JP5077443B2 - ディフューザ装置、遠心圧縮機、及びターボ過給機 - Google Patents
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Description
本発明は、遠心圧縮機に設けられるディフューザ装置、そのディフューザ装置を備えた遠心圧縮機、及びその遠心圧縮機を備えたターボ過給機に関する。
遠心圧縮機として、ディフューザ通路内に突出する位置とディフューザ壁内に設けられた収容室内に収容される位置との間で移動可能な案内羽根がディフューザ部に設けられたものが知られている(特許文献1参照)。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献2が存在する。
特許文献1の遠心圧縮機では、案内羽根を収容室内に収容した際、ディフューザ壁と案内羽根との間に隙間ができる。異物がこの隙間を通って収容室内に入り案内羽根とディフューザ壁との間に蓄積すると案内羽根が移動不能になるおそれがある。また、この遠心圧縮機では、ディフューザ部の横に案内羽根の高さと略同じ幅の収容室を設ける必要がある。そのため、遠心圧縮機が大型化するおそれがある。
そこで、本発明は、異物にてベーンが移動不能になることを抑制可能であり、かつ小型化に有利なディフューザ装置、遠心圧縮機、及びターボ過給機を提供することを目的とする。
本発明のディフューザ装置は、遠心圧縮機のインペラの径方向外側に、互いに対向するシュラウド側壁部及びハブ側壁部にて前記インペラの出口側に通じる通路空間として設けられたディフューザを備えたディフューザ装置であって、中空円板状の回転部材と、内部に前記回転部材を前記インペラの回転軸線回りに回転可能な状態で収容するとともに前記シュラウド側壁部又は前記ハブ側壁部のいずれか一方の壁部となる収容部材と、前記回転部材を回転駆動する駆動手段と、を備え、前記回転部材の前記ディフューザ側の側面には、周方向の一端が前記回転部材に固定されるとともに周方向の他端が前記回転軸線方向に移動可能であり、かつ可撓性を有する板状のベーン部材が設けられ、前記収容部材には、前記一方の壁部となる部分に一端が開口し、前記回転部材の回転に伴って前記ベーン部材の周方向の他端が周方向に移動するとともに前記回転軸線方向に移動して前記ディフューザ内に突出するように前記ベーン部材を撓ませつつ案内する傾斜路が設けられ、前記駆動手段は、前記ベーン部材が前記ベーン部材の周方向の他端が前記ディフューザ内に突出する突出位置と前記ベーン部材の周方向の他端が前記一方の壁部内に後退する後退位置との間で駆動されるように前記回転部材を回転駆動する。
本発明のディフューザ装置によれば、傾斜路によってベーン部材を撓ませてベーン部材をディフューザ内に突出させる。そのため、収容部材の内部又は傾斜路とベーン部材との間に異物が堆積しにくく、さらに異物が堆積してもその異物がベーン部材の移動を妨げない。また、傾斜路内に異物が堆積してもベーン部材を後退位置から突出位置に移動する際にその異物をベーン部材で除去できる。そのため、異物にてベーンが移動不能になることを抑制できる。また、本発明のディフューザ装置では、ベーン部材を収容部材内に収容する際はベーン部材が傾斜路にて周方向に延ばされる。そのため、ベーン部材を回転軸線方向のみに動かして収容する場合よりもベーン部材を収容するために設けるべき空間を小さくできる。そのため、ディフューザ装置を小型化できる。
本発明のディフューザ装置の一形態において、前記ベーン部材は、その形状が前記後退位置において前記ベーン部材の他端と前記傾斜路の一端との間の距離が内周側から外周側に向かって漸次大きくなるように設定されていてもよい。この場合、ベーン部材を突出位置に動かしたときにベーン部材が一方の壁部から突出する長さを外周側と内周側とで同じできる。そのため、シュラウド側壁部及びハブ側壁部のうちの他方の壁部とベーン部材の他端との間のクリアランスを外周側と内周側とで略同じにすることができる。これにより、ディフューザを通過するガスをより確実にベーン部材に当てることができる。
本発明のディフューザ装置の一形態において、前記ベーン部材は、その形状が前記突出位置において前記一方の壁部から突出する長さが内周側から外周側に向かって漸次大きくなるように設定され、前記傾斜路は、前記回転軸線と直交する平面に対する傾きが内周側から外周側に向かって漸次小さくなるように前記収容部材に設けられていてもよい。この形態では、ベーン部材が一方の壁部からディフューザ内に突出するときの突出角度を内周側から外周側に向かって漸次小さくできる。そのため、ベーン部材が外周側において内周側より長く突出しても内周側及び外周側のそれぞれにおいてベーン部材の他端をシュラウド側壁部及びハブ側壁部のうちの他方の壁部に同様に当てることができる。これによりベーンの他端と他方の壁部との間のクリアランスを外周側と内周側とで略同じにすることができる。従って、ディフューザを通過するガスをより確実にベーン部材に当てることができる。
本発明の遠心圧縮機は、上述したディフューザ装置を備えている。また、本発明のターボ過給機は、上述した遠心圧縮機を備え、前記遠心圧縮機は内燃機関の吸気通路に設けられる。本発明の遠心圧縮機及びターボ過給機は、それぞれ上述したディフューザ装置を備えている。そのため、上述したディフューザ装置と同様に異物によってベーン部材が移動不能になることを抑制できる。また、遠心圧縮機及びターボ過給機をそれぞれ小型化することができる。
(第1の形態)
図1は、本発明の第1の形態に係るディフューザ装置が設けられた遠心圧縮機の断面を示している。この遠心圧縮機1は、内燃機関の過給を行うために内燃機関に設けられるターボ過給機に組み込まれ、その内燃機関の吸気通路に配置される。この図に示したように遠心圧縮機1は、ハウジング2と、ハウジング2内に収容されたインペラ3とを備えている。ハウジング2は、インペラ3が配置されるホイール室4と、ホイール室4の径方向外側に設けられ、ホイール室4の出口と通じているディフューザ10と、ディフューザ10の外周に設けられてディフューザ10と通じている渦巻き状のスクロール室5とを備えている。インペラ2は、軸線Ax回りに回転可能に設けられた回転軸6に取り付けられている。また、インペラ2はナット6aによって回転軸6に固定されている。なお、回転軸6の他端には、内燃機関の排気通路に配置されるタービンのタービンホイールが取り付けられる。
図1は、本発明の第1の形態に係るディフューザ装置が設けられた遠心圧縮機の断面を示している。この遠心圧縮機1は、内燃機関の過給を行うために内燃機関に設けられるターボ過給機に組み込まれ、その内燃機関の吸気通路に配置される。この図に示したように遠心圧縮機1は、ハウジング2と、ハウジング2内に収容されたインペラ3とを備えている。ハウジング2は、インペラ3が配置されるホイール室4と、ホイール室4の径方向外側に設けられ、ホイール室4の出口と通じているディフューザ10と、ディフューザ10の外周に設けられてディフューザ10と通じている渦巻き状のスクロール室5とを備えている。インペラ2は、軸線Ax回りに回転可能に設けられた回転軸6に取り付けられている。また、インペラ2はナット6aによって回転軸6に固定されている。なお、回転軸6の他端には、内燃機関の排気通路に配置されるタービンのタービンホイールが取り付けられる。
図1〜図3を参照してディフューザ装置について詳しく説明する。図1に示すようにディフューザ10は、互いに対向するシュラウド側壁部10a及びハブ側壁部10bにて形成されている。ハブ側壁部10bには、可動ベーン機構11が設けられている。図2は可動ベーン機構11の要部を軸線Ax方向から見た図である。また、図3は図2のS1−S1線におけるディフューザ10の断面を示している。これらの図に示したように可動ベーン機構11は、回転部材としての回転プレート12と、回転プレート12を内部に収容する収容部材としての収容部13と、回転プレート12を回転駆動する駆動手段としてのアクチュエータ14とを備えている。
回転プレート12は、中空円板状であり、軸線Ax回りに回転可能なように収容部13内に収容されている。回転プレート12には、複数(図2で6個)のベーン15が設けられている。図2に示すようにこれらベーン15は、同一円周上に間隔を空けて配置されている。ベーン15は、可撓性を有する薄い板部材である。ベーン15は、周方向の一端15aのみが回転プレート12と接続され、それ以外の部分は回転プレート12から分離している。
図3に示すように収容部13は、第1プレート16と、第2プレート17とを備えている。この図に示すように第1プレート16は、ディフューザ10側に配置されてハブ側壁部10bとなる。第1プレート16と第2プレート17とは、回転プレート12が間に挟み込まれるように組み合わされている。この際、第1プレート16と第2プレート17との間には空間Sが形成され、回転プレート12はこの空間S内に配置される。第2プレート17のうち空間Sを形成する部分には、回転プレート12の外径と略同じ大きさの穴(不図示)が設けられている。また、その穴の中心には回転プレート12の内径と略同じ大きさの軸(不図示)が穴と同軸に設けられている。回転プレート12は、その軸に挿入されるように空間S内に配置される。これにより回転プレート12が半径方向に移動することが阻止される。
この図に示すように収容部13には、空間Sとディフューザ10とを通じさせる傾斜路18が設けられている。傾斜路18は、ベーン15と同数設けられている。また、傾斜路18は、周方向に間隔を空けて設けられている。傾斜路18の断面形状は、回転プレート12が回転した場合にベーン15がスライド移動可能な大きさに設定されている。傾斜路18の一端18aは、第1プレート16のうちディフューザ10を形成する面16aに開口している。この図に示したように傾斜路18には、ベーン15の他端15bが配置される。傾斜路18は、回転プレート12が回転した場合にベーン15の他端15bが周方向に移動しつつ軸線Ax方向に移動するようにベーン15を撓ませる。
アクチュエータ14は、駆動ロッド19を介して回転プレート12と接続されている。回転プレート12には駆動穴12aが設けられており、駆動ロッド19の端部に設けた駆動ピン19aがその駆動穴12aに挿入されている。
この可動ベーン機構11では、アクチュエータ14によって駆動ロッド19を図2の矢印A方向に駆動すると回転プレート12が矢印R方向に回転する。そして、これによりベーン15も矢印R方向に回転する。この際、図3の上の図に示したようにベーン15は、傾斜部18によって曲げられながら回転するので、その他端15bが第1プレート16からディフューザ10内に突出する。アクチュエータ14は、ベーン15の他端15bがシュラウド側壁部10aに到達した時点で回転プレート12を停止させる。また、第2プレート17には、回転プレート12がこの位置まで回転すると回転プレート12の第1位置決め部12bが当たる第1突起(不図示)が空間S内に突出している。なお、この際のベーン15の位置が本発明の突出位置に相当する。
一方、アクチュエータ14によって駆動ロッド19を図2の矢印B方向に駆動すると回転プレート12が矢印L方向に回転する。これによりベーン15が矢印L方向に移動するので、図3の下の図に示したようにベーン15が第1プレート16内に後退する。アクチュエータ14は、ベーン15の全体が第1プレート16内に後退した時点で回転プレート12を停止させる。第2プレート17には、回転プレート12がこの位置まで回転すると回転プレート12の第2位置決め部12cが当たる第2突起20が空間S内に突出している。なお、この際のベーン15の位置が本発明の後退位置に相当する。
以上に説明したように、第1の形態のディフューザ装置によれば、ベーン15を周方向に移動させ、傾斜路18にて曲げることにより、ベーン15をディフューザ10内に突出させる。そのため、空間S又は傾斜路18とベーン15との間に異物が堆積しにくく、さらに異物が堆積してもその異物がベーン15の移動を妨げない。また、例えば傾斜路18内に異物が堆積してもベーン15を後退位置から突出位置に移動させることによってその異物をベーン15で除去することができる。従って異物によってベーン15が移動不能になることを抑制できる。また、図3に示したように第1の形態のディフューザ10では、傾斜路18にてベーン15を周方向に曲げつつ空間S内に収容する。そのため、ベーン15を軸線Ax方向のみに動かして収容する場合と比較してベーン15を収容するための空間を小さくできる。従って、ディフューザ10を小型化できる。
なお、傾斜路18の形状は図3に示した形状に限定されない。例えば、図4に示すように第2プレート17の傾斜路18を形成する部分は、ディフューザ10に到達するまで設けられていてもよい。この場合、傾斜路18の断面形状を一端18aまで同じにできる。そのため、ベーン15の出し入れをスムーズに行うことができる。なお、この図に示した例では第2突起20が第1プレート16に設けられている。このように第2突起20は、第1プレート16及び第2プレート17のいずれに設けられていてもよい。
(第2の形態)
次に図5〜図7を参照して第2の形態に係るディフューザ装置について説明する。なお、この形態において第1の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図5は、この形態の可動ベーン機構11を軸線Ax方向から見た図である。図6は、ベーン15が後退位置にあるときの図5のS2−S2線及びS3−S3線における可動ベーン機構11の断面を示している。図7は、ベーン15が突出位置にあるときの図5のS2−S2線及びS3−S3線における可動ベーン機構11の断面を示している。なお、図6及び図7では、それぞれの上の図がS2−S2線における断面を示し、それぞれの下の図がS3−S3線における断面を示している。
次に図5〜図7を参照して第2の形態に係るディフューザ装置について説明する。なお、この形態において第1の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図5は、この形態の可動ベーン機構11を軸線Ax方向から見た図である。図6は、ベーン15が後退位置にあるときの図5のS2−S2線及びS3−S3線における可動ベーン機構11の断面を示している。図7は、ベーン15が突出位置にあるときの図5のS2−S2線及びS3−S3線における可動ベーン機構11の断面を示している。なお、図6及び図7では、それぞれの上の図がS2−S2線における断面を示し、それぞれの下の図がS3−S3線における断面を示している。
図6に示したようにこの形態では、後退位置のベーン15の他端15bと傾斜路18の一端18aとの間の距離が内周側から外周側に向かって漸次大きくなるようにベーン15の形状が設定されている。そのため、この図に示したように後退位置におけるベーン15は、内周側においてはその他端15bがハブ側壁部10bと面一になるが、外周側においてはその他端15bがハブ側壁部10bの内部に引き込まれる。また、図5に示したようにこの形態では各ベーン15は、回転プレート12の内周まで設けられている。
この形態によれば、後退位置のベーン15の他端15bと傾斜路18の一端18aとの間の距離が内周側から外周側に向かって漸次大きくなるようにベーン15の形状を設定した。そのため、図7に示したようにベーン15を突出位置に動かしたときにベーン15がハブ側壁部10bから突出する長さLpを外周側と内周側とで同じにすることができる。これにより、ベーン15の他端15bとシュラウド側壁部10aとの間のクリアランスを外周側と内周側とで略同じにすることができる。そのため、ディフューザ10を通過するガスをより確実にベーン15に当てることができる。
(第3の形態)
図8〜図10を参照して第3の形態に係るディフューザ装置について説明する。なお、この形態において上述した各形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図8は、この形態の可動ベーン機構11を軸線Ax方向から見た図である。図9は、ベーン15が後退位置にあるときの図8のS4−S4線及びS5−S5線における可動ベーン機構11の断面を示している。図10は、ベーン15が突出位置にあるときの図8のS4−S4線及びS5−S5線における可動ベーン機構11の断面を示している。なお、図9及び図10では、それぞれの上の図がS4−S4線における断面を示し、それぞれの下の図がS5−S5線における断面を示している。
図8〜図10を参照して第3の形態に係るディフューザ装置について説明する。なお、この形態において上述した各形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図8は、この形態の可動ベーン機構11を軸線Ax方向から見た図である。図9は、ベーン15が後退位置にあるときの図8のS4−S4線及びS5−S5線における可動ベーン機構11の断面を示している。図10は、ベーン15が突出位置にあるときの図8のS4−S4線及びS5−S5線における可動ベーン機構11の断面を示している。なお、図9及び図10では、それぞれの上の図がS4−S4線における断面を示し、それぞれの下の図がS5−S5線における断面を示している。
この形態では、軸線Axと直交する平面(図9ではハブ側壁部10bの壁面)に対する傾斜路18の傾きθが内周側から外周側に向かって漸次小さくなっている。そのため、図9に示すように外周側の傾斜路18の傾きθoutは、内周側の傾斜路18の傾きθinよりも小さくなる。この場合、図10に示すようにベーン15を突出位置に動かした場合、ベーン15の外周側の突出角度θp2は、内周側の突出角度θp1よりも小さくなる。
この形態によれば、軸線Axと直交する平面に対する傾斜路18の傾きθを内周側から外周側に向かって漸次小さくしたので、ベーン15の突出角度θpを内周側から外周側に向かって漸次小さくできる。図8に示すようにベーン15の周方向の長さは内周側よりも外周側の方が長いので、ベーン15がハブ側壁部10bから突出する長さは内周側よりも外周側の方が長い。この形態では、突出角度θpを内周側から外周側に向かって漸次小さくしたので、ベーン15が外周側において内周側より長く突出しても内周側及び外周側のそれぞれにおいてベーン15の他端15bをシュラウド側壁部10aに同様に当てることができる。そのため、ベーン15の他端15bとシュラウド側壁部10aとの間のクリアランスを外周側と内周側とで略同じにすることができる。従って、ディフューザ10を通過するガスをより確実にベーン15に当てることができる。
本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、上述した形態では、本発明の遠心圧縮機をターボ過給機に組み込んだ形態を示したが、本発明の遠心圧縮機はターボ過給機に組み込まずに単独で使用してもよい。本発明のディフューザ装置は、シュラウド側壁部に設けてもよい。
回転プレートの回転を突出位置又は後退位置で止めるための機構は、上述した形態の機構に限定されない。例えば図11に示すように回転プレート12の外周に径方向内側に凹む凹部30を設ける。また、第2プレート17には、その凹部30内に突出する凸部31を設ける。そして、凹部30及び凸部31の少なくともいずれか一方の周方向の幅を適宜に設定することにより、回転プレート12の回転方向の位置決めを行ってもよい。また、図12に示すように、回転プレート12の外周に径方向外側に突出する凸部40を設けるとともに第2プレート17にその凸部40が配置される凹部41を設けてもよい。この場合も凸部40及び凹部41の少なくともいずれか一方の周方向の幅を適宜に設定することにより、回転プレート12の回転方向の位置決めを行うことができる。
第1プレート16及び第2プレート17のそれぞれの形状は、上述した各形態の形状に限定されない。例えば、第1プレート16及び第2プレート17をそれぞれ同じ厚さにしてもよい。この場合、図13に示すように第1プレート16のうち第2プレート17と組み合わせる部分に段差50を設ける。同様に第2プレート17にも第1プレート16の段差50と噛み合う段差51を設ける。そして、これら段差50、51を噛み合わせることにより第1プレート16に対して第2プレート17の位置決めを行えばよい。この他、図14に示すように第1プレート16のうち第2プレート17と対向する部分に凸部60を設けるとともに第2プレート17にその凸部60が嵌る凹部61を設ける。そして、凹部61に凸部60は嵌め込むことにより第1プレート16に対する第2プレート17の位置決めを行ってもよい。
Claims (5)
- 遠心圧縮機のインペラの径方向外側に、互いに対向するシュラウド側壁部及びハブ側壁部にて前記インペラの出口側に通じる通路空間として設けられたディフューザを備えたディフューザ装置であって、
中空円板状の回転部材と、内部に前記回転部材を前記インペラの回転軸線回りに回転可能な状態で収容するとともに前記シュラウド側壁部又は前記ハブ側壁部のいずれか一方の壁部となる収容部材と、前記回転部材を回転駆動する駆動手段と、を備え、
前記回転部材の前記ディフューザ側の側面には、周方向の一端が前記回転部材に固定されるとともに周方向の他端が前記回転軸線方向に移動可能であり、かつ可撓性を有する板状のベーン部材が設けられ、
前記収容部材には、前記一方の壁部となる部分に一端が開口し、前記回転部材の回転に伴って前記ベーン部材の周方向の他端が周方向に移動するとともに前記回転軸線方向に移動して前記ディフューザ内に突出するように前記ベーン部材を撓ませつつ案内する傾斜路が設けられ、
前記駆動手段は、前記ベーン部材が前記ベーン部材の周方向の他端が前記ディフューザ内に突出する突出位置と前記ベーン部材の周方向の他端が前記一方の壁部内に後退する後退位置との間で駆動されるように前記回転部材を回転駆動するディフューザ装置。 - 前記ベーン部材は、その形状が前記後退位置において前記ベーン部材の他端と前記傾斜路の一端との間の距離が内周側から外周側に向かって漸次大きくなるように設定されている請求項1に記載のディフューザ装置。
- 前記ベーン部材は、その形状が前記突出位置において前記一方の壁部から突出する長さが内周側から外周側に向かって漸次大きくなるように設定され、
前記傾斜路は、前記回転軸線と直交する平面に対する傾きが内周側から外周側に向かって漸次小さくなるように前記収容部材に設けられている請求項1に記載のディフューザ装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載のディフューザ装置を備えた遠心圧縮機。
- 請求項4に記載の遠心圧縮機を備え、前記遠心圧縮機は内燃機関の吸気通路に設けられるターボ過給機。
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