(57)【要約】【課題】バネの弾性力を強めることなく可動ベーンの応答性を向上させることが可能な遠心圧縮機を提供する。【解決手段】インペラ４の出口側４ａからスクロール６に通じるディフューザ部７を備えた遠心圧縮機２Ａにおいて、ピストン部１２及びベーン部１３を有し、かつベーン部１３がディフューザ部７を形成する壁面７ａから突出する突出位置Ｐ１とベーン部１３が壁面７ａ内に収容される格納位置Ｐ２との間で移動可能なようにピストン部１２が壁面７ａ内の格納室１７内に往復動自在に設けられた可動ベーン１１と、可動ベーン１１を突出位置Ｐ１側に付勢するコイルバネ１９と、格納室１７内を減圧可能な減圧装置２０とを備え、可動ベーン１１には、ディフューザ部７と格納室１７内とが通じるようにディフューザ部７に開口する第１開口部１８ａと、格納室１７に開口する第２開口部１８ｂとを有する連通路１８が設けられている。【選択図】図３
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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、前記インペラの出口側から前記スクロールに通じる通路空間として設けられたディフューザ部と、を備えた遠心圧縮機において、
ピストン部及び前記ピストン部に固定されたベーン部を有し、かつ前記ベーン部が前記ディフューザ部を横切るように前記ディフューザ部を形成する壁面から突出する突出位置と前記ベーン部が前記壁面内に収容される格納位置との間で移動可能なように前記ピストン部が前記壁面内に設けられた格納室内に往復動自在に設けられた可動ベーンと、前記格納室内に設けられて前記可動ベーンが前記突出位置に移動するように前記可動ベーンを付勢する付勢手段と、前記可動ベーンが前記格納位置に移動するように前記格納室内を減圧可能な減圧手段と、を備え、
前記可動ベーン及び前記壁面の少なくともいずれか一方には、前記ディフューザ部と前記格納室内とが通じるように前記ディフューザ部に開口する第１開口部と、前記格納室に開口する第２開口部と、を有する連通路が設けられている遠心圧縮機。
【請求項２】
前記連通路が前記可動ベーンに設けられ、
前記連通路には、前記ピストン部の外面のうち前記可動ベーンが移動する際に前記格納室の内面と接する摺動面に開口するガス供給部が設けられている請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記格納室内には、前記可動ベーンが前記格納位置に移動した場合に前記連通路の前記第２開口部を塞ぐ栓部材が設けられている請求項２に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記減圧手段は、前記格納室に一端が開口し、他端が所定の負圧源と接続された減圧通路を備え、
前記格納室内には、前記可動ベーンが前記格納位置に移動した場合に前記可動ベーンと接触し、前記格納室内に形成されて前記減圧通路と接続される減圧空間を前記格納室内の残りの空間に対してシールするシール部材が設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出没式の可動ベーンがディフューザ部に設けられた遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディフューザ部に突出する突出位置とディフューザ壁内に設けた格納室内に収容される格納位置との間で移動可能な可動ベーンがディフューザ部に設けられた遠心圧縮機が知られている。例えば、格納室内を可動ベーンが取り付けられた仕切り部材で２つの空間に仕切り、それら２つの空間の圧力差及び一方の空間内に設けたバネで仕切り部材を動かして可動ベーンを他方の空間内に収容したりその可動ベーンをディフューザ部に突出させたりする遠心圧縮機が知られている（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２００１−３２９９９６号公報
【特許文献２】特開平０９−１００７９９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の遠心圧縮機では、バネの弾性力を強くすることにより可動ベーンを突出させる際の応答性を向上させることができる。しかしながら、可動ベーンを収容する際はこのバネに抗して可動ベーンを動かす必要があるため、収容時の応答性が低下するおそれがある。この収容時の応答性を維持するためには、より強い負圧を発生させることが可能な負圧源を用意する必要がある。
【０００５】
そこで、本発明は、バネの弾性力を強めることなく可動ベーンの応答性を向上させることが可能な遠心圧縮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、前記インペラの出口側から前記スクロールに通じる通路空間として設けられたディフューザ部と、を備えた遠心圧縮機において、ピストン部及び前記ピストン部に固定されたベーン部を有し、かつ前記ベーン部が前記ディフューザ部を横切るように前記ディフューザ部を形成する壁面から突出する突出位置と前記ベーン部が前記壁面内に収容される格納位置との間で移動可能なように前記ピストン部が前記壁面内に設けられた格納室内に往復動自在に設けられた可動ベーンと、前記格納室内に設けられて前記可動ベーンが前記突出位置に移動するように前記可動ベーンを付勢する付勢手段と、前記可動ベーンが前記格納位置に移動するように前記格納室内を減圧可能な減圧手段と、を備え、前記可動ベーン及び前記壁面の少なくともいずれか一方には、前記ディフューザ部と前記格納室内とが通じるように前記ディフューザ部に開口する第１開口部と、前記格納室に開口する第２開口部と、を有する連通路が設けられている（請求項１）。
【０００７】
本発明の遠心圧縮機によれば、連通路によってディフューザ部と格納室内とが通じているので、ディフューザ部の高圧のガスを格納室内に導入できる。そのため、可動ベーンを突出位置に移動させる際に減圧手段によって減圧されていた格納室内の圧力を速やかにディフューザ部の圧力に近付けることができる。従って、バネの弾性力を強めることなく可動ベーンを突出位置に移動させる際の応答性を向上させることができる。
【０００８】
本発明の遠心圧縮機の一形態においては、前記連通路が前記可動ベーンに設けられ、前記連通路には、前記ピストン部の外面のうち前記可動ベーンが移動する際に前記格納室の内面と接する摺動面に開口するガス供給部が設けられていてもよい（請求項２）。この場合ディフューザ部の高圧のガスをピストン部の摺動面と格納室の内面との間に供給することができるので、ピストン部と格納室の内面との間の摩擦を低減できる。そのため、可動ベーンの応答性をさらに向上させることができる。
【０００９】
この形態において、前記格納室内には、前記可動ベーンが前記格納位置に移動した場合に前記連通路の前記第２開口部を塞ぐ栓部材が設けられていてもよい（請求項３）。この場合、可動ベーンが格納位置に移動した後は連通路を介して格納室内にガスが導入されることを防止できる。そのため、可動ベーンを格納位置に維持するときの減圧手段の負荷を軽減できる。
【００１０】
本発明の遠心圧縮機の一形態において、前記減圧手段は、前記格納室に一端が開口し、他端が所定の負圧源と接続された減圧通路を備え、前記格納室内には、前記可動ベーンが前記格納位置に移動した場合に前記可動ベーンと接触し、前記格納室内に形成されて前記減圧通路と接続される減圧空間を前記格納室内の残りの空間に対してシールするシール部材が設けられていてもよい（請求項４）。この形態では、可動ベーンが格納位置に移動した場合に減圧空間が格納室内の残りの空間に対してシールされるので、この減圧空間内にガスが漏れ込むことを抑制できる。そのため、可動ベーンを格納位置に維持するときの減圧手段の負荷をさらに軽減できる。
【発明の効果】
【００１１】
以上に説明したように、本発明の遠心圧縮機によれば、連通路によってディフューザ部と格納室内とが通じているので、可動ベーンを突出位置に移動させる際に格納室内の圧力を速やかにディフューザ部の圧力に近付けることができる。そのため、バネの弾性力を強めることなく可動ベーンを突出位置に移動させる際の応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の形態に係る遠心圧縮機が組み込まれたターボ過給機の要部を示す図。
【図２】図１の遠心圧縮機を分解して示す図。
【図３】ディフューザ部の周囲を拡大して示す図。
【図４】可動ベーンが格納位置に移動した場合のディフューザ部の周囲を拡大して示す図。
【図５】可動ベーンの一部を軸線方向から見た図。
【図６】本発明の第２の形態に係る遠心圧縮機のディフューザ部の周囲を拡大して示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る遠心圧縮機が組み込まれた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、不図示の内燃機関を過給するためのものである。ターボ過給機１は、不図示のタービンを有し、そのタービンによってこの遠心圧縮機２Ａを駆動するように構成されている。遠心圧縮機２Ａは、複数の翼３が周方向に設けられたインペラ４と、インペラ４を内部に収容するとともにインペラ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、インペラ４の外周に配置される渦巻き状のスクロール６と、インペラ４の出口側４ａとスクロール６とを通じる通路空間としてのディフューザ部７とが設けられている。この図に示すようにディフューザ部７は、軸線Ａｘ方向に対向する一対の壁面７ａ、７ｂにて形成されている。
【００１４】
また、ハウジング５は、背面プレート８と、コンプレッサハウジング９とを備えている。これらは軸線Ａｘ方向に並ぶようにして組み合わされている。背面プレート８のうちディフューザ部７を形成する部分には、シリンダリング１０が取り付けられている。背面プレート８とシリンダリング１０との間には、可動ベーン１１が挟み込まれている。図２は、遠心圧縮機２Ａの分解図を示している。なお、この図では背面プレート８の図示を省略している。この図に示すように可動ベーン１１は、環状のピストン部１２と、そのピストン部１２の同一面上から軸線Ａｘ方向に突出する複数のベーン部１３とを備えている。複数のベーン部１３は、周方向に所定の間隔で並ぶようにピストン部１２に固定されている。シリンダリング１０は、環状をしており、可動ベーン１１のベーン部１３と同数のスリット１０ａを備えている。これら複数のスリット１０ａは、ベーン部１３と同じ間隔で周方向に並ぶように設けられている。また、各スリット１０ａは、ベーン部１３が挿入可能な大きさに形成されており、軸線Ａｘ方向に貫通している。
【００１５】
図３は、ディフューザ部７の周囲を拡大して示している。この図に示すようにシリンダリング１０は、ディフューザ部７の一方の壁面７ａとなる環状のリング部１４と、リング部１４の内周端から軸線Ａｘ方向に延びる内周壁１５と、リング部１４の外周端から内周壁１５と対向するように軸線Ａｘ方向に延びる外周壁１６とを備えている。スリット１０ａは、リング部１４に設けられている。内周壁１５はリング部１４の内周に全周に亘って設けられ、外周壁１６はリング部１４の外周に全周に亘って設けられている。内周壁１５と外周壁１６との間の径方向の間隔は、ピストン部１２の径方向の幅より若干大きくなるように設定されている。この図に示すようにシリンダリング１０は、リング部１４がコンプレッサハウジング９側に位置するように背面プレート８に取り付けられる。これにより、壁面７ａ内に格納室１７が形成される。そのため、この一方の壁面７ａが本発明の壁面に相当する。
【００１６】
可動ベーン１１は、各ベーン部１３がそれぞれスリット１０ａに挿入され、かつピストン部１２がこの格納室１７内に軸線Ａｘ方向に往復動可能に収容されるようにして背面プレート８とシリンダリング１０との間に挟み込まれている。これにより可動ベーン１１は、この図に示すようにベーン部１３がディフューザ部７を横切るように壁面７ａから突出する突出位置Ｐ１と、図４に示すようにベーン部１３が壁面７ａ内に収容される格納位置Ｐ２との間で移動可能に設けられる。この図に示すように格納位置Ｐ２においてはベーン部１３の先端１３ａと壁面７ａとがほぼ面一になる。ベーン部１３の軸線Ａｘ方向の幅は、可動ベーン１１が突出位置Ｐ１に移動したときにベーン部１３の先端１３ａとディフューザ部７を形成する他方の壁面７ｂとの間に若干のクリアランスが設けられるように設定されている。ピストン部１２の軸線Ａｘ方向の幅は、可動ベーン１１が格納位置Ｐ２に移動したときにピストン部１２の外面のうちディフューザ部７から遠い側の面、すなわちこの図において右側を向いている面（以下、遠方面と呼ぶことがある。）１２ａが格納室１７の内面と接するように設定されている。この図に示すようにピストン部１２の遠方面１２ａは、外周部及び内周部よりも中央部が全周に亘って軸線Ａｘ方向に窪んでいる。そのため、可動ベーン１１が格納位置Ｐ２に移動した場合には、ピストン部１２の遠方面１２ａと格納室１７の内面との間には空間Ｓが形成される。
【００１７】
図３に示すように可動ベーン１１には、ディフューザ部７と格納室１７とが通じるように連通路１８が設けられている。連通路１８は、ディフューザ部７に開口する第１開口部１８ａと、格納室１７に開口する第２開口部１８ｂとを有している。連通路１８の第１開口部１８ａは、ベーン部１３の先端１３ａ及びベーン部１３の側面１３ｂにそれぞれ設けられている。連通路１８の第２開口部１８ｂは、ピストン部１２の遠方面１２ａの外周部に開口している。また、連通路１８には、ピストン部１２の外面のうちシリンダリング１０の内周壁１５と対向する内周面１２ｂと、外周壁１６と対向する外周面１２ｃとにそれぞれ開口するガス供給部１８ｃ、１８ｄが設けられている。図５は、可動ベーン１１の一部を軸線Ａｘ方向から見た図を示している。この図に示したようにガス供給部１８ｃ、１８ｄは、径方向に延びるように設けられている。この連通路１８は、各ベーン部１３にそれぞれ設けられている。そのため、可動ベーン１１には、ガス供給部１８ｃ、１８ｄが周方向に等間隔で並ぶように設けられている。なお、このようにガス供給部１８ｃ、１８ｄが設けられることにより。ピストン部１２の内周面１２ｂ及び外周面１２ｃが本発明の摺動面に相当する。
【００１８】
図１に示すように格納室１７内には、可動ベーン１１が突出位置Ｐ１に移動するように可動ベーン１１をディフューザ部７側に付勢する付勢手段としての複数のコイルバネ１９が設けられている。これらのコイルバネ１９は、図５に示すようにベーン部１３と軸線Ａｘ方向に並ぶことがないようにベーン部１３に対して周方向にずれた位置に設けられている。また、格納室１７内には弾性体製のシール部材２０、２０が設けられている。これらのシール部材２０、２０は、図４に示すように格納室１７の内面のうち可動ベーン１１が格納位置Ｐ２に移動したときにピストン部１２の遠方面１２ａの内周部及び外周部が接触する部分に設けられている。このような位置にシール部材２０を配置することにより、可動ベーン１１が格納位置Ｐ２に移動したときに連通路１８の第２開口部１８ｂがシール部材２０にて塞がれる。そのため、シール部材２０が本発明の栓部材に相当する。
【００１９】
図１に示すように遠心圧縮機２Ａには、減圧手段としての減圧装置２１が設けられている。減圧装置２１は、一端が格納室１７に開口し、他端が所定の負圧源と接続された減圧通路２２を備えている。なお、所定の負圧源は、例えば減圧ポンプでもよいし、内燃機関の吸気通路など負圧になる周知の部分でもよい。図４に示すように減圧通路２２の一端は、ピストン部１２の遠方面１２ａのうち窪んでいる中央部分と対向するように格納室１７に開口している。そのため、減圧通路２２の一端は、可動ベーン１１が格納位置Ｐ２に移動した場合は空間Ｓに開口する。従って、この空間Ｓが本発明の減圧空間に相当する。減圧通路２２には、この通路２２を開閉可能な制御弁２３が設けられている。
【００２０】
図１に示すように制御弁２３の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０によって制御される。ＥＣＵ３０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。ＥＣＵ３０は、ターボ過給機１が搭載された内燃機関の吸入空気量等に基づいて制御弁２３の動作を制御する。ＥＣＵ３０は、例えば吸入空気量が予め設定した所定の判定量未満の場合には制御弁２３が閉弁され、吸入空気量が判定量以上の場合には制御弁２３が開弁されるように制御弁２３の動作を制御する。
【００２１】
この遠心圧縮機２Ａでは、ＥＣＵ３０によって制御弁２３が開弁されると格納室１７内が減圧されてディフューザ部７と格納室１７との間に圧力差が生じる。そして、この圧力差によって可動ベーン１１がコイルバネ１９に抗して背面プレート８側、すなわち図３の右側に移動する。これにより可動ベーン１１が突出位置Ｐ１から格納位置Ｐ２に移動する。この際、連通路１８の各ガス供給部１８ｃ、１８ｄからは第１開口部１８ａから取り込まれた高圧のガスが噴出するので、このガスによって格納室１７の内面とピストン部１２との間の摩擦が低減される。また、図４に示すように格納位置Ｐ２においては、ピストン部１２の遠方面１２ａの外周部及び内周部がシール部２０、２０と接触し、空間Ｓが格納室１７のそれ以外の部分に対してシールされる。
【００２２】
一方、ＥＣＵ３０によって制御弁２３が閉弁されるとコイルバネ１９によって可動ベーン１１がコンプレッサハウジング９側、すなわち図３の左側に移動する。これにより可動ベーン１１が格納位置Ｐ２から突出位置Ｐ１に移動する。この際、連通路１８の第２開口部１８ｂからは第１開口部１８ａから取り込まれた高圧のガスが噴出するので、格納室１７内の圧力が速やかにディフューザ部７の圧力に近付く。また、この際も各ガス供給部１８ｃ、１８ｄからは第１開口部１８ａから取り込まれた高圧のガスが噴出するので、格納室１７の内面とピストン部１２との間の摩擦が低減される。
【００２３】
以上に説明したように、第１の形態に係る遠心圧縮機２Ａによれば、連通路１８によってディフューザ部７と格納室１７とを通じさせることができるので、可動ベーン１１を突出位置Ｐ１に移動させる際にディフューザ部７の高圧のガスを格納室１７内に供給できる。これにより格納室１７内の圧力を速やかにディフューザ部７の圧力に近付けることができるので、可動ベーン１１を突出位置Ｐ１に移動させる際の応答性を向上させることができる。
【００２４】
また、この遠心圧縮機２Ａでは、ガス供給部１８ｃ、１８ｄから格納室１７の内面とピストン部１２の内周面１２ｂ及び外周面１２ｃとの間に高圧のガスが噴射されてこれらの間の摩擦が低減されるので、可動ベーン１１を速やかに移動させることができる。そのため、応答性をさらに向上させることができる。
【００２５】
この遠心圧縮機２Ａでは、図４に示すように可動ベーン１１が格納位置Ｐ２に移動した場合はシール部２０、２０によって空間Ｓが格納室１７のそれ以外の部分に対してシールされるので、空間Ｓ内にガスが漏れ込むことを抑制できる。また、可動ベーン１１が格納位置Ｐ２に移動するとシール部材２０によって連通路１８の第２開口部１８ｂが塞がれるので、空間Ｓ内へのガスの漏れ込みをさらに抑制できる。そのため、可動ベーン１１を格納位置Ｐ２に維持する際の負圧源の負荷を軽減できる。
【００２６】
（第２の形態）
図６は、本発明の第２の形態に係る遠心圧縮機２Ｂの要部を示している。なお、この形態において第１の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この図は、遠心圧縮機２Ｂのディフューザ部７の周囲を拡大して示している。この図に示したようにこの形態では、可動ベーン１１の連通路の代わりにディフューザ部７を形成する一方の壁面７ａに連通路４０が設けられている点が上述した形態と異なる。それ以外は上述した形態と同じである。この連通路４０の一端４０ａは、ディフューザ部７のうちスクロール６に近い下流部分に開口している。他端４０ｂは、格納室１７に開口している。この他端４０ｂは、可動ベーン１１が格納位置Ｐ２に移動した場合にピストン部１２の外周面１２ｃによって塞がれる位置に開口している。この形態では、連通路４０の一端４０ａが本発明の第１開口部に相当し、他端４０ｂが本発明の第２開口部に相当する。
【００２７】
この遠心圧縮機２Ｂにおいても、連通路４０によってディフューザ部７と格納室１７とを通じさせることができるので、ディフューザ部７の高圧のガスを格納室１７内に供給して格納室１７内の圧力を速やかにディフューザ部７の圧力に近付けることができる。そのため、可動ベーン１１を突出位置Ｐ１に移動させる際の応答性を向上させることができる。
【００２８】
本発明は、上述した各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、ディフューザ部と格納室とを通じさせるための連通路は、可動ベーン及びディフューザ部の壁面の両方に設けてもよい。連通路を設ける位置は、上述した各形態で示した位置に限定されない。連通路は、ディフューザ部と格納室とを通じさせることが可能な適宜の位置に設けられていればよい。上述した各形態では、本発明に係る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】
【００２９】
２Ａ、２Ｂ  遠心圧縮機
４  インペラ
４ａ  出口側
５  ハウジング
６  スクロール
７  ディフューザ部
７ａ  一方の壁面
１１  可動ベーン
１２  ピストン部
１２ｂ  内周面（摺動面）
１２ｃ  外周面（摺動面）
１３  ベーン部
１７  格納室
１８  連通路
１８ａ  第１開口部
１８ｂ  第２開口部
１８ｃ  ガス供給部
１８ｄ  ガス供給部
１９  コイルバネ（付勢手段）
２０  シール部材（栓部材）
２１  減圧装置（減圧手段）
２２  減圧通路
４０  連通路
４０ａ  一端（第１開口部）
４０ｂ  他端（第２開口部）
Ａｘ  軸線
Ｓ  空間（減圧空間）
Ｐ１  突出位置
Ｐ２  格納位置
【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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【図６】
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