专利名称：用于内燃发动机的涡轮增压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于内燃发动机的涡轮增压器。
背景技术：
将参照图9描述在先提出的具有两个排放涡管的涡轮增压器的具体示例(参见例如 JP2007-23893A 或 JP2007-23894A)。在例如JP2007-23893A或JP2007-23894A中详述的在先提出的涡轮增压器包括第一排放涡管101和第二排放涡管102。第一排放涡管101包括第一排放出口 101a，废气通过第一排放出口 IOla朝着涡轮叶轮104的沿着涡轮叶轮104中废气的流动方向位于上游侧的上游侧部分输出。第二排放涡管102包括第二排放出口 102a，废气通过第二排放出口102a朝着涡轮叶轮104的沿着废气的流动方向位于第一排放出口 IOla的下游侧的部分输出。 从第一排放出口 IOla输出到涡轮叶轮104的废气的流动方向在涡轮叶轮104中从径向方向(径向向内流动)变成轴向方向(轴向流动)，之后，废气从涡轮叶轮104沿轴向方向输出(参见图9中的虚线箭头a)。如图9中所示，第二排放出口 102a在涡轮叶轮104的沿着涡轮叶轮104中废气的流动方向位于下游侧的下游侧部分中开设。具体地，第二排放出口 102a形成在涡轮壳体103的护罩壁(shroud wall)的下游侧部分(覆盖涡轮叶轮104的护罩边缘SE100并朝着下游侧引导废气的壁表面)中的圆柱形护罩壁SW102(与涡轮叶轮104的轴向方向大体上平行的圆柱形表面)中。因此，如图9中的实线箭头P所示，从第二排放出口 102a输出到涡轮叶轮104的废气与从第一排放出口 IOla输出的废气流(大体上沿涡轮叶轮104的轴向方向被引导的流)以直角汇合。因此，从第一排放出口 IOla输出到涡轮叶轮104的废气(图9中的虚线箭头a )与从第二排放出口 102a输出到涡轮叶轮104的废气(图9中的实线箭头P )在涡轮叶轮104中的下游侧部分中激烈碰撞。因而，如图9中的实线箭头Y所示，在涡轮叶轮104中的下游侧部分中的废气流中产生强大的湍流。该湍流会干扰涡轮叶轮104的旋转，从而会降低涡轮效率。JP2007-192125A教导了一种克服上述缺点的涡轮增压器。在JP2007-192125A的涡轮增压器中，将废气的流动方向变成轴向方向的出口弯道(变向装置)设置在第二排放出口 102a的下游端，以限制废气在从第一排放出口 IOla输出的废气与从第二排放出口 102a输出的废气汇合的汇合位置处发生碰撞。JP2007-192125A的技术可在从第一排放出口 IOla输出的废气流与从第二排放出口 102a输出的废气流之间实现小的汇合角度。然而，由于设置了出口弯道，因此废气的汇合位置靠近涡轮叶轮104的排放出口。因此，在涡轮叶轮104中与从第一排放出口 IOla输出的废气没有充分混合的情况下便从涡轮叶轮104输出从第二排放出口 102a输出的废气。
因而，从第一排放出口 IOla输出的废气流与从第二排放出口 102a输出的废气流在涡轮叶轮104的出口处发生碰撞。因此，在涡轮叶轮104的出口处的废气流中产生大的瑞流。在涡轮叶轮104的出口处产生的湍流干扰涡轮叶轮104的旋转，从而会降低涡轮效率。
发明内容
本发明克服了上述缺点。因此，本发明的目的在于提供一种能够限制在涡轮叶轮的内部和出口处产生湍流并能够提高涡轮效率的涡轮增压器。根据本发明，提供一种用于内燃发动机的涡轮增压器，该涡轮增压器包括涡轮壳体和涡轮叶轮。所述涡轮壳体包括多个排放涡管，所述多个排放涡管中的每个适于从由内 燃发动机输出的废气产生旋流，并适于将废气的旋流排放到涡轮壳体的内侧。所述涡轮叶轮适于通过由所述多个排放涡管供应的废气而旋转。所述涡轮叶轮适于沿涡轮叶轮的轴向方向排放由所述多个排放涡管从涡轮叶轮的径向外侧沿涡轮叶轮的径向方向供应的废气。所述多个排放涡管包括第一排放涡管和第二排放涡管。所述第一排放涡管包括第一排放出口，废气通过第一排放出口朝着涡轮叶轮的沿着涡轮叶轮中废气的流动方向位于上游侧的上游侧部分输出。所述第二排放涡管包括第二排放出口，废气通过第二排放出口朝着涡轮叶轮的沿着废气的流动方向位于第一排放出口的下游侧的部分输出。所述涡轮壳体包括覆盖涡轮叶轮的护罩边缘的护罩壁。所述护罩壁包括具有弧形截面并位于涡轮叶轮的流向过渡段中的弧形护罩壁，在涡轮叶轮的流向过渡段中，废气的流动方向在涡轮叶轮中从径向方向变成轴向方向。第二排放出口在弧形护罩壁中开设。
在此描述的附图仅仅是出于说明性目的，并非意在以任何方式限制本发明的范围。图IA是根据本发明的第一实施例的涡轮增压器的轴向截面图；图IB是图IA中示出的涡轮增压器的废气涡轮的局部放大截面图；图2A是沿着图IA中的IIA-IIA线截取的剖视图；图2B是沿着图IA中的IIB-IIB线截取的剖视图；图3是示出根据第一实施例的废气润轮的可变容积阀(volume changeablevalve)和废气旁通减压阀(wastegate valve)的示意性截面图；图4是示出根据本发明的第二实施例的涡轮增压器的废气涡轮的示意性局部截面图；图5是示出根据本发明的第三实施例的涡轮增压器的废气涡轮的示意性局部截面图；图6是示出根据本发明的第四实施例的涡轮增压器的废气涡轮的示意性局部截面图；图7是示出根据本发明的第五实施例的涡轮增压器的废气涡轮的示意性局部截面图8是示出根据本发明的第六实施例的涡轮增压器的废气涡轮的示意性局部截面图；图9是示出在先提出的涡轮增压器的废气涡轮的示意性局部截面图。
具体实施例方式将参照附图对本发明的各实施例进行描述。提供下面的实施例，以示例性地说明本发明，并且本发明不限于下面的实施例。在下面论述实施例的过程中，在所有的实施例中，相似的组件由相同的标号指示。(第一实施例)
将参照图I至图3描述本发明的第一实施例。涡轮增压器被安装到内燃发动机(例如，汽油机、柴油机)。此外，发动机的类型可以是任何类型(例如，往复式发动机、旋转发动机)。此外，在这种情况下，涡轮增压器被安装到车辆的驱动发动机。涡轮增压器是一种利用从发动机排放的废气的能量对将被引入到发动机中的进入空气加压的增压器。如图IA中所示，本实施例的涡轮增压器包括涡轮壳体3、涡轮叶轮4、压缩机叶轮5、压缩机壳体6、轴7和轴承座8。涡轮壳体3包括多个排放涡管，具体为第一排放涡管I和第二排放涡管2，所述多个排放涡管中的每个适于在从发动机输出的废气中产生旋流，并朝着涡轮壳体3的内侧输出废气旋流。涡轮叶轮4适于通过由第一排放涡管I和第二排放涡管2供应的废气而旋转。在涡轮叶轮4旋转时，涡轮叶轮4沿着涡轮叶轮4的轴向方向输出由第一排放涡管I和第二排放涡管2从涡轮叶轮4的径向外侧供应到涡轮叶轮4的废气，所述轴向方向是与涡轮叶轮4的旋转轴线(并因此为轴7的旋转轴线)平行的方向。压缩机叶轮5通过涡轮叶轮4的旋转力而旋转，以对进入空气加压。压缩机壳体6被构造成螺旋形状，并容纳压缩机叶轮5。轴7将涡轮叶轮4的旋转传导到压缩机叶轮5。轴承座8可旋转地支撑轴7，以使得轴7能够高速旋转。涡轮增压器被构造成使得轴承座8沿轴向方向置于涡轮壳体3和压缩机壳体6之间，轴承座8、涡轮壳体3和压缩机壳体6通过固定件(固定装置)诸如V形带、卡环和/或双头螺栓被结合在一起。涡轮壳体3的排放涡管包括第一排放涡管I和第二排放涡管2。第一排放涡管I包括第一排放出口 la。废气从第一排放出口 Ia朝着涡轮叶轮4的沿着涡轮叶轮4中废气的流动方向位于上游侧的上游侧部分被吹出，即，输出。第二排放涡管2包括第二排放出口2a。废气从第二排放出口 2a朝着涡轮叶轮4的沿着废气在涡轮叶轮4中的流动方向位于第一排放出口 Ia的下游侧的部分被吹出，即，输出。涡轮叶轮4包括毂4a和多个叶片4b。毂4a连接到轴7。叶片4b从毂4a径向向外延伸，并沿周向方向一个接一个地布置。每个叶片4b的沿径向方向位于最外面的边缘被称为前缘RE，叶片4b的沿着废气的流动方向位于下游侧的下游侧轴向边缘被称为后缘TE。叶片4b的位于前缘RE和后缘TE之间的外周边缘被称为护罩边缘SE。涡轮壳体3的内壁的覆盖护罩边缘SE的部分被称为护罩壁SW。护罩壁SW被构造成具有喇叭口形状的管状壁，以将供应到相邻的两个叶片4b之间的间隙中的废气引导到后缘TE。护罩壁SW被构造成具有连接在一起的弧形护罩壁SWl和圆柱形护罩壁SW2。弧形护罩壁SWl是覆盖涡轮叶片4b的流向过渡段(护罩边缘SE的弧形段，在下文中将被称为弧形边缘)的壁表面，在流向过渡段处，废气的流动方向从径向方向变成轴向方向。弧形护罩壁SWl的截面具有与弧形边缘的形状相一致的弧形形状。圆柱形护罩壁SW2是沿着废气的流动方向在弧形护罩壁SWl的下游侧覆盖涡轮叶片4b的壁表面。圆柱形护罩壁SW2被构造成与轴向方向大体上平行的圆柱形形状。第一排放涡管I的第一排放出口 Ia是环形出口，废气通过第一排放出口 Ia从涡轮叶片4b的径向外侧朝着前缘RE输出。第一排放出口 Ia的朝着前缘RE引导废气的流道(管口部分)沿着与轴向方向大体上垂直的方向延伸，如图IB中所示。如图IA和图IB所示，第二排放涡管2的第二排放出口 2a在弧形护罩壁SWl (护 罩壁SW的截面中呈弧形的弯曲段)处开设。具体地，第二排放出口 2a是环形出口，废气通过第二排放出口 2a从涡轮叶片4b的径向外侧朝着弧形边缘(废气的流动方向在叶片4b处从径向方向变成轴向方向的段)输出。第二排放出口 2a的朝着弧形边缘引导废气的流道(管口部分)沿着相对于轴向方向倾斜的方向延伸，如图IB中所示。在这种情况下，第二排放出口 2a相对于轴向方向倾斜，从而在第二排放出口 2a的轴线与涡轮叶轮4的轴向方向之间限定弧形角。在第一排放涡管I和第二排放涡管2之间隔开的分隔壁10设置在涡轮壳体3的内部中。如图3中所示，分隔壁10延伸到涡轮壳体3的废气入口 3a (靠近连接到排放歧管的部分的区域)。第一排放涡管I的沿着废气的流动方向位于上游侧的上游侧部分始终与废气入口 3a连通。如图3中所示，排放通道的沿着废气的流动方向位于第一排放涡管I的上游侧的部分由分隔壁10限定，从而具有朝着下游侧减小的递减的截面面积。变容连通孔11形成在分隔壁10的形成这种节流段(choked section)的部分中，以在第一排放涡管I和第二排放涡管2之间连通。变容连通孔11通过可变容积阀9被打开或关闭。发动机控制单元(ECU)通过电动执行机构(未示出)执行可变容积阀9的打开/关闭控制操作以及开度控制操作。当通过可变容积阀9控制变容连通孔11的开度时，从第二排放涡管2引导到涡轮叶片4b的废气的量得到控制。如图3中所示，废气旁通连通孔13形成在第二排放涡管2的外壁中，以通过绕过涡轮叶片4b而朝着下游侧(消声器一侧)引导一部分废气。废气旁通连通孔13通过废气旁通阀12被打开或关闭。E⑶通过电动执行机构(未示出)执行废气旁通阀12的打开/关闭控制操作以及开度控制操作。当通过废气旁通阀12控制废气旁通连通孔13的开度时，绕过涡轮叶片4b的废气的量得到控制。例如，在以低转速驱动发动机的情况下，ECU关闭可变容积阀9和废气旁通阀12两者，使得所有的废气均仅经过第一排放涡管I。其次，在发动机的转速增加以使废气的流量增加的情况下，ECU控制可变容积阀9的开度，使得所有的废气经过第一排放涡管I和第二排放涡管2。在发动机的转速进一步增加以使废气的流量增加的情况下，ECU打开废气旁通阀12，以控制绕过涡轮叶片4b的废气的流量。当基于发动机的工况以上述方式控制可变容积阀9的开度和废气旁通阀12的开度时，可适当地控制废气的压力和涡轮增压器的增压压力，从而可改善发动机的燃料消耗。现在，将描述第一实施例的优点。第一排放出口 Ia设置在靠近涡轮叶片4b的前缘RE的位置，从而从第一排放出口
Ia输出的废气被引导到涡轮叶片4b的前缘RE。相比之下，第二排放出口 2a形成在弧形护罩壁SWl中。因此，当打开可变容积阀9时，从第二排放出口 2a输出的废气被引导到叶片4b的护罩边缘SE的弧形边缘。如图IB中所示，当第二排放出口 2a形成在弧形护罩壁SWl中时，可使从第一排放出口 Ia输出的废气与从第二排放出口 2a输出的废气之间的汇合角度(交会角度)变小。因此，由从第一排放出口 Ia输出的废气与从第二排放出口 2a输出的废气之间的碰撞所引起的湍流的产生可被限制或最小化。这样，可限制在涡轮叶轮4的内部中产生废气湍流，或者可使涡轮叶轮4的内部中废气湍流的产生最小化。此外，从第一排放出口 Ia输出的废气与从第二排放出口 2a输出的废气汇合在一起的汇合位置位于流向过渡段(废气的流动方向在涡轮叶轮4中从径向方向变成轴向方向的段)的上游侧部分中。因此，通过流向过渡段在涡轮叶轮4的内部对汇合的废气进行调整，之后，从涡轮叶轮4输出调整后的废气。因此，限制了在涡轮叶轮4的出口处产生废气瑞流。如上所述，第一实施例的涡轮增压器可限制在涡轮叶轮4的内部和涡轮叶轮4的出口两者处产生湍流。因此，与在先提出的技术相比，可提高涡轮效率(具体地，在可变容积阀9被打开的状态下的涡轮效率)。此外，由于涡轮效率被提高，因此，可通过增加涡轮增压器的增压压力而提高扭矩。燃料消耗的改善和涡轮迟滞(turbo lag)的改善实现了车辆驾驶性能的提高。(第二实施例)将参照图4描述本发明的第二实施例。在下面的实施例中，与在第一实施例中论述的组件相似的组件将由相同的标号来指示。在第二实施例中，与轴向方向大体上垂直的下游侧竖直壁21形成在第二排放出口 2a的内壁的沿着涡轮叶轮4中废气的流动方向位于下游侧的下游侧部分(图4中的第二排放出口 2a的内壁的右侧部分)中。下游侧竖直壁21最好围绕整个涡轮壳体3沿周向方向延伸。然而，本发明不限于此，因此，下游侧竖直壁21可仅部分地沿着涡轮壳体3在周向方向上延伸。由于设置了下游侧竖直壁21，因此，可进一步减小在涡轮叶轮4中从第一排放出口 Ia输出的废气与从第二排放出口 2a输出的废气之间的汇合角度。这样,可进一步限制或最小化由废气在润轮叶轮4的内部中的碰撞所引起的废气瑞流，并因此可进一步提闻润轮效率。此外，即使在从第二排放出口 2a输出的废气流由于从第一排放出口 Ia输出的废气流而弯曲的情况下，下游侧竖直壁21也可限制从第二排放出口 2a输出的废气的流量减少。
因此，可增加从第二排放出口 2a输出的废气的流量，从而可提高涡轮输出。此外，由于可限制废气湍流的产生，因此可提高涡轮效率。(第三实施例)将参照图5描述本发明的第三实施例。在第三实施例中，与轴向方向大体上垂直的上游侧竖直壁22形成在第二排放出口 2a的内壁的沿着涡轮叶轮4中废气的流动方向位于上游侧的上游侧部分(图5中的第二排放出口 2a的内壁的左侧部分)中。上游侧竖直壁22最好围绕整个涡轮壳体3沿周向方向延伸。然而，本发明不限于此，因此，上游侧竖直壁22可仅部分地沿着涡轮壳体3在周向方向上延伸。具体地，在第三实施例中，下游侧竖直壁21和上游侧竖直壁22均设置在第二排放出口 2a处。由于设置了上游侧竖直壁22，因此，可进一步减小在涡轮叶轮4中从第一排放出口 Ia输出的废气与从第二排放出口 2a输出的废气之间的汇合角度。这样,可进一步限制或最小化由废气的碰撞所引起的废气瑞流，并可进一步提闻润轮效率。此外，可限制由于从第一排放出口 Ia输出的废气的分离而导致在第二排放出口2a的内部中产生旋流。因此，可限制由于旋流而对从第二排放出口 2a输出的废气流产生干扰，并因此可进一步提闻润轮效率。(第四实施例)将参照图6描述本发明的第四实施例。在第四实施例中，R部分23 (弧形拐角连接到护罩壁SW且具有弧形截面，使得护罩壁SW切向接触弧形拐角的弧形截面的弧段)被形成为在第二排放出口 2a的敞开端的沿着涡轮叶轮4中废气的流动方向位于下游侧的下游侧部分(图6中的右部)中与护罩壁SW平滑地连接。R部分23最好围绕整个涡轮壳体3沿周向方向延伸。然而，本发明不限于此，因此，R部分23可仅部分地沿着涡轮壳体3在周向方向上延伸。由于设置了 R部分(弧形拐角)23，因此，从第二排放出口 2a输出的废气可沿着护罩壁SW平稳地流动。具体地，可限制从第二排放出口 2a输出的废气流与护罩壁SW分离。因此,可限制在从第一排放出口 Ia输出的废气与从第二排放出口 2a输出的废气汇合在一起的汇合位置处汇合的废气流产生湍流，并因此可提高涡轮效率。(第五实施例)将参照图7描述本发明的第五实施例。第五实施例是第二实施例和第四实施例的结合。具体地，在第五实施例中，下游侧竖直壁21形成在第二排放出口 2a处，并且R部分(弧形拐角)23形成在将下游侧竖直壁21连接到护罩壁SW的连接部分(拐角)处。这样，可同时实现第二实施例的优点和第四实施例的优点。具体地，可进一步限制在从第一排放出口 Ia输出的废气与从第二排放出口 2a输出的废气汇合在一起的汇合位置处汇合的废气广生瑞流。因此，可进一步提闻润轮效率。(第六实施例)将参照图8描述本发明的第六实施例。、
在第六实施例中，本发明应用于前缘RE相对于轴向方向倾斜的倾斜式涡轮。这里，参照图8进行描述，在图8中，第四实施例被结合在倾斜式涡轮中(R部分23形成在第二排放出口 2a的敞开端的沿着涡轮叶轮4中废气的流动方向位于下游侧的下游侧部分中)。然而，本发明不限于这种结合。即，上述实施例中的任何实施例均可与倾斜式涡轮结合。在本发明与倾斜式涡轮结合的情况下，可进一步减小第一排放出口 Ia和第二排放出口 2a之间的汇合角度，并因此可进一步提高倾斜式涡轮的涡轮效率。本领域技术人员将容易想到其他优点和变型。因此，广义地讲，本发明不限于示出 和描述的具体细节、代表性设备以及说明性示例。
权利要求
1.一种用于内燃发动机的涡轮增压器，包括 涡轮壳体(3)，包括多个排放涡管(I，2)，所述多个排放涡管(1，2)中的每个适于从由内燃发动机输出的废气产生旋流，并适于将废气的旋流排放到涡轮壳体(3)的内侧； 涡轮叶轮(4)，适于通过由所述多个排放涡管(1，2)供应的废气旋转，其中，所述涡轮叶轮⑷适于沿涡轮叶轮⑷的轴向方向排放由所述多个排放涡管(1，2)从涡轮叶轮(4)的径向外侧沿涡轮叶轮⑷的径向方向供应的废气，其中 所述多个排放涡管(1，2)包括 第一排放涡管(I)，包括第一排放出口(Ia)，废气通过第一排放出口(Ia)朝着涡轮叶轮(4)的沿着涡轮叶轮(4)中废气的流动方向位于上游侧的上游侧部分输出； 第二排放涡管(2)，包括第二排放出口(2a)，废气通过第二排放出口(2a)朝着涡轮叶轮(4)的沿着废气的流动方向位于第一排放出口(Ia)的下游侧的部分输出， 所述涡轮壳体(3)包括覆盖涡轮叶轮(4)的护罩边缘(SE)的护罩壁(SW)， 所述护罩壁(SW)包括具有弧形截面并位于涡轮叶轮(4)的流向过渡段中的弧形护罩壁(SWl)，在涡轮叶轮⑷的流向过渡段中，废气的流动方向在涡轮叶轮⑷中从径向方向变成轴向方向， 第二排放出口(2a)在弧形护罩壁(SWl)中开设。
2.根据权利要求I所述的涡轮增压器，其特征在于，与轴向方向大体上垂直的下游侧竖直壁(21)形成在沿着涡轮叶轮(4)中废气的流动方向位于下游侧的第二排放出口(2a)的内壁的下游侧部分中。
3.根据权利要求I或2所述的涡轮增压器，其特征在于，与轴向方向大体上垂直的上游侧竖直壁(22)形成在沿着涡轮叶轮(4)中废气的流动方向位于上游侧的第二排放出口(2a)的内壁的上游侧部分中。
4.根据权利要求I或2所述的涡轮增压器，其特征在于，与护罩壁(SW)平滑地连接的弧形拐角(23)形成在沿着涡轮叶轮(4)中废气的流动方向位于下游侧的第二排放出口(2a)的敞开端的下游侧部分中。
全文摘要
一种用于内燃发动机的涡轮增压器，在涡轮壳体(3)中，第二排放涡管(2)的第二排放出口(2a)沿着涡轮叶轮(4)中废气的流动方向位于第一排放涡管(1)的第一排放出口(1a)的下游侧。涡轮壳体(3)的覆盖涡轮叶轮(4)的护罩边缘(SE)的护罩壁(SW)包括具有弧形截面并位于涡轮叶轮(4)的流向过渡段中的弧形护罩壁(SW1)，在涡轮叶轮(4)的流向过渡段中，废气的流动方向在涡轮叶轮(4)中从径向方向变成轴向方向。第二排放出口(2a)在弧形护罩壁(SW1)中开设。
文档编号F02B39/00GK102733931SQ20121009085
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月30日 优先权日2011年3月31日
发明者佐藤修, 柳田悦豪 申请人:株式会社电装