CN110546357A - 涡轮增压器用涡轮机以及涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

涡轮增压器用涡轮机具备：涡轮机叶轮，其经由旋转轴与压缩机叶轮连结；涡轮机壳体，其以覆盖所述涡轮机叶轮的方式设置，并包括涡旋流路以及涡旋出口部，该涡旋出口部设于该涡旋流路的径向内侧并用于将来自所述涡旋流路的废气向所述涡轮机叶轮引导；背面侧部件，其以与所述涡轮机叶轮的背面对置的方式设置；所述背面侧部件在与所述涡轮机叶轮的所述背面对置的叶轮对置面上具有朝向所述背面突出并且沿周向延伸的凸部。

Description

涡轮增压器用涡轮机以及涡轮增压器
技术领域
本公开涉及一种涡轮增压器用涡轮机以及涡轮增压器。
背景技术
以往，在船舶、汽车用等的内燃机中，对于由其排气能驱动的、提高内燃机的进气压力以使内燃机的输出增大的涡轮增压器，做出了各种发明。这样的涡轮增压器具备隔着轴承壳体配置的压缩机和涡轮机。
在专利文献1中，公开了一种压缩机叶轮和涡轮机叶轮通过由轴承支承的旋转轴互相连结的涡轮增压器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-234713号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
近年来，伴随着涡轮增压器高压力比化的需求，压缩机叶轮倾向于直径比涡轮机叶轮大。伴随着压缩机叶轮的大径化，作用在压缩机叶轮背面的推力(在从涡轮机朝向压缩机的方向上产生的力)比作用在涡轮机叶轮背面的推力(在从压缩机朝向涡轮机的方向上产生的力)大。其结果，施加于轴承的载荷增加，整个转子产生机械损耗，导致涡轮增压器的效率降低。
因此，本发明的至少几个实施方式的目的在于，提供一种促进涡轮增压器的高压力比化并对包括压缩机叶轮及涡轮机叶轮的整个转子所产生的机械损耗的降低有效的涡轮增压器用涡轮机以及涡轮增压器。
用于解决技术问题的手段
(1)本发明的几个实施方式的涡轮增压器用涡轮机具备：
涡轮机叶轮，其经由旋转轴与压缩机叶轮连结；
涡轮机壳体，其以覆盖所述涡轮机叶轮的方式设置，并包括涡旋流路以及涡旋出口部，该涡旋出口部设于该涡旋流路的径向内侧并用于将来自所述涡旋流路的废气向所述涡轮机叶轮引导；
背面侧部件，其以与所述涡轮机叶轮的背面对置的方式设置；
所述背面侧部件在与所述涡轮机叶轮的所述背面对置的叶轮对置面上具有朝向所述背面突出并且沿周向延伸的凸部。
在上述(1)的结构中，背面侧部件在与涡轮机叶轮的背面对置的叶轮对置面上具有朝向背面突出并且沿周向延伸的凸部。从涡旋出口部进入涡轮机叶轮背面和叶轮对置面的间隙中的废气流被凸部缩流。由此，施加于涡轮机叶轮背面的静压在凸部的附近或凸部的上流侧上升，试图绕过凸部的气流与涡轮机叶轮的背面碰撞，因此能够增大作用在涡轮机叶轮背面的推力。其结果，由于作用在压缩机叶轮以及涡轮机叶轮各自的背面的推力的大小之差减少，因此即使在因压缩机叶轮的大径化而导致作用在压缩机叶轮背面的推力变大的情况下，也能够降低整个转子产生的机械损耗。
(2)在几个实施方式中，在上述(1)的结构中，
所述背面侧部件的所述叶轮对置面包括：
第一区域，其位于所述凸部的径向外侧并沿着径向延伸；
第二区域，其从所述第一区域起沿着轴向朝向所述背面延伸，并形成所述凸部的外表面的一部分；
第三区域，其位于所述第二区域的所述径向内侧，并形成所述凸部的所述外表面的另一部分。
根据上述(2)的结构，背面侧部件的叶轮对置面包括第二区域，该第二区域从第一区域起沿着轴向朝向背面延伸，并形成所述凸部的外表面的一部分。在沿着轴向的第二区域中，废气的流路急剧变窄，从而能够利用第二区域使废气流有效地缩流。因此，能够更进一步地提高施加于涡轮机叶轮背面的静压，且能够有效地形成朝向涡轮机叶轮背面的废气流。因此，能够有效地增大作用在涡轮机叶轮背面的推力。
(3)在几个实施方式中，在上述(1)或(2)的结构中，
在所述凸部的前端的半径方向位置处，所述涡轮机叶轮的所述背面和所述凸部的距离最小。
根据上述(3)的结构，从涡旋出口部进入背面的废气流在凸部的前端的半径方向位置处流路宽度最小。由此，在凸部的前端的半径方向位置附近或其上游侧，施加于涡轮机叶轮背面的静压上升，从而能够使作用在涡轮机叶轮背面的推力增大。
(4)在几个实施方式中，在上述(1)～(3)中的任一结构中，
在将所述涡轮机叶轮的半径设为r时，所述凸部的最外周部包含在0.6r以上0.8r以下的径向位置范围内。
据本发明人所知，从涡旋出口部向涡轮机叶轮的背面和叶轮对置面之间流入的废气流具有回旋成分，因此作用在涡轮机叶轮背面的静压在涡轮机叶轮的外周区域存在朝向径向内侧减少的倾向。
这一点，如上述(4)的结构，在将所述涡轮机叶轮的半径设为r时，通过将凸部的最外周部设于0.6r以上的径向位置，能够利用凸部有效地抑制由废气流的回旋成分引起的涡轮机叶轮的外周区域的静压的减少，从而能够有效地使作用在涡轮机叶轮背面的推力增大。
另外，通过将凸部的最外周部设于0.8r以下的径向位置，能够利用凸部的缩流效果充分地确保承受在凸部附近或凸部上游侧升高的静压的涡轮机叶轮背面的面积，能够有效地使作用在涡轮机叶轮背面的推力增大。
(5)在几个实施方式中，在上述(1)～(4)中的任一结构中，
所述背面侧部件具有第一锥面，该第一锥面位于所述凸部的径向外侧，并以朝向所述径向内侧靠近所述涡轮机叶轮的所述背面的方式相对于所述径向倾斜地形成。
根据上述(5)的结构，利用以朝向径向内侧靠近涡轮机叶轮的背面的方式相对于径向倾斜地形成的第一锥面，能够使在涡轮机叶轮的背面和背面侧部件之间流动的废气的流路向背面侧收拢。通过将废气流积极地向背面侧引导，能够在离背面更近的区域中提高压力，能够增大作用在涡轮机叶轮背面的推力。
(6)在几个实施方式中，在上述(5)的结构中，
所述背面侧部件具有第二锥面，该第二锥面位于所述第一锥面的径向内侧且所述凸部的径向外侧，并以朝向所述径向内侧远离所述涡轮机叶轮的所述背面的方式相对于所述径向倾斜地形成。
根据上述(6)的结构，由于具有位于第一锥面的径向内侧且凸部的径向外侧、并以朝向径向内侧远离涡轮机叶轮的背面的方式相对于径向倾斜地形成的第二锥面，因此能够利用第二锥面使在第一锥面处变窄的流路扩大。由于扩大的流路使废气流减速，因此能够提高作用在涡轮机叶轮背面的静压。因此，能够增大作用在涡轮机叶轮背面的推力。
(7)在几个实施方式中，在上述(1)～(6)中的任一结构中，
所述涡旋出口部具有：
护罩侧壁面；
轮毂侧壁面，其以与所述护罩侧壁面对置的方式位于所述涡轮机叶轮的轮毂侧；
所述轮毂侧壁面在至少一部分的径向区域具有以朝向所述径向内侧沿轴向远离所述护罩侧壁面的方式相对于所述径向倾斜地形成的第三锥面。
根据上述(7)的结构，由于轮毂侧壁面在至少一部分的径向区域具有以朝向径向内侧沿轴向远离护罩侧壁面的方式相对于径向倾斜地形成的第三锥面，因此能够减弱来自涡旋出口部的废气的回旋成分，从而将废气向涡轮机叶轮的背面和背面侧部件之间顺畅地引导。由此，在背面和背面侧部件之间流动的废气的流量增加，能够提高背面侧的压力。
(8)在几个实施方式中，在上述(7)的结构中，
所述第三锥面相对于所述径向所成的角度为10度以上40度以下。
本发明人经过研究，结果发现通过将第三锥面相对于径向所成的角度设为10度以上40度以下，能够有效地增大作用在涡轮机叶轮背面的推力。上述(8)的结构应用了本发明人的上述研究结果，能够有效地增大作用在涡轮机叶轮背面的推力。
(9)在几个实施方式中，在上述(7)或(8)的结构中，
所述背面侧部件具有第一锥面，该第一锥面以朝向所述径向内侧靠近所述涡轮机叶轮的所述背面的方式相对于所述径向倾斜地形成，
所述第一锥面的最外周部包含于夹在第一直线和第二直线之间的区域中，所述第一直线是使通过所述第三锥面的径向内侧端的所述轮毂侧壁面的切线在沿所述轴向远离所述护罩侧壁面的方向上倾斜10度而得的直线，所述第二直线是使所述第三锥面的切线在沿所述轴向靠近所述护罩侧壁面的方向上倾斜10度而得的直线。
在第一锥面的最外周部位于比第一直线靠径向外侧的区域的情况下，形成于第一锥面的最外周部附近的、废气几乎不流动的区域(死区)变大。因此，来自涡旋出口部的废气流中的滞留在死区中的废气流增加，通过第一锥面所获得的压力增加效果变小。另外，在第一锥面的最外周部位于比第二直线靠径向内侧的区域的情况下，废气流被向来自涡旋出口部的废气的流路中突出的最外周部妨碍，有可能产生压力损失。
这一点，根据上述(9)的结构，不但能将来自涡旋出口部的废气流顺畅地引导到涡轮机叶轮的背面，而且能有效地利用背面的压力增加效果。
(10)在几个实施方式中，在上述(5)、(6)以及(9)中的任一结构中，
所述第一锥面是相对于所述径向所成的角度为5度以上45度以下的平坦面。
根据上述(10)的结构，通过采用第一锥面相对于径向所成的角度为5度以上45度以下的平坦面，能够以对增加作用在涡轮机叶轮背面的推力而言较为理想的角度使废气的流路变窄，并向背面侧引导。
(11)在几个实施方式中，在上述(1)～(10)中的任一结构中，
所述背面侧部件包括与所述涡轮机叶轮的所述背面对置地设置的隔热板。
根据上述(11)的结构，通过将用于抑制来自涡轮机侧的热量向轴承壳体侧传递的隔热板用作背面侧部件，利用隔热板形成在上述(1)中叙述的叶轮对置面，能够以简单的结构增大作用在涡轮机叶轮背面的推力。
(12)本发明的几个实施方式的涡轮增压器具备：
上述(1)～(11)中任一项所述的涡轮机；
压缩机，其具有所述压缩机叶轮，并构成为被所述涡轮机驱动。
根据上述(12)的结构，如在上述(1)中所述，背面侧部件的凸部带来缩流效果，其结果，在凸部附近或凸部的上游侧施加于涡轮机叶轮背面的静压上升，试图绕过凸部的气流与涡轮机叶轮的背面碰撞。因此，作用在涡轮机叶轮背面的推力增大，即使在压缩机叶轮大径化的情况下，也能够降低整个转子产生的机械损耗，从而使涡轮增压器的效率提高。
发明效果
根据本发明的至少一实施方式，能够促进涡轮增压器的高压力比化并有效地降低包括压缩机叶轮及涡轮机叶轮的整个转子所产生的机械损耗。
附图说明
图1是概要地示出具备本发明一实施方式的涡轮机的涡轮增压器的整体结构的示意图。
图2是在几个实施方式的涡轮机中将背面侧部件附近放大的图。
图3是示出变形例的背面侧部件的形状的变形例的图。
图4A是示出比较例的涡轮机的凸部的形状的图。
图4B是示出通过对图4A所示的涡轮机的CFD解析而获得的周向速度分布的图。
图4C是示出通过对图4A所示的涡轮机的CFD解析而获得的总压分布的图。
图4D是示出通过对图4A所示的涡轮机的CFD解析而获得的静压分布的图。
图5A是示出与图2所示的涡轮机相关的CFD解析结果的图。
图5B是示出与比较例的涡轮机相关的CFD解析结果的图。
图6是用于说明几个实施方式的涡轮机中的涡旋出口部和背面侧部件的位置关系的放大图。
图7A是示出对图6所示的实施方式的涡轮机的CFD解析结果的图。
图7B是示出对图2所示的实施方式的涡轮机的CFD解析结果的图。
图8A是示出涡旋出口部的轮毂侧壁面具备第三锥面的情况下的CFD解析结果的图。
图8B是示出比较例的CFD解析结果的图。
图9是示出第三锥面相对于径向的倾斜角度和推力的关系的图表。
图10A是示出第一锥面的最外周部包含在区域Z中的情况下的废气流的图。
图10B是示出第一锥面的最外周部存在于比区域Z更靠径向外侧的位置的情况下的废气流的图。
图10C是示出第一锥面的最外周部存在于比区域Z更靠径向内侧的位置的情况下的废气流的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。不过，作为实施方式而记载的或者在附图中示出的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不旨在将本发明的范围限定于此，其仅为说明例。
首先，参照图1，对应用几个实施方式的涡轮机41的涡轮增压器10的整体结构进行说明。图1是表示应用一个实施方式的涡轮机41的涡轮增压器10的概要结构的图。
如图1所示，本发明的几个实施方式的涡轮增压器10具备隔着轴承壳体20配置的压缩机壳体30和涡轮机壳体40。旋转轴22在其一端具有收容在涡轮机壳体40内的涡轮机叶轮42，在其另一端具有收容在压缩机壳体30内的压缩机叶轮32。旋转轴22、涡轮机叶轮43以及压缩机叶轮32各自形成一体并设为可旋转。在轴承壳体20中，设有径向轴承24以及推力轴承26。径向轴承24是可旋转地支承旋转轴22的径向轴承，推力轴承26是以使旋转轴22沿轴向不移动的方式进行支承的推力轴承。
在压缩机壳体30中，形成有用于将空气取入到压缩机壳体30内的空气入口部34。压缩机叶轮32旋转而压缩的空气通过扩散器流路36和压缩机涡旋流路37而被升压，并经由空气出口部(未图示)向压缩机壳体30的外侧排出。
在涡轮机壳体40上，形成有用于将来自发动机(未图示)的废气取入到涡轮机壳体40内的气体入口部44，该气体入口部44可与发动机的排气歧管(未图示)连接。另外，在涡轮机壳体40内，在涡轮机叶轮42的外周部，以覆盖涡轮机叶轮42的方式设有涡旋状的涡旋流路46。该涡旋流路46与气体入口部44连通，形成为将废气取入到内部。在涡旋流路46的径向内侧，设有用于将来自涡旋流路46的废气向涡轮机叶轮42引导的涡旋出口部48。涡流出口部48具有护罩侧壁面51和轮毂侧壁面53，该轮毂侧壁面53以与护罩侧壁面51对置的方式位于涡轮机叶轮42的轮毂侧。经过涡轮机叶轮42的废气经由气体排出部55排出到涡轮机叶轮40的外侧。
如上所述，涡轮增压器10通过使用发动机的废气驱动涡轮机叶轮42旋转，能够经由旋转轴22将旋转力传递到压缩机叶轮32，通过离心力将进入到压缩机壳体30的空气压缩并向发动机供应。
该涡轮增压器10在运转中受到轴向的力(推力)。具体地，在压缩机31侧，通过空气在出口侧的压力，对压缩机叶轮32的背面39作用从涡轮机41侧朝向压缩机31侧的方向(图1中的箭头A方向)的推力FC。另一方面，在涡轮机41侧，通过气体在入口侧的压力，对涡轮机叶轮42的背面49作用从压缩机31侧朝向涡轮机41侧的方向(图1中的箭头B方向)的推力FT。这两个推力(FC、FT)互为反向，因此两个推力(FC、FT)的大小的差值作为净载荷而施加于抑制沿轴向移动的推力轴承26。
然而，当压缩机叶轮32因近年来的需求而大径化时，空气在出口侧的压力增加，因此压缩机方向的推力FC比涡轮机方向的推力FT大。因此，认为存在如下情况：两个推力(FC、FT)的大小之差扩大，推力轴承26受到的载荷增加，从而使涡轮增压器10整体的效率下降。
以下，对针对这一技术问题的几个实施方式进行说明。
首先，参照图2及图3，对几个实施方式的背面侧部件60的形状进行说明。图2是将图1中的涡轮机叶轮42的背面49以及背面侧部件60的附近放大的图。图3是示出变形例的背面侧部件60的形状的变形例的图。
如图2及图3所示，在涡轮机壳体40内，以与涡轮机叶轮42的背面49对置的方式设置有环状的背面侧部件60(60A、60B)。该背面侧部件60(60A、60B)被涡轮机壳体40和轴承壳体20夹持。
注意，在图2及图3所示的示例性的实施方式中，背面侧部件60由与涡轮机叶轮42的背面49对置地设置的隔热板构成。这样，将用于抑制来自涡轮机壳体40的热量向轴承壳体20传递的隔热板用作背面侧部件60，利用隔热板(60)形成具备后述特征的叶轮对置面64，从而能够以简单的结构增大作用在涡轮机叶轮42的背面49的推力FT。
如图2及图3所示，在几个实施方式的涡轮机41中，背面侧部件60在与涡轮机叶轮42的背面49对置的叶轮对置面64上具有朝向背面49突出并且沿周向延伸的凸部65。凸部65在从涡轮机41的轴向观察时，沿着周向延伸成圆弧状。注意，凸部65既可以仅对背面侧部件60的一部分周向范围设置，也可以遍及背面侧部件60的整周连续地设置。
根据本实施方式，从涡旋出口部48进入涡轮机叶轮42的背面49和叶轮对置面64的间隙中的废气流被凸部65缩流。由于废气流因狭窄的流路而滞留，因此施加于涡轮机叶轮42的背面49的静压在凸部65的附近或凸部65的上流侧上升(从后述的图5A及图5B的CFD解析结果的比较可知，在本实施方式的涡轮机41中，在凸部65的附近及上游侧，静压上升)，试图绕过凸部65的气流与涡轮机叶轮的背面49碰撞。其结果，能够有效地增大作用在涡轮机叶轮42的背面49的推力FT。
在此，对于图2及图3所示的实施方式的涡轮机41的凸部65的技术性收益，在与对本发明人所作出的比较例的涡轮机的CFD解析结果对比的同时进行补充说明。
图4A是示出比较例的涡轮机的凸部的形状的图，图4B～图4D是示出对图4A所示的涡轮机的CFD解析结果的图。如图4A所示，在涡轮机100中，与涡轮机叶轮对置的背面侧部件600包括沿周向设置的多个凸部650。各个凸部650以向涡轮机叶轮侧突出的方式沿着径向设置。在这样的形状的凸部650中，能够降低向背面侧部件600的叶轮对置面664和涡轮机叶轮背面之间流入的废气流的回旋成分。然而，从图5B可知，在背面侧部件600的叶轮对置面664和涡轮机叶轮背面之间，气流因为凸部650而大幅度地混乱。其结果，叶轮背面侧的总压(参照图4C)以及静压(参照图4D)显然反倒有可能因为凸部650而降低。
与此相对，根据上述实施方式的涡轮机41，凸部65由于是沿周向延伸的形状，因此能够在抑制涡轮机叶轮42的背面49和叶轮对置面64之间的废气流的混乱的同时，有效地增大推力FT。
如上所述，根据本实施方式，由于作用在压缩机叶轮32以及涡轮机叶轮42各自的背面(39、49)的推力(FC、FT)的大小之差减少，因此即使在因压缩机叶轮32的大径化而导致作用在压缩机叶轮32的背面39的推力FC变大的情况下，也能够降低整个旋转轴22产生的机械损耗。
在几个实施方式中，如图2所示，背面侧部件60的叶轮对置面64包括：第一区域61，其位于凸部65的径向外侧并沿着径向延伸；第二区域62，其从第一区域61起沿着轴向朝向背面49延伸，并形成凸部65的外表面的一部分；第三区域63，其位于第二区域62的径向内侧，并形成凸部65的外表面的另一部分。
根据本实施方式，由于第二区域62沿着轴向延伸，因此在第二区域62能够使废气的流路急剧变窄。由此，能够有效地使废气流缩流，因此能够更进一步提高施加于涡轮机叶轮42的背面49的静压，且能够有效地形成与背面49碰撞的废气流。因此，能够有效地增大作用在涡轮机叶轮42的背面49的推力FT。
在几个实施方式中，如图2及图3所示，在凸部65的前端67的半径方向位置R1处，涡轮机叶轮42的背面49和凸部65的距离D最小。
根据这样的结构，从涡旋出口部48进入背面49的废气流在凸部65的前端67的半径方向位置R1处流路宽度最小。由此，在凸部65的前端67的半径方向位置R1附近或其上游侧，施加于涡轮机叶轮42的背面49的静压上升，从而能够使作用在涡轮机叶轮42的背面49的推力FT增大。
图5A是示出与图2所示的涡轮机41有关的CFD解析结果的图。图5B是示出与比较例的涡轮机有关的CFD解析结果的图。
比较图5A及图5B可知，在流路宽度在凸部65的前端67处最小的涡轮机41中，在凸部65的前端67的半径方向位置R1附近或其上游侧，施加于涡轮机叶轮42的背面49的静压比比较例高。因此，可以说，在涡轮机41的情况下，作用在涡轮机叶轮42的背面49的推力FT比较高。
在几个实施方式中，如图2及图3所示，在将涡轮机叶轮42的半径设为r时，凸部65的最外周部69的半径方向位置R2包含在0.6r以上0.8r以下的径向位置范围内。
据本发明人所知，从涡旋出口部48向涡轮机叶轮42的背面49和叶轮对置面64之间流入的废气流具有回旋成分，因此作用在涡轮机叶轮42的背面49的静压在涡轮机叶轮42的外周区域存在朝向径向内侧减少的倾向。
这一点，如本实施方式，在将涡轮机叶轮42的半径设为r时，通过将凸部的最外周部69的半径方向位置R2设于0.6r以上的径向位置，能够利用凸部65有效地抑制由废气流的回旋成分引起的涡轮机叶轮42的外周区域的静压的减少，从而能够有效地使作用在涡轮机叶轮42的背面49的推力FT增大。
另外，通过将凸部65的最外周部69设于0.8r以下的径向位置，能够利用凸部65的缩流效果充分地确保承受在凸部65附近或凸部65的上游侧升高的静压的背面49的面积，能够有效地使作用在涡轮机叶轮42的背面49的推力FT增大。
注意，虽然在图2所示的示例性的实施方式中，凸部65的前端67以及最外周部69的半径方向位置(R1、R2)是一致的，但几个实施方式并不限定于此。也可以如在图3中例示的实施方式这样，使凸部65的前端67位于比凸部65的最外周部69更靠径向内侧的位置。
以下，参照图6对与背面侧部件60的锥面有关的几个实施方式进行说明。图6是用于说明几个实施方式的涡轮机中的背面侧部件60的形状以及涡旋出口部48和背面侧部件60的位置关系的放大图。
如图6所示，在几个实施方式中，背面侧部件60具有第一锥面71，该第一锥面71位于凸部65的径向外侧，并以朝向径向内侧靠近涡轮机叶轮42的背面49的方式相对于径向倾斜地形成。
根据本实施方式，利用第一锥面71，能够使在涡轮机叶轮的背面49和背面侧部件60之间流动的废气流的流路向背面49侧收拢。通过将废气流积极地向背面49侧引导，能够在离背面49更近的区域中提高压力，能够增大作用在涡轮机叶轮42的背面49的推力FT。
在一实施方式中，第一锥面71是相对于径向所成的角度θ1为5度以上45度以下的平坦面。根据这样的实施方式，能够以对获得推力FT的增加效果而言较为理想的角度使废气的流路变窄，并向背面49侧引导。
在几个实施方式中，背面侧部件60具有第二锥面72，该第二锥面72位于第一锥面71的径向内侧且凸部65的径向外侧，并以朝向径向内侧远离涡轮机叶轮42的背面49的方式相对于径向倾斜地形成。
根据本实施方式，能够利用第二锥面72使在第一锥面71处变窄的流路扩大。利用扩大的流路能够使废气流减速，从而能够提高作用在涡轮机叶轮42的背面49的静压。因此，能够通过提高静压，有效地增大作用在涡轮机叶轮42的背面49的推力FT。
注意，第一锥面71和第二锥面72也可以不连续地形成。例如，在第一锥面71和第二锥面72之间，也可以包含形成为使流路宽度保持一定的其他面。另外，第一锥面71也可以不从背面侧部件60的最外周部开始形成。
图7A是示出对图6所示的实施方式的涡轮机的CFD解析结果的图。图7B是示出在与图7A所示的解析相同的解析条件下进行的、对图2所示的实施方式的涡轮机的CFD解析结果。
比较图7A及图7B可知，在背面侧部件60具有第一锥面71及第二锥面72的情况下，与不是这样的情况相比，凸部65的上游侧的静压更高。这被认为是因为，如上所述，第一锥面71使流路变窄，引起动压上升，并且，第一锥面71的下游侧的第二锥面72使流路扩大从而使气流减速，引起静压上升。
以下，参照图2、图3及图6对与涡旋出口部48的形状有关的几个实施方式进行说明。
在几个实施方式中，如图2、图3及图6所示，涡旋出口部48处的轮毂侧壁面53在至少一部分的径向区域具有以朝向径向内侧沿轴向远离护罩侧壁面51的方式相对于径向倾斜地形成的第三锥面73。
根据本实施方式，利用第三锥面73，能够减弱来自涡旋出口部48的废气的回旋成分，从而将废气向涡轮机叶轮42的背面49和背面侧部件60之间顺畅地引导。由此，在背面49和背面侧部件60之间流动的废气的流量增加，能够提高背面49侧的压力。
图8A是示出涡旋出口部48的轮毂侧壁面53具备第三锥面73的情况下的CFD解析结果的图。图8B是示出比较例的CFD解析结果的图。
比较图8A及图8B可知，通过设置第三锥面73，来自回旋出口部48的废气的回旋流减弱，来自涡旋出口部48的废气被顺畅地引导到涡轮机叶轮42的背面49和背面侧部件60之间，其结果，叶轮背面侧的压力变高。
在一实施方式中，第三锥面73相对于径向所成的角度为10度以上40度以下。本发明人经过研究，结果发现通过将第三锥面73相对于径向所成的角度设为10度以上40度以下，能够有效地增大作用在涡轮机叶轮42的背面49的推力FT。本实施方式应用了本发明人的上述研究结果，能够有效地增大作用在涡轮机叶轮42的背面49的推力FT。
进一步地，在一实施方式中，第三锥面73相对于径向所成的角度θ2优选为24度到26度的范围，通过设为这样的角度范围，能够获得更大的推力FT。
图9是示出第三锥面73相对于径向的倾斜角度和推力FT的关系的图表。
如该图所示，与不设置第三锥面73的情况相比，设置第三锥面73的情况下的推力FT更大。另外，若是在第三锥面73的倾斜角度不同的三种情况(12度、24度、42度)下进行比较，则在第三锥面73的倾斜角度为24度的情况下，FT最大。
在几个实施方式中，第一锥面71的最外周部75包含于夹在第一直线L1和第二直线L2之间的区域Z中，其中，第一直线L1是使通过第三锥面73的径向内侧端的轮毂侧壁面53的切线在沿轴向远离护罩侧壁面51的方向上倾斜10度而得的直线，第二直线L2是使第三锥面73的切线在沿轴向靠近护罩侧壁面51的方向上倾斜10度而得的直线。
图10A是示出第一锥面71的最外周部75包含于区域Z中的情况下的废气流的图。图10B是示出第一锥面71的最外周部75存在于比区域Z更靠径向外侧的位置的情况下的废气流的图。图10C是示出第一锥面71的最外周部75存在于比区域Z更靠径向内侧的位置的情况下的废气流的图。
如图10B所示，在第一锥面71的最外周部75隔着L1而位于区域Z的相反侧(区域Z的径向外侧)的情况下，形成于第一锥面71的最外周部75附近且废气几乎不流动的区域(死区)S变大。因此，来自涡旋出口部48的废气流中的滞留在死区S中的废气流增加，通过第一锥面71所获得的压力增加效果变小。另一方面，如图10C所示，在第一锥面71的最外周部75隔着L2而位于区域Z的相反侧(径向内侧)情况下，废气流被向废气的流路内突出的最外周部75妨碍，有可能产生压力损失。
这一点，在第一锥面71的最外周部75包含于区域Z中的情况下，如图10(A)所示，能够将来自涡旋出口部48的废气流顺畅地引导到涡轮机叶轮42的背面49，能够有效地利用背面49的压力增加效果。
在一实施方式中，将通过第三锥面73的径向内侧端的轮毂侧壁面53的切线延长而得到线L3，该线L3优选与第一锥面71的最外周部75相交。根据这样的实施方式，在从涡旋出口部48到涡轮机叶轮42的背面49侧的废气流路中，能够有效地抑制废气流路内的阻碍构造和死区的形成，因此能够提高上述压力增加效果。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，其还包括对上述实施方式加以变形的方式以及将这些方式适当组合的方式。
在本说明书中，“在某个方向(上)”、“沿(着)某个方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等表示相对配置或绝对配置的表述不仅表示严格为这样的配置，还表示以公差或者以能够获得相同功能的程度的角度、距离相对地位移的状态。
例如，“相同”、“相等”以及“均质”等表示事物为相等状态的表述不仅表示严密相等的状态，还表示存在公差或者能够获得相同功能的程度的偏差的状态。
另外，在本说明书中，四边形状和圆筒形状等表示形状的表述不仅表示在几何学中严格意义下的四边形状和圆筒形状等形状，还表示在能够获得相同效果的范围内包括凹凸部、倒角部等的形状。
另外，在本说明书中，“具备”、“包括”或“具有”一结构要素这样的表述并不是将其他结构要素的存在排除在外的排他性表述。
附图标记说明
10 涡轮增压器
20 轴承壳体
22 旋转轴
24 径向轴承
26 推力轴承
30 压缩机壳体
31 压缩机
32 压缩机叶轮
34 空气入口部
36 扩散器流路
37 涡旋流路(压缩机)
39 背面(压缩机)
40 涡轮机壳体
41 涡轮机
42 涡轮机叶轮
46 涡旋流路(涡轮机)
48 涡旋出口部
49 背面(涡轮机)
51 护罩侧壁面
53 轮毂侧壁面
55 气体排出部
60 背面侧部件
61 第一区域
62 第二区域
63 第三区域
64 叶轮对置面
65 凸部
67 前端
69 最外周部(凸部)
71 第一锥面
72 第二锥面
73 第三锥面
75 最外周部(第一锥面)

Claims (12)

1.一种增压器用涡轮机，其特征在于，具备：
涡轮机叶轮，其经由旋转轴与压缩机叶轮连结；
涡轮机壳体，其以覆盖所述涡轮机叶轮的方式设置，并包括涡旋流路以及涡旋出口部，该涡旋出口部设于该涡旋流路的径向内侧并用于将来自所述涡旋流路的废气向所述涡轮机叶轮引导；
背面侧部件，其以与所述涡轮机叶轮的背面对置的方式设置；
所述背面侧部件在与所述涡轮机叶轮的所述背面对置的叶轮对置面上具有朝向所述背面突出并且沿周向延伸的凸部。
2.如权利要求1所述的涡轮增压器用涡轮机，其特征在于，
所述背面侧部件的所述叶轮对置面包括：
第一区域，其位于所述凸部的径向外侧并沿着径向延伸；
第二区域，其从所述第一区域起沿着轴向朝向所述背面延伸，并形成所述凸部的外表面的一部分；
第三区域，其位于所述第二区域的所述径向内侧，并形成所述凸部的所述外表面的另一部分。
3.如权利要求1或2所述的涡轮增压器用涡轮机，其特征在于，
在所述凸部的前端的半径方向位置处，所述涡轮机叶轮的所述背面和所述凸部的距离最小。
4.如权利要求1～3中任一项所述的涡轮增压器用涡轮机，其特征在于，
在将所述涡轮机叶轮的半径设为r时，所述凸部的最外周部包含在0.6r以上0.8r以下的径向位置范围内。
5.如权利要求1～4中任一项所述的涡轮增压器用涡轮机，其特征在于，
所述背面侧部件具有第一锥面，该第一锥面位于所述凸部的径向外侧，并以朝向所述径向内侧靠近所述涡轮机叶轮的所述背面的方式相对于所述径向倾斜地形成。
6.如权利要求5所述的涡轮增压器用涡轮机，其特征在于，
所述背面侧部件具有第二锥面，该第二锥面位于所述第一锥面的径向内侧且所述凸部的径向外侧，并以朝向所述径向内侧远离所述涡轮机叶轮的所述背面的方式相对于所述径向倾斜地形成。
7.如权利要求1～6中任一项所述的涡轮增压器用涡轮机，其特征在于，
所述涡旋出口部具有：
护罩侧壁面；
轮毂侧壁面，其以与所述护罩侧壁面对置的方式位于所述涡轮机叶轮的轮毂侧；
所述轮毂侧壁面在至少一部分的径向区域具有以朝向所述径向内侧沿轴向远离所述护罩侧壁面的方式相对于所述径向倾斜地形成的第三锥面。
8.如权利要求7所述的涡轮增压器用涡轮机，其特征在于，
所述第三锥面相对于所述径向所成的角度为10度以上40度以下。
9.如权利要求7或8所述的涡轮增压器用涡轮机，其特征在于，
所述背面侧部件具有第一锥面，该第一锥面以朝向所述径向内侧靠近所述涡轮机叶轮的所述背面的方式相对于所述径向倾斜地形成，
所述第一锥面的最外周部包含于夹在第一直线和第二直线之间的区域中，所述第一直线是使通过所述第三锥面的径向内侧端的所述轮毂侧壁面的切线在沿所述轴向远离所述护罩侧壁面的方向上倾斜10度而得的直线，所述第二直线是使所述第三锥面的切线在沿所述轴向靠近所述护罩侧壁面的方向上倾斜10度而得的直线。
10.如权利要求5、6及9中任一项所述的涡轮增压器用涡轮机，其特征在于，
所述第一锥面是相对于所述径向所成的角度为5度以上45度以下的平坦面。
11.如权利要求1至10中任一项所述的涡轮增压器用涡轮机，其特征在于，
所述背面侧部件包括与所述涡轮机叶轮的所述背面对置地设置的隔热板。
12.一种涡轮增压器，其特征在于，具备：
权利要求1至11中任一项所述的涡轮机；
压缩机，其具有所述压缩机叶轮，并构成为被所述涡轮机驱动。
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