JP4502619B2 - 圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、圧縮機に関し、特に、限定されるものではないが、ターボチャージャーの圧縮機に関する。

ターボチャージャー（排気過給機）は、よく知られているように、大気圧以上の圧力（ブースト圧）で、空気を内燃機関の吸入口に供給するための装置であり、自動車、パワーボートおよび産業の動力発生装置のようなものに広く用いられている。従来のターボチャージャーは、本質的に、タービンハウジング内で回転可能なシャフトに取り付けられた排気ガス駆動タービンホイールを備える。上記タービンホイールの回転は、圧縮機ハウジング内で上記シャフトの他端に取り付けられた圧縮機ホイールを回転させる。上記圧縮機ホイールは、圧縮空気をエンジンの吸気マニホールドに送り、これによって、エンジンの力を増加させる。

ターボチャージャーは、内燃機関の出力を増加することに役立つのみならず、エンジンの効率を増大することによって、特に、空気の流量と燃料の流量とを調整することによって、必要でない排気ガスを減少することができる。このような理由で、ディーゼルエンジン特に大型ディーゼルエンジンは、殆ど常に、排気過給されている。

内燃機関の排気ガスの規定が一層きびしくなるにつれて、上記ターボチャージャーの効率と性能の精度の向上が一致した要件となっている。上記ターボチャージャーの操作に影響を与える多くの要素があるが、これらの要素は、例えば各吸入口と排出口の設計と製造のようなタービンと圧縮機ホイールハウジングとの特徴を含んだものである。

本発明者は、圧縮機の効率が、上記圧縮機の排出口の散布部分で成長され、上記出口の流量特性に逆に影響を及ぼす粉塵によって、重大に低下し得ることを確かめた。特有の問題は、クランク・ケース・ベンチレイション（ＣＣＶ）ガスを燃焼のために再循環するエンジンにおいて確認されている。

ＣＣＶガスは、空気と油と水分とすすの混合物を含んでいる。過去には、ＣＣＶガスをそのまま大気に漏らすことが受け入れられていた。しかし、これは、エンジンの現在の排気ガス規制では、最早当てはまらない。ますます、この問題に対処するために取られる手段は、上記ＣＣＶガスを燃焼のために上記エンジンに通すことである。この方法は、排気過給されたエンジンに、特に、適しており、なぜなら、上記圧縮機の吸入口での低圧状態は、上記ＣＣＶガスの導入にとって理想であるからである。しかしながら、必然的に、このことは、上記ＣＣＶガスが、上記圧縮機ハウジングを通過しなければならないことを意味する。

上記発明者の発見したところは、上記圧縮機を通過するＣＣＶガスの循環は、上記圧縮機の排出口の散布部分で堆積するカーボンを重大に成長させるという結果をもたらし得る。要するに、上記圧縮機ハウジングを通過するカーボンの粉塵は、上記排出口の表面で燃えて、その後成長する。最初の効果的な減少は比較的に小さく、上記圧縮機の効率が十分に減少する範囲での時間を超えて上記堆積は成長する。さらに可能性があることは、長期の時間を超えて、上記圧縮機の吸入口の散布部分は、ほとんど完全にふさがれる。さらにその上、排気ガスの規定の集合は、与えられたサイズのエンジンからのより高出力の発生を要求し、すなわち、上記問題を悪化させる上記圧縮機ハウジング内のより高温の必然的な発生をもたらす上記圧縮機からより多くの仕事を要求する。

上記ＣＣＶガスを上記圧縮機の吸入口に導入する前にろ過することは知られているが、現在のろ過システムは、上記圧縮機の排出口の壁でカーボンや他の堆積物が成長することを防ぐことで部分的に成功しているだけである。

したがって、上述の問題を予防しまたは軽減することが本発明の目的である。

本発明によれば、圧縮機は、圧縮機ハウジングの中で回転するように取付けられた圧縮機ホイールを備え、上記圧縮機ハウジングは、上記圧縮機ホイールを囲むと共に対向環状壁面の間に形成された一定の形状の環状出口ディフューザを有し、上記環状壁面の各々は半径方向の外形寸法に渡って実質的に平面であって、上記壁面の少なくとも１つの一部は、弾力的可撓性を有し、上記ディフューザ内の作動圧力変化によって、上記弾力性壁面部は、実質的に各半径方向平面内に留まりながら、伸縮する。

弾力壁部の伸縮は、圧縮機の出口通路に形成された炭素堆積物のような微粒子堆積物を解体し、取り除く。取り除かれた微粒子は、次に、燃焼のためにエンジンを通過するが、エンジンの通常の運転に（或いは、冷却器の後のターボチャージャのようなライン部品に）支障をきたすことはない。

本出願では、ＣＣＶガスを濾過するために、圧縮機の上流にフィルタを設けることができるが、これは必ず必要というわけではない。

本発明の別の利点は、圧縮機出口内の圧力変化により、弾力性壁部が自然に伸縮するために、微粒子堆積物の除去が受動的な操作となることである。

好ましくは、出口通路の環状壁面がこのような弾力的部分を有する。好ましくは、この弾力的部分は環状であって、各壁面の半径方向の主要部分に延在する。

本発明の好ましい実施形態では、弾力性壁面部はハウジングの壁に形成された凹部に挿嵌されると共に、周囲のハウジング壁面と面一にある弾力性部材によって提供される。例えば、弾力性部材は、圧縮機出口内での圧力変化に伴って伸縮するダイアフラムを備えている。

本発明の具体的な実施形態は、添付の図面に言及して、例証のみとして述べられる。

図を参照すると、図１は、従来の遠心力型ターボチャージャーを示している。この遠心力型のターボチャージャーは、遍く参照番号１で示されるタービンと、遍く参照番号２で示される圧縮機と、参照番号３で示される中央軸受ハウジングとを備える。この発明は、圧縮機の構造に関するものなので、（全く従来のものでもよい）タービンや軸受ハウジングの構成部品の詳細な説明はない。

図２を参照すると、図２は、図１のターボチャージャーの圧縮機２の部分断面図を示している。図２から、圧縮機はハウジングを備え、上記ハウジングは、（軸受ハウジングケース３の一部分である）ディフューザ部４と圧縮機カバー５とによって、部分的に形成されている。圧縮機カバー５は入口６と出口渦巻室７とを画定する。圧縮機ホイール８は、軸受ハウジングを貫いてタービン１まで延びるシャフト９の周りで、回転するよう取り付けられている。圧縮機の端部軸受とオイルシール装置は、遍く参照番号９ａで示されている。圧縮機ホイール８は、バックディスク１０によって支持された羽根の配列８ａを備え、上記バックディスク１０は領域４ａにおけるディフューザ部４の凹部に配置されている。

図示された圧縮機はマップ幅向上タイプである。入口６は管状の入口部１１を備え、この管状の入口部分１１のまわりに管状の吸入部分１２が広がり、これらの間に環状チャンバ１３が形成されている。環状のスロット（細長穴）１４が管状入口部分１１を貫いて形成されていて、上記チャンバ１３は、圧縮機羽根９が掃く圧縮機ハウジングのインヂューサ部分と連通している。圧縮機渦巻室７の出口へは、ディフューザ通路１５を経由するようになっており、このディフューザ通路１５は、圧縮機カバー５の環状部分の表面と、軸受ハウジング３のディフューザ部４との間に形成されている。それで、上記ディフューザ通路１５は、圧縮機羽根９の先端を取り囲む環状通路になっている。

この発明は、圧縮機の出口構造に関し、特に、ディフューザ部すなわち（渦巻室７よりもむしろ）通路１５に関する。したがって、圧縮機入口に関する更なる記述は行われない。しかし、注目すべき点は、図示された本発明の実施形態は、マップ幅を向上した圧縮機であるが、この特徴は、従来型の他の入口形式を有する圧縮機に適用し得る本発明の作用には関係しないことである。

図３を参照すると、図３は本発明による図２の圧縮機の改良が示されている。図３は、圧縮機の出口部分の拡大図であり、ディフューザ通路１５の構造をより詳細に示している。この発明によれば、ディフューザ通路１５の壁（すなわち、ディフューザ部４の表面と圧縮機カバー５の表面）は、環状のダイアフラム部材１６,１７によって提供される弾力性に富む部分を有しており、上記環状の仕切り部材１６,１７は、圧縮機カバー５とディフューザ部４とに形成された各環状凹部１８,１９に差し込まれている。

図４は、ダイアフラム部材１６，１７の部分背面図である。ダイアフラム部材１６，１７は、ゴム或いは同様な弾力性のある可撓性材料から成形されていて、円周方向および半径方向に補強された太いリブ部２１，２２を有するダイアフラム２０を備えている。ダイアフラム２０の半径方向内側と外側の円周縁は、太くなっていて、補強鉄鋼リング２３と２４の周囲に成形されている（リング２３と２４は異なった好ましくは金属材料で作られることがわかる）。

ダイアフラム１７は凹部１９内にプレス嵌合されて、ダイアフラム２０の表面は、拡散器部４の外周表面部と面一に在る。圧力ブリードダクト（逃がしダクト）２５は、拡散器部４の壁を貫いて設けられていて、ダイアフラム２０の背後の凹部１９内に形成された空隙と連通している。圧力ブリードダクト２５は、大気に開口してもよく、或いは、（入口６や、圧縮機ホイール８の後の場所、または圧縮機排気管などの）他の部分に繋がっていてもよい。そこでは、ダイアフラム部材１７を伸縮させるに充分な付加的圧力変動が存在する。圧縮機均等化ダクト２６，２７が、補強リブ２１，２２を貫いて設けられていて、環状凹部１９の全体の周囲の圧力が均等化する。

ダイアフラム部材１６の構造は、ダイアフラム部材１６が半径方向に減少した寸法を有していること以外、ダイアフラム１７の構造と本質的に同じである。圧力ブリード通路２８は、圧縮機カバー５を貫いて設けられていて、ダイアフラム部材１６の背後に形成された空隙と繋がっている。

作動中に、エンジンサイクルに渡ってエンジンに供給されるブースト空気の圧力変化は、弾力性ダイアフラム１６，１７の伸縮を引き起こす。これは、ダイアフラム表面に形成された炭素や他の堆積粒子を取り除く効果がある。表面から取り除かれたこのような堆積物は、単にエンジンを通過するのみで、充分に小さく、エンジン（或いは他の接続部品、例えば冷却器の後のターボチャージャ）の作動に悪影響を与えることはない。

ブリード通路２５，２８および圧力均一化ダクト２６，２７の設置によって、ダイアフラムの背後の空気ポケットが、必要に応じてダイアフラムの弾力的伸縮能力を妨げないことが保証される。

圧縮機の出口通路には、様々なやり方で必要な可撓性や弾力性が与えられる。例えば、ダイアフラム部材の代替形態が図５と図６とに図示されている。図示されたダイアフラム部材は、隆起部３１の在る環状リング３０を備え、それらは、例えば、ゴムまたはそれと同等な材料から形成されている。上記部材の外表面は、それ自体で通路表面を形成し、適切なエラストマーから作られた薄膜３２によって与えられる。上記膜の下かつ上記隆起部間に存在する隙間は、圧縮可能なスポンジ状のエラストマー３３で満たされている。

ダイアフラム部材の他の代替となる形態は、図７に示す。このダイアフラム部材は、発泡性裏打材またはその同等材に取付けられた薄肉可撓性ダイアフラム３３を備えている。圧縮機の拡散器部と１以上の通気孔３５との間でのダイアフラムの圧力が変化する結果、ダイアフラムが波打つ（上述したように、通気孔は大気と繋がるか圧縮機の他の部分と繋がっている）。ダイアフラム３３は、適当な薄肉のエラストマーから形成され、裏打材３４は、適当な圧縮性スポンジ状エラストマーから形成される。

上述したダイアフラム構造の可能な変更、および、可撓性を有する弾力性壁部を圧縮機出口通路に与えて圧縮機の通常運転時に堆積物を取り除くための他の可能な代替構造物は、当業者には明らかである。

従来のターボチャージャーの主要部を示す外観図である。 図１に示すターボチャージャーの部分断面図であり、上記従来の圧縮機の詳細を示す。 本発明の第１実施形態による図２の圧縮機の改良を示す。 図３に示す圧縮機の可撓性壁部材の部分背後図である。 本発明による代替え可撓性環状壁部材の部分正面図である。 図５に示す壁部材における図５の半径方向のＸ−Ｘ線断面図である。 本発明による他の可撓性環状壁部材の半径方向断面図である。

符号の説明

２ 圧縮機
４，５ ハウジング
５ カバー
２１，２２ リブ
１６，１７，２０ ダイアフラム

Claims (15)

1. 圧縮機ハウジングの中で回転するように取付けられた圧縮機ホイールを備え、上記圧縮機ハウジングは、上記圧縮機ホイールを囲むと共に対向環状壁面の間に形成された一定の形状の環状出口ディフューザを有し、上記環状壁面の各々は半径方向の外形寸法に渡って実質的に平面であって、上記壁面の少なくとも１つの一部は、弾力的可撓性を有し、上記ディフューザ内の作動圧力変化によって、上記弾力性壁面部は、実質的に各半径方向平面内に留まりながら、伸縮することを特徴とする圧縮機。
2. 請求項１に記載の圧縮機において、
   両方の上記環状壁面は、弾力的部分を有していることを特徴とする圧縮機。
3. 請求項１または２に記載の圧縮機において、
   上記各壁面の弾力的部分は、環状であることを特徴とする圧縮機。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の圧縮機において、
   上記各環状壁面の可撓性表面部は、上記各壁面の上記半径方向の外形寸法の主要部に渡って延在していることを特徴とする圧縮機。
5. 請求項１乃至４に記載の圧縮機において、
   上記各壁面の弾力的部分は、上記ハウジングの壁の中に形成された凹部に挿嵌された各弾力性部材を備えていることを特徴とする圧縮機。
6. 請求項５に記載の圧縮機において、
   上記各弾力性部材は、上記各ハウジング壁の周囲表面と実質的に面一である表面を呈していることを特徴とする圧縮機。
7. 請求項５または６に記載の圧縮機において、
   上記各弾力性部材は弾力的ダイアフラムを備えていることを特徴とする圧縮機。
8. 請求項７に記載の圧縮機において、
   空隙が上記ダイアフラムの背後の上記凹部の中に形成され、１以上の圧力ブリード通路が、上記空隙と連通して設けられていて、上記空隙内の重大な圧力変化を伴わないで、上記ダイアフラムの伸縮を容易にしていることを特徴とする圧縮機。
9. 請求項８に記載の圧縮機において、
   ダイアフラムは強化された半径方向と円周方向のリブあるいは半径方向または円周方向のリブに支持されていることを特徴とする圧縮機。
10. 請求項９に記載の圧縮機において、
    上記ダイアフラムと強化リブとは、互いに一体に成形されていることを特徴とする圧縮機。
11. 請求項５乃至１０のいずれか１つに記載の圧縮機において、
    上記各弾力性部材は環状であることを特徴とする圧縮機。
12. 請求項９または１０に記載の圧縮機において、
    上記ダイアフラムは環状であり、圧力均等化ダクトは上記強化リブを貫いて設けられて、上記ダイアフラムの全環状延長部の周りのダイアフラムの背後の空隙における圧力を均一化することを特徴とする圧縮機。
13. 請求項５乃至７のいずれか１つに記載の圧縮機において、
    上記弾力性部材は、上記伸縮性を容易にするために、圧縮可能な発泡材の上に支持されたダイアフラムを備えていることを特徴とする圧縮機。
14. 請求項１３に記載の圧縮機において、
    上記弾力性部材は、環状支持部材を備え、上記発泡材は上記支持部材と上記ダイアフラムとの間に挿間されていることを特徴とする圧縮機。
15. 請求項１４に記載の圧縮機において、
    上記支持部材は、上記発泡層を貫いて延在すると共に上記ダイアフラムを直接支持する隆起部を含んでいることを特徴とする圧縮機。

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