CN105317540A - 涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

提供了一种涡轮增压器(10)，其包括压缩机壳体(13)以及组装至该压缩机壳体的密封板(14)，压缩机壳体(13)包括涡形室(16e)。压缩机壳体与密封板限定进气通道(16)。密封板包括与压缩机壳体相接触的板侧连接部(14d)。压缩机壳体的涡形室的壁表面的、在包含压缩机旋转轴线的截面中的曲率半径沿朝向出口的方向增大，该出口位于涡形室的沿进气流方向的下游侧。板侧连接部在沿着压缩机旋转轴线的方向上突出。密封板的与进气通道的涡形室相连续的内表面的、在包含压缩机旋转轴线的截面中的曲率半径沿朝向涡形室的出口的方向增大。

Description

涡轮增压器

技术领域

本发明涉及一种具有通过将密封板组装至压缩机壳体而形成的进气通道的涡轮增压器。

背景技术

由内燃发动机驱动的一些常规车辆配备有使内燃发动机的输出增大的涡轮增压器。该涡轮增压器构造成从排放自内燃发动机的排气中获得能量并且利用从排气中获得的该能量迫使额外的空气进入到内燃发动机中。

作为一种具有通过将密封板组装至压缩机壳体而形成的进气通道的涡轮增压器，在例如日本专利No.4697492中描述了一种如下的涡轮增压器，在该涡轮增压器中，密封板与压缩机壳体的涡形室在进气通道内彼此平滑地连续。

发明内容

在如上所述的一些常规的涡轮增压器中，压缩机壳体的涡形室的壁表面的曲率半径在压缩机壳体的周向方向上沿朝向出口的方向增大。在如此构造的涡轮增压器中，当彼此相邻的压缩机壳体的表面与密封板的表面之间在与进气通道的延伸方向垂直的方向(反方向)上存在高度差时，会不幸地产生流道阻力，并且进气流因该高度差而受到阻碍。

本发明提供一种构造成抑制流道阻力增大的涡轮增压器。

根据本发明的一方面的涡轮增压器包括压缩机壳体以及组装至该压缩机壳体的密封板,该压缩机壳体包括涡形室。压缩机壳体与密封板限定进气通道。密封板包括与压缩机壳体相接触的板侧连接部。压缩机壳体的涡形室的壁表面的、在包含压缩机旋转轴线的截面中的曲率半径沿朝向出口的方向增大，该出口位于涡形室的沿进气流方向的下游侧。板侧连接部在沿着压缩机旋转轴线的方向上突出。密封板的与进气通道的涡形室相连续的内表面的、在包含压缩机旋转轴线的截面中的曲率半径沿朝向涡形室的出口的方向增大。

在这种构型中，彼此相邻的压缩机壳体的表面与密封板的表面之间在与进气通道的延伸方向垂直的方向(反方向)上不存在阻碍进气流的高度差。由此，根据本发明的以上方面，能够抑制流道阻力的增大，例如，即使在具有关于压缩机旋转轴线不对称的涡形室的涡轮增压器中也能够抑制流道阻力的增大。

根据本发明，能够提供构造成抑制流道阻力增大的涡轮增压器。

附图说明

下面将参照附图对本发明的示例性实施方式的特征、优点、和技术及工业意义进行描述，在附图中，相同的数字指代相同的元件，并且其中：

图1是根据本发明的实施方式的涡轮增压器中的包含压缩机旋转轴线的压缩机的放大剖视图；

图2是示出了根据本发明的实施方式的涡轮增压器的压缩机壳体和密封板的分解立体图；

图3是根据本发明的实施方式的涡轮增压器的压缩机的侧视图；

图4A是根据本发明的实施方式的涡轮增压器的、沿着图3中的线A-Z截取的放大剖视图；

图4B是根据本发明的实施方式的涡轮增压器的、沿着图3中的线B-Z截取的放大剖视图；

图4C是根据本发明的实施方式的涡轮增压器的、沿着图3中的线C-Z截取的放大剖视图；

图4D是根据本发明的实施方式的涡轮增压器的、沿着图3中的线D-Z截取的放大剖视图；

图4E是根据本发明的实施方式的涡轮增压器的、沿着图3中的线E-Z截取的放大剖视图；

图4F是根据本发明的实施方式的涡轮增压器的、沿着图3中的线F-Z截取的放大剖视图；

图4G是根据本发明的实施方式的涡轮增压器的、沿着图3中的线G-Z截取的放大剖视图；

图4H是根据本发明的实施方式的涡轮增压器的、沿着图3中的线H-Z截取的放大剖视图；

图5A是示出了根据本发明的实施方式的涡轮增压器的压缩机壳体与密封板之间的连接部的示例的、沿着图3中的线A-Z截取的放大剖视图；

图5B是示出了根据本发明的实施方式的涡轮增压器的压缩机壳体与密封板之间的连接部的示例的主要部分的放大剖视图；

图6A是在根据本发明的实施方式的涡轮增压器中的对应于图3中的线A-Z的位置处的剖视图，其示出了在涡形室的成型期间涡形型芯与模具之间的关系；以及

图6B是根据本发明的实施方式的涡轮增压器的主要部分的放大剖视图，其示出了在涡形室的成型期间涡形型芯与模具之间的关系。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的示例性实施方式。

如图1所示，根据本发明的实施方式的涡轮增压器10例如为可变容量式涡轮增压器。涡轮增压器10构成作为内燃发动机安装在车辆中的柴油机的一部分。应指出的是，图1仅示出了涡轮增压器10的一部分。根据本实施方式的涡轮增压器10不仅可以应用于柴油机，而且可以应用于靠诸如汽油或乙醇之类的液态燃料来运转的内燃发动机。

根据本实施方式的涡轮增压器10包括旋转轴11、压缩机叶轮12、压缩机壳体13、以及密封板14。旋转轴11由轴承(未图示)和轴承座(未图示)可旋转地保持，并且旋转轴11的一端与涡轮机叶轮(未图示)联接。旋转轴11的另一端与压缩机叶轮12联接。压缩机叶轮12与压缩机壳体13构成具有进气通道16的压缩机17。

涡轮机叶轮联接至旋转轴11的一端，并且压缩机叶轮12联接至旋转轴11的另一端。由此，旋转轴11将由涡轮机叶轮产生的驱动力传递至压缩机叶轮12，其中，涡轮机叶轮是由排气装置(未图示)排放的排气旋转的。

由此，压缩机叶轮12的旋转速度根据涡轮机叶轮的旋转速度的变化而变化。因此，被压缩机17压缩过的进气的增压压力发生变化。压缩机17通过压缩机叶轮12的旋转来压缩在上游侧引入的进气，然后将已压缩的进气供给至位于下游侧的发动机进气通道(未图示)。

多个翼状的叶片12a以等间隔布置在旋转轴11的外周上。压缩机叶轮12具有供进气通过的通道。该通道限定在彼此相邻设置的叶片12a之间。每个通道的通道横截面积均设定为沿着进气流动所沿方向(在下文中，称作“进气流方向”)从上游侧朝向下游侧减小。

压缩机叶轮12如上所述地构造成与旋转轴11一起旋转，从而对从沿进气流方向的上游侧朝向沿进气流方向的下游侧供给的进气赋予离心力。结果，使得进气流速度沿径向方向加速。

压缩机壳体13是通过铝合金压铸或重力铸造而制成的。压缩机壳体13的一个端部(图1中的左侧)联接至位于上游侧的进气管(未图示)，而压缩机壳体13的另一端部(图1中的右侧)联接至如图2和图3中示出的密封板14。由此，压缩机壳体13经由密封板14联接至轴承座。

压缩机壳体13具有沿旋转轴11的轴向方向延伸的管状部13a。压缩机叶轮12容置在管状部13a中。管状部13a的沿轴向方向的涡轮机侧端部设置有沿与旋转轴11的轴向方向垂直的方向突出的环状凸缘13b。压缩机壳体13还具有环绕凸缘13b的环状外壁部13c。

进气通道16包括沿进气流方向按此顺序设置的引入通道16a、整流通道16b、叶轮室16c、扩散通道16d、以及涡形室16e。

引入通道16a是由管状部13a限定的并且与位于上游侧的进气通道(未图示)相连通。进气通过该引入通道16a被朝向压缩机叶轮12引入。

叶轮室16c是由管状部13a限定的并且与引入通道16a相连通。压缩机叶轮12容置在叶轮室16c中。

扩散通道16d为位于压缩机壳体13与密封板14之间的空间。具体而言，扩散通道16d是由凸缘13b和面对凸缘13b的密封板14限定的。扩散通道16d在其沿进气流方向的上游端处与叶轮室16c相连通，并且在其沿进气流方向的下游端处与涡形室16e相连通。

由此，扩散通道16d允许被压缩机叶轮12加压和加速过的进气流动到涡形室16e中。扩散通道16d的通道横截面积设定成比引入通道16a和涡形室16e中每一者的通道横截面积小。

扩散通道16d为从叶轮室16c径向延伸的环状通道。由此，环状的扩散通道16d的通道横截面积从沿进气流方向的上游侧向沿进气流方向的下游侧逐渐增大。

通过这种构型，在进气流动穿过扩散通道16d的同时，从叶轮室16c供给至涡形室16e的进气的流速逐渐减小。也就是说，扩散通道16d构造成使得被压缩机叶轮12沿径向方向加速过的进气减速。

涡形室16e以螺旋状的方式环绕叶轮室16c的径向外侧。涡形室16e在其沿进气流方向的上游端与扩散通道16d相连通，并且涡形室16e的沿进气流方向的下游端用作出口16f。涡形室16e的壁表面13d的曲率半径如图4A至图4H所示地沿朝向涡形室16e的出口16f的方向增大，图4A至图4H为分别沿着图3中的线A-Z、B-Z、C-Z、D-Z、E-Z、F-Z、G-Z、以及H-Z截取的剖视图。应指出的是，图4H、图4G、图4F、图4E、图4D、图4C、图4B和图4A为沿朝向出口16f的方向按此顺序排列的涡形室16e的剖视图。换言之，在涡形室16e的示于图4A至图4H中的各部分之中，涡形室16e的示于图4A中的部分离出口16f最近，而涡形室16e的示于图4H中的部分离出口16f最远。也就是说，涡形室16e的通道横截面积朝向涡形室16e的出口16f增大。由此，已穿过叶轮室16c和扩散通道16d的进气通过增压作用经由涡形室16e供给至位于沿进气流方向的下游侧的进气装置(未图示)中。

如图2所示，密封板14呈大致圆盘形并且在其中央处具有通孔14a。旋转轴11延伸穿过通孔14a。密封板14还具有如下螺纹孔14b，螺栓等(未图示)插入该螺纹孔14b中以将密封板14固定至轴承座。密封板14具有与外壁部13c的末端相接合的接合槽14c。

由此，压缩机壳体13的外壁部13c形成为呈环形截面形状，使得涡形室16e的壁表面13d从凸缘13b的顶端向后呈曲线形地延伸至凸缘13b顶端附近的位置。因此，扩散通道16d的下游端、即涡形室16e的上游端是由呈曲面形状的壁表面13d的两端位置限定的。

压缩机壳体13的壳体侧连接部13e和密封板14的板侧连接部14d位于压缩机壳体13与密封板14之间的连接部处。

具体而言，如图5A和5B所示，压缩机壳体13的外壁部13c的末端构成作为涡形室16e上游端的壳体侧连接部13e。密封板14的接合槽14c的内端构成作为扩散通道16d下游端的板侧连接部14d。

板侧连接部14d突出到涡形室16e(进气通道16)中并且突出超过压缩机壳体13的壳体侧连接部13e。密封板14的与进气通道16的涡形室16e相连续的内表面14e包括板侧连接部14d的内表面14f。内表面14f的曲率半径沿朝向涡形室16e的出口16f的方向增大。壳体侧连接部13e在其位于板侧连接部14d侧的部分处相对于板侧连接部14d的顶端而言是凹入的，例如，这种凹入是通过倒角包括制造偏差在内0.0mm至1.8mm来实现的。由此，与板侧连接部14d相接触的壳体侧连接部13e是凹入的，使得板侧连接部14d突出到涡形室16e中并且突出超过壳体侧连接部13e。

也就是说，与压缩机壳体13相连接的密封板14的板侧连接部14d在沿着旋转轴11的方向上突出。此外，密封板14的板侧连接部14d的与进气通道16的涡形室16e相连续的内表面14f的、在包含压缩机17旋转轴线的截面中的曲率半径沿朝向涡形室16e的出口16f的方向增大。

压缩机壳体13的曲面形状关于压缩机17的旋转轴线是不对称的。图5B所示的壳体侧连接部13e的表面相对于沿着旋转轴11的轴线(水平轴线)的角度θ沿朝向出口16f的方向增大。由此，在涡形室16e中，密封板14侧的形状关于压缩机17的旋转轴线是不对称的，并且，从流道效率的观点来说，优选的是该形状与压缩机壳体13侧的曲面形状基本上相符合。

由此，在本实施方式中，涡形室16e的壁表面13d的曲率半径沿朝向出口16f的方向增大，并且板侧连接部14d的内表面14f的曲率半径(倒角角度)也沿朝向出口16f的方向增大。

以这种方式，形成在压缩机壳体13中的涡形室16e的曲面形状的一部分是由密封板14的板侧连接部14d补充的，以便维持涡形室16e的曲面形状。

在模制压缩机壳体13的过程中，需要确保用于形成涡形室16e的涡形型芯20的足够的位置精度，如图6A所示。由此，涡形型芯20相对于模具21定位成朝向扩散侧(向图6A中的右侧)伸出。

在这种情况下，如果为了确保用于安装涡形型芯20的型芯座的配置空间而增大密封板14的装配直径，则涡形室16e的曲面形状被实际地减小与装配直径的增大相对应的量。

即使提高了用于形成涡形室16e的涡形型芯20的位置精度，在压缩机壳体13的制造期间也会实际地出现诸如模制误差之类的偏差。

结果，导致了压缩机壳体13与密封板14之间在与进气通道的延伸方向垂直的方向(反方向)上的高度差，如图6B所示。这降低了流道效率。

鉴于此，根据本发明的本实施方式，涡形室16e的曲面形状由密封板14补充，并且压缩机壳体13的与密封板14相配合的部分设置有关于压缩机17的旋转轴线不对称的倒角。这使得能够抑制因在制造期间产生的偏差而引起的流道阻力的增大。

倒角是通过沿朝向出口16f的方向增大壳体侧连接部13e的内壁表面的曲率半径而形成的。

通过上述构型，压缩机叶轮12的旋转速度根据利用排气的能量来旋转的涡轮机叶轮的旋转速度的变化而变化，并且被压缩机17压缩过的进气的增压压力发生变化然后进气从出口16f排出。

压缩机17通过压缩机叶轮12的旋转来压缩在上游侧引入的进气，然后将已压缩的进气供给至位于下游侧的发动机进气通道(未图示)。

在这种过程中，进气在进气通道16中按以下顺序通过引入通道16a、整流通道16b、叶轮室16c、扩散通道16d、以及涡形室16e。

板侧连接部14d使得能够在抑制流道阻力增大的同时将从扩散通道16d延伸至涡形室16e的通道中的空气有效地引入到涡形室16e中。

如上所述，在根据本发明的本实施方式的涡轮增压器10中，进气通道16是通过将密封板14组装至压缩机壳体13而形成的，并且压缩机壳体13的涡形室16e的壁表面13d的、在包含压缩机17旋转轴线的截面中的曲率半径沿朝向出口16f的方向增大，出口16f位于涡形室16e的沿进气流方向的下游侧。此外，在根据本实施方式的涡轮增压器10中，与压缩机壳体13相连接的密封板14的板侧连接部14d在沿着旋转轴11的方向上突出超过压缩机壳体13的壳体侧连接部13e，并且密封板14的与进气通道16的涡形室16e相连续的内表面的、在包含压缩机17旋转轴线的截面中的曲率半径沿朝向涡形室16e的出口16f的方向增大。通过涡轮增压器10的这种构型能够抑制流道阻力的增大。

在根据本实施方式的涡轮增压器10中，压缩机壳体13可以是三件式压缩机壳体或两件式压缩机壳体。密封板14可以与轴承座成一体。

如上所述，根据本发明的涡轮增压器产生了抑制流道阻力增大的有利效果，这是因为在彼此相邻的压缩机壳体的表面与密封板的表面之间不存在沿与进气通道的延伸方向垂直的方向(反方向)的阻碍进气流的高度差。鉴于此，本发明可以应用于各种各样的具有通过将密封板组装至压缩机壳体而形成的进气通道的涡轮增压器。

Claims (1)

1.一种涡轮增压器(10)，包括：

压缩机壳体(13)，所述压缩机壳体(13)包括涡形室(16e)；以及

密封板(14)，所述密封板(14)组装至所述压缩机壳体，

所述压缩机壳体与所述密封板限定进气通道(16)，

所述密封板包括与所述压缩机壳体相接触的板侧连接部(14d)，

所述压缩机壳体的所述涡形室的壁表面的、在包含压缩机旋转轴线的截面中的曲率半径沿朝向出口的方向增大，所述出口位于所述涡形室的沿进气流方向的下游侧，

所述板侧连接部在沿着所述压缩机旋转轴线的方向上突出，并且

所述密封板的与所述进气通道的所述涡形室相连续的内表面的、在包含所述压缩机旋转轴线的截面中的曲率半径沿朝向所述涡形室的所述出口的方向增大。