(57)【要約】【課題】遠心式圧縮機において、スクロールにおける損失を抑制しながらも広い運転域に渡ってアウトレットガイドベーンによる損失を抑制する。【解決手段】インペラ１２の周囲を取り囲むディフューザ１６の外側であって、スクロール１５の入り口部分にアウトレットガイドベーン１７を設ける。アウトレットガイドベーン１７を前縁部１７Ａと後縁部１７Ｂとに分割する。各後縁部１７Ｂのスクロール１５に対する角度をスクロール１５におけるエネルギー損失が最小となる角度に固定する。前縁部１７Ａをベーンシャフト２１の周りに回動可能とする。前縁部１７Ａの両壁面間の差圧をセンサ１８で検出し、これに対応して前縁部１７Ａの角度を調整する。これにより前縁部１７Ａにおける剥離を防止し、アウトレットガイドベーン１７におけるエネルギー損失を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インペラから送出される流体をスクロールへと供給する遠心式圧縮機であって、前記スクロールに対して所定の角度に固定された後縁部と、その角度が可変とされた前縁部とを備えるアウトレットガイドベーンと、前記前縁部の角度を調整する制御部とを備えることを特徴とする遠心式圧縮機。
【請求項２】
前記遠心式圧縮機が前記前縁部の両壁面間の差圧を検出する差圧検出手段を備え、前記制御部が前記差圧に対応して前記前縁部の角度を調整することを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記両壁面の各々に圧力導入路が設けられ、前記差圧検出手段が、前記圧力導入路の圧力から前記差圧を検出することを特徴とする請求項２に記載の遠心式圧縮機。
【請求項４】
前記制御部が、前記差圧が所定値または所定値以下となるように前記前縁部の角度を調整することを特徴とする請求項３に記載の遠心圧縮機。
【請求項５】
前記制御部が、前記前縁部に働くモーメントに基づいて前記前縁部の角度を調整することを特徴とする請求項１に記載の遠心式圧縮機。
【請求項６】
前記前縁部が前記前縁部の後縁に設けられたシャフトを軸として回動され、前記モーメントが前記シャフトのトルクに基づいて検出されることを特徴とする請求項５に記載の遠心式圧縮機。
【請求項７】
前記制御部が、前記モーメントが所定値または所定値以下となるように前記前縁部の角度を調整することを特徴とする請求項６に記載の遠心式圧縮機。
【請求項８】
前記制御部が、前記前縁部の迎角が０となるように前記前縁部の角度を調整することを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項９】
前記アウトレットガイドベーンと前記インペラとの間にベーンレスディフューザが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の遠心式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インペラにより外周部へと送出される流体を、スクロールを介して出力する遠心式圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心式圧縮機では、インペラを回転させて軸方向から供給される流体を外周部に向けて送出する。インペラから送出された流体は、ディフューザにおいて一部の運動エネルギーが圧力エネルギーに変換され、その後外周部に設けられたスクロールへと供給される。ディフューザとしては、インペラの周囲に多数の可変ベーンを設けたベーンドディフューザが知られているが、ディフューザ内の流れは強い３次元性を有し、インペラの回転域によりその流れは大きく異なる。このため、自動車用エンジンに用いられる過給機のように運転域が広い場合には、設計点からずれた回転域においてベーンによるチョーク現象が発生し、過給効率が低下する。
【０００３】
このような問題に対して、ディフューザ部に格納自在な可変ガイドベーンを設け、低速域ではガイドベーンをディフューザ内に配置してベーンドディフューザとするとともに、高速域ではガイドベーンを格納して、ベーンレスディフューザとする構成が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開昭６４−０６６４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、スクロールにおける損失は、スクロールへの流入角度で決定される。したがって、ディフューザからスクロールへは、常に一定の角度で加圧流体が流入するように整流することが望まれる。しかし、上述のようにディフューザ内の流れは回転域により異なるため、従来のベーンドディフューザではスクロールへの最適な流入角度を常時維持しながらディフューザ内の流れの変化に対応することは困難である。
【０００５】
本発明は、スクロールにおける損失を抑制しながらも広い運転域に渡ってアウトレットガイドベーンによる損失を抑制する遠心式圧縮機を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の遠心式圧縮機は、インペラから送出される流体をスクロールへと供給する遠心式圧縮機であって、スクロールに対して所定の角度に固定された後縁部と、その角度が可変とされた前縁部とを備えるアウトレットガイドベーンと、前縁部の角度を調整する制御部とを備えたことを特徴としている。
【０００７】
前縁部の角度は、前縁部周辺の流れの状態を検知して制御されることが好ましいので、遠心式圧縮機は、例えば前縁部の両壁面間の差圧を検出する差圧検出手段を備え、制御部は前記差圧に対応して前縁部の角度を調整する。このとき両壁面の各々には圧力導入路が設けられ、差圧検出手段は、この圧力導入路の圧力から差圧を検出する。また制御部は、差圧が所定値または所定値以下となるように前縁部の角度を調整する。
【０００８】
また、前縁部周辺の流れの状態を前縁部のモーメントからも推定できるので、例えば前縁部に働くモーメントに基づいて前縁部の角度を調整してもよい。このとき前縁部は、前縁部の後縁に設けられたシャフトを軸として回動され、モーメントはシャフトのトルクに基づいて検出される。制御部は、モーメントが所定値または所定値以下となるように前縁部の角度を調整する。また、制御部は、例えば前縁部の迎角が０となるように前縁部の角度を調整してもよい。
【０００９】
また、アウトレットガイドベーンとインペラとの間には、ベーンレスディフューザが設けられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、本発明によれば、スクロールにおける損失を抑制しながらも広い運転域に渡ってアウトレットガイドベーンによる損失を抑制する遠心式圧縮機を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態である遠心式圧縮機を用いた自動車エンジン用過給機の部分断面図である。
【００１２】
過給機１０は、例えばターボ過給機であり、図１にはコンプレッサ（遠心式圧縮機）１１の一部のみが示される。コンプレッサハウジング１２のインペラ収容部１２ａには、インペラ１３が装置され、インペラ１３はシャフト１４により回転駆動される。本実施形態ではシャフト１４は、図示しないタービンに連結され、タービンはエンジンからの排気により回転される。なお、インペラ１３は他の動力源により駆動される構成であってもよい。
【００１３】
コンプレッサハウジング１２では、吸入口１２ｂを通して軸方向からインペラ１３に向けて吸気され、吸入された流体はインペラ１３の回転により外周部に向けて送出される。コンプレッサハウジング１２の外周部にはスクロール１５が設けられ、インペラ１３により外周部に向けて送出された流体は、スクロール１５を介して吸気マニホルド等に出力される。
【００１４】
インペラ１３とスクロール１５の間は、ディフューザ１６を含む通路によって連通される。ディフューザ１６はベーンレスディフューザであり、インペラ１３の周囲に隣接して配置される。またディフューザ１６の外周部には周方向に沿って複数のアウトレットガイドベーン１７が設けられる。
【００１５】
アウトレットガイドベーン１７は、前縁部１７Ａと後縁部１７Ｂに分割されて構成される。後縁部１７Ｂは、インペラ収容部１２ａとスクロール１５とを連通する通路の出口部（スクロール入り口部）に配置され、その角度はスクロール１５に対して固定される。なお、後縁部１７Ｂの角度はスクロール１５でのエネルギー損失を最小限に抑えることを考慮して決定される。一方、前縁部１７Ａの角度は可変とされ、ディフューザ１６内の流れに応じて、アウトレットガイドベーン１７によるエネルギー損失が最小限に抑えられるように調整される。
【００１６】
コンプレッサ部１１には、前縁部１７Ａの周りの流れの状態を把握するためセンサ１８が設けられる。センサ１８からの信号はＥＣＵ１９へと送られ、ＥＣＵ１９はセンサ信号に基づいてアクチュエータ２０を駆動し、前縁部１７Ａを回動させてその角度を調整する。なお、前縁部１７Ａの駆動には、例えばタービンの可変ノズルに用いられる駆動リンク機構などの構成を適用することが可能である。
【００１７】
図２は、アウトレットガイドベーン１７の配置を模式的に示す平面図であり、図２では３枚のベーンの配置が示される。アウトレットガイドベーン１７は、それぞれ、スクロール１５の入り口に沿って配列される。上述したように、アウトレットガイドベーン１７は、前縁部１７Ａと後縁部１７Ｂとに分割して構成され、前縁部１７Ａと後縁部１７Ｂは隣接して配置されて１枚のベーンを構成する。後縁部１７Ｂはスクロール１５におけるエネルギー損失が最小となるように各々スクロール１５に対して所定の（最適な）角度をもってコンプレッサハウジング１２に固定される。なお、曲線Ｌは、スクロール１５の入り口部を形成する縁部の形状を表わす。
【００１８】
一方、前縁部１７Ａの後縁側にはインペラ１２の回転軸に平行なベーンシャフト２１が設けられ、前縁部１７Ａはベーンシャフト２１を介してコンプレッサハウジング１２に枢着される。また、ベーンシャフト２１は例えばリンク機構に連結され、アクチュエータ２０によりリンク機構を介してベーンシャフト２１が回転されると、ベーンシャフト２１を中心に前縁部１７Ａが回動される。
【００１９】
アウトレットガイドベーン１７におけるエネルギー損失の多くは、アウトレットガイドベーン１７の前縁の迎角が適正値からずれ、前縁から剥離が発生することに起因する。したがって、本実施形態では前縁部１７Ａにおける剥離の発生を防止するために、流れに対応させて前縁部１７Ａを回動して、前縁部１７Ａの迎角を適正値に維持する。
【００２０】
アウトレットガイドベーン１７におけるエネルギー損失が最小となるのは、例えば迎角が略０度のときであり、これは例えば前縁部１７Ａの両壁面間の差圧が適正値なるように前縁部１７Ａの角度を調整することや、前縁部１７Ａに作用するモーメントが適正値となるように前縁部１７Ａの角度を調整することにより達成される。
【００２１】
図３には、前縁部１７Ａの両壁面間の差圧を検出し、これに基づいて前縁部１７Ａの角度を調整する場合における差圧の検出方法の一例が示される。なお図３は、前縁部１７Ａの模式的な拡大図である。
【００２２】
図３では、前縁部１７Ａの両壁面にそれぞれ静圧を検出するための圧力導入路２２、２３が設けられる。圧力導入路２２、２３は、例えばベーンシャフト２１を介してコンプレッサハウジング１２へと導かれる（図示せず）。この場合、センサ１８（図１参照）は圧力センサであり、前縁部１７Ａは差圧が例えば常時所定値あるいは所定値以下となるように回動される。
【００２３】
なお、前縁部１７Ａに作用するモーメントを適正値とするように前縁部１７Ａを回動させる場合には、例えばセンサ１８としてロードセルを採用し、これをベーンシャフト２１に取り付けることによりベーンシャフト２１のトルクを検出する。前縁部１７Ａの角度は、例えば前縁部１７Ａに作用するモーメントが常時所定値あるいは所定値以下となるように調整される。なお、センサ１８は、全てのアウトレットガイドベーン１７に設けられる必要はなく、少なくとも１つのアウトレットガイドベーン１７に設けられていればよい。
【００２４】
以上のように、本実施形態によれば、角度が固定された後縁部によりスクロールにおけるエネルギー損失を抑制しながら、流れに応じて前縁部の角度を調整してアウトレットガイドベーンにおけるエネルギー損失を抑制できる。特に、運転域の広い遠心式圧縮機において、設計点から大きくずれた運転点においても、前縁部における剥離を抑制し、アウトレットガイドベーンにおけるエネルギー損失を十分に抑制することができる。これらのことから、圧縮機の性能が向上される。
【００２５】
なお、本実施形態では、前縁部周辺の流れの状態を直接検出し、これに基づいて前縁部の角度を調整したが、各運転状態における前縁部の適正な角度を予め求めたマップデータを利用して、運転状態に合わせて前縁部の角度を調整する構成とすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態である遠心式圧縮機を用いた自動車エンジン用過給機の部分断面図である。
【図２】アウトレットガイドベーンの配置を模式的に示す平面図である。
【図３】圧力導入路が設けられた前縁部の模式的な拡大図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  過給機
１１  コンプレッサ部
１２  コンプレッサハウジング
１３  シャフト
１４  インペラ
１５  スクロール
１６  ディフューザ
１７  アウトレットガイドベーン
１７Ａ  前縁部
１７Ｂ  後縁部
１８  センサ
２１  ベーンシャフト
２２、２３  圧力導入路
【図２】
2009270467.tif 000003
【図３】
2009270467.tif 000004
【図１】
2009270467.tif 000005