JP2019152150A - 遠心圧縮機およびターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造により供給流量を可変な遠心圧縮機と、それを備えたターボチャージャとを提供する。【解決手段】遠心圧縮機１０は、ケーシング１１と、インペラ２１と、インペラ２１へと供給される流体の流量を調整する流量調整装置３０とを備える。流量調整装置３０は、吸気通路２２内で、回転軸３に対して直交する方向を中心として回動自在にケーシング１１に取り付けられ、インペラ２１へと供給される流体に旋回力を付与する複数の入口案内翼３１を有する。複数の入口案内翼３１は、ケーシング１１の内壁から回転軸３側に向けて突出し、翼頂３１１ｂがインペラ２１の入口２１ｃの最内径部２１ｄよりも外径側に位置する。複数の入口案内翼３１の翼面３１１ｃが流体の主流Ｆの方向に対して直交する第１位置５１に位置するとき、隣り合って配置される入口案内翼３１の翼面３１１ｃが、回転軸３の周方向に沿って連なって並ぶ。【選択図】図２

Description

本発明は、遠心圧縮機およびターボチャージャに関する。

従来、遠心圧縮機を備えたターボチャージャに関する技術が知られている。例えば、特許文献１には、ハウジングの内部に回転可能に配置され、吸気口から流入する吸気ガスを圧縮するインペラホイールに対して、吸気ガスに旋回流を付与する案内翼（旋回流生成手段）を備える遠心圧縮機およびターボチャージャが開示されている。この装置では、案内翼により吸気ガスに旋回流を付与することで、インペラホイールに向かう流れを整え、遠心圧縮機の失速を抑制し、装置を安定に運用することができる範囲の拡大を図っている。

特許第５６４９７５８号公報

ところで、上記特許文献１に記載のような遠心圧縮機およびターボチャージャでは、遠心圧縮機に供給される流体の流量を可変とすることで、さらなる運用範囲の拡大を狙うことが望ましい。しかしながら、例えばターボチャージャのような量産型かつ小型の装置においては、装置を複雑化することなく、供給流量を可変な遠心圧縮機を得るための具体的な手法は確立されていない。そのため、簡易な構造での可変容量型の遠心圧縮機の実現が求められている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構造により供給流量を可変な遠心圧縮機と、それを備えたターボチャージャとを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる遠心圧縮機は、吸気通路が形成されたケーシングと、前記吸気通路から供給される流体を回転により圧縮するインペラと、前記インペラへと供給される前記流体の流量を調整する流量調整装置と、を備え、前記流量調整装置は、前記吸気通路内で、前記インペラの回転軸に対して直交する方向を中心として回動自在に前記ケーシングに取り付けられ、前記インペラへと供給される前記流体に旋回力を付与する複数の入口案内翼を有し、前記複数の入口案内翼は、前記ケーシングの内壁から前記回転軸側に向けて突出し、翼頂が前記インペラの入口の最内径部よりも外径側に位置し、前記複数の入口案内翼の翼面が前記流体の主流の方向に対して直交する第１位置に位置するとき、隣り合って配置される前記入口案内翼の前記翼面が、前記回転軸の周方向に沿って連なって並ぶことを特徴とする。

この構成により、インペラへと供給される流体に旋回力を付与する複数の入口案内翼を第１位置に位置付け、翼面を回転軸の周方向に沿って連なって並ばせることで、吸気通路の外径側をトリムし、吸気通路の通路幅を狭めることができる。その結果、インペラへと供給される流体に旋回翼を付与するための入口案内翼を用いて、供給流量を調整することができる。すなわち、一つの流量調整装置により、旋回力を付与するための機能と、流量を調整するための機能とを兼用させることができる。従って、本発明にかかる遠心圧縮機によれば、簡易な構造により供給流量を可変な遠心圧縮機を提供することができる。

また、前記複数の入口案内翼は、前記ケーシングの前記内壁からの突出長さが、前記インペラの入口半径の５％以上４５％以下であることが好ましい。

この構成により、複数の入口案内翼が第１位置に位置付けられたとき、インペラの入口が過度に塞がれないようにして、インペラへと流体を安定的に供給し、遠心圧縮機を安定的に運転させることができる。また、複数の入口案内翼が第１位置から回動したとき、流体へと適切な旋回力を付与することができる。

また、前記流量調整装置は、前記複数の入口案内翼を回動させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記流体の前記流量が所定流量以下であるとき、前記駆動部により前記複数の入口案内翼を前記第１位置に位置付け、前記流体の前記流量が前記所定流量よりも大きいとき、前記流量の増加に応じて、前記駆動部により前記複数の入口案内翼の前記第１位置からの回動角度を増加させることが好ましい。

この構成により、インペラへと供給される流量が所定流量以下である小流量時に、第１位置に位置付けられた複数の入口案内翼によって、インペラへと供給される主流の流量をさらに低減し、遠心圧縮機の運用範囲を小流量側において拡大することができる。一方、流量が所定流量よりも大きいときには、複数の入口案内翼によって主流に旋回力を与え、インペラへと主流を滑らかに導くことができる。その結果、遠心圧縮機の失速を抑制し、遠心圧縮機の安定運用を図ることができる。

また、前記制御部は、前記流量が前記所定流量よりも大きな第２の所定流量であるとき、前記駆動部により前記複数の入口案内翼を前記翼面が前記主流の方向に対して水平となる第２位置に位置付け、前記流体の前記流量が前記第２の所定流量よりも大きいとき、前記流量の増加に応じて、前記駆動部により前記複数の入口案内翼の前記第２位置からの回動角度を増加させることが好ましい。

この構成により、インペラへと供給される流量が所定流量よりも大きな第２の所定流量よりも大きな大流量時に、複数の入口案内翼を翼面が主流の方向に対して水平となる第２位置からさらに回動させ、インペラへと主流を滑らかに導くことができる。その結果、大流量時にも、遠心圧縮機の失速を抑制し、遠心圧縮機の安定運用を図ることができる。

また、前記複数の入口案内翼は、前記回転軸の軸方向に移動自在に設けられ、前記第１位置から回動するにつれて、前記インペラから離れることが好ましい。

この構成により、複数の入口案内翼を第１位置に位置付け、吸気通路の外径側をトリムするときには、複数の入口案内翼をインペラに相対的に接近した位置に位置付けることができる。その結果、複数の入口案内翼でカットされた主流がインペラへと到達する前に吸気通路の内壁付近で逆流してしまうことを抑制することができる。また、複数の入口案内翼が第１位置から第２位置までの間に位置するときには、複数の入口案内翼がインペラに対して接近しすぎないようにして、主流の方向に対して適切な旋回力を付与することができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるターボチャージャは、上記遠心圧縮機を備えることを特徴とする。

この構成により、簡易な構造により供給流量を可変な遠心圧縮機を備えたターボチャージャを提供することが可能となる。

図１は、実施形態にかかる遠心圧縮機およびターボチャージャの概略を示す説明図である。 図２は、実施形態にかかる遠心圧縮機の概略を示す説明図である。 図３は、実施形態にかかる遠心圧縮機において、複数の入口案内翼が配置される近傍を切り取って示す斜視図である。 図４は、入口案内翼を示す斜視図である。 図５は、複数の入口案内翼が第１位置に位置付けられた状態の吸気通路を示す概略図である。 図６は、複数の入口案内翼が第２位置に位置付けられた状態の吸気通路を示す概略図である。 図７は、本実施形態の遠心圧縮機における運用範囲の一例を示す説明図である。 図８は、インペラに向かう流体の主流に旋回力を付与する作用について説明するための模式的な説明図である。 図９は、インペラに向かう流体の主流に旋回力を付与する作用について説明するための模式的な説明図である。 図１０は、インペラに向かう流体の主流に旋回力を付与する作用について説明するための模式的な説明図である。 図１１は、実施形態にかかる遠心圧縮機の変形例において、入口案内翼の動作を模式的に示す説明図である。 図１２は、実施形態にかかる遠心圧縮機の変形例において、入口案内翼の動作を模式的に示す説明図である。

以下に、本発明にかかる遠心圧縮機およびターボチャージャの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態にかかる遠心圧縮機およびターボチャージャの概略を示す説明図であり、図２は、実施形態にかかる遠心圧縮機の概略を示す説明図である。実施形態にかかるターボチャージャ（排気ターボ過給機）１は、図示しない内燃機関に隣接して設けられている。ターボチャージャ１は、実施形態にかかる遠心圧縮機１０と、タービン２とを備える。ターボチャージャ１は、遠心圧縮機１０とタービン２とが回転軸３を介して連結される。ターボチャージャ１は、図示しない内燃機関から排気された排気ガスによりタービン２が回転駆動されると、回転軸３により遠心圧縮機１０が駆動され、外部から遠心圧縮機１０に吸気された空気等の流体を圧縮して、図示しない内燃機関へと圧送する。

実施形態にかかる遠心圧縮機１０は、圧縮部２０と、流量調整装置３０とを備える。図２に示すように、ケーシング１１内に圧縮部２０が収容されている。圧縮部２０は、ケーシング１１に対して回転可能に支持された上記回転軸３に連結されている。回転軸３には、羽根車であるインペラ２１が設けられている。インペラ２１は、回転軸３に連結されたインペラホイール２１ａと、回転軸３の周方向に沿って互いに間隔を空けてインペラホイール２１ａに設けられた複数の羽根２１ｂを有する。

圧縮部２０は、流体を吸引して圧縮した後に吐出するようにケーシング１１により形成された流路を有している。流路は、吸気通路２２と、ディフューザ２３と、図示しない吐出通路とで構成されている。吸気通路２２は、インペラ２１の上流側に形成されており、インペラ２１の入口２１ｃと連通する。吸気通路２２は、流体をケーシング１１内に取り込む吸引口２２ａが設けられている。また、吸気通路２２には、後述する流量調整装置３０の複数の入口案内翼３１が設けられている。ディフューザ２３は、インペラ２１の外周に形成されており、インペラ２１の出口と連通する。図示しない吐出流路は、ディフューザ２３と連通し、遠心圧縮機１０で圧縮された流体をケーシング１１外に吐出する。

遠心圧縮機１０は、タービン２の駆動に伴って回転軸３が回転すると、回転軸３と共にインペラ２１が回転する。これにより、流体は、吸気通路２２の吸引口２２ａから吸引され、複数の入口案内翼３１を経てインペラ２１で圧縮された後、ディフューザ２３で減速されて静圧が回復される。さらに、流体は、図示しない吐出流路を介して図示しない内燃機関へと供給される。

次に、実施形態にかかる遠心圧縮機１０が備える流量調整装置３０について説明する。図３は、実施形態にかかる遠心圧縮機において、複数の入口案内翼が配置される近傍を切り取って示す斜視図であり、図４は、入口案内翼を示す斜視図である。なお、図３においては、複数の入口案内翼３１の一部のみを記載しているが、実際には、ケーシング１１の内壁１１ａの全周にわたって設けられている。

流量調整装置３０は、インペラ２１へと供給される流体の流量を調整する。また、本実施形態において、流量調整装置３０は、インペラ２１へと供給される流体へと旋回力を付与する機能を兼ね備えている。流量調整装置３０は、図２に示すように、複数の入口案内翼３１と、駆動機構３２と、アクチュエータ（駆動部）３３と、制御部３４とを備える。

複数の入口案内翼３１は、吸気通路２２内において、インペラ２１よりも上流側で、回転軸３の周方向に沿って等間隔に配置されている。各入口案内翼３１は、図２から図４に示すように、翼本体３１１と、台座３１２と、支持軸３１３とを備える。各入口案内翼３１は、翼本体３１１の翼根３１１ａが台座３１２の一面に固定され、台座３１２の他面から支持軸３１３が延出されている。台座３１２は、ケーシング１１に回転自在に収容される。支持軸３１３は、ケーシング１１の内部に回転自在に収容されており、ケーシング１１を貫通して外壁１１ｂの外側に突出する。支持軸３１３は、図２および図３に示すように、外壁１１ｂの外側に回転自在に取り付けられたステータリング３２ａにリンク機構３２ｂを介して連結されている。ステータリング３２ａおよびリンク機構３２ｂは、上記駆動機構３２を構成し、アクチュエータ３３からの動力により駆動される。アクチュエータ３３は、制御部３４により制御される。

各入口案内翼３１の構造について、より詳細に説明する。各入口案内翼３１は、図２に示すように、翼本体３１１がケーシング１１の内壁１１ａから回転軸３側にむけて突出している。翼本体３１１は、翼頂３１１ｂがインペラ２１の入口２１ｃの最内径部２１ｄよりも外径側に位置する。より詳細には、本実施形態において、各入口案内翼３１は、ケーシング１１の内壁１１ａからの突出長さＬが、インペラ２１の入口半径Ｒの５％以上４５％以下である。また、各入口案内翼３１は、図２および図４に示すように、翼本体３１１が翼根３１１ａから翼頂３１１ｂに向かうにつれて翼弦の長さが短くなるテーパ状に形成されている。翼本体３１１は、翼頂３１１ｂが翼根３１１ａ側に向けて窪む円弧状に形成されている。また、本実施形態において、翼本体３１１は、図４に示すように、台座３１２の径よりも翼根３１１ａにおける翼弦長さが大きく形成されている。つまり、翼本体３１１は、翼弦方向において、台座３１２から外側に突出するように形成されている。

以上のように構成された流量調整装置３０において、アクチュエータ３３からの回転力がステータリング３２ａに付与され、ステータリング３２ａが外壁１１ｂの周縁に沿って回転すると、各リンク機構３２ｂが支持軸３１３を中心として回動し、すべての入口案内翼３１の各支持軸３１３が各リンク機構３２ｂを介して連動して回転する。それにより、図２において実線の曲線矢印に示すように、すべての入口案内翼３１が回転軸３と直交する方向を中心として連動して回動する。図２において、図中下側に位置する入口案内翼３１は、吸気通路２２を流れる流体の主流Ｆの方向に対して翼面３１１ｃが直交する第１位置５１に位置付けられた状態を示す。また、図２において、図中上側に位置する入口案内翼３１は、主流Ｆの方向に対して翼面３１１ｃが水平となる第２位置５２に位置付けられた状態を示す。

ここで、図５は、複数の入口案内翼が第１位置に位置付けられた状態の吸気通路を示す概略図である。図５は、吸気通路２２を吸引口２２ａ側（図２における左側）からみた正面図である。なお、後述する図６も同様であり、図５および図６においては、ケーシング１１と複数の入口案内翼３１以外の記載を省略している。また、図５および図６に示す入口案内翼３１の枚数は、例示である。図示するように、複数の入口案内翼３１は、第１位置５１に位置するとき、互いに隣り合うもの同士の翼面３１１ｃが、回転軸３の周方向に沿って連なって並ぶ。このとき、各入口案内翼３１の翼頂３１１ｂが連なって円形状の縁部を形成する。その結果、複数の入口案内翼３１が第１位置５１に位置するとき、吸気通路２２の外径側が円形状にトリムされ、吸気通路２２の通路幅が狭められることになる。上述したように、本実施形態では、翼本体３１１は、翼弦方向において、台座３１２から外側に突出するように形成されている。そのため、図３に示すように台座３１２同士が離れていても、隣り合う翼本体３１１同士が連なって並ぶことが可能であり、台座３１２同士の接触による摩耗や動作不良を防止することができる。なお、「連なって並ぶ」とは、隣り合う翼面３１１ｃが完全に隙間なく連続する場合のみならず、製造誤差に起因する程度の隙間が形成される場合も含むものとする。また、隣り合うもの同士が互いに接触することがある翼本体３１１は、その外面に、軟質な樹脂等で構成された、すべり材（アブレダブル材）が被覆されることが好ましい。

一方、図６は、複数の入口案内翼が第２位置に位置付けられた状態の吸気通路を示す概略図である。図示するように、複数の入口案内翼３１が第２位置５２に位置するとき、各翼本体３１１の各翼面３１１ｃが主流Ｆの方向に対して水平となるため、吸気通路２２の外径側が最も開放された状態となる。

次に、本実施形態にかかる遠心圧縮機１０の流量調整装置３０の制御手法について説明する。流量調整装置３０の制御部３４は、ターボチャージャ１の運転時、ターボチャージャ１の全体を制御する図示しない制御部から、遠心圧縮機１０の吸気通路２２に供給される流体の流量を取得する。

制御部３４は、取得した流体の流量が所定流量以下であるとき、アクチュエータ３３により、複数の入口案内翼３１を第１位置５１に位置付ける。なお、「所定流量」および後述する「第２の所定流量」は、遠心圧縮機１０を運転する際の圧縮部２０での流体の圧縮比やターボ回転数、吐出温度といった種々の作動パラメータに応じて、複数設定される。それにより、図５に示すように、互いに隣り合う複数の入口案内翼３１同士の翼面３１１ｃが回転軸３の周方向に沿って連なって並び、吸気通路２２の外径側が円形状にトリムされる。その結果、流体の流量が所定流量以下であるときに、吸気通路２２の流路が狭められ、インペラ２１に供給される流量が低減される。

ここで、図７は、本実施形態の遠心圧縮機における運用範囲の一例を示す説明図である。図中の横軸は、遠心圧縮機１０に供給される流量（体積流量）であり、縦軸は、遠心圧縮機１０での流体の圧縮比である。図中において、破線は、比較例として、流量調整装置３０を備えない（複数の入口案内翼３１を備えない）遠心圧縮機における関係を示し、実線は、本実施形態の遠心圧縮機１０における関係を示している。図示するように、本実施形態の遠心圧縮機１０は、複数の入口案内翼３１が吸気通路２２内に配置されることから、比較例の遠心圧縮機に比べ、全体として運用範囲は小流量側に移動する。そして、上述したように、複数の入口案内翼３１を第１位置５１に位置付け、吸気通路２２の一部をトリムして通路幅を狭めることができるため、比較例の遠心圧縮機よりも図中に斜線を付した範囲だけ、運用範囲が拡大される。

また、制御部３４は、取得した流体の流量が所定流量よりも大きくなると、アクチュエータ３３からステータリング３２ａへと回転力を付与することで、リンク機構３２ｂを介して複数の入口案内翼３１を第１位置５１から回動させる。制御部３４は、流体の流量の増加に応じて、各入口案内翼３１の第１位置５１からの回動角度を増加させていく。それにより、複数の入口案内翼３１によりトリムされていた吸気通路２２の外径側の領域が、図５に示す状態から図６に示す状態に向けて、徐々に開放されていく。

制御部３４は、取得した流体の流量が所定流量よりも大きな第２の所定流量のとき、アクチュエータ３３により、複数の入口案内翼３１を第２位置５２に位置付ける。それにより、図６に示すように、吸気通路２２の外径側が最も開放された状態となる。さらに、制御部３４は、取得した流体の流量が第２の所定流量以上となると、アクチュエータ３３からステータリング３２ａへと回転力を付与することで、リンク機構３２ｂを介して複数の入口案内翼３１を第２位置５２から、さらに回動させる。

このように、吸気通路２２内の流体の流量が所定流量よりも大きい場合、複数の入口案内翼３１を第１位置５１から徐々に回動させていくことにより、インペラ２１へと向かう主流Ｆに対して、予め旋回力が付与される。図８から図１０は、インペラに向かう流体の主流に旋回力を付与する作用について説明するための模式的な説明図である。以下の説明において、図８から図１０に実線矢印で示す“Ｖｃ”は、吸気通路２２内を流れる流体の主流Ｆの主流速度を示す。図８から図１０に実線矢印で示す“Ｖｕ“は、インペラ２１の回転速度を示す。図８から図１０に実線矢印で示す“Ｖｗ”は、主流Ｆの方向に対して旋回力が付与されない場合の回転速度Ｖｕに対する主流速度Ｖｃの相対速度を示す。図９および図１０に実線矢印で示す“Ｖｗｓ”は、主流Ｆの方向に対して旋回力が付与された場合の回転速度Ｖｕに対する主流速度Ｖｃの相対速度を示す。なお、回転速度Ｖｕの値は、一定とする。

図８は、流体の流量が上記第２の所定流量であり、複数の入口案内翼３１が図６に示す第２位置５２に位置付けられて、主流Ｆに旋回力が付与されない場合の例を示す。図９は、流体の流量が上記第２の所定流量よりも小さい小流量時に、複数の入口案内翼３１によって主流Ｆに旋回力が付与される場合の例を示す。図９に示すように、流体の流量が第２の所定流量以下の小流量時には、図８に示す例に比べて、主流速度Ｖｃが相対的に小さくなる。そのため、インペラ２１の羽根２１ｂの翼面に対する主流Ｆの相対速度Ｖｗの角度が、図中に破線で示すように、翼面に対して大きくなる。その結果、主流Ｆがインペラ２１に滑らかに流入することができずに、遠心圧縮機１０で失速が発生するおそれがある。本実施形態では、上述したように、流体の流量が第２の所定流量よりも小さい小流量時には、流量に応じて、複数の入口案内翼３１を上記第１位置５１から上記第２位置５２の間の位置に回動させる。その結果、図９に白抜き矢印で示すように、複数の入口案内翼３１によって、主流Ｆに予め旋回力が付与され、相対速度Ｖｗｓの角度がインペラ２１の羽根２１ｂの翼面に沿った方向に修正される。

また、図１０は、流体の流量が上記第２の所定流量よりも大きな大流量時に、複数の入口案内翼３１によって主流Ｆに旋回力が付与される場合の例を示す。図１０に示すように、流体の流量が第２の所定流量よりも大きな大流量時には、図８に示す例に比べて、主流速度Ｖｃが相対的に大きくなる。そのため、インペラ２１の羽根２１ｂの翼面に対する主流Ｆの相対速度Ｖｗの角度が、図中に破線で示すように、翼面に対して図９に示す例とは逆方向側に大きくなる。その結果、主流Ｆがインペラ２１に滑らかに流入することができずに、遠心圧縮機１０で失速が発生するおそれがある。本実施形態では、上述したように、流体の流量が第２の所定流量よりも大きな大流量時には、複数の入口案内翼３１を上記第２位置５２から、さらに回動させる。その結果、図１０に白抜き矢印で示すように、複数の入口案内翼３１によって、主流Ｆに予め旋回力が付与され、相対速度Ｖｗｓの角度がインペラ２１の羽根２１ｂの翼面に沿った方向に修正される。以上のように、小流量時および大流量時の双方において、主流Ｆの方向に対して適切な旋回力を予め付与することで、主流Ｆがインペラ２１へと滑らかに流入し、遠心圧縮機１０の失速が抑制される。

以上説明したように、本実施形態にかかる遠心圧縮機１０およびターボチャージャ１は、インペラ２１へと供給される流体に旋回力を付与する複数の入口案内翼３１を第１位置５１に位置付け、翼面３１１ｃを回転軸３の周方向に沿って連なって並ばせることで、吸気通路２２の外径側をトリムし、吸気通路２２の通路幅を狭めることができる。その結果、インペラ２１へと供給される流体に旋回翼を付与するための入口案内翼３１を用いて、供給流量を調整することができる。すなわち、一つの流量調整装置３０により、旋回力を付与するための機能と、流量を調整するための機能とを兼用させることができる。従って、簡易な構造により供給流量を可変な遠心圧縮機１０と、それを備えたターボチャージャ１を提供することができる。

また、複数の入口案内翼３１は、ケーシング１１の内壁１１ａからの突出長さＬが、インペラ２１の入口半径Ｒの５％以上４５％以下である。

この構成により、複数の入口案内翼３１が第１位置５１に位置付けられたとき、インペラ２１の入口２１ｃが過度に塞がれないようにして、インペラ２１へと流体を安定的に供給し、遠心圧縮機１０を安定的に運転させることができる。また、複数の入口案内翼３１が第１位置５１から回動したとき、流体へと適切な旋回力を付与することができる。

また、流量調整装置３０は、複数の入口案内翼３１を回動させるアクチュエータ（駆動部）３３と、アクチュエータ３３を制御する制御部３４とを備え、制御部３４は、流体の流量が所定流量以下であるとき、アクチュエータ３３により複数の入口案内翼３１を第１位置５１に位置付け、流体の流量が所定流量よりも大きいとき、流量の増加に応じて、アクチュエータ３３により複数の入口案内翼３１の第１位置５１からの回動角度を増加させる。

この構成により、インペラ２１へと供給される流量が所定流量以下である小流量時に、第１位置５１に位置付けられた複数の入口案内翼３１によって、インペラ２１へと供給される主流Ｆの流量をさらに低減し、遠心圧縮機１０の運用範囲を小流量側において拡大することができる。一方、流量が所定流量よりも大きいときには、複数の入口案内翼３１によって主流Ｆに旋回力を与え、インペラ２１へと主流Ｆを滑らかに導くことができる。その結果、遠心圧縮機１０の失速を抑制し、遠心圧縮機１０の安定運用を図ることができる。

また、制御部３４は、流量が所定流量よりも大きな第２の所定流量であるとき、アクチュエータ３３により複数の入口案内翼３１を翼面３１１ｃが主流Ｆの方向に対して水平となる第２位置５２に位置付け、流体の流量が第２の所定流量よりも大きいとき、流量の増加に応じて、アクチュエータ３３により複数の入口案内翼３１の第２位置５２からの回動角度を増加させる。

この構成により、インペラへと供給される流量が所定流量よりも大きな第２の所定流量よりも大きな大流量時に、複数の入口案内翼３１を翼面３１１ｃが主流Ｆの方向に対して水平となる第２位置５２からさらに回動させ、インペラ２１へと主流Ｆを滑らかに導くことができる。その結果、大流量時にも、遠心圧縮機１０の失速を抑制し、遠心圧縮機１０の安定運用を図ることができる。

なお、複数の入口案内翼３１の数、各入口案内翼３１の翼本体３１１の形状は、本実施形態に示したものに限られない。複数の入口案内翼３１は、インペラ２１へと供給される流体に旋回翼を付与することができ、かつ、第１位置５１に位置したとき、互いに隣り合うもの同士の翼面３１１ｃが回転軸３の周方向に沿って連なって並ぶことさえできれば、いかなる数、形状であってもよい。例えば、翼本体３１１の翼頂３１１ｂは、円弧状でなく、直線状に形成されてもよい。また、翼本体３１１は、翼弦方向において、台座３１２から外側に突出することなく、翼根３１１ａの翼弦長さが台座３１２の径と同じ大きさに形成されてもよい。この場合、各台座３１２が隣接して設けられれば、第１位置５１の状態となった際に、隣り合う翼本体３１１同士が連なって並ぶことが可能となる。

また、複数の入口案内翼３１の突出長さＬは、インペラ２１へと供給される流体へと適切な旋回力を与えることができ、かつ、吸気通路２２をインペラ２１の入口２１ｃの幅よりも大きな範囲でトリムするものでさえなければ、いかなる長さであってもよい。

また、複数の入口案内翼３１を回動させるための構造は、本実施形態に示したものに限られず、いかなるものであってもよい。例えば、複数の入口案内翼３１を回動させるための駆動機構およびアクチュエータ（駆動部）を、各入口案内翼３１に対応させて一つずつ設けてもよい。

ここで、図１１および図１２は、流量調整装置の変形例において、入口案内翼の構造および動作を模式的に示す説明図である。変形例としての流量調整装置３００は、ケーシング１１に、内壁１１ａ（図２参照）から外壁１１ｂ（図２参照）を貫通する溝部１１ｃが形成されている。溝部１１ｃは、各入口案内翼３１に対応して一つずつ設けられる。溝部１１ｃは、図１１および図１２に示すように、円弧状に形成されている。溝部１１ｃは、一端１１ｄが主流Ｆの下流側に配置され、他端１１ｅが主流Ｆの上流側に配置される。

各入口案内翼３１は、支持軸３１３が溝部１１ｃ内に移動自在に挿通される。また、各入口案内翼３１は、支持軸３１３がケーシング１１の外壁１１ｂの外側で、図示しない駆動機構に取り付けられている。駆動機構は、図示しないアクチュエータ（駆動部）からの駆動力により、支持軸３１３を溝部１１ｃ内に沿って移動させる。図示しない駆動機構および図示しないアクチュエータは、すべての入口案内翼３１を連動させて動作させるものであってもよいし、各入口案内翼３１に対応して一つずつ設けられるものであってもよい。

これにより、各入口案内翼３１は、図１１に示すように、支持軸３１３が溝部１１ｃの一端１１ｄ、すなわち最もインペラ２１側に位置付けられるとき、翼面３１１ｃが主流Ｆの方向に対して直交する第１位置５１に位置付けられる。また、各入口案内翼３１は、図１２に示すように、図示しないアクチュエータからの駆動力によって、駆動機構を介して支持軸３１３が溝部１１ｃ内をスライド移動する。その結果、各入口案内翼３１は、支持軸３１３のスライド移動に伴い、回転軸３と直交する方向を中心として回動しながら、インペラ２１から離れる方向に移動する。このとき、図１１および図１２に示す例においては、各入口案内翼３１は、支持軸３１３が溝部１１ｃの一端１１ｄと他端１１ｅとの中央に位置したとき、翼面３１１ｃが主流Ｆの方向に対して水平となる第２位置５２に位置付けられることになる。すなわち、複数の入口案内翼３１は、第１位置５１に位置付けられるときに最もインペラ２１に接近し、第１位置５１から回動するにつれて、インペラ２１から離れる。

この構成により、複数の入口案内翼３１を第１位置５１に位置付け、吸気通路２２の外径側をトリムするときには、複数の入口案内翼３１をインペラ２１に相対的に接近した位置に位置付けることができる。その結果、複数の入口案内翼３１でカットされた主流Ｆがインペラ２１へと到達する前に吸気通路２２の内壁１１ａに再付着して、結果的にインペラ２１へと供給される流量が低減されないことを抑制することができる。また、複数の入口案内翼３１でカットされた主流Ｆが内壁１１ａの付近で逆流してしまうことを抑制することができる。また、複数の入口案内翼３１が第１位置５１から回動し、主流Ｆに旋回力を付与するときには、複数の入口案内翼３１がインペラ２１に対して接近しすぎないようにして、主流Ｆに対して適切な旋回力を付与することができる。

なお、図２に示した実施形態にかかる遠心圧縮機１０において、複数の入口案内翼３１の回転軸３の軸方向における位置は、インペラ２１へと供給される流体へと適切な旋回力を与えることができ、かつ、複数の入口案内翼３１が第１位置５１に位置付けられたときにインペラ２１へと供給される流量を十分に低減でき、カットされた主流Ｆの逆流を防止することができる位置であればよい。

１ ターボチャージャ
２ タービン
３ 回転軸
１０，１００ 遠心圧縮機
１１ ケーシング
１１ａ 内壁
１１ｂ 外壁
１１ｃ 溝部
１１ｄ 一端
１１ｅ 他端
２０ 圧縮部
２１ インペラ
２１ａ インペラホイール
２１ｂ 羽根
２１ｃ 入口
２１ｄ 最内径部
２２ 吸気通路
２２ａ 吸引口
２３ ディフューザ
３０ 流量調整装置
３１ 入口案内翼
３１１ 翼本体
３１１ａ 翼根
３１１ｂ 翼頂
３１１ｃ 翼面
３１２ 台座
３１３ 支持軸
３２ 駆動機構
３２ａ ステータリング
３２ｂ リンク機構
３３ アクチュエータ
３４ 制御部
５１ 第１位置
５２ 第２位置

Claims (6)

1. 吸気通路が形成されたケーシングと、
   前記吸気通路から供給される流体を圧縮するインペラと、
   前記インペラへと供給される前記流体の流量を調整する流量調整装置と、
   を備え、
   前記流量調整装置は、前記吸気通路内で、前記インペラの回転軸に対して直交する方向を中心として回動自在に前記ケーシングに取り付けられ、前記インペラへと供給される前記流体に旋回力を付与する複数の入口案内翼を有し、
   前記複数の入口案内翼は、前記ケーシングの内壁から前記回転軸側に向けて突出し、翼頂が前記インペラの入口の最内径部よりも外径側に位置し、
   前記複数の入口案内翼の翼面が前記流体の主流の方向に対して直交する第１位置に位置するとき、隣り合って配置される前記入口案内翼の前記翼面が、前記回転軸の周方向に沿って連なって並ぶことを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記複数の入口案内翼は、前記ケーシングの前記内壁からの突出長さが、前記インペラの入口半径の５％以上４５％以下であることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記流量調整装置は、前記複数の入口案内翼を回動させる駆動部と、前記駆動部を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記流体の前記流量が所定流量以下であるとき、前記駆動部により前記複数の入口案内翼を前記第１位置に位置付け、前記流体の前記流量が前記所定流量よりも大きいとき、前記流量の増加に応じて、前記駆動部により前記複数の入口案内翼の前記第１位置からの回動角度を増加させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の遠心圧縮機。
4. 前記制御部は、前記流量が前記所定流量よりも大きな第２の所定流量であるとき、前記駆動部により前記複数の入口案内翼を前記翼面が前記主流の方向に対して水平となる第２位置に位置付け、前記流体の前記流量が前記第２の所定流量よりも大きいとき、前記流量の増加に応じて、前記駆動部により前記複数の入口案内翼の前記第２位置からの回動角度を増加させることを特徴とする請求項３に記載の遠心圧縮機。
5. 前記複数の入口案内翼は、前記回転軸の軸方向に移動自在に設けられ、前記第１位置から回動するにつれて、前記インペラから離れることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の遠心圧縮機を備えることを特徴とするターボチャージャ。

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