DE112020007249T5

DE112020007249T5 - Turbolader

Info

Publication number: DE112020007249T5
Application number: DE112020007249.5T
Authority: DE
Inventors: Toru Hoshi; Yukihide Nagayo; Shoeji NAKAYE; Toshikazu Mori; Takaaki Hagiwara
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Priority date: 2020-11-25
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2023-03-16
Also published as: JP7374343B2; JPWO2022113199A1; CN116234975A; US11913372B2; US20230265783A1; WO2022113199A1

Abstract

Dieser Turbolader umfasst: ein Laufrad, das eine Nabe, die vorgesehen ist, um um eine Mittelachse drehbar zu sein, und eine Mehrzahl von Turbinenschaufeln umfasst, die auf der Außenseite der Nabe in einer radialen Richtung in Intervallen in einer Umfangsrichtung um die Mittelachse angeordnet sind; und ein Turbinengehäuse, das auf der Außenseite des Laufrads in der radialen Richtung angeordnet ist und einen Spiralströmungsweg bildet, der ein Abgas zu dem Laufrad auf der Innenseite der radialen Richtung führt, während das Abgas in der Umfangsrichtung gedreht wird, wobei eine Strömungswegbreite in der Umfangsrichtung von mindestens einem einer Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten, die zwischen der Mehrzahl von Turbinenschaufeln gebildet sind, sich von einer Strömungswegbreite des anderen der Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten unterscheidet.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Turbolader.
Stand der Technik
Eine rotierende Maschine, wie etwa ein Turbolader, wurde ständig auf verschiedene Arten verbessert, um die Effizienz zu verbessern, Vibrationen zu unterdrücken, Geräusche zu reduzieren und dergleichen.
Zum Beispiel offenbart Patentdokument 1 eine Konfiguration, die eine Resonanz mit einer Turbinenschaufel vermeidet, indem ermöglicht wird, dass eine Halsbreite eines Teils einer Turbinenleitschaufel in einer Umfangsrichtung von der anderen normalen Halsbreite verschieden ist.
[Zitierliste]
[Patentdokument]
[Patentdokument 1]
Japanisches Patent Nr. 3181200
[Zusammenfassung der Erfindung]
[Technisches Problem]
Im Übrigen ist in dem Turbolader ein Spiralabschnitt vorgesehen, um ein Abgas, das von einem Motor abgegeben wird, zu einer Turbinenschaufel eines Laufrads auf der Innenseite einer radialen Richtung zu führen, während das Abgas in einer Umfangsrichtung auf der Außenseite des Laufrads in der radialen Richtung gedreht wird. Um die Effizienz des Turboladers zu verbessern, ist es vorzuziehen, einen Spalt zwischen einem Zungenabschnitt des Spiralabschnitts, der auf der Außenseite des Laufrads in der radialen Richtung angeordnet ist, und der Turbinenschaufel, die das Laufrad bildet, zu minimieren. Wenn jedoch der Spalt zwischen dem Zungenabschnitt und der Turbinenschaufel klein gemacht wird, kann es aufgrund von Druckschwankungen, wenn die Turbinenschaufel durch einen Bereich mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, der auf der stromabwärtigen Seite des Zungenabschnitts auftritt, verläuft, zu Geräuschen kommen.
Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und stellt einen Turbolader bereit, der in der Lage ist, Geräusche zu unterdrücken.
[Lösung des Problems]
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, umfasst ein Turbolader gemäß der vorliegenden Offenbarung: ein Laufrad, das eine Nabe, die vorgesehen ist, um um eine Mittelachse drehbar zu sein, und eine Mehrzahl von Turbinenschaufeln umfasst, die auf der Außenseite der Nabe in einer radialen Richtung in Intervallen in einer Umfangsrichtung um die Mittelachse angeordnet sind; und ein Turbinengehäuse, das auf der Außenseite des Laufrads in der radialen Richtung angeordnet ist und einen Spiralströmungsweg bildet, der ein Abgas zu dem Laufrad auf der Innenseite der radialen Richtung führt, während das Abgas in der Umfangsrichtung gedreht wird, wobei eine Strömungswegbreite in der Umfangsrichtung von mindestens einem einer Mehrzahl von Zwischenschaufel-Strömungswegabschnitten, die zwischen der Mehrzahl von Turbinenschaufeln gebildet sind, sich von einer Strömungswegbreite eines anderen der Mehrzahl von Zwischenschaufel-Strömungswegabschnitten unterscheidet.
[Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung]
Gemäß dem Turbolader der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, Geräusche zu unterdrücken.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die eine schematische Konfiguration eines Turboladers einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
2 ist eine Ansicht, in der eine Turbine eines Turboladers einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung aus einer Mittelachsenrichtung betrachtet wird.
3 ist eine Ansicht, in der ein Laufrad, das die Turbine der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bildet, aus der Mittelachsenrichtung betrachtet wird.
4 ist eine Ansicht, die ein Lastschwankungssimulationsergebnis des Laufrads der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
5 ist eine Ansicht, die eine Rauschfrequenzverteilung basierend auf dem Simulationsergebnis von 4 zeigt.
6 ist eine Ansicht, die ein Lastschwankungssimulationsergebnis eines Laufrads eines modifizierten Beispiels der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
7 ist eine Ansicht, die eine Rauschfrequenzverteilung basierend auf dem Simulationsergebnis von 6 zeigt.
8 ist eine Ansicht, in der ein Laufrad, das eine Turbine einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bildet, aus einer Mittelachsenrichtung betrachtet wird.
9 ist eine Ansicht, die ein Lastschwankungssimulationsergebnis des Laufrads der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
10 ist eine Ansicht, die eine Rauschfrequenzverteilung basierend auf dem Simulationsergebnis von 9 zeigt.
11 ist eine Ansicht, in der ein Laufrad, das eine Turbine einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bildet, aus einer Mittelachsenrichtung betrachtet wird.
12 ist eine Ansicht, in der ein Laufrad, das eine Turbine einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bildet, aus einer Mittelachsenrichtung betrachtet wird.

[Beschreibung von Ausführungsformen]
<Erste Ausführungsform>
Im Folgenden wird ein Turbolader der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
(Konfiguration des Turboladers)
Wie in 1 gezeigt, beinhaltet ein Turbolader 10 einen Turboladerkörper 11, einen Verdichter 20 und eine Turbine 30. Dieser Turbolader 10 ist zum Beispiel an einem Automobil oder dergleichen als Motorzubehör montiert.
Der Turboladerkörper 11 beinhaltet ein Lagergehäuse 12 und eine Drehwelle 13.
Das Lagergehäuse 12 wird von einer Fahrzeugkarosserie oder dergleichen durch eine Halterung (nicht gezeigt), den Verdichter 20, die Turbine 30 und dergleichen gestützt. Die Drehwelle 13 ist in einem Lagergehäuse 12 untergebracht. Die Drehwelle 13 ist durch Lager 14A und 14B so gestützt, dass sie um eine Mittelachse C in dem Lagergehäuse 12 drehbar ist. Beide Enden der Drehwelle 13 in der Richtung der Mittelachse C ragen zur Außenseite des Lagergehäuses 12 hin vor.
Der Verdichter 20 ist an einer Endseite des Lagergehäuses 12 in der Richtung der Mittelachse C angeordnet. Der Verdichter 20 beinhaltet ein Verdichterrad 21 und ein Verdichtergehäuse 22. Das Verdichterrad 21 ist mit dem Endabschnitt der Drehwelle 13 außerhalb des Lagergehäuses 12 verbunden. Das Verdichterrad 21 dreht sich um die Mittelachse C einstückig mit der Drehwelle 13. Das Verdichtergehäuse 22 ist mit einer Endseite des Lagergehäuses 12 in der Richtung der Mittelachse C verbunden. Das Verdichtergehäuse 22 nimmt das Verdichterrad 21 darin auf. Ein Strömungsweg 22r von von außen eingeleiteter Luft ist innerhalb des Verdichtergehäuses 22 ausgebildet. Der Strömungsweg 22r führt die von außen eingeleitete Luft zu dem Verdichterrad 21 und leitet die Luft, die das Verdichterrad 21 durchlaufen hat, zu einem Motor (nicht gezeigt).
(Konfiguration der Turbine)
Die Turbine 30 ist an der anderen Endseite des Lagergehäuses 12 angeordnet. Die Turbine 30 beinhaltet ein Turbinengehäuse 40 und ein Laufrad 31A.
Das Turbinengehäuse 40 ist mit der anderen Endseite des Lagergehäuses 12 verbunden. Das Turbinengehäuse 40 ist auf der Außenseite des Laufrads 31A in der radialen Richtung Dr zentriert auf der Mittelachse C angeordnet. Das Turbinengehäuse 40 nimmt das Laufrad 31A darin auf.
Wie in 2 gezeigt, beinhaltet das Turbinengehäuse 40 einen Gaseinleitungsabschnitt (nicht gezeigt) und Spiralströmungswege 43 und 44. Der Gaseinleitungsabschnitt (nicht gezeigt) öffnet sich nach außen und leitet ein Abgas, das von dem Motor (nicht gezeigt) abgegeben wird, in das Turbinengehäuse 40 ein.
Die Spiralströmungswege 43 und 44 sind innerhalb des Turbinengehäuses 40 gebildet. Die Spiralströmungswege 43 und 44 führen das Abgas, das das Laufrad 31A drehend antreibt, um sich allmählich in der radialen Richtung Dr nach innen zu bewegen, während es sich in der Umfangsrichtung Dc dreht.
Das Turbinengehäuse 40 beinhaltet eine rohrförmige Umfangswand 41 und eine Zwischenwand 42, die innerhalb der Umfangswand 41 gebildet ist. Die Umfangswand 41 erstreckt sich allmählich in der radialen Richtung Dr nach innen, während sie insgesamt von dem Gaseinleitungsabschnitt (nicht gezeigt) zu der Umfangsrichtung Dc in einer Spiralform kontinuierlich ist. Die Zwischenwand 42 teilt die Innenseite der rohrförmigen Umfangswand 41 in die Außenseite der radialen Richtung Dr und die Innenseite der radialen Richtung Dr zentriert auf der Mittelachse C. Dementsprechend sind ein Spiralströmungsweg 43, der auf der Außenseite der radialen Richtung Dr in Bezug auf die Zwischenwand 42 angeordnet ist, und ein Spiralströmungsweg 44, der auf der Innenseite der radialen Richtung Dr in Bezug auf die Zwischenwand 42 angeordnet ist, innerhalb der Umfangswand 41 des Turbinengehäuses 40 definiert.
Die Umfangswand 41 und die Zwischenwand 42 beinhalten Zungenabschnitte 41s und 42s an einer Position benachbart zu dem Laufrad 31A auf der Außenseite der radialen Richtung Dr. Der Zungenabschnitt 41s der Umfangswand 41 und der Zungenabschnitt 42s der Zwischenwand 42 sind an Positionen angeordnet, die sich voneinander um ungefähr 180° in der Umfangsrichtung Dc unterscheiden, wobei das Laufrad 31A dazwischen angeordnet ist. Der Spiralströmungsweg 43 und der Spiralströmungsweg 44 beinhalten Düsenabschnitte 43n und 44n, die sich zu dem Laufrad 31A auf der Innenseite der radialen Richtung Dr öffnen. Der Düsenabschnitt 43n und der Düsenabschnitt 44n sind einander in der radialen Richtung Dr zugewandt, wobei das Laufrad 31A dazwischen angeordnet ist. Der Düsenabschnitt 43n des Spiralströmungswegs 43 ist über ungefähr 180° in der Umfangsrichtung Dc zwischen dem Zungenabschnitt 41s der Umfangswand 41 und dem Zungenabschnitt 42s der Zwischenwand 42 offen. Der Düsenabschnitt 44n des Spiralströmungswegs 44 ist über ungefähr 180° in der Umfangsrichtung Dc zwischen dem Zungenabschnitt 42s der Zwischenwand 42 und dem Zungenabschnitt 41s der Umfangswand 41 offen.
Ferner ist, wie in 1 gezeigt, das Turbinengehäuse 40 mit einem Abgasabschnitt 45 versehen, der auf der Innenseite der radialen Richtung Dr der Umfangswand 41 gebildet ist, um ein Abgas, das von dem Laufrad 31A abgegeben wird, zu der Mittelachse C abzugeben.
Ein Abgas wird von dem Motor (nicht gezeigt) zu dem Gaseinleitungsabschnitt (nicht gezeigt) eines solchen Turbinengehäuses 40 zugeführt. Das Abgas, das von dem Gaseinleitungsabschnitt (nicht gezeigt) strömt, strömt allmählich in der radialen Richtung Dr nach innen, während es sich in der Umfangsrichtung Dc auf der Außenseite der radialen Richtung Dr des Laufrads 31A entlang der Spiralströmungswege 43 und 44 dreht. Das Abgas wird von den Düsenabschnitten 43n und 44n zu dem Laufrad 31A auf der Innenseite der radialen Richtung Dr zugeführt. Das Laufrad 31A dreht sich um die Mittelachse C, indem es von dem Abgasstrom getroffen wird. Das Abgas, das das Laufrad 31A durchlaufen hat, wird von der Innenseite der radialen Richtung Dr des Laufrads 31A durch den Auslassabschnitt 45 nach außen abgegeben.
Aufgrund der Drehung eines solchen Laufrads 31A drehen sich die Drehwelle 13 und das Verdichterrad 21 um die Mittelachse C einstückig mit dem Laufrad 31A. Das Verdichterrad 21 dreht sich um die Mittelachse C, um von außen in das Verdichtergehäuse 22 eingeleitete Luft zu verdichten. Die durch den Verdichter 20 verdichtete Luft wird von dem Verdichtergehäuse 22 zu dem Motor (nicht gezeigt) zugeführt.
(Konfiguration des Laufrads)
Das Laufrad 31A ist an der anderen Endseite der Drehwelle 13 in der Richtung der Mittelachse C auf der Außenseite des Lagergehäuses 12 angeordnet. Das Laufrad 31A dreht sich um die Mittelachse C einstückig mit der Drehwelle 13. Wie in den 1 bis 3 gezeigt, ist das Laufrad 31A einstückig mit einer Nabe 32 und einer Turbinenschaufel 33 versehen.
Die Nabe 32 ist an der anderen Endseite der Drehwelle 13 in der Richtung der Mittelachse C befestigt. Die Nabe 32 ist um die Mittelachse C einstückig mit der Drehwelle 13 drehbar. Die Nabe 32 weist eine Scheibenform auf, wenn sie aus der Richtung der Mittelachse C betrachtet wird. Die Nabe 32 weist eine konstante Dicke in der Richtung der Mittelachse C an einem Nabenmittelabschnitt 32a auf der Innenseite der radialen Richtung Dr auf. Die Nabe 32 verringert sich allmählich in der Dicke in der Richtung der Mittelachse C nach außen in der radialen Richtung Dr von dem Nabenmittelabschnitt 32a. Die Nabe 32 umfasst eine Scheibenfläche 32f, die dem Auslassabschnitt 45 in der Richtung der Mittelachse C zugewandt ist. Die Scheibenfläche 32f ist durch eine konkave gekrümmte Fläche gebildet, die allmählich von der Seite, die dem Auslassabschnitt 45 in der Richtung der Mittelachse C näher ist, zu dem Lagergehäuse 12 auf der Seite, die dem Auslassabschnitt 45 in der Richtung der Mittelachse C gegenüberliegt, gerichtet ist, während sie in der radialen Richtung Dr nach außen geht.
Eine Mehrzahl der Turbinenschaufeln 33 ist auf der Scheibenfläche 32f in Intervallen in der Umfangsrichtung Dc um die Mittelachse C angeordnet. In der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Laufrad 31A beispielsweise zehn Turbinenschaufeln 33.
Jede Turbinenschaufel 33 beinhaltet eine Vorderkante 33f und eine Hinterkante 33r. Die Vorderkante 33f ist den Düsenabschnitten 43n und 44n der Spiralströmungswege 43 und 44 zugewandt, um in der radialen Richtung Dr nach außen gerichtet zu sein. Die Vorderkante 33f ist angeordnet, um einen vorbestimmten Spalt in der radialen Richtung Dr zwischen dem Zungenabschnitt 41s der Umfangswand 41 und dem Zungenabschnitt 42s der Zwischenwand 42, die sich auf der Außenseite der radialen Richtung Dr befinden, zu trennen. Die Hinterkante 33r ist dem Auslassabschnitt 45 zugewandt, um in der Richtung der Mittelachse C zur anderen Seite gerichtet zu sein.
Wie in 3 gezeigt, ist in einem solchen Laufrad 31A ein Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R zwischen den Turbinenschaufeln 33 gebildet, die in der Umfangsrichtung Dc zueinander benachbart sind. Das Abgas, das in der radialen Richtung Dr von den Spiralströmungswegen 43 und 44 auf der Außenseite des Laufrads 31A in der radialen Richtung Dr nach innen strömt, durchläuft den Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R zwischen den Turbinenschaufeln 33, die in der Umfangsrichtung Dc zueinander benachbart sind. Das Abgas, das in der radialen Richtung Dr von der Vorderkante 33f der Turbinenschaufel 33 nach innen strömt, ändert die Strömungsrichtung aufgrund der Krümmung der Scheibenfläche 32f und wird entlang der Mittelachse C von der Hinterkante 33r der Turbinenschaufel 33 abgegeben. Das Laufrad 31A beinhaltet eine Mehrzahl der Zwischenschaufelströmungswegabschnitte R in der Umfangsrichtung Dc.
In dem Laufrad 31A unterscheidet sich die Strömungswegbreite in der Umfangsrichtung Dc von mindestens einem Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R1 der Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten R, die zwischen der Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33 gebildet sind, von der Strömungswegbreite des anderen Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R2. In der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beinhaltet das Laufrad 31A einen Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R1 und einen Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R2 mit voneinander verschiedenen Strömungswegbreiten in der Umfangsrichtung Dc.
Zum Beispiel kann die Strömungswegbreite ein Klemmwinkel auf der Seite der Vorderkante 33f der Turbinenschaufel 33 sein, die zwischen den benachbarten Turbinenschaufeln 33 gebildet ist.
Zum Beispiel kann der Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R1 zwischen den Turbinenschaufeln 33 gebildet sein, die in einem Klemmwinkel θ1 zueinander benachbart sind.
Zum Beispiel kann der Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R2 zwischen den Turbinenschaufeln 33 gebildet sein, die in einem Klemmwinkel θ2 zueinander benachbart sind.
Zum Beispiel kann in der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung der Klemmwinkel θ1 kleiner als der Klemmwinkel θ2 sein.
Zum Beispiel kann der Klemmwinkel θ1 zum Beispiel auf 31° eingestellt sein.
Zum Beispiel kann der Klemmwinkel θ2 zum Beispiel auf 41° eingestellt sein.
Zum Beispiel können der Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R1 und der Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R2 mit voneinander verschiedenen Strömungswegbreiten in der Umfangsrichtung Dc abwechselnd in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sein.
Wenn die Dicke der Turbinenschaufel 33 in der Umfangsrichtung Dc in Bezug auf den Klemmwinkel nicht vernachlässigbar ist, kann der Klemmwinkel ein Winkel sein, der durch die zugewandten Flächen der benachbarten Turbinenschaufeln 33 gebildet ist. Zu diesem Zeitpunkt kann zum Beispiel der Klemmwinkel θ1 auf einen Winkel eingestellt sein, der durch Subtrahieren eines Winkels, der der Dicke der Turbinenschaufel 33 in der Umfangsrichtung Dc entspricht, von 31° erhalten wird, und der Klemmwinkel θ2 kann auf einen Winkel eingestellt sein, der durch Subtrahieren eines Winkels, der der Dicke der Turbinenschaufel 33 in der Umfangsrichtung Dc entspricht, von 41° erhalten wird.
Im Folgenden wird jedoch ein Fall beschrieben, der den Fall von 3 beinhaltet, in dem die Dicke der Turbinenschaufel 33 in der Umfangsrichtung Dc in Bezug auf den Klemmwinkel vernachlässigbar ist.
Auf diese Weise beinhaltet das Laufrad 31A eine Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33, die in ungleichmäßigen Intervallen in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind. Das Laufrad 31A weist insgesamt fünf Sätze von zwei Arten von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten R1 und R2 mit voneinander verschiedenen Strömungswegbreiten (Klemmwinkeln) in der Umfangsrichtung Dc auf.
Hier beinhalten zwei Arten von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten R1 und R2 mit voneinander verschiedenen Strömungswegbreiten (Klemmwinkeln) in der Umfangsrichtung Dc eine Turbinenschaufelgruppe G1 (eine erste Gruppe von Turbinenschaufeln) und eine Turbinenschaufelgruppe G2 (eine zweite Gruppe von Turbinenschaufeln), die fünf Turbinenschaufeln 33 beinhaltet. Jede der Turbinenschaufelgruppen G1 und G2 beinhaltet fünf Turbinenschaufeln 33, die in gleichen Intervallen von 72° in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind. Jede Turbinenschaufel 33 der Turbinenschaufelgruppe G2 ist mit einer Phasenverschiebung im Uhrzeigersinn in der Umfangsrichtung Dc in Bezug auf jede Turbinenschaufel 33 der Turbinenschaufelgruppe G1 angeordnet.
Daher ist es möglich, die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33, die in ungleichen Intervallen in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind, als Ganzes einfach zu konfigurieren, indem fünf Elemente jeder der Turbinenschaufelgruppen G1 und G2 vereint werden und sie mit einer Phasenverschiebung gebildet werden.
Somit ist es möglich, den Turbolader 10 einfach herzustellen.
Wenn eine Simulation an Lastschwankungen (Druckschwankungen), die auf die Zungenabschnitte 41s und 42s aufgebracht werden, unter Verwendung eines solchen Laufrads 31A durchgeführt wird, dreht sich das Laufrad 31A um die Mittelachse C und die Zungenabschnitte 41s und 42s und die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33 nähern sich einander an, sodass Lastschwankungen mit einem ungleichen Abstand wie eine Druckschwankungswellenform W1, die in 4 gezeigt ist, auftreten. Andererseits wurde eine ähnliche Simulation für einen Fall durchgeführt, in dem die Mehrzahl von Turbinenschaufeln zum Vergleich in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung Dc angeordnet war und eine Druckschwankungswellenform W2 Lastschwankungen mit einem gleichen Abstand aufwies.
Ferner werden, wenn eine Frequenzanalyse an den Druckschwankungswellenformen W1 und W2 durchgeführt wird, Lastschwankungen in einem spezifischen Frequenzbereich f konzentriert, wenn die Mehrzahl von Turbinenschaufeln in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung Dc angeordnet ist, wie in 5 gezeigt. Im Gegensatz dazu wurden, wenn die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33 in ungleichen Intervallen angeordnet war und die Strömungswegbreite des Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R1 sich von der Strömungswegbreite des Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R2 in der Umfangsrichtung Dc unterscheidet, Lastschwankungen über mehrere Frequenzbereiche verteilt.
Gemäß dem Turbolader 10 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform unterscheidet sich die Strömungswegbreite in der Umfangsrichtung Dc eines Teils der Zwischenschaufelströmungswegabschnitte R1 der Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten R von der Strömungswegbreite eines anderen Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R2. Dementsprechend werden die Druckschwankungen, die in den Spalten zwischen der Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33 und den Zungenabschnitten 41s und 42s auftreten, ungleiche Abstände. Daher ist es möglich, die Frequenz des in den Spalten erzeugten Rauschens zu verteilen, ohne die Spalte zwischen der Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33 und den Zungenabschnitten 41s und 42s zu erweitern. Dementsprechend ist es möglich, Geräusche bei der spezifischen Frequenz zu reduzieren. Somit ist es möglich, Geräusche zu unterdrücken.
Ferner ist in dem vorstehend beschriebenen Turbolader 10 jede Turbinenschaufel 33 der zweiten Gruppe von Turbinenschaufeln G2 mit einer Phasenverschiebung in der Umfangsrichtung Dc in Bezug auf jede Turbinenschaufel 33 der ersten Gruppe von Turbinenschaufeln G1 angeordnet.
Dementsprechend ist es möglich, die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33, die in ungleichen Intervallen in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind, als Ganzes einfach zu konfigurieren, indem jede der ersten Gruppe von Turbinenschaufeln G1 und der zweiten Gruppe von Turbinenschaufeln G2 vereint wird und sie mit einer Phasenverschiebung angeordnet werden.
Somit ist es möglich, den Turbolader 10 einfach herzustellen.
Insbesondere, wenn die Anzahl der Turbinenschaufeln 33 im Laufrad 31A eine gerade Anzahl wie im vorstehend beschriebenen Turbolader 10 ist, kann das Laufrad 31A so konfiguriert werden, dass die Anzahl der Turbinenschaufeln 33 der ersten Gruppe von Turbinenschaufeln G1 und die Anzahl der Turbinenschaufeln 33 der zweiten Gruppe von Turbinenschaufeln G2 gleich sind.
Daher ist es einfach, die Mitte des Laufrads 31A auszugleichen, wenn die erste Gruppe von Turbinenschaufeln G1 und die zweite Gruppe von Turbinenschaufeln G2 kombiniert werden.
(Modifiziertes Beispiel der ersten Ausführungsform)
Zusätzlich wurde in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Klemmwinkel θ1 des Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R1 auf 31° eingestellt und der Klemmwinkel θ2 des Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R2 auf 41° eingestellt. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Klemmwinkel θ1 des Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R1 und der Klemmwinkel θ2 des Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R2 können geeignet geändert werden.
Zum Beispiel kann der Klemmwinkel θ1 des Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R1 auf 26° eingestellt sein und der Klemmwinkel θ2 des Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R2 kann auf 46° eingestellt sein. In diesem Fall treten, wie in 6 gezeigt, Lastschwankungen mit einem ungleichen Abstand wie eine Druckschwankungswellenform W1' auch in dem Laufrad 31A auf, in dem sich die Klemmwinkel θ1 und θ2 voneinander unterscheiden. Die Druckschwankungswellenform W1' weist eine größere Abweichung auf als die Druckschwankungswellenform W2, wenn die Turbinenschaufeln 33 in gleichen Intervallen installiert sind. Wie in 7 gezeigt, sind, wenn eine Frequenzanalyse an der Druckschwankungswellenform W1' von 6 durchgeführt wird, die Lastschwankungen in anderen Frequenzbereichen stärker verteilt und die Lastspitze (Geräuschspitze) in dem spezifischen Frequenzbereich f wurde stark reduziert, indem die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33 in ungleichen Intervallen angeordnet wurde und die Strömungswegbreite des Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R1 in der Umfangsrichtung Dc so eingestellt wurde, dass sie sich von der Strömungswegbreite des Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R2 unterscheidet.
<Zweite Ausführungsform>
Als Nächstes wird ein Turbolader einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
In der zweiten Ausführungsform werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Komponenten wie die der ersten Ausführungsform gegeben und detaillierte Beschreibungen davon werden weggelassen. Der Turbolader der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform in der Anordnung der Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33.
Wie in 8 gezeigt, beinhaltet ein Laufrad 31B, das die Turbine 30 des Turboladers 10 der zweiten Ausführungsform bildet, beispielsweise zehn Turbinenschaufeln 33, die in Intervallen in der Umfangsrichtung Dc ähnlich der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform angeordnet sind.
Im Laufrad 31B der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten R, die zwischen der Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33 gebildet sind, fünf Arten von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten R11 bis R15 mit voneinander verschiedenen Strömungswegbreiten in der Umfangsrichtung Dc. In fünf Arten von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten R11 bis R15 sind die Klemmwinkel θ11 bis θ15 der benachbarten Turbinenschaufeln 33 voneinander verschieden. Der Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R11 ist zwischen den Turbinenschaufeln 33 gebildet, die in dem Klemmwinkel θ11 zueinander benachbart sind. In der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist der Klemmwinkel θ11 zum Beispiel auf 42° eingestellt. Der Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R12 ist zwischen den Turbinenschaufeln 33 gebildet, die in dem Klemmwinkel θ12 zueinander benachbart sind. Der Klemmwinkel θ12 ist zum Beispiel auf 39° eingestellt. Der Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R13 ist zwischen den Turbinenschaufeln 33 gebildet, die in dem Klemmwinkel θ13 zueinander benachbart sind. Der Klemmwinkel θ13 ist zum Beispiel auf 33° eingestellt. Der Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R14 ist zwischen den Turbinenschaufeln 33 gebildet, die in dem Klemmwinkel θ14 zueinander benachbart sind. Der Klemmwinkel θ14 ist zum Beispiel auf 30° eingestellt. Der Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R15 ist zwischen den Turbinenschaufeln 33 gebildet, die in dem Klemmwinkel θ15 zueinander benachbart sind. Der Klemmwinkel θ15 ist zum Beispiel auf 36° eingestellt.
Auf diese Weise beinhaltet das Laufrad 31B die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33, die in ungleichen Intervallen in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind. Im Laufrad 31B sind insgesamt zwei Sätze von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten R11 bis R15, die fünf Arten von Klemmwinkeln θ11 bis θ15 beinhalten, in der Umfangsrichtung Dc angeordnet.
Hier beinhalten fünf Arten von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten R11 bis R15, in denen sich die Strömungswegbreiten (Klemmwinkel) in der Umfangsrichtung Dc voneinander unterscheiden, Turbinenschaufelgruppen G1 bis G5 (eine erste Gruppe von Turbinenschaufeln bis zu einer fünften Gruppe von Turbinenschaufeln), die jeweils zwei Turbinenschaufeln 33 beinhalten. Jede der Turbinenschaufelgruppen G1 bis G5 beinhaltet zwei Turbinenschaufeln 33, die in gleichen Intervallen von 180 in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind. Jede Turbinenschaufel 33 der Turbinenschaufelgruppen G1 bis G5 ist mit einer Phasenverschiebung in der Umfangsrichtung Dc angeordnet.
Daher ist es möglich, die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33, die in ungleichen Intervallen in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind, als Ganzes einfach zu konfigurieren, indem zwei Elemente jeder der Turbinenschaufelgruppen G1 bis G5 vereint werden und sie mit einer Phasenverschiebung angeordnet werden.
Somit ist es möglich, den Turbolader 10 einfach herzustellen.
Wenn eine Simulation an Lastschwankungen (Druckschwankungen), die auf die Zungenabschnitte 41s und 42s aufgebracht werden, unter Verwendung eines solchen Laufrads 31B durchgeführt wird, dreht sich das Laufrad 31B um die Mittelachse C und die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33 und die Zungenabschnitte 41s und 42s nähern sich einander an, sodass Lastschwankungen mit einem ungleichen Abstand wie die Druckschwankungswellenform W11, die in 9 gezeigt ist, auftreten. Ferner werden, wenn eine Frequenzanalyse an der Druckschwankungswellenform W11 durchgeführt wird, Lastschwankungen in anderen Frequenzbereichen verglichen mit der Druckschwankungswellenform W1 der ersten Ausführungsform, die in 5 und 7 gezeigt ist, stärker verteilt, wenn die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33 in ungleichen Intervallen angeordnet ist und die Strömungswegbreiten der Zwischenschaufelströmungswegabschnitte R11 bis R15 in der Umfangsrichtung Dc sich voneinander unterscheiden, wie in 10 gezeigt.
Gemäß dem Turbolader 10 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform unterscheiden sich die Strömungswegbreiten der Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten R11 bis R15 voneinander. Dementsprechend ist es möglich, die Frequenz des in den Spalten erzeugten Rauschens zu verteilen, ohne die Spalte zwischen der Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33 und den Zungenabschnitten 41s und 42s zu erweitern. Dementsprechend ist es möglich, Geräusche in dem spezifischen Frequenzbereich f zu reduzieren. Somit ist es möglich, Geräusche zu unterdrücken.
< Dritte Ausführungsform>
Als Nächstes wird ein Turbolader einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
In der dritten Ausführungsform werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Komponenten wie die der ersten und zweiten Ausführungsform gegeben und detaillierte Beschreibungen davon werden weggelassen. Der Turbolader der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform in der Struktur der Nabe 32.
Wie in 11 gezeigt, beinhaltet ein Laufrad 31C, das die Turbine 30 des Turboladers 10 der dritten Ausführungsform bildet, beispielsweise zehn Turbinenschaufeln 33, die in Intervallen in der Umfangsrichtung Dc ähnlich der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform angeordnet sind.
Ähnlich der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform beinhaltet das Laufrad 31C der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen ersten Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R21 und einen zweiten Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R22, die voneinander verschiedene Strömungswegbreiten in der Umfangsrichtung Dc aufweisen. Der erste Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R21 ist zwischen den Turbinenschaufeln 33 gebildet, die in einem Klemmwinkel θ21 (beispielsweise 31°) zueinander benachbart sind. Der zweite Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R22 ist zwischen den Turbinenschaufeln 33 gebildet, die in einem Klemmwinkel θ22 (beispielsweise 41°) zueinander benachbart sind. Das Laufrad 31C weist insgesamt fünf Sätze von zwei Arten der ersten Zwischenschaufelströmungswegabschnitte R21 und der zweiten Zwischenschaufelströmungswegabschnitte R22 mit voneinander verschiedenen Strömungswegbreiten (Klemmwinkeln) in der Umfangsrichtung Dc auf.
In einem solchen Laufrad 31C weisen zwei Arten des ersten Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R21 und des zweiten Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R22 mit voneinander verschiedenen Strömungswegbreiten (Klemmwinkeln) in der Umfangsrichtung Dc voneinander verschiedene radiale Abmessungen der Nabe 32 auf. Die radiale Abmessung ra der Nabe 32 des ersten Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R21 ist größer als die radiale Abmessung rb der Nabe 32 des zweiten Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R22 mit einer größeren Strömungswegbreite als die des ersten Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R21. Da die radiale Abmessung ra der Nabe 32 in dem ersten Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R21 mit einer schmalen Strömungswegbreite groß ist, befindet sich dementsprechend eine Scheibenfläche 32fa der Nabe 32 auf der Außenseite der radialen Richtung Dr in Bezug auf eine Scheibenfläche 32fb der Nabe 32 im zweiten Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R22. Dementsprechend ist ein Spalt in der Umfangsrichtung Dc zwischen Wurzeln 33k der Turbinenschaufeln 33, die in dem ersten Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R21 zueinander benachbart sind, im Wesentlichen erweitert.
Gemäß dem Turbolader 10 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die radiale Abmessung ra der Nabe 32 in dem ersten Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R21 mit einer schmalen Strömungswegbreite groß und die radiale Abmessung rb der Nabe 32 ist in dem zweiten Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R22 mit einer breiten Strömungswegbreite klein. Dementsprechend wird es auch in dem ersten Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R21 mit einer schmalen Strömungswegbreite möglich, die gekrümmte Fläche des Abschnitts 33j, der die Wurzel 33k der Turbinenschaufel 33 und die Scheibenfläche 32fa der Nabe 32 verbindet, einfach zu bearbeiten oder dergleichen. Ferner wird es möglich, den Krümmungsradius des Abschnitts 33j, der die Wurzel 33k der Turbinenschaufel 33 und die Scheibenfläche 32fa der Nabe 32 verbindet, zu vergrößern, und somit wird die Spannungskonzentration an der Wurzel 33k der Turbinenschaufel 33 unterdrückt.
Ferner wurden ähnlich wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Strömungswegbreiten des ersten Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R21 und des zweiten Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R22 so eingestellt, dass sie sich voneinander unterscheiden. Dementsprechend ist es möglich, Geräusche bei der spezifischen Frequenz zu reduzieren. Somit ist es möglich, Geräusche zu unterdrücken.
<Vierte Ausführungsform>
Als Nächstes wird ein Turbolader einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben.
In der vierten Ausführungsform werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Komponenten wie die der ersten bis dritten Ausführungsform gegeben und detaillierte Beschreibungen davon werden weggelassen. Der Turbolader der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von denen der ersten bis dritten Ausführungsform in der Anordnung einer Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33G auf der Seite der Hinterkante 33r auf der stromabwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung.
Wie in 12 gezeigt, beinhaltet ein Laufrad 31D, das die Turbine 30 des Turboladers 10 der vierten Ausführungsform bildet, beispielsweise zehn Turbinenschaufeln 33G, die in Intervallen in der Umfangsrichtung Dc ähnlich der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform angeordnet sind.
Die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33G der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist so angeordnet, dass die Hinterkante 33r auf der stromabwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung die gleiche minimale Strömungswegfläche zwischen den Schaufeln aufweist, die benachbart zueinander in der Umfangsrichtung Dc sind.
Andererseits sind in der Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33G die Vorderkanten 33f auf der stromaufwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung in ungleichen Intervallen in der Umfangsrichtung Dc angeordnet.
Ähnlich der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform beinhaltet das Laufrad 31D der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung einen ersten Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R31 und einen zweiten Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R32, die voneinander verschiedene Strömungswegbreiten in der Umfangsrichtung Dc aufweisen. Der erste Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R31 ist zwischen den Turbinenschaufeln 33G gebildet, die benachbart zueinander in einem Klemmwinkel θ31 (zum Beispiel 31°) auf der Seite der Vorderkante 33f sind. Der zweite Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R32 ist zwischen den Turbinenschaufeln 33G gebildet, die benachbart zueinander in einem Klemmwinkel θ32 (zum Beispiel 41°) auf der Seite der Vorderkante 33f sind.
Andererseits sind der erste Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R31 und der zweite Zwischenschaufelströmungswegabschnitt R32 so angeordnet, dass sie die gleiche minimale Strömungswegfläche zwischen den benachbarten Schaufeln aufweisen, indem sie jeweils den gleichen Klemmwinkel θ41 auf der Seite der Hinterkante 33r aufweisen.
In dem Turbolader 10 der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurden die Strömungswegbreiten des ersten Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R31 und des zweiten Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R32 auf der Seite der Vorderkante 33f auf der stromaufwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung voneinander unterschiedlich gemacht. Dementsprechend ist es möglich, Geräusche zu unterdrücken.
Da andererseits die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33G so angeordnet ist, dass sie die gleiche minimale Strömungswegfläche zwischen den Schaufeln benachbart zueinander in der Umfangsrichtung Dc auf der stromabwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung aufweist, kann die Last, die auf die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33G auf der stromabwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung aufgebracht wird, gleichmäßig gemacht werden.
Zusätzlich ist in dieser Ausführungsform, da die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33G mit der gleichen Dicke in der Umfangsrichtung Dc jeder Turbinenschaufel 33 auf der stromabwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung Dc angeordnet ist, die Mehrzahl von Turbinenschaufeln so angeordnet, dass sie die gleiche minimale Strömungswegfläche zwischen den Schaufeln aufweist, die in der Umfangsrichtung Dc benachbart zueinander sind. Jedoch kann eine beliebige Konfiguration verwendet werden, wenn die Mehrzahl von Turbinenschaufeln so angeordnet ist, dass sie die gleiche minimale Strömungswegfläche aufweist.
Als modifiziertes Beispiel kann, selbst wenn die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33G in ungleichen Intervallen in der Umfangsrichtung Dc auf der stromabwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung angeordnet ist, die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33G so angeordnet sein, dass sie die gleiche minimale Strömungswegfläche zwischen den Schaufeln aufweist, die in der Umfangsrichtung Dc benachbart zueinander sind, indem die Dicke jeder Turbinenschaufel 33 in der Umfangsrichtung Dc so eingestellt wird, dass sie unterschiedlich ist.
(Andere Ausführungsformen)
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung oben unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben wurden, ist jede Konfiguration und Kombination davon in jeder Ausführungsform ein Beispiel, und eine Hinzufügung, ein Weglassen, ein Ersetzen und andere Modifikationen der Konfiguration können vorgenommen werden, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Ferner ist die vorliegende Offenbarung nicht durch die Ausführungsformen beschränkt, sondern nur durch die Ansprüche.
Zum Beispiel wurden in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die Strömungswegbreiten der Zwischenschaufelströmungswegabschnitte R unterschiedlich gemacht, indem der Klemmwinkel zwischen den Turbinenschaufeln 33, die in der Umfangsrichtung Dc zueinander benachbart sind, so eingestellt wurde, dass er unterschiedlich ist, aber die Strömungswegbreite des Zwischenschaufelströmungswegabschnitts R kann unterschiedlich gemacht werden, indem die Dicke jeder Turbinenschaufel 33 in der Umfangsrichtung Dc als modifiziertes Beispiel so eingestellt wurde, dass sie unterschiedlich ist.
Ferner sind in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zehn Turbinenschaufeln 33 bereitgestellt, aber die Anzahl der Turbinenschaufeln 33 ist überhaupt nicht beschränkt und kann gegebenenfalls auf eine andere Anzahl eingestellt werden. Als modifiziertes Beispiel kann die Anzahl der Turbinenschaufeln 33 eine ungerade Anzahl sein.
Ferner beinhaltet das Turbinengehäuse 40 in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen zwei Spiralströmungswege 43 und 44, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.
Als modifiziertes Beispiel kann das Turbinengehäuse 40 nur einen Spiralströmungsweg beinhalten.
Als weiteres modifiziertes Beispiel kann das Turbinengehäuse 40 eine Konfiguration aufweisen, in der zwei Spiralströmungswege nebeneinander in der Richtung der Mittelachse C angeordnet sind.
<Anhang>
Zum Beispiel ist der Turbolader 10 jeder Ausführungsform wie folgt zu verstehen.

(1) Der Turbolader 10 gemäß einem ersten Aspekt beinhaltet: das Laufrad 31A bis 31D, das eine Nabe 32, die vorgesehen ist, um um eine Mittelachse C drehbar zu sein, und eine Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33 und 33G beinhaltet, die auf der Außenseite der Nabe 32 in einer radialen Richtung Dr in Intervallen in einer Umfangsrichtung Dc um die Mittelachse C angeordnet sind; und ein Turbinengehäuse 40, das auf der Außenseite des Laufrads 31A bis 31D in der radialen Richtung Dr angeordnet ist und einen Spiralströmungsweg 43 und 44 bildet, der ein Abgas zu dem Laufrad 31A bis 31D auf der Innenseite der radialen Richtung Dr führt, während das Abgas in der Umfangsrichtung Dc gedreht wird, wobei sich eine Strömungswegbreite in der Umfangsrichtung Dc von mindestens einem R1, R11, R21 und R31 einer Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten R, die zwischen der Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33 und 33G gebildet sind, von einer Strömungswegbreite eines anderen R2, R12, R22 und R32 der Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten unterscheidet.

In diesem Turbolader 10 ist die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33 und 33G in ungleichen Intervallen angeordnet. Dementsprechend ist es möglich, die Frequenz des in den Spalten erzeugten Rauschens zu verteilen, ohne die Spalte zwischen der Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33 und 33G und den Zungenabschnitten 41s und 42s, die auf der Außenseite der radialen Richtung Dr der Turbinenschaufeln 33 und 33G in dem Turbinengehäuse 40 angeordnet sind, zu erweitern. Dementsprechend ist es möglich, Geräusche bei der spezifischen Frequenz zu reduzieren. Somit ist es möglich, Geräusche zu unterdrücken.

(2) Der Turbolader 10 gemäß einem zweiten Aspekt ist der Turbolader 10 von (1), wobei die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33 und 33G eine erste Gruppe von Turbinenschaufeln G1, die in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind, und eine zweite Gruppe von Turbinenschaufeln G2 umfasst, die in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, und wobei jede Turbinenschaufel 33 und 33G der zweiten Gruppe von Turbinenschaufeln G2 mit einer Phasenverschiebung in der Umfangsrichtung Dc in Bezug auf jede Turbinenschaufel 33 und 33G der ersten Gruppe von Turbinenschaufeln G1 angeordnet ist.

Dementsprechend ist es möglich, die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33 und 33G, die in ungleichen Intervallen in der Umfangsrichtung Dc angeordnet sind, als Ganzes einfach zu konfigurieren, indem jede der ersten Gruppe von Turbinenschaufeln G1 und der zweiten Gruppe von Turbinenschaufeln G2 vereint wird und sie mit einer Phasenverschiebung angeordnet werden.
Somit ist es möglich, den Turbolader 10 einfach herzustellen.

(3) Der Turbolader 10 gemäß einem dritten Aspekt ist der Turbolader 10 von (1) oder (2), wobei eine radiale Abmessung ra der Nabe 32 eines ersten der Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten R21 größer ist als eine radiale Abmessung rb der Nabe 32 eines zweiten der Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten R22 mit einer größeren Strömungswegbreite als die des ersten der Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten R21.

Dementsprechend ist die radiale Abmessung ra der Nabe 32 in dem ersten der Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten R21 mit einer schmalen Strömungswegbreite groß und die radiale Abmessung rb der Nabe 32 wird in dem zweiten der Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten R22 mit einer breiten Strömungswegbreite kleiner. In dem ersten der Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten R21 mit einer schmalen Strömungswegbreite wird es möglich, die gekrümmte Fläche des Abschnitts 33j, der die Wurzel 33k der Turbinenschaufel 33 und die Scheibenfläche 32f der Nabe 32 verbindet, einfach zu bearbeiten. Ferner wird es möglich, den Krümmungsradius des Abschnitts 33j, der die Wurzel 33k der Turbinenschaufel 33 und die Scheibenfläche 32f der Nabe 32 verbindet, zu vergrößern, und somit wird die Spannungskonzentration an der Wurzel 33k der Turbinenschaufel 33 unterdrückt.

(4) Der Turbolader 10 eines vierten Aspekts ist der Turbolader 10 nach einem von (1) bis (3), wobei die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33G so angeordnet ist, dass sie die gleiche minimale Strömungswegfläche zwischen den Schaufeln benachbart zueinander in der Umfangsrichtung Dc auf einer stromabwärtigen Seite einer Abgasströmungsrichtung aufweist und in ungleichen Intervallen in der Umfangsrichtung Dc auf einer stromaufwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung angeordnet ist.

Dementsprechend ist die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33 in ungleichen Intervallen in der Umfangsrichtung Dc auf der stromaufwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung angeordnet. Dementsprechend unterscheiden sich die Strömungswegbreiten der Zwischenschaufelströmungswegabschnitte R1 und R2 in der Umfangsrichtung Dc voneinander nur in dem Abschnitt, in dem die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33G zu den Zungenabschnitten 41s und 42s benachbart ist. Selbst mit dieser Konfiguration ist es möglich, die Frequenz des in den Spalten erzeugten Rauschens zu verteilen, ohne die Spalte zwischen der Turbinenschaufel 33 und den Zungenabschnitten 41s und 42s zu erweitern. Dementsprechend ist es möglich, Geräusche bei der spezifischen Frequenz zu reduzieren.
Da andererseits die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33G in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung Dc auf der stromabwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung angeordnet ist, kann die Last, die auf die Mehrzahl von Turbinenschaufeln 33G auf der stromabwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung aufgebracht wird, gleichmäßig gemacht werden.

(5) Der Turbolader 10 nach einem fünften Aspekt ist der Turbolader 10 nach einem von (1) bis (4), wobei das Turbinengehäuse 40 eine Mehrzahl der Spiralströmungswege 43 und 44 umfasst, die jeweils das Abgas zu dem Laufrad 31A bis 31D von einer Mehrzahl von verschiedenen Positionen des Laufrads 31A bis 31D in der Umfangsrichtung Dc zuführen.

Dementsprechend ist es möglich, Geräusche in dem Turbolader 10 zu unterdrücken, der einen Abgaseinlass zu dem Laufrad 31A bis 31D an verschiedenen Positionen in der Umfangsrichtung Dc beinhaltet.
[Gewerbliche Anwendbarkeit]
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Turbolader ist es möglich, Geräusche zu unterdrücken.
Bezugszeichenliste

10: Turbolader
11: Turboladerkörper
12: Lagergehäuse
13: Drehwelle
14A,: 14B Lager
20: Verdichter
21: Verdichterrad
22: Verdichtergehäuse
22r: Strömungsweg
30: Turbine
31A bis 31D: Laufrad
32: Nabe
32a: Nabenmittelabschnitt
32f, 32fa, 32fb: Scheibenfläche
33, 33G: Turbinenschaufel
33f: Vorderkante
33r: Hinterkante
33j: Abschnitt
33k: Wurzel
40: Turbinengehäuse
41: Umfangswand
41s: Zungenabschnitt
42: Zwischenwand
42s: Zungenabschnitt
43, 44: Spiralströmungsweg
43n, 44n: Düsenabschnitt
45: Auslassabschnitt
C: Mittelachse
Dc: Umfangsrichtung
Dr: radiale Richtung
G1: Turbinenschaufelgruppe (erste Gruppe von Turbinenschaufeln)
G2: Turbinenschaufelgruppe (zweite Gruppe von Turbinenschaufeln)
G3 bis G5: Turbinenschaufelgruppe (dritte Gruppe von Turbinenschaufeln bis fünfte Gruppe von Turbinenschaufeln)
R, R1, R2, R11 bis R15: Zwischenschaufelströmungswegabschnitt
R21, R31: erster Zwischenschaufelströmungswegabschnitt
R22, R32: zweiter Zwischenschaufelströmungswegabschnitt
W1, W1', W11, W2: Druckschwankungswellenform
f: spezifischer Frequenzbereich
ra: radiale Abmessung
rb: radiale Abmessung
θ1, θ2, θ11 to θ15, θ21, θ22, θ31, θ32, θ41: Klemmwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 3181200 [0004]

Claims

Turbolader, umfassend: ein Laufrad, das eine Nabe, die vorgesehen ist, um um eine Mittelachse drehbar zu sein, und eine Mehrzahl von Turbinenschaufeln umfasst, die auf der Außenseite der Nabe in einer radialen Richtung in Intervallen in einer Umfangsrichtung um die Mittelachse angeordnet sind; und ein Turbinengehäuse, das auf der Außenseite des Laufrads in der radialen Richtung angeordnet ist und einen Spiralströmungsweg bildet, der ein Abgas zu dem Laufrad auf der Innenseite der radialen Richtung führt, während das Abgas in der Umfangsrichtung gedreht wird, wobei eine Strömungswegbreite in der Umfangsrichtung von mindestens einem einer Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten, die zwischen der Mehrzahl von Turbinenschaufeln gebildet sind, sich von einer Strömungswegbreite eines anderen der Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten unterscheidet.
Turbolader nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl von Turbinenschaufeln eine erste Gruppe von Turbinenschaufeln, die in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, und eine zweite Gruppe von Turbinenschaufeln umfasst, die in gleichen Intervallen in der Umfangsrichtung angeordnet sind, und wobei jede Turbinenschaufel der zweiten Gruppe von Turbinenschaufeln mit einer Phasenverschiebung in der Umfangsrichtung in Bezug auf jede Turbinenschaufel der ersten Gruppe von Turbinenschaufeln angeordnet ist.
Turbolader nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine radiale Abmessung der Nabe eines ersten der Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten größer ist als eine radiale Abmessung der Nabe eines zweiten der Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten mit einer größeren Strömungswegbreite als die des ersten der Mehrzahl von Zwischenschaufelströmungswegabschnitten.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Mehrzahl von Turbinenschaufeln so angeordnet ist, dass sie die gleiche minimale Strömungswegfläche zwischen den Schaufeln benachbart zueinander in der Umfangsrichtung auf einer stromabwärtigen Seite einer Abgasströmungsrichtung aufweist und in ungleichen Intervallen in der Umfangsrichtung auf einer stromaufwärtigen Seite der Abgasströmungsrichtung angeordnet ist.
Turbolader nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Turbinengehäuse eine Mehrzahl der Spiralströmungswege umfasst, die jeweils das Abgas zu dem Laufrad von einer Mehrzahl von verschiedenen Positionen des Laufrads in der Umfangsrichtung zuführen.