CN103547770A - 喷嘴叶片 - Google Patents

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Abstract

关于一种喷嘴叶片，所述喷嘴叶片前缘形状具有弯曲线形状，所述弯曲线形状通过从喷嘴叶片的转动轴到前缘的距离根据喷嘴叶片高度位置变化而形成，后缘形状具有直线形状，所述直线形状通过不论喷嘴叶片高度位置如何从喷嘴叶片的转动轴到后缘的距离都为固定而形成。

Description

喷嘴叶片
技术领域
本发明涉及喷嘴叶片。本申请基于2011年5月26日在日本提出申请的特愿2011－118104号主张优先权，这里引用这些内容。
背景技术
在可变容量型的涡轮增压器中，相对于涡轮叶轮的周围将喷嘴叶片以环状排列多个，通过用这些喷嘴叶片的转动角度调节喷嘴开度，变更涡轮的容量。
已知如果使这样的配置在涡轮叶轮的周围的喷嘴叶片的形状变化，则随着喷嘴叶片的形状变化而向涡轮叶轮供给的排放气体的流动变化，涡轮效率变化。
例如，在专利文献1中，提出了使前缘形状和后缘形状在叶片高度方向（转动轴方向）上弯曲的喷嘴叶片。
更详细地讲，在专利文献1中，将喷嘴叶片的前缘形状和后缘形状以使叶片高度方向的中央凹向转动轴侧的方式弯曲而设定。由此，涡轮效率提高。
专利文献1：美国专利第7255530号。
发明内容
但是，要求能得到比专利文献1所公开的喷嘴叶片高的涡轮效率的喷嘴叶片。
进而，在涡轮中，在因某种情况而对喷嘴叶片没有传递动力的情况下，为了抑制排放气体堵塞，希望喷嘴转动以使喷嘴的开度变大。但是，在专利文献1所公开的喷嘴叶片中，没有考虑到上述问题。因此，希望使涡轮效率提高、而且从排放气体受到的转矩的朝向总为喷嘴开度变大的方向的喷嘴叶片。
本发明是鉴于上述问题而做出的，目的是提供一种能够使涡轮效率比专利文献1所公开的喷嘴叶片提高的喷嘴叶片，提供一种使涡轮效率提高、而且总是在喷嘴开度变大的方向上受到转矩的喷嘴叶片。
本发明作为用来解决上述课题的手段而采用以下的结构。
有关本发明的第1形态，是一种喷嘴叶片，在可变容量型的涡轮增压器具备的涡轮叶轮的周围能够转动地配置有多个，采用以下的结构：喷嘴叶片高度方向上的前缘形状具有弯曲线形状，所述弯曲线形状通过从喷嘴叶片的转动轴到前缘的距离根据喷嘴叶片高度位置变化而形成；喷嘴叶片高度方向上的后缘形状具有直线形状，所述直线形状通过不论喷嘴叶片高度位置如何，从喷嘴叶片的转动轴到后缘的距离都为固定而形成。
有关本发明的第2形态在上述第1形态中，采用以下的结构：在喷嘴上配置有上述喷嘴叶片，所述喷嘴通过被护罩和对置壁夹着而形成，所述护罩将上述涡轮叶轮具有的涡轮叶片的顶部侧包围，所述对置壁相对于上述护罩在上述喷嘴叶片高度方向上离开间隔而对置配置；在被上述喷嘴叶片高度方向的两端夹着的区域中，存在从上述转动轴到前缘的距离最短的区域。
有关本发明的第3形态在上述第2形态中，采用以下的结构：在上述喷嘴叶片高度方向上从上述转动轴到前缘的距离最短的区域配置在比上述喷嘴叶片高度方向上的中央靠上述对置壁侧。
本发明的喷嘴叶片的喷嘴叶片高度方向上的前缘形状具有弯曲线形状，所述弯曲线形状通过从喷嘴叶片的转动轴到前缘的距离根据喷嘴叶片高度位置变化而形成；喷嘴叶片高度方向上的后缘形状具有直线形状，所述直线形状通过不论喷嘴叶片高度位置如何，从喷嘴叶片的转动轴到后缘的距离都为固定而形成。
在此情况下，与喷嘴叶片高度方向上的前缘形状和喷嘴高度方向上的后缘形状都具有弯曲线形状的喷嘴叶片相比能够提高涡轮效率。
此外，本发明的喷嘴叶片在被喷嘴叶片高度方向的两端夹着的区域中，存在从转动轴到前缘的距离最短的区域，该从转动轴到前缘的距离最短的区域配置在比喷嘴叶片高度方向上的中央靠对置壁侧。
在此情况下，能够使涡轮效率提高，还能够总是在喷嘴开度变大的方向上受到转矩。
附图说明
图1是设置有本发明的一实施方式的喷嘴叶片的涡轮增压器的主要部放大剖视图。
图2A表示本发明的一实施方式的喷嘴叶片的转动的状况，是表示喷嘴N的开度较小的状态的示意图。
图2B表示本发明的一实施方式的喷嘴叶片的转动的状况，是表示喷嘴N的开度较大的状态的示意图。
图3A是本发明的一实施方式的喷嘴叶片的示意图。
图3B是本发明的一实施方式的喷嘴叶片的示意图。
图4是表示在用来说明本发明的一实施方式的喷嘴叶片的效果的模拟中使用的喷嘴叶片的形状的曲线图。
图5是表示在用来说明本发明的一实施方式的喷嘴叶片的效果的模拟中使用的喷嘴叶片的形状的曲线图。
图6是表示在用来说明本发明的一实施方式的喷嘴叶片的效果的模拟中使用的喷嘴叶片的形状的曲线图。
图7是表示在用来说明本发明的一实施方式的喷嘴叶片的效果的模拟中使用的喷嘴叶片的形状的曲线图。
图8是表示用来说明本发明的一实施方式的喷嘴叶片的效果的模拟的结果的曲线图。
图9是表示用来说明本发明的一实施方式的喷嘴叶片的效果的模拟的结果的曲线图。
图10是表示用来说明本发明的一实施方式的喷嘴叶片的效果的模拟的结果的曲线图。
图11是表示在用来说明本发明的一实施方式的喷嘴叶片的效果的模拟中呈现最高的性能的喷嘴叶片的详细的形状的曲线图。
具体实施方式
以下，参照附图对有关本发明的喷嘴叶片的一实施方式进行说明。另外，在以下的图中，为了使各部件成为可识别的大小，适当变更了各部件的缩尺。
图1是将包括本实施方式的喷嘴叶片10的涡轮增压器的主要部放大的剖视图。
如图1所示，涡轮增压器具备通过接受排放气体而被旋转驱动的涡轮叶轮1。在涡轮叶轮1的上游侧，形成有喷嘴N，该喷嘴N由将涡轮叶轮1具有的涡轮叶片的顶部侧包围的护罩2和相对于护罩2在喷嘴叶片10的高度（喷嘴叶片高度）方向上离开间隔而对置配置的轮毂3（对置壁）形成。
喷嘴N以将涡轮叶轮1的整周包围的方式设置。并且，通过从喷嘴N朝向涡轮叶轮1供给排放气体，遍及涡轮叶轮1的整周供给排放气体。
本实施方式的喷嘴叶片10如图1所示那样可转动地配置在喷嘴N上，如图2A及图2B的示意图所示那样，在涡轮叶轮1的周围以环状排列有多个。
另外，喷嘴叶片10如图3A所示，在喷嘴叶片高度方向上连接着以喷嘴叶片10的转动轴O为中心轴的轴部20。
并且，通过用未图示的驱动部使全部的轴部20同步转动，如图2A及图2B所示，使喷嘴叶片10转动，喷嘴叶片10间的间隙的大小变化。由此，调节喷嘴N的开度。
另外，图2A表示喷嘴N的开度较小的状态，图2B表示喷嘴N的开度较大的状态。
并且，在本实施方式的喷嘴叶片10中，如图3A所示，喷嘴叶片高度方向上的前缘形状具有通过从喷嘴叶片的转动轴O到前缘的距离根据喷嘴叶片高度位置变化而形成的弯曲线形状。
此外，在本实施方式的喷嘴叶片10中，喷嘴叶片高度方向上的后缘形状具有通过不论喷嘴叶片高度位置如何、从喷嘴叶片的转动轴O到后缘的距离都固定而形成的直线形状。
进而，在本实施方式的喷嘴叶片10中，如图3A所示，在被喷嘴叶片高度方向的两端（轮毂侧端及护罩侧端）夹着的区域中，存在从转动轴O到前缘的距离最短的区域（以下，称作最短弧线长区域R）。
进而，最短弧线长区域R配置在喷嘴叶片高度方向上的比中央靠轮毂侧。
以下，参照模拟结果等对本实施方式的喷嘴叶片10的效果进行说明。
另外，在以下的说明中，如图3B所示，将从转动轴O到前缘的距离称作前缘部弧线长L1，将从转动轴O到后缘的距离称作后缘部弧线长L2。此外，将与弧线及转动轴O正交的叶片的厚度称作叶片厚，将从转动轴O侧接触在前缘上的假想圆称作前缘侧内接圆，将从转动轴O侧接触在后缘上的假想圆称作后缘侧内接圆。
关于本模拟，使用前缘形状（即前缘部弧线长L1的叶片高度方向上的变化剖面轮廓）和后缘形状（即后缘部弧线长L2的叶片高度方向上的变化剖面轮廓）为图4～图7所示的形状的喷嘴叶片［base，d3－01～15（但是除了d3－06以外）］。
另外，作为在本模拟中使用的长度的值，使用以叶片厚为基准值正规化的值。并且，将在各喷嘴叶片的叶片高度方向上最长的弧线长（Max（L1+L2））、在各喷嘴叶片的叶片高度方向上最短的弧线长（Min（L1+L2））、和各喷嘴叶片的叶片高度方向上的弧线长的平均值（Average（L1+L2））如表1所示那样设定。
［表1］
在本模拟中，以将前缘形状和后缘形状做成了直线形状的喷嘴叶片［base］为基准，验证作用在各喷嘴叶片［d3－01～15（但是，除了d3－06以外）］上的转矩比和涡轮的效率差。关于其结果，表示在表2及图8中。另外，在本模拟的转矩比的值中，设对于喷嘴叶片向使喷嘴的开度变大的方向作用转矩的情况为正，设对于喷嘴叶片向使喷嘴的开度变小的方向作用转矩的情况为负而表示。
［表2］
Figure 498085DEST_PATH_IMAGE002
如果基于上述模拟结果比较喷嘴叶片［d3－10］和喷嘴叶片［d3－01～05，07～09，11～15］，则知晓喷嘴叶片［d3－01～05，07～09，11～15］相对于喷嘴叶片［d3－10］，涡轮效率差的值非常高。即，知晓喷嘴叶片［d3－01～05，07～09，11～15］相对于喷嘴叶片［d3－10］涡轮效率较高。
喷嘴叶片［d3－10］如图6（b）所示，前缘形状和后缘形状都具有中央部向转动轴O侧进入的弯曲线形状。另一方面，喷嘴叶片［d3－01～05，07～09，11～15］如图4（b）～图6（a）及图6（c）～图7（c）所示，前缘形状是弯曲线形状，后缘形状具有直线形状。
即，知晓与前缘形状和后缘形状都是弯曲线形状相比，仅前缘形状是弯曲线形状而后缘形状是直线形状时涡轮效率较高。
本实施方式的喷嘴叶片10如上述那样，喷嘴叶片高度方向上的后缘形状具有通过不论喷嘴叶片高度位置如何、从喷嘴叶片的转动轴O到后缘的距离都为固定而形成的直线形状。
因此，本实施方式的喷嘴叶片10与喷嘴叶片高度方向上的前缘形状和喷嘴高度方向上的后缘形状都具有弯曲线形状的专利文献1中公开的喷嘴叶片相比，能够使涡轮效率提高。
此外，如表3及图9所示，如果将喷嘴叶片［d3－01～04］比较，则知晓从涡轮效率差和转矩比的平衡较好的优点看，喷嘴叶片［d3－02］性能最高。
［表3］ 
喷嘴叶片［d3－02］在被喷嘴叶片高度方向的两端（轮毂侧端及护罩侧端）夹着的区域中存在最短弧线长区域R。即，喷嘴叶片［d3－02］具有有喷嘴叶片高度方向的两端比中央长的弧线长那样的形状。
这样，根据上述模拟知晓，通过在被喷嘴叶片高度方向的两端（轮毂侧端及护罩侧端）夹着的区域中存在最短弧线长区域R，能够使涡轮效率提高。还知晓，喷嘴叶片能够总是在喷嘴开度变大的方向上受到转矩。
并且，本实施方式的喷嘴叶片10在被喷嘴叶片高度方向的两端（轮毂侧端及护罩侧端）夹着的区域中存在最短弧线长区域R。
因此，本实施方式的喷嘴叶片10能够总是在喷嘴开度变大的方向上受到转矩。
此外，如表4及图10所示，如果将喷嘴叶片［d3－02，05，07］比较，则知晓从涡轮效率差与转矩比的平衡的观点看，以喷嘴叶片［d3－02］、喷嘴叶片［d3－05］、喷嘴叶片［d3－07］的顺序性能变高。
［表4］ 
Figure 927DEST_PATH_IMAGE004
在喷嘴叶片［d3－02，05，07］中，最短弧线长区域R存在于被喷嘴叶片高度方向的两端（轮毂侧端及护罩侧端）夹着的区域中。但是，以喷嘴叶片［d3－02］、喷嘴叶片［d3－05］及喷嘴叶片［d3－07］的顺序，最短弧线长区域R靠近轮毂3侧。
因而，根据上述模拟知晓，以最短弧线长区域R存在于被喷嘴叶片高度方向的两端（轮毂侧端及护罩侧端）夹着的区域中为前提，通过最短弧线长区域R靠近轮毂3侧，能够使涡轮效率提高。还知晓，喷嘴叶片能够总是在喷嘴开度变大的方向上受到转矩。
并且，本实施方式的喷嘴叶片10具有下述形状：最短弧线长区域R存在于被喷嘴叶片高度方向的两端（轮毂侧端及护罩侧端）夹着的区域，进而最短弧线长区域R靠近轮毂3侧。
因此，根据本实施方式的喷嘴叶片10，能够使涡轮效率提高，还能够总是在喷嘴开度变大的方向上受到转矩。
参照表2及图8，如果比较全部的喷嘴叶片［base，d3－01～15（但是除了d3－06以外）］，则知晓从涡轮效率差与转矩比的平衡较好的优点看，喷嘴叶片［d3－12］的性能较高。
图11是表示喷嘴叶片［d3－12］的形状的图，表示将弧线长与叶片厚的关系用以叶片高度为基准值正规化的值表示的曲线图、前缘内接圆直径和后缘内接圆直径。
另外，喷嘴叶片［d3－12］与本实施方式的喷嘴叶片10同样，喷嘴叶片高度方向上的后缘形状具有通过不论喷嘴叶片高度位置如何从喷嘴叶片的转动轴O到后缘的距离都为固定而形成的直线形状。
此外，喷嘴叶片［d3－12］与本实施方式的喷嘴叶片10同样，在被喷嘴叶片高度方向的两端（轮毂侧端及护罩侧端）夹着的区域中存在最短弧线长区域R。并且，最短弧线长区域R配置在比喷嘴叶片高度方向上的中央靠轮毂侧。
进而，将喷嘴叶片［d3－12］如表1及图11所示那样进行形状设定，以使以喷嘴叶片高度为基准值的正规化值在喷嘴叶片高度方向上从前缘到后缘的长度最短的区域中的从前缘到后缘的长度是2.128，在喷嘴叶片高度方向上从前缘到后缘的长度最长的区域中的从前缘到后缘的长度是2.858，在喷嘴叶片高度方向上从前缘到后缘的长度的平均值为2.508。此外，进行形状设定，以使以喷嘴叶片高度为基准值的正规化值在喷嘴叶片高度方向上从前缘到后缘的长度最短的区域中的前缘内接圆直径是0.146，在喷嘴叶片高度方向上从前缘到后缘的长度最长的区域中的前缘内接圆直径是0.142，在喷嘴叶片高度方向上从前缘到后缘的长度最短的区域中的后缘内接圆直径是0.04，在喷嘴叶片高度方向上从前缘到后缘的长度最长的区域中的后缘内接圆直径为0.04。
即，通过将本实施方式的喷嘴叶片10基于上述正规化值进行形状设定，能够使涡轮效率进一步提高，进而能够总是在喷嘴开度变大的方向上受到较大的转矩。
另外，并不限定于喷嘴叶片［d3－12］的形状，进行形状设定，以使以喷嘴叶片高度为基准值的正规化值在喷嘴叶片高度方向上从前缘到后缘的长度最短的区域中的从前缘到后缘的长度是2.0～2.2的范围内，在喷嘴叶片高度方向上从前缘到后缘的长度最长的区域中的从前缘到后缘的长度是2.7～2.9的范围内，在喷嘴叶片高度方向上从前缘到后缘的长度的平均值为2.4～2.6的范围内。此外，进行形状设定，以使以喷嘴叶片高度为基准值的正规化值在喷嘴叶片高度方向上从前缘到后缘的长度最短的区域中的前缘内接圆直径是0.1～0.2的范围内，在喷嘴叶片高度方向上从前缘到后缘的长度最长的区域中的前缘内接圆直径是0.1～0.2的范围内，在喷嘴叶片高度方向上从前缘到后缘的长度最短的区域中的后缘内接圆直径是0.01～0.1的范围内，在喷嘴叶片高度方向上从前缘到后缘的长度最长的区域中的后缘内接圆直径为0.01～0.1的范围内。由此，使涡轮效率进一步提高，进而能够总是在喷嘴开度变大的方向上受到较大的转矩。
以上，参照附图对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明当然并不限定于上述实施方式。
在上述实施方式中表示的各构成部件的各形状及组合等是一例，在不脱离本发明的主旨的范围中能够基于设计要求等进行各种变更。
例如，图2A及图2B所示的、在涡轮叶轮1的周围排列的喷嘴叶片10的个数是一例，既可以比图2A及图2B所示的个数少，也可以比图2A及图2B所示的个数多。
此外，不需要配置在涡轮叶轮1的周围的全部的喷嘴叶片是上述实施方式的喷嘴叶片10。
产业上的可利用性
根据本发明的喷嘴叶片，能够提供一种涡轮效率提高、能够在喷嘴的开度变大的方向上总是受到转矩的喷嘴叶片。
附图标记说明
10 喷嘴叶片，1 涡轮叶轮，2 护罩，3 轮毂（对置壁），N 喷嘴。

Claims (3)

1.一种喷嘴叶片，在可变容量型的涡轮增压器具备的涡轮叶轮的周围能够转动地配置有多个，其特征在于，
喷嘴叶片高度方向上的前缘形状具有弯曲线形状，所述弯曲线形状通过从喷嘴叶片的转动轴到前缘的距离根据喷嘴叶片高度位置变化而形成；
喷嘴叶片高度方向上的后缘形状具有直线形状，所述直线形状通过不论喷嘴叶片高度位置如何，从喷嘴叶片的转动轴到后缘的距离都为固定而形成。
2.如权利要求1所述的喷嘴叶片，其特征在于，
在喷嘴上配置有上述喷嘴叶片，所述喷嘴通过被护罩和对置壁夹着而形成，所述护罩将上述涡轮叶轮具有的涡轮叶片的顶部侧包围，所述对置壁相对于上述护罩在上述喷嘴叶片高度方向上离开间隔而对置配置；
在被上述喷嘴叶片高度方向的两端夹着的区域中，存在从上述转动轴到前缘的距离最短的区域。
3.如权利要求2所述的喷嘴叶片，其特征在于，
在上述喷嘴叶片高度方向上从上述转动轴到前缘的距离最短的区域配置在比上述喷嘴叶片高度方向上的中央靠上述对置壁侧。
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