DE112013003306B4

DE112013003306B4 - Verdichterabdeckung mit Umfangsnut

Info

Publication number: DE112013003306B4
Application number: DE112013003306.2T
Authority: DE
Inventors: Prasanth Vengala
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2023-04-06
Anticipated expiration: 2033-07-12
Also published as: WO2014018270A1; US9982685B2; RU2015104559A; CN104395582B; KR20150034781A; IN2015DN00798A; KR102026660B1; CN104395582A; DE112013003306T5; US20150240834A1

Abstract

Turboladerverdichterabdeckung (114), umfassend:
eine innere Deckbandkontur (122), die zur Aufnahme eines Verdichterrads (118) mit mehreren Schaufeln (140) konfiguriert ist, wobei jede Schaufel (140) eine Eintrittskante (142), eine Konturkante (144) und eine Austrittskante (146) aufweist;
einen Einlasskanal (124), der zu der inneren Deckbandkontur (122) führt; und
eine Umfangsnut (130), die um den Einlasskanal (124) ausgebildet ist und einen Nutenhinterrand (136) enthält, der auf ein äußeres Ende (148) der Eintrittskante (142) der mehreren Schaufeln (140) ausgerichtet ist.

Description

HINTERGRUND
Heutige Verbrennungsmotoren müssen von Verbrauchern und Behörden geforderte immer weiter verschärfte Emissions- und Effizienzstandards erfüllen. Demgemäß unternehmen Kraftfahrzeughersteller und Zulieferer große Anstrengungen und setzen hohe Geldmittel für Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Verbesserung des Betriebs des Verbrennungsmotors ein. Turbolader sind ein Bereich der Motorentwicklung, der in diesem Fall von besonderem Interesse ist.
Ein Turbolader verwendet normalerweise verschwendete Abgasenergie zum Antrieb einer Turbine. Die Turbine ist an einer Welle befestigt, die wiederum einen Verdichter antreibt. Die Turbine wandelt die Wärme und die kinetische Energie des Abgases in den Verdichter antreibende Rotationsenergie um. Das Ziel eines Turboladers besteht darin, den volumetrischen Wirkungsgrad des Motors durch Erhöhen der Dichte der in den Motor eintretenden Luft zu verbessern. Der Verdichter saugt Umgebungsluft an und verdichtet sie in die Einlasskrümmer und letztendlich die Zylinder. Somit tritt bei jedem Einlasshub eine größere Luftmasse in die Zylinder ein.
Je effizienter die Turbine die Wärmeenergie der Abgase in Drehleistung umwandeln kann und je effizienter der Verdichter Luft in den Motor drücken kann, desto effizienter ist die Gesamtleistung des Motors. Dementsprechend ist es erwünscht, die Turbinen- und Verdichterräder so zu konstruieren, dass sie so effizient wie möglich sind. Herkömmliche Turbinen- und Verdichterausführungen bringen aufgrund von Turbulenz und Undichtigkeit jedoch verschiedene Verluste mit sich.
Die JP H04-17 198 U zeigt einen Radiallader, wie z. B. einen Turbolader, der an einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug montiert wird.
Die US 2010 / 0 143 095 A1 zeigt einen Radialverdichter, der das Auftreten von Ablösungen verhindert, die durch eine Strömung verursacht werden, die über das vordere Ende einer Schaufel hinausgeht und von einer Druckebene auf eine Unterdruckebene umschlägt, wodurch eine anschwellende Strömungsrate auf eine kleinere Strömungsrate reduziert wird.
Die US 2010 / 0 098 532 A1 zeigt einen Verdichterabschnitt eines Turboladers, der ein Abwürgegeräusch reduzieren kann. Der Verdichterabschnitt hat ein Gehäuse mit einer darin ausgebildeten Blindnut, die sich in der Nähe einer Vorderkante von mindestens einer der Schaufeln befinden und die Vorderkanten der Kulissenschaufeln überspannen kann.
Die US 2010 / 0 014 956 A1 zeigt eine Strömungsmaschine mit mindestens einer Reihe von Schaufeln, deren Schaufelenden sich relativ zu einer Nabe oder einem Gehäuse bewegen, wobei dazwischen ein Spalt angeordnet ist. Mindestens eine Nut erstreckt sich im Wesentlichen in einer Umfangsrichtung der Maschine in einem Bereich des Spalts 11 entlang mindestens eines Teils des Umfangs.
Obgleich herkömmliche Verdichter- und Turbinenausführungen von Turboladern mit dem Ziel entwickelt worden sind, den Wirkungsgrad zu maximieren, gibt es immer noch einen Bedarf an weiteren Fortschritten im Hinblick auf den Verdichter- und Turbinenwirkungsgrad.
KURZDARSTELLUNG
Es wird hierin eine Turboladerverdichterabdeckung bereitgestellt, die eine innere Deckbandkontur enthält, welche zur Aufnahme eines Verdichterrads mit mehreren Schaufeln konfiguriert ist. Jede Schaufel enthält eine Eintrittskante, eine Konturkante und eine Austrittskante. Ein Einlasskanal führt zu der inneren Deckbandkontur, und eine Umfangsnut ist um den Einlasskanal herum ausgebildet. Die Nut enthält einen hinteren Rand, der auf das äußere Ende der Eintrittskante der Schaufeln ausgerichtet ist.
Gemäß bestimmten Aspekten der hierin beschriebenen Technologie enthält die Verdichterabdeckung einen Randhinterschnitt, der entlang dem Nutenhinterrand ausgebildet ist, wie zum Beispiel eine Abschrägung von 45 Grad. Die Umfangsnut weist eine Breite und eine Tiefe auf, wobei die Breite und die Tiefe ungefähr gleich sind. Bei einer Ausführungsform schneidet eine Abschrägung die Nut ungefähr auf der Hälfte der Tiefe vom Grund der Nut. Die Abschrägung kann die Nut 43% von der Tiefe von der Basis der Nut schneiden. Bei einer Ausführungsform betragen die Breite und die Tiefe der Nut 3 mm, und die Abschrägung schneidet die Nut 1,3 mm über dem Grund der Nut.
Weiterhin wird hierin ein Turbolader offenbart, der ein Verdichterrad mit mehreren Schaufeln enthält, wobei jede Schaufel eine Eintrittskante, eine Konturkante und eine Austrittskante aufweist. Der Turbolader enthält eine Verdichterabdeckung, die eine innere Deckbandkontur, die zur Aufnahme des Verdichterrads konfiguriert ist, und einen zu der inneren Deckbandkontur führenden Einlasskanal enthält. Eine Umfangsnut ist um den Einlasskanal ausgebildet und enthält einen Nutenhinterrand, der auf das äußere Ende der Eintrittskante der Schaufeln ausgerichtet ist.
Diese und weitere Aspekte der offenbarten Technologie werden nach Betrachtung der detaillierten Beschreibung und Figuren hierin ersichtlich.
Figurenliste
Nicht einschränkende und nicht erschöpfende Ausführungsformen der Verdichterabdeckung mit Umfangsnut, einschließlich der bevorzugten Ausführungsform, werden unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben, wobei sich gleiche Bezugszahlen in sämtlichen der verschiedenen Ansichten auf gleiche Teile beziehen, wenn nicht anders angegeben.

1 ist eine Seitenansicht im Querschnitt eines Turboladers;
2 ist eine Seitenansicht im Querschnitt, die eine Turboladerverdichterabdeckung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt, die eine Umfangsnut enthält; und
3 ist ein vergrößerter Teilquerschnitt der in 2 gezeigten Nut.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen werden unten unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, die einen Teil hiervon bilden und als Veranschaulichung bestimmte beispielhafte Ausführungsformen zeigen, ausführlicher beschrieben.
Wie in 1 gezeigt, enthält der Turbolader 5 ein Lagergehäuse 10 mit einer Turbinenabdeckung12 und einer daran befestigten Verdichterabdeckung 14. Das Turbinenrad 16 dreht sich in der Turbinenabdeckung 12 in unmittelbarer Nähe zu der Turbinendeckbandinnenfläche 20. Ebenso dreht sich das Verdichterrad 18 in der Verdichterabdeckung 14 in unmittelbarer Nähe zu der Verdichterdeckbandinnenfläche 22. Die Verdichterabdeckung 14 enthält einen Einlasskanal 24, der zu der inneren Deckbandkontur 22 führt. Die Ausführung des Turboladers 5 ist die eines typischen Turboladers, wie sie in der Technik wohlbekannt ist.
2 stellt eine verbesserte Turboladerverdichterabdeckung 114 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform bereit. Die Verdichterabdeckung 114 enthält einen Einlasskanal 124, der zu einer inneren Deckbandkontur 122 führt. Eine Umfangsnut 130 ist um den Einlasskanal 124 ausgebildet. Die innere Deckbandkontur 122 ist zur Aufnahme eines Verdichterrads 118 mit mehreren Schaufeln 140 konfiguriert.
Weiter auf 3 Bezug nehmend, enthält ein Verdichterrad 118 mehrere Schaufeln 140, von denen jede eine Eintrittskante 142, eine Konturkante 144 und eine Austrittskante 146 aufweist. Wie aus der Figur hervorgeht, erstreckt sich die Eintrittskante 142 von dem inneren Ende 149 zu einem äußeren Ende 148. Die Umfangsnut 130 enthält einen vorderen Rand 132 und einen hinteren Rand 136. Die Nut enthält einen hinteren Rand 136, der auf das äußere Ende 148 der Eintrittskante 142 ausgerichtet ist. Bei einer Ausführungsform ist der hintere Rand 136 der Nut auf den Übergang (bei 148) zwischen der Austrittskante 142 und der Konturkante 144 ausgerichtet.
Der Grund 134 der Nut 130 erstreckt sich zwischen dem vorderen und hinteren Rand 132, 136. Des Weiteren enthält die Nut 130 einen Randhinterschnitt 138, der entlang dem hinteren Nutenrand ausgebildet ist. In diesem Fall liegt der Randhinterschnitt 138 in Form einer Abschrägung vor. In diesem Fall weist die Abschrägung einen Winkel A von 45 Grad auf, es können jedoch auch andere Winkel verwendet werden.
Die Umfangsnut 130 weist eine Breite W und eine Tiefe D auf, und bei dieser Ausführungsform sind die Breite und die Tiefe ungefähr gleich. Bei einer beispielhaften Ausführungsform betragen die Breite und die Tiefe der Nut 3 mm, und die Abschrägung 138 schneidet die Nut 1,3 mm vom Grund 134 der Nut 130. Die Abschrägung kann die Nut ungefähr auf der Hälfte der Tiefe D vom Grund der Nut schneiden. Obgleich der Randhinterschnitt 138 als eine Abschrägung gezeigt wird, kann der Randhinterschnitt 138 in Form einer Rundung, eines Absatzes oder als andere geeignete geometrische Konfiguration vorliegen.
Die Abschrägung 138 des hinteren Rands der Umfangsnut 130, die sich stromaufwärts der Eintrittskante der Verdichterhauptschaufeln befindet, verbessert die Druckverhältniseigenschaften und reduziert den Lärm des weichen Pumpens bei hohem Druckverhältnis und breitbandiges Rauschen über das gesamte Verdichterkennfeld. Die Ringnut beeinflusst den Anströmwinkel der ankommenden Luft, um Strömungsabriss an der Eintrittskante, Wirbelablösungen und mit reduziertem stationärem Abreißen der Strömung in Verbindung stehende breitbandige Pegel von Abstrahlgeräuschen bei höherem PR (> 2PRT-T) zu reduzieren. Die Abschrägung unterbricht Strömungsumkehr in der Nuttasche, so dass daraus kein Lärm durch weiches Pumpen entsteht, der bei Pump- oder Helmholtzfrequenzen resoniert. Ein günstiger Nebeneffekt der offenbarten Nutengeomertrie besteht darin, dass ein größerer Teil der Schaufeln auf den ankommenden Strom wirkt, wodurch das Druckverhältnis der Stufe vergrößert wird.
Demgemäß ist die Verdichterabdeckung mit der Umfangsnut mit einem auf die beispielhaften Ausführungsformen gerichteten gewissen Grad an Besonderheit beschrieben worden. Es sollte jedoch auf der Hand liegen, dass die vorliegende Erfindung durch die folgenden Ansprüche vor dem Hintergrund des Stands der Technik definiert wird, so dass Modifikationen oder Änderungen an den beispielhaften Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne von dem darin enthaltenen Erfindungsgedanken abzuweichen.

Claims

Turboladerverdichterabdeckung (114), umfassend: eine innere Deckbandkontur (122), die zur Aufnahme eines Verdichterrads (118) mit mehreren Schaufeln (140) konfiguriert ist, wobei jede Schaufel (140) eine Eintrittskante (142), eine Konturkante (144) und eine Austrittskante (146) aufweist; einen Einlasskanal (124), der zu der inneren Deckbandkontur (122) führt; und eine Umfangsnut (130), die um den Einlasskanal (124) ausgebildet ist und einen Nutenhinterrand (136) enthält, der auf ein äußeres Ende (148) der Eintrittskante (142) der mehreren Schaufeln (140) ausgerichtet ist.
Turboladerverdichterabdeckung (114) nach Anspruch 1, die einen Randhinterschnitt (138) enthält, der entlang dem Nutenhinterrand (136) ausgebildet ist.
Turboladerverdichterabdeckung (114) nach Anspruch 2, wobei der Randhinterschnitt (138) eine Abschrägung ist.
Turboladerverdichterabdeckung (114) nach Anspruch 3, wobei die Abschrägung eine Abschrägung von 45 Grad ist.
Turboladerverdichterabdeckung (114) nach Anspruch 3, wobei die Umfangsnut (130) eine Breite und eine Tiefe aufweist, wobei die Breite und die Tiefe ungefähr gleich sind.
Turboladerverdichterabdeckung (114) nach Anspruch 5, wobei die Abschrägung die Nut (130) ungefähr auf der Hälfte der Tiefe vom Grund (134) der Nut (130) schneidet.
Turboladerverdichterabdeckung (114) nach Anspruch 5, wobei die Abschrägung die Nut bei 43% der Tiefe vom Grund (134) der Nut (130) schneidet.
Turboladerverdichterabdeckung (114) nach Anspruch 6, wobei die Breite und die Tiefe der Nut (130) ungefähr 3 mm betragen und die Abschrägung die Nut 1,3 mm vom Grund (134) der Nut (130) schneidet.
Turbolader, umfassend: ein Verdichterrad (114) mit mehreren Schaufeln (140), wobei jede Schaufel (140) eine Eintrittskante (142), eine Konturkante (144) und eine Austrittskante (146) aufweist; Turboladerverdichterabdeckung (114), umfassend: eine innere Deckbandkontur (122), die zur Aufnahme des Verdichterrads (118) konfiguriert ist; einen Einlasskanal (124), der zu der inneren Deckbandkontur (122) führt; und eine Umfangsnut (130), die um den Einlasskanal (124) ausgebildet ist und einen Nutenhinterrand (136) enthält, der auf ein Ende (148) der Eintrittskante (142) der mehreren Schaufeln (140) ausgerichtet ist.
Turbolader nach Anspruch 9, der einen Randhinterschnitt (138) enthält, der entlang dem Nutenhinterrand (136) ausgebildet ist.
Turbolader nach Anspruch 10, wobei der Randhinterschnitt (138) eine Abschrägung ist.
Turbolader nach Anspruch 11, wobei die Abschrägung die Nut (130) ungefähr auf der Hälfte der Tiefe vom Grund (134) der Nut (130) schneidet.