(57)【要約】【課題】ベーンの固着を抑制することが可能な遠心圧縮機を提供すること。【解決手段】本発明は、ハブ側壁１８と、ハブ側壁１８と対向してディフューザ流路１６を形成するシュラウド側壁１７と、ハブ側壁１８に設けられ、ハブ側壁１８の壁面に倒れる横倒し状態と、シュラウド側壁１７に向けて起立する起立状態とで切換可能な第１ベーン２０と、シュラウド側壁１７に設けられ、第１ベーン２０よりもディフューザ流路１６の正圧側に位置する第２ベーン２２と、を具備し、第１ベーン２０の長さは、ハブ側壁１８とシュラウド側壁１７との距離より小さく、起立状態において、第１ベーン２０は第２ベーン２２に当接するコンプレッサ１１である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の壁と、
前記第１の壁と対向してディフューザ流路を形成する第２の壁と、
前記第１の壁に設けられ、前記第１の壁の壁面に倒れる横倒し状態と、前記第２の壁に向けて起立する起立状態とで切換可能な第１ベーンと、
前記第２の壁に設けられ、前記第１ベーンよりも前記ディフューザ流路の正圧側に位置する第２ベーンと、を具備し、
前記第１ベーンの長さは、前記第１の壁と前記第２の壁との距離より小さく、
前記起立状態において、前記第１ベーンは前記第２ベーンに当接することを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記起立状態において、前記第２の壁と対向する前記第１ベーンの端部は、前記第１の壁側から前記第２の壁側に向かって幅が小さくなるような斜面を有し、
前記第２ベーンの前記第１の壁と対向する端部は、前記第１の壁側から前記第２の壁側に向かって幅が大きくなるような斜面を有し、
前記起立状態において、前記第１ベーンの斜面と前記第２ベーンの斜面とは接触することを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記第１の壁はキャビティを有し、
前記横倒し状態において、前記第１ベーンは前記キャビティに格納されることを特徴とする請求項１又は２記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インペラとスクロールとの間に設けられ、インペラで増速された流体を減速加圧するディフューザ翼（ベーン）をディフューザ部に設けた遠心圧縮機が知られている。ベーンのディフューザ部への突出量を変化させることで、圧縮効率を高くすることができる。特許文献１には、ディフューザ部に倒立可能なベーンを設けた発明が記載されている。ベーンを起立させる、又は倒すことで、空気流量に応じて、圧縮効率を高める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１２０５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来の技術では、ベーンが起立した状態で固着し、ベーンの動作が困難となることがあった。本発明は上記課題に鑑み、ベーンの固着を抑制す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】
【０００５】
本発明は、第１の壁と、前記第１の壁と対向してディフューザ流路を形成する第２の壁と、前記第１の壁に設けられ、前記第１の壁の壁面に倒れる横倒し状態と、前記第２の壁に向けて起立する起立状態とで切換可能な第１ベーンと、前記第２の壁に設けられ、前記第１ベーンよりも前記ディフューザ流路の正圧側に位置する第２ベーンと、を具備し、前記第１ベーンの長さは、前記第１の壁と前記第２の壁との距離より小さく、前記起立状態において、前記第１ベーンは前記第２ベーンに当接する遠心圧縮機である。本発明によれば、ベーンの固着を抑制することができる。
【０００６】
上記構成において、前記起立状態において、前記第２の壁と対向する前記第１ベーンの端部は、前記第１の壁側から前記第２の壁側に向かって幅が小さくなるような斜面を有し、前記第２ベーンの前記第１の壁と対向する端部は、前記第１の壁側から前記第２の壁側に向かって幅が大きくなるような斜面を有し、前記起立状態において、前記第１ベーンの斜面と前記第２ベーンの斜面とは接触する構成とすることができる。この構成によれば、効果的にベーンの固着を抑制することができる。また圧縮効率が高くなる。
【０００７】
上記構成において、前記第１の壁はキャビティを有し、前記横倒し状態において、前記第１ベーンは前記キャビティに格納される構成とすることができる。この構成によれば、圧縮効率の低下は抑制される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ベーンの固着を抑制することが可能な遠心圧縮機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、コンプレッサを例示する概略図である。図１（ｂ）は、ベーンを例示する正面図である。
【図２】図２（ａ）は、比較例１に係るコンプレッサのディフューザ流路を例示する模式図であり、図２（ｂ）は比較例２に係るコンプレッサのディフューザ流路を例示する断面図である。
【図３】図３（ａ）及び図３（ｂ）は、ベーンの先端部を拡大する模式図である。
【図４】図４は、実施例１に係るコンプレッサのディフューザ流路を例示する模式図である。
【図５】図５は、空気流量と圧力比との関係を例示するグラフである。
【図６】図６（ａ）は、実施例２に係るコンプレッサのディフューザ流路を例示する模式図である。図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、ベーンの先端部を拡大する模式図である。
【図７】図７（ａ）は、比較例３に係るコンプレッサのディフューザ流路を例示する模式図である。図７（ｂ）は、実施例３に係るコンプレッサのディフューザ流路を例示する模式図である。図７（ｃ）は、実施例３の変形例に係るディフューザ流路を例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１（ａ）は、実施例１に係るコンプレッサを例示する概略図である。図１に示すように、コンプレッサ１１（遠心圧縮機）は、コンプレッサハウジング１２、インペラ１３、シャフト１４、第１ベーン２０、第２ベーン２２、及びアクチュエータ２１、を備える。
【００１２】
コンプレッサハウジング１２はコンプレッサ１１の筐体をなしている。コンプレッサハウジング１２はインペラ収容部１２ａを備えている。インペラ収容部１２ａにはインペラ１３が収容されている。インペラ１３はシャフト１４により回転駆動される。
【００１３】
コンプレッサハウジング１２内には、吸入口１２ｂから流体が吸入される。流体とは、例えば空気等である。吸入された流体はインペラ１３に向かって流通し、インペラ１３の回転により外側に向けて送り出される。インペラ１３の外側にはスクロール部１５が設けられている。インペラ１３により外側に向けて送り出された流体は、スクロール部１５を介して例えばエンジンの吸気マニホルド等に供給される。インペラ１３とスクロール部１５との間には、ディフューザ流路１６が設けられている。ディフューザ流路１６は、ハブ側壁１８（第１の壁）とシュラウド側壁１７（第２の壁）とが対向して形成され、インペラ１３の周囲に隣接して設けられている。ディフューザ流路１６は、インペラ１３が送り出す流体の運動エネルギを圧力に変換する。第１ベーン２０は、ハブ側壁１８に設けられ、ディフューザ流路１６内に配置されている。第２ベーン２２は、シュラウド側壁１７に設けられている。後述するように、第１ベーン２０は倒立式のベーンである。
【００１４】
図１（ｂ）は、第１ベーンを例示する正面図である。複数の第１ベーン２０は、ハブ側壁１８を形成するプレート２３に配置されている。第１ベーン２０間の空隙が、流体の流路となる。第１ベーン２０の接する領域のうち、領域Ａは正圧側の領域であり、領域Ｂは負圧側の領域である。
【００１５】
次に第１ベーン２０の倒立について説明する。まず比較例について説明する。比較例１及び比較例２においては、第２ベーン２２は設けられていない。図２（ａ）は、比較例１に係るコンプレッサのディフューザ流路を例示する模式図であり、図２（ｂ）は比較例２に係るコンプレッサのディフューザ流路を例示する断面図である。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）では、図１（ｂ）の矢印の方向から見た状態を図示している。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、第１ベーン２０はハブ側壁１８に設けられている。第１ベーン２０のハブ側壁１８側の端部にはピボット軸２４が設けられている。第１ベーン２０はピボット軸２４を中心として、図中に矢印で示した方向に回転可能である。このように第１ベーン２０は、ハブ側壁１８の壁面に倒れる横倒し状態と、シュラウド側壁１７に向けて立ち上がる起立状態とで切換可能なベーンである。第１ベーン２０の長さＬ０は、ハブ側壁１８とシュラウド側壁１７との距離Ｌ１と略等しい。なお、第１ベーン２０の倒れる方向はディフューザ流路１６の負圧側、つまり領域Ｂ側である。また図２（ｂ）に示すように、ハブ側壁１８にガイド孔１８ａを設けてもよい。第１ベーン２０は、ガイド孔１８ａに引き込まれることにより起立状態となる。
【００１７】
図１（ａ）に示したアクチュエータ２１は、第１ベーン２０の横倒し状態と起立状態との切換を制御する。ＥＣＵ１０は、エアフローメータ１９及びアクチュエータ２１と接続されている。ＥＣＵ１０は、エアフローメータ１９により測定された、コンプレッサ１１に流入する空気の流量（空気流量）に応じて、アクチュエータ２１を制御し、第１ベーン２０の状態を調整する。例えば、空気流量が大きい高空気流量時には、第１ベーン２０を横倒し状態とすることで、コンプレッサ１１の圧縮効率を高めることができる。また空気流量が小さい低空気流量時には、第１ベーン２０を起立状態とすることで、コンプレッサ１１の圧縮効率を高めることができる。圧縮効率を効果的に高めるためには、起立状態の第１ベーン２０の端部がシュラウド側壁１７に当接することが好ましい。言い換えれば、第１ベーン２０がハブ側壁１８とシュラウド側壁１７とを接続することが好ましい。しかしながら、比較例１及び比較例２においては、第１ベーン２０が起立状態のまま固着して、動作が困難となる可能性がある。
【００１８】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、ベーンの先端部を拡大する模式図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）では、図２（ａ）及び図２（ｂ）において破線の円で囲んだ領域を拡大して図示している。
【００１９】
図３（ａ）に示すように、第１ベーン２０の端部がシュラウド側壁１７に当接した状態で固着するスティック現象が発生することがある。スティック現象が発生すると、第１ベーン２０の動作が困難になり、空気流量に応じた第１ベーン２０の状態の切換が難しくなる。その結果、圧縮効率が低下する可能性がある。また、第１ベーン２０は図の左右両方向に動くことが可能であるため、正確に位置を定めて起立状態を維持することが難しい。
【００２０】
図３（ｂ）に示すように、第１ベーン２０の長さをＬ１より小さくすることで、シュラウド側壁１７に当接させない構成とすることができる。この場合、スティック現象は抑制される。しかしながら図中に矢印で示すように、第１ベーン２０の端部とシュラウド側壁１７との間に隙間が形成され、空気の漏れが生じる。この場合、圧縮効率が低下する。
【００２１】
次に実施例１の第１ベーン２０の倒立について説明する。図４は、実施例１に係るコンプレッサのディフューザ流路を例示する模式図である。
【００２２】
図４に示すように、ハブ側壁１８には第１ベーン２０が設けられ、シュラウド側壁１７には第２ベーン２２が設けられている。第２ベーン２２は、端部がハブ側壁１８に対向するように設けられており、第１ベーン２０よりもディフューザ流路１６の正圧側（領域Ａ側）に位置している。第１ベーン２０の長さＬ２は、シュラウド側壁１７とハブ側壁１８との距離Ｌ１よりも小さい。第２ベーンの長さは、第１ベーンの長さＬ２よりも小さい。起立状態において、第１ベーン２０は第２ベーン２２に当接する。より具体的には、第１ベーン２０の側面と第２ベーン２２の側面とが接触する。このように、第２ベーン２２は、第１ベーン２０の正圧側への移動を規制することができる。また、第１ベーン２０の端部はシュラウド側壁１７に当接しない。
【００２３】
実施例１に係るコンプレッサ１１は、ハブ側壁１８に設けられ、横倒し状態と起立状態とで切換可能な第１ベーン２０と、シュラウド側壁１７に設けられ第２ベーン２２と、を備える。第１ベーン２０の長さＬ２は距離Ｌ１より小さく、起立状態において第１ベーン２０は第２ベーン２２に当接する。従って、第１ベーン２０はシュラウド側壁１７に当接せず、第１ベーン２０が固着するスティック現象を抑制することができる。
【００２４】
例えば第２ベーン２２が第１ベーンよりも負圧側に位置している場合、第１ベーン２０はディフューザ流路１６内の圧力により第２ベーン２２に付勢され固着する恐れがある。実施例１では、第２ベーン２２が第１ベーン２０よりも正圧側に位置しているため、第１ベーン２０が第２ベーン２２に付勢され固着する恐れが小さくなる。第１ベーン２０は、第２ベーン２２と当接することで、精度高く位置決めをして、起立状態を維持することができる。
【００２５】
第１ベーン２０の状態の切換について詳しく説明する。図５は、空気流量と圧力比との関係を例示するグラフである。横軸は空気流量、縦軸は圧力比を表す。実線は、コンプレッサ１１が搭載される車両が備えるエンジンの作動線を表す。破線は第１ベーン２０の起立状態におけるサージライン、点線は横倒し状態におけるサージラインを表す。
【００２６】
図５に示すように、高空気流量時には横倒し状態の方が圧力比、つまり圧縮効率は高い。低空気流量時には起立状態の方が圧力比は高い。またエンジンの作動線がサージラインより高圧力比側、又は低空気流量側にある場合、サージングが発生し、コンプレッサ１１が破損する可能性がある。サージングを抑制するため、例えば空気流量がＦより小さい場合、第１ベーン２０は起立状態となる。空気流量がＦより大きい場合、第１ベーン２０は横倒し状態となる。起立状態において、第１ベーン２０と第２ベーン２２とは、ハブ側壁１８とシュラウド側壁１７とを接続するベーンとして機能する。従って、効果的に圧縮効率を高めることができる。このように、実施例１によれば、第１ベーン２０の固着の抑制と、高い圧縮効率とを両立することができる。既述したように、ＥＣＵ１０はエアフローメータ１９により測定された空気流量に基づいて第１ベーン２０の状態を切り換える。このため、圧縮効率を高めることができる。
【実施例２】
【００２７】
実施例２はベーンの形状を変更した例である。図６（ａ）は、実施例２に係るコンプレッサのディフューザ流路を例示する模式図である。
【００２８】
図６（ａ）に示すように、起立状態において第１ベーンのシュラウド側壁１７と対向する端部は、ハブ側壁１８側からシュラウド側壁１７側に向けて幅が小さくなるような斜面２０ａを有する。幅方向は図の左右方向である。第２ベーンのハブ側壁１８と対向する端部は、ハブ側壁１８側からシュラウド側壁１７側に向けて幅が大きくなるような斜面２２ａを有する。言い換えれば、斜面２２ａは、シュラウド側壁１７側からハブ側壁１８側に向けて幅が小さくなるような斜面である。起立状態において、第１ベーン２０の端部と第２ベーンの端部とは対向し、斜面２０ａと斜面２０ｂとは接触する。なお、第１ベーン２０は横倒し状態において、第２ベーン２２よりも負圧側に倒れる。言い換えれば、第２ベーン２２は第１ベーン２０よりも正圧側に位置する。
【００２９】
図６（ａ）の例においては、斜面２０ａの全体と斜面２０ｂの全体とが接触している。これにより、第１ベーン２０は起立状態を安定して維持する。拡大図を参照して別の例について説明する。図６（ｂ）及び図６（ｃ）は、ベーンの先端部を拡大する模式図である。
【００３０】
図６（ｂ）に示すように、第１ベーン２０が図６（ａ）の例よりも傾いて起立状態となることがある。また例えば図６（ｃ）に示すように、第１ベーン２０が図６（ａ）の例より正圧側に位置する場合、斜面２０ａと斜面２０ｂとは全体で接触せず、ずれた状態で接触することもある。図６（ａ）及び図６（ｂ）の例では、図６（ａ）の例よりも、斜面２０ａと斜面２０ｂとの接触する面積は小さくなる。しかし図６（ｂ）及び図６（ｃ）のような場合においても、第１ベーン２０は第２ベーン２２に当接するため、精度高く位置決めをして、起立状態を維持することができる。
【００３１】
実施例２によれば、実施例１と同様に、第１ベーン２０の固着を抑制することができる。また、例えば製造工程において寸法、組み付けのバラつき等が生じた場合でも、斜面２０ａと斜面２２ｂとが接触することで、効果的に第１ベーン２０の固着を抑制することができる。また、図６（ａ）に示すように、横倒し状態において、第１ベーン２０の斜面２０ａはディフューザ流路１６に露出する。斜面２０ａが形成されているため、第１ベーン２０の形状に段差は少なくなる。このため、ディフューザ流路１６内における空気の流れは滑らかになり、圧縮効率は高くなる。
【実施例３】
【００３２】
実施例３は第１ベーンを格納するキャビティが設けられている例である。まず、ハブ側壁１８がキャビティを備える例として、比較例３について説明する。図７（ａ）は、比較例３に係るコンプレッサのディフューザ流路を例示する模式図である。
【００３３】
図７（ａ）に示すように、ハブ側壁１８はキャビティ１８ｂを有する。第１ベーン２０は、キャビティ１８ｂの底面に設けられている。キャビティ１８ｂは、横倒し状態の第１ベーン２０を格納することができる程度の幅Ｗ１を有する。横倒し状態の第１ベーン２０は、キャビティ１８ｂに格納され、ハブ側壁１８の壁面よりディフューザ流路１６側に突出しない。比較例１等では、横倒し状態の第１ベーン２０がディフューザ流路１６内に凸状に存在する。この場合、第１ベーン２０は、ディフューザ流路１６内の空気の流れを妨げる障害物となり、圧縮効率は低下する可能性がある。比較例３では、横倒し状態の第１ベーン２０はキャビティ１８ｂに格納される。従って、ディフューザ流路１６内の空気の流れは妨げられない。
【００３４】
しかし、キャビティ１８ｂにより、ディフューザ流路１６内の空気の流れ（空気流）が乱され、圧縮効率が低下することがある。特に高空気流量時においては圧縮効率が大きく低下する可能性がある。また、図７（ａ）に示すように、比較例３の第１ベーン２０は、シュラウド側壁１７まで当接することができる程度の長さＬ３を有する。長さＬ３は、ハブ側壁１８とシュラウド側壁１７との間の距離Ｌ１より大きい。第１ベーン２０を格納するために、キャビティ１８ｂの幅Ｗ１はＬ３以上となる。このため、キャビティ１８ｂによる空気流の乱れは大きくなる可能性がある。さらに、比較例３においても、比較例１及び比較例２と同様に、スティック現象が発生することがある。
【００３５】
図７（ｂ）は、実施例３に係るコンプレッサのディフューザ流路を例示する模式図である。図７（ｃ）は、実施例３の変形例に係るディフューザ流路を例示する模式図である。
【００３６】
図７（ｂ）に示すように、シュラウド側壁１７に第２ベーン２２が設けられている。第１ベーン２０は、起立状態において第２ベーン２２に当接する。従って実施例３における第１ベーン２０の長さＬ４は、比較例３における第１ベーン２０の長さＬ３よりも小さくすることができる。キャビティ１８ｂの幅Ｗ２は、第１ベーン２０を格納することができる程度の大きさであればよい。具体的には、幅Ｗ２は長さＬ４以上であればよく、幅Ｗ１より小さくすることができる。また図７（ｃ）に示すように、斜面２０ａを有する第１ベーン２０をキャビティ１８ｂに格納するとしてもよい。
【００３７】
実施例３によれば、ハブ側壁１８はキャビティ１８ｂを有し、第１ベーン２０はキャビティ１８ｂに格納されるため、空気流の乱れは少なくなり、圧縮効率の低下は抑制される。特に幅Ｗ２を幅Ｗ１より小さくすることができるため、圧縮効率の低下は効果的に抑制される。キャビティ１８ｂの高さは、横倒し状態の第１ベーン２０がハブ側壁１８の壁面よりもディフューザ流路１６側に突出しない程度の大きさとすることができる。例えばキャビティ１８ｂの高さは、横倒し状態の第１ベーン２０の側面がハブ側壁１８の壁面と同一平面となる程度の高さとすることができる。これにより、第１ベーン２０が障害物となりにくくなる。従って、空気流の乱れはより少なくなり、圧縮効率の低下は更に抑制される。
【００３８】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１１                    コンプレッサ
１６                    ディフューザ流路
１７                    シュラウド側壁
１８                    ハブ側壁
１８ｂ                  キャビティ
２０                    第１ベーン
２２                    第２ベーン
２０ａ                  斜面
２２ａ                  斜面
２４                    ピボット軸
【図１】
2012215107.tif 000003
【図２】
2012215107.tif 000004
【図３】
2012215107.tif 000005
【図４】
2012215107.tif 000006
【図５】
2012215107.tif 000007
【図６】
2012215107.tif 000008
【図７】
2012215107.tif 000009