(57)【要約】【課題】本発明は、コンプレッサにディフューザベーンを有する過給機に関する。【解決手段】本発明は、コンプレッサのハウジングと、前記ハウジング内部に備えられたインペラと、前記ハウジング内部に備えられたディフューザと、前記ディフューザに備えられた、前記インペラの周縁に環状に設けられる複数枚のベーンと、前記ベーンを構成する第１部材と、前記ベーンを構成する第２部材と、前記第１部材の長手方向両端部のうちのインペラ側端部と、第２部材の長手方向両端部のうちのインペラ側端部を連接する連接部と、前記ベーンの第１部材と第２部材の少なくとも一方を、第１部材と第２部材を連接した連接部を支点として可動させる可動手段と、を備えることを特徴とする過給機である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサのハウジングと、
前記ハウジング内部に備えられたインペラと、
前記ハウジング内部に備えられたディフューザを備え、
前記ディフューザは、前記インペラの周縁に環状に設けられた複数枚のベーンを備え、
前記ベーンは、第１部材と、第２部材と、前記第１部材の長手方向両端部のうちのインペラ側端部と前記第２部材の長手方向両端部のうちのインペラ側端部を連接する連接部を備え、
前記ベーンの第１部材と第２部材の少なくとも一方を、第１部材と第２部材を連接した連接部を支点として可動させる可動手段と、
を備えることを特徴とする過給機。
【請求項２】
前記第２部材は、前記第１部材に比べてインペラに近接した位置に設けられており、
前記第１部材が、ハウジングとの相対的な位置関係において固定されていることを特徴とする請求項１に記載の過給機。
【請求項３】
前記第１部材が、コンプレッサの最大流量吸入時にインペラからベーンに流れる空気の流れ方向と第１部材の長手方向とが一致するように、固定されていることを特徴とする請求項２に記載の過給機。
【請求項４】
前記ベーンは更に第３部材を備え、
前記第３部材は、その長手方向両端部が前記第１部材の長手方向両端部のうち連接部が設けられていない側の端部と、前記第２部材の長手方向両端部のうち連接部が設けられていない側の端部に連接するように設けられていることを特徴とする請求項１乃至３にいずれかに記載の過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサにディフューザベーンを有する過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、コンプレッサのディフューザにベーンを有する過給機において、ベーンの角度を可変とし、ベーンの開度を制御することができる発明が開示されている。
ベーンの開度を制御することで、隣り合うベーンとベーンとで形成される流路の流路幅を制御することができる（なお、本文においては以下、隣り合うベーンとベーンとで形成される最短流路幅を流路幅と称する）。
上記発明によれば、コンプレッサに流入する空気の流量が少ない時には、流路幅を狭めることでコンプレッサを通過した空気が逆流するサージの防止やコンプレッサの効率向上を図ることができる。
また、上記に対して流量が多い時には、流路幅を広げることで高流量の空気の通過がベーンの存在により制限されるチョーク現象の発生を防ぐことができる。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６４−６６４１９号公報
【特許文献２】特開２００５−１６３６９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記発明によれば、低流量域から高流量域まで流量に応じた好適な流路幅を得ることができるが、同時に以下の問題が発生する。
【０００５】
図７（ａ）は、上記過給機において、高流量時のベーンの状態について示した図である。また、図７（ｂ）は、低流量時のベーンの状態について示した図である。
高流量時から低流量時に流量が変化する場合には流路幅を狭めるために、図７（ａ）に示すようにベーンを回転軸中心に時計回りに回転させる。この時、流路幅が狭まると共に、隣り合うベーンとベーンとで形成される流路方向も同時に大きく変化してしまう（図７（ｂ））。
これにより、コンプレッサのインペラからベーンに流れてくる空気の流れ方向と流路方向とで流れの食い違いが発生し、コンプレッサの効率低下を招くことが考えられる。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、流路方向を大きく変化させることなく流路幅を変化させることができる過給機を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、コンプレッサのハウジングと、前記ハウジング内部に備えられたインペラと、前記ハウジング内部に備えられたディフューザと、前記ディフューザに備えられた、前記インペラの周縁に環状に設けられる複数枚のベーンと、前記ベーンを構成する第１部材と、前記ベーンを構成する第２部材と、前記第１部材の長手方向両端部のうちのインペラ側端部と、第２部材の長手方向両端部のうちのインペラ側端部を連接する連接部と、前記ベーンの第１部材と第２部材の少なくとも一方を、第１部材と第２部材を連接した連接部を支点として可動させる可動手段と、を備えることを特徴とする過給機である。
【０００８】
請求項２の発明は、前記第２部材は、前記第１部材に比べてインペラに近接した位置に設けられており、前記第１部材が、ハウジングとの相対的な位置関係において固定されていることを特徴とする請求項１に記載の過給機である。
【０００９】
請求項３の発明は、前記第１部材が、その第１部材の長手方向とコンプレッサの最大流量吸入時にインペラからベーンに流れる空気の流れ方向とが一致するように、固定されていることを特徴とする請求項２に記載の過給機である。
【００１０】
請求項４の発明は、前記ベーンは更に第３部材を備え、前記第３部材は、その長手方向両端部が前記第１部材の長手方向両端部のうち連接部が設けられていない側の端部と、前記第２部材の長手方向両端部のうち連接部が設けられていない側の端部に連接するように設けられていることを特徴とする請求項１乃至３にいずれかに記載の過給機である。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、隣り合うベーンとベーンとで形成される流路の方向を大きく変えることなく、流路幅を変化させることができる。よって、低流量域から高流量域まで広域で、インペラからベーンに流れる空気の流れ方向と、流路方向との流れの食い違いを防ぐことができる。
【００１２】
流量が変化すると、インペラからベーンに流れる空気の流れ方向が変化する。請求項２の発明によれば、流量の変化に応じて流路幅を変化させた時、流路方向が上記空気の流れ方向と同じ向きに変化する。よって、空気の流れ方向と、流路方向とを一致させることができ、高いコンプレッサ効率を得ることができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、コンプレッサの最大流量吸入時に、インペラからベーンに流れる空気の流れ方向と流路方向とが一致する。よって、最大流量吸入時において、高いコンプレッサ効率を得ることができる。
【００１４】
請求項４の発明によれば、ベーンを沿って流れてきた空気が、第１部材と第２部材の間に巻き込まれるのを防止することができる。これにより、気流の乱れを防ぎ、高いコンプレッサ効率を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、発明の実施形態を述べる。
【００１６】
〔過給機の構成〕
図１は、本発明の過給機の全体構造について示したものである。
過給機のハウジング１１は、コンプレッサハウジング１２、センターハウジング１３、タービンハウジング１４からなる。コンプレッサハウジング１２の内部にはインペラ１５、タービンハウジング１４の内部にはタービン１６がそれぞれ設けられており、連結軸１７を介して繋がっている。連結軸１７はセンターハウジング１３に回転自在に支持されている。
【００１７】
図１中の実線で示される矢印は、吸気口から流入してきた空気がコンプレッサ部を通過するときの流れ方向を示したものである。また、図１中の破線で示される矢印は機関から排出された排ガスがタービン部を通過するときの流れ方向を示したものである。
タービン１６は、機関から排出された排ガスのエネルギーによって回転駆動する。この際、連結軸１７を介して繋がっているインペラ１５も一体となって回転する。このインペラ１５の回転により、吸入口から流入した空気がコンプレッサ部で圧縮される。インペラ１５で圧縮された空気は、ディフューザ１９を通過してスクロール２０へと流れていく。ディフューザ１９には、図１では図示されていないベーン１８が備えられている。
【００１８】
ベーン１８にはリンク機構２１を介してアクチュエータ２２がそれぞれ設けられている。アクチュエータ２２は、ＥＣＵ２３で算出される流量に基づいて制御する。なお、流量は、エアフローメータ２４と、吸気圧センサ２５の出力信号に基づいてＥＣＵ２３で算出される。
【００１９】
〔ベーンの構造〕
図２（ａ）は、ディフューザ１９に備えられたベーン１８の構造について詳細に示したものである。
【００２０】
ベーン１８は、第１部材３１、第２部材３２、第３部材３３により構成される。
第１部材３１の端部と第２部材３２の端部が連接部３４で連接される。第２部材３２の反対側の端部には長穴３５が設けられている。この長穴３５には第２部材３２の端部と第３部材３３の端部を連接する連接部３６が設けられている。この連接部３６は、移動可能となっている。また、第３部材３３のもう一方の端部と、第１部材３１のもう一方の端部は、連接部３７で連接される。
【００２１】
上記ベーンにおいて、第１部材３１の位置を固定した時、第２部材３２を、連接部３４を支点として回転させることで、ベーン１８を変形させることができる。第２部材３２はアクチュエータ２２により動かされる。上記ベーンの変形により、ベーンの厚みｔを変化させることができる。
【００２２】
図２（ｂ）は、他のベーンの構造例について示したものである。図２（ａ）との違いは、第２部材の代わりに第１部材に長穴３８が設けられている点と、第１部材と第３部材を連接する連接部３９が長穴の範囲でスライド可能となっている点、である。
【００２３】
上記構成において、図２（ａ）の場合と同様に、第１部材の位置を固定した時、第２部材を連接部を支点として回転させることで、ベーンを変形させることができる。これにより、図２（ａ）の場合と同様、ベーンの厚みｔを変化させることができる。
【００２４】
なお、上記で２つのベーンを開示したが、本実施形態では、図２（ａ）のベーンを採用するものとする。
【００２５】
〔ベーンの設置、ベーン開度の制御〕
図３（ａ）は、高流量時のベーンの状態について示したものである。また、図３（ｂ）は、低流量時のベーンの状態について示したものである。図３は、図１の矢印Ａの方向からインペラ１５と、ディフューザに備えられたベーン１８とを見た図である。
【００２６】
インペラ１５の周縁には、複数枚のベーン１８が環状に設けられている。
ベーン１８を構成する第１部材３１は、コンプレッサハウジング１２との相対的な位置関係において固定されている。そして、第２部材３２は、第１部材３１に比べてインペラ１５に近接するように設けられている。すなわち、第２部材３２は、第１部材３１よりもインペラ回転方向に傾斜するよう設けられている。
上記構成において、アクチュエータ２２により第２部材３２を動かすことで、ベーン開度を変化させることができる。ベーン開度を変化させることで、隣り合うベーンとベーンとの流路幅が変化する。
なお、ベーン開度は、ＥＣＵ２３により、以下のように制御される。
【００２７】
流量と流路幅の関係において、流量に対して流路幅が広くなりすぎる場合、コンプレッサを通過した空気が逆流するサージが発生してしまう。サージの発生により、当該領域（サージ発生領域）での使用ができなくなる。
【００２８】
また、流量と流路幅の関係において、流量に対して流路幅が狭すぎる場合には、インペラ１５からベーン１８に流れてくる空気のすべてを、流路を介して流すことができないという、チョーク現象が発生してしまう。チョーク現象の発生によりコンプレッサの効率は低下してしまう。
【００２９】
よって、上記点に鑑み、まず流量ごとに、チョーク現象が発生しない下限の流路幅と、サージの発生しない上限の流路幅を予め調査し、ＥＣＵ２３に記憶させておく。
ベーン開度を制御するには、エアフローメータ２４と、吸気圧センサ２５の出力信号に基づいてＥＣＵ２３で流量を算出する。そして、算出した流量において、チョーク現象が発生しない下限流路幅とサージの発生しない上限流路幅を、ＥＣＵ２３に記憶させた情報から読み込む。そして、その下限流路幅と上限流路幅の間で、最もコンプレッサ効率が高くなる流路幅となるように、ベーン開度を制御する。
【００３０】
上記制御により、低流領域から高流領域までの全域において、サージ及びチョーク現象が発生を防ぎ、且つ、コンプレッサ効率の高いベーン開度の制御を行うことができる。
【００３１】
なお、高流量から低流量に変化した場合、インペラ１５からベーン１８に流れる空気の流れ方向４１は、インペラ接線側へ傾く。上記ベーンの設置によれば、第２部材３２を回転させて流路幅を狭めた際、流路方向４２も空気の流れ方向４１と同じインペラ接線側へ傾く。
また逆に、低流量から高流量に変化した場合、インペラ１５からベーン１８に流れる空気の流れ方向４１は、インペラ直角方向側へ傾く。上記構成によれば、第２部材３２を回転させて流路幅を広めた際、流路方向４２も空気の流れ方向４１と同じ方向に傾く。
よって、流量に応じて変化する空気の流れ方向４１と流路方向４２を一致させることができるため、高いコンプレッサ効率を得ることができる。
【００３２】
なお、第１部材３１は、コンプレッサの最大流量吸入時にインペラ１５からベーン１８に流れる空気の流れ方向４１と第１部材３１の長手方向とが一致するように固定する。
上記のように固定すると、最大流量吸入時にベーン１８を閉じるとインペラ１５からベーン１８に流れる空気の流れ方向４１と流路方向４２とが一致する。よって、ベーンが空気の流れの妨げとなるのを防ぐことができ、高いコンプレッサ効率を得ることができるからである。
【００３３】
また、ベーン１８は、最大流量吸入時にインペラ１５からベーン１８に流れる空気の流量がちょうど流せ、且つ、流速が音速になるようにベーンの枚数・位置を設定するものとする。
上記条件の場合、最大流量吸入時のコンプレッサ効率が特段に高くなるからである。
【００３４】
〔第３部材の役割〕
図４（ａ）は、第３部材なしでベーンを構成した時の空気の流れについて示したものである。また、図４（ｂ）は、第３部材３３ありでベーンを構成した時の、空気の流れについて示したものである。
なお、図４（ａ）に示すベーンは、位置が固定された第１部材４５と、連接部４７を支点として回転可能な第２部材４６と、第１部材４５と第２部材４６を連接する連接部４７、とから構成される
【００３５】
図４（ａ）に示す第３部材がない場合には、インペラ１５からベーン１８に流れてきた空気４３は、ベーン１８を沿って下流へと流れていく。この際、ベーン１８を沿って流れてきた空気４３は、部材の端部を過ぎると、第１部材４５と第２部材４６の間に巻き込まれてしまう。この空気の巻き込みにより気流の乱れが発生し、コンプレッサの効率が低下してしまう。
【００３６】
これに対し、図４（ｂ）に示す第３部材３３がある場合には、第１部材３１と第２部材３２の間に空気４４が入り込むことがない。よって、空気の巻き込みによる気流の乱れを防ぎ、コンプレッサ効率を向上させることができる。
【００３７】
なお、以下に、上記実施形態で用いられたベーンの代わりに、別構成のベーンを用いた場合の変形例について示す。
【００３８】
図５は、４つの部材でベーンを構成する場合の、ベーンの構造について示したものである。
ベーンは、第１部材５１と第２部材５２、第２部材５２と第３部材５３、第３部材５３と第４部材５４、第４部材５４と第１部材５１、の端部同士をそれぞれ連接部５５、５６、５７、５８で連接することにより構成される。
上記構成によれば、３つの部材を用いた場合と異なり長穴を設ける必要が無い。よって、複雑な加工を行う必要がないという利点を有する。
ベーンの変形は、３つの部材を用いた場合と同様である。第１部材５１の位置を固定し、第２部材５２を、連接部５５を支点として回転させることでベーンが変形し、厚みｔが変化する。
【００３９】
なお、図６（ａ）は、上記４つの部材で構成されるベーンを用いた時の、高流量時のベーンの状態ついて示したものである。これに対し、図６（ｂ）は、低流量時のベーンの状態ついて示したものである。
ベーンの制御、ベーンの設定などについては、図３の場合と同様であるため、本文において説明は省略する。
【００４０】
以上が、本発明の実施形態について示したものである。
なお、本文において、２〜４つの部材で構成するベーンを開示したが、ベーンは２以上の部材から構成されていればよく、これらに限られるものではない。
【００４１】
また、本文では、第２部材３２を第１部材３１に比べてインペラ１５に近接するように設ける旨述べたが、これに限られるものではない。第１部材３１と第２部材３２の位置関係が逆であってもよいものとする。
【００４２】
また、本文において、第１部材３１を、コンプレッサの最大流量吸入時にインペラ１５からベーン１８に流れる空気の流れ方向４１と第１部材３１の長手方向とが一致するよう固定したが、これに限られるものではない。第１部材３１を固定した時の第１部材３１の方向は、所望の過給機効率が得られる任意の方向であればよいものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】過給機の全体図について示す図である。
【図２】ディフューザに設けられたベーンの構造について示す図である。
【図３】低流量時と高流量時のベーンの状態について示す図である。
【図４】第３部材を設けていない時と、設けた時の空気の流れについて示す図である。
【図５】４つの部材でベーンを構成するときの、ベーンの構造について示す図である。
【図６】４つの部材でベーンを構成するときの、低流量時と高流量時のベーンの状態について示す図である。
【図７】角度可変式ベーンを備えた過給機の、低流量時と高流量時のベーンの状態について示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１１  ハウジング
１５  インペラ
１８  ベーン
１９  ディフューザ
２２  アクチュエータ
３１  第１部材
３２  第２部材
３３  第３部材
３４  連接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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