(57)【要約】【課題】ディフューザベーンの有無を切替可能としつつ小型化に有利な遠心圧縮機を提供する。【解決手段】コンプレッサホイール４を軸線Ａｘ回りに回転自在に支持するハウジング５と、コンプレッサホイール４の外周に配置されるようにハウジング５に設けられた渦巻き状のスクロール６と、コンプレッサホイール４の吐出側とスクロール６とを通じるディフューザ通路７と、ディフューザ通路７に周方向に所定間隔で並べて設けられている複数のディフューザベーン８と、を備えた遠心圧縮機２において、各ディフューザベーン８は、ディフューザ通路７を形成する壁面７ａに倒れる横倒し状態と壁面７ａからディフューザ通路７内に突出するように起立する起立状態とに切り替え可能なようにディフューザ通路７の壁面７ａに設けられ、各ディフューザベーン８を横倒し状態と起立状態とに切り替えるアクチュエータ１４をさらに備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラを内部に収容するとともに前記インペラを軸線回りに回転自在に支持するハウジングと、前記インペラの外周に配置されるように前記ハウジングに設けられた渦巻き状のスクロールと、前記インペラの吐出側と前記スクロールとを通じるように前記ハウジングに設けられたディフューザ通路と、前記ディフューザ通路に周方向に所定間隔で並べて設けられている複数のディフューザベーンと、を備えた遠心圧縮機において、
各ディフューザベーンは、前記ディフューザ通路を形成する壁面に倒れる横倒し状態と、前記壁面から前記ディフューザ通路内に突出するように起立する起立状態と、に切り替え可能なように前記ディフューザ通路の前記壁面に設けられ、
各ディフューザベーンを前記横倒し状態と前記起立状態とに切り替える駆動手段をさらに備えている遠心圧縮機。
【請求項２】
各ディフューザベーンは、ベース部と、前記ベース部に対して左右に折れ曲がり可能なように前記ベース部の一端にピボット軸を介して設けられた翼部と、をそれぞれ有し、
前記壁面には、前記ベース部及び前記翼部の一部を引き込むことが可能なガイド孔が各ディフューザベーンに対応して設けられ、
前記駆動手段は、前記ピボット軸が前記ガイド孔内に引き込まれる起立位置と前記ピボット軸が前記ディフューザ通路内に出る横倒し位置との間で前記ベース部を駆動する請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の遠心圧縮機を備え、前記遠心圧縮機が内燃機関の吸気通路に設けられるターボ過給機。
【請求項４】
前記内燃機関の吸入空気量が所定の判定値以上の場合に各ディフューザベーンがそれぞれ横倒し状態になり、前記内燃機関の吸入空気量が前記判定値未満の場合に各ディフューザベーンがそれぞれ起立状態になるように前記駆動手段の動作を制御する制御手段をさらに備えた請求項３に記載のターボ過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラの吐出側とスクロールとを連通するディフューザ通路に複数のディフューザベーンが設けられた遠心圧縮機、及びその遠心圧縮機を備えたターボ過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
インペラの外周に設けられているディフューザに複数のベーンが周方向に並ぶように設けられた排気ターボ過給機のコンプレッサが知られている。また、このようなコンプレッサにおいて、複数のベーンをディフューザ内に突出した位置とディフューザに隣接して設けた格納室内に没入させた位置とに切替移動させることが可能なコンプレッサが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１−６６４１９号公報
【特許文献２】特開２００７−３０９２９９号公報
【特許文献３】特開２００５−１６３６９１号公報
【特許文献４】特開２００１−３２９９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のコンプレッサのように複数のベーンを没入させるためには、ベーンの高さとほぼ同じ、言い換えるとディフューザの幅とほぼ同じ幅の格納室がディフューザの横に必要となる。そのため、ハウジングが大型化してコンプレッサが大型化するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、ディフューザベーンの有無を切替可能としつつ小型化に有利な遠心圧縮機、及びその遠心圧縮機を備えたターボ過給機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の遠心圧縮機は、インペラを内部に収容するとともに前記インペラを軸線回りに回転自在に支持するハウジングと、前記インペラの外周に配置されるように前記ハウジングに設けられた渦巻き状のスクロールと、前記インペラの吐出側と前記スクロールとを通じるように前記ハウジングに設けられたディフューザ通路と、前記ディフューザ通路に周方向に所定間隔で並べて設けられている複数のディフューザベーンと、を備えた遠心圧縮機において、各ディフューザベーンは、前記ディフューザ通路を形成する壁面に倒れる横倒し状態と、前記壁面から前記ディフューザ通路内に突出するように起立する起立状態と、に切り替え可能なように前記ディフューザ通路の前記壁面に設けられ、各ディフューザベーンを前記横倒し状態と前記起立状態とに切り替える駆動手段をさらに備えている（請求項１）。
【０００７】
本発明の遠心圧縮機によれば、各ディフューザベーンを壁面に倒す横倒し状態と壁面から起立する起立状態とにそれぞれ切り替え可能であるため、ディフューザベーンの有無を切り替えることができる。また、本発明の遠心圧縮機では、各ディフューザベーンをディフューザ通路内で倒すので、ディフューザ通路の側方に各ディフューザベーンを格納するための空間を設ける必要がない。そのため、ディフューザベーンの有無を切替可能としつつ遠心圧縮機を小型化することができる。
【０００８】
本発明の遠心圧縮機の一形態において、各ディフューザベーンは、ベース部と、前記ベース部に対して左右に折れ曲がり可能なように前記ベース部の一端にピボット軸を介して設けられた翼部と、をそれぞれ有し、前記壁面には、前記ベース部及び前記翼部の一部を引き込むことが可能なガイド孔が各ディフューザベーンに対応して設けられ、前記駆動手段は、前記ピボット軸が前記ガイド孔内に引き込まれる起立位置と前記ピボット軸が前記ディフューザ通路内に出る横倒し位置との間で前記ベース部を駆動してもよい（請求項２）。この場合、ピボット軸の箇所でベース部と翼部とを折り曲げることができるので、ピボット軸をディフューザ通路内に出すことにより翼部を壁面に倒してディフューザベーンを横倒し状態に切り替えることができる。また、ピボット軸及び翼部の一部をガイド孔内に引き込むことにより、翼部を起立させてディフューザベーンを起立状態に切り替えることができる。駆動手段は、このようにピボット軸がガイド孔内に引き込まれる位置とピボット軸がディフューザ通路内に出る位置との間でベース部を駆動すればよい。そのため、ディフューザベーンの全体をディフューザ通路から後退させる場合と比較して駆動手段によってディフューザベーンが駆動される距離、いわゆるストロークを短くすることができる。そして、このようにストロークを短縮することにより駆動手段を小型化できるので、遠心圧縮機をさらに小型化することができる。
【０００９】
本発明のターボ過給機は、上述した遠心圧縮機を備え、前記遠心圧縮機が内燃機関の吸気通路に設けられる（請求項３）。
【００１０】
本発明のターボ過給機によれば、上述した遠心圧縮機を備えているので、ディフューザベーンの有無を切替可能としつつ小型化することができる。そのため、車両等への搭載性を高めることができる。
【００１１】
本発明のターボ過給機の一形態において、前記内燃機関の吸入空気量が所定の判定値以上の場合に各ディフューザベーンがそれぞれ横倒し状態になり、前記内燃機関の吸入空気量が前記判定値未満の場合に各ディフューザベーンがそれぞれ起立状態になるように前記駆動手段の動作を制御する制御手段をさらに備えてもよい（請求項４）。周知のようにディフューザ通路にディフューザベーンを設けることによりサージ限界を低流量側に変化させることができるので、このようにディフューザベーンの状態を変更することにより、遠心圧縮機の動作範囲を広げることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上に説明したように、本発明の遠心圧縮機によれば、ディフューザベーンを壁面に倒すことができるので、ディフューザベーンの有無を切替可能としつつ遠心圧縮機を小型化することができる。また、本発明のターボ過給機は、この遠心圧縮機を備えているので、同様にディフューザベーンの有無を切替可能としつつターボ過給機を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一形態に係るターボ過給機の要部を示す図。
【図２】図１の矢印II方向から見たコンプレッサホイール及びディフューザ通路を示す図。
【図３】図２の矢印III方向から見たベーンを示す図。
【図４】ＥＣＵが実行するベーン制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】ターボ過給機のコンプレッサの特性曲線、及びエンジンが全負荷で運転されているときのコンプレッサの作動線を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の一形態に係るターボ過給機の要部を示している。このターボ過給機１は、不図示の内燃機関（以下、エンジンと称することもある。）を過給するためのものである。ターボ過給機１はエンジンの排気通路に設けられる不図示のタービンを有し、そのタービンによってエンジンの吸気通路に設けられる遠心圧縮機（以下、コンプレッサと称することもある。）２を駆動するように構成されている。コンプレッサ２は、複数の翼３が周方向に設けられたインペラとしてのコンプレッサホイール４と、そのコンプレッサホイール４を内部に収容するとともにコンプレッサホイール４を軸線Ａｘ回りに回転自在に支持するハウジング５とを備えている。ハウジング５には、コンプレッサホイール４の外周に配置される渦巻き状のスクロール６と、コンプレッサホイール４の吐出側とスクロール６とを通じるディフューザ通路７とが設けられている。ディフューザ通路７には、周方向に所定間隔で並ぶ複数（図１では１つのみを示す。）のディフューザベーン（以下、ベーンと略称することがある。）８が設けられている。各ベーン８は、ディフューザ通路７を形成する一対の壁面７ａ、７ｂのうちの一方の壁面７ａからディフューザ通路７内に突出するようにそれぞれ設けられている。
【００１５】
図２は、図１の矢印II方向から見たコンプレッサホイール４及びディフューザ通路７を示している。また、図３は図２の矢印III方向から見たベーン８を示している。図１及び図３に示したようにベーン８は、ベース部１０と、翼部１１とを備えている。ベース部１０は、軸線Ａｘ方向に移動可能なように壁面７ａに設けられたガイド孔９に挿入されている。ベース部１０のディフューザ通路７側の端部１０ａには、その端部１０ａの長さ方向に沿ってピボット軸１２が配置されるようにピボット軸１２を支持する軸穴（不図示）が設けられている。翼部１１は、そのピボット軸１２を中心として左右に回転可能なようにピボット軸１２に取り付けられている。すなわち、ベース部１０と翼部１１とは、ピボット軸１２の部分で左右に折れ曲がることが可能なヒンジ状に接続されている。翼部１１は、その両側を吸気が通過したときに一方の側が正圧になり、他方の側が負圧になるように形成されている。図３に示した翼部１１では、その左側が正圧になり、右側が負圧になるように形成されている。また、翼部１１は、その厚さがベース部１０の厚さと略同じになるように形成されている。ガイド孔９の幅には、それらベース部１０及び翼部１１の厚さよりも若干大きい値が設定されている。そして、この図に示したように壁面７ａに開口するガイド孔９の開口部のうち翼部１１の右側に位置する部分９ａは、その角が丸められてアールＲになっている。そのため、ベース部１０をガイド孔９内に後退させることによって翼部１１をそのアールＲの部分９ａに沿って移動させ、これにより翼部１１の一部をスムーズにガイド孔９内に引き込むことができる。
【００１６】
このベーン８によれば、ベース部１０をガイド孔９内に後退させてピボット軸１２を図３の起立位置Ｐ１までガイド孔９内に引き込むことにより、翼部１１の一部をガイド孔９内に引き込むことができるので、図３に実線で示したように翼部１１を起立させることができる。以下、この状態を起立状態と称することがある。なお、翼部１１の高さは、この起立状態において図３に示したように翼部１１の先端１１ａがディフューザ通路７を形成する他方の壁面７ｂと接するように設定される。一方、ベース部１０をディフューザ通路７側に移動させて図３の横倒し位置Ｐ２までピボット軸１２をディフューザ通路７内に突出させることにより、図３に破線で示したように翼部１１を横に倒すことができる。横倒し位置Ｐ２としては、ベース部１０の端部１０ａが翼部１１の厚さ程度ディフューザ通路７内に突出する位置が設定される。上述したように図３に示した翼部１１においては、その両側を吸気が流れると左側が正圧になり、右側が負圧になるので、翼部１１を圧力差により負圧となる右側に倒すことができる。以下、この状態を横倒し状態と称することがある。なお、翼部１１のコンプレッサホイール４側の端部１１ｂは、この横倒し状態においてコンプレッサホイール４と干渉しないように形成されている。このようにベーン８は、翼部１１を起立させた起立状態と翼部１１を横に倒した横倒し状態とに切り替えることができる。なお、以上では１つのベーン８について説明したが他のベーン８も同様に構成されている。そのため、コンプレッサ２においては、各ベーン８をそれぞれ起立状態に切り替えることによりディフューザ通路７に複数のベーン８があるベーンドディフューザとし、また各ベーン８をそれぞれ横倒し状態に切り替えることによりディフューザ通路７にベーン８が無いベーンレスディフューザとすることができる。
【００１７】
図１に示したように各ベーン８のベース部１０は共通のリングプレート１３に取り付けられている。リングプレート１３は、軸線Ａｘ方向に移動可能なようにハウジング５に支持されている。リングプレート１３は、駆動手段としてのアクチュエータ１４にて駆動される。アクチュエータ１４は、各ベーン８が起立状態になる起立位置と各ベーン８が横倒し状態になる横倒し位置との間でリングプレート１３を軸線Ａｘ方向に駆動する。
【００１８】
アクチュエータ１４の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０にて制御される。ＥＣＵ２０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータユニットとして構成され、エンジンに設けられた各種のセンサの出力信号に基づいてエンジンの運転状態を制御する周知のものである。ＥＣＵ２０には、エンジンの運転状態を検出するためのセンサとして例えばエンジンの吸入空気量に対応する信号を出力するエアフローメータ２１等が接続されている。この他にもＥＣＵ２０には各種センサが接続されているが、それらの図示は省略した。
【００１９】
図４は、ＥＣＵ２０がアクチュエータ１４の動作を制御すべくエンジンの運転中に所定の周期で繰り返し実行するベーン制御ルーチンを示している。この制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ２０が本発明の制御手段として機能する。図４の制御ルーチンにおいてＥＣＵ２０は、まずステップＳ１でエンジンの運転状態を取得する。エンジンの運転状態としては、例えば吸入空気量等が取得される。
【００２０】
次のステップＳ２においてＥＣＵ２０は、吸入空気量が予め設定した判定値以上か否か判断する。図５は、ターボ過給機１のコンプレッサ２の特性曲線、及びエンジンが全負荷で運転されているときのコンプレッサ２の作動線を示している。この図の破線Ｌ１は、各ベーン８が起立状態のときのコンプレッサ２のサージラインを示している。また、破線Ｌ２は各ベーン８が横倒し状態のときのコンプレッサ２のサージラインを示している。そして、実線Ｌ３がエンジンが全負荷、すなわちスロットルが全開で運転されているときのコンプレッサ２の作動線を示している。なお、図５の圧力比は、コンプレッサ２の出口の吸気の圧力をコンプレッサ２の入口の吸気の圧力で除した値である。この図に作動線Ｌ３で示したようにコンプレッサ２は、各ベーン８が横倒し状態のときのコンプレッサ２のサージラインＬ２以下の吸入空気量においても動作する。そのため、各ベーン８が横倒し状態のままでは、図５に示した吸入空気量Ｑ未満になるとサージングが発生するおそれがある。そこで、エンジンの吸入空気量がこの吸入空気量Ｑ未満では、各ベーン８を起立状態に切り替えてコンプレッサ２のサージングを防止する。このように各ベーン８の状態を制御するため、ステップＳ２の判定値にはこの吸入空気量Ｑが設定される。
【００２１】
吸入空気量が判定値以上と判断した場合はステップＳ３に進み、ＥＣＵ２０は各ベーン８が横倒し状態に切り替わるようにアクチュエータ１４の動作を制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２２】
一方、吸入空気量が判定値未満と判断した場合はステップＳ４に進み、ＥＣＵ２０は各ベーン８が起立状態に切り替わるようにアクチュエータ１４の動作を制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２３】
このターボ過給機１によれば、各ベーン８を横倒し状態と起立状態とにそれぞれ切り替えることができるので、ディフューザ通路７のベーン８の有無を切り替えることができる。各ベーン８は、吸入空気量が判定値以上で横倒し状態に切り替えられ、吸入空気量が判定値未満で起立状態に切り替えられる。そのため、コンプレッサ２の作動範囲を広げることができる。
【００２４】
また、このターボ過給機１では、各ベーン８の翼部１１が横に倒れるので、ディフューザ通路７の側方に各ベーン８を格納するための空間を設ける必要がない。さらに、このターボ過給機１では、ベース部１０を翼部１１の高さより小さい距離α（図３参照）移動させるのみでベーン８を横倒し状態と起立状態とに切り替えることができる。そのため、アクチュエータ１４のストロークを小さくしてアクチュエータ１４を小型化できる。このようにターボ過給機１では、ディフューザ通路７のベーン８の有無を切替可能としつつコンプレッサ２を小型化することができる。
【００２５】
ターボ過給機１では、翼部１１を横に倒してベーンレスの状態にするので、翼部１１の先端１１ａの設計の自由度を高めることができる。例えば、ディフューザベーン８の全体をガイド孔９に格納してベーンレスの状態に切り替える場合は、ディフューザベーン８の格納時にディフューザベーン８の先端とガイド孔９との間に隙間ができないようにガイド孔９の開口部の形状とディフューザベーン８の先端、すなわち翼部１１の先端１１ａの形状とをほぼ同じとする必要がある。一方、このターボ過給機１では、翼部１１を横に倒すので、例えば翼部１１の先端１１ａの厚さをベース部１０より薄くしてもベーンレスの状態に切り替えたときにガイド孔９とディフューザベーン８との間に隙間が殆どできない。そのため、翼部１１の先端１１ａの設計の自由度を高めることができる。
【００２６】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、ディフューザベーンはディフューザ通路の壁面に横に倒すことが可能なように設けられていてもよい。この場合もディフューザ通路の側方にディフューザベーンの全体を格納するための空間を設ける必要がないため、コンプレッサを小型化できる。上述した形態では、ディフューザベーンの状態を吸入空気量に応じて切り替えたが、この吸入空気量に加えてエンジンのインテークマニホールドの圧力も参照してディフューザベーンの状態を切り替えてもよい。上述した形態では、本発明の遠心圧縮機をターボ過給機に組み込んだ形態を示したが、本発明の遠心圧縮機はターボ過給機に組み込まずに単独で使用してもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１  ターボ過給機
２  遠心圧縮機
４  コンプレッサホイール（インペラ）
５  ハウジング
６  スクロール
７  ディフューザ通路
７ａ  壁面
８  ディフューザベーン
９  ガイド孔
１０  ベース部
１１  翼部
１２  ピボット軸
１４  アクチュエータ（駆動手段）
２０  エンジンコントロールユニット（制御手段）
Ａｘ  軸線
Ｐ１  起立位置
Ｐ２  横倒し位置
【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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