DE112014003165T5

DE112014003165T5 - Variable Düseneinheit und Turbolader mit variablem Geometriesystem

Info

Publication number: DE112014003165T5
Application number: DE112014003165.8T
Authority: DE
Inventors: Isao Morita; Natsuko Motoda
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2013-07-05
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2016-03-24
Anticipated expiration: 2034-07-01
Also published as: JP6225515B2; CN105143635B; DE112014003165B4; JP2015014252A; WO2015002142A1; CN105143635A

Abstract

Eine Vielzahl von variablen Leitschaufeln (73) ist zwischen einem Düsenring (55) und einem Deckband (61) in gleichen Abständen in einer Umfangsrichtung angeordnet. Jede variable Leitschaufel (73) kann sich in Öffnungs- und Schließrichtung um eine axiale Mitte parallel zu einer axialen Mitte (C) eines Turbinenrads drehen. Die variablen Leitschaufeln (73) sind jeweils dazu konfiguriert, verdreht zu werden, wobei eine Hinterkante (73t) als Torsionszentrum festgelegt wird, so dass eine Deckbandseite (73s) in einer radialen Richtung weiter nach innen vorsteht als eine Nabenseite (73h) und eine mittlere Spannweite (73m).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine variable Düseneinheit und einen Turbolader mit variablem Geometriesystem, der einen Strömungskanalbereich (Halsquerschnitt) für Gas, wie beispielsweise Abgas, anpassen kann.
Stand der Technik
In den vergangenen Jahren gab es verschiedene Entwicklungen von variablen Düseneinheiten zur Verwendung in einem Turbolader mit variablem Geometriesystem. Im Allgemeinen sieht eine Konfiguration der variablen Düseneinheit folgendermaßen aus (siehe Patentliteratur 1 und 2).
An einer Außenseite (einer Einlassseite) in der radialen Richtung eines Turbinenrads in einem Turbinengehäuse eines Turboladers mit variablen Geometriesystem ist ein ringförmiges erstes Wandelement vorgesehen. Ein ringförmiges zweites Wandelement ist an einer Position vorgesehen, welche das erste Wandelement in einer axialen Richtung des Turbinenrads beabstandet und zu diesem hin ausgerichtet ist. Das erste Wandelement weist eine zugewandte Fläche auf, die dem zweiten Wandelement zugewandt ist, und das zweite Wandelement weist eine zugewandte Fläche auf, die dem ersten Wandelement zugewandt ist. Zwischen der zugewandten Fläche des ersten Wandelements und der zugewandten Fläche des zweiten Elements ist eine Vielzahl von variablen Leitschaufeln mit Abstand zwischen einander in einer Umfangsrichtung angeordnet. Jede variable Leitschaufel ist in Öffnungs- und Schließrichtung (vorwärts und rückwärts) um eine axiale Mitte parallel zu einer axialen Mitte des Turbinenrads drehbar vorgesehen. Wenn dabei eine Durchflussrate des Abgases während des Betriebs des Turboladers mit variablem Geometriesystem hoch ist, dreht sich die Vielzahl der variablen Leitschaufeln synchron in der Öffnungsrichtung (vorwärts) und erhöht einen Halsquerschnitt. Wenn dagegen die Durchflussrate des Abgases niedrig ist, dreht sich die Vielzahl der variablen Leitschaufeln synchron in der Schließrichtung (rückwärts) und verringert den Halsquerschnitt.
Es sei angemerkt, dass Patentliteratur 3 und 4 die konventionellen Technologien im Verhältnis zur vorliegenden Erfindung beschreiben.
Liste der Anführungen
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-72404
Patentliteratur 2: Offenlegungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-104413
Patentliteratur 3: US-Patentanmeldung Nr. 2011/0314808
Patentliteratur 4: Internationale Patentanmeldung Nr. WO2010/052911

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Um sicherzustellen, dass die Drehfähigkeit der einzelnen variablen Leitschaufeln zuverlässig erhalten bleibt, ist ein Seitenspiel zwischen einer Seitenfläche einer Nabenseite der einzelnen variablen Leitschaufeln und der zugewandten Fläche des ersten Wandelements sowie zwischen einer Seitenfläche einer Deckbandseite der einzelnen variablen Leitschaufeln und der zugewandten Fläche des zweiten Wandelements ausgebildet. Wenn ein Spielstrom (d. h. ein Gasstrom, der durch das Seitenspiel verläuft) während des Betriebs des Turboladers mit variablem Geometriesystem zunimmt, wächst ein Bereich, der einen großen Energieverlust aufweist, auf der Einlassseite des Turbinenrades durch das Mischen des Spielstroms und eines Stroms eines Hauptstroms vergrößert und die Turbineneffizienz des Turboladers mit variablem Geometriesystem verschlechtert sich. Das heißt, das Problem besteht darin, dass die Turbineneffizienz des Turboladers mit dem variablen Geometriesystem nicht einfach gesteigert werden kann, während gleichzeitig die zuverlässige Drehfähigkeit der einzelnen variablen Leitschaufeln sichergestellt wird. Das oben erwähnte Problem wird insbesondere dann bedeutend, wenn ein Winkel (ein Kreuzungswinkel) zwischen dem Spielstrom und dem Strom des Hauptstroms in einem Betätigungsbereich (einem Betätigungspunkt) einer Seite mit niedriger Durchflussrate anwächst.
Es sei angemerkt, dass das oben erwähnte Problem nicht nur bei der Verwendung der variablen Düseneinheit für den Turbolader mit variablem Geometriesystem, sondern entsprechend auch bei der Verwendung für andere Strömungsrotationsmaschinen, wie beispielsweise eine Gasturbine auftritt.
Somit besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, eine variable Düseneinheit und einen Turbolader mit variablem Geometriesystem bereitzustellen, mit welchen das oben beschriebene Problem gelöst werden kann.
Technische Lösung
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine variable Düseneinheit, mithilfe derer ein Strömungskanalbereich (Halsquerschnitt) für Gas angepasst werden kann, das zu einem Turbinenrad einer Strömungsrotationsmaschine geleitet wird, wobei die variable Düseneinheit aufweist: ein erstes Wandelement, das an einer Außenseite (einer Einlassseite) in einer radialen Richtung des Turbinenrads in einem Turbinengehäuse der Strömungsrotationsmaschine vorgesehen ist; ein zweites Wandelement, welches das erste Wandelement in axialer Richtung des Turbinenrads beabstandet und dem ersten Wandelement zugewandt ist; und eine Vielzahl von variablen Leitschaufeln, die zwischen dem ersten Wandelement und dem zweiten Wandelement angeordnet sind, wobei die variablen Leitschaufeln einander in Umfangsrichtung beabstanden, sich in Öffnungs- und Schließrichtung (vorwärts und rückwärts) um eine axiale Mitte parallel zu einer axialen Mitte des Turbinenrads drehen können, und die dazu konfiguriert sind, verdreht zu werden, wobei die Hinterkanten als Torsionszentren festgelegt werden, so dass eine Deckbandseite, die dem zweiten Wandelement zugewandt ist, in radialer Richtung weiter nach innen vorsteht als eine Nabenseite, die dem ersten Wandelement zugewandt ist.
Dabei beinhaltet in der Beschreibung und den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung der Begriff „Strömungsrotationsmaschine” auch einen Turbolader mit variablem Geometriesystem und eine Gasturbine. Ein „erstes Wandelement” und ein „zweites Wandelement” können in einem Teil des Turbinengehäuses enthalten sein. Außerdem beinhaltet der Ausdruck „vorgesehen sein” das indirekte Vorhandensein durch ein anderes Element sowie das direkte Vorhandensein. Außerdem beinhaltet der Ausdruck „angeordnet sein” das indirekte Angeordnetsein durch ein anderes Element sowie das direkte Angeordnetsein.
Ein Torsionswinkel der einzelnen variablen Leitschaufeln kann auf 2,0 bis 5,0 Grad eingestellt werden.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Turbolader mit variablem Geometriesystem, der zu einem Motor geleitete Luft auflädt, indem er die Energie des Abgases von dem Motor nutzt, wobei der Turbolader mit variablem Geometriesystem die variable Düseneinheit gemäß dem oben beschriebenen ersten Aspekt beinhaltet.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Selbst wenn ein Seitenspiel zwischen einer Seitenfläche der Nabenseite der einzelnen variablen Leitschaufeln und der zugewandten Fläche des ersten Wandelements ausgebildet ist usw., kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Bereich, der einen großen Energieverlust aufweist, auf der Einlassseite des Turbinenrads reduziert werden. So kann die Turbineneffizienz der Strömungsrotationsmaschine gesteigert und gleichzeitig die Zuverlässigkeit der Drehfähigkeit der variablen Leitschaufeln sichergestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine Darstellung einer variablen Leitschaufel gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, betrachtet aus einer axialen Richtung eines Turbinenrads.
1B(a) ist ein Meridionalschnitt um die variable Leitschaufel gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und 1B(b) zeigt eine Peripherie der variablen Leitschaufel gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, von einer Vorderseite betrachtet.
2A ist ein vergrößerter Querschnitt entlang der Linie II-II in 3 und zeigt einen Zustand, in dem die Öffnungen einer Vielzahl von variablen Leitschaufeln geöffnet sind.
2B ist ein vergrößerter Querschnitt entlang der Linie II-II in 3 und zeigt einen Zustand, in dem die Öffnungen der Vielzahl von variablen Leitschaufeln geschlossen sind (einen gedrosselten Zustand).
3 ist eine Front-Querschnittdarstellung (ein Meridionalschnitt) einer Radialturbine in einem Turbolader mit variablem Geometriesystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 ist eine Front-Querschnittdarstellung (ein Meridionalschnitt) des Turboladers mit variablem Geometriesystem gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5A ist eine Darstellung einer variablen Leitschaufel gemäß einem modifizierten Beispiel 1 des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, betrachtet aus einer axialen Richtung des Turbinenrads.
5B(a) ist ein Meridionalschnitt um die variable Leitschaufel gemäß dem modifizierten Beispiel 1 des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, und 5B(b) zeigt eine Peripherie der variablen Leitschaufel gemäß dem modifizierten Beispiel 1 des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, von einer Vorderseite betrachtet.
6A ist eine Darstellung einer variablen Leitschaufel gemäß einem modifizierten Beispiel 2 des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, betrachtet aus einer axialen Richtung des Turbinenrads.
6B(a) ist ein Meridionalschnitt um die variable Leitschaufel gemäß dem modifizierten Beispiel 2 des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, und 6B(b) zeigt eine Peripherie der variablen Leitschaufel gemäß dem modifizierten Beispiel 2 des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, von einer Vorderseite betrachtet.
7A(a) ist eine perspektivische Darstellung einer Vielzahl von variablen Leitschaufeln gemäß einem Ausführungsbeispiel, und 7A(b) ist eine Darstellung der Vielzahl von variablen Leitschaufeln gemäß dem Ausführungsbeispiel, betrachtet aus einer axialen Richtung eines Turbinenrads.
7B(a) ist eine perspektivische Darstellung einer Vielzahl von variablen Leitschaufeln gemäß einem Vergleichsbeispiel, und 7B(b) ist eine Darstellung der Vielzahl von variablen Leitschaufeln gemäß dem Vergleichsbeispiel, betrachtet aus einer axialen Richtung eines Turbinenrads.
8(a) und 8(b) zeigen jeweils einen Bereich, der einen großen Energieverlust aufweist, auf einer Einlassseite des Turbinenrads in einem Betätigungsbereich einer Seite mit niedriger Durchflussrate. 8(a) zeigt einen Fall, bei dem die variable Leitschaufel gemäß dem Ausführungsbeispiel verwendet wird, und 8(b) zeigt einen Fall, bei dem die variable Leitschaufel gemäß dem Vergleichsbeispiel verwendet wird.
9 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen einem Torsionswinkel der variablen Leitschaufel und einer Verbesserungsrate der Turbineneffizienz in dem Betätigungsbereich auf der Seite mit niedriger Durchflussrate zeigt.
10 ist ein Graph, der ein Ergebnis der Durchführung eines aerodynamischen Leistungsversuchs bei Simulation tatsächlicher Betriebsbedingungen zeigt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die vorliegende Erfindung basiert auf den folgenden Entdeckungen, die kürzlich von dem Erfinder der vorliegenden Anmeldung getätigt wurden.
Die erste Entdeckung besteht darin, dass ein Bereich L, der einen großen Energieverlust auf einer Einlassseite E eines Turbinenrads aufweist, während des Betriebs einer Strömungsrotationsmaschine reduziert werden kann, wie in 8(a) und 8(b) dargestellt, wenn eine variable Leitschaufel dazu konfiguriert ist, verdreht zu werden, wobei die hintere Kante als Torsionszentrum festgelegt wird, so dass eine Deckbandseite in radialer Richtung weiter nach innen vorsteht als eine Nabenseite (wie im Fall einer variablen Leitschaufel 100 in einem Ausführungsbeispiel, das in 7A(a) und 7A(b) dargestellt ist, und eine Vorderkante 100a und eine Hinterkante 100t aufweist), verglichen mit einem Fall, in dem die variable Leitschaufel nicht verdreht ist (wie im Fall einer variablen Leitschaufel 200 in einem Vergleichsbeispiel, das in 7B(a) und 7B(b) dargestellt ist, und eine Vorderkante 200a und eine Hinterkante 200t aufweist). Als Grund wird Folgendes angenommen. Die variable Leitschaufel 100 ist dazu konfiguriert, verdreht zu werden, wobei die Hinterkante 100t als das Torsionszentrum festgelegt wird, so dass eine Deckbandseite 100s in der radialen Richtung weiter nach innen vorsteht als einen Nabenseite 100h, wodurch ein Spielstrom, der durch ein Seitenspiel verläuft, reduziert werden kann.
Dabei ist 7A(a) eine perspektivische Darstellung der Vielzahl von variablen Leitschaufeln 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel, und 7A(b) ist eine Darstellung der Vielzahl von variablen Leitschaufeln 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel, betrachtet aus einer axialen Richtung des Turbinenrads. Außerdem ist 7B(a) eine perspektivische Darstellung der Vielzahl von variablen Leitschaufeln 200 gemäß dem Vergleichsbeispiel, und 7B(b) ist eine Darstellung der Vielzahl von variablen Leitschaufeln 200 gemäß dem Vergleichsbeispiel, betrachtet aus einer axialen Richtung des Turbinenrads. 8(a) und 8(b) zeigen jeweils den Bereich L, der einen großen Energieverlust auf der Einlassseite E des Turbinenrads aufweist, in einem Betätigungsbereich einer Seite mit niedriger Durchflussrate. Außerdem zeigt 8(a) einen Fall, bei dem die variable Leitschaufel 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel verwendet wird, und 8(b) zeigt einen Fall, bei dem die variable Leitschaufel 200 gemäß dem Vergleichsbeispiel verwendet wird.
Es sei angemerkt, dass die Distanz zwischen den Leitschaufeln der Seite einer mittleren Spannweite 100m (einer Mitte der Deckbandseite 100s und der Nabenseite 100h) der Vielzahl von variablen Leitschaufeln 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel so eingestellt wird, dass sie gleich einer Distanz zwischen den Leitschaufeln der Vielzahl von variablen Leitschaufeln 200 gemäß dem Vergleichsbeispiel ist. Außerdem kennzeichnet „ID” die Innenseite in der radialen Richtung und „OD” eine Außenseite in der radialen Richtung, wie jeweils in 7A(b) und 7B(b) dargestellt. Ferner wurde der Bereich L mit dem großen Energieverlust in 8(a) und 8(b) durch eine dreidimensionale gleichmäßig zähe CFD-Analyse (Computer-Fluiddynamik) bestimmt und in dieser Analyse angenommen, dass ein Seitenspiel einer Deckbandseite S kleiner als ein Seitenspiel einer Nabenseite H ist.
Die zweite Entdeckung besteht darin, dass eine Verbesserungsrate der Turbineneffizienz der Strömungsrotationsmaschine ausreichend gesteigert werden kann, wie in 9 dargestellt, wenn ein Torsionswinkel der variablen Leitschaufel 2,0 bis 5,0 Grad beträgt.
Dabei ist 9 ein Graph, der ein Verhältnis zwischen dem Torsionswinkel der variablen Leitschaufel und der Verbesserungsrate der Turbineneffizienz in dem Betätigungsbereich auf der Seite mit niedriger Durchflussrate zeigt. Daneben ist mit dem Torsionswinkel der variablen Leitschaufel der Torsionswinkel der Deckbandseite der variablen Leitschaufel bezüglich deren Nabenseite gemeint. Wenn die Deckbandseite der variablen Leitschaufel in der radialen Richtung weiter nach innen vorsteht als die Nabenseite, wird ein Symbol des Torsionswinkels der variablen Leitschaufel auf positiv gestellt.
Wenn dagegen die Nabenseite der variablen Leitschaufel in der radialen Richtung weiter nach innen vorsteht als die Deckbandseite, wird ein Symbol des Torsionswinkels der variablen Leitschaufel auf negativ gestellt.
Es sei angemerkt, dass die Verbesserungsrate der Turbineneffizienz in 9 mithilfe der dreidimensionalen gleichmäßig zähen CFD-Analyse bestimmt wurde.
Es sei darauf hingewiesen, dass als Ergebnis der Durchführung eines aerodynamischen Leistungsversuchs bei Simulation tatsächlicher Betriebsbedingungen, wie in 10 dargestellt, bestätigt werden konnte, dass die Turbineneffizienz über einen ganzen Betätigungsbereich verbessert werden konnte, und zwar insbesondere in dem Betätigungsbereich auf der Seite mit niedriger Durchflussrate bei Verwendung der variablen Leitschaufel gemäß dem Ausführungsbeispiel, im Vergleich zu einem Fall, bei dem die variable Leitschaufel gemäß dem Vergleichsbeispiel verwendet wurde.
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf 1A bis 4 erläutert. Es sei angemerkt, dass in den Zeichnungen „L” für links steht, „R” rechts kennzeichnet, „ID” die Innenseite in einer radialen Richtung angibt, „OD” eine Außenseite in der radialen Richtung anzeigt und „RB” eine Drehrichtung des Turbinenrads (einer Rotorwelle) kennzeichnet.
Wie in 4 dargestellt, lädt (verdichtet) ein Turbolader mit variablem Geometriesystem (ein Beispiel eines Turboladers) 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel Luft, die zu einem Motor (in der Zeichnung nicht dargestellt) geleitet wird, indem er die Druckenergie des Abgases (ein Beispiel für Gas) von dem Motor nutzt.
Der Turbolader mit variablem Geometriesystem 1 beinhaltet ein Lagergehäuse 3. In dem Lagergehäuse 3 ist ein Radiallager 5 und ein Paar von Axiallagern 7 vorgesehen. Außerdem ist eine Rotorwelle (eine Turbinenwelle) 9, die sich in einer horizontalen Richtung erstreckt, drehbar an der Vielzahl der Lager 5 und 7 vorgesehen. Mit anderen Worten ist die Rotorwelle 9 über die Vielzahl der Lager 5 und 7 drehbar in dem Lagergehäuse 3 vorgesehen.
Ein Verdichter 11, der unter Verwendung einer Zentrifugalkraft Luft verdichtet, ist auf einer rechten Seite des Lagergehäuses 3 angeordnet. Der Verdichter 11 weist eine spezifische Konfiguration auf, wie nachfolgend beschrieben.
Auf der rechten Seite des Lagergehäuses 3 ist ein Verdichtergehäuse 13 vorgesehen. Außerdem ist ein Verdichterrad 15 drehbar um eine axiale Mitte in dem Verdichtergehäuse 13 vorgesehen. Das Verdichterrad 15 ist integral mit einem rechten Ende der Rotorwelle 9 gekoppelt. Außerdem weist das Verdichterrad 15 eine Verdichterscheibe 17 auf. Eine Nabenfläche 17h der Verdichterscheibe 17 erstreckt sich von einer rechten Seite zu einer Außenseite in einer radialen Richtung (zur Außenseite in der radialen Richtung des Verdichterrades 15). Ferner ist auf der Nabenfläche 17h der Verdichterscheibe 17 eine Vielzahl von Verdichterschaufeln 19 integral ausgebildet, die einander in einer Umfangsrichtung beabstanden.
Eine Lufteinlassöffnung 21 zum Einleiten von Luft in das Verdichtergehäuse 13 ist auf einer Einlassseite (einer in einer Strömungsrichtung der Luft vorgeschalteten Seite) des Verdichterrades 15 in dem Verdichtergehäuse 13 ausgebildet. Die Lufteinlassöffnung 21 ist mit einem Luftfilter (in der Zeichnung nicht dargestellt) verbunden, der die Luft reinigt. Außerdem ist ein ringförmiger Diffusorströmungskanal 23, der einen Druck der verdichteten Luft erhöht, auf einer Auslassseite (einer in der Strömungsrichtung der Luft nachgeschalteten Seite) des Verdichterrades 15 zwischen dem Lagergehäuse 3 und dem Verdichtergehäuse 13 ausgebildet. Ein spiralförmiger Verdichter-Scroll-Strömungskanal 25 ist in dem Verdichtergehäuse 13 ausgebildet. Der Verdichter-Scroll-Strömungskanal 25 steht mit dem Diffusorströmungskanal 23 in Verbindung. Eine Luftausstoßöffnung 27 zum Ausstoßen der verdichteten Luft aus dem Verdichtergehäuse 13 ist an einer entsprechenden Position des Verdichtergehäuses 13 ausgebildet. Die Luftausstoßöffnung 27 ist mit einem Einlasskrümmer (in der Zeichnung nicht dargestellt) des Motors verbunden.
Es sei angemerkt, dass eine ringförmige Dichtplatte 29, die das Austreten von verdichteter Luft in Richtung eines Axiallagers 7 verhindert, an einem rechten Seitenteil des Lagergehäuses 3 vorgesehen ist.
Wie in 3 und 4 dargestellt, ist eine Radialturbine 31, die unter Verwendung der Druckenergie des Abgases eine Rotationskraft (Drehmoment) erzeugt, auf einer linken Seite des Lagergehäuses 3 angeordnet. Der genaue Aufbau der Radialturbine 31 ist wie folgt.
Auf der linken Seite des Lagergehäuses 3 ist ein Turbinengehäuse 33 angeordnet. Außerdem ist ein Turbinenrad 35 drehbar um eine axiale Mitte in dem Turbinengehäuse 33 vorgesehen. Das Turbinenrad 35 ist integral mit einem linken Ende der Rotorwelle 9 gekoppelt. Außerdem weist das Turbinenrad 35 eine Turbinenscheibe 37 auf. Eine Nabenfläche 17h der Turbinenscheibe 37 erstreckt sich von einer linken Seite (einer Seite in einer axialen Richtung des Turbinenrads 35) zu einer Außenseite in einer radialen Richtung (einer Außenseite in einer radialen Richtung des Turbinenrads 35). Ferner ist auf der Nabenfläche 37h der Turbinenscheibe 37 eine Vielzahl von Turbinenschaufeln 39 in gleichen Intervallen in einer Umfangsrichtung integral ausgebildet.
Eine Gaseinlassöffnung 41 zum Ansaugen von Abgas in das Turbinengehäuse 33 ist an einer entsprechenden Position des Turbinengehäuses 33 ausgebildet. Die Gaseinlassöffnung 41 ist mit einem Abgaskrümmer (in der Zeichnung nicht dargestellt) des Motors verbunden. Ein spiralförmiger Turbinen-Scroll-Strömungskanal 43 ist auf einer Einlassseite (einer in einer Strömungsrichtung der Luft vorgeschalteten Seite) des Turbinenrads 35 in dem Turbinengehäuse 33 ausgebildet. Der Turbinen-Scroll-Strömungskanal 43 steht mit der Gaseinlassöffnung 41 in Verbindung. Eine Gasausstoßöffnung 45 zum Ausstoßen des Abgases ist auf einer Ausgangsseite (einer in der Strömungsrichtung des Abgases nachgeschalteten Seite) des Turbinenrades 35 in dem Turbinengehäuse 33 ausgebildet. Die Gasausstoßöffnung 45 ist über ein Verbindungsrohr (in der Zeichnung nicht dargestellt) mit einem Katalysator (in der Zeichnung nicht dargestellt) verbunden. Ferner ist eine ringförmige Stufe 47 auf einer Einlassseite der Gasausstoßöffnung 45 in dem Turbinengehäuse 33 ausgebildet.
Es sei angemerkt, dass eine ringförmige Wärmeschutzplatte 49, die Wärme von der Turbinenradseite 35 abhält, an einer linken Seitenfläche des Lagergehäuses 3 vorgesehen ist. Ein Federring 51 ist zwischen der linken Seitenfläche des Lagergehäuses 3 und einer Außenkante der Wärmeschutzplatte 49 vorgesehen.
In dem Turbinengehäuse 33 ist eine variable Düseneinheit 53 angeordnet, die einen Strömungskanalbereich (Halsquerschnitt) des zu dem Turbinenrad 35 geleiteten Abgases anpasst (variiert). Der genaue Aufbau der variablen Düseneinheit 53 ist wie folgt.
Wie in 3 dargestellt, ist auf der Außenseite in der radialen Richtung (der Einlassseite) des Turbinenrads 35 in dem Turbinengehäuse 33 ein Düsenring 55 als ein erstes Wandelement konzentrisch mit dem Turbinenrad 35 durch einen Stützring 57 angeordnet. Der Düsenring 55 ist beispielsweise ringförmig ausgebildet. Ein Innenumfangsrand des Düsenrings 55 ist auf einen Außenumfangsrand der Wärmeschutzplatte 49 aufgesetzt. In dem Düsenring 55 ist eine Vielzahl von ersten Lagerbohrungen 59 (dargestellt ist nur eine) durchdringend in gleichen Intervallen in einer Umfangsrichtung ausgebildet. Es sei darauf hingewiesen, dass ein Außenumfangsrand des Stützrings 57 zwischen dem Lagergehäuse 3 und dem Turbinengehäuse 33 eingeschlossen ist.
An einer von dem Düsenring 55 in horizontaler Richtung beabstandeten und zugewandten Position ist ein Deckband 61 als ein zweites Wandelement integral und konzentrisch mit dem Düsenring 55 durch eine Vielzahl von Kupplungsbolzen 63 vorgesehen. Mit anderen Worten beabstandet das Deckband 61 den Düsenring 55 in der axialen Richtung des Turbinenrads 35 und ist dem Düsenring 55 zugewandt. Dabei ist der Düsenring 55 beispielsweise ringförmig ausgebildet. In dem Deckband 61 ist eine Vielzahl von zweiten Lagerbohrungen 65 (dargestellt ist nur eine) durchdringend in gleichen Intervallen in einer Umfangsrichtung ausgebildet, so dass sie mit der Vielzahl von ersten Lagerbohrungen 59 des Düsenrings 55 zusammenfällt. Es sei angemerkt, dass die Vielzahl der Kupplungsbolzen 63 die Funktion hat, einen Abstand zwischen einer zugewandten Fläche des Düsenrings 55 und einer zugewandten Fläche des Deckbands 61 zu bilden.
Das Deckband 61 weist einen zylindrischen Deckbandteil 67 auf, der die Außenkanten der Vielzahl von Turbinenschaufeln 39 auf einer Innenumfangsrandseite bedeckt. Das Deckband 67 steht nach links vor (einer Seite in der axialen Richtung des Turbinenrads 35) und befindet sich innerhalb der Stufe 47 des Turbinengehäuses 33. Außerdem ist eine Ringnut 69 in einer Außenumfangsfläche des Deckbandteils 67 des Deckbands 61 ausgebildet. Ferner ist auf einer Innenumfangsfläche der Stufe 47 des Turbinengehäuses 33 eine Vielzahl von Dichtringen 71 mit eigenelastischen Kräften (die elastischen Kräfte der Vielzahl von Dichtringen 71) pressgeschweißt vorgesehen, die das Austreten von Abgas aus dem Turbinen-Scroll-Strömungskanal 43 verhindern. Ein Innenumfangsrand der Dichtringe 71 ist jeweils in die Ringnut 69 das Deckbands 61 eingesetzt.
Wie in 2A bis 3 dargestellt, ist zwischen dem Düsenring 55 und dem Deckband 61 (in anderen Worten zwischen der zugewandten Fläche des Düsenrings 55 und der zugewandten Fläche des Deckbands 61) eine Vielzahl von variablen Leitschaufeln 73 in gleichen Intervallen in einer Umfangsrichtung angeordnet. Jede variable Leitschaufel 73 kann sich in Öffnungs- und Schließrichtung (vorwärts und rückwärts) um eine axiale Mitte parallel zu einer axialen Mitte C des Turbinenrads 35 drehen. Auf einer rechten Seitenfläche (einer Seitenfläche einer Nabenseite 73h) der variablen Leitschaufeln 73 ist jeweils eine erste Leitschaufelwelle 75 integral ausgebildet. Die erste Leitschaufelwelle 75 wird von der entsprechenden ersten Lagerbohrung 59 des Düsenrings 55 drehbar gelagert. Auf einer linken Seitenfläche (einer Seitenfläche einer Deckbandseite 37s) der variable Leitschaufeln 73 ist jeweils eine zweite Leitschaufelwelle 77 integral konzentrisch mit der ersten Leitschaufelwelle 75 ausgebildet. Die zweite Leitschaufelwelle 77 wird von der entsprechenden ersten Lagerbohrung 65 des Deckbands 61 drehbar gelagert. Die variablen Leitschaufeln 73 weisen jeweils einen ersten Flanschteil (nicht dargestellt) auf, der mit der zugewandten Fläche des Düsenrings 55 auf einer Basisendseite der ersten Leitschaufelwelle 75 in Kontakt kommen kann. Außerdem weisen die variablen Leitschaufeln 73 jeweils einen zweiten Flanschteil (nicht dargestellt) auf, der mit der zugewandten Fläche des Deckbands 61 auf einer Basisendseite der zweiten Leitschaufelwelle 77 in Kontakt kommen kann. Es sei angemerkt, dass die variablen Leitschaufeln 73 zwar jeweils als zweiwelliger Typ mit der ersten Leitschaufelwelle 75 und der zweiten Leitschaufelwelle 77 dargestellt sind, jedoch auch vom einwelligen Typ sein können, bei welchem die zweite Leitschaufelwelle 77 entfällt.
Wie in 1A, 2A und 2B dargestellt, weisen die variablen Leitschaufeln 73 jeweils dieselbe Seitenlänge von der Deckbandseite 73s über die Nabenseite 73h auf. Die variablen Leitschaufeln 73 weisen jeweils dieselbe Schaufelform (Leitschaufel-Querschnitt) auf. Es sei angemerkt, dass die Seitenlänge oder die Schaufelform der einzelnen variablen Leitschaufeln 73 nicht zwingend dieselben von der Deckbandseite 73s über die Nabenseite 73h sein müssen.
Wie in 1A bis 2B dargestellt, sind die variablen Leitschaufeln 73 jeweils dazu konfiguriert, verdreht zu werden, wobei eine Hinterkante 73t als Torsionszentrum festgelegt wird, so dass die Deckbandseite 73s in einer radialen Richtung weiter nach innen vorsteht als die Nabenseite 73h und eine mittlere Spannweite (eine Mitte der Deckbandseite 73s und der Nabenseite 73h) 73m. Mit anderen Worten ist jede variable Leitschaufel 73 dazu konfiguriert, verdreht zu werden, so dass die Deckbandseite 73s in der radialen Richtung weiter nach innen vorsteht als die Nabenseite 73h und die mittlere Spannweite 73m in einem Zustand, in dem die Hinterkante 73t parallel zu der axialen Mitte C des Turbinenrads 35 gehalten wird. Außerdem steht die mittlere Spannweite 73m der variablen Leitschaufeln 73 in der radialen Richtung jeweils weiter nach innen vor als Deckbandseite 73s. Ein Torsionswinkel (ein Torsionswinkel der Deckbandseite 73s bezüglich der Nabenseite 73h) Θ der einzelnen variablen Leitschaufeln 73 wird auf 2,0 bis 5,0 Grad festgelegt. Ferner sind die variablen Leitschaufeln 73, wie in 1B(a) und 3 dargestellt, jeweils dazu konfiguriert, wie oben verdreht zu werden, so dass eine Vorderkante 73a der variablen Leitschaufeln 73 in einer Meridianfläche jeweils in einer Richtung PD parallel zu der axialen Mitte C des Turbinenrads 35 geneigt ist und sich ein Deckbandseitenende 73as in radialer Richtung weiter innen befindet als ein Nabenseitenende 73ah.
Wie in 3 dargestellt, ist ein Gestängemechanismus 81 zum synchronen Drehen der Vielzahl von variablen Leitschaufeln 73 in einer ringförmigen Gestängekammer 79 angeordnet, die auf einer entgegengesetzten Seite der zugewandten Fläche des Düsenrings 55 ausgebildet ist. Dabei weist der Gestängemechanismus 81 eine bekannte Konfiguration auf, die in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-243431 , der japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-243300 etc. erläutert ist. Der Gestängemechanismus 81 ist mit einem Drehantrieb (nicht dargestellt) wie beispielsweise einem Motor oder einem Zylinder verbunden, der die Vielzahl von variablen Leitschaufeln 73 über einen Kraftübertragungsmechanismus 83 in der Öffnungs- und Schließrichtung dreht.
Nachfolgend werden die Funktion und Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung erläutert.
Von der Gaseinlassöffnung 41 angesaugtes Abgas strömt von der Einlassseite zur Auslassseite des Turbinenrads 35 durch den Turbinen-Scroll-Strömungskanal 43, wobei durch Nutzung der Druckenergie des Abgases eine Drehkraft (Drehmoment) erzeugt wird, und die Rotorwelle 9 und das Verdichterrad 15 integral mit dem Turbinenrad 35 gedreht werden können. Infolgedessen kann die von der Lufteinlassöffnung 21 angesaugt Luft verdichtet werden und die verdichtete Luft kann über den Diffusorströmungskanal 23 und den Verdichterrad-Scroll-Strömungskanal 25 aus der Luftausstoßöffnung 27 ausgestoßen werden, so dass die dem Motor zugeführte Luft turboaufgeladen (verdichtet) werden kann.
Wenn die Motordrehzahl hoch ist und die Durchflussrate des Abgases aufgrund des Betriebs des Turboladers 1 mit variablem Geometriesystem groß ist, wird die Vielzahl der variablen Leitschaufeln 73 synchron in Vorwärtsrichtung (der Öffnungsrichtung) gedreht, indem der Gestängemechanismus 81 durch den Drehantrieb betätigt wird. Dadurch wird ein Gas-Strömungskanalbereich (Halsquerschnitt) des zu dem Turbinenrad 35 geleiteten Abgases vergrößert und viel Abgas zugeführt. Wenn die Motordrehzahl dagegen niedrig und die Durchflussrate des Abgases gering ist, wird die Vielzahl der variablen Leitschaufeln 73 synchron in Rückwärtsrichtung (der Schließrichtung) gedreht, indem der Gestängemechanismus 81 durch den Drehantrieb betätigt wird. Dadurch wird der Halsquerschnitt verringert, die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases erhöht und eine Auslastung des Turbinenrads 35 ausreichend sichergestellt. Infolgedessen kann die Drehkraft ausreichend und gleichmäßig von dem Turbinenrad 35 erzeugt werden, unabhängig davon, ob die Durchflussrate des Abgases hoch oder niedrig ist (übliche Wirkungsweise des Turboladers 1 mit variablem Geometriesystem).
Die variablen Leitschaufeln 73 sind jeweils dazu konfiguriert, verdreht zu werden, wobei die Hinterkante 73t als Torsionszentrum festgelegt wird, so dass die Deckbandseite 73s in der radialen Richtung weiter nach innen vorsteht als die Nabenseite 73h und die mittlere Spannweite 73m, wodurch, wenn die oben erwähnte erste neue Entdeckung angewendet wird, ein Bereich mit einem hohen Energieverlust auf der Eingangsseite des Turbinenrads 35 reduziert werden kann, selbst wenn ein Seitenspiel zwischen der Seitenfläche der Nabenseite 73h der einzelnen variablen Leitschaufeln 73 und der zugewandten Fläche des Düsenrings 55 vorhanden ist, und zwischen der Seitenfläche der Deckbandseite 73s der einzelnen variablen Leitschaufeln 73 und der zugewandten Fläche des Deckbands 61. Außerdem wird der Torsionswinkel 9 der einzelnen variablen Leitschaufeln 73 auf 2,0 bis 5,0 Grad festgelegt, so dass, wenn die oben erwähnte zweite neue Entdeckung zum Einsatz kommt, eine Verbesserungsrate der Turbineneffizienz (Turbineneffizienz der Radialturbine 31) des Turboladers 1 mit variablen Geometriesystem hinreichend erhöht werden kann (typische Wirkungsweise des Turboladers 1 mit variablem Geometriesystem).
Selbst wenn das Seitenspiel zwischen der Seitenfläche der Nabenseite 73h der einzelnen variablen Leitschaufeln 73 und der zugewandten Fläche des Düsenrings 55 ausgebildet ist usw., kann gemäß dem Ausführungsbeispiel der Bereich, der den großen Energieverlust auf der Einlassseite des Turbinenrads 35 aufweist, reduziert werden.
So kann die Turbineneffizienz des Turboladers 1 mit variablen Geometriesystem gesteigert und gleichzeitig die Zuverlässigkeit der Drehfähigkeit der einzelnen variablen Leitschaufeln 73 sichergestellt werden. Insbesondere da die Verbesserungsrate der Turbineneffizienz des Turboladers 1 mit variablem Geometriesystem ausreichend gesteigert werden kann, können die oben erwähnten Effekte weiter verbessert werden.
(Modifiziertes Beispiel 1)
Wie in 5A, 5B(a) und 5B(b) dargestellt, wird in einem modifizierten Beispiel 1 des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung eine variable Leitschaufel 85 für die variable Düseneinheit 53 (siehe 3) anstatt der variablen Leitschaufel 73 (siehe 1A) verwendet. Dabei weist die variable Leitschaufel 85 eine ähnliche Konfiguration wie die variable Leitschaufel 73 auf, so dass nun nur die speziellen Teile der Konfiguration der variablen Leitschaufel 85 erläutert werden. Es sei angemerkt, dass die Komponenten, die den Komponenten der variablen Leitschaufel 73 aus der Vielzahl der Komponenten in der variablen Leitschaufel 85 entsprechen, mit denselben Symbolen versehen sind.
Die variablen Leitschaufeln 85 sind jeweils dazu konfiguriert, verdreht zu werden, wobei eine Hinterkante 85t als Torsionszentrum festgelegt wird, so dass eine Deckbandseite 85s in einer radialen Richtung weiter nach innen vorsteht als die Nabenseite 85h und eine mittlere Spannweite (eine Mitte der Deckbandseite 85s und der Nabenseite 85h) 85m. Ferner sind die variablen Leitschaufeln 85 jeweils dazu konfiguriert, wie oben erwähnt verdreht zu werden, so dass eine Vorderkante 85a der variablen Leitschaufeln 85 in einer Meridianfläche jeweils in der Richtung PD parallel zu der axialen Mitte (siehe 3) des Turbinenrads 35 geneigt ist und sich ein Deckbandseitenende 85as in radialer Richtung weiter innen befindet als ein Nabenseitenende 85ah.
Die variablen Leitschaufeln und 85 weisen jeweils eine Schaufelfläche 85o an eine Außenseite in radialer Richtung auf. An der Schaufelfläche 85o ist ein konkav gewölbter Oberflächenteil (ein konkaver Teil) 87 von der Deckbandseite 85s bis zur mittleren Spannweite 85m ausgebildet. Der konkav gewölbte Oberflächenteil 87 befindet sich in einem Abschnitt nahe der Vorderkante 85a der Schaufelfläche 85o. Mit anderen Worten ist der konkav gewölbte Oberflächenteil 87 an einem untersten Abschnitt in der Schaufelfläche 85o von einer Mitte zur Vorderkante 85a in einer Profilsehne (oder Wölbungslinie) der variablen Leitschaufel 85 ausgebildet. Außerdem weist der konkav gewölbte Oberflächenteil 87 eine sanft geschwungene Fläche auf. Weiterhin weisen die variablen Leitschaufeln 85 jeweils eine Schaufelfläche 85i an eine Innenseite in der radialen Richtung auf. An der Schaufelfläche 85i ist ein konvex gewölbter Oberflächenteil (ein konvexer Teil) 89 von der Deckbandseite 85s bis zur mittleren Spannweite 85m ausgebildet. Der konvex gewölbte Oberflächenteil 89 befindet sich in einem Abschnitt nahe der Vorderkante 85a der Schaufelfläche 85i. Mit anderen Worten ist der konvex gewölbte Oberflächenteil 89 an einem obersten Abschnitt in der Schaufelfläche 85i von der Mitte zur Vorderkante 85a in der Profilsehne (oder Wölbungslinie) der variablen Leitschaufel 85 ausgebildet. Außerdem weist der konvex gewölbte Oberflächenteil 89 eine sanft geschwungene Fläche auf.
Somit ist die variable Leitschaufel 85 gemäß dem modifizierten Beispiel 1 des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dazu konfiguriert, verdreht zu werden, wobei die Hinterkante 85t als Torsionszentrum festgelegt wird, so dass die Deckbandseite 85s in der radialen Richtung weiter nach innen vorsteht als die Nabenseite 85h und die mittlere Spannweite 85m. Dadurch können die Funktion und Wirkungsweise wie in dem oben genannten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
Außerdem ist in dem Teil nahe der Vorderkante 85a in der Schaufelfläche 85o an der Außenseite in der radialen Richtung der variablen Leitschaufel 85 der sanft konkav gewölbte Oberflächenteil 87 von der Deckbandseite 85s zur mittleren Spannweite 85m ausgebildet. Somit kann jeweils ein Bereich A mit niedrigem Druck durch Ablösung an dem Teil nahe der Vorderkante 85a in der Schaufelfläche 85o der Außenseite in der radialen Richtung der variablen Leitschaufeln 85 erzeugt werden. Auch wenn tendenziell ein hoher Druck auf die Schaufelfläche 85o an der Außenseite in der radialen Richtung der variablen Leitschaufeln 85 im Vergleich zu der Schaufelfläche 85i an der Innenseite in der radialen Richtung der variablen Leitschaufeln 85 wirkt, kann so eine Schubkraft F auf die zugewandte Seite des Deckbands 61 in den einzelnen variablen Leitschaufeln 85 erzeugt werden. Somit werden die variablen Leitschaufeln 85 jeweils nahe an die zugewandte Fläche des Deckbands 61 gebracht und das Seitenspiel der Deckbandseite wird kleiner als das Seitenspiel der Nabenseite, so dass die Turbineneffizienz des Turboladers 1 mit variablem Geometriesystem weiter gesteigert werden kann (siehe 4). Es sei angemerkt, dass aus den Paragrafen [0038] und [0039] der japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-14454 hervorgeht, dass die Einstellung des Seitenspiels der Deckbandseite auf ein kleineres Maß als das Seitenspiel der Nabenseite zur Verbesserung der Turbineneffizienz des Turboladers 1 mit variablem Geometriesystem beitragen kann.
(Modifiziertes Beispiel 2)
Wie in 6A, 6B(a) und 6B(b) dargestellt, wird in einem modifizierten Beispiel 2 des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung eine variable Leitschaufel 91 für die variable Düseneinheit 53 (siehe 3) anstatt der variablen Leitschaufel 73 (siehe 1A) verwendet. Dabei weist die variable Leitschaufel 91 eine ähnliche Konfiguration wie die variable Leitschaufel 73 auf, so dass nun nur die speziellen Teile der Konfiguration der variablen Leitschaufel 91 erläutert werden. Es sei angemerkt, dass die Komponenten, die den Komponenten der variablen Leitschaufel 73 aus der Vielzahl der Komponenten in der variablen Leitschaufel 91 entsprechen, mit denselben Symbolen versehen sind.
Die variablen Leitschaufeln 91 sind jeweils dazu konfiguriert, verdreht zu werden, wobei eine Hinterkante 91t als Torsionszentrum festgelegt wird, so dass eine Deckbandseite 91s in einer radialen Richtung weiter nach innen vorsteht als die Nabenseite 91h und eine mittlere Spannweite (eine Mitte der Deckbandseite 91s und der Nabenseite 91h) 91m. Ferner sind die variablen Leitschaufeln 91 jeweils dazu konfiguriert, wie oben erwähnt verdreht zu werden, so dass eine Vorderkante 91a der variablen Leitschaufeln 91 in einer Meridianfläche jeweils in der Richtung PD parallel zu der axialen Mitte (siehe 3) des Turbinenrads 35 geneigt ist und sich ein Deckbandseitenende 91as in radialer Richtung weiter innen befindet als ein Nabenseitenende 91ah. Außerdem sind die variablen Leitschaufeln 91 jeweils so konfiguriert, dass die mittlere Spannweite 91m in der radialen Richtung weiter nach außen vorsteht als die Nabenseite 91h.
Da somit die variable Leitschaufel 91 gemäß dem modifizierten Beispiel 2 des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung dazu konfiguriert ist, verdreht zu werden, wobei die Hinterkante 91t als Torsionszentrum festgelegt wird, so dass die Deckbandseite 85s in der radialen Richtung weiter nach innen vorsteht als die Nabenseite 85h und die mittlere Spannweite 91m, können die Funktion und Wirkungsweise wie in dem oben genannten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
Außerdem sind die variablen Leitschaufeln 91 jeweils so konfiguriert, dass die mittlere Spannweite 91m in der radialen Richtung weiter nach außen vorsteht als die Nabenseite 91h. Dadurch kann eine Schubkraft aufgrund eines Drucks, der auf eine Schaufelfläche 91o an der Außenseite in der radialen Richtung der jeweiligen variablen Leitschaufeln 91 wirkt, reduziert werden. Die Schubkraft F an der zugewandten Fläche des Deckbands 61 in den einzelnen variablen Leitschaufeln 91 kann daher durch einen Druck erzeugt werden, der auf eine Schaufelfläche 91i an der Innenseite in der radialen Richtung der einzelnen variablen Leitschaufeln 91 wirkt. Somit werden die variablen Leitschaufeln 91 jeweils nahe an die zugewandte Fläche des Deckbands 61 gebracht und ein Seitenspiel der Deckbandseite wird kleiner als ein Seitenspiel der Nabenseite, so dass die Turbineneffizienz des Turboladers 1 mit variablem Geometriesystem weiter gesteigert werden kann (siehe 4).
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Erläuterung des oben genannten Ausführungsbeispiels beschränkt ist und auch in verschiedenen anderen Aspekten ausgeführt werden kann. Beispielsweise kann die auf den Turbolader 1 mit variablem Geometriesystem angewandte technische Idee ebenso auf andere Strömungsrotationsmaschinen als den Turbolader 1 mit variablem Geometriesystem angewandt werden. Ferner ist der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

Variable Düseneinheit, die dazu in der Lage ist, einen Strömungskanalbereich für Gas anzupassen, das zu einem Turbinenrad einer Strömungsrotationsmaschine geleitet wird, wobei die variable Düseneinheit umfasst: ein erstes Wandelement, das an einer Außenseite in einer radialen Richtung des Turbinenrads in einem Turbinengehäuse der Strömungsrotationsmaschine vorgesehen ist; ein zweites Wandelement, welches das erste Wandelement in einer axialen Richtung des Turbinenrads beabstandet und dem ersten Wandelement zugewandt ist; und eine Vielzahl von variablen Leitschaufeln, die zwischen dem ersten Wandelement und dem zweiten Wandelement angeordnet sind, wobei die variablen Leitschaufeln einander in einer Umfangsrichtung beabstanden, sich in Öffnungs- und Schließrichtung um eine axiale Mitte parallel zu einer axialen Mitte des Turbinenrads drehen können, und die dazu konfiguriert sind, verdreht zu werden, wobei die Hinterkanten als Torsionszentren festgelegt werden, so dass eine Deckbandseite, die dem zweiten Wandelement zugewandt ist, in radialer Richtung weiter nach innen vorsteht als eine Nabenseite, die dem ersten Wandelement zugewandt ist.
Variable Düseneinheit nach Anspruch 1, wobei ein Torsionswinkel der einzelnen variablen Leitschaufeln auf 2,0 bis 5,0 Grad festgelegt wird.
Variable Düseneinheit nach Anspruch 1, wobei die variablen Leitschaufeln jeweils eine Schaufelfläche an einer Außenseite in der radialen Richtung aufweisen, und wobei die Schaufelfläche einen konkav gewölbten Oberflächenteil aufweist, der von einer Deckbandseite zu einer mittleren Spannweite der variablen Leitschaufel ausgebildet ist.
Variable Düseneinheit nach Anspruch 2, wobei die variablen Leitschaufeln jeweils eine Schaufelfläche an einer Außenseite in der radialen Richtung aufweisen, und wobei die Schaufelfläche einen konkav gewölbten Oberflächenteil aufweist, der von einer Deckbandseite zu einer mittleren Spannweite der variablen Leitschaufel ausgebildet ist.
Variable Düseneinheit nach Anspruch 1, wobei die variablen Leitschaufeln jeweils so konfiguriert sind, dass eine mittlere Spannweite in der radialen Richtung weiter nach außen vorsteht als die Nabenseite.
Variable Düseneinheit nach Anspruch 2, wobei die variablen Leitschaufeln jeweils so konfiguriert sind, dass eine mittlere Spannweite in der radialen Richtung weiter nach außen vorsteht als die Nabenseite.
Turbolader mit variablem Geometriesystem, der zu einem Motor geleitete Luft auflädt, indem er die Energie des Abgases von dem Motor nutzt, wobei der Turbolader mit variablem Geometriesystem die variable Düseneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst.