JP2010138752A - Compressor and turbocharger for internal combustion engine equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、徐々に流路面積を拡大させながら渦巻き状に延びるスクロール部が設けられたコンプレッサ及びそれを備えた内燃機関のターボチャージャに関する。 The present invention relates to a compressor provided with a scroll portion extending spirally while gradually increasing a flow path area, and a turbocharger of an internal combustion engine including the compressor.
スクロールの上流部に可動ブロックが設けられ、流量に応じてこの可動ブロックを移動させることによりスクロールの流路面積を変化させるコンプレッサが知られている(特許文献1)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2及び3が存在する。 There is known a compressor in which a movable block is provided in an upstream portion of a scroll and the flow path area of the scroll is changed by moving the movable block in accordance with a flow rate (Patent Document 1). In addition, Patent Documents 2 and 3 exist as prior art documents related to the present invention.
スクロール部の流路断面積を小流量時に対応させて相対的に小さく形成すると大流量時の効率が低下し、大流量時に対応させて相対的に大きく形成すると小流量時の効率が低下してしまう。特許文献1のコンプレッサでは、流量に応じて可動ブロックを移動させてスクロール部の流路断面積を変化させている。しかし、この場合、可動ブロックを移動させるための機構や流量に応じて可動ブロックの移動制御が必要となるため、構造が複雑となり、コンプレッサが大型化してしまう。また、可動ブロックの移動により流路に段差が形成されるので、可動ブロックの無いハウジングと比べて作動域によっては効率の低下を招いてしまう場合がある。
If the flow path cross-sectional area of the scroll part is made relatively small corresponding to a small flow rate, the efficiency at a large flow rate will decrease, and if formed relatively large corresponding to a large flow rate, the efficiency at a small flow rate will decrease. End up. In the compressor of
そこで、本発明は、簡易な構造でありながら小流量及び大流量における効率の低下を抑制することができるコンプレッサ及びそれを備えた内燃機関のターボチャージャを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a compressor capable of suppressing a decrease in efficiency at a small flow rate and a large flow rate while having a simple structure, and a turbocharger of an internal combustion engine including the compressor.
本発明のコンプレッサは、徐々に流路面積を拡大させながら渦巻き状に延びるスクロール部が設けられたコンプレッサにおいて、前記スクロール部の渦巻きの始まりである開始部に設けられ、前記スクロール部の内壁の一部を覆う弾性膜と、前記弾性膜が内壁との間に形成する空間と前記スクロール部の渦巻きの終わりである出口通路とを接続する連通路と、を備えている(請求項1)。 The compressor according to the present invention is a compressor provided with a scroll portion extending in a spiral shape while gradually increasing the flow path area, and is provided at a start portion at the start of the spiral of the scroll portion. And a communication passage connecting a space formed between the elastic film and the inner wall and an outlet passage which is the end of the scroll of the scroll portion (Claim 1).
このコンプレッサによれば、連通路によって弾性膜が内壁との間に形成する空間とスクロール部の出口通路とが接続される。これにより、弾性膜が内壁との間に形成する空間の圧力、つまり、弾性膜の内側の圧力は出口通路と同じ圧力となるので、弾性膜の外側と内側との間で生じる圧力差に応じて弾性膜の内側の空間が膨張又は収縮して開始部の流路面積を変化させる。弾性膜の外側と内側との間で生じる圧力差は小流量の場合に大きくなり、大流量の場合に小さくなるので、弾性膜の内側の空間は小流量の場合に大きく、大流量の場合に小さくなる。つまり、開始部の流路面積は小流量の場合に小さく、大流量の場合に大きくなる。従って、弾性膜の外側と内側との間の圧力差を利用して開始部の流路面積を小流量の場合に小さくし、大流量の場合に大きくすることができるので、簡易な構造でありながら小流量及び大流量における効率の低下を抑制することができる。 According to this compressor, the space formed between the inner wall of the elastic film and the outlet passage of the scroll portion is connected by the communication passage. As a result, the pressure in the space formed between the elastic membrane and the inner wall, that is, the pressure inside the elastic membrane is the same as that in the outlet passage, so that it corresponds to the pressure difference between the outside and inside of the elastic membrane. Thus, the space inside the elastic membrane expands or contracts to change the flow path area of the start portion. The pressure difference that occurs between the outside and inside of the elastic membrane increases at low flow rates and decreases at high flow rates, so the space inside the elastic membrane is large at low flow rates and large at high flow rates. Get smaller. That is, the flow path area of the start portion is small when the flow rate is small and large when the flow rate is large. Therefore, the flow area of the start portion can be reduced when the flow rate is small and large when the flow rate is large by utilizing the pressure difference between the outside and the inside of the elastic membrane. However, a decrease in efficiency at a small flow rate and a large flow rate can be suppressed.
本発明の内燃機関のターボチャージャは、上記のコンプレッサが組み込まれ、前記コンプレッサに設けられたコンプレッサホイールを内燃機関の排気通路に設けられたタービンで駆動する(請求項2)。タービンは排気によって駆動されるので、ターボチャージャのコンプレッサは排気の量、つまり、内燃機関の運転状態に応じて流量が変化する。このターボチャージャによれば、上記コンプレッサが組み込まれているので、流量の変化に対応して流路面積を変化させることにより小流量及び大流量におけるコンプレッサ効率の低下を抑制することができる。従って、内燃機関に対する効率的な過給を実現できる。 A turbocharger for an internal combustion engine according to the present invention incorporates the above-described compressor, and drives a compressor wheel provided in the compressor by a turbine provided in an exhaust passage of the internal combustion engine. Since the turbine is driven by exhaust gas, the flow rate of the turbocharger compressor changes according to the amount of exhaust gas, that is, the operating state of the internal combustion engine. According to this turbocharger, since the compressor is incorporated, it is possible to suppress a decrease in compressor efficiency at a small flow rate and a large flow rate by changing the flow path area in response to a change in the flow rate. Therefore, efficient supercharging to the internal combustion engine can be realized.
以上説明したように、本発明によれば、弾性膜の外側と内側との間の圧力差を利用して開始部の流路面積を小流量の場合に小さくし、大流量の場合に大きくすることができるので、簡易な構造でありながら小流量及び大流量における効率の低下を抑制することができる。 As described above, according to the present invention, the flow area of the start portion is reduced when the flow rate is small and increased when the flow rate is large using the pressure difference between the outside and the inside of the elastic membrane. Therefore, it is possible to suppress a decrease in efficiency at a small flow rate and a large flow rate while having a simple structure.
図1は、本発明の一形態に係るコンプレッサ1のスクロール部2Aを模式的に示した説明図である。コンプレッサ1は内燃機関に搭載されるターボチャージャに組み込まれ、スクロール部2Aを介して吸気を機関本体に供給する。詳細は図示を省略したが、このターボチャージャはコンプレッサ1の中央4に設けられたコンプレッサホイールと、このコンプレッサホイールと同軸に接続されたタービンとを備えており、タービンは内燃機関の排気通路に設けられ、排気によって駆動される。そして、排気によって駆動されたタービンによって同軸に接続されたコンプレッサホイールが駆動され、このコンプレッサホイールの回転により外気である空気がスクロール部2Aに導入される。図1の矢印5はスクロール部2Aに導入された空気の流れを示している。
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a
スクロール部2Aは流路面積の小さい開始部7から流路面積の大きい出口通路8に向かって徐々に流路面積を拡大させながら渦巻き状に延びている。そして、開始部7の端部は出口通路8に接続されており、スクロール部2Aに導入された空気が出口通路8から開始部7に流れて循環することも可能に構成されている。コンプレッサ1の中央4には不図示のコンプレッサホイールが設けられており、コンプレッサホイールの回転に伴って中央4から空気が導入される。スクロール部2Aの開始部7には内壁10の一部を覆う弾性膜11が設けられている。弾性膜11の内側には弾性膜11と内壁10とによって密閉された空間12が形成される。空間12と出口通路8とは連通路15を介して接続されている。
The
弾性膜11は何ら力が加わっていない状態では内壁10に張り付き、開始部7の流路面積を最大にするように構成されている。一方、空間12は出口通路8と連通路15により接続されているので、弾性膜11の内側の空間12と外側の流路との間に圧力差が生じ得る。この圧力差によって空間12の容積が変化し、弾性膜11を伸縮させる。図1では、弾性膜11の内側の空間12が膨張しようとする力と、弾性膜11が元の内壁10に張り付く状態に戻ろうとする弾性力とが釣り合った状態を示している。
The
図2は、従来のコンプレッサに設けられるスクロール部2Bを模式的に示した説明図である。図1と共通する構成には図2に同一符号を付して説明を省略する。スクロール部2Bを流れる空気の流量が小流量の場合には開始部7の圧力が出口通路8の圧力よりも低くなる。このため、図2のコンプレッサでは内部の空気の流量が小流量の場合には空気が出口通路8から開始部7へ流れ、太い矢印16で示した循環が促進される。
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a
図3は、図2に示すコンプレッサにおいて内部に導入された空気の流量と圧力比との関係を示した図である。図3の直線17はサージラインを、直線17から延びる曲線18、19はいずれも等回転ラインを、破線20は作動線を、それぞれ示している。流量が少ないサージライン近くの作動域AR1では導入された空気の循環によりコンプレッサ効率が低下するので導入された空気の循環が無い方がコンプレッサ効率は高くなる。一方、流量が多いチョーク流量近くの作動域AR2では導入された空気の循環によりコンプレッサ効率が高くなるので導入された空気の循環が無いとコンプレッサ効率は低下してしまう。図2に示す従来のコンプレッサでは、流量が少ない場合に循環が促進されてしまうので、図3に示すようなサージラインと作動線との関係となり、サージライン近くの作動域AR1でコンプレッサ効率の低下を招いてしまう。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the flow rate of air introduced into the compressor and the pressure ratio in the compressor shown in FIG. The
図1に示す形態によれば、連通路15によって弾性膜11と内壁10との間に形成される空間12と出口通路8とが接続され、弾性膜11の内側に形成される空間12の圧力と出口通路8の圧力とが同じ圧力になる。弾性膜11の内側の空間12と外側の流路との間の圧力差に応じて弾性膜11内側の空間12が膨張し、容積は変化する。このため、弾性膜11外側の流路の圧力と出口通路8の圧力との間の圧力差が大きくなる小流量の領域AR1では空間12の容積が大きくなり開始部7の流路面積が小さくなる。これにより、図3に示すサージラインが想像線で示すように図3の左上方向に移動するので効率の低下が抑制される。つまり、小流量の領域AR1においてコンプレッサ1内の空気の循環が抑制されることにより小流量の領域における効率の低下を防止することができる。
According to the embodiment shown in FIG. 1, the
一方、開始部7における弾性膜11の外側に形成される流路の圧力と出口通路8における圧力とが等しいか、その圧力差によって空間12が膨張する力より弾性膜11の弾性力の方が大きい場合には、弾性膜11は内壁10に張り付く。スクロール部2Aを流れる空気の流量が大流量になるに従って開始部7の圧力と出口通路8の圧力との差は小さくなるので、空気の流量が大流量の領域AR2では開始部7における弾性膜11の外側と内側の圧力差が小さくなり開始部7の流路面積が最大になる。これにより、図3に示すサージラインと作動線との関係となり、コンプレッサ1内の空気の循環が促進される。つまり、大流量の領域AR2においてコンプレッサ1内の空気の循環が促進されることにより大流量の領域における効率の低下を防止することができる。即ち、この形態によれば、吸気の流量が小流量の領域AR1では吸気の循環が抑制される一方で、吸気の流量が大流量の領域AR2では吸気の循環が促進される。従って、簡易な構造でありながら小流量領域及び大流量領域における効率の低下を抑制することができる。また、簡易な構造なので、コンプレッサ1の大型化を抑制することができる。
On the other hand, the pressure of the flow path formed outside the
但し、本発明は上述の形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態にて実施できる。上述の形態では、コンプレッサ1が内燃機関に搭載されるターボチャージャに組み込まれているが、このような構成に限定されるものではない。例えば、コンプレッサ1はスーパーチャージャに組み込まれていてもよい。
However, this invention is not limited to the above-mentioned form, It can implement with a various form within the range of the summary of this invention. In the above-described embodiment, the
1 コンプレッサ
2A スクロール部
7 開始部
8 出口通路
10 内壁
11 弾性膜
12 空間
15 連通路
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記スクロール部の渦巻きの始まりである開始部に設けられ、前記スクロール部の内壁の一部を覆う弾性膜と、前記弾性膜が内壁との間に形成する空間と前記スクロール部の渦巻きの終わりである出口通路とを接続する連通路と、を備えることを特徴とするコンプレッサ。 In a compressor provided with a scroll portion extending spirally while gradually increasing the flow path area,
An elastic film that covers a part of the inner wall of the scroll part, and a space formed between the inner wall of the scroll part and the end of the spiral of the scroll part. A compressor comprising: a communication passage that connects a certain outlet passage.
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JP2008314368A JP2010138752A (en) | 2008-12-10 | 2008-12-10 | Compressor and turbocharger for internal combustion engine equipped with the same |
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WO2012132528A1 (en) * | 2011-03-25 | 2012-10-04 | 三菱重工業株式会社 | Scroll shape of centrifugal compressor |
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WO2012132528A1 (en) * | 2011-03-25 | 2012-10-04 | 三菱重工業株式会社 | Scroll shape of centrifugal compressor |
JP2012202323A (en) * | 2011-03-25 | 2012-10-22 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Scroll shape of centrifugal compressor |
CN103443472A (en) * | 2011-03-25 | 2013-12-11 | 三菱重工业株式会社 | Scroll shape of centrifugal compressor |
US9366265B2 (en) | 2011-03-25 | 2016-06-14 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Scroll shape of centrifugal compressor |
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