涡轮壳体、涡轮增压器及汽油发动机的制作方法

1.本公开涉及涡轮壳体、具备该涡轮壳体的涡轮增压器、及具备该涡轮增压器的汽油发动机。


背景技术：

2.有时在用于汽车等的发动机上搭载用于提高发动机的输出或燃油效率的涡轮增压器。涡轮增压器通过利用从发动机排出的废气等高温流体具有的能量使涡轮叶片旋转，从而使经由旋转轴与涡轮叶片机械连结的压缩机的叶轮旋转。涡轮增压器通过旋转驱动的叶轮对发动机中的燃烧所使用的气体(例如，空气)进行压缩并将其送入发动机。
3.在专利文献1中公开有一种涡轮增压器，其具备在内部形成有不将废气的一部分导入涡轮叶片而使其绕过的废气旁通(waste gate)通路(旁通流路)的涡轮壳体和进行废气旁通通路的开闭的废气旁通阀。另外，在专利文献2中公开有一种设置于发动机(内燃机)的排气系统的废气净化催化剂。废气净化催化剂具有净化废气中所含的例如烃(hc)、一氧化碳(co)、氮氧化物(nox)等有害成分、或捕集废气中所含的颗粒物(pm)的功能。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本专利第5846351号公报
7.专利文献2：日本专利第6487982号公报


技术实现要素：

8.发明所要解决的问题
9.然而，废气净化催化剂的性能被催化剂的温度或氧的浓度影响。因此，有时将通过废气旁通通路的废气、即能量被涡轮叶片回收而温度未降低的废气送到配置于废气旁通通路的下游侧的废气净化催化剂，使废气净化催化剂升温，使其活化。如果通过废气旁通通路的废气的涡轮壳体中的散热损失大，则可能不能有效地进行废气净化催化剂的升温。特别是在发动机是汽油发动机的情况下，与柴油发动机等相比，从发动机排出的废气为高温，废气和涡轮壳体之间的温度差增大，因此，涡轮壳体中的散热损失可能增大。因此，需要抑制通过废气旁通通路的废气的涡轮壳体中的散热损失。
10.鉴于上述的情况，本公开的至少一实施方式的目的在于提供能够抑制通过废气旁通通路的废气在涡轮壳体中的散热损失且能够有效地进行配置于涡轮壳体的下游侧的废气净化催化剂的升温的涡轮壳体、涡轮增压器及汽油发动机。
11.用于解决问题的技术方案
12.本公开的一实施方式提供一种涡轮壳体，
13.其构成为容纳由从汽油发动机排出的废气驱动的涡轮叶片，其中，具备主体部和入口凸缘部，
14.所述主体部在内部具有：涡旋流路壁面，其形成用于将所述废气向所述涡轮叶片
等表示相对或者绝对的配置的表达不仅严格地表示这样的配置，还表示具有公差或者以获得相同功能的程度的角度、距离相对位移的状态。
36.例如，“相同”、“相等”及“均质”等表示事物相等的状态的表达不仅严格地表示相等的状态，还表示存在公差或者获得相同功能的程度的差的状态。
37.例如，四边形状或圆筒形状等表示形状的表达不仅在几何学上表示严格意义上的四边形状或圆筒形状等形状，还表示在获得相同效果的范围内包含凹凸部或倒角部等的形状。
38.另一方面，“具备”、“包含”、或“具有”一构成要件的表达不是排除其它构成要件的存在的排他性表达。
39.此外，有时对同样的结构标注相同附图标记并省略说明。
40.(发动机)
41.图1是概略性表示具备本公开的一实施方式的涡轮增压器的发动机的结构的概略结构图。
42.如图1所示，几个实施方式的涡轮增压器2搭载于汽油发动机1。如图1所示，汽油发动机1至少具备具有多个气缸12的缸体11、供从多个气缸12分别排出的废气合流的排气歧管13、以及上述涡轮增压器2。
43.在图示的实施方式中，汽油发动机1还具备用于将由涡轮增压器2压缩的压缩气体向多个气缸12中的每一个引导的压缩气体供给线14、设置于压缩气体供给线14的冷却机15、设置于缸体11的内部的水套16、以及用于从缸体11的外部向水套16供给制冷剂的制冷剂供给线17。冷却机15构成为冷却在压缩气体供给线14中流动的压缩气体。水套16包含被设置为围绕多个气缸12各自的周围的制冷剂可流通的流路。制冷剂供给线17构成为向水套16供给制冷剂。上述压缩气体中包含压缩空气。在上述制冷剂中包含冷却水。
44.在图1所示的实施方式中，制冷剂供给线17包含构成为储存冷却水的冷却水储存罐171、用于将储存于冷却水储存罐171的冷却水向水套16输送的冷却水供给管172、以及设置于冷却水供给管172的冷却水泵173。就冷却水供给管172而言，其一侧与冷却水储存罐171连接，其另一侧与水套16连接。冷却水泵173构成为将冷却水向冷却水供给管172的另一侧输送。通过驱动冷却水泵173，从而储存于冷却水储存罐171的冷却水被输送到冷却水供给管172，并在冷却水供给管172中朝向上述另一侧流动后，供给到水套16。通过水套16内的冷却水(制冷剂)来冷却多个气缸12或缸体11等。
45.(涡轮增压器)
46.如图1所示，涡轮增压器2具备涡轮叶片3、压缩机叶片21、与涡轮叶片3及压缩机叶片21分别连结的旋转轴22、构成为将涡轮叶片3可旋转地容纳的涡轮壳体4、以及构成为将压缩机叶片21可旋转地容纳的压缩机壳体23。在图示的实施方式中，涡轮增压器2还具备将旋转轴22支承为可旋转的轴承24和构成为容纳轴承24的轴承壳体25。
47.在图示的实施方式中，就旋转轴22而言，其长边方向的一侧与涡轮叶片3连结，其长边方向的另一侧与压缩机叶片21连结。关于旋转轴22，在其长边方向上的涡轮叶片3和压缩机叶片21之间被轴承24支承为可旋转。涡轮叶片3及压缩机叶片21分别能够经由旋转轴22一体旋转。轴承壳体25配置于涡轮壳体4和压缩机壳体23之间，通过例如螺栓或v形夹等未图示的紧固部件与涡轮壳体4及压缩机壳体23分别机械连结。
48.如图1所示，在涡轮壳体4上形成有用于向其内部导入废气的废气导入口41和用于将废气向外部排出的废气排出口42。在压缩机壳体23上形成有用于向其内部导入气体的气体导入口231和用于将通过了压缩机叶片21的气体向外部排出的气体排出口232。就压缩气体供给线14而言，其一侧与气体排出口232连接，其另一侧与多个气缸12分别连接。
49.涡轮增压器2将从排气歧管13排出的废气通过废气导入口41导入涡轮壳体4的内部。被导入到涡轮壳体4的内部的废气的至少一部分被导向涡轮叶片3。涡轮增压器2通过被引导到涡轮叶片3的废气的能量，使涡轮叶片3旋转。压缩机叶片21因为经由旋转轴22与涡轮叶片3连结，所以与涡轮叶片3的旋转连动而进行旋转。涡轮增压器2构成为通过压缩机叶片21的旋转来压缩通过气体导入口231而导入到压缩机壳体23的内部的气体，并将压缩气体通过气体排出口232及压缩气体供给线14输送到多个气缸12中的每一个。输送到多个气缸12中的每一个的压缩气体与燃料一起燃烧，产生废气。另外，通过了涡轮叶片3的废气通过废气排出口42向涡轮壳体4的外部排出。
50.(废气净化催化剂)
51.在图示的实施方式中，汽油发动机1还具备设置于涡轮壳体4的下游侧的废气净化催化剂18。通过废气排出口42排出到涡轮壳体4的外部的废气被输送到废气净化催化剂18。废气净化催化剂18具有净化废气中所含的例如烃(hc)、一氧化碳(co)、氮氧化物(nox)等有害成分、或捕集废气中所含的颗粒物(pm)的功能。废气净化催化剂18也可以是以往公知的三元催化剂、氧化催化剂(doc)或nox吸附还原催化剂等中的任一种。废气净化催化剂18也可以含有载体和担载于该载体的贵金属。在此，在担载于载体的贵金属中也可以含有铑(rh)、钯(pd)或铂(pt)中的至少一种。废气净化催化剂18通过利用例如废气的热等而升温，使废气净化反应活化。
52.(涡轮壳体)
53.图2是沿着本公开的一实施方式的涡轮壳体的轴线的概略剖视图。如图2所示，涡轮壳体4具备主体部5。主体部5在内部具有：涡旋流路壁面6，其形成用于将废气向涡轮叶片3引导的形成为涡旋状的涡旋流路60；废气排出路壁面7，其形成用于排出通过了涡轮叶片3的废气的废气排出路70；及废气旁通通路壁面8，其形成绕过涡轮叶片3将涡旋流路60和废气排出路70连接的废气旁通通路80。以下，有时将废气的流动方向上的上游侧简单表示为上游侧，将废气的流动方向上的下游侧简单表示为下游侧。上述的废气导入口41与涡旋流路60相连，上述的废气排出口42与废气排出路70相连。
54.涡轮壳体4在涡旋流路60的内周侧容纳涡轮叶片3。以下，将涡轮叶片3的轴线la延伸的方向定义为轴向x，将与轴线la正交的方向定义为径向y。将轴向x上废气排出口42相对于涡轮叶片3所在的一侧(图2中右侧)定义为涡轮侧xf。另外，将轴向x上与涡轮侧xf相反的一侧、即涡轮叶片3相对于废气排出口42所在的一侧(图2中左侧)定义为压缩机侧xr。
55.(涡轮叶片)
56.如图2所示，涡轮叶片3包含轮毂31和设置于轮毂31的外表面32的多个涡轮叶片33。因为轮毂31与旋转轴22的长边方向的上述一侧连结，所以轮毂31或多个涡轮叶片33能够以涡轮叶片3的轴线la为中心与旋转轴22一体旋转。轮毂31形成为随着其外表面32从涡轮侧xf朝向压缩机侧xr而与轴线la的距离变大的凹弯曲状。多个涡轮叶片33分别在绕轴线la的周向上相互隔开间隔地配置。
57.涡轮壳体4在内部具有护罩面，该护罩面包含凸弯曲面43，该凸弯曲面43形成为随着从涡轮侧xf朝向压缩机侧xr而与轴线la的距离变大的凸弯曲状。凸弯曲面43在与多个涡轮叶片33各自的前端34之间形成有间隙。护罩面44形成于涡旋流路壁面6和废气排出路壁面7之间。护罩面44的下游端441与涡旋流路壁面6相连，护罩面44的上游端442与废气排出路壁面7相连。
58.涡轮叶片3构成为配置于涡旋流路60和废气排出路70之间，将通过涡旋流路60从径向y上的外侧导入的废气向轴向x上的涡轮侧xf引导。废气排出路70构成为将通过了涡轮叶片3的废气从轴向x上的压缩机侧xr向涡轮侧xf引导。通过了涡轮叶片3的废气在废气排出路70中朝向涡轮侧xf流动后，从废气排出口42向涡轮壳体4的外部排出。
59.涡轮壳体4具有形成于涡旋流路壁面6上的废气旁通通路80的入口侧开口缘81和形成于废气排出路壁面7上的废气旁通通路80的出口侧开口缘82。废气旁通通路壁面8经由入口侧开口缘81与涡旋流路壁面6相连，经由出口侧开口缘82与废气排出路壁面7相连。废气旁通通路80具有形成于入口侧开口缘81的内侧的入口开口810和形成于出口侧开口缘82的内侧的出口开口820。就废气旁通通路80而言，入口开口810与涡旋流路60相连，出口开口820与废气排出路70相连。
60.涡轮增压器2还具备构成为可开闭废气旁通通路80的出口开口820的废气旁通阀26。废气旁通阀26包含封闭出口开口820的阀体261和支承阀体261并且构成为可驱动阀体261的阀体驱动部262。废气旁通阀26通过阀体驱动部262驱动阀体261，封闭或打开出口开口820，由此，控制从废气旁通通路80向废气排出路70流动的废气的流量。通过废气旁通阀26打开出口开口820，使在涡旋流路60中朝向涡轮叶片3流动的废气的一部分向废气旁通通路80分流，由此，能够降低向涡轮叶片3输送的废气的量或热能，进而能够降低向多个气缸12分别输送的压缩气体的增压。
61.在图2中概略性示出存在涡轮叶片3的轴线la和出口开口820的中心c1的平面。在图示的实施方式中，如图2所示，废气排出路壁面7在其周向的至少一部分包含以随着朝向涡轮侧xf而相对于轴线la的距离变长的方式倾斜的倾斜面71和从倾斜面71的下游端72沿着轴向x向涡轮侧xf延伸的阀容纳面73。上述的废气排出路70包含容纳废气旁通阀26的阀体261的阀容纳空间70a。阀容纳空间70a由倾斜面71和阀容纳面73划定。出口侧开口缘82形成于倾斜面71或阀容纳面73中的至少一方，出口开口820与阀容纳空间70a相连。
62.图3是用于对本公开的一实施方式的涡轮壳体进行说明的说明图。在图3中概略性示出沿着轴线la从废气排出路70的出口侧(涡轮侧xf)辨识出的俯视时的涡轮壳体4。如图3所示，涡轮壳体4具备上述的主体部5和入口凸缘部9。
63.如图3所示，入口凸缘部9设置于主体部5的涡旋流路60的上游端61，包含向外周侧突出的凸缘部91。在入口凸缘部9形成有与涡旋流路60相连的上述的废气导入口41。在图1所示的实施方式中，入口凸缘部9与排气歧管13连接。因此，废气通过废气导入口41从排气歧管13流入涡旋流路60。在图示的实施方式中，涡轮壳体4通过铸造形成其形状。
64.如图3所示，几个实施方式的涡轮壳体4具备上述的主体部5和上述的入口凸缘部9，上述主体部5在内部具有上述的涡旋流路壁面6、废气排出路壁面7及废气旁通通路壁面8，在上述入口凸缘部9上形成有与涡旋流路60相连的废气导入口41。形成于涡旋流路壁面6的废气旁通通路80的入口侧开口缘81设置于如下位置：入口侧开口缘81的至少一部分通过
废气导入口41而从涡轮壳体4的外部可辨识的位置。
65.在图示的实施方式中，在如图3所示的俯视时，涡旋流路壁面6包含形成涡旋流路60的外周侧的涡旋外壁面6a和形成于比涡旋外壁面6a靠内周侧且在与涡旋外壁面6a之间形成涡旋流路60的涡旋内壁面6b。涡旋内壁面6b形成涡旋流路60的内周侧。在如图3所示的俯视时，将通过涡旋外壁面6a的上游端61a(废气导入口41的外周端)与涡旋内壁面6b相切的切线tl和涡旋内壁面6b相切的切点设为p1。上述的入口侧开口缘81设置于比涡旋内壁面6b上的切点p1靠上游侧。在该情况下，入口侧开口缘81设置于其至少一部分通过废气导入口41而从涡轮壳体4的外部可辨识的位置。此外，即使在无法通过废气导入口41从涡轮壳体4的外部辨识入口侧开口缘81的情况下，在通过废气导入口41从涡轮壳体4的外部能够辨识比涡旋内壁面6b上的入口侧开口缘81靠下游侧(舌部p2侧)时，设为入口侧开口缘81设置于通过废气导入口41而从涡轮壳体4的外部可辨识的位置。
66.在图示的实施方式中，在如图3所示的俯视时，就入口侧开口缘81而言，在比将涡旋内壁面6b中的上游端61b(废气导入口41的内周端)和舌部p2连结的曲线的长度中央位置p3靠上游侧(上游端61b侧)的位置，设置有入口侧开口缘81的至少一部分。
67.根据上述的结构，涡轮壳体4的废气旁通通路80的入口侧开口缘81的至少一部分设置于通过废气导入口41而从涡轮壳体4的外部可辨识的位置。在该情况下，废气旁通通路80的入口开口810和入口凸缘部9的废气导入口41之间的涡旋流路60(上游侧涡旋流路60a)的长度变短。通过缩短上游侧涡旋流路60a的长度，能够抑制通过废气旁通通路80的废气、即从废气导入口41通过上游侧涡旋流路60a流入废气旁通通路80的废气在上游侧涡旋流路60a中的散热损失。由此，因为能够抑制通过废气旁通通路80向涡轮壳体4的下游侧流动的废气的温度降低，所以能够有效地进行配置于涡轮壳体4的下游侧的废气净化催化剂18的升温。
68.在涡轮壳体4搭载于汽油发动机1的情况下，与搭载于柴油发动机等其它内燃机的情况相比，从汽油发动机1排出的废气成为高温，废气和涡轮壳体4之间的温度差增大，因此，涡轮壳体4中的散热损失可能增大。根据上述的结构，即使在涡轮壳体4搭载于汽油发动机1的情况下，也能够有效地抑制通过废气旁通通路80的废气在涡轮壳体4中的散热损失。
69.此外，以下几个实施方式也能够应用于入口侧开口缘81没有设置于通过废气导入口41而从涡轮壳体4的外部可辨识的位置的情况。
70.在几个实施方式中，在存在如图2所示的涡轮叶片3的轴线la和出口开口820的中心c1的平面上，上述的废气排出路70构成为从涡轮叶片3的轴线la的延伸方向(轴向x)上的一侧(压缩机侧xr)向另一侧(涡轮侧xf)引导废气。通过废气旁通通路80的出口开口820的中心c1的法线n1(通过中心c1并与出口开口820垂直的直线)构成为沿与涡轮叶片3的轴线la交叉的方向延伸。
71.在图示的实施方式中，涡旋流路60形成为随着朝向下游侧(涡轮叶片3侧)而朝向轴向x上的压缩机侧xr的螺旋状。因此，涡旋流路60的上游侧的部分设置于废气排出路70的外周侧。废气旁通通路80沿着径向延伸，以其出口开口820的中心c1位于比其入口开口810的中心c2靠涡轮侧xf的方式倾斜。入口开口810及出口开口820分别朝向沿着法线n1的延伸方向的方向开口。
72.根据上述的结构，就废气旁通通路80而言，其出口开口820与废气排出路70相连，
并且其入口开口810与设置于废气排出路70的外周侧的涡旋流路60相连。废气旁通通路80构成为通过出口开口820的中心c1的法线n1沿与涡轮叶片3的轴线la交叉的方向延伸。在该情况下，与上述法线n1沿着涡轮叶片3的轴线la延伸的方向延伸的情况相比，能够缩短废气旁通通路80的长度(从入口开口810至出口开口820的距离)。通过缩短废气旁通通路80的长度，能够抑制通过废气旁通通路80的废气在废气旁通通路80中的散热损失。由此，因为能够抑制通过废气旁通通路80而向涡轮壳体4的下游侧流动的废气的温度降低，所以能够有效地进行配置于涡轮壳体4的下游侧的废气净化催化剂18的升温。
73.在几个实施方式中，在存在如图2所示的涡轮叶片3的轴线la和出口开口820的中心c1的平面上，在将轴线la和法线n1所成的角度设为θ的情况下，满足30
°
≤θ≤60
°
。
74.根据上述的结构，在上述角度θ满足30
°
≤θ≤60
°
的情况下，能够缩短废气旁通通路80的长度。另外，在上述角度θ满足30
°
≤θ≤60
°
的情况下，能够将从废气旁通通路80的出口开口820流入废气排出路70的废气通过废气排出路壁面7向废气排出口42引导，并从废气排出口42向涡轮壳体4的外部排出。在该情况下，因为能够使通过了废气旁通通路80的废气在废气排出路70中的流动良好，所以能够抑制通过废气旁通通路80的废气在废气排出路70中的散热损失。由此，因为能够抑制通过废气旁通通路80向涡轮壳体4的下游侧流动的废气的温度降低，所以能够有效地进行配置于涡轮壳体4的下游侧的废气净化催化剂18的升温。
75.如图1所示，几个实施方式的涡轮增压器2具备上述的涡轮壳体4。在该情况下，涡轮增压器2因为涡轮壳体4的上游侧涡旋流路60a的长度短，所以能够抑制通过废气旁通通路80的废气在上游侧涡旋流路60a中的散热损失，进而能够有效地进行配置于涡轮壳体4的下游侧的废气净化催化剂18的升温。
76.如图1所示，几个实施方式的汽油发动机1具备上述的涡轮增压器2、具有多个气缸12的上述的缸体11、以及供从多个气缸12分别排出的废气合流的上述的排气歧管13。排气歧管13的至少一部分设置于缸体11的内部。上述的涡轮壳体4的入口凸缘部9与排气歧管13连接。
77.根据上述的结构，从多个气缸12分别排出的废气在通过排气歧管13之后，从入口凸缘部9的废气导入口41流入涡旋流路60。上述排气歧管13的至少一部分设置于具有多个气缸12的缸体11的内部，在该排气歧管13上连接有入口凸缘部9。在该情况下，能够抑制从多个气缸12分别排出的废气在排气歧管13中的散热损失。通过抑制通过废气旁通通路80向涡轮壳体4的下游侧流动的废气在上游侧的温度降低，能够有效地进行配置于涡轮壳体4的下游侧的废气净化催化剂18的升温。
78.图4是用于对本公开的一实施方式的涡轮壳体的废气旁通通路的入口侧开口缘进行说明的说明图。在图4中，概略性示出从正面、即沿着通过废气旁通通路80的入口开口810的中心c2的法线n2(通过中心c2并与入口开口810垂直的直线)从涡旋流路60侧辨识出上述的涡旋内壁面6b(涡旋流路壁面6)的入口侧开口缘81的俯视时的涡轮壳体4。在几个实施方式中，如图4所示，从正面观察，上述的入口侧开口缘81形成为圆环状。此外，在其它几个实施方式中，入口侧开口缘81可以是从正面观察形成为椭圆环状，也可以是从正面观察形成为矩形环状。
79.以下，在沿着法线n2辨识入口侧开口缘81的俯视时，将与将入口侧开口缘81中的上游端841和下游端831连结的直线lc正交的方向定义为废气旁通通路80的入口开口810的
开口宽度方向w。
80.如图4所示，入口侧开口缘81包含：下游端部83，其包含入口侧开口缘81的下游端831；上游端部84，其包含入口侧开口缘81的上游端841；一侧端部85，其包含入口侧开口缘81的开口宽度方向w的一端851；另一侧端部86，其包含入口侧开口缘81的开口宽度方向w的另一端861。
81.近年来，为了实现汽油发动机1的高输出化，存在导入涡轮壳体4的废气的温度成为高温(例如，1000℃以上)的趋势。如上所述，如果缩短废气旁通通路80的入口开口810和入口凸缘部9的废气导入口41之间的涡旋流路60(上游侧涡旋流路60a)的长度，则入口侧开口缘81暴露于比以往高温的废气中。
82.图5是用于对本公开的一实施方式的涡轮壳体的热伸长进行说明的说明图。在图5中示出上述的涡轮壳体4的热应变的分析结果，热应变越大的部位显示得越浓。
83.如图4所示，入口侧开口缘81由于在涡旋流路60中流动的废气的热而在其下游侧(废气导入口41的轴线lb的延伸方向上的远离废气导入口41的一侧、图4中上侧)的端部(下游端部83)，产生沿着开口宽度方向w(图4中左右方向)的热伸长。入口凸缘部9因为与排气歧管13连接，所以由水套16内的冷却水(制冷剂)冷却。因此，入口侧开口缘81的上游侧(轴线lb的延伸方向上的接近废气导入口41的一侧、图4中下侧)的端部(上游端部84)与下游端部83相比，沿着开口宽度方向w的热伸长被抑制。由于入口侧开口缘81的上游端部84和下游端部83之间的热伸长之差，从而如图5所示热应变在开口宽度方向w的两端部附近、即一侧端部85附近或另一侧端部86附近变大，可能产生裂纹。需要抑制该裂纹进展并贯通涡轮壳体4而废气向涡轮壳体4的外部泄露。
84.图6及图7分别是用于对本公开的一实施方式的涡轮壳体的废气旁通通路的入口侧开口缘进行说明的说明图。在图6及图7中分别概略性示出从正面、即涡旋流路60侧观察上述的涡旋内壁面6b(涡旋流路壁面6)的入口侧开口缘81的状态。
85.在几个实施方式中，如图6、图7所示，上述的涡轮壳体4的入口侧开口缘81包含应力集中部100，该应力集中部100设置于包含入口侧开口缘81上的下游端831在内的下游端部83。应力集中部100构成为在入口侧开口缘81暴露于废气的热中时，由热伸长引起的应力集中于该应力集中部100。
86.下游端部83由包含设置于比入口侧开口缘81的一端851及另一端861中的每一个靠下游侧的下游端831的区域构成。在图示的实施方式中，下游端部83(应力集中部100)设置于入口侧开口缘81的开口宽度方向w上的中央部。换言之，在如图6所示的沿着法线n2辨识出入口侧开口缘81的俯视时，在入口侧开口缘81的开口宽度方向w上的长度最大的、从一端851至另一端861的开口宽度方向w上的距离设为w1的情况下，下游端部83(应力集中部100)设置于与一端851在开口宽度方向w上的距离w2(将朝向另一端861的方向设为正)满足0.25w1≤w2≤0.75w1的条件的范围内。
87.根据上述的结构，入口侧开口缘81包含设置于入口侧开口缘81的下游端部83的、构成为由热伸长引起的应力所集中的应力集中部100。该应力集中部100由于在涡轮壳体4中流动的废气的热而初期产生由热伸长引起的应力集中，产生裂纹。通过在入口侧开口缘81的下游端部83设置上述应力集中部100，能够抑制在入口侧开口缘81中下游端部83以外的部分(例如，一侧端部85附近或另一侧端部86附近)产生由热伸长引起的应力集中而产生
裂纹。入口侧开口缘81的下游端部83与下游端部83以外的部分相比，直到涡轮壳体4的外表面45的壁厚厚，因此，能够防止上述裂纹进展并贯通涡轮壳体4而废气向涡轮壳体4的外部泄露。
88.在几个实施方式中，如图6所示，上述的应力集中部100(下游端部83)设置于上述的涡旋流路壁面6上的废气旁通通路80的入口开口810的开口宽度方向w的中央部6c。即，在如图6所示的沿着法线n2辨识出入口侧开口缘81的俯视时，在将涡旋流路壁面6的开口宽度方向w上的从一端62至另一端63的开口宽度方向w上的距离设为w3的情况下，应力集中部100(下游端部83)设置在与一端62在开口宽度方向w上的距离w4(将朝向另一端63的方向设为正)满足0.25w3≤w4≤0.75w3的条件的范围(中央部6c、开口宽度方向w上的两个双点划线间)内。
89.根据上述的结构，通过将应力集中部100设置于涡旋流路壁面6上的上述开口宽度方向w的中央部6c，能够延长涡轮壳体4的裂纹进展距离(在应力集中部100产生的裂纹进展直至贯通涡轮壳体4为止的距离)，因此，能够有效地抑制废气向涡轮壳体4的外部泄露。
90.在几个实施方式中，如图6所示，上述的应力集中部100包含第一边101和第二边102，上述第一边101随着从上述的下游端部83朝向涡旋流路60的流动方向上的上游侧而朝向相对于将入口侧开口缘81上的上游端841和下游端831连结的直线lc的一侧(图中左侧)倾斜，上述第二边102随着从下游端部83朝向涡旋流路60的流动方向上的上游侧而朝向相对于上述直线lc的另一侧(图中右侧)倾斜。
91.在图示的实施方式中，第一边101及第二边102分别直线状地延伸。在图6所示的实施方式中，在沿着法线n2辨识出入口侧开口缘81的俯视时，在将第一边101的延伸方向和第二边102的延伸方向所成的角度设为α的情况下，第一边101及第二边102分别构成为上述角度α满足0
°
≤α≤90
°
的条件。另外，在图6所示的实施方式中，应力集中部100还包含将第一边101的下游端103及第二边102的下游端104连结的下游侧连结部105。下游侧连结部105朝向涡旋流路60的下游侧弯曲，包含上述的下游端831。此外，在其它几个实施方式中，下游侧连结部105也可以形成为在第一边101的下游端103和第二边102的下游端104之间沿着轴向x延伸的直线状。另外，在其它几个实施方式中，第一边101的下游端103也可以与第二边102的下游端104直接相连。另外，入口侧开口缘81中的比第一边101的上游端106及第二边102的上游端107中的每一个靠上游侧的形状不限于如图所示的朝向涡旋流路60的上游侧弯曲并将第一边101及第二边102各自的上游端(106、107)彼此连结的弯曲形状。
92.根据上述的结构，应力集中部100包含上述第一边101和上述第二边102。在该情况下，成为在第一边101的下游端103和第二边102的下游端104之间，因在涡轮壳体4中流动的废气的热而初期产生由热伸长引起的应力集中，并产生裂纹。由此，能够抑制在第一边101或第二边102的上游端(106、107)附近产生由热伸长引起的应力集中。另外，根据上述的结构，因为由废气的热引起的热伸长分离到第一边101及第二边102中的每一个，所以能够抑制在第一边101或第二边102的上游端(106、107)附近产生由热伸长引起的应力集中。
93.此外，在将入口侧开口缘81的下游端部83设为包含上述第一边101及上述第二边102的形状的情况下，与将入口侧开口缘81设为圆环状或椭圆环状、矩形环状的以往的情况相比，对涡轮壳体4的性能(例如，废气向废气旁通通路80的流入量或因通过了废气旁通通路80的废气带来的废气净化催化剂18的升温效果)的影响小。
94.在几个实施方式中，如图7所示，上述的应力集中部100包含从入口侧开口缘81上的下游端部83朝向涡旋流路60的流动方向上的下游侧延伸的狭缝110。在图示的实施方式中，狭缝110形成于下游端831，但在其它几个实施方式中，狭缝110也可以形成于下游端部83的下游端831以外。狭缝110优选形成于下游端部83的靠下游端831的位置。另外，在其它几个实施方式中，也可以在如图6所示的包含第一边101及第二边102的上述的入口侧开口缘81的下游端部83形成狭缝110。
95.根据上述的结构，应力集中部100包含从下游端部83朝向上述下游侧延伸的狭缝110。在该情况下，在狭缝110的前端111附近，因在涡轮壳体4中流动的废气的热而初期产生由热伸长引起的应力集中，并产生裂纹。由此，能够抑制在入口侧开口缘81的下游端部83以外的部分(例如，一侧端部85附近或另一侧端部86附近)产生由热伸长引起的应力集中。上述狭缝110向现有的涡轮壳体4的追加设置是容易的。
96.此外，在入口侧开口缘81上形成有上述狭缝110的情况下，与在入口侧开口缘81未形成上述狭缝110的情况相比，对涡轮壳体4的性能(例如，废气向废气旁通通路80的流入量或通过了废气旁通通路80的废气带来的废气净化催化剂的升温效果)的影响小。
97.本公开不限于上述的实施方式，还包含对上述的实施方式施加了变形的方式、或将这些方式适当地组合的方式。
98.例如下掌握上述的几个实施方式所记载的内容。
99.1)本公开的至少一实施方式提供一种涡轮壳体(4)，
100.其构成为容纳由从汽油发动机(1)排出的废气驱动的涡轮叶片(3)，其中，具备主体部(5)和入口凸缘部(9)，
101.上述主体部(5)在内部具有：涡旋流路壁面(6)，其形成用于将上述废气向上述涡轮叶片(3)引导的形成为涡旋状的涡旋流路(60)；
102.废气排出路壁面(7)，其形成用于排出通过了上述涡轮叶片(3)的上述废气的废气排出路(70)；及
103.废气旁通通路壁面(8)，其形成绕过上述涡轮叶片(3)将上述涡旋流路(60)和上述废气排出路(70)连接的废气旁通通路(80)，
104.上述入口凸缘部(9)设置于上述主体部(5)的上述涡旋流路(60)的上游端(61)，在上述入口凸缘部(9)形成有与上述涡旋流路(60)相连的废气导入口(41)，
105.形成于上述涡旋流路壁面(6)的上述废气旁通通路(80)的入口侧开口缘(81)设置于上述入口侧开口缘(81)的至少一部分通过上述废气导入口(41)而从上述涡轮壳体(4)的外部可辨识的位置。
106.根据上述1)的结构，涡轮壳体的废气旁通通路的入口侧开口缘的至少一部分设置于通过废气导入口而从涡轮壳体的外部可辨识的位置。在该情况下，废气旁通通路的入口开口和入口凸缘部的废气导入口之间的涡旋流路(上游侧涡旋流路60a)的长度变短。通过缩短上游侧涡旋流路的长度，能够抑制通过废气旁通通路的废气、即从废气导入口通过上游侧涡旋流路流入废气旁通通路的废气在上游侧涡旋流路中的散热损失。由此，因为能够抑制通过废气旁通通路向涡轮壳体的下游侧流动的废气的温度降低，所以能够有效地进行配置于涡轮壳体的下游侧的废气净化催化剂的升温。
107.2)在几个实施方式中，在上述1)所记载的涡轮壳体(4)的基础上，
108.上述入口侧开口缘(81)包含应力集中部(100)，该应力集中部(100)设置于包含上述入口侧开口缘(81)上的下游端(831)在内的下游端部(83)，且构成为由热伸长引起的应力集中于该应力集中部(100)。
109.根据上述2)的结构，入口侧开口缘包含应力集中部，该应力集中部设置于入口侧开口缘的下游端部，且构成为由热伸长引起的应力集中于此。该应力集中部由于在涡轮壳体中流动的废气的热而初期产生由热伸长引起的应力集中，并产生裂纹。通过在入口侧开口缘的下游端部设置上述应力集中部，能够抑制在入口侧开口缘中下游端部以外的部分产生由热伸长引起的应力集中并产生裂纹。入口侧开口缘的下游端部与下游端部以外的部分相比，直到涡轮壳体的外表面的壁厚厚，因此，能够防止上述裂纹进展并贯通涡轮壳体而废气向涡轮壳体的外部泄露。
110.3)在几个实施方式中，在上述2)所记载的涡轮壳体(4)的基础上，
111.上述应力集中部(100)包含：
112.第一边(101)，其随着从上述下游端部(83)朝向上述涡旋流路(60)的流动方向上的上游侧而朝向相对于将上述入口侧开口缘(81)上的上游端(841)和上述下游端(842)连结的第一直线(直线lc)的一侧倾斜；
113.第二边(102)，其随着从上述下游端部(83)朝向上述涡旋流路(60)的流动方向上的上述上游侧而朝向相对于上述第一直线(直线lc)的另一侧倾斜。
114.根据上述3)的结构，应力集中部包含上述第一边和上述第二边。在该情况下，在第一边的下游端和第二边的下游端之间，由于在涡轮壳体中流动的废气的热而初期产生由热伸长引起的应力集中，并产生裂纹。由此，能够抑制在第一边或第二边的上游端附近产生由热伸长引起的应力集中。另外，根据上述的结构，因为由废气的热引起的热伸长分离到第一边及第二边中的每一个，所以能够抑制在第一边或第二边的上游端附近产生由热伸长引起的应力集中。
115.4)在几个实施方式中，在上述2)所记载的涡轮壳体(4)的基础上，
116.上述应力集中部(100)包含从上述入口侧开口缘(81)上的上述下游端部(83)朝向上述涡旋流路(60)的流动方向上的下游侧延伸的狭缝(110)。
117.根据上述4)的结构，应力集中部包含从下游端部朝向上述下游侧延伸的狭缝。在该情况下，在狭缝的前端附近，因在涡轮壳体中流动的废气的热而初期产生由热伸长引起的应力集中，并产生裂纹。由此，能够抑制在入口侧开口缘的下游端部以外的部分产生由热伸长引起的应力集中。上述狭缝向原有的涡轮壳体的追加设置是容易的。
118.5)在几个实施方式中，在上述2)～4)中任一项所记载的涡轮壳体(4)的基础上，
119.上述应力集中部(100)设置于上述涡旋流路壁面(6)上的上述废气旁通通路(80)的入口开口(810)的开口宽度方向(w)的中央部(6c)。
120.根据上述5)的结构，通过将应力集中部设置于涡旋流路壁面上的上述开口宽度方向的中央部，能够延长涡轮壳体的裂纹进展距离(在应力集中部产生的裂纹进展直至贯通涡轮壳体为止的距离)，因此，能够有效地抑制废气向涡轮壳体的外部泄露。
121.6)在几个实施方式中，在上述2)～5)中任一项所记载的涡轮壳体(4)的基础上，
122.上述废气排出路(70)构成为从上述涡轮叶片(3)的轴线(la)的延伸方向上的一侧向另一侧引导上述废气，
123.通过上述废气旁通通路(80)的出口开口(820)的中心(c1)的法线(n1)构成为沿与上述涡轮叶片(3)的上述轴线(la)交叉的方向延伸。
124.根据上述6)的结构，就废气旁通通路而言，其出口开口与废气排出路相连，并且其入口开口与设置于废气排出路的外周侧的涡旋流路相连。废气旁通通路构成为通过出口开口的中心的法线沿与涡轮叶片的轴线交叉的方向延伸。在该情况下，与上述法线沿着涡轮叶片的轴线延伸的方向延伸的情况相比，能够缩短废气旁通通路的长度(从入口开口至出口开口的距离)。通过缩短废气旁通通路的长度，能够抑制通过废气旁通通路的废气在废气旁通通路中的散热损失。由此，因为能够抑制通过废气旁通通路向涡轮壳体的下游侧流动的废气的温度降低，所以能够有效地进行配置于涡轮壳体的下游侧的废气净化催化剂的升温。
125.7)在几个实施方式中，在上述6)所记载的涡轮壳体(4)的基础上，
126.在存在上述涡轮叶片(3)的上述轴线(la)和上述出口开口(820)的上述中心(c1)的俯视时，
127.在将上述轴线(la)和上述法线(n1)所成的角度设为θ的情况下，满足30
°
≤θ≤60
°
。
128.根据上述7)的结构，在上述角度θ满足30
°
≤θ≤60
°
的情况下，能够缩短废气旁通通路的长度。另外，在上述角度θ满足30
°
≤θ≤60
°
的情况下，能够将从废气旁通通路的出口开口流入废气排出路的废气通过废气排出路壁面向废气排出口引导，并从废气排出口向涡轮壳体的外部排出。在该情况下，因为能够使通过了废气旁通通路的废气在废气排出路中的流动良好，所以能够抑制通过废气旁通通路的废气在废气排出路上的散热损失。由此，因为能够抑制通过废气旁通通路向涡轮壳体的下游侧流动的废气的温度降低，所以能够有效地抑制配置于涡轮壳体的下游侧的废气净化催化剂的升温。
129.8)本公开的至少一实施方式提供一种涡轮增压器(2)，
130.其具备上述1)～7)中任一项所记载的涡轮壳体(4)。
131.根据上述8)的结构，涡轮增压器通过缩短涡轮壳体的上述上游侧涡旋流路的距离，能够抑制通过废气旁通通路的废气在上游侧涡旋流路中的散热损失，进而能够有效地进行配置于涡轮壳体的下游侧的废气净化催化剂的升温。
132.9)本公开的至少一实施方式提供一种汽油发动机(1)，其具备：
133.缸体(11)，其具有多个气缸(12)；
134.排气歧管(13)，其供从上述多个气缸(12)分别排出的废气合流，且该排气歧管(13)的至少一部分设置于上述缸体(11)的内部；
135.上述8)记载的涡轮增压器(2)，
136.上述涡轮壳体(4)的上述入口凸缘部(9)与上述排气歧管(13)连接。
137.根据上述9)的结构，从多个气缸分别排出的废气在通过排气歧管之后，从入口凸缘部的废气导入口流入涡旋流路。上述排气歧管的至少一部分设置于具有多个气缸的缸体的内部，在该排气歧管上连接有入口凸缘部。在该情况下，能够抑制从多个气缸分别排出的废气在排气歧管中的散热损失。通过抑制通过废气旁通通路向涡轮壳体的下游侧流动的废气在上游侧的温度降低，能够有效地进行配置于涡轮壳体的下游侧的废气净化催化剂的升温。
138.附图标记说明
139.1 汽油发动机
140.2 涡轮增压器
141.3 涡轮叶片
142.4 涡轮壳体
143.5 主体部
144.6 涡旋流路壁面
145.6a 涡旋外壁面
146.6b 涡旋内壁面
147.7 废气排出路壁面
148.8 废气旁通通路壁面
149.9 入口凸缘部
150.11 缸体
151.12 气缸
152.13 排气歧管
153.14 压缩气体供给线
154.15 冷却机
155.16 水套
156.17 制冷剂供给线
157.18 废气净化催化剂
158.21 压缩机叶片
159.22 旋转轴
160.23 压缩机壳体
161.24 轴承
162.25 轴承壳体
163.26 废气旁通阀
164.41 废气导入口
165.42 废气排出口
166.43 凸弯曲面
167.44 护罩面
168.60、60a涡旋流路
169.70 废气排出路
170.70a 阀容纳空间
171.71 倾斜面
172.73 阀容纳面
173.80 废气旁通通路
174.81 入口侧开口缘
175.82 出口侧开口缘
176.83 下游端部
177.84 上游端部
178.85 一侧端部
179.86 另一侧端部
180.91 凸缘部
181.100 应力集中部
182.101 第一边
183.102 第二边
184.105 下游侧连结部
185.110 狭缝
186.171 冷却水储存罐
187.172 冷却水供给管
188.173 冷却水泵
189.231 气体导入口
190.232 气体排出口
191.261 阀体
192.262 阀体驱动部
193.810 入口开口
194.820 出口开口
195.c1、c2中心
196.la 轴线
197.lc 直线
198.n1、n2法线
199.p1 切点
200.tl 切线
201.x 轴向
202.xf 涡轮侧
203.xr 压缩机侧
204.y 径向

技术特征：
1.一种涡轮壳体，其构成为容纳由从汽油发动机排出的废气驱动的涡轮叶片，其中，具备主体部和入口凸缘部，所述主体部在内部具有：涡旋流路壁面，其形成用于将所述废气向所述涡轮叶片引导的形成为涡旋状的涡旋流路；废气排出路壁面，其形成用于排出通过了所述涡轮叶片的所述废气的废气排出路；及废气旁通通路壁面，其形成绕过所述涡轮叶片将所述涡旋流路和所述废气排出路连接的废气旁通通路，所述入口凸缘部设置于所述主体部的所述涡旋流路的上游端，且形成有与所述涡旋流路相连的废气导入口，形成于所述涡旋流路壁面的所述废气旁通通路的入口侧开口缘设置于所述入口侧开口缘的至少一部分通过所述废气导入口而从所述涡轮壳体的外部可辨识的位置。2.根据权利要求1所述的涡轮壳体，其中，所述入口侧开口缘包含应力集中部，所述应力集中部设置于包含所述入口侧开口缘上的下游端在内的下游端部，且构成为由热伸长引起的应力集中于所述应力集中部。3.根据权利要求2所述的涡轮壳体，其中，所述应力集中部包含：第一边，其随着从所述下游端部朝向所述涡旋流路的流动方向上的上游侧而朝向相对于将所述入口侧开口缘上的上游端和所述下游端连结的第一直线的一侧倾斜；第二边，其随着从所述下游端部朝向所述涡旋流路的流动方向上的所述上游侧而朝向相对于所述第一直线的另一侧倾斜。4.根据权利要求2所述的涡轮壳体，其中，所述应力集中部包含从所述入口侧开口缘的所述下游端部朝向所述涡旋流路的流动方向上的下游侧延伸的狭缝。5.根据权利要求2所述的涡轮壳体，其中，所述应力集中部设置于所述涡旋流路壁面上的所述废气旁通通路的入口开口的开口宽度方向的中央部。6.根据权利要求2所述的涡轮壳体，其中，所述废气排出路构成为从所述涡轮叶片的轴线的延伸方向上的一侧向另一侧引导所述废气，通过所述废气旁通通路的出口开口的中心的法线构成为沿与所述涡轮叶片的所述轴线交叉的方向延伸。7.根据权利要求6所述的涡轮壳体，其中，在存在所述涡轮叶片的所述轴线和所述出口开口的所述中心的俯视时，在将所述轴线和所述法线所成的角度设为θ的情况下，满足30
°
≤θ≤60
°
。8.一种涡轮增压器，其具备权利要求1所述的涡轮壳体。9.一种汽油发动机，其具备：缸体，其具有多个气缸；排气歧管，其供从所述多个气缸分别排出的废气合流，且所述排气歧管的至少一部分设置于所述缸体的内部；
权利要求8所述的涡轮增压器，所述涡轮壳体的所述入口凸缘部与所述排气歧管连接。

技术总结
一种涡轮壳体，其构成为容纳由从汽油发动机排出的废气驱动的涡轮叶片，其中，具备主体部和入口凸缘部，上述主体部在内部具有：涡旋流路壁面，其形成用于将废气向涡轮叶片引导的形成为涡旋状的涡旋流路；废气排出路壁面，其形成用于排出通过了涡轮叶片的废气的废气排出路；及废气旁通通路壁面，其形成绕过涡轮叶片将涡旋流路和废气排出路连接的废气旁通通路；入口凸缘部，其设置于主体部的涡旋流路的上游端，在该入口凸缘部形成有与涡旋流路相连的废气导入口，形成于涡旋流路壁面的废气旁通通路的入口侧开口缘设置于入口侧开口缘的至少一部分通过废气导入口而从涡轮壳体的外部可辨识的位置。可辨识的位置。可辨识的位置。


技术研发人员：三好俊辅 新田宪司 中川大志 入江宗祐
受保护的技术使用者：三菱重工发动机和增压器株式会社
技术研发日：2020.12.28
技术公布日：2023/6/7