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技術 遠心圧縮機

出願人 三菱重工業株式会社
発明者 安秉一鈴木浩
出願日 2013年7月4日 (6年4ヶ月経過) 出願番号 2014-501359
公開日 2017年2月23日 (2年8ヶ月経過) 公開番号 WO2015-001644
状態 特許登録済
技術分野 非容積形ポンプの構造
主要キーワード 下流側ハウジング 循環ガス流路 上流側ハウジング 環状ガイド 外側環状壁 内側環状壁 半径方向外側縁 チョーク現象
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年2月23日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (12)

課題

吸気通路を流れる吸気流通抵抗を軽減させて、チョーク流量の減少を抑制しつつ、サージマージンを改善させて遠心圧縮機作動範囲を拡大することを目的とする。

解決手段

コンプレッサハウジング15と、コンプレッサハウジング15の内部に吸気を圧縮するインペラホイール7と、吸気口23から流入する吸気を回転軸9と平行に整流する平行流生成手段51と、インペラホイール7の外周部の一部の吸気をインペラホイール7の上流側に戻す再循環流路41とを備え、平行流生成手段51は、ガイドベーン55による平行流生成部52と、平行流生成部52に囲まれる空間である中央吸気流通部59とを有し、上流側開口部45からの吸気流出方向は平行流生成部52に向かうことを特徴とする。

概要

背景

自動車等に用いられるエンジンにおいて、エンジンの出力を向上させるために、エンジンの排ガスエネルギータービンを回転させ、回転軸を介してタービンと直結させた遠心圧縮機吸気圧縮してエンジンに供給する排気ターボ過給機が広く知られている。
この場合、種々のインペラホイール回転速度に対して正常な昇圧が得られる流量には下限値があり、それ以下の流量ではインペラホイールのインペラ上流側端縁に吸気の振動が発生し、昇圧が得られなくなる。
このような現象サージと称されている。

一方、インペラホイールの回転速度に対応した最高吸気流量にも限界があり、チョーク現象と称されている。
この種の遠心圧縮機の作動特性の比較として、吸気流量を横軸圧力比縦軸とした性能特性比較表をグラフに表すと、概略図10に示すようになることが知られている。
サージ現象に対しては、インペラホイールのインペラ上流側端縁より下流側の流路から吸気の一部を取出し、インペラホイールをバイパスさせて、インペラ上流側端縁より上流側の吸気通路還流させて、インペラ上流側端縁における見掛けの吸気流量を増大させることにより、サージ現象が発生する限界を改善させることができる。

図10において、ノーマル圧縮機に対し、再循環流路を設けた場合、再循環流路+吸気流ガイドベーン案内翼)を設けた場合における、夫々の最低流量側のサージライン及び、最高流量側チョーキングラインに囲まれた正常作動範囲の比較図を示す。
再循環流路+吸気流ガイドベーンの場合が最もサージ現象の改善効果が表れている。
従って、遠心圧縮機においては、チョーク流量サージ流量との間の安定的に運転できる流量範囲が広いことが求められている。

かかる要求を解決するために、特許文献1が開示されている。
特許文献1によると、遠心圧縮機は、インペラホイール上流側に、吸気に旋回流を発生させるガイドベーンを設け、インペラホイールに吸気の旋回流を吹き付ける旋回流発生手段や、遠心圧縮機のハウジングに、インペラホイールに吸引された吸気の一部を旋回流発生手段の上流側の吸気通路に再循環させる再循環流路を設けた技術が開示されている。

かかる技術を図11に基づいて説明する。
遠心圧縮機100のインペラホイール101は、ハウジング102内に回転可能な複数の羽根104を含み、ハウジング102は、羽根104の半径方向外側縁104aに近接配置された内側壁を有する。

遠心圧縮機100の吸気口は、吸気吸込み口108を形成する外側環状壁107と、外側環状壁107内に延在してインデューサ部110を形成する内側環状壁109とを備えている。
外側環状壁107と内側環状壁109の間には循環ガス流路111が形成されている。
下流開口部113は、羽根104が近傍を通過するハウジング表面105と循環ガス流路111とを連通する。

上流開口部は、循環ガス流路111とインデューサ部110即ち吸気吸込み口108との間をつなぐ
上流開口部のインデューサ部110の内側に案内翼114を設けている。
案内翼114は、インデューサ部110を通過する吸気に先行渦巻生起する。
そして、かかる構成により圧縮機を通過する吸気の流量が小さい場合、前記循環ガス流路111を通過する吸気の方向が逆転して、吸気は、インペラホイール101から下流開口部113を通過して、上流方向の循環ガス流路111を通過して、吸気吸込み口108に再導入されて、圧縮機を再循環する。
これは、圧縮機の性能を安定させ、圧縮機サージマージンとチョーク流量とを共に向上させる。

さらに、特許文献1は、内側環状壁109の内側空間部には吸気案内翼装置を収容している。
この吸気案内翼装置は、中央のノーズコーン115と内側環状壁109との間にラジアル方向に延在する複数の案内翼114を備えている。
案内翼114は、インペラホイール101の回転方向に対して、吸気が回転を助長する方向に流れるように先行渦巻を誘発し、該先行渦巻は、遠心圧縮機のサージマージン(サージ限界)を向上させている。(図10の再循環路+案内翼参照)

また、特許文献2(特に第4図)によると、吸気通路外周のハウジングに、周方向に沿うと共に、吸気通路の流路方向に延在した再循環路(キャビティ)が形成されている。
再循環路は、インペラホイールの中間部に開口された空気吸込み口と、インペラホイールの上流側の吸気通路に開口して、インペラホイールの回転軸中心に向けて開口された吸気流出口とを有している。
そして、吸気通路のインペラホイール前縁(長ブレード)と吸気流出口との間のハウジングには、複数の入口ガイドベーンが周方向に間隔を有して配設されている。
入口ガイドベーンは、インペラホイール前縁の外周端より、ラジアル方向外方に配置されて、回転軸に対して傾斜して配設されている。
入口ガイドベーンの傾斜方向は、吸気通路を流れてきた吸気をインペラホイールの回転方向と逆方向の旋回を与えるように配設されている。

これは、インペラホイールの入口側の空気流量が少なくなった場合に、インペラ前端縁インシデンス相対流れ角と羽角度の差)が増大して、羽の前縁付近に空気流の剥離が発生して、遠心圧縮機はサージングに至る。
従って、インペラの前端縁のハウジング周辺における吸気の流れに、インペラホイールの回転方向と逆方向の旋回を与えることにより、羽の前縁付近に空気流の剥離が発生するのを抑制して、サージマージンを向上させて遠心圧縮機の作動域を拡大させるとしている。

概要

吸気通路を流れる吸気の流通抵抗を軽減させて、チョーク流量の減少を抑制しつつ、サージマージンを改善させて遠心圧縮機の作動範囲を拡大することを目的とする。コンプレッサハウジング15と、コンプレッサハウジング15の内部に吸気を圧縮するインペラホイール7と、吸気口23から流入する吸気を回転軸9と平行に整流する平行流生成手段51と、インペラホイール7の外周部の一部の吸気をインペラホイール7の上流側に戻す再循環流路41とを備え、平行流生成手段51は、ガイドベーン55による平行流生成部52と、平行流生成部52に囲まれる空間である中央吸気流通部59とを有し、上流側開口部45からの吸気流出方向は平行流生成部52に向かうことを特徴とする。

目的

本発明は、上述した課題に鑑みてなされた発明であって、吸気通路を流れる吸気の流通抵抗を軽減させて、チョーク流量の減少を抑制しつつ、サージマージンを改善させて遠心圧縮機の作動範囲を拡大することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

遠心圧縮機回転軸方向に開口する吸気口と該吸気口につながる吸気通路とを有するハウジングと、前記ハウジングの内部に前記回転軸を中心に回転可能に配置され、前記吸気口から流入する吸気を圧縮するインペラホイールと、前記吸気口と前記インペラホイールとの間に配設され、前記吸気口から流入する吸気を前記回転軸方向と平行に整流する平行流生成手段と、前記インペラホイールの外周部と該インペラホイールの上流側の前記吸気通路に開口した再循環口とを連通させる再循環流路とを備え、前記平行流生成手段は、前記ハウジングの内周壁に沿って周状に配置される複数のガイドベーンを有し、該ガイドベーンによって前記吸気口から流入する吸気を前記回転軸方向と平行に整流する平行流生成部と、前記平行流生成部に囲まれる空間であって、前記吸気口から流入する吸気が流通するように前記回転軸方向に開口する中央吸気流通部と、を有し、前記再循環口からの吸気流出方向は前記平行流生成部方向に向かうことを特徴とする遠心圧縮機。

請求項2

前記再循環口からの吸気流出方向は、前記吸気が前記回転軸と交差する方向であると共に、前記ガイドベーンの上流側端縁と少なくとも一部が交差するように設けたことを特徴とする請求項1記載の遠心圧縮機。

請求項3

前記再循環口は、周方向において前記吸気通路の周方向に間隔を有して隣設された前記ガイドベーン間の中間部に位置して設けられたことを特徴とする請求項1又は2記載の遠心圧縮機。

請求項4

前記中央吸気流通部は、前記ガイドベーンの内周端を周方向に連結する環状ガイド部を備えたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の遠心圧縮機。

請求項5

前記環状ガイド部の前記インペラホイール側端縁は、前記ガイドベーンの前記インペラホイール側端縁より、前記インペラホイール側に突出していることを特徴とする請求項4記載の遠心圧縮機。

請求項6

前記再循環流路は、前記吸気通路の周方向で且つ、前記回転軸方向に沿った隔壁によって区切られていることを特徴とする請求項1記載の遠心圧縮機。

請求項7

前記ガイドベーンは、前記吸気通路の内周面から前記回転軸の回転軸線側に近づくにつれて、前記回転軸方向に沿った長さが短くなる台形状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の遠心圧縮機。

請求項8

前記ガイドベーンの前記回転軸線側端縁は、前記インペラホイールの上流側端縁の外周より前記回転軸線側に位置されていることを特徴とする請求項1に記載の遠心圧縮機。

請求項9

前記平行流生成手段は、前記再循環口を有すると共に、前記再循環流路の一部を構成する環状ケーシングと、前記環状ガイド部と、前記ガイドベーンと、一端が前記再循環口の上流側に結合し、他端が前記環状ガイド部の上流端に連結した連結部と、を一体的に形成したことを特徴とする請求項4に記載の遠心圧縮機。

請求項10

前記ハウジングは前記吸気通路を有する上流側ハウジングと、前記インペラホイールを収納する下流側ハウジングとに分割され、前記上流側ハウジングには、前記下流側ハウジングとの接合面部に、前記吸気通路とを区画すると共に、外周側に前記回転軸を中心にした環状で且つ前記吸気通路上流側に延在した第1凹溝を形成する第1隔壁と、前記下流側ハウジングの前記第1凹溝に対向した部位で、前記吸気通路下流側に延在し、前記インペラホイールの外周部と連通する連通孔を有した前記回転軸を中心にして環状に配置された第2凹溝を前記吸気通路と区画すると共に、前記第1凹溝に遊嵌し、前記第1凹溝に対し、外周面側および内周面側に隙間部を設けるように配置した環状の突出部を有した第2隔壁と、前記第1隔壁と前記第2隔壁との前記隙間部に前記ガイドベーンとを備え、前記連通孔から流入した吸気は、前記第2凹溝、前記第1凹溝と前記第2隔壁の外周側との隙間、前記第2隔壁の内周側と前記第1隔壁の外周側との隙間を順次通過して、前記ガイドベーンによって回転軸方向と平行に整流されて、前記インペラホイール側に向けて吸気通路へ流出させることを特徴とする請求項1記載の遠心圧縮機。

技術分野

0001

本発明は、回転軸によって回転するインペラホイールを備えた遠心圧縮機にかかり、特に排気ターボ過給機に組込まれる遠心圧縮機に関する。

背景技術

0002

自動車等に用いられるエンジンにおいて、エンジンの出力を向上させるために、エンジンの排ガスエネルギータービンを回転させ、回転軸を介してタービンと直結させた遠心圧縮機で吸気圧縮してエンジンに供給する排気ターボ過給機が広く知られている。
この場合、種々のインペラホイール回転速度に対して正常な昇圧が得られる流量には下限値があり、それ以下の流量ではインペラホイールのインペラ上流側端縁に吸気の振動が発生し、昇圧が得られなくなる。
このような現象サージと称されている。

0003

一方、インペラホイールの回転速度に対応した最高吸気流量にも限界があり、チョーク現象と称されている。
この種の遠心圧縮機の作動特性の比較として、吸気流量を横軸圧力比縦軸とした性能特性比較表をグラフに表すと、概略図10に示すようになることが知られている。
サージ現象に対しては、インペラホイールのインペラ上流側端縁より下流側の流路から吸気の一部を取出し、インペラホイールをバイパスさせて、インペラ上流側端縁より上流側の吸気通路還流させて、インペラ上流側端縁における見掛けの吸気流量を増大させることにより、サージ現象が発生する限界を改善させることができる。

0004

図10において、ノーマル圧縮機に対し、再循環流路を設けた場合、再循環流路+吸気流ガイドベーン案内翼)を設けた場合における、夫々の最低流量側のサージライン及び、最高流量側チョーキングラインに囲まれた正常作動範囲の比較図を示す。
再循環流路+吸気流ガイドベーンの場合が最もサージ現象の改善効果が表れている。
従って、遠心圧縮機においては、チョーク流量サージ流量との間の安定的に運転できる流量範囲が広いことが求められている。

0005

かかる要求を解決するために、特許文献1が開示されている。
特許文献1によると、遠心圧縮機は、インペラホイール上流側に、吸気に旋回流を発生させるガイドベーンを設け、インペラホイールに吸気の旋回流を吹き付ける旋回流発生手段や、遠心圧縮機のハウジングに、インペラホイールに吸引された吸気の一部を旋回流発生手段の上流側の吸気通路に再循環させる再循環流路を設けた技術が開示されている。

0006

かかる技術を図11に基づいて説明する。
遠心圧縮機100のインペラホイール101は、ハウジング102内に回転可能な複数の羽根104を含み、ハウジング102は、羽根104の半径方向外側縁104aに近接配置された内側壁を有する。

0007

遠心圧縮機100の吸気口は、吸気吸込み口108を形成する外側環状壁107と、外側環状壁107内に延在してインデューサ部110を形成する内側環状壁109とを備えている。
外側環状壁107と内側環状壁109の間には循環ガス流路111が形成されている。
下流開口部113は、羽根104が近傍を通過するハウジング表面105と循環ガス流路111とを連通する。

0008

上流開口部は、循環ガス流路111とインデューサ部110即ち吸気吸込み口108との間をつなぐ
上流開口部のインデューサ部110の内側に案内翼114を設けている。
案内翼114は、インデューサ部110を通過する吸気に先行渦巻生起する。
そして、かかる構成により圧縮機を通過する吸気の流量が小さい場合、前記循環ガス流路111を通過する吸気の方向が逆転して、吸気は、インペラホイール101から下流開口部113を通過して、上流方向の循環ガス流路111を通過して、吸気吸込み口108に再導入されて、圧縮機を再循環する。
これは、圧縮機の性能を安定させ、圧縮機サージマージンとチョーク流量とを共に向上させる。

0009

さらに、特許文献1は、内側環状壁109の内側空間部には吸気案内翼装置を収容している。
この吸気案内翼装置は、中央のノーズコーン115と内側環状壁109との間にラジアル方向に延在する複数の案内翼114を備えている。
案内翼114は、インペラホイール101の回転方向に対して、吸気が回転を助長する方向に流れるように先行渦巻を誘発し、該先行渦巻は、遠心圧縮機のサージマージン(サージ限界)を向上させている。(図10再循環路+案内翼参照)

0010

また、特許文献2(特に第4図)によると、吸気通路外周のハウジングに、周方向に沿うと共に、吸気通路の流路方向に延在した再循環路(キャビティ)が形成されている。
再循環路は、インペラホイールの中間部に開口された空気吸込み口と、インペラホイールの上流側の吸気通路に開口して、インペラホイールの回転軸中心に向けて開口された吸気流出口とを有している。
そして、吸気通路のインペラホイール前縁(長ブレード)と吸気流出口との間のハウジングには、複数の入口ガイドベーンが周方向に間隔を有して配設されている。
入口ガイドベーンは、インペラホイール前縁の外周端より、ラジアル方向外方に配置されて、回転軸に対して傾斜して配設されている。
入口ガイドベーンの傾斜方向は、吸気通路を流れてきた吸気をインペラホイールの回転方向と逆方向の旋回を与えるように配設されている。

0011

これは、インペラホイールの入口側の空気流量が少なくなった場合に、インペラ前端縁インシデンス相対流れ角と羽角度の差)が増大して、羽の前縁付近に空気流の剥離が発生して、遠心圧縮機はサージングに至る。
従って、インペラの前端縁のハウジング周辺における吸気の流れに、インペラホイールの回転方向と逆方向の旋回を与えることにより、羽の前縁付近に空気流の剥離が発生するのを抑制して、サージマージンを向上させて遠心圧縮機の作動域を拡大させるとしている。

先行技術

0012

特開2004−332733号公報
特開2010−270641号公報

発明が解決しようとする課題

0013

しかし、特許文献1によると、インペラホイール101前面の内側環状壁内の中央空間にノーズコーン115が位置している。
ノーズコーン115は吸気流に対し、吸気抵抗が増加して、チョーク流量が減少することは明らかである。
また、ノーズコーン115の製作及び、ノーズコーン115に案内翼114を高精度に取付けるための工数等の増加が伴う。
即ち、旋回流を発生させる案内翼114には、中央部に吸気を案内翼114に導くコーン状の部材が設けられ空気抵抗が増大して、チョーク流量が減少するという問題があった。 また、循環ガス流路111を長くするために、内側環状壁109を上流側に延長すると、入口吸込み空気との干渉により、案内翼に導入される空気を妨害する問題がある。

0014

また、特許文献2(特に図4)においては、再循環路から吸気通路に流出する吸気流出口がコンプレッサホイール回転軸芯に向かって流出する構造になっている。
従って、吸気通路を流れてきた吸気に対し角度を有して衝突するため、吸気通路の吸気流は流れが乱れ、吸気の流通抵抗が増加する。

0015

また、入口ガイドベーンの傾斜方向は、吸気通路を流れてきた吸気をインペラホイールの回転方向と逆方向の旋回を与えるように配設されているので、インペラホイールに流入する吸気の流れが乱され、吸気流れ損失が増大してサージング及びチョーク流量の減少、圧縮効率の悪化を招く。

0016

本発明は、上述した課題に鑑みてなされた発明であって、吸気通路を流れる吸気の流通抵抗を軽減させて、チョーク流量の減少を抑制しつつ、サージマージンを改善させて遠心圧縮機の作動範囲を拡大することを目的とする。

課題を解決するための手段

0017

本発明はかかる課題を解決するため、遠心圧縮機の回転軸方向に開口する吸気口と該吸気口につながる吸気通路とを有するハウジングと、
前記ハウジングの内部に前記回転軸を中心に回転可能に配置され、前記吸気口から流入する吸気を圧縮するインペラホイールと、
前記吸気口と前記インペラホイールとの間に配設され、前記吸気口から流入する吸気を前記回転軸方向と平行に整流する平行流生成手段と、
前記インペラホイールの外周部と該インペラホイールの上流側の前記吸気通路に開口した再循環口とを連通させる再循環流路とを備え、
前記平行流生成手段は、前記ハウジングの内周壁に沿って周状に配置される複数のガイドベーンを有し、該ガイドベーンによって前記吸気口から流入する吸気を前記回転軸方向と平行に整流する平行流生成部と、
前記平行流生成部に囲まれる空間であって、前記吸気口から流入する吸気が流通するように前記回転軸方向に開口する中央吸気流通部と、を有し、
前記再循環口からの吸気流出方向は前記平行流生成部方向に向かうことを特徴とする遠心圧縮機を提供できる。

0018

かかる構成によれば、吸気口から流入する吸気及び再循環口からの吸気を平行流生成部で回転軸方向に整流し、インペラホイールに再循環させること、及び平行流生成部に囲まれた空間の中央吸気流通部を設けることで、吸気流の直進性を強めて、吸気流通抵抗を低減させて、インペラホイールへ流入する吸気量を増加させることができ、遠心圧縮機の圧縮効率が向上する。
従って、吸気流量が少ない場合に発生するサージ限界を改善すると共に、チョーク限界の減少を抑制することができる。

0019

また、本発明において好ましくは、前記再循環口からの吸気流出方向は、前記吸気が前記回転軸方向と平行であると共に、前記回転軸方向と直角方向視において、前記ガイドベーンの上流側端縁と少なくとも一部が交差するように設けるとよい。

0020

かかる構成によれば、再循環された吸気が平行流生成手段のガイドベーンに確実に沿って、且つ接するようにして、再循環吸気の整流効率を向上させて流通抵抗低減を図り、インペラホイールへ流入する吸気量を増加させることができる。
また、吸気通路の中央部を流れる吸気に衝突して乱れを生起させることを防止して、吸気の流通抵抗増大を防止する。

0021

また、本発明において好ましくは、前記再循環口は、周方向において前記吸気通路の周方向に間隔を有して隣設された前記ガイドベーン間の中間部に位置して設けられるとよい。

0022

かかる構成によれば、再循環口を周方向において、ガイドベーンとガイドベーンとの中間部分に位置して配設させたので、噴出する吸気は、ガイドベーンのガイド面に対し強く接触することなく、回転軸と平行に流れる流れを形成し易いので、ガイドベーン部における吸気の流通抵抗を低減することができる。

0023

また、本発明において好ましくは、前記中央吸気流通部は、前記ガイドベーンの内周端を周方向に連結する環状ガイド部を有しているとよい。

0024

かかる構成によれば、吸気通路の中央部を吸気の流通抵抗が発生しない空間を有した環状ガイド部としたので、インペラホイール中央部に多くの吸気を導くことができる。
更に、環状ガイド部によって、該環状ガイド部の外周側のガイドベーン間を通過する吸気と、環状ガイド部の中を通過する吸気の流れとが区画され、環状ガイド部の中を通過する吸気がガイドベーン間を通過する吸気の干渉を受けないので、吸気の流通抵抗の低減向上が可能となり、インペラホイールへ流入する吸気量を増加し、サージが改善される。
更に、ガイドベーンは環状ガイド部とハウジング内周面吸気通路内周面)間に両側支持されるため、ガイドベーンの剛性が保持される。

0025

また、本発明において好ましくは、前記環状ガイド部の前記インペラホイール側端縁は、前記ガイドベーンの前記インペラホイール側端縁より、前記インペラホイール側に突出しているとよい。

0026

かかる構成によれば、環状ガイド部のインペラホイール側端縁をガイドベーンのインペラホイール側端縁よりインペラホイール側に突出させて長くすることにより、環状ガイド部の内側を流れる吸気の乱れを少なくして、回転軸方向の流れを安定化することができる。
更に、ガイドベーンに沿って流れた吸気は、ガイドベーンによって整流されるが、ガイドベーンを通過した直後の部分で若干の乱れを生じる。
そのため、環状ガイド部のインペラホイール側端縁をガイドベーンのインペラホイール側端縁より、インペラホイール側に突出させることで、環状ガイド部の内側を流れる吸気がガイドベーンの間を流れた吸気による干渉を減少させることができる。

0027

また、本発明において好ましくは、前記再循環流路は、前記吸気通路の周方向で且つ、前記回転軸方向に沿った隔壁によって区切られているとよい。

0028

かかる構成によれば、インペラホイールの外周部から再循環流路に流入した吸気は、インペラホイールの回転方向に慣性力を有している。
従って、給気は、再循環流路内の隔壁によって回転軸と平行な流れに整流されて、再循環口から吸気通路内に流出させることで、吸気通路内におけるガイドベーンとの周方向において交差する量を抑制して、ガイドベーンによる流通抵抗を減少させる。
更に、ガイドベーンと交差する量を減少させることで、吸気が整流される際に発生する騒音を抑制できる。

0029

また、本発明において好ましくは、前記ガイドベーンは、前記吸気通路の内周面から前記回転軸の回転軸線側に近づくにつれて、前記回転軸方向に沿った長さが短くなる台形状に形成されているとよい。

0030

かかる構成によれば、再循環口から吸気通路内に流出する吸気は、吸気通路内周面から回転軸線側に近づくにつれて、吸気口から流れてきた吸気に与える影響が小さくなる。
従って、ガイドベーンの回転軸方向に沿った長さを短くすることで、吸気の流通抵抗を小さくすることができる。

0031

また、本発明において好ましくは、前記ガイドベーンの前記回転軸線側端縁は、前記インペラホイールの上流側端縁の外周より前記回転軸線側に位置されているとよい。

0032

かかる構成によれば、ガイドベーンの軸線側端縁をインペラホイールの上流側端縁の外周より吸気通路の中央側に位置させているので、ガイドベーンによって回転軸線方向に整流された流れをインペラホイールの上流側端縁に効率よく導くことができ、吸気の流通抵抗を低減することができる。

0033

また、本発明において好ましくは、前記平行流生成手段は、前記再循環口を有すると共に、前記再循環流路の一部を構成する環状ケーシングと、前記環状ガイド部と、前記ガイドベーンと、一端が前記再循環口の上流側に結合し、他端が前記環状ガイド部の上流端に連結した連結部と、を一体的に形成するとよい。

0034

かかる構成によれば、環状ケーシング、環状ガイド部、ガイドベーン及び、連結部材一体化することにより、平行流生成手段構成部材の剛性向上が図れる。
更に、連結部材によって、再循環口に吸気通路を流れる吸気が直接当たらないので、再循環流路からの吸気流出量を増加させることができる。
環状ケーシング、環状ガイド部、ガイドベーン及び、連結部材を一体化することにより、遠心圧縮機の加工工数組立精度及びコストの低減が可能となる。

0035

また、本発明において好ましくは、前記ハウジングは前記吸気通路を有する上流側ハウジングと、前記インペラホイールを収納する下流側ハウジングとに分割され、
前記上流側ハウジングには、前記下流側ハウジングとの接合面部に、前記吸気通路とを区画すると共に、外周側に前記回転軸を中心にした環状で且つ前記吸気通路上流側に延在した第1凹溝を形成する第1隔壁を有し、
前記下流側ハウジングの前記第1凹溝対向した部位で、前記吸気通路下流側に延在し、
前記インペラホイールの外周部と連通する連通孔を有した前記回転軸を中心にして環状に配置された第2凹溝を前記吸気通路と区画すると共に、前記第1凹溝に遊嵌し、前記第1凹溝に対し、外周面側および内周面側に隙間部を設けるように配置した環状の突出部を有した第2隔壁と、
前記第1隔壁と前記第2隔壁との前記隙間部に前記ガイドベーンとを有し、前記連通孔から流入した吸気は、前記第2凹溝、前記第1凹溝と前記第2隔壁の外周側との隙間、前記第2隔壁の内周側と前記第1隔壁の外周側との隙間を順次通過して、前記ガイドベーンによって回転軸方向と平行に整流されて、前記インペラホイール側に向けて吸気通路へ流出させるとよい。

0036

かかる構成によれば、ハウジング本体内に、再循環流路からの吸気を整流するガイドベーンを収納させる構造とすることで、中央吸気通路部の流路断面積を大きくなり、吸気流通抵抗の低減によりチョーク流量の増大を図ることができる。

発明の効果

0037

かかる発明によれば、吸気通路を流れる吸気の流通抵抗を軽減させて、チョーク流量の減少を抑制しつつ、サージマージンを改善させて遠心圧縮機の作動範囲を拡大する遠心圧縮機を提供することができる。

図面の簡単な説明

0038

本発明の第1実施形態の遠心圧縮機の回転軸方向の要部断面図を示す。
図1のA−A断面図を示す。
図1のB−B断面図を示す。
本発明の第1実施形態における平行流生成手段の斜視図を示す。
本発明の第2実施形態の遠心圧縮機の回転軸方向の要部断面図を示す。
図5のA−A断面図を示す。
本発明の第3実施形態の遠心圧縮機の回転軸方向の要部断面図を示す。
本発明の第4実施形態の遠心圧縮機の回転軸方向の要部断面図を示す。
図8のA−A断面図を示す。
遠心圧縮機の一般的な性能特性の比較図を示す。
従来技術の遠心圧縮機の断面説明図を示す。

実施例

0039

以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
また、以下では代表的な遠心圧縮機の例としてターボチャージャを用いて説明するが、タービンロータとインペラホイールの間に電動機を有するアシストターボ、タービンロータを有さない電動コンプレッサベルト駆動スーパーチャージャ等の遠心圧縮機全般に適用できる。

0040

(第1実施形態)
図1は、本発明が実施された遠心圧縮機19の回転軸方向の要部断面図を示す。
該遠心圧縮機19を備えるターボチャージャ1は、エンジンの排ガスによって駆動されるタービンロータ3を収納するタービンハウジング5と、該タービンロータ3の回転力をインペラホイール7に伝達する回転軸9と、該回転軸9を軸受11を介して回転自在に支持する軸受ハウジング13と、空気を吸引して圧縮するインペラホイール7と、該インペラホイール7を収納するハウジングであるコンプレッサハウジング15とを備えている。
タービンハウジング5の外周部には、渦巻状に形成されたスクロール通路17がタービンロータ3の外周に形成され、エンジンからの排ガスが外周側から回転軸9の中心側に流れて、その後、回転軸方向に排出されてタービンロータ3を回転するようになっている。

0041

本発明に係るコンプレッサ(遠心圧縮機)19は、回転軸9の回転軸線CLを中心にしてインペラホイール7がコンプレッサハウジング15内に回転可能に支持される。
インペラホイール7にて圧縮される吸気は、回転軸線CL方向に、且つ同軸状に延びている吸気通路21によって導かれる。
そして、吸気通路21に連続する吸気口23が吸気通路21の上流側である端部に開口している。
吸気口23は、吸気を導入し易いように、端部に向かってテーパ状に拡径している。

0042

インペラホイール7の外側には、回転軸線CLと直角方向に延びるディフューザ25が形成されている。
該ディフューザ25の外周には渦巻状の空気通路27が設けられている。この渦巻状の空気通路27は、コンプレッサハウジング15の外周部を形成している。

0043

インペラホイール7には、回転軸線CLを中心に回転駆動されるハブ部29と共に、回転駆動される複数枚のインペラ31が設けられている。ハブ部29は、回転軸9に取付けられていると共に、径方向外側の面に複数のインペラ31が設けられている。
インペラ31は、回転駆動されることによって、吸気口23から吸込み、吸気通路21を通過した吸気を圧縮するものであり、形状については特に限定するものではない。
インペラ31には、上流側の縁部である前縁31aと、下流側の縁部である後縁31bと、径方向外側の縁部である外周縁(外周部)31cが設けられている。
該外周縁31cは、コンプレッサハウジング15のシュラウド部33によって覆われた側縁の部分をいう。
外周縁31cは、シュラウド部33の内表面の近傍を通過するように配置されている。

0044

コンプレッサ19のインペラホイール7は、タービンロータ3の回転駆動力によって、回転軸線CLを中心として回転駆動される。
インペラホイール7の回転により、外部の空気が吸気口23から引き込まれて、インペラホイール7の複数のインペラ31間を流れて、主に動圧が上昇された後に、径方向外側に配置されたディフューザ25に流入して、動圧の一部が静圧に変換されて圧力が高められて、渦巻状の空気通路27を流れて排出される。
排出された吸気(給気)は、エンジンの給気として供給される。

0045

コンプレッサハウジング15に形成される再循環流路41について説明する。
再循環流路41は、インペラ31の外周縁31cに対向するコンプレッサハウジング15に開口する環状の下流側開口部43と、インペラ31の前縁31aより上流側のコンプレッサハウジング15の内周壁に開口する再循環口である上流側開口部45とを連通するように設けられている。
そして、インペラ31間に流入した直後の吸気又は、過圧途中の吸気の一部を再循環流路41を通って、インペラホイール7の上流側の吸気通路21内に再循環させるようになっている。
また、再循環流路41は、円筒状の吸気通路21の外側に回転軸線CLを中心とした円周上に設けられた複数の循環孔41a、41bによって構成されている。
コンプレッサハウジング15は、再循環流路41を回転軸線CL方向途中で分断する位置で上流側ハウジング15aと下流側ハウジング15bとに分割されて、上流側ハウジング15aと下流側ハウジング15bとによって構成されている。

0046

この、上流側ハウジング15aと下流側ハウジング15bとの合せ面は、階段状の合せ面を形成して、インロー嵌合によって回転軸線CL方向及びそれに直角な径方向の位置合せがされるようになっている。
そして、上流側ハウジング15aと下流側ハウジング15bとの合せ面は、シールリング47を介在させて、クランプリング49によって結合されている。
尚、結合はボルト等の締結手段を用いてもよい。

0047

また、2分割された上流側ハウジング15a及び、下流側ハウジング15bには、回転軸線CLを中心とした円周上に再循環流路41を構成する複数個の循環孔41a、41bが回転軸線CL方向に沿って延設されている。
上流側ハウジング15aに形成されている再循環流路41は、上流側ハウジング15aの回転軸線CL方向の中途位置閉塞されて、上流側ハウジング15aの内周面から吸気通路21に連通する上流側開口部45につながっている。

0048

図2に、再循環流路41を構成する上流側ハウジング15aにおける循環孔41aの回転軸線CLに直角方向の断面(図1のA−A断面)における配置状態を示す。
吸気通路21の外側に、回転軸線CLを中心とした同一円周上に複数個、例えば、13個の略長円状の循環孔41aが長円形状の長手方向を周方向に位置させて等間隔で配置されている。
上流側ハウジング15aの循環孔41aは、上流側ハウジング15aの内周壁に周方向へ循環孔41aの数だけ凹凸部を形成し、その凹凸部の内周面に、後述する平行流生成手段51の外筒部材53が嵌合して、外筒部材53の外周壁と凹凸部とによって囲まれて形成される。

0049

一方、図3に、再循環流路41を構成する下流側ハウジング15bにおける循環孔41bの回転軸線CLに直角方向の断面(図1のB−B断面)における配置状態を示す。
吸気通路21の外側に、上流側ハウジング15aに形成された循環孔41aと同一円周上に、周方向に同一間隔で且つ同位相長円状の循環孔41bが13個形成されている。

0050

このように、再循環流路41を上流側ハウジング15aの部分と、下流側ハウジング15bの部分とに2分割されるため、上流側ハウジング15aの分割面、下流側ハウジング15bの分割面から夫々再循環流路41の循環孔41a、41bを加工することができる。
従って、再循環流路41の形成が容易となり、工数低減が可能となる。
そして、下流側ハウジング15bの循環孔41bと、上流側ハウジング15aの循環孔41aとの位置は、径方向及び周方向共に一致するように形成されて、夫々のハウジングを結合することで一体となる。

0051

再循環流路41を設けると、次のような作用をする。
コンプレッサ19を通過する吸気量が適正な流用状態では、再循環流路41を通る吸気は、吸気口23からの吸気が上流側開口部45から下流側開口部43に向かって流れ、下流側開口部43からインペラ31の外周縁31cに流れ込む。
一方、コンプレッサ19を通る吸気量が減少してサージングを生じるような低流量になると、再循環流路41を通る吸気は、逆になり、下流側開口部43から上流側開口部45に向かって流れて、吸気通路21に再導入される。
これは、コンプレッサ中間部で吸気が圧縮されることにより、上流側開口部45の吸気圧より下流側開口部43の吸気圧が高くなるために逆流する。
これによって、見掛け上、インペラ31の前縁31aに流入する吸気の流入量が多くなり、サージングが発生するサージ流量を小流量化できる。

0052

このように再循環流路41を設けることによって、サージ流量を小流量化できるが、インペラホイール7は、インペラ31の枚数と、回転速度とによって決まる周波数の騒音を発生するため、再循環流路41の長さ、循環孔41a、41bの本数(本実施形態では13本)は、インペラホイール7による騒音の周波数と共振しない周波数帯域になるように設定される。

0053

平行流生成手段51を図1及び図4に基づいて説明する。
図1に示すように、平行流生成手段51は、上流側ハウジング15aの吸気通路21の内部に設けられ、上流側開口部45とインペラホイール7との間に配置され、上流側開口部45から吸気通路21に流出する再循環吸気および、吸気口23から流入する吸気を回転軸9と平行に整流する。
平行流生成手段51は、平行流生成部52と、中央吸気流通部59とを備えている。
平行流生成部52は、上流側ハウジング15aの内周壁に嵌合する外筒部材53と、該外筒部材53の内周壁に沿って周方向に等間隔で配置された複数のガイドベーン55とを備えている。
ガイドベーン55は、薄板状の平板部材からなり、回転軸線CL側の形状が略台形形状を成している。

0054

図4に示すように、ガイドベーン55の取付姿勢は、略台形形状の長辺55a側が外筒部材53の内周壁面に固定され、短辺55b側が回転軸線CL側で且つ、吸気通路21の中間部まで延在している。
ガイドベーン55は、平板部材の平面(ガイド面)が回転軸線CL方向に対して平行に配設されている。
中央吸気流通部59は、回転軸線CLを中心にした、複数のガイドベーン55の短辺側によって形成される、吸気通路21の中央部分に形成される空間部である。
中央吸気流通部59は吸入される吸気がダイレクトにインペラホイール7に到達するため、吸気の流通抵抗が小さく、チョーク流量の減少を抑制する効果が大きい。
また、ガイドベーン55は、外筒部材53に強固に固定するため、長辺側の周方向の板厚を厚くし、短辺側の板厚を薄くして、強度向上を図るようにしてもよい。

0055

また、図4に平行流生成手段51の斜視図を示すように、ガイドベーン55は、外筒部材53の内周壁に周方向に等間隔で配設されている。
外筒部材53に配設された上流側開口部45は、隣接するガイドベーン55の中間位置と対向する位置に配設されている。
更に、上流側開口部45は、該上流側開口部45から吸気通路21へ流出する吸気の流出方向が、回転軸と交差する方向であると共に、ガイドベーン55の上流側端縁55cと少なくとも一部が交差するように配設されている。
このような構造にすることで、再循環された吸気が平行流生成手段51のガイドベーン55との接触を極力少なくして、ガイドベーン55による吸気の流通抵抗低減を図り、インペラホイール7へ流入する吸気量を増加させることで、サージ流量を小流量化することができる。

0056

また、ガイドベーン55の高さH(図1参照)は、外筒部材53の内周壁から短辺55bの位置(高さH)が、インペラ31の前縁31aの外周より回転軸線CL側に位置する高さとなっている。
これは、吸気通路21を流れる吸気は、吸気通路壁面による流通抵抗があるため、吸気通路21の中央部よりの吸気流の乱れが発生し易い。
そのため、ガイドベーン55の高さHは、インペラ31の上流側端縁の外周縁より回転軸線CL側に位置させる必要がある。
従って、上流側開口部45から吸気通路21に流入してくる吸気によって、吸気通路21を流れる吸気が乱れるのを防止すると共に、インペラ31の外周縁31cに導入される吸気を整流(回転軸方向に平行)させて、インペラ31の吸込み量を増加させることができる。
更に、ガイドベーン55の高さHは、インペラ31の前縁31aの高さW(図1参照)より小さくしてある。
これは、中央吸気流通部59の吸気流通断面積をできるだけ大きくするためである。
このようにすることで、上流側開口部45から吸気通路21へ流出する吸気は、ガイドベーン55によって整流される。
また、ガイドベーン55の高さHをインペラ31の前縁31aの高さWより小さくすることで、中央吸気流通部59の吸気流通断面積を大きくして、中央吸気流通部59を流れる吸気の流通抵抗を小さくしてチョーク流量の減少を抑制する効果が図れる。

0057

平行流生成手段51は、上流側ハウジング15aとは別体に形成されて、上流側ハウジング15aの内周壁に外筒部材53を圧入等によって嵌合して組付けられている。
図1のように、組付けられたときには、外筒部材53の内周壁は、下流側ハウジング15bに形成される吸気通路21、及び上流側ハウジング15aに形成される吸気通路21の内周壁面と同一面を形成する。
従って、このようにすることで、吸気通路21は滑らかな壁面にすることができる。
また、図1のように、平行流生成手段51が上流側ハウジング15aの内周部分に組付けられた場合には、外筒部材53の外周壁は、上流側ハウジング15a内に形成される循環孔41aの内周部(図2参照)を形成する。

0058

また、上流側ハウジング15aと、下流側ハウジング15bと、平行流生成手段51とは、それぞれ別部材として形成し、それぞれを組み立てることで、コンプレッサハウジング15が製造される。
このため、コンプレッサハウジングの内部加工が、上流側ハウジング15aと下流側ハウジング15bとの接合面から加工できるので製造が容易となる。
コンプレッサハウジング15を組み立てることで製造するため、再循環流路41を構成する循環孔41a、41bの断面形状および長さの変更への対応や、ガイドベーン55の枚数、高さHの変更への対応が容易であり、コンプレッサ19の作動レンジを容易に変化させることができる。
更に、平行流生成手段51は、ターボチャージャ1の吸気側なので、接触する吸気温度が低いため、アルミ材又は、樹脂等で一体成型することにより、更なるコスト低減が可能となる。

0059

上述の実施形態によれば、再循環流路41からの吸気及び吸入口23からの吸気を平行流生成部52にて、回転軸線CL方向に整流すると共に、平行流生成部に囲まれた空間の中央吸気流通部59を設けることで、吸気流の回転軸線CL方向の直進性が強められ、インペラホイール7直前における吸気流の乱れが防止される。
そのため、インペラホイール7に導入される吸気の流通抵抗が小さくなり、吸気量が多くなりコンプレッサ(遠心圧縮機)19の圧縮効率が向上する。
従って、再循環流路41によるサージマージン(サージ発生限界)の改善に加えて、再循環流路41から吸気通路21に流入する再循環吸気と、吸気口23からの吸気の一部をガイドベーン55によって、回転軸9と平行に整流することで、サージ流量(最小流量)がさらに減少してサージマージンが改善される。
さらに、ガイドベーン55の内側にある中央吸気流通部59によって、吸気流の回転軸線CL方向の直進性が強められ、吸気に対する流通抵抗を小さくできるので、チョーク流量の減少を抑制することができる。即ち、ターボチャージャ1の過給性能を向上することができる。

0060

(第2実施形態)
図5、及び図6に基づいて第2実施形態を説明する。
第2実施形態は、第1実施形態に対し平行流生成手段61の中央吸気流通部に環状ガイド部である内筒部材65が追加になった以外は同じである。
従って、同一部品には同一符号を付して、説明を省略する。

0061

図5に示すように、コンプレッサ20の平行流生成手段61は、上流側ハウジング15aの吸気通路21の内部に設けられ、上流側開口部45とインペラホイール7との間に配設され、上流側開口部45から吸気通路21に流出する再循環吸気及び、吸気口23から流入する吸気を回転軸線CLと平行に整流する。
平行流生成手段61は、平行流生成部62と中央吸気流通部63とを備えている。
また、図5のA−A断面を図6に示すように、平行流生成部62は、上流側ハウジング15aの内周壁に嵌合する外筒部材53と、外筒部材53の内周壁に沿って周方向に等間隔で配置された複数枚のガイドベーン55と、該複数枚のガイドベーン55の回転軸線CL側の端縁である短辺55b(図1参照)を吸気通路21の周方向に連結する構造に設けられた環状ガイド部である内筒部材65とを備えている。
ガイドベーン55は、薄板状の平板部材で形成され、外筒部材53の内周壁に固着する長辺55a(図1参照)と回転軸線CL側の短辺55bとを有する略台形形状を成している。

0062

平行流生成部62は、ガイドベーン55と内筒部材65とによって構成されている。
内筒部材65の内側空間は、吸気口23から流入する吸気が回転軸線CL方向に向かい、該回転軸線CLを中心軸にして回転するインペラホイール7に向かうように中央吸気流通部63となっている。
尚、ガイドベーン55の高さH及び、ガイドベーン55と上流側開口部45との相対位置関係、ガイドベーン55の外筒部材53への取付等は第1実施形態と同じなので説明は省略する。

0063

内筒部材65の回転軸線CL方向の長さKは、ガイドベーン55の短辺55bの長さMより長く、上流側開口端縁65aおよび下流側開口端縁65b共に、ガイドベーン55の短辺55bより回転軸線CL方向に突出している。
尚、本実施形態では、内筒部材65の長さKは、ガイドベーン55の長辺55aより長くしてある。
そして、内筒部材65の下流側開口端縁65bは、中央吸気流通部63の断面積がインペラホイール7に向かうにしたがい、拡径された空間を形成している。

0064

このような構造にすることで、内筒部材65の上流側開口端縁65aは、短辺55bより上流側に突出しているので、上流側開口部45から流出する再循環吸気が中央吸気流通部63を流れる吸気の流れが乱れるのを抑制する。
一方、下流側開口端縁65bを、ガイドベーン55の短辺55bのインペラホイール7側端縁より下流側への突出量Nとして、中央吸気流通部63を流れる吸気流の乱れを抑制する。
本実施形態では突出量N≧M/3でよい結果が得られた。
これは、ガイドベーンに沿って流れた吸気は、ガイドベーン55によって整流されるが、ガイドベーンを通過した直後の部分で若干の乱れを生じる。
そのため、内筒部材65の下流側開口端縁65bをガイドベーン55の短辺55bよりインペラホイール7側に突出させることで、中央吸気流通部63から出た吸気がガイドベーン55の間を流れた吸気によって干渉されるのを抑制することができる。
吸気の乱れを抑制して、吸気流通抵抗の低減向上が可能となり、インペラホイールへ流入する吸気量を増加し、サージが改善される。
ガイドベーン55は、外筒部材53と、内筒部材65との間において両端支持とすることができ、ガイドベーン55の剛性が向上する。

0065

上述の第2実施形態によれば、再循環流路41によるサージマージン(サージ発生限界)の改善に加えて、再循環流路41から吸気通路21に流入する吸気をガイドベーン55によって、回転軸9と平行に整流することで、サージ流量(最小流量)がさらに減少してサージマージンが改善される。
さらに、内筒部材65の内側にある中央吸気流通部63によって、吸気流通抵抗を小さくできるので、チョーク流量の減少を抑制することができる。
即ち、ターボチャージャ1の過給性能を向上することができる。
更に、平行流生成手段61は、ターボチャージャ1の吸気側なので、接触する吸気温度が低いので、アルミ材又は、樹脂等で一体成型することにより、更なるコスト低減が可能となる。

0066

(第3実施形態)
次に、図7に基づいて第3実施形態を説明する。
第3実施形態は、第2実施形態に対し平行流生成手段71が異なる以外は同じである。
従って、同一部品には同一符号を付して、説明を省略する。

0067

図7に示すように、コンプレッサ70の平行流生成手段71は、上流側ハウジング15aの吸気通路21の内部に設けられ、上流側開口部45とインペラホイール7との間に配設され、上流側開口部45から吸気通路21に流出する再循環吸気及び、吸気口23から流入する吸気を回転軸線CLと平行に流れるように整流する。
平行流生成手段71は、平行流生成部72と中央吸気流通部63とを備えている。
平行流生成部72は、上流側ハウジング15aの内周壁に嵌合する外筒部材53と、外筒部材53の内周壁に沿って周方向に等間隔で配置された複数枚のガイドベーン55と、該複数枚のガイドベーン55の内周端部である短辺55b(図1参照)を吸気通路21の周方向に連結する構造に設けられた環状ガイド部である内筒部材65と、外筒部材53の再循環口である上流側開口部45の上流側と内筒部材65の上流側端縁75aとを連結する連結部材73とを備えている。

0068

ガイドベーン55、内筒部材65及び連結部材73によって、平行流生成部72を構成されている。
内筒部材65の内側空間は、吸気口23から流入する吸気が回転軸線CL方向に向かい、該回転軸線CLを中心軸にして回転するインペラホイール7に向かって流れるように中央吸気流通部63となっている。
連結部材73は、外観円錐台形状を成し、吸気通路21の上流側が大径、下流側が小径に形成され、回転軸線CL方向の両端が開口しており、内部空間75が外観形状に倣った円錐台形の空間になっている。
そして、連結部材73の円錐台形の内部空間75は、内筒部材65の中央吸気流通部63に滑らかに連結している。

0069

更に、連結部材73は、大径と小径とを連結する連結部は、回転軸線CL方向に開通した貫通孔73aが設けられている。
貫通孔73aは、回転軸線CLを中心にして、周方向へ等間隔に配設されており、且つ貫通孔73aと貫通孔73aとを仕切る連結部73bは、ガイドベーン55と周方向において略同位相に配設されている。
但し、ガイドベーン55の板厚に対し、連結部73bの周方向の幅は大きくなっている。
尚、外筒部材53、ガイドベーン55、および内筒部材65夫々の形状及び取付相対位置関係は、第2実施形態と同じなので、説明は省略する。

0070

このような構造にすることで、上流側ハウジング15aの吸気口23から流入する吸気及び、上流側開口部45からの再循環吸気は、連結部材73の貫通孔73aを通り、ガイドベーン55によってインペラホイール7側に整流されて流れる。
また、上流側開口部45からの再循環吸気は、貫通孔73aを通る吸気によって吸出されるので、再循環吸気量が多くなり、再循環流路41によるサージマージンの改善が図れる。
一方、内筒部材65の中央吸気流通部63を流れる吸気量は、維持されるのでチョーク流量の減少を抑制することができる。

0071

(第4実施形態)
図8に基づいて第4実施形態を説明する。
第4実施形態は、第1実施形態に対し平行流生成手段81が異なる以外は同じである。
従って、同一部品には同一符号を付して、説明を省略する。

0072

図8は、本発明が実施されたコンプレッサ(遠心圧縮機)80の回転軸方向の要部断面図を示す。
本発明に係るコンプレッサ80は、回転軸9の回転軸線CLを中心にしてインペラホイール7がコンプレッサハウジング85内に回転可能に支持される。
インペラホイール7にて圧縮される吸気は、回転軸線CL方向に、且つ同軸状に延びている空気通路27によってエンジン側に導かれる。
そして、吸気通路21に連続する吸気口23が吸気通路21の上流側である端部に開口している。
吸気口23は、吸気を導入し易いように、端部に向かってテーパ状に拡径している。

0073

インペラホイール7の外側には、回転軸線CLと直角方向に延びるディフューザ25が形成されている。
該ディフューザ25の外周には渦巻状の空気通路27が設けられている。この渦巻状の空気通路27は、コンプレッサハウジング85の外周部によって形成している。
インペラホイール7の回転により、外部の空気が吸気口23から引き込まれて、インペラホイール7の複数のインペラ31間を流れて、主に動圧が上昇された後に、径方向外側に配置されたディフューザ25に流入して、動圧の一部が静圧に変換されて圧力が高められて、渦巻状の空気通路27を流れて排出される。
排出された空気は、エンジンの給気として供給される。

0074

コンプレッサハウジング85に形成される再循環流路82について説明する。
コンプレッサハウジング85は、再循環流路82を回転軸線CL方向途中で分断する位置で上流側ハウジング85aと下流側ハウジング85bとに分割されて、上流側ハウジング85aと下流側ハウジング85bとによって構成されている。
再循環流路82は、インペラ31の外周縁31cに対向する下流側ハウジング85bに開口する連通孔である環状の下流側開口部43と、インペラ31の前縁31aより上流側の上流側コンプレッサハウジング85aの内周壁に開口する上流側開口部83とを連通するように設けられている。
そして、インペラ31間に流入した直後の吸気又は、過圧途中の吸気の一部は再循環流路82を通って、インペラホイール7の上流側の吸気通路21内に再循環させるようになっている。

0075

また、2分割された上流側ハウジング85a及び、下流側ハウジング85bには、回転軸線CLを中心とし、吸気通路21の外周に再循環流路82を構成する第1凹溝82a、上流側開口部83,第2凹溝である循環孔82bが回転軸線CL方向に沿って流路を形成している。
上流側ハウジング85aに形成され再循環流路82を構成する第1凹溝82aは、下流側ハウジング85bとの接合面から吸気口23方向へ回転軸線CLに沿って延設され、中途位置で閉塞された環状に形成された凹溝である。
環状の第1凹溝82aと吸気通路21とを区画する第1隔壁である上流側隔壁部85apは、下流側ハウジング85bとの接合面より上流側の位置Eまで延在している。

0076

一方、下流側ハウジング85bに形成されている再循環流路82は、環状の第1凹溝82aと対向した位置で、上流側ハウジング85aとの接合面から、環状の下流側開口部43に連通する第2凹溝である循環孔82bが設けられている。
循環孔82bは、図8のB−B断面を図3に示すように、回転軸線CLを中心にして、吸気通路21の外周に周方向へ同一間隔で略同一の長円状の循環孔82bが13個形成されている。
そして、長円状の循環孔82bと吸気通路21とを区画する第2隔壁である下流側隔壁部には、上流側ハウジング85aの環状の第1凹溝82aに遊嵌する環状の突出部85bpを有している。
尚、遊嵌とは、第1凹溝82aを形成する壁面に対し、環状の突出部85bpの外周面及び内周面共に、再循環吸気が流通するのに十分な隙間(流通断面積)を有している。

0077

環状の突出部85bpは、回転軸線CLを中心にして、環状の第1凹溝82aの半径方向中間部に位置するように形成されている。
更に、環状の突出部85bpは、インペラ31の前縁31aの上流側から上流側隔壁部85apの位置Eに向けてテーパ状に拡開して、当該部(位置E)からさらに、上流側へ延出した円筒状に形成されている。
突出部85bpの上流側先端部と環状の第1凹溝82aの上流側先端部(閉塞された部分)間に隙間Fを有している。
上流側ハウジング85aと下流側ハウジング85bとが組付けられると、環状の第1凹溝82aに環状の突出部85bpが遊嵌される。
また、上流側ハウジング85aと下流側ハウジング85bとが組付けられた状態において、吸気通路21の流通断面積は、変化ないように滑らかに接続されている。
その状態において、環状の突出部85bpの外周側に形成される空間部が環状の第1凹溝82aとなり、環状の突出部85bpの内周側(吸気通路21側)に形成される空間部が環状の上流側開口部83となる。
さらに、第1凹溝82aは、下流側ハウジング85bの循環孔82bと連通している。
従って、再循環流路82は、下流側ハウジング85bの吸気通路21の周方向に沿って配設された長円状の循環孔82b(図3参照)と、上流側ハウジング85aの吸気通路21の周方向に沿って、該循環孔82bに連通した環状の第1凹溝82aと、環状の第1凹溝82aに連通した環状の上流側開口部83とで構成される。

0078

上流側ハウジング85aの第1凹溝82aの回転軸線CLに対し直角方向の断面、図8のA−A断面を図9に示す。
中心部に中央吸気流通部86が環状の上流側隔壁部85apの内側空間部として形成されている。
上流側隔壁部85ap外周面と環状の突出部85bpの内周面とで形成された隙間である環状の上流側開口部83、該上流側開口部83内にガイドベーン56が回転軸線CLを中心にラジアル方向で、且つ周方向に等間隔に配置されている。
環状の突出部85bpの内周面と上流側ハウジング85aの第1凹溝形成壁面とで形成された第1凹溝82aが形成されている。

0079

また、上流側ハウジング85aには、吸気通路21の外周部で、上流側開口部83と対向した位置に、上流側開口部83と吸気口23とを連通する吸気導入孔89が配設されている。
吸気導入孔89は、回転軸線CLを中心にして、周方向へ等間隔に配設されており、且つ隣設する吸気導入孔85ab間を仕切る区画壁85acは、ガイドベーン56と周方向において略同位相に配設されている。
但し、ガイドベーン56の板厚に対し、区画壁85acの周方向の幅は大きくなっている。

0080

平行流生成手段81は、平行流生成部87と中央吸気流通部86とを備えている。
平行流生成部87は、環状の突出部85bpの内周側面と、上流側隔壁部85apの外周側面と、これらによって形成される環状の上流側開口部83と、該上流側開口部83内にガイド面を回転軸線CL方向と平行に配置したガイドベーン56によって形成される。
更に、ガイドベーン56は、環状の突出部85bpの内周側面又は、上流側隔壁部85apの外周側面のいずれかに、一体的に形成されている。
中央吸気流通部86は、上流側隔壁部85apの内周面によって形成される、回転軸線CL方向が開口され円筒状空間部である。

0081

従って、吸気流量が少ない(サージ流量)場合に、吸気(再循環吸気)は、下流側開口部43から循環孔82b、環状の第1凹溝82a、突出部85bpの上流側先端部と環状の第1凹溝82aの上流側先端部との隙間F、上流側開口部83に配設されたガイドベーン56間を通過して、吸気通路21内に流出する。
一方、吸気口23からの吸気が吸気導入孔85abに導入され、上流側開口部83から再循環吸気を吸い出しながらガイドベーン56間を通過して、吸気通路21内に流出する。

0082

突出部85bpのラジアル方向の板厚を薄くすることで、環状の第1凹溝82aおよび上流側開口部83の吸気流通断面積を大きくすると共に、テーパ状の拡開部にて、吸気通路21を流れる吸気によって吸気通路21内に吸出され易くすると共に、整流された吸気が乱れないようにしている。
そして、ガイドベーン56間を通過して回転軸9と平行に整流された吸気は、下流側ハウジング85bの位置Eに向けたテーパ状の拡開部によって滑らかに、インペラ31の上流側端縁の外周部に導入される。
また、上流側開口部83からの吸気は、吸気導入孔85abに導入された吸気によって吸出されるので、サージ流量(最小流量)がさらに減少してサージマージンが改善される。
また、ガイドベーン56を再循環流路82内(上流側隔壁部85apと突出部85bpとの隙間)に配設したので、吸気通路21側への突出量を小さくでき、即ち、中央吸気流通部66の吸気流通断面積が大きく確保できる。
従って、吸気通路21を流れる吸気流量が多くなり、チョーク流量の増大を図ることができる。

0083

このように、再循環流路41を上流側ハウジング85aの部分と、下流側ハウジング85bの部分とに2分割されるため、上流側ハウジング85aの分割面、下流側ハウジング85bの分割面から夫々再循環流路82の循環孔82a、循環孔82b、およびガイドベーン56を加工することができる。
従って、再循環流路82の形成が容易となり、工数低減が可能となる。
そして、下流側ハウジング85bの循環孔82bと、上流側ハウジング85aの循環孔82aとの位置は、径方向及び周方向共に一致するように形成されて、夫々のハウジングを結合することで一体となる。

0084

本発明によれば、回転軸によって回転するインペラホイールを備えた遠心圧縮機にかかり、特にターボチャージャ1に組込まれる遠心圧縮機を備えた遠心圧縮機への利用に適している。

0085

1ターボチャージャ
7インペラホイール
9回転軸
15,85コンプレッサハウジング(ハウジング)
15a、85a上流側ハウジング
15b、85b下流側ハウジング
19,20,70,80コンプレッサ(遠心圧縮機)
21吸気通路
23吸気口
31インペラ
33シュラウド部
41、82再循環流路
41a、82a 第1凹溝
41b、82b循環孔(第2凹溝)
43下流側開口部
45,83上流側開口部(再循環口)
52,62,72,87平行流生成部
53外筒部材
55,56ガイドベーン
59,63,86 中央吸気流通部
51、61,71,81 平行流生成手段
65内筒部材(環状ガイド部)
73連結部材
73a貫通孔
73b 連結部
85ab吸気導入孔
85ac区画壁
85ap上流側隔壁部
85bp 環状の突出部(第2隔壁)
CL 回転軸線

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