(57)【要約】【課題】遠心圧縮機内の可変ディフューザの設置スペースに余裕がない場合にも、２段翼列の可変ディフューザを確実に構成することができる可変ディフューザ付き遠心圧縮機を提供する。【解決手段】各前段翼１０Ｂと各後段翼１０Ｃとを共通の各回動支軸１０Ａを介してベースプレート９上に回動可能に支持する簡素な構造とする。ここで、一群の回動支軸１０Ａが同期して回動すると、一群の前段翼１０Ｂおよび一群の後段翼１０Ｃの翼角が一斉に変更操作される。そして、コンプレッサホイールの基端部外周からスクロール流路に向けて流れる吸入気体の旋回流が一群の前段翼１０Ｂおよび一群の後段翼１０Ｃに沿って流れることにより、その旋回流の流速が２段階に徐々に減速されて吸入気体の圧力が効率良く上昇する。【選択図】図２
2007309299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサハウジング内のコンプレッサホイールの基端部外周とその周囲のスクロール流路との間に、遠心圧縮機のディフューザ部に設けたベーンの流入空気に対する迎え角を吸入空気量に応じて可変とした可変ディフューザを備えた可変ディフューザ付き遠心圧縮機であって、
前記可変ディフューザは、コンプレッサハウジングのシュラウド壁面との間に環状の気体流路を形成するベースプレートと、このベースプレート上に環状に配列される一群の可動翼と、各可動翼をベースプレート上に回動可能に支持して各可動翼の翼角を一斉に変更操作可能な一群の回動支軸とを備え、
前記各可動翼は、その翼長方向に所定の隙間を開けて分割された前段翼と後段翼との組合わせ構造とされており、この前段翼と後段翼とが共通の前記回動支軸を介して前記ベースプレート上に回動可能に支持されていることを特徴とする可変ディフューザ付き遠心圧縮機。
【請求項２】
前記前段翼のプレッシャー面に沿って流れる吸入気体が前段翼の後端部と前記後段翼の前端部との間の隙間から後段翼のサクション面側に流れ込むように前段翼の後端部と後段翼の前端部とが前記環状の気体流路の径方向および周方向に位置をずらした状態で前記回動支軸に結合されていることを特徴とする請求項１に記載の可変ディフューザ付き遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸入気体を加圧して圧送する遠心圧縮機に関し、詳しくは、可変ディフューザを備えた可変ディフューザ付き遠心圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンプレッサハウジング内で回転するコンプレッサホイールにより吸入した気体をコンプレッサホイールの周囲に形成されたスクロール流路に向けて圧送することで吸入気体を加圧する遠心圧縮機が従来一般に知られている。
【０００３】
そして、この種の遠心圧縮機として、吸入空気の加圧力を可変に調整できる可変ディフューザを備えた可変ディフューザ付き遠心圧縮機（例えば特許文献１参照）が知られている。ここで、可変ディフューザは、環状に配列された一群の可動翼（翼型ベーン）をそれぞれ回動支軸を介して一斉に傾動操作することで各可動翼（翼型ベーン）の翼角を一斉に変更可能とした１段翼列の可変ディフューザである。
【０００４】
また、この種の遠心圧縮機として、吸入気体の流速を２段階に徐々に減速させて吸入気体の圧力を効率良く上昇できるようにした２段翼列のディフューザを備える遠心圧縮機（例えば特許文献２参照）や、２段翼列の後段の翼列のみ回動可能に支持してその翼角を可変に構成した多段遠心圧縮機（例えば特許文献３参照）が知られている。
【特許文献１】特開２００５−１６３６９１号公報（段落番号１３、段落番号１５、図１、図２）
【特許文献２】特開平６−２４１１９７号公報（要約書）
【特許文献３】特開２００１−２００７９７号公報（段落番号３５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、車両用のターボチャージャのコンプレッサとして構成される遠心圧縮機においては、その作動の立上がり速度を高める方向で開発が進んでおり、これに対応してサージング領域からチョーク領域までの作動範囲の拡大が要望されている。
【０００６】
このような要望に応えるためには、特許文献１に記載された可変ディフューザの構造と特許文献２に記載された２段翼列のディフューザの構造とを組み合わせて２段翼列の可変ディフューザを構成することが考えられる。
【０００７】
しかしながら、このような２段翼列の可変ディフューザにおいては、１段目の翼列の翼角を一斉に変更操作するための一群の回動支軸および一群の回動支軸を同期して回動させる１系統のリンク機構の他に、２段目の翼列に対応した他の一群の回動支軸および他の１系統のリンク機構が必要となる。
【０００８】
そのため、２段翼列の可変ディフューザは、構造が極めて複雑化すると共に大型化し、製造コストが高くなるばかりでなく、遠心圧縮機内の可変ディフューザの設置スペースに余裕がない場合には適用が困難となる。
【０００９】
そこで、本発明は、遠心圧縮機内の可変ディフューザの設置スペースに余裕がない場合にも、２段翼列の可変ディフューザを確実に構成することができる可変ディフューザ付き遠心圧縮機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る可変ディフューザ付き遠心圧縮機は、コンプレッサハウジング内のコンプレッサホイールの基端部外周とその周囲のスクロール流路との間に、遠心圧縮機のディフューザ部に設けたベーンの流入空気に対する迎え角を吸入空気量に応じて可変とした可変ディフューザを備えた可変ディフューザ付き遠心圧縮機であって、可変ディフューザは、コンプレッサハウジングのシュラウド壁面との間に環状の気体流路を形成するベースプレートと、このベースプレート上に環状に配列される一群の可動翼と、各可動翼をベースプレート上に回動可能に支持して各可動翼の翼角を一斉に変更操作可能な一群の回動支軸とを備え、各可動翼は、その翼長方向に所定の隙間を開けて分割された前段翼と後段翼との組合わせ構造とされており、この前段翼と後段翼とが共通の回動支軸を介してベースプレート上に回動可能に支持されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る可変ディフューザ付き遠心圧縮機では、一群の回動支軸が同期して回動することにより、一群の可動翼を構成する一群の前段翼および一群の後段翼の翼角が一斉に変更操作される。そして、コンプレッサホイールの基端部外周からスクロール流路に向けて流れる吸入気体の旋回流が一群の前段翼および一群の後段翼に沿って流れることにより、その旋回流の流速が２段階に徐々に減速されて吸入気体の圧力が効率良く上昇する。
【００１２】
ここで、本発明の可変ディフューザ付き遠心圧縮機では、各前段翼と各後段翼とを共通の各回動支軸を介してベースプレート上に回動可能に支持する構造を採用しているため、各前段翼と各後段翼とをそれぞれ別個の回動支軸を介してそれぞれベースプレート上に回動可能に支持する構造に較べ、各回動支軸やこれらを同期して回動させるリンク機構が１系統で済み、構造が極めて簡素である。
【００１３】
本発明の可変ディフューザ付き遠心圧縮機においては、前段翼のプレッシャー面に沿って流れる吸入気体が前段翼の後端部と後段翼の前端部との間の隙間からから後段翼のサクション面側に流れ込むように前段翼の後端部と後段翼の前端部とが環状の気体流路の径方向および周方向に位置をずらした状態で回動支軸に結合されているのが好ましい。
【００１４】
この場合、前段翼のプレッシャー面に沿って流れる高エネルギの吸入気体が前段翼の後端部と後段翼の前端部との間の隙間から円滑に後段翼のサクション面側に流れ込む。このため、前段翼のサクション面に沿って流れる吸入気体に剥離現象が発生しても、その剥離した吸入気体の流れは、前段翼のプレッシャー面から後段翼のサクション面側に流れ込む高エネルギの吸入気体の流れに合流するので、その剥離現象の拡大が防止される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る可変ディフューザ付き遠心圧縮機では、各前段翼と各後段翼とを共通の各回動支軸を介してベースプレート上に回動可能に支持する構造を採用しているため、各回動支軸やこれらを同期して回動させるリンク機構が１系統で済み、構造が極めて簡素である。従って、本発明の可変ディフューザ付き遠心圧縮機によれば、遠心圧縮機内の可変ディフューザの設置スペースに余裕がない場合にも、２段翼列の可変ディフューザを確実に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明に係る可変ディフューザ付き遠心圧縮機の最良の実施形態を説明する。参照する図面において、図１は一実施形態に係る可変ディフューザ付き遠心圧縮機をコンプレッサとして備えたターボチャージャの概略構造を示す断面図、図２は図１に示した可変ディフューザの正面図、図３は図２に示した可動翼の拡大斜視図、図４は図２に示した可動翼の前段翼および後段翼の作用を示す可変ディフューザの部分拡大図である。
【００１７】
一実施形態に係る可変ディフューザ付き遠心圧縮機は、図１に示すターボチャージャ１のコンプレッサとして構成されている。このターボチャージャ１は、図示しない車両用エンジンの排気系の途中に介設されるタービン用のタービンハウジング２と、吸入系の途中に介設されるコンプレッサ用のコンプレッサハウジング３と、両者を接続するセンターハウジング（ベアリングハウジング）４とを備えている。
【００１８】
タービンハウジング２内には、車両用エンジンの排気系を流通する排ガスを導入するスクロール流路２Ａが形成されている。そして、このスクロール流路２Ａから流入する排ガスの通過によって回転駆動されるタービンホイール５がタービンハウジング２内に収容されている。
【００１９】
一方、コンプレッサハウジング３内には、車両用エンジンの吸入系の空気を大気圧以上に加圧して過給するためのコンプレッサホイール６が収容されている。このコンプレッサホイール６の周囲には、吸入空気を加圧しつつ車両用エンジンの吸入系に圧送するスクロール流路３Ａが形成されている。
【００２０】
タービンハウジング２内のタービンホイール５と、コンプレッサハウジング３内のコンプレッサホイール６とは、一体に回転するようにシャフト７を介して相互に連結されている。このシャフト７は、図示しないフローティングベアリングを介してセンターハウジング４に回転自在に支持されている。
【００２１】
ここで、コンプレッサハウジング３内のコンプレッサホイール６の基端部外周とその周囲のスクロール流路３Ａとの間には、遠心圧縮機のディフューザ部に設けたベーンの流入空気に対する迎え角を吸入空気量に応じて可変とした２段翼列の可変ディフューザ８が設置されている。
【００２２】
可変ディフューザ８は、コンプレッサハウジング３内のセンターハウジング４側に嵌合固定されてコンプレッサハウジング３のシュラウド壁面３Ｂとの間に環状の空気流路を形成する扁平なリング状のベースプレート９と、図２に示すようにベースプレート９上に等角度間隔で同心状の環状に配列された一群の可動翼１０と、ベースプレート９を貫通した状態で各可動翼１０をベースプレート９上に回動可能に支持して各可動翼１０の翼角を一斉に変更操作可能な一群の回動支軸１０Ａとを備えている。
【００２３】
ここで、図３に拡大して示すように、各可動翼１０は、その翼長方向に所定の隙間を開けて分割された前段翼１０Ｂと後段翼１０Ｃとの組合わせ構造とされており、この前段翼１０Ｂおよび後段翼１０Ｃは、例えばアルミニウム合金の鋳造により回動支軸１０Ａと一体に形成されている。そして、この回動支軸１０Ａは円柱状に形成されており、その一端部には、径寸法を若干大きくした円板状のプラットフォーム１０Ｄが形成されている。
【００２４】
前段翼１０Ｂは、その翼長方向に沿って流れる吸入空気の上流側に向く前端部のリーディングエッジ１０Ｅが鋭角に形成され、後端部のトレーリングエッジ１０Ｆが円弧状に形成されたクサビ形の断面形状を有する。
【００２５】
同様に、後段翼１０Ｃは、その翼長方向に沿って流れる吸入空気の上流側に向く前端部のリーディングエッジ１０Ｇが鋭角に形成され、後端部のトレーリングエッジ１０Ｈが円弧状に形成されたクサビ形の断面形状を有する。そして、この後段翼１は、前段翼１０Ｂと組み合わされて可動翼１０を構成するように、前段翼１０Ｂの断面形状より大きな断面形状に形成されている。
【００２６】
そして、このような前段翼１０Ｂおよび後段翼１０Ｃは、吸入空気の圧力により前段翼１０Ｂおよび後段翼１０Ｃを介してそれぞれ回動支軸１０Ａに入力されるモーメントを相殺し、回動支軸１０Ａがベースプレート９に対し円滑に回動できるようにするため、前段翼１０Ｂのトレーリングエッジ１０Ｆ側の後端部と、後段翼１０Ｃのリーディングエッジ１０Ｇ側の前端部とが回動支軸１０Ａの一端部のプラットフォーム１０Ｄの端面に結合されている。
【００２７】
また、図４の矢印に示すように、前段翼１０Ｂのプレッシャー面に沿って流れる吸入空気が前段翼１０Ｂの後端部のトレーリングエッジ１０Ｆと後段翼１０Ｃの前端部のリーディングエッジ１０Ｇとの間の隙間から後段翼１０Ｃのサクション面側に流れ込むようにするため、前段翼１０Ｂのトレーリングエッジ１０Ｆ側の後端部と、後段翼１０Ｃのリーディングエッジ１０Ｇ側の前端部とは、環状の空気流路の径方向および周方向に位置をずらした状態とされている。
【００２８】
すなわち、前段翼１０Ｂは、後段翼１０Ｃの中心線に対しベースプレート９の内側に寄せて配置されており、前段翼１０Ｂのトレーリングエッジ１０Ｆ側の後端部は、後段翼１０Ｃのリーディングエッジ１０Ｇ側の前端部に対し、ベースプレート９の径方向内側に位置をずらして配置され、かつ、吸入空気の上流側に向けてベースプレート９の周方向に位置をずらして配置されている。
【００２９】
一方、回動支軸１０Ａを介して各前段翼１０Ｂを等翼角に一斉に傾動操作し、かつ、各後段翼１０Ｃを等翼角に一斉に傾動操作するため、図１に示すように、ベースプレート９の背面側には、複数のガイドローラ１１を介してベースプレート９に同心状に回動自在に支持されたユニゾンリング１２が配設されている。
【００３０】
ユニゾンリング１２は、ベースプレート９を貫通する各回動支軸１０Ａの他端部に固定された各操作アーム（図示省略）の揺動端部に係合している。そして、このユニゾンリング１２は、例えばコンプレッサハウジング３に付設された駆動モータ（図示省略）によりリンク機構１３を介して回動操作されると、各操作アーム（図示省略）を介して各回動支軸１０Ａを一斉に回動させることで、各前段翼１０Ｂを等翼角に一斉に傾動させると共に、各後段翼１０Ｃを等翼角に一斉に傾動させる。
【００３１】
以上のように構成されたターボチャージャ１においては、図示しない車両用エンジンの運転に伴いその排気系に排出された排ガスが図１に示すタービンハウジング２内のスクロール流路２Ａからタービンホイール５を通過して流通することにより、タービンホイール５が回転駆動される。そして、このタービンホイール５の回転によりコンプレッサハウジング３内のコンプレッサホイール６が回転駆動されることにより、車両用エンジンの吸入系の空気が大気圧以上に加圧されてスクロール流路３Ａから圧送される。
【００３２】
ここで、コンプレッサホイール６の基端部外周からスクロール流路３Ａに向けて旋回しつつ圧送される吸入空気は、可変ディフューザ８のベースプレート９とコンプレッサハウジング３のシュラウド壁面３Ｂとの間に形成された環状の空気流路を可変ディフューザ８の各前段翼１０Ｂおよび各後段翼１０Ｃに沿って流通することにより、流速が各前段翼１０Ｂおよび各後段翼１０Ｃにより２段階に徐々に低下して圧力が効率良く徐々に上昇する。
【００３３】
その際、図４の矢印に示すように、前段翼１０Ｂのプレッシャー面に沿って流れる高エネルギの吸入空気は、前段翼１０Ｂの後端部のトレーリングエッジ１０Ｆと後段翼１０Ｃの前端部のリーディングエッジ１０Ｇとの間の隙間から後段翼１０Ｃのサクション面側に流れ込む。
【００３４】
このため、一群の可動翼１０の翼角が小さく操作されて吸入空気の流量が絞られた状態において、各前段翼１０Ｂのサクション面に沿って流れる吸入空気に剥離現象が発生しても、その剥離した吸入空気の流れは、各前段翼１０Ｂのプレッシャー面から各後段翼１０Ｃのサクション面側に流れ込む高エネルギの吸入空気の流れに合流するので、その剥離現象の拡大が防止される。
【００３５】
ここで、一実施形態の可変ディフューザ付き遠心圧縮機では、各前段翼１０Ｂと各後段翼１０Ｃとを共通の各回動支軸１０Ａを介してベースプレート９上に回動可能に支持する構造を採用しているため、各回動支軸１０Ａやこれらを同期して回動させるユニゾンリング１２やリンク機構１３が１系統で済み、構造が極めて簡素である。
【００３６】
従って、ターボチャージャ１のコンプレッサとして構成された一実施形態の可変ディフューザ付き遠心圧縮機によれば、コンプレッサハウジング３内の可変ディフューザの設置スペースに余裕がない場合にも、２段翼列の可変ディフューザ８を確実に構成することができる。
【００３７】
本発明に係る可変ディフューザ付き遠心圧縮機は、前述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、図３に示した可動翼１０を構成する前段翼１０Ｂおよび後段翼１０Ｃの形状は、図示のものに限定されず、適宜変更可能である。
【００３８】
また、前段翼１０Ｂおよび後段翼１０Ｃは、アルミニウム合金の鋳造により回動支軸１０Ａと一体に形成されている必要はなく、適宜の構造用合成樹脂などで一体に形成されていてもよい。
【００３９】
さらに、前段翼１０Ｂおよび後段翼１０Ｃは、回動支軸１０Ａに溶接や接着などの適宜の手段で固定されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変ディフューザ付き遠心圧縮機をコンプレッサとして備えたターボチャージャの概略構造を示す断面図である。
【図２】図１に示した可変ディフューザの正面図である。
【図３】図２に示した可動翼の拡大斜視図である。
【図４】図２に示した可動翼の前段翼および後段翼の作用を示す可変ディフューザの部分拡大図である。
【符号の説明】
【００４１】
１…ターボチャージャ、２…タービンハウジング、３…コンプレッサハウジング、３Ａ…スクロール流路、３Ｂ…シュラウド壁面、５…タービンホイール、６…コンプレッサホイール、８…可変ディフューザ、９…ベースプレート、１０…可動翼、１０Ａ…回動支軸、１０Ｂ…前段翼、１０Ｃ…後段翼、１０Ｄ…プラットフォーム、１０Ｅ…リーディングエッジ、１０Ｆ…トレーリングエッジ、１０Ｇ…リーディングエッジ、１０Ｈ…トレーリングエッジ、１１…ガイドローラ、１２…ユニゾンリング、１３…リンク機構。
【図２】
2007309299.tif 000003
【図３】
2007309299.tif 000004
【図４】
2007309299.tif 000005
【図１】
2007309299.tif 000006