DE102011017419B4

DE102011017419B4 - Ablenkeinheit für eine Gasströmung in einem Kompressor und Kompressor, der diese enthält

Info

Publication number: DE102011017419B4
Application number: DE102011017419.2A
Authority: DE
Inventors: Carnell E. Williams; Timothy J. Johnson; Tracy M. Farell; Kulwinder Singh; Gary J. Hazelton
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2021-11-18
Anticipated expiration: 2031-04-19
Also published as: CN102221016A; DE102011017419A1; CN102221016B; US20110255952A1; US8882444B2

Abstract

Kompressor (10) für einen Turbolader (5), umfassend:ein Kompressorgehäuse (20), wobei das Kompressorgehäuse (20) eine Gehäusewand (22) aufweist, wobei die Gehäusewand (22) eine Ummantelung (34) umfasst, die eine Innenwand (36) aufweist, die einen zentralen Luftkanal (52) des Kompressors (10) definiert, wobei die Ummantelung (34) einen Kompressoreinlass (24) in Fluidverbindung mit dem zentralen Luftkanal (52) definiert;eine Einlassrohrleitung (50), die über dem Kompressoreinlass (24) abdichtend angeordnet ist, wobei die Einlassrohrleitung (50) einen Rohrleitungsluftkanal umfasst, der ausgestaltet ist, um Luft an den Kompressoreinlass (24) und den zentralen Luftkanal (52) zu liefern;ein Kompressorrad (40), das innerhalb der Ummantelung (34) in der Nähe der Innenwand (36) drehbar angeordnet ist und an einer Drehwelle (42) angebracht ist, wobei das Rad (40) eine Vielzahl von umlaufend beabstandeten, sich axial erstreckenden Kompressorflügeln (46) umfasst, die radial aus einer Nabe (48) hervorstehen, wobei die Flügel (46) ausgestaltet sind, um bei einer Drehung des Rads (40) Luft aus der Einlassrohrleitung (50) in den Kompressoreinlass (24) hinein zu saugen und eine Hauptluftströmung (Fm) im zentralen Luftkanal (52) axial zu einem Kompressorauslass (32) hin zu erzeugen;einen Umgehungskanal (54), der sich zwischen einer Öffnung im zentralen Luftkanal (52), die sich zwischen dem Kompressoreinlass (24) und dem Kompressorauslass (32) in der Nähe der Kompressorflügel (46) befindet, und dem Kompressoreinlass (24) erstreckt; undeine Ablenkeinheit (70), die eine Ablenkeinheitsoberfläche (74) umfasst, die ausgestaltet ist, um eine Umgehungsluftströmung (Fb) im Umgehungskanal (54) zu lenken, und sie in eine Richtung vom zentralen Luftkanal (52) zum Kompressoreinlass (24) hin, in den Kompressoreinlass (24) hinein axial und radial nach innen zum Kompressorrad (40) hin strömen zu lassen; dadurch gekennzeichnet, dassdie Ablenkeinheitsoberfläche (74) eine oder mehrere sich peripher erstreckende Rillen (81) enthält.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Turbolader für Verbrennungsmotoren, und genauer Kompressoren von Turboladern, und noch genauer Ablenkeinheiten zum Lenken von Kompressorgasströmen.
HINTERGRUND
Turbolader werden verwendet, um den Ansaugluftdruck von Verbrennungsmotoren zu erhöhen, und sie werden zunehmend verwendet, um die Verbrennungsmotorausgabe bei geringeren Motorhubräumen und verbesserter Kraftstoffeffizienz zu erhöhen. Ein Turbolader enthält ein Turbinenrad und ein Kompressorrad, die allgemein auf einer gemeinsamen Welle montiert sind und in getrennten Gehäusen angeordnet sind. Abgas des Motors wird durch die Turbine geleitet, wo es ein Turbinenrad antreibt, das allgemein ein Flügelrad mit Flügeln oder Schaufeln enthält und direkt oder indirekt mit einem Kompressorrad gekoppelt ist, das ebenfalls allgemein ein Flügelrad mit Flügeln oder Schaufeln enthält. Das Kompressorrad saugt im Allgemeinen durch ein Filtriersystem Ansaugluft in eine Einlassrohrleitung ein, wo sie über die Flügel oder Schaufeln geführt, komprimiert und an den Ansauganschluss oder Krümmer des Motors geliefert wird. Das Kompressorrad dreht sich mit hohen Drehzahlen, die Drehzahlen im Bereich von 100.000 bis 150.000 Umdrehungen pro Minute oder mehr umfassen.
Um die Kompressorleistung zu erhöhen, werden Umgehungsanschlüsse zum Kompressoreinlass hinzugefügt. Diese Anschlüsse können in mehreren Formen hinzugefügt werden, die eine Anschlussummantelung umfassen. Ein Kompressor ohne Umgehungsanschluss weist allgemein einen einzigen Einlass, der durch das Kompressorgehäuse definiert ist, an das Kompressorrad auf. Ein Umgehungsanschluss mit Anschlussummantelung stellt einen Kompressoreinlass bereit, der einen inneren und einen äußeren Abschnitt aufweist. Ein Kompressor mit Umgehungsanschluss mit Anschlussummantelung kann ein Gehäuse aufweisen, das denjenigen von Kompressoren ähnelt, die keinen Anschluss aufweisen, bei denen das Gehäuse einen Kompressoreinlass und -auslass definiert, aber es weist auch eine zusätzliche Außenwand auf, die von der (inneren) Einlasswand getrennt ist. Bei derartigen Ausgestaltungen ist das Kompressorrad in einem zentralen Abschnitt des Kompressorgehäuses innerhalb der Innenwand des Einlasses montiert und der Umgehungsanschluss ist durch eine zusätzliche Außenwand definiert, die eine Ummantelung um die Innenwand des Kompressorgehäuses herum bildet. Die Innenwand erstreckt sich über das Kompressorrad hinaus, aber sie erstreckt sich nicht so weit nach außen wie die Außenwand. Der Umgehungsabschnitt des Einlasses oder der Umgehungskanal liegt zwischen der Außenfläche der Innenwand und der Innenfläche der Außenwand. Der Hauptabschnitt oder innere Abschnitt des Einlasses umfasst einen zentralen Kanal, der innerhalb der Innenfläche der Innenwand definiert ist, und stellt einen Pfad an die Vorderseite des Kompressorrads bereit. Der innere Abschnitt des Einlasses weist auch einen oder mehrere Kanäle durch die Innenwand hindurch zu der Außenfläche der Innenwand auf, die zwischen dem Haupteinlass und der Innenfläche der Innenwand definiert sind, welche den Umgehungsabschnitt des Einlasses und den Umgehungsanschluss fluidtechnisch verbinden. Der bzw. die ringförmigen Kanäle münden in der Innenfläche der Innenwand in der Nähe der Schaufeln oder Flügel des Kompressorrads.
Ein Umgehungsanschluss erhöht den Betriebsbereich eines Kompressors, indem er das Ausmaß sowohl seines Bereichs mit niedriger Massenströmung als auch den Bereich mit hoher Massenströmung erweitert. Der Bereich mit niedriger Massenströmung ist durch ein Phänomen begrenzt, das als „Anschwellen“ bezeichnet wird, bei dem das Volumen der Luft, die an den Kompressor geliefert wird, die Systemvorgaben übersteigt, und er ist bei hoher Massenströmung durch ein Phänomen begrenzt, das als „Verstopfen“ bezeichnet wird, bei dem die Vorgaben des Systems nach Luft den maximalen Durchsatz des Kompressors überschreiten. Der ringförmige Kanal oder Anschluss in Verbindung mit dem Kompressorrad wirkt als Umgehung. Bei niedrigen Massenströmen, die ohne den Umgehungsanschluss andernfalls eine Anschwell-Bedingung verursachen würden, ermöglicht das Vorhandensein des Umgehungsanschlusses ein Rückströmen vom Kompressorrad zum Haupteinlass, wodurch dem System ermöglicht wird, ein Gleichgewicht bei niedrigsten Massenströmungen zu erreichen. Bei hohen Massenströmungen, die ohne den Umgehungsanschluss andernfalls eine Verstopft-Bedingung verursachen würden, ermöglicht das Vorhandensein des Anschlusses, dass zusätzliche Luft direkt vom Haupteinlass in den Umgehungsanschluss gesaugt und an die Flügel des Kompressorrads geliefert wird. Aufgrund des erweiterten Betriebsbereichs sind Kompressoren, die mit dieser Art von Einlass ausgestaltet sind, manchmal als Kompressoren mit „erweiterter Kennfeldbreite“ bekannt.
Die Verwendung eines Umgehungsanschlusses erhöht jedoch auch die Geräusche, die von dem Kompressor erzeugt werden, da der Anschluss einen direkten Schallpfad zu dem Kompressorrad bereitstellt und damit ein Mittel bereitstellt, durch das hörbare Geräusche (Schallwellen), die vom Kompressorrad bei hohen Drehzahlen und Massenströmungen oder Druckverhältnissen erzeugt werden, das Kompressorgehäuse verlassen können. Diese Drehung mit hoher Drehzahl der Turbinen- und Kompressorräder bewirkt, dass die Turbinen- und Kompressorflügel hohe Geräuschpegel erzeugen, die als Flügelpassierfrequenzgeräusche bekannt sind oder manchmal salopp als Turbowimmern bezeichnet werden. Ein Verfahren zum Verringern dieser Geräusche bestand darin, eine ringförmige innere Ablenkeinheit bzw. einen Deflektor im Umgehungsanschluss zwischen der Innenwand und der Außenwand zu platzieren, die sowohl orthogonal in den Anschluss hinein vorsteht als auch sich axial entlang des Anschlusses erstreckt, wodurch ein für die Luft und die Schallwellen „qualvoll“ zu durchquerender Pfad geschaffen wird. Eine andere Lösung bestand darin, einen ringförmigen Geräuschunterdrückungsring an der Innenfläche der Außenwand hinzuzufügen, der einen Innendurchmesser aufweist, welcher geringer als der Innendurchmesser des Umgehungsanschlusses ist, d.h. der Außendurchmesser der Innenwand, um Schallübertragungen in Sichtverbindung aus dem ringförmigen Kanal heraus, der den Umgehungsanschluss umfasst, zu blockieren.
Obwohl diese Merkmale beim Verringern von Geräuschen, die mit einer Drehung des Kompressors mit hoher Drehzahl bei Verstopft-Bedingungen verbunden sind, effektiv sind, wurden sie nicht entwickelt, um Gasströmungen innerhalb des Umgehungsanschlusses zu steuern, noch sind sie dabei effektiv, speziell wo diese Strömungen den Umgehungskanal in den Haupteinlasskanal hinein verlassen, was unter Anschwell-Bedingungen auftritt, d.h. bei einem Betrieb des Kompressors mit niedriger Massenströmung.
In DE 10 2006 007 347 A1 ist ein Kompressor für einen Turbolader gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart.
JP 2003 074 360 A offenbart einen Kompressor für einen Turbolader mit einem vergrößerten Umgehungskanal, um eine Verwirbelungskomponente in der Umgebungsluftströmung zur Verbesserung der Hauptluftströmung zu erzeugen.
In JP 2007 127 108 A ist ein Kompressor für einen Turbolader mit einem Umgehungskanal zur Geräuschverringerung und Leistungserhöhung offenbart.
DE 40 27 174 A1 offenbart einen Kompressor für einen Turbolader, der einen Umgehungskanal zur Kennlinienstabilisierung verwendet.
In US 2 865 297 A ist eine Pumpe offenbart, bei der eine Spitze einer Luftströmungsablenkeinheit tiefer als eine Spitze einer Innenwand einer Ummantelung aufweist.
Es ist folglich wünschenswert, die Gasströmung durch den Umgehungsanschluss in den Hauptkompressoreinlass hinein zu steuern und Kompressoren und Turbolader bereitzustellen, die Steuermerkmale aufweisen, welche eine derartige Steuerung bereitstellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Kompressor für einen Turbolader offenbart. Der Kompressor enthält ein Kompressorgehäuse, wobei das Kompressorgehäuse eine Gehäusewand aufweist, wobei die Gehäusewand eine Ummantelung umfasst, die eine Innenwand aufweist, die einen zentralen Luftkanal des Kompressors definiert, wobei die Ummantelung einen Kompressoreinlass in Fluidverbindung mit dem zentralen Kanal definiert. Der Kompressor enthält auch eine Einlassrohrleitung, die über dem Kompressoreinlass abdichtend angeordnet ist, wobei die Einlassrohrleitung einen Rohrleitungsluftkanal umfasst, der ausgestaltet ist, um Luft an den Kompressoreinlass und den Hauptluftkanal zu liefern. Der Kompressor enthält ferner ein Kompressorrad, das innerhalb der Ummantelung in der Nähe der Innenwand drehbar angeordnet ist und an einer angetriebenen Welle befestigt ist, wobei das Rad eine Vielzahl umlaufend beabstandeter, sich axial erstreckender Kompressorflügel umfasst, die aus einer Nabe radial hervorstehen, wobei die Flügel ausgestaltet sind, um bei einer Drehung des Rads Luft aus der Einlassrohrleitung in den Kompressoreinlass hinein zu saugen und eine Hauptluftströmung im zentralen Luftkanal axial zu einem Kompressorauslass hin zu erzeugen. Noch weiter enthält der Kompressor einen Umgehungskanal, der sich zwischen einer Öffnung im Hauptkanal, die zwischen dem Kompressoreinlass und dem Kompressorauslass in der Nähe der Kompressorflügel angeordnet ist, und dem Kompressoreinlass erstreckt. Noch weiter enthält er eine Ablenkeinheit bzw. einen Deflektor, die eine Ablenkeinheitsoberfläche umfasst, die ausgestaltet ist, um eine Umgehungsluftströmung im Umgehungskanal zu lenken und sie in eine Richtung vom Hauptkanal zum Kompressoreinlass hin, in den Kompressoreinlass hinein axial und radial nach innen zum Kompressorrad hin strömen zu lassen, wobei eine Spitze der Ablenkeinheit tiefer als eine Spitze der Innenwand bzw. stromabwärts relativ zu dieser derart platziert ist, dass die Differenzdistanz größer oder gleich Null ist.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform wird eine Manschette offenbart, die zur abdichtenden Anordnung zwischen einer Einlassrohrleitung und einem Kompressoreinlass eines Turboladers ausgestaltet ist. Die Manschette enthält eine Ablenkeinheit mit einer Ablenkeinheitsoberfläche, die ausgestaltet ist, um eine Umgehungsluftströmung aus einem Umgehungskanal zu lenken und sie in eine Richtung von einem Hauptkanal des Kompressors zu dem Kompressoreinlass hin, in den Kompressoreinlass hinein axial und radial nach innen zu einem Kompressorrad hin strömen zu lassen, wobei eine Spitze der Ablenkeinheit tiefer als eine Spitze einer Innenwand einer Ummantelung bzw. stromabwärts relativ zu dieser derart platziert ist, dass die Differenzdistanz größer oder gleich Null ist.
Bei noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird eine Einlassrohrleitung offenbart, die zur abdichtenden Anordnung an einem Kompressoreinlass eines Turboladers ausgestaltet ist. Die Einlassrohrleitung enthält eine Ablenkeinheit mit einer Ablenkeinheitsoberfläche, die ausgestaltet ist, um eine Umgehungsluftströmung aus einem Umgehungskanal zu lenken und sie in eine Richtung von einem Hauptkanal des Kompressors zu dem Kompressoreinlass hin, in den Kompressoreinlass hinein axial und radial nach innen zu einem Kompressorrad hin strömen zu lassen, wobei eine Spitze der Ablenkeinheit tiefer als eine Spitze einer Innenwand einer Ummantelung bzw. stromabwärts relativ zu dieser derart platziert ist, dass die Differenzdistanz größer oder gleich Null ist.
Bei noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kompressors eines Turboladers offenbart. Das Verfahren umfasst, dass ein Kompressor bereitgestellt wird, der einen Umgehungskanal aufweist, der sich zwischen einer Öffnung in einem Hauptkanal des Kompressors, die zwischen dem Kompressoreinlass und dem Kompressorauslass in der Nähe der Kompressorflügel angeordnet ist, und dem Kompressor erstreckt. Das Verfahren umfasst auch, dass eine Ablenkeinheit bereitgestellt wird, die eine Ablenkeinheitsoberfläche umfasst, die ausgestaltet ist, um eine Umgehungsluftströmung im Umgehungskanal zu lenken und sie in eine Richtung vom Hauptkanal zu dem Kompressoreinlass hin, in den Kompressoreinlass hinein axial und radial nach innen zum Kompressorrad hin strömen zu lassen, wobei eine Spitze der Ablenkeinheit tiefer als eine Spitze einer Innenwand einer Ummantelung bzw. stromabwärts relativ zu dieser derart platziert ist, dass die Differenzdistanz größer oder gleich Null ist. Das Verfahren umfasst ferner, dass der Kompressor in einer Anschwellbedingung betrieben wird, um die Umgehungsluftströmung zu erzeugen, wobei die Umgehungsluftströmung in den Kompressoreinlass hinein axial und radial nach innen zu dem Kompressorrad hin strömt.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
Figurenliste
Andere Objekte, Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur beispielhaft in der folgenden genauen Beschreibung von Ausführungsformen, wobei sich die genaue Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, in denen:

1 eine Querschnittsansicht einer Einlassrohrleitung nach dem Stand der Technik ist, die mit einem mit einem Anschluss versehenen Turbolader wie hier beschrieben fluidtechnisch gekoppelt ist;
2 eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Manschette mit Ablenkeinheit, eines Kompressors mit Umgehungsanschluss und Turboladers mit einer Umgehungsablenkeinheit wie hier offenbart ist;
3 eine Querschnittsansicht des Kompressors und der Manschette mit Ablenkeinheit von 2 ist;
4 eine vergrößerte Querschnittsansicht der Region 4 von 3 ist;
5 eine Querschnittsansicht einer zweiten beispielhaften Ausführungsform einer Einlassrohrleitung, einer Manschette mit Strömungsablenkeinheit und eines Kompressors mit Umgehungsanschluss und Turboladers mit einer Umgehungsablenkeinheit wie hier offenbart ist;
6 eine Querschnittsansicht einer dritten beispielhaften Ausführungsform einer Einlassrohrleitung und eines Kompressors mit Umgehungsanschluss und Turboladers mit einer Umgehungsablenkeinheit wie hier offenbart ist;
7 eine Querschnittsansicht einer vierten beispielhaften Ausführungsform einer Einlassrohrleitung und eines Kompressors mit Umgehungsanschluss und Turboladers mit einer Umgehungsablenkeinheit wie hier offenbart ist;
8 eine Querschnittsansicht einer fünften beispielhaften Ausführungsform einer Einlassrohrleitung und eines Kompressors mit Umgehungsanschluss und Turboladers mit einer Umgehungsablenkeinheit wie hier offenbart ist;
9 eine Querschnittsansicht einer sechsten beispielhaften Ausführungsform einer Einlassrohrleitung und eines Kompressors mit Umgehungsanschluss und Turboladers mit einer Umgehungsablenkeinheit wie hier offenbart ist; und
10A - 10D jeweils ein Querschnittsprofil von sich umlaufend erstreckenden Rillen veranschaulichen, die in einem Arm und einer Oberfläche der Ablenkeinheit angeordnet sind.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Mit Bezug auf 1 kann die Anschwell-Umgehungsluftströmung F_b bei Anschwellbedingungen, welche auftritt, wenn ein Kompressor 10' mit Umgehungsanschluss betrieben wird, der an einer Einlassrohrleitung 50' angebracht ist, zu einem ungewünschten Verhalten des Kompressors 10' und des Turboladers 5' führen, welches ein ungewünschtes Geräusch-, Vibrations- und Rauhigkeitsverhalten (NVH-Verhalten) sowie eine verringerte Effizienz des Turboladers 5' umfasst. Diese können auf eine Störung der Hauptluftströmung F_m durch die Anschwell-Umgehungsluftströmung F_b zurückgeführt werden, wenn diese von der Einlassrohrleitung 50' durch den Haupteinlass 24' in den Kompressor 10' hineinläuft.
Die Luftströmungsmuster in der Form von Geschwindigkeitsvektoren als Funktion des Orts innerhalb der Einlassrohrleitung 50', die sich ohne eine Steuerung der Anschwell-Umgehungsluftströmung F_b in die Hauptluftströmung F_m hinein ergeben, enthalten eine oder mehrere Luftströmungsstörungen 100', wie hier beschrieben wird. Einlassluftströmungen des Kompressors, die aus der Verwendung ringförmiger innerer Ablenkeinheiten und ringförmiger Geräuschunterdrückungsringe wie hier beschrieben resultieren, die verwendet wurden, um Geräusche bei Verstopfungsbedingungen zu verringern, erzeugen auch Luftströmungsstörungen 100', wie hier beschrieben wird, da derartige Merkmale erlauben, dass die Anschwell-Umgehungsluftströmung F_b in den Haupteinlass 24' des Kompressors 10' allgemein orthogonal zur Hauptströmung F_m gelenkt wird oder sogar axial und radial vom Kompressorrad 40' weg und allgemein entgegengesetzt zur Hauptströmung F_m . Die resultierenden Luftströmungsstörungen 100' oder Unterbrechungen umfassen die Erzeugung von im Kreis laufenden Strömungen oder Wirbeln oder anderen lokalen Luftströmungsunterbrechungen des Einlassdrucks und der Strömungsrichtung oder -geschwindigkeit oder von beiden der Hauptluftströmung F_m an verschiedenen Stellen innerhalb der Einlassrohrleitung 50' oder des Haupteinlasses 24'. Diese Luftströmungsunterbrechungen 100' begrenzen und beschränken insbesondere die Hauptströmung F_m in Abschnitte des Kompressoreinlasses 24' hinein, die durch diese Unterbrechungen effektiv blockiert wird, wodurch der Gesamtwirkungsgrad des Kompressors und somit der Gesamtwirkungsgrad einschließlich von Kraftstoff- und Leistungswirkungsgrad des Turboladers und des Motors, mit dem er gekoppelt ist, verringert wird. Wie angemerkt wurde, können sie auch zu ungewünschten NVH-Bedingungen und -Verhalten führen. Diese Leistungsbegrenzungen können verringert oder beseitigt werden, indem die Anschwell-Umgehungsluftströmung F_b und ihre Interaktion mit der Hauptluftströmung F_m wie hier offenbart gesteuert werden.
Mit Bezug auf 2 - 9 werden beispielhafte Ausführungsformen eines Turboladers 5 bereitgestellt, der einen Kompressor 10 mit Umgehungsanschluss oder Anschlussummantelung aufweist. Der Kompressor 10 weist ein Kompressorgehäuse 20 mit einer Außenwand 22, die einen Kompressorhaupteinlass 24 definiert, auf. Der Kompressorhaupteinlass 24 weist einen äußeren Abschnitt 26 und einen inneren Abschnitt 28 auf. Der äußere Abschnitt 26 ist allgemein durch die Außenwand 22 des Kompressorgehäuses 20 definiert. Die Außenwand 22 weist eine Innenfläche 30 auf. Das Kompressorgehäuse 20 definiert ferner einen Kompressorauslass 32. Innerhalb der Außenwand 22 des Kompressorgehäuses 20 befindet sich eine Ummantelung 34, die durch eine Kompressorinnenwand 36 definiert ist. Die Innenwand 36 weist eine Innenfläche 38 und eine Außenfläche 39 auf. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die durch das Gehäuse definierte Außenwand 22 zylindrisch und die Ummantelung 34 ist durch eine zylindrische Innenwand 36 definiert, die zur Außenwand 22 konzentrisch ist.
Ein Kompressorrad 40 ist innerhalb der Ummantelung 34 an einer Drehwelle 42, die durch das Turbinenrad 44 (2) angetrieben wird, drehbar montiert. Bei einer Ausführungsform besteht das Kompressorrad 40 aus einer Vielzahl umlaufend beabstandeter Schaufeln 46 oder Flügel, die sich axial entlang einer Nabe 48 erstrecken und radial daraus hervorstehen oder herausragen. Das Kompressorrad 40 ist derart angeordnet, dass die Innenfläche 38 der Ummantelung 34 benachbart zu den Flügeln 46 des Kompressorrads 40 ist. Das drehbare Kompressorrad 40 ist mit der Drehwelle 42 gekoppelt, die mit dem drehbaren Turbinenrad 44 gekoppelt ist. Wenn Abgas von einem (nicht gezeigten) Verbrennungsmotor das Turbinenrad 44 antreibt, wird die Rotationsenergie durch die Welle 42 an das Kompressorrad 40 übertragen. Wenn sich das Kompressorrad 40 dreht, saugt es Luft von der Einlassrohrleitung 50 und über die Flügel 46 oder Schaufeln des Kompressorrads 40 hinweg in den Kompressor 10 ein, wobei die Drehbewegung des Rads gekoppelt mit der Aktion der Flügel an der Luftströmung die Luft komprimiert, wodurch der Druck erhöht oder verstärkt wird und die druckbeaufschlagte Luft durch den Kompressorauslass 32 hinausgedrückt wird. Die Einlassrohrleitung 50 umfasst einen Rohrleitungsluftkanal, der ausgestaltet ist, um Luft 58 an den Hauptkompressoreinlass 24 zu liefern.
Die Innenwand 36 der Ummantelung 34 definiert einen zentralen Luftkanal 52, der in Fluidverbindung mit dem Hauptkompressoreinlass 24 und dem Kompressorauslass 32 steht. Ein ringförmiger Umgehungskanal 54 ist zwischen der Außenfläche 39 der Innenwand 36 und der Innenfläche 30 der Außenwand 22 definiert. Der zentrale Luftkanal 52 und der ringförmige Umgehungskanal 54 bilden den inneren Abschnitt 28 des Haupteinlasses 24. Mindestens ein Anschluss oder eine Umgehung 56 verläuft durch die Innenwand 36 hindurch und ermöglicht eine Kommunikation zwischen dem ringförmigen Umgehungskanal 54 und den Flügeln 46 des Kompressorrads 40. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Anschluss oder die Umgehung 56 eine Reihe von Öffnungen durch die Innenwand 36 hindurch umfassen. Jedoch können auch Nuten oder andere Durchgangsformen verwendet werden, die eine Strömung durch die Innenwand 36 ermöglichen.
Luft 58 tritt in den Kompressor durch den äußeren Abschnitt 26 des Einlasses 24 ein. Die Luft läuft dann durch den zentralen Luftkanal 52 in das Kompressorrad 40 in der Form der Luftströmung F_m hinein und wird zum Auslass 32 gedrückt. Bei einer geringen Massenströmung (Anschwellseite des Kompressorkennfelds) 60, wenn das Volumen der Luft 58, die in den Kompressor 10 eintritt, die Vorgaben des Kompressors 10 überschreitet, verlässt die Luft 58 das Kompressorrad 40 auch durch den Anschluss 56 und strömt als eine Luftströmung F_b durch den ringförmigen Umgehungskanal 54 zurück zum äußeren Abschnitt 26 des Haupteinlasses 24, wo die Luftströmung F_b wieder in den zentralen Luftkanal 52 eintritt, wie in 2 - 9 allgemein dargestellt ist. Diese Umgehungsmaßnahme ermöglicht es dem Kompressor 10, einen Gleichgewichtszustand zu erreichen.
Bei einer Verstopft-Bedingung (nicht gezeigt), bei der die Vorgaben des Kompressors 10 das Volumen der Luft 58, die in den Kompressor 10 eintritt, überschreiten, tritt im Vergleich zu der Luftströmung bei einer Anschwell-Bedingung 60 das Umgekehrte auf und Luft 58 tritt in den Kompressor 10 durch den äußeren Abschnitt 26 des Haupteinlasses 24 ein, wobei ein Teil durch den zentralen Luftkanal 52 und in das Kompressorrad 40 hineinläuft und ein anderer Teil durch den ringförmigen Umgehungskanal 54 und direkt in die Schaufeln 46 des Kompressorrads 40 hineinläuft, wobei beide Teile dann zum Auslass 32 gedrückt werden. Diese Umgehungsmaßnahme ermöglicht eine größere Luftströmung in das Kompressorrad 40 hinein und einen größeren Wirkungsgrad des Kompressors 10.
Mit Bezug auf 2 - 9 kann die Anschwell-Umgehungsluftströmung F_b und ihre Interaktion mit der Hauptluftströmung F_m durch den Einbau einer Luftströmungsablenkeinheit 70 gesteuert werden. Die Luftströmungsablenkeinheit 70 ist ausgestaltet, um die Richtung oder die Größe der Luftströmung F_b oder beides und ihre Interaktion mit der Hauptluftströmung F_m zu steuern. Eine Spitze 71 der Ablenkeinheit 70 kann tiefer als der obere Rand oder die Spitze 72 der Innenwand 36 (d.h. unterstromig) derart platziert sein, dass die Differenzdistanz (d) größer oder gleich Null ist, sodass eine Richtung der ringförmigen Anschwell-Luftströmungen F_b vom ringförmigen Umgehungskanal 54 in den Haupt- oder zentralen Einlasskanal 52 einen Geschwindigkeitsvektor aufweist, der einen spitzen Strömungswinkel (α) aufweist, der radial und axial nach innen zum Kompressorrad 40 hin gerichtet ist, und vorzugsweise mit einem Strömungswinkel, der so nahe wie möglich bei der Richtung der Hauptluftströmung F_m liegt, etwa einem Strömungswinkel von etwa 60 Grad. Durch diese Platzierung der Spitze 71 der Ablenkeinheit werden Strömungswinkel α, die null Grad oder weniger als null Grad betragen und die quer (z.B. rechtwinklig zu) oder in die Richtung der Hauptströmung F_m hinein (z.B. mit einem negativen Strömungswinkel α) oder vom Kompressorrad weg gerichtet sind, vermieden, wodurch eine Störung der Hauptströmung F_m beseitigt wird. Das Vermeiden der Störung von F_m vermeidet die vorstehend beschriebenen Luftströmungs/Druckstörungen 100' sowie das Erzeugen von Geräuschen, die mit diesen Störungen verbunden sind, und verbessert den Gesamtwirkungsgrad des Turboladers 5 und des (nicht gezeigten) Motors, wie vorstehend beschrieben wurde. Die optimalen Strömungswinkel α können in Abhängigkeit von der Konstruktion des Kompressors 10, der Ummantelung 34 und anderen Faktoren variieren; es ist jedoch wünschenswert, dass die Anschwell-Umgehungsluftströmungen F_b radial und axial nach innen zu der Innenfläche 38 des Einlasses oder des Turbinenrads 40 hin gerichtet sind, wie beschrieben wurde.
Mit Bezug auf 2 - 9 ist es wünschenswert, dass die Ablenkeinheit 70 eine Ablenkeinheitsoberfläche 74 aufweist, die sich radial nach innen und axial zu dem Kompressorrad hin erstreckt und der Innenfläche 38 der Innenwand 36 gegenüberliegt, um den gewünschten Strömungswinkel α zu erhalten. Die Oberfläche 74 der Ablenkeinheit und die Innenfläche 38 definieren einen Auslassabschnitt 76 des Umgehungskanals 54, der die Umgehungsanschwellströmung F_b in die vorstehend beschriebenen Richtungen kanalisiert. Allgemein wird die Form der Oberfläche 74 der Ablenkeinheit so gewählt, dass die Umgehungsanschwellströmung F_b wie vorstehend beschrieben nach innen zum Kompressorrad 40 gelenkt wird. Die Oberfläche 74 der Ablenkeinheit und die Innenfläche 38 können beliebige geeignete Formen aufweisen, welche die gewünschte Richtung der Umgehungsanschwellströmung F_b bereitstellen. Zum Beispiel können beide ebene planare oder kegelstumpfförmige Oberflächen (6) enthalten. Wie ebenfalls in 6 gezeigt ist, kann die Oberfläche 74 der Ablenkeinheit bei einer beispielhaften Ausführungsform nach innen zu der Innenfläche 38 hin gerichtet sein, um einen konvergierenden Auslassabschnitt 76 zu definieren, der eine Breite aufweist, die in der Richtung der Umgehungsluftströmung F_b konvergiert oder abnimmt. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform kann eine ebene planare Oberfläche 74' der Ablenkeinheit im Wesentlichen parallel zu der ebenen planaren Innenfläche 38 gerichtet sein, wie in 6 gestrichelt gezeigt ist, um einen im Wesentlichen einheitlichen Auslassabschnitt 76 zu definieren, der eine im Wesentlichen einheitliche Breite entlang seiner Länge aufweist. Bei noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann eine ebene planare Oberfläche 74" der Ablenkeinheit auch nach außen weg von der ebenen planaren Innenfläche 38 gerichtet sein, um einen divergierenden Auslassabschnitt 76 zu definieren, der eine Breite aufweist, die in der Richtung der Umgehungsluftströmung F_b divergiert oder zunimmt, wie in 6 auch gestrichelt gezeigt ist, solange die axial und radial nach innen gerichtete Richtung der Umgehungsanschwellströmung F_b beibehalten wird, wie hier beschrieben ist.
Bei anderen beispielhaften Ausführungsformen können die Oberfläche 74 der Ablenkeinheit oder die Innenfläche 38 oder beide eine gebogene oder bogenförmige Form aufweisen, wie in 5 dargestellt ist, bei der beide Oberflächen eine bogenförmige Form aufweisen, oder in 3, bei der nur die Innenfläche 38 eine gebogene Form aufweist und die Oberfläche 74 der Ablenkeinheit eine ebene planare Form aufweist. Auf ähnliche Weise kann die Oberfläche 74 der Ablenkeinheit einen geringeren Biegungsgrad als, den gleichen Biegungsgrad wie oder einen größeren Biegungsgrad als die Innenfläche 38 aufweisen, sodass sie nach innen zu der Innenfläche 38 hin abfällt, zu dieser parallel verläuft bzw. von dieser nach außen hin weg abfällt. Wie festzustellen ist, kann die Oberfläche 74 der Ablenkeinheit oder die Innenfläche 38 oder beide auch eine Kombination ebener planarer und bogenförmiger Oberflächensegmente in einer beliebigen Kombination oder andere, Formen umfassen, solange die hier beschriebene Richtung der Umleitungsanschwellströmung F_b im Auslassabschnitt 76 des Umgehungskanals 54 beibehalten wird. Die optimale Ausführungsform wird nicht nur auf der speziellen Konstruktion der Kompressorstufe beruhen, sondern auch auf den geometrischen Beschränkungen, die durch die Verpackung und andere Überlegungen auferlegt sind.
Der Auslassabschnitt 76 des Umgehungskanals 54 kann eine beliebige geeignete Form aufweisen, die durch die Kombination der Oberfläche 74 der Ablenkeinheit oder der Innenfläche 38 definiert ist, solange die Richtung der Umgehungsanschwellströmung F_b radial und axial nach innen in den zentralen Luftkanal 52 hinein zum Kompressorrad 40 hin verläuft. Die einander gegenüberliegende Beziehung der Oberfläche 74 der Ablenkeinheit zur Innenfläche 38 definiert den Auslassabschnitt 76 des Umgehungskanals 54 und stellt dem Auslassabschnitt 76 eine Länge (1) und eine Breite (w) bereit, wie in 4 dargestellt ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist der Auslassabschnitt 76 eine Länge von mindestens etwa 5 mm und eine Breite von etwa 3 mm auf. Diese Dimensionen können zusammen mit der Form und der Orientierung der Oberfläche 74 der Ablenkeinheit oder der Innenfläche 38 gewählt werden, um sicherzustellen, dass keine Beschränkung im Strömungspfad der Anschwellumgehungsluftströmung F_b geschaffen wird, die zu einer verringerten Effektivität der Merkmale der Anschlussummantelung, welche die Kennfeldbreite erhöhen, führen könnten, für entweder den Betriebsabschnitt mit geringer Massenströmung (Anschwellen) oder mit hoher Massenströmung (Verstopfen). Außerdem könnte eine ungeeignete Wahl dieser geometrischen Eigenschaften auch eine Verringerung des Kompressorwirkungsgrads oder des gesamten Turboladerwirkungsgrads bewirken.
Wie in 2 - 9 dargestellt ist, kann die Ablenkeinheitsoberfläche 74 der Ablenkeinheit 70 bei beispielhaften Ausführungsformen eine Oberfläche eines radial und axial nach innen vorstehenden Arms 78 umfassen. Bei der beispielhaften Ausführungsform von 5 kann die Ablenkeinheitsoberfläche 74 der Ablenkeinheit 70 eine Oberfläche eines radial und axial nach innen vorstehenden Arms 78 einer Ablenkeinheitsmanschette 80 umfassen, die ausgestaltet ist, um die Einlassrohrleitung 50 mit dem Kompressorgehäuse 60 zu verbinden. Die Ablenkeinheitsmanschette 80 kann mit geeigneten lösbaren Verbindern, wie etwa V-Klammern 82 bzw. 84, mit der Einlassrohrleitung 50 und dem Kompressorgehäuse 60 abnehmbar und abdichtend verbunden sein. Die Ablenkeinheitsmanschette 80 kann aus einem beliebigen geeigneten Material ausgebildet sein, welches verschiedene Metalle, Keramiken, technische Kunststoffe oder Verbundmaterialien umfasst. Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst die Ablenkeinheitsmanschette 70 ein geformtes thermoplastisches oder duroplastisches Material, das zur Verwendung bei der Betriebstemperatur des Kompressorgehäuses geeignet ist, welche von etwa 100°C bis etwa 250°C reichen kann. Alternativ kann die Oberfläche 74 der Ablenkeinheit in eine Seitenwand 86 der Ablenkeinheitsmanschette 80 oder in die Einlassrohrleitung 50, wie gestrichelt gezeigt ist, integriert sein, statt einen separaten Ablenkeinheitsarm 78 zu bilden, wie in 5 gezeigt ist.
Bei der beispielhaften Ausführungsform von 6 kann die Ablenkeinheitsoberfläche 74 der Ablenkeinheit 70 eine Oberfläche eines radial und axial nach innen vorstehenden Arms 78 umfassen, der einstückig in der Einlassrohrleitung 50 ausgebildet ist und einen integralen Abschnitt derselben umfasst. Die Einlassrohrleitung 50 kann abnehmbar und abdichtend durch einen geeigneten lösbaren Verbinder, wie etwa eine V-Klammer 82, mit dem Kompressorgehäuse 60 verbunden sein. Die Einlassrohrleitung 50 kann aus einem beliebigen geeigneten Material ausgebildet sein, welches verschiedene Metalle, Keramiken, technische Kunststoffe oder Verbundmaterialien oder eine Kombination daraus umfasst. Alternativ kann die Oberfläche 74 der Ablenkeinheit in die Seitenwand 86 der Einlassrohrleitung 50 integriert sein, wie gestrichelt gezeigt ist, statt einen separaten Arm 78 zu bilden, wie in 6 gezeigt ist.
Bei der beispielhaften Ausführungsform von 7 kann die Ablenkeinheitsoberfläche 74 der Ablenkeinheit 70 eine Oberfläche eines radial und axial nach innen vorstehenden Arms 78 umfassen, der im Kompressorgehäuse 60 einstückig ausgebildet ist. Das Kompressorgehäuse 60 und die Ablenkeinheit 70 können derart ausgebildet sein, dass die Einlassrohrleitung 50 durch einen geeigneten lösbaren Verbinder, wie etwa eine V-Klammer 82, in der Nähe der Ablenkeinheit 70 abnehmbar und abdichtbar mit dem Kompressorgehäuse 60 verbunden ist. Die Einlassrohrleitung 50 kann aus einem beliebigen geeigneten Material ausgebildet sein, das verschiedene Metalle, Keramiken, technische Kunststoffe oder Verbundmaterialien oder eine Kombination daraus umfasst. Die Ablenkeinheit 70 kann im Kompressorgehäuse 60 einstückig ausgebildet sein, indem dieses Merkmal in das Gehäuse gegossen wird.
Bei der beispielhaften Ausführungsform von 8 kann die Ablenkeinheitsoberfläche 74 der Ablenkeinheit 70 eine Oberfläche eines radial und axial nach innen vorstehenden Arms 78 umfassen, der als ein separater Ablenkeinheitseinschub 90 ausgebildet ist, wie etwa als ein Ablenkeinheitseinschub 92 aus Metall, der zur Anordnung im Kompressoreinlass 52 des Gehäuses 60 in der Nähe des Umgehungskanals 54 ausgestaltet ist.
Der radial und axial nach innen vorstehende Arm 78 kann auch einen sich verjüngenden oder kegelstumpfförmigen Zylinder mit einer kreisförmigen Querschnittsform und einem kreisförmigen Umfang umfassen. Der Ablenkeinheitseinschub 90 kann für eine Presspassung in einer Nut 93 ausgelegt sein, die in der Außenwand 22 ausgebildet ist. Alternativ kann der Ablenkeinheitseinschub 90 auch ein Federvorspannelement (nicht gezeigt) enthalten, um den Ablenkeinheitseinschub 90 in der Nähe des Umgehungskanals 54 und des Kompressoreinlasses 52 anzuordnen. Als noch eine Alternative kann der Ablenkeinheitseinschub 90 wie vorstehend beschrieben durch Schweißen angeordnet werden. Das Kompressorgehäuse 60 und die Ablenkeinheit 70 können derart ausgebildet sein, dass die Einlassrohrleitung 50 mit dem Kompressorgehäuse 60 in der Nähe der Ablenkeinheit 70 durch einen geeigneten lösbaren Verbinder, wie etwa eine V-Klammer 82, abnehmbar und abdichtbar verbunden sein kann. Der Ablenkeinheitseinschub 90 und die Einlassrohrleitung 50 können aus einem beliebigen geeigneten Material ausgebildet sein, das verschiedene Metalle, Keramiken, technische Kunststoffe oder Verbundmaterialien oder eine Kombination daraus umfasst.
Bei der beispielhaften Ausführungsform von 9 kann die Ablenkeinheitsoberfläche 74 der Ablenkeinheit 70 eine Oberfläche eines radial und axial nach innen vorstehenden Arms 78 umfassen, der als ein Ablenkeinheitseinschub 94 ausgebildet ist und in einer separaten Ablenkeinheitsmanschette 80 oder der Einlassrohrleitung 50 angeordnet ist, wie etwa ein Kunstoffablenkeinheitseinschub 96, der zur Anordnung in der Ablenkeinheitsmanschette 40 oder Einlassrohrleitung 50 in der Nähe des Umgehungskanals 54 ausgestaltet ist. Der Ablenkeinheitseinschub 94 kann wie vorstehend beschrieben durch eine beliebige geeignete Befestigungsvorrichtung angeordnet sein. Der Ablenkeinheitseinschub 94 kann für eine Presspassung an diesen Stellen einschließlich innerhalb einer Nut (nicht gezeigt) die in der Außenwand 22 ausgebildet ist, ausgelegt sein. Alternativ kann der Ablenkeinheitseinschub 94 an diese Stellen durch ein geeignetes Klebstoffmaterial (nicht gezeigt) oder durch Verwendung verschiedener Befestigungselemente, wie etwa verschiedener Formen von mit Gewinde versehenen oder Einschnappbefestigungselementen oder unter Verwendung einer Kombination daraus angeheftet sein. Das Kompressorgehäuse 60 und die Ablenkeinheit 70 können derart ausgebildet sein, dass ein Einschub der Ablenkeinheitsmanschette 80 oder der Einlassrohrleitung 50, an welcher die Ablenkeinheit angebracht ist, durch einen geeigneten lösbaren Verbinder, wie etwa eine V-Klammer 82, mit dem Kompressorgehäuse 60 in der Nähe der Ablenkeinheit 70 abnehmbar und abdichtbar verbunden sein kann. Der Ablenkeinheitseinschub 94 und die Ablenkeinheitsmanschette 80 oder die Einlassrohrleitung 50 können aus einem beliebigen geeigneten Material ausgebildet sein, das verschiedene Metalle, Keramiken, technische Kunststoffe oder Verbundmaterialien oder Kombinationen daraus umfasst.
Die verschiedenen Ausführungsformen der Ablenkeinheit 70 stellen eine große Flexibilität bei ihrem Einbau in eine große Vielfalt von Konstruktionen der Einlassrohrleitung 50 und des Turboladers 5 und des Kompressors 10 bereit, die neu entworfene Kombinationen sowie existierende Entwürfe umfassen, die bereits hergestellt wurden und gegenwärtig verwendet werden. Beispielsweise kann ein neu entworfener Turbolader 5 und Kompressor 10 und eine Einlassrohrleitung 50 unter Verwendung eines strömungsdynamischen Rechenmodells (CFD-Modells) dieser Komponenten und ihrer zugehörigen Luftströmungen entworfen werden, um eine Ablenkeinheit 70 aufzunehmen, die Strömungsstörungen 100' auf ein vorbestimmtes Niveau verringern oder beseitigt, vorzugsweise so, dass sie beseitigt sind. Die Ablenkeinheit 70 kann dann in die Gussform des Kompressorgehäuses 60 eingebaut werden, um die mit diesem Merkmal verbundenen Kosten zu minimieren. Zur Aufrechterhaltung der Entwurfsflexibilität kann alternativ die Ablenkeinheit 70 bei einem neu entworfenen Turbolader 5 und einer neu entworfenen Einlassrohrleitung 50 in eine Ablenkeinheitsmanschette 40 oder als ein Ablenkeinheitseinschub 90 oder als ein Ablenkeinheitseinschub 94 wie hier beschrieben eingebaut werden. Der Einbau der Ablenkeinheit 70 auf eine dieser Weisen ermöglicht relativ leichte und kostengünstige Veränderungen am Entwurf der Ablenkeinheit 70 über die Entwurfslebensdauer einer speziellen Kombination aus Turbolader 5/Kompressor 10 und Einlassrohrleitung 50. Das Einbauen der Ablenkeinheit 70 als Ablenkeinheitsmanschette 40 oder als Ablenkeinheitseinschub 90 oder als Ablenkeinheitseinschub 94 wie hier beschrieben ermöglicht auch die Verwendung der Ablenkeinheit 70 in Entwürfen des Turboladers 5/Kompressors 10 und der Einlassrohrleitung 50, die zuvor ohne eine Ablenkeinheit hergestellt wurden. Beispielsweise können ein zuvor entworfener und hergestellter Turbolader 5/Kompressor 10 mit Umgehungsanschluss und eine Einlassrohrleitung 50 unter Verwendung eines CFD-Modells modelliert werden, um die Vorteile des Einbauens einer Ablenkeinheit 70 zu bewerten, welche Strömungsstörungen 100', die im Entwurf ohne die Ablenkeinheit existieren, auf ein vorbestimmtes Niveau verringert oder beseitigt, vorzugsweise so, dass sie beseitigt werden. Bei Kraftfahrzeuganwendungen kann die Ablenkeinheit 70 in einer großen Vielfalt von Originalersatzteil-(OEM)- und Zubehörmarktanwendungen verwendet werden.
Die Ablenkeinheit 70 kann sich, sei es in der Form eines radial und axial nach innen vorstehenden Arms 78 oder als Seitenwand 86, entweder vollständig oder teilweise umlaufend um den Umgehungskanal 54 herum erstrecken, wie hier beschrieben ist. Die Ablenkeinheit 70 kann auch eine oder mehrere kleine Öffnungen 88 (z.B. 4) enthalten, die sich durch den radial und axial nach innen vorstehenden Arm 78 oder die Seitenwand 86 hindurch erstrecken, sodass die Ablenkeinheit 70 nicht nur wirkt, um die gesamte oder einen Teil der Anschwellumgehungsströmung F_b umzulenken, sondern auch um einen Teil der Anschwellumgehungsströmung oder der Verstopfungsumgehungsströmung (die in die entgegengesetzte Richtung in den Umgehungskanal 54 hinein strömt) durch diese Strukturen in den Haupteinlass 24 zu diffundieren.
Die Ablenkeinheitsoberfläche 74 oder die Innenfläche 38 oder beide können ausgestaltet sein, um die Umgehungsanschwellströmung F_b im Umgehungskanal 54 und speziell im Auslassabschnitt 76 zu verändern. Dies umfasst das Hinzufügen von Merkmalen zur Veränderung des Widerstands der Umgehungsanschwellströmung F_b durch diese hindurch, was umfasst, dass der Widerstand der Umgehungsanschwellströmung F_b im Auslassanschluss 76 verringert wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann die Ablenkeinheitsoberfläche 74 so ausgestaltet sein, dass sie eine oder mehrere sich peripher erstreckende Rillen 81 enthält. Die Rillen 81 können eine beliebige geeignete Rillenform und -größe aufweisen, die verschiedene kegelstumpfförmige (10A und 10B) und bogenförmige oder gebogene (10C und 10D) Rillenformen umfassen. Die Rillen 81 können auch kreisförmige Rillen sein und sich umlaufend in einer beabstandeten Anordnung um die Ablenkeinheitsoberfläche 74 herum erstrecken. Ohne durch eine Theorie eingeschränkt zu sein können die Rillen bewirken, dass sich der Oberflächenabschnitt 83 der Umgehungsanschwellströmung F_b entlang der Ablenkeinheitsoberfläche 74 verwirbelt, wodurch Wirbel 85 oder Wirbelströme erzeugt werden, welche den Luftwiderstand des Hauptabschnitts 87 der Umgehungsanschwellströmung F_b verringern, wenn sie durch den Auslassabschnitt 76 läuft, wie in 10A - 10D dargestellt ist.
Der Einbau der Ablenkeinheit 74 verringert auf effektive Weise die Schaufelpassierfrequenzgeräusche, oder die Turbowimmergeräusche, die vom Kompressor 70 aufgrund des Vorhandenseins des Umgehungsanschlusses 56 und des direkten Schallpfads vom Kompressorrad 40 bei allen Drehzahl- und Lastbedingungen des Kompressors 10 und des Turboladers 5 erzeugt werden. Die Ablenkeinheit 74 kann so entworfen sein, dass sie eine Verringerung der Schaufelpassierfrequenzgeräusche über ein vorbestimmtes Frequenzspektrum bereitstellt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die Ablenkeinheit 74 effektiv bei der Verringerung von Geräuschen, die in einem vorbestimmten Frequenzspektrum von etwa 400 bis etwa 4000 Hz erzeugt werden. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist die Ablenkeinheit 74 effektiv beim Verringern von Geräuschen, die in einem vorbestimmten Frequenzspektrum von etwa 400 bis 1700 Hz erzeugt werden.
Obwohl die Erfindung mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute auf dem Gebiet verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können und Elemente durch Äquivalente derselben ersetzt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Zudem können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine spezielle Situation oder ein spezielles Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne deren wesentlichen Umfang zu verlassen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Umfang der vorliegenden Anmeldung fallen.

Claims

Kompressor (10) für einen Turbolader (5), umfassend: ein Kompressorgehäuse (20), wobei das Kompressorgehäuse (20) eine Gehäusewand (22) aufweist, wobei die Gehäusewand (22) eine Ummantelung (34) umfasst, die eine Innenwand (36) aufweist, die einen zentralen Luftkanal (52) des Kompressors (10) definiert, wobei die Ummantelung (34) einen Kompressoreinlass (24) in Fluidverbindung mit dem zentralen Luftkanal (52) definiert; eine Einlassrohrleitung (50), die über dem Kompressoreinlass (24) abdichtend angeordnet ist, wobei die Einlassrohrleitung (50) einen Rohrleitungsluftkanal umfasst, der ausgestaltet ist, um Luft an den Kompressoreinlass (24) und den zentralen Luftkanal (52) zu liefern; ein Kompressorrad (40), das innerhalb der Ummantelung (34) in der Nähe der Innenwand (36) drehbar angeordnet ist und an einer Drehwelle (42) angebracht ist, wobei das Rad (40) eine Vielzahl von umlaufend beabstandeten, sich axial erstreckenden Kompressorflügeln (46) umfasst, die radial aus einer Nabe (48) hervorstehen, wobei die Flügel (46) ausgestaltet sind, um bei einer Drehung des Rads (40) Luft aus der Einlassrohrleitung (50) in den Kompressoreinlass (24) hinein zu saugen und eine Hauptluftströmung (F_m) im zentralen Luftkanal (52) axial zu einem Kompressorauslass (32) hin zu erzeugen; einen Umgehungskanal (54), der sich zwischen einer Öffnung im zentralen Luftkanal (52), die sich zwischen dem Kompressoreinlass (24) und dem Kompressorauslass (32) in der Nähe der Kompressorflügel (46) befindet, und dem Kompressoreinlass (24) erstreckt; und eine Ablenkeinheit (70), die eine Ablenkeinheitsoberfläche (74) umfasst, die ausgestaltet ist, um eine Umgehungsluftströmung (F_b) im Umgehungskanal (54) zu lenken, und sie in eine Richtung vom zentralen Luftkanal (52) zum Kompressoreinlass (24) hin, in den Kompressoreinlass (24) hinein axial und radial nach innen zum Kompressorrad (40) hin strömen zu lassen; dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheitsoberfläche (74) eine oder mehrere sich peripher erstreckende Rillen (81) enthält.
Kompressor (10) nach Anspruch 1, wobei die Ablenkeinheitsoberfläche (74) in der Nähe einer Innenfläche (38) der Ummantelung (34) angeordnet ist, um einen Auslassabschnitt (76) des Umgehungskanals (54) zu definieren.
Kompressor (10) nach Anspruch 1, wobei die Ablenkeinheit (70) einen Ablenkeinheitsarm (78) umfasst, der sich axial und radial nach innen zu dem Kompressorrad (40) hin erstreckt.
Kompressor (10) nach Anspruch 1, wobei die Ablenkeinheit (70) an der Einlassrohrleitung (50) angeordnet ist.
Kompressor (10) nach Anspruch 1, wobei die Ablenkeinheit (70) am Kompressorgehäuse (20) angeordnet ist.
Kompressor (10) nach Anspruch 1, ferner eine Manschette (80) umfassend, die zwischen dem Kompressoreinlass (24) und der Einlassrohrleitung (50) abdichtend angeordnet ist, wobei die Ablenkeinheit (70) an der Manschette (80) angeordnet ist.
Kompressor (10) nach Anspruch 1, wobei die Ablenkeinheit (70) einen Ablenkeinheitsarm (78) umfasst, der sich axial und radial nach innen zu dem Kompressorrad (40) hin erstreckt.
Manschette (80), die zur abdichtenden Anordnung zwischen einer Einlassrohrleitung (50) und einem Kompressoreinlass (24) eines Turboladers (5) ausgestaltet ist, wobei die Manschette (80) eine Ablenkeinheit (70) umfasst, die eine Ablenkeinheitsoberfläche (74) aufweist, die ausgestaltet ist, um eine Umgehungsluftströmung (F_b) von einem Umgehungskanal (54) zu lenken und sie in eine Richtung von einem Hauptkanal (52) des Kompressors (10) zu dem Kompressoreinlass (24) hin in den Kompressoreinlass (24) axial und radial nach innen zu einem Kompressorrad (40) hin strömen zu lassen; wobei die Ablenkeinheitsoberfläche (74) eine oder mehrere sich peripher erstreckende Rillen (81) enthält.
Einlassrohrleitung (50), die zur abdichtenden Anordnung an einem Kompressoreinlass (24) eines Turboladers (5) ausgestaltet ist, wobei die Einlassrohrleitung (50) eine Ablenkeinheit (70) umfasst, die eine Ablenkeinheitsoberfläche (74) aufweist, die ausgestaltet ist, um eine Umgehungsluftströmung (F_b) aus einem Umgehungskanal (54) zu lenken und sie in eine Richtung von einem Hauptkanal (52) des Kompressors (10) zu dem Kompressoreinlass (24) hin in den Kompressoreinlass (24) hinein axial und radial nach innen zu einem Kompressorrad (40) hin strömen zu lassen; wobei die Ablenkeinheitsoberfläche (74) eine oder mehrere sich peripher erstreckende Rillen (81) enthält.
Verfahren zum Betreiben eines Kompressors (10) eines Turboladers (5), das umfasst, dass: ein Kompressor (10) bereitgestellt wird, der einen Umgehungskanal (54) aufweist, der sich zwischen einer Öffnung in einem Hauptkanal (52) des Kompressors (10), die sich zwischen dem Kompressoreinlass (24) und dem Kompressorauslass (32) in der Nähe der Kompressorflügel (46) befindet, und dem Kompressoreinlass (24) erstreckt; eine Ablenkeinheit (70) bereitgestellt wird, die eine Ablenkeinheitsoberfläche (74) umfasst, die ausgestaltet ist, um eine Umgehungsluftströmung (F_b) im Umgehungskanal (54) zu lenken, und sie in eine Richtung vom Hauptkanal (52) zu dem Kompressoreinlass (24) hin, in den Kompressoreinlass (24) hinein axial und radial nach innen zu dem Kompressorrad (40) hin strömen zu lassen, wobei die Ablenkeinheitsoberfläche (74) eine oder mehrere sich peripher erstreckende Rillen (81) enthält; und der Kompressor (10) in einer Anschwellbedingung betrieben wird, um die Umgehungsluftströmung (F_b) zu erzeugen, wobei die Umgehungsluftströmung (F_b) in den Kompressoreinlass (24) hinein axial und radial nach innen zu dem Kompressorrad (40) hin strömt.