JP5470242B2 - 排ガスターボチャージャ用のコンプレッサ - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念（所謂おいて部分、プリアンブル部分）に記載の各特徴を具備した排ガスターボチャージャ用のコンプレッサに関する。

例えば特許文献１から、主として自動車に組み付けられる過給機の効率を向上させる装置が知られている。この過給機はターボチャージャであって、そのターボチャージャハウジングの内部には、排気タービンにより駆動可能なコンプレッサホイールが配置されている。このターボチャージャハウジングは、コンプレッサの新気流入領域に吸気パイプを有している。ターボチャージャの効率向上のために、この吸気パイプとならび、流れの向きでその上流側に配置されるクリーンエアチューブは、流れに関して最適化された形状を有している、すなわちこの吸気部の輪郭形状は、十二分に平滑な曲面により構成されている。

しかしこの公知であるガス流入部の輪郭形状の表面構成方式では、流れに関して有利な表面であるにもかかわらず、特にサージ限界に達したときには妨害流れ騒音が発生しかねない点が短所となっている。

ほかにも本発明が前提技術とするところの特許文献２から、特許文献１に記載されるコンプレッサと基本的に同一構造であるターボチャージャのコンプレッサが知られている。特許文献２に記載される吸気パイプは、特許文献１のコンプレッサとは異なり、半径方向に延びる３６０度ぐるりと一周する環状隙間を有しているが、その流れ断面は、この環状隙間の内部に配置される管の位置を流れの向きまたはそれとは逆向きにずらすことにより、変更できるようになっている。このかなり複雑な対策により、コンプレッサ効率マップ上の運転領域の所望される拡大、すなわちコンプレッサのサージ限界の拡大を、妨害騒音なしで実現することを達成している。

しかしながら上述の構成方式では、音響放射を低減するために必要とされる高額な製造コストが短所となっている。

ドイツ特許出願公開第１００５２８９３号明細書 ドイツ特許発明第１９６４７６０５号明細書

本発明の課題は、特にサージ限界領域における妨害騒音を、ターボチャージャの効率損失を甘受する必要なく低減もしくは排除できるようにした簡単な対策を提示することにある。

この課題は、請求項１の特徴部分に記載の特徴により解決される。
本発明にしたがった構成方式により、何よりも特に次の異なる三点において、有利な効果が達成される：
１．音響：
通常運転時には流れ騒音自体が、サージ時には音響効果が、大幅に低減される。
２．流れ：
サージ時には流入領域におけるエアマスの振動が大幅に低減され、通常運転時には吸気流が格段と均質化される。
３．コスト：
本発明にしたがった構成方式は、既存技術に非常に容易に組み込み可能であり、空気路のかさばる高価な共鳴器を廃止することができる。

請求項１に記載される凹所の位置は、非常に簡単に加工できる領域を表わしている。

請求項２および３に記載される凹所に関する寸法は、全ての長所が最良の形で達成される非常に好ましい範囲を示す。

請求項４に記載される凹所の配置方式もまた、非常に好ましい変形実施例である。

請求項５に記載のされる凹所の作成方法は、非常に好ましい作成方法である。
請求項６に記載される構成例は、非常に簡単に後付けできる解決策である。

以下では、唯一の図に示される非常に好ましい実施例に基づき本発明を説明する。

本発明にしたがって構成されるターボチャージャのコンプレッサ用のガス流入領域の半断面図である。

図１には、本発明にしたがって構成されるターボチャージャのコンプレッサ１用のガス流入領域４の判断面図が示されている。コンプレッサ１のガス流入領域４は、ターボチャージャの軸線１’を中心とする円を描くように配置され、その半径方向外側はターボチャージャハウジング２の吸気パイプ３により限定されている。ガス流入方向は矢印により図式的に示されている。この吸気パイプ３の半径方向外側の周囲には、クリーンエアチューブ７がはめ合わされている。ターボチャージャハウジング２の内部で、図示されない排気タービンにより駆動されるコンプレッサホイール５が、軸線１’まわりにこれを中心とする円を描くように回転することによって、クリーンエアチューブ７および吸気パイプ３から来るガスは、半径方向外側に向かってコンプレッサ１の図示されないコンプレッサスクリュ部（Verdichterschnecke）に送り込まれる。ガス流入領域４は、ガスが流れる向きにコンプレッサホイールにより限定されている。この吸気パイプ３には、本発明にしたがって、半径方向に延びる、３６０度ぐるりと一周する複数の凹所６が備えられるが、これらは、この非常に好ましい実施例においては、ガスが流れる向きとは逆に配置されるアンダカット８を有している。

これらの凹所６は、この非常に好ましい実施例とは異なり、流れの向きでコンプレッサホイール５のところまで吸気パイプの内部に作り込まれる複数の単純な穴、または半径方向に延びる３６０度ぐるりと一周する溝であってもかまわない。凹所６の非常に好ましい深さは、０．５ｍｍから５ｍｍまでの間であるが、なぜならこの範囲内の大きさであれば吸気パイプ３の機械強度に実質的に支障を来たさないからである。凹所６はさらに、０．５ｍｍから１０ｍｍまでの間の直径、すなわちガスが流れる向きで測った幅を有することが好ましい。それ以外にも凹所６は、ガス流入領域４の内部に、等間隔に、または不規則すなわちランダムに分散して配置されるとよい。ほかにも凹所は、切削加工により、または切削によらない加工により作成されるとよい。切削加工は、例えば旋削またはフライス削りにより行われるとよく、切削によらずに作成する場合は、鋳造方案が利用されると好適である。さらにもう一つの変形実施例として、凹所６は、上述の実施形態の内のいずれであるかを問わず、吸気パイプ３の内部に装入可能な別体の管に配置することもできる。

次に本発明を非常に好ましい実施例に基づき別の言葉で再度説明する：
コンプレッサ１では、流れに関して最適化された基本輪郭形状が原則的に維持されるが、これに、半径方向に延びるアンダカット８（これらは単純な溝または穴として実施されたものであってもよい）による修正が加えられる。これらの凹所６は、機械加工により、またはインサートをはめ込むことにより、またはほかにも鋳造技術を利用して、作成されるとよい。

アンダカット８は、原則としてコンプレッサインペラの領域にではなく、コンプレッサへの流入部の内部に配置される。したがってこれらは、音響面での公知の弱点を有する上記で引用した従来技術から知られるような、一種のバイパスではない。

音響効果：コンプレッサホイール５のインペラのところで発生する音波も、また反射音波も、一部はアンダカット８の内部に達し、そこで時には何度も反射される。直接波との再結合で、全体として時間分散性の拡大がもたらされ、それに随伴して衝撃波の減衰がもたらされる。

流体効果：通常運転時には、元のジオメトリと比較し、流入空気に殆ど影響は出ない。サージ時には、逆流する空気がアンダカットないしは凹所６の内部に達し、そこでその周囲に沿って回流する。全体としてより大きな逆流抵抗が生じ、それによりサージ現象は、その継続時間および規模において弱められることになる。コンプレッサ１のマップ上のサージ限界は、凹所６により移動されない。

以上から、次の部門で長所がもたらされる：
音響：通常運転時には流れ騒音が、サージ時には音響効果が低減される。
流れ：サージ時にはエアマスの振動が低減され、通常運転時には吸気流が均質化される。
コスト：本発明にしたがった構成方式は、既存技術に組み込み可能であり、空気路のかさばる高価な共鳴器を廃止することができる。

１ コンプレッサ
１’ 軸線
２ ターボチャージャハウジング
３ 吸気パイプ
４ ガス流入領域
５ コンプレッサホイール
６ 凹所
７ クリーンエアチューブ
８ アンダカット

Claims (6)

1. 排ガスターボチャージャ用のコンプレッサ（１）であって、ターボチャージャハウジング（２）が、ガス流入領域（９）を半径方向に実質的にその全周にわたり取り囲む吸気パイプ（３）を有しており、前記ターボチャージャハウジング（２）の内部に、前記吸気パイプ（３）内の前記ガス流入領域をガスの流れる向きに限定する、排気タービンにより駆動可能なコンプレッサホイール（５）が配置されている、コンプレッサにおいて、
   前記吸気パイプ（３）が流入領域側に複数の凹所（６）を有すること、
   前記各凹所（６）が、流れの向きで前記コンプレッサホイール（５）のところまで、前記吸気パイプ（３）の内部に作り込まれていること、及び、
   前記各凹所（６）が、半径方向に延びる３６０度ぐるりと一周する溝であり、この溝がガスが流れる向きとは逆に配置されるアンダカット（８）を有すること
   を特徴とする、コンプレッサ。
2. 請求項１に記載のコンプレッサにおいて、
   前記各凹所（６）が、前記吸気パイプ（３）の内部に向かって、０．５ｍｍから５ｍｍまでの間、突き出て占めることを特徴とする、コンプレッサ。
3. 請求項１又は２に記載のコンプレッサにおいて、
   前記各凹所（６）が、０．５ｍｍから１０ｍｍまでの間の直径ないしは幅を有することを特徴とする、コンプレッサ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のコンプレッサにおいて、
   前記各凹所（６）が、規則的に、または不規則に分散して配置されていることを特徴とする、コンプレッサ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のコンプレッサにおいて、
   前記各凹所（６）を、切削加工または切削によらない加工により作成可能であることを特徴とする、コンプレッサ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のコンプレッサにおいて、
   前記各凹所が、前記吸気パイプ（３）の内部に装入可能な別体の管の内部に配置されていることを特徴とする、コンプレッサ。

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