JP4321037B2 - ターボチャージャ用遠心圧縮機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンへの過給圧を発生させる過給機の給気装置や空気源設備等として用いるターボチャージャ用遠心圧縮機に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、エンジンへの過給を行う過給機は、例えば、翼車を有するタービンとインペラを有する遠心圧縮機(コンプレッサ)とを軸受車室を介して一体構造とされている。そして、翼車とインペラを軸受車室内に回転自在に支持した軸に連結し、エンジンの排気により翼車を回転させることにより、軸を介してインペラが回転される。これにより、吸気を遠心圧縮機で圧縮してエンジンに給気するのである。
【0003】
このように、過給機で用いる遠心圧縮機においては、図10に一例を示すように、空気量が減少してくると、圧縮機の特性曲線Iがサージ線S1を越えてサージング領域Aに入るという特性がある。従って、サージ線S1をS2の位置へと低流量側へ移動させることができれば、エンジンの運転範囲に対してより広い範囲に亘り適合することができる。
【0004】
そのため、従来、サージング領域に入るような低流量容量の運転状況下でも、サージング領域に入らないようにサージ線を低流量側へ移動させるようにした遠心圧縮機が提案されている(特開平5−60097号公報)。
【0005】
すなわち、従来の遠心圧縮機は、図8に示すように、吸込口30からインペラ31の外周部に至るシュラウド部32には、吸込口30側からインペラ31の方向へ向けて縮径する絞り部33が設けられている。シュラウド部32には、内部を空洞とした環状の空気室34が設けられている。空気室34とインペラ31の間には第1開口部35を設けると共に、空気室34と絞り部33の終端付近の間に第2開口部36が設けられている。第1開口部35と空気室34と第2開口部36により循環流路37が形成されている。
【0006】
これにより、絞り部33で吸気を縮流し、その縮流効果で循環流路37に吸引作用を付与して負圧にするのである。そして、回転運転時に、インペラ31に吸引される空気の一部を循環流路37を通して循環させ、サージングの発生する流量容量を減少させるのである。
【0007】
【特許文献1】
特開平5−60097号公報 [請求項1] [0004]
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の遠心圧縮機は、第1開口部35と第2開口部36の圧力が小さいため、図6に示すように循環流の流量を十分大きくすることができなく、サージング発生の抑制効果が十分に得られない。さらに、第2開口部36の上流側で吸込口30を絞り部33で絞っているため、また第1開口部35での空気の旋回速度エネルギを損失しているため、空気力学的な圧力損失が大きくなって遠心圧縮機の効率を低下させるという実用上解決すべき課題を有する。
【0009】
本発明は、以上の課題を解決するために案出されたものである。すなわち、本発明の目的は、エンジンへの加給圧を発生させる加給機の給気装置や空気源設備等として用いられ、インペラで圧縮された空気を効率良くインペラ上流側へと循環させ遠心圧縮機のサージングを抑制するターボチャージャ用遠心圧縮機を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載のターボチャージ用遠心圧縮機は、インペラの外周部から前方に延びて吸込口を形成するシュラウド部を有するハウジングを備えたターボチャージャ用遠心圧縮機において、ハウジングのシュラウド部に設けた環状の空気室に円周方向複数箇所を区画し、かつインペラ回転方向に対向する正面を凹湾曲して配設するガイドベーンと、空気室にインペラ上流部とインペラ半翼入口付近の間で開口する吸込連通路により導通させ圧縮空気を導入可能とすると共に、インペラ上流部の吸込口側で開口する吹出連通路により導通させ圧縮空気を導出可能に設けた循環流路と、から成り、インペラで圧縮された空気を効率良くインペラ上流側へと循環させ遠心圧縮機のサージングを抑制することを特徴とするターボチャージャ用遠心圧縮機であって、前記ガイドベーンは、インペラの回転方向に角度αで傾斜し、該ガイドベーンのインペラ回転方向に対向する背面はインペラの回転軸に平行に形成したことを特徴とする。
【0012】
請求項2に記載のターボチャージャ用遠心圧縮機は、インペラ回転方向に対向する正面を凹湾曲に形成して配設するガイドベーンが、吸込連通路側の厚さ(b1)を吹出連通路側の厚さ(b2)よりも厚く構成すると共に、ガイドベーンの厚さは吸込連通路側の厚さ(b1)から吹出連通路側の厚さ(b2)へと滑らかに減少するように構成したことを特徴とする。
【0013】
請求項3に記載のターボチャージャ用遠心圧縮機は、吸込連通路がスリットからなり、凹湾曲するガイドベーンの高さの1/2以下に至る開口(深さ)を有することを特徴とする。
【0014】
【発明の作用・効果】
インペラ回転方向に対向する正面を凹湾曲に形成して配設するガイドベーンは、内蔵する空気室および吸込連通路と吹出連通路で構成される空気の循環流路を設けたハウジングにより渦の発生を抑制することができ、遠心圧縮機の効率を低下させることなくサージ限界流量の大幅な低減が可能になる。
【0015】
〔作用:効果が生じる理由〕
サージが発生する流量に近い運転条件では、インペラのシュラウド側で逆流が発生し半翼入口直前および全翼(インペラ)入口直前のシュラウド側に渦が発生する。この逆流(渦)の発生を抑制することで遠心圧縮機のサージング発生を抑えることができ、サージが発生する限界流量を低減することができるのである。
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機は、図1乃至図5に示すように、吸込口10からインペラ11の外周部に至るシュラウド部12には、吸込口10側からインペラ11の方向へ向けて縮径する絞り部13が設けられている。シュラウド部12には、内部を空洞とした環状の空気室14が設けられている。空気室14とインペラ11の間には吸込連通路15を設けると共に、空気室14と絞り部13の終端付近の間に円周方向環状に開口する吹出連通路16が設けられている。吸込連通路15と空気室14と吹出連通路16により循環流路17が形成されている。
【0017】
詳しくは、本発明の実施の形態のターボチャージャ用遠心圧縮機は、インペラ11の外周部から前方に延びて吸込口10を形成するシュラウド部12を有するハウジング21が具備されている。このハウジング21のシュラウド部11に設けた環状の空気室14には、円周方向複数箇所を区画し、かつインペラ11の回転方向に対向する正面を凹湾曲して形成するガイドベーン18が配設されている。空気室14には、インペラ上流部19とインペラ半翼入口付近20の間で開口する吸込連通路15により導通させ圧縮空気を導入可能とすると共に、インペラ上流部の吸込口側で円周方向環状に開口する吹出連通路16により導通させ圧縮空気を導出可能とする循環流路17が構成されている。
【0018】
吸込連通路15の配設位置は、図1に示すように渦Uが発生する位置である半翼入口直前(上流側)に配置されている。また、吹出連通路16の配設位置は、図1に示すように、ガイドベーン18の開放端の下流側で、渦Uが発生する位置(インペラ入口)から十分に離れた上流側に配置されている。さらに、空気(渦)の旋回速度エネルギを有効に活用するため、吸込みスリットを空気室14に深く切り込むのが好ましい。
【0019】
本発明の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機は、インペラ11の回転方向に対向する正面を凹湾曲に形成して配設するガイドベーン18が、インペラ11の回転方向に角度αで傾斜し、ガイドベーン18のインペラ回転方向に対向する背面はインペラの回転軸に平行に形成されている。ガイドベーン18は、図1に示すように上端部と下端部が、空気室14の内壁に一体的に接続され、空気室14を区画して構造上の強化が図られている。
【0020】
本発明の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機は、図2乃至図5に示すように、インペラの回転方向に対向する前面を凸湾曲に形成して配設するガイドベーン18が、吸込連通路側の厚さ(b1)を吹出連通路側の厚さ(b2)よりも厚く構成されている。また、ガイドベーン18の厚さは吸込連通路側の厚さ(b1)から吹出連通路側の厚さ(b2)へと滑らかに減少するように構成されている。
【0021】
本発明の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機は、吸込連通路15がスリットからなり、凹凸湾曲するガイドベーン18の高さの1/2以上に至る開口(深さ)を有する。
【0022】
上記構成からなる本発明の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機は、インペラ11で圧縮された空気を空気室14および吸込連通路15と吹出連通路16からなる循環流路17を通じて効率良くインペラ上流側へと循環させることにより、遠心圧縮機のサージングを抑制することができる。
【0023】
すなわち、インペラ11の回転方向に対向する正面を凹湾曲に形成して配 設するガイドベーン18を内蔵する空気室14および吸込連通路15と吹出連通路16で構成される空気の循環流路17を設けたハウジング21により、図3に示すように、渦Uの発生を抑制することができる。このため、本発明の実施の形態のターボチャージャ用遠心圧縮機は、効率を低下させることなくサージ限界流量の大幅な低減が可能になる。
【0024】
すなわち、本発明の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機は、吸込連通路15の配設位置を、渦Uが発生する位置である半翼入口直前(上流側)に配置し、吹出連通路16の配設位置を、渦Uが発生する位置(インペラ入口)から十分に離れた上流側に配置することにより、空気(渦)の旋回速度エネルギを有効に利用することができる。吸込連通路15としての吸込みスリットを空気室14に深く切り込むことにより、空気(渦)の旋回速度エネルギをさらに一層有効に活用することができる。
【0025】
また、本発明の実施の形態のターボチャージャ用遠心圧縮機は、空気室14の円周等分にガイドベーン数枚を空気室14内に設置することにより、空気の旋回速度エネルギを効率良く圧力に変換することができる。これにより、吸込連通路15と吹出連通路16の圧力差が小さい場合でも十分な循環流量が得られ、サージング発生の抑制効果を大きくすることができる。
【0026】
【その他の実施の形態】
さらに、本発明のその他の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機は、図7に示すように、空気室24には、渦Uが発生するインペラ11の入口直前(上流側)に吸込連通路25および吸込みスリット26をそれぞれ配設されている。このように、シュラウド部22を有するハウジング23には、二つの吸込手段と一つの吹出連通路27との合わせて3つの開口する循環連通手段を有することにより、前記実施の形態に比して、渦Uの発生を複数の個所で抑制することができ、サージング発生の抑制効果をさらに大きくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機を示す要部の概略図である。
【図2】 本発明の実施の形態におけるのターボチャージャ用遠心圧縮機を示す要部の斜視図である。
【図3】 本発明の実施の形態におけるガイドベーンを示す要部の平面図である。
【図4】 本発明の実施の形態におけるガイドベーンを示す要部の側面図である。
【図5】 本発明の実施の形態におけるガイドベーンを示す要部の斜視図である。
【図6】 本発明の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機の流れの速度分布および流線を示す線図である。
【図7】 本発明のその他の実施の形態におけるターボチャージャ用遠心圧縮機を示す要部の概略図である。
【図8】 従来の遠心圧縮機を示す要部の概略図である。
【図9】 従来の遠心圧縮機におけるシュラウド部における圧力分布を示す線図である。
【図10】 遠心圧縮機の流量と圧力の関係例を示す線図である。
【符号の説明】
11…インペラ
10…吸込口
12、22…シュラウド部
13…絞り部
14、24…空気室
15、25…吸込連通路
16、27…吹出連通路
26…吸込みスリット
17…循環流路
18…ガイドベーン
19インペラ上流部
20…インペラ半翼入口付近
21、23…ハウジング
Claims (3)
- インペラの外周部から前方に延びて吸込口を形成するシュラウド部を有するハウジングを備えたターボチャージャ用遠心圧縮機において、
ハウジングのシュラウド部に設けた環状の空気室に円周方向複数箇所を区画し、
かつインペラ回転方向に対向する正面を凹湾曲して配設するガイドベーンと、
空気室にインペラ上流部とインペラ半翼入口付近の間で開口する吸込連通路により導通させ圧縮空気を導入可能とすると共に、インペラ上流部の吸込口側で開口する吹出連通路により導通させ圧縮空気を導出可能に設けた循環流路と、
から成り、インペラで圧縮された空気を効率良くインペラ上流側へと循環させ遠心圧縮機のサージングを抑制することを特徴とするターボチャージャ用遠心圧縮機であって、
前記ガイドベーンは、インペラの回転方向に角度αで傾斜し、該ガイドベーンのインペラ回転方向に対向する背面はインペラの回転軸に平行に形成したことを特徴とするターボチャージャ用遠心圧縮機。 - 前記インペラ回転方向に対向する正面を凹湾曲に形成して配設するガイドベーンは、吸込連通路側の厚さ(b1)を吹出連通路側の厚さ(b2)よりも厚く構成すると共に、ガイドベーンの厚さは吸込連通路側の厚さ(b1)から吹出連通路側の厚さ(b2)へと滑らかに減少するように構成したことを特徴とする請求項1に記載のターボチャージャ用遠心圧縮機。
- 前記吸込連通路はスリットからなり、凹湾曲するガイドベーンの高さの1/2以下に至る開口(深さ)を有することを特徴とする請求項1乃至請求項2の一に記載のターボチャージャ用遠心圧縮機。
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