CN111699307A - 增压器 - Google Patents

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Abstract

增压器具备：涡轮外壳，对设置于旋转轴的一端的涡轮叶轮进行收纳；轴承外壳，与涡轮外壳接合，并设置有用于支承旋转轴的轴承；可变喷嘴单元，被配置于涡轮外壳以及轴承外壳之间，包括在旋转轴的旋转轴线的周围配置的喷嘴环、和与喷嘴环邻接置且外周部至少与涡轮外壳接触的支承环。在支承环的周向的一个或者多个位置形成有支承环的外周部不与涡轮外壳接触的一个或者多个非接触部。

Description

增压器
技术领域
本公开涉及增压器。
背景技术
例如如专利文献1、2所记载那样，公知有一种被应用于增压器的可变喷嘴单元。可变喷嘴单元具备多个可变喷嘴、支承环以及连结销等，构成为使这些可变喷嘴转动。在专利文献1所记载的单元中，在支承环的结合区域的周边形成有切口。切口允许筒状的中间部的变形。在专利文献2所记载的单元中，供连结销插通的支承环的销孔构成为沿支承环的径向延伸的形状。销孔呈椭圆状或长孔形状。销孔对第一喷嘴环与支承环的径向的热膨胀差进行吸收。
专利文献1：日本特开2015－117645号公报
专利文献2：日本特开2016－003565号公报
如上所述，公知有一种考虑了基于热膨胀差的支承环的热变形的技术，但为了允许支承环的热变形而期望更优良的构造。本公开对能够很好地允许可变喷嘴单元的支承环的热变形的增压器进行说明。
发明内容
本公开的一个方式所涉及的增压器具备：涡轮外壳，对设置于旋转轴的一端的涡轮叶轮进行收纳；轴承外壳，与涡轮外壳接合，并设置有用于支承旋转轴的轴承；以及可变喷嘴单元，被配置于涡轮外壳以及轴承外壳之间，包括在旋转轴的旋转轴线的周围配置的喷嘴环、和与喷嘴环邻接设置且外周部至少与涡轮外壳接触的支承环，在支承环的周向的一个或者多个位置形成有支承环的外周部不与涡轮外壳接触的一个或者多个非接触部。
根据本公开的一个方式，能够很好地允许可变喷嘴单元的支承环的热变形。
附图说明
图1是本公开的一个实施方式所涉及的增压器的剖视图。
图2是表示可变喷嘴单元的保持结构的剖视图。
图3是表示图1中的支承环的图。
图4是表示第一变形例所涉及的可变喷嘴单元的保持结构的剖视图。
图5是表示第二变形例所涉及的可变喷嘴单元的保持结构的剖视图。
图6是表示第三变形例所涉及的可变喷嘴单元的保持结构的剖视图。
具体实施方式
本公开的一个方式所涉及的增压器具备：涡轮外壳，对设置于旋转轴的一端的涡轮叶轮进行收纳；轴承外壳，与涡轮外壳接合，并设置有用于支承旋转轴的轴承；以及可变喷嘴单元，被配置于涡轮外壳以及轴承外壳之间，包括在旋转轴的旋转轴线的周围配置的喷嘴环、和与喷嘴环邻接设置且外周部至少与涡轮外壳接触的支承环，在支承环的周向的一个或者多个位置形成有支承环的外周部不与涡轮外壳接触的一个或者多个非接触部。
根据该增压器，支承环的外周部与涡轮外壳接触来保持可变喷嘴单元。在支承环的周向的一个或者多个位置形成有支承环的外周部不与涡轮外壳接触的非接触部。在支承环欲热膨胀的情况下，在非接触部不会阻碍支承环的热变形。因此，能够很好地允许可变喷嘴单元的支承环的热变形。
在几个方式中，可变喷嘴单元包括将喷嘴环以及支承环连结的一个或者多个连结销，非接触部在周向上被设置在与连结销对应的位置。在设置了连结销的部分，会受到喷嘴环的热膨胀的影响等而可能大幅作用(特别是在径向上)欲热膨胀的力。若非接触部设置在与连结销对应的位置，则在支承环受到该力的情况下，支承环能够无障碍地变形。
在几个方式中，非接触部包括形成于支承环的外周部的一个或者多个切口部。该情况下，通过以支承环的外周部被切口的方式变更形状，能够简便且可靠地制造出上述的非接触部。
在几个方式中，非接触部包括形成于支承环的外周部并在旋转轴线的方向凹陷的一个或者多个凹陷部。该情况下，通过以支承环的外周部的表面凹陷的方式变更形状，能够简便且可靠地制造出上述的非接触部。
在几个方式中，非接触部包括在涡轮外壳中的与支承环的外周部对置的部位形成并在旋转轴线的方向凹陷的凹陷部。该情况下，通过以涡轮外壳的表面凹陷的方式变更形状，能够简便且可靠地制造出上述的非接触部。
在几个方式中，通过支承环的外周部在除了非接触部以外的部位被涡轮外壳以及轴承外壳夹持来保持可变喷嘴单元。在非接触部中，支承环的外周部不被涡轮外壳以及轴承外壳夹持。因此，在非接触部中，不阻碍支承环的热变形，能够很好地允许支承环的热变形。
在几个方式中，通过喷嘴环被在旋转轴线的周围配置的弹簧部件沿旋转轴线的方向施力、外周部在除了非接触部以外的部位被涡轮外壳按压来保持可变喷嘴单元。在非接触部中，支承环的外周部不被涡轮外壳按压。因此，在非接触部中，不阻碍支承环的热变形，能够很好地允许支承环的热变形。
以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。期中，在附图的说明中对相同的要素标注相同的附图标记，省略重复的说明。
图1所示的可变容量型增压器1例如被应用于船舶或车辆的内燃机。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具备涡轮外壳4和被收纳于涡轮外壳4的涡轮叶轮6。涡轮外壳4包括在涡轮叶轮6的周围沿周向延伸的涡旋(scroll)流路16。压缩机3具备压缩机外壳5和被收纳于压缩机外壳5的压缩机叶轮7。压缩机外壳5包括在压缩机叶轮7的周围沿周向延伸的涡旋流路17。
涡轮叶轮6被设置于旋转轴14的一端，压缩机叶轮7被设置于旋转轴14的另一端。在涡轮外壳4与压缩机外壳5之间设置有轴承外壳13。旋转轴14借助轴承15以能够旋转的方式支承于轴承外壳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绕旋转轴线H进行旋转。即，在轴承外壳13设置有用于支承旋转轴14的轴承15。
在涡轮外壳4设置有废气流入口(未图示)以及废气流出口10。从内燃机(未图示)排出的废气通过废气流入口流入至涡轮外壳4内，通过涡旋流路16流入至涡轮叶轮6，使涡轮叶轮6旋转。然后，废气通过废气流出口10流出至涡轮外壳4外。
在压缩机外壳5设置有吸入口9以及排出口(未图示)。若涡轮叶轮6如上述那样旋转，则压缩机叶轮7借助旋转轴14进行旋转。进行旋转的压缩机叶轮7通过吸入口9吸入外部的空气而进行压缩，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被供给至上述的内燃机。
接着，对涡轮2进一步详细进行说明。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设置有多个可变喷嘴叶片23。多个可变喷嘴叶片23被配置在以旋转轴线H为中心的圆周上，各个可变喷嘴叶片23能够绕与旋转轴线H平行的转动轴线进行转动。气体流入路21使从涡旋流路16流入至涡轮叶轮6的气体通过。通过可变喷嘴叶片23如上述那样转动，能够根据导入至涡轮2的废气的流量将气体流路的截面积(临界截面(throat)面积)调整为最佳。
作为用于使可变喷嘴叶片23如上述那样转动的驱动机构，涡轮2具备可变喷嘴单元25。可变喷嘴单元25被配置在涡轮外壳4和与涡轮外壳4接合的轴承外壳13之间。可变喷嘴单元25例如被涡轮外壳4与轴承外壳13夹持并固定。
以下，对可变喷嘴单元25进行说明。在以下的说明中，当言及“轴线方向”、“径向”、“周向”等时，分别指涡轮叶轮6的旋转轴线H方向、以旋转轴线H为基准的径向以及周向。另外，存在将在旋转轴线H方向上靠近涡轮2的一侧简称为“涡轮侧”、将靠近压缩机3的一侧称为“压缩机侧”的情况。
可变喷嘴单元25具有多个可变喷嘴叶片23和在轴线方向夹着可变喷嘴叶片23的第一喷嘴环31以及第二喷嘴环32。第一喷嘴环31与第二喷嘴环32分别呈以旋转轴线H为中心的环状，被配置为包围涡轮叶轮6。即，第一喷嘴环31与第二喷嘴环32在旋转轴线H的周围配置。被第一喷嘴环31与第二喷嘴环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，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以能够旋转的方式插通有各可变喷嘴叶片23的转动轴23a。第一喷嘴环31例如以悬臂方式轴支承各可变喷嘴叶片23。
在第一喷嘴环31的压缩机侧(与可变喷嘴单元25相反侧)固定有圆环板状的支承环41，并且在支承环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分别各设置有多个(例如3个)销孔。例如，在图1以及图2中图示了形成于第一喷嘴环31的销孔31b和形成于支承环41的销孔41a。这些销孔排列成一列，通过在这些销孔插通连结销35而使得第一喷嘴环31、第二喷嘴环32、支承环41以及驱动环支承部件43相互连结。即，连结销35将第一喷嘴环31以及支承环41连结。
支承环41以及驱动环支承部件43通过连结销35的压缩机侧的部分被与第一喷嘴环31一同铆接。另外，在连结销35的涡轮侧的部分设置有用于对第一喷嘴环31以及第二喷嘴环32分别进行定位的两个凸缘部，通过高精度地制作两个凸缘部之间的尺寸，确保了气体流入路21的轴线方向的尺寸精度。通过在驱动环支承部件43安装驱动环28，使得驱动环28被支承为能够绕旋转轴线H转动。
驱动环28是传递从外部输入的对可变喷嘴叶片23的驱动力的部件，例如由金属材料以一个部件形成。驱动环28呈在以旋转轴线H为中心的圆周上延伸的环状，承受来自外部的驱动力而绕旋转轴线H转动。杆29分别被安装于各可变喷嘴叶片23的转动轴23a，在驱动环28的内侧等间隔地配置于圆周上。
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构成的部分被固定于涡轮外壳4，将多个可变喷嘴叶片23轴支为能够转动。此外，在第一喷嘴环31与轴承外壳13的一部分(面对涡轮叶轮6的背面的部分)之间设置有碟形弹簧44，该碟形弹簧44与第一喷嘴环31的旋转轴线H方向的端面抵接，对可变喷嘴单元25向涡轮侧施力。
以下，参照图1以及图2对可变容量型增压器1中的可变喷嘴单元25的保持结构详细进行说明。在可变容量型增压器1中，通过支承环41的外周部41c被涡轮外壳4以及轴承外壳13夹持，使得可变喷嘴单元25的整体被保持在这些外壳内。支承环41的外周部41c被沿涡轮外壳4的径向延伸(与旋转轴线H正交)的壁面4a以及沿轴承外壳13的径向延伸(与旋转轴线H正交)的壁面13a在轴线方向夹持。
被设置为与第一喷嘴环31邻接的支承环41的外周部41c至少与涡轮外壳4的壁面4a接触。如上所述，在可变喷嘴单元25中，支承环41的外周部41c与轴承外壳13的壁面13a接触。支承环41的外周部41c与涡轮外壳4的壁面4a接触。这里，在支承环41的周向的多个(例如3个)位置形成有支承环41的外周部41c不与涡轮外壳4接触的多个(例如3个)非接触部50。这些非接触部50是支承环41的外周部41c不与轴承外壳13接触的部分。也可以说这些非接触部50是支承环41的外周部41c不被涡轮外壳4的壁面4a与轴承外壳13的壁面13a夹持的部分。
这些非接触部50为了允许支承环41的热变形而设置。在第一喷嘴环31、支承环41以及轴承外壳13各部件之间，当涡轮2的温度上升的情况下会产生温度差。第一喷嘴环31的温度可能比支承环41的温度高。另外，支承环41的温度可能比轴承外壳13的温度高。第一喷嘴环31以及支承环41的热膨胀大于轴承外壳13的热膨胀。第一喷嘴环31欲向径向外侧膨胀，另一方面，若支承环41的外周部41c被夹持，则存在支承环41的热膨胀即变形/移动被阻碍的可能性。非接触部50帮助这样的支承环41的变形。其中，第一喷嘴环31的线膨胀系数例如与支承环41的线膨胀系数大致相同。另外，支承环41的线膨胀系数大于轴承外壳13的线膨胀系数。
非接触部50在周向例如被设置在与连结销35对应的位置。如图2以及图3所示，非接触部50包括形成于支承环41的外周部41c的多个(例如3个)切口部46。以形成这些切口部46并在连结销35的规定位置配置销孔41a的方式在销孔41a的两侧设置有从圆环状的主体部向内周侧倾斜延伸的一对连结部47、47。这样，在与连结销35对应的位置即与销孔41a对应的位置设置有切口部46。“与销孔41a对应的位置”可以是至少包括形成了销孔41a的周向的位置的周向的位置。“与销孔41a对应的位置”也可以是销孔41a的径向的外侧。在其他观点中，“与销孔41a对应的位置”是通过销孔41a的半径与支承环41的圆环状的外周部交叉的部分。
设置多个切口部46的范围共计可以为整周的5％以上，也可以为整周的10％以上。设置多个切口部46的范围共计也可以为整周的15％以上。考虑到保持可变喷嘴单元25的保持力、支承环41的强度，设置多个切口部46的范围共计也可以为整周的30％以下，还可以为整周的50％以下。此外，如图3所示，在支承环41的外周部41c，例如能够在周向的一个位置设置小的槽41d(这例如是定位用的槽)。非接触部50不包括这样的槽41d。换言之，支承环41的外周部41c在除了切口部46(非接触部50)以外的区域与涡轮外壳4的壁面4a连续地接触。支承环41的外周部41c在除了切口部46(非接触部50)以外的区域与轴承外壳13的壁面13a连续地接触。这些接触部为平面状且圆弧状。
在具有这样的形状的支承环41中，在周向的大部分中外周部41c(图2中用假想线表示)被涡轮外壳4以及轴承外壳13夹持，但在设置了切口部46的范围中，外周部41c不被涡轮外壳4以及轴承外壳13夹持。包括这些切口部46的非接触部50允许支承环41在销孔41a的周围(包括连结部47)的部分沿径向移动。此时，以虽然连结部47相对于圆环状的主体部变形但不因所产生的应力而发生破损(裂缝等)的方式考虑连结部47的宽度、厚度。即，支承环41构成为在支承环41变形时能够避免应力向销孔41a的周围的部分集中。另外，以抑制支承环41的旋转轴线H方向的变形的方式决定了支承环41的形状。其中，在图1与图2中，图示了不同的位置处的剖面。
根据以上说明的可变容量型增压器1，支承环41的外周部41c与涡轮外壳4接触来保持可变喷嘴单元25。在支承环41的周向的多个位置形成有支承环41的外周部41c不与涡轮外壳4接触的非接触部50。在支承环41伴随着第一喷嘴环31的热膨胀而欲进行热膨胀的情况下，在非接触部50中不阻碍支承环41的热变形。因此，能够很好地允许可变喷嘴单元25的支承环41的热变形。以往，由于保持了支承环的凸缘部的整周，所以支承环被压住，存在喷嘴环、连结销等其他部件变形的担忧。根据本实施方式，通过支承环41的一部分进行变形(承担变形)，能抑制这样的其他部件的热变形。
非接触部50在周向被设置在与连结销35对应的位置。在设置了连结销35的部分，会受到第一喷嘴环31的热膨胀的影响等而可能大幅作用有特别要在径向进行热膨胀的力。若非接触部50设置在与连结销35对应的位置，则在支承环41承受到该力的情况下，支承环41能够无障碍地变形。此时，连结销35也一同沿径向移动。因此，能够提高防止第一喷嘴环31、连结销35等其他部件变形的效果。
通过以支承环41的外周部41c被切口的方式变更形状，能够简便且可靠地制造出上述的非接触部50。
通过支承环41的外周部41c在除了非接触部50以外的部位被涡轮外壳4以及轴承外壳13夹持来保持可变喷嘴单元25。在非接触部50中，支承环41的外周部41c不被涡轮外壳4以及轴承外壳13夹持。因此，在非接触部50中，不阻碍支承环41的热变形，能够很好地允许支承环41的热变形。
以上，对本公开的实施方式进行了说明，但本发明并不局限于上述实施方式。本发明能够包括各种变形方式。
例如，也可以如图4所示，是支承环41的外周部41c不被涡轮外壳4以及轴承外壳13夹持的类型的可变喷嘴单元25A。即，通过第一喷嘴环31被在旋转轴线H的周围配置的碟形弹簧(弹簧部件)44沿旋转轴线H的方向施力、外周部(图4中用假想线表示)在除了非接触部50A以外的部位被涡轮外壳4按压来保持可变喷嘴单元25A。非接触部50A与支承环41的切口部46同样，由切口部48形成。在非接触部50A中，支承环41A的外周部不被涡轮外壳按压。因此，在非接触部50A中，不阻碍支承环41A的热变形，能够很好地允许支承环的热变形。通过这样的涡轮2A，也能够起到与上述实施方式同样的作用、效果。
另外，也可以如图5所示，提供包括形成于支承环41B的外周部41c并在旋转轴线H的方向凹陷的凹陷部49的非接触部50B。该情况下，在可变喷嘴单元25B中，通过以支承环41B的外周部41c的表面(例如两面)凹陷的方式变更形状，能够简便且可靠地制造出非接触部50B。通过这样的涡轮2B，也能够起到与上述实施方式同样的作用、效果。凹陷部49也可以仅形成于支承环41B的单面。
另外，也可以如图6所示，提供包括在涡轮外壳4中的与支承环41C的外周部41c对置的部位形成并在旋转轴线的方向上凹陷的凹陷部4b的非接触部50C。非接触部50C可以包括在轴承外壳13中的与支承环41C的外周部41c对置的部位形成并在旋转轴线的方向凹陷的凹陷部13b。该情况下，通过以涡轮外壳4的表面凹陷的方式变更形状，能够简便且可靠地制造出非接触部50C。通过这样的可变喷嘴单元25C以及涡轮2C，也能够起到与上述实施方式同样的作用、效果。
另外，第一喷嘴环31以及支承环41可以形成为一体。支承环41可以不由单独的部件构成，而形成有外周部41c作为第一喷嘴环31的凸缘部。
当在支承环41设置有多个销孔41a的情况下，可以以不与全部的销孔41a对应而仅与一部分销孔41a的位置对应的方式设置切口部46、切口部48或者凹陷部49。在周向可以仅在一个位置形成非接触部。非接触部可以设置在与连结销对应的位置以外的位置。
工业上的可利用性
根据本公开的几个方式，能够很好地允许可变喷嘴单元的支承环的热变形。
附图标记说明：
1…可变容量型增压器(增压器)；2、2A、2B、2C…涡轮；3…压缩机；4…涡轮外壳；4a…壁面；4b…凹陷部；6…涡轮叶轮；7…压缩机叶轮；13…轴承外壳；13a…壁面；13b…凹陷部；14…旋转轴；16…涡旋流路；21…气体流入路；23…可变喷嘴叶片；25、25A、25B、25C…可变喷嘴单元；31…第一喷嘴环(喷嘴环)；31b…销孔；32…第二喷嘴环；41、41A、41B、41C…支承环；41a…销孔；41c…外周部；44…碟形弹簧(弹簧部件)；46…切口部；48…切口部；49…凹陷部；50、50A、50B、50C…非接触部；H…旋转轴线。

Claims (7)

1.一种增压器，其特征在于，具备：
涡轮外壳，对设置于旋转轴的一端的涡轮叶轮进行收纳；
轴承外壳，与所述涡轮外壳接合，并设置有用于支承所述旋转轴的轴承；以及
可变喷嘴单元，被设置于所述涡轮外壳以及轴承外壳之间，包括在所述旋转轴的旋转轴线的周围配置的喷嘴环、和与所述喷嘴环邻接设置且外周部至少与所述涡轮外壳接触的支承环，
在所述支承环的周向的一个或者多个位置形成有所述支承环的所述外周部不与所述涡轮外壳接触的一个或者多个非接触部。
2.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于，
所述可变喷嘴单元包括将所述喷嘴环以及所述支承环连结的一个或者多个连结销，
所述非接触部在所述周向上被设置在与所述连结销对应的位置。
3.根据权利要求1或2所述的增压器，其特征在于，
所述非接触部包括在所述支承环的所述外周部形成的一个或者多个切口部。
4.根据权利要求1或2所述的增压器，其特征在于，
所述非接触部包括形成于所述支承环的所述外周部并在所述旋转轴线的方向凹陷的一个或者多个凹陷部。
5.根据权利要求1或2所述的增压器，其特征在于，
所述非接触部包括在所述涡轮外壳中的与所述支承环的所述外周部对置的部位形成并在所述旋转轴线的方向凹陷的凹陷部。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的增压器，其特征在于，
通过所述支承环的所述外周部在除了所述非接触部以外的部位被所述涡轮外壳以及轴承外壳夹持来保持所述可变喷嘴单元。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的增压器，其特征在于，
通过所述喷嘴环被在所述旋转轴线的周围配置的弹簧部件向所述旋转轴线的方向施力、且所述外周部在除了所述非接触部以外的部位被所述涡轮外壳按压来保持所述可变喷嘴单元。
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