JP2010168916A - 過給機用コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】吸気口へ吸い込まれる空気の流れを利用した簡単な機械的構成により、当該コンプレッサを用いるエンジン等における低速回転域及び高速回転域のいずれにおいても過給効率を向上させることができる過給機用コンプレッサを提供すること。
【解決手段】過給機用コンプレッサ１は、複数のブレード４２を有するインペラ４をハウジング１０内に回転可能に収容し、インペラ４の回転によってハウジング１０の吸気口２１１から吸い込んだ空気Ａ１を圧縮して吐き出すよう構成してある。吸気口２１１内の外周側部分には、吸気口２１１から吸い込んだ空気Ａ１の流れをインペラ４の回転方向と同じ回転方向の旋回流にするための複数の空気入口案内翼５３が固定して設けてある。複数の空気入口案内翼５３の中心側には、吸気口２１１内への空気Ａ１の流れを受けて開き、空気Ａ１を通過させるよう構成した流速自動弁６が設けてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等に用いる過給機において、空気を圧縮して吐き出すよう構成した過給機用コンプレッサに関する。

自動車に用いるエンジン等の運転する回転速度の範囲が広いエンジンに使用される過給機においては、遠心圧縮機（コンプレッサ）を運転する回転速度の範囲も広く、特に低速域（小流量域）において過給効率を向上させることが困難である。
そのため、例えば、特許文献１のエンジンの過給装置においては、エンジンのシリンダへ高圧空気を供給する遠心圧縮機において、回転中の羽根車に流入する空気流に羽根車と同一方向の旋回を与える空気流旋回機構を旋回量調整可能に設けている。この空気流旋回機構により、エンジンの低速域においては、羽根車に流入する空気流に与える旋回を大きくし、エンジンの高速域においては、羽根車に流入する空気流に与える旋回を小さく又は零にしている。これにより、エンジンの低速域においても、遠心圧縮機の圧力比を高めて過給による加速性能の向上、遠心圧縮機の効率の向上等を図っている。

また、特許文献２の可変容量コンプレッサにおいては、コンプレッサホイールの上流側に形成された吸気通路内に、コンプレッサホイールの回転軸方向に沿って筒状の内管を配設し、この内管内に、その流路面積を変更する弁を配置している。そして、上記回転軸方向に対する弁の傾斜角度を調整し、内管の内側の流路面積を減少させたときには、内管の外側を通過した気流の流速を速めて、効果的な過給効果を得ている。

しかしながら、特許文献１においては、空気流旋回機構を構成する複数の案内羽根の傾斜角度を、ステップモータ式、油圧又は空圧式のアクチュエータ等からなる回転駆動装置によって可動させている。また、特許文献２においては、弁の傾斜角度を調整するためにアクチュエータ及びバネを用いている。
そのため、特許文献１、２においては、装置を構成する部品の点数が増大し、電気的な制御が必要になることから装置の製作コストも高くなってしまう。

特開平１０−２６０２７号公報 特開２００６−１１２３２３号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、吸気口へ吸い込まれる空気の流れを利用した簡単な機械的構成により、当該コンプレッサを用いるエンジン等における低速回転域及び高速回転域のいずれにおいても過給効率を向上させることができる過給機用コンプレッサを提供しようとするものである。

本発明は、複数のブレードを有するインペラをハウジング内に回転可能に収容し、上記インペラの回転によって上記ハウジングの吸気口から吸い込んだ空気を圧縮して吐き出すよう構成した過給機用コンプレッサにおいて、
上記吸気口内の外周側部分には、上記吸気口から吸い込んだ空気の流れを上記インペラの回転方向と同じ回転方向の旋回流にするための複数の空気入口案内翼が固定して設けてあり、
該複数の空気入口案内翼の中心側には、上記吸気口内への空気の流れを受けて開き、該空気を通過させるよう構成した流速自動弁が設けてあることを特徴とする過給機用コンプレッサにある（請求項１）。

本発明の過給機用コンプレッサにおいては、ハウジングの吸気口内において、外周側部分に上記複数の空気入口案内翼を固定して設け、複数の空気入口案内翼の中心側に、空気の流れを受けて開く上記流速自動弁を設けている。
そして、コンプレッサによって発生させた圧縮空気を供給するエンジン等を低速回転域で運転するときには、ハウジングの吸気口へ吸い込まれる空気の流速は小さく、空気が流速自動弁へ衝突する力も弱い。このとき、流速自動弁は、ほとんど開かず、また、開いたとしても少ししか開かず、吸気口内に流れ込んだ空気のほとんど又は多くが複数の空気入口案内翼へ導かれる。そのため、空気の流速が小さくなる低速回転域においては、複数の空気入口案内翼による旋回流をより効果的に発生させることができ、サージング現象の発生を抑制して、過給効率を向上させることができる。

一方、コンプレッサによって発生させた圧縮空気を供給するエンジン等を高速回転域で運転するときには、ハウジングの吸気口へ吸い込まれる空気の流速が大きくなり、空気が流速自動弁へ衝突する力が強くなる。このとき、流速自動弁が開き、吸気口内に流れ込んだ空気の一部が複数の空気入口案内翼の中心側を通過し、残部が複数の空気入口案内翼へ導かれる。そのため、空気の流速が大きくなる高速回転域においては、流速自動弁の存在による圧力損失を低下させることができ、過給効率の低下を抑制することができる。

そして、本発明の過給機用コンプレッサにおいては、アクチュエータ等の電気的制御を行うことなく、吸気口へ吸い込まれる空気の流れを利用して、流速自動弁を開閉させることができる。これにより、コンプレッサの部品の点数を減少させることができ、電気的な制御を不要にすることができ、コンプレッサの製作コストを低下させることができる。

それ故、本発明の過給機用コンプレッサによれば、吸気口へ吸い込まれる空気の流れを利用した簡単な機械的構成により、当該コンプレッサを用いるエンジン等における低速回転域及び高速回転域のいずれにおいても過給効率を向上させることができ、

実施例１における、過給機用コンプレッサを示す断面説明図。 実施例１における、空気入口案内翼及び流速自動弁を設けた翼形成筒部材を示す斜視図。 実施例１における、空気入口案内翼及び流速自動弁を設けた翼形成筒部材を示す正面図。 実施例２における、空気入口案内翼及び流速自動弁を設けた翼形成筒部材を示す斜視図。

上述した本発明の過給機用コンプレッサにおける好ましい実施の形態につき説明する。
本発明において、上記流速自動弁は、水平方向に回動軸を有する開閉板から構成し、該開閉板は、上記回動軸よりも下側の板面部を、上記回動軸よりも上側の板面部と比べて受圧面積及び自重を大きくし、過給機用コンプレッサは、上記下側の板面部の受圧面積が上記上側の板面部の受圧面積よりも大きいことにより、上記吸気口への空気の流れによって、上記下側の板面部が受ける力が上記上側の板面部が受ける力よりも大きくなって上記開閉板が開き、上記下側の板面部の自重が上記上側の板面部の自重よりも大きいことにより、上記開閉板がその開度が最も縮小した原位置へ復帰するよう構成することが好ましい（請求項２）。
この場合には、下側の板面部を上側の板面部と比べて受圧面積及び自重を大きくした工夫により、吸気口に吸い込まれた空気の流れを利用した流速自動弁（開閉板）の開閉動作を容易に行うことができる。

また、上記開閉板は、スプリングによって上記原位置へ付勢しておくことが好ましい（請求項３）。
この場合には、スプリングの強度、取付け方、数等を変更して、このスプリングによる付勢力を調整することによって、開閉板が開くときの吸気口内の空気の流速を設定することができる。また、スプリングによって開閉板を付勢しておくことにより、吸気口内の空気の流速が多くなるほど、開閉板の開度が大きくなるようにすることができる。

また、上記流速自動弁は、回動軸を有する開閉板から構成し、該開閉板は、上記回動軸を挟む一方側の板面部を、他方側の板面部よりも受圧面積が大きくすると共に、スプリングによって開度が最も縮小した原位置へ付勢されており、上記過給機用コンプレッサは、上記一方側の板面部の受圧面積が上記他方側の板面部の受圧面積よりも大きいことにより、上記吸気口への空気の流れによって、上記一方側の板面部が受ける力が上記他方側の板面部が受ける力よりも大きくなって上記開閉板が開き、上記スプリングが上記一方側の板面部を付勢することにより、上記開閉板が上記原位置へ復帰するよう構成することもできる（請求項４）。
この場合には、一方側の板面部を他方側の板面部に比べて受圧面積を大きくすると共にスプリングを用いる工夫により、吸気口に吸い込まれた空気の流れを利用した流速自動弁（開閉板）の開閉動作を容易に行うことができる。

以下に、本発明の過給機用コンプレッサにかかる実施例につき、図面を参照して説明する。
（実施例１）
過給機用コンプレッサ１は、図１、図２に示すごとく、複数のブレード４２を有するインペラ４をハウジング１０内に回転可能に収容し、インペラ４の回転によってハウジング１０の吸気口２１１から吸い込んだ空気Ａ１を圧縮して吐き出すよう構成してある。吸気口２１１内の外周側部分には、吸気口２１１から吸い込んだ空気Ａ１の流れをインペラ４の回転方向と同じ回転方向の旋回流にするための複数の空気入口案内翼５３が固定して設けてある。複数の空気入口案内翼５３の中心側には、吸気口２１１内への空気Ａ１の流れを受けて開き、空気Ａ１を通過させるよう構成した流速自動弁６が設けてある。

以下に、本例の過給機用コンプレッサ１につき、図１〜図３を参照して詳説する。
本例の過給機用コンプレッサ１は、自動車のターボチャージャー（過給機）に用いるものである。ターボチャージャーは、排ガスのエネルギーを利用してタービンホイールを回転させることにより、タービンホイールと同軸に配設したインペラ４を回転させ、エンジンの各気筒へ圧縮空気Ａ２を送り出すものである。

図１に示すごとく、ハウジング１０は、インペラ４と対向する内周側に配置するシュラウドピース３と、シュラウドピース３の外周側に配置するスクロールピース２とを組み付けてなる。シュラウドピース３とスクロールピース２との間には、インペラ４から吐き出された圧縮空気Ａ２を外部へ導くための吐出スクロール室１１が形成されている。吐出スクロール室１１は、インペラ４の外周側において周方向に沿った円弧状に形成されている。
また、スクロールピース２は、吸気口２１１を形成した吸気口形成部２１と、吐出スクロール室１１における吸気側及び外周側の壁部を形成するスクロール壁形成部２２とを一体的に設けてなる。シュラウドピース３は、吸気口形成部２１内に圧入する円筒状圧入部３１と、スクロール壁形成部２２に対向する側の壁部であるシュラウド壁形成部３２とを一体的に設けてなる。

インペラ４は、ハブ４１の外周から、周方向に並ぶ複数のブレード４２を突出させて形成したものである。
シュラウドピース３の円筒状圧入部３１内には、スクロールピース２の吸気口形成部２１における吸気口２１１と連通する吸気通路３１０が形成されている。シュラウドピース３のシュラウド壁形成部３２は、スクロール壁形成部２２に対向する内周側の位置に形成されている。
また、シュラウドピース３は、円筒状圧入部３１における周方向の複数箇所において吸気通路３１０から吸い込んだ空気Ａ１を円筒状圧入部３１内へ還流させるための還流室３１１と、この還流室３１１と円筒状圧入部３１の内周側とを連結する連通路３１２とを有している。

なお、インペラ４が回転する際には、複数の空気入口案内翼５３を通過した（開閉板６が開いたときには複数の空気入口案内翼５３の中心側も通過した）空気Ａ１がインペラ４における複数のブレード４２へ吸い込まれ、複数のブレード４２の回転によって圧縮された空気Ａ２が吐出スクロール室１１へと送り出される。また、複数のブレード４２へ吸い込まれる空気Ａ１の一部は、複数の連通路３１２、還流室３１１及び還流用隙間１２を経由して複数のブレード４２への吸気側に還流される。

図１、図２に示すごとく、本例の過給機用コンプレッサ１は、スクロールピース２の吸気口形成部２１内に、複数の空気入口案内翼５３を形成した翼形成筒部材５を圧入して形成されている。翼形成筒部材５は、最も外周側に位置する外周筒部５１と、この外周筒部５１に対して平行に当該翼形成筒部材５の中心部に形成した内周筒部５２とを有しており、外周筒部５１と内周筒部５２との間に複数の空気入口案内翼５３を掛け渡して形成されている。また、本例の流速自動弁６は、内周筒部５２を開閉するよう構成されている。

図３に示すごとく、本例の流速自動弁６は、水平方向に回動軸６１を有する開閉板６から構成してあり、開閉板６は、回動軸６１よりも下側の板面部６３を、回動軸６１よりも上側の板面部６２と比べて受圧面積及び自重を大きくして形成してある。本例の過給機用コンプレッサ１は、下側の板面部６３の受圧面積が上側の板面部６２の受圧面積よりも大きいことにより、吸気口２１１への空気Ａ１の流れによって、下側の板面部６３が受ける力が上側の板面部６２が受ける力よりも大きくなって開閉板６が開くよう構成されている。また、過給機用コンプレッサ１は、下側の板面部６３の自重が上側の板面部６２の自重よりも大きいことにより、開閉板６がその開度が最も縮小した原位置６０１へ復帰するよう構成されている。

本例の過給機用コンプレッサ１においては、ハウジング１０の吸気口２１１内において、外周側部分に上記複数の空気入口案内翼５３を固定して設け、複数の空気入口案内翼５３の中心側に、空気Ａ１の流れを受けて開く開閉板６を設けている。
そして、コンプレッサ１によって発生させた圧縮空気Ａ２を供給するエンジンを低速回転域で運転するときには、ハウジング１０の吸気口２１１へ吸い込まれる空気Ａ１の流速は小さく、空気Ａ１が開閉板６へ衝突する力も弱い。このとき、開閉板６は、ほとんど開かず、また、開いたとしても少ししか開かず、吸気口２１１内に流れ込んだ空気Ａ１のほとんど又は多くが複数の空気入口案内翼５３へ導かれる。そのため、空気Ａ１の流速が小さくなる低速回転域においては、複数の空気入口案内翼５３による旋回流をより効果的に発生させることができ、サージング現象の発生を抑制して、過給効率を向上させることができる。なお、図１、図３においては、回転板６が原位置６０１にある状態を示す。

一方、コンプレッサ１によって発生させた圧縮空気Ａ２を供給するエンジンを高速回転域で運転するときには、ハウジング１０の吸気口２１１へ吸い込まれる空気Ａ１の流速が大きくなり、空気Ａ１が開閉板６へ衝突する力が強くなる。このとき、下側の板面部６３の受圧面積が上側の板面部６２の受圧面積よりも大きいことにより、吸気口２１１への空気Ａ１の流れによって、下側の板面部６３が受ける力が上側の板面部６２が受ける力よりも大きくなり、下側の板面部６３が空気Ａ１の流れに押されて、開閉板６が開く。

そして、開閉板６が開いたときには、吸気口２１１内に流れ込んだ空気Ａ１の一部が複数の空気入口案内翼５３の中心側（内周筒部５２内）を通過し、残部が複数の空気入口案内翼５３へ導かれる。そのため、空気Ａ１の流速が大きくなる高速回転域においては、開閉板６の存在による圧力損失を低下させることができ、過給効率の低下を抑制することができる。
その後、エンジンの回転速度が減少して、再び低速回転域で運転するときには、空気Ａ１が開閉板６へ衝突する力が弱くなり、下側の板面部６３の自重が上側の板面部６２の自重よりも大きいことにより、下側の板面部６３が下方へ垂下しようとする力によって、開閉板６が内周筒部５２を閉じる原位置６０１へ復帰する。

そして、本例の過給機用コンプレッサ１においては、アクチュエータ等の電気的制御を行うことなく、吸気口２１１へ吸い込まれる空気Ａ１の流れを利用して、開閉板６を開閉させることができる。これにより、コンプレッサ１の部品の点数を減少させることができ、電気的な制御を不要にすることができ、コンプレッサ１の製作コストを低下させることができる。

それ故、本例の過給機用コンプレッサ１によれば、吸気口２１１へ吸い込まれる空気Ａ１の流れを利用した簡単な機械的構成により、当該コンプレッサ１を用いるエンジン等における低速回転域及び高速回転域のいずれにおいても過給効率を向上させることができる。

（実施例２）
本例は、図４に示すごとく、流速自動弁６を構成する開閉板６に、この開閉板６を原位置６０１へ付勢するスプリング７を設けた例である。
本例の開閉板６は、上記実施例１と同様の構成を有しており、本例のスプリング７は、トーションバネ７であり、トーションバネ７は、そのねじり中心部７１を開閉板６の回動軸６１に配置し、一方の端部７２を上側の板面部６２に当接させると共に他方の端部７２を翼形成筒部材５における内周筒部５２に固定して、開閉板６の上流側の面に取り付けてある。なお、スプリング７は、開閉板６を原位置６０１へ付勢する種々の構成とすることができる。

本例においても、コンプレッサ１によって発生させた圧縮空気Ａ２を供給するエンジン等を高速回転域で運転するときには、下側の板面部６３の受圧面積が上側の板面部６２の受圧面積よりも大きいことにより、吸気口２１１への空気Ａ１の流れによって開閉板６を開けることができる。
一方、エンジン等の回転速度が減少して、再び低速回転域で運転するときには、スプリング７の付勢力によって内周筒部５２を閉じる原位置６０１へ開閉板６を安定して復帰させることができる。

また、スプリング７によって開閉板６を付勢しておくことにより、吸気口２１１内の空気Ａ１の流速が多くなるほど、開閉板６の開度が大きくなるようにすることができる。本例の開閉板６の開度の変化を図１の符号Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で示す。同図において、エンジンの低速回転域において開閉板６が若干開いた状態を符号Ｐ１で示し、エンジンの中速回転域において開閉板６が途中まで開いた状態を符号Ｐ２で示し、エンジンの高速回転域において開閉板６が全開になった状態を符号Ｐ３で示す。
本例においても、その他の構成は上記実施例１と同様であり、上記実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

１ 過給機用コンプレッサ
１０ ハウジング
２ スクロールピース
３ シュラウドピース
４ インペラ
５ 翼形成筒部材
５３ 空気入口案内翼
６ 流速自動弁（開閉板）
６０１ 原位置
６１ 回動軸
６２ 上側の板面部
６３ 下側の板面部
７ スプリング

Claims (4)

1. 複数のブレードを有するインペラをハウジング内に回転可能に収容し、上記インペラの回転によって上記ハウジングの吸気口から吸い込んだ空気を圧縮して吐き出すよう構成した過給機用コンプレッサにおいて、
   上記吸気口内の外周側部分には、上記吸気口から吸い込んだ空気の流れを上記インペラの回転方向と同じ回転方向の旋回流にするための複数の空気入口案内翼が固定して設けてあり、
   該複数の空気入口案内翼の中心側には、上記吸気口内への空気の流れを受けて開き、該空気を通過させるよう構成した流速自動弁が設けてあることを特徴とする過給機用コンプレッサ。
2. 請求項１において、上記流速自動弁は、水平方向に回動軸を有する開閉板からなり、
   該開閉板は、上記回動軸よりも下側の板面部が、上記回動軸よりも上側の板面部と比べて受圧面積及び自重が大きくなっており、
   上記下側の板面部の受圧面積が上記上側の板面部の受圧面積よりも大きいことにより、上記吸気口への空気の流れによって、上記下側の板面部が受ける力が上記上側の板面部が受ける力よりも大きくなって上記開閉板が開き、
   上記下側の板面部の自重が上記上側の板面部の自重よりも大きいことにより、上記開閉板がその開度が最も縮小した原位置へ復帰するよう構成してあることを特徴とする過給機用コンプレッサ。
3. 請求項２において、上記開閉板は、スプリングによって上記原位置へ付勢されていることを特徴とする過給機用コンプレッサ。
4. 請求項１において、上記流速自動弁は、回動軸を有する開閉板からなり、
   該開閉板は、上記回動軸を挟む一方側の板面部が、他方側の板面部よりも受圧面積が大きくなっていると共に、スプリングによって開度が最も縮小した原位置へ付勢されており、
   上記一方側の板面部の受圧面積が上記他方側の板面部の受圧面積よりも大きいことにより、上記吸気口への空気の流れによって、上記一方側の板面部が受ける力が上記他方側の板面部が受ける力よりも大きくなって上記開閉板が開き、
   上記スプリングが上記一方側の板面部を付勢することにより、上記開閉板が上記原位置へ復帰するよう構成してあることを特徴とする過給機用コンプレッサ。

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