(57)【要約】【課題】従来よりも広い流量範囲においてコンプレッサを安定に動作させつつコンプレッサの効率の低下を抑制することが可能な内燃機関用ターボ過給機を提供する。【解決手段】複数の翼２ａが周方向に設けられたコンプレッサホイール２と、コンプレッサホイール２が収容されるホイール収容室５が内部に設けられたコンプレッサハウジング３とを有し、ホイール収容室５には、コンプレッサホイール２の径方向外側に複数のベーン１０が周方向に所定間隔で並べて設けられているコンプレッサ１を備えた内燃機関用ターボ過給機Ｔにおいて、各ベーン１０は、それらの並び方向の幅を第１所定値Ｗ１とそれより大きい第２所定値Ｗ２との間で変更可能なように弾性体で形成された変形部１２と、変形部１２の幅を第１所定値Ｗ１と第２所定値Ｗ２との間で操作する操作軸１５とをそれぞれ備えている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の翼が周方向に設けられたコンプレッサホイールと、前記コンプレッサホイールが収容されるホイール収容室が内部に設けられたコンプレッサハウジングと、を有し、前記ホイール収容室には、前記コンプレッサホイールの径方向外側に複数のベーンが周方向に所定間隔で並べて設けられているコンプレッサを備えた内燃機関用ターボ過給機において、
各ベーンは、それらの並び方向の幅を第１所定値と前記第１所定値より大きい第２所定値との間で変更可能なように弾性体で形成された変形部と、前記変形部の幅を前記第１所定値と前記第２所定値との間で操作する操作部材と、をそれぞれ備えている内燃機関用ターボ過給機。
【請求項２】
前記変形部は、その内部にベーンに沿って延びるように設けられ、かつ前記コンプレッサホイール側の一端を中心として前記複数のベーンの並び方向に開閉可能な一対の板部材を有し、
前記操作部材は、前記一対の板部材の間に配置されて前記一対の板部材を開閉する請求項１に記載の内燃機関用ターボ過給機。
【請求項３】
各ベーンの前記コンプレッサホイール側の端部には、前記コンプレッサホイールを向く先端が尖った金属製のリーディングエッジ部がそれぞれ設けられている請求項１又は２に記載の内燃機関用ターボ過給機。
【請求項４】
各ベーンの前記操作部材をそれぞれ駆動する駆動手段と、前記内燃機関の回転数が低いほど各ベーンの前記変形部の幅がそれぞれ大きくなるように前記駆動手段を制御する制御手段と、をさらに備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用ターボ過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンプレッサホイールの周囲に複数のベーンが設けられているコンプレッサを備えた内燃機関用ターボ過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンプレッサホイール（コンプレッサロータとも呼ばれる。）の周囲にディフューザとして複数のベーンが設けられたコンプレッサを備えた内燃機関用ターボ過給機が知られている。このようなターボ過給機において各ベーンをそれぞれ回転可能とし、内燃機関の吸気量に応じて各ベーンを回転させて各ベーン間の隙間の大きさを変更するものが知られている（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、３が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１６３６９１号公報
【特許文献２】特開平８−２５４１２７号公報
【特許文献３】実開昭６１−１８６７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のターボ過給機のようにベーンを回転させるとコンプレッサホイールから流出したガスの流れ方向とベーンの取り付け角度との間に乖離が生じるおそれがある。そして、この乖離が大きいとガスの流れがベーンから剥離して、コンプレッサの効率が低下するおそれがある。例えば、流量が少ない場合は各ベーン間の隙間を小さくするために各ベーンを閉じ側に回転させてこれらのベーンを寝かせる。そのため、このような場合にガスの流れがベーンから剥離し易くなる。
【０００５】
そこで、本発明は、従来よりも広い流量範囲においてコンプレッサを安定に動作させつつコンプレッサの効率の低下を抑制することが可能な内燃機関用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】
本発明の内燃機関用ターボ過給機は、複数の翼が周方向に設けられたコンプレッサホイールと、前記コンプレッサホイールが収容されるホイール収容室が内部に設けられたコンプレッサハウジングと、を有し、前記ホイール収容室には、前記コンプレッサホイールの径方向外側に複数のベーンが周方向に所定間隔で並べて設けられているコンプレッサを備えた内燃機関用ターボ過給機において、各ベーンは、それらの並び方向の幅を第１所定値と前記第１所定値より大きい第２所定値との間で変更可能なように弾性体で形成された変形部と、前記変形部の幅を前記第１所定値と前記第２所定値との間で操作する操作部材と、をそれぞれ備えている（請求項１）。
【０００７】
本発明のターボ過給機によれば、各ベーンの変形部の幅をそれぞれ変更できるので、コンプレッサホイールに対するベーンの取り付け角度を変化させることなく各ベーン間の隙間の大きさを変えることができる。そのため、コンプレッサホイールから流出したガスの流れ方向とベーンの取り付け角度との間の乖離を抑制しつつ各ベーン間の隙間の大きさを変えることができる。これにより、例えばコンプレッサに流入するガスの流量が減少して各ベーン間の隙間を小さくする場合でも、コンプレッサホイールから流出したガスの流れ方向とベーンの取り付け角度との間の乖離を抑制してコンプレッサの効率が低下することを抑制できる。従って、従来よりも広い流量範囲においてコンプレッサを安定に動作させつつコンプレッサの効率の低下を抑制できる。
【０００８】
本発明の内燃機関用ターボ過給機の一形態において、前記変形部は、その内部にベーンに沿って延びるように設けられ、かつ前記コンプレッサホイール側の一端を中心として前記複数のベーンの並び方向に開閉可能な一対の板部材を有し、前記操作部材は、前記一対の板部材の間に配置されて前記一対の板部材を開閉してもよい（請求項２）。このように一対の板部材を開閉させることにより、変形部の側面の一部のみが幅方向に突出することを防止できる。そのため、コンプレッサホイールから流出したガスの流れ方向とベーンの取り付け角度との間の乖離をさらに抑制できる。
【０００９】
本発明の内燃機関用ターボ過給機の一形態において、各ベーンの前記コンプレッサホイール側の端部には、前記コンプレッサホイールを向く先端が尖った金属製のリーディングエッジ部がそれぞれ設けられていてもよい（請求項３）。この場合、リーディングエッジ部によってコンプレッサホイールから流出したガスをベーン間に速やかに導入することができる。
【００１０】
本発明の内燃機関用ターボ過給機の一形態においては、各ベーンの前記操作部材をそれぞれ駆動する駆動手段と、前記内燃機関の回転数が低いほど各ベーンの前記変形部の幅がそれぞれ大きくなるように前記駆動手段を制御する制御手段と、をさらに備えていてもよい（請求項４）。周知のように内燃機関の回転数が低くなるほど吸入空気量は減少するので、コンプレッサに流入する吸気の量が減少する。そこで、内燃機関の回転数が低いほど各ベーンの変形部の幅を大きくして各ベーン間の隙間を小さくする。これにより、低流量時におけるコンプレッサのサージングを抑制できるので、コンプレッサを安定に運転できる。一方、内燃機関の回転数が高くなって吸入空気量が増加した場合は各ベーンの変形部の幅を小さくして各ベーン間の隙間を大きくするので、これらベーンが吸気の流れ抵抗になることを抑制できる。
【発明の効果】
【００１１】
以上に説明したように、本発明の内燃機関用ターボ過給機によれば、各ベーンの変形部の幅をそれぞれ変更できるので、コンプレッサホイールに対するベーンの取り付け角度を変化させることなく各ベーン間の隙間の大きさを変えることができる。そのため、従来よりも広い流量範囲においてコンプレッサを安定に動作させつつコンプレッサの効率の低下を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１及び図２は、本発明の一形態に係るターボ過給機のコンプレッサを示している。なお、図１は図２の矢印Ｉ方向から見たコンプレッサ１の内部を示し、図２は図１のII−II線におけるコンプレッサ１の断面を示している。このターボ過給機Ｔは、コンプレッサ１が吸気通路に設けられ、不図示のタービンが排気通路に設けられるように内燃機関に取り付けられる。そして、内燃機関の排気にてタービンが回転駆動され、そのタービンにてコンプレッサ１が回転駆動される。これにより、コンプレッサ１で吸気圧を高め、内燃機関を過給する。
【００１３】
図１及び図２に示したようにコンプレッサ１は、コンプレッサホイール２と、そのコンプレッサホイール２を収容するコンプレッサハウジング３とを備えている。コンプレッサホイール２には、複数の翼２ａが周方向に設けられている。コンプレッサハウジング３は、入口部４（図２参照）と、入口部４と通じるホイール収容室５と、ホイール収容室５と通じる出口部６（図１参照）とを備えている。コンプレッサホイール２は、ホイール収容室５に回転軸線Ａｘ回りに回転自在に収容されている。図１に示したようにホイール収容室５は、コンプレッサホイール２とホイール収容室５の内面５ａとの間に渦巻き状のスクロール部７が設けられるように形成されている。これらの部分は、内燃機関に取り付けられる周知のターボ過給機のコンプレッサと同じでよい。そのため、これらの詳細な説明は省略する。
【００１４】
図１及び図２に示したようにコンプレッサホイール２の径方向外側には、複数のディフューザベーン（以下、ベーンと略称する。）１０が設けられている。これら複数のベーン１０は、ホイール収容室５に設けられ、コンプレッサホイール２の周囲に周方向に所定間隔で並べて配置されている。図３は、ベーン１０を拡大して示した図である。ベーン１０は、そのコンプレッサホイール２側の端部に設けられるリーディングエッジ部１１と、そのリーディングエッジ部１１の外側に取り付けられる変形部１２とを備えている。図３に示したようにリーディングエッジ部１１は、コンプレッサホイール２を向く先端が尖っており、金属で形成されている。リーディングエッジ部１１は、コンプレッサハウジング３に移動不能に固定されている。
【００１５】
変形部１２は、弾性体で形成されている。そして、変形部１２は、その外周の形状を変えることが可能なようにコンプレッサハウジング３に固定されていない。この図に示したように変形部１２には、ベーン１０の長さ方向に沿った長孔１２ａが設けられている。長孔１２ａには、リーディングエッジ部１１側の一端を支点１３ａとして開閉可能な板部材としての一対の金属プレート１３が設けられている。この図に示したようにこれら一対の金属プレート１３は、中央部分がそれぞれ外側に膨らんでいる。これにより、一対の金属プレート１３間に楕円状の挿入孔１４が形成されている。この挿入孔１４には、操作部材としての操作軸１５が挿入される。操作軸１５は、その断面が挿入孔１４とほぼ同じ大きさの楕円状に形成されている。また、操作軸１５は、コンプレッサハウジング３に自転可能に支持されている。なお、図２に示したように操作軸１５の一端は、コンプレッサハウジング３の外側に突出している。操作軸１５を左右に自転させることにより一対の金属プレート１３を開閉することができる。
【００１６】
図４は、操作軸１５を図３に示した位置から９０°回転させて一対の金属プレート１３を開けた状態のベーン１０を示している。なお、図４には比較例として一対の金属プレート１３が閉じている状態、すなわち図３に示した状態のベーン１０を破線で示した。上述したように変形部１２は弾性体で形成されているので、操作軸１５を自転させて一対の金属プレート１３を開閉することにより、一対の金属プレート１３が閉じているときの第１所定値Ｗ１と一対の金属プレート１３が開いているときの第２の所定値Ｗ２との間で変形部１２の幅を変更することができる。なお、図３に示したように操作軸１５の断面の長軸と挿入孔１４の長軸とが重なる状態において一対の金属プレート１３が最も閉じるため、このときの第１所定値Ｗ１が変形部１２の幅の最小値となる。一方、図４に示したように操作軸１５の断面の長軸と挿入孔１４の長軸とが直交する状態において一対の金属プレート１３が最も開くので、このときの第２所定値Ｗ２が変形部１２の幅の最大値となる。なお、以上では１つのベーン１０について説明してきたが、コンプレッサ１に設けられている他のベーン１０も同じである。上述したように変形部１２は、ベーン１０の並び方向の幅を変更可能である。そのため、各ベーン１０の幅を変更することにより、各ベーン１０間の隙間Ｓの大きさを変更することができる。
【００１７】
コンプレッサハウジング３の外側に突出している各操作軸１５の一端には、リンク機構１６ａを介してそれら操作軸１５を回転駆動する駆動手段としてのアクチュエータ１６が取り付けられている。アクチュエータ１６は、複数の操作軸１５で共用される。アクチュエータ１６の動作は、制御手段としての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、内燃機関に設けられた各種のセンサの出力信号に基づいて内燃機関の運転状態を制御する周知のものである。ＥＣＵ２０には、例えば内燃機関のクランク軸の回転速度に対応する信号を出力するクランク角センサ２１が接続されている。
【００１８】
周知のように内燃機関の回転数が高くなるほど吸入空気量が増加する。そのため、内燃機関の回転数が高い場合は、コンプレッサ１のベーン１０間の隙間を大きくする必要がある。一方、内燃機関の回転数が低い場合は吸入空気量が少なくなる。この場合、コンプレッサ１がサージ限界近傍で運転されるので、コンプレッサ１のベーン１０間の隙間を小さくして流量を絞る必要がある。そこで、ＥＣＵ２０は、内燃機関の回転数が低いほど各ベーン１０の変形部１２の幅が大きくなるようにアクチュエータ１６の動作を制御する。この制御は、例えば図５に一例を示したマップを参照して行えばよい。図５は、内燃機関の回転数と変形部１２の幅との関係の一例を示している。なお、この図に示した関係は、予め実験などにより求めてＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶させておけばよい。この図５に基づいて変形部１２の幅を変更することにより、内燃機関の回転数が低く吸入空気量が少ない場合は各ベーン１０間の隙間Ｓを小さくし、内燃機関の回転数が高く吸入空気量が多い場合は各ベーン１０間の隙間Ｓを大きくすることができる。
【００１９】
本発明のターボ過給機Ｔによれば、各ベーン１０の幅をそれぞれ変更できるので、コンプレッサホイール２に対するベーン１０の取り付け角度を変化させることなく各ベーン１０間の隙間Ｓの大きさを変えることができる。そのため、ベーン１０からの流れの剥離を抑制し、コンプレッサ１の効率が低下することを十分に抑制することができる。また、内燃機関の回転数が低い場合は変形部１２の幅を大きくしてベーン１０間の隙間Ｓを狭くするので、吸気の流量を絞ってコンプレッサ１のサージングを抑制することができる。そのため、コンプレッサを安定に動作させることができる。一方、内燃機関の回転数が高い場合は変形部１２の幅を小さくしてベーン１０間の隙間Ｓを広げるので、吸気の流れ抵抗を低減できる。そのため、コンプレッサの効率の低下を抑制できる。このように本発明のターボ過給機Ｔによれば、広い流量範囲においてコンプレッサ１を安定に動作させつつコンプレッサ１の効率の低下を抑制できる。
【００２０】
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、変形部の幅を変更するために用いるパラメータは内燃機関の回転数に限定されない。例えば、コンプレッサの作動点は、吸入空気量と過給圧にて特定できるので、これらに基づいて変形部の幅を変更してもよい。アクチュエータと各操作軸とを接続する機構はリンク機構に限定されず、複数の歯車で動力を伝達してもよい。変形部の形状は上述した形状に限定されない。ベーンの並び方向の幅を変更可能であり、かつコンプレッサホイールから流出したガスを案内することが可能な形状であればよい。また、変形部を変形させる操作部材は断面が楕円状の操作軸に限定されない。変形部を幅方向に広げることが可能な種々の部材が操作部材として設けられてよい。例えば、変形部に押し込むことによって変形部を幅方向に押し広げる楔状の操作部材を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一形態に係るターボ過給機のコンプレッサを示す図。
【図２】図１のII−II線におけるコンプレッサの断面を示す図。
【図３】ベーンを拡大して示す図。
【図４】変形部を広げた状態のベーンを示す図。
【図５】内燃機関の回転数とベーンの変形部の幅との関係の一例を示す図。
【符号の説明】
【００２２】
１  コンプレッサ
２  コンプレッサホイール
２ａ  翼
３  コンプレッサハウジング
５  ホイール収容室
１０  ベーン
１１  リーディングエッジ部
１２  変形部
１３  金属プレート（板部材）
１５  操作軸（操作部材）
１６  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）
Ｔ  ターボ過給機
Ｗ１  第１所定値
Ｗ２  第２所定値
【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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