CN107542575A - 涡轮 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种涡轮，不会使涡轮效率下降或使涡轮叶轮出口的压力损失增加，而能对从涡轮叶轮的出口排出的流体进行减速。涡轮(3)包括：涡轮叶轮室(43)，设有供排气朝与涡轮叶轮(5)的轴线(C)大致平行的流出方向(F)流出的管状流出部(432)；旁通流路(491)，迂回过涡轮叶轮室(43)的内部；外侧导管(47)，形成有从流出部(432)朝向流出方向(F)扩径的内周面(475)；以及内侧导管(48)，从流出部(432)朝向流出方向(F)延伸，在内侧导管(48)中，在从流出部(432)直至其前端部(481a)之间的至少一部分，设有朝向流出方向(F)扩径的扩散器流路(483)，在内周面(475)设有旁通流路(491)的出口(492)与对出口(492)进行开闭的排气泄压阀(493)。

Description

涡轮
技术领域
本发明涉及一种涡轮(turbine)。更详细而言，本发明涉及一种具备旁通(bypass)流路及对该旁通流路进行开闭的排气泄压阀(waste gate valve)的涡轮，所述旁通流路迂回过收容叶轮(impeller)的叶轮室的内部。
背景技术
在内燃机(internal combustion engine)的增压系统(supercharging system)中，具备增压机，该增压机将设在内燃机的进气流路中的压缩机叶轮(compressorimpeller)与设在排气流路中的涡轮叶轮(turbine impeller)以旋转轴予以连结。增压系统中，通过使内燃机的排气作用于涡轮叶轮，从而将排气能量的一部分转换成旋转轴的轴输出，通过该轴输出来驱动压缩机叶轮旋转，以对内燃机的进气进行增压。而且，此种增压机中，为了使作用于涡轮叶轮的排气的流量增减，设有排气泄压机构。排气泄压机构具备迂回过涡轮叶轮的排气的旁通流路、与对该旁通流路进行开闭的排气泄压阀。
而且，在多数情况下，该旁通流路的出口与对该出口进行开闭的排气泄压阀是设在涡轮叶轮的出口附近。因此，排气的流路剖面积在涡轮叶轮的出口处急遽变大，结果导致涡轮叶轮出口处的压力损失变大。
而且，在专利文献1中揭示了一种技术：在涡轮叶轮的出口与旁通流路的出口处各自设置管(pipe)材，在这些管材的前端附近以各自轴线呈锐角状交叉的方式予以连接。如此，通过在涡轮叶轮的出口与旁通流路中设置各自的管，从而能够防止流路剖面积在涡轮叶轮的出口处急遽变大，因此认为能够抑制涡轮叶轮出口处的压力损失的增加。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平10-82324号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
但是，在专利文献1的发明中，由于将两根管并列设置，因此与外界气体接触的面积增加，涡轮的热容易逃逸，涡轮效率有可能下降。而且，从涡轮叶轮的出口排出的排气的动压高，因此为了减轻碰撞损失或摩擦损失，从涡轮叶轮的出口排出的排气必须减速至适当的速度为止，但在专利文献1的发明中，在涡轮叶轮的出口处连接有流路剖面积大致固定的管材，因此无法获得此种减速效果。
本发明的目的在于提供一种涡轮，不会使涡轮效率下降或者使涡轮叶轮出口处的压力损失增加，而能够对从涡轮叶轮的出口排出的流体进行减速。
[解决问题的技术手段]
(1)涡轮(例如后述的涡轮3)使用流体的能量来使叶轮(例如后述的涡轮叶轮5)旋转，其包括：叶轮室(例如后述的涡轮叶轮室43)，可旋转地收容所述叶轮，并且设有流体的流入部(例如后述的流入部431)及流出部(例如后述的流出部432)，所述流出部供流体朝向与所述叶轮的轴线(例如后述的轴线C)大致平行的流出方向(例如后述的流出方向F)流出；旁通流路(例如后述的旁通流路491)，迂回过所述叶轮室的内部；外侧导管(例如后述的外侧导管47)，形成有从所述流出部朝向所述流出方向扩径的大致圆锥状的内周面(例如后述的内周面475)；以及管状的内侧导管(例如后述的内侧导管48)，设在所述外侧导管的内侧，从所述流出部朝向所述流出方向延伸，在所述内侧导管中，在从所述流出部直至所述内侧导管的前端部(例如后述的前端部481a)之间的至少一部分，设有朝向所述流出方向扩径的扩散器流路(例如后述的扩散器流路483)，在所述内周面，设有所述旁通流路的出口(例如后述的出口492)与对该出口进行开闭的排气泄压阀(例如后述的排气泄压阀493)。
(2)此时，优选的是，在所述外侧导管的前端部，设有朝向所述叶轮的径向延伸的外侧凸缘(例如后述的外侧凸缘471)，在所述内侧导管的前端部(例如后述的前端部481a)，设有朝向所述叶轮的径向延伸且形成有一个或多个贯穿孔(例如后述的贯穿孔489a～489f)的内侧凸缘(例如后述的内侧凸缘485)，所述内侧凸缘被固定于所述外侧凸缘。
(3)此时，优选的是，在所述外侧导管的基端部，形成有与所述流出部的所述内周面连接的外侧开口部(例如后述的外侧开口部476)，在所述内侧导管的基端部，形成有内侧开口部(例如后述的内侧开口部484)，该内侧开口部与形成在所述内侧导管内部的流路连接，且在所述内侧凸缘固定于所述外侧凸缘的状态下，与所述外侧开口部相向，在所述内侧凸缘被固定于所述外侧凸缘且所述流出部及所述内侧导管为常温的状态下，在所述外侧开口部与所述内侧开口部之间形成间隙(例如后述的间隙49)。
(4)此时，优选的是，在所述内侧凸缘被固定于所述外侧凸缘且所述流出部及所述内侧导管为常温的状态下，所述内侧导管中的所述内侧开口部侧的内径(di)稍大于所述流出部中的所述外侧开口部侧的内径(do)。
(5)此时，优选的是，形成在所述内侧导管内部的流路的入口与出口之间的扩展角(2θ)处于8度至30度之间。
[发明的效果]
(1)本发明中，在流体从叶轮室内朝流出方向流出的流出部，设置外侧导管与管状的内侧导管，所述外侧导管形成有从该流出部朝向流出方向扩径的大致圆锥状的内周面，所述内侧导管设于该外侧导管的内侧，从流出部朝向流出方向延伸。而且，通过将外侧导管的内周面设为大致圆锥状，从而在外侧导管与内侧导管之间形成空间，而且，在该外侧导管的内周面设置对旁通流路的出口与该出口进行开闭的排气泄压阀。由此，从旁通流路的出口流出的流体流经外侧导管与内侧导管之间，而且，从叶轮室的流出部流出的流体流经内侧导管的内部。由此，从叶轮室的流出部流出的流体的流路剖面积不会急遽变大，因此能够抑制流出部的压力损失的增加。而且，通过在外侧导管的内侧设置内侧导管，从而内侧导管不会直接暴露于外界气体中，因此能够使叶轮室内的热难以逃逸，甚而能够抑制涡轮效率的下降。而且，在内侧导管设置扩散器流路，该扩散器流路在从流出部直至其前端部之间的至少一部分朝向流出方向扩径，由此，从流出部流出的流体在流经该扩散器流路的过程中减速，从而能够使静压上升，因此能够降低碰撞损失或摩擦损失。
(2)本发明中，在外侧导管中的与流出部为相反侧的前端部设置外侧凸缘，在内侧导管中的与流出部为相反侧的前端部，设置形成有至少一个或多个贯穿孔的内侧凸缘，通过将这些内侧凸缘与外侧凸缘予以固定，从而将内侧导管安装至外侧导管。即，从旁通流路流出的流体流经外侧导管与内侧导管之间，并通过形成在内侧凸缘上的贯穿孔而与流经内侧导管内的流体汇流。因此，根据本发明，不会阻碍从旁通流路流出的流体的流动而能够将内侧导管固定至外侧导管。而且，凸缘接触外部的面积大，因此温度的下降大。因此，本发明中，通过如此般在远离流出部的前端部设置凸缘，从而能够使涡轮叶轮室内的热更难以逃逸，甚而能够减小外侧导管与内侧导管之间的温度差，因此能够进一步抑制涡轮效率的下降。
(3)根据本发明，在内侧凸缘被固定于外侧凸缘且流出部及内侧导管为常温的状态下，与形成在内侧导管内部的流路连接的内侧开口部和与流出部的内周面连接的外侧开口部相向，且在它们之间形成间隙。此处，从涡轮叶轮室流出的高温流体从流出部流向内侧导管，因此存在下述情况：内侧导管达到高温而沿着轴线热延伸。本发明中，在常温状态下，在所述内侧开口部与外侧开口部之间设置间隙，由此，在内侧导管的热延伸时，能够允许内侧导管朝向流出部侧的热延伸。
(4)根据本发明，在内侧凸缘被固定于外侧凸缘且流出部及内侧导管为常温的状态下，内侧导管的内径稍大于流出部的内径。此处，从涡轮叶轮室流出的高温流体从流出部流向内侧导管，因此流出部及内侧导管达到高温，从而因热膨胀导致各自的内径变大。此时，若对内侧导管的温度与流出部的温度进行比较，由于流出部接近涡轮叶轮室，因此流出部温度更高，从而膨胀更大。本发明中，考虑到内侧导管与流出部的温度差，在它们为常温的状态下，使内侧导管中的内侧开口部侧的内径大于流出部中的外侧开口部侧的内径。由此，在内侧导管及流出部达到高温时，能够使内侧导管的内径与流出部的内径大致相等，从而能够使内侧导管的内周面与流出部的内周面大致齐平，因此能够降低内侧导管与流出部之间的损失。
(5)理论上，入口与出口之间的扩展角2θ越大，形成在内侧导管内部的流路中的静压恢复系数越大。但是，扩展角2θ存在极限，若超过极限而过大，则流体会从流路的内周面剥离而产生紊流，从而静压恢复系数有时反而会变小。本发明中，将形成在内侧导管内部的流路的入口与出口之间的扩展角2θ设定在8度至30度之间。通过将扩展角设定在此种范围内，从而能够在不会产生流体剥离的范围内将静压恢复系数设为适当的大小。
附图说明
图1是表示适用了本发明的一实施方式的应用了涡轮的内燃机的增压系统的结构的图。
图2是表示涡轮的结构的剖面图。
图3是表示排气导管的结构的立体图。
图4是沿着旋转轴的轴线观察到的外侧导管的正面图。
图5是沿着旋转轴的轴线观察到的内侧导管的正面图。
图6是示意性地表示中央导管的内部流路的形状的图。
图7是表示中央导管的内部流路中的静压恢复系数与扩展角的关系的图。
图8是表示排气导管中的排气流量与总压损失的关系的图。
[符号的说明]
1：增压机
2：旋转轴
2θ：扩展角
3：涡轮
4：涡轮壳体
5：涡轮叶轮
6：压缩机
7：压缩机壳体
8：压缩机叶轮
42：涡轮涡形流路
43：涡轮叶轮室(叶轮室)
45、93：排气流路
46：排气导管
47：外侧导管
48：内侧导管
49：间隙
51：轮
52：桨叶
53：前缘部
54：后缘部
55：末端端缘
72：压缩机叶轮室
91：内燃机
92：进气流路
431：流入部
432：流出部
433：套罩
471：外侧凸缘
472、486：凸缘面
475：内周面
476：外侧开口部
477：陡斜面
478：缓斜面
481：中央导管
481a：前端部
481b：基端部
482：直线流路
483：扩散器流路
484：内侧开口部
485：内侧凸缘
485a：内侧凸缘的正面
489a、489b、489c、489d、489e、489f：贯穿孔
491：旁通流路
492：出口
493：排气泄压阀
B：螺栓
C：轴线
C1、C2、C3、C4：中心
Cp：静压恢复系数
di：内侧导管的内径
do：流出部的内径
F：流出方向
R1、R2：半径
S：增压系统
Z：流路整体的长度
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的一实施方式。
图1是表示适用了本实施方式的应用了涡轮3内燃机91的增压系统S的结构的图。
增压系统S包括：进气流路92，将进气导向内燃机91的燃烧室；排气流路93，对从内燃机91的燃烧室排出的排气进行引导；以及增压机1，利用旋转轴2将设在所述进气流路92中的压缩机6及设在排气流路93中的涡轮3予以连结而构成，使用排气的能量来压缩进气。
涡轮3包括：涡轮壳体(turbine housing)4，形成有构成排气流路93的一部分的涡轮叶轮室43；涡轮叶轮5，在该涡轮叶轮室43内可以旋转轴2为中心而旋转地设置；旁通流路491，迂回过涡轮叶轮室43的内部；以及排气泄压阀493，对该旁通流路491进行开闭。
压缩机6包括：压缩机壳体7，形成有构成进气流路92的一部分的压缩机叶轮室72；以及压缩机叶轮8，在压缩机叶轮室72内可以旋转轴2为中心而旋转地设置。
增压机1如下所述般使用排气的能量来压缩进气。首先，当朝关闭侧控制排气泄压阀493时，内燃机91的排气被导入至涡轮叶轮室43内。导入至涡轮叶轮室43内的排气在该涡轮叶轮室43内从入口朝向出口流动的过程中作用于涡轮叶轮5，通过排气的能量，涡轮叶轮5以旋转轴2为中心而旋转。而且，当旋转轴2旋转时，连结于该旋转轴2的压缩机叶轮8旋转，由此，流经进气流路92并被导入内燃机91的进气受到压缩。
以下，参照图2～图7来详细说明涡轮3的结构。
图2是表示本实施方式的涡轮3的结构的剖面图。
涡轮3具备构成排气流路的一部分的涡轮壳体4、及设在该涡轮壳体4中的涡轮叶轮5，将流经排气流路的排气的能量转换成使旋转轴2及连结于该旋转轴2的压缩机叶轮8(参照图1)旋转的机械动力。
在涡轮壳体4中，具备：排气导入导管(未图示)，与内燃机的排气流路连接；环状的涡轮涡形(scroll)流路42，供从该排气导入导管导入的排气流动；涡轮叶轮室43，可旋转地收容涡轮叶轮5，并且设有作为排气入口的流入部431及作为排气出口的流出部432；环状的排气流路45，连通涡轮涡形流路42与涡轮叶轮室43的流入部431；以及排气导管46，对从涡轮叶轮室43的流出部432流出的排气进行引导。
涡轮叶轮5具备圆锥状的轮(wheel)51、及设在该轮51外周面的板状的多个桨叶(blade)52。在轮51中，形成有沿着旋转轴2的轴线C而从流入部431侧朝向流出部432侧平滑地缩径的轮轴面。各桨叶52是在轮51的轮轴面上沿着周方向等间隔地设置。各桨叶52是在轮轴面上从作为排气入口的前缘部53，朝向作为排气出口的后缘部54而以规定的角度分布延伸的板状。各桨叶52的末端(tip)端缘55是沿着在将涡轮叶轮5收进涡轮叶轮室43时相向的后述的套罩433的表面形状而形成。
涡轮涡形流路42为环状，且以围绕涡轮叶轮室43的方式而形成。涡轮涡形流路42从连接于排气导入导管的基端侧朝向前端侧而沿着涡轮叶轮5的周方向延伸。而且，涡轮涡形流路42的流路剖面积随着与涡轮叶轮5的旋转方向相同的方向而逐渐变小。由此，从排气导入导管导入的排气在流经涡轮涡形流路42的过程中，一边朝与涡轮叶轮5的旋转方向相同的方向受到加速，一边经由排气流路45而流入至涡轮叶轮室43的流入部431。
在涡轮叶轮室43内，形成有覆盖涡轮叶轮5的侧部的套罩433。套罩433具备从涡轮叶轮5的前缘部53直至后缘部54为止沿着末端端缘55的形状的套罩面，更具体而言，具备与当涡轮叶轮5以旋转轴2为中心旋转时由涡轮叶轮5的末端端缘55所形成的包络面大致相等形状的套罩面，通过该套罩面来覆盖涡轮叶轮5的侧部即末端端缘55。
此种套罩433中的涡轮叶轮5的前缘部53侧成为具有与该前缘部53的高度大致相等宽度的环状的流入部431。而且，套罩433中的涡轮叶轮5的后缘部54侧成为与旋转轴2的轴线C大致平行的管状的流出部432。另外，流出部432并不限于如图2所示般沿着轴线C具有大致固定的内径者，也可为朝向流出方向F而其内径扩径者、或与旋转轴2同心的环状的开口状者。
通过涡轮涡形流路42而在与涡轮叶轮5的旋转方向相同的方向上受到加速的排气经由流入部431而流入涡轮叶轮室43内所设的涡轮叶轮5的前缘部53，沿着轮轴面而流经形成在各桨叶52之间的流路，并从后缘部54流出。从后缘部54流出的排气在流出部432内朝向与轴线C大致平行的流出方向F流动。
图3是表示排气导管46的结构的立体图。
排气导管46是将外侧导管47与内侧导管48利用多个紧固构件即螺栓B予以紧固而构成，所述外侧导管47与涡轮叶轮室43或涡轮涡形流路42等作为一体，即，为涡轮壳体4的一部分，所述内侧导管48是独立于该外侧导管47的零件，且设在外侧导管47的内侧。
图4是沿着旋转轴的轴线观察到的外侧导管47的正面图。
图5是沿着旋转轴的轴线观察到的内侧导管48的正面图。
外侧导管47是从涡轮叶轮室43的流出部432朝向流出方向F延伸的管状，在流出方向F侧的前端部形成有外侧凸缘471，该外侧凸缘471形成有朝向涡轮叶轮5的径向延伸的凸缘面472。而且，外侧导管47的内周面475成为从涡轮叶轮室43的流出部432朝向流出方向F扩径的大致截锥状。在外侧导管47的内周面475中的涡轮叶轮室43的流出部432侧，形成有与旋转轴2同心且与流出部432的内周面连接的、环状的外侧开口部476。
如图4所示，外侧导管47的内周面475的中心在流出部432侧与外侧凸缘471侧偏心。更具体而言，内周面475的流出部432侧的中心C1相对于内周面475的外侧凸缘471侧的中心C2而朝图4中右下侧偏离。因此，内周面475的扩展角沿着涡轮叶轮5的周方向而不一样。即，内周面475在沿着涡轮叶轮5的轴线观察时，在靠中心C1处成为扩展角小的陡斜面477，在靠中心C2处成为扩展角大的缓斜面478。
而且，在外侧导管47的内周面475中的如上所述般扩展角小的陡斜面477，设有所述的旁通流路491的出口492与对该出口492进行开闭的排气泄压阀493。因此，当打开排气泄压阀493时，迂回过涡轮叶轮室43内部的排气从旁通流路491的出口492排出至外侧导管47与内侧导管48之间。
内侧导管48具备：管状的中央导管481，从涡轮叶轮室43的流出部432朝向流出方向F延伸；以及内侧凸缘485，在该中央导管481的前端部481a朝向涡轮叶轮5的径向延伸。如图2所示，中央导管481的前端部481a相对于内侧凸缘485的正面485a而朝向流出方向F稍稍突出。
在中央导管481的内部，形成有：直线流路482，从涡轮叶轮室43的流出部432侧以固定的内径而沿着轴线C延伸；以及扩散器流路483，从直线流路482直至前端部481a为止，一边朝向流出方向F扩径一边沿着轴线C延伸。而且，在中央导管481中的、涡轮叶轮室43的流出部432侧的基端部481b，形成有环状的内侧开口部484，该内侧开口部484与直线流路482连接且与形成于外侧导管47的外侧开口部476相向。
另外，以下，对如图2所示般中央导管481的内部流路是将内径固定的直线流路482与内径扩径的扩散器流路483予以组合而构成的情况进行说明，但无须设置直线流路482。换言之，中央导管481的内部流路只要从其入口侧朝向出口侧而以后述的扩展角2θ扩径即可。
在内侧凸缘485中的外侧导管47侧的周缘，形成有与外侧导管47的凸缘面472接触的圆环状的凸缘面486。而且，如图5所示，在内侧凸缘485中的凸缘面486与中央导管481之间，沿着涡轮叶轮5的周方向而隔开间隔地形成有供从旁通流路491的出口492排出的排气流动的多个(图5的示例中为六个)贯穿孔489a、489b、489c、489d、489e、489f。
如图5所示，内侧导管48的中心在中央导管481侧与内侧凸缘485侧偏心。更具体而言，中央导管481的中心C3相对于凸缘面486的中心C4而朝图5中左下侧偏离。在将内侧导管48固定于外侧导管47的状态下，内侧导管48的中心C3与外侧导管47的中心C1大致一致，内侧导管48的中心C4与外侧导管47的中心C2大致一致(参照图4)。因此，内侧凸缘485中的凸缘面486与中央导管481之间的沿着涡轮叶轮5的径向的长度，沿着周方向而不一样。因此，靠中心C3形成的贯穿孔489a、489b、489f的面积小于靠中心C4形成的贯穿孔489c、489d、489e的面积。
此处，从旁通流路491的出口492排出的排气不经由涡轮叶轮室43内，因此温度比从中央导管481排出的排气高。本实施方式的内侧导管48中，通过如此般在中央导管481的周围形成多个贯穿孔489a～489f，从而能够对经由旁通流路491的高温排气进行搅拌，因此能够使高温的排气均匀地接触至设于较内侧导管48更下游侧的排气净化催化剂，因此能够使排气净化催化剂的温度快速上升。
另外，这些贯穿孔489a～489f的数量或形状并不限于图5所示者。即，作为经由旁通流路491的排气的流路的、贯穿孔的数量并不如图5的示例所示般限于六个，只要为至少一个即可。而且，贯穿孔的形状并不限于图5所示的圆形状，也可为椭圆形状、矩形状或将各贯穿孔489a～489f连接而构成的圆弧状的狭缝(slit)。
如上所述般构成的内侧导管48与外侧导管47以下述方式利用多个螺栓B来紧固，从而得以固定，即，内侧凸缘485的凸缘面486与外侧凸缘471的凸缘面472接触，内侧导管48的中心C3与外侧导管47的中心C1大致一致，进而，内侧导管48的中心C4与外侧导管47的中心C2大致一致。
而且，如图2所示，当将内侧导管48固定于外侧导管47时，内侧导管48的内侧开口部484与外侧导管47的外侧开口部476相向，由此，由流出部432内的流路、内侧导管48内的直线流路482及扩散器流路483形成排气的流路。
而且，考虑到内侧导管48会因排气的热而沿着旋转轴2的轴线热延伸的情况，在所述内侧开口部484与外侧开口部476之间，在流出部432及内侧导管48为常温的状态下形成间隙49。而且，因排气的热，流出部432及内侧导管48会发生热膨胀，从而各自的内径变大。此时，流出部432较内侧导管48更接近涡轮叶轮室43，因此比内侧导管48膨胀更大。对于流出部432与内侧导管48，考虑到此种温度差的产生，在流出部432及内侧导管48为常温的状态下，内侧导管48中的内侧开口部484侧的内径di形成得比流出部432中的外侧开口部476侧的内径do稍大。
而且，在内侧开口部484与外侧开口部476之间形成有间隙49，因此，从流出部432流出的排气的一部分有时不会流经内侧导管48内的流路而是经由间隙49流入至内侧导管48与外侧导管47之间。因此，本实施方式中，如图2所示，所述内侧开口部484及外侧开口部476均形成为朝向流出方向F扩径的锥状。由此，既能在内侧开口部484与外侧开口部476之间确保用于容许热延伸的间隙49，又能抑制排气向该间隙49内的流入。另外，除此以外，虽省略图示，但在内侧开口部484设置环状的凸条部或凹条部，并在外侧开口部476设置与此成对的环状的凹条部或凸条部，也能确保间隙49并抑制排气向该间隙49内的流入。
而且，如图2所示，当将内侧导管48固定于外侧导管47时，内侧导管48的中央导管481经由微小的间隙49而与涡轮叶轮室43连接。由此，形成于涡轮叶轮室43内的流出部432、与形成于中央导管481内的直线流路482及扩散器流路483大致成一体。因此，通过涡轮叶轮室43内并从流出部432朝向流出方向F流出的排气在流经直线流路482及扩散器流路483的过程中受到减速，从而静压上升。另一方面，通过打开排气泄压阀493，从而从旁通流路491的出口492排出的排气流经形成在外侧导管47的内周面475、与内侧导管48的中央导管481的外周面之间的流路，并经由形成于内侧凸缘485的多个贯穿孔489a～489f而排出至内侧导管48的外侧，并与从中央导管481排出的排气汇流。
此处，对于中央导管481的内部流路的入口与出口之间的扩展角2θ的优选设定，参照图6及图7来进行说明。
图6是示意性地表示中央导管481的内部流路的形状的图。
如上所述，形成在中央导管481内部的流路是将直线流路482与扩散器流路483加以组合而构成。此处，对于中央导管481的内部的流路的入口与出口之间的扩展角2θ，若设直线流路482与扩散器流路483合计的流路整体的长度为“Z”、直线流路482的入口侧的半径为“R1”、扩散器流路483的出口侧的半径为“R2”，则扩展角2θ通过使用它们的反正切函数来表达(2θ＝2tan-1((R2-R1)/Z))。
图7是表示成为中央导管内部流路中的静压恢复效果的指标的静压恢复系数Cp与如上所述般定义的扩展角2θ的关系的图。
理论上，入口与出口的扩展角2θ越大，静压恢复系数越大。但是，如图7所示，扩展角2θ存在极限，若超过限界而过大，则排气会从流路的内周面剥离而产生紊流，从而静压恢复系数有时反而会变小。因此，根据图7的结果，优选的是，中央导管的内部流路的扩展角2θ设定在8度至30度之间，以获得充分的静压恢复效果。
根据本实施方式的涡轮3，起到以下效果。
(1)涡轮3中，在涡轮叶轮室43的流出部432，设置外侧导管47与内侧导管48，所述外侧导管47形成有从该流出部432朝向流出方向F扩径的大致截锥状的内周面475，所述内侧导管48从流出部432朝向流出方向F延伸。而且，通过将外侧导管47的内周面475设为大致截锥状，从而在外侧导管47与内侧导管48之间形成空间，而且，在该外侧导管47的内周面475设置旁通流路491的出口492与对该出口492进行开闭的排气泄压阀493。由此，从旁通流路491的出口492流出的排气流经外侧导管47与内侧导管48之间，而且，从涡轮叶轮室43的流出部432流出的排气流经内侧导管48的中央导管481的内部。由此，从流出部432流出的排气的流路剖面积不会急遽变大，因此能够抑制流出部432中的压力损失的增加。而且，通过在外侧导管47的内侧设置内侧导管48，从而内侧导管48不会直接暴露于外界气体中，因此能够使涡轮叶轮室43内的热难以逃逸，甚而能够抑制涡轮效率的下降。而且，在中央导管481的内部设置扩散器流路483，该扩散器流路483在从流出部432直至其前端部481a之间的至少一部分朝向流出方向F扩径，由此，从流出部432流出的排气在流经该扩散器流路483的过程中减速，从而能够使静压上升，因此能够降低碰撞损失或摩擦损失。
图8是表示排气导管中的排气的流量[kg/s]与总压损失[％]的关系的图。图8中，虚线表示从以往的涡轮3的排气导管的入口直至出口之间的总压损失，实线表示从本实施方式的涡轮3的排气导管46的入口直至出口(即，从排气导管46中的内侧导管48的中央导管481的基端部481b直至前端部481a)之间的总压损失。此处，所谓以往的涡轮的排气导管，是指从本实施方式的涡轮3去除内侧导管48者，即外侧导管47。如该图8所示，根据本实施方式的涡轮3，通过设置内侧导管48，从而能够在整个流量区域中降低总压损失。
(2)涡轮3中，在外侧导管47中的与流出部432为相反侧的前端部设置外侧凸缘471，在内侧导管48中的与流出部432为相反侧的前端部481a，设置形成有多个贯穿孔489a～489f的内侧凸缘485，通过将这些内侧凸缘485与外侧凸缘471予以固定，从而将内侧导管48安装至外侧导管47。即，从旁通流路491流出的排气流经外侧导管47与内侧导管48之间，并通过形成在内侧凸缘485上的贯穿孔489a～489f而与流经中央导管481内的排气汇流。因此，根据涡轮3，不会阻碍从旁通流路491流出的排气的流动而能够将内侧导管48固定至外侧导管47。而且，凸缘接触外部的面积大，因此温度的下降大。因此，涡轮3中，通过如此般在远离流出部432的前端部设置凸缘471、485，从而能够使涡轮叶轮室43内的热更难以逃逸，甚而能够减小外侧导管47与内侧导管48之间的温度差，因此能够进一步抑制涡轮效率的下降。
(3)根据涡轮3，在内侧凸缘485被固定于外侧凸缘471且流出部432及内侧导管48为常温的状态下，与直线流路482连接的内侧开口部484和与流出部432的内周面连接的外侧开口部476相向，且在它们之间形成间隙49。涡轮3中，通过设置此种间隙49，从而在内侧导管48的热延伸时，能够允许内侧导管48朝向流出部432侧的热延伸。
(4)根据涡轮3，在内侧凸缘485被固定于外侧凸缘471且流出部432及内侧导管48为常温的状态下，内侧导管48的内径di稍大于流出部432的内径do。流出部432较内侧导管48更接近涡轮叶轮室43，因此温度比内侧导管48更高，从而膨胀更大。根据涡轮3，通过考虑到此种温度差来对内径设置差异，从而在内侧导管48及流出部432达到高温时，能够使内侧导管48的内径di与流出部432的内径do大致相等，从而能够使内侧导管48的内周面与流出部432的内周面大致齐平，因此能够降低内侧导管48与流出部432之间的损失。
(5)涡轮3中，将在中央导管481的内部由直线流路482及扩散器流路483所形成的流路的入口与出口之间的扩展角2θ设定在8度至30度之间。通过将扩展角设定在此种范围内，从而能够在不会产生流体剥离的范围内将静压恢复系数设为适当的大小。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于此。也可在本发明的主旨的范围内适当变更细节的结构。
例如，所述实施方式中，对将本发明的涡轮适用于对内燃机91所吸入的进气进行压缩的增压机1的情况进行了说明，但本发明并不限于此。本发明的涡轮除了内燃机的增压机以外，还能够适用于喷气发动机(jet engine)或泵(pump)等使用叶轮来进行流体的能量与机械能量的转换的所谓涡轮机。

Claims (5)

1.一种涡轮，使用流体的能量来使叶轮旋转，所述涡轮的特征在于包括：
叶轮室，可旋转地收容所述叶轮，并且设有流体的流入部及流出部，所述流出部供流体朝向与所述叶轮的轴线大致平行的流出方向流出；
旁通流路，迂回过所述叶轮室的内部；
外侧导管，形成有从所述流出部朝向所述流出方向扩径的大致圆锥状的内周面；以及
管状的内侧导管，设在所述外侧导管的内侧，从所述流出部朝向所述流出方向延伸，
在所述内侧导管中，在从所述流出部直至所述内侧导管的前端部之间的至少一部分，设有朝向所述流出方向扩径的扩散器流路，
在所述内周面，设有所述旁通流路的出口与对所述出口进行开闭的排气泄压阀。
2.根据权利要求1所述的涡轮，其特征在于，
在所述外侧导管的前端部，设有朝向所述叶轮的径向延伸的外侧凸缘，
在所述内侧导管的前端部，设有朝向所述叶轮的径向延伸且形成有一个或多个贯穿孔的内侧凸缘，
所述内侧凸缘被固定于所述外侧凸缘。
3.根据权利要求2所述的涡轮，其特征在于，
在所述外侧导管的基端部，形成有与所述流出部的所述内周面连接的外侧开口部，
在所述内侧导管的基端部，形成有内侧开口部，所述内侧开口部与形成在所述内侧导管的内部的流路连接，且在所述内侧凸缘固定于所述外侧凸缘的状态下，与所述外侧开口部相向，
在所述内侧凸缘被固定于所述外侧凸缘且所述流出部及所述内侧导管为常温的状态下，在所述外侧开口部与所述内侧开口部之间形成间隙。
4.根据权利要求3所述的涡轮，其特征在于，
在所述内侧凸缘被固定于所述外侧凸缘且所述流出部及所述内侧导管为常温的状态下，所述内侧导管中的所述内侧开口部侧的内径稍大于所述流出部中的所述外侧开口部侧的内径。
5.根据权利要求1或2所述的涡轮，其特征在于，
形成在所述内侧导管的内部的流路的入口与出口之间的扩展角处于8度至30度之间。
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