JP2012529585A - Compressor impeller - Google Patents

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Abstract

圧縮されるべき流体を貫流させるための複数のインペラ通路(23)を有する圧縮機インペラ(20)であって、インペラ通路は、それぞれ1つの流体流入端部(23a)と流体流出端部(23b)とを備え、それぞれのインペラ通路は、流体流入端部に第1横断面(AE)を備え、流体流出端部に第2横断面(AA)を備え、第1横断面に対する第2横断面の大きさの比率(GV)は0,7よりも小さい。  A compressor impeller (20) having a plurality of impeller passages (23) for allowing a fluid to be compressed to flow, the impeller passages each having one fluid inflow end (23a) and one fluid outflow end (23b). And each impeller passage has a first cross section (AE) at a fluid inflow end, a second cross section (AA) at a fluid outflow end, and a second cross section with respect to the first cross section. The size ratio (GV) is less than 0.7.

Description

本発明は一般的に、圧縮機インペラ特に遠心圧縮機のための圧縮機インペラと、そのような圧縮機インペラを装備された遠心圧縮機と、そのような遠心圧縮機を装備された、内燃機関の排ガスターボチャージャーとに関する。   The present invention generally relates to a compressor impeller for a compressor impeller, in particular a centrifugal compressor, a centrifugal compressor equipped with such a compressor impeller, and an internal combustion engine equipped with such a centrifugal compressor Related to the exhaust gas turbocharger.

非特許文献1は、46ページから57ページにおいて、従来のターボ圧縮機を扱っている。この原稿の47ページには、圧縮されるべき流体を貫流させるための複数のインペラ通路を有する、圧縮機インペラが記述されており、インペラ通路はそれぞれ1つの流体流入端部と流体流出端部とを備え、それぞれのインペラ通路は、流体流入端部に第1横断面を備え、かつ流体流出端部に第2横断面を備える。   Non-Patent Document 1 deals with conventional turbo compressors on pages 46 to 57. Page 47 of this manuscript describes a compressor impeller having a plurality of impeller passages for allowing the fluid to be compressed to flow therethrough, each impeller passage having a fluid inflow end and a fluid outflow end. Each impeller passage has a first cross section at the fluid inflow end and a second cross section at the fluid outflow end.

遠心圧縮機におけるエネルギー変換プロセスは、例えば大気の外気のような、移送媒体もしくは圧縮されるべき流体に旋回運動を加える、圧縮機インペラの回転する翼列によって起きる。旋回運動をかけられて流れる流体の性能はその際、一方では、固体として回転する翼列の円周速度に比例した関係にあり、かつ他方では、固体の速度の同心状の回転成分に比例した関係にあり、当該成分は、固体の回転速度に対して、ひいては圧縮機インペラの回転数に対して比例する。   The energy conversion process in a centrifugal compressor takes place by a rotating cascade of compressor impellers that apply a swirling motion to a transfer medium or fluid to be compressed, such as atmospheric ambient air. The performance of the fluid flowing under the swirl movement is then proportional to the circumferential speed of the cascade rotating as a solid and on the other hand proportional to the concentric rotational component of the solid velocity. In relation, the component is proportional to the rotational speed of the solid and thus to the rotational speed of the compressor impeller.

遠心圧縮機によって搬送される流量は、流体の音速と比較して低いとみなされ得る流速では、同様に、回転する翼列の回転数に比例した関係にある。しかしながら、圧縮機インペラの回転数が上がるとともに、流体の圧縮率は、流量について、第一に翼列内部の流れ断面に依存する極限値が現れるという結果になる。それに応じて、従来の遠心圧縮機では、容積比エネルギーとして特徴付けられる圧力は、流量に依存して、明らかに過度な関係にある。   The flow rate conveyed by the centrifugal compressor is similarly proportional to the number of revolutions of the rotating blade row at a flow rate that can be considered low compared to the acoustic velocity of the fluid. However, as the rotational speed of the compressor impeller increases, the compression rate of the fluid results in a limit value that first depends on the flow cross section inside the blade cascade. Accordingly, in conventional centrifugal compressors, the pressure characterized as volumetric specific energy is clearly overly dependent, depending on the flow rate.

図1は、流量もしくは体積流量Vに関する総圧力比率Πtotを表して、従来の遠心圧縮機の典型的な作業領域を示している。なお、本明細書中に記載の“体積流量”を示す記号Vは、図1、図4、及び図5に表わすグラフにおける横軸に示す記号(“V”の直上に“・”(ドット)を付記したもの)の代替として、以下において用いることに留意すべきである。 FIG. 1 shows the typical working area of a conventional centrifugal compressor, representing the total pressure ratio Π tot for flow rate or volume flow rate V. In addition, the symbol V indicating “volume flow rate” described in the present specification is the symbol shown on the horizontal axis in the graphs shown in FIGS. 1, 4, and 5 (“·” (dot) immediately above “V”). It should be noted that it will be used in the following as an alternative to

内燃機関のための排ガスターボチャージャーで遠心圧縮機を使用する場合には、遠心圧縮機は、図1に示されているように、(図1の線BCに従った)内燃機関の特性曲線に従うが、しかしながら全負荷領域にわたって、遠心圧縮機のポンプ限界PGに対する最小間隔が保証されるべきである。他方で、遠心圧縮機の流量は、その遮断限界もしくは吸収限界もしくは閉塞限界SGによって制限されている。回転する翼列もしくは圧縮機インペラの一定の回転数の線は、図1において、nkonstで記されている。 When using a centrifugal compressor in an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine, the centrifugal compressor follows the characteristic curve of the internal combustion engine (according to line BC in FIG. 1), as shown in FIG. However, a minimum spacing for the centrifugal compressor pump limit PG should be guaranteed over the full load range. On the other hand, the flow rate of the centrifugal compressor is limited by its shut-off limit or absorption limit or blockage limit SG. A constant rotational speed line of a rotating blade row or compressor impeller is denoted by n konst in FIG.

最高の効率もしくは最適な効率を示す線WGoptとの概観において、圧縮圧力比率もしくは総圧力比率Πtotが流量Vに過度に依存すれば、従来の遠心圧縮機では、内燃機関の特性曲線BCとの目標の対立に至ることが示されている。 If the compression pressure ratio or the total pressure ratio Π tot is excessively dependent on the flow rate V in the overview with the line WG opt indicating the highest efficiency or the optimum efficiency, the characteristic curve BC of the internal combustion engine is Has been shown to lead to conflicts of goals.

遠心圧縮機の安定した駆動に配慮して維持されるべき、ポンプ限界PGからの間隔は特に高い負荷の下では、内燃機関で達成可能な給気圧も、作用点における熱力学上の効率も、遠心圧縮機の最適な設計値と比較して、明らかな損失を発現させるという結果になる。   The distance from the pump limit PG, which should be maintained in consideration of the stable drive of the centrifugal compressor, is particularly high under the load, the supply pressure achievable with an internal combustion engine, the thermodynamic efficiency at the point of action, The result is a clear loss compared to the optimum design value of the centrifugal compressor.

それゆえ、圧縮機インペラの外部断面もしくは外周での、材料技術的に制限された、当該圧縮機インペラの固体回転速度を考慮して、従来の設計は、単段ターボ過給をおよそ5,5バールに制限している。   Therefore, in view of the solid rotational speed of the compressor impeller, which is limited in terms of material technology, at the outer cross-section or outer periphery of the compressor impeller, the conventional design provides a single stage turbocharge of approximately 5,5. Limited to bar.

およそ5,5バールの値を超える圧力比率を有する、例えばディーゼル機関のような内燃機関の単段過給では、通常の遠心圧縮機は、その最高水準を明らかに下回る効率で作動する。   In a single-stage supercharging of an internal combustion engine, such as a diesel engine, having a pressure ratio exceeding a value of approximately 5,5 bar, a normal centrifugal compressor operates at an efficiency clearly below its highest level.

独国特許第3322295号明細書German Patent No. 3322295

Dr.ロベルト・ピーチュ教授の講義原稿「原動機と作動機械」(シュマルカルデン単科大学、機械工学専攻、2007年8月版)Dr. Lecture manuscript by Prof. Roberto Pecchu “Motor and Actuator” (Schmalkarden University, Department of Mechanical Engineering, August 2007 edition)

本発明の課題は、明らかに改善された効率で、5,5バールを超える給気圧もしくは圧縮機の排出口側の圧力が達成可能な、遠心圧縮機のための圧縮機インペラを提供することである。さらに本発明の課題は、そのような圧縮機インペラを装備された遠心圧縮機、およびそのような遠心圧縮機を装備された、内燃機関の排ガスターボチャージャーを提供することである。   The object of the present invention is to provide a compressor impeller for a centrifugal compressor, which can achieve a supply pressure of more than 5,5 bar or a pressure on the outlet side of the compressor with a clearly improved efficiency. is there. It is a further object of the present invention to provide a centrifugal compressor equipped with such a compressor impeller and an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine equipped with such a centrifugal compressor.

上記の課題は、請求項1に記載の圧縮機インペラと、請求項8に記載の遠心圧縮機もしくは請求項11に記載の内燃機関の排ガスターボチャージャーによって解決される。本発明のさらなる形態は、それぞれの従属請求項において定義されている。   The above problem is solved by the compressor impeller according to claim 1 and the centrifugal compressor according to claim 8 or the exhaust gas turbocharger of the internal combustion engine according to claim 11. Further aspects of the invention are defined in the respective dependent claims.

本発明の第1の態様に従えば、遠心圧縮機のための圧縮機インペラは、圧縮されるべき流体を貫流させるための複数のインペラ通路を備え、当該インペラ通路は、それぞれ1つの流体流入端部と流体流出端部とを有し、それぞれのインペラ通路は、流体流入端部に第1横断面を有し、流体流出端部に第2横断面を有する。本発明に係る圧縮機インペラは、第1横断面に対する第2横断面の大きさの比率が、0,7よりも小さいことで優れている。   According to the first aspect of the present invention, a compressor impeller for a centrifugal compressor includes a plurality of impeller passages for allowing a fluid to be compressed to flow therethrough, each of the impeller passages having one fluid inflow end. Each impeller passage has a first cross section at the fluid inflow end and a second cross section at the fluid outflow end. The compressor impeller according to the present invention is excellent in that the ratio of the size of the second cross section to the first cross section is smaller than 0.7.

本発明に従えば、従来の圧縮機インペラでは、第1横断面に対する第2横断面の大きさの比率がおよそ0,75となっており、すなわちいずれにせよ0,7よりも大きいことが認められた。   In accordance with the present invention, in a conventional compressor impeller, the ratio of the size of the second cross section to the first cross section is approximately 0,75, i.e., in any case greater than 0,7. It was.

面積比率もしくは大きさの比率が0,7よりも小さい、流体流入端部と流体流出端部の、本発明に係る構成によって、本発明に係る圧縮機インペラを装備された遠心圧縮機の駆動特性が改善されて、そのような遠心圧縮機の最高の効率を特徴付ける、特性マップにおける線は、遠心圧縮機と作用連結されている内燃機関の特性曲線を表す線と、ほぼ一致するか、もしくはほぼ平行して、かつそれに非常に近似して延びる。   Drive characteristics of a centrifugal compressor equipped with a compressor impeller according to the present invention by a configuration according to the present invention having a fluid inflow end and a fluid outflow end having an area ratio or size ratio smaller than 0.7 The line in the characteristic map that characterizes the highest efficiency of such a centrifugal compressor is approximately coincident with, or nearly equal to, the line representing the characteristic curve of an internal combustion engine that is operatively connected to the centrifugal compressor. It extends in parallel and very close to it.

それによって、圧縮機の設計と、内燃機関のターボ過給との間の目標の対立が、極めて大幅に解消される。言い換えれば、流量への、給気圧の過度の依存が、あまり顕著でない形であらわになり、その結果、内燃機関の特性曲線に従って、最適な設計に近い状態で遠心圧縮機が作動できる。   Thereby, the target conflict between the compressor design and the turbocharging of the internal combustion engine is remarkably eliminated. In other words, the excessive dependence of the supply air pressure on the flow rate appears in a less pronounced manner, so that the centrifugal compressor can be operated in a state close to the optimum design according to the characteristic curve of the internal combustion engine.

本発明に係る解決法は、特に部分負荷領域において減少する流量を備える圧縮機特性マップを、理論上の最大圧力が抑えられるのを甘受した上でもたらし得るが、しかしながら実際に調達可能な給気圧と圧縮機の効率との明らかな上昇が達成される。これは特に、流体流入端部のインペラ通路の横断面に対する、流体流出端部のインペラ通路の横断面の比率の、本発明に係る設計によって達成される。   The solution according to the invention can result in a compressor characteristic map with a decreasing flow rate, especially in the partial load region, with the prudent to be able to suppress the theoretical maximum pressure, however, the actual supply pressure available And a clear increase in compressor efficiency is achieved. This is achieved in particular by the design according to the invention in the ratio of the cross section of the impeller passage at the fluid outflow end to the cross section of the impeller passage at the fluid inflow end.

本発明に係る圧縮機インペラを装備された遠心圧縮機は、特性マップにおいて明白かつより広範な安定した作業領域を有し、このことが、部分負荷条件で減少する流量と共に作用して、遠心圧縮機と、これと作用連結された内燃機関の特性曲線とが、ほとんど可能な限り最良に、互いに合わさるという結果になる。   Centrifugal compressors equipped with a compressor impeller according to the invention have a clear and broader stable working area in the characteristic map, which works with reduced flow rates at part load conditions, The result is that the engine and the characteristic curve of the internal combustion engine operatively connected to each other are almost best combined as much as possible.

本発明に係る圧縮機インペラの実施形態に従えば、第1横断面に対する第2横断面の大きさの比率は、0,65よりも小さい。   According to the embodiment of the compressor impeller according to the present invention, the ratio of the size of the second cross section to the first cross section is smaller than 0.665.

本発明に係る圧縮機インペラのそのような形態では、本質的に、駆動点における効率に関して損失無しに、内燃機関の給気圧が6バールまで実現可能である。   With such a configuration of the compressor impeller according to the invention, the supply pressure of the internal combustion engine can be realized up to 6 bar with essentially no loss in efficiency at the drive point.

本発明に係る圧縮機インペラの実施形態に従えば、第1横断面の大きさは、第2横断面の大きさの少なくとも1,54倍である。   According to an embodiment of the compressor impeller according to the invention, the size of the first cross section is at least 1,54 times the size of the second cross section.

本発明に係る圧縮機インペラのそのような形態では、本質的に、駆動点における効率に関して損失無しに、内燃機関の給気圧が6バールまで実現可能である。   With such a configuration of the compressor impeller according to the invention, the supply pressure of the internal combustion engine can be realized up to 6 bar with essentially no loss in efficiency at the drive point.

本発明に係る圧縮機インペラのさらなる実施形態に従えば、第1横断面に対する第2横断面の大きさの比率は、0,6よりも小さい。   According to a further embodiment of the compressor impeller according to the invention, the ratio of the size of the second cross section to the first cross section is less than 0,6.

本発明に係る圧縮機インペラのそのような形態では、本質的に、駆動点における効率に関して損失無しに、内燃機関の給気圧が7バールまで実現可能である。   With such a configuration of the compressor impeller according to the invention, the supply pressure of the internal combustion engine can be realized up to 7 bar, essentially without any loss in efficiency at the drive point.

本発明に係る圧縮機インペラの実施形態に従えば、第1横断面の大きさは、第2横断面の大きさの少なくとも1,67倍である。   According to an embodiment of the compressor impeller according to the present invention, the size of the first cross section is at least 1,67 times the size of the second cross section.

本発明に係る圧縮機インペラのそのような形態では、本質的に、駆動点における効率に関して損失無しに、内燃機関の給気圧が7バールまで実現可能である。   With such a configuration of the compressor impeller according to the invention, the supply pressure of the internal combustion engine can be realized up to 7 bar, essentially without any loss in efficiency at the drive point.

さらに、本発明に係る圧縮機インペラのさらなる実施形態に従えば、圧縮機インペラはさらに、外周を有するインペラハブと複数のインペラブレードとを備え、当該インペラブレードは、インペラハブの外周に沿って分散されてインペラハブに設けられており、かつそれぞれ2つのブレード側面と、当該ブレード側面の間に設けられた径方向外縁部とを備える。   Further, according to a further embodiment of the compressor impeller according to the present invention, the compressor impeller further comprises an impeller hub having an outer periphery and a plurality of impeller blades, the impeller blades being distributed along the outer periphery of the impeller hub. The blade is provided on the impeller hub, and includes two blade side surfaces and a radially outer edge portion provided between the blade side surfaces.

本発明に係る圧縮機インペラのこの実施形態に従えば、インペラブレードの外縁部は共同して、インペラブレードの外周を定義し、それぞれのインペラ通路が、それぞれ隣り合うインペラブレードの間に形成されている。その際インペラ通路は、インペラハブの外周と、それぞれ隣り合うインペラブレードの互いに向かい合うブレード側面と、インペラブレードの外周とによってそれぞれ画定されている。本発明のこの実施形態に従えば、それぞれのインペラ通路の流体流入端部は、径方向内側に設けられており、それぞれのインペラ通路の流体流出端部は、径方向外側に設けられている。   According to this embodiment of the compressor impeller according to the present invention, the outer edges of the impeller blades jointly define the outer periphery of the impeller blade, and each impeller passage is formed between adjacent impeller blades. Yes. In this case, the impeller passage is defined by the outer periphery of the impeller hub, the blade side surfaces of the adjacent impeller blades facing each other, and the outer periphery of the impeller blade. According to this embodiment of the present invention, the fluid inflow end of each impeller passage is provided radially inward, and the fluid outflow end of each impeller passage is provided radially outward.

さらに、本発明に係る圧縮機インペラの実施形態に従えば、インペラ通路は、流体流入端部と流体流出端部との間に、インペラ通路を流体流入端部の下流で2つの部分通路に分割するそれぞれ1つの分離壁を備え、分離壁はインペラ通路に沿って、流体流入端部に対して所定の間隔を有する分離箇所から流体流出端部へと延伸し、その結果インペラ通路は唯一の流体入口と、圧縮機インペラの周方向に互いに並立している2つの流体出口とを備える。   Furthermore, according to the embodiment of the compressor impeller according to the present invention, the impeller passage is divided between the fluid inflow end and the fluid outflow end and the impeller passage is divided into two partial passages downstream of the fluid inflow end. Each separating wall extending along the impeller passage from a separation point having a predetermined spacing to the fluid inflow end to the fluid outflow end so that the impeller passage is the only fluid And an inlet and two fluid outlets juxtaposed in the circumferential direction of the compressor impeller.

そのような分離壁には、当該分離壁が一方では流体流入端部のそれぞれのインペラ通路の横断面を縮小せず、他方では圧縮機インペラによって行われた機械的作業もしくは運動エネルギーを、圧縮されるべき流体により良好に伝達させるという利点がある。   In such a separating wall, the separating wall is compressed on the one hand without reducing the cross section of the respective impeller passage at the fluid inlet end, and on the other hand the mechanical work or kinetic energy performed by the compressor impeller. There is the advantage of better transmission to the fluid to be.

本発明に係る圧縮機インペラの実施形態に従えば、流体流出端部の各インペラ通路の2つの部分通路は、それぞれ1つの流出横断面を備え、2つの部分通路のそれぞれの流出横断面のそれぞれの大きさの合計は、第2横断面の大きさと同じである。   According to an embodiment of the compressor impeller according to the present invention, each of the two partial passages of each impeller passage at the fluid outflow end has one outflow cross section, and each outflow cross section of each of the two partial passages. Is the same as the size of the second cross section.

本発明のこの形態は、圧縮機インペラの最適な設計のための付加的な柔軟性もしくは構成の自由をもたらす。なぜなら、各インペラ通路の2つの部分通路の2つの流出横断面は、必要に応じて同じ大きさであるいはまた異なった大きさで形成され得るからである。   This form of the invention provides additional flexibility or freedom of configuration for optimal design of the compressor impeller. This is because the two outflow cross sections of the two partial passages of each impeller passage can be formed with the same size or with different sizes as required.

好ましくは、分離壁はそれぞれの補助ブレードによって形成されており、当該補助ブレードはその形状とその径方向の延伸においてインペラブレードに対応しており、かつ流体流入端部側では、所定の間隔に相当する寸法だけ、インペラブレードよりも短く形成されている。   Preferably, the separation wall is formed by each auxiliary blade, and the auxiliary blade corresponds to the impeller blade in its shape and radial extension, and corresponds to a predetermined interval on the fluid inflow end side. It is formed to be shorter than the impeller blade by the dimension to be adjusted.

本発明に係る圧縮機インペラのこの形態は、特に有利な方法で、圧縮機インペラによって行われた機械的作業もしくは運動エネルギーを、圧縮されるべき流体に伝達するのを支援する。   This form of the compressor impeller according to the invention assists in transferring the mechanical work or kinetic energy performed by the compressor impeller to the fluid to be compressed in a particularly advantageous manner.

本発明の第2の態様に従えば、ターボチャージャーのための遠心圧縮機であって、当該遠心圧縮機は、遠心圧縮機において圧縮されるべき流体の主流を受容するための流体給入口と、フィードバック通路とを有する圧縮機ハウジングと、前述の本発明の実施形態の1つあるいは複数あるいはすべてに従った圧縮機インペラとを備え、圧縮機インペラは、主流の流れ方向で流体給入口の下流に設けられて回転可能に圧縮機ハウジングに軸受けされており、フィードバック通路は、流体給入口にある、圧縮機ハウジングの第1内周部から、圧縮機インペラを径方向に取り囲む、圧縮機ハウジングの第2内周部まで延伸し、その結果フィードバック通路に沿って、圧縮されるべき流体の副流が形成され得る、遠心圧縮機が提供されている。   According to a second aspect of the present invention, a centrifugal compressor for a turbocharger, the centrifugal compressor comprising a fluid inlet for receiving a main flow of fluid to be compressed in the centrifugal compressor; A compressor housing having a feedback passage and a compressor impeller according to one or more or all of the aforementioned embodiments of the present invention, the compressor impeller downstream of the fluid inlet in the mainstream flow direction. The compressor housing is rotatably supported by the compressor housing, and the feedback passage radially surrounds the compressor impeller from the first inner periphery of the compressor housing at the fluid inlet. A centrifugal compressor is provided that extends to two inner peripheries so that a side stream of the fluid to be compressed can be formed along the feedback path.

本発明に係る遠心圧縮機の圧縮機インペラの流体流入端部と流体流出端部の、本発明に係る構成によって、遠心圧縮機の駆動特性が改善されて、遠心圧縮機の最高の効率を特徴付ける、特性マップにおける線は、遠心圧縮機と作用連結されている内燃機関の特性曲線を表す線と、ほぼ一致するか、もしくはほぼ平行して、かつそれに非常に近似して延びる。   The configuration according to the present invention of the fluid inflow end and the fluid outflow end of the compressor impeller of the centrifugal compressor according to the present invention improves the drive characteristics of the centrifugal compressor and characterizes the highest efficiency of the centrifugal compressor The lines in the characteristic map extend approximately coincident with or approximately parallel to the line representing the characteristic curve of the internal combustion engine operatively connected to the centrifugal compressor.

それによって、遠心圧縮機の設計と、内燃機関のターボ過給との間の目標の対立が、極めて大幅に解消される。言い換えれば、流量への、給気圧の過度の依存が、あまり顕著でない形であらわになり、その結果、内燃機関の特性曲線に従って、最適な設計に近い状態で遠心圧縮機が作動できる。しかも、本発明に従って提供された解決法によって、場合によっては遠心圧縮機の吹出しフラップをなくすことができる。   Thereby, the target conflict between the design of the centrifugal compressor and the turbocharging of the internal combustion engine is greatly eliminated. In other words, the excessive dependence of the supply air pressure on the flow rate appears in a less pronounced manner, so that the centrifugal compressor can be operated in a state close to the optimum design according to the characteristic curve of the internal combustion engine. Moreover, the solution provided according to the invention can eliminate the blow-off flap of the centrifugal compressor in some cases.

本発明に係る解決法は、特に部分負荷領域において減少する流量を備える遠心圧縮機特性マップを、理論上の最大圧力が抑えられるのを甘受した上でもたらし得るが、しかしながら実際に調達可能な給気圧と遠心圧縮機の効率との明らかな上昇が達成される。これは特に、圧縮機インペラの流体流入端部のインペラ通路の横断面に対する、流体流出端部のインペラ通路の横断面の比率の、本発明に係る設計によって達成される。   The solution according to the invention can result in a centrifugal compressor characteristic map with a decreasing flow rate, especially in the partial load region, with the acceptability that the theoretical maximum pressure is suppressed, however, the supply that can actually be procured. A clear increase in atmospheric pressure and centrifugal compressor efficiency is achieved. This is achieved in particular by the design according to the invention in the ratio of the cross section of the impeller passage at the fluid outflow end to the cross section of the impeller passage at the fluid inflow end of the compressor impeller.

本発明に係る遠心圧縮機は、特性マップにおいて明白かつより広範な安定した作業領域を有し、このことが、部分負荷条件で減少する流量と共に作用して、遠心圧縮機と、これと作用連結された内燃機関の特性曲線とが、ほとんど可能な限り最良に、互いに合わさるという結果になる。   The centrifugal compressor according to the present invention has a clear and broader stable working area in the characteristic map, which works with the reduced flow rate at part load conditions, and the centrifugal compressor and its working connection The result is that the characteristic curves of the internal combustion engines that have been made fit together almost as best as possible.

本発明に係る遠心圧縮機の圧縮機ハウジングが、圧縮機内部での再循環を可能にするフィードバック通路を備えることによって、達成された圧力比率もしくは総圧力比率と、流量もしくは体積流量との間の、ポンプ限界に沿った極めて広範囲な比例が支援される。   The compressor housing of the centrifugal compressor according to the present invention is provided with a feedback passage allowing recirculation inside the compressor, so that between the achieved pressure ratio or total pressure ratio and the flow rate or volume flow rate. A very wide range of proportions along the pump limit is supported.

言い換えれば、再循環室もしくはフィードバック通路の形態は、ポンプ限界で、インペラブレードの外周から除去された流体の流れ(もしくは、主流の流れ方向とは逆の副流としての流体の流れの還流)を、圧縮機インペラの上流で主流へもしくは主流とフィードバックさせ、再合流させるが、これによって、圧縮機インペラにおける流れ比率の安定化が生じ得ることが保証される。   In other words, the form of the recirculation chamber or feedback passage is the pump limit, and the flow of the fluid removed from the outer periphery of the impeller blade (or the return of the flow of the fluid as a side flow opposite to the main flow direction). , Upstream of the compressor impeller, fed back to or with the mainstream and recombined, which ensures that a flow rate stabilization in the compressor impeller can occur.

他方でフィードバック通路は、特に圧縮機の回転数が高い場合に、主流の流れ方向にフィードバック通路を介して流れる、移送媒体もしくは圧縮されるべき流体の二次的な部分もしくは副流が、流量にとって決定的な第1横断面の下流で、流体の主流と再合流するように、設計されてよい。   On the other hand, the feedback passage is a secondary part or side stream of the transfer medium or the fluid to be compressed, which flows through the feedback passage in the mainstream flow direction, especially when the compressor speed is high. It may be designed to rejoin the main flow of fluid downstream of the critical first cross section.

すなわち、フィードバック通路の算定と配置とによって、安定した圧縮機駆動の支援を、ポンプ限界あるいは遮断限界に集中させることができるが、これら2つの極端な実施形態の間には、任意のバリエーションもしくは段階があり得る。   That is, the calculation and placement of the feedback path can concentrate stable compressor drive support at the pump limit or shut-off limit, but any variation or step between these two extreme embodiments. There can be.

好ましくは、そのために、本発明に係る遠心圧縮機の実施形態に従って、フィードバック通路には、副流の流れ方向及び/又は流れる量に影響を与えるために、ガイドブレードが設けられている。   Preferably, for this purpose, according to the embodiment of the centrifugal compressor according to the invention, the feedback passage is provided with guide blades in order to influence the direction and / or amount of flow of the secondary flow.

好ましくはフィードバック通路は、流体給入口にある第1端部と、インペラ通路の流体流入端部の近傍にある第2端部とを備える。   Preferably, the feedback passage includes a first end portion at the fluid supply inlet and a second end portion in the vicinity of the fluid inflow end portion of the impeller passage.

本発明に係る遠心圧縮機の実施形態に従えば、当該遠心圧縮機は、単段遠心圧縮機として形成されている。   According to the embodiment of the centrifugal compressor according to the present invention, the centrifugal compressor is formed as a single-stage centrifugal compressor.

本発明の第3の態様に従えば、排ガスタービンと、前述の本発明の実施形態の1つあるいは複数あるいはすべてに従った遠心圧縮機とを有する、内燃機関の排ガスターボチャージャーが提供される。   According to a third aspect of the present invention, there is provided an exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine comprising an exhaust gas turbine and a centrifugal compressor according to one or more or all of the aforementioned embodiments of the present invention.

そのような排ガスターボチャージャーを装備された、乗り物の燃焼機関(内燃機関)では、特に性能利用がより高くかつ燃料消費がより少ない。   A vehicle combustion engine (internal combustion engine) equipped with such an exhaust gas turbocharger has particularly high performance utilization and lower fuel consumption.

以下に本発明が、好ましい実施形態に基づき、かつ添付の図に関連してより詳細に記述される。   In the following, the invention will be described in more detail on the basis of preferred embodiments and in connection with the attached figures.

通常の遠心圧縮機の作業領域の特性マップである。It is a characteristic map of the working area of a normal centrifugal compressor. 本発明の実施形態に従った遠心圧縮機の概略図である。1 is a schematic view of a centrifugal compressor according to an embodiment of the present invention. 図2の遠心圧縮機の圧縮機インペラの概略図である。It is the schematic of the compressor impeller of the centrifugal compressor of FIG. 図2の遠心圧縮機の作業領域の特性マップである。It is a characteristic map of the working area of the centrifugal compressor of FIG. 比較目的で、図1の特性マップと図4の特性マップとを重ね合わせて表した図である。FIG. 5 is a diagram in which the characteristic map of FIG. 1 and the characteristic map of FIG. 4 are overlaid for comparison purposes.

以下に、添付の図2〜図5に関連して、本発明の実施形態に従った内燃機関(完全には示されていない)の排ガスターボチャージャーが記述される。   In the following, an exhaust gas turbocharger of an internal combustion engine (not fully shown) according to an embodiment of the invention will be described in connection with the attached FIGS.

本発明に係る排ガスターボチャージャーは、ディーゼル機関として形成された、自動車(図示せず)の内燃機関(図示せず)の排ガスシステムに入口側で接続されている排ガスタービン(図示せず)と、図示しない駆動シャフトを介して排ガスタービンに回転駆動可能に接続されている単段式遠心圧縮機1(図2と図3とに示す)と、を備えている。   An exhaust gas turbocharger according to the present invention is formed as a diesel engine, an exhaust gas turbine (not shown) connected on the inlet side to an exhaust gas system of an internal combustion engine (not shown) of an automobile (not shown), And a single-stage centrifugal compressor 1 (shown in FIGS. 2 and 3) connected to an exhaust gas turbine so as to be rotationally driven through a drive shaft (not shown).

遠心圧縮機1は、遠心圧縮機1において圧縮されるべき且つ場合によってはフィルターにかけられた、大気の外気の主流Hを受容するための流体給入口11と、圧縮された外気を排出するための流体排出口(図示せず)であって、内燃機関の空気吸入口と流体接続されている流体排出口と、フィードバック通路12と、を有している圧縮ハウジング10を備えている。   Centrifugal compressor 1 has a fluid inlet 11 for receiving the mainstream H of atmospheric outside air to be compressed and possibly filtered in centrifugal compressor 1, and for discharging the compressed outside air A compression housing 10 having a fluid discharge port (not shown), a fluid discharge port fluidly connected to the air intake port of the internal combustion engine, and a feedback passage 12 is provided.

さらに、遠心圧縮機1は、主流Hを記号で示す線の矢印の先端によって示された、主流Hの流れ方向における流体給入口11の下流に設けられていると共に圧縮機ハウジング10に回転可能に軸受けされている圧縮機インペラ20を備えている。   Further, the centrifugal compressor 1 is provided downstream of the fluid inlet 11 in the flow direction of the main flow H, indicated by the tip of a line arrow indicating the main flow H as a symbol, and is rotatable to the compressor housing 10. A compressor impeller 20 is provided.

フィードバック通路12は、流体給入口11に位置する圧縮機ハウジング10の第1内周部13から、圧縮機インペラ20を径方向に取り囲む圧縮機ハウジング10の第2内周部14に至るまで延在しており、その結果として、フィードバック通路12に沿って圧縮されるべき外気の副流Nが、駆動条件に応じて、主流Hの流れ方向の反対方向又は同一方向に生じ得る。   The feedback passage 12 extends from the first inner peripheral portion 13 of the compressor housing 10 located at the fluid inlet 11 to the second inner peripheral portion 14 of the compressor housing 10 that radially surrounds the compressor impeller 20. As a result, the secondary flow N of the outside air to be compressed along the feedback passage 12 may occur in the opposite direction or the same direction as the flow direction of the main flow H depending on the driving conditions.

フィードバック通路12は、圧縮機ハウジング10の内周のリング状の空洞15と、流体給入口11に取り付けられたリング要素16とによって形成されており、その結果として、フィードバック通路12は、流体給入口11に位置する第1端部12aと、圧縮機インペラ20のインペラ通路23それぞれの流体流入端部23aの近傍に位置する第2端部12bとを備えている。   The feedback passage 12 is formed by a ring-shaped cavity 15 on the inner periphery of the compressor housing 10 and a ring element 16 attached to the fluid inlet 11. As a result, the feedback passage 12 is formed by the fluid inlet 12. 11 and a second end 12b located in the vicinity of the fluid inflow end 23a of each impeller passage 23 of the compressor impeller 20.

フィードバック通路12には、固定された又は調節可能なガイドブレード17が設けられており、副流Nの流れ方向及び/又は流量に影響が及ぼされる。   The feedback passage 12 is provided with a fixed or adjustable guide blade 17 which influences the flow direction and / or flow rate of the side stream N.

その作用に関してフィードバック通路12に相当するフィードバック通路が、例えば特許文献1に開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a feedback passage corresponding to the feedback passage 12 with respect to its action.

圧縮機インペラ20は、駆動シャフトに回転不能に固定されていると共に外周21aと複数のインペラブレード22とを有している、インペラハブ21を備えており、当該インペラブレードは、インペラハブ21の外周21aに沿って周方向に均等に分散配置された状態でインペラハブ21に設けられており、それぞれ2つの横方向に延在しているブレード側面22a、22bと、両ブレード側面22a、22bの間に延伸する径方向外縁部22cとを有している。   The compressor impeller 20 includes an impeller hub 21 that is non-rotatably fixed to the drive shaft and includes an outer periphery 21 a and a plurality of impeller blades 22. The impeller blade is disposed on the outer periphery 21 a of the impeller hub 21. Are provided in the impeller hub 21 in a state of being evenly distributed along the circumferential direction along the blade side surfaces 22a and 22b extending in two lateral directions, and extending between the blade side surfaces 22a and 22b. And a radially outer edge 22c.

それぞれのインペラブレード22の径方向外縁部22cが協働することによって、インペラブレード22の外周(回転体とみなされる)が定義され、それぞれ隣り合うインペラブレード22、22の間には、圧縮されるべき外気(流体)を貫流させるためのそれぞれ1つのインペラ通路23が形成されている。   The outer periphery (considered as a rotating body) of the impeller blades 22 is defined by the cooperation of the radially outer edges 22c of the respective impeller blades 22 and is compressed between the adjacent impeller blades 22 and 22, respectively. Each impeller passage 23 is formed to allow the outside air (fluid) to flow through.

そのように形成されたインペラ通路23は、径方向内側に位置する(駆動シャフトの近傍に設けられた)それぞれ1つの流体流入端部23aと、径方向外側に位置する(流体流入端部23aと比較して、径方向において駆動シャフトから離隔して設けられた)流体流出端部23bとを備えている。インペラブレード22の外周は、その間にわずかな間隔を有して、径方向外側から、圧縮機ハウジング10の第2内周部14とリング要素16とによって囲まれている。   The impeller passages 23 formed in this way are each provided with one fluid inflow end portion 23a located radially inward (provided in the vicinity of the drive shaft) and radially outward (fluid inflow end portion 23a). In comparison, a fluid outflow end 23b (separated from the drive shaft in the radial direction) is provided. The outer periphery of the impeller blade 22 is surrounded by the second inner peripheral portion 14 and the ring element 16 of the compressor housing 10 from the outside in the radial direction with a slight gap therebetween.

インペラ通路23はそれぞれ、インペラハブ21の外周21aと、それぞれ隣り合うインペラブレード22,22の互いに向かい合うブレード側面22a、22bと、インペラブレード22の外周もしくは圧縮機ハウジング10の第2内周部14とリング要素16とによって画定されている。   The impeller passages 23 respectively include an outer periphery 21a of the impeller hub 21, blade side surfaces 22a and 22b of the adjacent impeller blades 22 and 22 facing each other, an outer periphery of the impeller blade 22 or a second inner peripheral portion 14 of the compressor housing 10 and a ring. Defined by the element 16.

インペラ通路23それぞれは、インペラ通路23それぞれの流体流入端部23aとインペラ通路23それぞれの流体流出端部23bとの間に、補助ブレード24の形状をした1つの分離壁を備え、当該補助ブレードは、その径方向の延伸においてインペラブレード22と一致するが、流体流入端部側23aでは、所定の間隔だけインペラブレード22よりも短く形成されている。   Each of the impeller passages 23 includes one separation wall having the shape of the auxiliary blade 24 between the fluid inflow end portion 23a of each of the impeller passages 23 and the fluid outflow end portion 23b of each of the impeller passages 23. In the extension in the radial direction, it coincides with the impeller blade 22, but the fluid inflow end portion 23a is formed shorter than the impeller blade 22 by a predetermined interval.

言い換えれば、インペラ通路23それぞれが、その流体流入端部23aの下流において2つの部分通路23c、23dに分割されており、分離壁として機能する補助ブレード24が、流体流入端部23aに対して所定の間隔を有する分離箇所T(図3のみに図示する)から流体流出端部23bに至るまで、インペラ通路23に沿って延伸しており、その結果として、インペラ通路23は、唯一の流体入口と、圧縮機インペラ20の周方向に互いに並立している2つの流体出口とを備えている。   In other words, each impeller passage 23 is divided into two partial passages 23c and 23d downstream of the fluid inflow end portion 23a, and the auxiliary blade 24 functioning as a separation wall is predetermined with respect to the fluid inflow end portion 23a. Extends along the impeller passage 23 from the separation point T (shown only in FIG. 3) to the fluid outflow end 23b, so that the impeller passage 23 is the only fluid inlet and And two fluid outlets juxtaposed in the circumferential direction of the compressor impeller 20.

各インペラ通路23は、その流体流入端部23aにおいて、第1横断面すなわち流入横断面AEを備えている。   Each impeller passage 23 has a first cross section, that is, an inflow cross section AE at the fluid inflow end portion 23a.

各インペラ通路23の2つの部分通路23c、23dはそれぞれ、対応するインペラ通路23の流体流出端部23bにおいて、1つの流出横断面AA又は流出横断面AAを備えている。この実施形態では、2つの部分通路23c、23dの2つの同じ大きさの流出横断面AA、AAは、合計して第2横断面もしくはそれぞれのインペラ通路23の全流出横断面AAを形成している(AA=AA+AA)。本発明のさらなる実施形態では、2つの流出横断面AA,AAが異なる大きさである場合がある。 Two partial passage 23c of the impeller passages 23, 23d, respectively, in the fluid outlet end 23b of the corresponding impeller passageway 23, and a single outflow cross section AA 1 or outflow cross section AA 2. In this embodiment, two equal sized outflow cross sections AA 1 , AA 2 of the two partial passages 23 c, 23 d together form a second cross section or the total outflow cross section AA of the respective impeller passage 23. (AA = AA 1 + AA 2 ). In a further embodiment of the invention, the two outflow cross sections AA 1 , AA 2 may be of different sizes.

本発明の実施形態では、第1横断面AEに対する第2横断面AAの大きさの比率GVは、GV=AA/AEによって規定され、0.7より小さい。   In the embodiment of the present invention, the ratio GV of the size of the second cross section AA to the first cross section AE is defined by GV = AA / AE and is smaller than 0.7.

大きさの比率GVが0.7よりも小さい場合には、駆動点における効率に関して損失することなく、内燃機関の給気圧が5.5バール以上とすることができる。   If the size ratio GV is smaller than 0.7, the supply pressure of the internal combustion engine can be 5.5 bar or more without any loss in efficiency at the drive point.

本発明のさらなる実施形態では、第1横断面AEに対する第2横断面AAの大きさの比率GVは、0.65より小さい。   In a further embodiment of the invention, the ratio GV of the size of the second cross section AA to the first cross section AE is less than 0.65.

大きさの比率GVが0.65より小さい場合には、駆動点における効率に関して損失することなく、内燃機関の給気圧が6バールまで高めることができる。   If the size ratio GV is smaller than 0.65, the supply pressure of the internal combustion engine can be increased to 6 bar without any loss in efficiency at the drive point.

本発明のさらにさらなる実施形態では、第1横断面AEに対する第2横断面AAの大きさの比率GVは、0.6より小さい。   In a still further embodiment of the invention, the ratio GV of the size of the second cross section AA to the first cross section AE is less than 0.6.

大きさの比率GVが0.6よりも小さい場合には、駆動点における効率に関して損失することなく、内燃機関の給気圧が7バールまで高めることができる。   If the size ratio GV is smaller than 0.6, the supply pressure of the internal combustion engine can be increased to 7 bar without any loss in efficiency at the drive point.

図4は、本発明に係る遠心圧縮機1の作業領域の特性マップを示している。図5は、図1の特性マップと図4の特性マップとを比較するために、図1の特性マップと図4の特性マップとを重ね合わせた図である。   FIG. 4 shows a characteristic map of the work area of the centrifugal compressor 1 according to the present invention. FIG. 5 is a diagram in which the characteristic map of FIG. 1 and the characteristic map of FIG. 4 are superimposed to compare the characteristic map of FIG. 1 with the characteristic map of FIG.

図4と図5とから(図1と関連して)明らかなように、本発明に係る遠心圧縮機1の圧縮機インペラ20の流体流入端部23aと流体流出端部23bとの大きさの比率、すなわち面積比率GVの、特性マップにおける線WG’optは、本発明に係る構成による遠心圧縮機1の駆動特性の改善に起因して遠心圧縮機1の最高の効率を示しており、遠心圧縮機1と機能的に連結されている内燃機関の特性曲線を表す線BC’と略一致するか、又は線BC’に対して略平行に且つ非常に近接した状態で延伸している。 As is clear from FIGS. 4 and 5 (in connection with FIG. 1), the sizes of the fluid inflow end 23a and the fluid outflow end 23b of the compressor impeller 20 of the centrifugal compressor 1 according to the present invention are as follows. The line WG ′ opt in the characteristic map of the ratio, that is, the area ratio GV, indicates the highest efficiency of the centrifugal compressor 1 due to the improvement of the driving characteristics of the centrifugal compressor 1 by the configuration according to the present invention. The line extends along the line BC ′ representing the characteristic curve of the internal combustion engine that is functionally connected to the compressor 1, or substantially parallel to the line BC ′ and very close to the line BC ′.

それによって、従来技術から知られている、遠心圧縮機の設計と内燃機関のターボ過給との間の目標の対立が、極めて大幅に解消される。言い換えれば、流量もしくは体積流量Vへの、給気圧もしくは総圧力比率Πtotの過度の依存が、あまり顕著でない形で露わになり、その結果、内燃機関の特性曲線BC’に従って、最適な設計に近い状態で遠心圧縮機1を動作させることができる。 Thereby, the target conflict between the design of the centrifugal compressor and the turbocharging of the internal combustion engine, known from the prior art, is very greatly eliminated. In other words, the excessive dependence of the supply pressure or the total pressure ratio Π tot on the flow rate or volume flow rate V is exposed in a less pronounced manner, so that the optimum design according to the characteristic curve BC ′ of the internal combustion engine The centrifugal compressor 1 can be operated in a state close to.

本発明に係る遠心圧縮機1は、特に流量すなわち体積流量Vが部分負荷領域において減少している示す特性マップを有しており、この特性マップでは、理論上の最大圧力(線WGopt、WG’optの最上端)が抑えられているが、実際に調達可能な給気圧と遠心圧縮機1の効率との上昇ΔΠtotが顕著に達成される。 The centrifugal compressor 1 according to the present invention has a characteristic map showing that the flow rate, that is, the volume flow rate V is decreased particularly in the partial load region. In this characteristic map, the theoretical maximum pressure (lines WG opt , WG The uppermost end of ' opt ' is suppressed, but an increase ΔΔ tot between the supply pressure actually available and the efficiency of the centrifugal compressor 1 is remarkably achieved.

本発明に係る遠心圧縮機1は、特性マップにおいて明白かつより広範な安定した作業領域を有し、このことが、部分負荷条件で減少する流量もしくは体積流量Vと共に作用して、遠心圧縮機1と、これと作用連結された内燃機関の特性曲線BC’とが、ほとんど可能な限り最良に、互いに合わさるという結果になる。   The centrifugal compressor 1 according to the invention has a clear and broader stable working area in the characteristic map, which works with a reduced flow rate or volumetric flow rate V under partial load conditions, And the characteristic curve BC ′ of the internal combustion engine which is operatively connected to this result in the best possible combination with each other.

本発明に係る遠心圧縮機1の圧縮機ハウジング10が、圧縮機内部での再循環を可能にするフィードバック通路12を備えることによって、達成された圧力比率もしくは総圧力比率Πtotと、流量もしくは体積流量Vとの間の、ポンプ限界PG’に沿った極めて広範囲の比例が支援される。 The compressor housing 10 of the centrifugal compressor 1 according to the present invention is provided with a feedback passage 12 that allows recirculation inside the compressor, so that the pressure ratio or total pressure ratio Π tot achieved and the flow rate or volume. A very wide range of proportions with the flow rate V along the pump limit PG ′ is supported.

ガイドブレード17の構成と、フィードバック通路12の寸法/配置とは、ポンプ限界PG’で、インペラブレード22と補助ブレード24の外周から除去された流体の流れ(もしくは、主流Hの流れ方向とは逆の副流Nとしての流体の流れの還流)を、圧縮機インペラ20の上流で主流Hへもしくは主流Hとフィードバックさせ、再合流させるが、これによって、圧縮機インペラ20における流れ比率の安定化が生じ得ることが保証される。   The configuration of the guide blade 17 and the size / arrangement of the feedback passage 12 are the pump limit PG ′, and the flow of the fluid removed from the outer periphery of the impeller blade 22 and the auxiliary blade 24 (or opposite to the flow direction of the main flow H). Of the fluid flow as a secondary flow N) is fed back to the main flow H or upstream with the main flow H upstream of the compressor impeller 20 to recombine, thereby stabilizing the flow ratio in the compressor impeller 20. It is guaranteed that it can occur.

他方でフィードバック通路12は、ガイドブレード17の構成と、フィードバック通路12の寸法/配置とによって、特に圧縮機の回転数が高い場合に、主流Hの流れ方向にフィードバック通路12を介して流れる、圧縮されるべき外気の副流Nが、流量もしくは体積流量Vにとって決定的な第1横断面AEの下流で、圧縮されるべき外気の主流Hと再合流するように、設置されてよい。   On the other hand, the feedback passage 12 is a compression that flows through the feedback passage 12 in the flow direction of the main flow H, particularly when the rotation speed of the compressor is high, depending on the configuration of the guide blade 17 and the size / arrangement of the feedback passage 12. It may be arranged such that the substream N of the outside air to be recombined with the main flow H of the outside air to be compressed downstream of the first cross section AE that is decisive for the flow or volume flow V.

すなわち、フィードバック通路12の構造によって、安定した圧縮機駆動の支援を、ポンプ限界PG’あるいは遮断限界SG’に集中させることができるが、これら2つの極端な実施形態の間には、任意のバリエーションもしくは段階があり得る。   That is, the structure of the feedback passage 12 can concentrate stable compressor drive support on the pump limit PG ′ or the shut-off limit SG ′, but any variation between these two extreme embodiments is possible. Or there can be stages.

1 遠心圧縮機
10 圧縮機ハウジング
11 流体給入口
12 フィードバック通路
12a 第1端部
12b 第2端部
13 第1内周部
14 第2内周部
15 空洞
16 リング要素
17 ガイドブレード
20 圧縮機インペラ
21 インペラハブ
21a 外周
22 インペラブレード
22a ブレード側面
22b ブレード側面
22c 径方向外縁部
23 インペラ通路
23a 流体流入端部
23b 流体流出端部
23c 部分通路
23d 部分通路
24 補助ブレード
T 分離箇所
AE 第1横断面(流入横断面)
AA 第2横断面(全流出横断面)
AA 流出横断面
AA 流出横断面
H 主流
N 副流
Πtot 総圧力比率
ΔΠtot 上昇
V 体積流量
PG ポンプ限界
SG 遮断限界
WGopt 最適な効率
BC 内燃機関の特性曲線
konst 一定の回転数
PG’ ポンプ限界
SG’ 遮断限界
WG’opt 最適な効率
BC’ 内燃機関の特性曲線
n’konst 一定の回転数
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Centrifugal compressor 10 Compressor housing 11 Fluid inlet 12 Feedback path 12a 1st end part 12b 2nd end part 13 1st inner peripheral part 14 2nd inner peripheral part 15 Cavity 16 Ring element 17 Guide blade 20 Compressor impeller 21 Impeller hub 21a Outer periphery 22 Impeller blade 22a Blade side surface 22b Blade side surface 22c Radial outer edge 23 Impeller passage 23a Fluid inflow end portion 23b Fluid outflow end portion 23c Partial passage 23d Partial passage 24 Auxiliary blade T Separation point AE First cross section surface)
AA 2nd cross section (total outflow cross section)
AA 1 Outflow cross section AA 2 Outflow cross section H Main flow N Subflow Π tot Total pressure ratio ΔΠ tot increase V Volume flow PG Pump limit SG Cutoff limit WG opt Optimal efficiency BC Internal combustion engine characteristic curve n konst constant rotation speed PG 'Pump limit SG' cutoff limit WG ' opt optimum efficiency BC' characteristic curve of internal combustion engine n ' konst constant rotation speed

Claims (11)

圧縮されるべき流体を貫流させるための複数のインペラ通路(23)を有している、遠心圧縮機(1)のための圧縮機インペラ(20)であって、
前記インペラ通路(23)それぞれが、1つの流体流入端部(23a)と流体流出端部(23b)とを備えており、且つ、前記インペラ通路(23)それぞれが、前記流体流入端部(23a)に第1横断面(AE)を備えていると共に、前記流体流出端部(23b)に第2横断面(AA)を備えている、前記圧縮機インペラ(20)において、
前記第1横断面(AE)に対する前記第2横断面(AA)の大きさの比率(GV)が、0.7より小さいことを特徴とする圧縮機インペラ(20)。
A compressor impeller (20) for a centrifugal compressor (1) having a plurality of impeller passages (23) for allowing the fluid to be compressed to flow through it,
Each of the impeller passages (23) includes one fluid inflow end (23a) and a fluid outflow end (23b), and each of the impeller passages (23) has the fluid inflow end (23a). ) Having a first cross section (AE) and a second cross section (AA) at the fluid outflow end (23b), in the compressor impeller (20),
The compressor impeller (20), wherein a ratio (GV) of a size of the second cross section (AA) to the first cross section (AE) is smaller than 0.7.
前記第1横断面(AE)に対する前記第2横断面(AA)の大きさの前記比率(GV)が、0.65より小さいことを特徴とする請求項1に記載の圧縮機インペラ(20)。   The compressor impeller (20) according to claim 1, wherein the ratio (GV) of the size of the second cross section (AA) to the first cross section (AE) is less than 0.65. . 前記第1横断面(AE)に対する前記第2横断面(AA)の大きさの前記比率(GV)が、0.6より小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の圧縮機インペラ(20)。   The compressor impeller according to claim 1 or 2, wherein the ratio (GV) of the size of the second cross section (AA) to the first cross section (AE) is smaller than 0.6. 20). 前記圧縮機インペラ(20)が、
外周(21a)を有しているインペラハブ(21)と、
前記インペラハブ(21)の前記外周(21a)に沿って分散配置された状態で前記インペラハブ(21)に設けられている複数のインペラブレード(22)であって、前記インペラブレード(22)それぞれが、2つのブレード側面(22a、22b)と、前記ブレード側面(22a、22b)同士の間に設けられた径方向外縁部(22c)とを備えている、複数の前記インペラブレード(22)と、
を備えており、
前記インペラブレード(22)の前記外縁部(22c)が共働することによって、前記インペラブレード(22)の外周を形成しており、
前記インペラ通路(23)それぞれが、隣り合うインペラブレード(22,22)の間に形成されており、前記インペラ通路(23)それぞれが、前記インペラハブ(21)の前記外周(21a)と、隣り合う前記インペラブレード(22,22)の互いに向かい合っている前記ブレード側面(22a、22b)と、前記インペラブレード(22)の外周とによって形成されており、
前記インペラ通路(23)それぞれの前記流体流入端部(23a)が、径方向内側に設けられており、前記インペラ通路(23)それぞれの前記流体流出端部(23b)が、径方向外側に設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の圧縮機インペラ(20)。
The compressor impeller (20)
An impeller hub (21) having an outer periphery (21a);
A plurality of impeller blades (22) provided on the impeller hub (21) in a state of being distributed along the outer periphery (21a) of the impeller hub (21), each of the impeller blades (22) being A plurality of the impeller blades (22) including two blade side surfaces (22a, 22b) and a radially outer edge (22c) provided between the blade side surfaces (22a, 22b);
With
The outer edge (22c) of the impeller blade (22) cooperates to form the outer periphery of the impeller blade (22),
Each of the impeller passages (23) is formed between adjacent impeller blades (22, 22), and each of the impeller passages (23) is adjacent to the outer periphery (21a) of the impeller hub (21). The impeller blades (22, 22) are formed by the blade side surfaces (22a, 22b) facing each other and the outer periphery of the impeller blade (22),
The fluid inflow end portion (23a) of each of the impeller passages (23) is provided on the radially inner side, and the fluid outflow end portion (23b) of each of the impeller passages (23) is provided on the radially outer side. The compressor impeller (20) according to any one of claims 1 to 3, wherein the compressor impeller (20) is provided.
前記インペラ通路(23)それぞれが、前記流体流入端部(23a)の下流において前記インペラ通路(23)を2つの部分通路(23c、23d)に分割している1つの分離壁を、前記流体流入端部(23a)と前記流体流出端部(23b)との間に備えており、
前記分離壁が、前記流体流入端部(23a)に対して所定の間隔を有する分離箇所(T)から前記流体流出端部(23b)に至るまで前記インペラ通路(23)に沿って延在しており、その結果として、前記インペラ通路(23)には、唯一の流体入口と、前記圧縮機インペラ(20)の周方向において互いに対して並立している2つの流体出口とが設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の圧縮機インペラ(20)。
Each of the impeller passages (23) has one separating wall dividing the impeller passage (23) into two partial passages (23c, 23d) downstream of the fluid inflow end portion (23a). Between the end (23a) and the fluid outflow end (23b),
The separation wall extends along the impeller passage (23) from the separation point (T) having a predetermined interval to the fluid inflow end (23a) to the fluid outflow end (23b). As a result, the impeller passage (23) is provided with a single fluid inlet and two fluid outlets juxtaposed with each other in the circumferential direction of the compressor impeller (20). The compressor impeller (20) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that.
前記流体流出端部(23b)の前記インペラ通路(23)それぞれの2つの前記部分通路(23c、23d)が、それぞれ1つの流出横断面(AA,AA)を備えており、
2つの前記部分通路(23c、23d)それぞれの前記流出横断面(AA,AA)それぞれの大きさの合計が、前記第2横断面(AA)の大きさと同じであることを特徴とする請求項5に記載の圧縮機インペラ(20)。
Wherein said impeller passages (23) each of two of said subchannels (23c, 23d) of the fluid outlet end (23b) is, and respectively provided with one outflow cross section (AA 1, AA 2),
The sum of the sizes of the outflow cross sections (AA 1 , AA 2 ) of the two partial passages (23c, 23d) is the same as the size of the second cross section (AA). The compressor impeller (20) according to claim 5.
前記分離壁が、それぞれの補助ブレード(24)によって形成されており、
前記補助ブレード(24)が、前記補助ブレード(24)の径方向の延伸において前記インペラブレード(22)に対応しており、かつ流体流入端部側では、所定の間隔に相当する寸法だけ、前記インペラブレード(22)よりも短く形成されていることを特徴とする請求項5又は6に記載の圧縮機インペラ(20)。
The separating wall is formed by a respective auxiliary blade (24);
The auxiliary blade (24) corresponds to the impeller blade (22) in the radial extension of the auxiliary blade (24), and on the fluid inflow end side, the dimension corresponding to a predetermined interval is provided. Compressor impeller (20) according to claim 5 or 6, characterized in that it is shorter than the impeller blade (22).
ターボチャージャーのための遠心圧縮機(1)であって、
前記遠心圧縮機(1)において圧縮されるべき流体の主流(H)を受容するための流体給入口(11)とフィードバック通路(12)とを有している圧縮機ハウジング(10)と、
前記主流(H)の流れ方向において前記流体給入口(11)の下流に設けられていると共に、前記圧縮機ハウジング(10)に回転可能に軸受けされている請求項1〜7のいずれか一項に記載の圧縮機インペラ(20)と、
を備えている前記遠心圧縮機(1)において、
前記フィードバック通路(12)が、前記流体給入口(11)に位置する前記圧縮機ハウジング(10)の第1内周部(13)から、前記圧縮機インペラ(20)を径方向において囲んでいる前記圧縮機ハウジング(10)の第2内周部(14)に至るまで延在しており、これにより圧縮されるべき流体の副流(N)が、前記フィードバック通路(12)に沿って流れることを特徴とする遠心圧縮機(1)。
A centrifugal compressor (1) for a turbocharger,
A compressor housing (10) having a fluid inlet (11) and a feedback passage (12) for receiving a main flow (H) of fluid to be compressed in the centrifugal compressor (1);
8. The compressor according to claim 1, which is provided downstream of the fluid inlet (11) in the flow direction of the main flow (H) and is rotatably supported by the compressor housing (10). A compressor impeller (20) according to claim 1,
In the centrifugal compressor (1) comprising:
The feedback passage (12) surrounds the compressor impeller (20) in the radial direction from the first inner peripheral portion (13) of the compressor housing (10) located at the fluid supply inlet (11). The compressor housing (10) extends to the second inner peripheral portion (14), whereby a substream (N) of the fluid to be compressed flows along the feedback passage (12). A centrifugal compressor (1) characterized by the above.
前記フィードバック通路(12)には、前記副流(N)の流れ方向及び/又は流量に影響を与えるために、ガイドブレード(17)が設けられていることを特徴とする請求項8に記載の遠心圧縮機(1)。   9. A guide blade (17) according to claim 8, characterized in that the feedback passage (12) is provided with a guide blade (17) in order to influence the flow direction and / or the flow rate of the substream (N). Centrifugal compressor (1). 前記フィードバック通路(12)が、前記流体給入口(11)に位置する第1端部(12a)と、前記インペラ通路(23)の前記流体流入端部(23a)の近傍に位置する第2端部(12b)とを備えていることを特徴とする請求項8又は9に記載の遠心圧縮機(1)。   The feedback passage (12) has a first end (12a) located at the fluid inlet (11) and a second end located near the fluid inflow end (23a) of the impeller passage (23). The centrifugal compressor (1) according to claim 8 or 9, comprising a section (12b). 排ガスタービンと、請求項8〜10のいずれか一項に記載の遠心圧縮機(1)とを有していることを特徴とする内燃機関の排ガスターボチャージャー。   An exhaust gas turbocharger for an internal combustion engine comprising an exhaust gas turbine and the centrifugal compressor (1) according to any one of claims 8 to 10.
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