CN109477420A - 涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

涡轮增压器具备：压缩机叶轮；涡轮机叶轮，其构成为与所述压缩机叶轮一同旋转；涡轮机壳体，其设为将所述涡轮机叶轮覆盖；轴承，其支承所述涡轮机叶轮的旋转轴使其能够旋转；轴承壳体，其收纳所述轴承。所述涡轮机壳体及所述轴承壳体中的一方包括翅片部，该翅片部以沿所述旋转轴的轴向延伸的方式朝所述涡轮机壳体及所述轴承壳体中的另一方突出。在所述涡轮机壳体与所述轴承壳体之间，隔着所述翅片部在所述旋转轴的径向上的两侧分别形成有腔室。

Description

涡轮增压器
技术领域
本发明涉及涡轮增压器。
背景技术
涡轮增压器具备：涡轮增压器主体；压缩机；涡轮机。涡轮增压器主体具备：旋转轴；轴承壳体，其经由轴承而旋转自如地支承旋转轴。旋转轴在第一端部侧具备涡轮机叶轮，在第二端部侧具备压缩机叶轮。涡轮机叶轮收纳于连接到轴承壳体的涡轮机壳体内。压缩机叶轮收纳于连接到轴承壳体的压缩机壳体内。
这种涡轮增压器通过从发动机向涡轮机壳体内供给的废气流，使涡轮机叶轮旋转。设于压缩机壳体内的压缩机叶轮随着涡轮机叶轮的旋转而旋转，对空气进行压缩。经压缩机压缩后的空气向发动机供给。
此外，专利文献1中公开有如下结构：为了抑制热量从涡轮机向轴承壳体输入，在涡轮机叶轮与轴承壳体的轴承之间具备隔热件和起到隔热层功能的空隙。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特许第4931917号公报
发明内容
发明所要解决的课题
就上述涡轮增压器而言，谋求进一步抑制热量从涡轮机侧向轴承壳体输入。
鉴于上述情形，本发明的至少数个实施方式的目的在于，提供能够进一步抑制热量从涡轮机侧向轴承壳体输入的涡轮增压器。
用于解决课题的技术方案
(1)本发明的至少数个实施方式的涡轮增压器的特征在于，具备：
压缩机叶轮；
涡轮机叶轮，其构成为与所述压缩机叶轮一同旋转；
涡轮机壳体，其设为将所述涡轮机叶轮覆盖；
轴承，其支承所述涡轮机叶轮的旋转轴使其能够旋转；
轴承壳体，其收纳所述轴承；
所述涡轮机壳体及所述轴承壳体中的一方包括翅片部，该翅片部以沿所述旋转轴的轴向延伸的方式朝所述涡轮机壳体及所述轴承壳体中的另一方突出，
在所述涡轮机壳体与所述轴承壳体之间，隔着所述翅片部在所述旋转轴的径向上的两侧分别形成有腔室。
根据上述(1)的结构，设置从涡轮机壳体及轴承壳体中的一方朝另一方沿旋转轴的轴向延伸的翅片部，在该翅片部的两侧形成腔室，因而，能够抑制热量从涡轮机壳体向轴承壳体输入，减少涡轮增压器的热能损失。另外，能够通过翅片部及其两侧的腔室产生迷宫效应，使涡轮机壳体与轴承壳体之间的密封性提升。
(2)数个实施方式中，在上述(1)的结构的基础上，
所述翅片部具有与所述涡轮机壳体及所述轴承壳体中的所述另一方接触的前端。
根据上述(2)的结构，使翅片部的前端与涡轮机壳体或轴承壳体接触，因而，翅片部产生的密封效果提升。
(3)数个实施方式中，在上述(1)或(2)的结构的基础上，
所述涡轮增压器还具备将所述涡轮机壳体和所述轴承壳体联接的联接部，
所述联接部构成为对所述涡轮机壳体及所述轴承壳体作用所述轴向上的联接力，以使所述翅片部的前端与所述涡轮机壳体及所述轴承壳体中的所述另一方接触。
根据上述(3)的结构，在涡轮机壳体和轴承壳体的联接状态下，翅片部的前端与涡轮机壳体或轴承壳体接触，能够相对于轴承壳体在轴向上对涡轮机壳体进行定位。
(4)数个实施方式中，在上述(1)至(3)中任一结构的基础上，
所述涡轮机壳体及所述轴承壳体中的所述另一方具有槽，该槽收纳所述翅片部的前端。
根据上述(4)的结构，在涡轮机壳体或轴承壳体设有收纳翅片部的前端的槽，因而，能够提高由翅片部及腔室产生的迷宫效应，使翅片部产生的密封性得到提升。
(5)数个实施方式中，在上述(4)的结构的基础上，
所述翅片部的所述前端与所述槽的底面抵接。
根据上述(5)的结构，翅片部的前端与槽的底面抵接，从而能够使翅片部产生的密封性进一步得到提升。
(6)数个实施方式中，在上述(4)或(5)的结构的基础上，
所述涡轮增压器还具备设于所述槽内的隔热件。
根据上述(6)的结构，在供翅片部的前端收纳的槽内设置隔热件，从而能够有效地抑制热量从涡轮机壳体向轴承壳体输入。
(7)数个实施方式中，在上述(4)至(6)中任一结构的基础上，
所述涡轮增压器还具备设于所述槽内的填充件。
根据上述(7)的结构，在供翅片部的前端收纳的槽内设置填充件，从而能够通过填充件阻止废气经翅片部与槽的间隙泄漏，使密封性进一步得到提升。
(8)数个实施方式中，在上述(1)至(7)中任一结构的基础上，
所述涡轮增压器还具备在所述涡轮机叶轮的背面侧设置的背板，
所述背板以如下方式保持在所述涡轮机壳体及所述轴承壳体之间：
所述背板在所述径向上的一端与所述涡轮机壳体抵接；
所述背板在所述径向上的另一端与所述轴承壳体的另一方抵接。
根据上述(8)的结构，在涡轮机叶轮的背面侧设有背板，因而，能够通过背板产生的阻热效应，进一步抑制热量从涡轮机壳体向轴承壳体输入。
另外，使背板的两端部分别与涡轮机壳体及轴承壳体抵接来对背板进行保持，因而，与由涡轮机壳体和轴承壳体夹持背板的情况相比，能够减少从涡轮机壳体经由背板向轴承壳体的热传递。
(9)数个实施方式中，在上述(8)的结构的基础上，
所述涡轮机壳体具有用于将所述背板的所述一端卡止的第一台阶部，
所述轴承壳体具有用于将所述背板的所述另一端卡止的第二台阶部。
根据上述(9)的结构，使背板的端部分别与涡轮机壳体的第一台阶部和轴承壳体的第二台阶部卡止，从而能够抑制经由背板从涡轮机壳体向轴承壳体的热传导，同时适当地保持背板。
(10)数个实施方式中，在上述(8)或(9)中任一结构的基础上，
在沿着所述轴向的截面中，所述背板从所述背板的所述一端朝所述另一端相对于所述径向倾斜地延伸。
根据上述(10)的结构，即使在使背板的两端部分别与涡轮机壳体及轴承壳体抵接而保持背板的情况(背板未由涡轮机壳体和轴承壳体夹持的情况)下，也能够可靠地保持背板。
(11)数个实施方式中，在上述(8)或(9)中任一结构的基础上，
所述背板包括：
第一环状部，其包括所述一端，在所述轴向上沿所述涡轮机壳体的壁面延伸；
第二环状部，其包括所述另一端，在所述轴向上沿所述轴承壳体的壁面延伸；
中间凸缘部，其以将所述第一环状部和所述第二环状部连接的方式设于所述第一环状部与所述第二环状部之间。
根据上述(11)的结构，即使在使背板的两端部分别与涡轮机壳体及轴承壳体抵接而保持背板的情况(背板未由涡轮机壳体和轴承壳体夹持的情况)下，也能够可靠地保持背板。
(12)数个实施方式中，在上述(1)至(11)中任一结构的基础上，
所述翅片部是绕所述旋转轴设置的环状翅片。
根据上述(12)的结构，翅片部是环状翅片，故而，翅片部在周向上连续，能够有效地抑制欲在半径方向上穿过翅片部前端间隙的泄漏流动。
发明效果
根据本发明的至少数个实施方式，能够抑制热量从涡轮机壳体向轴承壳体输入，能够减少涡轮增压器的热能损失。
附图说明
图1是表示一实施方式的涡轮增压器的整体结构的剖面图；
图2中，图2(a)是表示一实施方式的涡轮机壳体与轴承壳体之间的联接部周边构造的剖面图，图2(b)是表示图2(a)中背板的结构的图；
图3是表示一实施方式的涡轮机壳体与轴承壳体之间的联接部周边构造的剖面图；
图4中，图4(a)是表示一实施方式的涡轮机壳体与轴承壳体之间的联接部周边构造的剖面图，图4(b)是表示图4(a)中背板的结构的图；
图5中，图5(a)及图5(b)分别是表示一实施方式的具有收纳翅片部前端的槽的壳体的结构的剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的数个实施方式进行说明。其中，作为实施方式记载的或附图中表示的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只不过是单纯的说明例，不旨在对本发明的范围构成限定。
图1是表示一实施方式的涡轮增压器的整体结构的剖面图。
如同图所示，涡轮增压器10具备：压缩机20，其用于对流向内燃机(未图示)的进气进行升压；涡轮机30，其由内燃机的废气驱动。
压缩机20包括：压缩机叶轮22；压缩机壳体24，其设为覆盖压缩机叶轮22。从压缩机20的入口部26流入的进气被压缩机叶轮22压缩，从压缩机20的出口部28流出，被导向内燃机。
另一方面，涡轮机30包括：涡轮机叶轮32；涡轮机壳体34，其设为覆盖涡轮机叶轮32。涡轮机叶轮32经由旋转轴33与压缩机叶轮22连结。由此，涡轮机叶轮32与压缩机叶轮22一同旋转。从涡轮机30的入口部(涡旋部)36流入的废气在对涡轮机叶轮32做功后，从涡轮机30的出口部38排出。
需要说明的是，在涡轮机叶轮32的背面侧，设有后述的背板70。
在压缩机壳体24与涡轮机壳体34之间，设有轴承壳体50。在轴承壳体50，设有径向轴承15A、15B及推力轴承16。涡轮机叶轮32的旋转轴33由径向轴承(15A、15B)旋转自如地支承。另外，在比推力轴承16靠压缩机20侧，设有挡油件18，阻止向径向轴承15A、15B及推力轴承16供给的润滑油向压缩机20侧流入。
涡轮机壳体34和轴承壳体50由联接部件52联接。这时，也可以通过在涡轮机壳体34及轴承壳体50中的一方设置的翅片部60与另一方的壳体(50、34)抵接，相对于轴承壳体50对涡轮机壳体34进行定位。后文将对翅片部60进行详细说明。
图1所示的示例性实施方式中，涡轮机壳体34的凸缘31和轴承壳体50的凸缘53由卡紧件52联接。其他实施方式中，使用紧固螺栓来代替卡紧件52，将涡轮机壳体34的凸缘31和轴承壳体50的凸缘53联接。需要说明的是，从抑制两壳体(34、50)间经由联接部的热转移的观点出发，也可以在涡轮机壳体34的凸缘31与轴承壳体50的凸缘53之间设置隔热件51。
图2(a)是表示一实施方式的涡轮机壳体与轴承壳体之间的联接部周边构造的剖面图，图2(b)是表示图2(a)中背板70A的结构的图。图3是表示一实施方式的涡轮机壳体与轴承壳体之间的联接部周边构造的剖面图。图4(a)是表示一实施方式的涡轮机壳体与轴承壳体之间的联接部周边构造的剖面图，图4(b)是表示图4(a)中背板70B的结构的图。
数个实施方式中，如图2～图4所示，涡轮机壳体34及轴承壳体50中的一方包括沿旋转轴33的轴向延伸的翅片部60(60A、60B)。翅片部60(60A、60B)朝涡轮机壳体34及轴承壳体50中的另一方突出。翅片部60(60A、60B)的前端与涡轮机壳体34及轴承壳体50中的另一方接触。
一实施方式中，翅片部60(60A、60B)是绕旋转轴33设置的环状翅片。
该情况下，翅片部60在周向上连续，能够有效地抑制欲在半径方向上穿过翅片部60前端间隙的泄漏流动。
另外，在上述结构的翅片部60(60A、60B)的径向上的两侧，形成有一对腔室80A、80B。腔室80A在涡轮机壳体34与轴承壳体50之间形成于翅片部60的径向内侧。而腔室80B在涡轮机壳体34与轴承壳体50之间形成于翅片部60的径向外侧。即，一对腔室80A、80B隔着翅片部60(60A、60B)形成于旋转轴33的径向上的两侧。
需要说明的是，图2～图4所示的示例性实施方式中，翅片部60(60A、60B)具有恒定的厚度，但也可以使用径向上的厚度随着朝向前端减薄的翅片部。
这样，通过在翅片部60(60A、60B)的两侧形成腔室80A、80B，能够抑制热量从涡轮机壳体34向轴承壳体50输入，降低涡轮增压器10的热能损失。
另外，能够通过翅片部60(60A、60B)及其两侧的腔室80A、80B产生迷宫效应，使涡轮机壳体34与轴承壳体50之间的密封性得到提升。尤其是如上述，在使翅片部60(60A、60B)的前端与涡轮机壳体34或轴承壳体50接触的情况下，能够获得翅片部60产生的高密封效果。
需要说明的是，图2(a)及图4(a)所示的示例性实施方式中，翅片部60A以在轴向上朝轴承壳体50突出的方式设于涡轮机壳体34。与此相对，图3所示的示例性实施方式中，翅片部60B以在轴向上朝涡轮机壳体34突出的方式设于轴承壳体50。
数个实施方式中，如图2～图4所示，在涡轮机叶轮32的背面侧设有背板70(70A、70B)。背板70的一端与涡轮机壳体34抵接。背板70的另一端与轴承壳体50抵接。于是，背板70被保持在涡轮机壳体34及轴承壳体50间。
这样，通过在涡轮机叶轮32的背面侧设置背板70，能够通过背板70产生的阻热效应，进一步抑制热量从涡轮机壳体34向轴承壳体50输入。另外，通过使背板70的两端部分别与涡轮机壳体34及轴承壳体50抵接而对背板70进行保持，与由涡轮机壳体和轴承壳体夹持背板的情况相比，能够减少从涡轮机壳体34经由背板70向轴承壳体50的热传递。
图2～图4所示的实施方式中，涡轮机壳体34具有用于将背板70(70A、70B)的一端卡止的第一台阶部35。另一方面，轴承壳体50具有用于将背板70(70A、70B)的另一端卡止的第二台阶部54。
于是，通过使背板70的两端部分别与涡轮机壳体34的第一台阶部35和轴承壳体50的第二台阶部54卡止，能够抑制经由背板70从涡轮机壳体34向轴承壳体50的热传导，同时适当地保持背板70。
如图2(b)所示，一实施方式中，背板70A具有供设于轴承壳体50的圆筒部嵌入的开口72。在开口72的外周侧，背板70A在周向上连续地设置。就背板70A而言，在沿着旋转轴33的轴向的截面中，其以从背板70A的涡轮机壳体34侧的一端(外周部74A)朝背板70A的轴承壳体50侧的另一端(内周部76A)在轴向上远离涡轮机叶轮32的方式，相对于径向倾斜地延伸，背板70A作为整体具有圆锥台形状。
就上述结构的背板70A而言，如图2(a)及图3所示，其外周部74A与涡轮机壳体34的第一台阶部35抵接，其内周部76A与轴承壳体50的第二台阶部54抵接。于是，圆锥台形状的背板70A被保持在涡轮机壳体34与轴承壳体50之间。
其他实施方式中，如图4(b)所示，背板70B具有供设于轴承壳体50的圆筒部嵌入的开口72。在开口72的外周侧，背板70B在周向上连续地设置。背板70B包括：第一环状部74B，其位于外周侧；第二环状部76B，其位于内周侧，具有开口72；中间凸缘部78B，其连接第一环状部74B和第二环状部76B。换言之，背板70B具有由中间凸缘部78B形成的圆板部，在该圆板部的外周部及内周部具有相互向相反方向突出的环状的突出部(74B、76B)。
如图4(a)所示，上述结构的背板70B被保持在涡轮机壳体34与轴承壳体50之间。这时，背板70B的第一环状部74B在轴向上沿着涡轮机壳体34的壁面延伸，与涡轮机壳体34的第一台阶部35抵接。另一方面，第二环状部76B在轴向上沿着轴承壳体50的壁面延伸，与轴承壳体50的第二台阶部54抵接。
上述的图2～图4所示的实施方式中，与翅片部60(60A、60B)的前端相对的壳体(34、50)的壁面是平坦面。但是，其他数个实施方式中，在与翅片部60(60A、60B)的前端相对的壳体(34、50)设有槽。
图5(a)及图5(b)分别是表示一实施方式的具有槽的壳体的结构的剖面图，其中，该槽收纳翅片部的前端。
如图5(a)及图5(b)所示，在轴承壳体50的与翅片部60A相对的壁面，形成有收纳翅片部60A前端的槽56。翅片部60A的前端与槽56的底面抵接，使翅片部60A产生的密封性得到提升。
图5(b)所示的示例性实施方式中，在轴承壳体50的槽56，设有隔热件58A或填充件58B。
在槽56设有隔热件58A的情况下，能够有效地抑制热量从涡轮机壳体34向轴承壳体50输入。隔热件58A例如能够使用常温下热导率为0.1W/m/K以下的隔热(阻热)材料，例如，能够由陶瓷类材料、硅质材料等组成的多孔质体形成。
另一方面，在槽56设有填充件58B的情况下，能够通过填充件58B阻止废气经由翅片部60A与槽56的间隙泄漏，使密封性得到提升。
需要说明的是，也可以由同一部件兼作隔热件58A和填充件58B。
另外，图5(a)及图5(b)所示的实施方式中，例示的是在涡轮机壳体34设置翅片部60A并在轴承壳体50设置槽56的例子，但不限于该例。即，也可以是，在轴承壳体50设置翅片部60B，在涡轮机壳体34设置收纳翅片部60B前端的槽。该情况下，也可以在涡轮机壳体34的槽设置隔热件58A或填充件58B。
如上所述，根据本发明的数个实施方式，设置从涡轮机壳体34及轴承壳体50中的一方朝另一方沿旋转轴33的轴向延伸的翅片部60(60A、60B)，且在该翅片部60的两侧形成腔室80A、80B，因而，能够抑制热量从涡轮机壳体34向轴承壳体50输入，减少涡轮增压器10的热能损失。另外，能够通过翅片部60及其两侧的腔室80A、80B产生迷宫效应，使涡轮机壳体34与轴承壳体50之间的密封性提升。
本发明不限于上述实施方式，也包含对上述实施方式加以变形而成的方式、将这些方式适当组合而成的方式。
另外，在本说明书中，“在某方向”、“沿某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等表示相对或绝对配置的表述不仅严密地表示该种配置，还表示具有公差、或以可得到相同功能的程度的角度或距离而发生相对位移的状态。
例如，“同一”、“相等”及“均质”等表示事物相等状态的表述不仅表示严格意义上相等的状态，还表示存在公差、或可得到相同功能的程度的差的状态。
例如，四边形或圆筒形等表示形状的表述不仅表示几何学严格意义上的四方形或圆筒形等形状，还表示在可得到相同效果的范围内包含凹凸部或倒角部等的形状。
另一方面，“具备”、“包括”、或“具有”一构成要素之类的表述不是将其他构成要素的存在排除在外的排他性表述。
标记说明
10 涡轮增压器
15A、15B 径向轴承
16 推力轴承
18 挡油件
20 压缩机
22 压缩机叶轮
24 压缩机壳体
26 入口部
30 涡轮机
31 凸缘
32 涡轮机叶轮
33 旋转轴
34 涡轮机壳体
35 第一台阶部
50 轴承壳体
51 隔热件
52 联接部件
54 第二台阶部
56 槽
58A 隔热件
58B 填充件
60、60A、60B 翅片部
70、70A、70B 背板
72 开口
74A 外周部
76A 内周部
74B 第一环状部
76B 第二环状部
78B 中间凸缘部
80A、80B 腔室

Claims (12)

1.一种涡轮增压器，其特征在于，具备：
压缩机叶轮；
涡轮机叶轮，其构成为与所述压缩机叶轮一同旋转；
涡轮机壳体，其设为将所述涡轮机叶轮覆盖；
轴承，其支承所述涡轮机叶轮的旋转轴使其能够旋转；
轴承壳体，其收纳所述轴承；
所述涡轮机壳体及所述轴承壳体中的一方包括翅片部，该翅片部以沿所述旋转轴的轴向延伸的方式朝所述涡轮机壳体及所述轴承壳体中的另一方突出，
在所述涡轮机壳体与所述轴承壳体之间，隔着所述翅片部在所述旋转轴的径向上的两侧分别形成有腔室。
2.如权利要求1所述的涡轮增压器，其特征在于，
所述翅片部具有与所述涡轮机壳体及所述轴承壳体中的所述另一方接触的前端。
3.如权利要求1或2所述的涡轮增压器，其特征在于，
还具备将所述涡轮机壳体和所述轴承壳体联接的联接部，
所述联接部构成为对所述涡轮机壳体及所述轴承壳体作用所述轴向上的联接力，以使所述翅片部的前端与所述涡轮机壳体及所述轴承壳体中的所述另一方接触。
4.如权利要求1至3中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，
所述涡轮机壳体及所述轴承壳体中的所述另一方具有槽，该槽收纳所述翅片部的前端。
5.如权利要求4所述的涡轮增压器，其特征在于，
所述翅片部的所述前端与所述槽的底面抵接。
6.如权利要求4或5所述的涡轮增压器，其特征在于，
还具备设于所述槽内的隔热件。
7.如权利要求4至6中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，
还具备设于所述槽内的填充件。
8.如权利要求1至7中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，
还具备在所述涡轮机叶轮的背面侧设置的背板，
所述背板以如下方式保持在所述涡轮机壳体及所述轴承壳体之间：
所述背板在所述径向上的一端与所述涡轮机壳体抵接；
所述背板在所述径向上的另一端与所述轴承壳体的另一方抵接。
9.如权利要求8所述的涡轮增压器，其特征在于，
所述涡轮机壳体具有用于将所述背板的所述一端卡止的第一台阶部，
所述轴承壳体具有用于将所述背板的所述另一端卡止的第二台阶部。
10.如权利要求8或9所述的涡轮增压器，其特征在于，
在沿着所述轴向的截面中，所述背板从所述背板的所述一端朝所述另一端相对于所述径向倾斜地延伸。
11.如权利要求8或9所述的涡轮增压器，其特征在于，
所述背板包括：
第一环状部，其包括所述一端，在所述轴向上沿所述涡轮机壳体的壁面延伸；
第二环状部，其包括所述另一端，在所述轴向上沿所述轴承壳体的壁面延伸；
中间凸缘部，其以将所述第一环状部和所述第二环状部连接的方式设于所述第一环状部与所述第二环状部之间。
12.如权利要求1至11中任一项所述的涡轮增压器，其特征在于，
所述翅片部是绕所述旋转轴设置的环状翅片。
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