JP2010151128A - コンプレッサ・スタビライザ - Google Patents

Abstract

【課題】循環チャンバのストラットの周方向配置により励起される好ましくない振動の発生を防止する。
【解決手段】環状の循環チャンバ１３がコンプレッサ・ハウジング１０の内側に配置されている。この循環チャンバ１３は、メインフロー・ダクトの周囲を径方向に取り囲み、且つ、コンプレッサ・ホイール１のロータ・ブレードの領域で、吸入領域１１から周囲を取り囲む循環開口１２まで伸びている。これらの取り囲む循環開口の間で、循環チャンバ１３は、環状の輪郭をなす壁１５によりメインフロー・ダクトから境界が定められている。この輪郭をなす壁は、複数のストラット１４により内側コンプレッサ・ハウジングに接続され、これらのストラットを周方向に異なる程度、互いから間隔を開けて配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排出ガスで駆動されるターボチャージャの分野に係る。
この発明は、前記タイプの排出ガス・ターボチャージャのコンプレッサに係り、このコンプレッサは、メインフローから区切られた循環チャンバを有している。

内燃機関のパワーを増大させるために、内燃機関の排気セクション中にタービンを有し、且つ、内燃機関の上流に位置するコンプレッサを有する排出ガス・ターボチャージャが、今日、標準として使用されている。ここで、内燃機関の排気ガスは、タービンの中で膨張される。ここで得られた仕事は、シャフトによりコンプレッサに伝達され、このコンプレッサは、内燃機関に供給される空気を圧縮する。排気ガスのエネルギーを、内燃機関の中で燃焼プロセスに供給される空気を圧縮するために使用することにより、燃焼プロセス及び内燃機関の効率を最適化することが可能になる。

DE 42 13 047 A1 は、ハウジングの中でコンプレッサ・ホイールが回転する排出ガス・ターボチャージャを開示している。このハウジングは、入口ダクトを有していて、この入口ダクトの中に内側壁が挿入され、この内側壁は、第一に、メイン・ダクトの輪郭を形成し、第二に、メイン・ダクトの周囲を取り囲む環状の循環チャンバの境界を定めている。環状のチャンバの内側のスペースは、開口によりコンプレッサ入口に接続され、且つコンプレッサ・ホイールの領域で、環状のチャンバの輪郭となる壁の中の環状のスロットにより、入口ダクトに接続されている。この輪郭となる壁は、ウエブにより、ハウジングに対して同心状に保持されている。

前記タイプのコンプレッサの中に設けられた環状のチャンバは、いわゆる、特性マップ安定化手段（characteristic-map-stabilizing measure）である。ここで、コンプレッサのサージ限界に到達する前に、コンプレッサ・ホイールからコンプレッサ・ホイールの上流の入口ダクトへ戻る流れの再循環が発生する場合があり、その結果として、コンプレッサ・ホイールが明らかにより高い出力に曝されることになる。コンプレッサのチョーク限界の近傍の運転領域において、上記の環状のスロットは、更なる入口として流れにより使用される。それ故に、再循環は、最早、発生することがなく、それは、サージ限界の、より高い出力の方への所望の変位をもたらす。

コンプレッサの特性マップの所望の拡大は、しばしば、効率の低下の低下のみではなく、許容できないノイズ及び振動の発生までをも伴って、もたらされる。ロータ・ブレードにおける、そのような振動励起は、反対に、環状のチャンバの内側壁をハウジングに固定するために用いられる支持リブに起因すると考えることも可能である。

様々なノイズ減少の方策が、これまでに提案されている。例えば、EP 0 605 184 B1 は、コンプレッサを開示していて、このコンプレッサの中で、ノイズの発生が複数のリブのために減少されていると考えられている。それらのリブは、互いに対してオフセットされて、環状のチャンバの中に、または空気の流れ方向に対して環状のチャンバの上流に設けられていて、これらのリブが音の向きを変えまたは音を部分的に反射し、それによって、ノイズを減少させる。しかしながら、前記リブの取付け及び配置は、比較的複雑であって、且つ部分的にしか成功していない。その理由は、それでもなお、音がコンプレッサ・ハウジングに伝達されて、環境の中に発射されるからである。

独国特許出願公開第 DE 42 13 047 A1 号明細書 欧州特許出願公開第 EP 0 605 184 B1 号明細書

本発明の目的は、メインフローから区切られた循環チャンバを有するコンプレッサための、振動を減少させる方策を規定することにある。

本発明によれば、輪郭となる壁を支持するストラットが、周方向に異なる程度、互いから間隔を開けて配置される。

支持リブの均一な配置は、振動の励起の中での、選択された励起順位（excitation orders）の形成をもたらし、これらの選択された励起順位は、支持するリブの数に直接に依存する。不均一な配置によって、利用可能な励起エネルギーが、異なる励起順位の間で分布される。それ故に、各励起順位毎の励起が減少され、臨界的な共鳴が意図的に回避されることが可能になる。それ故に、これらの支持リブの不均一な配置は、ロータ・ブレード振動の励起の減少をもたらすことになる。

更にまた、支持リブの不均一な配置は、周方向の剛性の配置に対して効果を有している。コンプレッサ・ハウジングは、ディフーザの下流の径方向のコンプレッサ・ステージの流れを受けて、前記流れをパイプライン・システムに供給する。一般的に、コンプレッサ・ハウジングはスパイラル状に配置され、それ故に、周方向に対称的ではない。これは、ハウジングの熱的な負荷の結果として、運転中に不均一な変形をもたらす。結果として、回転コンプレッサと固定ハウジングとの間の、遊びの程度の不均一な配置が形成される。

コンプレッサ・ホイールのロータ・ブレードが、ハウジング・パーツと擦れ合うことを防止するために、平均の遊びが増大されなければならず、それは、直接に、効率の低下をもたらす。支持リブの不均一な配置によって、流れダクトに近い内側ハウジングはまた、外周に亘って不均一な剛性が与えられている。内側及び外側のハウジングの好ましい組み合わせは、遊びの減少を可能にして、効率の増大をもたらす。

オプションとして、互いに隣接して配置されたストラットの全ての対は、互いに隣接して配置されたストラットの他の対とは異なる間隔を有している。

本発明に基づいてデザインされた循環チャンバは、渦を発生させる入口ガイド・ホイールを備えたコンプレッサの中で使用されても良い。ここで、入口ガイド・ホイールは、流れ方向に対してメインフロー・ダクトの吸入領域の上流に、且つ、コンプレッサ入口の上流に配置され、コンプレッサに供給される空気に、周方向に正のまたは負の流れ成分をポジティブに与える。更なる優位性は、従属請求項からもたらされる。

図１は、循環チャンバを備えたコンプレッサを有する排出ガス・ターボチャージャの断面図を示している。 図２は、本発明に基づいてデザインされた、図１によるコンプレッサの循環チャンバを通る線ＩＩ−ＩＩに沿う断面図を示している。

本発明に基づくコンプレッサの実施形態が、以下において概略的に示され、また、図に基づいてより詳細に説明される。全ての図において、同等の要素には同一の参照符号が与えられている。

図１の中に示された排出ガス・ターボチャージャのコンプレッサは、コンプレッサ・ハウジング１０と、ハウジングの中でシャフト３上に回転可能に配置されたコンプレッサ・ホイール１と、を有している。同様に、このシャフト３には、タービン・ホイール２が接続され、このタービン・ホイールは、タービン・ハウジング２０の中に配置されている。内燃機関の排気ガスは、タービンの中で膨張される。得られた仕事は、シャフトによりコンプレッサ・ホイールに伝達され、コンプレッサ・ホイールは、内燃機関に供給される空気を圧縮する。コンプレッサ・ハウジング１０は、流入ダクト１１の周囲を取り囲み、この流入ダクトを通って、空気が、圧縮のための媒体として、コンプレッサ・ホイールに導かれる。矢印は、空気の流れを示している。

環状の循環チャンバ１３がコンプレッサ・ハウジングの内側に配置され、この循環チャンバ１３は、径方向にメインフロー・ダクトの周囲を取り囲み、且つコンプレッサ・ホイール１のガイド・ブレードの領域で、吸入領域１１から、少なくとも部分的に周囲を取り囲む循環開口１２まで伸びている。循環チャンバ１３は、二つの開口を介して、メインフロー・ダクトの方向に開いている。径方向の入口開口は、コンプレッサ・ホイールの上流に配置され、そして、径方向の輪郭をなす溝、循環開口１２は、コンプレッサ・ホイールの先端部分の下流に、且つその入口と重複する領域に、配置されている。これらの取り囲む開口の間で、循環チャンバ１３は、環状の輪郭をなす壁１５によりメインフロー・ダクトからの境界が定められている。この輪郭をなす壁は、複数のストラット１４により内側コンプレッサ・ハウジングに接続されている。

本発明によれば、この輪郭をなす壁を支持するストラットが、図２の中に示されているように、周方向に異なる程度、互いから間隔を開けて配置されている。

一つの特に好ましい実施形態において、互いに隣接して配置されたストラットの全ての対は、互いに隣接して配置されたストラットの他の対と異なる間隔を有している。

循環チャンバの中で流れに渦を発生させるために、輪郭をなす壁を支持するストラット１４が、ブレード・プロファイルまたはガイド・ウエブとして配置されても良い。

ストラット１４は、全てが純粋に径方向に揃えられても良く、または、全てが径方向に対して同じ程度または異なる程度、傾けられていても良い。

循環開口１２は、周囲を取り囲む環状のギャップとして形成されても良く、または、複数の環状のギャップ・セグメントに分割されても良い。同様に、環状のチャンバは、周方向に複数のセグメントに分割されても良い。ここで、これらのセグメントは、等しいサイズであっても、または、異なるサイズであっても良い。

Ａ…軸、１…コンプレッサ・ホイール、１０…コンプレッサ・ハウジング、１１…吸入ダクト、１２…循環開口、１３…循環チャンバ、１４…ストラット、１５…輪郭をなす壁、２…タービン・ホイール、２０…タービン・ハウジング、３…タービン・シャフト、３０…軸受ハウジング。

Claims (7)

1. 排出ガス・ターボチャージャのコンプレッサであって、
   回転可能に取り付けられたコンプレッサ・ホイール（１）と；
   圧縮のための媒体をコンプレッサ・ホイールへ供給するためのメインフロー・ダクトと；
   メインフロー・ダクトの径方向外側に配置された循環チャンバ（１３）と；
   を有し、
   この循環チャンバは、輪郭をなす壁（１５）によりメインフロー・ダクトからの境界が定められ、メインフロー・ダクトの吸入領域（１１）から循環開口（１２）まで伸びていて、
   この循環開口は、コンプレッサ・ホイール（１）のロータ・ブレードの領域で、前記輪郭をなす壁（１５）に形成され、
   前記輪郭をなす壁（１５）は、循環チャンバ（１３）の中で、複数のストラット（１４）によりコンプレッサのハウジング（１０）に固定されている、
   排出ガス・ターボチャージャのコンプレッサにおいて、
   循環チャンバ（１３）の中で互いに隣接して配置された少なくとも一対のストラット（１４）が、互いに隣接して配置されたストラット（１４）の他の対とは、周方向に異なる間隔を有していること、
   を特徴とする排出ガス・ターボチャージャのコンプレッサ。
2. 下記特徴を有する請求項１に記載のコンプレッサ：
   互いに隣接して配置されたストラットの全ての対（１４）が、互いに隣接して配置されたストラット（１４）の他の対とは、周方向に異なる間隔を有している。
3. 下記特徴を有する請求項１または２に記載のコンプレッサ：
   前記メインフロー・ダクトの中で、流れの方向に互いから間隔を開けて配置された二つまたはそれ以上の循環開口（１２）が、前記輪郭をなす壁（１５）に形成されている。
4. 下記特徴を有する請求項１から３の何れか１項に記載のコンプレッサ：
   前記ストラット（１４）は、前記循環チャンバ（１３）の中で、流れに渦を発生させるために、ブレード・プロファイルまたはガイド・ウエブとして配置されている。
5. 下記特徴を有する請求項１から４の何れか１項に記載のコンプレッサ：
   前記ストラット（１４）は、全てが純粋に径方向に揃えられているか、または、全てが径方向に対して同じ程度、傾けられている。
6. 下記特徴を有する請求項１から５の何れか１項に記載のコンプレッサ：
   流れの中に渦を発生させるための入口ガイド・ホイールを有し、この入口ガイド・ホイールは、前記メインフロー・ダクトの吸入領域（１１）の上流に配置されている。
7. 請求項１から６の何れか１項に記載のコンプレッサを有する排出ガス・ターボチャージャ。

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