DE102020124717A1

DE102020124717A1 - Turbolader einschliesslich eines turbinengehäuses zum reduzieren von ermüdung bei hoher wechselzahl

Info

Publication number: DE102020124717A1
Application number: DE102020124717.6A
Authority: DE
Inventors: Paul Troxler; David George Grabowska
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2019-10-14
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2021-04-15
Also published as: US11480097B2; US20210108555A1; CN213743545U

Abstract

Ein Turbolader enthält ein um eine Achse drehbares Turbinenrad und ein um das Turbinenrad angeordnetes Turbinengehäuse. Das Turbinengehäuse weist einen Einlassabschnitt, der einen Turbinengehäuseeinlass definiert, und einen Spiralgehäuseabschnitt auf, der das Turbinengehäuseinnere definiert. Der Spiralgehäuseabschnitt weist eine erste Spiralgehäusewand, eine zweite Spiralgehäusewand, die von der ersten Spiralgehäusewand beabstandet ist, und eine Zunge auf, die den Turbinengehäuseeinlass und das Turbinengehäuseinnere trennt. Die Zunge weist einen ersten Zungenabschnitt, der sich von der ersten Spiralgehäusewand im Wesentlichen in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand entlang der Achse erstreckt, einen zweiten Zungenabschnitt, der sich von dem ersten Zungenabschnitt im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Achse erstreckt, und einen dritten Zungenabschnitt auf, der sich von dem zweiten Zungenabschnitt im Wesentlichen in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand entlang der Achse erstreckt, um die Ermüdung des Turbinenrades bei hoher Wechselzahl zu reduzieren.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Turbolader zum Abgeben von Druckluft an einen Verbrennungsmotor und zum Aufnehmen von Abgas aus dem Verbrennungsmotor.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Turbolader nehmen Abgase von einem Verbrennungsmotor auf und geben Druckluft an den Verbrennungsmotor ab. Turbolader werden verwendet, um die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors zu erhöhen, den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors zu senken und die von dem Verbrennungsmotor erzeugten Emissionen zu reduzieren. Die Abgabe von Druckluft an den Verbrennungsmotor durch den Turbolader ermöglicht es, dass der Verbrennungsmotor kleiner ist, jedoch dennoch die gleiche oder eine ähnliche Menge an Pferdestärke wie größere, selbstansaugende Verbrennungsmotoren entwickeln kann. Ein kleinerer Verbrennungsmotor für die Verwendung in dem Fahrzeug reduziert die Masse und die aerodynamische Frontfläche des Fahrzeugs, was dazu beiträgt, den Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors zu reduzieren und den Kraftstoffökonomie des Fahrzeugs zu verbessern.
Typische Turbolader enthalten ein um eine Achse drehbares Turbinenrad und ein um das Turbinenrad angeordnetes Turbinengehäuse. Typische Turbinengehäuse weisen einen Einlassabschnitt auf, der einen Turbinengehäuseeinlass definiert, der konfiguriert ist, um mit dem Verbrennungsmotor in Verbindung zu stehen, um Abgase von dem Verbrennungsmotor aufzunehmen. Typische Turbinengehäuse weisen ebenso einen Spiralgehäuseabschnitt auf, der sich von dem Einlassabschnitt in Umfangsrichtung um die Achse erstreckt. Der Spiralgehäuseabschnitt definiert konventionell ein Turbinengehäuseinneres in Fluidverbindung mit dem Turbinengehäuseeinlass zum Aufnehmen von Abgas aus dem Turbinengehäuseeinlass, und definiert konventionell einen Turbinengehäuseauslass in Fluidverbindung mit dem Turbinengehäuseinneren zum Ausstoßen von Abgas aus dem Turbinengehäuseinneren.
Bei vielen konventionellen Turboladern weist das Turbinengehäuse eine Zunge auf, die den Turbinengehäuseeinlass und das Turbinengehäuseinnere trennt, um den Abgasstrom in dem Spiralgehäuseabschnitt des Turbinengehäuses zu dem Turbinenrad zu leiten. Konventionelle Zungen wurden entworfen, um die aerodynamische Leistung zu optimieren, lenken jedoch den Abgasstrom nachteilig in Richtung des Turbinenrads, sodass das Turbinenrad einer Ermüdung bei hoher Wechselzahl (high cycle fatigue - HCF) ausgesetzt sein kann, die zum Versagen des Turbinenrads führt. Konventionelle Turbinengehäuse sind entworfen, um die aerodynamische Leistung maximieren, indem sie auf eine bevorzugte Abgasdurchflussrate, die durch den Spiralgehäuseabschnitt des Turbinengehäuses strömt, abzielen und den thermischen Wirkungsgrad des Turboladers bei der bevorzugten Abgasdurchflussrate, die durch den Spiralgehäuseabschnitt des Turbinengehäuses strömt, maximieren.
Während des Betriebs des Turboladers strömt das Abgas mit der bevorzugten Durchflussrate von dem Verbrennungsmotor durch den Einlassabschnitt des Turbinengehäuses und zu dem Spiralgehäuseabschnitt des Turbinengehäuses. Die Zunge lenkt den Abgasstrom zu dem Turbinenrad, und der Abgasstrom erzeugt einen Druckimpuls von der Zunge zu dem Turbinenrad.
Der Druckimpuls ist durch eine schmale und scharfe Spitze in dem Druck des Abgases in der Nähe der Zunge gekennzeichnet, die eine Eigenfrequenz anregt, bei der das Turbinenrad während des Betriebs des Turboladers in Resonanz tritt. Anders gesagt, die schmale und scharfe Spitze des Druckimpulses kann die Eigenfrequenz des Turbinenrades verstärken und dazu führen, dass das Turbinenrad Resonanz zeigt. Die Resonanz des Turbinenrades führt zu einem erhöhten Risiko einer Ermüdung bei hoher Wechselzahl des Turbinenrades. Eine Ermüdung bei hoher Wechselzahl wiederum kann dazu führen, dass sich Risse in dem Turbinenrad ausbilden, die das Potenzial aufweisen, zu bewirken, dass das Turbinenrad ausfällt. Daher kann der Druckimpuls die Haltbarkeit des Turbinenrads verringern, indem er die Wahrscheinlichkeit eines Ausfallens aufgrund einer Ermüdung bei hoher Wechselzahl durch die Resonanz des Turbinenrads erhöht.
Daher besteht weiterhin die Notwendigkeit, ein verbessertes Turbinengehäuse für einen Turbolader bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG UND VORTEILE
Die vorliegende Erfindung stellt einen Turbolader zum Abgeben von Druckluft an einen Verbrennungsmotor und zum Aufnehmen von Abgas aus dem Verbrennungsmotor bereit. Der Turbolader enthält ein um eine Achse drehbares Turbinenrad und ein um das Turbinenrad angeordnetes Turbinengehäuse. Das Turbinengehäuse enthält einen Einlassabschnitt und einen Spiralgehäuseabschnitt. Der Einlassabschnitt erstreckt sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende gegenüber dem ersten Ende, und der Einlassabschnitt definiert einen Turbinengehäuseeinlass, der konfiguriert ist, um an dem ersten Ende mit dem Verbrennungsmotor in Fluidverbindung zu stehen, um Abgas von dem Verbrennungsmotor aufzunehmen. Der Spiralgehäuseabschnitt erstreckt sich von dem Einlassabschnitt an dem zweiten Ende und erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Achse. Der Spiralgehäuseabschnitt weist eine erste Spiralgehäusewand und eine zweite Spiralgehäusewand auf, die von der ersten Spiralgehäusewand entlang der Achse beabstandet ist.
Der Spiralgehäuseabschnitt des Turbinengehäuses definiert ein Turbinengehäuseinneres und einen Turbinengehäuseauslass. Das Turbinengehäuseinnere ist mit dem Turbinengehäuseeinlass zum Aufnehmen von Abgas aus dem Turbinengehäuseeinlass in Fluidverbindung und der Turbinengehäuseauslass ist mit dem Turbinengehäuseinneren zum Ausstoßen von Abgas aus dem Turbinengehäuseinneren in Fluidverbindung. Das Turbinengehäuse weist eine Zunge auf, die den Turbinengehäuseeinlass und das Turbinengehäuseinnere trennt.
Die Zunge weist einen ersten Zungenabschnitt, einen zweiten Zungenabschnitt und einen dritten Zungenabschnitt auf. Der erste Zungenabschnitt erstreckt sich von der ersten Spiralgehäusewand im Wesentlichen in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand entlang der Achse, der zweite Zungenabschnitt erstreckt sich von dem ersten Zungenabschnitt im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Achse und der dritte Zungenabschnitt erstreckt sich von dem zweiten Zungenabschnitt im Wesentlichen in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand entlang der Achse, um die Ermüdung des Turbinenrades bei hoher Wechselzahl zu reduzieren.
Die meisten konventionellen Turbolader sind entworfen, um die aerodynamische Leistung maximieren, indem sie auf eine bevorzugte Abgasdurchflussrate, die durch den Spiralgehäuseabschnitt des Turbinengehäuses strömt, abzielen und den thermischen Wirkungsgrad des Turboladers bei der bevorzugten Abgasdurchflussrate maximieren. Der Turbolader der vorliegenden Erfindung maximiert jedoch die Belastbarkeit des Turbinenrads gegenüber Ermüdung bei hoher Wechselzahl, wodurch die Dauerhaftigkeit des Turbinenrads selbst maximiert wird.
Die ersten, zweiten und dritten Zungenabschnitte erzeugen eine Störung in dem Abgasstrom von dem Verbrennungsmotor, in dem Spiralgehäuseabschnitt des Turbinengehäuses und zu dem Turbinenrad. Diese Störung in dem Abgasstrom verändert die Kennzeichen eines Druckimpulses des Abgases von der Zunge zu dem Turbinenrad.
Der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt derart entworfen, dass die erzeugte Störung die Kennzeichen des Druckimpulses verändert, indem der Druckimpuls geformt wird, um den Spektralgehalt zu entfernen, der einer Eigenfrequenz entspricht, bei der das Turbinenrad während des Betriebs des Turboladers in Resonanz tritt. Es ist daher weniger wahrscheinlich, dass das Turbinenrad Resonanz zeigt, die durch den Abgasstrom aus der Zunge bewirkt wird, und es ist ebenso weniger wahrscheinlich, dass das Turbinenrad einer Ermüdung bei hoher Wechselzahl ausgesetzt wird, die dazu führen kann, dass sich Risse in dem Turbinenrad ausbilden und diese das Potenzial aufweisen, zu bewirken, dass das Turbinenrad ausfällt. Das Turbinenrad weist wiederrum eine erhöhte Dauerhaftigkeit auf, da es weniger wahrscheinlich ist, dass es durch Resonanz einer Ermüdung bei hoher Wechselzahl ausgesetzt wird.
Figurenliste
Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht anerkannt, da diese durch die folgende ausführliche Beschreibung besser verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet werden, wobei:

1 eine schematische Darstellung eines Turboladers entlang einer Achse ist;
2 eine perspektivische Ansicht des Turboladers in 1 entlang der Achse ist;
3 eine perspektivische Ansicht des Turboladers ist, die ein Turbinenrad und eine Zunge zeigt;
4 eine vergrößerte Ansicht des in 3 dargestellten Turboladers ist,
5A eine Teilquerschnittsansicht des in 4 dargestellten Turboladers ist, wobei die Zunge einen ersten, zweiten und dritten Zungenabschnitt aufweist;
5B eine Teilquerschnittsansicht des in 4 dargestellten Turboladers ist, wobei der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt zusammen eine wellenförmige Konfiguration bilden, um eine wellenförmige Zunge auszubilden;
5C eine Teilquerschnittsansicht des in 4 dargestellten Turboladers ist, wobei die Zunge ferner einen vierten Zungenabschnitt aufweist, der sich von dem dritten Zungenabschnitt im Wesentlichen um in Umfangsrichtung um die Achse erstreckt, und einen fünften Zungenabschnitt aufweist, der sich von dem vierten Zungenabschnitt im Wesentlichen in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand entlang der Achse erstreckt;
5D eine Teilquerschnittsansicht des in 4 dargestellten Turboladers ist, wobei der vierte und fünfte Zungenabschnitt zusammen eine wellenförmige Konfiguration bilden, um die wellenförmige Zunge auszubilden;
5E eine Teilquerschnittsansicht des in 4 dargestellten Turboladers ist, wobei der erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Zungenabschnitt eine Rille definieren, um eine gerillte Zunge auszubilden;
5F eine Teilquerschnittsansicht des in 4 dargestellten Turboladers ist, wobei der erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Zungenabschnitt der gerillten Zunge zusammen eine wellenförmige Konfiguration bilden;
5G eine Teilquerschnittsansicht des in 4 dargestellten Turboladers ist, wobei der erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Zungenabschnitt mit zwei ausgeprägten Stufen abgestuft ist, um eine doppelt abgestufte Zunge auszubilden;
5H eine Teilquerschnittsansicht des in 4 dargestellten Turboladers ist, wobei der erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Zungenabschnitt die wellenförmige Konfiguration aufweisen, die sich der doppelt abgestuften Zunge annähert;
51 eine Teilquerschnittsansicht des in 4 dargestellten Turboladers ist, wobei der Turbolader eine erste und eine zweite Spiralgehäusewand mit einer dazwischen definierten Spiralgehäusebreite aufweist, und wobei sich der erste Zungenabschnitt von der ersten Spiralgehäusewand 10% bis 50 % der Spiralgehäusebreite in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand erstreckt;
5J eine Teilquerschnittsansicht des in 4 dargestellten Turboladers ist, wobei sich der dritte Zungenabschnitt von dem zweiten Zungenabschnitt 50 % bis 90 % der Spiralgehäusebreite in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand erstreckt und wobei sich der dritte Zungenabschnitt vollständig bis zu der zweiten Spiralgehäusewand erstreckt;
5K eine Teilquerschnittsansicht des in 4 dargestellten Turboladers ist, wobei sich der zweite Zungenabschnitt 10 Grad um die Achse erstreckt; und
5L eine Teilquerschnittsansicht des in 4 dargestellten Turboladers ist, wobei sich der zweite Zungenabschnitt 40 Grad um die Achse erstreckt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen in den verschiedenen Ansichten gleiche Teile durch gleiche Ziffern angegeben sind, ist ein Turbolader 20 in 1 schematisch dargestellt. Der Turbolader 20 gibt Druckluft an einen Verbrennungsmotor ab und nimmt die Abgase des Verbrennungsmotors auf. Der Turbolader 20 enthält ein um eine Achse A drehbares Turbinenrad 24 und ein um das Turbinenrad 24 angeordnetes Turbinengehäuse 26. Wie in 2 und 3 gezeigt, enthält das Turbinengehäuse 26 einen Einlassabschnitt 28 und einen Spiralgehäuseabschnitt 30. Der Einlassabschnitt 28 erstreckt sich zwischen einem ersten Ende 32 und einem zweiten Ende 34 gegenüber dem ersten Ende 32, und der Einlassabschnitt 28 definiert einen Turbinengehäuseeinlass 36, der konfiguriert ist, um an dem ersten Ende 32 mit dem Verbrennungsmotor in Fluidverbindung zu stehen, um Abgas von dem Verbrennungsmotor aufzunehmen. Der Spiralgehäuseabschnitt 30 erstreckt sich von dem Einlassabschnitt 28 an dem zweiten Ende 34 und erstreckt sich in Umfangsrichtung um die Achse A. Der Spiralgehäuseabschnitt 30 weist eine erste Spiralgehäusewand 38 und eine zweite Spiralgehäusewand 40 auf, die von der ersten Spiralgehäusewand 38 entlang der Achse A beabstandet ist.
Der Spiralgehäuseabschnitt 30 des Turbinengehäuses 26 definiert ein Turbinengehäuseinneres 42 und einen Turbinengehäuseauslass 44. Das Turbinengehäuseinnere 42 ist mit dem Turbinengehäuseeinlass 36 zum Aufnehmen von Abgas aus dem Turbinengehäuseeinlass 36 in Fluidverbindung und der Turbinengehäuseauslass 44 ist mit dem Turbinengehäuseinneren 42 zum Ausstoßen von Abgas aus dem Turbinengehäuseinneren 42 in Fluidverbindung. Wie in 3 gezeigt, weist das Turbinengehäuse 26 eine Zunge 46 auf, die den Turbinengehäuseeinlass 36 und das Turbinengehäuseinnere 42 trennt.
Die Zunge 46 weist einen ersten Zungenabschnitt 48, einen zweiten Zungenabschnitt 50 und einen dritten Zungenabschnitt 52 auf. Der erste Zungenabschnitt 48 erstreckt sich von der ersten Spiralgehäusewand 38 im Wesentlichen in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 entlang der Achse A, der zweite Zungenabschnitt 50 erstreckt sich von dem ersten Zungenabschnitt 48 im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Achse A, und der dritte Zungenabschnitt 52 erstreckt sich von dem zweiten Zungenabschnitt 50 im Wesentlichen in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 entlang der Achse A. Obwohl nicht erforderlich, kann sich der erste Zungenabschnitt 48 direkt von der ersten Spiralgehäusewand 38 erstrecken, kann sich der zweite Zungenabschnitt 50 direkt von dem ersten Zungenabschnitt 48 erstrecken und kann sich der dritte Zungenabschnitt 52 direkt von dem zweiten Zungenabschnitt 50 erstrecken. Zusammen reduzieren der erste Zungenabschnitt 48, der zweite Zungenabschnitt 50 und der dritte Zungenabschnitt 52 die Ermüdung des Turbinenrades 24 bei hoher Wechselzahl.
Während die meisten konventionellen Turbinengehäuse gestaltet sind, um die aerodynamische Leistung zu maximieren, indem sie auf eine bevorzugte Durchflussrate des Abgases abzielen, das durch den Spiralgehäuseabschnitt 30 des Turbinengehäuses 26 strömt, und den thermischen Wirkungsgrad des Turboladers 20 bei der bevorzugten Durchflussrate maximieren, ist das Turbinengehäuse 26 der vorliegenden Erfindung gestaltet, um die Belastbarkeit des Turbinenrads 24 gegenüber einer Ermüdung bei hoher Wechselzahl maximiert wird, wodurch die Dauerhaftigkeit des Turbinenrads 24 selbst maximiert wird.
Die ersten, zweiten und dritten Zungenabschnitte 48, 50, 52 erzeugen eine Störung in dem Abgasstrom von dem Verbrennungsmotor, in dem Spiralgehäuseabschnitt 30 des Turbinengehäuses 26 und zu dem Turbinenrad 24. Diese Störung in dem Abgasstrom verändert die Kennzeichen eines Druckimpulses des Abgases von der Zunge 46 zu dem Turbinenrad 24.
Der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt 48, 50, 52 derart entworfen, dass die erzeugte Störung die Kennzeichen des Druckimpulses verändert, indem der Druckimpuls geformt wird, um den Spektralgehalt zu entfernen, der einer Eigenfrequenz entspricht, bei der das Turbinenrad während des Betriebs des Turboladers in Resonanz tritt. Genauer gesagt können der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt 48, 50, 52 gestaltet sein, um die Breite des Druckimpulses auszuweiten und die Amplitude des Druckimpulses derart zu senken, dass der Druckimpuls weniger wahrscheinlich die Eigenfrequenz anregt, bei der das Turbinenrad 24 während des Betriebs des Turboladers 10 in Resonanz tritt. Es ist daher weniger wahrscheinlich, dass das Turbinenrad 24 Resonanz zeigt, die durch den Abgasstrom aus der Zunge 46 bewirkt wird, und es ist ebenso weniger wahrscheinlich, dass das Turbinenrad 24 einer Ermüdung bei hoher Wechselzahl ausgesetzt wird, die dazu führen kann, dass sich Risse in dem Turbinenrad 24 ausbilden und diese das Potenzial aufweisen, zu bewirken, dass das Turbinenrad 24 ausfällt. Das Turbinenrad 24 weist wiederrum eine erhöhte Dauerhaftigkeit auf, da es weniger wahrscheinlich ist, dass es durch Resonanz einer Ermüdung bei hoher Wechselzahl ausgesetzt wird.
In einer Ausführungsform definieren der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt 48, 50, 52 zusammen einen radialen Querschnitt 54 zwischen der ersten und zweiten Spiralgehäusewand 38, 40. Der radiale Querschnitt 54 des ersten, zweiten und dritten Zungenabschnitts 48, 50, 52 bleibt in Umfangsrichtung entlang einer Länge L der Zunge 46 konstant.
Alternativ können der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt 48, 50, 52 zusammen den radialen Querschnitt 54 zwischen der ersten und zweiten Spiralgehäusewand 38, 40 definieren, der in Umfangsrichtung entlang der Länge L der Zunge 46 variiert. In einem nicht einschränkenden Beispiel nimmt der radiale Querschnitt 54 des ersten, zweiten und dritten Zungenabschnitts 48, 50, 52 ab, wenn sich der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt 48, 50, 52 in Umfangsrichtung entlang der Länge L der Zunge 46 in Richtung des zweiten Endes 34 des Einlassabschnitts 28 erstreckt. In einem anderen nicht einschränkenden Beispiel nimmt der radiale Querschnitt 54 des ersten, zweiten und dritten Zungenabschnitts 48, 50, 52 zu, wenn sich der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt 48, 50, 52 in Umfangsrichtung entlang der Länge L der Zunge 46 in Richtung des zweiten Endes 34 des Einlassabschnitts 28 erstreckt.
Darüber hinaus bleibt in einer Ausführungsform der radiale Querschnitt 54 des ersten, zweiten und dritten Zungenabschnitts 48, 50, 52 radial von der Achse A weg konstant. In einer anderen Ausführungsform variiert der radiale Querschnitt des ersten, zweiten und dritten Zungenabschnitts 48, 50, 52, wenn sich der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt 48, 50, 52 radial von der Achse A weg erstreckt. In einem nicht einschränkenden Beispiel nimmt der radiale Querschnitt des ersten, zweiten und dritten Zungenabschnitts 48, 50, 52 zu, wenn sich der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt 48, 50, 52 radial von der Achse A weg erstreckt. In einem anderen nicht einschränkenden Beispiel nimmt der Querschnitt des ersten, zweiten und dritten Zungenabschnitts 48, 50, 52 ab, wenn sich der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt 48, 50, 52 radial von der Achse A weg erstreckt.
In einer anderen Ausführungsform weisen die erste und zweite Spiralgehäusewand 38, 40 eine dazwischen definierte Spiralgehäusebreite W auf und der erste Zungenabschnitt 48 erstreckt sich von der ersten Spiralgehäusewand 38 10 bis zu 90 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40. Es ist zu beachten, dass dieser Bereich nur beispielhaft ist. Der erste Zungenabschnitt 48 kann sich von der ersten Spiralgehäusewand 38 um mehr als 90 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken, oder der erste Zungenabschnitt 48 kann sich von der ersten Spiralgehäusewand um weniger als 10 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken. Beispielhafte erste Zungenabschnitte 48 mit Werten, die in den Bereich der Spiralgehäusebreite W fallen, sodass sich der erste Zungenabschnitt 48 von der ersten Spiralgehäusewand 38 in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken kann, sind in 5A, 51 und 5J gezeigt.
In einer Ausführungsform, wie in 51 gezeigt, erstreckt sich der erste Zungenabschnitt 48 von der ersten Spiralgehäusewand 38 10 % bis 50 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40. Als nicht einschränkende Beispiele, die sich auf diese Ausführungsform beziehen, kann sich der erste Zungenabschnitt 48 von der ersten Spiralgehäusewand 38 10 % bis 40 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken, kann sich der erste Zungenabschnitt 48 20 % bis 40 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken, oder kann sich der erste Zungenabschnitt 48 20 % bis 30 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken. In einer anderen Ausführungsform, wie in 5A gezeigt, erstreckt sich der erste Zungenabschnitt 48 von der ersten Spiralgehäusewand 38 ungefähr 50 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40. Als ein nicht einschränkendes Beispiel, das sich auf diese Ausführungsform bezieht, kann sich der erste Zungenabschnitt 48 von der ersten Spiralgehäusewand 38 45 % bis 55 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken. In noch einer anderen Ausführungsform, wie in 5J gezeigt, erstreckt sich der erste Zungenabschnitt 48 von der ersten Spiralgehäusewand 38 50 % bis 90 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40. Als nicht einschränkende Beispiele, die sich auf diese Ausführungsform beziehen, kann sich der erste Zungenabschnitt 48 von der ersten Spiralgehäusewand 38 60 % bis 90 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken, kann sich der erste Zungenabschnitt 48 von der ersten Spiralgehäusewand 38 60% bis 80 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken, oder kann sich der erste Zungenabschnitt 48 von der ersten Spiralgehäusewand 38 70 % bis 80 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken.
In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich der zweite Zungenabschnitt 50 um 10 bis 40 Grad um die Achse A. Es ist zu beachten, dass dieser Bereich nur beispielhaft ist. Der zweite Zungenabschnitt 50 kann sich von dem ersten Zungenabschnitt 48 bis zu dem dritten Zungenabschnitt 52 um mehr als 40 Grad um die Achse A erstrecken, oder der zweite Zungenabschnitt 50 kann sich von dem ersten Zungenabschnitt 48 bis zu dem dritten Zungenabschnitt 52 um weniger als 10 Grad um die Achse A erstrecken. Als nicht einschränkende Beispiele, die sich auf diese Ausführungsform beziehen, kann sich der zweite Zungenabschnitt 50 um 15 bis 35 Grad um die Achse A erstrecken, oder der zweite Zungenabschnitt 50 kann sich um 20 bis 30 Grad um die Achse A erstrecken. Beispielhafte zweite Zungenabschnitte 50 mit Werten, die in den Bereich der Grade fallen, um die sich der zweite Zungenabschnitt 50 um die Achse erstrecken kann, sind in 5A, 5K und 5L gezeigt.
In einer Ausführungsform, wie in der 5K gezeigt, erstreckt sich der zweite Zungenabschnitt 50 um 10 Grad um die Achse A. In einer anderen Ausführungsform, wie in 5L gezeigt, erstreckt sich der zweite Zungenabschnitt 50 40 Grad um die Achse A. In noch einer anderen Ausführungsform, wie in 5A gezeigt, erstreckt sich der zweite Zungenabschnitt 50 mehr als 40 Grad um die Achse A.
Darüber hinaus erstreckt sich in einer anderen Ausführungsform der dritte Zungenabschnitt 52 von dem zweiten Zungenabschnitt 50 10% bis 90 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40. Es ist zu beachten, dass dieser Bereich nur beispielhaft ist. Der dritte Zungenabschnitt 52 kann sich von dem zweiten Zungenabschnitt 50 in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 um mehr als 90 % der Spiralgehäusebreite W erstrecken, oder der dritte Zungenabschnitt 52 kann sich von dem zweiten Zungenabschnitt 50 in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 um weniger als 10 % der Spiralgehäusebreite W erstrecken. Beispielhafte dritte Zungenabschnitte 52 mit Werten, die in den Bereich der Spiralgehäusebreite W fallen, in dem sich der dritte Zungenabschnitt 52 von dem zweiten Zungenabschnitt 50 in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken kann, sind in 5A, 51 und 5J gezeigt.
In einer Ausführungsform, wie in 51 gezeigt, erstreckt sich der dritte Zungenabschnitt 52 von dem zweiten Zungenabschnitt 50 50 % bis 90 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40. Als nicht einschränkende Beispiele, die sich auf diese Ausführungsform beziehen, kann sich der dritte Zungenabschnitt 52 von dem zweiten Zungenabschnitt 50 60 % bis 90 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken, kann sich der dritte Zungenabschnitt 52 von dem zweiten Zungenabschnitt 50 60 % bis 80 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken, oder kann sich der dritte Zungenabschnitt 52 von dem zweiten Zungenabschnitt 50 70 % bis 80 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken. In einer anderen Ausführungsform, wie in 5A gezeigt, erstreckt sich der dritte Zungenabschnitt 52 von dem zweiten Zungenabschnitt 50 ungefähr 50 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40. Als ein nicht einschränkendes Beispiel, das sich auf diese Ausführungsform bezieht, kann sich der dritte Zungenabschnitt 52 von dem zweiten Zungenabschnitt 45 % bis 55 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken. In noch einer anderen Ausführungsform, wie in 5J gezeigt, erstreckt sich der dritte Zungenabschnitt 52 von dem zweiten Zungenabschnitt 50 10 % bis 50 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40. Als nicht einschränkende Beispiele, die sich auf diese Ausführungsform beziehen, kann sich der dritte Zungenabschnitt 52 von dem zweiten Zungenabschnitt 50 10% bis 40 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken, kann sich der dritte Zungenabschnitt 52 von dem zweiten Zungenabschnitt 50 20 % bis 40 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken, oder kann sich der dritte Zungenabschnitt 52 von dem zweiten Zungenabschnitt 50 20 % bis 30 % der Spiralgehäusebreite W in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken.
In einigen Ausführungsformen reicht der dritte Zungenabschnitt 52 vollständig bis zu der zweiten Spiralgehäusewand 40, wie in 5A, 5B und 51 - 5L gezeigt. Anders gesagt, in einigen Ausführungsformen berührt der dritte Zungenabschnitt 52 die zweite Spiralgehäusewand 40. In den Ausführungsformen, in denen der dritte Zungenabschnitt 52 vollständig bis zu der zweiten Spiralgehäusewand 40 reicht, weist die Zunge 46 nur den ersten, zweiten und dritten Zungenabschnitt 48, 50, 52 zwischen der ersten und zweiten Spiralgehäusewand 38, 40 auf.
In bestimmten Ausführungsformen, wie in 5B, 5D, 5F und 5H gezeigt, bilden der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt 48, 50, 52 zusammen eine wellenförmige Konfiguration 56 aus. Die wellenförmige Konfiguration 56 kann sinusförmig sein, kann tangential sein, kann wellig sein und/oder kann Spitzen oder Scheitelpunkte aufweisen. Die wellenförmige Konfiguration 56 kann ebenso glatte, kontinuierliche Übergänge zwischen dem ersten, zweiten und dritten Zungenabschnitt 48, 50, 52 ausbilden.
Bei einigen Ausführungsformen erstreckt sich der erste Zungenabschnitt 48 von der ersten Spiralgehäusewand 38 senkrecht bis zu der ersten Spiralgehäusewand 38, erstreckt sich der zweite Zungenabschnitt 50 von dem ersten Zungenabschnitt 48 senkrecht bis zu dem ersten Zungenabschnitt 48 und erstreckt sich der dritte Zungenabschnitt 52 von dem zweiten Zungenabschnitt 50 senkrecht bis zu dem zweiten Zungenabschnitt 50.
In den Ausführungsformen, in denen sich der dritte Zungenabschnitt 52 vollständig zu der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstreckt, erstreckt sich der erste Zungenabschnitt 48 von der ersten Spiralgehäusewand 38 senkrecht bis zu der ersten Spiralgehäusewand 38 und erstreckt sich der zweite Zungenabschnitt 50 von dem ersten Zungenabschnitt 48 senkrecht bis zu dem ersten Zungenabschnitt 48, kann sich der dritte Zungenabschnitt 52 von der zweiten Spiralgehäusewand 40 derart erstrecken, dass der dritte Zungenabschnitt 52 senkrecht zu der zweiten Spiralgehäusewand 40 ist. In dieser Ausführungsform erstrecken sich der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt 48, 50, 52 alle in einem Winkel von ungefähr 90 Grad relativ zueinander und/oder relativ zu der ersten und zweiten Spiralgehäusewand 38, 40. In dieser Ausführungsform sind der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt 48, 50, 52 derart abgestuft, dass sie eine gestufte Zunge 58 ausbilden, wie in 5A und 51 - 5L gezeigt.
Die abgestufte Zunge 58 ist eine einfache, jedoch wirkungsvolle Geometrie, die bei der Herstellung des Turboladers 20 hergestellt werden kann. Die gestufte Zunge 58 kann im Vergleich zu einer konventionellen Zunge zu einer etwa Reduktion der Belastung des Turbinenrades 24 von 14,5 % führen. Vorteilhaft ist ebenso, dass die abgestufte Zunge 58 die aerodynamische Leistung des Turboladers 20 nicht nennenswert verringert und sich der thermische Wirkungsgrad des Turboladers um keinen erheblichen Betrag verringert. Die abgestufte Zunge 58 reduziert daher die Ermüdung des Turbinenrads 24 bei hoher Wechselzahl und verringert die Wahrscheinlichkeit eines Versagens des Turbinenrads 24, ohne die aerodynamische Leistung oder den thermischen Wirkungsgrad des Turboladers 20 erheblich zu beeinträchtigen.
In anderen Ausführungsformen reicht der dritte Zungenabschnitt 52 nicht vollständig bis zu der zweiten Spiralgehäusewand 40. Mit anderen Worten, in anderen Ausführungsformen berührt der dritte Zungenabschnitt 52 die zweite Spiralgehäusewand 40 nicht. In diesen Ausführungsformen weist die Zunge 46 ferner einen vierten Zungenabschnitt 60 auf, der sich von dem dritten Zungenabschnitt 52 im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Achse A erstreckt, und die Zunge 46 weist ferner einen fünften Zungenabschnitt 62 auf, der sich von dem vierten Zungenabschnitt 60 im Wesentlichen in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 entlang der Achse A erstreckt. Obwohl nicht erforderlich, kann sich der vierte Zungenabschnitt 60 direkt von dem dritten Zungenabschnitt 52 erstrecken und kann sich der fünfte Zungenabschnitt 62 direkt von dem vierten Zungenabschnitt 60 erstrecken. Die Ausführungsformen einschließlich des vierten und fünften Zungenabschnitts 60, 62 sind in 5C - 5H dargestellt.
In den Ausführungsformen, in denen die Zunge 46 den vierten und fünften Zungenabschnitt 60, 62 aufweist, kann sich der erste Zungenabschnitt 48 von der ersten Spiralgehäusewand 38 an einer ersten Umfangsposition 64 erstrecken und der fünfte Zungenabschnitt 62 kann sich zu der zweiten Spiralgehäusewand 40 an einer zweiten Umfangsposition 66 erstrecken, die sich von der ersten Umfangsposition 64 unterscheidet. Anders gesagt, in diesen Ausführungsformen erstrecken sich der zweite und vierte Zungenabschnitt 50, 60 nicht in dem gleichen Grad um die Achse A, sodass sich der erste und fünfte Zungenabschnitt 48, 62 von der ersten Spiralgehäusewand 38 beziehungsweise in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 an verschiedenen, in Umfangsrichtung um die Achse A beabstandeten Positionen erstrecken.
Die erste Umfangsposition 64, an der sich der erste Zungenabschnitt 48 von der ersten Spiralgehäusewand 38 erstreckt, kann näher an dem zweiten Ende 34 des Einlassabschnitts 28 liegen, und die zweite Umfangsposition 66, an der sich der fünfte Zungenabschnitt 62 in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstreckt, kann weiter von dem zweiten Ende 34 des Einlassabschnitts 28 entfernt sein. Alternativ kann die erste Umfangsposition 64, an der sich der erste Zungenabschnitt 48 von der ersten Spiralgehäusewand 38 erstreckt, weiter von dem zweiten Ende 34 des Einlassabschnitts 28 entfernt sein, und die zweite Umfangsposition 66, an der sich der fünfte Zungenabschnitt 62 in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstreckt, kann näher an dem zweiten Ende 34 des Einlassabschnitts 28 liegen.
In alternativen Ausführungsformen erstreckt sich der erste Zungenabschnitt 48 von der ersten Spiralgehäusewand 38 an einer ersten Umfangsposition 64 und erstreckt sich der fünfte Zungenabschnitt 62 in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 an der ersten Umfangsposition 64, wie in 5C - 5F gezeigt. Anders gesagt, in diesen Ausführungsformen erstrecken sich der zweite und vierte Zungenabschnitt 50, 60 in dem gleichen Grad um die Achse A, sodass sich der erste und fünfte Zungenabschnitt 48, 62 von der ersten Spiralgehäusewand 38 beziehungsweise in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand 40 an der gleichen Position in Umfangsrichtung um die Achse A erstrecken.
Zusätzlich kann sich in den Ausführungsformen, in denen die Zunge 46 den vierten und fünften Zungenabschnitt 60, 62 aufweist, der fünfte Zungenabschnitt 62 vollständig bis zu der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken. Anders gesagt, in einigen Ausführungsformen berührt der fünfte Zungenabschnitt 62 die zweite Spiralgehäusewand 40. In den Ausführungsformen, in denen der fünfte Zungenabschnitt 62 vollständig bis zu der zweiten Spiralgehäusewand 40 reicht, weist die Zunge 46 nur den ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Zungenabschnitt 48, 50, 52, 60, 62 zwischen der ersten und zweiten Spiralgehäusewand 38, 40 auf.
In einigen Ausführungsformen erstrecken sich der zweite und vierte Zungenabschnitt 50, 60 in Umfangsrichtung im Wesentlichen in die gleiche Richtung. Anders gesagt, der zweite Zungenabschnitt 50 erstreckt sich von dem ersten Zungenabschnitt 48 in einer ersten Richtung in Umfangsrichtung um die Achse A, und der vierte Zungenabschnitt 60 erstreckt sich von dem dritten Zungenabschnitt 52 ebenso in der ersten Richtung in Umfangsrichtung um die Achse A, wie in 5G und 5H gezeigt. Der zweite und vierte Zungenabschnitt 50, 60 können sich um den gleichen Grad um die Achse A erstrecken oder sich um einen unterschiedlichen Grad um die Achse A erstrecken.
In anderen Ausführungsformen, bei denen die Zunge 46 den vierten und fünften Zungenabschnitt 60, 62 aufweist und sich der fünfte Zungenabschnitt 62 vollständig bis zu der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstreckt, definieren der erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Zungenabschnitt 48, 50, 52, 60, 62 eine Rille 68, sodass sie eine gerillte Zunge 70 ausbilden, wie in 5E und 5F gezeigt. In den Ausführungsformen, in denen die Zunge 46 die gerillte Zunge 70 ist, erstrecken sich der zweite und vierte Zungenabschnitt 50, 60 in Umfangsrichtung im Wesentlichen in verschiedene Richtungen. Anders gesagt, der zweite Zungenabschnitt 50 erstreckt sich von dem ersten Zungenabschnitt 48 in der ersten Richtung in Umfangsrichtung um die Achse A, und der vierte Zungenabschnitt 60 erstreckt sich von dem dritten Zungenabschnitt 52 in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung und in Umfangsrichtung um die Achse A. Der zweite und vierte Zungenabschnitt 50, 60 können sich um den gleichen Grad um die Achse A erstrecken oder sich um einen unterschiedlichen Grad um die Achse A erstrecken.
In bestimmten Ausführungsformen bilden der vierte und der fünfte Zungenabschnitt zusammen die wellenförmige Konfiguration 56 aus, wie in der 5F und 5H gezeigt. Die wellenförmige Konfiguration 56 kann sinusförmig sein, kann tangential sein, kann wellig sein und/oder kann Spitzen oder Scheitelpunkte aufweisen. Die wellenförmige Konfiguration 56 kann ebenso glatte, kontinuierliche Übergänge zwischen dem vierten und fünften Zungenabschnitt 60, 62 ausbilden. In den Ausführungsformen, in denen der erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Zungenabschnitt 48, 50, 52, 60, 62 zusammen die wellenförmige Konfiguration 56 ausbilden, weist die Zunge 46 glatte, kontinuierliche Übergänge zwischen dem dritten und vierten Zungenabschnitt 52, 60 auf, sodass sie eine wellenförmige Zunge 72 ausbilden.
Alternativ kann sich der vierte Zungenabschnitt 60 von dem dritten Zungenabschnitt 52 senkrecht bis zu dem dritten Zungenabschnitt 52 erstrecken, und der fünfte Zungenabschnitt 62 kann sich von dem vierten Zungenabschnitt 60 senkrecht bis zu dem vierten Zungenabschnitt 60 erstrecken. Der fünfte Zungenabschnitt 62 kann sich bis zu der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken, sodass der fünfte Zungenabschnitt 62 senkrecht zu der zweiten Spiralgehäusewand 40 ist.
In den Ausführungsformen, in denen sich der fünfte Zungenabschnitt 62 vollständig zu der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstreckt, erstreckt sich der vierte Zungenabschnitt 60 von dem dritten Zungenabschnitt 52 senkrecht zu dem dritten Zungenabschnitt 52 und erstreckt sich der fünfte Zungenabschnitt 62 von dem vierten Zungenabschnitt 60 senkrecht zu dem vierten Zungenabschnitt 60, kann sich der fünfte Zungenabschnitt 62 ebenso von der zweiten Spiralgehäusewand 40 erstrecken, sodass der fünfte Zungenabschnitt 62 senkrecht zu der zweiten Spiralgehäusewand 40 ist. In dieser Ausführung erstrecken sich der vierte und fünfte Zungenabschnitt 60, 62 in einem Winkel von ungefähr 90 Grad zueinander und/oder zu der zweiten Spiralgehäusewand 40. Zusätzlich sind in den Ausführungsformen, in denen sich der erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Zungenabschnitt 48, 50, 52, 60, 62 senkrecht zueinander erstrecken, sind der erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Zungenabschnitt 48, 50, 52, 60, 62 mit zwei verschiedenen Stufen gestuft, sodass sie eine doppelt gestufte Zunge 74 ausbilden, wie in 5G gezeigt.
Es ist zu beachten, dass die Zunge 46 mehrere Stufen ausbilden kann. Die Anzahl der von der Zunge ausgebildeten Stufen 46 hängt unter anderem von der Anzahl der Zungenabschnitte ab, die sich senkrecht zueinander erstrecken.
Die gerillte Zunge 70, die wellenförmige Zunge 72 und die doppelt gestufte Zunge 74 sind im Vergleich zu der gestuften Zunge 58 etwas komplexere Geometrien, während sie bei der Herstellung des Turboladers 20 noch relativ einfach und effektiv hergestellt werden können. Die gerillte Zunge 70, die wellenförmige Zunge 72 und die doppelt gestufte Zunge 74 reduzieren daher ferner die Ermüdung des Turbinenrads 24 bei hoher Wechselzahl und verringern die Wahrscheinlichkeit eines Versagens des Turbinenrads 24, ohne die aerodynamische Leistung oder den thermischen Wirkungsgrad des Turboladers 20 erheblich zu beeinträchtigen.
Es ist zu beachten, dass der Turbolader 20 mehr als eine Zunge 46 aufweisen kann. Beispielsweise kann der Turbolader 20 ein Turbolader mit doppeltem Spiralgehäuse oder ein Twin-Scroll-Turbolader sein, die beide mehr als eine Zunge 46 aufweisen können. In diesen Ausführungsformen kann nur eine der Zungen 46 den ersten, zweiten und dritten Zungenabschnitt 48, 50, 52 aufweisen und kann optional ebenso den vierten und fünften Zungenabschnitt 60, 62 aufweisen. Alternativ können beide oder alle der Zungen 46 den ersten, zweiten und dritten Zungenabschnitt 48, 50, 52 aufweisen und kann optional ebenso den vierten und fünften Zungenabschnitt 60, 62 aufweisen.
Das Turbinengehäuse 26 des Turboladers 20 kann durch eine Vielzahl von Techniken hergestellt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Turbinengehäuse 26 gegossen. Das Gießen des Turbinengehäuses 26 führt dazu, dass der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt 48, 50, 52 einstückig miteinander verbunden sind. In den Ausführungsformen mit dem vierten und fünften Zungenabschnitt 60, 62 sind der vierte und fünfte Zungenabschnitt 60, 62 ebenso mit dem ersten, zweiten und dritten Zungenabschnitt 48, 50, 52 einstückig. Das Gießen des Turbinengehäuses 26 ermöglicht eine kompliziertere und detailliertere Konstruktion des ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Zungenabschnitts 48, 50, 52, 60, 62. Das Gießen des Turbinengehäuses 26 des Turboladers 20 führt ebenso zu einer schnelleren und kostengünstigeren Herstellung des Turbinengehäuses 26. Es ist jedoch zu beachten, dass das Turbinengehäuse 26 ebenso gegossen oder anderweitig ausgebildet und dann bearbeitet werden kann, um den ersten, zweiten, dritten, vierten und fünften Zungenabschnitt 48, 50, 52, 60, 62 auszubilden.
Der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt 48, 50, 52, optional zusammen mit dem vierten und fünften Zungenabschnitt 60, 62 reduzieren die Wahrscheinlichkeit, dass das Turbinenrad 24 durch Resonanz einer Ermüdung bei hoher Wechselzahl ausgesetzt wird. Jedoch können der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt 48, 50, 52, optional zusammen mit dem vierten und fünften Zungenabschnitt 60, 62, eine geringfügige negative Auswirkung auf die aerodynamische Leistung und/oder den thermischen Wirkungsgrad des Turboladers 20 bei der bevorzugten Durchflussrate des Abgases aufweisen, das durch den Spiralgehäuseabschnitt 30 des Turbinengehäuses 26 strömt.
Um dieser geringfügigen negativen Auswirkung entgegenzuwirken, kann ein zwischen der Zunge 46 und dem Turbinenrad 24 definierter Spalt 76 verringert werden, um eine eventuelle Verringerung der aerodynamischen Leistung und/oder des thermischen Wirkungsgrades des Turboladers 20 auszugleichen. Obwohl eine Verringerung des Spaltes 76 den Druckimpuls schärfen und die Amplitude des Druckimpulses erhöhen kann, sodass das Turbinenrad 24 mit größerer Wahrscheinlichkeit einer Ermüdung bei hoher Wechselzahl ausgesetzt wird, kann der Spalt 76 verringert werden, ohne die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass das Turbinenrad 24 einer Ermüdung bei hoher Wechselzahl über die akzeptablen Grenzen hinaus ausgesetzt ist. Der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt 48, 50, 52, optional mit dem vierten und fünften Zungenabschnitt 60, 62, können somit in Kombination mit einer Verringerung des Spalts 76 verwendet werden, um die Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, dass das Turbinenrad 24 einer Ermüdung bei hoher Wechselzahl ausgesetzt wird, und gleichzeitig die aerodynamische Leistung und/oder den thermischen Wirkungsgrad des Turboladers 20 zu erhöhen.
Die Erfindung wurde auf eine darstellende Weise beschrieben, und es ist zu verstehen, dass die Terminologie, die verwendet wird, eher beschreibender als einschränkender Natur sein soll. Viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung sind in dem Licht der vorstehenden Lehren möglich, und die Erfindung kann ebenso anders als spezifisch beschrieben praktiziert werden.

Claims

Turbolader zum Abgeben von Druckluft an einen Verbrennungsmotor und zum Aufnehmen von Abgas aus dem Verbrennungsmotor, wobei der Turbolader umfasst: ein um eine Achse drehbares Turbinenrad; ein Turbinengehäuse, das um das Turbinenrad herum angeordnet ist, wobei das Turbinengehäuse umfasst: einen Einlassabschnitt, der sich zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende gegenüber dem ersten Ende erstreckt, wobei der Einlassabschnitt einen Turbinengehäuseeinlass definiert, der konfiguriert ist, um an dem ersten Ende mit dem Verbrennungsmotor in Fluidverbindung zu stehen, um Abgas von dem Verbrennungsmotor aufzunehmen; und einen Spiralgehäuseabschnitt, der sich von dem Einlassabschnitt an dem zweiten Ende erstreckt und sich in Umfangsrichtung um die Achse erstreckt, wobei der Spiralgehäuseabschnitt eine erste Spiralgehäusewand und eine zweite Spiralgehäusewand aufweist, die von der ersten Spiralgehäusewand entlang der Achse beabstandet ist, und wobei der Spiralgehäuseabschnitt definiert, ein Turbinengehäuseinneres in Fluidverbindung mit dem Turbinengehäuseeinlass zum Aufnehmen von Abgas aus dem Turbinengehäuseeinlass, und einen Turbinengehäuseauslass in Fluidverbindung mit dem Turbinengehäuseinneren zum Ausstoßen von Abgas aus dem Turbinengehäuseinneren, wobei das Turbinengehäuse eine Zunge aufweist, die den Turbinengehäuseeinlass und das Turbinengehäuseinnere trennt, wobei die Zunge aufweist, einen ersten Zungenabschnitt, der sich entlang der Achse von der ersten Spiralgehäusewand im Wesentlichen in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand erstreckt, einen zweiten Zungenabschnitt, der sich von dem ersten Zungenabschnitt im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Achse erstreckt, und einen dritten Zungenabschnitt, der sich von dem zweiten Zungenabschnitt im Wesentlichen in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand entlang der Achse erstreckt, um die Ermüdung des Turbinenrades bei hoher Wechselzahl zu reduzieren.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt zusammen einen radialen Querschnitt zwischen der ersten und zweiten Spiralgehäusewand definieren, wobei der radiale Querschnitt des ersten, zweiten und dritten Zungenabschnitts in Umfangsrichtung entlang einer Länge der Zunge konstant bleibt.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei die erste und die zweite Spiralgehäusewand eine dazwischen definierte Spiralgehäusebreite aufweisen, wobei sich der erste Zungenabschnitt von der ersten Spiralgehäusewand 50 % bis 90 % der Spiralgehäusebreite in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand erstreckt.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei sich der zweite Zungenabschnitt 10 bis 40 Grad um die Achse erstreckt.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 und 4, wobei die erste und die zweite Spiralgehäusewand eine dazwischen definierte Spiralgehäusebreite aufweisen, wobei sich der dritte Zungenabschnitt von dem zweiten Zungenabschnitt 10 % bis 50 % der Spiralgehäusebreite in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand erstreckt.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei sich der dritte Zungenabschnitt vollständig bis zu der zweiten Spiralgehäusewand erstreckt.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste, zweite und dritte Zungenabschnitt zusammen eine wellenförmige Konfiguration ausbilden.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der erste Zungenabschnitt sich von der ersten Spiralgehäusewand senkrecht zu der ersten Spiralgehäusewand erstreckt, sich der zweite Zungenabschnitt von dem ersten Zungenabschnitt senkrecht zu dem ersten Zungenabschnitt erstreckt und sich der dritte Zungenabschnitt von dem zweiten Zungenabschnitt senkrecht zu dem zweiten Zungenabschnitt erstreckt.
Turbolader nach Anspruch 8, wobei sich der dritte Zungenabschnitt bis zu der zweiten Spiralgehäusewand erstreckt, sodass der dritte Zungenabschnitt senkrecht zu der zweiten Spiralgehäusewand ist.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Zunge ferner einen vierten Zungenabschnitt, der sich von dem dritten Zungenabschnitt im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Achse erstreckt, und einen fünften Zungenabschnitt aufweist, der sich von dem vierten Zungenabschnitt im Wesentlichen in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand entlang der Achse erstreckt.
Turbolader nach Anspruch 10, wobei der erste Zungenabschnitt sich von der ersten Spiralgehäusewand an einer ersten Umfangsposition erstreckt und der fünfte Zungenabschnitt sich in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand an einer zweiten Umfangsposition erstreckt, die sich von der ersten Umfangsposition unterscheidet.
Turbolader nach Anspruch 10, wobei der erste Zungenabschnitt sich von der ersten Spiralgehäusewand an einer ersten Umfangsposition erstreckt und der fünfte Zungenabschnitt sich in Richtung der zweiten Spiralgehäusewand an der ersten Umfangsposition erstreckt.
Turbolader nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei sich der fünfte Zungenabschnitt vollständig bis zu der zweiten Spiralgehäusewand erstreckt.
Der Turbolader nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der vierte und fünfte Zungenabschnitt zusammen eine wellenförmige Konfiguration ausbilden.
Turbolader nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei sich der vierte Zungenabschnitt von dem dritten Zungenabschnitt senkrecht zu dem dritten Zungenabschnitt erstreckt und der fünfte Zungenabschnitt sich von dem vierten Zungenabschnitt senkrecht zu dem vierten Zungenabschnitt erstreckt.
Turbolader nach Anspruch 15, wobei sich der fünfte Zungenabschnitt bis zu der zweiten Spiralgehäusewand erstreckt, sodass der fünfte Zungenabschnitt senkrecht zu der zweiten Spiralgehäusewand ist.