(57)【要約】【課題】従来よりもベーンを回転させるために必要な駆動力を低減することが可能な遠心圧縮機を提供する。【解決手段】コンプレッサホール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の吐出側とスクロール室７とを連通するディフューザ通路８と、一端がピボット軸２０を介してディフューザ通路８の壁面８ａに回転自在に支持されるとともに支持部１９ａが駆動軸２１を介してディフューザ通路８の壁面８ｂに回転自在に支持された複数のベーン１９と、軸線Ａｘ回りに回転可能なようにハウジング５に支持されるとともにピボット軸２０を回転可能に支持するシュラウド１０とを備えた遠心圧縮機２において、シュラウド１０を回転可能に支持するハウジング５の摺動面１５に開口する第１及び第２ガス噴射ノズル１６、１７と、スクロール室７と各ガス噴射ノズル１６、１７とをそれぞれ接続する吸気導入通路１８と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室と、前記インペラの吐出側と前記スクロール室とを連通す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、一端が第１回転軸を介して前記ディフューザ通路の壁面に回転自在に支持されるとともに前記一端より他端寄りに設けられた支持部が第２回転軸を介して前記第１回転軸が設けられた位置よりも径方向外側の前記ディフューザ通路の壁面に回転自在に支持され、かつ前記ディフューザ通路に所定間隔で前記軸線回りに並ぶように設けられた複数のベーンと、前記軸線回りに回転可能なように前記ハウジングに支持されて前記ディフューザ通路の壁面の一部となり、かつ前記第１回転軸又は前記第２回転軸のいずれか一方を回転可能に支持する回転部材と、を備えた遠心圧縮機において、
前記回転部材を回転可能に支持する前記ハウジングの摺動面に開口するガス噴射ノズルと、前記遠心圧縮機で加圧された気体を前記ガス噴射ノズルに導入する導入通路と、をさらに備えている遠心圧縮機。
【請求項２】
前記導入通路は、前記スクロール室と前記ガス噴射ノズルとを接続するように前記ハウジング内に設けられている請求項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】
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室と、前記スクロール室と前記インペラの吸い込み側とを連通するように前記ハウジングに設けられたノズル通路と、一端が第１回転軸を介して前記ノズル通路の壁面に回転自在に支持されるとともに前記一端より他端寄りに設けられた支持部が第２回転軸を介して前記第１回転軸が設けられた位置よりも径方向外側の前記ノズル通路の壁面に回転自在に支持され、かつ前記ノズル通路に所定間隔で前記軸線回りに並ぶように設けられた複数のベーンと、前記軸線回りに回転可能なように前記ハウジングに支持されて前記ノズル通路の壁面の一部となり、かつ前記第１回転軸又は前記第２回転軸のいずれか一方を回転可能に支持する回転部材と、を備えたタービンにおいて、
前記回転部材を回転可能に支持する前記ハウジングの摺動面に開口するガス噴射ノズルと、前記タービンに流入した気体を前記ガス噴射ノズルに導入する導入通路と、をさらに備えているタービン。
【請求項５】
前記導入通路は、前記スクロール室と前記ガス噴射ノズルとを接続するように前記ハウジングに設けられている請求項４に記載のタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラとその外周に設けられたスクロール室との間にこれらを連通する通路が設けられ、その通路に複数のベーンが設けられている遠心圧縮機、ターボ過給機、及びタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンホイールとその外周に配置されたスクロール室とを連通するガス入口流路内にタービンホイールに流入するガスの流速及び方向を制御すべく左右に回転可能な複数のノズルベーンが設けられたタービンを備えたターボ過給機が知られている。例えば、ベアリングハウジングに左右に回転可能に円環プレートを設けるとともに各ベーンにピボット及び長孔状の溝をそれぞれ設け、各ベーンはピボットにてベアリングハウジングに回転可能に係合されるとともに長孔状の溝に円環プレートに設けたピン状のガイドが収容されるようにガス入口流路に設けられ、円環プレートを回転させて各ベーンの角度を変更するターボ過給機が知られている（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が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３０３８２９号公報
【特許文献２】特開２０００−２９１４４０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のターボ過給機では、ベアリングハウジングに円環プレートを接触させて支持させた状態で円環プレートが回転駆動される。この場合、円環プレートとベアリングハウジングとの間に摩擦が発生するので、その摩擦に抗して円環プレートを回転駆動する必要がある。そのため、円環プレートを回転させるために大きな駆動力が必要となり、アクチュエータが大型化するおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、従来よりもベーンを回転させるために必要な駆動力を低減することが可能な遠心圧縮機、ターボ過給機、及びタービン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室と、前記インペラの吐出側と前記スクロール室とを連通す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、一端が第１回転軸を介して前記ディフューザ通路の壁面に回転自在に支持されるとともに前記一端より他端寄りに設けられた支持部が第２回転軸を介して前記第１回転軸が設けられた位置よりも径方向外側の前記ディフューザ通路の壁面に回転自在に支持され、かつ前記ディフューザ通路に所定間隔で前記軸線回りに並ぶように設けられた複数のベーンと、前記軸線回りに回転可能なように前記ハウジングに支持されて前記ディフューザ通路の壁面の一部となり、かつ前記第１回転軸又は前記第２回転軸のいずれか一方を回転可能に支持する回転部材と、を備えた遠心圧縮機において、前記回転部材を回転可能に支持する前記ハウジングの摺動面に開口するガス噴射ノズルと、前記遠心圧縮機で加圧された気体を前記ガス噴射ノズルに導入する導入通路と、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、ガス噴射ノズルからハウジングと回転部材との間に遠心圧縮機で加圧された気体が吹き込まれるので、ハウジングと回転部材との間にこの気体の層を形成することができる。これにより、ハウジングと回転部材との間に空気軸受を形成してこれらの間の摩擦を低減することができる。そのため、回転部材を回転させるために必要な駆動力を低減することができる。従って、ベーンを回転させるために必要な駆動力を低減できる。
【０００８】
本発明の遠心圧縮機の一形態において、前記導入通路は、前記スクロール室と前記ガス噴射ノズルとを接続するように前記ハウジング内に設けられていてもよい（請求項２）。この場合、ハウジングの外側に導入通路のための配管を行う必要がない。そのため、コンプレッサの外側に突出する部分を減らすことができる。
【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、ハウジングと回転部材との間に気体の層を形成することができる。そのため、ベーンを回転させるために必要な駆動力を低減できる。
【００１１】
本発明のタービンは、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室と、前記スクロール室と前記インペラの吸い込み側とを連通するように前記ハウジングに設けられたノズル通路と、一端が第１回転軸を介して前記ノズル通路の壁面に回転自在に支持されるとともに前記一端より他端寄りに設けられた支持部が第２回転軸を介して前記第１回転軸が設けられた位置よりも径方向外側の前記ノズル通路の壁面に回転自在に支持され、かつ前記ノズル通路に所定間隔で前記軸線回りに並ぶように設けられた複数のベーンと、前記軸線回りに回転可能なように前記ハウジングに支持されて前記ノズル通路の壁面の一部となり、かつ前記第１回転軸又は前記第２回転軸のいずれか一方を回転可能に支持する回転部材と、を備えたタービンにおいて、前記回転部材を回転可能に支持する前記ハウジングの摺動面に開口するガス噴射ノズルと、前記タービンに流入した気体を前記ガス噴射ノズルに導入する導入通路と、をさらに備えている（請求項４）。また、このタービンの一形態において、前記導入通路は、前記スクロール室と前記ガス噴射ノズルとを接続するように前記ハウジングに設けられていてもよい（請求項５）。
【００１２】
本発明のタービンによれば、タービンに流入した気体を導入通路を介してガス噴射ノズルからハウジングと回転部材との間に吹き込むことができるので、上述した本発明の遠心圧縮機と同様にハウジングと回転部材との間に気体の層を形成することができる。そのため、ベーンを回転させるために必要な駆動力を低減できる。
【発明の効果】
【００１３】
以上に説明したように、本発明の遠心圧縮機によれば、回転部材とハウジングとの間に気体を吹き込んでこれらの間に気体の層を形成することができるので、回転部材とハウジングとの間の摩擦を低減することができる。そのため、ベーンを回転させるために必要な駆動力を低減することができる。本発明のターボ過給機、及びタービンも同様に回転部材とハウジングとの間に気体の層を形成できるので、ベーンを回転させるために必要な駆動力を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一形態に係るターボ過給機の一部を拡大して示す図。
【図２】図１の矢印II方向から見たディフューザ通路を示す図。
【図３】コンプレッサを分解して示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の一形態に係るターボ過給機の一部を拡大して示している。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に吸気を導く入口部６と、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室７と、コンプレッサホイール４の吐出側とスクロール室７とを連通するディフューザ通路８と、スクロール室７で加圧された吸気を外部に排出する出口部９が設けられている。
【００１６】
ハウジング５の内部には、コンプレッサホイール４の径方向外側に配置された回転部材としてのシュラウド１０が設けられている。シュラウド１０は、軸線Ａｘ回りに回転可能なようにハウジング５に支持されている。シュラウド１０の一端１０ａは、入口部６の内側を覆うように筒状に形成されている。シュラウド１０は、その一端１０ａからコンプレッサホイール４の翼３の縁に沿ってディフューザ通路８まで延び、他端１０ｂがディフューザ通路８の壁面８ａの一部となる。この図に示したようにシュラウド１０の一端１０ａには、大径部１１と、大径部１１より直径が小さい小径部１２とが設けられている。小径部１２は、大径部１１のコンプレッサホイール４側に隣接するように設けられている。
大径部１１の外周面には、径方向外側に突出するシュラウド駆動ピン１３が設けられている。シュラウド駆動ピン１３には、アクチュエータ１４が接続され、このアクチュエータ１４にてシュラウド１０が軸線Ａｘ回りに左右に回転駆動される。
【００１７】
ハウジング５には、シュラウド１０の外周面と接してシュラウド１０を回転可能に支持する摺動面１５が設けられている。摺動面１５は、シュラウド１０の一端１０ａ及び他端１０ｂとそれぞれ接するように設けられている。また、ハウジング５には、摺動面１５に開口する第１ガス噴射ノズル１６及び第２ガス噴射ノズル１７と、これらのガス噴射ノズル１６、１７とスクロール室７とを接続する導入通路としての吸気導入通路１８とが設けられている。図１に示したように第１ガス噴射ノズル１６は、軸線Ａｘと平行に設けられ、摺動面１５のうち大径部１１のコンプレッサホイール４側の側面１１ａと接する部分に開口している。一方、第２ガス噴射ノズル１７は、軸線Ａｘと直交する方向に延びるように設けられ、摺動面１５のうち小径部１２の外周面１２ａと接する部分に開口している。
【００１８】
図２は、図１の矢印II方向から見たディフューザ通路８を示している。また、図３はコンプレッサ２の分解図を示している。図２に示したようにディフューザ通路８には、軸線Ａｘ回りに所定間隔で並ぶ６枚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。）１９が設けられている。図２及び図３に示したようにベーン１９の一端には、第１回転軸としてのピボット軸２０が設けられている。ベーン１９の一端よりも他端寄りの部分には支持部１９ａが設けられている。支持部１９ａには、ベーン１９に沿ってスライド可能なように第２回転軸としての駆動軸２１が設けられている。なお、６枚のベーン１９は、全て同じ構造である。図３に示したようにシュラウド１０の他端１０ｂには、ベーン１９のピボット軸２０が回転可能に支持されるピボット穴２２が設けられている。ディフューザ通路８の壁面のうち壁面８ａとディフューザ通路８を挟んで対向する壁面８ｂには、ハウジング５に回転不能に固定されるリングプレート２３が設けられている。リングプレート２３には、ベーン１９の駆動軸２１が回転可能に支持される駆動穴２４が設けられている。なお、駆動穴２４は、ピボット穴２２よりも径方向外側、すなわち軸線Ａｘから離れた位置に設けられている。
【００１９】
このコンプレッサ２では、アクチュエータ１４によってシュラウド１０を図２の矢印Ｒ方向に回転させることで、ピボット穴２２を駆動穴２４に近付けることができる。そして、これによりベーン１９の傾きを大きくしてベーン１９間の流路面積を大きくすることができる。一方、シュラウド１０を図２の矢印Ｌ方向に回転させた場合は、ピボット穴２２が駆動穴２４から離れるので、ベーン１９の傾きを小さくしてベーン１９間の流路面積を小さくすることができる。なお、ベーン１９の傾きは、エンジンの運転状態に応じて制御する周知の方法で制御される。
【００２０】
また、このコンプレッサ２では、第１ガス噴射ノズル１６及び第２ガス噴射ノズル１７とスクロール室７とが吸気導入通路１８で接続されているので、コンプレッサ２で加圧された吸気を第１ガス噴射ノズル１６及び第２ガス噴射ノズル１７からハウジング５の摺動面１５とシュラウド１０の外周面との間に吹き込むことができる。この場合、ハウジング５とシュラウド１０との間に加圧された吸気の層を形成し、これによりハウジング５とシュラウド１０との間に空気軸受を形成することができる。上述したように第１ガス噴射ノズル１６は、摺動面１５のうち大径部１１の側面１１ａと接する部分に開口しているので、この第１ガス噴射ノズル１６から吸気を噴出させることにより、この側面１１ａにスラスト空気軸受を形成することができる。第２ガス噴射ノズル１７は、摺動面１５のうち小径部１２の外周面１２ａと接する部分に開口しているので、この第２ガス噴射ノズル１７から吸気を噴出させることにより、シュラウド１０の外周面と摺動面１５との間にラジアル空気軸受を形成することができる。
【００２１】
このように本形態のターボ過給機１によれば、ハウジング５とシュラウド１０との間にコンプレッサ２で加圧された吸気を吹き込んでこれらハウジング５とシュラウド１０との間に空気軸受を形成することができる。これによりハウジング５とシュラウド１０との間の摩擦を低減できるので、シュラウド１０を回転させるために必要な力を低減できる。そのため、アクチュエータ１４を小型化することができる。
【００２２】
また、第１ガス噴射ノズル１６及び第２ガス噴射ノズル１７とスクロール室７とを接続する吸気導入通路１８はハウジング５内に形成されているので、この吸気導入通路１８を設けるためにハウジング５の外側に配管を行う必要がない。そのため、ターボ過給機１の搭載性を向上させることができる。
【００２３】
このターボ過給機１では、ピボット軸２０が設けられているベーン１９の一端とコンプレッサホイール４の吐出側との間の距離を維持したままベーン１９の傾きを変更することができる。そのため、ベーン１９の傾きを変更してもコンプレッサホイール４から吐出された吸気を速やかにベーン１９に導くことができる。従って、各ベーン１９によって吸気の速度を圧力に速やかに変換することができる。
【００２４】
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、ハウジングに固定されるリングプレートにピボット穴を、シュラウドに駆動穴をそれぞれ設け、リングプレートで各ベーンのピボット軸を回転可能に支持するとともにシュラウドで各ベーンの駆動軸を回転可能に支持してもよい。吸気導入通路は、ハウジング内に設けられていなくてもよい。例えばコンプレッサの下流の配管と各ガス噴射ノズルとを接続するようにハウジングの外側に配管されていてもよい。
【００２５】
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。
【００２６】
また、上述した形態で示したベーンの駆動機構は、ターボ過給機等のタービンに適用してもよい。このようなタービンには、スクロール室とインペラの吸い込み側とを連通するノズル通路に複数の可変ベーンを設け、これら可変ベーンの傾きを変更してインペラに流入するガスの流速を調整するものがある。そこで、この可変ベーンの駆動機構として上述した形態で示した駆動機構を適用する。この場合、各ガス噴射ノズルにはタービンに流入した高圧のガスを導けばよい。このタービンにおいても上述した形態と同様にシュラウドとハウジングとの間に高圧のガスを吹き込んでこのシュラウドとハウジングとの間にガスの層を形成できるので、シュラウドを回転させるために必要な力を低減できる。そのため、このシュラウドを回転させるためのアクチュエータを小型化できる。
【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
７  スクロール室
８  ディフューザ通路
８ａ  壁面
８ｂ  壁面
１０  シュラウド（回転部材）
１５  摺動面
１６  第１ガス噴射ノズル
１７  第２ガス噴射ノズル
１８  吸気導入通路（導入通路）
１９  ディフューザベーン
１９ａ  支持部
２０  ピボット軸（第１回転軸）
２１  駆動軸（第２回転軸）
Ａｘ  軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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