CN113710884B - 可变容量涡轮机以及增压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可变容量涡轮机以及增压器，利用简单的结构，能够根据发动机的输出使涡轮机的流量特性变化，另外，能够对流入涡轮机叶轮的流体的流动角度在涡轮机叶轮的周向上任意地进行调整。可变容量涡轮机(10)具有：围绕轴线旋转的涡轮机叶轮(12)、收纳涡轮机叶轮(12)且在涡轮机叶轮(12)的外周侧形成喉部通路(32)以及与喉部通路(32)连通的涡旋流路(34)的涡轮机壳体(30)、以及使喉部通路(32)的通路宽度沿涡轮机叶轮(12)的周向变化的宽度变化部(52)能够在通路宽度的宽度方向上移动的宽度可变机构。

Description

可变容量涡轮机以及增压器

技术领域

本公开涉及可变容量涡轮机以及增压器。

背景技术

例如在机动车中采用的增压器的涡轮机跨着从低输出至高输出的广泛范围的发动机输出而工作，所以需要提高各输出时的性能。

为了与上述需求对应，例如具有如VG(VG：Variable Geometry：可变机翼)涡轮机那样能够根据发动机的输出来调整流量特性的涡轮机。

另外，作为能够根据发动机的输出来调整流量特性的涡轮机，在专利文献1中已经公开一种涡轮机，该涡轮机在被区划为主涡旋与副涡旋的涡旋流路中，可以根据发动机的运行状态，由圆筒状的滑阀关闭副涡旋。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)实开昭61-66628号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

另一方面，近年来，由于发动机自身的性能(输出)提高，排气温度趋于上升。在该情况下，在具有复杂的连杆机构的VG涡轮机中，在构成连杆机构的配件的故障率及可靠性方面会出现问题。

另外，因为通常在涡旋流路的涡卷始端(流体入口)附近流体向涡轮机叶轮的流入增大，所以流动角度趋于增大。反之，在涡旋流路的涡卷终端附近，由于从形成涡旋流路的壁面受到的摩擦损耗而使流通的排气的流速降低，所以流动角度趋于减小。这一点在专利文献1所公开的涡轮机及VG涡轮机中也是相同的。

本公开是鉴于上述问题而提出的，目的在于提供一种可变容量涡轮机以及具有该可变容量涡轮机的增压器，利用简单的结构，能够根据发动机的输出来使涡轮机的流量特性变化，另外，能够在涡轮机叶轮的周向上任意地调整流入涡轮机叶轮的流体的流动角度。

用于解决技术问题的技术方案

为了解决上述问题，本公开的可变容量涡轮机以及具有该可变容量涡轮机的增压器采用如下的方法。

即，本公开的一个方式的可变容量涡轮机具有：涡轮机叶轮，其围绕轴线旋转；涡轮机壳体，其收纳该涡轮机叶轮，并且在所述涡轮机叶轮的外周侧形成喉部通路以及与该喉部通路连通的涡旋流路；宽度可变机构，其使所述喉部通路的通路宽度沿所述涡轮机叶轮的周向发生变化的宽度变化部能够在所述通路宽度的宽度方向上移动。

根据本方式的可变容量涡轮机，具有：涡轮机叶轮，其围绕轴线旋转；涡轮机壳体，其收纳涡轮机叶轮，并且在涡轮机叶轮的外周侧形成喉部通路及涡旋流路；宽度可变机构，其沿涡轮机叶轮的周向使喉部通路的通路宽度变化的宽度变化部能够在所述通路宽度的宽度方向上移动。

据此，通过利用宽度可变机构使喉部通路的通路宽度变化(即，调整喉部通路的流路面积)，能够对从涡旋流路流入涡轮机叶轮的流体(例如从发动机排出的排气)的流量进行调整。由此，不利用例如如VG涡轮机那样的复杂的结构，而利用简单的结构，也能够根据发动机的输出使涡轮机的流量特性变化。因此，与VG涡轮机相比，能够通过结构的简化来谋求配件数的减少、以及相应的故障率的降低及可靠性的提高。

另外，通过利用宽度变化部使喉部通路的通路宽度沿涡轮机叶轮的周向变化，能够对流入涡轮机叶轮的流体的流动角度在涡轮机叶轮的周向上任意地进行调整。

例如，在涡旋流路的涡卷始端(排气入口侧)附近，流体向涡轮机叶轮的流入较大，所以流动角度增大，反之，在涡旋流路的涡卷终端附近，由于从涡轮机壳体的内壁面受到的摩擦损耗而使流速降低，流动角度减小。此时，通过使喉部通路的通路宽度从涡旋流路的涡卷始端向涡卷终端逐渐扩大地变化，能够避免在涡卷始端附近流体向涡轮机叶轮过度流入，并避免在涡卷终端附近流体的流速降低。即，能够避免在涡轮机叶轮的周向上流动角度出现不均匀，使涡轮机叶轮的周向上流动角度的分布相同。

另外，基于本公开的一个方式的可变容量涡轮机，所述宽度变化部使所述喉部通路的所述通路宽度沿所述涡轮机的周向连续地变化。

根据本方式的可变容量涡轮机，宽度变化部能够使喉部通路的通路宽度沿涡轮机叶轮的周向连续地变化。据此，因为使喉部通路的通路宽度沿涡轮机叶轮的周向平滑地变化，所以能够抑制在周向上流入涡轮机叶轮的流体的流量急剧变化。

另外，基于本公开的一个方式的可变容量涡轮机，所述宽度可变机构具有：筒状部件，其形成为在所述轴线方向上延伸的圆筒形状，所述圆筒形状的一端侧在所述轴线方向上插入所述喉部通路且具有在所述一端形成的缘部的位置沿所述圆筒形状的周向变化的变化区间；驱动部，其使所述筒状部件在所述轴线方向上移动。所述变化区间作为所述宽度变化部。

根据本方式的可变容量涡轮机，宽度可变机构具有：筒状部件，其形成为在轴线方向上延伸的圆筒形状，圆筒形状的一端侧在轴线方向上插入喉部通路，且具有在一端形成的缘部的位置沿圆筒形状的周向变化的变化区间；驱动部，其使筒状部件在轴线方向上移动。变化区间为宽度变化部。据此，通过将具有可变区间的筒状部件通过驱动部插入喉部通路，作为喉部通路整体而能够使流路面积减少，并且利用变化区间使喉部通路的通路宽度沿涡轮机叶轮的周向变化。

另外，本公开的一个方式的增压器具有：上述可变容量涡轮机、以及具有通过所述涡轮机叶轮而旋转的压缩机叶轮的压缩机。

根据本方式的增压器，具有：上述的可变容量涡轮机、以及具有通过涡轮机叶轮而旋转的压缩机叶轮的压缩机。

发明的效果

根据本公开的可变容量涡轮机以及具有该可变容量涡轮机的增压器，能够利用简单的结构，根据发动机的输出使涡轮机的流量特性变化，另外，能够对流入涡轮机叶轮的流体的流动角度在涡轮机叶轮的周向上任意地进行调整。

附图说明

图1是本公开的一个实施方式的可变容量涡轮机的纵向剖视图。

图2是图1所示的切割线I-I的剖视图。

图3是表示在周向上展开的喉部通路中基于宽度变化部的通路宽度的变化的图。

图4是表示在周向上展开的喉部通路中基于宽度变化部的通路宽度的变化的图。

图5是表示在周向上展开的喉部通路通过宽度变化部而完全打开的状态的图。

图6是表示筒状部件的结构的图。

图7是图6所示的箭头A的箭头方向视图。

图8是筒状部件的展开图。

具体实施方式

下面，利用附图，针对本公开的一个实施方式的可变容量涡轮机以及增压器进行说明。

首先，针对可变容量涡轮机10以及增压器的结构进行说明。

如图1所示，可变容量涡轮机10具有：涡轮机叶轮12、以及收纳涡轮机叶轮12的涡轮机壳体30。

涡轮机叶轮12具有形成有多个叶片16的轮毂14，安装在转子轴18的一端(在同图中为右端)。

转子轴18由未图示的轴承围绕轴线X旋转自如地进行支承。由此，涡轮机叶轮12可围绕轴线X进行旋转。

在转子轴18的另一端(在同图中为左端侧)安装有未图示的压缩机叶轮。由此，涡轮机叶轮12与压缩机叶轮经由转子轴18而连接，并且压缩机叶轮通过涡轮机叶轮12的旋转而旋转。

压缩机叶轮构成对从外部吸入的空气进行压缩的压缩机(未图示)，由可变容量涡轮机10与未图示的压缩机构成增压器。

如图1及图2所示，涡轮机壳体30为收纳涡轮机叶轮12的筐体，在涡轮机叶轮12的外周侧形成喉部通路32及涡旋流路34而构成。

如图2所示，涡旋流路34是从涡轮机壳体30的排气入口36侧使流路面积逐渐缩小且在涡轮机叶轮12的周向上延伸的涡卷状流路。此时，涡旋流路34的排气入口36侧为涡卷始端，排气的流动方向侧为涡卷终端。也就是说，涡旋流路34的流路面积从涡卷始端向涡卷终端逐渐缩小。

在同图中为了说明，使舌部31附近的角度为0°，角度沿排气的流动方向增大，使涡旋流路34的涡卷终端的角度为360°。

如图1及图2所示，喉部通路32是在涡轮机叶轮12的外周侧的周向上形成且与涡旋流路34连通的流路。由涡轮机壳体30形成的喉部通路32的通路宽度沿涡轮机叶轮12的周向恒定。

喉部通路32使收纳有涡轮机叶轮12的涡轮机壳体30的空间与涡旋流路34连通。

接着，针对可变容量涡轮机10以及增压器的工作进行说明。

从未图示的发动机排出的排气从涡轮机壳体30的排气入口36流入涡旋流路34。

流入涡旋流路34的排气在涡旋流路34中流通且经由喉部通路32向涡轮机叶轮12流入。

此时，从涡旋流路34向涡轮机叶轮12流入的排气的流量取决于涡旋流路34的流路面积及喉部通路32的通路宽度。

向涡轮机叶轮12流入的排气在涡轮机叶轮12具有的多个叶片16间通过并膨胀，使涡轮机叶轮12围绕轴线X旋转。

通过了涡轮机叶轮12的排气在涡轮机壳体30的内部形成的出口流路42中流通，从排气出口40向可变容量涡轮机10的外部排出。

另一方面，未图示的压缩机的压缩机叶轮随着涡轮机叶轮12的旋转，围绕轴线X旋转。

压缩机通过压缩机叶轮的旋转来对空气进行压缩。之后，被压缩的空气向未图示的发动机供给。

接着，针对可变容量涡轮机10具有的宽度可变机构50进行说明。

如图3至图5所示，宽度可变机构50是设置在可变容量涡轮机10、且能够在宽度方向上移动使喉部通路32的通路宽度沿涡轮机叶轮12的周向连续变化的的宽度变化部52的机构。

需要说明的是，在此提及的“连续”表示例如如曲线般平滑连接的线状，与如较大的台阶那样伴随急剧变化的情况不同。

利用该宽度变化部52，能够使从涡旋流路34流入涡轮机叶轮12的排气流量沿涡轮机叶轮12的周向变化。

例如，在图3中，喉部通路32的通路宽度利用宽度变化部52而从涡旋流路34的涡卷始端向涡卷终端逐渐扩大。由此，与通路宽度沿涡轮机叶轮12的周向恒定的情况相比，越靠近涡旋流路34的涡卷始端侧，越能够抑制流入涡轮机叶轮12的排气的流量。

需要说明的是，同图所示的θ1至θ3对应于图2的涡旋流路34的涡卷角度即θ1至θ3，θ1＜θ2＜θ3。但是，图2及图3所示的流路面积未准确绘制，另外，图2所示的θ1至θ3与图3所示的θ1至θ3并非严格地对应。

在此，基于宽度变化部52的通路宽度的变化不限于同图所示的变化，可以任意变更。也就是说，通过任意地变更宽度变化部52的形状，能够使从涡旋流路34流入涡轮机叶轮12的排气的流量沿涡轮机叶轮12的周向任意地变化。

如图3至图5所示，上述的宽度变化部52能够沿宽度方向移动。由此，能够对沿着涡轮机叶轮12的周向的作为喉部通路32整体的流路面积进行调整。

例如，如图5所示，通过从沿着涡轮机叶轮12的周向使通路完全打开(即，通路宽度沿涡轮机叶轮12的整个周向恒定)的喉部通路32，如图3及图4所示封堵喉部通路32的一部分(在同图中斜线部所示的部分)，能够使作为喉部通路32整体的流路面积变化。由此，能够根据发动机的输出对从涡旋流路34的整体向涡轮机叶轮12流入的排气的流量进行调整。

具体而言，在发动机以高输出运行的情况下，如图5所示使喉部通路32完全打开，由此，能够将来自发动机的排气不浪费地吸入可变容量涡轮机10。反之，在发动机以低输出运行的情况下，排气的流量减少，所以，如图3及图4所示，封堵喉部通路32的一部分，由此，能够使流入涡轮机叶轮12的排气的流速增大，使涡轮机叶轮12有效地旋转。

如图6及图7所示，上述宽度可变机构50具有：筒状部件54、以及使筒状部件54在轴线X方向上移动的驱动部。

筒状部件54为从外周侧包围涡轮机叶轮12的圆筒形状，圆筒形状的一端侧(在图5中为左端侧)可沿轴线X方向插入喉部通路32。

筒状部件54具有插入端侧(上述的一端侧)的缘部位置沿圆筒形状的周向连续地在轴线X方向上变化的区间(变化区间52)。

变化区间52对应于上述的宽度变化部52，变化区间52的缘部形状(缘部位置的变化程度)可以考虑作为目的的喉部通路32的通路宽度而任意地确定。

图8表示筒状部件54的展开图，例如在希望成为图3所示的宽度变化部52的情况下，可以构成为使图8所示的筒状部件54的变化区间52的缘部形状对应于图3所示的宽度变化部52的形状。

如图6所示，筒状部件54能够通过未图示的驱动部在轴线X方向上移动。由此，能够调整变化区间52在喉部通路32中的插入量。即，如图3至图5所示，能够使喉部通路32完全打开，或者封堵喉部通路32的一部分。

本实施方式具有如下的效果。

通过利用宽度可变机构50使喉部通路32的通路宽度变化(即，调整喉部通路32的流路面积)，能够对从涡旋流路34流入涡轮机叶轮12的排气的流量进行调整。由此，即使不利用例如VG涡轮机那样的复杂的结构，利用简单的结构，也能够根据发动机的输出使流量特性变化。因此，与VG涡轮机相比，能够通过结构的简化来谋求配件数的减少、以及相应的故障率的降低及可靠性的提高。

另外，通过利用宽度变化部52使喉部通路32的通路宽度沿涡轮机叶轮12的周向变化，能够将流入涡轮机叶轮12的排气的流动角度在涡轮机叶轮12的周向上任意地进行调整。

例如，因为在涡旋流路34的涡卷始端附近流体向涡轮机叶轮12的流入增大，所以流动角度增大，反之，在涡卷终端附近，由于从形成涡旋流路34的涡轮机壳体30的内壁面受到的摩擦损耗而使流速降低，流动角度减小。即，在涡轮机叶轮12的周向上的流动角度可能出现不均匀，使可变容量涡轮机10的性能恶化。但是，通过使喉部通路32的通路宽度从涡旋流路34的涡卷始端向涡卷终端逐渐扩大地变化，能够避免在涡卷始端附近流体向涡轮机叶轮12过度流入，通过在涡卷终端附近确保排气的流量而避免流体的流速降低。即，通过避免在涡轮机叶轮12的周向上的流动角度出现不均匀，使涡轮机叶轮12的周向上的流动角度的分布相同，能够谋求可变容量涡轮机10的性能提高。

另外，宽度变化部52使喉部通路32的通路宽度沿涡轮机叶轮12的周向连续地变化。据此，因为使喉部通路32的通路宽度沿涡轮机叶轮12的周向平滑地变化，所以能够抑制在周向上流入涡轮机叶轮12的流体的流量急剧变化。

需要说明的是，如上所述，因为从涡旋流路34向涡轮机叶轮12流入的排气的流量取决于涡旋流路34的流路面积及喉部通路32的通路宽度，所以考虑沿涡旋流路34的涡卷方向的流路面积的变化的同时，以成为最佳的流动角度的分布的方式来确定变化区间52(宽度变化部52)的形状。

附图标记说明

10可变容量涡轮机；12涡轮机叶轮；14轮毂；16叶片；18转子轴；30涡轮机壳体；31舌部；32喉部通路；34涡旋流路；36排气入口；40排气出口；42出口流路；50宽度可变机构；52宽度变化部(变化区间)；54筒状部件；X轴线。

Claims (3)

1.一种可变容量涡轮机，其特征在于，具有：

涡轮机叶轮，其围绕轴线旋转；

涡轮机壳体，其收纳所述涡轮机叶轮，并且在所述涡轮机叶轮的外周侧形成喉部通路及与所述喉部通路连通的涡旋流路；

宽度可变机构，其使所述喉部通路的通路宽度沿所述涡轮机叶轮的周向变化的宽度变化部能够在所述通路宽度的宽度方向上移动，

所述宽度变化部使所述喉部通路的所述通路宽度从所述涡旋流路的涡卷始端向涡卷终端逐渐扩大地变化。

2.如权利要求1所述的可变容量涡轮机，其特征在于，

所述宽度可变机构具有：

筒状部件，其形成为在所述轴线方向上延伸的圆筒形状，所述圆筒形状的一端侧在所述轴线方向上插入所述喉部通路，且具有在所述一端形成的缘部的位置沿所述圆筒形状的周向变化的变化区间；

驱动部，其使所述筒状部件在所述轴线方向上移动；

所述变化区间作为所述宽度变化部。

3.一种增压器，其特征在于，具有：

如权利要求1或2所述的可变容量涡轮机；

压缩机，其具有通过所述涡轮机叶轮而旋转的压缩机叶轮。