膨胀涡轮及涡轮增压器制造技术

本发明专利技术提供一种膨胀涡轮、及具备该膨胀涡轮的涡轮增压器。膨胀涡轮(10A)具备：涡轮壳体(13)，其包括导入有工作流体(w)的涡旋部；多个可变喷嘴(36)，其在膨胀涡轮的周向上隔开间隔而配置，并能够绕转动轴(38)转动；涡轮叶轮(24)，其具有多个位于可变喷嘴的下游侧的动翼(28)，且该涡轮叶轮被旋转自如地设置在涡轮壳体内。所述涡轮壳体具有包括与动翼的翼梢(28a)对置的罩部的第一壁面(50)和隔着工作流体的流路(f)而与第一壁面对置的第二壁面(52)，可变喷嘴的出口侧翼片高度大于动翼的入口侧翼片高度。在可变喷嘴出口与动翼入口之间，所述第一壁面以工作流体的流路高度朝下游侧变窄具有突出部(44)，该突出部朝着第二壁面突出，该突出部的突出量以突出部的前端超过动翼的翼梢而不向第二壁面侧突出的方式设定。

Expansion turbine and turbocharger

The present invention provides an expansion turbine and a turbocharger having the expansion turbine. The expansion turbine (10A) includes a turbine housing (13), including the import of working fluid (W) of the vortex department; a plurality of variable nozzle (36), in the circumferential direction of the expansion turbine is arranged apart from, and can rotate around the axis of rotation of the turbine impeller (38); (24), dynamic the wing has a plurality of variable nozzle located on the downstream side (28), and the turbine wheel is rotatably arranged on the turbine shell. The turbine shell is provided with a movable wing including wing tips (28a) first wall cover part opposite surface (50) and across the flow path of working fluid (f) and the second wall with the first wall opposite surface (52), the export wing of the variable nozzle height is greater than the moving wing wing entrance height. The variable nozzle and moving wing entrance, the first wall height to the flow path of the working fluid narrows toward the downstream side has a protruding portion (44), the projection of the wall toward the second prominent, highlight the amount of the protrusion in front projection wing wing and moving over to second the wall side of set.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】膨胀涡轮及涡轮增压器
本专利技术涉及具有可变喷嘴的膨胀涡轮、及具备该膨胀涡轮的涡轮增压器。
技术介绍
近年来，存在以降低油耗为目的而在机动车用内燃机安装涡轮增压器的显著倾向。在涡轮增压器之中有在膨胀涡轮的进气侧具有可变喷嘴的可变容积式涡轮增压器，可变容积式涡轮增压器能够利用可变喷嘴的开度调整来进行工作流体的流量调整。因此，与内燃机的负荷变动相配合的运转成为可能，并且，特别地，其低负荷时的响应性能优秀。但是，如图8所示，作为可变容积式涡轮增压器的特性，当可变喷嘴的开度小时，涡轮效率与峰值点(喷嘴开度处于中开度区域附近)相比大幅度降低。喷嘴开度处于小开度区域时的涡轮效率对响应性能的影响大。因此，期望可以提升在小开度区域的涡轮效率。为了提升在小开度区域的涡轮效率，减小可变喷嘴的倾角(流入可变喷嘴的工作流体的流入角与可变喷嘴的前缘翼片角度之差)是有益的。因此，为了减小倾角，考虑根据处于小开度区域的可变喷嘴的前缘翼片角度来缩减涡轮壳体的涡旋部(减小涡旋部)。另一方面，若缩减涡旋部，则喷嘴开度处于大开度区域时的倾角变大，将导致在可变喷嘴的翼面产生气流的剥离，实际流路面积降低，工作流体的流量(最大流量)降低这样的问题。这样，仅改善涡轮壳体的涡旋部的形状不足以同时实现可变喷嘴处于小开度区域时的涡轮效率的提升，以及确保可变喷嘴处于大开度区域时的最大流量。因此，希望通过活用除涡旋部的形状变更以外的方法来满足这两个要求。需要说明的是，在专利文献1中，虽然没有同时实现可变喷嘴处于小开度区域时的涡轮效率提升和处于大开度区域时的最大流量的确保，但其中公开了一种涡轮，该涡轮在与动翼的翼梢对置的涡轮壳体的罩壁面处的动翼的入口侧，形成有环状的引导部(引导面)，所述引导部相对于涡轮的半径方向朝着涡轮叶轮的背面侧倾斜。在专利文献1所记载的涡轮中，通过形成上述引导部，使流入动翼的工作流体靠近涡轮叶轮的背面侧，抑制可变喷嘴的尾流(尾涡)产生的激振力作用于动翼前端缘附近，从而动翼的抖动被抑制。另外，利用上述引导部塞住动翼与罩壁面之间的间隙，由此可以抑制经由该间隙产生的间隙流动。现有技术文献专利文献专利文献1：(日本)特开2012－002140号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题然而，在对比文件1所公开的涡轮中，为了减缓经由动翼和罩壁面之间的间隙产生的间隙流动，而使所述引导部在轮毂侧大幅度突出。因此，动翼入口前缘的一部分被引导部的前端覆盖，流路宽度最窄的部位存在于动翼入口的上游侧。因此，工作流体由于缩流效果而未流入到动翼前缘的一部分，不能发挥期待的动翼性能，涡轮效率有可能降低。鉴于上述现有技术的课题，本专利技术的至少一个实施方式的目的在于提供膨胀涡轮及涡轮增压器，其能够抑制可变喷嘴处于小开度区域时的涡轮效率的降低，并且确保可变喷嘴处于大开度区域时的工作流体的流量，而且一并引出期待的动翼性能来抑制涡轮效率的降低。用于解决课题的技术方案(1)本专利技术的至少一个实施方式的膨胀涡轮，其用于从工作流体具有的能量回收动力，所述膨胀涡轮具备：涡轮壳体，其包括导入有所述工作流体的涡旋部；多个可变喷嘴，其在所述涡轮壳体内在所述膨胀涡轮的周向上隔开间隔而配置，并能够以经过所述涡旋部的所述工作流体的流路面积产生变化的方式绕转动轴转动；涡轮叶轮，其具有多个位于所述可变喷嘴的下游侧的动翼，且该涡轮叶轮被旋转自如地设置在所述涡轮壳体内；所述涡轮壳体具有第一壁面和第二壁面，所述第一壁面包括与所述动翼的翼梢对置的罩部，所述第二壁面隔着所述工作流体的流路而与所述第一壁面对置，所述可变喷嘴的出口侧的翼片高度大于所述动翼的入口侧的翼片高度，所述罩部在所述可变喷嘴的出口的下游侧且在所述动翼的入口的上游侧以所述工作流体的流路高度朝下游侧变窄的方式具有突出部，所述突出部朝着所述第二壁面突出，所述突出部的突出量以所述突出部的前端超过所述动翼的所述入口的所述翼梢而不向所述第二壁面侧突出的方式设定。根据上述结构(1)，通过使可变喷嘴的出口侧的翼片高度大于动翼的入口侧的翼片高度，能够增大可变喷嘴之间的工作流体流路中的喉口面积。从而能够充分确保可变喷嘴处于大开度区域时的流入动翼的工作流体的流量(最大流量)。另外，当可变喷嘴处于小开度区域时，流入动翼的工作流体由于喷嘴开度小而具有强烈的回转成分，另一方面，朝着半径方向内侧的流速成分小。因此，在现有的膨胀涡轮中，在可变喷嘴处于小开度区域的情况下，流入动翼的工作流体具有的回转成分所引起离心力导致工作流体容易被推压到罩侧(第一壁面侧)。当工作流体被推压到罩壁面侧时，在动翼出口，工作流体的流动偏向罩侧，流速在罩侧变大，流速在轮毂侧(第二壁面侧)变小。因此，工作流体的范围在动翼的下游侧以消除流速不均衡的方式扩大，从而容易引起混合损失。关于这一点，根据上述结构(1)，由于具有所述突出部，故而工作流体通过沿着突出部流动而向第二壁面侧(轮毂侧)靠近，可以抑制工作流体向第一壁面侧(罩侧)的偏流。因此，在动翼出口的不均衡的流动得以缓解，混合损失降低，故而涡轮效率提升。因此，通过上述结构(1)，除了确保上述可变喷嘴处于大开度区域时的最大流量这一优点以外，还具有可变喷嘴处于小开度区域时的涡轮效率提升的优点。另外，根据上述结构(1)，所述突出部的突出量以所述突出部的前端超过动翼的入口的翼梢而不向第二壁面侧突出的方式设置，故而工作流体流入动翼高度方向上的宽范围，因而能够抑制突出部产生的缩流效果所引起的动翼入口处的有效流路面积的降低。因此，容易得到期待的动翼性能，能够将涡轮效率维持在高水平。(2)在数个实施方式中，在上述结构(1)中，所述膨胀涡轮为所述工作流体沿着所述膨胀涡轮的半径方向流入所述动翼的所述入口的径流式涡轮，当使所述动翼的所述入口处的根部的轴向位置为原点，使所述动翼的所述入口处的所述翼梢的轴向位置为Xt时，所述突出部的前端的轴向位置Xp满足0＜Xt≤Xp的关系。根据上述结构(2)，在径流式涡轮中，所述突出部的突出量以所述突出部的前端不向动翼的轮毂侧突出的方式设定。因此，能够抑制动翼入口处的流路面积的降低，故而容易得到期待的动翼性能，能够将涡轮效率维持在高水平。(3)在数个实施方式中，在上述结构(2)中，所述第一壁面具有相对于所述半径方向倾斜的锥面，所述突出部由该锥面形成，所述锥面相对于所述膨胀涡轮的轴向所成的角度为40度以下。根据上述结构(3)，能够使工作流体在动翼入口的上游侧沿着所述锥面充分向第二壁面侧(轮毂侧)靠近，因此，能够抑制工作流体向第一壁面侧(罩侧)的偏流。由此，通过使动翼出口处的流速分布均匀化，抑制混合损失，从而涡轮效率提升。(4)在数个实施方式中，在上述结构(2)或(3)的任一项中，当使从所述膨胀涡轮的中心轴到所述可变喷嘴的所述转动轴的所述半径方向上的距离为RS，使从所述膨胀涡轮的中心轴到所述动翼的所述入口的所述半径方向上的距离为RR时，满足RS/RR≥1.4。根据上述结构(4)，从可变喷嘴出口到动翼入口的距离变宽，由于该部分的距离变宽，工作流体在可变喷嘴出口侧的流速降低，从而能够抑制静压的降低。因此，能够降低可变喷嘴的压力面与负压面之间的压差，故而能够抑制间隙流动，并能够提升涡轮效率。特别地，在小开度区域内，由于间隙流动产生的损失占全部流动损失的比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膨胀涡轮，其用于从工作流体具有的能量回收动力，所述膨胀涡轮的特征在于，具备：涡轮壳体，其包括导入有所述工作流体的涡旋部；多个可变喷嘴，其在所述涡轮壳体内在所述膨胀涡轮的周向上隔开间隔而配置，并能够以经过所述涡旋部的所述工作流体的流路面积产生变化的方式绕转动轴转动；涡轮叶轮，其具有多个位于所述可变喷嘴的下游侧的动翼，且该涡轮叶轮被旋转自如地设置在所述涡轮壳体内；所述涡轮壳体具有第一壁面和第二壁面，所述第一壁面包括与所述动翼的翼梢对置的罩部，所述第二壁面隔着所述工作流体的流路而与所述第一壁面对置，所述可变喷嘴的出口侧的翼片高度大于所述动翼的入口侧的翼片高度，所述罩部在所述可变喷嘴的出口的下游侧且在所述动翼的入口的上游侧以所述工作流体的流路高度朝下游侧变窄的方式具有突出部，所述突出部朝着所述第二壁面突出，所述突出部的突出量以所述突出部的前端超过所述动翼的所述入口的所述翼梢而不向所述第二壁面侧突出的方式设定。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种膨胀涡轮，其用于从工作流体具有的能量回收动力，所述膨胀涡轮的特征在于，具备：涡轮壳体，其包括导入有所述工作流体的涡旋部；多个可变喷嘴，其在所述涡轮壳体内在所述膨胀涡轮的周向上隔开间隔而配置，并能够以经过所述涡旋部的所述工作流体的流路面积产生变化的方式绕转动轴转动；涡轮叶轮，其具有多个位于所述可变喷嘴的下游侧的动翼，且该涡轮叶轮被旋转自如地设置在所述涡轮壳体内；所述涡轮壳体具有第一壁面和第二壁面，所述第一壁面包括与所述动翼的翼梢对置的罩部，所述第二壁面隔着所述工作流体的流路而与所述第一壁面对置，所述可变喷嘴的出口侧的翼片高度大于所述动翼的入口侧的翼片高度，所述罩部在所述可变喷嘴的出口的下游侧且在所述动翼的入口的上游侧以所述工作流体的流路高度朝下游侧变窄的方式具有突出部，所述突出部朝着所述第二壁面突出，所述突出部的突出量以所述突出部的前端超过所述动翼的所述入口的所述翼梢而不向所述第二壁面侧突出的方式设定。2.如权利要求1所述的膨...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉田豊隆，横山隆雄，段本洋辅，秋山洋二，
申请(专利权)人：三菱重工发动机和增压器株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP