CN115698482A

CN115698482A - 增压器

Info

Publication number: CN115698482A
Application number: CN202180042512.2A
Authority: CN
Inventors: 伊藤康太郎
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2021-09-06
Publication date: 2023-02-03
Also published as: US11885231B2; US20230160320A1; JPWO2022054763A1; DE112021002928T5; WO2022054763A1; JP7315109B2

Abstract

增压器具备：可变喷嘴单元，其配置在涡轮壳体与轴承壳体之间；以及碟形弹簧，其配置在可变喷嘴单元与轴承壳体之间，向使可变喷嘴单元与轴承壳体之间在轴向上扩大的方向施力，碟形弹簧在外周侧的第一接触点处与可变喷嘴单元侧接触，并且在内周侧的第二接触点处与轴承壳体侧接触，在轴向上第一接触点位于比第二接触点靠轴承壳体侧的位置。

Description

增压器

技术领域

本公开涉及增压器。

背景技术

以往，公知有下述专利文献1记载的增压器。该增压器具有用于调整涡轮的喷嘴流路的开度的可变喷嘴单元。若将这种可变喷嘴单元完全固定(例如通过紧固部件固定)于壳体，则有可能在热膨胀时对可变喷嘴单元的动作造成负面影响。因此，可变喷嘴单元以允许热变形的程度相对于涡轮壳体适度地按压而被位置固定。因此，在可变喷嘴单元与轴承壳体之间设置有碟形弹簧。而且，可变喷嘴单元被上述碟形弹簧施力而按压于涡轮壳体，从而被定位。

专利文献1：日本特开2013-68153号公报

在该增压器的运转中，碟形弹簧接触的一方的可变喷嘴单元侧成为高温，与此相对，另一方的轴承壳体侧通过水冷、油冷等被冷却，由此温度比较低。由于这样的温度差，在增压器的运转中的碟形弹簧产生外周侧较高、内周侧较低的温度分布。而且，根据该温度分布，碟形弹簧在降低弹簧载荷的方向上进行热变形，因此将可变喷嘴单元向涡轮壳体按压的载荷有可能降低。若该按压载荷小，则有可能产生异响、磨损、可变喷嘴单元与叶轮的接触、性能变化、可变喷嘴单元的控制偏差等。

发明内容

因此，本公开说明抑制对可变喷嘴单元施力的弹簧部件在高温时的弹簧载荷降低的增压器。

本公开的一个方式的增压器具备：可变喷嘴单元，其配置在涡轮壳体与轴承壳体之间；以及环状的弹簧部件，其配置在可变喷嘴单元与轴承壳体之间，向使可变喷嘴单元与轴承壳体之间在旋转轴线方向扩大的方向施力，弹簧部件在外周侧的第一接触点处与可变喷嘴单元侧接触，并且在内周侧的第二接触点处与轴承壳体侧接触，在旋转轴线方向上，第一接触点位于比第二接触点靠轴承壳体侧的位置。

根据本公开的增压器，能够抑制对可变喷嘴单元施力的弹簧部件在高温时的弹簧载荷降低。

附图说明

图1是表示实施方式的增压器的剖视图。

图2是放大表示增压器的可变喷嘴单元附近的剖视图。

图3是表示增压器的碟形弹簧的剖视图。

图4的(a)是表示图3的碟形弹簧的变形状态的剖视图，(b)是表示用于比较的现有的碟形弹簧的变形状态的剖视图。

具体实施方式

弹簧部件也可以是沿着以所述旋转轴线为圆锥轴的假想圆锥的圆锥面存在的碟形弹簧。另外，本公开的增压器还可以具备隔热板，该隔热板在旋转轴线方向被夹入可变喷嘴单元与弹簧部件之间，并且遮挡涡轮对弹簧部件的热，弹簧部件的第一接触点与隔热板接触。

另外，可变喷嘴单元也可以具有沿旋转轴线方向排列的两个喷嘴环，两个中的位于轴承壳体侧的喷嘴环，借助弹簧部件的作用力而沿旋转轴线方向被按压于涡轮壳体的规定部位。

以下，一边参照附图、一边对本公开的实施方式进行详细地说明。图1是取可变容量型增压器1的包含旋转轴线H在内的剖面所得到的剖视图。增压器1例如适用于船舶、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绕旋转轴线H旋转。

在涡轮壳体4设置有排放气体流入口(未图示)及排放气体流出口10。从内燃机(未图示)排出的排放气体通过排放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，排放气体通过排放气体流出口10而向涡轮壳体4外流出。

在压缩机壳体5设置有吸入口9和排出口(未图示)。如上述那样若涡轮叶轮6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通过吸入口9吸入外部的空气。该空气通过压缩机叶轮7和涡旋流路17，被压缩而从排出口排出。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，在简单地称为“轴向”、“径向”、“周向”时，分别是指涡轮叶轮6的旋转轴方向(旋转轴线H方向)、旋转径向以及旋转周向。

如在图2中也示出的那样，在增压器1的涡轮2设置有将涡旋流路16与涡轮叶轮6连接的喷嘴流路19。在喷嘴流路19设置有可动的多个喷嘴叶片21。多个喷嘴叶片21在以旋转轴线H为中心的圆周上以等间隔配置。各个喷嘴叶片21同步地绕与旋转轴线H平行的轴线转动。通过使多个喷嘴叶片21以上述方式转动，从而相邻的喷嘴叶片21彼此的间隙进行扩缩，来调整喷嘴流路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被嵌入涡轮壳体4的内侧。可变喷嘴单元20具有：上述多个喷嘴叶片21、和在轴线方向夹着喷嘴叶片21的两个喷嘴环23、27。两个喷嘴环23、27沿轴向排列，喷嘴环23配置于比喷嘴环27靠轴承壳体13侧的位置。喷嘴环23、27分别呈以旋转轴线H为中心的环状，并以沿周向包围涡轮叶轮6的方式配置。被两个喷嘴环23、27在轴向夹着的区域构成上述喷嘴流路19。可变喷嘴单元20还具有用于驱动喷嘴叶片21的驱动机构部29。驱动机构部29收容于喷嘴环23与轴承壳体13之间的空间，将来自外部的促动器(未图示)的驱动力向喷嘴叶片21传递。

在涡轮叶轮6与轴承壳体13之间设置有隔热板31。隔热板31遮挡高温的涡轮壳体4侧的放射热来抑制轴承壳体13的温度上升。隔热板31呈沿周向包围旋转轴14的圆环状。隔热板31相对于喷嘴环23的中央的开口从轴承壳体13侧嵌入。

在隔热板31与轴承壳体13之间夹入有碟形弹簧35(弹簧部件)。碟形弹簧35配置为使旋转轴14插通于中心的孔，并沿着以旋转轴线H为轴的圆锥面配置。碟形弹簧35在轴向上的一端部与轴承壳体13接触，碟形弹簧35在轴向上的另一端部与隔热板31接触。而且，碟形弹簧35向使轴承壳体13与隔热板31在轴向上相互远离的方向，对轴承壳体13和隔热板31施力。关于碟形弹簧35详见后述。

这样的碟形弹簧35在轴向上朝向涡轮壳体4侧对可变喷嘴单元20及隔热板31施力。而且，通过碟形弹簧35的作用力，可变喷嘴单元20被按压于涡轮壳体4而在轴向上被定位。具体而言，可变喷嘴单元20的两个喷嘴环23、27中的位于轴承壳体13侧的喷嘴环23具有以向外周侧伸出的方式形成的凸缘23a。与此相对，在涡轮壳体4形成有接收上述凸缘23a的凸条部4a。而且，凸缘23a的涡轮壳体4侧的端面通过碟形弹簧35的作用力被按压于凸条部4a的轴承壳体13侧的端面。另外，允许凸缘23a相对于凸条部4a沿径向滑动，并吸收可变喷嘴单元20与涡轮壳体4的径向的热膨胀差。

对碟形弹簧35进行进一步说明。图3是示意地表示增压器1内的碟形弹簧35附近的剖视图。在图3中图的左侧是涡轮壳体4侧，右侧是轴承壳体13侧，碟形弹簧35的形状被描绘得比实际夸张。

如图3所示，碟形弹簧35沿着假想圆锥T的圆锥面存在。假想圆锥T是以旋转轴线H为圆锥轴的圆锥，假想圆锥T的圆锥底面Tb位于比圆锥顶点Ta靠轴承壳体13侧的位置。

如图2所示，碟形弹簧35的径向外周侧的接触点(以下称为“第一接触点P1”)与隔热板31接触。另外，碟形弹簧35的径向的内周侧接触点(以下称为“第二接触点P2”)与轴承壳体13接触。而且，碟形弹簧35与隔热板31接触的第一接触点P1，位于比碟形弹簧35与轴承壳体13接触的第二接触点P2靠轴承壳体13侧的位置。

另外，为了使隔热板31与碟形弹簧35的第一接触点P1接触，在隔热板31的外周缘部的轴承壳体13侧的面形成有朝向轴承壳体13侧沿轴向突出的凸条部31a。凸条部31a伸出至比碟形弹簧35的第二接触点P2靠轴承壳体13侧的位置，该凸条部31a的前端与碟形弹簧35的第一接触点P1接触。

图4的(a)是表示碟形弹簧35的变形状态的剖视图。图4的(b)是为了比较而示出假设将现有的(例如上述专利文献1记载的)碟形弹簧85应用于增压器1时的变形状态的剖视图。在图4的(a)、(b)中，图的左侧是涡轮壳体4侧，右侧是轴承壳体13侧，在各图中碟形弹簧35、85的形状都描绘得比实际夸张。

如图4的(a)所示，碟形弹簧35从隔热板31受到朝向轴承壳体13侧推压第一接触点P1的反作用力F1。另外，碟形弹簧35从轴承壳体13受到朝向可变喷嘴单元20侧推压第二接触点P2的反作用力F2。通过上述反作用力F1、F2，碟形弹簧35如在图4的(a)中用双点划线表示的那样，以第一接触点P1与第二接触点P2在轴向上远离的方式弹性地变形。而且，碟形弹簧35具有欲使该变形复原的反作用力，如上述的那样，向使可变喷嘴单元20与轴承壳体13之间在轴向上扩大的方向施力。即，碟形弹簧35以在轴向受到拉伸载荷而弹性变形为沿轴向延伸的状态使用。这样，碟形弹簧35以与在轴向受到压缩载荷而弹性变形为沿轴向收缩的通常碟形弹簧相反的载荷状态使用。通过这样的碟形弹簧35的作用力，如上述那样，可变喷嘴单元20被按压于涡轮壳体4而在轴向上定位。

与此相对，对假设将图4的(b)所示的现有的增压器的碟形弹簧85应用于增压器1的情况进行说明。在该情况下，如图4的(b)所示，碟形弹簧85从隔热板31受到将外周侧85a朝向轴承壳体13侧推压的反作用力F1。另外，碟形弹簧85从轴承壳体13受到将内周侧85b朝向可变喷嘴单元20侧推压的反作用力F2。通过上述反作用力F1、F2，碟形弹簧85如在图4的(b)中用双点划线表示的那样，以外周侧85a和内周侧85b在轴向上接近的方式弹性地变形。而且，碟形弹簧85具有欲使该变形复原的反作用力，如上述那样，向使可变喷嘴单元20与轴承壳体13之间在轴向上扩大的方向施力。通过这样的碟形弹簧85的作用力，如上述那样，可变喷嘴单元20被按压于涡轮壳体4而在轴向定位。

接着，对具备上述那样的碟形弹簧35的本实施方式的增压器1所带来的作用效果进行说明。在运转中的增压器1中，可变喷嘴单元20侧因高温的气体的影响成为高温，与此相对，轴承壳体13侧通过水冷、油冷等被冷却而温度比较低。例如，在轴承壳体13形成有用于冷却的冷却水流路13a(参照图2)。

在该条件下，假设使用图4的(b)的现有的碟形弹簧85的情况下，该碟形弹簧85的外周侧85a与可变喷嘴单元20侧的隔热板31接触而温度比较高，与此相对，内周侧85b与轴承壳体13接触而温度比较低。由此，在碟形弹簧85产生外周侧为高温、内周侧为低温的温度分布。而且，根据该温度分布，与内周侧相比较，碟形弹簧85的外周侧沿周向伸长，其结果，在碟形弹簧85产生与由上述反作用力F1、F2引起的变形(图4的(b)的双点划线)相同方向的热变形。于是，由于该热变形，碟形弹簧85对可变喷嘴单元20施力的弹簧载荷会降低。

与此相对，在使用碟形弹簧35的本实施方式的增压器1中，与上述相同，外周侧的第一接触点P1的温度比较高，内周侧的第二接触点P2的温度比较低，因此与上述同样，在碟形弹簧35产生外周侧为高温、内周侧为低温的温度分布。而且，根据该温度分布，在碟形弹簧35产生与由上述反作用力F1、F2引起的变形(图4的(a)的双点划线)相反方向的热变形。即，此时的碟形弹簧35的热变形是向推回反作用力F1、F2的方向的变形。于是，由于该热变形，碟形弹簧35对可变喷嘴单元20施力的弹簧载荷进一步上升。因此，根据本实施方式的增压器1，能够抑制在高温时碟形弹簧35的弹簧载荷降低。

另外，假设采用图4的(b)的碟形弹簧85，在该情况下，需要以如下方式设计碟形弹簧85的形状，即，一边对碟形弹簧85的形状进行微调，一边反复实施热变形解析，既要考虑碟形弹簧85周围的部件的热变形等的影响，也要减小弹簧载荷降低。另外，由于每当增压器1的模型变更，都需要进行上述那样的设计循环，因此不能说是设计工序的效率良好。与此相对，根据本实施方式的碟形弹簧35，能够将这样繁琐的设计工序简化。

另外，根据本实施方式的碟形弹簧35，在由反作用力F1、F2引起的变形中，在碟形弹簧35产生的径向方向的应力是拉伸应力，因此还具有难以产生碟形弹簧35的压曲变形的效果。

另外，在本实施方式的增压器1中，通过存在隔热板31，由此减少向碟形弹簧35的热输入。其结果，能够抑制碟形弹簧35的材料因高温化而导致的杨氏模量降低等，能够进一步抑制弹簧载荷降低。另外，碟形弹簧35因高温化而产生蠕变的可能性、屈服应力降低等情况也减少。

另外，在本实施方式的增压器1中，可变喷嘴单元20的轴向的定位通过将喷嘴环23的凸缘23a按压于涡轮壳体4的凸条部4a来实现。在增压器1的运转中，凸条部4a因涡轮壳体4的热变形而位移，随着该凸条部4a的位移，在可变喷嘴单元20产生变形。

在此，可以认为在增压器1的运转中，在涡轮壳体4的各部位中，越接近与轴承壳体13接合的接合部，由热变形引起的位移越小。可变喷嘴单元20的喷嘴环23在可变喷嘴单元20中位于比较接近轴承壳体13的位置。因此，在涡轮壳体4中，凸条部4a也位于接近与轴承壳体13接合的接合部的位置。因此，在增压器1的运转中，凸条部4a的位移被抑制得比较小，其结果，由凸条部4a的位移引起的可变喷嘴单元20的变形也被抑制得比较小。

本公开的增压器以上述的实施方式为代表，能够基于本领域技术人员的知识而以实施了各种变更、改进的各种方式来实施。例如，在上述实施方式中，增压器1为包括隔热板31的结构，但也可以省略隔热板31，构成为弹簧部件35与喷嘴环23直接接触。在该情况下，对喷嘴环23的形状进行变更，弹簧部件35在其外周侧的第一接触点P1处与喷嘴环23(可变喷嘴单元侧)接触，并且在内周侧的第二接触点P2处与轴承壳体13侧接触，在旋转轴线方向上，第一接触点P1位于比第二接触点P2靠轴承壳体侧的位置。例如在该情况下，也可以取代上述凸条部31a，在喷嘴环23设置有伸出至比弹簧部件35的第二接触点P2靠轴承壳体13侧且前端与弹簧部件35的第一接触点P1接触的凸条部。

附图标记说明：

1…可变容量型增压器；H…旋转轴线；4…涡轮壳体；13…轴承壳体；20…可变喷嘴单元；23…喷嘴环；27…喷嘴环；31…隔热板；35…碟形弹簧(弹簧部件)；23a…凸缘；4a…凸条部；T…假想圆锥；P1…第一接触点；P2…第二接触点。

Claims

1.一种增压器，其特征在于，具备：

可变喷嘴单元，其配置在涡轮壳体与轴承壳体之间；以及

环状的弹簧部件，其配置在所述可变喷嘴单元与所述轴承壳体之间，向使所述可变喷嘴单元与所述轴承壳体之间在旋转轴线方向扩大的方向施力，

所述弹簧部件在外周侧的第一接触点处与所述可变喷嘴单元侧接触，并且在内周侧的第二接触点处与所述轴承壳体侧接触，

在所述旋转轴线方向上，所述第一接触点位于比所述第二接触点靠轴承壳体侧的位置。

2.根据权利要求1所述的增压器，其特征在于，

所述弹簧部件是沿着以所述旋转轴线为圆锥轴的假想圆锥的圆锥面存在的碟形弹簧。

3.根据权利要求1或2所述的增压器，其特征在于，

还具备隔热板，其在旋转轴线方向被夹入所述可变喷嘴单元与所述弹簧部件之间，并且遮挡涡轮对所述弹簧部件的热，

所述弹簧部件的所述第一接触点与所述隔热板接触。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的增压器，其特征在于，

所述可变喷嘴单元具有沿所述旋转轴线方向排列的两个喷嘴环，

两个中的位于所述轴承壳体侧的所述喷嘴环，借助所述弹簧部件的作用力而沿所述旋转轴线方向被按压于所述涡轮壳体的规定的部位。