DE2344023A1 - Centrifugal turbo supercharger fan - has compressor inlet housing with two separate tubular channels, and radially-projecting vane parts - Google Patents
Centrifugal turbo supercharger fan - has compressor inlet housing with two separate tubular channels, and radially-projecting vane partsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Turbolader-Kompressor mit zweifachen Einlaß- und Sammelkammern.The invention relates to a turbocharger compressor with dual inlet and collection chambers.
Die Temperatur der vorverdichteten oder überverdichteten Luft sollte vor ihrer Einleitung in den Einlaß einer Verbrennungsmaschine möglichst gering sein. In der US-PS 3 143 103 ist ein mehrstufiger Turbolader-Kompressor beschrieben, der eine getrennte Axialstromstufe zur Zufuhr von Kühlluft an einen externen Wärmeaustauscher aufweist, durch den die unter iaohem Druck und hoher Temperatur stehende Luft zur Ladung der Haschine hindurchtritt. Die Aufrechterhaltung des maximalen Sauerstoffgehalts pro Volumenä. nheit der Ladeluft ist, wie in der genannten Patentschrift erwähnt, ein wichtiger Vorteil der Ladeluftkühlung. Die immer wichtiger werdende Verminderung unerwünschter Abgasemission läßt die Behandlung der Maschinen-Ladeluft für Benutzer und Hersteller von Tränsport- und industriellen Dieselmaschinen immer interessanter erscheinen. Bei niedrigen Verbrennungsteaperaturen entstehen im allgemeinen weniger giftige Sticko^id-Emissionen. Da bei niedrigeren Verbrennungstemperaturen das Abgas einen geringeren Stickoxidanteil hat und sich beiThe temperature of the pre-compressed or over-compressed Air should be as little as possible before it is introduced into the intake of an internal combustion engine. In US-PS 3,143,103 is a multi-stage turbocharger compressor described, which has a separate axial flow stage for supplying cooling air to an external heat exchanger through which the air, which is under iaoh high pressure and high temperature, passes to the charge of the machine. Maintaining the maximum oxygen content per volume As mentioned in the patent mentioned, the unity of the charge air is an important advantage of charge air cooling. The more and more important increasing reduction of unwanted exhaust emissions leaves the treatment of the engine charge air for users and manufacturers of Exercise and industrial diesel machines seem more and more interesting. At low combustion temperatures, the general less toxic sticko ^ id emissions. Included lower combustion temperatures the exhaust gas has a lower nitrogen oxide content and is at
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Kühlung der Maschinen-Ladeluft niedrigere Verbrennungstemperaturen ergeben, ist die Schaffung eines kompakten und wirkungsvollen Turbolader-Kompressors zur Kühlung der Ladeluft immmer wichtiger.Cooling of the engine charge air lower combustion temperatures result is the creation of a compact and efficient turbocharged compressor for cooling the charge air more and more important.
Es wurde "bereits vorgeschlagen, radial verlaufende frontale Flügelteile mit dem Kompressorgehäuse zu benutzen, das in zwei getrennte Sammelkammern unterteilt ist. Das Konzept der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich hiervon dadurch, daß zwei getrennte Strömungswege, die zweifache Einlaßkanäle enthalten, für die Kompressorstufe des Turboladers vorgesehen sind. Dies hat den Vorteil, daß der Kompressor die Luft aus der Atmosphäre in einen externen Wärmetauscher oder Zwischenkühler einsaugen kann, und daß die unter hohem Druck stehenden Ausgangsgase des Kompressors von dem kühlenden Luftstrom gekühlt werden. Der Wärmeübertritt erfolgt im Wärmetauscher, bevor die Kühlluft durch den Kompressor hindurchgetreten ist, und damit bevor ihre Temperatur durch die Kompression erhöht wurde. Auf diese Weise wird eine wirkungsvollere Kühlung der getrennt (durch den Kompressor und den Wärmetauseher) geführten Ladeluft der Maschine erreicht. Gleichzeitig kann die Größe des externen Wärmetauschers vermindert werden.It has already been proposed "radially extending frontal To use wing parts with the compressor housing, which is divided into two separate plenum chambers. The concept of the present The invention differs from this in that two separate flow paths, which contain dual inlet channels, for the compressor stage of the turbocharger are provided. This has the advantage that the air from the atmosphere into an external compressor Heat exchanger or intercooler can suck in, and that the high pressure output gases of the compressor from the cooling Airflow can be cooled. The heat is transferred in the heat exchanger before the cooling air has passed through the compressor before its temperature was increased by the compression. In this way, a more effective cooling of the separated (through the compressor and the heat exchanger) led charge air of the machine is achieved. At the same time, the size of the external Heat exchanger can be reduced.
,Bei dem erfindungsgemäßen einstufigen Zentrifugalkompressor eines Turboladers für eine Verbrennungsmaschine sind die Flügel des Kompressorrades so geformt, daß sich vordere Flügelteile ergeben, die radial über die hiermit verbundenen, angrenzenden Flügelteile hinausragen. Der Einlaß des Kompressors bildet zwei diskrete Einlaßkanäle, und zwar einen für die radial verlaufenden Flügelteile und einen für die angrenzenden Flügelteile. Eine Innenwand der Kompressorradabdeckung bildet zwei diskrete Kammern oder Kanäle, und zwar eine zur Aufnahme des durch die radial verlaufenden Flügelteile erzeugten Luftstroms, und den anderen zur Aufnahme des durch die angrenzenden Flügelteile erzeugten Stroms. Mit Hilfe der durch den Kompressor gebildeten beiden Strömungswege kann kühle Umgebungsluft durch einen extern angeordneten Wärmetauscher und dann in den Einlaß des einen Kompressor-Ströniungswegs gesaugt werden. Diese Luft-, In the single-stage centrifugal compressor according to the invention of a turbocharger for an internal combustion engine, the blades of the compressor wheel are shaped in such a way that front wing parts result, which protrude radially beyond the adjoining wing parts connected to it. The inlet of the compressor forms two discrete inlet channels, namely one for the radially extending wing parts and one for the adjacent wing parts. An inner wall of the compressor wheel cover forms two discrete chambers or channels, one for receiving the through the radially extending wing parts generated air flow, and the other for receiving the flow generated by the adjacent wing parts. With the help of the Compressor formed two flow paths can cool ambient air through an externally arranged heat exchanger and then into the inlet of a compressor discharge path. This air
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strömung tauscht ihre Wärme' mit der unter hohem Druck stehenden Ausgangsluft des anderen Kompressor-Strömungspfades aus. Die gekühlte, unter hohem Druck stehende Ausgangsluft wird als Ladeluft in das luftinduktionssystem der Verbrennungsmaschine injiziert.flow exchanges its heat with the high pressure output air of the other compressor flow path. The cooled, high-pressure output air is fed into the injected air induction system of the internal combustion engine.
Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels -wird die Erfindung im folgenden näher erläutert. Es zeigen: Pig·. 1 . eine zum Teil geschnittene Seitenansicht eines Turboladers, "bei dem ein Teil des Einlaßkanals zur Aufnahme der in Pig.3 gezeigten, den zweifachen Einlaß bildenden Einrichtung verlängert ist;Based on the embodiment shown in the drawing - The invention is explained in more detail below. It show: Pig ·. 1 . a partially sectioned side view of a turbocharger, "in which part of the inlet duct to accommodate the in Pig.3 shown, the dual inlet forming device is elongated;
Pig. 2 die Draufsicht auf das Ende des in Pig. 1 gezeigten Turboladers;
Pig. 2 die Draufsicht eines Eintrittsgehäuses, das den zweifachenPig. Figure 2 is the top view of the end of the in Pig. 1 shown turbocharger;
Pig. Fig. 2 is a plan view of an entry housing that has two times
Einlaßweg für die Kompressorstufe des Turboladers bildet; Pig. 4 die seitliche Schnittansicht des Einlaßgehäuses der Pig. J, das an der Kompressorstufe der Pig. 1 angebracht ist, längs der Linie 4-4 in Pig. 3> und Pig. 5 die schematische Darstellung des Turboladers der Pig. 1 bis 4 zusammen mit einem einen externen Wärmetauscher enthaltenden System zur Luftladung einer Verbrennungsmaschine.Forms inlet path for the compressor stage of the turbocharger; Pig. Figure 4 is a side sectional view of the Pig's inlet housing. J, the one at the compressor stage of the Pig. 1 is attached along line 4-4 in Pig. 3> and Pig. 5 shows the schematic representation of the Pig turbocharger. 1 to 4 together with one containing an external heat exchanger System for air charging an internal combustion engine.
Pig. 1 und 2 zeigen einen vom Abgas gespeisten Turbolader, der ein Turbinengehäuse 10 enthält. Dieses umschließt ein herkömmliches, mit Schaufeln versehenes, nicht gezeigtes Turbinenrad, das -die Welle 14 antreibt. Das Turbinengehäuse ist mit einem einen Flansch aufweisenden Einlaßkanal 18 versehen, über den die Maschinenabgase dem Turbinenrad zugeführt werden. Die Turbinenstufe selbst ist herkömmlicher Bauart. Die unteoTnohem Druck stehenden, in die Turbine eintretenden Gase expandieren durch das Turbinenrad, so daß die V/eile mit hoher Drehzahl umläuft. Die verbrauchten Gase werden durch den Turbinenauslaß 19 abgelassen.Pig. 1 and 2 show an exhaust-fed turbocharger that includes a turbine housing 10. This encloses a conventional, Bladed turbine wheel, not shown, which drives shaft 14. The turbine housing has a flange having inlet duct 18, through which the engine exhaust are fed to the turbine wheel. The turbine stage itself is of conventional design. The unteoTnohem pressure standing in the turbine Gases expand through the turbine wheel, so that the v / h rotates at high speed. The consumed gases are through the Turbine outlet 19 drained.
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Am Turbinengehäuse 10 ist ein Zwischen- oder Yerbindungsteil 21 befestigt. Zwischenteil 21 und Turbinengehäuse 10 sind mittels eines Klemmringes 22 dicht miteinander verbunden. Der Zwischenteil 21 ist asymmetrisch aufgebaut urü enthält einen Mittelteil 24 und einen nach außen ragenden Plansch 27. Der mittlere Teil 24 ist mit einer zentralen öffnung 34 versehen, durch die die Welle 14 hindurchragt. In dieser Öffnung trägt der Teil 24 Rotations- und Schublager, die insgesamt mit 36 bezeichnet sind und eine freie Drehung der Welle gestatten.On the turbine housing 10 is an intermediate or connection part 21 attached. Intermediate part 21 and turbine housing 10 are tightly connected to one another by means of a clamping ring 22. Of the Intermediate part 21 is constructed asymmetrically and contains a central part 24 and an outwardly protruding pool 27. The middle part 24 is provided with a central opening 34 through which the shaft 14 protrudes. In this opening, the part carries 24 rotation and Thrust bearings, indicated as a whole by 36, and free rotation allow the wave.
Am Flansch 27 ist mittels eines Klemmringes 37 ein Kompressoraufsatz 3d befestigt. An den Kompressoraüfsatz 38 ist eine gekrümmte Wand/angeformt, die innerhalb des Aufsatzes verläuft. Die Wand ist mit wegragenden Teilen 39a versehen, die die gemeinsame kreisförmige Grenze 39b zwischen zwei Kammern 41 und 42 bilden. A compressor attachment 3d is attached to the flange 27 by means of a clamping ring 37. A curved wall / is formed on the Kompressoraüfsatz 38, which extends within the essay. The wall is provided with protruding parts 39a which form the common circular boundary 39b between two chambers 41 and 42.
Die Kammer 41 umgibt das Kompressorrad und bildet eine insgesamt ringförmige Sammelfläche, deren Auslaß der tangential verlaufende Auslaßkanal 43 (Pig. 2) bildet.Gemäß Pig. 2 bildet die Kammer 42 einen schneckenförmigen Sammel- und Diffusor-Kanal. Ein wegragender Teil 39c der Wand 39 bildet den engen Diffusorkanal 43» der von den Spitzen der Kompressor-Radflügel etwa radial nach außen verläuft. Die spiralförmige Kammer des Kanals 42 hat ihren Auslaß am tangential verlaufenden Auslaßkanal 44 (Pig. 2).The chamber 41 surrounds the compressor wheel and forms a generally annular collecting surface, the outlet of which is tangential running outlet channel 43 (Pig. 2). According to Pig. 2 forms the Chamber 42 has a helical collection and diffuser channel. A The protruding part 39c of the wall 39 forms the narrow diffuser channel 43 »that of the tips of the compressor wheel blades approximately radially runs outside. The spiral chamber of the channel 42 has its outlet at the tangentially extending outlet channel 44 (Pig. 2).
Der herausragende, einen verringerten Durchmesser aufweisende Teil der Welle 14 trägt ein Zentrifugal-Kompressorrad 46 mit mehreren radial nach außen ragenden Plügeln. Gemäß Fig. 1 und 4 sind die Flügel in einen vorderen Teil 47 und damit verbundene oder angrenzende Teile 48 unterteilt. Der vordere Teil 47 jedes Flügels weist einen radial verlaufenden Teil 47a auf, der radial über die daran anstoßenden Flugelteile 48 hinausragt. Die kreisförmige gemeinsame Grenze zwischen den Kammern 41 und 42 befindet sich angrenzend der Verbindung der radial nach außen ragenden vorderen TeileThe protruding, reduced diameter portion of the shaft 14 carries a centrifugal compressor wheel 46 with it several radially outwardly protruding plugs. 1 and 4, the wings are in a front part 47 and connected or adjacent parts 48 divided. The front part 47 of each wing has a radially extending part 47 a, which extends radially over the wing parts 48 abutting thereon protrudes. The circular common boundary between chambers 41 and 42 is adjacent the connection of the radially outwardly protruding front parts
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47a und der daran anstoßenden Flügelteile 48. Die Flügel sind auf einer auf der Welle 14 gelagerten Nabe 52 befestigt. Die Kanten der vorderen Flügelteile 47 liegen an den Kanten der daran angrenzenden Flügelteile 48 an. Die einen Schacht bildende Krümmung der Flügel verläuft kontinuierlich und glatt über die radial nach außen ragenden vorderen Flügelteile 47 und die daran anstoßenden hinteren Flügelteile 48. Ein Teil des Kompressor-Einlaßkanals wird von der zylindrischen Verlängerung 58 des Kompressoraufsatzes 38 gebildet.47a and the wing parts adjoining it 48. The wings are open a hub 52 mounted on the shaft 14. The edges of the front wing parts 47 lie on the edges of the adjacent Wing parts 48. The curvature of the wings forming a shaft runs continuously and smoothly over the ones protruding radially outwards front wing parts 47 and the adjoining rear wing parts 48. A part of the compressor inlet duct is of the cylindrical extension 58 of the compressor attachment 38 is formed.
Gemäß Fig. 3 und 4 ist der längliche zylindrische Teil 58 des Aufsatzes 38 in einem Kompressor-Einlaßgehäuse 61 untergebracht und befestigt. Das Einlaßgehäuse enthält einen ersten oder inneren rohrförmigen Kanal 62, der durch einen Zylinder 63 gebildet wird. Der Zylinder 63 ist am Lufteinlaßende 63a konisch erweitert. Das innere Ende 63b endet nahe angrenzend an die Verbindungsstelle der radial wegragenden Flügelteile 47a und der daran anstoßenden Flügelteile 47. Er ist auf den Rand 39a der gemeinsamen Grenze 39 zwischen den Sammelkammern 41 und 42 ausgerichtet. Der Zylinder 63 verläuft zentral durch ein insgesamt rechteckiges Außengehäuse 64 mit einem zylindrischen Einlaß 66 und einer geschlossenen Basis bzw. Wand Der Zylinder 63 nimmt einen Ring 68 (Fig. 4) auf. Der Ring 68 liegt über der Verlängerung 58 des Aufsatzes 38 und klemmt die Verlängerung 58 gegen einen flachen Ring 69, der auf vier im Querschnitt kreisförmigen Stützen 71 aufliegt, von denen in Fig. 4 nur zwei gezeigt sind. Das Außengehäuse 64 und der daran angrenzende Teil des Aufsatzes 38 bilden einen zweiten oder äußeren rohrförmigen Einlaßkanal 72 (Fig. 4), dessen Einlaß 76 quer zur Achse des ersten Kanals 62 verläuft. Der Durchmesser des zweiten rohrförmigen Einlaßkanals 72 ist wenigstens gleich und vorzugsweise in wesentlichen ebenso gro3 wie der Spitzendurchmesser der vorderen Flügelteile 47 einschließlich ihrer radialen Verlängerungen 47a. Wenn das Kompressorrad mit hoher Drehzahl umläuft, wird wie in Fig. 4 durch Pfeile angedeutet, durch die Bewegung der radialen Flügelteile 47a Luft durch den Einlaß 66 und den Kanal 72 angesaugt und der Sammelkammer 41 zugeführt. Sie wird gem. Fig. 2 durch den Auslaß 43 in die Atmosphäre3 and 4, the elongated cylindrical portion is 58 of the attachment 38 housed in a compressor inlet housing 61 and fastened. The inlet housing includes a first or inner one tubular channel 62 which is formed by a cylinder 63. The cylinder 63 is flared at the air inlet end 63a. The inner End 63b ends close to the junction of the radially projecting wing parts 47a and the wing parts adjoining them 47. It is aligned with the edge 39a of the common boundary 39 between the collecting chambers 41 and 42. The cylinder 63 runs centrally by a generally rectangular outer housing 64 with a cylindrical inlet 66 and a closed base or wall The cylinder 63 receives a ring 68 (Fig. 4). The ring 68 lies over the extension 58 of the attachment 38 and clamps the extension 58 against a flat ring 69 which rests on four supports 71 of circular cross-section, only two of which are shown in FIG are. The outer housing 64 and the adjoining part of the attachment 38 form a second or outer tubular inlet channel 72 (FIG. 4), the inlet 76 of which runs transversely to the axis of the first channel 62. The diameter of the second tubular inlet channel 72 is at least the same and preferably substantially as large such as the tip diameter of the front wing parts 47 including their radial extensions 47a. If the compressor wheel with high speed revolves, as indicated in Fig. 4 by arrows, by the movement of the radial wing parts 47a through the air Inlet 66 and channel 72 sucked in and fed to the collection chamber 41. According to FIG. 2, it is released into the atmosphere through outlet 43
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abgeleitet. Der Kanal 62 bildet einen getrennten Weg für die bei 65a (Pig. 4) eintretende Luft. Diese wird durch die an die Plügelverlängerungen 47a angrenzenden Teile des Kompressorrades komprimiert und mit hohem Druck und hoher Temperatur der Sammelkammer 42 zugeführt. derived. The channel 62 forms a separate path for the air entering at 65a (Pig. 4). This is done by the on the wing extensions 47a compressed adjacent parts of the compressor wheel and supplied to the collecting chamber 42 at high pressure and high temperature.
Pig. 5 zeigt den in das Turboladersystem einer Verbrennungsmaschine eingebauten, zweikanaligen Kompressor. Die Verbrennungsmasehine 81 enthält ein Einlaß-Verteilerrohr 82 und ein Auslaß-Bammelrohr 83. Die Abgase vom Auslaß-Sammelrohr expandieren durch die Turbinenstufe und treiben dabei das anhand Pig. 1 und 4 beschriebene. Kompressorrad an.Pig. 5 shows the two-channel compressor built into the turbocharger system of an internal combustion engine. The combustion engine 81 includes an inlet manifold 82 and an outlet manifold 83. The exhaust gases from the outlet manifold expand therethrough the turbine stage and drive it using Pig. 1 and 4 described. Compressor wheel on.
Die unter hohem Druck und erhöhter Temperatur stehende Luft wird von der Sammelkammer 42 (Pig. 4) über den Auslaß 44 (Pig. 2) und durch "einen schematisch gezeigten Wärmetauscher 84 geleitet. Die Kühlluft wird über den anderen Strömungspfad im Wärmetauscher angesaugt und dem Einlaß 66 zugeführt. Diese Luft wird durch die radialen Teile 47a des Kompressorrades in Bewegung versetzt und durch den Auslaß 43 zur Atmosphäre ausgestoßen. Während die von der Atmosphäre angesaugte, verhältnismäßig kühle Luft durch den Wärmetauscher strömt, kühlt sie die unter hohem Druck und hoher Temperatur stehende Ladeluft für die Maschine und gewährleistet so, daß die Ladeluft mit verminderter Temperatur in die Maschine eintritt.The air under high pressure and elevated temperature is passed from the collecting chamber 42 (Pig. 4) via the outlet 44 (Pig. 2) and through a schematically shown heat exchanger 84. The cooling air is sucked in via the other flow path in the heat exchanger and the Inlet 66. This air is set in motion by the radial portions 47a of the compressor wheel and expelled to atmosphere through outlet 43. As the relatively cool air drawn in from the atmosphere passes through the heat exchanger, it cools the high pressure, high temperature air standing charge air for the machine and thus ensures that the charge air enters the machine at a reduced temperature.
Auf diese Weise werden/die oben genannten Vorteile erreicht, nämlich ein maximaler Sauerstoffgehalt in der Ladeluft und niedrigere Verbreiinungstemperaturen. Da die Kühlluft durch den Wärmetauscher strömt, bevor die Kompressionswärme infolge des Kompressorrade3 der Luft zugeführt wurde, erfolgt der Wärmeaustausch zwischen den beiden Strömungswegen durch den Wärmetauscher 84 mit erhöhtem Wirkungsgrad.In this way / the advantages mentioned above are achieved, namely a maximum oxygen content in the charge air and lower propagation temperatures. Because the cooling air through the heat exchanger flows before the compression heat has been supplied to the air as a result of the compressor wheel3, the heat exchange takes place between the two Flow paths through the heat exchanger 84 with increased efficiency.
Das Außen- oder Eintrittsgehäuse kann statt getrennt vom Kompressorgehäuse 38 auch einteilig mit diesem Verbunden sein.Instead of being separate from the compressor housing 38, the outer or inlet housing can also be connected to it in one piece.
Ansprüche 509811/0559 Claims 509811/0559
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