CN113557354B - 可变容量型增压器 - Google Patents
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Abstract
可变容量型增压器具备:可变喷嘴单元,其具有设置有轴承孔的护罩侧环、设置有轴承孔的轮毂侧环、形成在护罩侧环与轮毂侧环之间的喷嘴流路、以及配置于喷嘴流路并由轴承孔和轴承孔两端支承的喷嘴叶片;和涡轮壳体,其具有连接于喷嘴流路的涡旋流路,轴承孔贯通护罩侧环,并穿过护罩侧环与涡轮壳体的间隙而连通于涡旋流路,轴承孔的间隙侧的开口比轴承孔的喷嘴流路侧的开口小。
Description
技术领域
本公开涉及可变容量型增压器。
背景技术
以往,作为这样的领域的技术,公知有下述专利文献1记载的可变容量型增压器。该增压器具备在喷嘴流路内使喷嘴叶片转动的可变喷嘴单元。在该可变喷嘴单元中,为了使喷嘴叶片平滑地转动,喷嘴叶片的叶片主体与喷嘴流路之间存在轴向的微小的间隙。叶片主体在喷嘴流路内能够微微地沿轴向移动。
专利文献1:日本特开2009-243375号公报
专利文献2:日本特开2013-002293号公报
专利文献3:日本特开2013-245655号公报
在增压器的运转中,为了提高增压器的性能,优选叶片主体在轴向上靠近护罩侧。然而,叶片主体位于喷嘴流路内的何处,取决于对叶片转动轴在轴向作用的压力的平衡。上述那样的压力的平衡与涡轮内的各部位的压力的关系相关,难以进行调整。另一方面,叶片主体过于靠近护罩侧而被较强地按压的状态由于与喷嘴流路的壁面的摩擦而成为阻碍喷嘴叶片平滑的转动的原因,因此需要避免。
发明内容
本公开对能够使运转中的喷嘴叶片的叶片主体适当地靠近护罩侧的增压器进行说明。
本公开的一个方式的可变容量型增压器,其中,具备:
可变喷嘴单元,其具有:设置有第一轴承孔的护罩侧环、设置有第二轴承孔的轮毂侧环、形成在所述护罩侧环与所述轮毂侧环之间的喷嘴流路、以及配置于所述喷嘴流路并由所述第一轴承孔和所述第二轴承孔两端支承的喷嘴叶片;和
涡轮壳体,其具有连接于所述喷嘴流路的涡旋流路,
所述第一轴承孔贯通所述护罩侧环,并穿过所述护罩侧环与所述涡轮壳体的间隙而连通于所述涡旋流路,
所述第一轴承孔的所述间隙侧的开口小于所述第一轴承孔的所述喷嘴流路侧的开口。
根据本公开的增压器,能够使运转中的喷嘴叶片的叶片主体适当地靠近护罩侧。
附图说明
图1是第一实施方式的可变容量型增压器的剖视图。
图2是将喷嘴叶片附近放大表示的剖视图。
图3是将喷嘴叶片和护罩侧环分解表示的剖视图。
图4是表示喷嘴叶片附近的另一结构的例子的剖视图。
图5是将第二实施方式的喷嘴叶片附近放大表示的剖视图。
具体实施方式
本公开的一个方式的可变容量型增压器,其中,具备:
可变喷嘴单元,其具有:设置有第一轴承孔的护罩侧环、设置有第二轴承孔的轮毂侧环、形成在所述护罩侧环与所述轮毂侧环之间的喷嘴流路、以及配置于所述喷嘴流路并由所述第一轴承孔和所述第二轴承孔两端支承的喷嘴叶片;和
涡轮壳体,其具有连接于所述喷嘴流路的涡旋流路,
所述第一轴承孔贯通所述护罩侧环,并穿过所述护罩侧环与所述涡轮壳体的间隙而连通于所述涡旋流路,
所述第一轴承孔的所述间隙侧的开口小于所述第一轴承孔的所述喷嘴流路侧的开口。
也可以构成为,所述第一轴承孔具有:大径部,其位于所述喷嘴流路侧且设置为圆柱状,供所述喷嘴叶片的第一转动轴插入;和小径部,其位于所述间隙侧且设置为直径比所述大径部小,
所述第一转动轴的轴向的长度比所述大径部的所述轴向的长度短。
也可以构成为,所述护罩侧环具有:
环主体部,其贯通地设置有所述大径部;和
盖部件,其以堵塞所述大径部的方式接合于所述环主体部的所述间隙侧的面,并设置有使所述间隙和所述大径部连通的所述小径部。
也可以构成为,所述喷嘴叶片具有:插入于所述第一轴承孔的第一转动轴、和插入于所述第二轴承孔的第二转动轴,
以所述第一转动轴的轴向的视线观察的投影面积和以所述第二转动轴的轴向的视线观察的投影面积相等。
(第一实施方式)
以下,参照附图对本公开的第一实施方式进行详细地说明。图1是截取可变容量型增压器1的包括旋转轴线H的剖面的剖视图。增压器1例如应用于船舶、车辆的内燃机。
如图1所示,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。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)排出的排出气体穿过排出气体流入口而流入至涡轮壳体4内,并穿过涡旋流路16而流入涡轮叶轮6,使涡轮叶轮6旋转。之后,排出气体穿过排出气体流出口10而向涡轮壳体4外排出。
在压缩机壳体5设置有吸入口9和排出口(未图示)。若涡轮叶轮6如上述那样旋转,则压缩机叶轮7经由旋转轴14进行旋转。旋转的压缩机叶轮7穿过吸入口9而吸入外部的空气。该空气通过压缩机叶轮7和涡旋流路17而被压缩,并从排出口排出。从排出口排出的压缩空气被供给至上述的内燃机。
对增压器1的涡轮2进行进一步说明。在以下的说明中,在称为“轴向”、“径向”、“周向”时,分别意味着涡轮叶轮6的旋转轴向(旋转轴线H方向)、旋转径向以及旋转周向。
在涡轮2中,在将涡旋流路16与涡轮叶轮6连接的喷嘴流路19设置有可动的喷嘴叶片21。多个喷嘴叶片21以等间隔配置在以旋转轴线H为中心的圆周上。各个喷嘴叶片21同步地绕与旋转轴线H平行的转动轴线J转动。多个喷嘴叶片21如上述那样转动,由此相邻的喷嘴叶片21彼此的间隙扩大缩小从而调整喷嘴流路19的开度。
为了如上述那样驱动喷嘴叶片21,涡轮2具备可变喷嘴单元20。可变喷嘴单元20嵌入于涡轮壳体4的内侧,由涡轮壳体4和轴承壳体13夹持固定。
可变喷嘴单元20具有上述的多个喷嘴叶片21、在轴线方向夹持喷嘴叶片21的护罩侧环33和轮毂侧环34。护罩侧环33和轮毂侧环34分别形成以旋转轴线H为中心的环状,配置为沿周向包围涡轮叶轮6。由护罩侧环33和轮毂侧环34在轴向上夹持的区域构成上述喷嘴流路19。护罩侧环33和轮毂侧环34由沿轴向延伸的多个连结销29连结。连结销29的尺寸被高精度地制造,从而确保喷嘴流路19的轴线方向的尺寸精度。
在护罩侧环33设置有与喷嘴叶片21数量相同的轴承孔31(第一轴承孔)。在轮毂侧环34也同样设置有与喷嘴叶片21数量相同的轴承孔32(第二轴承孔)。喷嘴叶片21具有:在喷嘴流路19内转动的叶片主体22、从叶片主体22向护罩侧环33侧延伸的圆柱状的叶片转动轴23(第一转动轴)、以及沿轮毂侧环34侧延伸的圆柱状的叶片转动轴24(第二转动轴)。叶片转动轴23和叶片转动轴24形成相同外径的圆柱形状。叶片转动轴23相对于轴承孔31能够转动地插入,叶片转动轴24相对于轴承孔32能够转动地插入。根据该结构,喷嘴叶片21由轴承孔31和轴承孔32两端支承。
各叶片转动轴24贯通轮毂侧环34,各叶片转动轴24的端部在轮毂侧环34的内表面一侧连接于驱动机构27。驱动机构27收纳于形成在轮毂侧环34与轴承壳体13之间的机构空间28。经由驱动机构27将来自致动器(未图示)的驱动力向各叶片转动轴24传递。借助上述驱动力,各喷嘴叶片21以叶片转动轴23、24为中心绕转动轴线J转动。
作为用于使喷嘴叶片21转动的间隙,使叶片主体22的轴向的长度比喷嘴流路19的轴向的长度略短。因此,在喷嘴叶片21存在微小的轴向的游隙,即、叶片主体22能够在喷嘴流路19内微微地沿轴向移动。
一边参照图2和图3、一边对喷嘴叶片21附近的构造进行说明。图2是将喷嘴叶片21附近放大表示的剖视图。图3是将喷嘴叶片21和护罩侧环33分解表示的剖视图。
如图所示,在涡轮壳体4与护罩侧环33之间,沿轴向形成有间隙37。间隙37从涡旋流路16延伸到涡轮叶轮6的入口。间隙37在涡轮叶轮6的入口附近由密封部件39密封,因此从涡旋流路16向涡轮叶轮6的入口逸出的气体极少。
轴承孔31沿轴向贯通护罩侧环33而形成,在喷嘴流路19侧和间隙37侧的双方开口。以下,将轴承孔31的喷嘴流路侧的开口称为开口41,将轴承孔31的间隙37侧的开口称为开口42。开口42的口径小于开口41的口径。轴承孔31具有:大径部43,其包括上述开口41并设置于喷嘴流路19侧;和小径部44,其包括上述开口42并设置于间隙37侧。大径部43和小径部44形成以转动轴线J为圆柱轴的圆柱形状。在大径部43与小径部44的边界位置形成有阶梯面45。
大径部43的内径比叶片转动轴23的外径略大。圆柱形状的叶片转动轴23插入于该大径部43。另一方面,小径部44的内径小于大径部43的内径,也小于叶片转动轴23的外径。另外,大径部43的轴向的长度k1大于叶片转动轴23的轴向的长度k2。因此在将叶片转动轴23插入于大径部43的状态下,在大径部43的前端面23a与阶梯面45之间形成轴向的间隙47。
轴承孔31穿过间隙37而连通于涡旋流路16,因此轴承孔31内的压力受涡旋流路16的压力的影响。而且,因为轴承孔31内的压力,沿着转动轴线J将喷嘴叶片21朝向轮毂侧环34侧按压的力作用于叶片转动轴23的前端面23a。将该力设为“F1”。
另一方面,在轮毂侧环34与涡轮壳体4之间形成有周向的间隙49。通过该间隙49将机构空间28与涡旋流路16连通。因此,机构空间28内的压力受涡旋流路16的压力的影响。而且,因为机构空间28内的压力,沿着转动轴线J将喷嘴叶片21朝向护罩侧环33侧按压的力作用于叶片转动轴24的前端面24a。将该力设为“F2”。如上述那样,叶片主体22能够在喷嘴流路19内微微地沿轴向移动。而且,喷嘴流路19内的叶片主体22的轴向位置取决于上述的力F1与力F2的平衡。另外,叶片转动轴23和叶片转动轴24的外径相等,因此以轴向的视线观察的投影面积也相等。因此,其结果,叶片主体22的轴向位置取决于间隙47的压力(以下设为压力P1)与机构空间28内的压力(以下设为P2)的平衡。
接着,对基于以上那样的本实施方式的增压器1的作用效果进行说明。为了提高增压器1的性能,在运转中,优选叶片主体22在喷嘴流路19内靠接近护罩侧环33的一侧。在增压器1中,轴承孔31的间隙37侧的开口42小于轴承孔31的喷嘴流路19侧的开口41。因此轴承孔31内的压力经由口径被缩小的开口42而受涡旋流路16的压力的影响。
因此在该情况下,与假设开口42与开口41相同口径的情况相比,由于开口42带来的压力损失,轴承孔31内的间隙47的压力P1下降。而且,作用于叶片转动轴23的前端面23a的力F1下降,其结果,叶片主体22表现在喷嘴流路19内靠接近护罩侧环33近的一侧的趋势。另一方面,若力F1过小,则叶片主体22被按压于护罩侧环33,由于摩擦而阻碍叶片主体22平滑的转动,因而不优选。因此需要适当地调整力F1。
在本实施方式的增压器1中,通过适当地设计开口42的口径和小径部44的内径,来调整压力P1与压力P2的平衡,从而能够比较容易地调整作用于叶片主体22的轴向的力(力F1与力F2之差)。而且,由此能够比较容易地调整运转中的叶片主体22的轴向位置,能够提高增压器1的性能。
另外,作为调整作用于喷嘴叶片21的上述那样的力F1、F2的平衡的方法,可以考虑采用图4所例示的结构。即、可以考虑使叶片转动轴23、24彼此的外径d1、d2不同,来调整以轴向的视线观察的叶片转动轴23、24的投影面积。在图4的例子中,叶片转动轴23的外径d1小于叶片转动轴24的外径d2。然而,使叶片转动轴23、24的外径不同,需要改变与喷嘴叶片21的工作性相关的设计。与这样的结构相比较,在本实施方式的增压器1中,只要适当地设计小径部44的内径来调整压力P1即可,因此设计比较容易。
另外,作为降低作用于喷嘴叶片21的力F1的其他构造,可以考虑将轴承孔31的间隙37侧完全堵塞,即、使轴承孔31成为有底的孔。然而在该构造中,有可能力F1变得过小,叶片主体22被按压于护罩侧环33,而因摩擦而阻碍叶片主体22平滑的转动。在容易避免这样的问题的方案中,优选本实施方式的增压器1。
(第二实施方式)
接着,一边参照图5、一边对本公开的第二实施方式进行说明。本实施方式中的可变容量型增压器取代第一实施方式中的护罩侧环33,而具有护罩侧环53。除这点之外,本实施方式的可变容量型增压器具备与第一实施方式的可变容量型增压器1相同的结构,因此对相同或者同等的结构要素在附图中标注相同的附图标记,并省略重复的说明。
如图5所示,护罩侧环53具备环主体部54和盖部件55。在环主体部54设置有沿轴向贯通并供叶片转动轴23插入的贯通孔73。贯通孔73的轴向的长度大于叶片转动轴23的轴向的长度。盖部件55以堵塞贯通孔73的方式接合于环主体部54的间隙37侧的面。而且,设置有贯通盖部件55的小孔74,小孔74使间隙37与贯通孔73连通。小孔74的内径小于贯通孔73的内径。盖部件55以轴向的视线观察,呈与环主体部54几乎同形状的圆环状。另外,盖部件55不是必须为一体的圆环状部件。例如,也可以在与各贯通孔73对应的位置设置有分别独立的其他盖部件。
利用以上那样的构造,能够构建轴承孔51,该轴承孔51具备由上述贯通孔73构成的大径部63和由上述小孔74构成的小径部64。而且,实现轴承孔51的间隙37侧的开口62小于轴承孔51的喷嘴流路19侧的开口61的结构。因此,根据本实施方式的增压器也能得到与第一实施方式的增压器1相同的作用效果。
本公开以上述的实施方式为代表,能够以基于本领域技术人员的知识而实施了各种改变、改进的各种方式来实施。另外,能够利用上述的实施方式记载的技术事项而构成变形例。也可以将各实施方式的结构适当地组合来使用。
附图标记说明
1…可变容量型增压器;4…涡轮壳体;16…涡旋流路;19…喷嘴流路;21…喷嘴叶片;20…可变喷嘴单元;33、53…护罩侧环;34…轮毂侧环;31、51…轴承孔(第一轴承孔);32…轴承孔(第二轴承孔);23…叶片转动轴(第一转动轴);24…叶片转动轴(第二转动轴);37…间隙;41、61…开口;42、62…开口;43、63…大径部;44、64…小径部;54…环主体部;55…盖部件。
Claims (4)
1.一种可变容量型增压器,其特征在于,具备:
可变喷嘴单元,其具有:设置有第一轴承孔的护罩侧环、设置有第二轴承孔的轮毂侧环、形成在所述护罩侧环与所述轮毂侧环之间的喷嘴流路、以及配置于所述喷嘴流路并由所述第一轴承孔和所述第二轴承孔两端支承的喷嘴叶片;和
涡轮壳体,其具有连接于所述喷嘴流路的涡旋流路,并且具有与所述喷嘴流路连通的涡轮叶轮的入口,
在所述护罩侧环与所述涡轮壳体之间形成有与所述涡旋流路连通的间隙,
所述第一轴承孔贯通所述护罩侧环,并穿过所述护罩侧环与所述涡轮壳体的间隙而连通于所述涡旋流路,
所述间隙从所述涡旋流路延伸到所述入口,
在所述间隙内,在所述第一轴承孔的所述间隙侧的开口与所述入口之间配置有堵塞所述间隙的密封部件,
所述第一轴承孔的所述间隙侧的所述开口小于所述第一轴承孔的所述喷嘴流路侧的开口。
2.根据权利要求1所述的可变容量型增压器,其特征在于,
所述第一轴承孔具有:大径部,其位于所述喷嘴流路侧且设置为圆柱状,供所述喷嘴叶片的第一转动轴插入;和小径部,其位于所述间隙侧且设置为直径比所述大径部小,
所述第一转动轴的轴向的长度比所述大径部的所述轴向的长度短。
3.根据权利要求2所述的可变容量型增压器,其特征在于,
所述护罩侧环具有:
环主体部,其贯通地设置有所述大径部;和
盖部件,其以堵塞所述大径部的方式接合于所述环主体部的所述间隙侧的面,并设置有使所述间隙和所述大径部连通的所述小径部。
4.根据权利要求1~3中的任一项所述的可变容量型增压器,其特征在于,
所述喷嘴叶片具有:插入于所述第一轴承孔的第一转动轴、和插入于所述第二轴承孔的第二转动轴,
所述第一转动轴的外径小于所述第二转动轴的外径。
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