CN103052778B - 径流式涡轮或斜流式涡轮的涡旋部构造 - Google Patents

Abstract

一种径流式涡轮或斜流式涡轮的涡旋部构造，构成为，使废气从形成在涡轮壳体(1)内的螺旋状的涡旋部(4)沿径向流入该涡旋部(4)的动叶片(3)，作用于该动叶片(3)后，沿轴向流出，由此旋转驱动涡轮转子(02)，在涡轮壳体(1)与配设有动叶片(3)的涡轮室之间的护罩部(11)形成有散热空间部。

Description

径流式涡轮或斜流式涡轮的涡旋部构造

技术领域

本发明涉及一种形成径流式涡轮或斜流式涡轮的废气流路的涡旋部构造，所述径流式涡轮或斜流式涡轮用于内燃机的增压器(废气涡轮增压器)，构成为，使废气从螺旋状的涡旋部沿径向流入涡轮转子的动叶片，作用于该动叶片后，沿轴向流出，由此旋转驱动该涡轮转子。

背景技术

对于汽车内燃机等所使用的增压器(废气涡轮增压器)，往往采用径流式涡轮或斜流式涡轮，其构成为，使废气从形成于涡轮壳体内的螺旋状的涡旋部沿径向流入位于该涡旋部内侧的涡轮转子的动叶片，作用于该动叶片后，沿轴向流出，由此旋转驱动涡轮转子。

图4是表示使用了以往技术的径流式涡轮的增压器一例的日本专利特开2003－120303号公报(专利文献1)。图中01是涡轮壳体，04是形成在涡轮壳体01内的螺旋状的涡旋部，05是形成在涡轮壳体01内周的废气排出口通道，06是压缩机壳体，09是连接涡轮壳体01和压缩机壳体06的轴承壳体。

010是涡轮叶轮，在其外周部上沿圆周方向等间隔固定有多个动叶片03。07是压缩机叶轮，08是设在压缩机叶轮07的空气出口处的扩散部，012是连接涡轮叶轮010和压缩机叶轮07的转轴。011是安装在轴承壳体09上并对转轴012进行轴支承的一对轴承。

L1是涡轮叶轮101、压缩机叶轮及转轴012的旋转轴心。

并且，在具有径流式涡轮的增压器中，来自内燃机(图示省略)的废气进入涡旋部04，沿涡旋部04的螺旋状环绕而从动叶片03的外周侧入口端面流入动叶片03，并向涡轮转子02的中心侧沿径向流动，对涡轮转子02膨胀做功后，沿转轴012的轴线L1方向流出，并从废气出口通道05送出到增压器外。

图5(A)表示在专利文献1的形成于径流式涡轮的废气入口内周的舌部附近、沿相对于转轴012的轴线L1呈直角的方向剖开的剖面示意结构图，图5(B)表示图5(A)的W向视图。

在图5(A)中，04是涡旋部，044是废气导入口，045是舌部，舌部被做成这样的结构：将来自废气导入口044的废气通过流路046而被导入涡旋部04的连接部的流路046和流入动叶片03的动叶片侧通道047隔开。

并且，如图5(B)所示，舌部045从流路046侧及动叶片侧通道047侧受到废气热量，另一方面，积蓄在舌部045上的热量如箭头Z(参照图5(A))表示那样，其散热效率因散热路径狭窄而不太好。

另外，涡旋部04的截面形状，在转轴012的轴线L1方向上为宽幅，护罩部(日文：シュラウド部)X较深，故容易滞留废气热量，该部的散热效率不太好。

因此，舌部045的温度有时为800～900℃。

专利文献1：日本专利特开2003－120303号公报

发明所要解决的课题

在这种径流式涡轮中，来自发动机的高温废气通过流路046，沿螺旋部环绕涡旋部04地向动叶片侧通道047流出。

因此，舌部045从流路046和动叶片侧通道047的两侧暴露在高温废气中，舌部045的散热路径仅仅是Z方向(参照图5(A))，容易积蓄热量而成为高温。

所以，舌部045因表面氧化、热应力的原因而产生疲劳损伤。作为其对策，使用高温下的耐氧化性和耐疲劳特性好的高价材料(例如奥氏体铸钢、铁素体铸钢等)作为涡轮壳体01的材料，成为成本增加的原因。

发明内容

本发明是为解决这种问题而做成的，其目的在于，增加涡轮壳体01的连接部(舌部)露出于外部空气的表面积，并增加配置有舌部045的涡轮壳体01的护罩部X的露出于外部空气的表面积，由此增加来自该部的散热，抑制积蓄在舌部045上的热量，降低该部所使用的材料的耐热等级以降低成本。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的径流式涡轮或斜流式涡轮的涡旋构造，该径流式涡轮或斜流式涡轮构成为，使废气从形成在涡轮壳体内的螺旋状的涡旋部沿径向流入该涡旋部的动叶片，作用于该动叶片后，沿轴向流出，由此旋转驱动涡轮转子，其中，

在所述径流式涡轮或斜流式涡轮的径向截面上，在护罩部形成有成为对积蓄在舌部和护罩部全周的热量进行散热的散热空间的凹部，该护罩部形成于所述涡旋部与覆盖所述动叶片的涡轮室壁之间，且该凹部沿周向形成。

利用这种结构，通过在涡旋部与涡轮室之间的护罩部设置散热空间，从而可降低涡轮壳体所使用的材料的高温耐氧化性和耐热疲劳特性的等级，减少成本。

另外，本发明最好是，所述涡旋部的径向截面形状，由径向比轴向长的纵长的长方形截面形状构成，在所述涡旋部中，废气沿相对于将舌部与所述涡旋部的轴心连接起来的线呈直角的方向流通，所述舌部将流向所述涡旋部的流路和流入所述动叶片的动叶片侧流路隔开。

利用这种结构，由于涡旋部的废气流通截面的轴向长度短，因此，形成于涡轮室壁和涡旋部之间的凹部深度变浅，该凹部的开口形成得大，且在成形涡轮壳体时，容易将壳体侧的壁厚做得与周围均匀，抑制成形时的凝固消退，使产品精度稳定。

另外，本发明最好是，所述涡旋部的径向截面形状构成为，所述径向的宽度A与所述轴向的宽度B的涡旋宽度比A/B为1<A/B≤2。

利用这种结构，通过将涡旋宽度比做大(1<A/B)、将轴线方向的宽度做小，从而壳体的废气流出方向侧的突出量变小，使该部的壳体(护罩部)的壁厚减少，使成为散热空间部的凹部形成得大，提高护罩部的散热效果。

另外，通过将涡旋宽度比构成为A/B≤2，从而能防止涡旋部的外径变大而使搭载在发动机上的搭载性变差的情况。

此外，在相同截面积的情况下，当将B宽度做窄时，可在消除流路的表面积变大、废气的流通阻力变大而使涡轮增压器性能下降的同时，还可消除重量变重这些不良情况。

另外，本发明最好是，将流向所述涡旋部的流路和流入所述动叶片的动叶片侧流路隔开的舌部的废气流通方向的倾斜为沿着对数螺旋的形状。

利用这种结构，由于流入涡旋部的废气被沿该涡旋部的外周导向，因此，通过将舌部的流通方向的倾斜做成对数螺旋形状，从而从舌部流出的流出角度和流向动叶片3的废气流出角度相同，能顺利地进行废气的涡旋部处的废气流通，能充分发挥涡轮增压器的性能。

另外，舌部的涡旋部与流向涡旋部的流路的交叉角度变大，在该部设置冷却空间，由此可抑制舌部的温度上升。

发明的效果

通过将涡旋部的截面形状做成其径向的宽度A和所述轴的轴线方向的宽度B的涡旋宽度比α为1<A/B≤2，从而能将护罩部的凹部做大，促进外部空气对流，不仅促进舌部而且促进护罩全周的散热，能降低涡轮壳体所使用的材料的高温耐氧化性和耐热疲劳特性的等级，降低成本。

另外，通过将舌部的废气流通方向的舌部壁面形状做成对数螺旋形状，在该部设置冷却空间(相当于图2的79)，从而能促进外部空气对流并促进舌部的散热。

附图说明

图1(A)是本发明第一实施形态的舌部的与涡轮转子轴线呈直角的方向的剖视图，图1(B)是图1(A)的P向视图，表示涡旋部及沿涡轮转子的旋转轴线的上半部分截面的主要部分大致构造图。

图2是本发明第二实施形态的舌部的与涡轮转子轴线呈直角的方向的剖视图。

图3表示本发明第二实施形态的舌部形状的对数螺旋的说明图。

图4是表示沿使用了应用本发明的径流式涡轮的增压器的旋转轴线的剖视图。

图5(A)表示以往技术的舌部的与涡轮转子轴线呈直角的方向的剖视图，图5(B)是图5(A)的W向视图。

具体实施方式

下面，用附图所示的实施例来详细说明本发明。

但是，本实施例记载的结构零件的尺寸、材质、形状和其相对配置等只要不特别进行特定的记载，就不是将本发明的范围仅限定于此的意思，只不过是说明例而已。

(第一实施形态)

图1表示本发明第一实施形态的涡旋部的废气流通空间部的大致构造图。

现对本发明的第一实施形态的涡轮涡旋部进行说明。

图1(A)是本发明的第一实施形态的舌部的与涡轮转子轴线呈直角的方向的剖视图，图1(B)是图1(A)的P向视图，表示涡旋部及沿涡轮转子的旋转轴线的上半部分截面的主要部分大致构造图。

在表示应用本发明的径流式涡轮的增压器的整体构造的图4中，01是涡轮壳体，04是形成在涡轮壳体01内的螺旋状的涡旋部，05是形成在涡轮壳体01内周的废气排出口通道，06是压缩机壳体，09是连接涡轮壳体01和压缩机壳体06的轴承壳体。

010是涡轮叶轮，在其外周部沿圆周方向等间隔固定有多个动叶片03。07是压缩机叶轮，08是设在压缩机叶轮07的空气出口处的扩散部，012是连接涡轮叶轮010和压缩机叶轮07的转轴。011是安装在轴承壳体09上并对转轴012进行轴支承的一对轴承。

L1是涡轮叶轮010、压缩机叶轮及转轴012的旋转轴心。

在具有这种径流式涡轮的增压器中，来自内燃机(图示省略)的废气从废气导入口进入涡旋部04，沿该涡旋部04的螺旋环绕而从多个动叶片03的外周侧入口端面流入动叶片03，并向涡轮叶轮010的中心侧沿径向流动，在对涡轮叶轮010进行膨胀做功后，沿轴向流动并从废气出口通道05排出。

如上所示，带有径流式涡轮的增压器的基本结构是与以往技术相同的。

在本发明中对涡旋的形状进行改进。

在图1(A)中，46是使来自废气流入口的废气流入涡旋部4的由涡轮壳体1形成的流路。4是由涡轮壳体1形成的涡旋部，该涡旋部4形成为螺旋状，使从流路46流入的废气改变成螺旋状的流动，通过动叶片侧通道47而使废气流入动叶片3。45是流路46和涡旋部4的连接部，是将流路46与动叶片侧通道47隔开的舌部。

涡旋部4由其外周壁15、前侧壁16(为便于说明，将废气排出方向作为“后侧”)、后侧壁17和内周壁18构成。

涡旋部4的前侧壁16和后侧壁17间的距离即轴线L1方向的宽度B形成得比外周壁15和内周壁18的距离即径向的宽度A小。

并且，涡旋部4的形状，最好其径向的宽度A与沿轴线L1的方向的宽度的比α形成为1<A/B≤1.2～2.0的范围。

在维持涡旋部4的流通面积的状态下，当将涡旋部4的外周壁15的长度做成小于径向的长度时，外周壁15的直径变大，后侧壁17成为接近前侧壁16侧的形状。

另外，当将宽度比做成大于2时(在相同截面积的情况下，将宽度B做窄)，由于流路的表面积变大，因此，废气的流通阻力变大，涡轮增压器性能下降，且重量也重。

此外，当径向变大时，涡轮增压器整体变大，搭载在发动机上的搭载性恶化。

另外，由于涡旋部的废气流通截面的轴向长度变短，因此，形成于涡轮室壁与涡旋部之间的凹部的深度变浅，该凹部的开口形成得大，并且，也容易将壳体侧的壁厚做得与周围均匀，成形时的凝固消退(当壁厚有较大不同时，壁厚较薄的部分提早凝固，较厚时中央部的凝固延迟，由于中央部的凝固，表面部容易形成浅的凹部。有时根据情况不同而变形)被抑制，产品精度稳定。

这样一来，可做大由涡轮壳体1的舌部45的内周壁18、动叶片侧后壁19及涡轮室壁20形成的护罩部11的开口部R，容易产生与该部接触的外部空气的流动，因此，可从该部不仅对积蓄在舌部45的热量进行散热而且对积蓄在护罩全周的热量进行散热。

通过抑制积蓄在舌部和护罩全周上的热量，从而获得因降低涡轮壳体5所使用的材料的耐热等级带来的成本减少。

(第二实施形态)

在本实施形态中，与第一实施形态相同的结构要素标上相同的符号，省略说明。

基于图3来说明本发明第二实施形态的涡轮涡旋部。

图2表示本发明第二实施形态的舌部的与涡轮转子轴线呈直角的方向的剖视图。

76是使来自废气导入口74的废气流入涡旋部4的由涡轮壳体5形成的流路。75是流路76和涡旋部7的连接部，是将流路76与动叶片侧通道77隔开的舌部。

舌部75的朝向涡旋部7的废气流通方向的倾斜被做成沿着对数螺旋的形状。

沿着对数螺旋的形状的范围到线M与舌部75的表面交叉的部分为止，即为对数螺旋部78，所述线M是以连接轴线L1和舌部顶端的线S为基准，以轴线L1为中心向废气导入口74侧偏转角度β的线。

另外，在本实施形态中β为大致30度，但对数螺旋部78的范围，只要废气从舌部向涡旋部7流出的角度沿着对数螺旋即可，可根据状况进行增减。

所谓对数螺旋，是自然界常见的一种螺旋，也被称为等角螺旋。作为性质，如图3所示，从旋转中心以某一角度θ引出的线、和该线与螺旋的交点处的切线所构成的角度b始终恒定。

通过做成如此结构，从舌部75流出的流出角度γ和流向动叶片3的废气流出角度γ相同，能顺利地进行废气的涡旋部处的废气流通，能充分发挥涡轮增压器性能。

由于舌部的流路与涡旋部的交叉角度变大，且在该部能设置冷却空间79，舌部75的一部分暴露在外部空气中，故能有效抑制舌部的温度上升。

产业上的实用性

可用于径流式涡轮，该径流式涡轮用于内燃机等以提高内燃机的输出功率，该径流式涡轮构成为，使废气从螺旋状的涡旋部沿径向流入涡轮转子的动叶片，作用于该动叶片后沿轴向流出，由此旋转驱动涡轮转子。

Claims (4)

1.一种径流式涡轮或斜流式涡轮的涡旋构造，该径流式涡轮或斜流式涡轮构成为，使废气从形成在涡轮壳体内的螺旋状的涡旋部沿径向流入该涡旋部的动叶片，作用于该动叶片后，沿轴向流出，由此旋转驱动涡轮转子，该径流式涡轮或斜流式涡轮的涡旋构造的特征在于，

在所述径流式涡轮或斜流式涡轮的径向截面上，在护罩部形成有成为对积蓄在舌部和护罩部全周的热量进行散热的散热空间的凹部，该护罩部形成于所述涡旋部与覆盖所述动叶片的涡轮室壁之间，且该凹部沿周向形成。

2.如权利要求1所述的径流式涡轮或斜流式涡轮的涡旋构造，其特征在于，所述涡旋部的径向截面形状，由径向比轴向长的纵长的长方形截面形状构成，在所述涡旋部中，废气沿相对于将舌部与所述涡旋部的轴心连接起来的线呈直角的方向流通，所述舌部将流向所述涡旋部的流路和流入所述动叶片的动叶片侧流路隔开。

3.如权利要求2所述的径流式涡轮或斜流式涡轮的涡旋构造，其特征在于，所述涡旋部的径向截面形状构成为，所述径向的宽度A与所述轴向的宽度B的涡旋宽度比A/B为1<A/B≤2。

4.如权利要求1所述的径流式涡轮或斜流式涡轮的涡旋构造，其特征在于，将流向所述涡旋部的流路和流入所述动叶片的动叶片侧流路隔开的舌部的废气流通方向的倾斜为沿着对数螺旋的形状。