用於渦輪增壓器的渦輪機葉輪的製作方法
2023-05-21 18:22:56 1
本申請基於並要求於2014年12月8日向韓國知識產權局提交的韓國專利申請No.10-2014-0175089的優先權益，通過引證的方式將其全部內容結合於此。
技術領域
本公開涉及用於渦輪增壓器的渦輪機葉輪，且更具體地，涉及能夠通過增加渦輪機葉輪的旋轉動力以增加吸入空氣的壓縮率來顯著增加車輛發動機的輸出的渦輪增壓器的渦輪機葉輪。
背景技術：
渦輪增壓器是使用基本上在內燃發動機中產生的發動機的廢氣壓力使渦輪機旋轉的發動機。渦輪增壓器使用旋轉動力利用比氣壓更強的壓力推送吸入空氣以增加發動機輸出。空氣壓縮使得溫度上升並且因此，效率可能降低。為此，渦輪增壓器經常與中間冷卻器一起使用。
渦輪增壓器配置為通過一個旋轉軸將渦輪機葉輪同軸連接至壓縮機葉輪。這使得廢氣在使渦輪機葉輪的葉片旋轉的同時還使壓縮機葉輪旋轉。同樣使得，即使使用相同的燃油量，為了產生更大的輸出，壓縮機也會過度地供應吸入空氣。
在相關技術中已公開了典型的渦輪增壓器的實例。一些典型地公開的渦輪增壓器包括用於將空氣引入渦輪機葉輪的葉片中以防止葉片產生裂紋和熱膨脹等的結構。
然而，這樣的典型的渦輪增壓器在通過渦輪增壓器使用渦輪機葉輪增大吸入空氣的壓縮率(compression rate)上具有技術限制。
隨著用戶對提高燃料效率的要求越來越大，國內和外國汽車製造商已進行了對用於獲得更大輸出的技術的研究與開發，使得即使使用相同的燃油量，也可以通過渦輪增壓器來增大吸入空氣的壓縮率。
技術實現要素：
已經提出本公開以解決在現有技術中出現的上述問題，同時保持由現有技術實現的優點不受影響。
本公開的一方面提供一種渦輪增壓器的渦輪機葉輪，其能夠通過將翼型剖面(a section of the air-foil)應用至渦輪機葉輪的葉片，藉助於當廢氣沿著葉片的外表面流動時產生的翼型壓力差而向葉片提供升力並且，能夠通過引導葉片的升力以將升力應用在渦輪機葉輪的旋轉方向上而增加渦輪機葉輪的旋轉動力。
通過以下對本公開的詳細描述，本公開的上述及其他目標、特徵、方面和優點將得以理解並變得顯而易見。另外，可以容易地理解，本公開的目的和優點可以通過這裡所記載的單元以及其組合來實現。
根據本公開的示例性實施方式，用於渦輪增壓器的渦輪機葉輪包括輪轂以及配置為布置在輪轂周圍的一組葉輪葉片。一組葉輪葉片之中的葉輪葉片具有翼型剖面結構，該結構具有壓力側和吸入側。
該翼型剖面結構可以沿著廢氣的流入方向形成。
葉輪葉片可具有出口(take-out tip)端，廢氣通過該出口端排出。
葉輪葉片的出口端可具有0度至15度的出口角(take-out angle)。
葉輪葉片的出口端可具有30度的出口角。
葉輪葉片可以設置有空氣流入通道，通過該空氣流入通道引入空氣。
根據本公開的另一示例性實施方式，用於渦輪增壓器的渦輪機葉輪包括輪轂以及配置為從輪轂在外徑方向上延伸的一組葉輪葉片。一組葉輪葉片之中的葉輪葉片可具有翼型剖面結構，該結構沿著廢氣的流入方向形成並且具有壓力側和吸入側。葉輪葉片可配置為使得廢氣的流入方向和廢氣的排出方向正交於彼此。
葉輪葉片可具有設置有出口端的自由端，廢氣通過該出口端排出。
葉輪葉片可以設置有空氣流入通道，通過該空氣流入通道引入空氣。
附圖說明
從下面結合附圖給出的詳細說明中，本公開的上述和其他目的、特徵以及優點將變得更清楚。
圖1是示出根據本公開的示例性實施方式的渦輪增壓器的渦輪機葉輪的立體圖。
圖2是示出根據本公開的示例性實施方式的渦輪增壓器的渦輪機葉輪的側視圖。
圖3是示出根據本公開的示例性實施方式的渦輪增壓器的渦輪機葉輪的前視圖。
圖4是部分地示出根據本公開的另一示例性實施方式的用於渦輪增壓器的渦輪機葉輪的一部分的示圖。
圖5是示出升力/阻力比(CL/CD)相對於升力係數(CL)的曲線圖，其取決於參考圖4的頂端噴口模塊命名的4AX、4BX、4CX、3CX、3BY類型的葉輪葉片的每個翼型形狀。
圖6是示出取決於三噴口類型的每個葉輪葉片的形狀的阻力係數(CD)相對於升力係數(CL)的曲線圖。
圖7是示出根據本公開的另一示例性實施方式的用於渦輪增壓器的渦輪機葉輪的側視圖。
具體實施方式
在下文中，將參考附圖詳細描述本公開的示例性實施方式。作為參考，在描述本公開的示例性實施方式而參考的附圖中示出的部件的尺寸、線的厚度等為了方便理解的目的而可能稍微放大。此外，用於描述本公開的術語是考慮到本公開中的功能而限定的並且因此可以根據使用者和操作者的意圖、實踐等改變。因此，應當基於通篇說明書的內容來解釋術語的定義。
圖1和圖3是示出根據本公開的示例性實施方式的用於渦輪增壓器的渦輪機葉輪的示圖。
如在圖1中示出的，根據本公開的示例性實施方式的用於渦輪增壓器的渦輪機葉輪10包括輪轂11和布置在輪轂11周圍的一組葉輪葉片12。
輪轂11具有與旋轉軸(未示出)接合的中心部分。輪轂11還通過旋轉軸與壓縮機葉輪同軸地接合(未示出)。
該一組葉輪葉片12布置在輪轂11周圍並且每個葉輪葉片12從輪轂11的中心部分向著外周邊緣延伸。
每個葉輪葉片12具有沿著廢氣的流入方向F1形成的翼型剖面結構，並且因此每個葉輪葉片12具有壓力低的吸入側14和壓力高的壓力側15。
因此，如在圖1中示出的，當廢氣沿著流入方向F1引入葉輪葉片12之間(即，廢氣在渦輪機葉輪10的徑向方向上被引入)時，每個葉輪葉片12通過吸入側14與壓力側15之間的壓力差而提供沿著旋轉方向(參見圖1的箭頭R方向)的升力(參見圖1的箭頭L方向)。
就是說，當葉輪葉片12的通過與廢氣碰撞而產生的旋轉動力與通過吸入側14和壓力側15之間的壓力差而應用於每個葉輪葉片12的升力的旋轉動力相結合時，可以增加渦輪機葉輪10的旋轉動力。
同時，當葉輪葉片12具有翼型剖面結構時，可能在每個出口端18處產生大渦流並因此阻力增加。同時，升力與阻力比可能會減小，使得升力減小。
為了解決這個問題，葉輪葉片12可以具有設置在輪轂11的相對側處並且供廢氣排出通過的出口端18。因此，沿著流入方向F1引入渦輪機葉輪10的葉輪葉片12之間的廢氣沿著排出方向(參見圖1的箭頭F2方向)通過葉輪葉片12的出口端18穩定地排出，以有效防止產生渦流。
此外，葉輪葉片12的出口端18可以沿著輪轂11的軸向延伸並且可以相對於輪轂11的軸向以一預定角度傾斜地形成。在這種情況下，廢氣可以通過出口端18在流出方向F2上更穩定地排出，從而更有效地防止產生渦流。由於防止了產生渦流，每個葉輪葉片12的升力/阻力比增大(升力增大並且阻力減小)，使得可以更穩定地增加渦輪機葉輪10的旋轉動力。
此外，葉輪葉片12設置有供引入空氣通過的空氣流入通道13。當通過空氣流入通道13將空氣引入到葉輪葉片12時，可以有效地防止葉輪葉片產生裂紋、熱，等。
圖4示出基於葉端噴口(tip jet)模塊命名的翼型的側向角(lateral angle)。當葉輪葉片12的弦長是C時，圖4的前部模塊是對應於距輪轂11為2/10弦長處的點(0.2C)的部分，中心模塊是對應於距輪轂11為5/10弦長處的點(0.5C)的部分，並且後部模塊是對應於距輪轂11為8/10弦長處的點(0.8C)的部分。根據葉端噴口模塊命名，將葉輪葉片12分類成如下表1中所示的單噴口、雙噴口、三噴口類型等。
表1
同時，根據本公開的示例性實施方式的葉輪葉片12優選地以三噴口類型形成。例如，當三噴口類型的葉輪葉片12是3BY時，前部模塊的出口角是30度，中心模塊的出口角是15度，並且後部模塊的出口角是15度。
圖5是示出升力/阻力比(CL/CD)相對於升力係數(CL)的曲線圖，其取決於參考圖4的葉端噴口模塊命名的4AX、4BX、4CX、3CX、3BY類型的葉輪葉片的每個翼型形狀。圖6是示出取決於三噴口類型的葉輪葉片的每個形狀的阻力係數(CD)相比於升力係數(CL)的曲線圖。
從圖5可以理解，3BY類型的葉輪葉片12在相同的升力係數(CL)下具有最優異的升力/阻力比(CL/CD)。
此外，從圖6可以理解，3BY類型的葉輪葉片12在以下方面最優異，即升力係數CL越大，阻力係數CD越小。
從以上描述可知，葉輪葉片12的出口端18的出口角優選地在從0度至15度的範圍。具體地，如從圖5和圖6的結果曲線圖可以理解的，葉輪葉片12的出口端18的出口角最優選地是15度。
圖7是示出根據本公開的另一示例性實施方式的用於渦輪增壓器的渦輪機葉輪的側視圖。
如在圖7中示出的，根據本公開的另一示例性實施方式的用於渦輪增壓器的渦輪機葉輪10包括輪轂11和從輪轂11的外周表面在外徑方向上延伸的一組葉輪葉片22。
葉輪葉片22具有沿著廢氣的流入方向F1形成的翼型剖面結構，並且因此每個葉輪葉片22具有壓力低的吸入側24和壓力高的壓力側25。
同時，葉輪葉片22配置為使得廢氣的流入方向F1和廢氣的流出方向F2正交於彼此。為此，葉輪葉片22的自由端(即，輪轂11的相對側的端部)設置有出口端並且廢氣通過出口端沿著排出方向F2排出。
根據如上所述的本公開的示例性實施方式，可以通過當廢氣沿著葉輪葉片12和22的外表面流動時產生的翼型的壓力差向葉輪葉片12和22提供升力。這可以通過將翼型剖面應用至渦輪機葉輪10的葉輪葉片12並且通過將葉輪葉片12和22的升力應用在渦輪機葉輪10的旋轉方向上來增加渦輪機葉輪10的旋轉動力而實現。這可以增加吸入空氣的壓縮率並且因此顯著增加車輛發動機的輸出。
在上文中描述了本公開的具體實施方式，但本公開不限於所公開的實施方式和附圖，並且可以在不背離本公開的精神和範圍的情況下做出各種改變。
附圖中各個元件的標號
10：渦輪機葉輪
11：輪轂
12，22：葉輪葉片
14：吸入側
15：壓力側
18：出口端。