JP2007255220A - 可変ディフューザ付き遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】可変ディフューザによる吸入空気の圧力変換効率を確実に向上させ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】可変ディフューザを構成する各可動翼１０の翼長方向に沿って流れる空気の下流側の圧力が各可動翼１０のシュラウド壁面側の従動翼部１０Ｂの受圧面１０Ｄに作用することにより、シュラウド壁面側の各従動翼部１０Ｂがベースプレート側の傾動翼部１０Ａに対し、傾斜分割面Ａに沿って可動翼１０の翼高を増大する方向に摺動する。このため、各可動翼１０の従動翼部１０Ｂのシール面１０Ｅがシュラウド壁面に接触して両者の間のサイドクリアランスが詰められる。その結果、可変ディフューザによる吸入空気の圧力変換効率が確実に向上する。
【選択図】図５

Description

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。

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。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）や、吸入空気を加圧する際の圧力変換効率を向上できるように改良されたディフューザベーンを備える遠心圧縮機（例えば特許文献２参照）が知られている。

ここで、特許文献１には、コンプレッサロータ（コンプレッサホイール）の基端部外周とディフューザ列出口空間（スクロール流路）との間の環状の気体流路に、可変ディフューザとしての環状のディフューザ列を構成する一連の翼型ベーン（可動翼）を配置し、各翼型ベーン（可動翼）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翼型ベーン（可動翼）の傾動角（翼角）を一斉に変更するようにした構造が開示されている。

一方、特許文献２には、吸入空気の圧力変換効率を向上できるようにディフューザベーンの端面とシールプレートとの気密性を向上させる構造が開示されている。すなわち、ディフューザベーンの端面側にシール用溝を形成し、このシール用溝に凸型断面のシール部材を嵌着すると共に、シール部材の狭幅部分が貫通するカバー部材をディフューザベーンの端面に固定した構造が開示されている。ここで、ディフューザベーンには、渦巻き室（スクロール流路）側のガス圧をシール用溝内に導入するガス導入開口部が形成されており、シール用溝内に導入されたガス圧をシール部材の広幅部分に作用させることでシール部材の狭幅部分をシールプレートに押し付けるようにしている。
特開２００５−１６３６９１号公報（段落番号１３、段落番号１５、図１、図２） 特開平８−３１２５０９号公報（段落番号１６、図１）

ところで、特許文献１に記載された一連の翼型ベーン（可動翼）は、例えば特許文献２に記載されたようなシール構造を備えていないため、前述した環状の気体流路を形成するコンプレッサハウジングのシュラウド壁面との間のサイドクリアランスを詰めることが難しく、サイドクリアランスが大きいと吸入空気の圧力変換効率が低下する虞がある。

一方、特許文献２に記載されたディフューザベーンは、前述したように構造が複雑であり、しかも、シール部材とディフューザベーンのシール用溝およびカバー部材との間に高い加工精度が要求される。また、シール部材は、ディフューザベーンの長手方向の両端部をシールできないため、吸入ガスの圧力変換効率を向上させる点で大きな効果は期待できない。そして、シール部材、ディフューザベーン、カバー部材の加工精度が低い場合には、かえって圧力変換効率が低下する虞もある。

そこで、本発明は、可変ディフューザによる吸入気体の圧力変換効率を確実に向上させ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。

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吸入気体の圧力を可変に上昇させるための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、かつ、回動支軸を介して等翼角に一斉に傾動操作可能にベースプレート上に支持された一群の可動翼とを有し、各可動翼は、その翼長方向に沿って翼高方向に傾斜する傾斜分割面により翼高方向に分割されたベースプレート側の傾動翼部とシュラウド壁面側の従動翼部との組み合わせ構造とされており、従動翼部は、傾斜分割面に沿って可動翼の翼高を増大する方向に摺動可能に傾動翼部に組み付けられていることを特徴とする。

本発明に係る可変ディフューザ付き遠心圧縮機では、可変ディフューザを構成する各可動翼のシュラウド壁面側の従動翼部がベースプレート側の傾動翼部に対し、傾斜分割面に沿って可動翼の翼高を増大する方向に摺動することにより、各可動翼の従動翼部がコンプレッサハウジングのシュラウド壁面に接触して両者の間のサイドクリアランスが詰められる。その結果、可変ディフューザによる吸入気体の圧力変換効率が確実に向上する。

本発明の可変ディフューザ付き遠心圧縮機において、可変ディフューザを構成する各可動翼の従動翼部は、可動翼の翼長方向に沿って流れる気体の下流側の圧力と上流側の圧力との圧力差により可動翼の翼高を増大する方向に摺動可能に傾動翼部に組み付けることができる。また、各可動翼の従動翼部は、傾動翼部との間に設置された弾性部材の付勢力により可動翼の翼高を増大する方向に摺動可能に傾動翼部に組み付けることができる。

本発明に係る可変ディフューザ付き遠心圧縮機では、可変ディフューザを構成する各可動翼のシュラウド壁面側の従動翼部がベースプレート側の傾動翼部に対し、傾斜分割面に沿って可動翼の翼高を増大する方向に摺動することにより、各可動翼の従動翼部がコンプレッサハウジングのシュラウド壁面に接触して両者の間のサイドクリアランスが詰められる。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、可変ディフューザによる吸入気体の圧力変換効率を確実に向上させることができる。

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斜視図、図３は図２に示した可動翼の拡大斜視図、図４は図３に示した可動翼の縦断面図である。

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。

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。

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。

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。

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、吸入空気の圧力を可変に上昇させるための可変ディフューザ８が設置されている。

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上に環状に配列された一群の可動翼１０とを有する。

一群の可動翼１０は、ベースプレート９上に等角度間隔で同心状に配列されており、各可動翼１０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一端部側が鋭角に形成されたクサビ形に形成されている。

各可動翼１０は、図３に拡大して示すように、その翼長方向に沿って翼高方向（ベースプレート９上の高さ方向）に傾斜する傾斜分割面Ａにより傾動翼部１０Ａと従動翼部１０Ｂとに分割されており、その傾斜分割面Ａは、傾動翼部１０Ａの翼長方向の他端部から一端部に向かって傾動翼部１０Ａの翼高を増大するように傾斜している。

各傾動翼部１０Ａの翼長方向の一端部側に寄った中央部付近には、ベースプレート９（図２参照）を貫通する回動支軸１０Ｃが突設されている。一方、各従動翼部１０Ｂの翼長方向における翼高の大きい他端部には、可動翼１０の翼長方向に沿って流れる吸入空気の下流側の圧力を受ける受圧面１０Ｄが形成されている。また、各従動翼部１０Ｂの傾斜分割面Ａとは反対側の面には、コンプレッサハウジング３のシュラウド壁面３Ｂ（図１参照）に摺動自在に接触するシール面１０Ｅが形成されている。

ここで、各傾動翼部１０Ａに突設された回動支軸１０Ｃを介して各傾動翼部１０Ａ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。

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１０Ｃの先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１０Ｃを一斉に回動させることで、各傾動翼部１０Ａを等翼角に一斉に傾動させる。

ここで、前述のように可動翼１０の翼高方向に分割されたベースプレート９側の傾動翼部１０Ａと、シュラウド壁面３Ｂ側の従動翼部１０Ｂとは、図４に示す組み合わせ構造により一体に傾動して翼角を変更できるように構成されている。

すなわち、回動軸１０Ｃが一体に形成された傾動翼部１０Ａの翼長方向の中央部付近には、傾斜分割面Ａから突出するガイドピン１０Ｆが植設されている。これに対応して、従動翼部１０Ｂの翼長方向の中央部付近には、ガイドピン１０Ｆに摺動自在に嵌合して従動翼部１０Ｂを翼長方向の一端部側へ移動可能とするガイド長孔１０Ｇが形成されている。

また、従動翼部１０Ｂの翼長方向の他端部付近には、傾斜分割面Ａから突出するガイドピン１０Ｈが植設されており、これに対応して、傾動翼部１０Ａの翼長方向の他端部付近には、ガイドピン１０Ｈに摺動自在に嵌合して従動翼部１０Ｂを翼長方向の一端部側へ移動可能とするガイド長孔１０Ｊが形成されている。

このような組み合わせ構造により、従動翼部１０Ｂは、傾動翼部１０Ａに対し傾斜分割面Ａに沿って翼長方向の一端部側へ摺動可能となっている。すなわち、従動翼部１０Ｂは、傾動翼部１０Ａに対して可動翼１０の翼高を増大する方向に摺動可能となっている。

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の回転に連動して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吸入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。

その際、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クサビ形の各可動翼１０に沿ってその一端部側から他端部側へ向けて流通することにより、流速が徐々に低下して圧力が徐々に上昇する。

ここで、図３に示したように、各可動翼１０は一端部側が鋭角となるクサビ形に形成されており、しかも、各可動翼１０を構成する従動翼部１０Ｂの肉厚の大きい他端部には受圧面１０Ｄが形成されている。このため、吸入空気の下流側の高い圧力が従動翼部１０Ｂの他端部の受圧面１０Ｄに作用し、吸入空気の上流側の低い圧力が従動翼部１０Ｂの鋭角な一端部に作用することとなる。

その結果、各可動翼１０の従動翼部１０Ｂは、その他端部の受圧面１０Ｄに作用する下流側の高い空気圧と、その鋭角な一端部に作用する上流側の低い空気圧との圧力差により、図５に示すように傾動翼部１０Ａに対し傾斜分割面Ａに沿って可動翼１０の翼高を増大する方向に摺動する。これにより、各可動翼１０の従動翼部１０Ｂのシール面１０Ｅが図１に示すシュラウド壁面３Ｂに接触して両者の間のサイドクリアランスが詰められる。

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、可変ディフューザ８による吸入空気の圧力変換効率を確実に向上することができる。

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４に示した各可動翼１０の従動翼部１０Ｂは、傾動翼部１０Ａとの間に設置された弾性部材の付勢力により可動翼１０の翼高を増大する方向に摺動可能に傾動翼部１０Ａに組み付けることができる。

図６はその一例を示しており、可動翼１０の傾動翼部１０Ａの傾斜分割面Ａ側にはコイルばね１０Ｋの一端部を支持するばね受け凹部１０Ｌが形成され、可動翼１０の従動翼部１０Ｂの傾斜分割面Ａ側にはコイルばね１０Ｋの他端部を支持するばね受け凹部１０Ｍが形成されている。そして、傾動翼部１０Ａのばね受け凹部１０Ｌと従動翼部１０Ｂのばね受け凹部１０Ｍとの間には、コイルばね１０Ｋが従動翼部１０Ｂを傾斜分割面Ａに沿って可動翼１０の翼高を増大する方向に押動するように設置されている。

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１に示した可変ディフューザの斜視図である。 図２に示した可動翼の拡大斜視図である。 図３に示した可動翼の縦断面図である。 図４に示した可動翼の従動翼部が傾動翼部に対して摺動した状態を示す縦断面図である。 図４に示した可動翼の変形例を示す縦断面図である。

符号の説明

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…傾動翼部、１０Ｂ…従動翼部、１０Ｃ…回動支軸、１０Ｄ…受圧面、１０Ｅ…シール面、１０Ｆ…ガイドピン、１０Ｇ…ガイド長孔、１０Ｈ…ガイドピン、１０Ｊ…ガイド長孔、１１…ガイドローラ、１２…ユニゾンリング、１３…リンク機構。

Claims (3)

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吸入気体の圧力を可変に上昇させるための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、かつ、回動支軸を介して等翼角に一斉に傾動操作可能にベースプレート上に支持された一群の可動翼とを有し、
   前記各可動翼は、その翼長方向に沿って翼高方向に傾斜する傾斜分割面により翼高方向に分割されたベースプレート側の傾動翼部とシュラウド壁面側の従動翼部との組み合わせ構造とされており、
   前記従動翼部は、前記傾斜分割面に沿って前記可動翼の翼高を増大する方向に摺動可能に前記傾動翼部に組み付けら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。
2. 前記従動翼部は、前記可動翼の翼長方向に沿って流れる気体の下流側の圧力と上流側の圧力との圧力差により前記可動翼の翼高を増大する方向に摺動可能に前記傾動翼部に組み付けら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。
3. 前記従動翼部は、前記傾動翼部との間に設置された弾性部材の付勢力により前記可動翼の翼高を増大する方向に摺動可能に前記傾動翼部に組み付けら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。
   

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