JP2005163691A - Compressor for supercharging equipped with surge suppressing means - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過給用コンプレッサに係り、特に、過給用コンプレッサのサージ抑制手段の改良に係る、 The present invention relates to a turbocharger compressor, and more particularly, to an improvement in surge suppression means of a turbocharger compressor,
内燃機関の出力性能を上げるべく吸気を加圧することが過給として知られており、そのための手段が過給用コンプレッサとして知られている。過給用コンプレッサは、通常、内燃機関の排気により駆動される排気タービンにより駆動され、内燃機関の排気よりエネルギを回収して内燃機関の熱効率を高めることにも寄与する。 It is known as supercharging to pressurize intake air in order to increase the output performance of an internal combustion engine, and a means for this is known as a supercharging compressor. The supercharging compressor is usually driven by an exhaust turbine driven by the exhaust of the internal combustion engine, and contributes to the recovery of energy from the exhaust of the internal combustion engine to increase the thermal efficiency of the internal combustion engine.
過給用コンプレッサが排気タービンにより駆動される場合、特に内燃機関が車輌の内燃機関であるときには、その回転速度が低速域から高速域まで大幅に変化する。この場合、過給用コンプレッサが、コンプレッサロータと、その周縁に配置された環状のディフューザ列と、かかる環状ディフューザ列を囲む蝸牛状のハウジングとを有する構造のものであるときには、中流量乃至大流量域にてもそれなりの過給が得られるようなコンプレッサの設計がなされると、低流量域にてサージが起こりやすくなるという問題がある。かかる問題に対処して、環状ディフューザ列をコンプレッサロータの中心軸線に垂直な仮想断面で見て該中心軸線から放射状に延びる輻線に対する傾動角を可変に調節することができる傾動可能なベーンの列により構成し、コンプレッサロータの回転速度に応じてベーンの傾動角を変えるようにすることが下記の特許文献1に記載されている。また、この種の過給用コンプレッサに於いて、途中に開閉制御弁を備え、コンプレッサロータの下流側を上流側に連通する還流通路を設け、かかる還流通路を適宜に開いてコンプレッサにより昇圧された空気の一部をコンプレッサの吸入側に戻すことによりサージを抑制することが下記の特許文献2に記載されている。
本発明は、コンプレッサロータと、その周縁に配置された環状のディフューザ列と、該環状ディフューザ列を囲む蝸牛状のハウジングとを有する型の過給用コンプレッサに於いて、環状ディフューザ列がコンプレッサロータの中心軸線に垂直な仮想断面で見て該中心軸線から放射状に延びる輻線に対し傾斜したベーンの列により構成されるときには、サージの発生は、コンプレッサロータにより加速された空気流の動圧がディフューザ列により静圧に変換されることにより得られるディフューザ列を横切る静圧の上昇とディフューザ列を横切る空気流の流れを規制するベーンの傾斜角との関連により支配されることに鑑み、この点に着目して低速域から高速域に至る全速度域に亙ってサージをよりよく抑制しつつより高い作動効率にて作動するよう改良された過給用コンプレッサを提供することを課題としている。 The present invention relates to a supercharging compressor having a compressor rotor, an annular diffuser row disposed on the periphery thereof, and a cochlear housing surrounding the annular diffuser row, wherein the annular diffuser row is a compressor rotor. When constituted by a row of vanes inclined with respect to the radiation extending radially from the central axis when viewed in a virtual section perpendicular to the central axis, the occurrence of surge is caused by the dynamic pressure of the air flow accelerated by the compressor rotor. In view of this, it is governed by the relationship between the increase in static pressure across the diffuser row obtained by converting to static pressure by the row and the inclination angle of the vane that regulates the flow of air flow across the diffuser row. Pay attention and operate at higher operating efficiency while better suppressing surges over the entire speed range from low speed to high speed It has an object to provide a supercharging compressor which is improved so.
上記の課題を解決するものとして、本発明は、コンプレッサロータと、その周縁に配置された環状のディフューザ列と、前記環状ディフューザ列を囲む蝸牛状のハウジングとを有し、前記環状ディフューザ列は前記コンプレッサロータの中心軸線に垂直な仮想断面で見て該中心軸線から放射状に延びる輻線に対する傾動角を可変に調節することができるよう傾動可能に設けられたベーンの列により構成されている過給用コンプレッサにして、前記ベーンの傾動に対応して開閉を制御され、前記ベーンの傾動角が所定値以上のとき前記ディフューザ列の出口領域を該ディフューザ列の上流側へ開く還流通路を有していることを特徴とする過給用コンプレッサを提案するものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention includes a compressor rotor, an annular diffuser row disposed on the periphery thereof, and a cochlear housing surrounding the annular diffuser row, and the annular diffuser row is A supercharger composed of a row of vanes provided so as to be tiltable so that a tilt angle with respect to a radiation extending radially from the central axis can be variably adjusted when viewed in a virtual section perpendicular to the central axis of the compressor rotor. The compressor has a reflux passage that is controlled to open and close in response to the tilt of the vane, and that opens the outlet region of the diffuser row to the upstream side of the diffuser row when the tilt angle of the vane is equal to or greater than a predetermined value. The present invention proposes a supercharging compressor characterized by the above.
この場合、前記還流通路の出口は、ディフューザ列より上流側の任意の位置であってよいが、特に、コンプレッサロータとディフューザ列の間、またはコンプレッサロータの上流側とされてよい。 In this case, the outlet of the return passage may be at an arbitrary position upstream of the diffuser row, but may be particularly between the compressor rotor and the diffuser row or upstream of the compressor rotor.
また、前記ベーンの傾動角が前記所定値以上のとき該傾動角が所定範囲で増大するに連れて還流通路はより大きく開かれるようになっていてよい。 Further, when the tilt angle of the vane is equal to or greater than the predetermined value, the reflux passage may be opened more widely as the tilt angle increases within a predetermined range.
また、前記還流通路の入口は前記ベーンの端面に対向して開口するポートであり、該ポートの開口面積が前記ベーン端面により開閉制御されるようになっていてよい。 The inlet of the return passage may be a port that opens opposite to the end face of the vane, and the opening area of the port may be controlled to be opened and closed by the vane end face.
上記の如く、コンプレッサロータと、その周縁に配置された環状のディフューザ列と、環状ディフューザ列を囲む蝸牛状のハウジングとを有し、環状ディフューザ列がコンプレッサロータの中心軸線に垂直な仮想断面で見て該中心軸線から放射状に延びる輻線に対する傾動角を可変に調節することができるよう傾動可能に設けられたベーンの列により構成されている過給用コンプレッサに於いて、ベーンの傾動に対応して開閉を制御され、ベーンの傾動角が所定値以上のとき前記ディフューザ列の出口領域を該ディフューザ列の上流側へ開く還流通路が設けられていれば、コンプレッサロータの流入空気量の減小に応じてコンプレッサロータの周縁より排出される空気の流れに適合するようベーンの傾動角を増大させていく過程で、サージ発生の可能性が生じる速度領域に対応するベーン傾動角に合わせて前記還流通路を経てディフューザ列の出口領域より圧縮された空気の一部をその上流側へ還流させることにより、ベーン傾動角の制御によりサージを抑制する効果とディフューザ列での流れの不安定領域を空気の一部還流により低減してサージを抑制する効果とを最適に調和させ、コンプレッサロータ回転速度に応じて必要最小限度の空気還流量にてサージを確実に抑制しつつ、より高い作動効率にて過給用コンプレッサを作動させることができる。コンプレッササージに係るディフューザの流れの不安定領域を緩和するためのディフューザ列出口領域よりその上流側への還流は、コンプレッサロータの上流側まで行かなくても、コンプレッサロータとディフューザ列の間への還流によっても可能である。 As described above, the compressor rotor, the annular diffuser row disposed on the periphery thereof, and the cochlear housing surrounding the annular diffuser row, the annular diffuser row is seen in a virtual cross section perpendicular to the central axis of the compressor rotor. In the supercharged compressor constituted by a row of vanes that can be tilted so as to be able to variably adjust the tilt angle with respect to the radiation extending radially from the central axis, the tilting of the vane is supported. If the return passage that opens the outlet region of the diffuser row to the upstream side of the diffuser row when the vane tilt angle is greater than or equal to a predetermined value is provided, the amount of air flowing into the compressor rotor can be reduced. Accordingly, in the process of increasing the tilt angle of the vane to match the flow of air discharged from the periphery of the compressor rotor, In accordance with the vane tilt angle corresponding to the velocity region in which the possibility of occurrence of the above occurs, a part of the air compressed from the outlet region of the diffuser row is returned to the upstream side through the reflux passage, thereby controlling the vane tilt angle. The effect of suppressing the surge and the effect of suppressing the surge by reducing the unstable region of the flow in the diffuser array by partially recirculating the air are optimally matched, and the minimum amount of air is returned according to the compressor rotor rotation speed. The turbocharging compressor can be operated with higher operating efficiency while reliably suppressing the surge with the flow rate. Return to the upstream side of the compressor rotor from the diffuser row outlet region to alleviate the unstable region of the diffuser flow related to the compressor surge does not go to the upstream side of the compressor rotor, but between the compressor rotor and the diffuser row Is also possible.
ベーンの傾動角が前記所定値以上のとき該傾動角が所定範囲で増大するに連れて還流通路がより大きく開かれるようになっていれば、ベーン傾動角の制御によるサージ抑制とディフューザ列を横切る空気一部還流によるサージ抑制との相互調和をより好ましい状態とすることが可能となる。 When the tilt angle of the vane is greater than or equal to the predetermined value, if the return passage is opened more widely as the tilt angle increases within the predetermined range, surge suppression by controlling the vane tilt angle and crossing the diffuser row It becomes possible to make a mutual harmony with surge suppression by partial air recirculation more desirable.
また、還流通路の入口がベーンの端面に対向して開口するポートであり、該ポートの開口面積がベーン端面により開閉制御されるようになっていれば、ベーンを直接ポート可変開閉弁手段として利用することができ、ポート可変開閉のための可動手段を省略して還流通路の開閉とその度合をベーンの傾動に対応して制御することができる。 In addition, if the inlet of the return passage is a port that opens opposite to the end face of the vane, and the opening area of the port is controlled to be opened and closed by the vane end face, the vane is used directly as a port variable opening / closing valve means. The movable means for variable opening and closing of the port can be omitted, and the opening and closing of the reflux passage and the degree thereof can be controlled corresponding to the tilt of the vane.
添付の図1は、本発明による過給用コンプレッサの一つの実施の形態をその要部についてのみ半ば解図的に示す縦断面に相当する図である。但し、この種の装置は、製品としての製造および組立ての便宜のため、一般にそのハウジングが縦割半体の組合せにより構成されることに鑑み、図はそのような構造の手前側ハウジング半体のみを除去した状態として示されている。 FIG. 1 attached herewith is a view corresponding to a longitudinal cross-sectional view illustrating only one of the essential portions of one embodiment of a supercharging compressor according to the present invention. However, in view of the fact that this type of device is generally composed of a combination of vertically split halves for the convenience of manufacture and assembly as a product, the figure shows only the front half of the housing having such a structure. Is shown as being removed.
図示の過給用コンプレッサは、中心軸線Cの周りに回転するよう図には示されていない適当な軸受装置により回転式に支持されたコンプレッサロータ10と、その周縁に配置された一連の翼型ベーン12よりなる環状のディフューザ列14と、環状ディフューザ列を囲む蝸牛状のハウジング16と、環状ディフューザ列14の周りに形成された蝸牛状ディフューザ列出口空間18に接線方向に連通する過給空気出口ポート20とを有している。この場合、一連のベーン12は、各々回動軸22によりコンプレッサロータの中心軸線Cに垂直な仮想断面で見て該中心軸線から放射状に延びる輻線(その一つをRにて示す)に対するその傾動角αを変えることができるよう支持されており、これらの傾動角を一斉に可変に制御する図1には示されていないディフューザ傾動角制御機構によりその傾動角とそれに伴うディフューザ通路の拡開度をコンプレッサロータの回転速度の変化に応じて変化させる可変ディフューザを構成している。
The illustrated supercharging compressor includes a
図2は図1に於いてDにて示す仮想切断面により図示の過給用コンプレッサの一部をコンプレッサロータ中心軸線に沿って切断した状態を一つの実施の形態について矢印方向に見た概略図である。吸入空気は吸入ポート24から図中矢印にて示す如く吸入され、コンプレッサロータ10の図1に矢印にて示す方向の回転により遠心加速され、その運動エネルギを環状ディフューザ列14にて圧力エネルギに変換しつつ、蝸牛状ディフューザ列出口空間18に集められ、これよりより過給空気出口ポート20を経て流出する。
FIG. 2 is a schematic view of one embodiment as viewed in the direction of the arrow when a part of the turbocharging compressor shown in FIG. 1 is cut along the central axis of the compressor rotor by a virtual cutting plane indicated by D in FIG. It is. Intake air is sucked from the
各ベーン12の回動軸22にはレバー26の一端が取り付けられており、これらのレバーの他端が図には示されていないベーン傾動制御手段により周方向に一斉に駆動されることにより全てのベーン12の傾動角が同時に変更されようになっている。
One end of a
ハウジング16が各ベーン12の一方の端面28に対向して呈する壁面30には、各ベーンの傾動角αが或る第一の所定値以下であるときには各ベーンの端面により塞がれるが、各ベーンの傾動角αが該第一の所定値を越えるときから各ベーンの端面との重なりから外れて露呈されはじめ、これより各ベーンの傾動角が或る第二の所定値に至るまで、ベーンの傾動角が増大するに連れて各ベーンの端面との重なりからより大きく外れてより大きく露呈されるポート32が設けられており、これらのポートは、ディフューザ列14の出口領域より該ディフューザ列の上流側へ通じる還流通路34に連通し、それが開かれるときには、その開度に応じて還流通路34の開口度を制御するようになっている。図2に示す実施の形態に於いては、還流通路34の出口はコンプレッサロータ10とディフューザ列14の間とされている。尚、図1に於いては、各ポート32に対向してその開度を制御するベーンの端面28は図にて手前に見える面であり、各ポート32は見えないので、ベーン端面28に対応するその位置と輪郭が破線にて示されている。
The
図3は本発明の他の一つの実施の形態を示す図2と同様の図である。図3に於いては、図2に示す部分と同じ部分は図2に於けると同じ符号により示されている。この場合、ディフューザ列14の出口領域より該ディフューザ列の上流側へ通じる還流通路34aの出口は、コンプレッサロータ10の上流側とされている。尚、36は還流通路34aの流れを調整するための多孔質パッキンある。尚、かかる多孔質パッキンに代えて流量調節用のガイドベーンが設けられてもよい。
FIG. 3 is a view similar to FIG. 2 showing another embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same parts as those shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as in FIG. In this case, the outlet of the
かくして、本発明によれば、環状ディフューザ列14をコンプレッサロータ10の中心軸線Cに垂直な仮想断面で見て該中心軸線から放射状に延びる輻線Rに対する傾動角αを可変に調節することができる傾動可能なベーン12の列により構成し、コンプレッサロータの流入空気量に応じてベーンの傾動角を変えてディフューザ形状をコンプレッサロータの回転速度によりよく適合させてサージ発生を抑制することと、ディフューザ列の出口領域よりその上流側へ通じる還流通路34,34aを適宜に開いてディフューザ列を経て昇圧された空気の一部をディフューザ列の上流側へ還流させ、流れの不安定領域を除去することによりサージ発生を抑制することとを関連制御することにより、これら2つのサージ抑制作用をよりよく調和させ、低流量域から高流量域に至る全作動域に亙ってサージをよりよく抑制しつつより高い作動効率にて過給用コンプレッサを作動させることができる。
Thus, according to the present invention, when the
以上に於いては本発明を二つの実施の形態について詳細に説明したが、これらの実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。 Although the present invention has been described in detail with reference to two embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made to these embodiments within the scope of the present invention.
10…コンプレッサロータ、12…ベーン、14…環状のディフューザ列、16…蝸牛状のハウジング、18…ディフューザ列出口空間、20…過給空気出口ポート、22…回動軸、24…吸入ポート、26…レバー、28…ベーンの一方の端面、30…ハウジング壁面、32…ポート、34,34a…還流通路、36…抵抗調整用多孔質パッキン
DESCRIPTION OF
Claims (5)
The inlet of the reflux passage is a port that opens opposite to the end surface of the vane, and the opening area of the port is controlled to be opened and closed by the vane end surface. A supercharging compressor according to any one of the above.
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