JP5248501B2 - コンプレッサ・ハウジング - Google Patents

Description

本発明は、過給内燃機関のための排ガス・ターボチャージャの分野に関する。本発明は、このような排ガス・ターボチャージャのコンプレッサに関する。

排ガス・ターボチャージャは、内燃機関の、特に往復動機関の出力を増大させるために用いられる。この場合、排ガス・ターボチャージャは、通常、ラジアル・コンプレッサ及び半径流タービンまたは軸流タービンを有している。

曲線安定化措置としては、この場合、コンプレッサ・ホイールの輪郭に亘って、ホイール長さの約４分の１で、吸引流路に平行に、環状ギャップの形態のバイパスが、コンプレッサ・ハウジング内に設けられている。このバイパスは、コンプレッサ・ホイールの上流にある径方向の入口開口部と、コンプレッサ・ホイールの入口縁部の下流にある径方向の環状溝と、これらの溝を接続するスタビライザ領域と、から形成されている。

吸引流路に対し、従ってまた実際のホイール入口に対し、平行に位置しているスタビライザ領域によって、バイパスの質量流量が生じる。バイパスの質量流量は、ポンピング限界の領域で即ち最小の体積流れの吐出の領域で、及び吸収限界の領域で即ち最大の体積流れの吐出の領域で、構造上同一ではあるがバイパスを有しない機関と比較して、少ないまたは多い体積流れの方向でのシフトを可能にする。

従来のコンプレッサでは、スタビライザ領域は、細長い流路として形成されている。このことによって、特に、大型のコンプレッサにおいて、必要な追加的なハウジング壁部分のために、多くのコアを有する非常に大きな複雑な金型が必要である。

本発明の課題は、コンプレッサを、スタビライザ領域の新たな構造上の構成によって、改善することである。

本発明では、内側のコンプレッサ・ハウジング、従って外側のスパイラル・ハウジングの内側の部分が一体的に形成される。軸方向の吸引流路の領域にある軸方向の入口からコンプレッサ・ホイールの下流にあるディフューザまでの流路を区画するハウジング部分は、一つの構成要素として形成されている。軸方向から径方向へ転向された流路は、この流路と向かい合った側で、コンプレッサ・ホイールのハブによって、及び、更に下流ではディフューザの裏面によって、区画されている。

一体的に形成されたハウジングの内部には、スタビライザ領域が設けられている。スタビライザ領域は、本発明では、軸方向に可変の大きな径方向の高さに亘って延びている。このことによって、スタビライザ領域を通って流れる再循環流の最適な渦が生じる。スタビライザ領域は、二つの開口部を通って、流路に向かって開いている。コンプレッサ・ホイールの上流には、径方向の入口開口部が設けられており、コンプレッサ・ホイールの入口縁部の下流に及びカバー領域ではコンプレッサ・ホイールの入口の下流に、径方向の輪郭開口部がある。複数の環状の溝の間に設けられたカムリングは、流路の壁の一部分を形成し、複数の保持リブを介して、内側のコンプレッサ・ハウジングに接続されている。

振動の減少のための措置によって、選択的に、複数の保持リブが設けられていても良い。例えば、保持リブは、径方向に対して斜めに設けられていても良い。あるいは、保持リブは、穿孔された状態でおよび／または自らの軸を中心としてねじれた状態で、設けられていても良い。複数の保持リブは、逆方向に斜めに設けられていても良い。その目的は、剛性を高めるためであり、従ってまた、入口形状の高い固有周波数を達成するためである。

この変形例によって、出来上がった構成部材に対して、著しいコスト低下が予想される。更に、この変形例は、種々のコンプレッサ段のために、可変のスパイラル断面を実行することができる。

スタビライザ領域を流路から分離するハウジング壁には、断熱部が付着されていても良い。このことによって、スタビライザ領域内で循環する空気への熱の導入を、低減することができる。

選択的には、追加の構造上の措置なしに、スタビライザ領域に、消音手段が設けられていても良い。

一体化された挿入壁を有するコンプレッサ・ハウジングを示す。 補強リブは傾斜位置を占めないが、保持リブは、中心に対し逆方向の傾斜位置を占めることを示す。

以下、図面を参照して、本発明に係る装置を略示し且つ詳述する。全ての図面では、同一の機能を有する要素に、同一の参照符号が付される。

図１は、本発明に基づいて形成されており、例えば排ガス・ターボチャージャに用いられるラジアル・コンプレッサの部分断面図を示す。外側のコンプレッサ・ハウジング２０及び内側のコンプレッサ・ハウジング１０は、スパイラル・ハウジングの領域で分割されている。外側のコンプレッサ・ハウジング２０は、軸受ハウジング（図示せず）の右側で、コンプレッサ・ホイール４０の背後に取り付けられる。内側のコンプレッサ・ハウジング１０は、スパイラルの部分と、スパイラルの上流で流路を形成するハウジング部分と、挿入壁１２と、コンプレッサ・ホイール４０の上流で、コンプレッサ入口と、を有している。

一体的に形成された内側のコンプレッサ・ハウジング１０の内部には、スタビライザ領域６０が設けられている。スタビライザ領域は、本発明では、軸方向に及び周方向に不規則的に延び、径方向の大きな高さに亘って延びている。スタビライザ領域６０は、二つの開口部を通って、流路に向かって開いている。コンプレッサ・ホイールの上流には、径方向の入口開口部１４が設けられている。入口開口部は、吸引領域におけるハウジング部分、例えば、マフラーのまたは吸引管のハウジング部分並びにコンプレッサ入口によって区画されている。コンプレッサ・ホイール４０の入口縁部の下流に、及びカバー領域ではコンプレッサ・ホイールの入口の下流に、径方向の輪郭開口部１３が設けられている。複数の環状の溝の間に設けられたカムリング１１は、コンプレッサ入口の領域で流路の壁を形成し、複数の保持リブ１６を介して、内側のコンプレッサ・ハウジングに接続されている。

スタビライザ領域６０の横断面は、スパイラルの故に、周面に沿って一定でない。しかしながら、スタビライザ領域の、径方向の平均高さは、本発明では、入口開口部１４と輪郭開口部１３との軸方向の距離の、少なくとも約３分の２である。スタビライザ領域を径方向外側にから区画している、内側のコンプレッサ・ハウジング１０のハウジング壁は、シャフトの軸からの不均一な径方向の間隔（径方向の高さ）をあけて、特に入口開口部１４と輪郭開口部１３との間の領域で、軸方向に延びており、この場合、ハウジング壁は、径方向の高さで延びている。径方向の高さは、図１から明らかなように、コンプレッサ・ホイール４０の出口縁部の径方向の高さよりも大きい。スタビライザ領域６０は、この場合、径方向に、少なくとも部分的に、スパイラルの内側の最小半径を越えて延びている。スタビライザ領域の、不規則に延びる、径方向の大きな高さの故に、スタビライザ領域を通って流れる再循環流の最適な渦が生じる。このことは、発生するノイズに好影響を与える。更に、周面に沿って一定でない横断面輪郭が、追加的な音響改善をもたらす。

選択的に、内側のコンプレッサ・ハウジング１０を、軸方向に延びる補強リブ１５によって、適切に強化することができる。このことによって、スパイラル形状を二つのハウジング部分に分割する故に内側のコンプレッサ・ハウジングに生じることもあり得る負荷を抑制することができる。補強リブの数を、予想される負荷に対応して、選択することができる。補強リブは、選択的に、ターボチャージャの軸を中心としてねじれた状態で形成されていることができる。補強リブは、選択的に、径方向に対し斜めに設けられていても良い。補強リブは、選択的に、錐形の形状を有しても良い。

輪郭開口部による、コンプレッサ入口における挿入壁の形状の分断は、カムリング１１の別個の取付けを必要とする。この取付けは、径方向外側に向いた保持リブ１６によって実現される。

振動の減少のための措置は、選択的に、実現化されていることができる。例えば、保持リブは、選択的に、自らの軸を中心としてねじれた状態で形成されていても良い。保持リブは、選択的に、径方向に対し斜めに据えられていても良い。この場合、保持リブは、径方向に対する異なったずれを有しても良い。特に、保持リブは、逆方向に斜めに据えた状態で設けられていても良い。保持リブ１６の、径方向に対する、図２に示された傾斜位置によって、特に、同じでないまたは逆方向の傾斜位置によって、振動特性に適切に影響を及ぼす。

保持リブは、選択的に、丸い、円錐形のまたは楕円形のプロファイルをもって、あるいは流線形のプロファイルをもって構成されていても良い。

保持リブの構成は、僅かな追加的な構造上の措置による、スタビライザ領域への、選択的な消音措置の組込みを可能にする。

一体化された内側のコンプレッサ・ハウジングの、全体的に非常に軟らかい構造は、コンプレッサ・ホイールの破裂の場合の動作への好影響を有している。長いハウジング部分は、十分に変形され、コンプレッサ・ホイールに蓄えられたエネルギの大きな部分を吸収する。

コンプレッサ・ホイールの下流にある領域では、一体化されたハウジング壁１０には、ディフューザの、ガイド・ブレードのプロファイル２５が選択的に設けられている。これらのプロファイルは、一体化された内側のコンプレッサ・ハウジングの鋳造の際に、冠（Kranz）として設けられており、仕上げ加工の際には、必要な寸法にフライス切削される。かくして、ディフューザを別個の部分として管理することによって生じる高い在庫コストが節約される。何故ならば、コンプレッサの各々の可能な実施の形態、すなわち、ブレードの種々の高さまたはプロファイルのために、交換不可能な部品を貯蔵する必要がないからである。更に、ディフューザのプロファイル２５を、内側のコンプレッサ・ハウジングに一体化することによって、追加のプレスフィットを回避することができる。プレスフィットは、ディフューザの高さ及びディフューザ・プレートの厚さに関する厳しい形状公差及び位置公差の故に、製造の際には、高い生産コストに結びついていることがある。とりわけ、コンプレッサの構成要素の数を減少することができる。

１０…一体化された挿入壁を有する内側のコンプレッサ・ハウジング、１１…参照符号１０の一体的な構成部材としてのカムリング、１２…参照符号１０の一体的な構成部材としての、輪郭を有する挿入壁、１３…輪郭開口部、１４…入口開口部、１５…補強リブ、１６…カムリングのための保持リブ、２０…外側のコンプレッサ・ハウジング、２５…ディフューザのプロファイル、３０…軸方向の取付け要素、４０…コンプレッサ・ホイール、５０…流路、スパイラル空間、６０…スタビライザ領域。

Claims (9)

1. スパイラル状の流路を有するコンプレッサ・ハウジングにより取り囲まれた、コンプレッサであって、
   このコンプレッサ・ハウジングは、スパイラル状の流路の領域の中で、外側のコンプレッサ・ハウジング（２０）と内側のコンプレッサ・ハウジング（１０）に分割され、
   このコンプレッサ・ハウジングの中にブレードを有するコンプレッサ・ホイール（４０）を備え、
   このコンプレッサ・ホイール（４０）は、軸方向にガスが流入する入口縁部と、径方向にガスが流出する出口縁部とを有し、
   前記コンプレッサ・ホイールの、軸方向の入口は、軸方向の吸引流路の領域にあり、
   この吸引流路には、前記コンプレッサ・ホイールの上流に、径方向の入口開口部（１４）が設けられ、前記コンプレッサ・ホイールの前記入口縁部の下流に、径方向の輪郭開口部（１３）が設けられており、
   スタビライザ領域（６０）が、前記入口開口部（１４）と前記輪郭開口部（１３）を軸方向に接続するように設けられており、このスタビライザ領域は、カムリング（１１）によって前記吸引流路から区画されており、
   このカムリング（１１）は流路の壁の一部分であり、複数の保持リブ（１６）によって、前記内側のコンプレッサ・ハウジング（１０）に接続されているコンプレッサにおいて、
   前記スタビライザ領域（６０）は、前記入口開口部（１４）と前記輪郭開口部（１３）との間に、軸方向に沿って変化する、周方向における最小の半径を有していること、
   前記内側のコンプレッサ・ハウジング（１０）の、前記スタビライザ領域（６０）を前記スパイラル領域（５０）から区画するハウジング壁は、部分的に、前記スパイラル領域（５０）の最小の内半径と比べて大きい半径で径方向に延びていること、及び、
   前記入口開口部（１４）と前記輪郭開口部（１３）との間の前記スタビライザ領域（６０）の半径の、周方向における最小値の、軸方向での平均値は、前記入口開口部（１４）と前記輪郭開口部（１３）との間の軸方向の距離の３分の２以上であること、
   を特徴とするコンプレッサ。
2. 前記スタビライザ領域（６０）を前記流路から区画する前記内側のコンプレッサ・ハウジング（１０）は、スパイラル（５０）の部分と、スパイラル（５０）の上流で流路を形成するハウジング部分と、挿入壁（１２）と、コンプレッサ・ホイール（４０）の上流のコンプレッサ入口と、を有し、これらは、一体的に形成されている、請求項１に記載のコンプレッサ。
3. 前記スタビライザ領域（６０）を前記流路から区画する前記内側のコンプレッサ・ハウジング（１０）は、軸方向に設けられた補強リブ（１５）を有している、請求項１に記載のコンプレッサ。
4. 前記スタビライザ領域（６０）を前記流路から区画する前記内側のコンプレッサ・ハウジング（１０）の壁に、少なくとも部分的に、断熱部が取り付けられている、請求項１に記載のコンプレッサ。
5. 前記複数の保持リブ（１６）の少なくとも一つの部分が、径方向に対して斜めに設けられている、請求項１に記載のコンプレッサ。
6. 前記保持リブ（１６）は、少なくとも部分的に不均等に、径方向に対して斜めに設けられている、請求項５に記載のコンプレッサ。
7. 前記スタビライザ領域（６０）を前記流路から区画する前記内側のコンプレッサ・ハウジング（１０）は、前記流路の領域で、前記コンプレッサ・ホイールの下流に、ディフューザの複数の一体化されたガイド・ブレード（２５）を有する、請求項１に記載のコンプレッサ。
8. 前記スタビライザ領域（６０）は、周方向に変化する横断面を有する、請求項１に記載のコンプレッサ。
9. 前記スタビライザ領域（６０）の領域には、消音手段が設けられている、請求項１に記載のコンプレッサ。

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