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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Turbine und einen Turbolader. Diese Anmeldung beansprucht die Wirkung der Priorität der
japanischen Patentanmeldung Nr. 2021-048180 , die am 23. März 2021 eingereicht wurde und deren Inhalte hierin aufgenommen sind.
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Technischer Hintergrund
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In einer Turbine, die in einem Turbolader oder dergleichen vorgesehen ist, ist ein Unterbringungsabschnitt vorgesehen, der ein Turbinenlaufrad unterbringt. Der Unterbringungsabschnitt ist mit einem Ablufteinleitungsanschluss durch einen Abgasströmungsdurchgang in Verbindung und ist mit einem Abluftabgabeanschluss durch einen Abgabeströmungsdurchgang in Verbindung. Die Turbine kann einen Umgehungsströmungsdurchgang haben, wie beispielsweise in Patentliteratur 1 offenbart ist. Der Umgehungsströmungsdurchgang gestattet eine Verbindung zwischen dem Abgasströmungsdurchgang und dem Abgabeströmungsdurchgang, während er den Unterbringungsabschnitt umgeht.
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Zitierungsliste
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Patentliteratur
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Patentliteratur 1:
JP 2013-241898 A -
Zusammenfassung
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Technisches Problem
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In der Turbine, die den Umgehungsströmungsdurchgang hat, ist es wahrscheinlich, dass in einem abzweigenden Abschnitt zwischen dem Abgasströmungsdurchgang und dem Umgehungsströmungsdurchgang eine Ablösung einer Gasströmung auftritt. Die Ablösung der Gasströmung in dem abzweigenden Abschnitt erhöht einen Druckverlust in der Turbine, was ein Grund für eine Verringerung einer Effizienz der Turbine ist.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung eine Turbine, die in der Lage ist, eine Effizienz der Turbine zu verbessern, und einen Turbolader vorzusehen.
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Lösung des Problems
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Um das vorstehend genannte Problem zu lösen, ist gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Turbine vorgesehen, die Folgendes hat: einen Unterbringungsabschnitt, der gestaltet ist, um ein Turbinenlaufrad unterzubringen; einen Abgasströmungsdurchgang, der gestaltet ist, um eine Verbindung zwischen dem Unterbringungsabschnitt und einem Ablufteinleitungsanschluss zu gestatten; einen Abgabeströmungsdurchgang, der gestaltet ist, um eine Verbindung zwischen dem Unterbringungsabschnitt und einem Abluftabgabeanschluss zu gestatten; einen Umgehungsströmungsdurchgang, der gestaltet ist, um eine Verbindung zwischen dem Abgasströmungsdurchgang und dem Abgabeströmungsdurchgang zu gestatten, während der Unterbringungsabschnitt umgangen wird; und einen abzweigenden Abschnitt zwischen dem Abgasströmungsdurchgang und dem Umgehungsströmungsdurchgang, wobei der abzweigende Abschnitt eine Strömungsdurchgangsschnittfläche von 0,6-mal oder mehr einer Strömungsdurchgangsschnittfläche des Ablufteinleitungsanschlusses hat.
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In einer Region des Abgasströmungsdurchgangs an der Ablufteinleitungsanschlussseite mit Bezug zu dem abzweigenden Abschnitt kann eine Strömungsdurchgangsschnittfläche 0,9-mal oder mehr die Strömungsdurchgangsschnittfläche des Ablufteinleitungsanschlusses in einer Region von 60% oder mehr an der Ablufteinleitungsanschlussseite in einer Erstreckungsrichtung des Abgasströmungsdurchgangs sein.
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Um das vorstehend genannte Problem zu lösen, hat gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Turbolader die vorstehend genannte Turbine.
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Wirkungen der Offenbarung
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, die Effizienz der Turbine zu verbessern.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist eine schematische Schnittansicht zum Darstellen eines Turboladers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
- 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1.
- 3 ist ein Graph zum Zeigen einer Verteilung eines Schnittflächenverhältnisses einer Strömungsdurchgangsschnittfläche eines Abgasströmungsdurchgangs bei jeder Strömungsrichtungsposition zu einer Strömungsdurchgangsschnittfläche eines Ablufteinleitungsanschlusses in einer Turbine gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
- 4 ist ein Graph zum Zeigen einer Beziehung zwischen einem Schnittflächenverhältnis und einem Effizienzänderungsbetrag.
- 5 ist ein Diagramm zum Darstellen einer Entropieverteilung, die durch eine Strömungsanalysesimulation in einem Vergleichsbeispiel erhalten wird.
- 6 ist ein Diagramm zum Darstellen einer Entropieverteilung, die durch eine Strömungsanalysesimulation in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erhalten wird.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Nun wird mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Die Abmessungen, Materialien und andere spezifische numerische Werte, die in dem Ausführungsbeispiel dargestellt sind, sind lediglich Beispiele, die zum Erleichtern des Verständnisses der Offenbarung verwendet werden, und beschränken die vorliegende Offenbarung nicht, außer es ist besonders angemerkt. Elemente, die im Wesentlichen die gleichen Funktionen und Gestaltungen hierin und in den Zeichnungen haben, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, um eine redundante Beschreibung von diesen wegzulassen. Des Weiteren ist eine Darstellung von Elementen mit keiner direkten Beziehung zu der vorliegenden Offenbarung weggelassen.
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1 ist eine schematische Schnittansicht zum Darstellen eines Turboladers TC. In dem Folgenden wird eine Beschreibung gegeben, wobei eine Richtung, die durch den Pfeil L, der in 1 dargestellt ist, gekennzeichnet ist, einer linken Seite des Turboladers TC entspricht. Eine Richtung, die durch den Pfeil R, der in 1 dargestellt ist, gekennzeichnet ist, entspricht einer rechten Seite des Turboladers TC. Wie in 1 dargestellt ist, hat der Turbolader TC einen Turboladerhauptkörper 1. Der Turboladerhauptkörper 1 hat ein Lagergehäuse 3, ein Turbinengehäuse 5 und ein Kompressorgehäuse 7. Das Turbinengehäuse 5 ist mit einer linken Seite des Lagergehäuses 3 durch einen Befestigungsmechanismus 9 gekoppelt. Das Kompressorgehäuse 7 ist mit einer rechten Seite des Lagergehäuses 3 durch einen Befestigungsbolzen 11 gekoppelt. Der Turbolader TC hat eine Turbine T und einen Zentrifugalkompressor C. Die Turbine T hat das Lagergehäuse 3 und das Turbinengehäuse 5. Der Zentrifugalkompressor C hat das Lagergehäuse 3 und das Kompressorgehäuse 7.
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Ein Vorsprung 3a ist an einer Außenumfangsfläche des Lagergehäuses 3 ausgebildet. Der Vorsprung 3a ist an der Seite des Turbinengehäuses 5 ausgebildet. Der Vorsprung 3a steht in einer Radialrichtung des Lagergehäuses 3 vor. Ein Vorsprung 5a ist an einer Außenumfangsfläche des Turbinengehäuses 5 ausgebildet. Der Vorsprung 5a ist an der Seite des Lagergehäuses 3 ausgebildet. Der Vorsprung 5a steht in einer Radialrichtung des Turbinengehäuses 5 vor. Das Lagergehäuse 3 und das Turbinengehäuse 5 sind durch den Befestigungsmechanismus 9 bandbefestigt. Der Befestigungsmechanismus 9 ist beispielsweise eine G-Kopplung. Der Befestigungsmechanismus 9 ist gestaltet, um den Vorsprung 3a und den Vorsprung 5a zu klemmen.
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Das Lagergehäuse 3 hat ein Lagerloch 3b, das in diesem ausgebildet ist. Das Lagerloch 3b geht durch das Lagergehäuse 3 in einer Rechts-und-Links-Richtung des Turboladers TC hindurch. Ein Lager ist in dem Lagerloch 3b angeordnet. Eine Welle 13 ist durch das Lager hindurch eingesetzt. Das Lager stützt die Welle 13 axial in einer drehbaren Weise. Das Lager ist ein Gleitlager. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt, und das Lager kann ein Wälzlager sein. Ein Turbinenlaufrad 15 ist an einem linken Endabschnitt der Welle 13 vorgesehen. Das Turbinenlaufrad 15 ist in dem Turbinengehäuse 5 untergebracht, um drehbar zu sein. Ein Kompressorlaufrad 17 ist an einem rechten Endabschnitt der Welle 13 vorgesehen. Das Kompressorlaufrad 17 ist in dem Kompressorgehäuse 7 untergebracht, um drehbar zu sein.
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Ein Ansauganschluss 19 ist in dem Kompressorgehäuse 7 ausgebildet. Der Ansauganschluss 19 öffnet an der rechten Seite des Turboladers TC. Der Ansauganschluss 19 ist mit einem Luftfilter (nicht gezeigt) verbunden. Ein Diffusorströmungsdurchgang 21 ist durch gegenüberliegende Flächen des Lagergehäuses 3 und des Kompressorgehäuses 7 definiert. Der Diffusorströmungsdurchgang 21 erhöht einen Druck von Luft. Der Diffusorströmungsdurchgang 21 hat eine ringförmige Form. Der Diffusorströmungsdurchgang 21 ist mit dem Ansauganschluss 19 an einer radial inneren Seite durch das dazwischenliegende Kompressorlaufrad 17 verbunden.
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Ein Kompressorschneckenströmungsdurchgang 23 ist in dem Kompressorgehäuse 7 ausgebildet. Der Kompressorschneckenströmungsdurchgang 23 hat eine ringförmige Form. Der Kompressorschneckenströmungsdurchgang 23 ist beispielsweise an einer äußeren Seite mit Bezug zu dem Diffusorströmungsdurchgang 21 in einer Radialrichtung der Welle 13 gelegen. Der Kompressorschneckenströmungsdurchgang 23 ist mit einem Ansauganschluss einer Maschine (nicht gezeigt) und dem Diffusorströmungsdurchgang 21 in Verbindung. Wenn das Kompressorlaufrad 17 dreht, wird die Luft von dem Ansauganschluss 19 in das Kompressorgehäuse 7 gesaugt. Die angesaugte Luft wird mit Druck beaufschlagt und beschleunigt in dem Verlauf des Strömens durch Schaufeln des Kompressorlaufrads 17. Ein Druck der Luft, die mit Druck beaufschlagt und beschleunigt worden ist, wird in dem Diffusorströmungsdurchgang 21 und dem Kompressorschneckenströmungsdurchgang 23 erhöht. Die Luft, deren Druck erhöht worden ist, wird zu dem Ansauganschluss der Maschine geführt.
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Ein Abluftabgabeanschluss 25 ist in dem Turbinengehäuse 5 ausgebildet. Der Abluftabgabeanschluss 25 öffnet an der linken Seite des Turboladers TC. Der Abluftabgabeanschluss 25 ist mit einer Abgasreinigungsvorrichtung (nicht gezeigt) verbunden. In dem Turbinengehäuse 5 sind ein Abgabeströmungsdurchgang 27, ein Unterbringungsabschnitt 29 und ein Abgasströmungsdurchgang 31 ausgebildet. Der Abgabeströmungsdurchgang 27 gestattet eine Verbindung zwischen dem Unterbringungsabschnitt 29 und dem Abluftabgabeanschluss 25. Der Abgabeströmungsdurchgang 27 ist fortlaufend mit dem Unterbringungsabschnitt 29 in einer Drehachsenrichtung des Turbinenlaufrads 15. Der Unterbringungsabschnitt 29 bringt das Turbinenlaufrad 15 unter. Der Abgasströmungsdurchgang 31 ist an einer radial äußeren Seite mit Bezug zu dem Turbinenlaufrad 15 ausgebildet. Der Abgasströmungsdurchgang 31 hat eine ringförmige Form. Der Abgasströmungsdurchgang 31 hat einen Turbinenschneckenströmungsdurchgang 31a. Der Turbinenschneckenströmungsdurchgang 31a ist mit dem Unterbringungsabschnitt 29 in Verbindung. Das heißt das Turbinenlaufrad 15 ist an einer radial inneren Seite mit Bezug zu dem Turbinenschneckenströmungsdurchgang 31a angeordnet.
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Der Abgasströmungsdurchgang 31 ist mit einem Abgassammler einer Maschine (nicht gezeigt) in Verbindung. Abgas, das von dem Abgassammler der Maschine (nicht gezeigt) ausströmt, wird zu dem Abgabeströmungsdurchgang 27 durch den Abgasströmungsdurchgang 31 und den Unterbringungsabschnitt 29 geführt.
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Das Abgas, das zu dem Abgabeströmungsdurchgang 27 geführt wird, dreht das Turbinenlaufrad 15 in dem Verlauf des Strömens.
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Eine Drehkraft des Turbinenlaufrads 15 wird zu dem Kompressorlaufrad 17 durch die Welle 13 übertragen. Wenn das Kompressorlaufrad 17 dreht, wird der Druck der Luft erhöht, wie vorstehend beschrieben ist. In solch einer Weise wird die Luft zu dem Ansauganschluss der Maschine geführt.
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2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 1. In 2 ist, hinsichtlich des Turbinenlaufrads 15, nur ein Außenumfang des Turbinenlaufrads 15 mit einem Kreis gekennzeichnet. Wie in 2 dargestellt ist, ist an einer radial äußeren Seite des Unterbringungsabschnitts 29 (d. h. einer radial äußeren Seite des Turbinenlaufrads 15) der Abgasströmungsdurchgang 31 ausgebildet. Der Abgasströmungsdurchgang 31 hat den Turbinenschneckenströmungsdurchgang 31a, einen Verbindungsabschnitt 31b, einen Ablufteinleitungsanschluss 31c und einen Ablufteinleitungsdurchgang 31d. Der Abgasströmungsdurchgang 31 gestattet eine Verbindung zwischen dem Unterbringungsabschnitt 29 und dem Ablufteinleitungsanschluss 31c.
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Der Verbindungsabschnitt 31b ist in einer ringförmigen Form über den gesamten Umfang des Unterbringungsabschnitts 29 ausgebildet. Der Turbinenschneckenströmungsdurchgang 31a ist an der radial äußeren Seite des Turbinenlaufrads 15 mit Bezug zu dem Verbindungsabschnitt 31b gelegen. Der Turbinenschneckenströmungsdurchgang 31a ist in einer ringförmigen Form über den gesamten Umfang des Verbindungsabschnitts 31b (d.h. den gesamten Umfang des Unterbringungsabschnitts 29) ausgebildet. Der Verbindungsabschnitt 31b gestattet eine Verbindung zwischen dem Unterbringungsabschnitt 29 und dem Turbinenschneckenströmungsdurchgang 31a. Ein Zungenabschnitt 33 ist in dem Turbinengehäuse 5 ausgebildet. Der Zungenabschnitt 33 ist an einem Endabschnitt des Turbinenschneckenströmungsdurchgangs 31a an einer stromabwärtigen Seite ausgebildet und teilt den Turbinenschneckenströmungsdurchgang 31a in einen stromabwärtigen Abschnitt und einen stromaufwärtigen Abschnitt des Turbinenschneckenströmungsdurchgangs 31a.
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Der Ablufteinleitungsanschluss 31c öffnet zu der Außenseite des Turbinengehäuses 5. Das Abgas, das von dem Abgassammler der Maschine (nicht gezeigt) ausströmt, wird in den Ablufteinleitungsanschluss 31c eingeleitet. Der Ablufteinleitungsdurchgang 31d ist zwischen dem Ablufteinleitungsanschluss 31c und dem Turbinenschneckenströmungsdurchgang 31a ausgebildet. Der Ablufteinleitungsdurchgang 31d verbindet den Ablufteinleitungsanschluss 31c und den Turbinenschneckenströmungsdurchgang 31a miteinander. Der Ablufteinleitungsdurchgang 31d ist beispielsweise in einer geraden Form ausgebildet. Der Ablufteinleitungsdurchgang 31d führt das Abgas, das von dem Ablufteinleitungsanschluss 31c eingeleitet wird, zu dem Turbinenschneckenströmungsdurchgang 31a. Der Turbinenschneckenströmungsdurchgang 31a führt das Abgas, das von dem Ablufteinleitungsdurchgang 31d eingeleitet wird, zu dem Unterbringungsabschnitt 29 durch den Verbindungsabschnitt 31b.
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Ein Umgehungsströmungsdurchgang 35 ist in dem Turbinengehäuse 5 ausgebildet. Ein Einlassende des Umgehungsströmungsdurchgangs 35 öffnet zu dem Abgasströmungsdurchgang 31 (im Speziellen zu dem Ablufteinleitungsdurchgang 31d). Ein Auslassende des Umgehungsströmungsdurchgangs 35 öffnet zu dem Abgabeströmungsdurchgang 27 (siehe 1). Der Umgehungsströmungsdurchgang 35 gestattet eine Verbindung zwischen dem Abgasströmungsdurchgang 31 (im Speziellen dem Ablufteinleitungsdurchgang 31d) und dem Abgabeströmungsdurchgang 27, während er den Unterbringungsabschnitt 29 umgeht. An dem Auslassende des Umgehungsströmungsdurchgangs 35 ist ein Wastegate-Anschluss WP ausgebildet (siehe 1). An dem Auslassende des Umgehungsströmungsdurchgangs 35 ist ein Wastegate-Ventil WV (siehe 1) angeordnet, das den Wastegate-Anschluss WP öffnen und schließen kann. Das Wastegate-Ventil WV ist in dem Abgabeströmungsdurchgang 27 angeordnet. Wenn das Wastegate-Ventil WV den Wastegate-Anschluss WP öffnet, bewirkt der Umgehungsströmungsdurchgang 35, dass ein Teil des Abgases, das durch den Ablufteinleitungsdurchgang 31d hindurchströmt, zu dem Abgabeströmungsdurchgang 27 ausströmt, während der Unterbringungsabschnitt 29 umgangen wird (d.h. das Turbinenlaufrad 15 umgangen wird).
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In der Turbine T werden Öffnungs- und Schließbetriebe des Wastegate-Anschlusses WP gesteuert, um eine Strömungsrate des Abgases einzustellen, das in das Turbinenlaufrad 15 strömt. Wie vorstehend beschrieben ist, ist die Turbine T eine Turbine mit variabler Kapazität.
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Hier ist es in der Turbine T, die den Umgehungsströmungsdurchgang 35 hat, in einem abzweigenden Abschnitt BP zwischen dem Abgasströmungsdurchgang 31 und dem Umgehungsströmungsdurchgang 35 (d. h. dem Einlassende des Umgehungsströmungsdurchgangs 35) wahrscheinlich, dass eine Ablösung einer Gasströmung auftritt. Wenn beispielsweise der Wastegate-Anschluss WP geschlossen ist, strömt ein Teil des Abgases, das durch den Ablufteinleitungsdurchgang 31d hindurchströmt, in den Umgehungsströmungsdurchgang 35 von dem abzweigenden Abschnitt BP und kehrt dann zu dem Ablufteinleitungsdurchgang 31d zurück. Zu dieser Zeit kann in einem Abschnitt des abzweigenden Abschnitts BP an der stromabwärtigen Seite eine Ablösung einer Gasströmung auftreten. Die Ablösung einer Gasströmung in dem abzweigenden Abschnitt BP erhöht einen Druckverlust in der Turbine T, was ein Grund einer Verringerung einer Effizienz der Turbine T ist.
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In Anbetracht dessen ist in der Turbine T gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, um die Effizienz der Turbine T zu verbessern, der Abgasströmungsdurchgang 31 (im Speziellen der Ablufteinleitungsdurchgang 31d) hinsichtlich einer Strömungsdurchgangsschnittfläche entworfen. Die Strömungsdurchgangsschnittfläche des Abgasströmungsdurchgangs 31 ist im Speziellen die Fläche des Strömungsdurchgangsschnitts senkrecht zu einer Strömungsrichtung FD des Abgases (d. h. einer Erstreckungsrichtung des Abgasströmungsdurchgangs 31). In dem Folgenden wird mit Bezug auf 2 bis 5 die Strömungsdurchgangsschnittfläche des Abgasströmungsdurchgangs 31 im Detail beschrieben.
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Eine Position des Abgases in der Strömungsrichtung FD in dem Abgasströmungsdurchgang 31 wird nachstehend als eine Strömungsrichtungsposition Pf bezeichnet. Wie in 2 dargestellt ist, ist die Strömungsrichtungsposition Pf an dem Ablufteinleitungsanschluss 31c auf 0 festgelegt, und die Strömungsrichtungsposition Pf bei dem abzweigenden Abschnitt BP ist auf 1 festgelegt. Eine Region des Abgasströmungsdurchgangs 31, in der die Strömungsrichtungsposition Pf 0 oder mehr und weniger als 1 ist, entspricht einer Region an der Seite des Ablufteinleitungsanschlusses 31c mit Bezug zu dem abzweigenden Abschnitt BP. In dem Beispiel von 2 ist die Strömungsrichtungsposition Pf bei dem abzweigenden Abschnitt BP eine Position eines stromaufwärtigen Endabschnitts des abzweigenden Abschnitts BP. Jedoch kann als die Strömungsrichtungsposition Pf bei dem abzweigenden Abschnitt BP eine Position eines Abschnitts verwendet werden, der anders ist als der stromaufwärtige Endabschnitt des abzweigenden Abschnitts BP.
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3 ist ein Graph zum Zeigen einer Verteilung eines Schnittflächenverhältnisses der Strömungsdurchgangsschnittfläche des Abgasströmungsdurchgangs 31 bei jeder Strömungsrichtungsposition Pf zu der Strömungsdurchgangsschnittfläche des Ablufteinleitungsanschlusses 31c in der Turbine T gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. In 3 ist die Verteilung des Schnittflächenverhältnisses in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit der durchgehenden Linie gekennzeichnet, und die Verteilung des Schnittflächenverhältnisses in einem Vergleichsbeispiel ist mit der gestrichelten Linie gekennzeichnet.
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Wie in 3 gezeigt ist, verringert sich sowohl in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als auch in dem Vergleichsbeispiel, in der Region des Abgasströmungsdurchgangs 31 an der Seite des Ablufteinleitungsanschlusses 31c mit Bezug zu dem abzweigenden Abschnitt BP, das Schnittflächenverhältnis je näher die Strömungsrichtungsposition Pf zu der stromabwärtigen Seite ist. Das heißt in der Region des Abgasströmungsdurchgangs 31 an der Seite des Ablufteinleitungsanschlusses 31c mit Bezug zu dem abzweigenden Abschnitt BP verringert sich die Strömungsdurchgangsschnittfläche, je näher die Strömungsrichtungsposition Pf zu der stromabwärtigen Seite ist.
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In diesem Fall ist in dem Vergleichsbeispiel, bei der Strömungsrichtungsposition Pf = 1, das Schnittflächenverhältnis weniger als 0,6 (im Speziellen ungefähr 0,4). Das heißt die Strömungsdurchgangsschnittfläche des abzweigenden Abschnitts BP ist geringer als 0,6-mal die Strömungsdurchgangsschnittfläche des Ablufteinleitungsanschlusses 31c. Des Weiteren ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei der Strömungsrichtungsposition Pf = 1, das Schnittflächenverhältnis 0,6 oder mehr (im Speziellen ungefähr 0,6). Das heißt die Strömungsdurchgangsschnittfläche bei dem abzweigenden Abschnitt BP ist 0,6-mal oder mehr die Strömungsdurchgangsschnittfläche des Ablufteinleitungsanschlusses 31c.
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Im Folgenden wird eine Beschreibung mit Bezug auf 4, 5 und 6 gegeben, um Ergebnisse zu zeigen, die durch Strömungsanalysesimulationen erhalten wurden, die durch die Erfinder ausgeführt wurden. In den Strömungsanalysesimulationen werden Zustände der Gasströmung (beispielsweise eine Richtung, eine Geschwindigkeit und eine Entropie) in dem Abgasströmungsdurchgang 31 und die Effizienz der Turbine T berechnet.
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4 ist ein Graph zum Zeigen einer Beziehung zwischen einem Schnittflächenverhältnis und einem Effizienzänderungsbetrag. Das Schnittflächenverhältnis ist ein Verhältnis der Strömungsdurchgangsschnittfläche des abzweigenden Abschnitts BP zu der Strömungsdurchgangsschnittfläche des Ablufteinleitungsanschlusses 31c (d. h. ein Verhältnis der Strömungsdurchgangsschnittfläche bei der Strömungsrichtungsposition Pf = 1 zu der Strömungsdurchgangsschnittfläche bei der Strömungsrichtungsposition Pf = 0). Der Effizienzänderungsbetrag [%] ist ein Änderungsbetrag der Effizienz der Turbine T in jedem Schnittflächenverhältnis mit Bezug zu der Effizienz der Turbine T, wenn das Schnittflächenverhältnis 0,4 ist. Das heißt der Effizienzänderungsbetrag [%] wird durch Subtrahieren der Effizienz der Turbine T, wenn das Schnittflächenverhältnis 0,4 ist, von der Effizienz der Turbine T in jedem Schnittflächenverhältnis erhalten. Die Effizienz der Turbine T ist ein Verhältnis von Energie, die durch die Turbine T erzeugt wird, zu Energie, die zu der Turbine T eingegeben wird.
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Gemäß dem Graphen, der in 4 gezeigt ist, wurde herausgefunden, dass sich die Effizienz der Turbine T erhöht, wenn sich das Schnittflächenverhältnis erhöht. Insbesondere wurde herausgefunden, dass, wenn das Schnittflächenverhältnis 0,6 oder mehr ist, die Effizienz der Turbine T um wenigstens 0,8% oder mehr im Vergleich zu einem Fall verbessert wird, in dem das Schnittflächenverhältnis 0,4 ist. Somit wurde in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel herausgefunden, dass, wenn die Strömungsdurchgangsschnittfläche des abzweigenden Abschnitts BP 0,6-mal oder mehr die Strömungsdurchgangsschnittfläche des Ablufteinleitungsanschlusses 31c ist, die Effizienz der Turbine T merklich verbessert ist.
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5 ist ein Diagramm zum Darstellen einer Entropieverteilung, die durch die Strömungsanalysesimulation in dem Vergleichsbeispiel erhalten wird. 6 ist ein Diagramm zum Darstellen einer Entropieverteilung, die durch die Strömungsanalysesimulation in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erhalten wird. In 5 und 6 ist die Verteilung der Entropie in der Umgebung des abzweigenden Abschnitts BP in dem Abgasströmungsdurchgang 31 mit einer unterschiedlichen Dichte einer Schraffur gekennzeichnet. Im Speziellen ist in 5 und 6, wenn die Dichte einer Schraffur höher ist (d. h., wenn Abstände von Schraffurlinien kleiner sind), die Entropie höher. Des Weiteren ist in 5 und 6 eine Richtung einer lokalen Gasströmung in der Umgebung des abzweigenden Abschnitts BP mit Pfeilen gekennzeichnet.
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Als ein Ergebnis eines Vergleichs zwischen dem Vergleichsbeispiel, das in 5 dargestellt ist, und dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, das in 6 dargestellt ist, wurde herausgefunden, dass sich in dem Vergleichsbeispiel eine Entropie an der stromabwärtigen Seite des Abgasströmungsdurchgangs 31 mit Bezug zu dem abzweigenden Abschnitt BP erhöht (linke Seite in 5 und 6) im Vergleich zu dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Des Weiteren wurde in dem Vergleichsbeispiel herausgefunden, dass eine Ablösung einer Gasströmung und eine Wirbelströmung an der stromabwärtigen Seite des Abgasströmungsdurchgangs 31 mit Bezug zu dem abzweigenden Abschnitt BP auftreten, im Gegensatz zum vorliegenden Ausführungsbeispiel.
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In diesem Fall ist es denkbar, dass sich die Effizienz der Turbine T gemäß der Größe der Strömungsdurchgangsschnittfläche des abzweigenden Abschnitts BP ändert. Im Speziellen, wenn die Strömungsdurchgangsschnittfläche des abzweigenden Abschnitts BP übermäßig klein ist, erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, das durch den Abgasströmungsdurchgang 31 (im Speziellen durch den Ablufteinleitungsdurchgang 31d) strömt, übermäßig bei dem abzweigenden Abschnitt BP. Aufgrund dessen ist es wahrscheinlich, dass in der Umgebung des abzweigenden Abschnitts BP (beispielsweise an der stromabwärtigen Seite des Abgasströmungsdurchgangs 31 mit Bezug zu dem abzweigenden Abschnitt BP) eine Ablösung einer Gasströmung und eine Wirbelströmung auftreten. Aus diesem Grund kann man in dem Vergleichsbeispiel (d.h., wenn das Schnittflächenverhältnis ungefähr 0,4 ist) annehmen, dass eine Ablösung einer Gasströmung und eine Wirbelströmung in der Umgebung des abzweigenden Abschnitts BP auftreten. Im Gegensatz dazu ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel (d. h., wenn das Schnittflächenverhältnis 0,6 oder mehr ist) die Strömungsdurchgangsschnittfläche des abzweigenden Abschnitts BP groß im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel, und daher ist die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases klein bei dem abzweigenden Abschnitt BP. Damit werden eine Ablösung einer Gasströmung und eine Wirbelströmung in der Umgebung des abzweigenden Abschnitts BP unterdrückt, und als eine Folge der Verringerung des Druckverlusts wird die Effizienz der Turbine T verbessert.
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In Anbetracht des Verbesserns der Strömungsdurchgangseffizienz, um die Turbineneffizienz zu verbessern, ist es bevorzugt, dass sich das Schnittflächenverhältnis sanft verringert, wenn die Strömungsrichtungsposition Pf näher zu der stromabwärtigen Seite ist in der Region des Abgasströmungsdurchgangs 31 an der Seite des Ablufteinleitungsanschlusses 31c mit Bezug zu dem abzweigenden Abschnitt BP. Im Speziellen ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie in 3 gezeigt ist, in einem Bereich, in dem die Strömungsrichtungsposition Pf 0 oder mehr und 0,6 oder weniger ist, das Schnittflächenverhältnis 0,9 oder mehr. Damit wird, wie in 4 und 5 gezeigt ist, eine Verbesserung der Strömungsdurchgangseffizienz und der Turbineneffizienz in geeigneter Weise erreicht. Wie vorstehend beschrieben ist, ist es, in Anbetracht des Verbesserns der Strömungsdurchgangseffizienz, um die Turbineneffizienz in geeigneter Weise zu verbessern, bevorzugt, dass die Strömungsdurchgangsschnittfläche 0,9-mal oder mehr die Strömungsdurchgangsschnittfläche des Ablufteinleitungsanschlusses 31c in einer Region von 60% oder mehr an der Seite des Ablufteinleitungsanschlusses 31c in der Strömungsrichtung FD des Abgases (d. h. der Erstreckungsrichtung des Abgasströmungsdurchgangs 31) ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist vorstehend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden, aber es ist überflüssig zu sagen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Es ist offensichtlich, dass der Fachmann zu verschiedenen Abänderungen und Modifikationen innerhalb des Umfangs der Ansprüche gelangen kann, und diese Beispiele sind so zu interpretieren, dass sie natürlich in den technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
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In dem Vorstehenden ist ein Beispiel beschrieben worden, in dem die Turbine T von einer Bauart mit einer einzelnen Schnecke (Bauart, bei der die Anzahl der Turbinenschneckenströmungsdurchgänge 31a eins ist) ist, aber die Bauart der Turbine T ist nicht auf das vorstehend beschriebene Beispiel beschränkt. Beispielsweise kann die Turbine T von einer Doppelschneckenbauart (Bauart, bei der zwei Turbinenschneckenströmungsdurchgänge 31a mit dem Unterbringungsabschnitt 29 bei unterschiedlichen Umfangsrichtungspositionen verbunden sind) sein oder kann von einer Zwillingsschneckenbauart (Bauart, bei der zwei Turbinenschneckenströmungsdurchgänge 31a Seite an Seite in einer Axialrichtung angeordnet sind) sein.
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In dem Vorstehenden ist ein Beispiel beschrieben worden, in dem die Turbine T in dem Turbolader TC vorgesehen ist. Jedoch kann die Turbine T in anderen Vorrichtungen vorgesehen sein, die anders sind als der Turbolader TC.
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Bezugszeichenliste
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- 15
- Turbinenlaufrad
- 25
- Abluftabgabeanschluss
- 27
- Abgabeströmungsdurchgang
- 29
- Unterbringungsabschnitt
- 31
- Abgasströmungsdurchgang
- 35
- Umgehungsströmungsdurchgang
- BP
- abzweigender Abschnitt
- T
- Turbine
- TC
- Turbolader
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2021048180 [0001]
- JP 2013241898 A [0003]
