CN110312851A - 可变喷嘴单元以及可变容量型增压器 - Google Patents

Abstract

可变喷嘴单元具备：多个可动的喷嘴叶片，它们分别具有包括配置在涡轮的气体流入路内的翼部的喷嘴主体、和从喷嘴主体沿涡轮的旋转轴线的方向突出的喷嘴轴；以及圆环状的板，其形成有供喷嘴轴插通的多个轴承孔。喷嘴叶片以及板的任一方包括沿喷嘴轴的轴向突出的凸部，喷嘴叶片以及板的任意另一方包括沿轴向凹陷的凹部。在喷嘴叶片与板之间设置有由凹部和嵌入于凹部的凸部形成的气体密封部。

Description

可变喷嘴单元以及可变容量型增压器

技术领域

本公开涉及可变喷嘴单元以及可变容量型增压器。

背景技术

如专利文献1所示，已知一种具备多个喷嘴叶片的可变容量型增压器。多个喷嘴叶片设置于由涡轮的第一环状侧壁面(护罩)和第二环状侧壁面(喷嘴支承环)划定的气体入口空间。各喷嘴叶片具有与形成于护罩以及喷嘴支承环的两个轴承孔分别嵌合的两个支承轴。各喷嘴叶片配置于第一环状侧壁面与第二环状侧壁面之间，并能够转动。

专利文献1：日本特开2008-184971号公报

发明内容

在上述的现有的可变喷嘴单元中，若驱动(即开闭)喷嘴叶片，则在喷嘴叶片与第一环状侧壁面和/或第二环状侧壁面之间产生间隙。气体可经由该间隙流入到支承轴与轴承孔之间。该气体的流入引起气体泄漏(即有效的气体流量降低)。气体泄漏会导致性能劣化。另外，气体泄漏导致支承轴的温度增加、或使喷嘴叶片的动作不稳定。本公开对能够抑制气体向喷嘴轴与轴承孔之间的间隙泄漏的可变喷嘴单元以及可变容量型增压器进行说明。

本公开的一个方式的可变喷嘴单元具备：多个可动的喷嘴叶片，它们分别具有：包括配置在涡轮的气体流入路内的翼部的喷嘴主体、和从喷嘴主体沿涡轮的旋转轴线的方向突出的喷嘴轴；以及圆环状的板，其面对气体流入路，并形成有供喷嘴轴插通的多个轴承孔，喷嘴叶片以及板的任一方包括沿喷嘴轴的轴向突出的凸部，喷嘴叶片以及板的任意另一方包括设置于与凸部对应的位置且沿轴向凹陷的凹部，喷嘴叶片所包括的凸部或者凹部一体地形成于喷嘴主体或者喷嘴轴的至少一方，在喷嘴叶片与板之间设置有由凹部和嵌入于凹部的凸部形成的气体密封部。

根据本发明的一个方式，抑制气体向喷嘴轴与轴承孔之间的间隙泄漏。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施方式的可变容量型增压器的剖视图。

图2是表示图1中的可变喷嘴单元中的喷嘴叶片的安装构造的剖视图。

图3是从翼部侧观察喷嘴叶片所表示的立体图。

图4是从喷嘴轴侧观察喷嘴叶片所表示的立体图。

图5是表示板的轴承孔的图。

图6是表示其他实施方式的可变喷嘴单元中的喷嘴叶片的安装构造的剖视图。

具体实施方式

本公开的一个方式的可变喷嘴单元具备：多个可动的喷嘴叶片，它们分别具有：包括配置在涡轮的气体流入路内的翼部的喷嘴主体、和从喷嘴主体沿涡轮的旋转轴线的方向突出的喷嘴轴；以及圆环状的板，其面对气体流入路，并形成有供喷嘴轴插通的多个轴承孔，喷嘴叶片以及板的任一方包括沿喷嘴轴的轴向突出的凸部，喷嘴叶片以及板的任意另一方包括设置于与凸部对应的位置且沿轴向凹陷的凹部，喷嘴叶片所包括的凸部或者凹部一体地形成于喷嘴主体或者喷嘴轴的至少一方，在喷嘴叶片与板之间设置有由凹部和嵌入于凹部的凸部形成的气体密封部。

根据该可变喷嘴单元，喷嘴叶片的喷嘴轴插通于板的轴承孔，从而喷嘴叶片被支承。喷嘴叶片绕喷嘴轴可动(能够转动)。通过配置于气体流入路内的翼部转动，来调整气体流路的截面积。在喷嘴叶片与板之间设置有由凹部和凸部形成的气体密封部。该气体密封部作为迷宫式密封件发挥作用。因此，抑制气体向喷嘴轴与轴承孔之间的间隙泄漏。其结果，例如能够防止喷嘴轴的温度增加。另外，例如喷嘴叶片的动作稳定。

在几个方式中，喷嘴主体包括圆板部，该圆板部形成于翼部的轴向上的板侧的端部，在圆板部设置有凸部。圆板部覆盖轴承孔，从而提高密封性。

在几个方式中，凹部是呈以轴承孔为中心的圆弧状延伸的槽部。该槽部能够提高作为迷宫式密封件的功能。另外，在喷嘴叶片转动时，凸部在槽部内移动。根据圆弧状的槽部，喷嘴叶片的动作进一步稳定。

在几个方式中，凸部是以喷嘴轴为中心的圆筒状，槽部是以轴承孔为中心的圆环状。这样，通过遍布整周地设置有凹凸，由此能够充分地发挥作为迷宫式密封件的功能。另外，对于喷嘴叶片的可动范围没有限制。

在几个方式中，在板形成有收容圆板部的全部或者一部分的凹陷部，凹部与凹陷部连通。在该情况下，由于在板的凹陷部收容有圆板部的全部或者一部分，因此能够抑制圆板部妨碍气体流动的情况。

在几个方式中，还具备其他板，该其他板在旋转轴线的方向上与板分离配置，板以及其他板在相互面对的板的第一表面以及其他板的第二表面之间划分气体流入路，在第一表面以及第二表面之间喷嘴主体能够沿轴向移动的长度小于凸部相对于凹部沿轴向能够嵌入的长度。喷嘴主体能够在两块板之间沿轴向移动。换言之，能够在喷嘴主体与任一块板之间形成有缝隙。即使在该情况下，凸部也始终维持嵌入到凹部的状态，因而不会失去气体密封部的作为迷宫式密封件的功能。

本发明的其他方式的可变容量型增压器具备涡轮和压缩机，所述涡轮具有：涡轮叶轮，其沿着旋转轴线配置；涡轮壳体，其形成有在涡轮叶轮的周围配置的涡旋流路；以及上述任一个可变喷嘴单元，其包括在从涡旋流路向涡轮叶轮的气体流入路中配置于涡轮叶轮的周围的喷嘴叶片，所述压缩机具有经由旋转轴连接于涡轮叶轮并且沿着旋转轴线配置的压缩机叶轮。根据该可变容量型增压器，抑制气体向喷嘴轴与轴承孔之间的间隙泄漏。其结果能够抑制涡轮性能的降低。

以下，一边参照附图、一边对本发明的实施方式进行说明。另外，在附图的说明中对相同要素标注相同附图标记，并省略重复的说明。

图1所示的可变容量型增压器1例如应用于船舶、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具有在涡轮叶轮6的周围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具有在压缩机叶轮7的周围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。即，压缩机叶轮7经由旋转轴14连接于涡轮叶轮6。涡轮叶轮6以及压缩机叶轮7沿着旋转轴线H配置。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而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)以及排出气体流出口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涡轮壳体4内，并通过涡旋流路16而流入涡轮叶轮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以及排出口(未图示)。如上述那样若涡轮叶轮6旋转，则经由旋转轴14而使压缩机叶轮7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的内燃机供给。

接下来，对涡轮2进行进一步说明。涡轮2是可变容量型涡轮，在将涡旋流路16与涡轮叶轮6连接的气体流入路21设置有多个可动的喷嘴叶片23。多个喷嘴叶片23配置在以旋转轴线H为中心的圆周上，各个喷嘴叶片23绕与旋转轴线H平行的转动轴线转动。气体流入路21使从涡旋流路16流入到涡轮叶轮6的气体通过。如上述那样喷嘴叶片23转动，从而根据导入到涡轮2的排出气体的流量，将气体流路的截面积(临界截面面积)调整为最佳。

如上述那样作为用于使喷嘴叶片23转动的驱动机构，涡轮2具备可变喷嘴单元(可变容量机构)25。可变喷嘴单元25例如嵌入到涡轮壳体4的内侧，并被涡轮壳体4和轴承壳体13夹住而被保持。

可变喷嘴单元25具有：多个喷嘴叶片23、第一板(板)31以及第二板(其他板)32。

如图2、图3以及图4所示，各喷嘴叶片23具有：包括配置于气体流入路21内的翼部53的喷嘴主体51、和从喷嘴主体51沿旋转轴线H的方向(压缩机3侧)突出的喷嘴轴52。各喷嘴轴52的转动轴线例如与旋转轴线H平行。

如图1以及图2所示，第一板31和第二板32分别构成以旋转轴线H为中心的环状，并以在周向上包围涡轮叶轮6的方式进行配置。第一板31以及第二板32在旋转轴线H的方向上分离配置。第一板31以及第二板32面对气体流入路21。更详细而言，第一板31的第一表面31a与第二板32的第二表面32a相互面对。第一板31以及第二板32在第一表面31a以及第二表面32a之间划分气体流入路21。另外，第二板32的外周面也可以形成涡旋流路16的内壁的一部分。

如图2所示，在第一板31以及第二板32之间配置有多个喷嘴叶片23。在第一板31以与多个喷嘴叶片23对应的方式形成有在以旋转轴线H为中心的圆周上配置的多个轴承孔31b。各喷嘴叶片23的喷嘴轴52能够旋转地插通于第一板31的轴承孔31b。第一板31对各喷嘴叶片23以悬臂的方式进行轴支承。

如图1所示，在第一板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。第一板31、第二板32、支承环41以及驱动环支承部件43由连结销35相互连结。通过在驱动环支承部件43安装有驱动环28，从而驱动环28被支承为能够绕旋转轴线H转动。

接下来，参照图2、图3以及图4对各喷嘴叶片23的安装构造和气体密封构造进行详细地说明。如图2、图3以及图4所示，喷嘴叶片23的喷嘴主体51包括圆板部54，该圆板部54形成于喷嘴轴52的轴向上的翼部53的第一板31侧的端部。圆板部54形成为与喷嘴轴52同心状。圆板部54的直径大于轴承孔31b的直径。圆板部54的背面54a与第一板31的第一表面31a面对。背面54a也可以覆盖轴承孔31b的开口部。翼部53以及圆板部54配置于气体流入路21内。另外，翼部53的基部也可以设置为与圆板部54的厚度(喷嘴轴52的轴向的厚度)的一部分或者全部重叠(参照图3、图4)。即，翼部53的第一端面53b也可以位于圆板部54的厚度的范围内、或者到达凸部56。

圆板部54包括从其背面54a向喷嘴轴52的轴向的压缩机3侧突出的凸部56。即，喷嘴叶片23的喷嘴主体51包括沿喷嘴轴52的轴向突出的凸部56。更详细而言，凸部56例如是以喷嘴轴52为中心的圆筒状。凸部56一体地形成于圆板部54的外周缘。

在喷嘴叶片23处，包括凸部56的喷嘴主体51也可以一体地形成于喷嘴轴52。包括凸部56的圆板部54也可以一体地形成于喷嘴轴52。在这些情况下，能够容易地制造喷嘴叶片23。另外，与将多个部件组合的情况相比，能够高精度地形成槽部31c与凸部56之间的间隙(凹凸嵌合构造)。能够避免部件彼此的干涉，缩小凹凸嵌合构造中的该间隙。包括凸部56的圆板部54也可以一体地形成于翼部53的基部。根据上述那样的构造，凸部56(圆板部54)不能相对于喷嘴轴52沿旋转轴线H的方向移动。凸部56(圆板部54)不能相对于翼部53沿旋转轴线H的方向移动。喷嘴叶片23能够一体成形。

另一方面，如图2以及图5所示，在第一板31的与凸部56对应的位置，形成有向喷嘴轴52的轴向的压缩机3侧凹陷的槽部(凹部)31c。更详细而言，槽部31c例如是以轴承孔31b为中心的圆环状。槽部31c比第一表面31a凹陷规定的深度。槽部31c的深度大于凸部56从圆板部54的背面54a突出的突出长度。

而且，如图2所示，在第一板31的槽部31c嵌入有喷嘴叶片23的凸部56。由此，在各喷嘴叶片23与第一板31之间形成有由凹凸嵌合产生的气体密封部60。气体密封部60包括凸部56和槽部31c。气体密封部60作为迷宫式密封件发挥功能，防止气体从气体流入路21向轴承孔31b内侵入。

喷嘴叶片23的喷嘴主体51在第一板31的第一表面31a与第二板32的第二表面32a之间，能够沿喷嘴轴52的轴向移动。换言之，在喷嘴主体51与第一板31以及第二板32的任一个之间形成有缝隙。

喷嘴主体51能够沿轴向移动的长度小于凸部56相对于槽部31c沿轴向能够嵌入的长度(即上述的突出长度)。由此，例如即使在翼部53的第二端面53a与第二板32的第二表面32a抵接并且圆板部54的背面54a从第一表面31a分离的状态下，凸部56的前端也配置于槽部31c内。即，即使在该状态下，由凹凸嵌合产生的气体密封部60也作为迷宫式密封件发挥功能。

根据本实施方式的可变喷嘴单元25，通过配置于气体流入路21内的翼部53进行转动，来调整气体流路的截面积。在喷嘴叶片23与第一板31之间设置有由槽部31c和凸部56形成的气体密封部60。该气体密封部60作为迷宫式密封件发挥功能。因此，抑制气体向喷嘴轴52与轴承孔31b之间的间隙泄漏。其结果，例如能够防止喷嘴轴52的温度增加。另外，例如喷嘴叶片23转动时的动作稳定。

喷嘴主体51的圆板部54覆盖轴承孔31b，因而提高密封性。

设置有圆环状的槽部31c和圆筒状的凸部56。这样，通过遍布整周设置有凹凸，由此能够充分地发挥作为迷宫式密封件的功能。另外，对于喷嘴叶片23的可动范围没有限制。

喷嘴主体51能够在第一板31以及第二板32之间沿轴向移动。换言之，能够在喷嘴主体51与任一块板之间形成有缝隙。即使在该情况下，凸部56也始终维持嵌入到槽部31c的状态，因而不会失去气体密封部60的作为迷宫式密封件的功能。

根据本实施方式的可变容量型增压器1，抑制气体向喷嘴轴52与轴承孔31b之间的间隙泄漏。其结果，能够抑制涡轮性能的降低。能够预见涡轮2性能的提高。

接下来，参照图6对其他实施方式的可变喷嘴单元进行说明。如图6所示，在第一板31A形成有收容圆板部54的厚度(喷嘴轴52的轴向的厚度)的全部或者一部分的凹陷部31d。凹陷部31d例如为圆板形状。轴承孔31b的开口部位于该凹陷部31d的中心。槽部31c与凹陷部31d连通。气体密封部60A包括：凹陷部31d、槽部31c以及凸部56。在该情况下，在第一板31的凹陷部31d收容有圆板部54的全部或者一部分，因而能够抑制圆板部54妨碍气体流动的情况。由于形成有凹陷部31d，因此槽部31c与凸部56的凹凸嵌合位于比第一板31的第一表面31a深的部位。由此能够更有效地发挥迷宫式密封件的功能。

另外，若圆板部54的厚度全部收容于凹陷部31d，则圆板部54的表面54b能够变得与第一表面31a齐平。在该情况下，圆板部54不向气体流入路21内突出，因而在气体流动的观点来看，可实现良好的构造。

以上对本发明的几个实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。

例如，凸部并不限定于圆筒状。凸部也可以设置于周向上的一部分或者多个部分且为圆弧状。在该情况下，凸部也可以仅设置于以旋转轴线H为基准的翼部53的径向外侧。凸部也可以是沿喷嘴轴52的周向分离的一个或者多个突起等。

凹部并不限定于圆环状。例如，凹部也可以是沿轴承孔31b的周向分离的一个或者多个圆弧状的槽部。凹部并不限定于圆弧状。凹部也可以是形成为允许喷嘴叶片23转动的大小的凹部或者凹陷部。

凹凸嵌合构造也可以与上述实施方式相反。即，也可以在第一板31设置有朝向喷嘴主体51(即朝向第二板32)突出的凸部，在喷嘴主体51设置有与该凸部对应的槽部(凹部)。

在喷嘴主体51中也可以省略圆板部54。也可以在翼部53形成有凸部或者凹部。

喷嘴叶片所包括的凸部或者凹部也可以一体地形成于喷嘴主体或者喷嘴轴。即，喷嘴叶片包括凸部，该凸部可以一体地形成于喷嘴主体，也可以一体地形成于喷嘴轴。该凸部也可以相对于喷嘴主体以及喷嘴轴而一体地形成。喷嘴叶片包括凹部，该凹部可以一体地形成于喷嘴主体，也可以一体地形成于喷嘴轴。该凹部也可以相对于喷嘴主体以及喷嘴轴而一体地形成。

喷嘴叶片23也可以是双支承型。即，可以在第一板31以及第二板32的双方形成有轴承孔，在翼部53的轴向的两侧设置有喷嘴轴。在该情况下，圆板部54可以设置于第一板31侧以及第二板32侧的双方，也可以仅设置于它们中的任一方。

喷嘴叶片23也可以不在第一板31侧而在第二板32侧被支承。即，也可以仅在翼部53的轴向的第二板32侧设置喷嘴轴，并仅在第二板32形成轴承孔。在该情况下，可变喷嘴单元25的驱动机构(支承环41、驱动环支承部件43、驱动环28等)能够在旋转轴线H的方向上设置于与压缩机3相反的一侧。

即使在第二板32侧支承喷嘴叶片23时，也如上述的那样，凹凸嵌合构造可以与上述实施方式相反。

工业上的可利用性

根据本发明的几个方式，抑制气体向喷嘴轴与轴承孔之间的间隙泄漏。

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；21…气体流入路；23…喷嘴叶片；25…可变喷嘴单元；31、31A…第一板(板)；31a…第一表面；31b…轴承孔；31c…槽部(凹部)；31d…凹陷部；32…第二板(其他板)；32a…第二表面；51…喷嘴主体；52…喷嘴轴；53…翼部；53a…第二端面；53b…第一端面；54…圆板部；54a…背面；54b…表面；56…凸部；60、60A…气体密封部；H…旋转轴线。

Claims (8)

1.一种可变喷嘴单元，其特征在于，具备：

多个可动的喷嘴叶片，它们分别具有：包括配置在涡轮的气体流入路内的翼部的喷嘴主体、和从所述喷嘴主体沿所述涡轮的旋转轴线的方向突出的喷嘴轴；以及

圆环状的板，其面对所述气体流入路，并形成有供所述喷嘴轴插通的多个轴承孔，

所述喷嘴叶片以及所述板的任一方包括沿所述喷嘴轴的轴向突出的凸部，

所述喷嘴叶片以及所述板的任意另一方包括设置于与所述凸部对应的位置且沿所述轴向凹陷的凹部，

所述喷嘴叶片所包括的所述凸部或者所述凹部一体地形成于所述喷嘴主体或者所述喷嘴轴的至少一方，

在所述喷嘴叶片与所述板之间设置有由所述凹部和嵌入于所述凹部的所述凸部形成的气体密封部。

2.根据权利要求1所述的可变喷嘴单元，其特征在于，

所述喷嘴主体包括圆板部，该圆板部形成于所述翼部的所述轴向上的所述板侧的端部，

在所述圆板部设置有所述凸部。

3.根据权利要求1所述的可变喷嘴单元，其特征在于，

所述凹部是呈以所述轴承孔为中心的圆弧状延伸的槽部。

4.根据权利要求2所述的可变喷嘴单元，其特征在于，

所述凹部是呈以所述轴承孔为中心的圆弧状延伸的槽部。

5.根据权利要求4所述的可变喷嘴单元，其特征在于，

所述凸部是以所述喷嘴轴为中心的圆筒状，

所述槽部是以所述轴承孔为中心的圆环状。

6.根据权利要求2、4或5所述的可变喷嘴单元，其特征在于，

在所述板形成有收容所述圆板部的全部或者一部分的凹陷部，所述凹部与所述凹陷部连通。

7.根据权利要求1～6中的任一项所述的可变喷嘴单元，其特征在于，

还具备其他板，该其他板在所述旋转轴线的所述方向上与所述板分离配置，

所述板以及所述其他板在相互面对的所述板的第一表面以及所述其他板的第二表面之间划分所述气体流入路，

在所述第一表面以及所述第二表面之间所述喷嘴主体能够沿所述轴向移动的长度小于所述凸部相对于所述凹部沿所述轴向能够嵌入的长度。

8.一种可变容量型增压器，其特征在于，

具备涡轮和压缩机，

所述涡轮具有：

涡轮叶轮，其沿着所述旋转轴线配置；

涡轮壳体，其形成有在所述涡轮叶轮的周围配置的涡旋流路；以及

权利要求1～7中的任一项所述的可变喷嘴单元，其包括在从所述涡旋流路向所述涡轮叶轮的所述气体流入路中配置于所述涡轮叶轮的周围的所述喷嘴叶片，

所述压缩机具有经由旋转轴连接于所述涡轮叶轮并且沿着所述旋转轴线配置的压缩机叶轮。