用于涡轮增压器的涡轮机叶轮的制作方法

本申请基于并要求于2014年12月8日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2014-0175089的优先权益，通过引证的方式将其全部内容结合于此。

技术领域

本公开涉及用于涡轮增压器的涡轮机叶轮，且更具体地，涉及能够通过增加涡轮机叶轮的旋转动力以增加吸入空气的压缩率来显著增加车辆发动机的输出的涡轮增压器的涡轮机叶轮。

背景技术：

涡轮增压器是使用基本上在内燃发动机中产生的发动机的废气压力使涡轮机旋转的发动机。涡轮增压器使用旋转动力利用比气压更强的压力推送吸入空气以增加发动机输出。空气压缩使得温度上升并且因此，效率可能降低。为此，涡轮增压器经常与中间冷却器一起使用。

涡轮增压器配置为通过一个旋转轴将涡轮机叶轮同轴连接至压缩机叶轮。这使得废气在使涡轮机叶轮的叶片旋转的同时还使压缩机叶轮旋转。同样使得，即使使用相同的燃油量，为了产生更大的输出，压缩机也会过度地供应吸入空气。

在相关技术中已公开了典型的涡轮增压器的实例。一些典型地公开的涡轮增压器包括用于将空气引入涡轮机叶轮的叶片中以防止叶片产生裂纹和热膨胀等的结构。

然而，这样的典型的涡轮增压器在通过涡轮增压器使用涡轮机叶轮增大吸入空气的压缩率(compression rate)上具有技术限制。

随着用户对提高燃料效率的要求越来越大，国内和外国汽车制造商已进行了对用于获得更大输出的技术的研究与开发，使得即使使用相同的燃油量，也可以通过涡轮增压器来增大吸入空气的压缩率。

技术实现要素：

已经提出本公开以解决在现有技术中出现的上述问题，同时保持由现有技术实现的优点不受影响。

本公开的一方面提供一种涡轮增压器的涡轮机叶轮，其能够通过将翼型剖面(a section of the air-foil)应用至涡轮机叶轮的叶片，借助于当废气沿着叶片的外表面流动时产生的翼型压力差而向叶片提供升力并且，能够通过引导叶片的升力以将升力应用在涡轮机叶轮的旋转方向上而增加涡轮机叶轮的旋转动力。

通过以下对本公开的详细描述，本公开的上述及其他目标、特征、方面和优点将得以理解并变得显而易见。另外，可以容易地理解，本公开的目的和优点可以通过这里所记载的单元以及其组合来实现。

根据本公开的示例性实施方式，用于涡轮增压器的涡轮机叶轮包括轮毂以及配置为布置在轮毂周围的一组叶轮叶片。一组叶轮叶片之中的叶轮叶片具有翼型剖面结构，该结构具有压力侧和吸入侧。

该翼型剖面结构可以沿着废气的流入方向形成。

叶轮叶片可具有出口(take-out tip)端，废气通过该出口端排出。

叶轮叶片的出口端可具有0度至15度的出口角(take-out angle)。

叶轮叶片的出口端可具有30度的出口角。

叶轮叶片可以设置有空气流入通道，通过该空气流入通道引入空气。

根据本公开的另一示例性实施方式，用于涡轮增压器的涡轮机叶轮包括轮毂以及配置为从轮毂在外径方向上延伸的一组叶轮叶片。一组叶轮叶片之中的叶轮叶片可具有翼型剖面结构，该结构沿着废气的流入方向形成并且具有压力侧和吸入侧。叶轮叶片可配置为使得废气的流入方向和废气的排出方向正交于彼此。

叶轮叶片可具有设置有出口端的自由端，废气通过该出口端排出。

叶轮叶片可以设置有空气流入通道，通过该空气流入通道引入空气。

附图说明

从下面结合附图给出的详细说明中，本公开的上述和其他目的、特征以及优点将变得更清楚。

图1是示出根据本公开的示例性实施方式的涡轮增压器的涡轮机叶轮的立体图。

图2是示出根据本公开的示例性实施方式的涡轮增压器的涡轮机叶轮的侧视图。

图3是示出根据本公开的示例性实施方式的涡轮增压器的涡轮机叶轮的前视图。

图4是部分地示出根据本公开的另一示例性实施方式的用于涡轮增压器的涡轮机叶轮的一部分的示图。

图5是示出升力/阻力比(CL/CD)相对于升力系数(CL)的曲线图，其取决于参考图4的顶端喷口模块命名的4AX、4BX、4CX、3CX、3BY类型的叶轮叶片的每个翼型形状。

图6是示出取决于三喷口类型的每个叶轮叶片的形状的阻力系数(CD)相对于升力系数(CL)的曲线图。

图7是示出根据本公开的另一示例性实施方式的用于涡轮增压器的涡轮机叶轮的侧视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施方式。作为参考，在描述本公开的示例性实施方式而参考的附图中示出的部件的尺寸、线的厚度等为了方便理解的目的而可能稍微放大。此外，用于描述本公开的术语是考虑到本公开中的功能而限定的并且因此可以根据使用者和操作者的意图、实践等改变。因此，应当基于通篇说明书的内容来解释术语的定义。

图1和图3是示出根据本公开的示例性实施方式的用于涡轮增压器的涡轮机叶轮的示图。

如在图1中示出的，根据本公开的示例性实施方式的用于涡轮增压器的涡轮机叶轮10包括轮毂11和布置在轮毂11周围的一组叶轮叶片12。

轮毂11具有与旋转轴(未示出)接合的中心部分。轮毂11还通过旋转轴与压缩机叶轮同轴地接合(未示出)。

该一组叶轮叶片12布置在轮毂11周围并且每个叶轮叶片12从轮毂11的中心部分向着外周边缘延伸。

每个叶轮叶片12具有沿着废气的流入方向F1形成的翼型剖面结构，并且因此每个叶轮叶片12具有压力低的吸入侧14和压力高的压力侧15。

因此，如在图1中示出的，当废气沿着流入方向F1引入叶轮叶片12之间(即，废气在涡轮机叶轮10的径向方向上被引入)时，每个叶轮叶片12通过吸入侧14与压力侧15之间的压力差而提供沿着旋转方向(参见图1的箭头R方向)的升力(参见图1的箭头L方向)。

就是说，当叶轮叶片12的通过与废气碰撞而产生的旋转动力与通过吸入侧14和压力侧15之间的压力差而应用于每个叶轮叶片12的升力的旋转动力相结合时，可以增加涡轮机叶轮10的旋转动力。

同时，当叶轮叶片12具有翼型剖面结构时，可能在每个出口端18处产生大涡流并因此阻力增加。同时，升力与阻力比可能会减小，使得升力减小。

为了解决这个问题，叶轮叶片12可以具有设置在轮毂11的相对侧处并且供废气排出通过的出口端18。因此，沿着流入方向F1引入涡轮机叶轮10的叶轮叶片12之间的废气沿着排出方向(参见图1的箭头F2方向)通过叶轮叶片12的出口端18稳定地排出，以有效防止产生涡流。

此外，叶轮叶片12的出口端18可以沿着轮毂11的轴向延伸并且可以相对于轮毂11的轴向以一预定角度倾斜地形成。在这种情况下，废气可以通过出口端18在流出方向F2上更稳定地排出，从而更有效地防止产生涡流。由于防止了产生涡流，每个叶轮叶片12的升力/阻力比增大(升力增大并且阻力减小)，使得可以更稳定地增加涡轮机叶轮10的旋转动力。

此外，叶轮叶片12设置有供引入空气通过的空气流入通道13。当通过空气流入通道13将空气引入到叶轮叶片12时，可以有效地防止叶轮叶片产生裂纹、热，等。

图4示出基于叶端喷口(tip jet)模块命名的翼型的侧向角(lateral angle)。当叶轮叶片12的弦长是C时，图4的前部模块是对应于距轮毂11为2/10弦长处的点(0.2C)的部分，中心模块是对应于距轮毂11为5/10弦长处的点(0.5C)的部分，并且后部模块是对应于距轮毂11为8/10弦长处的点(0.8C)的部分。根据叶端喷口模块命名，将叶轮叶片12分类成如下表1中所示的单喷口、双喷口、三喷口类型等。

表1

同时，根据本公开的示例性实施方式的叶轮叶片12优选地以三喷口类型形成。例如，当三喷口类型的叶轮叶片12是3BY时，前部模块的出口角是30度，中心模块的出口角是15度，并且后部模块的出口角是15度。

图5是示出升力/阻力比(CL/CD)相对于升力系数(CL)的曲线图，其取决于参考图4的叶端喷口模块命名的4AX、4BX、4CX、3CX、3BY类型的叶轮叶片的每个翼型形状。图6是示出取决于三喷口类型的叶轮叶片的每个形状的阻力系数(CD)相比于升力系数(CL)的曲线图。

从图5可以理解，3BY类型的叶轮叶片12在相同的升力系数(CL)下具有最优异的升力/阻力比(CL/CD)。

此外，从图6可以理解，3BY类型的叶轮叶片12在以下方面最优异，即升力系数CL越大，阻力系数CD越小。

从以上描述可知，叶轮叶片12的出口端18的出口角优选地在从0度至15度的范围。具体地，如从图5和图6的结果曲线图可以理解的，叶轮叶片12的出口端18的出口角最优选地是15度。

图7是示出根据本公开的另一示例性实施方式的用于涡轮增压器的涡轮机叶轮的侧视图。

如在图7中示出的，根据本公开的另一示例性实施方式的用于涡轮增压器的涡轮机叶轮10包括轮毂11和从轮毂11的外周表面在外径方向上延伸的一组叶轮叶片22。

叶轮叶片22具有沿着废气的流入方向F1形成的翼型剖面结构，并且因此每个叶轮叶片22具有压力低的吸入侧24和压力高的压力侧25。

同时，叶轮叶片22配置为使得废气的流入方向F1和废气的流出方向F2正交于彼此。为此，叶轮叶片22的自由端(即，轮毂11的相对侧的端部)设置有出口端并且废气通过出口端沿着排出方向F2排出。

根据如上所述的本公开的示例性实施方式，可以通过当废气沿着叶轮叶片12和22的外表面流动时产生的翼型的压力差向叶轮叶片12和22提供升力。这可以通过将翼型剖面应用至涡轮机叶轮10的叶轮叶片12并且通过将叶轮叶片12和22的升力应用在涡轮机叶轮10的旋转方向上来增加涡轮机叶轮10的旋转动力而实现。这可以增加吸入空气的压缩率并且因此显著增加车辆发动机的输出。

在上文中描述了本公开的具体实施方式，但本公开不限于所公开的实施方式和附图，并且可以在不背离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。

附图中各个元件的标号

10：涡轮机叶轮

11：轮毂

12，22：叶轮叶片

14：吸入侧

15：压力侧

18：出口端。