JP5192060B2 - compressor - Google Patents

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Description

本発明は、ターボチャージャに用いられるコンプレッサに関する。   The present invention relates to a compressor used in a turbocharger.

特許文献1には、案内羽根をディフューザ内に突出させ又はディフューザ内から退避させる構成としたコンプレッサが記載されている。   Patent Document 1 describes a compressor having a configuration in which guide vanes protrude into the diffuser or retract from the diffuser.

非特許文献1には、複数枚(6枚)の翼付きディフューザを用いたコンプレッサが記載されている。   Non-Patent Document 1 describes a compressor using a plurality of (six) bladed diffusers.

非特許文献2には、ディフューザ内の空気の流路の開度を変更可能とする可変ベーン付きディフューザが記載されている。   Non-Patent Document 2 describes a diffuser with a variable vane that can change the opening degree of the air flow path in the diffuser.

特許第4389442号Japanese Patent No. 4389442

日本ガスタービン学会誌、vol.33、No.4(2005.7)、p.288−294Journal of the Gas Turbine Society of Japan, vol. 33, no. 4 (20055.7), p. 288-294 「Garrett Electric Boosting Systems Program」Federal Grant DE-FC05-000R22809、U.S.DOEレポート(2005.6).p57−58“Garrett Electric Boosting Systems Program” Federal Grant DE-FC05-000R22809, U.S. Pat. S. DOE report (2005. 6). p57-58

しかしながら、特許文献1、非特許文献1、及び非特許文献2のように、円周方向に複数枚の翼を配置しているディフューザでは、隣接する翼間に形成される流路の最小面積で流量が制限されるため、流量が最適流量から増加したときのコンプレッサ効率の低下を抑制することが困難であった。   However, as in Patent Document 1, Non-Patent Document 1, and Non-Patent Document 2, in a diffuser in which a plurality of blades are arranged in the circumferential direction, the minimum area of the flow path formed between adjacent blades Since the flow rate is limited, it is difficult to suppress a decrease in compressor efficiency when the flow rate is increased from the optimum flow rate.

また、翼無しのディフューザを用いた場合は、流量が最適流量から減少したとき、インペラからの流出角度が小さいため、流路がディフューザ内で長くなり、摩擦損失が増加して、コンプレッサ効率を上げることが困難であった。   Also, when using a diffuser without blades, when the flow rate is reduced from the optimum flow rate, the flow angle from the impeller is small and the flow path becomes longer in the diffuser, increasing the friction loss and increasing the compressor efficiency. It was difficult.

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、インペラ収容室内に流入する空気の流量が少ないときのコンプレッサ効率を上げると共に、該流量が多いときのコンプレッサ効率の低下を抑制することができるコンプレッサを得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problem, and increases the compressor efficiency when the flow rate of air flowing into the impeller accommodating chamber is small, and suppresses the decrease in the compressor efficiency when the flow rate is large. It aims at obtaining the compressor which can do.

本発明の請求項1に係るコンプレッサは、流入した空気を回転により加速するインペラが収容されるインペラ収容室の外周に沿って形成されると共に該インペラ収容室の内部と連通し、前記インペラの回転で加速された空気を減速させて加圧するディフューザ室と、前記ディフューザ室の外側に渦巻き状に形成されると共に前記ディフューザ室の内部と連通し、前記ディフューザ室で加圧された空気を外部へ流すスクロール室と、前記ディフューザ室内に設けられ、直線状又は曲線状のキャンバーラインを備えた単翼あるいは空気の流れる一方向に沿って並べられた複数の翼からなる翼列で構成され、前記翼列のうち空気の流れる方向における最も上流側に配置された翼あるいは前記単翼の前記インペラ収容室側の先端位置と前記インペラの回転中心位置とを結ぶ線分と、前記インペラの回転中心位置と前記スクロール室の空気の流れる方向と直交する断面積が最大となる基準位置とを結ぶ線分との成す角度θが、該基準位置から上流側へ向けて0°≦θ≦180°となるように配置され、前記インペラ収容室から流入した空気を前記スクロール室へ案内するディフューザベーンと、を有する。   A compressor according to claim 1 of the present invention is formed along the outer periphery of an impeller housing chamber in which an impeller for accelerating the inflowed air by rotation is communicated with the inside of the impeller housing chamber, and the rotation of the impeller A diffuser chamber that decelerates and pressurizes the air accelerated in step 1 and is formed in a spiral shape outside the diffuser chamber and communicates with the interior of the diffuser chamber to flow the air pressurized in the diffuser chamber to the outside. A scroll chamber and a single blade provided with a linear or curved camber line, or a blade row composed of a plurality of blades arranged in one direction in which air flows, the blade row Of the impeller housing chamber side of the blade disposed on the most upstream side in the air flow direction or the single blade and the impeller An angle θ formed by a line connecting the rotation center position and a line connecting the rotation center position of the impeller and a reference position where the cross-sectional area perpendicular to the direction of air flow in the scroll chamber is maximum is the reference θ. And a diffuser vane that is disposed so as to satisfy 0 ° ≦ θ ≦ 180 ° from the position toward the upstream side, and guides the air flowing in from the impeller accommodating chamber to the scroll chamber.

上記構成によれば、インペラ収容室の外周に沿ってディフューザ室が形成され、インペラ収容室とディフューザ室は連通して空気が流通可能となっている。さらに、ディフューザ室の外側にスクロール室が形成され、ディフューザ室とスクロール室は連通して空気が流通可能となっている。これにより、インペラ収容室に流入した空気は、インペラの回転により加速され、運動エネルギーを与えられた状態でディフューザ室に流入する。そして、ディフューザ室で減速されることで加圧され、運動エネルギーが圧力エネルギーに変換される。そして、ディフューザ室で加圧された空気は、スクロール室で集められ、スクロール室の外部へ流される。   According to the above configuration, the diffuser chamber is formed along the outer periphery of the impeller accommodating chamber, and the impeller accommodating chamber and the diffuser chamber communicate with each other so that air can flow. Furthermore, a scroll chamber is formed outside the diffuser chamber, and the diffuser chamber and the scroll chamber communicate with each other so that air can flow. As a result, the air flowing into the impeller accommodating chamber is accelerated by the rotation of the impeller and flows into the diffuser chamber in a state where kinetic energy is applied. And it is pressurized by decelerating in a diffuser chamber, and kinetic energy is converted into pressure energy. The air pressurized in the diffuser chamber is collected in the scroll chamber and flows outside the scroll chamber.

ここで、ディフューザベーンは、単翼(1枚の翼)又は一方向に沿って並べられた複数の翼からなる翼列(単翼と同様の作用となる)であり、且つディフューザベーンのインペラ収容室側の先端位置が規定されている。これにより、予め設定された流量よりも少ない流量の空気がインペラ収容室内に流入する場合には、インペラから出た空気の流れが、ディフューザ室内の単翼(又は翼列)のディフューザベーンでインペラの接線方向から半径方向に偏向されて減速し、圧力が上昇するため、ディフューザベーンを設けていないコンプレッサに比べて、少流量側のコンプレッサ効率を上げることができる。   Here, the diffuser vane is a single blade (single blade) or a cascade composed of a plurality of blades arranged in one direction (acts in the same manner as a single blade), and also accommodates the impeller of the diffuser vane. The tip position on the chamber side is defined. As a result, when air having a flow rate smaller than a preset flow rate flows into the impeller housing chamber, the air flow from the impeller is changed by the diffuser vane of the single blade (or blade row) in the diffuser chamber. Since the pressure is increased by being deflected in the radial direction from the tangential direction, the compressor efficiency on the small flow rate side can be increased as compared with a compressor not provided with a diffuser vane.

一方、予め設定された流量よりも多い流量がインペラ収容室内に流入する場合には、ディフューザベーンが単翼で隣接する翼が無く(又は翼列において翼と翼の間が狭く)スロート径が存在しないため、空気の流れがチョークしなくなる(翼と翼の間で空気の流れが詰まるチョーク現象が起こらない)。これにより、複数のディフューザベーンをそれぞれ異なる方向に沿って設けたコンプレッサに比べて、流量が多い側のコンプレッサ効率の低下を抑制することができる。   On the other hand, when a flow rate larger than the preset flow rate flows into the impeller housing chamber, the diffuser vane is a single blade and there is no adjacent blade (or the space between the blades is narrow), and there is a throat diameter. Therefore, the air flow does not choke (the choke phenomenon that the air flow is blocked between the wings does not occur). Thereby, compared with the compressor which provided the some diffuser vane along the different direction, respectively, the fall of the compressor efficiency by the side with much flow volume can be suppressed.

本発明の請求項2に係るコンプレッサは、前記翼列を構成する前記複数の翼において、前記インペラ収容室側の先端位置と前記インペラの回転中心位置とを結ぶ線分の距離は、前記一方向における下流側にある前記翼の方が上流側にある前記翼よりも長い。   In the compressor according to claim 2 of the present invention, in the plurality of blades constituting the blade row, the distance between the line segment connecting the tip position on the impeller housing chamber side and the rotation center position of the impeller is the one direction The wing on the downstream side is longer than the wing on the upstream side.

上記構成によれば、翼列において、インペラ収容室側の先端位置とインペラの回転中心位置とを結ぶ線分の距離は、下流側にある翼の方が上流側にある翼よりも長いので、空気の流れは、インペラの接線方向に対して半径方向により多く偏向され減速することになる。これにより圧力が上昇するため、少流量側のコンプレッサ効率を上げることができる。   According to the above configuration, in the blade row, the distance between the line segment connecting the tip position on the impeller accommodating chamber side and the rotation center position of the impeller is longer than the blade on the upstream side than the blade on the upstream side. The air flow is deflected and decelerated more in the radial direction than the tangential direction of the impeller. As a result, the pressure increases, and the compressor efficiency on the low flow rate side can be increased.

本発明の請求項3に係るコンプレッサは、前記ディフューザベーンは、前記ディフューザ室内に対する突出及び退避が可能とされ、前記ディフューザベーンを前記ディフューザ室内に移動する移動手段が設けられている。   In the compressor according to claim 3 of the present invention, the diffuser vane can be protruded and retracted from the diffuser chamber, and moving means for moving the diffuser vane into the diffuser chamber is provided.

上記構成によれば、一例として、インペラ収容室内に流入する空気の流量が多いとき、移動手段によって、ディフューザベーンをディフューザ室内から退避させる。これにより、ディフューザベーンにおける境界層剥離による圧力損失を抑制し、コンプレッサ効率の低下を抑制することができる。   According to the above configuration, as an example, when the flow rate of air flowing into the impeller accommodating chamber is large, the diffuser vane is retracted from the diffuser chamber by the moving means. Thereby, the pressure loss by boundary layer peeling in a diffuser vane can be suppressed, and the fall of compressor efficiency can be suppressed.

本発明の請求項4に係るコンプレッサは、前記ディフューザベーンは、前記インペラの回転軸方向に沿った回転軸を備え、前記回転軸を回して前記ディフューザベーンの前縁部のキャンバーラインと前記インペラの外周の接線との成す角度を変更する変更手段が設けられている。   In the compressor according to claim 4 of the present invention, the diffuser vane includes a rotating shaft along a rotating shaft direction of the impeller, and the rotating shaft is rotated to turn a camber line at a front edge portion of the diffuser vane and the impeller. Changing means is provided for changing the angle formed by the tangent to the outer periphery.

上記構成によれば、流量により変化するディフューザベーンへの空気の流入角度に合わせて、変更手段がディフューザベーンの回転軸を回し、ディフューザベーンの角度を変更する(例えば、角度を揃える)。これにより、ディフューザベーンの前縁部の迎角が適正範囲内となり、前縁部での境界層剥離や衝突によるエネルギー損失が抑制されるので、コンプレッサ効率の低下を抑制することができる。   According to the said structure, according to the inflow angle of the air to the diffuser vane which changes with flow volume, a change means rotates the rotating shaft of a diffuser vane, and changes the angle of a diffuser vane (for example, aligns an angle). Thereby, the angle of attack of the front edge portion of the diffuser vane is within an appropriate range, and energy loss due to boundary layer separation or collision at the front edge portion is suppressed, so that a reduction in compressor efficiency can be suppressed.

本発明は、上記構成としたので、インペラ収容室内に流入する空気の流量が少ないときのコンプレッサ効率を上げると共に、該流量が多いときのコンプレッサ効率の低下を抑制することができる。   Since the present invention is configured as described above, it is possible to increase the compressor efficiency when the flow rate of the air flowing into the impeller housing chamber is small, and to suppress a decrease in the compressor efficiency when the flow rate is large.

本発明の第1実施形態に係るターボチャージャの概略構成を示す全体図である。1 is an overall view showing a schematic configuration of a turbocharger according to a first embodiment of the present invention. (A)本発明の第1実施形態に係るコンプレッサ部の概略構成を示す説明図である。(B)本発明の第1実施形態に係るコンプレッサ部の部分断面図である。(A) It is explanatory drawing which shows schematic structure of the compressor part which concerns on 1st Embodiment of this invention. (B) It is a fragmentary sectional view of the compressor part concerning a 1st embodiment of the present invention. (A)本発明の第1実施形態に係るディフューザベーンの模式図である。(B)本発明の第1実施形態に係るディフューザベーンの他の実施例の模式図である。(A) It is a schematic diagram of the diffuser vane which concerns on 1st Embodiment of this invention. (B) It is a schematic diagram of the other Example of the diffuser vane which concerns on 1st Embodiment of this invention. (A)〜(D)本発明の第1実施形態に係るディフューザベーンの配置位置を0°、45°、90°、180°と変更したときのコンプレッサ部の模式図である。(A)-(D) It is a schematic diagram of a compressor part when the arrangement position of the diffuser vane which concerns on 1st Embodiment of this invention is changed with 0 degree, 45 degrees, 90 degrees, and 180 degrees. 本発明の第1実施形態に係る1枚のディフューザベーンによるコンプレッサハウジング内の圧力上昇領域を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the pressure rise area | region in the compressor housing by the one diffuser vane which concerns on 1st Embodiment of this invention. (A)比較例としてのディフューザベーンの無いコンプレッサ部における圧力分布を示す模式図である。(B)本発明の第1実施形態に係るコンプレッサ部における圧力分布を示す模式図である。(A) It is a schematic diagram which shows the pressure distribution in the compressor part without a diffuser vane as a comparative example. (B) It is a schematic diagram which shows the pressure distribution in the compressor part which concerns on 1st Embodiment of this invention. (A)本発明の第1実施形態のコンプレッサ部と比較例のコンプレッサ部(ディフューザベーン無し、ディフューザベーン7枚)について、コンプレッサ部内に流入する空気流量とコンプレッサ効率との関係を計算により求めたグラフである。(B)本発明の第1実施形態のコンプレッサ部と比較例のディフューザベーン無しのコンプレッサ部について、コンプレッサ部内に流入する空気流量とコンプレッサ効率との関係を実測したグラフである。(A) The graph which calculated | required the relationship between the compressor part of 1st Embodiment of this invention and the compressor part of a comparative example (there is no diffuser vane, seven diffuser vanes) and the air flow rate which flows in in a compressor part, and compressor efficiency by calculation It is. (B) It is the graph which measured the relationship between the flow volume of the air which flows in in a compressor part, and compressor efficiency about the compressor part of 1st Embodiment of this invention, and the compressor part without a diffuser vane of a comparative example. 本発明の第1実施形態のコンプレッサ部と比較例のコンプレッサ部(ディフューザベーン無し)におけるディフューザベーン配置角度とコンプレッサ効率の関係を計算により求めたグラフである。It is the graph which calculated | required the relationship between the diffuser vane arrangement | positioning angle and compressor efficiency in the compressor part of 1st Embodiment of this invention, and the compressor part (without a diffuser vane) of a comparative example. (A)、(B)本発明の第1実施形態の他の第1実施例に係るコンプレッサ部のディフューザベーンをディフューザ室内に突出させた状態又はディフューザ室内から退避させた状態を示す説明図である。(A), (B) It is explanatory drawing which shows the state which made the diffuser vane of the compressor part which concerns on the other 1st Example of 1st Embodiment of this invention protrude in the diffuser chamber, or the state retracted | retracted from the diffuser chamber. . 本発明の第1実施形態の他の第2実施例に係るコンプレッサ部の角度変更可能なディフューザベーンを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the diffuser vane which can change the angle of the compressor part which concerns on 2nd Example of other 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るコンプレッサ部の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the compressor part which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態に係るディフューザベーン列の配置を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing arrangement of a diffuser vane row concerning a 2nd embodiment of the present invention.

本発明の第1実施形態に係るコンプレッサの一例について説明する。   An example of the compressor according to the first embodiment of the present invention will be described.

図1には、第1実施形態のターボチャージャ10の概略構成が示されている。ターボチャージャ10は、一例として、車のエンジン(図示省略)の排気通路12に設けられたタービン部20と、該内燃機関の吸気通路14に設けられたコンプレッサの一例としてのコンプレッサ部30と、タービン部20及びコンプレッサ部30を連結する連結部40とを有している。連結部40内には、回転シャフト42が回転可能に設けられており、回転シャフト42の一端側(タービン部20側)にはタービン22が連結され、回転シャフト42の他端側(コンプレッサ部30側)にはインペラ32が連結されている。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a turbocharger 10 of the first embodiment. As an example, the turbocharger 10 includes a turbine section 20 provided in an exhaust passage 12 of a car engine (not shown), a compressor section 30 as an example of a compressor provided in an intake passage 14 of the internal combustion engine, and a turbine. And a connecting part 40 that connects the part 20 and the compressor part 30. A rotating shaft 42 is rotatably provided in the connecting portion 40, the turbine 22 is connected to one end side (turbine portion 20 side) of the rotating shaft 42, and the other end side (compressor portion 30) of the rotating shaft 42. The impeller 32 is connected to the side.

タービン22は、複数枚のタービン翼23を有しており、タービン翼23は、平面視で円盤状をなすタービン22上で周方向に所定の間隔をあけて立設されている。そして、タービン22は、タービンハウジング24内に回転可能に収容されている。タービンハウジング24は、内燃機関から排出された高温の排ガスG1が流入する排ガス入口26と、タービンハウジング24内でタービン22を回転させる仕事を行った後の排ガスG2が排出される排ガス出口28とを有している。   The turbine 22 has a plurality of turbine blades 23, and the turbine blades 23 are erected at predetermined intervals in the circumferential direction on a turbine 22 having a disk shape in plan view. The turbine 22 is rotatably accommodated in the turbine housing 24. The turbine housing 24 includes an exhaust gas inlet 26 into which the high-temperature exhaust gas G1 discharged from the internal combustion engine flows, and an exhaust gas outlet 28 from which the exhaust gas G2 after the work of rotating the turbine 22 in the turbine housing 24 is performed. Have.

一方、インペラ32は、複数枚のインペラ翼33を有しており、インペラ翼33は、平面視で円盤状をなすインペラ32上で周方向に所定の間隔をあけて立設されている。そして、インペラ32は、コンプレッサハウジング50内に回転可能に収容されている。コンプレッサハウジング50は、大気圧の空気A1を内部に取り込むための空気入口部34と、高速回転するインペラ32によって圧縮された圧縮空気A2が噴出する空気出口36とを有している。なお、空気出口36から噴出した圧縮空気A2は、前述のエンジンに燃焼用の過給気として供給されるようになっている。   On the other hand, the impeller 32 has a plurality of impeller blades 33, and the impeller blades 33 are erected at predetermined intervals in the circumferential direction on the impeller 32 having a disk shape in plan view. The impeller 32 is rotatably accommodated in the compressor housing 50. The compressor housing 50 has an air inlet portion 34 for taking in atmospheric air A1 and an air outlet 36 from which compressed air A2 compressed by the impeller 32 rotating at high speed is ejected. The compressed air A2 ejected from the air outlet 36 is supplied to the aforementioned engine as combustion supercharged air.

ここで、排ガス入口26から高速で噴出された排ガスG2がタービン翼23に衝突することにより、タービン22が高速回転し、回転シャフト42を介して連結されているインペラ32が高速回転する。これにより、コンプレッサ部30に空気が流入し、この流入した空気が、インペラ32の回転で圧縮されると共に空気出口36から上記エンジンへ圧送される構成となっている。   Here, when the exhaust gas G2 ejected from the exhaust gas inlet 26 collides with the turbine blade 23, the turbine 22 rotates at a high speed, and the impeller 32 connected via the rotating shaft 42 rotates at a high speed. As a result, the air flows into the compressor section 30, and the inflowed air is compressed by the rotation of the impeller 32 and is pumped from the air outlet 36 to the engine.

図2(A)に示すように、コンプレッサハウジング50は、インペラ32が収容されたインペラ収容室52と、インペラ収容室52の外周に沿って形成され該インペラ収容室52の内部と連通したディフューザ室54と、ディフューザ室54の外側に形成されると共にディフューザ室54の内部と連通したスクロール室56と、ディフューザ室54内に設けられた1枚の(単翼の)ディフューザベーン38と、を含んで構成されている。   As shown in FIG. 2A, the compressor housing 50 includes an impeller housing chamber 52 in which the impeller 32 is housed, and a diffuser chamber that is formed along the outer periphery of the impeller housing chamber 52 and communicates with the inside of the impeller housing chamber 52. 54, a scroll chamber 56 formed outside the diffuser chamber 54 and communicating with the inside of the diffuser chamber 54, and a single (single blade) diffuser vane 38 provided in the diffuser chamber 54. It is configured.

図2(B)に示すように、インペラ収容室52は、インペラ32の軸方向(以後、矢印Z方向と記載する)で回転シャフト42とは反対側に開口部58が形成されており、開口部58は、空気入口部34(図1参照)に接続されている。これにより、空気入口部34から開口部58を通ってインペラ収容室52内に空気が流入する構成となっている。また、インペラ32は、タービン22(図1参照)の回転によって回転し、流入した空気を加速してディフューザ室54内に送り込むようになっている。   As shown in FIG. 2B, the impeller accommodating chamber 52 has an opening 58 formed on the side opposite to the rotary shaft 42 in the axial direction of the impeller 32 (hereinafter referred to as arrow Z direction). The part 58 is connected to the air inlet part 34 (see FIG. 1). Thus, air flows from the air inlet portion 34 through the opening 58 into the impeller accommodating chamber 52. Further, the impeller 32 is rotated by the rotation of the turbine 22 (see FIG. 1), and accelerates the air that has flowed into the diffuser chamber 54.

図2(A)に示すように、ディフューザ室54は、矢印Z方向に見てインペラ収容室52の外側に略環状に形成されている。また、ディフューザ室54は、矢印Z方向における高さがインペラ収容室52の高さよりも低くなっており、インペラ収容室52から加速状態で流入した空気が減速され、加圧されるようになっている。さらに、ディフューザ室54は、矢印Z方向に見て略環状の底壁55を有している。なお、本実施形態では、底壁55とディフューザベーン38が一体形成されているが、別体で設けられていてもよい。   As shown in FIG. 2A, the diffuser chamber 54 is formed in a substantially annular shape outside the impeller accommodating chamber 52 when viewed in the arrow Z direction. Further, the diffuser chamber 54 has a height in the arrow Z direction lower than the height of the impeller accommodating chamber 52, and the air flowing in from the impeller accommodating chamber 52 in an accelerated state is decelerated and pressurized. Yes. Further, the diffuser chamber 54 has a substantially annular bottom wall 55 when viewed in the arrow Z direction. In the present embodiment, the bottom wall 55 and the diffuser vane 38 are integrally formed, but may be provided separately.

スクロール室56は、矢印Z方向に見てディフューザ室54の外側に渦巻き状に形成されており、ディフューザ室54で加圧された空気を集めると共に外部(下流側)へ流すようになっている。なお、矢印Z方向に見たときのスクロール室56におけるスクロール開始点(渦巻きの開始位置)の近傍であり、且つスクロール面積が最大面積S1となる位置を点PA(基準位置)とする。また、スクロール面積とは、スクロール室56内における空気(流体)の流れる方向と直交する断面積である。   The scroll chamber 56 is formed in a spiral shape outside the diffuser chamber 54 as viewed in the direction of the arrow Z, and collects air pressurized in the diffuser chamber 54 and flows it to the outside (downstream side). A position near the scroll start point (swirl start position) in the scroll chamber 56 when viewed in the arrow Z direction and the scroll area becomes the maximum area S1 is defined as a point PA (reference position). The scroll area is a cross-sectional area orthogonal to the direction in which air (fluid) flows in the scroll chamber 56.

図3(A)に示すように、ディフューザベーン38は、矢印Z方向に見て、直線状のキャンバーライン(中心線)M1を挟んで外側(インペラ32とは反対側)に凸の外形線L1と、内側(インペラ32側)に凸の外形線L2とを備えている。なお、ディフューザベーン38のインペラ32側の先端位置を点PB、インペラ32側とは反対側の後端位置を点PCとする。   As shown in FIG. 3A, the diffuser vane 38 has a contour line L1 that protrudes outward (opposite to the impeller 32) across the straight camber line (center line) M1 when viewed in the arrow Z direction. And a convex outline L2 on the inner side (impeller 32 side). The tip position of the diffuser vane 38 on the impeller 32 side is a point PB, and the rear end position on the side opposite to the impeller 32 side is a point PC.

また、インペラ32の半径方向を矢印X方向、インペラ32の接線方向を矢印Y方向とし、矢印Y方向とディフューザベーン38の前縁部(先端側)のキャンバーラインM1との間の角度をαとする。角度αは、0°≦α≦30°の範囲で設定される。このように、ディフューザベーン38は、先端位置を表す角度θと配置角度を表す角度αを決定することで、配置が決定される。なお、キャンバーラインは、外形線L1、L2に内接する円の中点を結ぶことによって得られる。   Further, the radial direction of the impeller 32 is the arrow X direction, the tangential direction of the impeller 32 is the arrow Y direction, and the angle between the arrow Y direction and the camber line M1 at the front edge (tip side) of the diffuser vane 38 is α. To do. The angle α is set in a range of 0 ° ≦ α ≦ 30 °. Thus, the arrangement of the diffuser vane 38 is determined by determining the angle θ representing the tip position and the angle α representing the arrangement angle. The camber line is obtained by connecting the midpoints of the circles that are inscribed in the outlines L1 and L2.

ここで、図2(A)において、インペラ32の回転中心位置を点Oとして、点PAと点Oを結ぶ線分と、点Oと点PBを結ぶ線分との成す角度をθとする。この角度θは、基準位置である点PAから上流側に向かう方向(空気が流れる方向とは逆方向であり、図示の反時計回り方向)に設定される角度である。つまり、角度θは、ディフューザベーン38のインペラ32側の先端位置を表している。なお、図2(A)では、θ=135°の場合のディフューザベーン38の配置が示されているが、図4(A)、(B)、(C)、(D)に一例として示すように、θ=0°、45°、90°、180°となるようにディフューザベーン38を配置してもよい。また、図3(A)、(B)では、θ=90°の場合を示している。   Here, in FIG. 2A, the rotation center position of the impeller 32 is the point O, and the angle formed by the line segment connecting the point PA and the point O and the line segment connecting the point O and the point PB is θ. This angle θ is an angle set in the direction from the point PA, which is the reference position, toward the upstream side (the direction opposite to the direction in which air flows and the counterclockwise direction in the drawing). That is, the angle θ represents the tip position of the diffuser vane 38 on the impeller 32 side. 2A shows the arrangement of the diffuser vane 38 when θ = 135 °. As shown in FIGS. 4A, 4B, 4C, and 4D as an example. In addition, the diffuser vane 38 may be arranged so that θ = 0 °, 45 °, 90 °, and 180 °. FIGS. 3A and 3B show the case where θ = 90 °.

図3(B)に示すように、本実施形態のディフューザベーン38(図3(A)参照)の他の実施例として、曲線状のキャンバーラインM2を有するディフューザベーン62を用いてもよい。ディフューザベーン62は、矢印Z方向に見て、キャンバーラインM2を挟んで外側(インペラ32とは反対側)に凸の外形線L3と、同じく外側に凸の外形線L4とを備えている。また、矢印Y方向とディフューザベーン62の前縁部(先端側)のキャンバーラインM2との間の角度はβとなっている。角度βについても0°≦β≦30°の範囲で設定される。   As shown in FIG. 3B, as another example of the diffuser vane 38 (see FIG. 3A) of the present embodiment, a diffuser vane 62 having a curved camber line M2 may be used. The diffuser vane 62 includes a contour line L3 that protrudes outward (opposite side of the impeller 32) across the camber line M2 as viewed in the arrow Z direction, and a contour line L4 that also protrudes outward. Further, the angle between the arrow Y direction and the camber line M2 at the front edge portion (front end side) of the diffuser vane 62 is β. The angle β is also set in the range of 0 ° ≦ β ≦ 30 °.

次に、第1実施形態の作用について説明する。   Next, the operation of the first embodiment will be described.

図1に示すように、ターボチャージャ10において、排ガス入口26から高速で噴出された排ガスG2がタービン翼23に衝突することで、タービン22が高速回転し、回転シャフト42を介して連結されているインペラ32が高速回転する。   As shown in FIG. 1, in the turbocharger 10, the exhaust gas G <b> 2 ejected at a high speed from the exhaust gas inlet 26 collides with the turbine blade 23, so that the turbine 22 rotates at a high speed and is connected via a rotating shaft 42. The impeller 32 rotates at a high speed.

続いて、図2に示すように、インペラ収容室52に流入した空気は、インペラ32の回転により加速された状態でディフューザ室54に流入すると共に、ディフューザ室54で減速されることで加圧(圧縮)される。そして、ディフューザ室54で加圧された空気は、スクロール室56で集められ、空気出口36からコンプレッサハウジング50の外部にあるエンジン(図示省略)へ圧送される。   Subsequently, as shown in FIG. 2, the air that has flowed into the impeller housing chamber 52 flows into the diffuser chamber 54 while being accelerated by the rotation of the impeller 32, and is pressurized by being decelerated in the diffuser chamber 54 ( Compressed). The air pressurized in the diffuser chamber 54 is collected in the scroll chamber 56 and is pumped from the air outlet 36 to an engine (not shown) outside the compressor housing 50.

図5に示すように、コンプレッサ部30では、インペラ32が矢印R方向(図示の時計回り方向)に回転し、インペラ収容室52からディフューザ室54内に空気が流入したとき、この空気の流れがディフューザベーン38でスクロール室56の出口方向に偏向され、図示の流線Qaで示す流れとなる。そして、偏向された空気の流れが減速する結果、図示の領域SAにおいて速度エネルギーが圧力エネルギーに変換され、ディフューザ室54の出口の圧力が高まる。   As shown in FIG. 5, in the compressor unit 30, when the impeller 32 rotates in the arrow R direction (clockwise direction in the drawing) and air flows into the diffuser chamber 54 from the impeller accommodating chamber 52, the flow of this air is The diffuser vane 38 is deflected toward the outlet of the scroll chamber 56, and the flow shown by the streamline Qa is shown. As a result of the deceleration of the deflected air flow, the velocity energy is converted into pressure energy in the illustrated area SA, and the pressure at the outlet of the diffuser chamber 54 increases.

続いて、領域SAで空気の流れが減速する結果、領域SAに連なる領域SBの流れも減速し、圧力が上昇する。そして、領域SA及び領域SBで流れが減速する結果、スクロール室56内の領域SCにおいても流れが減速して圧力が上昇する。さらに、領域SCで流れが減速する結果、領域SCの上流側にあたる領域SDにおいても流れが減速し、圧力が上昇する。このようにして、コンプレッサ部30内での圧力が上昇する。   Subsequently, as a result of the air flow decelerating in the area SA, the flow in the area SB connected to the area SA is also decelerated and the pressure rises. As a result of the flow deceleration in the region SA and the region SB, the flow is also decelerated in the region SC in the scroll chamber 56 and the pressure increases. Furthermore, as a result of the flow being decelerated in the region SC, the flow is also decelerated in the region SD upstream of the region SC, and the pressure rises. In this way, the pressure in the compressor unit 30 increases.

ここで、予め設定された流量よりも少ない流量の空気がインペラ収容室52内に流入する場合には、上記のように、インペラ32からの流れが、ディフューザ室54内の1枚のディフューザベーン38でインペラ32の接線方向から半径方向に偏向されて減速し、圧力が上昇するため、ディフューザベーン38を設けていないコンプレッサに比べて、少流量側のコンプレッサ効率を上げることができる。   Here, when air having a flow rate smaller than a preset flow rate flows into the impeller accommodating chamber 52, the flow from the impeller 32 flows into one diffuser vane 38 in the diffuser chamber 54 as described above. Thus, since the pressure is increased by being deflected in the radial direction from the tangential direction of the impeller 32, the compressor efficiency on the small flow rate side can be increased as compared with a compressor not provided with the diffuser vane 38.

なお、比較例であるディフューザベーン38を設けていないコンプレッサの場合は、流線が破線表示した流線Qbとなり、流路がディフューザ室54内で長くなって摩擦損失が増加し、さらに減速もしにくいため、速度エネルギーから圧力エネルギーへの変換率が低下し、コンプレッサ効率が低下することになる。   In the case of a compressor not provided with a diffuser vane 38 as a comparative example, the streamline becomes a streamline Qb indicated by a broken line, the flow path becomes longer in the diffuser chamber 54, the friction loss increases, and further, it is difficult to decelerate. Therefore, the conversion rate from speed energy to pressure energy decreases, and compressor efficiency decreases.

図6(A)には、ディフューザベーン38が設けられていない比較例のコンプレッサ部200におけるインペラ32回転時の圧力分布(計算結果)が示されている。また、図6(B)には、本実施形態のコンプレッサ部30におけるインペラ32回転時の圧力分布(計算結果)が示されている。なお、図中の圧力P1、P2、P3、P4の大きさは、P1<P2<P3<P4となっており、圧力P4の占有領域が広いほど、コンプレッサ部内の圧力が高いことを表している。また、図6(B)では、ディフューザベーン38の位置が、θ=90°(図4(C)参照)となっている。   FIG. 6A shows a pressure distribution (calculation result) when the impeller 32 rotates in the compressor unit 200 of the comparative example in which the diffuser vane 38 is not provided. FIG. 6B shows a pressure distribution (calculation result) when the impeller 32 rotates in the compressor section 30 of the present embodiment. Note that the magnitudes of the pressures P1, P2, P3, and P4 in the figure are P1 <P2 <P3 <P4, and the larger the area occupied by the pressure P4, the higher the pressure in the compressor section. . In FIG. 6B, the position of the diffuser vane 38 is θ = 90 ° (see FIG. 4C).

図6(A)に示すように、ディフューザベーン38が無い比較例のコンプレッサ部200では、インペラ収容室52(内側)からスクロール室56(外側)までの圧力分布が、圧力P1の領域、圧力P2の領域、圧力P3の領域となっており、最大圧力はP3となっている。   As shown in FIG. 6A, in the compressor unit 200 of the comparative example without the diffuser vane 38, the pressure distribution from the impeller accommodating chamber 52 (inner side) to the scroll chamber 56 (outer side) is the region of the pressure P1, the pressure P2. This is a region of pressure P3, and the maximum pressure is P3.

一方、図6(B)に示すように、第1実施形態のコンプレッサ部30では、インペラ収容室52(内側)からスクロール室56(外側)までの圧力分布が、圧力P2の領域、圧力P3の領域、圧力P4の領域となっており、最大圧力はP4となっている。このことからも、ディフューザベーン38が1枚の本実施形態のコンプレッサ部30の方が、ディフューザベーン38が無い比較例のコンプレッサ部200に比べて出口圧力が高くなり、即ち、コンプレッサ効率が高くなることが分かる。   On the other hand, as shown in FIG. 6B, in the compressor section 30 of the first embodiment, the pressure distribution from the impeller accommodating chamber 52 (inner side) to the scroll chamber 56 (outer side) is the region of the pressure P2, the pressure P3. The region is a region of pressure P4, and the maximum pressure is P4. Also from this, the compressor section 30 of the present embodiment with one diffuser vane 38 has a higher outlet pressure than the compressor section 200 of the comparative example without the diffuser vane 38, that is, the compressor efficiency is increased. I understand that.

図7(A)には、第1実施形態の1枚のディフューザベーン38を設けた場合(グラフA)と、比較例として、ディフューザベーン38が無い場合(グラフB)、ディフューザベーン38がディフューザ室54の周方向に均等な間隔で7枚配置された場合(グラフC)とにおける、空気流量とコンプレッサ効率との関係(計算結果)が示されている。なお、コンプレッサ効率は、一例として、公知の技術(特開2006−009767数式(6))を用いて、コンプレッサ部30の入口側における温度及び圧力と、出口側における温度及び圧力と、コンプレッサ部30に流入する空気の比熱比とに基づいて求めている。また、第1実施形態のディフューザベーン38の配置は、θ=90°に設定されている。   FIG. 7A shows the case where the single diffuser vane 38 of the first embodiment is provided (graph A) and, as a comparative example, when the diffuser vane 38 is not provided (graph B), the diffuser vane 38 is the diffuser chamber. A relationship (calculation result) between the air flow rate and the compressor efficiency in the case where seven sheets are arranged at equal intervals in the circumferential direction of 54 (graph C) is shown. The compressor efficiency is, for example, a known technique (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-009767 (6)) using the temperature and pressure on the inlet side of the compressor unit 30, the temperature and pressure on the outlet side, and the compressor unit 30. And the specific heat ratio of the air flowing into the air. Further, the arrangement of the diffuser vanes 38 of the first embodiment is set to θ = 90 °.

図7(A)において、予め設定された空気流量(図示省略)よりも少ない空気流量をV1とし、予め設定された空気流量よりも多い空気流量をV2とする。ここで、空気流量がV1のとき、第1実施形態のコンプレッサ部30(図2(A)参照)では、コンプレッサ効率がK3となり、ディフューザベーン38(図2(A)参照)が無い比較例のコンプレッサ部のコンプレッサ効率K2よりも大きくなっている。即ち、第1実施形態のコンプレッサ部30では、少流量側のコンプレッサ効率が上がることが分かる。   In FIG. 7A, an air flow rate smaller than a preset air flow rate (not shown) is V1, and an air flow rate larger than the preset air flow rate is V2. Here, when the air flow rate is V1, in the compressor unit 30 (see FIG. 2A) of the first embodiment, the compressor efficiency is K3, and there is no diffuser vane 38 (see FIG. 2A). It is larger than the compressor efficiency K2 of the compressor section. That is, it can be seen that the compressor efficiency on the small flow rate side increases in the compressor section 30 of the first embodiment.

一方、空気流量がV2のとき、第1実施形態のコンプレッサ部30では、コンプレッサ効率がK3となっており、ディフューザベーン38(図2(A)参照)が7枚の比較例のコンプレッサ部のコンプレッサ効率K1よりも大きくなっている。即ち、第1実施形態のコンプレッサ部30では、流量が多い側でのコンプレッサ効率の低下が抑制されることが分かる。   On the other hand, when the air flow rate is V2, in the compressor unit 30 of the first embodiment, the compressor efficiency is K3, and the diffuser vane 38 (see FIG. 2A) has seven compressors in the compressor unit of the comparative example. The efficiency is greater than K1. That is, in the compressor part 30 of 1st Embodiment, it turns out that the fall of the compressor efficiency in the side with much flow volume is suppressed.

ディフューザベーン38を7枚設けた多翼構成の比較例の場合にコンプレッサ効率が低下する要因としては、隣接する翼間にスロート面積が存在するため、流量が増加したときに流れがチョークして効率が悪化するためと考えられる。また、第1実施形態のコンプレッサ部30のコンプレッサ効率が高い要因としては、ディフューザベーン38が単翼でスロート径が存在せず、チョークしないこと、及びディフューザベーン38の境界層剥離に起因する圧力損失が、単翼のため、多翼に比べて少なくなることが考えられる。   In the comparative example of the multi-blade configuration in which seven diffuser vanes 38 are provided, the reason why the compressor efficiency is reduced is that the throat area exists between adjacent blades, so the flow chokes when the flow rate increases and the efficiency This is thought to be aggravated. Further, the reason why the compressor efficiency of the compressor unit 30 of the first embodiment is high is that the diffuser vane 38 has a single blade, the throat diameter does not exist, does not choke, and pressure loss due to boundary layer separation of the diffuser vane 38 However, since it is a single wing, it may be less than a multi-wing.

図7(B)には、第1実施形態の1枚のディフューザベーン38を設けた場合(グラフD)と、比較例として、ディフューザベーン38が無い場合(グラフE)とにおける、空気流量とコンプレッサ効率との関係(実験結果)が示されている。第1実施形態のディフューザベーン38の配置は、θ=90°に設定されている。ここで、グラフDとグラフEの比較から、コンプレッサ効率の差分ΔKは3ポイント程度であることが分かった。   FIG. 7B shows the air flow rate and the compressor when one diffuser vane 38 according to the first embodiment is provided (graph D) and as a comparative example, when there is no diffuser vane 38 (graph E). The relationship with efficiency (experimental results) is shown. The arrangement of the diffuser vanes 38 of the first embodiment is set to θ = 90 °. Here, from comparison between graph D and graph E, it was found that the difference ΔK in compressor efficiency is about 3 points.

次に、ディフューザベーン38の配置の最適範囲について説明する。   Next, the optimum range for the arrangement of the diffuser vanes 38 will be described.

図8には、ディフューザベーン38(図2(A)参照)の配置(空気が流れる方向の上流側に向けた角度θ)を変更したときのコンプレッサ効率の変化のグラフFが示されている。なお、グラフGはグラフFの平均効率を表しており、グラフHは、ディフューザベーン38が無い比較例のコンプレッサ効率である。   FIG. 8 shows a graph F of a change in compressor efficiency when the arrangement of the diffuser vane 38 (see FIG. 2A) (the angle θ toward the upstream side in the air flow direction) is changed. The graph G represents the average efficiency of the graph F, and the graph H is the compressor efficiency of the comparative example without the diffuser vane 38.

図8では、比較例のコンプレッサ効率がKaと低いままであるのに対し、第1実施形態のコンプレッサ効率は、角度θが変わっても比較例のコンプレッサ効率Kaより高くなっている(Ka<Kb<Kc<Kd)。なお、第1実施形態のコンプレッサ平均効率はKcとなっている。   In FIG. 8, the compressor efficiency of the comparative example remains as low as Ka, whereas the compressor efficiency of the first embodiment is higher than the compressor efficiency Ka of the comparative example even if the angle θ changes (Ka <Kb). <Kc <Kd). Note that the average compressor efficiency of the first embodiment is Kc.

一方、第1実施形態のグラフFを見ると、角度θが0°から180°までの範囲で平均効率Kcを上回っており、角度θが180を越えて360°までの範囲で平均効率Kcを下回っていることが分かる。即ち、ディフューザベーン38の配置の角度θにより、コンプレッサ効率の大きさは変化し、角度θは、0°≦θ≦180°の範囲で設定することが好適であることが分かる。なお、第1実施形態では、θ=90°のときにコンプレッサ効率が最大値(Kd)となった。   On the other hand, looking at the graph F of the first embodiment, the average efficiency Kc exceeds the average efficiency Kc in the range of the angle θ from 0 ° to 180 °, and the average efficiency Kc in the range of the angle θ exceeding 180 to 360 °. You can see that it is below. That is, it can be seen that the magnitude of the compressor efficiency varies depending on the angle θ of the arrangement of the diffuser vanes 38, and the angle θ is preferably set in a range of 0 ° ≦ θ ≦ 180 °. In the first embodiment, the compressor efficiency reaches the maximum value (Kd) when θ = 90 °.

次に、第1実施形態のコンプレッサ部30の他の実施例について説明する。   Next, another example of the compressor unit 30 according to the first embodiment will be described.

第1実施形態のディフューザベーン38は、ディフューザ室54の底壁55と一体化させて固定するだけでなく、図9(A)、(B)に示すように、ディフューザ室54内に突出又はディフューザ室54内から退避するように構成してもよい。   The diffuser vane 38 of the first embodiment is not only fixed integrally with the bottom wall 55 of the diffuser chamber 54 but also protrudes or diffuses into the diffuser chamber 54 as shown in FIGS. 9 (A) and 9 (B). You may comprise so that it may evacuate from the inside of the chamber 54.

図9(A)に示すように、第1実施形態のコンプレッサ部30の他の第1実施例であるコンプレッサ部70は、ディフューザベーン72が移動可能に設けられたコンプレッサハウジング74と、ディフューザベーン72を移動させる移動手段の一例としての偏心カム76と、を含んで構成されている。コンプレッサハウジング74内は、ディフューザベーン72を移動させる部位を除いてコンプレッサハウジング50(図1参照)と同様の構成となっており、インペラ収容室52、ディフューザ室54、及びスクロール室56を有している。   As shown in FIG. 9A, a compressor unit 70, which is another first example of the compressor unit 30 of the first embodiment, includes a compressor housing 74 in which a diffuser vane 72 is movably provided, and a diffuser vane 72. And an eccentric cam 76 as an example of a moving means for moving the. The compressor housing 74 has the same configuration as that of the compressor housing 50 (see FIG. 1) except for a portion where the diffuser vane 72 is moved, and includes an impeller accommodating chamber 52, a diffuser chamber 54, and a scroll chamber 56. Yes.

ディフューザベーン72は、ディフューザ室54内に突出した部分が前述のディフューザベーン38(図2(A)参照)と同様の大きさ、形状となっている。また、偏心カム76は、モータ(図示省略)により矢印+R方向(図示の時計回り方向)に揺動してディフューザベーン72をディフューザ室54内に突出させるようになっている。さらに、ディフューザベーン72の偏心カム76側の面には、引張りバネ78の一端が取付けられて戻り力が付与されている。これにより、偏心カム76がモータにより矢印−R方向(図示の反時計回り方向)に揺動すると、ディフューザベーン72がディフューザ室54から外側へ退避するようになっている。   The diffuser vane 72 has the same size and shape as the above-described diffuser vane 38 (see FIG. 2A) at the portion protruding into the diffuser chamber 54. Further, the eccentric cam 76 is swung in the arrow + R direction (clockwise direction in the figure) by a motor (not shown) so that the diffuser vane 72 protrudes into the diffuser chamber 54. Furthermore, one end of a tension spring 78 is attached to the surface of the diffuser vane 72 on the side of the eccentric cam 76 to apply a return force. Accordingly, when the eccentric cam 76 is swung in the arrow -R direction (the counterclockwise direction in the drawing) by the motor, the diffuser vane 72 is retracted from the diffuser chamber 54 to the outside.

ここで、コンプレッサ部70内に流入する空気流量が、例えば、図7(A)に示す空気流量V3より多い場合に、図9(B)に示すように、偏心カム76を動作させてディフューザベーン72をディフューザ室54から退避させる。これにより、ディフューザ室54内にディフューザベーンが無くなるため、コンプレッサ効率のグラフは、図7(A)の単翼のディフューザベーン38のときのグラフAではなく、グラフBとなる。即ち、図9(B)において、ディフューザベーン38における境界層剥離による圧力損失がなくなるので、コンプレッサ効率の低下を抑制することができる。   Here, when the air flow rate flowing into the compressor unit 70 is larger than, for example, the air flow rate V3 shown in FIG. 7A, the eccentric cam 76 is operated as shown in FIG. 72 is retracted from the diffuser chamber 54. As a result, there is no diffuser vane in the diffuser chamber 54, so the graph of the compressor efficiency is not the graph A for the single vane diffuser vane 38 in FIG. That is, in FIG. 9B, pressure loss due to boundary layer separation in the diffuser vane 38 is eliminated, so that a reduction in compressor efficiency can be suppressed.

なお、コンプレッサ部70内に流入する空気流量のデータを得る方法としては、例えば、エンジン回転数、アクセル開度と対応させた空気流量のデータ表を予め設定しておき、得られたエンジン回転数、アクセル開度に基づいて、空気流量を決定してもよい。また、このように間接的に流量データを得るだけでなく、吸気通路14(図1参照)に流量センサを設けて、直接、流量データを得るようにしてもよい。   In addition, as a method of obtaining the data of the air flow rate flowing into the compressor unit 70, for example, a data table of the air flow rate corresponding to the engine speed and the accelerator opening is set in advance, and the obtained engine speed is obtained. The air flow rate may be determined based on the accelerator opening. In addition to indirectly obtaining the flow rate data as described above, a flow rate sensor may be provided in the intake passage 14 (see FIG. 1) to directly obtain the flow rate data.

一方、ディフューザベーン38は、ディフューザ室54内で固定するだけでなく、ディフューザ室54内で設置角度を変更可能に設けてもよい。   On the other hand, the diffuser vane 38 may be provided not only in the diffuser chamber 54 but also in an installation angle changeable in the diffuser chamber 54.

図10に示すように、第1実施形態のコンプレッサ部30の他の第2実施例であるコンプレッサ部80は、前述のコンプレッサ部30(図2(A)参照)において、ディフューザベーン38に換えて、ディフューザベーン82が設けられた構成となっている。ディフューザベーン82は、基本的にディフューザベーン38と同様の大きさとなっているが、インペラ32の回転軸方向(矢印Z方向)と平行な軸方向を有する回転軸84が設けられている点が異なる。回転軸84は、モータ及びリンク機構(図示省略)を含んで構成された変更手段の一例としての角度変更部86によって回転(回動)され、前述の角度α(図3(A)参照)が変更可能となっている。   As shown in FIG. 10, a compressor unit 80, which is another second example of the compressor unit 30 of the first embodiment, is replaced with a diffuser vane 38 in the above-described compressor unit 30 (see FIG. 2A). The diffuser vane 82 is provided. The diffuser vane 82 is basically the same size as the diffuser vane 38 except that a rotation shaft 84 having an axial direction parallel to the rotation axis direction (arrow Z direction) of the impeller 32 is provided. . The rotating shaft 84 is rotated (turned) by an angle changing unit 86 as an example of changing means configured to include a motor and a link mechanism (not shown), and the angle α described above (see FIG. 3A). It can be changed.

ここで、コンプレッサ部80では、流入する空気の流量が異なると、ディフューザベーン82の前縁部への流入角度が変化するが、予め、流量と流入角度との関係を設定しておき、流入する空気の流量を前述の方法(エンジン回転数、アクセル開度、流量測定)で得ることで、角度変更部86が流入角度のデータを得ることができる。そして、角度変更部86がディフューザベーン82の角度αを流入角度に対して0°≦α≦30°の範囲で変更することで、前縁部での境界層剥離や衝突によるエネルギー損失が抑制されるので、コンプレッサ効率の低下を抑制することができる。   Here, in the compressor unit 80, if the flow rate of the air flowing in is different, the flow angle to the front edge of the diffuser vane 82 changes. However, the relationship between the flow rate and the flow angle is set in advance and flows in. By obtaining the air flow rate by the above-described method (engine speed, accelerator opening, flow rate measurement), the angle changing unit 86 can obtain the data of the inflow angle. Then, the angle changing unit 86 changes the angle α of the diffuser vane 82 within the range of 0 ° ≦ α ≦ 30 ° with respect to the inflow angle, thereby suppressing energy loss due to boundary layer separation or collision at the leading edge. Therefore, it is possible to suppress a decrease in compressor efficiency.

次に、本発明の第2実施形態に係るコンプレッサの一例について説明する。なお、前述した第1実施形態と基本的に同一の部材には、前記第1実施形態と同一の符号を付与してその説明を省略する場合がある。   Next, an example of a compressor according to the second embodiment of the present invention will be described. Note that members that are basically the same as those in the first embodiment described above may be given the same reference numerals as those in the first embodiment, and description thereof may be omitted.

図11には、第2実施形態のコンプレッサの一例としてのコンプレッサ部90が示されている。コンプレッサ部90は、第1実施形態のコンプレッサ部30(図2(A)参照)において、単翼のディフューザベーン38に換えて、翼列の一例としてのディフューザベーン列92が設けられており、さらに、インペラ32、インペラ収容室52、ディフューザ室54、及びスクロール室56を含んで構成されている。   FIG. 11 shows a compressor unit 90 as an example of the compressor of the second embodiment. The compressor unit 90 is provided with a diffuser vane row 92 as an example of a blade row instead of the single blade diffuser vane 38 in the compressor unit 30 (see FIG. 2A) of the first embodiment. The impeller 32, the impeller accommodating chamber 52, the diffuser chamber 54, and the scroll chamber 56 are configured.

図12に示すように、ディフューザベーン列92は、空気の流れる一方向(図示の矢印T方向)に沿って並べられた上流側の翼の一例としての第1ディフューザベーン92Aと、下流側の翼の一例としての第2ディフューザベーン92Bとで構成されている。第1ディフューザベーン92Aと第2ディフューザベーン92Bは、一例として、同じ形状(同じキャンバーライン形状)、同じ大きさとなっており、第1ディフューザベーン92Aは、インペラ32(図2(A)参照)の回転方向である矢印R方向において、全体が第2ディフューザベーン92Bよりも上流側に配置されている。また、第1ディフューザベーン92Aの後端部と第2ディフューザベーン92Bの先端部は、矢印T方向と直交する矢印W方向から見て、重なるように配置されている。   As shown in FIG. 12, the diffuser vane row 92 includes a first diffuser vane 92 </ b> A as an example of an upstream wing arranged along one direction in which air flows (arrow T direction in the drawing), and a downstream wing. And a second diffuser vane 92B as an example. As an example, the first diffuser vane 92A and the second diffuser vane 92B have the same shape (the same camber line shape) and the same size, and the first diffuser vane 92A has the impeller 32 (see FIG. 2A). In the direction of arrow R, which is the rotational direction, the entirety is disposed upstream of the second diffuser vane 92B. Further, the rear end portion of the first diffuser vane 92A and the front end portion of the second diffuser vane 92B are arranged so as to overlap each other when viewed from the direction of the arrow W perpendicular to the direction of the arrow T.

ここで、第1ディフューザベーン92Aのインペラ32側(矢印T方向における上流側)の先端位置を点PD、インペラ32側とは反対側(矢印T方向における下流側)の後端位置を点PEとする。そして、第2ディフューザベーン92Bの矢印T方向における上流側の先端位置を点PF、下流側の後端位置を点PGとする。なお、矢印T方向は、一例として、点PD及び点PGを通り、ディフューザ室54からスクロール室56側(外側)へ向かう方向となっている。また、図12では、インペラ32(図2(A)参照)の図示を省略しており、コンプレッサハウジング50については、一部のみを二点鎖線で図示している。   Here, the tip position of the first diffuser vane 92A on the impeller 32 side (upstream side in the arrow T direction) is a point PD, and the rear end position on the opposite side (downstream side in the arrow T direction) of the impeller 32 is a point PE. To do. The upstream end position of the second diffuser vane 92B in the arrow T direction is a point PF, and the downstream rear end position is a point PG. Note that the arrow T direction is, for example, a direction passing from the diffuser chamber 54 toward the scroll chamber 56 (outside) through the points PD and PG. In FIG. 12, the impeller 32 (see FIG. 2A) is not shown, and only a part of the compressor housing 50 is shown by a two-dot chain line.

コンプレッサ部90では、一例として、点PAと点Oを結ぶ距離R0の線分と、点Oと点PDとを結ぶ距離R1の線分とのなす角度θA(点PAから上流側への角度)が、θA=135°に設定されている。また、点PAと点Oを結ぶ距離R0の線分と、点Oと点PFとを結ぶ距離R2の線分とのなす角度θB(点PAから上流側への角度)が、θB=112.5°(即ち、θA>θB)に設定されている。そして、矢印T方向における下流側にある第2ディフューザベーン92Bの距離R2の方が、上流側にある第1ディフューザベーン92Aの距離R1よりも長くなっている。   In the compressor unit 90, as an example, an angle θA (an angle from the point PA to the upstream side) formed by a line segment having a distance R0 connecting the point PA and the point O and a line segment having a distance R1 connecting the point O and the point PD. Is set to θA = 135 °. Further, an angle θB (an angle from the point PA to the upstream side) formed by a line segment of the distance R0 connecting the point PA and the point O and a line segment of the distance R2 connecting the point O and the point PF is θB = 112. It is set to 5 ° (that is, θA> θB). The distance R2 of the second diffuser vane 92B on the downstream side in the arrow T direction is longer than the distance R1 of the first diffuser vane 92A on the upstream side.

さらに、コンプレッサ部90において、点PAと点Oを結ぶ線分と平行で且つ点PDを通る線をN1とし、第1ディフューザベーン92Aの先端側(点PD側)のキャンバーライン(図示省略)と線N1とのなす角度をθaとする。同様に、点PAと点Oを結ぶ線分と平行で且つ点PFを通る線をN2とし、第2ディフューザベーン92Bの先端側(点PF側)のキャンバーライン(図示省略)と線N2とのなす角度をθbとする。ここで、角度θa、θbについて、θa>θbとなるように、第1ディフューザベーン92A及び第2ディフューザベーン92Bが配置されている。   Further, in the compressor section 90, a line parallel to the line segment connecting the point PA and the point O and passing through the point PD is N1, and a camber line (not shown) on the tip side (point PD side) of the first diffuser vane 92A The angle formed with the line N1 is θa. Similarly, a line parallel to the line segment connecting the point PA and the point O and passing through the point PF is N2, and a camber line (not shown) on the tip side (point PF side) of the second diffuser vane 92B is connected to the line N2. The angle formed is θb. Here, the first diffuser vane 92A and the second diffuser vane 92B are arranged so that θa> θb with respect to the angles θa and θb.

一方、第1ディフューザベーン92Aの後端部(点PE側)と第2ディフューザベーン92Bの先端部(点PF側)との間には、隙間94が形成されている。隙間94の大きさは、第1ディフューザベーン92A及び第2ディフューザベーン92Bが、1枚(単翼)のディフューザベーンと同様に空気を流すように、予め実験によって設定されている。   On the other hand, a gap 94 is formed between the rear end portion (point PE side) of the first diffuser vane 92A and the front end portion (point PF side) of the second diffuser vane 92B. The size of the gap 94 is set in advance by experiments so that the first diffuser vane 92A and the second diffuser vane 92B allow air to flow in the same manner as a single (single blade) diffuser vane.

次に、第2実施形態の作用について説明する。   Next, the operation of the second embodiment will be described.

図11に示すように、コンプレッサ部90では、インペラ32が矢印R方向に回転し、インペラ収容室52からディフューザ室54内に空気が流入したとき、この空気の流れが、ディフューザベーン列92によってスクロール室56の出口方向に偏向され、図示の流線Qcで示す流れとなる。そして、偏向により空気の流れが減速する結果、速度エネルギーが圧力エネルギーに変換され、ディフューザ室54の出口の圧力が高まり、コンプレッサ部90内での圧力が上昇する。   As shown in FIG. 11, in the compressor unit 90, when the impeller 32 rotates in the arrow R direction and air flows into the diffuser chamber 54 from the impeller accommodating chamber 52, this air flow is scrolled by the diffuser vane row 92. It is deflected in the direction of the outlet of the chamber 56, resulting in the flow indicated by the streamline Qc shown in the figure. As a result of the air flow being decelerated by the deflection, the velocity energy is converted into pressure energy, the pressure at the outlet of the diffuser chamber 54 is increased, and the pressure in the compressor unit 90 is increased.

ここで、ディフューザベーン列92は、第1ディフューザベーン92Aのインペラ収容室52側の先端位置が規定されており、且つ矢印T方向(図12参照)に沿って並べられた第1ディフューザベーン92A及び第2ディフューザベーン92Bが、単翼と同様に作用して空気を流す。これにより、予め設定された流量よりも少ない流量の空気がインペラ収容室52内に流入する場合は、インペラ32から出た空気の流れが、ディフューザ室54内のディフューザベーン列92でインペラ32の接線方向から半径方向に偏向されて減速し、ディフューザ室54の出口の圧力が上昇する。このため、コンプレッサ部90では、ディフューザベーン列92又は単翼のディフューザベーンを設けていないコンプレッサに比べて、少流量側のコンプレッサ効率を上げることができる。   Here, in the diffuser vane row 92, the first diffuser vane 92A and the first diffuser vane 92A arranged in the direction of the arrow T (see FIG. 12) are defined. The second diffuser vane 92B acts in the same manner as the single blade and flows air. Accordingly, when air having a flow rate smaller than a preset flow rate flows into the impeller housing chamber 52, the air flow from the impeller 32 is tangent to the impeller 32 in the diffuser vane row 92 in the diffuser chamber 54. It is deflected in the radial direction from the direction and decelerated, and the pressure at the outlet of the diffuser chamber 54 increases. For this reason, in the compressor part 90, compared with the compressor which does not provide the diffuser vane row | line | column 92 or the single vane diffuser vane, the compressor efficiency of the small flow volume side can be raised.

一方、予め設定された流量よりも多い流量の空気がインペラ収容室52内に流入する場合は、ディフューザベーン列92において、第1ディフューザベーン92Aと第2ディフューザベーン92Bの間隔が狭く、且つディフューザベーン列92に隣接する他のディフューザベーンが無いため、スロート径が存在せず、空気の流れがチョークしなくなる(空気の流れが詰まるチョーク現象が起こらない)。これにより、コンプレッサ部90では、複数のディフューザベーンをそれぞれ異なる方向に沿って設けたコンプレッサに比べて、流量が多い側のコンプレッサ効率の低下を抑制することができる。   On the other hand, when air having a flow rate higher than a preset flow rate flows into the impeller accommodating chamber 52, in the diffuser vane row 92, the interval between the first diffuser vane 92A and the second diffuser vane 92B is narrow, and the diffuser vane. Since there is no other diffuser vane adjacent to the row 92, there is no throat diameter and the air flow does not choke (the choke phenomenon that clogs the air flow does not occur). Thereby, in the compressor part 90, the fall of the compressor efficiency by the side with much flow volume can be suppressed compared with the compressor which provided the some diffuser vane along the different direction, respectively.

さらに、図11及び図12に示すように、コンプレッサ部90の第1ディフューザベーン92A及び第2ディフューザベーン92Bにおいて、インペラ収容室52側の先端位置(点PD、点PF)とインペラ32の回転中心位置(点O)とを結ぶ線分の距離は、下流側にある第2ディフューザベーン92B(距離R2)の方が、上流側にある第1ディフューザベーン92A(距離R1)よりも長いので、空気の流れは、インペラ32の接線方向に対して半径方向により多く偏向され、減速することになる。これによりディフューザ室54の出口の圧力が上昇するため、少流量側のコンプレッサ効率をさらに上げることができる。   Further, as shown in FIGS. 11 and 12, in the first diffuser vane 92A and the second diffuser vane 92B of the compressor section 90, the tip position (point PD, point PF) on the impeller accommodating chamber 52 side and the rotation center of the impeller 32 The distance between the line connecting the position (point O) is longer in the second diffuser vane 92B (distance R2) on the downstream side than in the first diffuser vane 92A (distance R1) on the upstream side. This flow is deflected more in the radial direction with respect to the tangential direction of the impeller 32 and decelerated. As a result, the pressure at the outlet of the diffuser chamber 54 increases, so that the compressor efficiency on the small flow rate side can be further increased.

ここで、ディフューザベーン列92が単翼として作用するように、第1ディフューザベーン92A及び第2ディフューザベーン92Bの形状、大きさ、隙間94を設定することで、第1実施形態におけるディフューザベーン38(図2(A)参照)を用いた場合の図6〜図8の結果と同様の結果(作用)が得られることが分かっている。即ち、ディフューザベーン列92の配置を、図4(A)〜(D)に示す単翼のディフューザベーン38の配置と同様の角度θの範囲に設定することで、インペラ収容室52内に流入する空気の流量が少ないときのコンプレッサ効率を上げると共に、該流量が多いときのコンプレッサ効率の低下を抑制する効果がある。   Here, by setting the shape, size, and clearance 94 of the first diffuser vane 92A and the second diffuser vane 92B so that the diffuser vane row 92 acts as a single blade, the diffuser vane 38 ( It has been found that the same results (actions) as those shown in FIGS. 6 to 8 can be obtained using FIG. That is, the arrangement of the diffuser vane row 92 is set within the range of the angle θ similar to the arrangement of the single vane diffuser vane 38 shown in FIGS. 4A to 4D, thereby flowing into the impeller accommodating chamber 52. This has the effect of increasing the compressor efficiency when the air flow rate is low and suppressing the reduction of the compressor efficiency when the air flow rate is high.

なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。   In addition, this invention is not limited to said embodiment.

ディフューザベーン列92は、単翼として作用する範囲であれば、2枚の翼からなる翼列(第1ディフューザベーン92A、第2ディフューザベーン92B)に限らず、3枚以上の翼からなる翼列としてもよい。また、ディフューザベーン列92を、図9(A)、(B)に示す偏心カム76のような移動手段でディフューザ室54内に出し入れするように構成してもよい。さらに、第1ディフューザベーン92A及び第2ディフューザベーン92Bの配置角度を図10に示す角度変更部86を用いて変更するようにしてもよい。   The diffuser vane row 92 is not limited to the blade row composed of two blades (the first diffuser vane 92A and the second diffuser vane 92B) as long as it acts as a single blade, but is composed of three or more blades. It is good. Further, the diffuser vane row 92 may be configured to be moved in and out of the diffuser chamber 54 by moving means such as the eccentric cam 76 shown in FIGS. 9 (A) and 9 (B). Furthermore, the arrangement angle of the first diffuser vane 92A and the second diffuser vane 92B may be changed using the angle changing unit 86 shown in FIG.

30 コンプレッサ部(コンプレッサの一例)
32 インペラ
38 ディフューザベーン
52 インペラ収容室
54 ディフューザ室
56 スクロール室
70 コンプレッサ部
72 ディフューザベーン
76 偏心カム(移動手段の一例)
80 コンプレッサ部
82 ディフューザベーン
84 回転軸
86 角度変更部(変更手段の一例)
90 コンプレッサ部(コンプレッサの一例)
92 ディフューザベーン列(翼列の一例)
92A 第1ディフューザベーン(翼の一例)
92B 第2ディフューザベーン(翼の一例)
M1 キャンバーライン
30 Compressor (an example of a compressor)
32 impeller 38 diffuser vane 52 impeller accommodating chamber 54 diffuser chamber 56 scroll chamber 70 compressor section 72 diffuser vane 76 eccentric cam (an example of moving means)
80 Compressor part 82 Diffuser vane 84 Rotating shaft 86 Angle changing part (an example of changing means)
90 Compressor (example of compressor)
92 Diffuser vane row (example of blade row)
92A 1st diffuser vane (an example of a wing)
92B 2nd diffuser vane (an example of a wing)
M1 Camber line

Claims (4)

流入した空気を回転により加速するインペラが収容されるインペラ収容室の外周に沿って形成されると共に該インペラ収容室の内部と連通し、前記インペラの回転で加速された空気を減速させて加圧するディフューザ室と、
前記ディフューザ室の外側に渦巻き状に形成されると共に前記ディフューザ室の内部と連通し、前記ディフューザ室で加圧された空気を外部へ流すスクロール室と、
前記ディフューザ室内に設けられ、直線状又は曲線状のキャンバーラインを備えた単翼あるいは空気の流れる一方向に沿って並べられた複数の翼からなる翼列で構成され、前記翼列のうち空気の流れる方向における最も上流側に配置された翼あるいは前記単翼の前記インペラ収容室側の先端位置と前記インペラの回転中心位置とを結ぶ線分と、前記インペラの回転中心位置と前記スクロール室の空気の流れる方向と直交する断面積が最大となる基準位置とを結ぶ線分との成す角度θが、該基準位置から上流側へ向けて0°≦θ≦180°となるように配置され、前記インペラ収容室から流入した空気を前記スクロール室へ案内するディフューザベーンと、
を有するコンプレッサ。
Formed along the outer periphery of the impeller housing chamber in which the impeller for accelerating the inflowed air by rotation is accommodated and communicated with the inside of the impeller housing chamber, and the air accelerated by the rotation of the impeller is decelerated and pressurized. A diffuser chamber,
A scroll chamber that is spirally formed on the outside of the diffuser chamber and communicates with the interior of the diffuser chamber, and flows air pressurized in the diffuser chamber to the outside;
A single wing provided with a linear or curved camber line or a wing row composed of a plurality of wings arranged along one direction in which air flows is provided in the diffuser chamber. A line segment connecting the tip position on the impeller housing chamber side of the blade or the single blade disposed on the most upstream side in the flow direction and the rotation center position of the impeller, the rotation center position of the impeller, and the air in the scroll chamber The angle θ formed by the line segment connecting the reference position where the cross-sectional area orthogonal to the flow direction of the maximum is 0 ° ≦ θ ≦ 180 ° from the reference position toward the upstream side, A diffuser vane for guiding the air flowing in from the impeller chamber to the scroll chamber;
Having a compressor.
前記翼列を構成する前記複数の翼において、前記インペラ収容室側の先端位置と前記インペラの回転中心位置とを結ぶ線分の距離は、前記一方向における下流側にある前記翼の方が上流側にある前記翼よりも長い請求項1に記載のコンプレッサ。   In the plurality of blades constituting the blade row, the distance between the line segment connecting the tip position on the impeller-accommodating chamber side and the rotation center position of the impeller is higher in the blade on the downstream side in the one direction. The compressor according to claim 1, wherein the compressor is longer than the blades on the side. 前記ディフューザベーンは、前記ディフューザ室内に対する突出及び退避が可能とされ、前記ディフューザベーンを前記ディフューザ室内に移動する移動手段が設けられている請求項1又は請求項2に記載のコンプレッサ。   3. The compressor according to claim 1, wherein the diffuser vane can be protruded and retracted from the diffuser chamber, and moving means for moving the diffuser vane into the diffuser chamber is provided. 前記ディフューザベーンは、前記インペラの回転軸方向に沿った回転軸を備え、
前記回転軸を回して前記ディフューザベーンの前縁部のキャンバーラインと前記インペラの外周の接線との成す角度を変更する変更手段が設けられている請求項1又は請求項2に記載のコンプレッサ。
The diffuser vane includes a rotation axis along a rotation axis direction of the impeller,
3. The compressor according to claim 1, further comprising a changing unit that rotates an axis of rotation to change an angle formed by a camber line at a front edge portion of the diffuser vane and a tangent line on the outer periphery of the impeller.
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