CN111108274B - 可变喷嘴涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

可变喷嘴涡轮增压器(1)包括：喷嘴环(21)、(22)，其界定涡旋流路(23)；可变喷嘴(30)，其被配置于涡旋流路；以及喷嘴轴(40)。在喷嘴轴插通于设置在喷嘴环上的喷嘴轴孔(60)的可变喷嘴涡轮增压器中，喷嘴轴孔具有：轴支孔部(61)，其轴支承喷嘴轴；大径孔部(62)，其被设于喷嘴轴孔中的涡旋流路侧的端部、且直径比轴支孔部(61)大。可变喷嘴涡轮增压器包括密封构件(50)，其嵌合于喷嘴轴并被收纳于大径孔部中，对轴支孔部的内周面(64)和与该内周面相对的喷嘴轴的外周面(43)之间的间隙进行密封。

Description

可变喷嘴涡轮增压器
技术领域
本公开涉及可变喷嘴涡轮增压器。
背景技术
以往，作为利用发动机的排气的能量来对进气进行增压的涡轮增压器，已知可变喷嘴涡轮增压器(例如参照专利文献1)。具体地说，专利文献1公开了一种可变喷嘴涡轮增压器(可变容量型增压器)，包括：喷嘴环，其界定将涡轮涡旋部的排气导入涡轮的涡旋流路；可变喷嘴(喷嘴叶片)，其被配置于该涡旋流路；以及喷嘴轴，其作为该可变喷嘴的旋转轴。此外，该可变喷嘴的喷嘴轴插通于设置在喷嘴环上的喷嘴轴孔，被该喷嘴轴孔能够旋转地轴支承。
[现有技术文献]
[专利文献]
专利文献1：国际公开第2016/159004号公报
发明内容
[发明要解决的课题]
在上述这样的可变喷嘴涡轮增压器中，因为喷嘴轴孔的直径比喷嘴轴的直径大，所以在喷嘴轴孔的内周面和与该内周面相对的喷嘴轴的外周面之间存在间隙。因此，涡旋流路的排气的一部分可能泄漏到该间隙中。在这种情况下，因为流入涡轮的排气流量减少，所以可变喷嘴涡轮增压器的涡轮效率降低。
本公开鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种能够提高涡轮效率的可变喷嘴涡轮增压器。
[用于解决技术课题的技术方案]
为了达到上述目的，本公开的可变喷嘴涡轮增压器包括：喷嘴环，其界定将涡轮涡旋部的排气导入涡轮的涡旋流路；可变喷嘴，其被配置于所述涡旋流路；以及喷嘴轴，其作为所述可变喷嘴的旋转轴。在所述喷嘴轴插通于设置在所述喷嘴环上的喷嘴轴孔的可变喷嘴涡轮增压器中，所述喷嘴轴孔具有：轴支孔部，其轴支承所述喷嘴轴；大径孔部，其被设于所述喷嘴轴孔中的所述涡旋流路侧的端部、且直径比所述轴支孔部大。所述可变喷嘴涡轮增压器包括密封构件，其嵌合于所述喷嘴轴并被收纳于所述大径孔部中，对所述轴支孔部的内周面和与所述内周面相对的所述喷嘴轴的外周面之间的间隙进行密封。
发明效果
根据本公开，通过被收纳于喷嘴环的大径孔部中的密封构件，能够抑制涡旋流路的排气泄漏到喷嘴轴孔的轴支孔部的内周面和与该内周面相对的喷嘴轴的外周面之间的间隙中。因此，能够提高涡轮效率。
附图说明
图1是示意性地表示实施方式的可变喷嘴涡轮增压器的构成的示意剖视图。
图2A是将实施方式的可变喷嘴单元的局部放大并示意性地表示的示意放大剖视图。
图2B是选取了图2A的可变喷嘴单元中的第1喷嘴环及第2喷嘴环的示意放大剖视图。
图2C是选取了图2A的可变喷嘴单元中的可变喷嘴、喷嘴轴及密封垫圈的示意放大剖视图。
图3A是将实施方式的变形例的可变喷嘴单元的局部放大并示意性地表示的示意放大剖视图。
图3B是选取了图3A的可变喷嘴单元中的第1喷嘴环及第2喷嘴环的示意放大剖视图。
图3C是选取了图3A的可变喷嘴单元中的可变喷嘴、喷嘴轴及密封垫圈的示意放大剖视图。
图3D是密封垫圈的示意立体图。
具体实施方式
(实施方式)
以下，参照附图来说明实施方式的可变喷嘴涡轮增压器1。此外，关于附图，为使构成易于理解而示意性地进行图示，附图上的各部位的尺寸未必与实物一致。图1是示意性地表示本实施方式的可变喷嘴涡轮增压器1的构成的示意剖视图。此外，图1示意性地剖视示出可变喷嘴涡轮增压器1中的涡轮轴线6(其是后述的涡轮轴4的轴线)的一侧。另外，在图1中，作为参考用而设有X-Y-Z的正交坐标。该Y轴是与涡轮轴线6平行的轴。
可变喷嘴涡轮增压器1介由排气管或进气管等配管而与车辆的发动机连接。作为该发动机的一个示例，在本实施方式中使用柴油发动机。可变喷嘴涡轮增压器1包括：涡轮2、压缩机3、涡轮轴4、涡轮轴承5、涡轮壳体7、压缩机壳体8、轴承壳体9、以及可变喷嘴单元20。
涡轮2及压缩机3被由涡轮轴4连接。涡轮2被由具有多片涡轮叶片的涡轮叶轮构成。压缩机3被由具有多片压缩机叶片的压缩机叶轮构成。涡轮轴承5是轴支承涡轮轴4的轴承，被收纳于轴承壳体9中。
涡轮壳体7在其内部收纳涡轮2。压缩机壳体8在其内部收纳压缩机3。在涡轮壳体7上设置有涡轮涡旋部10及排气出口11。在压缩机壳体8上设置有进气入口12及压缩机涡旋部13。从发动机排出的排气(E)流入涡轮涡旋部10中，接着与涡轮2接触，之后被从排气出口11排出。在压缩机壳体8的进气入口12中，流入可变喷嘴涡轮增压器1的上游侧的进气(A)。
涡轮2接受从涡轮涡旋部10流入的排气的能量，从而以涡轮轴线6为旋转中心而旋转。涡轮2旋转时，介由涡轮轴4与涡轮2连接的压缩机3也旋转。通过压缩机3旋转，压缩机3对进气进行增压。这些增压后的进气被从压缩机涡轮部13排出而供给到发动机。像这样，可变喷嘴涡轮增压器1利用排气的能量来对进气进行增压。
接下来，说明可变喷嘴单元20。图2A是将可变喷嘴涡轮增压器1的可变喷嘴单元20的局部放大并示意性地表示的示意放大剖面图。参照图1及图2A，可变喷嘴单元20具备一对喷嘴环(第1喷嘴环21及第2喷嘴环22)、可变喷嘴30、喷嘴轴40、可变喷嘴驱动机构80、以及作为密封构件的一个示例的密封垫圈50。
第1喷嘴环21及第2喷嘴环22分别被由以涡轮轴线6为中心轴的环状的构件构成。具体地说，第1喷嘴环21及第2喷嘴环22被由包围涡轮2的的周围的环状的构件构成。
在第1喷嘴环21的与第2喷嘴环22相对的相对面和第2喷嘴环22的与第1喷嘴环21相对的相对面之间，界定有涡旋流路23。该涡旋流路23是用于将涡轮涡旋部10的排气导入到涡轮2中的内部排气流路。
可变喷嘴30被配置于涡轮涡旋部10中。此外，在图1、图2A～2C中，仅图示了1个可变喷嘴30，但实际上可变喷嘴单元20具备多个可变喷嘴30。具体地说，可变喷嘴30与相邻的可变喷嘴30之间具有规定间隔，并且以涡轮轴线6为中心轴而圆周状地配置有多个。
喷嘴轴40是可变喷嘴30的旋转轴。此外，在图2A中，图示了作为喷嘴轴40的轴线的喷嘴轴线41。各可变喷嘴30以喷嘴轴线41为旋转中心而旋转。此外，本实施方式的喷嘴轴线41为与X-Y-Z的正交坐标的Y轴平行的轴线。
参照图1，可变喷嘴驱动机构80是用于使可变喷嘴30旋转的旋转驱动机构(此外，在图1中，省略对可变喷嘴驱动机构80的各构成构件的图示)。变喷嘴驱动机构80被配置于设置在轴承壳体9上的可变喷嘴驱动室14中。可变喷嘴驱动机构80连接于与喷嘴轴40的涡旋流路23侧为相反侧的端部(Y方向侧的端部)，通过使喷嘴轴40旋转而使可变喷嘴30旋转。此外，该可变喷嘴驱动机构80例如能够使用被用于如专利文献1所例示的已知的可变喷嘴涡轮增压器的、已知的可变喷嘴驱动机构，因此省略其详细构成的说明。
通过由可变喷嘴驱动机构80而使各可变喷嘴30旋转，互相相邻的可变喷嘴30彼此的间隔(该间隔一般被称为叶片间隔)变化。在该叶片间隔变窄的情况下，因为涡旋流路23的排气被节流，所以通过涡旋流路23而流入涡轮2的排气流速增大。其结果，能够使涡轮2的旋转速度增大。像这样，可变喷嘴涡轮增压器1能够通过调整可变喷嘴30的旋转角度来调整涡轮2的转速。
图2B是选取了图2A的可变喷嘴单元20中的第1喷嘴环21及第2喷嘴环22的示意放大剖视图。图2C是选取了图2A的可变喷嘴单元20中的可变喷嘴30、喷嘴轴40及密封垫圈50的示意放大剖视图。
如图2A及图2C所示，本实施方式的喷嘴轴40由具有相同的外径的轴主体部42构成。另外，在喷嘴轴40的轴主体部42上嵌合有密封垫圈50(即，密封构件)。具体地说，本实施方式的密封垫圈50被由平板状的环构件构成。并且，密封垫圈50的内周孔52(环的内周侧的孔)嵌合于轴主体部42的外周面43。
如图2B所示，在第1喷嘴环21上设置有喷嘴轴孔60。本实施方式的喷嘴轴孔60被由在喷嘴轴线41的方向(沿Y轴的方向)上贯通的贯通孔构成。所述喷嘴轴40插通于该喷嘴轴孔60。
具体地说，喷嘴轴孔60具有：轴支孔部61，其能够旋转地轴支承喷嘴轴40；大径孔部62，其直径比该轴支孔部61大。大径孔部62被设于喷嘴轴孔60中的涡旋流路23侧的端部(喷嘴轴孔60的-Y方向侧的端部)。轴支孔部61与大径孔部62的Y方向侧的端部连接。由此，喷嘴轴孔60在大径孔部62与轴支孔部61的边界部分上具有台阶部63。
轴支孔部61的直径被设定为比喷嘴轴40的轴主体部42的直径稍大。由此，在喷嘴轴40旋转的情况下，喷嘴轴40的轴主体部42的外周面43一边在轴支孔部61的内周面64上滑动一边旋转。
大径孔部62的直径被设定为比密封垫圈50的外径大。并且，嵌合于喷嘴轴40的密封垫圈50被以不突出到涡旋流路23的方式收纳于大径孔部62中。具体地说，本实施方式的密封垫圈50的厚度(喷嘴轴线41方向的长度)被设定为在大径孔部62的厚度以下，由此，密封垫圈50的-Y方向侧的端面被以不突出到涡旋流路23的方式(换言之，被以不比第1喷嘴环21的-Y方向侧的端面更向-Y方向侧突出的方式)设定。
并且，被收纳于该大径孔部62中的密封垫圈50对喷嘴轴孔60的轴支孔部61的内周面64和与该内周面64相对的喷嘴轴40的外周面43之间的间隙进行密封。
具体地说，本实施方式的密封垫圈50的内周孔52与喷嘴轴40的轴主体部42的外周面43之间的间隙微小地设定，使得涡旋流路23的排气难以通过该间隙。因此，通过由该间隙而产生的迷宫效果，来抑制涡旋流路23的排气通过该间隙而泄漏到轴支孔部61的内周面64和与该内周面64相对的喷嘴轴40的外周面43之间的间隙中。
另外，通过密封垫圈50受到涡旋流路23的排气的压力而被向Y方向按压，密封垫圈50与喷嘴轴孔60的台阶部63接触。由此，密封垫圈50与台阶部63之间的间隙大致为零。另外，大径孔部62的内周面65与密封垫圈50的外周面51之间的间隙微小地设定，使得涡旋流路23的排气难以流入该间隙。因此，通过由这些间隙而产生的迷宫效果，来抑制涡旋流路23的排气通过大径孔部62的内周面65与密封垫圈50的外周面51之间的间隙、及密封垫圈50与台阶部63之间的间隙，而泄漏到轴支孔部61的内周面64和与内周面64相对的喷嘴轴40的轴主体部42的外周面43之间的间隙中。
即，根据本实施方式，通过被收纳于大径孔部62中的密封垫圈50而形成迷宫密封构造，由此来抑制涡旋流路23的排气泄漏到喷嘴轴孔60的轴支孔部61的内周面64和与该内周面64相对的喷嘴轴40的外周面43之间的间隙中。
此外，如图2A及图2C所示，本实施方式的喷嘴轴40的轴主体部42为比可变喷嘴30进一步地向-Y方向侧突出的构造。因此，如图2B所示，在本实施方式的第2喷嘴环22上，形成比轴主体部42的可变喷嘴30向-Y方向侧突出的部位所插入的喷嘴轴孔70。假如，在轴主体部42为不具有比可变喷嘴30向-Y方向侧突出的部位的构造的情况下，不需要第2喷嘴环22的喷嘴轴孔70。
接下来，说明本实施方式的作用效果。首先，作为比较例，假定不具有密封垫圈50及大径孔部62的可变喷嘴涡轮增压器。在该比较例的可变喷嘴涡轮增压器的情况下，涡旋流路的排气的一部分可能泄漏到喷嘴轴孔的轴支孔部的内周面和与该内周面相对的喷嘴轴的外周面之间的间隙中。在这种情况下，因为流入涡轮的排气流量减少该泄露的排气的量，所以可变喷嘴涡轮增压器的涡轮效率降低。具体地说，在比较例的情况下，特别是在低速区域中的涡轮效率降低。
对此，根据本实施方式的可变喷嘴涡轮增压器1，通过被收纳于大径孔部62中的密封垫圈50，能够抑制涡旋流路23的排气泄漏到喷嘴轴孔60的轴支孔部61的内周面64和与该内周面64相对的喷嘴轴40的外周面43之间的间隙中。另外，因为密封垫圈50被以不突出到涡旋流路23的方式收纳于大径孔部62中，所以还抑制因突出到涡旋流路23的密封垫圈50而阻碍涡旋流路23的排气的流动。因此，根据本实施方式，能够提高涡轮效率。特别是，能够提高在低速区域中的涡轮效率。
此外，在本实施方式中，密封垫圈50被以不突出到涡旋流路23的方式收纳于大径孔部62中，但并不限定于该构成。密封垫圈50也可以使其局部突出到涡旋流路23。在这种情况下，通过密封垫圈50的密封功能，也能够抑制涡旋流路23的排气泄漏到喷嘴轴孔60的轴支孔部61的内周面64和与内周面64相对的喷嘴轴40的外周面43之间的间隙中。但，如本实施方式这样，在密封垫圈50被以不突出到涡旋流路23的方式收纳于大径孔部62中的情况下，在能够抑制因突出到涡旋流路23的密封垫圈50而阻碍涡旋流路23的排气的流动这一点上，能够有效地提高涡轮效率。在这一点上，优选密封垫圈50不突出到涡旋流路23。
(实施方式的变形例)
接下来，说明上述实施方式的变形例的可变喷嘴涡轮增压器1a。本变形例的可变喷嘴涡轮增压器1a在代替可变喷嘴单元20而包括可变喷嘴单元20a这一点上，与所述实施方式的可变喷嘴涡轮增压器1不同。图3A是将本变形例的可变喷嘴单元20a的局部放大并示意性地表示的示意放大剖视图。图3B是选取了图3A的可变喷嘴单元20a中的第1喷嘴环21及第2喷嘴环22的示意放大剖视图。图3C是选取了图3A的可变喷嘴单元20a中的可变喷嘴30、喷嘴轴40及密封垫圈50a的示意放大剖视图。图3D是密封垫圈50a的示意立体图。
本变形例的可变喷嘴单元20a在作为密封构件的一个示例、替代密封垫圈50而包括密封垫圈50a这一点上，与上述实施方式的可变喷嘴单元20不同。该密封垫圈50a是在对密封垫圈50a的厚度方向施加压缩力的情况下，产生与该压缩力对抗的力的密封垫圈。
若是具有这样的功能的构件，则密封垫圈50a的具体形状不特别限定，但作为一个示例，本变形例的密封垫圈50a被由密封垫圈50a的径向的中央部相对于密封垫圈50a的外周部向一侧(具体地说是-Y方向侧)突出的、圆锥状的碟簧型的密封垫圈构成(参照图3C及图3D)。在这种情况下，在对密封垫圈50a的厚度方向(沿Y轴的方向)施加压缩力的情况下，密封垫圈50a产生与压缩力对抗的力(具体地说是弹簧力)。
根据本变形例，在上述实施方式的作用效果之外，还能发挥以下的作用效果。具体地说，在利用涡旋流路23的排气的压力对密封垫圈50a施加压缩力的情况下，能够提高密封垫圈50a的内周孔52与喷嘴轴40的密合度，另外，还能够提高密封垫圈50a的外周缘53与喷嘴轴孔60的台阶部63的密合度。由此，能够有效地抑制涡旋流路23的排气通过密封垫圈50a的内周孔52与喷嘴轴40之间的间隙、及密封垫圈50a的外周缘53与喷嘴轴孔60的台阶部63之间的间隙。其结果，能够有效地抑制涡旋流路23的排气泄漏到轴支孔部61的内周面64和与该内周面64相对的喷嘴轴40的外周面43之间的间隙中，因此能够有效地抑制涡轮效率的降低。
此外，密封垫圈50a在向喷嘴轴40及大径孔部62组装时(即，制造工序时)，优选在厚度方向上被施加压缩规定量的压缩力的状态下被组装。此外，在这种情况下，若在喷嘴轴40的外周面43上形成卡住密封垫圈50a的内周孔52的部位(例如槽等)，则在对密封垫圈50a施加压缩力的状态下容易被组装到喷嘴轴40及大径孔部62这一点上优选。
像这样，在对密封垫圈50a施加压缩力的状态下将密封垫圈50a组装到喷嘴轴40及大径孔部62，由此能够使密封垫圈50a的弹簧力始终产生，因此能够提高密封垫圈50a的内周孔52与喷嘴轴40的密合度，并提高密封垫圈50a的外周缘53与喷嘴轴孔60的台阶部63的密合度。其结果，因为能够有效地抑制涡旋流路23的排气的泄露，所以能够有效地抑制涡轮效率的降低。
另外，如上述这样通过在对密封垫圈50a施加压缩力的状态下将密封垫圈50a组装到喷嘴轴40及大径孔部62，假如在涡旋流路23的排气产生压力脉动(压力的变动)的情况下，也能够有效地抑制因该压力脉动而造成密封垫圈50a向-Y方向位移(密封垫圈50a浮起)，从而密封垫圈50a的外周缘53从台阶部63分离的情况。在这一点上，也能够有效地抑制涡轮效率的降低。
以上说明了本公开的优选的实施方式，但本公开并不限定于特定的实施方式，在权利要求的范围所记载的本公开的主旨的范围内，能够进行各种变形/变更。
本申请基于2017年9月11日申请的日本国专利申请(特愿2017-173695)，并将其内容作为参考援引至此。
[工业可利用性]
本公开的可变喷嘴涡轮增压器在能够提高涡轮效率这一点上是有用的。
[附图标记说明]
1、1a 可变喷嘴涡轮增压器
2 涡轮
3 压缩机
10 涡轮涡旋部
20、20a 可变喷嘴单元
21 第1喷嘴环
22 第2喷嘴环
23 涡旋流路
30 可变喷嘴
40 喷嘴轴
42 轴主体部
43 外周面
50、50a 密封垫圈(密封构件)
60 喷嘴轴孔
61 轴支孔部
62 大径孔部
63 台阶部
64 内周面

Claims (3)

1.一种可变喷嘴涡轮增压器，包括：喷嘴环，其界定将涡轮涡旋部的排气导入涡轮的涡旋流路；可变喷嘴，其被配置于所述涡旋流路；以及喷嘴轴，其作为所述可变喷嘴的旋转轴；所述喷嘴轴插通于设置在所述喷嘴环上的喷嘴轴孔中，其中，
所述喷嘴轴孔具有轴支承所述喷嘴轴的轴支孔部以及大径孔部，所述大径孔部被设于所述喷嘴轴孔中的所述涡旋流路侧的端部、且直径比所述轴支孔部大；
所述可变喷嘴涡轮增压器包括密封构件，其嵌合于所述喷嘴轴并被收纳于所述大径孔部中，对所述轴支孔部的内周面和与所述内周面相对的所述喷嘴轴的外周面之间的间隙进行密封，
所述密封构件是在对所述密封构件的厚度方向施加压缩力的情况下产生与所述压缩力对抗的力的密封构件，
所述密封构件由圆锥状的碟簧型的密封垫圈构成，该密封垫圈的径向的中央部相对于密封垫圈的外周部向一侧突出，
在所述喷嘴轴的外周面上，形成有卡住所述密封垫圈的内周孔的槽，
所述密封垫圈在被施加将其沿厚度方向压缩预定量的压缩力的状态下，所述内周孔卡住所述槽从而组装。
2.如权利要求1所述的可变喷嘴涡轮增压器，其中，
所述密封构件被以不突出到所述涡旋流路的方式收纳于所述大径孔部中。
3.如权利要求1或2所述的可变喷嘴涡轮增压器，其中，
所述喷嘴环具有第1喷嘴环和第2喷嘴环；
在所述第1喷嘴环的与所述第2喷嘴环相对的相对面和所述第2喷嘴环的与所述第1喷嘴环相对的相对面之间，界定有所述涡旋流路。
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