CN111433442B - 扩散器及涡轮增压器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种扩散器，其具备连接部(84)和主体部(85)。连接部(84)从涡轮动叶片的出口延伸。主体部(85)与所述连接部(84)的下游侧的端部连接且流路截面积比所述连接部(84)的流路截面积大。所述连接部(84)的流路截面的形状在所述涡轮动叶片(71)的出口(71o)形成为圆形，并且在所述主体部(85)的入口(85i)形成为椭圆。所述连接部(84)的流路截面的形状还形成为随着从所述涡轮动叶片(71)的出口(71o)朝向所述主体部(85)的入口(85i)，在所述椭圆的长轴方向上逐渐扩大。

Description

扩散器及涡轮增压器

技术领域

本发明涉及一种扩散器及涡轮增压器。

背景技术

在专利文献1中记载了一种在涡轮外壳的下游侧具备排气流路的涡轮增压器。该专利文献1所记载的涡轮增压器具备连通向涡轮的流入路和排气流路的旁通通道、开闭该旁通通道的排气旁通阀。通过开闭该排气旁通阀，排气在不经由涡轮而是经由旁通通道从流入路向排气流路流动。因此，特别是在涡轮高速旋转时等，能够抑制涡轮过度旋转。

先行技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2015－014258号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1所记载的增压器在形成比涡轮靠下游侧的排气流路的扩散器上连接旁通通道且配置有排气旁通阀。扩散器为了确保设置这些旁通通道或排气旁通阀的空间，有时扩散器的流路截面积急剧扩大。这样，在扩散器的流路截面积急剧扩大的情况下，排气的流动从扩散器的内表面剥离，或形成漩涡，存在扩散器的效率难以提高等技术问题。

涡轮增压器设置于汽车等车辆的发动机室。因此，理想的是，在不将扩散器大型化的情况下提高扩散器的效率。

本发明提供一种能够在抑制大型化的同时提高效率的扩散器及涡轮增压器。

解决技术问题所采用的技术方案

根据本发明的第一方面，扩散器具备连接部和主体部。连接部从涡轮动叶片的出口延伸。主体部与所述连接部的下游侧的端部连接且流路截面积比所述连接部的流路截面积大。所述连接部的流路截面的形状在所述涡轮动叶片的出口形成为圆形，并且在所述主体部的入口形成为椭圆。所述连接部的流路截面的形状还形成为随着从所述涡轮动叶片的出口朝向所述主体部的入口，在所述椭圆的长轴方向上逐渐扩大。

在该第一方面中，连接部的流路截面的形状为随着朝向下游侧，椭圆的长轴变长。因此，流经该连接部的排气在从连接部流入主体部时，容易在连接部的椭圆的长轴方向上扩散。这样，通过排气在主体部的内部扩散，能够降低排气的流速。

因此，能够在抑制扩散器大型化的同时提高扩散器的效率。

根据本发明的第二方面，在第一方面的基础上，也可以为：主体部的入口处的所述连接部的楕圆形状的中心即连接部中心配置于从所述主体部的流路截面的中心即主体部中心偏离的位置。也可以为：所述椭圆的长轴至少向与所述连接部中心相比靠所述主体部中心侧延伸。

在该第二方面中，连接部中心从主体部中心偏离。即，主体部形成为使内部空间向比连接部中心靠配置有主体部中心的一侧扩大。而且，长轴从连接部中心朝向主体部中心延伸。因此，能够将从主体部的入口流入主体部的排气扩散到主体部的内部空间扩大的一侧。

根据本发明的第三方面，在第一或第二方面的基础上，也可以为：连接部的流路截面积随着从所述涡轮动叶片的出口朝向所述主体部的入口逐渐扩大。

在该第三方面中，由于连接部的流路截面面积逐渐扩大，所以即使在该连接部的内部，也能够降低排气的流速并恢复压力。

根据本发明的第四方面，扩散器也可以为：第一～第三方面中任一方面的连接部具备缩径部，所示缩径部从与所述椭圆的短轴交叉的位置的内周面朝向所述椭圆的中心即连接部中心突出。也可以为：所述缩径部突出的高度随着从所述涡轮动叶片的出口朝向所述主体部的入口逐渐增加。

在该第四方面中，在将连接部椭圆化的同时形成缩径部。因此，可以增加在与椭圆的长轴交叉的附近流动的排气的流速。因此，由于康达效应，流入主体部的排气的流动容易沿着主体部的内表面，可以抑制产生排气的剥离等。

根据本发明的第五方面，涡轮增压器具备第一～第四方面中任一方面的扩散器。

这样，可以提高涡轮增压器的效率。

发明效果

根据所述扩散器及涡轮增压器，可以在抑制大型化的同时提高效率。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的涡轮增压器的剖视图。

图2是本发明的第一实施方式的扩散器的剖视图。

图3是沿着图2的III－III线的剖视图。

图4是本发明的第二实施方式的相当于图3的剖视图。

图5是本发明的第一实施方式的变形例的相当于图3的剖视图。

具体实施方式

(第一实施方式)

接下来，基于附图对本发明的第一实施方式的扩散器及涡轮增压器进行说明。

图1是本发明的第一实施方式的涡轮增压器的剖视图。

如图1所示，涡轮增压器1具备轴承部B、涡轮部T以及压缩机部P。涡轮增压器1例如用作汽车等车辆或船舶等的内燃机的辅助机械。该涡轮增压器1通过涡轮部T将发动机(未图示)的排气流的热能转换成旋转能。由该涡轮部T转换的旋转能经由被轴承部B支承的旋转轴2传递到压缩机部P。压缩机部P利用该传递的旋转能压缩空气。由该压缩机部P压缩后的空气作为供气供给至发动机(未图示)。图1所示的点划线表示旋转轴2的中心轴(轴线)C。在以下的说明中，将旋转轴2的中心轴C延伸的轴线方向称为“轴线方向Da”，将以中心轴C为中心的径向称为“径向Dr”，将以中心轴C为中心的周向称为“周向Dc”。

轴承部B具备轴承3和轴承外壳4。

轴承3配置于轴承外壳4的内部，并将旋转轴2支承为旋转自如。该实施方式中的轴承3在沿轴线方向Da隔开间隔的多个部位支承旋转轴2。轴承外壳4形成为从外侧覆盖旋转轴2及轴承3。在该实施方式中例示的轴承部B为形成流体膜的流体轴承，轴承外壳4在其内部具备用于将润滑用的流体从外部供给至轴承3的流体流路。在此，省略详细说明，但轴承部B还具备接收旋转轴2的推力方向的负荷的相当于所谓的推力轴承的结构。

压缩机部P与轴承部B的轴线方向Da的第一侧相邻设置。压缩机部P具备压缩机轮5和压缩机外壳6。压缩机轮5是在离心式压缩机中被称为叶轮的部件，设置于旋转轴2的第一端部2a。在该实施方式中例示的压缩机轮5通过将螺母21拧入形成于旋转轴2的第一端部2a的螺纹部2n来结合。

压缩机外壳6形成入口流路形成部61、压缩机轮收容部62以及压缩机涡旋件部63。

入口流路形成部61形成将空气引导至压缩机轮收容部62的流路。入口流路形成部61形成为以中心轴C为中心的管状，其内部空间与压缩机轮收容部62的内部空间连通。

压缩机轮收容部62形成收容压缩机轮5的空间。

压缩机涡旋部63配置于压缩机轮收容部62的径向Dr的外侧，在径向Dr上与压缩机轮收容部62连通。

压缩机涡旋部63形成为在压缩机轮收容部62的径向Dr的外侧沿周向Dc延伸，并且流路截面积朝向涡旋出口(未图示)逐渐扩大。该压缩机涡旋部63经由进气配管或中间冷却器(均未图示)等与发动机(未图示)连接。

涡轮部T与轴承部B的轴线方向Da的第二侧相邻设置。涡轮部T具备涡轮轮7和涡轮外壳8。

涡轮轮7是使从径向Dr的外侧流入的排气朝向轴线方向Da的第二侧流动的、构成所谓的半径流涡轮的涡轮轮。涡轮轮7具备在周向Dc上隔开间隔配置的多个涡轮动叶片71。该涡轮轮7与旋转轴2的第二端部2b一体设置。即，涡轮轮7以中心轴C为中心旋转，从而旋转轴2和压缩机轮5与该涡轮轮7绕中心轴C一体旋转。

涡轮外壳8具备涡轮涡旋部81、涡轮轮收容部82以及扩散器83。

涡轮涡旋部81配置于涡轮轮收容部82的径向Dr的外侧，并在周向Dc上延伸。该涡轮涡旋部81与涡轮轮收容部82在径向Dr上连通。

涡轮涡旋部81的流路截面积形成为随着在周向Dc上远离排气流入的涡旋入口81a而逐渐缩小。该涡轮涡旋部81的涡旋入口81a经由排气配管与发动机(未图示)连接。

涡轮轮收容部82形成收容涡轮轮7的空间。从涡轮涡旋部81流入涡轮轮收容部82的排气从径向Dr外侧流入涡轮轮7的涡轮动叶片71之间。流入该涡轮动叶片71之间的排气在使涡轮轮7旋转后，沿着涡轮轮7的中心轴C朝向轴线方向Da的第二侧流出。

图2是本发明的第一实施方式的扩散器的剖视图。图3是沿着图2的III－III线的剖视图。

扩散器83降低从涡轮轮7流出的排气的流速，并恢复排气的压力。如图1、图2所示，扩散器83具备连接部84和主体部85。

连接部84从涡轮动叶片71的出口71o延伸，形成将从涡轮动叶片71排出的排气引导至主体部85的连接流路84f。该实施方式的连接部84从涡轮动叶片71的出口71o朝向轴线方向Da的第二侧笔直地延伸。该连接部84的中心轴(连接部中心)C2形成为与旋转轴2的中心轴C重叠的直线状。

如图2、图3所示，与中心轴C2正交的截面中的连接部84的流路形状(以下，简称为流路截面形状)在涡轮动叶片71的出口71o形成为圆形(换句话说，实质上是正圆形状)。该连接部84的流路截面形状在主体部85的入口85i进一步形成为椭圆。连接936412部84的流路截面形状形成为随着从出口71o朝向入口85i而逐渐接近入口85i的楕圆形状。该实施方式的连接部84的流路截面形状以随着从涡轮动叶片71的出口71o朝向主体部85的入口85i，长轴A1逐渐伸长并且短轴A2逐渐缩短的方式变化。

在该实施方式中，连接部84的流路截面积从涡轮动叶片71的出口71o到主体部85的入口85i不变，为恒定。入口85i处的连接部84的流路截面形状也可以根据主体部85中的入口85i周围的空间设为长轴尽可能长的椭圆。

主体部85与连接部84的下游侧的端部(换句话说，主体部85的入口85i)连接。该主体部85在轴线方向Da上延伸。与该主体部85的中心轴(主体部中心)C3正交的流路截面积大于连接部84的流路截面积。例示了该实施方式的主体部85的流路截面积在入口85i侧为连接部84的流路截面积的二倍以上的情况。

主体部85具备从入口85i附近沿径向Dr延伸的上游侧壁部86。主体部85还具备从上游侧壁部86的外周部86a沿轴线方向延伸的管状部87。即，扩散器83的流路截面积在主体部85的入口85i的位置急剧扩大。例示了管状部87的内侧的流路截面积在轴线方向Da上恒定的情况。管状部87的流路截面积也可以朝向轴线方向Da的第二侧逐渐扩大。在该实施方式中例示的管状部87形成为截面为圆形的管状。

主体部85的流路截面的中心即中心轴C3配置于从连接部84的中心轴C2偏离的位置。换句话说，入口85i处的连接部84的椭圆的中心配置于从主体部85的流路截面的中心偏离的位置。此外，在该实施方式中，在隔着中心轴C3与中心轴C2相反侧的上游侧壁部86的空间内配置有排气旁通阀V。通过打开该排气旁通阀V，排气能够在不经由涡轮涡旋部81及涡轮轮7的情况下流入扩散器83的内部。

主体部85的入口85i处的连接部84的椭圆形成为：长轴A1至少向与中心轴C2相比靠中心轴C3侧延伸。即，在以中心轴C2为中心观察时，连接部84的椭圆的长轴A1的至少一方向扩散器83的流路沿径向Dr扩大的一侧延伸。

根据上述的第一实施方式，连接部84的流路截面形状为，椭圆的长轴A1随着朝向下游侧而变长。因此，流经该连接部84的排气在从连接部84流入主体部85时，容易在连接部84的椭圆的长轴A1方向(图3中，箭头所示的方向)上扩散。这样，通过排气在主体部85的内部扩散，可以降低排气的流速。其结果是，能够在抑制扩散器83大型化的同时提高扩散器83的效率。

另外，在第一实施方式的扩散器83中连接部84的中心轴C2从主体部85的中心轴C3偏离。即，主体部85形成为内部空间向比中心轴C2靠配置有中心轴C3的一侧扩大。连接部84的椭圆的长轴A1朝向比中心轴C2靠中心轴C3延伸。因此，可以使得从主体部85的入口85i流入主体部85的排气扩散到主体部85的内部空间扩大的一侧。因此，排气容易在主体部85的内部空间扩散，能够进一步降低排气的流速。

而且，由于可以提高扩散器83的效率，所以可以提高涡轮增压器1的效率。

(第二实施方式)

接下来，参照附图对本发明的第二实施方式进行说明。因为该第二实施方式仅在上述的连接部设置了缩径部，所以对与第一实施方式相同的部分标注相同附图标记进行说明，并且省略涡轮增压器整体的详细说明。

图4是本发明的第二实施方式的相当于图3的剖视图。

如图4所示，该第二实施方式的扩散器283与第一实施方式的扩散器83同样具备连接部284和主体部85。连接部284从涡轮动叶片71的出口71o延伸，形成将从涡轮动叶片71排出的排气引导至主体部85的连接流路284f。该第二实施方式的连接部284与第一实施方式的连接部84同样从涡轮动叶片71的出口71o朝向轴线方向Da的第二侧笔直地延伸。该连接部84的中心轴C2形成为与旋转轴2的中心轴C(参照图1)重叠的直线状。

连接部284的流路截面形状在涡轮动叶片71的出口71o形成为圆形(换句话说，实质上为正圆形状)。连接部284的流路截面形状设为相对于第一实施方式中说明的椭圆在主体部85的入口85i附加了缩径部284S的形状。在此，虽然连接部284的流路截面形状不是椭圆，但因为是以椭圆为基准变形而成的形状，所以为了便于说明，有时使用作为该基准的椭圆的长轴A1及短轴A2进行说明。

缩径部284S分别从与椭圆的短轴A2交叉的位置的连接部284的内周面朝向中心轴C2突出。在此，每一个缩径部284S突出的高度h1例如可以设为连接部284的入口85i处的流路截面积相对于出口71o处的连接部284的圆形的流路截面积不减小的程度。在该第二实施方式中例示的缩径部284S也可以通过凹曲面和凸曲面的组合而形成，以使在连接部284的内周面不形成角部。

连接部284的流路截面形状形成为随着从出口71o朝向入口85i而逐渐接近入口85i的形状。该第二实施方式的连接部84的流路截面形状以随着从涡轮动叶片71的出口71o朝向主体部85的入口85i，长轴A1逐渐伸长并且缩径部284S的高度h1逐渐增加的方式变化。

在该第二实施方式中，与第一实施方式同样地，连接部284的流路截面积从涡轮动叶片71的出口71o至主体部85的入口85i不变，为恒定。

主体部85为与第一实施方式同样的结构，与连接部284的下游侧的端部连接。该主体部85沿轴线方向Da延伸。与该主体部85的中心轴C正交的流路截面积大于连接部84的流路截面积。与第一实施方式同样，例示了该第二实施方式的扩散器83的主体部85的流路截面积在主体部85的入口85i侧也为连接部84的流路截面积的二倍以上的情况。

主体部85具备上游侧壁部86和管状部87。即，扩散器83的流路截面积在主体部85的入口85i的位置急剧扩大。管状部87的内侧的流路截面积在轴线方向Da上恒定，或者也可以在轴线方向Da上随着朝向第二侧逐渐扩大。在该实施方式中例示的管状部87形成为截面为圆形的管状。

主体部85的流路截面的中心即中心轴(主体部中心)C3配置于从连接部284的中心轴C2偏离的位置。换句话说，作为入口85i处的连接部284的基准的椭圆的中心配置于从主体部85的流路截面的中心偏离的位置。此外，在该第二实施方式中，在隔着中心轴C3与中心轴C2相反侧的上游侧壁部86的空间内也配置有排气旁通阀V。

主体部85的入口85i处的连接部284的流路截面形状形成为：长轴A1至少向与中心轴C2相比靠中心轴C3侧延伸。即，在以中心轴C2为中心观察时，连接部284中的流路截面形状的长轴A1的至少一方向扩散器283的流路沿径向Dr扩大的一侧延伸。

根据上述的第二实施方式，在将连接部284椭圆化的同时形成缩径部284S。因此，能够提高在作为基准的楕圆形状的长轴A1和连接部284的内周面交叉的附近流过的排气的流速。因此，流入主体部85的排气的流动由于康达效应而容易沿着主体部85的内表面，可以抑制产生排气的剥离等。

(实施方式的变形例)

在上述的第一实施方式和第二实施方式中，以扩散器83、283的连接部84、284的流路截面积在从涡轮动叶片71的出口71o到主体部85的入口85i之间为恒定的情况为一例进行了说明。但是，连接部84、284的流路截面积不限于在从涡轮动叶片71的出口71o到主体部85的入口85i之间为恒定的情况。例如，连接部84、284的流路截面积也可以随着从涡轮动叶片71的出口71o朝向主体部85的入口85i逐渐扩大。此外，在以下的变形例的说明中，仅对第一实施方式的变形例详细地进行说明，对第二实施方式的变形例，省略详细说明。另外，对与第一实施方式相同的部分标注相同的附图标记进行说明。

图5是本发明的第一实施方式的变形例的相当于图3的剖视图。

例如，如图5所示，该变形例中的扩散器383的连接部384的流路截面形状在涡轮动叶片71的出口71o中为圆形，在主体部85的入口85i处为椭圆。连接部84的流路截面形状形成为随着从出口71o朝向入口85i逐渐接近入口85i的楕圆形状。

在此，在该变形例中例示的连接部384中，设为主体部85的入口85i处的连接部84的椭圆的短轴A2与涡轮动叶片71的出口71o中的圆的直径相同。即，连接部384的流路截面积从涡轮动叶片71的出口71o朝向主体部85的入口85i，仅在出口71o的楕圆形状的长轴A1方向上逐渐扩大。在此，与椭圆的长轴A1交叉的连接部384的内周面的倾斜角度(换句话说，逐渐扩大的角度)可以设为相对于中心轴C2倾斜10度～20度的范围。通过设为这样的倾斜角度的范围，可以抑制在连接部384流过的排气产生剥离等。

对该图5所示的连接部384的流路截面积仅在长轴A1方向上扩大的情况进行了说明，但如果空间有富裕，则也可以在短轴A2方向上也扩大。与第二实施方式同样地，对于连接部384也可以设置缩径部284S。

因此，根据该实施方式的变形例，连接部384的流路截面积逐渐扩大，因此，在该连接部384的内部，也能够降低排气的流速来恢复压力。

(其它变形例)

本发明不限于上述的各实施方式及变形例，也包括在不脱离本发明的主旨的范围内，对上述的各实施方式及变形例施加各种变更的情况。即，在各实施方式及变形例中举出的具体的形状或结构等仅为一例，可以适当地变更。

例如，在主体部85的入口85i中，中心轴C3也可以配置在连接部84、284、384的流路截面形状的长轴的延长线上。这样，能够使从主体部85的入口85i流入主体部85的排气扩散的方向与在扩散器83中流路扩展最急剧的方向一致。

在上述的实施方式中，对排气旁通阀V配置在隔着中心轴C3与中心轴C2相反侧的情况进行了说明。但是，排气旁通阀V的配置不限于这种配置。

在上述的实施方式中，对主体部85的流路截面形状是圆形的情况进行了说明。但是，主体部85的流路截面形状不限于上述形状，只要是与连接部84、284、384相比流路截面积急剧扩大的形状即可。

在上述的实施方式中，以设置有排气旁通阀V的涡轮增压器1为一例进行了说明。但是，只要主体部85的流路截面积从连接部84、284、384的流路截面积急剧扩大，则也可以是没有排气旁通阀V的涡轮增压器。作为未设置排气旁通阀V的涡轮增压器，能够例示出VG(Variable Geometry)漩涡机。

在上述的实施方式中，例示了涡轮增压器1的涡旋是单涡旋的情况。但是，涡轮增压器1的涡旋也可以是双涡旋等分割型涡旋。

在上述的实施方式中，例示了主体部85的出口侧的端缘的整个圆周配置在垂直于中心轴C的同一假想平面内的情况(换句话说，主体部85的出口侧的端面形成为在整个圆周上与轴线C垂直的情况)。但是，主体部85的出口侧的端缘的形状不限于上述的形状，可以采用各种形状。

在上述的实施方式中，以扩散器83、283、383为具备压缩机部P和涡轮部T的涡轮增压器1的扩散器的情况为一例进行了说明。但是，扩散器83不限于涡轮增压器1的扩散器，只要是主体部85的流路截面积相对于连接部84、284、384急剧扩大的扩散器即可。另外，涡轮增压器1不限于用作汽车等车辆或船舶等的内燃机的辅助机械。

产业上的可利用性

本发明应用于扩散器及涡轮增压器。根据本发明，能够在抑制大型化的同时提高效率。

附图标记说明

1涡轮增压器；2旋转轴；2a第一端部；2b第二端部；2n螺丝部；3轴承；4轴承外壳；5压缩机轮；6压缩机外壳；7涡轮轮；8涡轮外壳；21螺母；61入口流路形成部；62压缩机轮收容部；63压缩机涡旋部；71涡轮动叶片；71o出口；81涡轮涡旋部；81a涡旋入口；82涡轮轮收容部；83、283、383扩散器；84、284、384连接部；85主体部；85i入口；86上游侧壁部；86a外周部；87管状部；284S缩径部。

Claims (3)

1.一种扩散器，具备：

连接部，所述连接部从涡轮动叶片的出口延伸；以及

主体部，所述主体部与所述连接部的下游侧的端部连接，且流路截面积比所述连接部的流路截面积大，

所述连接部的流路截面的形状形成为：

在所述涡轮动叶片的出口形成为圆形，并且在所述主体部的入口形成为椭圆，随着从所述涡轮动叶片的出口朝向所述主体部的入口，在所述椭圆的长轴方向上逐渐扩大，

所述主体部的入口处的所述连接部的楕圆形状的中心即连接部中心配置于从所述主体部的流路截面的中心即主体部中心偏离的位置，

所述椭圆的长轴至少向与所述连接部中心相比靠所述主体部中心侧延伸，

所述连接部从所述涡轮动叶片的出口朝向所述主体部的入口延伸，

所述连接部的流路截面积从所述涡轮动叶片的出口到所述主体部的入口不变，为恒定。

2.根据权利要求1所述的扩散器，其中，

所述连接部具备缩径部，

所述缩径部从与所述椭圆的短轴交叉的位置的内周面朝向所述椭圆的中心即连接部中心突出，

所述缩径部突出的高度随着从所述涡轮动叶片的出口朝向所述主体部的入口逐渐增加。

3.一种涡轮增压器，具备权利要求1或2所述的扩散器。

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