CN103874835B - 涡轮机壳体的涡旋结构 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种2个废气流路的流过能力构成为相等的双涡流型涡轮增压器的涡轮机壳体的涡旋结构，在涡轮机壳体（32）形成有从与废气的流动方向平行的纵截面观察时将涡旋部（26）分隔为外周部（26a）和内周部（26b）的舌部（44），舌部（44）由从横截面观察时分别封闭外周部（26a）中的2个废气流路的前侧舌部（46）和后侧舌部（48）构成，从外周部（26a）的下游端部的横截面观察时，前侧舌部（46）以及后侧舌部（48）各自的内边部（46a、48a）与前侧流路（22）以及后侧流路（24）各自的最少流出宽度部（56a、58a）以大致平行的方式构成。
Description
技术领域
本发明涉及一种涡轮机壳体的涡旋结构，具体涉及一种具备向涡轮转子导流废气的2个系统的废气流路的双涡流型涡轮增压器的涡轮机壳体的涡旋结构。
作为搭载于车辆的涡轮增压器，已知有一种避免因引擎的多个气筒引起的排气干涉且有效地活用排气脉动的脉冲效果来提高涡轮转子的旋转效率的双涡流型涡轮增压器。
图7为具备这种双涡流型涡轮增压器的引擎的示意图。如图7所示，具备双涡流型涡轮增压器30的引擎1例如具有4个气筒10a、10b、10c、10d，这些气筒10a～10d的曲柄角的相位例如各偏离180度。这些4个气筒中，气筒10a以及气筒10d与第1排气歧管16连接，气筒10b以及气筒10c与第2排气歧管18连接。气筒10a和气筒10d的曲柄角的相位例如偏离360度，各自的排气脉动互不干涉。并且，同样地气筒10b和气筒10c的曲柄角的相位例如偏离360度，各自的排气脉动互不干涉。
第1排气歧管16与形成于涡轮机壳体32的废气流路（前侧流路22）连接，由此从气筒10a、10d排出的废气经由前侧流路22导流至容纳在涡轮机壳体32内的涡轮转子40。并且，同样地第2排气歧管18与形成于涡轮机壳体32的废气流路（后侧流路24）连接，由此从气筒10b、10c排出的废气经由后侧流路24导流至容纳在涡轮机壳体32内的涡轮转子40。并且，转动叶片42接收被导流的废气而旋转，从而涡轮转子40以及轴支承该涡轮转子40的涡轮轴36旋转，轴支承于涡轮轴36的压缩机转子34旋转，由此压缩空气经由吸气管14以及吸气歧管12供给至各气筒10a～10d。并且，使涡轮转子40旋转的废气从排气管20排出至引擎1的外部。
在这种双涡流型涡轮增压器30中，需要设计成2个废气流路22、24的流过能力相等。即，若前侧流路22以及后侧流路24的流过能力存在差距，则在前侧流路22以及后侧流路24中流动的废气产生压力差，这种废气的压力差成为从气筒10a、10d和气筒10b、10c排出的废气的排气阻力差，导致气筒10a、10d与气筒10b、10c之间的工作状态不同。并且，甚至有可能导致引擎1的吸排气特性恶化。由此，在双涡流型涡轮增压器30中需要使前侧流路22和后侧流路24的流过能力相等。
因此，在以往的双涡流型涡轮增压器中，例如如专利文献1的图4所示，通过夹着与涡轮轴垂直的间壁呈对称形状构成2个废气流路，使2个废气流路的流过能力构成为相等。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2008-101589号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
但是，在考虑车载性等问题等而使双涡流型涡轮增压器30小型化的情况下，如图8所示，从利用连接部件35连接涡轮机壳体32与轴承壳体33时的连接关系考虑，有时采用涡旋部26整体向前侧倾斜的涡轮机壳体32。这样一来，在涡旋部26向前侧倾斜且分隔前侧流路22与后侧流路24的间壁28的中心轴28’相对于涡轮轴36的中心轴36’向前侧倾斜而成的涡轮机壳体32中，即使例如前侧流路22和后侧流路24夹着中心轴28’呈对称形状构成，两个废气流路的流过能力也产生差异。
用于解决技术课题的手段
本发明是鉴于这种以往的技术课题而完成的发明，其目的在于提供一种2个废气流路的流过能力构成为相等的涡轮机壳体的涡旋结构，所述涡轮机壳体为将涡旋部分隔成2个废气流路的间壁相对于涡轮轴的中心轴倾斜而成的双涡流型涡轮增压器的涡轮机壳体。
本发明是为了实现如上所述的以往技术课题以及目的而发明的，在本发明的涡轮机壳体的涡旋结构中，所述涡轮机壳体为双涡流型涡轮增压器的涡轮机壳体，所述双涡流型涡轮增压器具有向涡轮转子导流废气的涡旋部，该涡旋部由从与废气的流动方向垂直的横截面观察时被间壁分隔的前侧流路以及后侧流路这2个废气流路构成，并且，该间壁相对于涡轮轴倾斜而成，其中，在该涡轮机壳体形成有舌部，从与废气的流动方向平行的纵截面观察时，所述舌部将所述涡旋部分隔为外周部和内周部，该舌部由前侧舌部和后侧舌部构成，从横截面观察时所述前侧舌部和所述后侧舌部分别封闭所述外周部的所述2个废气流路，
从所述外周部的下游端部的横截面观察时，所述前侧舌部以及所述后侧舌部各自的内边部与所述前侧流路以及所述后侧流路各自的最少流出宽度部以大致平行的方式构成。
本发明为涉及一种将涡旋部分隔为前侧流路和后侧流路这2个废气流路的间壁相对于涡轮轴倾斜而成的双涡流型涡轮增压器的涡轮机壳体的发明。本发明的涡轮机壳体形成有舌部，从与废气的流动方向平行的纵截面观察时，所述舌部将涡旋部分隔为外周部和内周部。该舌部由前侧舌部和后侧舌部构成，从与废气的流动方向垂直的横截面观察时，所述前侧舌部和所述后侧舌部分别封闭前侧流路以及后侧流路。并且，从涡旋部的外周部的下游端部的横截面观察时，这些前侧舌部以及后侧舌部各自的内边部和前侧流路以及后侧流路各自的最少流出宽度部以大致平行的方式构成。
当为这种本发明时，由于前侧舌部以及后侧舌部各自的内边部和前侧流路以及后侧流路各自的最少流出宽度部以大致平行的方式构成，因此从前侧流路以及后侧流路流出的废气的流量大体上相同。即，通过在废气流路中将舌部的内边部与最小流出宽度部平行地对齐，在外周部中沿着舌部的内边部流动的废气在越过舌部的内周部改变为朝向与内边部垂直的方向流动，成为与最少流出宽度部垂直的流动而想要流入到转动叶片内。此时，由于与最小流出宽度部垂直的废气的流速成分成为通过最少流出宽度部的（即在废气流路中流动的）废气流量，因此通过使前侧舌部以及后侧舌部各自的内边部相对于最小流出宽度部平行，能够防止舌部附近的偏流，从而能够使流过特性一致。
由此，通过如此构成本发明，能够使2个废气流路的流过能力相等。
在本发明中，所述前侧舌部以及所述后侧舌部各自的内边部与所述前侧流路以及所述后侧流路各自的最少流出宽度部“大致”平行是指，所述前侧舌部以及所述后侧舌部各自的内边部与所述前侧流路以及所述后侧流路各自的最少流出宽度部所形成的角度在+10度至-10度范围内的情况。并且，此时，前侧舌部的内边部与前侧流路的最少流出宽度部所形成的角度和后侧舌部的内边部与后侧流路的最少流出宽度部所形成的角度未必一定一致，也可以分别为不同的角度。
在上述发明中，从所述外周部的下游端部的横截面观察时，只要所述前侧流路以及后侧流路相对于所述间壁的中心轴呈大致对称形状形成，就能够使2个废气流路的流过能力以更高的精度相等。
并且，优选在上述发明的所述前侧舌部中，当从外边部侧切削该舌部的一部分时，将该舌部的里侧的内边部侧加厚至少与所切削的壁厚相应的量。
由于涡轮机壳体通过一般铸造而制造，因此涡轮机壳体的转动叶片附近的内周部（覆盖部）由于通过机械加工来切削余料而被加工成与转动叶片的形状匹配的所期望的形状。当为具备上述前侧舌部的本发明时，在切削该余料的工序中，有时从外边部侧切削前侧舌部的一部分。由于前侧舌部为暴露在高温废气中的部分，因此若有局部较薄的部分，则有可能在该较薄的部分发生热应力引起的龟裂。由此，在该情况下，通过将前侧舌部的里侧的内边部侧加厚至少与所切削的外边部的壁厚相应的量，能够避免发生局部热应力引起的龟裂。
并且，优选在上述发明的所述后侧舌部的下游端部，该后侧舌部的后壁面侧比间壁面侧更向下游延伸。
并且，优选在上述发明的所述前侧舌部的下游端部，该前侧舌部的前壁面侧也比间壁面侧更向下游延伸。
若如此构成，在后侧流路以及前侧流路中，在间壁面侧流动的废气均容易提早流入涡轮转子内。即，从横截面观察时，废气容易以集中在转动叶片的中心侧的方式流动，由此能够使涡轮转子更加高效地旋转。
发明效果
根据本发明，能够提供一种涡轮机壳体的涡旋结构，所述涡轮机壳体为将涡旋部分隔为前侧流路和后侧流路这2个废气流路的间壁相对于涡轮轴倾斜而成的双涡流型涡轮增压器的涡轮机壳体，其中，由于前侧流路以及后侧流路各自的最少流出宽度部的流路宽度构成为大致相同的宽度，并且前侧舌部以及后侧舌部各自的内边部和前侧流路以及后侧流路各自的最少流出宽度部以大致平行的方式构成，因此2个废气流路的流过能力构成为相等。
附图说明
图1为本发明的双涡流型涡轮增压器的涡轮机壳体的纵剖视图。
图2（a）为图1的a-a线的横剖视图，图2（b）为图1的b-b线的横剖视图。
图3（a）为实施例的横剖视图，图3（b）为比较例的横剖视图。
图4（a）为说明实施例中的内边部与最少流出宽度部之间的关系的横剖视图，图4（b）为说明比较例中的内边部与最少流出宽度部之间的关系的横剖视图。
图5（a）为图3（a）的a部放大图，是示出切削覆盖部的余料的情况的实施例的横剖视图，图5（b）为图3（b）的b部放大图，是示出切削覆盖部的余料的情况的比较例的横剖视图。
图6为用于对前侧流路以及后侧流路各自的最少流出宽度部的废气的流动进行说明的说明图，图6（a）为横剖视图，图6（b）～（d）为各个舌部的从上方观察到的俯视图。
图7为具备双涡流型涡轮增压器的引擎的示意图。
图8为双涡流型涡轮增压器的纵剖视图。
具体实施方式
以下，根据附图对本发明的实施方式进行更详细的说明。
其中，本发明的范围不限于以下实施方式。记载于以下实施方式中的构成部件的尺寸、材质、形状及其相对配置等，只要无特别记载，就不将本发明的范围仅限于此，这些仅仅为说明例。
如上述图7所示，本发明的涡轮机壳体32为容纳涡轮转子40且形成有向该涡轮转子40导流废气的2个废气流路22、24的双涡流型涡轮增压器30的涡轮机壳体32。如上述图8所示，在该涡轮机壳体32中，间壁28的中心轴28’相对于涡轮轴36的中心轴36’倾斜，并且该涡轮机壳体32通过连接部件35与轴承壳体33连接。
并且，如图1所示，在本发明的涡轮机壳体32的涡旋结构中，从与废气e的流动方向平行的纵截面观察时，形成有旋涡形的涡旋部26，且形成有将该涡旋部26分隔为外周部26a和内周部26b的舌部44。并且，如图2所示，从与废气e的流动方向垂直的横截面观察时，涡旋部26被间壁28分隔为前侧流路22和后侧流路24。并且，如图2（a）所示，上述舌部44由前侧舌部46和后侧舌部48构成，从横截面观察时前侧舌部46和后侧舌部48分别封闭外周部26a的前侧流路22以及后侧流路24。另外，图2（a）为图1的a-a线的横剖视图，图2（b）为图1的b-b线的横剖视图。
在本发明中，如后所述，这些前侧舌部46以及后侧舌部48各自的内边部46a以及48b形成为与图2（b）所示的最少流出宽度部56a以及58a大致平行。另外，在本发明中“最少流出宽度部”是指，从上述的外周部26a的下游端部的横截面（图1的a-a线以及b-b线的横截面）观察时，在前侧流路22以及后侧流路24的流出部中，其流路宽度最小的部分。
并且，在本发明中，从外周部26a的下游端部的横截面观察时，前侧流路22以及后侧流路24相对于间壁28的中心轴28’形成为大致对称形状。
如此，在本发明的涡轮机壳体32的涡旋结构中，从外周部26a的下游端部的横截面观察时，前侧舌部46以及后侧舌部48各自的内边部46a、48a和前侧流路22以及后侧流路24各自的最少流出宽度部56a、58a以大致平行的方式构成，关于本发明的涡轮机壳体32的涡旋结构的作用效果一边对照比较例一边根据图3～图4进行说明。
图3（a）为实施例的横剖视图，图3（b）为比较例的横剖视图。并且，图4（a）为对实施例的内边部与最少流出宽度部之间的关系进行说明的横剖视图，图4（b）为对比较例的内边部与最少流出宽度部之间的关系进行说明的横剖视图。如该图3（b）所示，在作为比较例的以往的涡轮机壳体132中，与作为实施例的上述本发明的涡轮机壳体32不同，前侧舌部146以及后侧舌部148各自的内边部146a以及148a均与涡轮轴的中心轴136’水平地形成。
废气流路的流过能力取决于与最少流出宽度部垂直的废气的流速成分。并且，在实施例中，如图4（a）所示，前侧舌部46以及后侧舌部48各自的内边部46a、48a和前侧流路22以及后侧流路24各自的最少流出宽度部56a、58a以大致平行地构成。因此，通过前侧流路22以及后侧流路24各自的最少流出宽度部56a、58a的废气e、e相对于各自的最少流出宽度部56a、58a垂直地流动，且两者的流速也大体相等，从前侧流路22以及后侧流路24流出的废气的流量也大体相等。
与此相对，在比较例中，如图4（b）所示，前侧舌部146以及后侧舌部148各自的内边部146a以及148a均形成为平坦状，内边部148a和最少流出宽度部158a大致平行地形成，但内边部146a和最少流出宽度部156a并没有大致平行地形成。由此，如图4（b）所示，从前侧流路122流出的废气e’的流动偏于一侧，以与从后侧流路124流出的废气e’不同的流速流出。因此，导致从前侧流路122流出以及从后侧流路124流出的废气的流量不同。
如此，当为本发明的涡轮机壳体32的涡旋结构时，由于前侧舌部46以及后侧舌部48各自的内边部46a、48a和前侧流路22以及后侧流路24各自的最少流出宽度部56a、58a大致平行地构成，因此能够校正因间壁28相对于涡轮轴的中心轴36’倾斜而引起的2个废气流路的流过能力差，使前侧流路22以及后侧流路24的流过能力相等。并且，此时如上所述，从外周部26a的下游端部的横截面观察时，只要前侧流路22以及后侧流路24相对于间壁28的中心轴28’形成为大致对称形状，就能够使前侧流路22以及后侧流路24的流过能力以更高的精度相等。
但是，上述本发明的涡轮机壳体32通过铸造而制造。因此，如图5（a）所示，在涡轮机壳体32的转动叶片42附近的内周部（覆盖部38）形成余料部38a，通过车床用车刀37切削该余料部38a，该内周部形成为与转动叶片42的形状匹配的所期望的形状。
当为上述比较例时，如图5（b）所示，即使在通过车床用车刀137切削余料部138a的情况下，前侧舌部146也不会被切削。并且，即使切削了前侧舌部146的外边部146b的一部分，由于比较例的前侧舌部146相当厚，因此也不会成为特别的问题。
与此相对，当为实施例时，如图5（a）所示，若前侧舌部46的外边部46b的一部分被切削，则存在如下问题。即，由于前侧舌部46为暴露在高温废气中的部分，因此若因切削前侧舌部46的外边部46b的一部分而在前侧舌部46形成局部较薄的部分，则有可能在该较薄的部分发生热应力引起的龟裂。由此，在这种情况下，在内边部46a侧形成相当于切削部分47的填料部分49，将该前侧舌部46的里侧的内边部46a侧加厚至少与所切削的外边部46b的壁厚相应的量，从而能够避免发生局部热应力引起的龟裂。
并且，图6为用于对前侧流路22以及后侧流路24各自的最少流出宽度部中的废气的流动进行说明的说明图，图6（a）为横剖视图，图6（b）～（d）为各个舌部的从上方观察到的俯视图。如该图6（b）所示，在后侧舌部48的下游端部中，后侧舌部48的后壁面24a侧比间壁面28a侧更向下游延伸。并且，同样地如图6（c）所示，在前侧舌部46的下游端部中，前侧舌部46的前壁面22a侧也比间壁面28a侧更向下游延伸。
在间壁面28a、后壁面24a以及前壁面22a的附近流动的废气受壁面阻力的影响而其流速矢量中的径向成分相对于周向成分占优势。即，与在间壁面28a与后壁面24a以及前壁面22a之间的中间付近流动的废气相比，在间壁面28a、后壁面24a以及前壁面22a的附近流动的废气更容易提早流入涡轮转子40内。
因此，只要如图6（b）以及（c）所示那样构成后侧舌部48以及前侧舌部46，就能够在后侧流路24以及前侧流路22中均容易使在间壁面28a侧流动的废气ea比后壁面24a侧以及前壁面22a侧的废气eb提早流入涡轮转子40内，从横截面观察时，废气以集中在转动叶片42的中心侧的方式流动，从而能够使涡轮转子40高效地旋转。并且，代替图6（c）而如图6（d）所示，扩大朝下游延伸的前侧舌部46的宽度，并将其长度也延长，从而例如还能够在前侧流路22中使废气ea的流量增大。即，通过对朝下游延伸的前侧舌部46或后侧舌部48的宽度以及长度进行调整，还能够将上述废气ea与eb之间的流量比调节为所期望的比率。
以上，对本发明的优选的方式进行了说明，但本发明不限于上述方式，在不脱离本发明的目的的范围内可以进行各种变更。
产业上的可利用性
根据本发明，能够适合用作具备向涡轮转子导流废气的2个系统的废气流路的双涡流型涡轮增压器的涡轮机壳体的涡旋结构。
Claims (9)
1.一种涡轮机壳体的涡旋结构，
所述涡轮机壳体为双涡流型涡轮增压器的涡轮机壳体，所述涡轮机壳体具有向涡轮转子导流废气的涡旋部，该涡旋部由从与废气的流动方向垂直的横截面观察时被间壁分隔的前侧流路以及后侧流路这2个废气流路构成，并且，该间壁相对于涡轮轴倾斜而成，其中，在该涡轮机壳体形成有舌部，从与废气的流动方向平行的纵截面观察时，所述舌部将所述涡旋部分隔为外周部和内周部，该舌部由前侧舌部和后侧舌部构成，从横截面观察时所述前侧舌部和所述后侧舌部分别封闭所述外周部的所述2个废气流路，
从所述外周部的下游端部的横截面观察时，所述前侧舌部以及所述后侧舌部各自的内边部与所述前侧流路以及所述后侧流路各自的最少流出宽度部以大致平行的方式构成，该涡轮机壳体的涡旋结构特征在于，
在所述前侧舌部，当从外边部侧切削该舌部的一部分时，将该舌部的里侧的内边部侧加厚至少与所切削的壁厚相应的量。
2.根据权利要求1所述的涡轮机壳体的涡旋结构，其特征在于，
从所述外周部的下游端部的横截面观察时，所述前侧舌部以及所述后侧舌部各自的内边部与所述前侧流路以及所述后侧流路各自的最少流出宽度部所形成的角度在+10度至-10度的范围内。
3.根据权利要求1所述的涡轮机壳体的涡旋结构，其特征在于，
从所述外周部的下游端部的横截面观察时，所述前侧流路以及后侧流路相对于所述间壁的中心轴形成为大致对称形状。
4.根据权利要求2所述的涡轮机壳体的涡旋结构，其特征在于，
从所述外周部的下游端部的横截面观察时，所述前侧流路以及后侧流路相对于所述间壁的中心轴形成为大致对称形状。
5.根据权利要求1所述的涡轮机壳体的涡旋结构，其特征在于，
在所述后侧舌部的下游端部，该后侧舌部的后壁面侧比间壁面侧更向下游延伸。
6.根据权利要求2所述的涡轮机壳体的涡旋结构，其特征在于，
在所述后侧舌部的下游端部，该后侧舌部的后壁面侧比间壁面侧更向下游延伸。
7.根据权利要求3所述的涡轮机壳体的涡旋结构，其特征在于，
在所述后侧舌部的下游端部，该后侧舌部的后壁面侧比间壁面侧更向下游延伸。
8.根据权利要求4所述的涡轮机壳体的涡旋结构，其特征在于，
在所述后侧舌部的下游端部，该后侧舌部的后壁面侧比间壁面侧更向下游延伸。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的涡轮机壳体的涡旋结构，其特征在于，
在所述前侧舌部的下游端部，该前侧舌部的前壁面侧比间壁面侧更向下游延伸。
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