固定翼式涡轮增压器的制作方法

文档序号:16516657发布日期:2019-01-05 09:40阅读:152来源:国知局
固定翼式涡轮增压器的制作方法

本发明涉及固定翼式涡轮增压器。



背景技术:

近年来,由强制增压带来的发动机的小型化正在推进,在小排量的汽油发动机也搭载有涡轮增压器。因此,涡轮增压器也小型化,使得各部件的制造精度给涡轮增压器的性能带来的影响扩大。

在涡轮增压器的排气涡轮机中,为了对废气从涡形流路向涡轮机叶轮的流动进行整流来抑制性能(流量以及效率)的偏差,有时在涡形流路和涡轮机叶轮之间的流路中设置不转动的固定翼。

通常,涡轮增压器的上述固定翼使用铸件。因此,固定翼的表面的表面粗糙度容易变大,会妨碍涡轮增压器的效率提高。

在专利文献1中记载有如下的固定翼:在固定翼式涡轮增压器中通过将多张板部件相互交叉地接合而构成。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第2011/042694号



技术实现要素:

发明要解决的课题

根据专利文献1中记载的固定翼式涡轮增压器,容易减小板部件的表面粗糙度,因此,可以期待与铸造的固定翼相比减小表面粗糙度而带来的涡轮增压器的高效化。

但是,专利文献1中记载的固定翼通过将多张板部件相互交叉地接合而构成,因此,结构复杂。

本发明是鉴于上述那样的现有课题而作出的,其目的在于提供一种能够通过简单的结构实现高效率的固定翼式涡轮增压器。

用于解决课题的方案

(1)本发明的至少一实施方式的固定翼式涡轮增压器具备:叶轮;壳体,所述壳体在内部具有:收容所述叶轮的叶轮收容空间、形成在所述叶轮的外周侧的涡形流路、及将所述叶轮收容空间和所述涡形流路连通的连通流路;以及至少一个固定翼单元,所述至少一个固定翼单元设置于所述连通流路,并固定于所述壳体中的相比所述叶轮的径向上的所述涡形流路靠内侧的部位,其中,所述固定翼单元的每一个具有至少两个叶片部、以及将所述两个叶片部连结的连结部,并由一张金属板部件形成。

根据上述(1)所述的固定翼式涡轮增压器,由于固定翼单元的每一个由一张金属板部件形成,因此,与通过铸造来形成固定翼单元的每一个相比,可以实现固定翼单元的表面粗糙度的降低和成本降低。因此,可以提高固定翼单元的整流效果并通过简单的结构实现涡轮增压器的高效化。另外,由于利用连结部将至少两个叶片部连结,因此,可以使固定翼单元的截面模量上升,可以抑制由流体力引起的变形或倒塌。

(2)在几个实施方式中,在上述(1)所述的固定翼式涡轮增压器中,所述至少一个固定翼单元遍及所述叶轮的周向上的整周由所述一张金属板部件形成。

根据上述(2)所述的固定翼式涡轮增压器,可以提高固定翼单元整体的刚性。另外,由于向径向上的内侧的流体力被抵消,因此,可以降低为了将固定翼单元固定于壳体而需要的固定力(例如若为由螺栓紧固进行的固定,则为紧固力)。

(3)在几个实施方式中,在上述(1)所述的固定翼式涡轮增压器中,所述至少一个固定翼单元包括在周向上隔开间隔地设置的多个固定翼单元。

根据上述(3)所述的固定翼式涡轮增压器,与遍及周向上的整周由一张金属板部件形成固定翼单元的情况相比,由于被分割为多个固定翼单元,因此,可以确保结构强度并且实现固定翼单元的小型化。

另外,在设置固定翼单元时,可以调节固定翼单元的设置角度,可以得到与固定翼单元的设置角度相应的流量特性。例如,为了与小流量对应而将固定翼单元设置成使叶片部的弦线(日文:コード)方向与周向所成的角度变小即可,为了与大流量对应而将固定翼单元设置成使叶片部的弦线方向与周向所成的角度变大即可。另外,通过将用共用的模具制造出的金属板制的固定翼单元的不需要部分切断并调节固定翼单元的设置角度,从而可以通过简单的结构并且以低成本得到所希望的流量特性。

(4)在几个实施方式中,在上述(1)~(3)中任一项所述的固定翼式涡轮增压器中,所述至少一个固定翼单元包括在所述叶轮的轴向上重叠的多个固定翼单元。

根据上述(4)所述的固定翼式涡轮增压器,由于每一个固定翼单元的轴向的变形量变小,因此,制造性提高。另外,可以在叶轮的轴向(叶片部的高度方向)上对流动角以及流量进行控制,可以提高涡轮增压器的性能。

(5)在几个实施方式中,在上述(1)~(4)中任一项所述的固定翼式涡轮增压器中,所述叶片部中的至少后缘侧部分向压力面侧凸出地弯曲。

根据上述(5)所述的固定翼式涡轮增压器,后缘侧部分附近的流动应变得以抑制,可以实现效率提高和涡轮机叶轮的动叶的可靠性提高(可以降低对动叶进行激振的激振力)。

(6)在几个实施方式中,在上述(1)~(5)中任一项所述的固定翼式涡轮增压器中,所述叶片部的前缘处的相对于沿所述叶轮的周向引出的切线的金属角比该叶片部的后缘处的相对于沿所述周向引出的切线的金属角大。

根据上述(6)所述的固定翼式涡轮增压器,可以抑制由从涡形流路流入到连通流路的流动与固定翼单元的叶片部的前缘的碰撞带来的损失。

(7)在几个实施方式中,在上述(1)~(6)中任一项所述的固定翼式涡轮增压器中,所述叶片部的前缘侧部分以前端相比所述叶片部的前缘位于下游侧的方式被卷起来。

根据上述(7)的记载,由于叶片部的前缘侧部分如上所述被卷起来,因此,可以抑制由从涡形流路流入到连通流路的流动与固定翼单元的叶片部的前缘的碰撞带来的损失。

(8)在几个实施方式中,在上述(1)~(7)中任一项所述的固定翼式涡轮增压器中,所述叶片部的后缘沿相对于所述叶轮的轴向向周向倾斜的方向延伸。

根据上述(8)所述的固定翼式涡轮增压器,根据该结构,通过了叶片部的废气对涡轮机叶轮的动叶进行激振的相位偏移,因此,可以抑制动叶的振动应力。另外,在固定翼单元因废气的热而膨胀了的情况下,可以通过叶片部的弯曲来吸收该位移,可以抑制叶片部处产生压曲。

发明的效果

根据本发明的至少一个实施方式,提供能够通过简单的结构实现高效率的固定翼式涡轮增压器。

附图说明

图1是本发明一实施方式的固定翼式涡轮增压器100的沿着旋转轴线的概略剖视图。

图2是示意性地表示一实施方式的固定翼单元6(6a)的一部分的概略立体图。

图3是示意性表示固定翼单元6(6a)中的叶片部14的后缘26的形状的一例的图。

图4是示意性地表示一实施方式的固定翼单元6(6b)的一部分的概略立体图。

图5是示意性表示固定翼单元6(6b)中的叶片部14的后缘26的形状的一例的图。

图6是示意性表示固定翼单元6(6b)中的叶片部14的后缘26的形状的一例的图。

图7是示意性地表示固定翼单元6(6a、6b)的a-a截面(参照图1)、即与轴向正交的截面的一例的概略剖视图。

图8是示意性表示固定翼单元6(6a、6b)的a-a截面的一例的图。

图9是示意性表示固定翼单元6(6a、6b)的a-a截面的一例的图。

图10是示意性地表示一实施方式的固定翼单元6(6c)的一部分的概略立体图。

图11示意性地表示固定翼单元6(6c)中的叶片部14的后缘26的形状的一例。

图12是示意性地表示固定翼单元6(6c)的a-a截面(参照图1)、即与轴向正交的截面的一例的概略剖视图。

图13是用于说明与小流量对应的固定翼单元6(6c)的设置角度的图。

图14是用于说明与大流量对应的固定翼单元6(6c)的设置角度的图。

图15是表示两个固定翼单元6的组合的一例的图。

图16是表示两个固定翼单元6的组合的一例的图。

图17是表示两个固定翼单元6的组合的一例的图。

图18是表示两个固定翼单元6的组合的一例的图。

图19是表示两个固定翼单元6的组合的一例的图。

具体实施方式

以下,参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。但是,作为实施方式而记载的或附图所示的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等,其主旨并非将本发明的范围限定于此,只不过是说明例。

例如,“在某方向上”、“沿着某方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或者“同轴”等表示相对或者绝对的配置的表述,不仅严格地表示上述那样的配置,而且也表示以公差或能得到相同功能这种程度的角度或距离相对位移的状态。

例如,“相同”、“相等”以及“均质”等表示处于事物相等的状态的表述,不仅表示严格地相等的状态,而且也表示存在公差或存在能得到相同功能这种程度的差的状态。

例如,四边形或圆筒形状等表示形状的表述,不仅表示在几何学方面严格意义上的四边形或圆筒形状等形状,而且也表示在能得到相同效果的范围内包括凹凸部或倒角部等的形状。

另一方面,“具备”、“备有”、“配备”、“包括”或“具有”一个结构要素这种表述并非是排除其他结构要素的存在的排他性的表述。

图1是本发明一实施方式的固定翼式涡轮增压器100的沿着旋转轴线的概略剖视图。

固定翼式涡轮增压器100具备:壳体4、至少一个固定翼单元6、以及与未图示的压缩机同轴地设置的涡轮机叶轮2。

以下,只要没有特别记载,将涡轮机叶轮2的轴向简称为“轴向”,将涡轮机叶轮2的径向简称为“径向”,将涡轮机叶轮2的周向简称为“周向”。

壳体4在内部具有:收容涡轮机叶轮2的叶轮收容空间8、形成在涡轮机叶轮2的外周侧的涡形流路10、以及将叶轮收容空间8和涡形流路10连通的连通流路12。

固定翼单元6设置于连通流路12,并利用螺栓等任意手段固定于壳体4中的相比径向上的涡形流路10靠内侧的部位4a。固定翼单元6以不延伸到涡形流路10的方式设置在连通流路12内。

在图1所示的形态中,从未图示的发动机流入到了涡形流路10的废气从涡形流路10向连通流路12流动,利用设置于连通流路12的固定翼单元6整流后供给到涡轮机叶轮2的动叶2a。

图2是示意性地表示一实施方式的固定翼单元6(6a)的一部分的概略立体图。图3是示意性表示固定翼单元6(6a)中的叶片部14的后缘26的形状的一例的图。图4是示意性地表示一实施方式的固定翼单元6(6b)的一部分的概略立体图。图5是示意性表示固定翼单元6(6b)中的叶片部14的后缘26的形状的一例的图。图6是示意性表示固定翼单元6(6b)中的叶片部14的后缘26的形状的一例的图。图7是示意性地表示固定翼单元6(6a)的a-a截面(参照图1)、即与轴向正交的截面的一例的概略剖视图。图8是示意性表示固定翼单元6(6a、6b)的a-a截面的一例的图。图9是示意性表示固定翼单元6(6a、6b)的a-a截面的一例的图。

在几个实施方式中,例如如图2~图6所示,固定翼单元6(6a、6b)的每一个具有至少两个叶片部14和将两个叶片部14连结的连结部16,并由一张金属板部件18形成。在图示的例示形态中,固定翼单元6包括多个(三个以上)的叶片部14以及多个(三个以上)的连结部16,叶片部14和连结部16在周向上交替地配置。图2所示的固定翼单元6(6a)具有将一张金属板部件18周期性地弯折为方形波状(参照图3)而构成的形状,图4所示的固定翼单元6(6b)具有将一张金属板部件18周期性地弯曲为三角波状(参照图5)或正弦波状(参照图6)而构成的形状。

在几个实施方式中,例如如图3、图5以及图6所示,固定翼单元6(6a、6b)构成为以轮毂侧流路38和护罩侧流路40在周向上交替地位于连通流路12的方式划分连通流路12。轮毂侧流路38的每一个由两个叶片部14、将两个叶片部14连结的连结部16、以及连通流路12的轮毂侧壁42划分。护罩侧流路40的每一个由两个叶片部14、将两个叶片部14连结的连结部16、以及连通流路12的护罩侧壁44划分。

根据该结构,由于固定翼单元6的每一个由一张金属板部件18形成,因此,与通过铸造来形成固定翼单元6的每一个相比,可以实现固定翼单元6的表面粗糙度的降低和成本降低。因此,可以提高固定翼单元6的整流效果并通过简单的结构实现涡轮增压器100的高效化。另外,由于利用连结部16将至少两个叶片部14连结,因此,可以提高固定翼单元6的截面模量来抑制由流体力引起的变形或倒塌。

在几个实施方式中,固定翼单元6(6a、6b)遍及周向上的整周由一张金属板部件18形成。

根据该结构,可以提高固定翼单元6(6a、6b)整体的刚性。另外,由于向径向上的内侧的流体力被抵消,因此,可以降低为了将固定翼单元6固定于壳体4而需要的固定力(例如若为由螺栓紧固进行的固定,则为紧固力)。

在一实施方式中,叶片部14的后缘26例如如图3所示与轴向平行地延伸。在几个实施方式中,例如如图5以及图6所示沿相对于轴向向周向倾斜的方向延伸。

根据图5以及图6所示的形态,叶片部14的后缘26沿相对于轴向向周向倾斜的方向延伸,由此,通过了叶片部14的废气对涡轮机叶轮2的动叶2a进行激振的相位偏移,因此,可以抑制动叶2a的振动应力。另外,在固定翼单元6因废气的热而膨胀了的情况下,可以通过叶片部14的弯曲来吸收该位移,可以抑制叶片部14处产生压曲。

在一实施方式中,例如如图7所示,叶片部14在与轴向正交的截面中呈直线状延伸。根据该结构,可以简化固定翼单元6的结构。

在几个实施方式中,例如如图8以及图9所示,叶片部14中的至少后缘侧部分20向压力面22侧凸出地弯曲。

根据该结构,后缘侧部分20附近的流动应变得以抑制,可以实现效率提高和涡轮机叶轮2的动叶2a(参照图1)的可靠性提高(可以降低对动叶2a进行激振的激振力)。

在一实施方式中,例如如图8所示,叶片部14的前缘24处的相对于沿周向引出的切线l1的金属角(日文:メタル角)θ1比该叶片部14的后缘26处的相对于沿周向引出的切线l2的金属角θ2大。

根据该结构,可以抑制由从涡形流路10流入到连通流路12的流动与固定翼单元6的叶片部14的前缘24的碰撞带来的损失。

在一实施方式中,例如如图9所示,叶片部14的前缘侧部分28以前端30相比叶片部14的前缘24位于下游侧的方式被卷起来。

根据该结构,由于叶片部14的前缘侧部分28如上所述被卷起来,因此,可以抑制由从涡形流路10流入到连通流路12的流动与固定翼单元6的叶片部14的前缘24的碰撞带来的损失。

图10是示意性地表示一实施方式的固定翼单元6(6c)的一部分的概略立体图。图11示意性地表示固定翼单元6(6c)中的叶片部14的后缘26的形状的一例。图12是示意性地表示固定翼单元6(6c)的a-a截面(参照图1)、即与轴向正交的截面的一例的概略剖视图。

在一实施方式中,如图10~图12所示,固定翼式涡轮增压器100包括在周向上隔开间隔地设置的多个固定翼单元6(6c)。在图示的形态中,固定翼单元6(6c)的每一个具有将一张金属板部件18弯折为方形波状(参照图3)而构成的形状,具有两个叶片部14和将两个叶片部14连结的一个连结部16。

在图10~图12所示的形态中,在两个叶片部14的每一个设置有脚部36。脚部36设置成从轴向上的叶片部14的一端部14a(在图示的形态中,为叶片部14中的连通流路12的轮毂侧壁34侧的端部)在周向上向与连结部16相反的一侧突出。如图11所示,脚部36从叶片部14的前缘24到后缘26沿着连通流路12的流路壁(在图示的形态中为轮毂侧壁34)设置。

另外,在图10~图12所示的形态中,多个固定翼单元6(6c)构成为以轮毂侧流路38和护罩侧流路40在周向上交替地位于连通流路12的方式划分连通流路12。轮毂侧流路38的每一个由两个叶片部14、将两个叶片部14连结的连结部16、以及连通流路12的轮毂侧壁42划分。护罩侧流路40的每一个由两个叶片部14、两个脚部36、连通流路12的护罩侧壁44、以及连通流路12的轮毂侧壁42划分。

在该结构中,由于固定翼单元6(6c)的每一个也由一张金属板部件18形成,因此,与通过铸造来形成固定翼单元6的每一个相比,可以实现固定翼单元6的表面粗糙度的降低和成本降低。因此,可以提高固定翼单元6的整流效果并通过简单的结构实现涡轮增压器100的高效化。另外,由于利用连结部16将至少两个叶片部14连结,因此,可以提高固定翼单元6的截面模量来抑制由流体力引起的变形或倒塌。

另外,根据该结构,与遍及周向上的整周由一张金属板部件18形成的固定翼单元6(6a、6)相比,由于被分割为多个固定翼单元6(6c),因此,可以确保结构强度并且实现固定翼单元6的小型化。

另外,在设置固定翼单元6(6c)时,可以调节固定翼单元6的设置角度,可以得到与固定翼单元6(6c)的设置角度相应的流量特性。例如,为了与小流量对应而如图13所示将固定翼单元6(6c)设置成使叶片部14的弦线方向与周向所成的角度θ3变小即可,为了与大流量对应而如图14所示将固定翼单元6设置成使叶片部14的弦线方向与周向所成的角度θ3变大即可。另外,通过将用共用的模具制造出的金属板制的固定翼单元6的不需要部分(图13以及图14中的虚线部分)切断并调节固定翼单元6的设置角度,从而可以通过简单的结构并且以低成本得到所希望的流量特性。

本发明并不限定于上述实施方式,也包括对上述实施方式进行了变形而得到的方式、将这些方式适当组合而得到的方式。

例如,在图10~图12所示的形态中,固定翼单元6(6c)的每一个具有两个叶片部14和将两个叶片部14连结的一个连结部16,但也可以在周向上隔着间隔地设置具有三个以上的叶片部和两个以上的连结部的固定翼单元。另外,使用图7~图9已说明的叶片部14的形状能够应用于图10~图12所示的固定翼单元6(6c)的叶片部14。

另外,在几个实施方式中,如图15~图19所示,固定翼式涡轮增压器100也可以具备在轴向上重叠的多个(多段)固定翼单元6。

例如如图15所示,固定翼式涡轮增压器100也可以具备在轴向上重叠的两个固定翼单元6(6a)。在图示的形态中,两个固定翼单元6(6a)以各自的连结部16抵接的方式在轴向上重叠。

另外,例如如图16以及图17所示,固定翼式涡轮增压器100也可以具备在轴向上重叠的两个固定翼单元6(6b)。在图示的形态中,两个固定翼单元6(6a)以各自的连结部16抵接的方式在轴向上重叠。

另外,例如如图18以及图19所示,固定翼式涡轮增压器100也可以具备在轴向上重叠的固定翼单元6(6a)以及固定翼单元6(6b)。在图示的形态中,固定翼单元6(6a)以及固定翼单元6(6b)以各自的连结部16抵接的方式在轴向上重叠。

另外,例如,本发明也可以应用于涡轮增压器具备的压缩机的扩压翼。

在该情况下,固定翼式涡轮增压器具备:压缩机叶轮;壳体,该壳体在内部具有收容压缩机叶轮的叶轮收容空间、形成在压缩机叶轮的外周侧的涡形流路及将叶轮收容空间和涡形流路连通的连通流路(扩压流路);以及至少一个固定翼单元(扩压翼单元),所述至少一个固定翼单元(扩压翼单元)设置于连通流路,并固定于壳体中的相比压缩机叶轮的径向上的涡形流路靠内侧的部位。另外,固定翼单元的每一个具有至少两个叶片部和将两个叶片部连结的连结部,并由一张金属板部件形成。

在该结构中也同样地,由于固定翼单元的每一个由一张金属板部件形成,因此,与通过铸造来形成固定翼单元的每一个相比,可以实现固定翼单元的表面粗糙度的降低和成本降低。因此,可以提高固定翼单元的整流效果并通过简单的结构实现涡轮增压器的高效化。

另外,由于利用连结部将至少两个叶片部连结,因此,可以使固定翼单元的截面模量上升,可以抑制由流体力引起的变形或倒塌。

附图标记说明

2涡轮机叶轮

2a动叶

4壳体

4a部位

6固定翼单元

8叶轮收容空间

10涡形流路

12连通流路

14叶片部

14a一端部

14b另一端部

16连结部

18金属板部件

20后缘侧部分

22压力面

24前缘

26后缘

28前缘侧部分

30前端

32护罩壁

34轮毂壁

36缘部

38轮毂侧流路

40护罩侧流路

42轮毂侧壁

44护罩侧壁

100固定翼式涡轮增压器

l1、l2切线

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