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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Zentrifugalverdichter. Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der Priorität auf der Basis der japanischen Patentanmeldung Nr.
2018-156431 , die am 23. August 2018 eingereicht wurde, deren Inhalt hierin eingebunden ist.
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Stand der Technik
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Ein Turbolader weist einen Verdichter auf. Ein Verdichter weist ein Verdichtergehäuse und ein Verdichterlaufrad auf. Ein Ansaugdurchgang zum Führen der Luft (Ansaugluft) zu dem Verdichterlaufrad ist in dem Verdichtergehäuse ausgebildet. Ein Zargenabschnitt ist in dem Verdichtergehäuse auf der Außenumfangsseite des Verdichterlaufrads ausgebildet. Bei Patentliteratur 1 ist eine ringförmige Luftkammer in dem Zargenabschnitt ausgebildet. In dem Zargenabschnitt sind ein Saugverbindungsdurchgang und ein Abgabeverbindungsdurchgang ausgebildet, der den Ansaugdurchgang und die Luftkammer verbindet. Der Saugverbindungsdurchgang ist auf der Außendurchmesserseite des Verdichterlaufrads ausgebildet. Der Abgabeverbindungsdurchgang ist bezüglich des Verdichterlaufrads auf der Anströmseite des Ansaugdurchgangs ausgebildet. Der Saugverbindungsdurchgang, die Luftkammer und der Abgabeverbindungsdurchgang bilden einen Zirkulationsströmungsdurchgang aus. Der Zirkulationsströmungsdurchgang weitet den Arbeitsbereich des Turboladers in der Region der kleineren Strömungsrate aus.
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Zitierliste
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1:
Japanisches Patent Nr. 5824821 -
Zusammenfassung
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Technisches Problem
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In einem Fall, in dem der Zirkulationsströmungsdurchgang ausgebildet ist, ist jedoch der Arbeitsbereich des Turboladers in der Region der größeren Strömungsrate verringert. Daher ist es bei Patentliteratur 1 schwierig, den Arbeitsbereich des Turboladers auszuweiten.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist, einen Zentrifugalverdichter bereitzustellen, der in der Lage ist, den Arbeitsbereich eines Turboladers auszuweiten.
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Lösung des Problems
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Um das obige Problem zu lösen, weist ein Zentrifugalverdichter gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung Folgendes auf: Ein Verdichterlaufrad; einen Hauptströmungsdurchgang, der auf einer Vorderseite des Verdichterlaufrads ausgebildet ist; einen Verengungsabschnitt, der in dem Hauptströmungsdurchgang vorgesehen ist, wobei der Verengungsabschnitt eine Strömungsdurchgangsquerschnittsfläche hat, die abnimmt, je näher sich der Verengungsabschnitt zu dem Verdichterlaufrad erstreckt; eine Teilungswand, die einer Innenumfangsfläche des Verengungsabschnitts zugewandt ist und mit einem Spalt von der Innenumfangsfläche des Verengungsabschnitts angeordnet ist; und einen Vorsprung, der von mindestens einer von der Innenumfangsfläche des Verengungsabschnitts oder einer Außenumfangsfläche der Teilungswand vorsteht.
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Der Vorsprung kann Abschnitte aufweisen, die voneinander beabstandet sind und einander in einer Axialrichtung des Verdichterlaufrads zugewandt sind.
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Der Vorsprung kann sich in einer Drehrichtung des Verdichterlaufrads für eine oder mehrere Umrundungen erstrecken.
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Der Vorsprung kann Abschnitte aufweisen, die voneinander beabstandet sind und einander in einer Axialrichtung des Verdichterlaufrads zugewandt sind, und ein Intervall des Vorsprungs zwischen einem Abschnitt, der von dem Verdichterlaufrad am weitesten entfernt ist, und einem Abschnitt, der dazu in der Axialrichtung zugewandt ist, kann größer sein als ein Intervall des Vorsprungs zwischen einem Abschnitt, der dem Verdichterlaufrad am nächsten ist, und einem Abschnitt, der dazu in der Axialrichtung zugewandt ist.
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Ein Intervall zwischen der Innenumfangsfläche des Verengungsabschnitts und der Außenumfangsfläche der Teilungswand kann auf einer Seite, die von dem Verdichterlaufrad beabstandet ist, größer sein als auf einer Seite, die näher an dem Verdichterlaufrad ist.
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Der Zentrifugalverdichter kann einen zweiten Verengungsabschnitt aufweisen, der in dem Hauptströmungsdurchgang vorgesehen ist, näher an dem Verdichterlaufrad positioniert ist als der Verengungsabschnitt und eine Innenumfangsfläche hat, die bezüglich einer Innenumfangsfläche der Teilungswand in einer Radialrichtung des Verdichterlaufrads einwärts vorsteht.
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Wirkungen der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann ein Arbeitsbereich eines Turboladers ausgeweitet werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Turboladers.
- 2 ist eine schematische Perspektivansicht eines Leitelements in der vorliegenden Ausführungsform.
- 3 ist eine schematische Seitenansicht eines Verdichterlaufrads in der vorliegenden Ausführungsform.
- 4 ist ein Schaubild eines Strichlinienteils, der aus 1 entnommen ist.
- 5 ist eine schematische Perspektivansicht eines Leitelements in einer Modifikation.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden unten in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen im Einzelnen beschrieben. Abmessungen, Materialien, spezifische numerische Werte und Ähnliches, die in Ausführungsformen dargestellt sind, sind lediglich Beispiele zum Erleichtern des Verständnisses und die vorliegende Offenbarung ist abgesehen von einem Fall, in dem es eigens erwähnt ist, dadurch nicht beschränkt. Es ist anzumerken, dass in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen Komponenten, die im Wesentlichen die gleiche Funktion und Struktur haben, durch das gleiche Symbol bezeichnet sind und redundante Erläuterungen weggelassen sind. Komponenten, die sich nicht direkt auf die vorliegende Offenbarung beziehen, sind nicht dargestellt.
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1 ist eine schematische Schnittansicht eines Turboladers TC. Nachfolgend ist eine Beschreibung unter der Annahme gegeben, dass eine Richtung eines Pfeils L, der in 1 dargestellt ist, die linke Seite des Turboladers TC ist. Eine Beschreibung ist unter der Annahme gegeben, dass eine Richtung eines Pfeils R, der in 1 dargestellt ist, die rechte Seite des Turboladers TC ist. Bei dem Turbolader TC fungiert eine Seite eines Verdichtergehäuses 6, das später beschrieben ist, als ein Zentrifugalverdichter CC. Nachfolgend ist der Turbolader TC als ein Beispiel des Zentrifugalverdichters CC beschrieben. Der Zentrifugalverdichter CC ist jedoch nicht auf den Turbolader TC beschränkt. Der Zentrifugalverdichter CC kann in einer Vorrichtung eingebunden sein, die anders ist als der Turbolader TC, oder kann eine separate Vorrichtung sein.
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Wie in 1 dargestellt ist, weist der Turbolader TC einen Turboladerhauptkörper 1 auf. Der Turboladerhauptkörper 1 weist ein Lagergehäuse 2, ein Turbinengehäuse 4 und ein Verdichtergehäuse 6 auf. Das Turbinengehäuse 4 ist durch eine Befestigungsschraube 8 mit der linken Seite des Lagergehäuses 2 verbunden. Das Verdichtergehäuse 6 ist durch eine Befestigungsschraube 10 mit der rechten Seite des Lagergehäuses 2 verbunden.
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Ein Lagerloch 2a ist in dem Lagergehäuse 2 ausgebildet. Das Lagerloch 2a durchdringt in der Links-Rechts-Richtung des Turboladers TC. Das Lagerloch 2a nimmt einen Teil einer Welle 12 auf. Lager 14 sind in dem Lagerloch 2a aufgenommen. In 1 ist ein vollständig schwimmendes Lager als ein Beispiel der Lager 14 dargestellt. Die Lager 14 können jedoch ein anderes Radiallager, wie etwa ein teilweise schwimmendes Lager oder ein Wälzlager, sein. Die Welle 12 ist durch die Lager 14 drehbar abgestützt. An dem linken Ende der Welle 12 ist ein Turbinenlaufrad 16 vorgesehen. Das Turbinenlaufrad 16 ist in dem Turbinengehäuse 4 drehbar aufgenommen. An dem rechten Ende der Welle 12 ist ein Verdichterlaufrad 18 vorgesehen. Das Verdichterlaufrad 18 ist in dem Verdichterghäuse 6 drehbar aufgenommen.
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Ein Hauptströmungsdurchgang 20 ist in dem Verdichtergehäuse 6 ausgebildet. Der Hauptströmungsdurchgang 20 öffnet sich zu der rechten Seite des Turboladers TC. Der Hauptströmungsdurchgang 20 ist auf der Anströmseite (einer Vorderseite) des Verdichterlaufrads 18 ausgebildet. Der Hauptströmungsdurchgang 20 erstreckt sich in der Drehachsenrichtung des Verdichterlaufrads 18 (nachfolgend vereinfacht als die Axialrichtung bezeichnet). Der Hauptströmungsdurchgang 20 ist mit einem Luftreiniger (nicht dargestellt) verbunden. Das Verdichterlaufrad 18 ist in dem Hauptströmungsdurchgang 20 angeordnet. Der Zentrifugalverdichter CC dieser Ausführungsform weist das Verdichtergehäuse 6, das Verdichterlaufrad 18 und ein später beschriebenes Leitelement 32 auf.
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Die gegenüberliegenden Flächen des Lagergehäuses 2 und des Verdichtergehäuses 6 bilden einen Diffusor-Strömungsdurchgang 22 aus. Der Diffusor-Strömungsdurchgang 22 beaufschlagt die Luft mit Druck. Der Diffusor-Strömungsdurchgang 22 ist in einer Ringform ausgebildet. Der Diffusor-Strömungsdurchgang 22 steht über das Verdichterlaufrad 18 auf der Innenseite in der Radialrichtung mit dem Hauptströmungsdurchgang 20 in Verbindung.
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Ein Verdichterschnecken-Strömungsdurchgang 24 ist in dem Verdichtergehäuse 6 ausgebildet. Der Verdichterschnecken-Strömungsdurchgang 24 ist in einer Ringform ausgebildet. Der Verdichterschnecken-Strömungsdurchgang 24 ist bezüglich des Diffusor-Strömungsdurchgangs 22 beispielsweise auf einer Außenseite in der Radialrichtung der Welle 12 positioniert. Der Verdichterschnecken-Strömungsdurchgang 24 steht mit einem Ansauganschluss einer Kraftmaschine (nicht dargestellt) und dem Diffusor-Strömungsdurchgang 22 in Verbindung. Wenn das Verdichterlaufrad 18 dreht, wird die Luft in das Verdichtergehäuse 6 gesaugt. Die angesaugte Luft strömt in dem Verdichtergehäuse 6 (Hauptströmungsdurchgang 20) von der Anströmseite (rechte Seite in 1) zu der Abströmseite (linke Seite in 1). Die angesaugte Luft wird bei dem Prozess des Strömens durch Schaufeln des Verdichterlaufrads 18 mit Druck beaufschlagt und beschleunigt. Die mit Druck beaufschlagte und beschleunigte Luft wird durch den Diffusor-Strömungsdurchgang 22 und den Verdichterschnecken-Strömungsdurchgang 24 mit Druck beaufschlagt. Die mit Druck beaufschlagte Luft wird zu dem Ansauganschluss der Kraftmaschine geführt.
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Ein Abgabeanschluss 26 ist in dem Turbinengehäuse 4 ausgebildet. Der Abgabeanschluss 26 öffnet zu der linken Seite des Turboladers TC. Der Abgabeanschluss 26 ist mit einer Abgasreinigungsvorrichtung (nicht dargestellt) verbunden. Ein Verbindungsdurchgang 28 und ein Turbinenschnecken-Strömungsdurchgang 30 sind in dem Turbinengehäuse 4 ausgebildet. Der Turbinenschnecken-Strömungsdurchgang 30 ist in einer Ringform ausgebildet. Der Turbinenschnecken-Strömungsdurchgang 30 ist bezüglich des Verbindungsdurchgangs 28 beispielsweise auf einer Außenseite in der Radialrichtung des Turbinenlaufrads 16 positioniert. Der Turbinenschnecken-Strömungsdurchgang 30 steht mit einem Gaseinlassanschluss (nicht dargestellt) in Verbindung. Abgas, das aus einem Abgaskrümmer der Kraftmaschine (nicht dargestellt) abgegeben wird, wird zu dem Gaseinlassanschluss geführt. Der Verbindungsdurchgang 28 verbindet den Turbinenschnecken-Strömungsdurchgang 30 und den Abgabeanschluss 26 über das Turbinenlaufrad 16. Das Abgas, das aus dem Gaseinlassanschluss zu dem Turbinenschnecken-Strömungsdurchgang 30 geführt wird, wird über den Verbindungsdurchgang 28 und das Turbinenlaufrad 16 zu dem Abgabeanschluss 26 geführt. Das Abgas, das zu dem Abgabeanschluss 26 geführt wird, dreht bei dem Prozess des dort Hindurchströmens das Turbinenlaufrad 16.
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Die Umdrehungskraft des Turbinenlaufrads 16 wird über die Welle 12 zu dem Verdichterlaufrad 18 übertragen. Wenn das Verdichterlaufrad 18 dreht, wird die Luft mit Druck beaufschlagt, wie oben beschrieben ist. Auf diese Weise wird die Luft zu dem Ansauganschluss der Kraftmaschine geführt.
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Das Verdichtergehäuse 6 weist einen Zylinderabschnitt 6a auf. Der Hauptströmungsdurchgang 20 ist an der Innenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 6a ausgebildet. Der Hauptströmungsdurchgang 20 weist einen anströmseitigen Verengungsabschnitt (einen ersten Verengungsabschnitt) 6b, einen Parallelabschnitt 6c und einen abströmseitigen Verengungsabschnitt (einen zweiten Verengungsabschnitt) 6d auf. Der anströmseitige Verengungsabschnitt 6b ist mit der Öffnung des Zylinderabschnitts 6a durchgängig.
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Der Innendurchmesser des anströmseitigen Verengungsabschnittts 6b nimmt ab, je näher sich der anströmseitige Verengungsabschnitt 6b zu dem Verdichterlaufrad 18 erstreckt. Die Strömungsdurchgangsquerschnittsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b nimmt ab, je näher sich der anströmseitige Verengungsabschnitt 6b zu dem Verdichterlaufrad 18 erstreckt.
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Der anströmseitige Verengungsabschnitt 6b verringert die Strömungsdurchgangsquerschnittsfläche des Hauptströmungsdurchgangs 20 zu einer ersten Strömungsdurchgangsquerschnittsfläche. Der Parallelabschnitt 6c ist zu der Axialrichtung parallel. Der Parallelabschnitt 6c ist von dem anströmseitigen Verengungsabschnitt 6b zu der Seite des Verdichterlaufrads 18 durchgängig. Der Innendurchmesser des abströmseitigen Verengungsabschnitts 6d nimmt ab, je näher sich der abströmseitige Verengungsabschnitt 6d zu dem Verdichterlaufrad 18 erstreckt. Die Strömungsdurchgangsquerschnittsfläche des abströmseitigen Verengungsabschnitts 6d nimmt ab, je näher sich der abströmseitige Verengungsabschnitt 6d zu dem Verdichterlaufrad 18 erstreckt.
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Der abströmseitige Verengungsabschnitt 6d verringert die Strömungsdurchgangsquerschnittsfläche des Hauptströmungsdurchgangs 20 zu einer zweiten Strömungsdurchgangsquerschnittsfläche, die kleiner ist als die erste Strömungsdurchgangsquerschnittsfläche. Der abströmseitige Verengungsabschnitt 6d ist von dem Parallelabschnitt 6c zu der Seite des Verdichterlaufrads 18 durchgängig. Der abströmseitige Verengungsabschnitt 6d ist näher zu dem Verdichterlaufrad 18 positioniert, als es der anströmseitige Verengungsabschnitt 6b ist.
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Der anströmseitige Verengungsabschnitt 6b, der Parallelabschnitt 6c und der abströmseitige Verengungsabschnitt 6d sind auf der Anströmseite (der Vorderseite) des Verdichterlaufrads 18 angeordnet. Ein Leitelementanbringungsabschnitt (nicht dargestellt) ist an einer Öffnungsfläche 6aa des Zylinderabschnitts 6a angebracht. Wenn der Leitelementanbringungsabschnitt (nicht dargestellt) angebracht ist, ist das Leitelement 32 auf der Innendurchmesserseite des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b angeordnet. Das Leitelement 32 ist beispielsweise durch ein Befestigungselement an der Öffnungsfläche 6aa des Zylinderabschnitts 6a befestigt. Das Leitelement 32 kann jedoch an der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b angebracht sein. Das Leitelement 32 kann beispielsweise durch Kleben, Schweißen, oder Presspassen an der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b angebracht sein.
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2 ist eine schematische Perspektivansicht des Leitelements 32 in der vorliegenden Ausführungsform. Das Leitelement 32 weist eine Teilungswand 32a und Vorsprünge 32b auf. Die Teilungswand 32a hat eine Kegelstumpfform. Die Teilungswand 32a ist der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b zugewandt. Die Teilungswand 32a ist mit einem Spalt von der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b angeordnet. Die Teilungswand 32a hat eine Außenumfangsfläche, die zu der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b parallel ist. Daher nimmt der Außendurchmesser der Teilungswand 32a ab, je näher sich die Teilungswand 32a zu dem Verdichterlaufrad 18 erstreckt. Die Außenumfangsfläche der Teilungswand 32a kann jedoch zu der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b nicht parallel sein.
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Die Teilungswand 32a hat eine Innenumfangsfläche, die zu der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b parallel ist.
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Daher nimmt der Innendurchmesser der Teilungswand 32a ab, je näher sich die Teilungswand 32a zu dem Verdichterlaufrad 18 erstreckt. Die Innenumfangsfläche der Teilungswand 32a kann jedoch zu der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b nicht parallel sein.
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Mindestens ein Vorsprung 32b ist an der Außenumfangsfläche der Teilungswand 32a ausgebildet. Die Vorsprünge 32b stehen von der Außenumfangsfläche der Teilungswand 32a in einer Richtung vor, die sich der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b nähert. In der vorliegenden Ausführungsform stehen die Vorsprünge 32b in einer Richtung vor, die zu der Außenumfangsfläche der Teilungswand 32a senkrecht ist. Die Vorsprünge 32b können jedoch nicht in der Richtung vorstehen, die zu der Außenumfangsfläche der Teilungswand 32a senkrecht ist. Die Vorsprünge 32b können beispielsweise von der Außenumfangsfläche der Teilungswand 32a in der Radialrichtung des Verdichterlaufrads 18 vorstehen. Die Vorsprünge 32b sind mit der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b in Kontakt. Die Vorsprünge 32b können jedoch nicht in Kontakt mit der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b sein.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Vielzahl von Vorsprüngen 32b ausgebildet, die in der Drehrichtung Rd des Verdichterlaufrads 18 (nachfolgend vereinfacht als die Drehrichtung bezeichnet) voneinander beabstandet sind. Die Vielzahl von Vorsprüngen 32b ist bei gleichen Intervallen in der Drehrichtung Rd ausgebildet. Die Vielzahl von Vorsprüngen 32b kann jedoch bei ungleichen Intervallen in der Drehrichtung Rd ausgebildet sein.
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Vorderenden 32ba der Vorsprünge 32b sind auf der Seite, die näher an dem Verdichterlaufrad 18 ist (nachfolgend vereinfacht als die Abströmseite bezeichnet). Hinterenden 32bb der Vorsprünge 32b sind auf der Seite, die von dem Verdichterlaufrad 18 beabstandet ist (nachfolgend vereinfacht als die Anströmseite bezeichnet). Die Vorderenden 32ba der Vorsprünge 32b sind in einer Axialrichtung Ad von den Hinterenden 32bb der Vorsprünge 32b beabstandet. Die Vorderenden 32ba der Vorsprünge 32b sind an Positionen vorgesehen, die in der Drehrichtung Rd von den Hinterenden 32bb verschieden sind. Die Vorderenden 32ba der Vorsprünge 32b sind bezüglich der Hinterenden 32bb in der Drehrichtung Rd auf der Anströmseite. Die Vorsprünge 32b erstrecken sich in der Axialrichtung Ad und der Drehrichtung Rd. Die Erstreckungsrichtung eines Vorsprungs 32b ist bezüglich der Drehrichtung Rd um einen Winkel α geneigt.
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Bei einer Phase (einem Winkel) in der Drehrichtung Rd, wo ein Vorderende 32ba positioniert ist, sind bezüglich jenem Vorderende 32ba in der Axialrichtung Ad zwei Vorsprünge 32b auf der Anströmseite vorhanden. Bei einer Phase (einem Winkel) in der Drehrichtung Rd, wo ein Hinterende 32bb positioniert ist, sind bezüglich jenem Hinterende 32bb in der Axialrichtung Ad zwei Vorsprünge 32b auf der Abströmseite vorhanden. Ein Vorsprung 32b hat einen Zwischenabschnitt zwischen dem Vorderende 32ba und dem Hinterende 32bb. Bei einer Phase (einem Winkel) in der Drehrichtung Rd, wo ein Zwischenabschnitt positioniert ist, ist bezüglich jenem Zwischenabschnitt in der Axialrichtung Ad ein Vorsprung 32b auf der Anströmseite oder der Abströmseite vorhanden. Das heißt, die Vorsprünge 32b haben Abschnitte, die voneinander beabstandet sind und einander in der Axialrichtung Ad zugewandt sind. Die Vielzahl von Vorsprüngen 32b hat Abschnitte, die einander in der Axialrichtung Ad zugewandt sind, und ist über den gesamten Umfang der Teilungswand 32a ausgebildet. Zwei oder mehrere Vorsprünge 32b sind in der Axialrichtung Ad über den gesamten Umfang der Teilungswand 32a vorhanden. Das heißt, es gibt keinen Phasenwinkel, wo es in der Axialrichtung Ad nur einen Vorsprung 32b gibt.
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3 ist eine schematische Seitenansicht des Verdichterlaufrads 18 in der vorliegenden Ausführungsform. Eine Schaufel 18a des Verdichterlaufrads 18 hat einen Außendurchmesser, der bei einer Erstreckung der Schaufel 18a von der Abströmseite (der linken Seite in 3) zu der Anströmseite (der rechten Seite in 3) abnimmt. Eine Schaufel 18a des Verdichterlaufrads 18 hat an dem Anströmende (einer Vorderkante) den kleinsten Außendurchmesser (einen minimalen Außendurchmesser).
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Die Schaufeln 18a des Verdichterlaufrads 18 weisen lange Schaufeln 18aa und kurze Schaufeln 18ab auf. Eine lange Schaufel 18aa ist in der Axialrichtung Ad länger als die kurze Schaufel 18ab. Die Vorderkante einer langen Schaufel 18aa ist bezüglich der Vorderkante einer kurzen Schaufel 18ab auf der Anströmseite des Hauptströmungsdurchgangs 20 positioniert. Der Außendurchmesser der Vorderkante einer langen Schaufel 18aa ist von Außendurchmessern der Schaufeln 18a des Verdichterlaufrads 18 am kleinsten (ein minimaler Außendurchmesser). Eine Erstreckungsrichtung (eine Tangentiallinie) von der Vorderkante der Außenumfangsfläche einer langen Schaufel 18aa ist bezüglich der Axialrichtung Ad zu der Drehrichtung Rd hin geneigt. Die Erstreckungsrichtung (die Tangentiallinie) von der Vorderkante der Außenumfangsfläche einer langen Schaufel 18aa ist bezüglich der Drehrichtung Rd um einen Winkel β geneigt. Hier ist ein Neigungswinkel α eines Vorsprungs 32b des Leitelements 32 kleiner als der Neigungswinkel β einer langen Schaufel 18aa.
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Bei dem Turbolader TC kann unter Betriebsbedingungen mit einer kleineren Strömungsrate die Luft rückwärts zu der Anströmseite des Verdichterlaufrads 18 strömen. Die Luft, die rückwärts zu der Anströmseite des Verdichterlaufrads 18 strömt (nachfolgend vereinfacht auch als Rückströmluft bezeichnet) läuft in einer Richtung weg von dem Verdichterlaufrad 18 (rechte Seite in 1) entlang der Innenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 6a. Die Rückströmluft strömt in einen Raum zwischen der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b und der Außenumfangsfläche der Teilungswand 32a. Die Vorsprünge 32b des Leitelements 32 sind in dem Raum zwischen der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b und der Außenumfangsfläche der Teilungswand 32a angeordnet. Das heißt, die Rückströmluft strömt in den Raum auf der Seite der Außenumfangsfläche, wo die Vorsprünge 32b des Leitelements 32 angeordnet sind. Da die Rückströmluft in den Raum auf der Seite der Außenumfangsfläche des Leitelements 32 strömt, ist der Einfluss auf den Raum auf der Seite der Innenumfangsfläche des Leitelements 32 verringert. Das heißt, da die Rückströmluft in den Raum auf der Seite der Außenumfangsfläche des Leitelements 32 strömt, ist der Einfluss auf die Luft, die in dem Raum auf der Seite der Innenumfangsfläche des Leitelements 32 (Hauptströmungsdurchgang 20) von der Anströmseite zu der Abströmseite strömt, verringert. Im Ergebnis kann das Leitelement 32 den Arbeitsbereich des Turboladers TC bei dem Bereich der kleineren Strömungsrate ausweiten.
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Die Rückströmluft wird in einer Richtung gedreht, die bezüglich der Drehrichtung Rd um den Neigungswinkel β geneigt ist. Die gedrehte Rückströmluft strömt in den Raum auf der Seite der Außenumfangsfläche, wo die Vorsprünge 32b des Leitelements 32 angeordnet sind. Hier ist der Neigungswinkel α der Vorsprünge 32b kleiner eingestellt als der Neigungswinkel β. Daher kommt die Rückströmluft im Kontakt mit Wandflächen (Seitenflächen) der Vorsprünge 32b. Indem der Neigungswinkel α eingestellt wird, kleiner zu sein als der Neigungswinkel β, ist es möglich, die Kontaktfläche zwischen der Rückströmluft und den Seitenwänden der Vorsprünge 32b weiter zu erhöhen, als in einem Fall, wo der Neigungswinkel α gleich dem Neigungswinkel β ist. Indem die Kontaktfläche erhöht wird, ist es möglich, die Rückströmluft zu verzögern. Das heißt, die Vorsprünge 32b können eine Rückströmung von Luft zu der Anströmseite des Leitelements 32 verringern.
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Darüberhinaus kann ein Intervall der Vorsprünge 32b zwischen einem Abschnitt, der von dem Verdichterlaufrad 18 am weitesten entfernt ist, und einem Abschnitt, der dazu in der Axialrichtung Ad zugewandt ist, größer sein als ein Intervall der Vorsprünge 32b zwischen einem Abschnitt, der am nächsten an dem Verdichterlaufrad 18 ist, und einem Abschnitt, der dazu in der Axialrichtung Ad zugewandt ist. Insbesondere nimmt ein Intervall der Vorsprünge 32b zwischen Abschnitten, die einander in der Axialrichtung Ad zugewandt sind (nachfolgend vereinfacht auch als ein zugewandtes Intervall bezeichnet) bei einer Erstreckung des Vorsprungs 32b in einer Richtung weg von dem Verdichterlaufrad 18 zu. Indem das zugewandte Intervall der Vorsprünge 32b auf der Anströmseite eingestellt wird, um größer zu sein als das zugewandte Intervall auf der Abströmseite, ist es möglich, im Vergleich zu einem Fall, wo das zugewandte Intervall der Vorsprünge 32b konstant ist, die Rückströmluft zu verzögern. Das heißt, die Vorsprünge 32b können eine Rückströmung von Luft zu der Anströmseite des Leitelements 32 verringern.
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Darüber hinaus kann ein Intervall zwischen der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b und der Außenumfangsfläche der Teilungswand 32a auf der Anströmseite größer eingestellt sein als auf der Abströmseite. Das heißt, das Intervall zwischen der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b und der Außenumfangsfläche der Teilungswand 32a kann auf einer Seite, die von dem Verdichterlaufrad 18 beabstandet ist, größer eingestellt sein als auf einer Seite, die näher an dem Verdichterlaufrad 18 ist. Im Ergebnis ist ein Raum zwischen der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b und der Außenumfangsfläche der Teilungswand 32a auf der Anströmseite größer als auf der Abströmseite. Indem der Raum auf der Anströmseite eingestellt wird, größer zu sein als der Raum auf der Abströmseite, ist es möglich, die Rückströmluft im Vergleich zu einem Fall, wo das Intervall zwischen der Außenumfangsfläche der Teilungswand 32a und der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b konstant ist, zu verzögern. Das heißt, das Leitelement 32 kann eine Rückströmung von Luft zu der Anströmseite des Leitelements 32 verringern.
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Auf diese Weise verringert das Leitelement 32 die Rückströmung von Luft zu der Anströmseite des Leitelements 32 unter den Betriebsbedingungen mit einer kleineren Strömungsrate des Turboladers TC. Im Ergebnis kann das Leitelement 32 den Arbeitsbereich des Turboladers TC in dem Gebiet der kleineren Strömungsrate ausweiten.
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4 ist ein Schaubild eines Strichlinienteils, der aus 1 entnommen ist. Ein Wert φ1 bezeichnet den kleinsten Innendurchmesser des abströmseitigen Verengungsabschnitts 6d. Der Innendurchmesser φ1 ist der Innendurchmesser des Abströmendes des abströmseitigen Verengungsabschnitts 6d. Es ist anzumerken, dass der Innendurchmesser φ1 der kleinste Innendurchmesser des Zylinderabschnitts 6a ist, der den Hauptströmungsdurchgang 20 definiert. Ein Wert φ2 bezeichnet den größten Innendurchmesser des abströmseitigen Verengungsabschnitts 6d. Der Innendurchmesser φ2 ist der Innendurchmesser des Anströmendes des abströmseitigen Verengungsabschnitts 6d.
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Der Innendurchmesser φ2 ist der Innendurchmesser des Parallelabschnitts 6c. Der Innendurchmesser φ2 ist der kleinste Innendurchmesser des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b. Der Innendurchmesser φ2 ist der Innendurchmesser des Abströmendes des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b. Ein Wert φ3 bezeichnet den kleinsten Innendurchmesser des Leitelements 32. Der Innendurchmesser φ3 ist der Innendurchmesser des Abströmendes (linke Seite in 4) der Innenumfangsfläche des Leitelements 32.
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Hier ist der Innendurchmesser φ1 kleiner als der Innendurchmesser φ2. Der Innendurchmesser φ2 ist kleiner als der Innendurchmesser φ3. In anderen Worten ist der kleinste Innendurchmesser φ3 des Leitelements 32 größer als der kleinste Innendurchmesser φ2 des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b. Das heißt, das Leitelement 32 steht bezüglich des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b in der Radialrichtung nicht einwärts vor. Indem das Leitelement 32 an der geneigten Fläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b angebracht wird, ist es möglich, es für das Leitelement 32 schwierig zu machen, bezüglich des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b in der Radialrichtung einwärts vorzustehen.
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Es ist anzumerken, dass der kleinste Innendurchmesser φ3 des Leitelements 32 der gleiche wie der kleinste Innendurchmesser φ2 des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b sein kann. Indem das Leitelement 32 an der geneigten Fläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b angebracht wird, ist es möglich, den kleinsten Innendurchmesser φ3 des Leitelements 32 einzustellen, größer oder gleich dem kleinsten Innendurchmesser φ2 des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b zu sein.
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Es ist anzumerken, dass der kleinste Innendurchmesser φ3 des Leitelements 32 kleiner sein kann als der kleinste Innendurchmesser φ2 des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b. Der kleinste Innendurchmesser φ3 des Leitelements 32 ist jedoch größer als der kleinste Innendurchmesser φ1 des abströmseitigen Verengungsabschnitts 6d. Das heißt, das Leitelement 32 steht bezüglich des abströmseitigen Verengungsabschnitts 6d in der Radialrichtung nicht einwärts vor. In anderen Worten steht die Innenumfangsfläche des abströmseitigen Verengungsabschnitts 6d bezüglich der Innenumfangsfläche des Leitelements 32 (Teilungswand 32a) in der Radialrichtung des Verdichterlaufrads 18 einwärts vor.
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In einem Fall, wo das Leitelement 32 bezüglich des abströmseitigen Verengungsabschnitts 6d in der Radialrichtung einwärts vorsteht, verringert das Leitelement 32 die Strömungsdurchgangsquerschnittsfläche (einen Öffnungsdurchmesser) des Hauptströmungsdurchgangs 20. Wenn die Strömungsdurchgangsquerschnittsfläche (der Öffnungsdurchmesser) des Hauptströmungsdurchgangs 20 verringert ist, ist der Arbeitsbereich des Turboladers TC in dem Gebiet der größeren Strömungsrate verringert. Daher ist der kleinste Innendurchmesser φ3 des Leitelements 32 größer eingestellt als der kleinste Innendurchmesser φ1 des abströmseitigen Verengungsabschnitts 6d. Indem der kleinste Innendurchmesser φ3 des Leitelements 32 größer eingestellt wird als der kleinste Innendurchmesser φ1 des abströmseitigen Verengungsabschnitts 6d, ist es möglich, den Arbeitsbereich des Turboladers TC in dem Gebiet der größeren Strömungsrate beizubehalten.
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Gemäß der Ausführungsform kann das Leitelement 32 die Luft verzögern, die rückwärts aus dem Verdichterlaufrad 18 strömt. Im Ergebnis kann das Leitelement 32 die kritische Strömungsrate verschieben, bei welcher auf der Seite der kleineren Strömungsrate ein Pumpen auftritt. Da das Leitelement 32 an dem anströmseitigen Verengungsabschnitt 6b angebracht ist, steht das Leitelement 32 ferner bezüglich des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b (und des abströmseitigen Verengungsabschnitts 6d) in der Radialrichtung nicht weiter einwärts vor. Im Ergebnis kann das Leitelement 32 die kritische Strömungsrate beibehalten, bei welcher eine Drosselung auftritt.
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(Modifikation)
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5 ist eine schematische Perspektivansicht eines Leitelements 132 in einer Modifikation. Komponenten, die im Wesentlichen gleich wie jene des Turboladers TC der obigen Ausführungsform sind, sind durch das gleiche Symbol bezeichnet und die Beschreibung davon wird weggelassen. Ein Turbolader TC der Modifikation weist anstatt des Leitelements 32 der obigen Ausführungsform ein Leitelement 132 auf. Das Leitelement 132 der vorliegenden Modifikation wird unten beschrieben.
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Das Leitelement 132 weist eine Teilungswand 132a und einen Vorsprung 132b auf. Die Teilungswand 132a hat eine Kegelstumpfform. Die Teilungswand 132a ist der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b zugewandt. Die Teilungswand 132a ist mit einem Spalt von der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b angeordnet. Die Teilungswand 132a hat eine Außenumfangsfläche, die zu der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b parallel ist. Daher nimmt der Außendurchmesser der Teilungswand 132a ab, je näher sich die Teilungswand 132a zu dem Verdichterlaufrad 18 erstreckt. Die Außenumfangsfläche der Teilungswand 132a kann jedoch zu der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b nicht parallel sein.
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Die Teilungswand 132a hat eine Innenumfangsfläche, die zu der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6d parallel ist. Daher nimmt der Innendurchmesser der Teilungswand 132a ab, je näher sich die Teilungswand 132a zu dem Verdichterlaufrad 18 erstreckt. Die Innenumfangsfläche der Teilungswand 132a kann jedoch zu der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b nicht parallel sein.
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Ein Intervall zwischen der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b und der Außenumfangsfläche der Teilungswand 132a kann auf der Anströmseite größer eingestellt sein als auf der Abströmseite. Im Ergebnis ist ein Raum zwischen der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b und der Außenumfangsfläche der Teilungswand 132a auf der Anströmseite größer als auf der Abströmseite. Indem der Raum auf der Anströmseite eingestellt wird, größer zu sein als der Raum auf der Abströmseite, ist es im Vergleich zu einem Fall, wo das Intervall zwischen der Außenumfangsfläche der Teilungswand 132a und der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b konstant ist, möglich, die Luft zu verzögern, die rückwärts aus dem Verdichterlaufrad 18 strömt. Das heißt, dass Leitelement 132 kann eine Rückströmung von Luft zu der Anströmseite des Leitelements 132 verringern.
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Mindestens ein Vorsprung 132b ist an der Außenumfangsfläche der Teilungswand 132a ausgebildet. Der Vorsprung 132b steht von der Außenumfangsfläche der Teilungswand 132a in einer Richtung vor, die sich der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b annähert. In dieser Modifikation steht der Vorsprung 132b in einer Richtung vor, die zu der Außenumfangsfläche der Teilungswand 132a senkrecht ist. Der Vorsprung 132b kann jedoch nicht in der Richtung vorstehen, die zu der Außenumfangsfläche der Teilungswand 132a senkrecht ist. Beispielsweise kann der Vorsprung 132b von der Außenumfangsfläche der Teilungswand 132a in der Radialrichtung des Verdichterlaufrads 18 vorstehen. Der Vorsprung 132b ist in Kontakt mit der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b. Der Vorsprung 132b kann jedoch nicht in Kontakt mit der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b sein.
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In dieser Modifikation hat der Vorsprung 132b eine Spiralform. Der Vorsprung 132b erstreckt sich in der Axialrichtung Ad und der Drehrichtung Rd. Die Erstreckungsrichtung des Vorsprungs 132b ist bezüglich der Drehrichtung Rd um einen Winkel α geneigt. Der Neigungswinkel α des Vorsprungs 132b dieser Modifikation ist kleiner als der Neigungswinkel α des Vorsprungs 32b der obigen Ausführungsform. In dieser Modifikation hat der Vorsprung 132b eine Länge, die an der Außenumfangsfläche der Teilungswand 132a drei Umrundungen macht. Die Länge des Vorsprungs 132b in der Drehrichtung Rd muss jedoch nur mindestens eine Länge einer Umrundung der Außenumfangsfläche der Teilungswand 132a sein. Das heißt, der Vorsprung 132b erstreckt sich in der Drehrichtung Rd des Verdichterlaufrads 18 für eine oder mehrere Umrundungen. Der Vorsprung 132b hat Abschnitte, die voneinander beabstandet sind und einander in der Axialrichtung Ad zugewandt sind. Der Vorsprung 132b hat Abschnitte, die einander in der Axialrichtung Ad zugewandt sind, und ist über den gesamten Umfang der Teilungswand 132a ausgebildet.
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In der vorliegenden Modifikation ist an der Außenumfangsfläche der Teilungswand 132a ein einzelner Vorsprung 132b ausgebildet. Es kann jedoch eine Vielzahl von Vorsprüngen 132b an der Außenumfangsfläche der Teilungswand 132a ausgebildet sein. In diesem Fall erstreckt sich mindestens ein Vorsprung 132b um eine oder mehrere Umrundungen in der Drehrichtung Rd des Verdichterlaufrads 18.
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In der vorliegenden Modifikation ist das zugewandte Intervall des Vorsprungs 132b in der Axialrichtung Ad konstant. Das zugewandte Intervall des Vorsprungs 132b in der Axialrichtung Ad kann jedoch nicht konstant sein. Beispielsweise kann ein Intervall des Vorsprungs 132b zwischen einem Abschnitt, der von dem Verdichterlaufrad 18 am weitesten entfernt ist, und einem Abschnitt, der dazu in der Axialrichtung Ad zugewandt ist, größer sein als ein Intervall des Vorsprungs 132b zwischen einem Abschnitt, der dem Verdichterlaufrad 18 am nächsten ist, und einem Abschnitt, der dazu in der Axialrichtung Ad zugewandt ist. Insbesondere kann der Vorsprung 132b ein zugewandtes Intervall in der Axialrichtung Ad haben, das bei einer Erstreckung des Vorsprungs 132b in einer Richtung weg von dem Verdichterlaufrad 18 zunimmt.
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Indem das zugewandte Intervall auf der Anströmseite des Vorsprungs 132b eingestellt wird, größer zu sein als jenes auf der Abströmseite, ist es im Vergleich zu einem Fall, wo das zugewandte Intervall des Vorsprungs 132b konstant ist, möglich, die Luft zu verzögern, die rückwärts von dem Verdichterlaufrad 18 strömt. Das heißt, der Vorsprung 132b kann eine Rückströmung von Luft zu der Anströmseite des Leitelements 132 verringern.
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Gemäß der Modifikation können ähnliche Wirkungen zu jenen der obigen Ausführungsform erzielt werden. Ferner kann das Leitelement 132 der vorliegenden Modifikation die Kontaktfläche zwischen der Luft, die rückwärts von dem Verdichterlaufrad 18 strömt, und den Seitenwänden des Vorsprungs 132b im Vergleich zu jener des Leitelements 32 der obigen Ausführungsform erhöhen.
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Daher kann gemäß der vorliegenden Modifikation die Luft, die rückwärts von dem Verdichterlaufrad 18 strömt, mehr als in der obigen Ausführungsform verzögert werden. Im Ergebnis kann in dieser Modifikation die kritische Strömungsrate, bei welcher ein Pumpen auftritt, weiter zu der Seite der kleineren Strömungsrate verschoben werden als in der obigen Ausführungsform.
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Darüber hinaus ist der Vorsprung 132b des Leitelements 132 der vorliegenden Modifikation geringer als jene des Leitelements 32 der obigen Ausführungsform. Daher kann das Leitelement 132 der vorliegenden Modifikation aufgrund eines Trennungswirbels, der erzeugt wird, wenn die Luft durch den Vorsprung 132b tritt, im Vergleich zu dem Leitelement 32 der oben beschriebenen Ausführungsform den Druckverlust verringern. Das heißt, das Leitelement 132 der vorliegenden Modifikation kann im Vergleich zu dem Leitelement 32 der oben beschriebenen Ausführungsform den Druckverlust weiter verringern, wenn die Luft von der Anströmseite zu der Abströmseite strömt.
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Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden sind, wird verstanden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt ist. Es ist ersichtlich, dass ein Fachmann innerhalb des in den Ansprüchen beschriebenen Umfangs vielfältige Modifikationen oder Variationen konzipieren kann, und es wird verstanden, dass sie auch innerhalb des technischen Umfangs der vorliegenden Offenbarung sind.
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Beispielsweise können das Leitelement 32 der obigen Ausführungsform und das Leitelement 132 der obigen Modifikation kombiniert werden. Das heißt, ein Vorsprung 32b und ein Vorsprung 132b können beide an der Außenumfangsfläche des Leitelements 32 ausgebildet sein.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform und Modifikation sind die Beispiele beschrieben worden, in welchen die Leitelemente 32 und 132 entsprechend die Vorsprünge 32b und 132b haben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und die Vorsprünge 32b und 132b können an der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b ausgebildet sein. Außerdem können die Vorsprünge 32b und 132b ein Vorsprung, der an der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b ausgebildet ist, und einen Vorsprung aufweisen, der entsprechend an den Außenumfangsflächen der Leitelemente 32 und 132 ausgebildet ist. Das heißt, die Vorsprünge 32b und 132b können von mindestens einer von der Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b oder der Außenumfangsfläche der Teilungswand 32a oder 132a vorstehen. Ferner können die Vorsprünge 32b und 132b in einer Richtung vorstehen, in welcher die Innenumfangsfläche des anströmseitigen Verengungsabschnitts 6b und die Außenumfangsfläche der Verteilungswand 32a nahe beieinander angeordnet sind.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform und Modifikation ist das Beispiel beschrieben worden, in welchem die Leitelemente 32 und 132 an dem anströmseitigen Verengungsabschnitt 6b vorgesehen sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und die Leitelemente 32 und 132 können an dem abströmseitigen Verengungsabschnitt 6d vorgesehen sein.
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Gewerbliche Anwendbarkeit
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Die vorliegende Offenbarung ist auf einen Zentrifugalverdichter anwendbar.
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Bezugszeichenliste
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- CC
- Zentrifugalverdichter
- 6b
- anströmseitiger Verengungsabschnitt (Verengungsabschnitt, erster Verengungsabschnitt)
- 6d
- abströmseitiger Verengungsabschnitt (Verengungsabschnitt, zweiter Verengungsabschnitt)
- 18
- Verdichterlaufrad
- 20
- Haupströmungsdurchgang
- 32
- Leitelement
- 32a
- Teilungswand
- 32b
- Vorsprung
- 132
- Leitelement
- 132a
- Teilungswand
- 132b
- Vorsprung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2018156431 [0001]
- JP 5824821 [0003]