專利名稱：渦輪增壓器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種渦輪增壓器。
背景技術：
以前就已知有一種渦輪增壓器，其作為增加發(fā)動機的給氣量的方法，利用排出氣體的能量使渦輪葉輪旋轉、介由與渦輪葉輪一體形成的轉軸驅動離心型壓縮機葉輪、壓縮空氣向發(fā)動機給氣。
圖7表示使用現(xiàn)有技術的渦輪增壓器的發(fā)動機配管系統(tǒng)圖。以串聯(lián)6氣缸發(fā)動機62為例說明。串聯(lián)6氣缸發(fā)動機62，具有排列成一直線狀的6個氣缸64A、64B。把6個氣缸64A、64B，分類為上側的3個氣缸組64A和下側的3個氣缸組64B。把上側的氣缸組64A叫做前氣缸組64A，把下側的氣缸組64B叫做后氣缸組64B。
前氣缸組64A的排氣口連接在前排氣岐管(manifold)65A上，從前氣缸組64A的排氣口排出的排出氣體63A在前排氣岐管65A合流。后氣缸組64B的排氣口連接在后排氣岐管65B，從后氣缸組64B的排氣口排出的排出氣體63B在后排氣岐管65B合流。
從前排氣岐管65A出來的排出氣體63A，通過前排氣管75A，流入渦輪增壓器11的左排氣流入通路19A。從后排氣岐管65B排出的排出氣體63B，通過后排氣管75B，流入渦輪增壓器11的右排氣流入通路19B。
如此，通過對前后氣缸組64A、64B，分別設置前后排氣岐管65A、65B及前后排氣管75A、75B，從而可減小排氣干擾。由于通過排氣流入通路19A、19B的排出氣體63A、63B的流動，則渦輪葉輪14旋轉，經由轉軸23使壓縮機葉輪16旋轉。從而，被壓縮的空氣，通過二次冷卻器67被冷卻，經由給氣岐管71向各氣缸64A、64B供給。
接下來，關于渦輪增壓器進行詳細說明。圖8、圖9中，渦輪增壓器11，具有從排出氣體63A、63B中攝取旋轉能量的排氣側部12和利用該旋轉能量壓縮空氣送入發(fā)動機的給氣側部13。
排氣側部12，具有被渦輪殼體15所圍繞的渦輪葉輪14。渦輪殼體15具有向渦輪葉輪14供給排出氣體63A、63B的排氣流入通路19。
排氣流入通路19，在其內部，被隔壁66分割為左排氣流入通路19A和右排氣流入通路19B。在左右排氣流入通路19A、19B中分別連接前后排氣管75A、75B。排氣流入通路19，由連接在前后排氣管75A、75B上的大致直線狀的導入部69和形成環(huán)狀用以圍繞渦輪葉輪14外周的渦旋部68構成。
渦輪殼體15，具有排氣流出口21，該排氣流出口21用以排出把能量給予渦輪葉輪14后的排出氣體63A、63B。排氣流出口21，與渦輪葉輪14的旋轉中心呈大致同心狀地形成大致圓筒狀。排氣流出口21相反側的開口部，由排氣側內板22堵住。
渦輪葉輪14，由從排氣流入通路19A、19B流入的排出氣體63A、63B給予能量而旋轉。渦輪葉輪14上一體形成轉軸23。轉軸23，貫通排氣側內板22、由軸承24旋轉自由地支承。渦輪葉輪14和轉軸23通常由鎳基超合金及合金鋼制作。
在轉軸23的與渦輪葉輪14相反側(以下、稱作轉軸23的前端部側)，安裝有壓縮空氣的離心型壓縮機葉輪16。壓縮機葉輪16具有多個葉片部18，在其中央部貫通有安裝孔25。轉軸23以微小間隙或過盈配合的程度插入安裝孔25中。把安裝螺母26緊固在形成于轉軸23前端部的外螺紋部40，從而，壓縮機葉輪1 6被固定在轉軸23上。
壓縮機葉輪16收納在壓縮機殼體17的內部。壓縮機殼體17具有把空氣吸入到壓縮機葉輪16的吸氣流入口27。吸氣流入口27，與壓縮機葉輪16的旋轉中心呈大致同心狀地形成大致圓筒狀。由壓縮機葉輪16壓縮的空氣，通過形成環(huán)狀用以圍繞在壓縮機葉輪16外周部的給氣排出通路28，而呈離心狀排出。接下來，如圖7所示，通過二次冷卻器67冷卻，經由給氣岐管71向各氣缸64A、64B供給。
不過，上述現(xiàn)有技術中存在如下所述的問題。即，排氣流入通路19，不僅導入部69甚至渦旋部68，都由隔壁66分割為左右排氣流入通路19A、19B。因此，特別在少流量用的通路截面面積小的渦輪殼體15中，排出氣體63A、63B的流路狹窄，能量的損失大。
另外，近年來，人們謀求對策以降低柴油發(fā)動機62的排出氣體63A、63B中含有的氮氧化物(NOx)。
其有效的解決對策之一，是被稱作EGR(Exhaust Gas Recirculation排出氣體再循環(huán))方式的技術。這是指，使從發(fā)動機62排出的排出氣體63A、63B的部分返回到發(fā)動機62的給氣系統(tǒng)，進行再循環(huán)。
圖10中，在分別連接在前后氣缸組64A、64B的前后排氣岐管65A、65B上，分別連接有前后EGR通路73A、73B。前后EGR通路73A、73B，與氣缸64A、64B的給氣岐管71連接。從而，進入到排氣岐管65A、65B中的排出氣體63A、63B中的一部分(把這稱作EGR氣體74A、74B)，從EGR通路73A、73B通過給氣岐管71返回到氣缸64A、64B，進行再循環(huán)。
不過，如這樣在前后排氣岐管65A、65B上分別連接EGR通路73A、73B，則需要兩條EGR通路73A、73B，為了應對那些，存在裝置大型化的問題。而且，還必須在各自的EGR通路73A、73B中途上，連接冷卻EGR氣體74A、74B的EGR冷卻器72A、72B等各種部件。另外，還需要2組通向EGR冷卻器72A、72B的的冷卻水管等，裝置的構成復雜化。
另外，也考慮如圖11所示的構成，只在一方的排氣岐管65B上連接EGR通路73B、使EGR氣體74B返回到給氣岐管71。不過，這樣一來，則前排氣岐管65A的配管阻力與后排氣岐管65B的配管阻力之間產生差。因此，從前氣缸組64A排出的排出氣體63A的流量和從后氣缸組64B排出的排出氣體63B的流量不相等。其結果是，存在各氣缸64A、64B的燃燒不均衡、發(fā)生工作不平衡的問題。
另外，也考慮如圖12所示的構成，在排氣流入通路19中不設置隔壁66，使前后排氣管75A、75B在排氣流入通路19的面前合流。并且，在合流的排氣管75上連接EGR通路73，通過EGR冷卻器72使EGR氣體74返回到給氣岐管71。
不過，這樣一來，則例如在從前氣缸組64A排出的排出氣體63A殘留在排氣管75內部的狀態(tài)下，排出氣體63B有時會從后氣缸組64B進入。其結果是，發(fā)生排氣干擾，由于來自前氣缸組64A的排出氣體63A的流動，妨礙來自后氣缸組64B的排出氣體63B的流動，增加發(fā)動機的泵送工作，燃料費惡化。
為了回避這樣的排氣干擾，例如專利文獻1(日本特開8-28286號公報)的圖1及圖3中，公布了不是采用EGR的例子、而是設置2個渦輪葉輪14以回避排氣干擾的技術。不過，設置2個渦輪葉輪14，則存在增加渦輪增壓器11的占有容積、同時高價的問題。
另外，如專利文獻2(日本特開57-124028號公報)的圖2所示，利用在排氣岐管65A、65B的內部設置漩渦室以防止排氣干擾的技術也被人們所知。不過，根據這樣的技術，排氣岐管65A、65B非常大型化。因此，此技術可以用于例如船舶用等的大型發(fā)動機，不過很難應用于施工機械等設置面積有限的裝置上。
發(fā)明內容
本發(fā)明以上述問題為著眼點，其目的在于提供一種以小型構成、減少排氣干擾的發(fā)生、還可以應用于EGR式發(fā)動機的渦輪增壓器。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的渦輪增壓器，該排氣流入通路，具有從導入上述排出氣體的入口開始形成大致直線狀的導入部，環(huán)狀圍繞在上述渦輪葉輪周圍的渦旋部，以及在環(huán)狀圍繞上述渦輪葉輪周圍的上述渦旋部的卷曲結束的后端部且成為與從導入排出氣體的上述入口開始形成大致直線狀的導入部的分界的舌部；其中，上述導入部，具有在從上述入口到其下游的規(guī)定位置的范圍內將上述排氣流入通路分割為第1排氣流入通路和第2排氣流入通路的隔開部，從上述入口到上述隔開部終端位置的節(jié)流出口的截面面積漸漸減小的節(jié)流部，通過上述第1排氣流入通路和上述第2排氣流入通路的上述排出氣體進行合流的合流部，以及從上述合流部至上述舌部的截面面積漸漸增大的擴散部。
從而，將脈沖轉換器設置在渦輪增壓器內部的排氣流入通路，因此成為小型構成。另外，利用脈沖轉換器能降低從2處入口導入的排出氣體的干擾。再有，能高效率地將動壓轉換為靜壓，因此，可以減小用以旋轉渦輪葉輪的能量的損失。
本發(fā)明的渦輪增壓器，優(yōu)選節(jié)流出口的排氣流入通路的截面面積之和是舌部的排氣流入通路的截面面積的50～80％，或者，擴散部的排氣流入通路的最小截面面積和最大截面面積的比為50～80％。從而，使動壓成為靜壓進行回收時的能量損失減小。
本發(fā)明的渦輪增壓器，也可以從入口至節(jié)流出口的距離是從入口至舌部的后端的距離的20～40％。從而，能充分提高排出氣體的流速、防止排氣干擾，同時由于擴散部長，因此能高效率地將動壓轉換成靜壓。
本發(fā)明的渦輪增壓器，優(yōu)選是在合流部下游，連接有EGR通路，該EGR通路將流經排氣流入通路的排出氣體的部分取出并回收至發(fā)動機給氣側。從而，不會破壞從前后氣缸組排出的排出氣體的平衡，可以只用1條EGR通路取出排出氣體的部分。因此，EGR冷卻器等的部件數減少。
圖1是采用本發(fā)明的實施例1的渦輪增壓器的發(fā)動機的配管系統(tǒng)圖。
圖2是實施例1的渦輪增壓器的側面剖視圖。
圖3是圖2的3-3剖視圖。
圖4是圖2的4-4剖視圖。
圖5是采用本發(fā)明的實施例2的渦輪增壓器的發(fā)動機的配管系統(tǒng)圖。
圖6是實施例2的渦輪增壓器的排氣流入通路的側面剖視圖。
圖7是采用現(xiàn)有技術的渦輪增壓器的發(fā)動機的配管系統(tǒng)圖。
圖8是現(xiàn)有技術的渦輪增壓器的斜視圖。
圖9是現(xiàn)有技術的渦輪增壓器的側面剖視圖。
圖10是采用現(xiàn)有技術的EGR方式發(fā)動機的配管系統(tǒng)圖。
圖11是采用現(xiàn)有技術的EGR方式發(fā)動機的其他配管系統(tǒng)圖。
圖12是采用現(xiàn)有技術的EGR方式發(fā)動機的再一個其他配管系統(tǒng)圖。
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。
首先，說明實施例1。其是非EGR方式的發(fā)動機的例子。
如圖1～圖4所示，在前后排氣岐管65A、65B分別連接有排氣管75A、75B。排氣流入通路19的導入部69，從其入口81A、81B到大致中間左右，由隔開部79分割為2個排氣流入通路19A、19B。且，排氣管75A、75B，分別與排氣流入通路19A、19B的入口81A、81B連接。
從前后氣缸組64A、64B排出的排出氣體63A、63B，分別通過前后排氣岐管65A、65B及前后排氣管75A、75B，流入2個排氣流入通路19A、19B的入口81A、81B。而且排出氣體63A、63B，在導入部69中間左右的隔開部79終端后的合流部82合流。
此時如圖4所示，2個排氣流入通路19A、19B，其構成是在入口81A、81B截面面積最大，直至隔開部79終端的節(jié)流出口80A、80B，截面面積漸小。即，從入口81A、81B至節(jié)流出口80A、80B之間形成節(jié)流部77A、77B。其結果是，進入入口81A、81B的排出氣體63A、63B逐漸提高其流速，到達合流部82。
還有，作為節(jié)流部77A、77B的結構，如圖4所示，渦輪殼體15的外壁及內壁向內側凹陷而形成，不過并不限定于此。例如也可以外壁為平面，內壁為向內側突出的形狀，來形成節(jié)流部77A、77B。
排氣流入通路19，其構成是在合流部82的下游其截面面積漸大。從而，形成擴散部78。還有，在用從上游到下游這樣的詞語表示方向時，是以圖3箭頭63A、63B所示的排出氣體的流動方向為基礎的。
通過這樣的擴散部78，高速從節(jié)流部77A、77B流出的排出氣體63A、63B，漸漸回復靜壓。且，并不怎么損失能量地流入渦旋部68，驅動渦輪葉輪14。此時，如圖3所示，在環(huán)狀圍繞在渦輪葉輪周圍的渦旋部的卷曲結束的后端部且作為與從導入排出氣體的入口形成大致直線狀的導入部的分界的部位，稱之為舌部。
如以上說明，根據本實施例，在渦輪殼體15的排氣流入通路19，設置有節(jié)流部77A、77B，和其下游的擴散部78。從而，可以小型構成脈沖轉換器，可以有效地把排出氣體63A、63B的能量傳送到渦輪葉輪14。
將從前排氣岐管65A出來的排出氣體63A和從后排氣岐管65B出來的排出氣體63B，分別在節(jié)流部77A、77B提高流速后合流。因此，難以引起排氣干擾。
還有，從入口81A、81B至節(jié)流出口80A、80B的距離最好是從入口81A、81B至舌部76的后端的距離的20～40％左右。從而，能充分提高排出氣體的流速以防止排氣干擾，同時能獲得足夠長度的擴散部78，因此，能高效地把動壓轉換為靜壓。
優(yōu)選節(jié)流出口80A、80B的2個排氣流入通路9A、19B的截面面積之和是舌部76的排氣流入通路19的截面面積的50～80％，或者，擴散部的排氣流入通路的最小截面面積和最大截面面積的比為50～80％。
這樣一來，排出氣體63A、63B通過擴散部78時，既能減小能量損失，又能把動壓轉換為靜壓。
接下來說明實施例2。如圖5、圖6所示，在排氣流入通路19的渦旋部68外側連接有EGR通路73。經EGR通路73排出的EGR氣體74，經由給氣岐管71向各氣缸64A、64B供給，進行再循環(huán)。
如此，根據實施例2，排出氣體63A、63B合流后，作為EGR氣體74進入EGR通路73。從而，從前后排氣岐管65A、65B出來的排出氣體63A、63B平等地進入EGR通路，因此，前后氣缸組64A、64B的燃燒不會發(fā)生不平衡。從而，加上實施例1的效果，即使在EGR方式中也能進行發(fā)動機62的良好工作。
另外，經擴散部78使排出氣體63A、63B回復靜壓后，其一部分經EGR通路73作為EGR氣體74排出。因此，在排出時，難以發(fā)生排出氣體63A、63B的壓力損失，能量損失小。
還有，圖6中，在舌部76的下游連接EGR通路73，不過，也可以是大致相同位置，還可以在舌部76稍微上游位置。即，最好在排出EGR氣體74時，盡量減小壓力損失。
權利要求
1.一種渦輪增壓器，具有把排出氣體引導至渦輪葉輪的排氣流入通路，其特征在于上述排氣流入通路，具有從導入上述排出氣體的入口開始形成大致直線狀的導入部，環(huán)狀圍繞在上述渦輪葉輪周圍的渦旋部，以及在環(huán)狀圍繞上述渦輪葉輪周圍的上述渦旋部的卷曲結束的后端部且成為與從導入排出氣體的上述入口開始形成大致直線狀的導入部的分界的舌部；其中，上述導入部，具有在從上述入口到其下游的規(guī)定位置的范圍內將上述排氣流入通路分割為第1排氣流入通路和第2排氣流入通路的隔開部，從上述入口到上述隔開部終端位置的節(jié)流出口的截面面積漸漸減小的節(jié)流部，通過上述第1排氣流入通路和上述第2排氣流入通路的上述排出氣體進行合流的合流部，以及從上述合流部至上述舌部的截面面積漸漸增大的擴散部。
2.根據權利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于上述隔開部終端的上述位置的上述第1排氣流入通路和上述第2排氣流入通路的截面面積之和、是上述舌部的上述排氣流入通路的截面面積的50～80％。
3.根據權利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于上述擴散部的上述排氣流入通路的最小截面面積和最大截面面積的比為50～80％。
4.根據權利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于從上述入口至上述隔開部終端的上述位置的上述節(jié)流部的流路長、是從上述入口至上述舌部的后端的上述導入部的流路長的20～40％。
5.根據權利要求2所述的渦輪增壓器，其特征在于從上述入口至上述隔開部終端的上述位置的上述節(jié)流部的流路長、是從上述入口至上述舌部的后端的上述導入部的流路長的20～40％。
6.根據權利要求3所述的渦輪增壓器，其特征在于從上述入口至上述隔開部終端的上述位置的上述節(jié)流部的流路長、是從上述入口至上述舌部的后端的上述導入部的流路長的20～40％。
7.根據權利要求1所述的渦輪增壓器，其特征在于在上述合流部的下游連接有EGR通路，該EGR通路將在上述排氣流入通路中流動的上述排出氣體的一部分取出并回收至上述發(fā)動機給氣側。
8.根據權利要求2所述的渦輪增壓器，其特征在于在上述合流部的下游連接有EGR通路，該EGR通路將在上述排氣流入通路中流動的上述排出氣體的一部分取出并回收至上述發(fā)動機給氣側。
9.根據權利要求3所述的渦輪增壓器，其特征在于在上述合流部的下游連接有EGR通路，該EGR通路將在上述排氣流入通路中流動的上述排出氣體的一部分取出并回收至上述發(fā)動機給氣側。
10.根據權利要求4所述的渦輪增壓器，其特征在于在上述合流部的下游連接有EGR通路，該EGR通路將在上述排氣流入通路中流動的上述排出氣體的一部分取出并回收至上述發(fā)動機給氣側。
11.根據權利要求5所述的渦輪增壓器，其特征在于在上述合流部的下游連接有EGR通路，該EGR通路將在上述排氣流入通路中流動的上述排出氣體的一部分取出并回收至上述發(fā)動機給氣側。
12.根據權利要求6所述的渦輪增壓器，其特征在于在上述合流部的下游連接有EGR通路，該EGR通路將在上述排氣流入通路中流動的上述排出氣體的一部分取出并回收至上述發(fā)動機給氣側。
全文摘要
一種渦輪增壓器，在該渦輪增壓器中，排氣流入通路的導入部具有將從入口至其下游的規(guī)定位置的排氣流入通路分割為2個排氣流入通路的隔開部，從入口至隔開部終端位置截面面積漸小的節(jié)流部，通過左右排氣流入通路的排出氣體進行合流的合流部，以及從合流部至舌部的截面面積漸大的擴散部。這種渦輪增壓器，以小型構成，可減少發(fā)生排氣干擾，還可以應用于EGR式發(fā)動機。
文檔編號F02B37/00GK1573119SQ20041005983
公開日2005年2月2日 申請日期2004年6月22日 優(yōu)先權日2003年6月23日
發(fā)明者西山利彥, 杉戶博, 飯野任久, 小川哲明 申請人:株式會社小松制作所