雙渦旋渦輪增壓器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種雙渦旋渦輪增壓器，從渦旋出口噴出的排氣在動葉片入口附近不急劇膨脹，通過抑制在動葉片內(nèi)的流動阻力提高增壓效率和降低成本，一種雙渦旋渦輪增壓器(1)，具備：后渦旋(22)、前渦旋(21)、將兩渦旋隔開的渦旋喉部(24)、通過排氣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的動葉片(3)、形成該動葉片(3)的外周部和前渦旋(21)、后渦旋(22)的渦輪殼體(2)，且具有前渦旋(21)的與渦旋喉部(24)對向的面的傾斜的延長線在動葉片入口(3a)的中間位置交叉的傾斜面(28)，與動葉片(3)的外周部具有一定寬度的間隙的渦輪殼體(2)的內(nèi)周面(26)和傾斜面(28)交叉的交叉部P的連接R的形狀設(shè)為一定寬度α的間隙連續(xù)至動葉片入口(3a)的位置的形狀。
【專利說明】雙渦旋渦輪增壓器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雙渦旋渦輪增壓器，在由發(fā)動機的排氣驅(qū)動的渦輪增壓器的渦輪殼體上形成有兩個排氣導(dǎo)入路。
【背景技術(shù)】
[0002]為利用發(fā)動機的排氣能量將向發(fā)動機的進(jìn)氣加壓并使輸出提高，而廣泛使用排氣渦輪增壓器。
[0003]在通常的渦輪增壓器(排氣導(dǎo)入流路為I個)的情況下，在發(fā)動機的低速轉(zhuǎn)速區(qū)域，存在不能充分地進(jìn)行進(jìn)氣的加壓的傾向，作為與此對應(yīng)的對策，采用雙渦旋渦輪增壓器。
[0004]雙渦旋渦輪增壓器中，從渦輪殼體的兩個排氣導(dǎo)入流路到動葉片前緣的流路被分割為前側(cè)和后側(cè)。
[0005]雙渦旋渦輪增壓器可以有效地活用發(fā)動機的排氣脈動的動壓，因此，即使在發(fā)動機的低轉(zhuǎn)速域，也具有比通常的渦輪增壓器更優(yōu)異的特性。
[0006]為了有效地活用發(fā)動機的排氣脈動的動壓，在四氣缸發(fā)動機的情況下，考慮燃燒氣缸的順序，將第一氣缸和第四氣缸的排氣管連結(jié)，向后潤旋導(dǎo)入排氣，將第二氣缸和第三氣缸的排氣管連結(jié)，向前渦旋導(dǎo)入，在發(fā)動機旋轉(zhuǎn)兩圈的期間，向前渦旋和后渦旋交互且間歇地導(dǎo)入排氣。
[0007]但是，來自前渦旋側(cè)的氣流和來自后渦旋側(cè)的氣流在切換時有從兩渦旋進(jìn)入動葉片的時期，成為與該狀態(tài)吻合的動葉片入口形狀。即，為了從兩渦旋向動葉片導(dǎo)入排氣，增大動葉片入口的寬度(流路面積)。
[0008]因此，從后渦旋的出口噴出的排氣在動葉片入口附近急劇膨脹，排氣的氣流紊亂，在該狀態(tài)下流過動葉片的翼片間時發(fā)生渦流，流動阻力增大，動葉片的旋轉(zhuǎn)力降低，具有導(dǎo)致渦輪增壓器的效率低下的不良現(xiàn)象。
[0009]作為這種現(xiàn)有技術(shù)，公開有本公司申請的實開平2 - 83304號公報(專利文獻(xiàn)I)。
[0010]根據(jù)專利文獻(xiàn)1，公開有在隔開前渦旋和后渦旋的中隔板(渦旋喉)的表面設(shè)有調(diào)整流過中隔板附近的排氣的方向的導(dǎo)向板的技術(shù)。
[0011]通過該導(dǎo)向板強制地改變排氣的流入角度，使動葉片的旋轉(zhuǎn)力提高，提高渦輪增壓器的增壓效率。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0013]專利文獻(xiàn)
[0014]專利文獻(xiàn)1:(日本)實開平2 - 83304號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]發(fā)明所要解決的課題
[0016]根據(jù)專利文獻(xiàn)1，在隔開前渦旋和后渦旋的中隔板的表面設(shè)有調(diào)整流過中隔板附近的排氣的方向的導(dǎo)向板，但是，通過設(shè)置導(dǎo)向板，產(chǎn)生渦輪增壓器的制作工時及制作模型的復(fù)雜形狀等帶來的成本上升。
[0017]因此，本發(fā)明是鑒于這種不良情況而開發(fā)的，其目的在于，提供一種渦輪增壓器，從渦旋出口噴出的排氣在動葉片入口附近不急劇膨脹，通過抑制動葉片內(nèi)的流動阻力，實現(xiàn)增壓效率提高和低成本。
[0018]用于解決課題的技術(shù)方案
[0019]本發(fā)明為實現(xiàn)所述目的的發(fā)明，提供一種雙渦旋渦輪增壓器，在由發(fā)動機的排氣驅(qū)動的渦輪增壓器的渦輪殼體上沿該渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)軸的軸線形成前渦旋及后渦旋的兩個排氣導(dǎo)入流路，其特征在于，具備:
[0020]渦輪殼體，其形成所述前渦旋及所述后渦旋；
[0021]所述后渦旋，其半徑方向截面中心線相對于所述軸線配設(shè)為大致直角；
[0022]所述前渦旋，其半徑方向截面中心線相對于所述軸線傾斜地配設(shè)于所述動葉片出口側(cè)；
[0023]隔壁，其將所述后渦旋和所述前渦旋隔開；
[0024]動葉片，其安裝于所述旋轉(zhuǎn)軸，且通過排氣使該旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，
[0025]所述前渦旋的殼體側(cè)的傾斜面的延長線在所述動葉片入口的中央部位置交叉，并且，以與所述動葉片的外周部具有一定寬度的間隙的所述渦輪殼體的內(nèi)周面和所述傾斜面的延長線交叉的交叉部在所述動葉片入口寬度的內(nèi)側(cè)，且位于比所述動葉片入口更大徑一側(cè)的方式形成所述前渦旋的出口部分。
[0026]根據(jù)本發(fā)明，從渦旋出口到動葉片入口之間的距離形成地比動葉片入口寬度更小，由此，能夠抑制來自后渦旋的排氣在從渦旋出口到動葉片入口之間急劇膨脹，能夠抑制排氣通過動葉片中的流動的紊亂，能夠使雙渦旋渦輪增壓器的增壓效率提高。
[0027]另外，本申請發(fā)明中，優(yōu)選的是，使所述后渦旋或所述前渦旋的一渦旋的出口面積、動葉片入口部流路的面積以及所述動葉片出口的面積依次擴大，使面積擴大率大致直線狀地增大。
[0028]通過設(shè)為這種結(jié)構(gòu)，使從后渦旋或前渦旋的一渦旋出口面積到動葉片出口面積大致直線狀地增大，因此，流通中的排氣不產(chǎn)生急劇膨脹，因此，能夠抑制排氣的湍流，能夠抑制流通阻力而實現(xiàn)渦輪增壓器的性能提高。
[0029]另外，本申請發(fā)明中，優(yōu)選的是，將所述動葉片入口部流路的軸向?qū)挾认鄬τ谒龊鬁u旋或所述前渦旋的一渦旋的出口寬度的比率設(shè)為1.2倍以上1.4倍以下。
[0030]通過設(shè)為這種的結(jié)構(gòu)，將動葉片入口部流路的寬度相對于渦旋出口寬度的比率入設(shè)定為1.2倍以上1.4倍以下，因此，能夠抑制從渦旋出口到動葉片入口的排氣的增速，防止在動葉片內(nèi)部的急劇膨脹，能夠防止排氣在動葉片內(nèi)的湍流，能夠?qū)崿F(xiàn)渦輪增壓器的效率提高。
[0031]另外，本申請發(fā)明中，優(yōu)選的是，所述交叉部形成為圓弧狀，該圓弧狀的中心距所述旋轉(zhuǎn)軸線的半徑方向位置與所述動葉片入口相同或比其大。
[0032]通過設(shè)為這種結(jié)構(gòu)，使連接R的中心位置與動葉片外周端緣相同或比其大，因此，能夠?qū)尤~片和殼體的間隙直到動葉片的外周端緣設(shè)為一定，能夠防止在動葉片入口的排氣擴大，能夠提高渦輪增壓器的效率。[0033]發(fā)明效果
[0034]根據(jù)本發(fā)明，通過減小動葉片入口寬度，能夠抑制來自后渦旋的排氣在從渦旋出口到動葉片入口之間急劇膨脹，能夠抑制排氣通過動葉片中的流動的紊亂，能夠使雙渦旋渦輪增壓器的增壓效率提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是表示本發(fā)明實施方式的雙渦旋渦輪增壓器的動作概略圖；
[0036]圖2㈧表示排氣作用于動葉片的壓力變化狀態(tài)圖，⑶表示來自渦旋的排氣噴出狀況相對于(A)的壓力變化的示意圖；
[0037]圖3(A)表示本發(fā)明第一實施方式的動葉片入口部流路的形狀圖，(B)表示動葉片A口部流路的放大圖；
[0038]圖4表示圖3的各流路截面積的變化狀況圖；
[0039]圖5表示本發(fā)明第二實施方式的動葉片入口部流路的形狀圖；
[0040]圖6表示本發(fā)明與現(xiàn)有的排氣流通狀況比較說明圖。
【具體實施方式】
[0041]下面，使用圖示的實施例詳細(xì)說明本發(fā)明。但是，該實施例中記載的構(gòu)成零件的尺寸、材質(zhì)、形狀、其相對配置等只要沒有特別特定的記載，就不是將該發(fā)明的范圍僅限定于此的宗旨，只不過是簡單的說明例。
[0042](第一實施方式)
[0043]圖1表示本發(fā)明實施方式的雙渦旋渦輪增壓器的動作概略圖，I表示雙渦旋渦輪增壓器，在圖1中，表示排氣渦輪4側(cè)的剖面圖。5表示四氣缸(氣缸的圖示省略)的發(fā)動機，假設(shè)從圖上左設(shè)為第一氣缸5a、第二氣缸5b、第三氣缸5c、第四氣缸5d,從發(fā)動機5排出的排氣被分為將第一氣缸5a與第四氣缸5d的排氣匯總到同一排氣岐管的A排氣岐管51、和將第二氣缸5b與第三氣缸5c的排氣匯總到同一排氣岐管的B排氣岐管52，并導(dǎo)入各個排氣岐管。
[0044]雙渦旋渦輪增壓器I具備:周圍配設(shè)有承受排氣的壓力的動葉片3的排氣渦輪4、經(jīng)由軸承62軸支承與該排氣渦輪4 一體形成的軸部61的軸承殼體6、安裝于軸部61的排氣渦輪4的相反側(cè)的壓縮器(圖示省略)、排氣導(dǎo)入口 23、將向該排氣導(dǎo)入口 23導(dǎo)入的排氣向排氣渦輪4噴出的渦旋部。
[0045]渦旋部形成于渦輪殼體2，在軸部61的軸線方向具有獨立的兩個排氣流路，在排氣渦輪4的動葉片3的外周部使流路截面積變化并且形成為渦卷狀。從渦卷狀的內(nèi)周部朝向動葉片3噴出排氣。
[0046]渦旋部的兩個排氣流路沿軸部61的軸線CL從排氣渦輪4側(cè)按前渦旋21、后渦旋22的順序形成。
[0047]而且,前渦旋21和后渦旋22由隔壁25隔開。
[0048]另外，就前渦旋21而言，該前渦旋21的徑向剖面圖的中心線CLf (參照圖3)向排氣渦輪4側(cè)傾斜，就后渦旋22而言，該后渦旋22的徑向剖面圖的中心線CLr (參照圖3)相對于軸線CL大致直角地配設(shè)。[0049]在排氣導(dǎo)入口 23設(shè)有兩個排氣導(dǎo)入口，一排氣導(dǎo)入口與前渦旋21連通，另一排氣導(dǎo)入口與后渦旋22連通。
[0050]從發(fā)動機5排出的排氣經(jīng)由A排氣岐管51及B排氣岐管52分別導(dǎo)入前渦旋21及后渦旋22，向動葉片3噴射而使排氣渦輪4旋轉(zhuǎn)。
[0051]通過排氣渦輪4的旋轉(zhuǎn)，利用與安裝于該排氣渦輪4 一體形成的軸部61的壓縮器(圖示省略)將進(jìn)氣加壓，向發(fā)動機5供給。
[0052]圖2為從四氣缸(四沖程)發(fā)動機5排出的排氣從各渦旋進(jìn)入動葉片3的壓力狀況的圖，(A)表示從各渦旋向動葉片3導(dǎo)入的排氣的壓力變化，實線表示前渦旋21，虛線表示后渦旋22。
[0053]因此，從四氣缸(四沖程)發(fā)動機5排出的排氣在發(fā)動機5旋轉(zhuǎn)兩圈的期間，在前渦旋21及后渦旋22各自出現(xiàn)2次壓力高的山形(排氣脈動)。
[0054]圖2(B)示意性表示從前渦旋21及后渦旋22分別進(jìn)入動葉片3的壓力的高度，表示箭頭的大小大則壓力高。
[0055](a)時機時，來自前渦旋21的與山形波形的頂部相當(dāng)?shù)膲毫Φ呐艢庀騽尤~片3噴射。
[0056](c)時機時，來自后渦旋22的與山形波形的頂部相當(dāng)?shù)膲毫Φ呐艢庀騽尤~片3噴射。
[0057]而且，從(a)向(C)過渡時成為(b)狀態(tài)，殘留于排氣岐管51及B排氣岐管52內(nèi)的排氣壓力從兩個排氣岐管51、52向動葉片3噴射低壓力的排氣。
[0058]要使雙渦旋渦輪增壓器(單渦旋也同樣)的增壓提高，向動葉片3噴射的排氣壓力高這方面對增壓提高的效率好。
[0059]圖3 (A)表示改變本實施方式的動葉片入口部流路27的渦輪殼體2側(cè)的形狀，(B)表示動葉片入口部流路27的放大圖。
[0060]與形成前渦旋21的渦旋喉部24的隔壁25對向的面(渦輪殼體2)的傾斜的延長線M在動葉片入口 3a(動葉片的外周端緣)的中央部位置L8/2(動葉片入口 3a的軸線CL方向中間部)交叉的傾斜面28、和與動葉片3的外周部具有一定寬度的間隙α的渦輪殼體2的內(nèi)周面26的交叉部P的圓弧狀的連接R成為一定寬度的間隙α連續(xù)到動葉片入口 3a的位置這樣的形狀。
[0061]因此，交叉部P為從動葉片3與渦輪殼體2的間隙α的動葉片3側(cè)端緣靠近該動葉片3的中央部位置L8/2側(cè)(內(nèi)側(cè))的位置L7。
[0062]交叉部P位于在從軸部61的軸線CL在半徑方向比動葉片入口 3a的直徑大L5的長度量的位置。即，交叉部P的連接R的中心位置CP設(shè)定為在從軸部61的軸線CL向半徑方向，與動葉片入口 3a大致相同，或比其大徑(L6的長度)，由此，一定寬度的間隙α形成到動葉片入口 3a。
[0063]通過設(shè)為這種構(gòu)造，動葉片入口部流路27的寬度LI (渦輪殼體側(cè))相對于現(xiàn)有的動葉片入口部流路的寬度L2(去掉斑點部分的部分)變窄，該部的排氣流通截面積變小。
[0064]動葉片入口部流路27的寬度LI部分的斑點部分Q在本發(fā)明中為對現(xiàn)有形狀進(jìn)行了改良的部分。
[0065]圖4表示其結(jié)果，表示發(fā)明形狀和現(xiàn)有形狀的各流路的截面積比較，以往，動葉片入口部流路27的截面積具有與動葉片出口 3b的截面積接近的面積。
[0066]另一方面，在發(fā)明形狀中，直到渦旋出口、動葉片入口部流路及動葉片出口制成在大致一直線上增大的形狀。
[0067]圖6是分析本實施方式和現(xiàn)有形狀(除了圖3的斑點部分Q以外的形狀)的排氣的流動的圖。
[0068]另外，在從渦旋出口 22a到動葉片入口部流路27的距離長的(排氣的膨脹范圍大)的后渦旋側(cè)實施。
[0069]另外，圖6(A)中，在動葉片入口部流路27的寬度LI相對于后渦旋出口 22a的寬度L3為1.2?1.4倍的范圍內(nèi)實施，圖6 (B)中，在現(xiàn)有的動葉片入口部流路的寬度L2相對于后渦旋出口 22a的寬度L3為1.8的條件下實施。[寬度L2 (現(xiàn)有)> LI (發(fā)明實施)]
[0070]此外，動葉片入口部流路27的寬度LI相對于前渦旋出口 21a的寬度L4也為1.2?1.4倍的范圍。
[0071]圖6(A)表示本發(fā)明的情況，表示的是在動葉片3內(nèi)(動葉片和動葉片之間)，排氣的渦卷Wl小，排氣的流通阻力小。
[0072]另一方面，圖6(B)表示的是在動葉片3內(nèi)，排氣的渦卷W2比圖6㈧大，排氣的流通阻力大。
[0073]其結(jié)果，從各渦旋出口到動葉片入口間的空間變小，因此，能夠抑制排氣的膨脹，抑制在動葉片3內(nèi)產(chǎn)生渦卷狀的流動，從而動葉片3內(nèi)的排氣的流通阻力變小，排氣渦輪4的旋轉(zhuǎn)力提高，作為渦輪增壓器的增壓效率提高。
[0074](第二實施方式)
[0075]在本實施方式中，與渦旋出口部和動葉片入口部流路27的形狀相關(guān)，除了該部分以外與第一實施方式相同，因此，同一零件標(biāo)注同一符號，說明省略。
[0076]第二實施方式中，將動葉片入口部流路27的寬度LI (軸向?qū)挾?相對于后渦旋出口 22a的寬度L3(或前渦旋出口 21a的寬度L4)的比率、規(guī)定為1.2倍?1.4倍的范圍。
[0077]此外，在比率Y為1.2的情況下，相對于軸部61的軸線CL，根據(jù)隨著后渦旋出口22a (CL方向?qū)挾萀3)的半徑Rout相對于動葉片入口部流路27 (CL方向?qū)挾萀I)的半徑Rin的差的周向的開口長度之差，動葉片入口部流路27的面積和后渦旋出口部22a的面積的面積比率大致為I。
[0078]因此，如果將比率Y設(shè)為1.2倍以下，則動葉片入口部通路27的面積比渦旋出口22a的面積變小，因此，排氣流直到動葉片入口 3a增速，之后，在動葉片內(nèi)部直到出口為止面積急劇擴大，所以會發(fā)生紊亂。排氣流的紊亂使損失增加，因此，增壓器效率降低。因此，希望上述比率為1.2倍以上1.4倍以下。
[0079]這如圖4所示，通過使動葉片入口部流路27的流路面積接近渦旋出口的流路面積，防止流路截面積的急劇擴大，抑制動葉片3內(nèi)的排氣流的紊亂。
[0080]因此，其結(jié)果，從各渦旋出口 21a、22a到動葉片入口 3a之間的空間變小，因此，能夠抑制排氣的膨脹，抑制在動葉片3內(nèi)發(fā)生渦卷狀的流動，從而動葉片3內(nèi)的排氣的流通阻力變小，排氣渦輪4的旋轉(zhuǎn)力提高，作為渦輪增壓器的增壓效率提高。
[0081]根據(jù)本實施方式，通過減小后渦旋出口 22a(或前渦旋出口 21a)的寬度和動葉片入口部流路27的擴大比率，能夠抑制排氣流的急劇膨脹，抑制在動葉片3內(nèi)(動葉片和動葉片之間)流通的排氣的流動阻力，提高渦輪增壓器的增壓效率。
[0082]工業(yè)上的可利用性
[0083]本發(fā)明可以適用于提高通過發(fā)動機的排氣驅(qū)動的渦輪增壓器的增壓效率。
【權(quán)利要求】
1.一種雙渦旋渦輪增壓器，在由發(fā)動機的排氣驅(qū)動的渦輪增壓器的渦輪殼體上沿該渦輪增壓器的旋轉(zhuǎn)軸的軸線形成前渦旋及后渦旋的兩個排氣導(dǎo)入流路，其特征在于，具備: 渦輪殼體，其形成所述前渦旋及所述后渦旋； 所述后渦旋，其半徑方向截面中心線相對于所述軸線配設(shè)為大致直角； 所述前渦旋，其半徑方向截面中心線相對于所述軸線傾斜地配設(shè)于所述動葉片出口側(cè)； 隔壁，其將所述后渦旋和所述前渦旋隔開； 動葉片，其安裝于所述旋轉(zhuǎn)軸，且通過排氣使該旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)， 所述前渦旋的殼體側(cè)的傾斜面的延長線在所述動葉片入口的中央部位置交叉，并且，以與所述動葉片的外周部具有一定寬度的間隙的所述渦輪殼體的內(nèi)周面和所述傾斜面的延長線交叉的交叉部，在所述動葉片入口寬度的內(nèi)側(cè)，且位于比所述動葉片入口更大徑一側(cè)的方式形成所述前渦旋的出口部分。
2.如權(quán)利要求1所述的雙渦旋渦輪增壓器，其特征在于， 使所述后渦旋或所述前渦旋的一渦旋的出口面積、所述動葉片入口部流路的面積以及所述動葉片出口的面積依次擴大，使面積擴大率大致直線狀地增大。
3.如權(quán)利要求1或2所述的雙渦旋渦輪增壓器，其特征在于， 將所述動葉片入口部流路的軸向?qū)挾认鄬τ谒龊鬁u旋或所述前渦旋的一渦旋的出口寬度的比率設(shè)為1.2倍以上1.4倍以下。
4.如權(quán)利要求1?3中任一項所述的雙渦旋渦輪增壓器，其特征在于， 所述交叉部形成為圓弧狀，且該圓弧狀的中心距所述旋轉(zhuǎn)軸線的半徑方向位置與所述動葉片入口相同或比其大。
【文檔編號】F01D25/24GK104024600SQ201280064458
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月28日
【發(fā)明者】星徹, 橫山隆雄 申請人:三菱重工業(yè)株式會社