(57)【要約】【課題】簡易な構造でありながら小流量及び大流量における効率の低下を抑制することができるコンプレッサ及びそれを備えた内燃機関のターボチャージャを提供する。【解決手段】徐々に流路面積を拡大させながら渦巻き状に延びるスクロール部２Ａが設けられたコンプレッサ１は、スクロール部２Ａの渦巻きの始まりである開始部７に設けられ、スクロール部２Ａの内壁１０の一部を覆う弾性膜１１と、弾性膜１１が内壁１０との間に形成する空間１２とスクロール部２Ａの渦巻きの終わりである出口通路８とを接続する連通路１５と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
徐々に流路面積を拡大させながら渦巻き状に延びるスクロール部が設けられたコンプレッサにおいて、
前記スクロール部の渦巻きの始まりである開始部に設けられ、前記スクロール部の内壁の一部を覆う弾性膜と、前記弾性膜が内壁との間に形成する空間と前記スクロール部の渦巻きの終わりである出口通路とを接続する連通路と、を備えることを特徴とするコンプレッサ。
【請求項２】
請求項１に記載のコンプレッサが組み込まれ、前記コンプレッサに設けられたコンプレッサホイールを内燃機関の排気通路に設けられたタービンで駆動する内燃機関のターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、徐々に流路面積を拡大させながら渦巻き状に延びるスクロール部が設けられたコンプレッサ及びそれを備えた内燃機関のターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
スクロールの上流部に可動ブロックが設けられ、流量に応じてこの可動ブロックを移動させることによりスクロールの流路面積を変化させるコンプレッサが知られている（特許文献１）。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及び３が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−１４５９４６号公報
【特許文献２】特開昭６３−１０８５２４号公報
【特許文献３】特開昭６２−１５９７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スクロール部の流路断面積を小流量時に対応させて相対的に小さく形成すると大流量時の効率が低下し、大流量時に対応させて相対的に大きく形成すると小流量時の効率が低下してしまう。特許文献１のコンプレッサでは、流量に応じて可動ブロックを移動させてスクロール部の流路断面積を変化させている。しかし、この場合、可動ブロックを移動させるための機構や流量に応じて可動ブロックの移動制御が必要となるため、構造が複雑となり、コンプレッサが大型化してしまう。また、可動ブロックの移動により流路に段差が形成されるので、可動ブロックの無いハウジングと比べて作動域によっては効率の低下を招いてしまう場合がある。
【０００５】
そこで、本発明は、簡易な構造でありながら小流量及び大流量における効率の低下を抑制することができるコンプレッサ及びそれを備えた内燃機関のターボチャージャ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】
本発明のコンプレッサは、徐々に流路面積を拡大させながら渦巻き状に延びるスクロール部が設けられたコンプレッサにおいて、前記スクロール部の渦巻きの始まりである開始部に設けられ、前記スクロール部の内壁の一部を覆う弾性膜と、前記弾性膜が内壁との間に形成する空間と前記スクロール部の渦巻きの終わりである出口通路とを接続する連通路と、を備えている（請求項１）。
【０００７】
このコンプレッサによれば、連通路によって弾性膜が内壁との間に形成する空間とスクロール部の出口通路とが接続される。これにより、弾性膜が内壁との間に形成する空間の圧力、つまり、弾性膜の内側の圧力は出口通路と同じ圧力となるので、弾性膜の外側と内側との間で生じる圧力差に応じて弾性膜の内側の空間が膨張又は収縮して開始部の流路面積を変化させる。弾性膜の外側と内側との間で生じる圧力差は小流量の場合に大きくなり、大流量の場合に小さくなるので、弾性膜の内側の空間は小流量の場合に大きく、大流量の場合に小さくなる。つまり、開始部の流路面積は小流量の場合に小さく、大流量の場合に大きくなる。従って、弾性膜の外側と内側との間の圧力差を利用して開始部の流路面積を小流量の場合に小さくし、大流量の場合に大きくすることができるので、簡易な構造でありながら小流量及び大流量における効率の低下を抑制することができる。
【０００８】
本発明の内燃機関のターボチャージャは、上記のコンプレッサが組み込まれ、前記コンプレッサに設けられたコンプレッサホイールを内燃機関の排気通路に設けられたタービンで駆動する（請求項２）。タービンは排気によって駆動されるので、ターボチャージャのコンプレッサは排気の量、つまり、内燃機関の運転状態に応じて流量が変化する。このターボチャージャによれば、上記コンプレッサが組み込まれているので、流量の変化に対応して流路面積を変化させることにより小流量及び大流量におけるコンプレッサ効率の低下を抑制することができる。従って、内燃機関に対する効率的な過給を実現できる。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したように、本発明によれば、弾性膜の外側と内側との間の圧力差を利用して開始部の流路面積を小流量の場合に小さくし、大流量の場合に大きくすることができるので、簡易な構造でありながら小流量及び大流量における効率の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の一形態に係るコンプレッサ１のスクロール部２Ａを模式的に示した説明図である。コンプレッサ１は内燃機関に搭載されるターボチャージャに組み込まれ、スクロール部２Ａを介して吸気を機関本体に供給する。詳細は図示を省略したが、このターボチャージャはコンプレッサ１の中央４に設けられたコンプレッサホイールと、このコンプレッサホイールと同軸に接続されたタービンとを備えており、タービンは内燃機関の排気通路に設けられ、排気によって駆動される。そして、排気によって駆動されたタービンによって同軸に接続されたコンプレッサホイールが駆動され、このコンプレッサホイールの回転により外気である空気がスクロール部２Ａに導入される。図１の矢印５はスクロール部２Ａに導入された空気の流れを示している。
【００１１】
スクロール部２Ａは流路面積の小さい開始部７から流路面積の大きい出口通路８に向かって徐々に流路面積を拡大させながら渦巻き状に延びている。そして、開始部７の端部は出口通路８に接続されており、スクロール部２Ａに導入された空気が出口通路８から開始部７に流れて循環することも可能に構成されている。コンプレッサ１の中央４には不図示のコンプレッサホイールが設けられており、コンプレッサホイールの回転に伴って中央４から空気が導入される。スクロール部２Ａの開始部７には内壁１０の一部を覆う弾性膜１１が設けられている。弾性膜１１の内側には弾性膜１１と内壁１０とによって密閉された空間１２が形成される。空間１２と出口通路８とは連通路１５を介して接続されている。
【００１２】
弾性膜１１は何ら力が加わっていない状態では内壁１０に張り付き、開始部７の流路面積を最大にするように構成されている。一方、空間１２は出口通路８と連通路１５により接続されているので、弾性膜１１の内側の空間１２と外側の流路との間に圧力差が生じ得る。この圧力差によって空間１２の容積が変化し、弾性膜１１を伸縮させる。図１では、弾性膜１１の内側の空間１２が膨張しようとする力と、弾性膜１１が元の内壁１０に張り付く状態に戻ろうとする弾性力とが釣り合った状態を示している。
【００１３】
図２は、従来のコンプレッサに設けられるスクロール部２Ｂを模式的に示した説明図である。図１と共通する構成には図２に同一符号を付して説明を省略する。スクロール部２Ｂを流れる空気の流量が小流量の場合には開始部７の圧力が出口通路８の圧力よりも低くなる。このため、図２のコンプレッサでは内部の空気の流量が小流量の場合には空気が出口通路８から開始部７へ流れ、太い矢印１６で示した循環が促進される。
【００１４】
図３は、図２に示すコンプレッサにおいて内部に導入された空気の流量と圧力比との関係を示した図である。図３の直線１７はサージラインを、直線１７から延びる曲線１８、１９はいずれも等回転ラインを、破線２０は作動線を、それぞれ示している。流量が少ないサージライン近くの作動域ＡＲ１では導入された空気の循環によりコンプレッサ効率が低下するので導入された空気の循環が無い方がコンプレッサ効率は高くなる。一方、流量が多いチョーク流量近くの作動域ＡＲ２では導入された空気の循環によりコンプレッサ効率が高くなるので導入された空気の循環が無いとコンプレッサ効率は低下してしまう。図２に示す従来のコンプレッサでは、流量が少ない場合に循環が促進されてしまうので、図３に示すようなサージラインと作動線との関係となり、サージライン近くの作動域ＡＲ１でコンプレッサ効率の低下を招いてしまう。
【００１５】
図１に示す形態によれば、連通路１５によって弾性膜１１と内壁１０との間に形成される空間１２と出口通路８とが接続され、弾性膜１１の内側に形成される空間１２の圧力と出口通路８の圧力とが同じ圧力になる。弾性膜１１の内側の空間１２と外側の流路との間の圧力差に応じて弾性膜１１内側の空間１２が膨張し、容積は変化する。このため、弾性膜１１外側の流路の圧力と出口通路８の圧力との間の圧力差が大きくなる小流量の領域ＡＲ１では空間１２の容積が大きくなり開始部７の流路面積が小さくなる。これにより、図３に示すサージラインが想像線で示すように図３の左上方向に移動するので効率の低下が抑制される。つまり、小流量の領域ＡＲ１においてコンプレッサ１内の空気の循環が抑制されることにより小流量の領域における効率の低下を防止することができる。
【００１６】
一方、開始部７における弾性膜１１の外側に形成される流路の圧力と出口通路８における圧力とが等しいか、その圧力差によって空間１２が膨張する力より弾性膜１１の弾性力の方が大きい場合には、弾性膜１１は内壁１０に張り付く。スクロール部２Ａを流れる空気の流量が大流量になるに従って開始部７の圧力と出口通路８の圧力との差は小さくなるので、空気の流量が大流量の領域ＡＲ２では開始部７における弾性膜１１の外側と内側の圧力差が小さくなり開始部７の流路面積が最大になる。これにより、図３に示すサージラインと作動線との関係となり、コンプレッサ１内の空気の循環が促進される。つまり、大流量の領域ＡＲ２においてコンプレッサ１内の空気の循環が促進されることにより大流量の領域における効率の低下を防止することができる。即ち、この形態によれば、吸気の流量が小流量の領域ＡＲ１では吸気の循環が抑制される一方で、吸気の流量が大流量の領域ＡＲ２では吸気の循環が促進される。従って、簡易な構造でありながら小流量領域及び大流量領域における効率の低下を抑制することができる。また、簡易な構造なので、コンプレッサ１の大型化を抑制することができる。
【００１７】
但し、本発明は上述の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施できる。上述の形態では、コンプレッサ１が内燃機関に搭載されるターボチャージャに組み込まれているが、このような構成に限定されるものではない。例えば、コンプレッサ１はスーパーチャージャに組み込まれていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一形態に係るコンプレッサのスクロール部を模式的に示した説明図。
【図２】従来のコンプレッサに設けられるスクロール部を模式的に示した説明図。
【図３】図２のコンプレッサにおける導入された空気の流量と圧力比との関係を示す図。
【符号の説明】
【００１９】
１  コンプレッサ
２Ａ  スクロール部
７  開始部
８  出口通路
１０  内壁
１１  弾性膜
１２  空間
１５  連通路
【図１】
2010138752.tif 000003
【図２】
2010138752.tif 000004
【図３】
2010138752.tif 000005