JP6543351B2 - コンプレッサ、排気ガスターボチャージャ及び内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用のコンプレッサに関する。本発明は、更に、それぞれコンプレッサを有する排気ガスターボチャージャ及び内燃機関に関する。
に関する。

内燃機関の比出力を高めかつ比燃料消費量を下げるために１つ又は複数のコンプレッサを使用することが知られている。この場合、コンプレッサは、大抵は排気ガスターボチャージャの部分として形成されている。

乗用車利用のためのコンプレッサは、通常は、ターボコンプレッサとして形成されている。何故なら、これらターボコンプレッサによって、容積形コンプレッサと比べて高い容積流が移送され得、これらターボコンプレッサによって発生可能な比較的低い最終吐出圧力が、大抵の乗用車利用のためには十分である。ターボコンプレッサとして、これらは、コンプレッサホイールを備え、このコンプレッサホイールは、コンプレッサハウジングによって形成された流動室内に配置され、これにより、流動室は、コンプレッサホイールの上流に配置された低圧室と、コンプレッサホイールの下流に配置された高圧室に区分される。

ターボ圧縮の形態でコンプレッサを形成することから生じる問題は、高圧室と低圧室が不完全にしか互いに分離されないことによる、既に圧縮されたフレッシュガスの逆流の可能性である。これは、特に、例えば給気区間に統合された、予め広く開放されていたスロットルが、急速に閉じられる場合がそうであり得るように、フレッシュガストレイン、いわゆる給気区間の高圧側に、一時的に不所望に高い負圧が生じた時に、問題となることがわかった。その場合、システム“内燃機関”の慣性は、コンプレッサが、更に、場合によっては高い圧縮能力でもって、閉鎖されたスロットルによって既に中断された給気区間を支援することを生じさせ得、これは、相応に高い最終吐出圧力と、コンプレッサの高圧室と低圧室内のガス圧の相応に高い圧力差を生じさせる。

既に圧縮されたフレッシュガスのコンプレッサホイールを介するコンプレッサの低圧室への逆流は、波状に伝播し得、これは、コンプレッサハウジングと特にコンプレッサ入口に続くフレッシュガストレインのガス導管の相応の振動励起を生じさせ得る。振動励起と結びついた騒音発生は、しばしば“排出音”とも呼ばれる。

このような排出音は、コンプレッサ又はフレッシュガストレインの給気区間への空気バイパスバルブの統合により回避でき、このような空気バイパス弁は、コンプレッサホイールによる逆流を防止する。しかしながら、これと結びついたコストは、比較的高い。更に、フレッシュガストレインのコンプレッサ入口の上流に配置された区間への、振動励起の作用を軽減し、これにより排出音を軽減する吸音要素の統合が行なわれ得る。しかしながらこれは、同様に、比較的高いコストと結びついている。加えて、この措置は、比較的大きい取付けスペースを必要とする。

独国特許出願公開第１０ ２００７ ０１９ ８８４号明細書から、排気ガスターボチャージャ用のコンプレッサが公知であり、このコンプレッサのコンプレッサハウジングは、入口ポートの領域で内側に、半径方向に取り巻く凹部を備え、これら凹部により、コンプレッサの標準運転中の流動騒音と、圧送時の音響作用が低減される。この場合、半径方向に取り巻く凹部は、ガスの流れ方向に対してアンダーカットを備える。圧送時に、逆流するフレッシュガスは、アンダーカットに達し、そこで、フレッシュガスは、周囲に沿って回転し、これは、全体として大きい逆流抵抗を生じさせ、この逆流抵抗は、持続性及び振幅に関して圧送を虚弱にする。

更に、独国特許出願公開第１０ ２０１４ ０１８ ０３５号明細書から、内燃機関の吸込み路用の空気ラインが公知であり、この空気ラインは、第１の接続領域で風量計と接続可能であり、第２の接続領域で、排気ガスターボチャージャのコンプレッサに接続するように構成されている。これら接続領域の間の区間に、内燃機関のクランクケースベントとの接続のための接続箇所が設けられている。第２の接続領域と接続箇所の間の区間で、空気ラインは、その内側に、半径方向内側に向かって延在しかつ空気ラインの縦方向に対して実質的に平行に延在する複数のガイドリブを構成し、これらガイドリブは、コンプレッサから逆流する旋回流を妨害し、これにより、クランクケースベントを介して空気ラインへ搬入されたオイルによる風量計への作用を軽減すべきである。

独国特許出願公開第１０ ２０１０ ０２６ １７６号明細書コンプレッサのハウジングの吸込み区間に配置されたコーンを有し、このコーンの内径が、一時的にコンプレッサホイールの入口横断面の多少大きい遮蔽を生じさせるために、供給すべき加圧流体によって変更可能である。これにより、コンプレッサが安定的に運転可能なコンプレッサ動作特性は、拡大することができる。

これと比較可能なコンプレッサは、仏国特許出願公開第２ ４３４ ９３９号明細書及び国際公開第２０１４／１２８９３１号パンフレットから公知であり、そこでは、変更可能なコーンの代わりに、その半径方向の内径に関して変更可能なリング状の遮断要素が使用される。

独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０１７ ４１９号明細書から、コンプレッサホイールとこれに隣接するコンプレッサハウジングの区間との間の環状の間隙から除荷ラインが始まり、この除荷ラインが、コンプレッサホイールの上流で、コンプレッサハウジングの吸込み区間に合流する、内燃機関用のラジアルコンプレッサが公知である。

これと比較可能なコンプレッサは、特開２０１２−１８４７５１公報、国際公開第２０１５／０６６３０１号パンフレット及び米国特許出願公開第２００７／０２６６７０５号明細書からも公知であり、特開２０１２−１８４７５１公報によるコンプレッサの場合、除荷ラインの開口の領域に、均等なピッチで吸込み区間の内側に沿って分配されるように、複数のプレート状の要素が、螺旋状の整向で設けられている。

国際公開第２０１４／１７０９５４号パンフレットから、更に、コンプレッサハウジングが吸込み区間の領域にリング状に取り巻く通路を形成し、この通路が、１つの区間内で吸込み区間と接続されており、この通路に、排気ガス再循環ラインが合流する、内燃機関用のコンプレッサが公知である。

独国特許出願公開第１０ ２００７ ０１９ ８８４号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０１４ ０１８ ０３５号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０１０ ０２６ １７６号明細書 仏国特許出願公開第２ ４３４ ９３９号明細書 国際公開第２０１４／１２８９３１号パンフレット 独国特許出願公開第１０ ２０１１ ０１７ ４１９号明細書 特開２０１２−１８４７５１公報 国際公開第２０１５／０６６３０１号パンフレット 米国特許出願公開第２００７／０２６６７０５号明細書 国際公開第２０１４／１７０９５４号パンフレット

この従来技術から出発して、本発明の根底にある課題は、内燃機関用のコンプレッサにおける排出音を、できるだけ簡単な手段で可能な限り低減することである。

この課題は、請求項１によるコンプレッサによって解決される。それぞれこのようなコンプレッサを有する排気ガスターボチャージャ及び内燃機関は、請求項１２及び１３の対象である。本発明によるコンプレッサの、従って本発明による排気ガスターボチャージャ及び本発明による内燃機関の有利な形成は、別の請求項の対象である、及び／又は、本発明の以下の説明からわかる。

本発明の根底にある認識は、内燃機関のフレッシュガストレインの給気区間内に配置されたスロットルの比較的急速な閉鎖に起因した、フレッシュガストレインに統合されたコンプレッサのコンプレッサホイールを介する既に圧縮されたフレッシュガスの逆流が、壁近傍の旋回流の形態で行なわれることである。従って、逆流は、低圧室の内壁に沿って螺旋状に行なわれ、この内壁は、コンプレッサ入口の上流（ガスがコンプレッサもしくはフレッシュガストレインの低圧側から高圧側へ流れる、圧縮すべきガスの作動流れ方向に関して）に接続されたガス導管までこの形態で継続する。これは、吸込み口を介する空気伝播音放射を生じさせるだけでなく、特にフレッシュガストレインの吸込み区間を形成するガス導管の部分的に振動励起をその固有振動数の範囲内で生じさせる。これら全てのことが、排出音と呼ばれる不所望の騒音発生を生じさせる。

この認識に基づいて、本発明の根底にある思想は、この壁近傍の旋回流の伝播と、特にコンプレッサ入口の上流に続くガス導管へのオーバーフローが、コンプレッサの吸込み区間へ適当に形成されたショルダの形態の流れ抵抗を統合することによって、構造的に簡単に低減もしくは妨害され得ることである。ガスが、縦方向と周方向の両方の流れ成分を備える旋回流の形態で逆流するので、この逆逆流の妨害は、基本的に、縦方向に整向された流れ成分に対して横及び特に垂直であるショルダと、周方向に整向された流れ成分に対して横に位置するショルダの両方によって行なうことができる。この場合、縦方向に整向された旋回流の流れ成分に対して横及び特に垂直に整向されたショルダが、特に有効であるとわかった。

これに応じて、少なくとも、コンプレッサハウジングに回転可能に支承されたコンプレッサホイールと、圧縮すべきガスの作動流れ方向でコンプレッサホイールの上流に位置する吸込み区間を備える内燃機関用のコンプレッサの場合、本発明によれば、吸込み区間を画成する壁に、コンプレッサホイールの方を向いて開口した少なくとも１つの周方向ショルダが統合されていること、が構成となっている。

この場合、コンプレッサホイールの方を向いた周方向ショルダもしくはこの周方向ショルダによって定義された平面は、コンプレッサホイールの入口平面に対して平行又は斜め（０°〜８０°の角度）に整向することができる。この場合、コンプレッサホイールの入口平面は、コンプレッサホイールの回転軸に対して垂直に位置する、低圧室の最も近くにあるコンプレッサホイールの点を有するその平面である。

本発明によれば、このようなコンプレッサは、更に、一方では、コンプレッサホイールと周方向ショルダの間の最短間隔と、他方では、周方向ショルダによって画成された流れ横断面内の最大横断面寸法の比が、少なくとも０．５であること、を特徴とする。これにより、特に、周方向ショルダが、圧縮すべきガスの流れを顧慮した、コンプレッサホイールの重要な遮蔽を生じさせ、これにより、さもなければコンプレッサの作動特性及び特に出力特性が悪化し得ることを回避することができる。

“周方向ショルダ”として、本発明によれば、吸込み区間の相応の壁の面区間を理解するが、この面区間は、吸込み区間の縦方向延在範囲に関してもしくはコンプレッサホイールの回転軸に関して横に整向され、好ましくは、この壁のベース面からこの面区間への移行部にエッジが形成されているので、ベース面と面区間の間に、角度が形成されている。この（ショルダ）角度は、好ましくは８０°〜１００°とすること、特に好ましくは約９０°とすることができる。

周方向ショルダは、この周方向ショルダが吸込み区間を形成する壁に合流する流体通路の画成部でない場合に、“開口した”と見なされ、流体通路は、吸込み区間へ流体（ガス又は液体）を導入するために使用される。周方向ショルダは、開口したであるべきである。何故なら、さもなければ、合流する流体通路から流出する流体流によって、周方向通路が旋回流に対して及ぼす妨害作用を、補償又は少なくとも悪化させ得るからである。

周方向ショルダが、取り巻くように、即ち壁の周囲全体にわたって延在するように、形成されている場合が、旋回流の伝播の妨害に関して特に有効であるとわかった。これは、閉環状に（即ちリング状に）又は開環状に（即ち螺旋状に）設けることができる。この場合、環状の周方向ショルダは、一貫して又はセグメント化されて、即ち少なくとも１つの中断部（従って、その領域に周方向ショルダが形成されていない）を有するように、形成することができる。一貫して取り巻く周方向ショルダは、これは、変化するショルダ高さを周の途中に備えることもできるが、逆流する旋回流の形成の妨害に関して特に有効であるとわかり得るが、セグメント化された周方向ショルダによれば、例えば作動流れ方向、即ち吸込み区間内でコンプレッサホイールに向かう方向のフレッシュガスの流れへの適切な影響のような、他の利点を実現することができる。セグメント化された周方向ショルダの十分な妨害作用のために、全てのセグメントの周方向長さが、吸込み区間内の相応の全周の少なくとも５０％、６０％、７０％、８０％又は９０％であること、が構成とされるべきである。

周方向ショルダによって、逆流する旋回流だけができるだけ妨害されるべきであるので、好ましくは、周方向ショルダから、壁のコンプレッサホイールとは反対の方を向いた区間への移行部が、段差なく、更に好ましくは連続的に、例えばテーパ状に広がるように形成されていること、が構成とされ得る。この形成により、特に、作動流れ方向のフレッシュガスの流れへのマイナスの影響が回避され得る。本発明によるコンプレッサの好ましい形成では、好ましくは、付加的に、コンプレッサホイールの入口平面に対して垂直に整向された（好ましくは同様に開口した）縦方向ショルダが設けられ得、この縦方向ショルダにより、特に、逆流する旋回流の周方向に整向された流れ成分の妨害が達成され得る。同時に、このような縦方向ショルダは、コンプレッサホイールに向かって流れる圧縮すべきガス流に僅かにしか影響を与えないことを生じさせ得る。縦方向ショルダと周方向ショルダの組み合わせは、有利には、周方向ショルダが比較的小さく、即ち特に比較的小さいショルダ高さで、形成されている場合でも、逆流する旋回流の有効な抑制を生じさせ得るので、作動流れ方向に流れるガス流へのその作用も、僅かであり得る。好ましくは、縦方向ショルダが、例えば半径方向に吸込み区間の縦軸に関してこの吸込み区間内へ突出するリブ上のウェブによって形成されること、が構成とされ得る。

このようなウェブは、弧状の又は曲がった縦方向の経過で形成され得るので、これにより、この縦方向の経過は、１つの部品内で１つの周方向ショルダと１つの縦方向ショルダを組み合わせ得る。周方向ショルダだけを、吸い込む区間の縦軸に対して平行には延在しないこのようなウェブによって形成する可能性もある。

周方向ショルダ及び／又は縦方向ショルダは、コンプレッサハウジングによって形成された吸込みポート内又はこの吸込みポートに接続されたガス導管内に配置され得る。この場合、吸込みポート（または吸込みポートの１つの区間）及び場合によっては、周方向ショルダ及び／又は縦方向ショルダを形成するショルダ部品は、本発明によるコンプレッサの吸込み区間を形成し得る。同様に、周方向ショルダを、吸込みポートとガス導管の間の移行部内に配置するか、周方向ショルダを、この移行部によって形成させることが、有利には可能であり得る。このため、例えば、ガス導管が、移行部の領域に、コンプレッサハウジングの吸込みポートよりも小さい開口横断面を備えること、が構成とされ得る。

周方向ショルダ及び／又は縦方向ショルダは、有利には吸込み区間の相応の壁内に（特に一体的に）統合されて形成され得る。このようにして、コンプレッサもしくはコンプレッサを統合する内燃機関のフレッシュガストレインの取付け時の周方向ショルダ及び／又は縦方向ショルダの統合に起因する付加的費用は、回避され得る。他方で、吸込み区間の壁内への周方向ショルダ及び／又は縦方向ショルダのこのような統合的な形成は、相応の部品（コンプレッサハウジング又はガス導管）のための高い製造コストを伴い得るので、場合によっては、周方向ショルダ及び／又は縦方向ショルダを、ワンピース又はマルチピースの別個のショルダ部品によって形成させることが、有利であり得る。この場合、このショルダ部品は、有利には、吸込みポートとガス導管の間の移行部内に固定されて形成され得る。同様に、ショルダ部品を、吸込み区間の壁内の例えば１つの周方向溝内に（少なくとも吸込み区間の縦方向に関して）固定して配置すること、が構成とされ得る。

このような本発明によるコンプレッサの別の好ましい形成では、ショルダ部品が、（少なくとも部分的に）弾性材料から形成されていること、が構成とされ得る。この場合、“弾性材料”とは、ショルダ部品が、作動流れ方向であるか反対方向であるか（従って特に妨害すべき旋回流の形態であるか）にかかわらず、フレッシュガスの作用のために、機能的にある程度まで変形するように、その弾性が設計された材料であると理解する。このような弾性的なショルダ部品により、圧縮すべきガスの流れに対してプラスの影響が得られるか、少なくとも、この流れに対するマイナスの影響ができるだけ僅かに保持され得る。

このため、特に、ショルダ部品は、周方向ショルダによって画成された流れ横断面が、作動流れ方向のガスの作用時に拡張可能であるように形成されていること、が構成とされ得る。これに対して、流れ方向とは反対方向に、従って特に妨害すべき旋回流の周方向ショルダへの作用時には、初期ショルダの形状及び特に大きさが、無負荷の中立位置と比べて、変化しないか、場合によってはそれどころか拡大すること、が構成とされ得る。このようにして、周方向ショルダによって解放される流れ横断面が、作動流れ方向に圧縮すべきガスが流れる時に（及び、特に、流れ横断面が、妨害すべき旋回流の作用を受けない限り）、できるだけ大きいが、流れ横断面は、周方向ショルダを構成する部品の弾性変形のために、周方向ショルダが妨害すべき旋回流の作用を受けるとすぐに狭まることが、得られる。このようなショルダ部品の構造的に簡単な形成は、ショルダ部品が、少なくとも１つの区間で、コンプレッサホイールの方向に漏斗状に先細るリングの形態に形成されていることが、従って、吸込み区間の壁のコンプレッサホイールの方を向いてリングに隣接する区間と、周方向ショルダを形成するリングの面との間の角度が、９０°より小さいことが、行なわれ得る。

逆流する旋回流の特に効果的な妨害のため、好ましくは、一方では、コンプレッサホイールと周方向ショルダ及び／又は縦方向ショルダの間の最短間隔と、他方では、周方向ショルダ及び／又は縦方向ショルダによって画成された流れ横断面（及び特に流れ横断面が円形である時の内径）内の最大横断面寸法との比が、０．５〜２．０、好ましくは０．５〜１．５、更に好ましくは０．８〜１．２、特に好ましくはほぼ１であること、が構成とされ得る。特に好ましくは、このような比が、周方向ショルダのために設けられ得るが、縦方向ショルダは、コンプレッサのより近くまで、場合によってはコンプレッサホイールの直近まで延在することができる。

例えば、有利には、コンプレッサホイールと（特に）周方向ショルダ及び／又は縦方向ショルダの間の最短間隔が、最大７０ｍｍ、好ましくは最大２０ｍｍであること、が構成とされ得る。

更に好ましくは、周方向ショルダ及び／又は縦方向ショルダによって画成された流れ横断面（及び特に流れ横断面が円形である時の内径）内の最大横断面寸法に対するショルダ高さ（場合によっては不定のショルダ高さを有する周方向ショルダ又は縦方向ショルダにおける最大のショルダ高さ）の比が、０．０３〜０．１６、好ましくは０．０４〜０．１２、特に好ましくは０．０５〜０．０８であること、が構成とされ得る。

例えば、周方向ショルダ及び／又は縦方向ショルダのショルダ高さが、１ｍｍ〜６ｍｍ、好ましくは１．５ｍｍ〜４．５ｍｍであること、が構成とされ得る。

“ショルダ高さ”として、吸込み区間の縦軸に対して垂直な、特に半径方向の周方向ショルダ又は縦方向ショルダの延在範囲を理解する。

場合によっては、コンプレッサホイールからの異なった最短間隔を備える複数の周方向ショルダが設けられている場合も、有利であり得る。このような形成は、逆流する旋回流の特に際立った妨害を行ない得る。

コンプレッサは、好ましくは内燃機関用の排気ガスターボチャージャの部分であり得る。従って、本発明は、更に、本発明によるコンプレッサとタービンを有する排気ガスターボチャージャに関する。タービンは、タービンハウジングと、タービンハウジングの流動室内に配置されたタービンホイールを有し得、タービンホイールは、回転不能にコンプレッサホイールと結合され、これは、タービンホイールの貫流時にタービンホイールに加えられるトルクのコンプレッサホイールへの伝達を、コンプレッサホイールを回転駆動するために可能にし、これにより、コンプレッサによって案内されるガスの圧縮が達成され得る。

本発明によるコンプレッサは、（排気ガスタービンを介するのとは）異なるように駆動可能に形成され得る。例えば、コンプレッサホイールは、内燃機関の燃焼エンジンの出力軸によって駆動可能に（自動車技術ではしばしば“コンプレッサ”と呼ばれる）又は電気モータによって駆動可能に（自動車技術ではしばしば“ブースタ”と呼ばれる）形成され得る。

更に、本発明は、１つ又は複数の燃焼室を形成する燃焼エンジン（特にピストン往復動型燃焼エンジン）と、燃焼室にフレッシュガスを供給可能にするフレッシュガストレインと、燃焼室から排気ガスを導出可能にする排気ガストレインと、本発明によるコンプレッサ又は本発明による排気ガスターボチャージャを有し、コンプレッサがフレッシュガストレインに、存在すれば排気ガスターボチャージャのタービンが排気ガストレインに、統合されている、内燃機関にも関する。

本発明によるコンプレッサ／排気ガスターボチャージャ／内燃機関は、特に、自動車、特に車輪の付いた自動車（例えば乗用車又はトラック）での使用のために設けられ得る。この場合、内燃機関は、特に自動車用の走行推進力を発生させるために設けられ得る。

特に特許請求の範囲及び特許請求の範囲を一般に説明する明細書における不定詞（“ｅｉｎ”、“ｅｉｎｅ”、“ｅｉｎｅｒ”及び“ｅｉｎｅｓ”）は、不定詞として理解すべきであり、数詞として理解すべきでない。従って、相応にこれにより具体化される構成要素は、これらが、少なくとも１回は存在し、何回も存在できると理解すべきである。

本発明を、以下で図面に図示した実施例により詳細に説明する。

本発明によるコンプレッサを有する内燃機関の第１の実施形態 本発明によるコンプレッサを有する内燃機関の第２の実施形態 第１の実施形態の本発明によるコンプレッサの縦断面図 別の実施形態の本発明によるコンプレッサの縦断面図 別の実施形態の本発明によるコンプレッサの縦断面図 図５によるコンプレッサ内に周方向ショルダを形成するために利用されるショルダ部品の正面図 ショルダ部品の選択的な形成 ショルダ部品の選択的な形成 ショルダ部品の選択的な形成 別の実施形態の本発明によるコンプレッサの縦断面図 別の実施形態の本発明によるコンプレッサの縦断面図 図１１によるコンプレッサ内に周方向ショルダを形成するために利用されるショルダ部品の正面図 別の実施形態の本発明によるコンプレッサの縦断面図 図１３によるコンプレッサ内に周方向ショルダを形成するために利用されるショルダ部品の正面図 図１４によるコンプレッサ内のショルダ部品の選択的な形成 本発明によりコンプレッサ用のショルダ部品の別の形成の縦断面図 本発明によりコンプレッサ用のショルダ部品の別の形成の縦断面図 別の実施形態の本発明によるコンプレッサの縦断面図 図１８の切断面ＸＩＸ−ＸＩＸに沿ったコンプレッサの横断面図 図１８及び１９によるコンプレッサの吸込みポートの１つの区間の斜視縦断面図 図１８によるコンプレッサの選択的な形成における図１９による図 別の実施形態の本発明によるコンプレッサの縦断面図

図１は、概略図で、複数のシリンダ１２を形成する燃焼エンジン１０を有する内燃機関を示す。シリンダ１２は、内部で上下に案内されるピストンとシリンダヘッド（図示してない）と共に燃焼室を画成し、これら燃焼室内で、フレッシュガス（空気）が、燃料と共に燃焼され、これにより、ピストンは、周期的に上下に移動される。ピストンのこの運動は、周知のように、図１に図示してないクランクシャフト１４（図２参照）へ伝達され、これによりクランクシャフトを回転駆動する。フレッシュガスは、フレッシュガストレインを介して燃焼エンジン１０に供給され、このため、吸込み口７６を介して、周囲から吸い込まれ、エアフィルタ７８内でクリーニングされ、次いで、排気ガスターボチャージャの部分である本発明によるコンプレッサ１６内を案内される。フレッシュガスは、コンプレッサ１６により圧縮され、次いでチャージエアクーラ（給気冷却器）１８内で冷却され、スロットル２０によって制御されて燃焼室に供給される。コンプレッサ１６の駆動は、タービン２２によって行なわれ、このタービンは、内燃機関の排気ガストレインに統合されている。燃焼エンジン１０の燃焼室内での燃料−フレッシュガス−混合物の燃焼時に生じる排気ガスは、排気ガストレインを介して燃焼エンジン１０から排出され、その際タービン２２を貫流する。これは、周知のように、タービンホイールを回転駆動し、このタービンホイールは、更にまた軸２４を介してコンプレッサ１６のコンプレッサホイールと回転不能に結合されている。従って、タービンホイールの回転駆動は、コンプレッサホイールへ伝達される。高い回転数及び負荷で燃焼エンジン１０を運転する際にフレッシュガストレイン内の圧力上昇を制限するために、タービン２２は、周知のように、いわゆるウェイストゲート２６によって迂回可能である。

図２による内燃機関の場合、フレッシュガストレインに統合されたコンプレッサ１６は、機械的に、即ち、燃焼エンジン１０のクランクシャフト１４からベルトドライブ２８によって駆動される。この場合、コンプレッサホイールの回転数は、燃焼エンジン１０のクランクシャフト１４の回転数に比例しているので、クランクシャフト１４の回転数が高い時にコンプレッサ１６による圧力上昇を周知のようにコンプレッサバイパス３０によって制限する可能性がある。

図３は、本発明による（ラジアル）コンプレッサ１６の縦断面図を概略的に示すが、このコンプレッサは、例えば、図１及び２による内燃機関の一方で使用することができる。コンプレッサハウジング３２の一部が示されており、このコンプレッサハウジングは、流動室を形成し、この流動室内に、コンプレッサホイール３４が、回転可能に支承されている。コンプレッサホイール３４は、流動室を、コンプレッサホイール３４の（圧縮すべきフレッシュガスの作動流れ方向に関して）縦軸方向上流に存在する低圧室３８と、コンプレッサホイール３４を半径方向に取り巻く高圧室４０に分離する。コンプレッサハウジング３２によって形成された吸込みポート４２内に形成された低圧室３６は、コンプレッサ入口４４で終了するが、高圧室４０内には、（可視でない）コンプレッサ出口が形成されている。コンプレッサ入口４４及びコンプレッサ出口により、コンプレッサハウジング３２は、図１及び２に図示されているように、内燃機関のフレッシュガストレインに統合可能である。

コンプレッサ入口４４に、本発明によるコンプレッサ１６の部分として、同様に内燃機関のフレッシュガストレインの部分であり得るガス導管４６の１つの区間が続く。低圧室３８もしくはコンプレッサハウジング３２の吸込みポート４２は、ガス導管４６のこの区間と、吸込みポート４２とガス導管４６の間の移行部内に配置されたショルダ部品４８と共に１つの吸込み区間を形成し、この吸込み区間の画成壁に、本発明によれば、コンプレッサホイール３４の方を向いた周方向ショルダ５０が統合されている。周方向ショルダ５０は、ショルダ部品４８の壁面によって形成される。場合によっては弾性材料（例えばエラストマー）から形成され得るショルダ部品４８は、リング状の作用区間５２と、この作用区間５２の縦軸方向一端から半径方向に外側に向かって延在する同様にリング状の固定区間５４を備える。ショルダ部品４８の作用区間５２は、コンプレッサハウジング３２の吸込みポート４２からガス導管４６への移行部を形成するガス導管４６の終端区間内に位置決めされており、この場合、その外側でもって、できるだけ遊びなくガス導管４６の内側に当接する。これに対して、固定区間５４は、吸込みポート４２からガス導管４６への移行区間内に形成されたラジアル間隙内に位置決めされ、これによりショルダ部品４８を、少なくとも（コンプレッサホイール３４の回転軸５８に対して同軸（又は少なくとも平行）に整向された吸込みポート４２の縦軸５８に関する）縦軸方向に固定する。作用区間５２のリング状に取り巻く基体は、縦断面で楔状の断面を備えるので、ショルダ部品４８によって画成された流れ横断面は、コンプレッサ１６によって圧縮すべき（フレッシュ）ガスの作動流れ方向に関して、周方向ショルダ５０を形成する作用区間５２の端面に達するまで連続的に狭まる。ショルダ部品４８によって画成された流れ横断面のこの連続的な
狭窄は、実質的に、作動流れ方向３６の（フレッシュ）ガスの流れに対するマイナスの影響を防止する。これに対して、周方向ショルダ５０を形成する作用区間５２の端面は、この端面に直接的に続く、低圧室３８を画成する吸込みポート４２の壁の区間に対して約９０°の角度に整向されている。

ショルダ部品４８によって形成され、コンプレッサホイール３４の方を向いて、コンプレッサホイールの入口平面７４に対して平行に整向された周方向ショルダ５０は、図３に簡素化して図示した、圧縮すべきフレッシュガスの作動流れ方向３６とは反対方向の運動成分６２を備える壁近傍の旋回流６０に対する著しい流動抵抗である。この旋回流６０は、既に圧縮されたフレッシュガスの、高圧室４０からコンプレッサホイール３４を介して低圧室３８への逆流であり、この逆流は、本発明により設けられた周方向ショルダ５０なしでは、ある程度までガス導管４６内へまで継続することになり、コンプレッサハウジング３２の吸込みポート４２と比べて薄肉のその形成（及び、場合によってはコンプレッサハウジング３２における金属の代わりのプラスチックからのガス導管４６の形成）のために、ガス導管４６の壁の、部分的に固有振動数の領域の著しい振動励起を生じさせることになる。これから、吸込み口７６を介する空気伝播音８０の直接的な放射だけでなく、図１に示したような、フレッシュガストレインの吸込み区間のガス導管を介する固体伝播音８２の放射も生じさせることになる。このような逆流する旋回流６０は、特に、広く開放されたスロットル２０での内燃機関の運転後に、このスロットル２０が、比較的急速に（大部分又は完全に）閉鎖された場合に生じ、これは、遅延させて、コンプレッサホイール３４の回転数の低下を生じさせ、これによりコンプレッサ１６の圧縮能力の低下を生じさせるに過ぎない。従って、短時間に、コンプレッサホイール３４は、更に比較的高い移送能力でフレッシュガスをコンプレッサ出口に続くフレッシュガストレインの給気区間へ移送し、移送されるフレッシュガスは、閉鎖されたスロットル２０によって燃焼エンジン１０へまで案内することはできない。従って、高圧室４０に、短期間の異常に大きい圧力上昇が生じ、低圧室３８に、ガス圧力に比べて相応に大きい圧力差が生じ、この圧力差は、既に圧縮されたフレッシュガスの増幅された逆流を生じさせ、この逆流は、旋回流６０の形態でコンプレッサホイール３４から流出する。

吸込みポート４２内でコンプレッサ入口４４の方向に流れる旋回流６０は、ショルダ部品４８によって形成された周方向ショルダ５０に衝突し、これにより、ガス導管４６内へのオーバーフロー部で妨害され、その際に少なくとも部分的に反射される。このようにして、ガス導管４６の壁の振動励起が、従って音の発生が低減される。

コンプレッサ１６の低圧室に、半径方向に接続部が開口し、この接続部を介して、燃焼エンジン１０のクランクシャフト室内の過剰圧の発生を回避するために燃焼エンジンから吸引されたクランクシャフト室ガス（“ブローバイガス”）が、クリーニング（特に脱脂及び場合によっては濾過も）後にフレッシュガストレインに導入され得る。コンプレッサ１６の吸込み区間への周方向ショルダ５０の設置、及び、これにより行なわれる逆流する旋回流６０の妨害が、クランクシャフト室ガスの再循環に対して、ある程度までマイナスの影響を与えることはないことが、確立され得る。

図４に図示した本発明によるコンプレッサ１６の形成は、周方向ショルダ５０が、別個のショルダ部品４８によるのではなく、吸込みポート４２とガス導管４６の間の移行部自身によって形成されている点で、実質的に図３の形成とは異なる。このため、この移行部を形成するガス導管４６の終端は、コンプレッサ入口４４よりも相応に小さい流れ横断面を備えるので、周方向ショルダ５０は、ガス導管４６の相応の端壁によって形成されている。

図５に記載の本発明によるコンプレッサ１６の形成の場合、周方向ショルダ５０は、更にまた、コンプレッサハウジング３２の吸込みポート４２とガス導管４６の間の移行部内に配置された別個のショルダ部品４８によって形成され、このショルダ部品４８は、例えば一定の内径及び外径（図６参照）を有する単純な平坦なリングの形態で形成され得る。これに対して選択的に、リング状のショルダ部品４８は、模範的に種々の形成のために図７〜９に図示したように、周方向に不定の内径を有するように形成され得る。この不定の内径に基づいて、周囲にわたってそれぞれ１つの不定のショルダ高さ（即ち、コンプレッサホイールの方を向いた周方向ショルダ５０を形成する、それぞれのショルダ部品４８のその端面の半径方向の延在範囲）が得られる。

図１０に記載の本発明によるコンプレッサ１６の形成は、特に、吸込みポート４２とガス導管４６の間の移行部に配置された、第１の周方向ショルダ５０を形成するショルダ部品４８以外に、別のリング状のショルダ部品４８がガス導管４６内に配置され、このガス導管内に、例えば環状の溝内に収容することによって固定されている点で、図５による形成とは異なる。この別のショルダ部品４８は、コンプレッサホイール３４の方を向いた第２の周方向ショルダ５０を形成する。両周方向ショルダ５０の組合せの作用により、場合によっては、逆流する旋回流６０の伝播は、特に効果的に防止又は妨害され得る。この場合、両ショルダ部品４８の形成は、任意に、例えば図６〜９に一致していてもよい。

図１１及び１２に記載の本発明によるコンプレッサ１６の形成では、吸込みポート４２とガス導管４６の間の移行部の近傍に配置されたショルダ部品４８によって、セグメント化された周方向ショルダ５０が、環状のストリップ上に配置された、棒状で、吸込みポート４２の縦軸に関して半径方向に延在する多数の要素６４を設けることにより形成される。個々の棒状の要素６４とコンプレッサホイール３４の間の最短間隔は、これら要素のいくつかに対しては異なっている。

図１３及び１４は、周方向ショルダ５０を形成するショルダ部品４８を有する本発明によるコンプレッサ１６のもう１つの形成を示すが、このショルダ部品は、その周囲にわたって分配されて（ショルダ部品４８の縦軸に関して）湾曲されて延在しかつこのショルダ部品４８の縦軸全体にわたって延在する凹部６６（Ｖ字状の横断面を有する）が、このショルダ部品に導入されていることを特徴とする。これら凹部６６は、ショルダ部品４８を経て案内されるフレッシュガスの流れに、作動流れ方向３６にフレッシュガスが曲がれる時にコンプレッサホイール３４への流れにプラスに作用し得る流れの捩れを導入するために使用される。妨害すべき旋回流６０に関して、湾曲して延在する凹部６６の整向は、これら凹部がこの旋回流の捩れに反作用し、これにより、旋回流による音の発生の所望の回避に関して更に改善された周方向ショルダ５０の作用が達成され得るようにあり得る。図１５は、隣接ずる凹部６６が直接的に互いに隣接する図１４に記載のショルダ部品４８に対して若干変容したもう１つの形成を示す。

図１６及び１７は、本発明によるコンプレッサ１６の吸込み区間に統合するために設け得るショルダ部品４８の別の形成を示す。これら形成は、これに付属するコンプレッサホイール３４の入口平面７４に対して垂直で、これによりまた吸込み区間の縦軸５６に対して平行に整向された縦方向ショルダ８８が形成されていることを特徴とする。

図１６に記載のショルダ部品４８の場合、コンプレッサホイール３４の入口平面７４に対して垂直に整向されたこれら縦方向ショルダ８８が、吸込み区間の縦方向に延在しかつショルダ部品４８のチューブ状の壁部分７０に統合されたウェブ６８によって形成される。この場合、ウェブ６８は、均等なピッチで、壁部分７０の周囲にわたって分配されて配置されている。これらウェブ６８のコンプレッサホイール３４の方を向いた終端（端面９０）は、基本的に、コンプレッサホイール３４の入口平面７４に対して平行に整向されたセグメント化された周方向ショルダ５０を形成する。しかしながら、この周方向ショルダ５０の比較的小さい（面の）大きさに基づいて、この周方向ショルダは、比較的小さい、場合によっては検出可能でない、逆流する旋回流６０のための妨害作用を備える。この理由から、ウェブ６８によって形成された縦方向ショルダ８８は、更に、（図１６には図示されてない）十分に大きい（付加的な）周方向ショルダ５０と組み合わされるべきである。ウェブ６８の他端は、連続的にショルダ部品４８のチューブ状の壁部分７０の方向に先細り、これにより、作動流れ方向３６のフレッシュガスの流れにできるだけ僅かにしか影響を与えないように、段差なく形成されている。

図１７によるショルダ部品４８により、付属するコンプレッサホイール３４の入口平面７４に関して、平行に整向された２つのショルダ５０と、垂直に整向された複数のショルダ５０が形成され、平行に整向された閉じた環状のショルダ５０は、２つのショルダリング７２によって形成され、垂直に整向されたショルダ５０は、ショルダリング５０を互いに結合する複数のウェブ６８によって形成されている。コンプレッサホイール３４とは反対の方を向いた側に、ショルダリング７２は、ほぼテーパ状に広がるように（作動流れ方向３６に対して）形成され、これにより、ショルダリング７２によって発生される作動流れ方向に流れるガスに対する流動抵抗は、比較的僅かに保たれる。

逆流する旋回流６０をできるだけ効果的に妨害するために、ウェブ６８は、できるだけコンプレッサホイール３４の近傍に位置決めされるべきである。例えば、コンプレッサホイール３４と、このコンプレッサホイールの方を向いたウェブ６８の１つの終端の間の（最短）間隔は、最大で６０ｍｍとすることができる。場合によっては、この間隔のために、例えば約１０ｍｍであり得る最小値も有効であり得る。吸込み区間の周囲にわたって分配されたウェブ６８の数は、例えば１〜６であり得る。

図１８〜２１は、コンプレッサホイール３４の入口平面７４に対して垂直に整向された縦方向ショルダ８８を備える本発明によるコンプレッサ１６の別の可能な形成を示す。この場合、縦方向ショルダ８８は、吸込みポート４２の領域内のコンプレッサハウジング３２に統合された、縦軸５６の方向に延在する（低圧室３８を画成する吸込みポート４２の壁の円形の横断面を限定するベース面８６に関する）凹部８４の制限面の区間である。

これら凹部８４によって画成された横断面は、例えば半三日月形（図１９及び２０参照）又は矩形（図２１参照）に形成することができる。半三日月形の凹部８４の場合、これら凹部は、旋回流６０の（主）捩じれ方向の方向に増すように凹部が深くなるように、吸込み区間４２の壁に統合されるべきである。

例えば、１つ〜６つのこのような凹部８４が、吸込み区間４２の壁に統合され得る。この場合、ショルダ高さは、例えば１ｍｍ〜５ｍｍであり得る。凹部８４の長さ（縦軸５６の方向の）は、例えば５ｍｍ〜５５ｍｍであり得る。好ましくは、凹部８４は、作動流れ方向３６の方向に、連続的に平らになり、吸込みポート４２の壁のベース面８６に段差なく移行すること、が行なわれている。

コンプレッサホイール３４に関して遠位の凹部８４の終端は、複数の周方向ショルダ５０もしくはセグメント化された１つの周方向ショルダ５０である。しかしながら、凹部８４の数及び寸法に依存して、この周方向ショルダ５０の加算された周方向長さは、吸込み区間の相応の全周囲と比べて比較的小さくすることができるので、この形成の場合でも、付加的な周方向ショルダ５０（図示してない）との組合せは、有効であり得る。

図２２は、本発明によるコンプレッサ１６の別の可能な形成を示す。このコンプレッサの場合、ショルダ部品４８が設けられ、このショルダ部品は、閉じた環状の周方向ショルダ５０を、周方向ショルダ５０を形成するショルダリング７２の、コンプレッサホイール３４に関して遠位の終端から始まり、コンプレッサホイール３４の方向に延在する複数（具体的には９０°の均等なピッチで４つ）のウェブ６８と組み合わせる。ウェブ６８は、それぞれ１つの縦方向ショルダ８８を形成する。

１０ 燃焼エンジン
１２ シリンダ
１４ クランクシャフト
１６ コンプレッサ
１８ チャージエアクーラ
２０ スロットル
２２ タービン
２４ 軸
２６ ウェイストゲート
２８ ベルトドライブ
３０ コンプレッサバイパス
３２ コンプレッサハウジング
３４ コンプレッサホイール
３６ 作動流れ方向
３８ 低圧室
４０ 高圧室
４２ 吸込みポート
４４ コンプレッサ入口
４６ ガス導管
４８ ショルダ部品
５０ 周方向ショルダ
５２ ショルダ部品の作用区間
５４ ショルダ部品の固定区間
５６ 吸込みポートの縦軸
５８ コンプレッサホイールの回転軸
６０ 旋回流
６２ 旋回流の運動成分
６４ 棒状要素
６６ 凹部
６８ ウェブ
７０ 壁部分
７２ ショルダリング
７４ コンプレッサホイールの入口平面
７６ 吸込み口
７８ エアフィルタ
８０ 空気伝播音
８２ 固体伝播音
８４ 凹部
８６ ベース面
９０ 端面

Claims (13)

1. コンプレッサハウジング（３２）内に回転可能に支承されたコンプレッサホイール（３４）と、圧縮すべきガスの作動流れ方向（３６）でコンプレッサホイール（３４）の上流に位置する吸込み区間を有する内燃機関用のコンプレッサ（１６）において、
   吸込み区間を画成する壁に、作動流れ方向（３６）とは反対方向に吸込み区間の流れ横断面を狭窄する、コンプレッサホイール（３４）の回転軸に対して横に整向された１つの壁を構成する、コンプレッサホイール（３４）の方を向いて開口した周方向ショルダ（５０）が統合され、コンプレッサホイール（３４）と周方向ショルダ（５０）の間の最短間隔の、周方向ショルダ（５０）によって画成された流れ横断面内の最大横断面寸法に対する比が、少なくとも０．５であること、を特徴とするコンプレッサ（１６）。
2. 周方向ショルダ（５０）が、中断なく又はセグメント化されて取り巻くように形成されていること、を特徴とする請求項１に記載のコンプレッサ（１６）。
3. 周方向ショルダ（５０）から、壁のコンプレッサホイール（３４）とは反対の方を向いた区間への移行部が、段差なく形成されていること、を特徴とする請求項１又は２に記載のコンプレッサ（１６）。
4. 付加的に、コンプレッサホイール（３４）の入口平面（７４）に対して垂直に整向された縦方向ショルダ（８８）が設けられていること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンプレッサ（１６）。
5. 周方向ショルダ（５０）及び／又は縦方向ショルダ（８８）が、コンプレッサハウジング（３２）によって形成された吸込みポート（４２）内又はこの吸込みポート（４２）に接続されたガス導管（４６）内に配置されているか、吸込みポート（４２）とガス導管（４６）の間の移行部内に配置されているか、この移行部によって形成されていること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンプレッサ（１６）。
6. 周方向ショルダ（５０）及び／又は縦方向ショルダ（８８）が、別個のショルダ部品（４８）によって形成されていること、を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のコンプレッサ（１６）。
7. ショルダ部品（４８）が、弾性材料から形成されていること、を特徴とする請求項６に記載のコンプレッサ（１６）。
8. ショルダ部品（４８）は、周方向ショルダ（５０）及び／又は縦方向ショルダ（８８）によって画成された流れ横断面が、作動流れ方向（３６）のガスの作用時に拡張可能であるように形成されていること、を特徴とする請求項６又は７に記載のコンプレッサ（１６）。
9. コンプレッサホイール（３４）と周方向ショルダ（５０）及び／又は縦方向ショルダ（８８）の間の最短間隔の、周方向ショルダ（５０）及び／又は縦方向ショルダ（８８）によって画成された流れ横断面内の最大横断面寸法に対する比が、０．５〜１．５であること、を特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のコンプレッサ（１６）。
10. 周方向ショルダ（５０）及び／又は縦方向ショルダ（８８）によって画成された流れ横断面内の最大横断面寸法に対するショルダ高さの比が、０．０３〜０．１６であること、を特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のコンプレッサ（１６）。
11. 周方向ショルダ（５０）及び／又は縦方向ショルダのショルダ角度が、８０°〜１００°であること、を特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のコンプレッサ（１６）。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のコンプレッサ（１６）とタービン（２２）を有する排気ガスターボチャージャ。
13. １つ又は複数の燃焼室を形成する燃焼エンジン（１０）と、燃焼室にフレッシュガスを供給可能にするフレッシュガストレインと、燃焼室から排気ガスを導出可能にする排気ガストレインと、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のコンプレッサ（１６）又は請求項１２に記載の排気ガスターボチャージャ（２２）を有し、コンプレッサ（１６）がフレッシュガストレインに統合されている、内燃機関。

Images