叶轮(35)的轴心(C)平行的轴心向开闭方向转动。各可变喷嘴叶片(73)构成为,以后缘(73t)为扭转中心扭转,使得套筒侧(73s)比轮毂侧(73h)以及中跨侧(73m)更向径向内侧突出。
Description
技术领域
本发明涉及能够调整废气等气体的流路面积(喉口面积)的可变喷嘴单元以及可变容量型增压器。
背景技术
近几年,对于可变容量型增压器所使用的可变喷嘴单元,进行了各种开发。一般的可变喷嘴单元的结构如下所述(参照专利文献1以及专利文献2)。
在可变容量型增压器的涡轮壳体内的涡轮叶轮的径向外侧(入口侧),设有环状的第一壁部件。在沿涡轮叶轮的轴向相对于第一壁部件分离对置的位置,设有环状的第二壁部件。第一壁部件具有与第二壁部件对置的对置面,第二壁部件具有与第一壁部件对置的对置面。在第一壁部件的对置面与第二壁部件的对置面之间,沿圆周方向空开间隔地配设有多个可变喷嘴叶片。各可变喷嘴叶片设为能够绕与涡轮叶轮的轴心平行的轴心向开闭方向(正反方向)转动。此处,在可变容量型增压器的运转中,在废气的流量多的情况下,多个可变喷嘴叶片同步地向打开方向(正方向)转动,从而增大喉口面积。另一方面,在废气的流量少的情况下,多个可变喷嘴叶片同步地向关闭方向(反方向)转动,从而缩小喉口面积。
此外,专利文献3以及专利文献4中公开了与本发明相关的现有技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-72404号公报
专利文献2:日本特开2013-104413号公报
专利文献3:美国申请公开第2011/0314808号说明书
专利文献4:国际公开第2010/052911号公报
发明内容
发明所要解决的课题
为了确保各可变喷嘴叶片的转动动作的可靠性,而在各可变喷嘴叶片的轮毂侧的侧面与第一壁部件的对置面之间、各可变喷嘴叶片的套筒侧的侧面与第二壁部件的对置面之间形成有侧隙。在可变容量型增压器的运转中,若间隙流通(即、在侧隙通过的气体的流动)增大,则因间隙流通和主流的流动的混合,涡轮叶轮的入口侧的能量损失大的区域增大,可变容量型增压器的涡轮效率降低。也就是说,存在不容易确保各可变喷嘴叶片的转动动作的可靠性同时提高可变容量型增压器的涡轮效率这一问题。尤其在小流量侧的动作区域(动作点),由于间隙流通和主流的流动所成的角(交叉角)大,从而上述的问题更加显著。
此外,上述的问题不仅在可变喷嘴单元用于可变容量型增压器的情况下产生,而且在用于燃气轮机等其它的涡轮旋转机械的情况下也同样产生。
因此,本发明的目的在于提供能够解决上述的问题的可变喷嘴单元以及可变容量型增压器。
用于解决课题的方案
本发明的第一方案是一种可变喷嘴单元,该可变喷嘴单元能够对朝涡轮旋转机械的涡轮叶轮供给的气体的流路面积(喉口面积)进行调整且可变,其主旨在于,具备:第一壁部件,其设置在上述涡轮旋转机械的涡轮壳体内的上述涡轮叶轮的径向外侧(入口侧);第二壁部件,其以与上述第一壁部件对置的方式在上述涡轮叶轮的轴向上相对于上述第一壁部件分离地设置;以及多个可变喷嘴叶片,其在上述第一壁部件与上述第二壁部件之间沿圆周方向空开间隔地配设,能够绕与上述涡轮叶轮的轴心平行的轴心向开闭方向(正反方向)转动,并且构成为,以后缘为扭转中心扭转,使得与上述第二壁部件对置的套筒侧比与上述第一壁部件对置的轮毂侧更向径向内侧突出(凸出)。
此处,在本申请的说明书以及权利要求书中,“涡轮旋转机械”是包括可变容量型增压器、燃气轮机的意思。“第一壁部件”以及“第二壁部件”也可以构成上述涡轮壳体的一部分。并且,“设置”除了包括直接设置之外,还包括经由其它部件间接设置的意思。“配设”除了包括直接配设之外,还包括经由其它部件间接配设的意思。
各可变喷嘴叶片的扭转角也可以被设定为2.0~5.0度。
本发明的第二方案是一种可变容量型增压器,该可变容量型增压器利用来自发动机的废气的能量,来对朝上述发动机侧供给的空气进行增压,其主旨在于,具备上述第一方案的可变喷嘴单元。
发明的效果如下。
根据本发明,即使在各可变喷嘴叶片的轮毂侧的侧面与上述第一壁部件的对置面之间等形成有侧隙,也能够减少上述涡轮叶轮的入口侧的能量损失大的区域。因此,能够确保上述可变喷嘴叶片的转动动作的可靠性,并且提高上述涡轮旋转机械的涡轮效率。
附图说明
图1A是从涡轮叶轮的轴向观察本发明的实施方式的可变喷嘴叶片的图。
图1B(a)是本发明的实施方式的可变喷嘴叶片的周边的子午面图,图1B(b)是表示从前缘侧观察的本发明的实施方式的可变喷嘴叶片的周边的图。
图2A是沿着图3中的II-II线的放大剖视图,表示打开多个可变喷嘴叶片的开度后的状态。
图2B是沿着图3中的II-II线的放大剖视图,表示关闭多个可变喷嘴叶片的开度后的状态(节流状态)。
图3是本发明的实施方式的可变容量型增压器的径向涡轮的正剖视图(子午面图)。
图4是本发明的实施方式的可变容量型增压器的正剖视图(子午面图)。
图5A是从涡轮叶轮的轴向观察本发明的实施方式的变形例1的可变喷嘴叶片的图。
图5B(a)是本发明的实施方式的变形例1的可变喷嘴叶片的周边的子午面图,图5B(b)是表示从前缘侧观察的本发明的实施方式的变形例1的可变喷嘴叶片的周边的图。
图6A是从涡轮叶轮的轴向观察本发明的实施方式的变形例2的可变喷嘴叶片的图。
图6B(a)是本发明的实施方式的变形例2的可变喷嘴叶片的周边的子午面图,图6B(b)是表示从前缘侧观察的本发明的实施方式的变形例2的可变喷嘴叶片的周边的图。
图7A(a)是发明例的多个可变喷嘴叶片的立体图,图7A(b)是从涡轮叶轮的轴向观察发明例的多个可变喷嘴叶片的图。
图7B(a)是比较例的多个可变喷嘴叶片的立体图,图7B(b)是从涡轮叶轮的轴向观察的比较例的多个可变喷嘴叶片的图。
图8(a)以及图8(b)是表示小流量侧的动作区域内、涡轮叶轮的入口侧的能量损失大的区域的图,图8(a)表示使用了发明例的可变喷嘴叶片的情况,图8(b)表示使用了比较例的可变喷嘴叶片的情况。
图9是表示可变喷嘴叶片的扭转角与小流量侧的动作区域内的涡轮效率的提升率的关系的图。
图10是表示模拟实际的运转条件进行了空气动力性能试验的结果的图。具体实施方式
本发明基于由本申请的发明人重新获得的如下见解。
第一见解,在可变喷嘴叶片构成为以后缘为扭转中心扭转使得套筒侧比轮毂侧更向径向内侧突出的情况(涉及图7A(a)以及图7A(b)所示的发明例,具有前缘100a以及后缘100t的可变喷嘴叶片100的情况)下,与可变喷嘴叶片未扭转的情况(涉及图7B(a)以及图7B(b)所示的比较例,具有前缘200a以及后缘200t的可变喷嘴叶片200的情况)相比,如图8(a)以及图8(b)所示,在涡轮旋转机械的运转中,能够减少涡轮叶轮的入口侧E的能量损失大的区域L。认为这是由于:可变喷嘴叶片100构成为以后缘100t为扭转中心扭转使得套筒侧100s比轮毂侧100h更向径向内侧突出,由此减少了在侧隙通过的间隙流通,从而能够减少涡轮叶轮的入口侧E的能量损失大的区域L。
此处,图7A(a)是发明例的多个可变喷嘴叶片100的立体图,图7A(b)是从涡轮叶轮的轴向观察发明例的多个可变喷嘴叶片100的图,图7B(a)是比较例的多个可变喷嘴叶片200的立体图,图7B(b)是从涡轮叶轮的轴向观察比较例的多个可变喷嘴叶片200的图。图8(a)以及图8(b)是表示在小流量侧的动作区域内、涡轮叶轮的入口侧E的能量损失大的区域L的图,图8(a)是使用了发明例的可变喷嘴叶片100的情况,图8(b)是使用了比较例的可变喷嘴叶片200的情况。
此外,发明例的多个可变喷嘴叶片100的中跨侧100m(套筒侧100s与轮毂侧100h的中央侧)的叶片间距离被设定为与比较例的多个可变喷嘴叶片200的叶片间距离相同。并且,在图7A(b)以及图7B(b)中,“ID”表示径向内侧,“OD”表示径向外侧。另外,图8(a)以及图8(b)中的能量损失大的区域L通过三维稳态粘性CFD(Computational Fluid Dynamics)解析而求得,在该解析中,套筒侧S的侧隙被假定为比轮毂侧H的侧隙小。
第二见解,在可变喷嘴叶片的扭转角是2.0~5.0度的情况下,如图9所示,能够充分提高涡轮旋转机械的涡轮效率的提升率。
此处,图9是表示可变喷嘴叶片的扭转角与小流量侧的动作区域内的涡轮效率的提升率的关系的图。并且,可变喷嘴叶片的扭转角是指可变喷嘴叶片的套筒侧相对于轮毂侧的扭转角,在可变喷嘴叶片的套筒侧比轮毂侧更向径向内侧突出的情况下,将可变喷嘴的扭转角的符号设为正,在可变喷嘴叶片的轮毂侧比套筒侧更向径向内侧突出的情况下,将可变喷嘴的扭转角的符号设为负。
此外,图9中的涡轮效率的提升率通过三维稳态粘性CFD解析而求得。
此外,图10表示模拟实际的运转条件而进行了空气动力性能试验的结果,在使用了发明例的可变喷嘴叶片的情况下,与使用了比较例的可变喷嘴叶片的情况相比,遍及动作区域全域,尤其在小流量侧的动作区域内确认到提高涡轮效率。
参照图1A至图4对本发明的一个实施方式进行说明。此外,如附图所示,“L”表示左方向,“R”表示右方向,“ID”表示径向内侧,“OD”表示径向外侧,“RD”表示涡轮叶轮(转子轴)的旋转方向。
如图4所示,本实施方式的可变容量型增压器(增压器的一个例子)1利用来自发动机(省略图示)的废气(气体的一个例子)的压力能,来对朝发动机供给的空气进行增压(压缩)。
可变容量型增压器1具备轴承壳体3。在轴承壳体3内,设有径向轴承5以及一对推力轴承7。并且,在多个轴承5、7,能够旋转地设有沿左右方向延伸的转子轴(涡轮轴)9。换言之,在轴承壳体3,经由多个轴承5、7能够旋转地设有转子轴9。
在轴承壳体3的右侧,配设有利用离心力来压缩空气的压缩机11。压缩机11的具体的结构如下。
在轴承壳体3的右侧,设有压缩机壳体13。并且,在压缩机壳体13内,能够绕其轴心旋转地设有压缩机叶轮15。压缩机叶轮15与转子轴9的右端部一体连结。而且,压缩机叶轮15具备压缩机盘17。压缩机盘17的轮毂面17h从右侧朝径向外侧(压缩机叶轮15的径向外侧)延伸。另外,在压缩机盘17的轮毂面17h,沿周向空开间隔地一体形成有多个压缩机叶片19。
在压缩机壳体13的靠压缩机叶轮15的入口侧(从空气的流动方向观察时的上游侧),形成有用于将空气导入压缩机壳体13内的空气导入口21。空气导入口21与净化空气的空气净化器(省略图示)连接。并且,在轴承壳体3与压缩机壳体13之间的靠压缩机叶轮15的出口侧(从空气的流动方向观察时的下游侧),形成有对压缩了的空气进行升压的环状的扩散流路23。在压缩机壳体13的内部,形成有旋涡状的压缩机涡旋流路25,压缩机涡旋流路25与扩散流路23连通。在压缩机壳体13的适当位置,形成有用于向压缩机壳体13的外侧排出压缩了的空气的空气排出口27。空气排出口27与发动机的进气歧管(省略图示)连接。
此外,在轴承壳体3的右侧部,设有防止压缩空气向推力轴承7侧泄漏的环状的密封板29。
如图3以及图4所示,在轴承壳体3的左侧,配设有利用废气的压力能来产生旋转力(转矩)的径向涡轮31。径向涡轮31的具体的结构如下。
在轴承壳体3的左侧设有涡轮壳体33。并且,在涡轮壳体33内,能够绕其轴心旋转地设有涡轮叶轮35。涡轮叶轮35与转子轴9的左端部一体连结。并且,涡轮叶轮35具备涡轮盘37。涡轮盘37的轮毂面37h从左侧(涡轮叶轮35的轴向一方侧)朝径向外侧(涡轮叶轮35的径向外侧)延伸。另外,在涡轮盘37的轮毂面37h,沿周向等间隔地一体形成有多个涡轮叶片39。
在涡轮壳体33的适当位置,形成有用于将废气导入涡轮壳体33内的气体导入口41。气体导入口41与发动机的排气歧管(省略图示)连接。在涡轮壳体33的内部的靠涡轮叶轮35的入口侧(从废气的流动方向观察时的上游侧),形成有旋涡状的涡轮涡旋流路43。涡轮涡旋流路43与气体导入口41连通。在涡轮壳体33的靠涡轮叶轮35的出口侧(从废气的流动方向观察时的下游侧),形成有用于排出废气的气体排出口45。气体排出口45经由连接管(省略图示)与催化剂(省略图示)连接。另外,在涡轮壳体33内的靠气体排出口45的入口侧,形成有环状的阶梯部47。
此外,在轴承壳体3的左侧面,设有对来自涡轮叶轮35侧的热进行隔离的环状的隔热板49。在轴承壳体3的左侧面与隔热板49的外缘部之间,设有波形垫圈51。
在涡轮壳体33内,配设有对朝涡轮叶轮35侧供给的废气的流路面积(喉口面积)进行调整(设为可变)的可变喷嘴单元53。可变喷嘴单元53的具体的结构如下。
如图3所示,在涡轮壳体33内的靠涡轮叶轮35的径向外侧(入口侧),经由支撑环57而与涡轮叶轮35同心状地配设有作为第一壁部件的喷嘴环55。喷嘴环55例如形成为环状。喷嘴环55的内周缘部嵌合于隔热板49的外周缘部。在喷嘴环55,沿圆周方向等间隔地贯通形成有多个(仅图示一个)第一支承孔59。此外,支撑环57的外周缘部由轴承壳体3和涡轮壳体33夹持。
在沿左右方向相对于喷嘴环55分离对置的位置,经由多个连结销63而与喷嘴环55一体并且同心状地设有作为第二壁部件的套筒环61。换言之,套筒环61以与喷嘴环55对置的方式在涡轮叶轮35的轴向上相对于喷嘴环55分离地设置。并且,喷嘴环55例如形成为环状。在套筒环61,以与喷嘴环55的多个第一支承孔59匹配的方式沿圆周方向等间隔地贯通形成有多个(仅图示一个)第二支承孔65。此外,多个连结销63具有对喷嘴环55的对置面与套筒环61的对置面之间的间隔进行设定的功能。
套筒环61在内周缘侧具有覆盖多个涡轮叶片39的外缘的筒状的套筒部67。套筒部67向左方向(涡轮叶轮35的轴向一方侧)突出而且位于涡轮壳体33的阶梯部47的内侧。并且,在套筒环61的套筒部67的外周面形成有环槽69。另外,在涡轮壳体33的阶梯部47的内周面,多个密封圈71利用自身的弹力(多个密封圈71的弹力)以压力接触的方式设于该内周面,多个密封圈71抑制废气从涡轮涡旋流路43侧泄漏。各密封圈71的内周缘部嵌入套筒环61的环槽69。
如图2A至图3所示,在喷嘴环55与套筒环61之间(换言之,喷嘴环55的对置面与套筒环61的对置面之间),沿圆周方向等间隔地配设有多个可变喷嘴叶片73。各可变喷嘴叶片73能够绕与涡轮叶轮35的轴心C平行的轴心向开闭方向(正反方向)转动。在各可变喷嘴叶片73的右侧面(轮毂侧73h的侧面),一体形成有第一叶片轴75。第一叶片轴75能够转动地支承于喷嘴环55的对应的第一支承孔59。在各可变喷嘴叶片73的左侧面(套筒侧73s的侧面),与第一叶片轴75同心状地一体形成有第二叶片轴77。第二叶片轴77能够转动地支承于套筒环61的对应的第二支承孔65。各可变喷嘴叶片73在第一叶片轴75的基端侧具有能够与喷嘴环55的对置面接触的第一凸缘部(省略图示)。并且,各可变喷嘴叶片73在第二叶片轴77的基端侧具有能够与套筒环61的对置面接触的第二凸缘部(省略图示)。此外,各可变喷嘴叶片73是具备第一叶片轴75和第二叶片轴77的双柱类型,也可以是省略了第二叶片轴77的悬臂类型。
如图1A、图2A以及图2B所示,各可变喷嘴叶片73从套筒侧73s至轮毂侧73h被设定为相同的弦长。各可变喷嘴叶片73呈相同的叶片形状(叶片截面形状)。此外,各可变喷嘴叶片73的弦长或者叶片形状也可以从套筒侧73s至轮毂侧73h而形成为不相同。
如图1A至图2B所示,各可变喷嘴叶片73构成为以后缘73t为扭转中心扭转,使得套筒侧73s比轮毂侧73h以及中跨侧(套筒侧73s与轮毂侧73h的中央侧)73m更向径向内侧突出(凸出)。换言之,各可变喷嘴叶片73构成为,在后缘73t被保持为与涡轮叶轮35的轴心C平行的状态下,以使套筒侧73s比轮毂侧73h以及中跨侧73m更向径向内侧突出的方式扭转。并且,各可变喷嘴叶片73的中跨侧73m比套筒侧73s更向径向内侧突出。各可变喷嘴叶片73的扭转角(套筒侧73s相对于轮毂侧73h的扭转角)θ被设定为2.0~5.0度。另外,如图1B(a)以及图3所示,由于各可变喷嘴叶片73如上述那样扭转而构成,所以在子午面中,各可变喷嘴叶片73的前缘73a以套筒侧的端73as位于比轮毂侧的端73ah更靠径向内侧的方式相对于与涡轮叶轮35的轴心C平行的方向PD倾斜。
如图3所示,在形成于喷嘴环55的对置面的相反侧的环状的连杆室79内,配设有用于使多个可变喷嘴叶片73同步转动的连杆机构81。并且,连杆机构81由日本特开2009-243431号公报以及日本特开2009-243300号公报等所示的公知的结构构成。连杆机构81经由动力传递机构83与使多个可变喷嘴叶片73向开闭方向转动的马达或者缸体等转动驱动器(省略图示)连接。
接着,对本发明的实施方式的作用以及效果进行说明。
从气体导入口41导入了的废气经由涡轮涡旋流路43从涡轮叶轮35的入口侧向出口侧流通,由此利用废气的压力能而产生旋转力(转矩),从而能够使转子轴9以及压缩机叶轮15与涡轮叶轮35一体旋转。由此,对从空气导入口21导入了的空气进行压缩,而能够经由扩散流路23以及压缩机涡旋流路25从空气排出口27排出,从而能够对朝发动机供给的空气进行增压(压缩)。
在可变容量型增压器1的运转中,在发动机转速高且废气的流量多的情况下,通过利用转动驱动器使连杆机构81动作,并使多个可变喷嘴叶片73向正方向(打开方向)同步地转动,由此增大向涡轮叶轮35侧供给的废气的气体流路面积(喉口面积),而供给较多的废气。另一方面,在发动机转速低且废气的流量少的情况下,通过利用转动驱动器使连杆机构81动作,并使多个可变喷嘴叶片73向反方向(关闭方向)同步地转动,由此缩小喉口面积,提高废气的流速,而充分确保涡轮叶轮35的工作量。由此,能够与废气的流量的多少无关,由涡轮叶轮35充分并且稳定地产生旋转力(可变容量型增压器1的通常的作用)。
由于各可变喷嘴叶片73构成为以后缘73t为扭转中心扭转使得套筒侧73s比轮毂侧73h以及中跨侧73m更向径向内侧突出,所以当应用上述的第一新的见解时,即使在各可变喷嘴叶片73的轮毂侧73h的侧面与喷嘴环55的对置面之间、各可变喷嘴叶片73的套筒侧73s的侧面与套筒环61的对置面之间形成有侧隙,也能够减少涡轮叶轮35的入口侧的能量损失大的区域。并且,由于各可变喷嘴叶片73的扭转角θ被设定为2.0~5.0度,所以当应用上述的第二新的见解时,能够充分提高可变容量型增压器1的涡轮效率(径向涡轮31的涡轮效率)的提升率(可变容量型增压器1的特有的作用)。
如上所述,根据本实施方式,即使在各可变喷嘴叶片73的轮毂侧73h的侧面与喷嘴环55的对置面之间等形成有侧隙,也能够减少涡轮叶轮35的入口侧的能量损失大的区域。因此,能够确保各可变喷嘴叶片73的转动动作的可靠性,同时提高可变容量型增压器1的涡轮效率。尤其是,由于能够充分提高可变容量型增压器1的涡轮效率的提升率,所以能够进一步提高上述的效果。
(变形例1)
如图5A、图5B(a)以及图5B(b)所示,在本发明的实施方式的变形例1中,将可变喷嘴叶片85用于可变喷嘴单元53(参照图3),来代替可变喷嘴叶片73(参照图1A)。并且,可变喷嘴叶片85具有与可变喷嘴叶片73相同的结构,仅对可变喷嘴叶片85的结构的特征部分进行说明。此外,在附图中,对于可变喷嘴叶片85的多个结构要素中的与可变喷嘴叶片73的结构要素对应的部分标注相同的符号。
各可变喷嘴叶片85构成为以后缘85t为扭转中心扭转,使得套筒侧85s比轮毂侧85h以及中跨侧(套筒侧85s与轮毂侧85h的中央侧)85m更向径向内侧突出。并且,由于各可变喷嘴叶片85如上述那样扭转而构成,所以在子午面中,各可变喷嘴叶片85的前缘85a以套筒侧的端85as位于比轮毂侧的端85ah更靠径向内侧的方式相对于与涡轮叶轮35的轴心(参照图3)平行的方向PD倾斜。
各可变喷嘴叶片85在径向外侧具有叶片面85o。叶片面85o包括从套筒侧85s形成至中跨侧85m的凹曲面部(凹部)87。凹曲面部87位于叶片面85o的靠前缘85a的部位。换言之,凹曲面部87以在从可变喷嘴叶片85的弦线(或者中弧线)的中央至前缘85a之间的某一部位变得最低的方式形成于叶片面85o。并且,凹曲面部87形成为具有平缓的曲面。并且,各可变喷嘴叶片85在径向内侧具有叶片面85i。叶片面85i包括从套筒侧85s至中跨侧85m而形成的凸曲面部(凸部)89。凸曲面部89位于叶片面85i的靠前缘85a的部位。换言之,凸曲面部89以在从可变喷嘴叶片85的弦线(或者中弧线)的中央至前缘85a之间的某一部位变得最高的方式形成于叶片面85i。并且,凸曲面部89形成为具有平缓的曲面。
因此,根据本发明的实施方式的变形例1,可变喷嘴叶片85构成为以后缘85t为扭转中心扭转,使得套筒侧85s比轮毂侧85h以及中跨侧85m更向径向内侧突出。因此,起到与上述的本发明的实施方式相同的作用以及效果。
并且,在各可变喷嘴叶片85的径向外侧叶片面85o的靠前缘85a的部位,从套筒侧85s至中跨侧85m形成有平缓的凹曲面部87。因此,在各可变喷嘴叶片85的径向外侧叶片面85o的靠前缘85a的部位周边,能够生成剥离所产生的低压区域A。由此,存在对各可变喷嘴叶片85的径向外侧叶片面85o作用比对径向内侧叶片面85i作用的压力高的压力的趋势,但是能够使各可变喷嘴叶片85产生向套筒环61的对置面侧的推力F。由此,能够使各可变喷嘴叶片85靠近套筒环61的对置面侧,使套筒环侧的侧隙比轮毂侧的侧隙小,而能够进一步提高可变容量型增压器1(参照图4)的涡轮效率。此外,如日本特开2009-144545号公报的第[0038]段、第[0039]段所记载,使套筒环侧的侧隙比轮毂侧的侧隙小的话,能够有助于可变容量型增压器1的涡轮效率的提高,这通过研究变得清楚。
(变形例2)
如图6A、图6B(a)以及图6B(b)所示,在本发明的实施方式的变形例2中,将可变喷嘴叶片91用于可变喷嘴单元53(参照图3),来代替可变喷嘴叶片73(参照图1A)。并且,可变喷嘴叶片91具有与可变喷嘴叶片73相同的结构,仅对可变喷嘴叶片91的结构的特征部分进行说明。此外,在附图中,对于可变喷嘴叶片91的多个结构要素中的与可变喷嘴叶片73的结构要素对应的部分标注相同的符号。
各可变喷嘴叶片91构成为以后缘91t为扭转中心扭转,使得套筒侧91s比轮毂侧91h以及中跨侧(套筒侧91s与轮毂侧91h的中央侧)91m更向径向内侧突出。并且,由于各可变喷嘴叶片91如上述那样扭转而构成,所以在子午面中,各可变喷嘴叶片91的前缘91a以套筒侧的端91as位于比轮毂侧的端91ah更靠径向内侧的方式相对于与涡轮叶轮35的轴心(参照图3)平行的方向PD倾斜。而且,各可变喷嘴叶片91构成为使中跨侧91m比轮毂侧91h更向径向外侧突出。
因此,根据本发明的实施方式的变形例2,由于可变喷嘴叶片91构成为以后缘91t为扭转中心扭转,使得套筒侧91s比轮毂侧91h以及中跨侧91m更向径向内侧突出,所以起到与上述的本发明的实施方式相同的作用以及效果。
并且,各可变喷嘴叶片91构成为使中跨侧91m比轮毂侧91h更向径向外侧突出。因此,能够减少对各可变喷嘴叶片91的径向外侧叶片面91o作用的压力所产生的推力。由此,利用对各可变喷嘴叶片91的径向内侧面91i作用的压力,能够使各可变喷嘴叶片91产生向套筒环61的对置面侧的推力F。由此,能够使各可变喷嘴叶片91靠近套筒环61的对置面侧,使套筒环侧的侧隙比轮毂侧的侧隙小,而能够进一步提高可变容量型增压器1(参照图4)的涡轮效率。
此外,本发明不限定于上述的实施方式的说明,例如能够将应用于可变容量型增压器1的技术思想应用于燃气轮机等的可变容量型增压器1以外的涡轮旋转机械等,能够以其它各种方案进行实施。并且,本发明所包括的权利范围不限定于上述实施方式。
Claims (7)
1.一种可变喷嘴单元,该可变喷嘴单元能够对朝涡轮旋转机械的涡轮叶轮供给的气体的流路面积进行调整,其特征在于,具备:
第一壁部件,其设置在上述涡轮旋转机械的涡轮壳体内的上述涡轮叶轮的径向外侧;
第二壁部件,其以与上述第一壁部件对置的方式在上述涡轮叶轮的轴向上相对于上述第一壁部件分离地设置;以及
多个可变喷嘴叶片,其在上述第一壁部件与上述第二壁部件之间沿圆周方向空开间隔地配设,能够绕与上述涡轮叶轮的轴心平行的轴心向开闭方向转动,并且构成为,后缘与上述涡轮叶轮的轴心平行,以上述后缘为扭转中心扭转,使得与上述第二壁部件对置的套筒侧比与上述第一壁部件对置的轮毂侧更向径向内侧突出。
2.根据权利要求1所述的可变喷嘴单元,其特征在于,
各可变喷嘴叶片的扭转角被设定为2.0~5.0度。
3.根据权利要求1所述的可变喷嘴单元,其特征在于,
各可变喷嘴叶片在径向外侧具有叶片面,
上述叶片面包括从该可变喷嘴叶片的套筒侧至中跨侧形成的凹曲面部。
4.根据权利要求2所述的可变喷嘴单元,其特征在于,
各可变喷嘴叶片在径向外侧具有叶片面,
上述叶片面包括从该可变喷嘴叶片的套筒侧至中跨侧形成的凹曲面部。
5.根据权利要求1所述的可变喷嘴单元,其特征在于,
各可变喷嘴叶片构成为使中跨侧比轮毂侧更向径向外侧突出。
6.根据权利要求2所述的可变喷嘴单元,其特征在于,
各可变喷嘴叶片构成为使中跨侧比轮毂侧更向径向外侧突出。
7.一种可变容量型增压器,该可变容量型增压器利用来自发动机的废气的能量,来对朝上述发动机侧供给的空气进行增压,其特征在于,
具备权利要求1~6任一项中所述的可变喷嘴单元。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013141592A JP6225515B2 (ja) | 2013-07-05 | 2013-07-05 | 可変ノズルユニット及び可変容量型過給機 |
JP2013-141592 | 2013-07-05 | ||
PCT/JP2014/067381 WO2015002142A1 (ja) | 2013-07-05 | 2014-06-30 | 可変ノズルユニット及び可変容量型過給機 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105143635A CN105143635A (zh) | 2015-12-09 |
CN105143635B true CN105143635B (zh) | 2018-01-09 |
Family
ID=52143717
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201480022430.1A Active CN105143635B (zh) | 2013-07-05 | 2014-06-30 | 可变喷嘴单元以及可变容量型增压器 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6225515B2 (zh) |
CN (1) | CN105143635B (zh) |
DE (1) | DE112014003165B4 (zh) |
WO (1) | WO2015002142A1 (zh) |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101905792B1 (ko) * | 2015-09-16 | 2018-10-10 | 보르그워너 인코퍼레이티드 | 펄스 분리형 가변 터빈 구조 터보차저를 위한 카트리지 |
JP6614334B2 (ja) | 2016-03-25 | 2019-12-04 | 株式会社Ihi | 過給機 |
DE112017005519T5 (de) | 2016-11-01 | 2019-08-08 | Ihi Corporation | Variable Düseneinheit und Turbolader |
CN109804148B (zh) * | 2016-11-10 | 2021-08-17 | 株式会社Ihi | 可变喷嘴单元以及增压器 |
US10677077B2 (en) * | 2017-03-01 | 2020-06-09 | Panasonic Corporation | Turbine nozzle and radial turbine including the same |
DE102017118794A1 (de) * | 2017-08-17 | 2019-02-21 | Ihi Charging Systems International Gmbh | Verstellbarer Leitapparat für eine Turbine, Turbine für einen Abgasturbolader und Abgasturbolader |
DE102018211673A1 (de) * | 2018-07-12 | 2020-01-16 | Continental Automotive Gmbh | Leitschaufel und mit einer solchen versehene Turbinenanordnung |
CN112867852A (zh) * | 2018-12-04 | 2021-05-28 | 株式会社Ihi | 可变容量型增压器 |
DE102018221161B4 (de) * | 2018-12-06 | 2021-08-26 | Vitesco Technologies GmbH | Abgasturbine eines Abgasturboladers sowie Abgasturbolader mit einem strömungstechnischen Störelement im Turbinengehäuse |
CN113423929B (zh) * | 2019-02-25 | 2023-03-10 | 三菱重工发动机和增压器株式会社 | 喷嘴叶片 |
DE112020002877T5 (de) * | 2019-06-14 | 2022-03-10 | Ihi Corporation | Turbolader |
CN114787490B (zh) | 2020-01-07 | 2024-03-29 | 三菱重工发动机和增压器株式会社 | 涡轮机及涡轮增压器 |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6948907B2 (en) * | 2003-05-05 | 2005-09-27 | Honeywell International, Inc. | Vane and/or blade for noise control |
JP2008520881A (ja) * | 2004-11-16 | 2008-06-19 | ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド | 可変ノズルターボ過給機 |
JP4952558B2 (ja) | 2007-12-12 | 2012-06-13 | 株式会社Ihi | ターボチャージャ |
JP5141335B2 (ja) | 2008-03-28 | 2013-02-13 | 株式会社Ihi | 可変ノズルユニット及び可変容量型ターボチャージャ |
JP2009243431A (ja) | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Ihi Corp | 可変ノズルユニット及び可変容量型ターボチャージャ |
DE102008032497A1 (de) | 2008-07-05 | 2010-01-07 | Daimler Ag | Schiebehülsensystem zur Anordnung im Bereich eines Turbinenradeintritts einer Turbine eines Abgasturboladers |
EP2351920B1 (en) * | 2008-11-05 | 2016-04-13 | IHI Corporation | Turbocharger |
JP2010216283A (ja) * | 2009-03-13 | 2010-09-30 | Akita Fine Blanking:Kk | Vgsタイプターボチャージャの可変翼 |
US8834104B2 (en) * | 2010-06-25 | 2014-09-16 | Honeywell International Inc. | Vanes for directing exhaust to a turbine wheel |
JP5409741B2 (ja) | 2011-09-28 | 2014-02-05 | 三菱重工業株式会社 | 可変ノズル機構の開度規制構造および可変容量型ターボチャージャ |
JP5787085B2 (ja) | 2011-11-16 | 2015-09-30 | トヨタ自動車株式会社 | ターボチャージャ |
US10072513B2 (en) * | 2011-11-30 | 2018-09-11 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Radial turbine |
US20140286758A1 (en) * | 2013-03-19 | 2014-09-25 | Abb Turbo Systems Ag | Nozzle ring with non-uniformly distributed airfoils and uniform throat area |
-
2013
- 2013-07-05 JP JP2013141592A patent/JP6225515B2/ja active Active
-
2014
- 2014-06-30 DE DE112014003165.8T patent/DE112014003165B4/de active Active
- 2014-06-30 WO PCT/JP2014/067381 patent/WO2015002142A1/ja active Application Filing
- 2014-06-30 CN CN201480022430.1A patent/CN105143635B/zh active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE112014003165T5 (de) | 2016-03-24 |
DE112014003165B4 (de) | 2023-08-03 |
JP2015014252A (ja) | 2015-01-22 |
JP6225515B2 (ja) | 2017-11-08 |
CN105143635A (zh) | 2015-12-09 |
WO2015002142A1 (ja) | 2015-01-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105143635B (zh) | 可变喷嘴单元以及可变容量型增压器 | |
CN104884761B (zh) | 可变喷嘴单元及可变容量型增压器 | |
CN104018889B (zh) | 可变喷嘴单元以及可变容量型增压器 | |
JPWO2014128939A1 (ja) | 遠心圧縮機 | |
RU2511914C2 (ru) | Кольцевой неподвижный элемент для использования с паровой турбиной и паровая турбина | |
CN104141513B (zh) | 可变喷嘴单元及可变容量式增压器 | |
CN105814293B (zh) | 可变喷嘴单元以及可变容量型增压器 | |
JP2020535342A (ja) | 排気ガスタービンのディフューザ | |
JP5849445B2 (ja) | 可変ノズルユニット及び可変容量型過給機 | |
CN108700085A (zh) | 压缩机叶轮和涡轮增压器 | |
JP2015031237A (ja) | 可変ノズルユニット及び可変容量型過給機 | |
CN104819014A (zh) | 船用混流式涡轮增压器的可调喷嘴环结构 | |
JP2012002140A (ja) | タービン及び過給機 | |
JP6947304B2 (ja) | タービンおよび過給機 | |
JP2010242520A (ja) | 可変容量型タービン及び可変容量型ターボチャージャ | |
JP2016108994A (ja) | 圧縮機インペラ、遠心圧縮機、及び過給機 | |
JP6146507B2 (ja) | 可変ノズルユニット及び可変容量型過給機 | |
JP7248113B2 (ja) | 過給機 | |
JP2015034470A (ja) | 可変容量型過給機 | |
JP5922685B2 (ja) | 排気タービン装置、過給機および排気エネルギー回収装置 | |
JP2014234803A (ja) | 可変容量型タービン及び可変容量型過給機 | |
JP2013253520A (ja) | 可変ノズルユニット及び可変容量型過給機 | |
JP2021156266A (ja) | タービンおよび過給機 | |
JP6149426B2 (ja) | 可変容量型過給機 | |
CN104718361B (zh) | 涡轮增压机、涡轮喷嘴及船舶 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |