CN109804148A - 可变喷嘴单元以及增压器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供可变喷嘴单元和增压器。可变喷嘴单元具备配置于毂壁面和护罩壁面之间,在气体流入路内能够绕与涡轮叶轮的旋转轴线平行的转动轴线转动的可变喷嘴翼。可变喷嘴翼包括前缘、后缘、与连结前缘和后缘并且与旋转轴线的径向外侧对置的外侧翼面。在外侧翼面的毂壁面侧的至少比转动轴线靠前缘侧的范围内形成有凹部。
Description
技术领域
本发明涉及可变喷嘴单元以及增压器。
背景技术
以往,如专利文献1所记载的那样,公知有用于能够改变流入涡轮叶轮的气体的流路面积的喷嘴叶片(可变喷嘴翼)。喷嘴叶片能够绕与涡轮叶轮的旋转轴线平行的轴线转动。通过喷嘴叶片的转动,能够改变气体的流路面积。专利文献1记载的喷嘴叶片包括规定高度的毂端面和护罩端面,并包括规定长度的前缘和后缘,包括规定厚度的内侧面和外侧面。而且在喷嘴叶片的至少一部分构成为长度和厚度与高度对应地变化。
专利文献1:美国专利第7255530号说明书
发明内容
本发明的发明人们发现:通过在可变喷嘴翼中减少护罩侧的间隙流量,由此提高涡轮效率。因此研究了使可变喷嘴翼靠近护罩侧的技术。另一方面,若使可变喷嘴翼靠近护罩侧,则在毂侧会产生间隙。以往,也公知有将毂侧长弦化,由此减少毂侧的间隙流量,据此实现涡轮的性能改善的技术。然而,实际上难以减少毂侧的间隙流量。而且若毂侧的间隙流量增大,则沿着主流的流动减少。
本公开对通过相对地减少毂侧的间隙流量,由此能够增加沿着主流的流动的可变喷嘴单元以及增压器进行说明。
本公开的一个方式的可变喷嘴单元,用于涡轮,该涡轮具备:供从涡旋流路流入涡轮叶轮的气体通过的气体流入路、和在涡轮叶轮的旋转轴线方向上相互面对并形成气体流入路的毂壁面以及护罩壁面,所述可变喷嘴单元具备可变喷嘴翼,该可变喷嘴翼配置于毂壁面和护罩壁面之间,在气体流入路内能够绕与涡轮叶轮的旋转轴线平行的转动轴线转动,可变喷嘴翼包括:前缘、后缘、以及将前缘与后缘连结并且面对旋转轴线的径向外侧的外侧翼面,在外侧翼面的毂壁面侧的至少比转动轴线靠前缘侧的范围内形成有凹部。
根据本公开的一个方式,能够使毂侧的间隙流量相对地减少,由此能够增加沿着主流的流动。
附图说明
图1是本公开的一个实施方式的增压器的剖视图。
图2是用与旋转轴线垂直的面切剖可变喷嘴单元的剖视图。
图3的(a)~图3的(f)是可变喷嘴翼的六面图。
图4的(a)是从图3的(a)的箭头A1方向观察可变喷嘴翼而表示的立体图,图4的(b)是从图3的(f)的箭头A2方向观察可变喷嘴翼而表示的立体图。
图5的(a)是从护罩端面侧观察可变喷嘴翼而表示的主视图,图5的(b)是从前缘侧观察可变喷嘴翼而表示的图。
图6的(a)是表示可变喷嘴翼的三维形状的主视图,图6的(b)是前缘附近的图6的(a)的局部放大图,图6的(c)是后缘附近的图6的(a)的局部放大图。
图7是表示可变喷嘴翼的子午面形状的图。
图8是表示与叶片展开方向位置对应的径向速度比的一个例子的图。
具体实施方式
本公开的一个方式的可变喷嘴单元,用于涡轮,该涡轮具备:供从涡旋流路流入涡轮叶轮的气体通过的气体流入路、和在涡轮叶轮的旋转轴线方向上相互面对并形成气体流入路的毂壁面以及护罩壁面,所述可变喷嘴单元具备可变喷嘴翼,该可变喷嘴翼配置于毂壁面和护罩壁面之间,并在气体流入路内能够绕与涡轮叶轮的旋转轴线平行的转动轴线转动,可变喷嘴翼包括:前缘、后缘、以及将前缘与后缘连结并且面对旋转轴线的径向外侧的外侧翼面,在外侧翼面的毂壁面侧的至少比转动轴线靠前缘侧的范围内形成有凹部。
在该可变喷嘴单元中,在外侧翼面的毂壁面侧形成有凹部。通常,在可变喷嘴翼的前缘侧,径向外侧成为高压,可变喷嘴翼的径向内侧成为低压。这样在外侧与内侧之间产生压力差。在前缘侧的范围内设置凹部,由此在外侧的凹部附近,压力能够降低。由此外侧与内侧之间的压力差减少。因此能够相对地减少毂侧的间隙流量。通过间隙流量的减少,能够增加沿着主流的流动。
在几个方式中,凹部形成于由前缘和后缘规定的可变喷嘴翼的全长中的80%以上的范围。这样,凹部遍布全长的大部分而设置,由此在可变喷嘴翼的更宽的范围内,能够减少外侧与内侧之间的压力差。因此能够进一步减少间隙流量。
在几个方式中,可变喷嘴翼包括:面对毂壁面的毂端面、和面对护罩壁面的护罩端面,外侧翼面包括:稳定部,其形成于由毂端面和护罩端面规定的可变喷嘴翼的总高度中的护罩端面侧的第一范围,并且与转动轴线垂直的剖面稳定;和斜面部,其经由边界线而与稳定部连续,并且形成于总高度中的毂端面侧的第二范围,在边界线与毂端面之间线性地延伸并形成凹部。通过从与稳定部的边界线到毂端面线性地延伸的斜面部,能够可靠地形成低压部。
在几个方式中,第二范围为总高度的15%以下的范围。若设置于总高度中的凹部过宽的范围内,则外侧翼面的功能可能受损。若第二范围为总高度的15%以下,则如上所述,能够减少间隙流量,并且防止基于外侧翼面的主流的流路面积的调整功能受损。
根据具备设置于涡轮的上述任一个可变喷嘴单元的增压器,能够获得涡轮的性能改善效果。
以下,参照附图并且对本公开的可变容量型增压器的实施方式进行说明。另外,在各附图中存在夸张描绘构成要素的特征的情况,因此附图上的各部位的尺寸比未必与实物一致。
图1所示的可变容量型增压器1例如适用于船舶、车辆的内燃机。如图1所示,可变容量型增压器1具备涡轮2和压缩机3。涡轮2具备涡轮壳体4、和收纳于涡轮壳体4的涡轮叶轮6。涡轮壳体4在涡轮叶轮6的周围具有沿周向延伸的涡旋流路16。压缩机3具备压缩机壳体5和收纳于压缩机壳体5的压缩机叶轮7。压缩机壳体5在压缩机叶轮7的周围具有沿周向延伸的涡旋流路17。
涡轮叶轮6设置于旋转轴14的一端。压缩机叶轮7设置于旋转轴14的另一端。在涡轮壳体4与压缩机壳体5之间设置有轴承壳体13。旋转轴14经由轴承15能够旋转地支承于轴承壳体13,旋转轴14、涡轮叶轮6以及压缩机叶轮7作为一体的旋转体12而绕旋转轴线H旋转。
在涡轮壳体4设置有排出气体流入口(未图示)和排出气体流出口10。从内燃机(未图示)排出的排出气体通过排出气体流入口而流入到涡轮壳体4内,通过涡旋流路16流入涡轮叶轮6,使涡轮叶轮6旋转。之后,排出气体通过排出气体流出口10向涡轮壳体4外流出。
在压缩机壳体5设置有吸入口9和排出口(未图示)。如上述那样若涡轮叶轮6旋转,则压缩机叶轮7经由旋转轴14旋转。旋转的压缩机叶轮7通过吸入口9吸入外部的空气进行压缩,并通过涡旋流路17从排出口排出。从排出口排出的压缩空气向上述内燃机供给。
接着,对涡轮2进行进一步详细地说明。涡轮2是可变容量型涡轮,在连接涡旋流路16与涡轮叶轮6的气体流入路21设置有多个可变喷嘴翼23。多个可变喷嘴翼23配置于以旋转轴线H为中心的圆周上,各个可变喷嘴翼23绕与旋转轴线H平行的转动轴线L(参照图6的(a))转动。气体流入路21供从涡旋流路16流入涡轮叶轮6的气体通过。如上述那样通过可变喷嘴翼23转动,从而能够根据导入到涡轮2的排出气体的流量,将气体流路的截面积(临界截面面积)调整到最佳。
作为用于如上述那样使可变喷嘴翼23转动的驱动机构,涡轮2具备可变喷嘴单元25。可变喷嘴单元25嵌入涡轮壳体4的内侧,例如被涡轮壳体4和轴承壳体13夹住而固定。
以下,参照图1和图2并且对应用于可变容量型增压器1的涡轮2的可变喷嘴单元25进行说明。在以下的说明中,在简称为“轴线方向”、“径向”、“周向”等时,分别意味着涡轮叶轮6的旋转轴线H方向、旋转径向、旋转周向。另外,在旋转轴线H方向上存在将接近涡轮2的一侧简称为“涡轮侧”,将接近压缩机3的一侧简称为“压缩机侧”的情况。
可变喷嘴单元25具有:上述多个(在图示例中为11个)可变喷嘴翼23、和在轴线方向上夹着可变喷嘴翼23的第一喷嘴环31和第二喷嘴环32。第一喷嘴环31和第二喷嘴环32分别形成以旋转轴线H为中心的环状,配置为在周向上包围涡轮叶轮6。被第一喷嘴环31和第二喷嘴环32夹着的区域构成上述的气体流入路21。第二喷嘴环32面对涡旋流路16(参照图1),第二喷嘴环32形成涡旋流路16的内壁的一部分。在第一喷嘴环31的轴承孔31a以能够旋转的方式供各可变喷嘴翼23的转动轴23a插通,第一喷嘴环31将各可变喷嘴翼23以悬臂的方式轴支承。另外,在图示例中,可变喷嘴翼23在圆周上以等间隔配置,但将可变喷嘴翼23以等间隔配置不是必须的。图2一并示出涡轮叶轮6的旋转方向D。
如图1所示,在第一喷嘴环31的压缩机侧固定有圆环板状的支承环41,此外在支承环41的压缩机侧固定有呈环状的驱动环支承部件43。在第一喷嘴环31、第二喷嘴环32、支承环41以及驱动环支承部件43分别设置有多个(在图示例中为三个)销孔35a。在这些各销孔35a插通有连结销35,由此第一喷嘴环31、第二喷嘴环32、支承环41以及驱动环支承部件43被相互连结。
另外,支承环41和驱动环支承部件43被连结销35的压缩机侧的部分相对于第一喷嘴环31共同铆接。另外,在连结销35的涡轮侧的部分设置有用于分别将第一喷嘴环31和第二喷嘴环32定位的两个凸缘部。高精度地制作两个凸缘部之间的尺寸,由此能够确保气体流入路21的轴线方向的尺寸精度。在驱动环支承部件43安装有驱动环28,由此驱动环28被支承为能够绕旋转轴线H转动。支承环41的外周部分被涡轮壳体4和轴承壳体13在轴线方向上夹持,由此可变喷嘴单元25整体由涡轮壳体4和轴承壳体13保持。
驱动环28是传递从外部输入的朝向可变喷嘴翼23的驱动力的部件,例如利用金属材料由一个部件形成。驱动环28形成在以旋转轴线H为中心的圆周上延伸的环状,接受来自外部的驱动力而绕旋转轴线H转动。杆29分别安装于各可变喷嘴翼23的转动轴23a,在驱动环28的内侧且在圆周上以等间隔配置。
这样的可变喷嘴单元25中的由第一喷嘴环31、第二喷嘴环32、支承环41以及连结销35构成的部分固定于涡轮壳体4,并将多个可变喷嘴翼23轴支承为能够转动。
一边参照图2以后的附图,一边对可变喷嘴单元25和可变喷嘴翼23进行更详细地说明。多个可变喷嘴翼23相同,具有相等的大小和形状。在配置于第一喷嘴环31与第二喷嘴环32之间的多个可变喷嘴翼23处,为了确保转动动作的可靠性,形成有侧隙。即,如图7所示,在第一喷嘴环31的毂壁面31b与可变喷嘴翼23的毂端面54之间能够形成毂侧间隙G。根据提高涡轮效率的观点,在可变容量型增压器1的运转过程中,可变喷嘴翼23靠近护罩壁面32b侧,能够成为无护罩侧间隙的状态或者护罩侧间隙极小的状态。
在可变喷嘴单元25中,通过钻研可变喷嘴翼23的三维形状,由此能够减少可变喷嘴单元25的径向外侧S2与径向内侧S1之间的压力差。特别是能够在可变喷嘴翼23的毂壁面31b侧,即在流入可变喷嘴单元25的气体最初抵碰的前缘51附近,减少径向外侧S2的压力。
如图2和图3所示,可变喷嘴翼23包括:以气体流入路21的气体的流动为基准位于上游侧的前缘51、和位于下游侧的后缘52。前缘51和后缘52规定可变喷嘴翼23的长度(全长)。可变喷嘴翼23包括:面对第一喷嘴环31的毂壁面31b的平坦的毂端面54、和面对第二喷嘴环32的护罩壁面32b的平坦的护罩端面53。毂端面54和护罩端面53将前缘51与后缘52连结,分别配置为与旋转轴线H(即与转动轴线L)正交。毂端面54和护罩端面53规定可变喷嘴翼23的高度(总高度)。毂端面54具有与护罩端面53不同的大小和形状。通过设置后述的凹部60,由此毂端面54的面积小于护罩端面53的面积。
可变喷嘴翼23包括:面对径向内侧S1的内侧翼面56、和面对径向外侧S2的外侧翼面57。内侧翼面56面对径向内侧S1并以凹面状弯曲。外侧翼面57面对径向外侧S2并以凸面状弯曲。内侧翼面56和外侧翼面57将前缘51与后缘52连结,并将护罩端面53与毂端面54连结。内侧翼面56和外侧翼面57规定可变喷嘴翼23的厚度。
对可变喷嘴翼23的三维形状进行详细地说明。如图4的(a)和图4的(b)所示,在可变喷嘴翼23的外侧翼面57的毂端面54侧形成有凹部60。即,在外侧翼面57的第一喷嘴环31的毂壁面31b侧形成有凹部60。凹部60向毂壁面31b侧开口,与毂端面54连接。毂端面54的面积减小相当于形成有凹部60的部分。该凹部60局部地扩大气体流路的空间,由此有助于毂壁面31b侧的径向外侧S2的压力的减少。凹部60使在毂侧间隙G流动的间隙流量相对于主流相对地减少。
如图5的(b)所示,可变喷嘴翼23包括在可变喷嘴翼23的总高度X中的护罩壁面32b侧的第一范围形成的稳定部P1。以下将与转动轴线L方向平行的方向称为高度方向或者叶片展开方向。稳定部P1包括护罩端面53。即,稳定部P1包括外侧翼面57的外侧护罩棱部57a和内侧翼面56的内侧护罩棱部56a。在稳定部P1中,与转动轴线L垂直的剖面在叶片展开方向上相同(即不变)。该稳定部P1在总高度X上所占的比例可以为85%以上,也可以为90%以上。即,上述第一范围可以是总高度X的85%以上的范围,也可以是总高度X的90%以上的范围。
另一方面,可变喷嘴翼23包括以与稳定部P1连续的方式设置于稳定部P1的毂壁面31b侧(压缩机侧)的毂侧部P2。毂侧部P2形成于可变喷嘴翼23的总高度X中的毂壁面31b侧的第二范围。毂侧部P2包括上述的凹部60和毂端面54。即,毂侧部P2包括毂端面54的外侧毂棱部54a和内侧毂棱部54b。另外,毂侧部P2经由形成稳定部P1的下端(毂侧端)的外侧边界线57b和内侧边界线56b而与稳定部P1连续。这些外侧边界线57b和内侧边界线56b为稳定部P1的一部分,因此形成与外侧护罩棱部57a和内侧护罩棱部56a相同的大小和形状。
在毂侧部P2中,与转动轴线L垂直的剖面与叶片展开方向对应地变化。毂侧部P2在外侧护罩棱部57a与外侧毂棱部54a之间包括沿着叶片展开方向线性地延伸的斜面部61。毂侧部P2在内侧护罩棱部56a与内侧毂棱部54b之间包括沿着叶片展开方向线性地延伸的斜面部62。径向外侧S2的斜面部61从外侧翼面57凹陷而形成凹部60。即,外侧毂棱部54a配置于比外侧边界线57b靠径向内侧S1。另一方面,径向内侧S1的斜面部62从内侧翼面56突出。即,内侧毂棱部54b配置于比内侧边界线56b靠径向内侧S1。
该毂侧部P2在总高度X上所占的比例可以为15%以下,也可以为10%以下。即,上述的第二范围可以为总高度X的15%以下的范围,也可以为总高度X的10%以下的范围。第二范围考虑上述的径向外侧S2侧的压力减少效果、和通过可变喷嘴翼23之间的主流的流路面积的调整功能,而能够适当地设定。
通过设置这样的稳定部P1和毂侧部P2,可变喷嘴翼23的前缘51包括稳定部前缘51a和毂侧部前缘51b。如图5的(a)和图6的(b)所示,毂侧部前缘51b向比稳定部前缘51a靠外侧突出。毂侧部P2的大部分向凹部60且向比稳定部P1的外侧翼面57靠内侧凹陷(凹进),毂侧部前缘51b比稳定部前缘51a突出。凹部60与稳定部前缘51a连结,但在它们的中间位置,毂侧部P2横贯外侧边界线57b。
另外,如图6的(c)所示,可变喷嘴翼23的后缘52包括稳定部后缘52a和毂侧部后缘52b。毂侧部后缘52b相对于稳定部后缘52a稍微偏移。另外这些位置也可以大致一致。
如图3的(f)、图4的(a)、图4的(b)以及图5的(a)所示,凹部60沿着可变喷嘴翼23的长度方向(即,从前缘51向后缘52延伸的长度方向)延伸。更详细而言,凹部60至少形成于比可变喷嘴翼23的转动轴线L(参照图6的(a))靠前缘51侧的规定范围内。更详细而言,凹部60包括长度方向的中央部并在从该中央部到前缘51的区域延伸。在前缘51侧,处于径向外侧S2的压力增高的趋势,因此凹部60设置于前缘51侧,从而能够提高上述的压力的减少效果。
如图6的(a)所示,凹部60形成于可变喷嘴翼23的全长R中的80%以上的范围。凹部60也可以形成于可变喷嘴翼23的全长R中的85%以上的范围。全长R相当于可变喷嘴翼23的弦长。
例如,如图6的(b)所示,凹部60以全长R为基准,在从稳定部前缘51a分离5%以上的位置具有始端(即前端71)。即,凹部60的前端71从稳定部前缘51a分离的距离为全长R的5%以上。另外,如图6的(c)所示,凹部60以全长R为基准,在从稳定部前缘51a分离95%以内的位置具有终端(即后端72)。即,凹部60的后端72与稳定部前缘51a的距离为全长R的95%以下。图6的(a)所示的凹部长度Ra可以是全长R的80%以上的范围,也可以是全长R的85%以上的范围。
更详细而言,如图6的(b)所示,毂侧部前缘51b的前缘中心C1b设置为不从稳定部P1的形状即稳定部前缘51a伸出。另外,例如前端71设置在比以弧线C上的前缘中心C1a为中心通过稳定部前缘51a而以圆弧状延伸的周面部分靠后缘52侧。
如图6的(c)所示,毂侧部后缘52b的后缘中心C2b设置为不从稳定部P1的形状即稳定部后缘52a伸出。此外,毂侧部后缘52b设置为不从稳定部后缘52a伸出。后端72也可以设置在比以弧线C上的后缘中心C2a为中心通过稳定部后缘52a并以圆弧状延伸的周面部分靠前缘51侧。
根据可变喷嘴翼23和具备可变喷嘴翼23的可变喷嘴单元25,在可变容量型增压器1的运转过程中,在发动机的转速高,且排出气体的流量多的情况下,多个可变喷嘴翼23向开方向同步转动,由此向涡轮叶轮6供给的排出气体的气体流路面积(临界截面面积)增大。其结果,供给较多的排出气体。另一方面,在发动机的转速低,且排出气体的流量少的情况下,多个可变喷嘴翼23向闭方向同步转动,由此向涡轮叶轮6供给的排出气体的气体流路面积(临界截面面积)变小。其结果,能够提高排出气体的流速,确保涡轮叶轮6的作功量。由此稳定地产生基于涡轮叶轮6的旋转力。
如图7所示,可变喷嘴翼23在轴向D1中靠近护罩壁面32b侧。在可变喷嘴翼23与毂壁面31b之间形成有毂侧间隙G。从径向外侧S2流入的排出气体成为通过可变喷嘴翼23与可变喷嘴翼23之间的主流,或者成为沿径向D2穿过毂侧间隙G的间隙流量,并流入涡轮叶轮6侧。
在可变喷嘴单元25中,在外侧翼面57的毂壁面31b侧形成有凹部60。在可变喷嘴翼23的前缘51侧,径向外侧S2成为高压,径向内侧S1成为低压。从外侧翼面57凹陷的凹部60设置在前缘51侧的范围,从而在径向外侧S2的凹部60附近压力能够降低。由此径向外侧S2与径向内侧S1之间的压力差减少。因此毂侧的间隙流量能够相对地减少。而且,通过间隙流量的减少,能够增加沿着主流的流动。根据具备可变喷嘴单元25的可变容量型增压器1,能够获得涡轮2的性能改善效果。
若在以往,可变喷嘴翼的前缘的径向外侧成为高压,径向内侧是流路狭窄的部分因此成为低压。即,为了使流动增速,压力被转换成速度能量而成为低压。由此从径向外侧朝向径向内侧,通过喷嘴侧隙部的泄漏流量增加,相对于主流的混合损失增加。与此同时,叶轮流入角增加,从而性能因入射损失的增大而可能降低。即,流动角因主流的质量流量的减少而增大。特别是在护罩侧间隙增大后的情况下,通过喷嘴侧的泄漏流量流入芯片间隙,从而芯片间隙损失可能增大。
在本实施方式的可变喷嘴翼23中,凹部60减少压力差,因此能够减少间隙流量。特别是在缩小气体流路面积时,该效果显著呈现。
凹部60遍布全长R的大部分设置,由此在可变喷嘴翼23的更宽的范围内,能够减少径向外侧S2与径向内侧S1之间的压力差。因此能够进一步减少间隙流量。
通过从与稳定部P1的边界线(外侧边界线57b和内侧边界线56b)到毂端面54线性地延伸的斜面部61,能够可靠地形成低压部。
若在叶片展开方向上将凹部60设置于过宽的范围,则外侧翼面57的功能可能受损。若设置有凹部60的第二范围为总高度X的15%以下,则如上所述,能够减少间隙流量,并且防止基于外侧翼面57的主流的流路面积的调整功能受损。
参照图8,对可变喷嘴翼23的后缘52附近的径向速度比Cm的在叶片展开方向上的分布进行说明。在实施例中,采用可变喷嘴翼23的结构,在比较例中,采用不设置凹部且具有稳定形状的以往的可变喷嘴翼。如根据图8明确的那样,在用粗线表示的实施例的可变喷嘴翼23中,与比较例的可变喷嘴翼相比,主流(即大于Xp/X=0的区域)的径向速度比Cm增加。这意味着主流的速度分布增大,主流的流量增加。因此能够实现涡轮2的性能改善。径向速度比Cm的增加不论是在稳定部P1(即大于Xp/X=0.1的区域)中,还是在毂侧部P2(即小于Xp/X=0.1的区域)中,均同样被确认。另外在相当于毂侧间隙G的区域(即Xp/X=0~-0.02的区域)中,径向速度比Cm大致相同。
以上,对本公开的实施方式进行了说明,但本发明不限定于上述的实施方式。例如,设置有凹部60的范围也可以仅是靠近前缘51附近。凹部60也可以设置于从前缘51到后缘52的整个区域。
对于全部的可变喷嘴翼23也可以不采用上述结构。对于多个可变喷嘴翼23中的一部分(一个或者多个)可变喷嘴翼23,也可以采用上述实施方式的结构。
可变喷嘴翼23不限定于以悬臂的方式轴支承的情况,也可以以双支承的方式轴支承。在以双支承的方式轴支承的情况下,在第二喷嘴环32也设置有轴承孔,设置于可变喷嘴翼23的转动轴以能够转动的方式插通于轴承孔。
在可变喷嘴翼23被悬臂轴支承的情况下,第二流路壁面也可以由涡轮壳体4形成。即,也可以省略第二喷嘴环32。在该情况下,可变喷嘴翼23安装于第一喷嘴环31,与作为涡轮壳体4的一部分的第二流路壁面对置。
工业上的可利用性
根据本公开的几个方式,能够相对地减少毂侧的间隙流量,由此,能够增加沿着主流的流动。
附图标记说明:1…可变容量型增压器;2…涡轮;3…压缩机;4…涡轮壳体;6…涡轮叶轮;7…压缩机叶轮;14…旋转轴;16…涡旋流路;21…气体流入路;23…可变喷嘴翼;25…可变喷嘴单元;31…第一喷嘴环;31b…毂壁面;32…第二喷嘴环;32b…护罩壁面;51…前缘;52…后缘;53…护罩端面;54…毂端面;56…内侧翼面;57…外侧翼面;60…凹部;61…斜面部;62…斜面部;C…弧线;H…旋转轴线;P1…稳定部;P2…毂侧部;R…全长;S1…径向内侧;S2…径向外侧;X…总高度。
Claims (7)
1.一种可变喷嘴单元,用于涡轮,该涡轮具备:供从涡旋流路流入涡轮叶轮的气体通过的气体流入路、和在所述涡轮叶轮的旋转轴线方向上相互面对并形成所述气体流入路的毂壁面以及护罩壁面,其中,
所述可变喷嘴单元具备可变喷嘴翼,该可变喷嘴翼配置于所述毂壁面和所述护罩壁面之间,并在所述气体流入路内能够绕与所述涡轮叶轮的所述旋转轴线平行的转动轴线转动,
所述可变喷嘴翼包括:前缘、后缘、以及将所述前缘与所述后缘连结并且面对所述旋转轴线的径向外侧的外侧翼面,
在所述外侧翼面的所述毂壁面侧的至少比所述转动轴线靠所述前缘侧的范围内形成有凹部。
2.根据权利要求1所述的可变喷嘴单元,其中,
所述凹部形成于由所述前缘和所述后缘规定的所述可变喷嘴翼的全长中的80%以上的范围。
3.根据权利要求1所述的可变喷嘴单元,其中,
所述可变喷嘴翼包括:面对所述毂壁面的毂端面、和面对所述护罩壁面的护罩端面,
所述外侧翼面包括:
稳定部,其形成于由所述毂端面和所述护罩端面规定的所述可变喷嘴翼的总高度中的所述护罩端面侧的第一范围,并且与所述转动轴线垂直的剖面稳定;和
斜面部,其经由边界线而与所述稳定部连续,并且形成于所述总高度中的所述毂端面侧的第二范围,在所述边界线与所述毂端面之间线性地延伸并形成所述凹部。
4.根据权利要求2所述的可变喷嘴单元,其中,
所述可变喷嘴翼包括:面对所述毂壁面的毂端面、和面对所述护罩壁面的护罩端面,
所述外侧翼面包括:
稳定部,其形成于由所述毂端面和所述护罩端面规定的所述可变喷嘴翼的总高度中的所述护罩端面侧的第一范围,并且与所述转动轴线垂直的剖面稳定;和
斜面部,其经由边界线而与所述稳定部连续,并且形成于所述总高度中的所述毂端面侧的第二范围,在所述边界线与所述毂端面之间线性地延伸并形成所述凹部。
5.根据权利要求3所述的可变喷嘴单元,其中,
所述第二范围为所述总高度的15%以下的范围。
6.根据权利要求4所述的可变喷嘴单元,其中,
所述第二范围为所述总高度的15%以下的范围。
7.一种增压器,其中,
具备设置于所述涡轮的权利要求1~6中的任一项所述的可变喷嘴单元。
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---|---|---|---|---|
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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 |
CN112412542A (zh) * | 2020-11-23 | 2021-02-26 | 湖南路捷道夫涡轮增压系统有限公司 | 一种采用混流叶片的可变截面增压器 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5178516A (en) * | 1990-10-02 | 1993-01-12 | Hitachi, Ltd. | Centrifugal compressor |
US6314736B1 (en) * | 1999-12-21 | 2001-11-13 | Daimlerchrysler Ag | Exhaust gas turbine of a turbocharger for an internal combustion engine |
WO2008101105A2 (en) * | 2007-02-15 | 2008-08-21 | Borgwarner Inc. | Turbocharger vane |
CN101341313A (zh) * | 2005-10-20 | 2009-01-07 | 康明斯涡轮增压技术有限公司 | 具有可变入口喷嘴几何形状的涡轮机 |
CN102203396A (zh) * | 2008-11-05 | 2011-09-28 | 株式会社Ihi | 涡轮增压器 |
CN103946487A (zh) * | 2011-11-30 | 2014-07-23 | 三菱重工业株式会社 | 径流式涡轮机 |
CN104136736A (zh) * | 2012-02-29 | 2014-11-05 | 三菱重工业株式会社 | 可变容量涡轮增压器 |
JP2015194092A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-05 | 株式会社Ihi | 可変ノズルユニット及び可変容量型過給機 |
CN105143635A (zh) * | 2013-07-05 | 2015-12-09 | 株式会社Ihi | 可变喷嘴单元以及可变容量型增压器 |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7255530B2 (en) | 2003-12-12 | 2007-08-14 | Honeywell International Inc. | Vane and throat shaping |
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 |
US20110097205A1 (en) | 2009-10-28 | 2011-04-28 | General Electric Company | Turbine airfoil-sidewall integration |
US8834104B2 (en) | 2010-06-25 | 2014-09-16 | Honeywell International Inc. | Vanes for directing exhaust to a turbine wheel |
JP5866802B2 (ja) | 2011-05-26 | 2016-02-17 | 株式会社Ihi | ノズル翼 |
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US9932888B2 (en) * | 2016-03-24 | 2018-04-03 | Borgwarner Inc. | Variable geometry turbocharger |
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Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5178516A (en) * | 1990-10-02 | 1993-01-12 | Hitachi, Ltd. | Centrifugal compressor |
US6314736B1 (en) * | 1999-12-21 | 2001-11-13 | Daimlerchrysler Ag | Exhaust gas turbine of a turbocharger for an internal combustion engine |
CN101341313A (zh) * | 2005-10-20 | 2009-01-07 | 康明斯涡轮增压技术有限公司 | 具有可变入口喷嘴几何形状的涡轮机 |
WO2008101105A2 (en) * | 2007-02-15 | 2008-08-21 | Borgwarner Inc. | Turbocharger vane |
CN102203396A (zh) * | 2008-11-05 | 2011-09-28 | 株式会社Ihi | 涡轮增压器 |
CN103946487A (zh) * | 2011-11-30 | 2014-07-23 | 三菱重工业株式会社 | 径流式涡轮机 |
CN104136736A (zh) * | 2012-02-29 | 2014-11-05 | 三菱重工业株式会社 | 可变容量涡轮增压器 |
CN105143635A (zh) * | 2013-07-05 | 2015-12-09 | 株式会社Ihi | 可变喷嘴单元以及可变容量型增压器 |
JP2015194092A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-05 | 株式会社Ihi | 可変ノズルユニット及び可変容量型過給機 |
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