(57)【要約】【課題】インペラで圧縮された空気を効率良くインペラ上流側へと循環させサージングを抑制するターボチャージャ用遠心圧縮機を実現する。【解決手段】ハウジング２１のシュラウド部１２に設けた環状の空気室１４に円周方向複数箇所を区画し、かつインペラ１１の回転方向に対向する正面を凹湾曲して配設するガイドベーン１８と、空気室１４にインペラ上流部１９とインペラ半翼入口付近２０の間で開口する吸込連通路１５により導通させ圧縮空気を導入可能とすると共に、インペラ上流部１９の吸込口１０側で開口する環状の吹出連通路１６により導通させ圧縮空気を導出可能に設けた循環流路１７と、から成り、インペラ１１で圧縮された空気を効率良くインペラ上流側へと循環させ遠心圧縮機のサージングを抑制できる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラの外周部から前方に延びて吸込口を形成するシュラウド部を有するハウジングを備えたターボチャージャ用遠心圧縮機において、
ハウジングのシュラウド部に設けた環状の空気室に円周方向複数箇所を区画し、かつインペラ回転方向に対向する正面を凹湾曲して配設するガイドベーンと、
空気室にインペラ上流部とインペラ半翼入口付近の間で開口する吸込連通路により導通させ圧縮空気を導入可能とすると共に、インペラ上流部の吸込口側で開口する吹出連通路により導通させ圧縮空気を導出可能に設けた循環流路と、
から成り、インペラで圧縮された空気を効率良くインペラ上流側へと循環させ遠心圧縮機のサージングを抑制することを特徴とするターボチャージャ用遠心圧縮機。
【請求項２】
インペラ回転方向に対向する正面を凹湾曲に形成して配設するガイドベーンは、インペラの回転方向に角度αで傾斜し、ガイドベーンのインペラ回転方向に対向する背面はインペラの回転軸に平行に形成したことを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ用遠心圧縮機。
【請求項３】
インペラ回転方向に対向する正面を凹湾曲に形成して配設するガイドベーンは、吸込連通路側の厚さ（ｂ１）を吹出連通路側の厚さ（ｂ２）よりも厚く構成すると共に、ガイドベーンの厚さは吸込連通路側の厚さ（ｂ１）から吹出連通路側の厚さ（ｂ２）へと滑らかに減少するように構成したことを特徴とする請求項１、請求項２の一に記載のターボチャージャ用遠心圧縮機。
【請求項４】
吸込連通路はスリットからなり、凹湾曲するガイドベーンの高さの１／２以上に至る開口（深さ）を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３の一に記載のターボチャージャ用遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンへの過給圧を発生させる過給機の給気装置や空気源設備等として用いるターボチャージャ用遠心圧縮機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンへの過給を行う過給機は、例えば、翼車を有するタービンとインペラを有する遠心圧縮機（コンプレッサ）とを軸受車室を介して一体構造とされている。そして、翼車とインペラを軸受車室内に回転自在に支持した軸に連結し、エンジンの排気により翼車を回転させることにより、軸を介してインペラが回転される。これにより、吸気を遠心圧縮機で圧縮してエンジンに給気するのである。
【０００３】
このように、過給機で用いる遠心圧縮機においては、図１０に一例を示すように、空気量が減少してくると、圧縮機の特性曲線Ｉがサージ線Ｓ１を越えてサージング領域Ａに入るという特性がある。従って、サージ線Ｓ１をＳ２の位置へと低流量側へ移動させることができれば、エンジンの運転範囲に対してより広い範囲に亘り適合することができる。
【０００４】
そのため、従来、サージング領域に入るような低流量容量の運転状況下でも、サージング領域に入らないようにサージ線を低流量側へ移動させるようにした遠心圧縮機が提案されている（特開平５−６００９７号公報）。
【０００５】
すなわち、従来の遠心圧縮機は、図８に示すように、吸込口３０からインペラ３１の外周部に至るシュラウド部３２には、吸込口３０側からインペラ３１の方向へ向けて縮径する絞り部３３が設けられている。シュラウド部３２には、内部を空洞とした環状の空気室３４が設けられている。空気室３４とインペラ３１の間には第１開口部３５を設けると共に、空気室３４と絞り部３３の終端付近の間に第２開口部３６が設けられている。第１開口部３５と空気室３４と第２開口部３６により循環流路３７が形成されている。
【０００６】
これにより、絞り部３３で吸気を縮流し、その縮流効果で循環流路３７に吸引作用を付与して負圧にするのである。そして、回転運転時に、インペラ３１に吸引される空気の一部を循環流路３７を通して循環させ、サージングの発生する流量容量を減少させるのである。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−６００９７号公報　［請求項１］　［０００４］
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の遠心圧縮機は、第１開口部３５と第２開口部３６の圧力が小さいため、図６に示すように循環流の流量を十分大きくすることができなく、サージング発生の抑制効果が十分に得られない。さらに、第２開口部３６の上流側で吸込口３０を絞り部３３で絞っているため、また第１開口部３５での空気の旋回速度エネルギを損失しているため、空気力学的な圧力損失が大きくなって遠心圧縮機の効率を低下させるという実用上解決すべき課題を有する。
【０００９】
本発明は、以上の課題を解決するために案出されたものである。すなわち、本発明の目的は、エンジンへの加給圧を発生させる加給機の給気装置や空気源設備等として用いられ、インペラで圧縮された空気を効率良くインペラ上流側へと循環させ遠心圧縮機のサージングを抑制するターボチャージャ用遠心圧縮機を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のターボチャージャ用遠心圧縮機は、インペラの外周部から前方に延びて吸込口を形成するシュラウド部を有するハウジングを備えたターボチャージャ用遠心圧縮機において、ハウジングのシュラウド部に設けた環状の空気室に円周方向複数箇所を区画し、かつインペラ回転方向に対向する正面を凹湾曲して配設するガイドベーンと、空気室にインペラ上流部とインペラ半翼入口付近の間で開口する吸込連通路により導通させ圧縮空気を導入可能とすると共に、インペラ上流部の吸込口側で開口する吹出連通路により導通させ圧縮空気を導出可能に設けた循環流路と、から成り、インペラで圧縮された空気を効率良くインペラ上流側へと循環させ遠心圧縮機のサージングを抑制することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載のターボチャージャ用遠心圧縮機は、インペラ回転方向に対向する正面を凹湾曲に形成して配設するガイドベーンは、インペラの回転方向に角度αで傾斜し、ガイドベーンのインペラ回転方向に対向する背面はインペラの回転軸に平行に形成したことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載のターボチャージャ用遠心圧縮機は、インペラ回転方向に対向する正面を凹湾曲に形成して配設するガイドベーンが、吸込連通路側の厚さ（ｂ１）を吹出連通路側の厚さ（ｂ２）よりも厚く構成すると共に、ガイドベーンの厚さは吸込連通路側の厚さ（ｂ１）から吹出連通路側の厚さ（ｂ２）へと滑らかに減少するように構成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載のターボチャージャ用遠心圧縮機は、吸込連通路がスリットからなり、凹湾曲するガイドベーンの高さの１／２以上に至る開口（深さ）を有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の作用・効果】
インペラ回転方向に対向する正面を凹湾曲に形成して配設するガイドベーンは、内蔵する空気室および吸込連通路と吹出連通路で構成される空気の循環流路を設けたハウジングにより渦の発生を抑制することができ、遠心圧縮機の効率を低下させることなくサージ限界流量の大幅な低減が可能になる。
【００１５】
〔作用：効果が生じる理由〕
サージが発生する流量に近い運転条件では、インペラのシュラウド側で
逆流が発生し半翼入口直前および全翼（インペラ）入口直前のシュラウド側
に渦が発生する。この逆流（渦）の発生を抑制することで遠心圧縮機のサー
ジンク゛発生を抑えることができ、サージが発生する限界流量を低減するこ
とができるのである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機は、図１乃至図５に示すように、吸込口１０からインペラ１１の外周部に至るシュラウド部１２には、吸込口１０側からインペラ１１の方向へ向けて縮径する絞り部１３が設けられている。シュラウド部１２には、内部を空洞とした環状の空気室１４が設けられている。空気室１４とインペラ１１の間には吸込連通路１５を設けると共に、空気室１４と絞り部１３の終端付近の間に円周方向環状に開口する吹出連通路１６が設けられている。吸込連通路１５と空気室１４と吹出連通路１６により循環流路１７が形成されている。
【００１７】
詳しくは、本発明の実施の形態のターボチャージャ用遠心圧縮機は、インペラ１１の外周部から前方に延びて吸込口１０を形成するシュラウド部１２を有するハウジング２１が具備されている。このハウジング２１のシュラウド部１１に設けた環状の空気室１４には、円周方向複数箇所を区画し、かつインペラ１１の回転方向に対向する正面を凹湾曲して形成するガイドベーン１８が配設されている。空気室１４には、インペラ上流部１９とインペラ半翼入口付近２０の間で開口する吸込連通路１５により導通させ圧縮空気を導入可能とすると共に、インペラ上流部の吸込口側で円周方向環状に開口する吹出連通路１６により導通させ圧縮空気を導出可能とする循環流路１７が構成されている。
【００１８】
吸込連通路１５の配設位置は、図６に示すように渦Ｕが発生する位置である半翼入口直前（上流側）に配置されている。また、吹出連通路１６の配設位置は、図３に示すように、ガイドベーン１８の開放端の下流側で、渦Ｕが発生する位置（インペラ入口）から十分に離れた上流側に配置されている（Ｌ≒Ｒ１）。さらに、　空気（渦）の旋回速度エネルギを有効に利用するため、吸込みスリットを空気室１４に深く切り込むのが好ましい。
【００１９】
本発明の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機は、インペラ１１の回転方向に対向する正面を凹湾曲に形成して配設するガイドベーン１８が、インペラ１１の回転方向に角度αで傾斜し、ガイドベーン１８のインペラ回転方向に対向する背面はインペラの回転軸に平行に形成されている。ガイドベーン１８は、図１に示すように上端部と下端部が図１に示すように、空気室１４の内壁に一体的に接続され、空気室１４を区画して構造上の強化が図られている。
【００２０】
本発明の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機は、図２乃至図５に示すように、インペラの回転方向に対向する前面を凸湾曲に形成して配設するガイドベーン１８が、吸込連通路側の厚さ（ｂ１）を吹出連通路側の厚さ（ｂ２）よりも厚く構成されている。また、ガイドベーン１８の厚さは吸込連通路側の厚さ（ｂ１）から吹出連通路側の厚さ（ｂ２）へと滑らかに減少するように構成されている。
【００２１】
本発明の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機は、吸込連通路１５がスリットからなり、凹凸湾曲するガイドベーン１８の高さの１／２以上に至る開口（深さ）を有する。
【００２２】
上記構成からなる本発明の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機は、インペラ１１で圧縮された空気を空気室１４および吸込連通路１５と吹出連通路１６からなる循環流路１７を通じて効率良くインペラ上流側へと循環させることにより、遠心圧縮機のサージングを抑制することができる。
【００２３】
すなわち、インペラ１１の回転方向に対向する正面を凹湾曲に形成して配　設するガイドベーン１８を内蔵する空気室１４および吸込連通路１５と吹出連通路１６で構成される空気の循環流路１７を設けたハウジング２１により、図３に示すように、渦Ｕの発生を抑制することができる。このため、本発明の実施の形態のターボチャージャ用遠心圧縮機は、効率を低下させることなくサージ限界流量の大幅な低減が可能になる。
【００２４】
すなわち、本発明の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機は、吸込連通路１５の配設位置を、渦Ｕが発生する位置である半翼入口直前（上流側）に配置し、吹出連通路１６の配設位置を、渦Ｕが発生する位置（インペラ入口）から十分に離れた上流側に配置することにより（Ｌ≒Ｒ１）、空気（渦）の旋回速度エネルギを有効に利用することができる。吸込連通路１５としての吸込みスリットを空気室１４に深く切り込むことにより、空気（渦）の旋回速度エネルギをさらに一層有効に利用することができる。
【００２５】
また、本発明の実施の形態のターボチャージャ用遠心圧縮機は、空気室１４の円周等分にガイドベーン数枚を空気室１４内に設置することにより、空気の旋回速度エネルギを効率良く圧力に変換することができる。これにより、吸込連通路１５と吹出連通路１６の圧力差が小さい場合でも十分な循環流量が得られ、サージング発生の抑制効果を大きくすることができる。
【００２６】
【その他の実施の形態】
さらに、本発明のその他の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機は、図７に示すように、空気室２４には、渦Ｕが発生するインペラ１１の入口直前（上流側）に吸込連通路２５および吸込みスリット２６をそれぞれ配設されている。このように、シュラウド部２２を有するハウジング２３には、二つの吸込手段と一つの吹出連通路２７との合わせて３つの開口する循環連通手段を有することにより、前記実施の形態に比して、渦Ｕの発生を複数の個所で抑制することができ、サージング発生の抑制効果をさらに大きくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機を示す要部の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるのターボチャージャ用遠心圧縮機を示す要部の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるガイドベーンを示す要部の平面図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるガイドベーンを示す要部の側面図である。
【図５】本発明の実施の形態におけるガイドベーンを示す要部の斜視図である。
【図６】本発明の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機の流れの速度分布および流線を示す線図である。
【図７】本発明のその他の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機を示す要部の概略図である。
【図８】従来の遠心圧縮機を示す要部の概略図である。
【図９】従来の遠心圧縮機におけるシュラウド部における圧力分布を示す線図である。
【図１０】遠心圧縮機の流量と圧力の関係例を示す線図である。
【符号の説明】
１１…インペラ
１０…吸込口
１２、２２…シュラウド部
１３…絞り部
１４、２４…空気室
１５、２５…吸込連通路
１６、２７…吹出連通路
２６…吸込みスリット
１７…循環流路
１８…ガイドベーン
１９インペラ上流部
２０…インペラ半翼入口付近
２１、２３…ハウジング
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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