CN115362310A - 涡轮以及增压器 - Google Patents

Abstract

涡轮具备：涡轮叶轮(17)，其收纳于收纳部(29)；两个涡轮涡旋流路(37a、37b)，其相对于涡轮叶轮(17)卷绕于径向外侧，且分别连接于收纳部(29)的外周部的相互不同的周向的位置；以及两个涡旋出口(39a、39b)，其将两个涡轮涡旋流路(37a、37b)的各个与收纳部(29)分别连通，并沿周向形成，在上游侧的端部(E1a、E1b)以及下游侧的端部(E2a、E2b)中的至少一方的端部中至少一方具有轴向的高度比周围低的高度分布。

Description

涡轮以及增压器

技术领域

本发明涉及一种涡轮以及增压器。本申请主张基于2020年7月9日提交的日本专利申请第2020-118279号的优先权的利益，其内容并入本申请中。

背景技术

作为设置于增压器等上的涡轮，存在一种双涡旋式涡轮，具备两个涡轮涡旋流路，其相对于涡轮叶轮卷绕于径向外侧，且分别连接于收纳涡轮叶轮的收纳部的外周部的相互不同的周向的位置(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-132996号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在双涡旋式涡轮中，两个涡轮涡旋流路经由收纳涡轮叶轮的收纳部而连通。因此，产生排气从一方的涡轮涡旋流路通过收纳部而向另一方的涡轮涡旋流路泄漏的流动。在两个涡轮涡旋流路之间的排气的泄漏流动成为使涡轮的性能以及与增压器连接的发动机的性能降低的主要原因。

本发明的目的在于提供一种能够抑制排气在两个涡轮涡旋流路之间的泄漏流动的涡轮以及增压器。

用于解决课题的方案

为了解决上述课题，本发明的涡轮具备：涡轮叶轮，其收纳于收纳部；两个涡轮涡旋流路，其相对于涡轮叶轮卷绕于径向外侧，且分别连接于收纳部的外周部的相互不同的周向的位置；以及两个涡旋出口，其将两个涡轮涡旋流路的各个与收纳部分别连通，并沿周向形成，在上游侧的端部以及下游侧的端部中的至少一方的端部中至少一方具有轴向的高度比周围低的高度分布。

在高度分布中，至少在下游侧的端部中，轴向的高度可以比周围低。

在高度分布中，在上游侧的端部以及下游侧的端部双方中，轴向的高度可以比周围低。

在高度分布中，下游侧的端部的轴向的高度可以比上游侧的端部的轴向的高度低。

为了解决上述课题，本发明的增压器具备上述涡轮。

发明效果

根据本发明，能够抑制排气在两个涡轮涡旋流路之间的泄漏流动。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的增压器的概略剖视图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是表示本实施方式的涡旋出口的高度分布的例子的图。

具体实施方式

以下，参照附图描述本发明的实施方式。实施方式所示的尺寸、材料、其他具体的数值等只不过是为了容易理解的例示，除了特别声明的情况之外，并不限定本发明。此外，在本说明书以及附图中，对于具有实质上相同的功能、结构的要素，标注相同的附图标记且省略重复说明，另外，对于与本发明没有直接关系的要素，省略图示。

图1是表示本发明的实施方式的增压器TC的概略剖视图。以下，将图1所示的箭头L方向作为增压器TC的左侧进行说明。将图1所示的箭头R方向作为增压器TC的右侧进行说明。如图1所示，增压器TC具备增压器主体1。增压器主体1具备轴承壳体3、涡轮壳体5以及压缩机壳体7。涡轮壳体5通过紧固螺栓9与轴承壳体3的左侧连结。压缩机壳体7通过紧固螺栓11与轴承壳体3的右侧连结。增压器TC具备涡轮T以及离心压缩机C。涡轮T包括轴承壳体3以及涡轮壳体5。涡轮T是所谓的双涡旋式涡轮。离心压缩机C包括轴承壳体3和压缩机壳体7。

在轴承壳体3形成有轴承孔3a。轴承孔3a沿增压器TC的左右方向贯通。在轴承孔3a上配置有半浮动轴承13。半浮动轴承13旋转自如地轴支撑轴15。在轴15的左端部设置有涡轮叶轮17。涡轮叶轮17旋转自如地收纳于涡轮壳体5。在轴15的右端部设置有压缩机叶片19。压缩机叶片19旋转自如地收纳于压缩机壳体7。轴15的轴向是增压器TC的轴向(即，左右方向)。以下，将增压器TC的轴向、径向以及周向分别简称为轴向、径向以及周向。

在压缩机壳体7形成有吸入口21。吸入口21在增压器TC的右侧开口。吸入口21与未图示的空气滤清器连接。通过轴承壳体3与压缩机壳体7的对置面形成扩散流路23。扩散流路23使空气升压。扩散流路23形成为环状。扩散流路23在径向内侧经由压缩机叶片19与吸入口21连通。

另外，在压缩机壳体7形成有压缩机涡旋流路25。压缩机涡旋流路25形成为环状。压缩机涡旋流路25例如位于比扩散流路23靠径向外侧的位置。压缩机涡旋流路25与未图示的发动机的吸入口和扩散流路23连通。当压缩机叶片19旋转时，从吸入口21向压缩机壳体7内吸入空气。吸入的空气在压缩机叶片19间流通的过程中被加压加速。被加压加速后的空气在扩散流路23以及压缩机涡旋流路25中被升压。升压后的空气被引导至发动机的吸入口。

在涡轮壳体5形成有排出流路27、收纳部29以及排气流路31。排出流路27在增压器TC的左侧开口。排出流路27与未图示的排气净化装置连接。排出流路27与收纳部29连通。排出流路27相对于收纳部29在轴向上连续。收纳部29收纳涡轮叶轮17。在收纳部29的径向外侧形成有排气流路31。排气流路31与未图示的发动机的排气歧管连通。从未图示的发动机的排气歧管排出的排气经由排气流路31以及收纳部29被引导至排出流路27。被引导至排出流路27的排气在流通过程中使涡轮叶轮17旋转。

涡轮叶轮17的旋转力经由轴15传递至压缩机叶片19。若压缩机叶片19旋转，则如上述那样空气被升压。这样，空气被引导至发动机的吸入口。

图2是图1的A-A剖视图。在图2中，对于涡轮叶轮17，仅将外周用圆表示。如图2所示，排气流路31具备排气导入口33、排气导入路35、涡轮涡旋流路37以及涡旋出口39。

排气导入口33在涡轮壳体5的外部开口。从未图示的发动机的排气歧管排出的排气被导入排气导入口33。

排气导入路35将排气导入口33与涡轮涡旋流路37连接。排气导入路35例如形成为直线状。排气导入路35将从排气导入口33导入的排气引导至涡轮涡旋流路37。

涡轮涡旋流路37经由涡旋出口39与收纳部29连通。涡轮涡旋流路37将从排气导入路35导入的排气经由涡旋出口39引导至收纳部29。

在涡轮壳体5形成有分隔板(分隔壁)41。分隔板41配置在排气流路31内(具体而言，排气导入口33、排气导入路35以及涡轮涡旋流路37内)。分隔板41将排气流路31在涡轮叶轮17的周向上分隔。分隔板41在轴向连接于排气导入口33、排气导入路35以及涡轮涡旋流路37的内表面。分隔板41沿着排气流路31延伸。即，分隔板41沿着排气的流动方向延伸。以下，将排气的流动方向的上游侧简称为上游侧，将排气的流动方向的下游侧简称为下游侧。

排气导入口33被分隔板41分割为排气导入口33a和排气导入口33b。在本实施方式中，排气导入口33a位于比排气导入口33b靠径向内侧的位置。

排气导入路35被分隔板41分割为排气导入路35a和排气导入路35b。在本实施方式中，排气导入路35a位于比排气导入路35b靠径向内侧的位置。排气导入路35a与排气导入口33a连通。排气导入路35b与排气导入口33b连通。

涡轮涡旋流路37通过分隔板41被分割成涡轮涡旋流路37a和涡轮涡旋流路37b。在本实施方式中，涡轮涡旋流路37a位于比涡轮涡旋流路37b靠径向内侧的位置。涡轮涡旋流路37a与排气导入路35a连通。涡轮涡旋流路37b与排气导入路35b连通。两个涡轮涡旋流路37a、37b相对于涡轮叶轮17卷绕于径向外侧。两个涡轮涡旋流路37a、37b以随着向涡轮叶轮17的旋转方向RD前进而接近涡轮叶轮17的方式卷绕。各涡轮涡旋流路37的径向的宽度随着从上游侧朝向下游侧而变小。

两个涡轮涡旋流路37a、37b分别连接于收纳部29的外周部的相互不同的周向的位置。涡轮涡旋流路37a经由涡旋出口39a与收纳部29连通。涡轮涡旋流路37b经由涡旋出口39b与收纳部29连通。这样，两个涡旋出口39a、39b分别将两个涡轮涡旋流路37a、37b的各个与收纳部29连通。

两个涡旋出口39a、39b沿周向形成。具体而言，涡旋出口39a在收纳部29的一侧的半周(具体而言，图2中的左侧的半周)与收纳部29连通。涡旋出口39b在收纳部29的另一侧的半周(具体而言，图2中的右侧的半周)与收纳部29连通。两个涡旋出口39a、39b隔着涡轮叶轮17在径向上对置。

在涡轮壳体5形成有第一舌部43a和第二舌部43b。另外，以下，在不特别区分第一舌部43a和第二舌部43b的情况下，也简称为舌部43。各舌部43划分涡轮涡旋流路37a和涡轮涡旋流路37b。另外，各舌部43划分涡旋出口39a和涡旋出口39b。

第一舌部43a形成在分隔板41的下游侧的端部。第一舌部43a划分涡旋出口39a的下游侧的端部E2a和涡旋出口39b的上游侧的端部E1b。涡旋出口39b的上游侧的端部E1b相对于第一舌部43a位于旋转方向RD侧。涡旋出口39a的下游侧的端部E2a相对于第一舌部43a位于旋转方向RD的相反侧。

第二舌部43b设置在面对涡轮涡旋流路37b的下游侧的端部的位置。第二舌部43b划分涡旋出口39b的下游侧的端部E2b和涡旋出口39a的上游侧的端部E1a。涡旋出口39a的上游侧的端部E1a相对于第二舌部43b位于旋转方向RD侧。涡旋出口39b的下游侧的端部E2b相对于第二舌部43b位于旋转方向RD的相反侧。

第一舌部43a的周向位置相对于第二舌部43b的周向位置偏移180°。即，第一舌部43a和第二舌部43b隔着涡轮叶轮17在径向上对置。但是，第一舌部43a的周向位置也可以相对于第二舌部43b的周向位置偏移与180°不同的角度。

在此，未图示的发动机的排气歧管具备两个以上的多个分割路。多个分割路中的一部分的分割路连接于排气导入口33a。多个分割路中的其他分割路连接于排气导入口33b。从未图示的发动机排出的排气在分割路中流通，被导入排气导入口33a或排气导入口33b。在向一方的排气导入口33导入排气的时刻，基本上不向另一方的排气导入口33导入排气。交替地反复进行排气向排气导入口33a的导入和排气向排气导入口33b的导入。

被导入排气导入口33a的排气通过排气导入路35a以及涡轮涡旋流路37a从涡旋出口39a流向收纳部29。被导入排气导入口33b的排气通过排气导入路35b以及涡轮涡旋流路37b从涡旋出口39b流向收纳部29。在排气向一方的涡轮涡旋流路37流动的时刻，排气基本上不向另一方的涡轮涡旋流路37流动。因此，在涡轮涡旋流路37a与涡轮涡旋流路37b之间产生压力差，产生两个涡轮涡旋流路37间的排气的泄漏流动。在上述的泄漏流动中，排气从一方的涡轮涡旋流路37向另一方的涡轮涡旋流路37通过舌部43的附近而泄漏流动。

在本实施方式的涡轮T中，通过对涡旋出口39的轴向的高度H(参照图1)的周向上的分布进行研究，抑制两个涡轮涡旋流路37间的排气的泄漏流动。以下，也将涡旋出口39的轴向的高度H称为出口高度H。

如上所述，涡旋出口39沿周向形成。在此，涡旋出口39的周向位置使用相对于涡旋出口39的上游侧的端部的偏移角θ来表示。如图2所示，当在涡旋出口39a的上游侧的端部E1a处为θ＝0°时，在涡旋出口39a的下游侧的端部E2a处变为θ＝180°。当在涡旋出口39b的上游侧的端部E1b处为θ＝0°时，在涡旋出口39b的下游侧的端部E2b处变为θ＝180°。

图3是表示涡旋出口39的高度分布的例子的图。在图3中，作为涡旋出口39的高度分布的例子，示出了高度分布HD1、HD2、HD3、HD4这4个分布。

在涡旋出口39a与涡旋出口39b之间，高度分布也可以共通。但是，并不限定于此，在涡旋出口39a与涡旋出口39b之间，高度分布也可以不同。例如，在各涡旋出口39采用高度分布HD1、HD2、HD3、HD4中的任意1个高度分布的情况下，作为涡旋出口39a和涡旋出口39b的高度分布的组合，存在16种组合。另外，高度分布HD1、HD2、HD3、HD4只不过是涡旋出口39的高度分布的例子。各涡旋出口39也可以采用高度分布HD1、HD2、HD3、HD4以外的高度分布。

在高度分布HD1中，出口高度H在θ＝180°的周向位置(即，下游侧的端部E2a、E2b)为最大值Hmax。出口高度H随着θ从180°变为0°而变小。出口高度H在θ＝0°的周向位置(即，上游侧的端部E1a、E1b)为最小的高度H1。即，在高度分布HD1中，在上游侧的端部E1a、E1b，出口高度H比周围低。

在高度分布HD2中，出口高度H在θ＝0°的周向位置(即，上游侧的端部E1a、E1b)为最大值Hmax。出口高度H随着θ从0°变为180°而变小。出口高度H在θ＝180°的周向位置(即，下游侧的端部E2a、E2b)为最小的高度H1。即，在高度分布HD2中，在下游侧的端部E2a、E2b，出口高度H比周围低。

在高度分布HD3中，出口高度H在θ为0°与180°之间的角度的周向位置(即，周向的中央侧)为最大值Hmax。出口高度H随着从周向的中央侧朝向θ＝0°的周向位置(即，上游侧的端部E1a、E1b)而变小。出口高度H随着从周向的中央侧朝向θ＝180°的周向位置(即，下游侧的端部E2a、E2b)而变小。出口高度H在θ＝0°的周向位置(即，上游侧的端部E1a、E1b)以及θ＝180°的周向位置(即，下游侧的端部E2a、E2b)双方为最小的高度H1。即，在高度分布HD3中，在上游侧的端部E1a、E1b以及下游侧的端部E2a、E2b双方，出口高度H比周围低。

在高度分布HD4中，与高度分布HD3同样地，在θ＝0°的周向位置(即，上游侧的端部E1a、E1b)以及θ＝180°的周向位置(即，下游侧的端部E2a、E2b)双方，出口高度H比周围低。在此，θ＝0°的周向位置(即，上游侧的端部E1a、E1b)的出口高度H为高度H1。θ＝180°的周向位置(即，下游侧的端部E2a、E2b)的出口高度H为比高度H1低的高度H2。即，在高度分布HD4中，下游侧的端部E2a、E2b的出口高度H比上游侧的端部E1a、E1b的出口高度H低。

在本实施方式的涡轮T中，涡旋出口39如高度分布HD1、HD2、HD3、HD4那样，在上游侧的端部E1a、E1b以及下游侧的端部E2a、E2b中的至少一方的端部具有轴向的高度H(即出口高度H)比周围低的高度分布。在出口高度H低的位置，排气以比出口高度H高的位置高的流速朝向收纳部29流出。结果，能够增大从上游侧的端部E1a、E1b以及下游侧的端部E2a、E2b中的至少一方的端部流向收纳部29的排气的流速的径向内侧的成分。

并且，在排气流动的一侧的涡轮涡旋流路37中，能够提高上游侧的端部E1a、E1b以及下游侧的端部E2a、E2b中的至少一方的端部的排气的流速，因此能够使舌部43的附近的压力降低。结果，在涡轮涡旋流路37a与涡轮涡旋流路37b之间，能够使舌部43附近的压力差降低。

因此，通过在上游侧的端部E1a、E1b以及下游侧的端部E2a、E2b中的至少一方的端部使出口高度H低于周围，能够抑制排气从一方的涡轮涡旋流路37通过舌部43的附近向另一方的涡轮涡旋流路37泄漏流动。因此，能够抑制排气在两个涡轮涡旋流路37之间的泄漏流动。因此，能够抑制涡轮T的性能以及与增压器TC连接的发动机的性能的降低。

另外，在本实施方式的涡轮T中，只要涡旋出口39a以及涡旋出口39b中的至少一方具有上述的高度分布(即，上游侧的端部E1a、E1b以及下游侧的端部E2a、E2b中的至少一方的端部中轴向的高度H比周围低的高度分布)即可。即，也可以仅涡旋出口39a和涡旋出口39b中的一方具有上述的高度分布。例如，在涡旋出口39a和涡旋出口39b中的一方中，无论周向位置如何，出口高度H都可以是恒定的。涡旋出口39a和涡旋出口39b双方也可以具有上述的高度分布。

如高度分布HD2、HD3、HD4那样，在涡旋出口39的高度分布中，优选至少在下游侧的端部E2a、E2b中，轴向的高度H(即，出口高度H)比周围低。在此，在涡轮涡旋流路37中，在上游侧的端部E1a(E1b)的附近，排气的流动方向为与从上游侧的端部E1a(E1b)朝向下游侧的端部E2b(E2a)的方向(即，泄漏流动的方向)相反的方向。另一方面，在涡轮涡旋流路37中，在下游侧的端部E2a(E2b)的附近，排气的流动方向与从下游侧的端部E2a(E2b)朝向上游侧的端部E1b(E1a)的方向(即，泄漏流动的方向)一致。因此，在从下游侧的端部E2a、E2b流向收纳部29的排气中，与从上游侧的端部E1a、E1b流向收纳部29的排气相比，容易产生泄漏流动。

因此，通过至少在下游侧的端部E2a、E2b使出口高度H低于周围，能够抑制由从下游侧的端部E2a、E2b流向收纳部29的排气产生的泄漏流动(即，与上游侧的端部E1a、E1b相比容易产生泄漏流动)。因此，能够抑制与上游侧的端部E1a、E1b相比容易产生的下游侧的端部E2a、E2b处的泄漏流动，因此能够有效地抑制排气在两个涡轮涡旋流路37之间的泄漏流动。

如高度分布HD3、HD4那样，在涡旋出口39的高度分布中，优选在上游侧的端部E1a、E1b以及下游侧的端部E2a、E2b双方中，轴向的高度H(即，出口高度H)比周围低。由此，除了由从下游侧的端部E2a、E2b流向收纳部29的排气产生的泄漏流动以外，还能够抑制因从上游侧的端部E1a、E1b流向收纳部29的排气而产生的泄漏流动。因此，能够更有效地抑制排气在两个涡轮涡旋流路37之间的泄漏流动。

如高度分布HD4那样，在上游侧的端部E1a、E1b以及下游侧的端部E2a、E2b双方中，在轴向的高度H(即，出口高度H)比周围低的高度分布中，优选下游侧的端部E2a、E2b的轴向的高度H(即，出口高度H)比上游侧的端部E1a、E1b的轴向的高度H(即，出口高度H)低。如上所述，在从下游侧的端部E2a、E2b流向收纳部29的排气中，与从上游侧的端部E1a、E1b流向收纳部29的排气相比，容易产生泄漏流动。因此，通过使下游侧的端部E2a、E2b的出口高度H比上游侧的端部E1a、E1b的出口高度H低，能够特别有效地抑制由从下游侧的端部E2a、E2b流向收纳部29的排气产生的泄漏流动。因此，能够更有效地抑制排气在两个涡轮涡旋流路37之间的泄漏流动。

以上，参照附图对本发明的实施方式进行了说明，但不言而喻，本发明并不限定于这些实施方式。只要是本领域技术人员，明显能够在技术方案所记载的范畴内想到各种变更例或修正例，这些当然也属于本发明的技术范围。

在上述中，说明了涡轮T搭载于增压器TC的例子，但涡轮T也可以搭载于增压器TC以外的装置(例如，发电机等)。

在上述中，对排气导入口33a、排气导入路35a以及涡轮涡旋流路37a、和排气导入口33b、排气导入路35b以及涡轮涡旋流路37b在径向上排列形成的例子进行了说明，但排气流路31中的各构成要素间的位置关系并不限定于该例。例如，排气导入口33a、排气导入路35a以及涡轮涡旋流路37a、和排气导入口33b、排气导入路35b以及涡轮涡旋流路37b也可以在轴向上排列形成。

符号说明

17—涡轮叶轮，29—收纳部，37a—涡轮涡旋流路，37b—涡轮涡旋流路，39a—涡旋出口，39b—涡旋出口，E1a—上游侧的端部，E1b—上游侧的端部，E2a—下游侧的端部，E2b—下游侧的端部，HD1—高度分布，HD2—高度分布，HD3—高度分布，HD4—高度分布，T—涡轮，TC—增压器。

Claims (5)

1.一种涡轮，其特征在于，具备：

涡轮叶轮，其收纳于收纳部；

两个涡轮涡旋流路，其相对于所述涡轮叶轮卷绕于径向外侧，且分别连接于所述收纳部的外周部的相互不同的周向的位置；以及

两个涡旋出口，其将所述两个涡轮涡旋流路的各个与所述收纳部分别连通，并沿周向形成，在上游侧的端部以及下游侧的端部中的至少一方的端部中至少一方具有轴向的高度比周围低的高度分布。

2.根据权利要求1所述的涡轮，其特征在于，

在所述高度分布中，至少在下游侧的端部中，轴向的高度比周围低。

3.根据权利要求2所述的涡轮，其特征在于，

在所述高度分布中，在上游侧的端部以及下游侧的端部双方中，轴向的高度比周围低。

4.根据权利要求3所述的涡轮，其特征在于，

在所述高度分布中，下游侧的端部的轴向的高度比上游侧的端部的轴向的高度低。

5.一种增压器，其特征在于，

具备根据权利要求1～4中任一项所述的涡轮。

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