可变喷嘴单元以及可变容量型增压器的制作方法

本发明涉及使可变容量型增压器中的向涡轮叶轮侧供给的排出气体的流路面积(流量)可变的可变喷嘴单元等。

背景技术：

近年来，对可变容量型增压器中的配设于涡轮壳体内的可变喷嘴单元进行了各种开发。本申请的申请人也已经对可变喷嘴单元进行了开发并进行了申请(参照专利文献1以及专利文献2等)。并且，该现有技术的可变喷嘴单元的具体的结构如下。

在涡轮壳体内配设有支撑环。该支撑环具备环状的基部。在该基部(支撑环的基部)的外周缘，以向涡轮叶轮的轴向一方侧突出的方式形成有筒状的中间部。另外，在支撑环的中间部的前端缘，以向径向外侧突出的方式一体形成有环状的前端缘部(凸缘部)。该前端缘部(支撑环的凸缘部)被可变容量型增压器的轴承壳体和涡轮壳体夹持。

在支撑环的基部，通过在圆周方向上排列的三个以上的连结销的一端部(上述轴向的一端部)的铆接结合而一体地设有喷嘴环。在相对于喷嘴环在上述轴向上离开间隔的位置，通过多个连结销的另一端部(上述轴向的另一端部)的嵌合(铆接结合)而一体地设有套筒环。该套筒环覆盖涡轮叶轮的多个涡轮叶片的前端缘。

在喷嘴环的对置面与套筒环的对置面之间，在圆周方向上等间隔地配设有多个可变喷嘴。各可变喷嘴能够绕与涡轮叶轮的轴心平行的轴心向正反方向(开闭方向)转动。在此，若使多个可变喷嘴向正方向(打开方向)同步转动，则向涡轮叶轮侧供给的排出气体的流路面积变大。若使多个可变喷嘴向反方向(关闭方向)同步转动，则上述排出气体的流路面积变小。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－243431号公报

专利文献2：日本特开2009－243300号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

然而，在可变容量型增压器的运转过程中，支撑环的基部以及中间部的基端缘侧部分因来自喷嘴环的热量输入而部件温度变高。支撑环的前端缘部(凸缘部)以及中间部的前端缘侧部分因来自轴承壳体的吸热(轴承壳体的冷却)而部件温度变低。由此，支撑环尤其是支撑环的中间部以从内侧扩展的方式发生热变形，喷嘴环随之变形。并且，喷嘴环的对置面与套筒环的对置面的平行度降低，喷嘴环的对置面与套筒环的对置面的间隔局部变窄。

因此，通常以可变容量型增压器的运转过程中的喷嘴环的对置面与套筒环的对置面的最小间隔比可变喷嘴的宽度(上述轴向的长度)大的方式将喷嘴侧间隙设定得较大，由此抑制多个可变喷嘴的迟滞，充分确保多个可变喷嘴的转动动作的稳定性。另一方面，若将喷嘴侧间隙设定得较大，则来自喷嘴侧间隙的泄漏流增大，从而将可变容量型增压器的涡轮效率提高至较高的水平变得困难。此外，喷嘴侧间隙是指：喷嘴环的对置面与可变喷嘴的上述轴向一方侧的侧面的间隙、或者套筒环的对置面与可变喷嘴的上述轴向另一方侧的侧面的间隙。

也就是，存在如下问题：在充分确保多个可变喷嘴的转动动作的稳定性的基础上，提高可变容量型增压器的涡轮效率是困难的。

因此，本发明的目的在于提供一种能够解决上述的问题的可变喷嘴单元等。

用于解决课题的方案

本发明的第1方案是一种可变喷嘴单元，其以包围可变容量型增压器的涡轮壳体内的涡轮叶轮的方式配设，且使朝向上述涡轮叶轮供给的排出气体的流路面积(流量)可变。该可变喷嘴单元的主旨是，具备：支撑环，其配设于上述涡轮壳体内，并具备环状的基部、筒状的中间部以及环状的前端缘部(凸缘部)，上述中间部以向上述涡轮叶轮的轴向一方侧突出的方式一体形成于上述基部的外周缘，上述前端缘部以向上述支撑环的径向外侧突出的方式一体形成于上述中间部的前端缘，而且上述前端缘部被上述可变容量型增压器的轴承壳体和上述涡轮壳体夹持；喷嘴环，其通过沿上述基部的圆周方向排列的三个以上的连结销的一端部(上述轴向的一端部)的结合而一体地设于上述支撑环的上述基部；套筒环，其通过多个上述连结销的另一端部(上述轴向的另一端部)的结合而与上述喷嘴环一体地设置在相对于上述喷嘴环在上述轴向上离开间隔的位置，且覆盖上述涡轮叶轮的多个涡轮叶片的前端缘(外缘)；以及多个可变喷嘴，其在上述喷嘴环的对置面与上述套筒环的对置面之间沿上述喷嘴环或者上述套筒环的圆周方向配设，且能够绕与上述涡轮叶轮的轴心平行的轴心向正反方向(开闭方向)转动，上述支撑环的上述基部沿上述支撑环的圆周方向具有结合区域，该结合区域包围用于使上述连结销的一端部插通的销孔，而且与接触于上述喷嘴环的对置面的相反面的上述连结销个数相同，在上述支撑环的径向的位于各结合区域的径向外侧的上述支撑环的一部分形成有切口。

此外，在本申请的说明书以及权利要求书中，“配设”是除了包含直接配设以外、还包含经由其它部件间接配设的意思，“设置”是除了包含直接设置以外、还包含经由其它部件间接设置的意思。另外，“结合”是包含铆接结合、焊接结合等的意思。

根据第1方案，在发动机转速处于高旋转范围且排出气体的流量较多的情况下，在使上述连杆机构工作的同时，使多个上述可变喷嘴向正方向(打开方向)同步转动，由此增大向上述涡轮叶轮侧供给的排出气体的气体流路面积，供给较多的排出气体。另一方面，在发动机转速处于低旋转范围且排出气体的流量较少的情况下，使多个上述可变喷嘴向反方向(关闭方向)同步转动，由此减小向上述涡轮叶轮侧供给的排出气体的气体流路面积，提高排出气体的流速，充分确保上述涡轮叶轮的工作量。由此，与排出气体的流量的多少没有关系，能够利用上述涡轮叶轮充分且稳定地产生旋转力。

除了上述的作用以外，如上所述，上述支撑环的上述基部沿圆周方向具有包围上述销孔而且与上述喷嘴环的对置面的相反面接触的多个上述结合区域，在上述支撑环的各结合区域的径向外侧形成有切口。因此，在上述可变容量型增压器的运转过程中，即使上述支撑环的上述中间部以从内侧扩展的方式发生热变形，也能够抑制上述喷嘴环随之变形。由此，即使不将喷嘴侧间隙设定得较大，也能够充分确保上述可变容量型增压器的运转过程中的上述喷嘴环的对置面与上述套筒环的对置面的平行度。换言之，能够充分确保上述可变容量型增压器的运转过程中的上述喷嘴环的对置面与上述套筒环的对置面的平行度，并且能够尽量减小喷嘴侧间隙。

本发明的第2方案是一种可变容量型增压器，利用来自发动机的排出气体的能量对供给上述发动机侧的空气进行增压，其主旨是，具备第1方案的可变喷嘴单元。

根据第2方案，起到与第1方案的作用相同的作用。

发明的效果

根据本发明，在抑制多个上述可变喷嘴的迟滞而充分确保多个上述可变喷嘴的转动动作的稳定性的基础上，能够降低来自喷嘴侧间隙的泄漏流，提高上述可变容量型增压器的涡轮效率。

附图说明

图1(a)是本发明的实施方式的支撑环的立体图，图1(b)是本发明的实施方式的可变喷嘴单元的立体图。

图2是图3中的箭头部II的放大图。

图3是本发明的实施方式的可变容量型增压器的正剖视图。

图4(a)是本发明的实施方式的变形例1的支撑环的立体图，图4(b)是本发明的实施方式的变形例2的支撑环的立体图。

图5是本发明的实施方式的变形例3的支撑环的立体图。

具体实施方式

参照图1至图5对本发明的实施方式进行说明。此外，如附图所示，“L”是左方向，“R”是右方向。

如图3所示，本发明的实施方式的可变容量型增压器1利用来自发动机(省略图示)的排出气体的能量对供给发动机的空气进行增压(压缩)。并且，可变容量型增压器1的具体的结构等如以下所述。

可变容量型增压器1具备轴承壳体3。在该轴承壳体3内设有径向轴承5以及一对推力轴承7。在多个轴承5、7上，以能够旋转的方式设有向左右方向延伸的转子轴(涡轮轴)9。换言之，在轴承壳体3上，以经由多个轴承5、7能够旋转的方式设有转子轴9。

在轴承壳体3的右侧设有压缩机壳体11。在该压缩机壳体11内，以能够绕其轴心(换言之、转子轴9的轴心)C旋转的方式设有压缩机叶轮13。另外，压缩机叶轮13具备：一体地连结于转子轴9的右端部的压缩机轮15；以及在该压缩机轮15的外周面沿周方向等间隔地设置的多个压缩机叶片17。

在压缩机壳体11中的压缩机叶轮13的入口侧(压缩机壳体11的右侧部)，形成有用于导入空气的空气导入口19。该空气导入口19能够与净化空气的空气过滤器(省略图示)连接。在轴承壳体3与压缩机壳体11之间的压缩机叶轮13的出口侧，形成有使压缩后的空气升压的环状的扩散流路21。该扩散流路21与空气导入口19连通。并且，在压缩机壳体11的内部形成有旋涡状的压缩机涡旋流路23。该压缩机涡旋流路23与扩散流路21连通。并且，在压缩机壳体11的适当位置，形成有用于排出压缩后的空气的空气排出口25。该空气排出口25与压缩机涡旋流路23连通，并能够与发动机的进气歧管(省略图示)连接。

如图2以及图3所示，在轴承壳体3的左侧设有涡轮壳体27。在该涡轮壳体27内，以能够绕轴心(涡轮叶轮29的轴心、换言之转子轴9的轴心)C旋转的方式设有涡轮叶轮29，该涡轮叶轮29利用排出气体的压力能量来产生旋转力(旋转转矩)。涡轮叶轮29具备一体地设于转子轴9的左端部的涡轮轮31；以及在该涡轮轮31的外周面沿周方向等间隔地设置的多个涡轮叶片33。

在涡轮壳体27的适当位置形成有用于导入排出气体的气体导入口35。该气体导入口35能够与发动机的排气歧管(省略图示)连接。在涡轮壳体27的内部形成有旋涡状的涡轮涡旋流路37。该涡轮涡旋流路37与气体导入口35连通。并且，在涡轮壳体27的涡轮叶轮29的出口侧(涡轮壳体27的左侧部)，形成有用于排出排出气体的气体排出口39。该气体排出口39与涡轮涡旋流路37连通，并能够与净化排出气体的排出气体净化装置(省略图示)连接。在涡轮壳体27内的靠气体排出口39的入口侧，形成有环状的阶梯部41。

此外，在轴承壳体3的左侧面，设有对来自涡轮叶轮29侧的热进行隔离的环状的隔热板43。在轴承壳体3的左侧面与隔热板43的外缘部之间设有波形垫圈45。波形垫圈45对隔热板43朝向后述的喷嘴环57加力。此外，波形垫圈45也可以是起到相同功能的蝶形弹簧或板簧等弹性部件。

在涡轮壳体27内的涡轮涡旋流路37与气体排出口39之间，以包围涡轮叶轮29的方式配设有可变喷嘴单元47。可变喷嘴单元47使朝向涡轮叶轮29侧供给的排出气体的流路面积(流量)可变。并且，本发明的实施方式的可变喷嘴单元47的具体的结构如下。

如图1(a)(b)以及图2所示，在涡轮壳体27内，与涡轮叶轮29同心状地配设有支撑环49。该支撑环49具备与涡轮叶轮29同心状地配置的环状的基部51。在该基部51(支撑环49的基部51)的外周缘，以向右方向(涡轮叶轮29的轴向一方侧)突出的方式一体形成有筒状的中间部53。在支撑环49的中间部53的前端缘，以向支撑环49的径向外侧突出的方式一体形成有环状的前端缘部(凸缘部)55。该前端缘部55(支撑环49的凸缘部55)被轴承壳体3和涡轮壳体27夹持。

如图2所示，在支撑环49的基部51，通过沿基部51的圆周方向排列的三个连结销59的一端部(涡轮叶轮29的轴向一端部)的铆接结合而一体地设有喷嘴环57。喷嘴环57与涡轮叶轮29同心状地配置。隔热板43的外周缘部通过波形垫圈45的加力而以与喷嘴环57的内周缘部压力接触的状态嵌合。另外，在喷嘴环57上，以沿喷嘴环57的圆周方向等间隔地贯通的方式形成有多个(仅图示一个)支撑孔61。此外，在本发明的实施方式中，连结销59的个数是三个，但也可以是四个以上。

在相对于喷嘴环57而在左右方向(涡轮叶轮29的轴向)上离开间隔对置的位置，通过多个连结销59的另一端部(涡轮叶轮29的轴向另一端部)的铆接结合而与喷嘴环57一体地设有套筒环63。套筒环63与涡轮叶轮29同心状地配置。在套筒环63上，沿套筒环63的圆周方向等间隔地形成有多个支撑孔65。多个支撑孔65与喷嘴环57的多个支撑孔61匹配。多个连结销59具有对喷嘴环57的对置面与套筒环63的对置面的间隔进行设定的功能。

套筒环63在内周缘侧具有覆盖多个涡轮叶片33的外缘的筒状的套筒部67。该套筒部67向气体排出口39侧(下流侧)突出，并位于涡轮壳体27的阶梯部41的内侧。另外，在套筒环63的套筒部67的外周面，形成有环槽(周槽)69。并且，在涡轮壳体27的阶梯部41的内周面，以利用自身的弹力(多个密封圈71的弹力)进行压力接触的方式设有多个密封圈71。多个密封圈71抑制来自涡轮涡旋流路37侧的排出气体的泄漏。各密封圈71的内周缘部嵌入到套筒环63的环槽69。

在喷嘴环57的对置面与套筒环63的对置面之间，沿喷嘴环57(或者套筒环63)的圆周方向等间隔地配设有多个可变喷嘴73。各可变喷嘴73能够绕与涡轮叶轮29的轴心C平行的轴心向正反方向(开闭方向)转动。另外，在各可变喷嘴73的右侧面(涡轮叶轮29的轴向一方侧的侧面)，一体形成有第一喷嘴轴75。各可变喷嘴73的第一喷嘴轴75以能够转动的方式支撑于喷嘴环57的对应的支撑孔61。在各可变喷嘴73的左侧面(涡轮叶轮29的轴向另一方侧的侧面)，与第一喷嘴轴75同轴状地一体形成有第二喷嘴轴77。各可变喷嘴73的第二喷嘴轴77以能够转动的方式支撑于套筒环63的对应的支撑孔65。此外，考虑各个可变喷嘴73的形状以及空气动力的影响，相邻的可变喷嘴73的间隔也可以不固定。该情况下，相邻的支撑孔61的间隔、相邻的支撑孔65的间隔均与可变喷嘴73的间隔一致地设定。

如图2所示，在形成于喷嘴环57的对置面的相反侧的环状的连杆室79内，配设有用于使多个可变喷嘴73向正反方向(开闭方向)同步转动的连杆机构(同步机构)81。该连杆机构81与多个可变喷嘴73的第一喷嘴轴75连动连结。连杆机构81由上述的专利文献1以及专利文献2等所示的公知的结构构成。连杆机构81经由动力传递机构83与用于使多个可变喷嘴73向开闭方向转动的马达或者缸体等转动驱动器(省略图示)连接。

接着，对本发明的实施方式的可变喷嘴单元47的结构的主要部分进行说明。

如图1(a)(b)所示，支撑环49如上所述具备环状的基部51、筒状的中间部53、以及环状的前端缘部(凸缘部)55。另外，支撑环49的基部51沿圆周方向具有三个(与连结销59个数相同)桥状的结合区域A1。各结合区域A1包围用于使连结销59的一端部插通的销孔85。各结合区域A1与喷嘴环57的对置面的相反面接触。

在支撑环49的径向位于各结合区域A1的外侧的支撑环49的一部分，形成有第一切口87。具体而言，第一切口87从基部51至中间部53而形成。第一切口87向喷嘴环57的圆周的切线方向延伸。在支撑环49的径向的各结合区域A1的外侧，且在支撑环49的圆周方向上相邻的第一切口87、87之间，从基部51至中间部53地形成有第二切口89或者第二切口91。第一切口87以及第二切口89、91构成为，能够允许支撑环49的中间部53相对于结合区域A1的变形(位移)。

此外，第一切口87、第二切口89、91的各宽度(与延伸方向正交的方向上的宽度)只要不损害支撑环49的本来的功能及机械强度、以及各切口的上述功能则是任意的。即、各宽度在延伸方向的任何部位也可以固定、例如可以与相邻的部件的形状一致地变化。另外，这些宽度也可以是相互不同的值。例如在图1(a)所示的例子中，根据结合区域A1的位置关系，第二切口89的宽度设定为比第一切口87以及第二切口91的各宽度大。

接着，对本发明的实施方式的作用以及效果进行说明。

从气体导入口35导入的排出气体经由涡轮涡旋流路37从涡轮叶轮29的入口侧向出口侧流通。于是，利用排出气体的压力能量来产生旋转力(旋转转矩)，从而能够使转子轴9以及压缩机叶轮13与涡轮叶轮29一体地旋转。由此，将从空气导入口19导入的空气进行压缩，并经由扩散流路21以及压缩机涡旋流路23而从空气排出口25排出。并且，对向发动机供给的空气进行增压(压缩)。

可变容量型增压器1的运转过程中，在发动机转速处于高旋转范围而排出气体的流量较多的情况下，利用转动驱动器来使连杆机构81工作的同时，使多个可变喷嘴73向正方向(打开方向)同步转动。由此，增大向涡轮叶轮29侧供给的排出气体的气体流路面积(可变喷嘴73的喉口面积)而供给较多的排出气体。另一方面，在发动机转速处于低旋转范围而排出气体的流量较少的情况下，利用转动驱动器使连杆机构81工作的同时，使多个可变喷嘴73向反方向(关闭方向)同步转动。由此，减小向涡轮叶轮29侧供给的排出气体的气体流路面积而提高排出气体的流速，充分确保涡轮叶轮29的工作量。因而，与排出气体的流量的多少没有关系，能够利用涡轮叶轮29充分且稳定地产生旋转力(可变容量型增压器1的通常的作用)。

如上所述，支撑环49的基部51沿支撑环49的圆周方向具有包围销孔85的多个结合区域A1，如上所述，在支撑环49的各结合区域A1的周边形成有第一切口87、第二切口89、以及第二切口91。因此，在可变容量型增压器1的运转过程中，即使支撑环49的中间部53以从内侧向扩展的方式进行热变形，也能够抑制喷嘴环57随之变形。由此，即使不将喷嘴侧间隙设定得较大，也能够充分确保可变容量型增压器1的运转过程中的喷嘴环57的对置面与套筒环63的对置面的平行度。换言之，在充分确保可变容量型增压器1的运转过程中的喷嘴环57的对置面与套筒环63的对置面的平行度的同时，能够极力减小喷嘴侧间隙。

另外，第一切口87以及第二切口91的各开口面积小。因此，支撑环49能够维持作为连杆机构81的隔热板的功能。

因此，根据本发明的实施方式，在抑制多个可变喷嘴73的迟滞而充分确保多个可变喷嘴73的转动动作的稳定性的基础上，能够降低来自喷嘴侧间隙的泄漏流，提高可变容量型增压器1的涡轮效率。

另外，如上所述，减小第一切口87以及第二切口91的开口面积，从而支撑环49能够维持作为连杆机构81的隔热板的功能。因此，能够抑制连杆机构81的热变形，充分确保可变喷嘴单元47的耐久性、换言之可变容量型增压器1的耐久性。

(变形例1)

作为本发明的实施方式的变形例1，也可以代替支撑环49而使用图4(a)所示那样的支撑环93来作为可变喷嘴单元47的结构要素。

具体而言，与支撑环49相同，支撑环93具备环状的基部51、筒状的中间部53、以及环状的前端缘部(凸缘部)55。支撑环93的基部51沿支撑环93(基部51)的圆周方向具有三个结合区域A2。三个结合区域A2包围销孔85，且与喷嘴环57的对置面的相反面接触。在支撑环93的中间部53，沿支撑环93(中间部53)的圆周方向形成有切口95。切口95位于支撑环93的径向的各结合区域A2的外侧。并且，切口95构成为，能够允许支撑环93的中间部53相对于结合区域A2的变形。

此外，即使在支撑环93作为可变喷嘴单元47的结构要素的情况下，也起到与本发明的实施方式相同的作用以及效果。

(变形例2)

作为本发明的实施方式的变形例2，也可以代替支撑环49而使用图4(b)所示那样的支撑环97来作为可变喷嘴单元47的结构要素。

具体而言，与支撑环49相同，支撑环97具备环状的基部51、筒状的中间部53、以及环状的前端缘部(凸缘部)55。支撑环97的基部51沿支撑环97(基部51)的圆周方向具有三个结合区域A3。三个结合区域A3包围销孔85，其而与喷嘴环57的对置面的相反面接触。在支撑环97的中间部53，沿支撑环97(中间部53)的圆周方向形成有第一切口99。在支撑环97的径向的各结合区域A3的外侧，从第一切口99的两端部至基部51而分别形成有两个第二切口101、101。并且，各第一切口99以及第二切口101构成为，能够允许支撑环97的中间部53相对于结合区域A3的变形。与第一切口87、第二切口89、91相同，第一切口99以及第二切口101的各宽度只要符合第一切口87、第二切口89、91所要求条件，则是任意。

此外，即使在使用支撑环97来作为可变喷嘴单元47的结构要素的情况下，也起到与本发明的实施方式相同的作用以及效果。

(变形例3)

作为本发明的实施方式的变形例3，也可以代替支撑环49而使用图5所示那样的支撑环103来作为可变喷嘴单元47的结构要素。

具体而言，与支撑环49相同，支撑环103具备环状的基部51、筒状的中间部53、以及环状的前端缘部(凸缘部)55。支撑环103的基部51沿支撑环103(基部51)的圆周方向具有三个结合区域A4。三个结合区域A4包围销孔85，且与喷嘴环57的对置面的相反面接触。在支撑环103的径向位于各结合区域A4的外侧的基部51的一部分，沿支撑环103(基部51)的圆周方向形成有第一切口105。在支撑环103的径向位于各结合区域A4的外侧的支撑环103的一部分，从第一切口105的两端部至中间部53地分别形成有两个第二切口107。第一切口105以及第二切口107构成为，能够允许支撑环103的中间部53相对于结合区域A4的变形。与第一切口87、第二切口89、91相同，第一切口105以及第二切口107的各宽度只要符合第一切口87、第二切口89、91所要求的条件，则是任意。

此外，即使是使用别的支撑环103来作为可变喷嘴单元47的结构要素的情况下，也起到与本发明的实施方式相同的作用以及效果。

本发明不限于上述的实施方式的说明，能够以各种方案实施。另外，本发明所包括的权利范围不限定于这些实施方式。