專利名稱：徑流式渦輪或斜流式渦輪的渦旋部構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種形成徑流式渦輪或斜流式渦輪的廢氣流路的渦旋部構(gòu)造，所述徑流式渦輪或斜流式渦輪用于內(nèi)燃機(jī)的增壓器(廢氣渦輪增壓器)，構(gòu)成為，使廢氣從螺旋狀的渦旋部沿徑向流入渦輪轉(zhuǎn)子的動(dòng)葉片，作用于該動(dòng)葉片后，沿軸向流出，由此旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)該渦輪轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
對(duì)于汽車內(nèi)燃機(jī)等所使用的增壓器(廢氣渦輪增壓器)，往往采用徑流式渦輪或斜流式渦輪，其構(gòu)成為，使廢氣從形成于渦輪殼體內(nèi)的螺旋狀的渦旋部沿徑向流入位于該渦旋部內(nèi)側(cè)的渦輪轉(zhuǎn)子的動(dòng)葉片，作用于該動(dòng)葉片后，沿軸向流出，由此旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子。圖4是表示使用了以往技術(shù)的徑流式渦輪的增壓器一例的日本專利特開2003 -120303號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)I)。圖中01是渦輪殼體，04是形成在渦輪殼體01內(nèi)的螺旋狀的渦旋部，05是形成在渦輪殼體01內(nèi)周的廢氣排出口通道，06是壓縮機(jī)殼體，09是連接渦輪殼體01和壓縮機(jī)殼體06的軸承殼體。010是渦輪葉輪，在其外周部上沿圓周方向等間隔固定有多個(gè)動(dòng)葉片03。07是壓縮機(jī)葉輪，08是設(shè)在壓縮機(jī)葉輪07的空氣出口處的擴(kuò)散部，012是連接渦輪葉輪010和壓縮機(jī)葉輪07的轉(zhuǎn)軸。011 是安裝在軸承殼體09上并對(duì)轉(zhuǎn)軸12進(jìn)行軸支承的一對(duì)軸承。LI是渦輪葉輪101、壓縮機(jī)葉輪及轉(zhuǎn)軸012的旋轉(zhuǎn)軸心。并且，在具有徑流式渦輪的增壓器中，來自內(nèi)燃機(jī)(圖示省略)的廢氣進(jìn)入渦旋部04，沿渦旋部04的螺旋狀環(huán)繞而從動(dòng)葉片03的外周側(cè)入口端面流入動(dòng)葉片03，并向渦輪轉(zhuǎn)子02的中心側(cè)沿徑向流動(dòng)，對(duì)渦輪轉(zhuǎn)子02膨脹做功后，沿轉(zhuǎn)軸012的軸線LI方向流出，并從廢氣出口通道05送出到增壓器外。圖5(A)表示在專利文獻(xiàn)I的形成于徑流式渦輪的廢氣入口內(nèi)周的舌部附近、沿相對(duì)于轉(zhuǎn)軸012的軸線LI呈直角的方向剖開的剖面示意結(jié)構(gòu)圖，圖5(B)表示圖5(A)的W向視圖。在圖5(A)中，04是渦旋部,044是廢氣導(dǎo)入口，045是舌部,舌部被做成這樣的結(jié)構(gòu)將來自廢氣導(dǎo)入口 044的廢氣通過流路046而被導(dǎo)入渦旋部04的連接部的流路046和流入動(dòng)葉片03的動(dòng)葉片側(cè)通道047隔開。并且，如圖5 (B)所示,舌部045從流路046側(cè)及動(dòng)葉片側(cè)通道047側(cè)受到廢氣熱量，另一方面，積蓄在舌部045上的熱量如箭頭Z (參照?qǐng)D5 (A))表示那樣，其散熱效率因散熱路徑狹窄而不太好。另外，渦旋部04的截面形狀，在轉(zhuǎn)軸012的軸線LI方向上為寬幅，護(hù)罩部(日文 7 ^ F'部)X較深，故容易滯留廢氣熱量，該部的散熱效率不太好。因此，舌部045的溫度有時(shí)為800 900° C。專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2003 - 120303號(hào)公報(bào)
發(fā)明所要解決的課題在這種徑流式渦輪中，來自發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫廢氣通過流路046，沿螺旋部環(huán)繞渦旋部04地向動(dòng)葉片側(cè)通道047流出。因此，舌部045從流路046和動(dòng)葉片側(cè)通道047的兩側(cè)暴露在高溫廢氣中，舌部045的散熱路徑僅僅是Z方向(參照?qǐng)D5(A))，容易積蓄熱量而成為高溫。所以，舌部045因表面氧化、熱應(yīng)力的原因而產(chǎn)生疲勞損傷。作為其對(duì)策，使用高溫下的耐氧化性和耐疲勞特性好的高價(jià)材料(例如奧氏體鑄鋼、鐵素體鑄鋼等)作為渦輪殼體01的材料，成為成本增加的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決這種問題而做成的，其目的在于，增加渦輪殼體01的連接部(舌部)露出于外部空氣的表面積，并增加配置有舌部045的渦輪殼體01的護(hù)罩部X的露出于外部空氣的表面積，由此增加來自該部的散熱，抑制積蓄在舌部045上的熱量，降低該部所使用的材料的耐熱等級(jí)以降低成本。用于解決課題的手段為了解決上述課題，本發(fā)明的徑流式渦輪或斜流式渦輪的渦旋構(gòu)造，該徑流式渦輪或斜流式渦輪構(gòu)成為，使廢氣從形成在渦輪殼體內(nèi)的螺旋狀的渦旋部沿徑向流入該渦旋部的動(dòng)葉片，作用于該動(dòng)葉片后，沿軸向流出，由此旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子，其中，在所述徑流式渦輪或斜流式渦輪的徑向截面上，在護(hù)罩部形成有成為散熱空間的凹部，該護(hù)罩部形成于所述渦旋部與覆蓋所述動(dòng)葉片的渦輪室壁之間，且該凹部沿周向形成。利用這種結(jié)構(gòu)，通過在渦旋部與渦輪室之間的護(hù)罩部設(shè)置散熱空間，從而可降低渦輪殼體所使用的材料的高溫耐氧化性和耐熱疲勞特性的等級(jí)，減少成本。另外，本發(fā)明最好是，所述渦旋部的徑向截面形狀，由徑向比軸向長的縱長的長方形截面形狀構(gòu)成，在所述渦旋部中，廢氣沿相對(duì)于將舌部與所述渦旋部的軸心連接起來的線呈直角的方向流通，所述舌部將流向所述渦旋部的流路和流入所述動(dòng)葉片的動(dòng)葉片側(cè)流路隔開。利用這種結(jié)構(gòu)，由于渦旋部的廢氣流通截面的軸向長度短，因此，形成于渦輪室壁和渦旋部之間的凹部深度變淺，該凹部的開口形成得大，且在成形渦輪殼體時(shí)，容易將殼體側(cè)的壁厚做得與周圍均勻，抑制成形時(shí)的凝固消退，使產(chǎn)品精度穩(wěn)定。另外，本發(fā)明最好是，所述渦旋部的徑向截面形狀構(gòu)成為，徑向的寬度A與所述軸的軸線方向的寬度B的渦旋寬度比A/B為1〈A/B ( 2。利用這種結(jié)構(gòu)，通過將渦旋寬度比做大(1〈A/B)、將軸線方向的寬度做小，從而殼體的廢氣流出方向側(cè)的突出量變小，使該部的殼體(護(hù)罩部)的壁厚減少，使成為散熱空間部的凹部形成得大，提高護(hù)罩部的散熱效果。另外，通過將渦旋寬度比構(gòu)成為A/B ( 2，從而能防止渦旋部的外徑變大而使搭載在發(fā)動(dòng)機(jī)上的搭載性變差的情況。此外，在相同截面積的情況下，當(dāng)將B寬度做窄時(shí)，可在消除流路的表面積變大、廢氣的流通阻力變大而使渦輪增壓器性能下降的同時(shí)，還可消除重量變重這些不良情況。
另外，本發(fā)明最好是，將流向所述渦旋部的流路和流入所述動(dòng)葉片的動(dòng)葉片側(cè)流路隔開的舌部的廢氣流通方向的傾斜為沿著對(duì)數(shù)螺旋的形狀。利用這種結(jié)構(gòu)，由于流入渦旋部的廢氣被沿該渦旋部的外周導(dǎo)向，因此，通過將舌部的流通方向的傾斜做成對(duì)數(shù)螺旋形狀，從而從舌部流出的流出角度和流向動(dòng)葉片3的廢氣流出角度相同，能順利地進(jìn)行廢氣的渦旋部處的廢氣流通，能充分發(fā)揮渦輪增壓器的性倉泛。另外，舌部的渦旋部與流向渦旋部的流路的交叉角度變大，在該部設(shè)置冷卻空間，由此可抑制舌部的溫度上升。發(fā)明的效果通過將渦旋部的截面形狀做成其徑向的寬度A和所述軸的軸線方向的寬度B的渦旋寬度比α為1〈Α/Β< 2，從而能將護(hù)罩部的凹部做大，促進(jìn)外部空氣對(duì)流，不僅促進(jìn)舌部而且促進(jìn)護(hù)罩全周的散熱，能降低渦輪殼體所使用的材料的高溫耐氧化性和耐熱疲勞特性的等級(jí)，降低成本。另外，通過將舌部的廢氣流通方向的舌部壁面形狀做成對(duì)數(shù)螺旋形狀，在該部設(shè)置冷卻空間(相當(dāng)于圖2的79)，從而能促進(jìn)外部空氣對(duì)流并促進(jìn)舌部的散熱。


圖1(A)是本發(fā)明第一實(shí)施形態(tài)的舌部的與渦輪轉(zhuǎn)子軸線呈直角的方向的剖視圖，圖1 (B)是圖1 (A)的P向視圖，表示渦旋部及沿渦輪轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的上半部分截面的主要部分大致構(gòu)造圖。圖2是本發(fā)明第二實(shí)施形態(tài)的舌部的與渦輪轉(zhuǎn)子軸線呈直角的方向的剖視圖。圖3表示本發(fā)明第二實(shí)施形態(tài)的舌部形狀的對(duì)數(shù)螺旋的說明圖。圖4是表示沿使用了應(yīng)用本發(fā)明的徑流式渦輪的增壓器的旋轉(zhuǎn)軸線的剖視圖。圖5(A)表示以往技術(shù)的舌部的與渦輪轉(zhuǎn)子軸線呈直角的方向的剖視圖，圖5(B)是圖5(A)的W向視圖。
具體實(shí)施例方式下面，用附圖所示的實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。但是，本實(shí)施例記載的結(jié)構(gòu)零件的尺寸、材質(zhì)、形狀和其相對(duì)配置等只要不特別進(jìn)行特定的記載，就不是將本發(fā)明的范圍僅限定于此的意思，只不過是說明例而已。(第一實(shí)施形態(tài))圖1表示本發(fā)明第一實(shí)施形態(tài)的渦旋部的廢氣流通空間部的大致構(gòu)造圖?，F(xiàn)對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施形態(tài)的渦輪渦旋部進(jìn)行說明。圖1(A)是本發(fā)明的第一實(shí)施形態(tài)的舌部的與渦輪轉(zhuǎn)子軸線呈直角的方向的剖視圖，圖1 (B)是圖1 (A)的P向視圖，表示渦旋部及沿渦輪轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的上半部分截面的主要部分大致構(gòu)造圖。

在表示應(yīng)用本發(fā)明的徑流式渦輪的增壓器的整體構(gòu)造的圖4中，01是渦輪殼體，04是形成在渦輪殼體01內(nèi)的螺旋狀的渦旋部，05是形成在渦輪殼體01內(nèi)周的廢氣排出口通道，06是壓縮機(jī)殼體，09是連接渦輪殼體01和壓縮機(jī)殼體06的軸承殼體。
010是渦輪葉輪，在其外周部沿圓周方向等間隔固定有多個(gè)動(dòng)葉片03。07是壓縮機(jī)葉輪，08是設(shè)在壓縮機(jī)葉輪07的空氣出口處的擴(kuò)散部，012是連接渦輪葉輪010和壓縮機(jī)葉輪07的轉(zhuǎn)軸。011是安裝在軸承殼體09上并對(duì)轉(zhuǎn)軸12進(jìn)行軸支承的一對(duì)軸承。LI是渦輪葉輪010、壓縮機(jī)葉輪及轉(zhuǎn)軸012的旋轉(zhuǎn)軸心。在具有這種徑流式渦輪的增壓器中，來自內(nèi)燃機(jī)(圖示省略)的廢氣從廢氣導(dǎo)入口進(jìn)入渦旋部4，沿該渦旋部04的螺旋環(huán)繞而從多個(gè)動(dòng)葉片03的外周側(cè)入口端面流入動(dòng)葉片03，并向渦輪葉輪010的中心側(cè)沿徑向流動(dòng)，在對(duì)渦輪葉輪010進(jìn)行膨脹做功后，沿軸向流動(dòng)并從廢氣出口通道05排出。如上所示，帶有徑流式渦輪的增壓器的基本結(jié)構(gòu)是與以往技術(shù)相同的。在本發(fā)明中對(duì)渦旋的形狀進(jìn)行改進(jìn)。在圖UA)中，46是使來自廢氣流入口的廢氣流入渦旋部4的由渦輪殼體I形成的流路。4是由渦輪殼體I形成的渦旋部，該渦旋部4形成為螺旋狀，使從流路46流入的廢氣改變成螺旋狀的流動(dòng)，通過動(dòng)葉片側(cè)通道47而使廢氣流入動(dòng)葉片3。45是流路46和渦旋部4的連接部，是將流路46與動(dòng)葉片側(cè)通道47隔開的舌部。渦旋部4由其外周壁 15、前側(cè)壁16 (為便于說明，將廢氣排出方向作為“后側(cè)”)、后側(cè)壁17和內(nèi)周壁18構(gòu)成。渦旋部4的前側(cè)壁16和后側(cè)壁17間的距離即軸線LI方向的寬度B形成得比外周壁15和內(nèi)周壁18的距離即徑向的寬度A小。并且，渦旋部4的形狀，最好其徑向的寬度A與沿軸線LI的方向的寬度的比α形成為1〈Α/Β彡1. 2 2. O的范圍。在維持渦旋部4的 流通面積的狀態(tài)下，當(dāng)將渦旋部4的外周壁15的長度做成小于徑向的長度時(shí)，外周壁15的直徑變大，后側(cè)壁17成為接近前側(cè)壁16側(cè)的形狀。另外，當(dāng)將寬度比做成大于2時(shí)(在相同截面積的情況下，將寬度B做窄)，由于流路的表面積變大，因此，廢氣的流通阻力變大，渦輪增壓器性能下降，且重量也重。此外，當(dāng)徑向變大時(shí)，渦輪增壓器整體變大，搭載在發(fā)動(dòng)機(jī)上的搭載性惡化。另外，由于渦旋部的廢氣流通截面的軸向長度變短，因此，形成于渦輪室壁與渦旋部之間的凹部的深度變淺，該凹部的開口形成得大，并且，也容易將殼體側(cè)的壁厚做得與周圍均勻，成形時(shí)的凝固消退(當(dāng)壁厚有較大不同時(shí)，壁厚較薄的部分提早凝固，較厚時(shí)中央部的凝固延遲，由于中央部的凝固，表面部容易形成淺的凹部。有時(shí)根據(jù)情況不同而變形)被抑制，產(chǎn)品精度穩(wěn)定。這樣一來，可做大由渦輪殼體I的舌部45的內(nèi)周壁18、動(dòng)葉片側(cè)后壁19及渦輪室壁20形成的護(hù)罩部11的開口部R，容易產(chǎn)生與該部接觸的外部空氣的流動(dòng)，因此，可從該部不僅對(duì)積蓄在舌部45的熱量進(jìn)行散熱而且對(duì)積蓄在護(hù)罩全周的熱量進(jìn)行散熱。通過抑制積蓄在舌部和護(hù)罩全周上的熱量，從而獲得因降低渦輪殼體5所使用的材料的耐熱等級(jí)帶來的成本減少。(第二實(shí)施形態(tài))在本實(shí)施形態(tài)中，與第一實(shí)施形態(tài)相同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)上相同的符號(hào)，省略說明?；趫D3來說明本發(fā)明第二實(shí)施形態(tài)的渦輪渦旋部。圖2表示本發(fā)明第二實(shí)施形態(tài)的舌部的與渦輪轉(zhuǎn)子軸線呈直角的方向的剖視圖。
76是使來自廢氣導(dǎo)入口 74的廢氣流入渦旋部4的由渦輪殼體5形成的流路。75是流路76和渦旋部7的連接部，是將流路76與動(dòng)葉片側(cè)通道77隔開的舌部。舌部75的朝向渦旋部7的廢氣流通方向的傾斜被做成沿著對(duì)數(shù)螺旋的形狀。沿著對(duì)數(shù)螺旋的形狀的范圍到線M與舌部75的表面交叉的部分為止，即為對(duì)數(shù)螺旋部78，所述線M是以連接軸線LI和舌部頂端的線S為基準(zhǔn)，以軸線LI為中心向廢氣導(dǎo)入口 74側(cè)偏轉(zhuǎn)角度β的線。另外，在本實(shí)施形態(tài)中β為大致30度，但對(duì)數(shù)螺旋部78的范圍，只要廢氣從舌部向渦旋部7流出的角度沿著對(duì)數(shù)螺旋即可，可根據(jù)狀況進(jìn)行增減。所謂對(duì)數(shù)螺旋，是自然界常見的一種螺旋，也被稱為等角螺旋。作為性質(zhì)，如圖3所示，從旋轉(zhuǎn)中心以某一角度Θ引出的線、和該線與螺旋的交點(diǎn)處的切線所構(gòu)成的角度b始終恒定。通過做成如此結(jié)構(gòu)，從舌部75流出的流出角度Y和流向動(dòng)葉片3的廢氣流出角度Y相同，能順利地進(jìn)行廢氣的渦旋部處的廢氣流通，能充分發(fā)揮渦輪增壓器性能。由于舌部的流路與渦旋部的交叉角度變大，且在該部能設(shè)置冷卻空間79，舌部75的一部分暴露在外部空氣中，故能有效抑制舌部的溫度上升。產(chǎn)業(yè)上的實(shí)用性 可用于徑流式渦輪，該徑流式渦輪用于內(nèi)燃機(jī)等以提高內(nèi)燃機(jī)的輸出功率，該徑流式渦輪構(gòu)成為，使廢氣從螺旋狀的渦旋部沿徑向流入渦輪轉(zhuǎn)子的動(dòng)葉片，作用于該動(dòng)葉片后沿軸向流出，由此旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子。
權(quán)利要求
1.一種徑流式渦輪或斜流式渦輪的渦旋構(gòu)造，該徑流式渦輪或斜流式渦輪構(gòu)成為，使廢氣從形成在渦輪殼體內(nèi)的螺旋狀的渦旋部沿徑向流入該渦旋部的動(dòng)葉片，作用于該動(dòng)葉片后，沿軸向流出，由此旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子，該徑流式渦輪或斜流式渦輪的渦旋構(gòu)造的特征在于， 在所述徑流式渦輪的徑向截面上，在護(hù)罩部形成有成為散熱空間的凹部，該護(hù)罩部形成于所述渦旋部與覆蓋所述動(dòng)葉片的渦輪室壁之間，且該凹部沿周向形成。
2.如權(quán)利要求1所述的徑流式渦輪或斜流式渦輪的渦旋構(gòu)造，其特征在于，所述渦旋部的徑向截面形狀，由徑向比軸向長的縱長的長方形截面形狀構(gòu)成，在所述渦旋部中，廢氣沿相對(duì)于將舌部與所述渦旋部的軸心連接起來的線呈直角的方向流通，所述舌部將流向所述渦旋部的流路和流入所述動(dòng)葉片的動(dòng)葉片側(cè)流路隔開。
3.如權(quán)利要求2所述的徑流式渦輪或斜流式渦輪的渦旋構(gòu)造，其特征在于，所述渦旋部的徑向截面形狀構(gòu)成為，徑向的寬度A與所述軸的軸線方向的寬度B的渦旋寬度比A/B為 KA/B ^ 2。
4.如權(quán)利要求1所述的徑流式渦輪或斜流式渦輪的渦旋構(gòu)造，其特征在于，將流向所述渦旋部的流路和流入所述動(dòng)葉片的動(dòng)葉片側(cè)流路隔開的舌部的廢氣流通方向的傾斜為沿著對(duì)數(shù)螺旋的形狀。
全文摘要
一種徑流式渦輪或斜流式渦輪的渦旋部構(gòu)造，構(gòu)成為，使廢氣從形成在渦輪殼體(1)內(nèi)的螺旋狀的渦旋部(4)沿徑向流入該渦旋部(4)的動(dòng)葉片(3)，作用于該動(dòng)葉片(3)后，沿軸向流出，由此旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)子(02)，在渦輪殼體(1)與配設(shè)有動(dòng)葉片(3)的渦輪室之間的護(hù)罩部(11)形成有散熱空間部。
文檔編號(hào)F02B39/00GK103052778SQ201180037830
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
發(fā)明者大迫雄志, 渡邊大剛 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社