(57)【要約】【課題】ポンプ安定限界を向上させたラジアル圧縮機、及びラジアル圧縮機を備えるターボチャージャを提供する。【解決手段】このラジアル圧縮機は、動翼を備える圧縮機ロータと、ガイドベーンを備えるディフューザを収容する圧縮機ハウジングとを備える。ディフューザは、圧縮機ロータの動翼から径方向に離間する流路を、少なくとも部分ごとに区分する。ディフューザのガイドベーンは、流入端部と、流出端部と、流入端部と流出端部との間に延在する流動側面とを含む。ガイドベーンは、ディフューザが備える支持体に作用し、ディフューザによって少なくとも部分ごとに区分されている流路に突出する。ガイドベーンは、ディフューザの支持体に一体化して設けられ、流路において規定される湾曲部を形成し、湾曲部の各々の位置、すなわち、流入端部の領域、流出端部の領域、及び流入端部及び流出端部の間の領域において、曲率半径が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動翼（１２）を備える圧縮機ロータ（１１）と、
ガイドベーン（１５）を備えるディフューザ（１４）を収容する圧縮機ハウジング（１３）と、
を備え、
前記ディフューザ（１４）は、前記圧縮機ロータ（１１）の前記動翼（１２）から径方向に離間していく流路管を、少なくとも部分ごとに区分し、
前記ディフューザ（１４）の前記ガイドベーン（１５）は、流入端部（１６）と、流出端部（１７）と、前記流入端部（１６）と前記流出端部（１７）との間に延在する流動側面（１８、１９）とを含み、
前記ディフューザ（１４）の前記ガイドベーン（１５）は、前記ディフューザの備える支持体（２０）に作用し、前記ディフューザによって少なくとも部分ごとに区分されている前記流路管に突出する
ラジアル圧縮機において、
前記ディフューザ（１４）の前記ガイドベーン（１５）は、前記ディフューザ（１４）の前記支持体（２０）に一体化され、流路面において規定される湾曲部（２１）を形成し、
前記湾曲部（２１）の各々の位置、すなわち、前記流入端部（１６）の領域、前記流出端部（１７）の領域、及び前記流入端部（１６）と前記流出端部（１７）との間の領域において、前記流路面に規定された曲率半径が形成されることを特徴とする
ラジアル圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載のラジアル圧縮機であって、
前記湾曲部（２１）の各々の位置において、連続的な曲率半径（Ｒ、Ｒ１、Ｒ２）を形成していることを特徴とする
ラジアル圧縮機。
【請求項３】
請求項２に記載のラジアル圧縮機であって、
前記圧縮機ロータ（１１）の直径に対する曲率半径の比（Ｒ／Ｄ；Ｒ１／Ｄ、Ｒ２／Ｄ）は、０．０１５以上、好ましくは０．０２以上、更に好ましくは０．２５以上とされる
ことを特徴とするラジアル圧縮機。
【請求項４】
請求項２または３に記載のラジアル圧縮機であって、
前記ディフューザ（１４）の前記ガイドベーン（１５）の軸方向高さ（Ｈ）に対する曲率半径（Ｒ、Ｒ１、Ｒ２）の比（Ｒ／Ｈ、Ｒ１／Ｈ、Ｒ２／Ｈ）は、１以下とされる
ことを特徴とするラジアル圧縮機。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１項に記載のラジアル圧縮機であって、
前記湾曲部（２１）の各々の位置、すなわち、前記流入端部（１６）の領域、前記流出端部（１７）の領域、及び前記流入端部（１６）と前記流出端部（１７）の間の領域において、同じ所定の連続的な曲率半径（Ｒ）が形成される
ことを特徴とするラジアル圧縮機。
【請求項６】
請求項２から４のいずれか１項に記載のラジアル圧縮機であって、
前記湾曲部（２１）の各々の位置における曲率半径（Ｒ１、Ｒ２）は、変化する、特に前記流入端部（１６）から前記流出端部（１７）に向かって減少する
ことを特徴とするラジアル圧縮機。
【請求項７】
請求項１に記載のラジアル圧縮機であって、
前記湾曲部（２１）の各々の位置には、遷移的曲率半径が形成されており、前記曲率半径は、最小曲率半径（ＲＭＩＮ）から最大曲率半径（ＲＭＡＸ）の間の範囲で変化している
ことを特徴とするラジアル圧縮機。
【請求項８】
請求項７に記載のラジアル圧縮機であって、
前記圧縮機ロータ（１１）の直径（Ｄ）に対する最大曲率半径（ＲＭＡＸ）の比（ＲＭＡＸ／Ｄ）は、０．０１５以上、好ましくは０．０２以上、更に好ましくは０．２５以上とされる
ことを特徴とするラジアル圧縮機。
【請求項９】
請求項７または８に記載のラジアル圧縮機であって、
前記ディフューザ（１４）の前記ガイドベーン（１５）の軸方向高さ（Ｈ）に対する最小曲率半径（ＲＭＩＮ）の比（ＲＭＩＮ／Ｈ）は、１以下とされる
ことを特徴とするラジアル圧縮機。
【請求項１０】
請求項７から９のいずれか１項に記載のラジアル圧縮機であって、
前記湾曲部（２１）の各々の位置、すなわち、前記流入端部（１６）の領域、前記流出端部（１７）の領域、及び前記流入端部（１６）と前記流出端部（１７）の間の領域には、同じ遷移的曲率半径が形成される
ことを特徴とするラジアル圧縮機。
【請求項１１】
請求項７から９のいずれか１項に記載のラジアル圧縮機であって、
前記湾曲部（２１）の各々の位置に形成された前記最大曲率半径（ＲＭＡＸ）及び／又は前記湾曲部（２１）の各々の位置に形成された前記最小曲率半径（ＲＭＩＮ）は、前記流入端部から前記流出端部に向かって減少するように変化する
ことを特徴とするラジアル圧縮機。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載のラジアル圧縮機であって、
前記ディフューザ（１４）の前記ガイドベーン（１５）は、前記圧縮機ハウジング（１３）に一体化して形成される
ことを特徴とするラジアル圧縮機。
【請求項１３】
第一の媒体を膨張させるタービンと、
前記第一の媒体の膨張過程で抽出されたエネルギを用いて第二の媒体を圧縮するように構成された、ラジアル圧縮機として構成された圧縮機と、
を備え、
前記タービンは、タービンハウジングとタービンロータと、を備え、
前記ラジアル圧縮機（１０）は、圧縮機ハウジング（１３）と、前記タービンロータに軸を介して接続された圧縮機ロータとを備え、
前記ラジアル圧縮機（１０）は、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のラジアル圧縮機である
ことを特徴とするターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジアル圧縮機及びターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャは、圧縮機とタービンとを備える。ターボチャージャのタービンにおいては、第一の媒体、具体的には内燃機関からの排気ガスが膨張され、この過程で抽出されたエネルギは、ターボチャージャにおいて第二の媒体、具体的には内燃機関の給気を圧縮することに使用される。本発明は、ターボチャージャに用いられるラジアル圧縮機、及びラジアル圧縮機を備えるターボチャージャに関するものである。
【０００３】
ターボチャージャのラジアル圧縮機は、圧縮機ハウジングと圧縮機ロータとを備える。ラジアル圧縮機のロータは、軸方向の流入及び流出にさらされ、圧縮機ロータは、動翼を支持する。一般に、ハウジングは、挿入片とディフューザとを収容し、この挿入片は、ロータが備える動翼及びディフューザに至る導入管と、ロータの動翼から離間する導出管と、を少なくとも部分ごとに区分する。
【０００４】
特許文献１には、ディフューザを備えるラジアル圧縮機が開示されており、このラジアル圧縮機のディフューザは、ガイドベーンを備える。このディフューザのガイドベーンは、板状部材で構成されたディフューザの支持体に作用を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第１３４０９２０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記を鑑み、本発明は、ポンプ安定限界を向上させた新規のタイプのラジアル圧縮機、及び当該ラジアル圧縮機を備える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】
【０００７】
この目的は、請求項１に記載のラジアル圧縮機により達成される。本発明によれば、ディフューザのガイドベーンは、流路面に規定された湾曲部を形成するディフューザの支持体に一体化され、湾曲部の各々の位置、すなわち、流入端部、流出端部、及び流入端部と流出端部との間の領域において、流路面に曲率半径が規定される。このような構成により、ラジアル圧縮機のポンプ安定限界を向上させることができる。
【０００８】
第一の有利な改良点として、湾曲部の各々の位置には、連続的な曲率半径が形成されている。好ましくは、圧縮機の直径に対する曲率半径の比は、０．０１５以上であり、より好ましくは０．０２以上であり、更に好ましくは０．０２５以上である。ディフューザのガイドベーンの軸方向高さに対する各々の最小曲率半径の比は、１以下であることが好ましい。このような構成により、ラジアル圧縮機のポンプ安定限界を、より有利に向上させることができる。
【０００９】
第二の代替的な有利なさらなる改良点として、湾曲部の各々の位置には、最小曲率半径と最大曲率半径との間に遷移的曲率半径が形成される。好ましくは、圧縮機のロータの直径に対する最大曲率半径の比は０．０１５以上であり、より好ましくは０．０２以上であり、更に好ましくは０．０２５以上である。ディフューザのガイドベーンの軸方向高さに対する最小曲率半径の比は、１以下であることが好ましい。このような構成により、ラジアル圧縮機のポンプ安定限界を、より有利に向上させることができる。
【００１０】
本発明に係るターボチャージャは、請求項１２に規定される。
【００１１】
本発明の更に好ましい改良点は、従属請求項及び以下の明細書に記載されている。本発明の例示的な実施形態は、図面を参照し、より詳細に説明されるが、これに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るラジアル圧縮機の軸方向断面図である。
【図２】図１の詳細を示す図である。
【図３】図１に示す構成の、別の詳細を示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態に係るラジアル圧縮機の軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、ラジアル圧縮機、及びラジアル圧縮機を備えるターボチャージャに関するものである。本明細書において「当業者」とは、ターボチャージャの基礎的な構造を理解していることを指摘する。ここで、ターボチャージャとは、圧縮機とタービンとを備えるものであるとする。ターボチャージャのタービンにおいては、第一の媒体、具体的には排気ガスが膨張される。第一の媒体の膨張過程で抽出されたエネルギは、第二の媒体、具体的には給気の圧縮に使用される。
【００１４】
図１に、ラジアル圧縮機１０の概略断面図を示し、ラジアル圧縮機１０は、動翼１２を備える圧縮機ロータ１１と、圧縮機ハウジング１３と、を備える。圧縮機ハウジング１３は、ガイドベーン１５を備えるディフューザ１４を収容し、圧縮機ロータ１１の下流側のディフューザ１４は、径方向に延び、かつ、圧縮機ロータ１１の動翼１２から径方向に延びる／離間する流路管を部分ごとに区分する。
【００１５】
ラジアル圧縮機で圧縮される媒体は、圧縮機ロータ１１へ軸方向に流入し、この圧縮機ロータから径方向に、すなわち、ガイドベーン１５を備えるディフューザ１４を通じて流出する。
【００１６】
ディフューザ１４のガイドベーン１５の各々は、流入端部１６、流出端部１７、及び流入端部１６と流出端部１７との間に延在する流動側面１８、１９を有する。
【００１７】
ディフューザ１４のガイドベーン１５は、ディフューザ１４の板状の支持体２０に作用し、ディフューザ１４は、圧縮機ハウジング１３に、支持体２０を介して固定されている。支持体２０を起点とし、ディフューザ１４のガイドベーン１５は、圧縮機ロータ１１の下流側で径方向に延びるラジアル圧縮機１０の流路管の中に延伸する。
【００１８】
本発明において、ディフューザ１４のガイドベーン１５は、ディフューザ１４の支持体２０と一体化され、流路面に規定された湾曲部２１を形成する。
【００１９】
流路面に規定された湾曲部２１は、ディフューザ１４の支持体２０への遷移領域において、ディフューザ１４の各々のガイドベーン１５の周囲を巡り、このため、湾曲部２１は、各々のガイドベーン１５の流入端部１６の領域と各々のガイドベーン１５の流出端部１７の領域との双方に、並びに、各々のガイドベーン１５のうち流入端部１６と流出端部１７との間に延在する流動側面１８、１９に、形成される。
【００２０】
湾曲部２１の各々の位置、すなわち、流入端部１６の領域、流出端部１７の領域、及び流入端部１６と流出端部１７との間に延在する流動側面１８、１９には、所定の曲率半径Ｒが形成される。図１の例示的な実施形態では、この曲率半径Ｒは、湾曲部２１の各々の位置においても連続的である一方、さらに、同じ所定の連続的な曲率半径Ｒは、図１の例示的な実施形態において、湾曲部２１の各々の位置に形成されている。
【００２１】
本実施形態において、特に、圧縮機ロータ１１に対する曲率半径Ｒの比Ｒ／Ｄは、０．０１５以上であり、より好ましくは、０．０２以上であり、更に好ましくは、０．０２５以上であるものとする。
【００２２】
ディフューザ１４のガイドベーン１５の軸方向高さＨと曲率半径Ｒとの比Ｒ／Ｈは、１以下とされる。
【００２３】
本実施形態に係るラジアル圧縮機１０は、ディフューザ１４のガイドベーン１５とディフューザの支持体２０との間において流路側面に規定された湾曲部２１を備えており、特に全負荷領域において、ポンプ安定限界が向上することを保証する。これにより、利用可能な特性曲線幅の増加が実現される。これにより、広いモータ動作範囲をカバーすることが可能となり、かつ／または、チャージ圧力を増加することが可能となる。
【００２４】
更に、ポンプ安定限界の向上は、例えばターボチャージャの加速時等のラジアル圧縮機の負荷変動の際、動作を安定化させることを可能とする。
【００２５】
図１に示すラジアル圧縮機１０におけるディフューザ１４のガイドベーン１５の領域、すなわち、ディフューザ１４のガイドベーン１５とディフューザ１４の支持体２０との間の湾曲部２１の遷移領域の詳細を図２に示す。上述したように、図１、図２に示す例示的な実施形態において、湾曲部２１の各々の位置、すなわち、流入端部１６の領域、流出端部１７の領域、及び流入端部１６と流出端部１７との間に延在する流動側面１８、１９の領域には、同じ所定の連続的な曲率半径Ｒが形成される。
【００２６】
一方、図４は、ラジアル圧縮機１０の概略断面図を示しており、この図において、湾曲部２１の各々の位置には、所定の連続的な曲率半径がそれぞれの流路面に同様に形成されているが、湾曲部２１の各々の位置に形成された連続的な曲率半径は、変化しており、特に、流入端部１６から始まり、流出端部１７に向かう方向で減少している。
図４は、湾曲部２１において、流入端部１６には連続的な曲率半径Ｒ２が形成され、流出端部１７には連続的な曲率半径Ｒ１が形成されていることを示しており、流動側面１８、１９の領域には、流入端部１６から始まり、流出端部１７の方向に向け、各々の位置でさらなる連続的な曲率半径が形成され、この曲率半径は、流入端部１６から始まり、流出端部１７の方向に向けて減少する。
【００２７】
図１を参照して説明したＲ／Ｄの比、及びＲ／Ｈの比は、これら曲率半径のそれぞれ、すなわち、曲率半径Ｒ２及びＲ１に対しても同様に適用される。
【００２８】
特に、図１、図２及び図４に示すように、曲率半径Ｒ、Ｒ１、及びＲ２のそれぞれが湾曲部２１の各々の位置に形成されることにより、ディフューザ１４は、支持体２０にガイドベーン１５が一体化し、円弧、特に１／４円弧を形成する。
【００２９】
ラジアル圧縮機１０の他の実施形態によれば、流路面に規定された湾曲部２１の各々の位置には、流路面に規定された曲率半径が形成されており、この曲率半径は、最小曲率半径ＲＭＩＮと最大曲率半径ＲＭＡＸとの範囲内で変化しもしくは次第に変わる。当該構成を図３に示す。
【００３０】
したがって、図３に示す実施形態において、ガイドベーン１５に近接する曲率半径Ｒは、支持体２０に近接する曲率半径Ｒよりも小さい。この場合、ガイドベーン１５と支持体２０との間の湾曲部２１は、円弧の形状とはならず、楕円弧などに近い形状となる。図３の態様において、圧縮機ロータ１１に対する最大曲率半径ＲＭＡＸの比ＲＭＡＸ／Ｄは、０．０１５以上、好ましくは０．０２、更に好ましくは、０．０２５以上とされることが当てはまる。更に、ディフューザ１４のガイドベーン１５の軸方向高さＨに対する最小曲率半径ＲＭＩＮの比ＲＭＩＮ／Ｈは、１以下とされることが当てはまる。
【００３１】
本発明は、上記と逆の実施形態、すなわち、ハウジング側に最小曲率半径が形成され、動翼側に最大曲率半径が形成される態様も含む。
【００３２】
図３に示す実施形態において、湾曲部２１の各々の位置、すなわち、流入端部１６の領域、流出端部１７の領域、及び流入端部１６と流出端部１７との間に延在する流動側面１８，１９の位置において、同じ遷移的曲率半径が形成されており、それにより、湾曲部２１の各々の位置において、同じ最小曲率半径ＲＭＩＮ、最大曲率半径ＲＭＡＸ、及び同じ遷移的曲率半径が形成されるものとする。
【００３３】
しかしながら、湾曲部２１の各々の位置における最大曲率半径ＲＭＡＸは、変化する、特に、流入端部１６から始まり流出端部１７に向かって減少するようにすることも可能である。同様に、最小曲率半径ＲＭＩＮも、流入端部１６から変化する、特に、流出端部１７の方向で減少することも可能である。
【００３４】
したがって、本願発明は、ターボチャージャ用ラジアル圧縮機、及び当該ラジアル圧縮機を備えるターボチャージャを提案することを目的としており、このラジアル圧縮機のディフューザのガイドベーン１５は、流路面に規定された湾曲部２１を用いて、ディフューザ１４の支持体２０に一体化され、その結果、特に全負荷領域において安定限界が向上する。これにより、利用可能な特性曲線幅を拡大することが可能となり、その結果、モータ可動範囲の向上及び／またはチャージ圧力の増加を実現することが可能となる。更に、ポンプ安定限界の向上は、ラジアル圧縮機の負荷変動の際、堅牢な機能性を増加させることを可能とする。
圧縮機ロータ１１が損傷した際、ディフューザ１４の支持体２０がシーリングとして機能し、力とモーメントとを吸収でき、これにより、ラジアル圧縮機１０の格納安全性がより向上する。ガイドベーン１５がディフューザ１４の支持体２０に一体化する個所の湾曲部２１は、ディフューザ１４の支持体２０のように径方向に延びる流路の同じ側に位置している。このため、ディフューザ１４の支持体２０を介した経線方向の適合に効果が得られる。このような経線方向の適合を提供する別個の補償構成要素は省略しうる。このため、構成要素の点数を最小化することができ、累積誤差を減少させることができる。
【００３５】
これにより、本願発明は、ターボチャージャハウジングに一体化された静翼、及び挿入部材として用いられる態様の双方に適用可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ラジアル圧縮機
１１  圧縮機ロータ
１２  動翼
１３  圧縮機ハウジング
１４  ディフューザ
１５  ガイドベーン
１６  流入端部
１７  流出端部
１８  流動側面
１９  流動側面
２０  支持体
２１  湾曲部
Ｄ  直径
Ｈ  軸方向高さ
Ｒ  曲率半径
Ｒ１  曲率半径
Ｒ２  曲率半径
ＲＭＩＮ  最小曲率半径
ＲＭＡＸ  最大曲率半径
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018119549.tif 000005
【図４】
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【外国語明細書】
2018119549000001.pdf