JP4779750B2 - Centrifugal compressor with variable diffuser - Google Patents
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Description
本発明は、吸入気体を加圧して圧送する遠心圧縮機に関し、詳しくは、可変ディフューザを備えた可変ディフューザ付き遠心圧縮機に関するものである。 The present invention relates to a centrifugal compressor that pressurizes and pumps suction gas, and particularly relates to a centrifugal compressor with a variable diffuser including a variable diffuser.
コンプレッサハウジング内で回転するコンプレッサホイールにより吸入した気体をコンプレッサホイールの周囲に形成されたスクロール流路に向けて圧送することで吸入気体を加圧する遠心圧縮機が従来一般に知られている。そして、この種の遠心圧縮機として、圧縮空気の加圧力を可変に調整できる可変ディフューザを備えた可変ディフューザ付き遠心圧縮機(例えば特許文献1参照)や、圧縮空気を加圧する際の圧力変換効率を向上できるように改良されたディフューザベーンを備える遠心圧縮機(例えば特許文献2参照)が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a centrifugal compressor that pressurizes sucked gas by pumping gas sucked by a compressor wheel rotating in a compressor housing toward a scroll passage formed around the compressor wheel is generally known. And as this kind of centrifugal compressor, the centrifugal compressor with a variable diffuser (for example, refer to patent documents 1) provided with the variable diffuser which can adjust the pressure of compressed air variably, and pressure conversion efficiency at the time of pressurizing compressed air There is known a centrifugal compressor (see, for example, Patent Document 2) provided with a diffuser vane that has been improved so as to be improved.
ここで、特許文献1には、コンプレッサロータ(コンプレッサホイール)の基端部外周とディフューザ列出口空間(スクロール流路)との間の環状の気体流路に、可変ディフューザとしての環状のディフューザ列を構成する一連の翼型ベーン(可動翼)を配置し、各翼型ベーンをそれぞれ回動支軸を介して一斉に傾動操作することで各翼型ベーンの傾動角(翼角)を一斉に変更するようにした構造が開示されている。
Here, in
一方、特許文献2には、圧縮空気の圧力変換効率を向上できるようにディフューザベーンの端面とシールプレートとの気密性を向上させる構造が開示されている。すなわち、ディフューザベーンの端面側にシール用溝を形成し、このシール用溝に凸型断面のシール部材を嵌着すると共に、シール部材の狭幅部分が貫通するカバー部材をディフューザベーンの端面に固定した構造が開示されている。ここで、ディフューザベーンには、渦巻き室(スクロール流路)側のガス圧をシール用溝内に導入するガス導入開口部が形成されており、シール用溝内に導入されたガス圧をシール部材の広幅部分に作用させることでシール部材の狭幅部分をシールプレートに押し付けるようにしている。
ところで、特許文献1に記載された一連の翼型ベーン(可動翼)は、例えば特許文献2に記載されたようなシール構造を備えていないため、前述した環状の気体流路を形成するコンプレッサハウジングのシュラウド壁面との間のサイドクリアランスを詰めることが難しく、サイドクリアランスが大きいと圧縮空気の圧力変換効率が低下する虞がある。
By the way, since a series of airfoil vanes (movable blades) described in
一方、特許文献2に記載されたディフューザベーンは、前述したように構造が複雑であり、しかも、シール部材とディフューザベーンのシール用溝およびカバー部材との間に高い加工精度が要求される。また、シール部材は、ディフューザベーンの長手方向の両端部をシールできないため、吸入ガスの圧力変換効率を向上させる点で大きな効果は期待できない。そして、シール部材、ディフューザベーン、カバー部材の加工精度が低い場合には、かえって圧力変換効率が低下する虞もある。
On the other hand, the diffuser vane described in
そこで、本発明は、可変ディフューザによる吸入気体の圧力変換効率を確実に向上させることができる可変ディフューザ付き遠心圧縮機を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the centrifugal compressor with a variable diffuser which can improve the pressure conversion efficiency of the inhalation gas by a variable diffuser reliably.
本発明に係る可変ディフューザ付き遠心圧縮機は、コンプレッサハウジング内のコンプレッサホイールの基端部外周とその周囲のスクロール流路との間に吸入気体の圧力を可変に上昇させるための可変ディフューザを備えた可変ディフューザ付き遠心圧縮機であって、可変ディフューザは、コンプレッサハウジングのシュラウド壁面との間に環状の気体流路を形成するベースプレートと、このベースプレート上に環状に配列され、かつ、回動支軸を介して等翼角に一斉に傾動操作可能にベースプレート上に支持された一群の可動翼とを備え、各可動翼は、その圧力面に作用する吸入気体の圧力により弾性変形してシュラウド壁面に接触する構造とされていることを特徴とする。 The centrifugal compressor with a variable diffuser according to the present invention includes a variable diffuser for variably increasing the pressure of the suction gas between the outer periphery of the proximal end portion of the compressor wheel in the compressor housing and the scroll passage around the compressor wheel. A centrifugal compressor with a variable diffuser, wherein the variable diffuser includes a base plate that forms an annular gas flow path between the compressor housing and a shroud wall surface of the compressor housing, an annular arrangement on the base plate, and a rotating support shaft. And a group of movable blades supported on a base plate so that they can be tilted simultaneously at equal blade angles, and each movable blade is elastically deformed by the pressure of the suction gas acting on its pressure surface and contacts the shroud wall surface It is characterized by the structure.
本発明に係る可変ディフューザ付き遠心圧縮機では、可変ディフューザを構成する各可動翼の圧力面に吸入気体の圧力が作用すると、各可動翼が弾性変形してコンプレッサハウジングのシュラウド壁面に接触し、両者の間のサイドクリアランスが詰められる。その結果、可変ディフューザによる吸入気体の圧力変換効率が確実に向上する。 In the centrifugal compressor with a variable diffuser according to the present invention, when the pressure of the suction gas acts on the pressure surface of each movable blade constituting the variable diffuser, each movable blade is elastically deformed to contact the shroud wall surface of the compressor housing. The side clearance between is packed. As a result, the pressure conversion efficiency of the intake gas by the variable diffuser is reliably improved.
本発明の可変ディフューザ付き遠心圧縮機において、可変ディフューザを構成する各可動翼は、回動支軸に板ばねを介して連結された翼本体を有する構造とすることができる。また、各可動翼は、その圧力面側に湾曲した状態で回動支軸に固定された薄板部材からなる翼本体を有する構造とすることができる。 In the centrifugal compressor with a variable diffuser of the present invention, each movable blade constituting the variable diffuser may have a structure having a blade body connected to a rotating support shaft via a leaf spring. Each movable wing can have a structure having a wing body made of a thin plate member fixed to a rotation support shaft in a curved state on the pressure surface side.
本発明に係る可変ディフューザ付き遠心圧縮機では、可変ディフューザを構成する各可動翼のシュラウド壁面側の従動翼部がベースプレート側の傾動翼部に対し、傾斜分割面に沿って可動翼の翼厚を増大する方向に摺動することにより、各可動翼の従動翼部がコンプレッサハウジングのシュラウド壁面に接触して両者の間のサイドクリアランスが詰められる。従って、本発明の可変ディフューザ付き遠心圧縮機によれば、可変ディフューザによる吸入気体の圧力変換効率を確実に向上させることができる。 In the centrifugal compressor with a variable diffuser according to the present invention, the driven blade portion on the shroud wall surface side of each movable blade constituting the variable diffuser has a blade thickness of the movable blade along the inclined division surface with respect to the inclined blade portion on the base plate side. By sliding in the increasing direction, the driven blade portion of each movable blade comes into contact with the shroud wall surface of the compressor housing, and the side clearance therebetween is reduced. Therefore, according to the centrifugal compressor with a variable diffuser of the present invention, the pressure conversion efficiency of the intake gas by the variable diffuser can be reliably improved.
以下、図面を参照して本発明に係る可変ディフューザ付き遠心圧縮機の最良の実施形態を説明する。この説明において、同一または同様の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略することがある。ここで、参照する図面において、図1は第1実施形態に係る可変ディフューザ付き遠心圧縮機をコンプレッサとして備えたターボチャージャの概略構造を示す断面図、図2は図1に示した可変ディフューザの斜視図、図3は図2に示した可動翼の拡大斜視図、図4は図3に示した可動翼の縦断面図である。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a centrifugal compressor with a variable diffuser according to the invention will be described with reference to the drawings. In this description, the same or similar components may be denoted by the same reference numerals and redundant description may be omitted. Here, in the drawings to be referred to, FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a turbocharger including a centrifugal compressor with a variable diffuser according to the first embodiment as a compressor, and FIG. 2 is a perspective view of the variable diffuser shown in FIG. 3 is an enlarged perspective view of the movable wing shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the movable wing shown in FIG.
第1実施形態に係る可変ディフューザ付き遠心圧縮機は、図1に示すターボチャージャ1のコンプレッサとして構成されている。このターボチャージャ1は、図示しない車両用エンジンの排気系の途中に介設されるタービン用のタービンハウジング2と、吸入系の途中に介設されるコンプレッサ用のコンプレッサハウジング3と、両者を接続するセンターハウジング(ベアリングハウジング)4とを備えている。
The centrifugal compressor with a variable diffuser according to the first embodiment is configured as a compressor of the
タービンハウジング2内には、車両用エンジンの排気系を流通する排ガスを導入するスクロール流路2Aが形成されている。そして、このスクロール流路2Aから流入する排ガスの通過によって回転駆動されるタービンホイール5がタービンハウジング2内に収容されている。
In the
一方、コンプレッサハウジング3内には、車両用エンジンの吸入系の空気を大気圧以上に加圧して過給するためのコンプレッサホイール6が収容されている。このコンプレッサホイール6の周囲には、圧縮空気を加圧しつつ車両用エンジンの吸入系に圧送するスクロール流路3Aが形成されている。
On the other hand, the
タービンハウジング2内のタービンホイール5と、コンプレッサハウジング3内のコンプレッサホイール6とは、一体に回転するようにシャフト7を介して相互に連結されている。このシャフト7は、図示しないフローティングベアリングを介してセンターハウジング4に回転自在に支持されている。
The
ここで、コンプレッサハウジング3内のコンプレッサホイール6の基端部外周とその周囲のスクロール流路3Aとの間には、圧縮空気の圧力を可変に上昇させるための可変ディフューザ8が設置されている。
Here, a
可変ディフューザ8は、コンプレッサハウジング3内のセンターハウジング4側に嵌合固定されてコンプレッサハウジング3のシュラウド壁面3Bとの間に環状の空気流路を形成する扁平なリング状のベースプレート9と、図2に示すようにベースプレート9の表面9A上に等角度間隔で同心状に環状に配列された一群の可動翼10とを備えている。
The
各可動翼10は、図3に拡大して示すように、ベースプレート9(図2参照)を貫通する短円柱状の回動支軸10Aと、この回動支軸10Aの一端部に連結された長方形の厚板状の翼本体10Bとを有する。この翼本体10Bは、例えばアルミニウムの鋳造品からなり、その翼長方向に沿う長辺部分が半円状の断面形状に形成されてシール部10C,10Dを構成している。そして、この翼本体10Bの一方のシール部10Cの中央部付近が回動支軸10Aの一端面10Eに線接触している。
As shown in an enlarged view in FIG. 3, each
ここで、各可動翼10の翼本体10Bを回動支軸10Aを介して等翼角に一斉に傾動操作するため、図1に示すように、ベースプレート9の背面側には、複数のガイドローラ11を介してベースプレート9に同心状に回動自在に支持されたユニゾンリング12が配設されている。
Here, as shown in FIG. 1, a plurality of guide rollers are provided on the back side of the
ユニゾンリング12は、ベースプレート9を貫通する各回動支軸10Aの他端部に固定された各操作アーム(図示省略)の揺動端部に係合している。そして、このユニゾンリング12は、例えばコンプレッサハウジング3に付設された駆動モータ(図示省略)によりリンク機構13を介して回動操作されると、各操作アーム(図示省略)を介して各回動支軸10Aを一斉に回動させることで、各翼本体10Bを等翼角に一斉に傾動させる。
The
ここで、図4に示すように、各可動翼10の翼本体10Bは、板ばね10Fを介して回動支軸10Aに連結されている。この板ばね10Fは、翼本体10Bと回動支軸10Aとに跨る状態で両者に埋設されており、その埋設部分は外部に露出しないようになっている。そして、板ばね10Fが回動支軸10Aの一端面10E付近で無理なく屈曲できるように、翼本体10Bのシール部10Cには、板ばね10Fの両面側に隙間を空ける逃がし溝10Gが形成されている。
Here, as shown in FIG. 4, the blade
このように板ばね10Fを介して回動支軸10Aに連結された翼本体10Bは、一方のシール部10Cと他方のシール部10Dとの間隔がベースプレート9の表面9Aとコンプレッサハウジング3のシュラウド壁面3Bとの間隔より若干大きく設定されている。そして、この翼本体10Bは、その圧力面側に予め屈曲された板ばね10Fと共に圧力面側に若干傾倒しており、この初期状態で翼本体10Bは、板ばね10Fの弱い弾性復元力により、一方のシール部10Cがベースプレート9の表面9Aに弱い弾性力で僅かに線接触し、他方のシール部10Dがシュラウド壁面3Bに弱い弾性力で僅かに線接触している。
In this way, the
ここで、翼本体10Bの圧力面とは、図2に示したベースプレート9の内周側から外周側へ向かって圧縮空気が各可動翼10の翼本体10B間を旋回しつつ流通する際にその圧縮空気の圧力を受ける面であり、図2に示す各翼本体10Bでは、ベースプレート9の外周側に向いている面となる。
Here, the pressure surface of the
以上のように構成されたターボチャージャ1においては、図示しない車両用エンジンの運転に伴いその排気系に排出された排ガスが図1に示すタービンハウジング2内のスクロール流路2Aからタービンホイール5を通過して流通することにより、タービンホイール5が回転駆動される。そして、このタービンホイール5の回転によりコンプレッサハウジング3内のコンプレッサホイール6が回転駆動されることにより、車両用エンジンの吸入系の空気が大気圧以上に加圧されてスクロール流路3Aから圧送される。
In the
その際、第1実施形態の可変ディフューザ付き遠心圧縮機として構成されたターボチャージャ1のコンプレッサにおいて、コンプレッサホイール6の基端部外周からスクロール流路3Aに向けて圧送される圧縮空気は、可変ディフューザ8のベースプレート9の表面9Aとコンプレッサハウジング3のシュラウド壁面3Bとの間に形成された環状の空気流路を各可動翼10の翼本体10Bに沿って流通することにより、流速が徐々に低下して圧力が徐々に上昇する。
At that time, in the compressor of the
その際、翼本体10Bの翼長方向に沿って流通する圧縮空気の圧力が図4に矢印で示すように翼本体10Bの圧力面に作用するため、翼本体10Bが板ばね10Fと共に起立する方向に押動される。その結果、翼本体10Bの一方のシール部10Cが回動支軸10Aの一端面10Eおよびベースプレート9の表面9Aに密着すると共に、翼本体10Bの他方のシール部10Dがコンプレッサハウジング3のシュラウド壁面3Bに密着する。すなわち、翼本体10Bのシール部10Cと回動支軸10Aの一端面10Eおよびベースプレート9の表面9Aとの間のクリアランスが詰められると共に、翼本体10Bのシール部10Dとシュラウド壁面3Bとの間のサイドクリアランスが詰められる。
At that time, since the pressure of the compressed air flowing along the blade length direction of the
従って、ターボチャージャ1のコンプレッサとして構成された第1実施形態の可変ディフューザ付き遠心圧縮機によれば、可変ディフューザ8の各可動翼10の翼本体10Bの相互間を通過する圧縮空気の圧力が翼本体10Bの圧力面側から反対側の負圧面側に逃げるのを確実に防止することができ、可変ディフューザ8による圧縮空気の圧力変換効率を確実に向上することができる。
Therefore, according to the centrifugal compressor with a variable diffuser of the first embodiment configured as a compressor of the
また、前述したように、各可動翼10の翼本体10Bにおける半円状の断面形状に形成された一方のシール部10Cがベースプレート9の表面9Aとに線接触し、他方のシール部10Dがシュラウド壁面3Bに線接触するため、各翼本体10Bを等翼角に一斉に傾動操作する際の摺動抵抗が低減する。従って、第1実施形態の可変ディフューザ付き遠心圧縮機によれば、可変ディフューザ8の各可動翼10の翼角を一斉に変更する際の動作を円滑に行うことができる。
Further, as described above, one
次に、図5〜図7を参照して第2実施形態に係る可変ディフューザ付き遠心圧縮機を説明する。この第2実施形態の可変ディフューザ付き遠心圧縮機も第1実施形態の可変ディフューザ付き遠心圧縮機と同様に図1に示したターボチャージャ1のコンプレッサとして構成されている。
Next, a centrifugal compressor with a variable diffuser according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. The centrifugal compressor with a variable diffuser according to the second embodiment is also configured as the compressor of the
ここで、ターボチャージャ1のコンプレッサホイール6の基端部外周とその周囲のスクロール流路3Aとの間に設置される可変ディフューザ8は、図5に示すように、ベースプレート9と、一群の可動翼10に代わる一群の可動翼20とを備えている。なお、図1に示したターボチャージャ1のその他の構造部分は特に変更がないので説明を省略する。
Here, as shown in FIG. 5, the
各可動翼20は、図6に拡大して示すように、ベースプレート9(図5参照)を貫通する短円柱状の回動支軸20Aと、この回動支軸20Aの一端部に連結された薄板部材からなる翼本体20Bとを有する。この翼本体20Bは、例えば弾力のある薄い金属板からなり、長方形に形成された翼部20Cの一方の長辺の中央部には、図7に示すように回動支軸20Aの一端部に埋設される連結片20Dが一体に形成されている。
As shown in an enlarged view in FIG. 6, each
図6に示すように、翼本体20Bの翼部20Cは、回動支軸20Aの一端面20E上に突出して回動支軸20Aの軸方向と直交する方向に延びている。そして、この翼部20Cの翼長方向に沿う長辺部分がシール部20F,20Gとして構成されている。
As shown in FIG. 6, the
ここで、図7に示すように、翼本体20Bの翼部20Cは、一方のシール部20Fと他方のシール部20Gとの間隔がベースプレート9の表面9Aとコンプレッサハウジング3のシュラウド壁面3Bとの間隔より若干大きく設定されている。そして、この翼部20Cは、翼長方向に直交する翼幅方向が予め翼部20Cの圧力面側に湾曲しており、この初期状態で翼部20Cの一方のシール部20Fがベースプレート9の表面9Aに弱い弾性力で僅かに線接触し、他方のシール部20Gがシュラウド壁面3Bに弱い弾性力で僅かに線接触している。
Here, as shown in FIG. 7, in the
このように構成された一群の可動翼20を備えるターボチャージャ1のコンプレッサ(第2実施形態の可変ディフューザ付き遠心圧縮機)において、コンプレッサホイール6の基端部外周からスクロール流路3Aに向けて圧送される圧縮空気は、可変ディフューザ8のベースプレート9の表面9Aとコンプレッサハウジング3のシュラウド壁面3Bとの間に形成された環状の空気流路を各可動翼20の翼部20Cに沿って流通することにより、流速が徐々に低下して圧力が徐々に上昇する。
In the compressor of the
その際、翼部20Cの翼長方向に沿って流通する圧縮空気の圧力が図7に矢印で示すように翼部20Cの湾曲した内面側の圧力面に作用するため、翼部20Cが起立する方向に押動される。その結果、翼部20Cの一方のシール部20Fが回動支軸20Aの一端面20Eおよびベースプレート9の表面9Aに密着すると共に、翼部20Cの他方のシール部20Gがコンプレッサハウジング3のシュラウド壁面3Bに密着する。すなわち、翼部20Cのシール部20Fと回動支軸20Aの一端面20Eおよびベースプレート9の表面9Aとの間のクリアランスが詰められると共に、翼部20Cのシール部20Gとシュラウド壁面3Bとの間のサイドクリアランスが詰められる。
At that time, the pressure of the compressed air flowing along the blade length direction of the
従って、ターボチャージャ1のコンプレッサとして構成された第2実施形態の可変ディフューザ付き遠心圧縮機によれば、可変ディフューザ8の各可動翼20の翼部20Cの相互間を通過する圧縮空気の圧力が翼部20Cの圧力面側から反対側の負圧面側に逃げるのを確実に防止することができ、可変ディフューザ8による圧縮空気の圧力変換効率を確実に向上することができる。
Therefore, according to the centrifugal compressor with a variable diffuser configured as the compressor of the
また、前述したように、各可動翼20の翼部20Cの一方のシール部20Fがベースプレート9の表面9Aに線接触し、他方のシール部20Gがシュラウド壁面3Bに線接触するため、各可動翼20の翼部20Cを等翼角に一斉に傾動操作する際の摺動抵抗が低減する。従って、第2実施形態の可変ディフューザ付き遠心圧縮機によれば、可変ディフューザ8の各可動翼20の翼部20Cの翼角を一斉に変更する際の動作を円滑に行うことができる。
Further, as described above, one
1…ターボチャージャ、2…タービンハウジング、3…コンプレッサハウジング、3A…スクロール流路、3B…シュラウド壁面、5…タービンホイール、6…コンプレッサホイール、8…可変ディフューザ、9…ベースプレート、10…可動翼、10A…回動支軸、10B…翼本体、10C…一方のシール部、10D…他方のシール部、10E…回動支軸の一端面、10F…板ばね、10G…逃がし溝、11…ガイドローラ、12…ユニゾンリング、13…リンク機構。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記可変ディフューザは、コンプレッサハウジングのシュラウド壁面との間に環状の気体流路を形成するベースプレートと、このベースプレート上に環状に配列され、かつ、回動支軸を介して等翼角に一斉に傾動操作可能にベースプレート上に支持された一群の可動翼とを備え、
前記各可動翼は、その圧力面に作用する吸入気体の圧力により弾性変形して前記シュラウド壁面に接触する構造とされていることを特徴とする可変ディフューザ付き遠心圧縮機。 A centrifugal compressor with a variable diffuser, comprising a variable diffuser for variably increasing the pressure of the suction gas between the outer periphery of the proximal end of the compressor wheel in the compressor housing and the scroll passage around the compressor wheel,
The variable diffuser is annularly arranged on the base plate that forms an annular gas flow path with the shroud wall surface of the compressor housing, and is tilted all at the same blade angle via a rotating support shaft. A group of movable wings operably supported on a base plate,
Each of the movable blades has a structure in which the movable blade is elastically deformed by the pressure of the suction gas acting on the pressure surface thereof and is in contact with the wall surface of the shroud.
2. The centrifugal compressor with a variable diffuser according to claim 1, wherein each of the movable blades has a blade body made of a thin plate member fixed to the rotating support shaft in a state of being curved toward the pressure surface side.
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