JP5505345B2

JP5505345B2 - 遠心圧縮機

Info

Publication number: JP5505345B2
Application number: JP2011068510A
Authority: JP
Inventors: 孝佳北田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: JP2012202324A

Description

本発明は遠心圧縮機に関し、特にディフューザ流路に案内羽根を有する遠心圧縮機に関する。

従来、インペラとスクロールとの間に設けられ、インペラで増速された流体を減速加圧するディフューザ翼（ベーン）をディフューザ流路に設けた遠心圧縮機が知られている。ディフューザ流路にベーンを設けることで遠心圧縮機の圧縮効率を高めることができるが、適用可能な流量範囲が狭くなる。そのため、流量域に応じてディフューザ流路にベーンを出没させる構成が提案されている（例えば特許文献１参照）。このような構成により、低流量域ではベーンをディフューザ流路に突出させて圧縮効率を高めることができ、高流量域ではベーンをディフューザ流路から退避させて圧縮効率の低下を抑制することができる。すなわち、広い流量範囲で高い圧縮効率を得ることができる。

また、流量域に応じてディフューザ流路のベーン角度を変更する構成が提案されており（例えば特許文献２参照）、このような構成によっても広い流量範囲で高い圧縮効率を達成することができる。

このような出没式（または角度変更式）ベーンを有する遠心圧縮機では、ベーン端面と反対側のディフューザ流路壁との間に僅かなクリアランスが生じる。このクリアランスを通じて流体がベーンを迂回するために流体エネルギが損失されて遠心圧縮機の効率が低下してしまう。そこで、特許文献１に開示された技術では、出没式ベーンの突出時にベーン端面を反対側のディフューザ流路壁に密着させることで翼端隙間損失の低減を図っている。また、特許文献２に開示された技術では、角度変更式ベーンの反対側のディフューザ流路壁をバネ力によってベーン側に押し付けることで翼端隙間損失の低減を図っている。

更に、ベーンの配置個所に対向する側板を移動自在に構成し、ベーン下流側に設けた連通孔から流入した流体の圧力によって側板をベーン側に移動させて押し付けることで翼端隙間損失を低減する技術が特許文献３に開示されている。

また、出没式ベーンの端面にクラウンプレートを設け、ベーンの突出時にクラウンプレートを反対側のディフューザ流路壁に咬合させることで翼端隙間損失を低減する技術が特許文献４に開示されている。

特開２００１−３２９９９６号公報特開昭６２−０６０９９８号公報特開平０５−０７１４９８号公報特開２００４−１９７６１２号公報

例えば、内燃機関の過給機として使用される遠心圧縮機は、インペラ上流にオイルミストを含んだブローバイガスを導入する構成が広く採用されている。そのため、回転力のエネルギ源として用いる排ガスからの受熱および圧縮による空気温度上昇によって遠心圧縮機が高温となると、導入されたオイルミストがデポジットとなってディフューザ流路に堆積してゆく。このようなデポジットの堆積が進行すると、出没式ベーンを反対側のディフューザ流路壁に密着させる際にクリアランスが生じて翼端隙間損失が増大してしまう。そのため、ディフューザ流路における圧縮効率が低下してしまうおそれがある。

また、ベーン下流側に設けた連通孔から流入した流体の圧力によってベーンの配置個所に対向する側板をベーン側に移動させる場合、ベーンを通過して下流側の連通孔より流入した流体が側板を移動させるためのクリアランスからベーン上流側に漏れ出てしまう。そのため、ディフューザ流路における圧縮効率が低下してしまうおそれがある。

そして、角度変更式ベーンの反対側のディフューザ流路壁をベーン側に押し付ける場合、ベーン角度の変更動作を繰り返すことでベーンとディフューザ流路壁の接触部分が磨耗してクリアランスが生じてしまう。また、ベーンとディフューザ流路壁の接触部分の摩擦力によってベーン角度変更の応答性が低下し、ベーン角度変更の指令から実際に変更されるまでのタイムラグが大きくなる。そのため、圧縮効率の指令値に対してディフューザ流路における実圧縮効率がずれてしまうおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、ディフューザ流路における圧縮効率の低下を抑制することができる遠心圧縮機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の遠心圧縮機は、コンプレッサのハウジング内で回転するインペラから吐出される流体の運動エネルギを圧力に変換するディフューザ流路を有する遠心圧縮機であって、前記ディフューザ流路を形成する第１壁部と、前記第１壁部と対向し、前記第１壁部とともに前記ディフューザ流路を形成する第２壁部と、前記第１壁部に設けられ、前記第２壁部側に向かって前記ディフューザ流路に突出した案内羽根と、前記案内羽根と対向する部分の前記第２壁部に設けられ、前記案内羽根の軸方向に移動することで前記ディフューザ流路に出没する出没部と、導入される流体により前記出没部の移動を制御する移動制御部と、前記移動制御部と連結し、前記インペラから吐出される流体よりも低温の流体を前記移動制御部に導入する導入部と、を備え、前記出没部は、前記導入部によって前記移動制御部に導入された前記低温の流体の圧力を受けることによって、前記案内羽根の軸方向に移動して前記ディフューザ流路に突出し、前記低温の流体は、前記コンプレッサで加圧された後に外部において冷却された流体であることを特徴とする。

上記の構成により、低流量域では第２壁部に設けられた出没部を案内羽根側に移動させることで案内羽根と第２壁部との間の翼端隙間損失を低減することができる。また、案内羽根を作動させる間は出没部を案内羽根と反対側に移動させることで案内羽根の動作の応答性を高めることができる。更に、インペラから吐出される流体よりも低温の流体を出没部の移動制御に用いることで出没部の高温化を抑制し、出没部へのデポジットの堆積を低減することができることから、デポジット堆積に基づく翼端隙間損失を低減することができる。よって、ディフューザ流路における圧縮効率の低下を抑制することができる。また、上記構成において、前記低温の流体は前記コンプレッサで加圧された後に外部において冷却された流体であることから、移動制御部に充分な圧力の流体を導入しつつ、出没部の高温化を適切に抑制することができる。

また、本発明の遠心圧縮機は、前記移動制御部が、前記導入部を通じて導入される流体の導入量を調節する調節部と、前記出没部を前記案内羽根と反対側の方向へ付勢する付勢部と、を備え、前記出没部が、前記調節部によって調節された流体の導入量と前記付勢部の付勢力との差分に基づいて前記案内羽根の軸方向に移動する構成であってもよい。

上記の構成により、出没部の移動制御部に導入する流体の導入量を調節することで、ディフューザ流路への出没部の突出量を任意に制御することができる。例えば、移動制御部に導入される流体の圧力が付勢部材の付勢力を上回る圧力になるよう流体の導入量を調節することで、出没部をディフューザ流路に突出させることができる。また、移動制御部に導入される流体の圧力が付勢部材の付勢力未満の圧力になるよう流体の導入量を調節することで、出没部をディフューザ流路から退避させることができる。

そして、本発明の遠心圧縮機は、前記案内羽根が、前記インペラに対する羽根の角度を変更可能な構成であって、前記移動制御部が、前記案内羽根が前記インペラに対する羽根の角度を変更する間、前記出没部を前記案内羽根と反対側に移動させる構成であってもよい。

上記の構成により、案内羽根の角度を変更する際の動作の応答性を高めることができる。よって、ディフューザ流路における圧縮効率の低下を抑制することができる。

更に、本発明の遠心圧縮機は、前記案内羽根が、前記ディフューザ流路に出没可能な構成であって、前記ディフューザ流路への前記案内羽根の突出量を規制する規制部を備え、前記移動制御部が、前記規制部が前記ディフューザ流路への前記案内羽根の突出量を規制した後に前記出没部を前記案内羽根側に移動させる構成であってもよい。

上記の構成により、案内羽根と出没部とが接する際の衝撃を和らげることができることから、接触時の衝撃による案内羽根の変形や接触面の磨耗を抑制することができる。

本発明によれば、ディフューザ流路における圧縮効率の低下を抑制することができる。

実施例のコンプレッサの概略図である。ディフューザ部の要部断面図である。可変ベーン機構の分解構成図である。可変ベーン機構および壁部プレートの動作例を示している。ディフューザ部の要部断面図である。可変ベーン機構の分解構成図である。可変ベーン機構および壁部プレートの動作例を示している。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。

本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は実施例１のコンプレッサ（遠心式圧縮機）１１の概略図である。コンプレッサハウジング１２はコンプレッサ１１の筐体をなしている。コンプレッサハウジング１２はインペラ収容部１２ａを備えている。インペラ収容部１２ａにはインペラ１３が収容されている。インペラ１３はシャフト１４により回転駆動される。シャフト１４は例えばタービンと連結できる。すなわち、コンプレッサ１１は例えばターボ過給機に用いることができる。

コンプレッサハウジング１２内には、吸入口１２ｂから流体が吸入される。吸入された流体はインペラ１３に向かって流通し、インペラ１３の回転により外側に向けて送り出される。インペラ１３の外側にはスクロール部１５が設けられている。インペラ１３により外側に向けて送り出された流体は、スクロール部１５を介して例えばエンジンの吸気マニホルド等に供給される。インペラ１３とスクロール部１５との間には、ディフューザ流路を有するディフューザ部１６が設けられている。ディフューザ部１６はインペラ１３の周囲に隣接して設けられている。ディフューザ部１６は、インペラ１３が送り出す流体の運動エネルギを圧力に変換する。

ディフューザ部１６の詳細については、図２を用いて説明する。図２は、ディフューザ部１６の要部断面図である。図２では、ベーン５１の幅方向に沿った断面を示している。本実施例のコンプレッサ１１は、ディフューザ流路を形成するシュラウド側壁部１７およびディフューザプレート５２を有している。また、コンプレッサ１１は、ディフューザプレート５２に設けられたベーン５１の羽根部分の角度を変更可能な可変ベーン機構５０をハブ側に有している。そして、コンプレッサ１１は、ベーン５１に対向するシュラウド側の部分に壁部プレート６１を有している。
なお、シュラウド側壁部１７は、本発明の第２壁部の一構成例である。

図２に示すように、コンプレッサ１１は可動式のベーン５１を備えている。ベーン５１はハブ側のディフューザプレート５２に設けられた案内羽根であって、ディフューザ流路に対して環状の列をなすようにして複数設けられている。ベーン５１は、その羽根部分の長手方向がインペラ１３の方向に対してなす角度を変更可能に構成される。ベーン５１は、その羽根部分の端面が対向するシュラウド側の壁部プレート６１と僅かなクリアランスを有する位置までディフューザ部１６に突出している。ベーン５１の端面は平坦な形状であって、同じく平坦な形状である壁部プレート６１の突出部６１ａと隙間なく当接する。
なお、ベーン５１は、本発明の案内羽根の一構成例である。

ベーン５１は、可変ベーン機構５０に組み込まれている。可変ベーン機構５０は、インペラ１３の背後側からコンプレッサハウジング１２に組み付けられている。可変ベーン機構５０はベーン５１を可動にする。可変ベーン機構５０について、図３を用いて説明する。

図３は、可変ベーン機構５０の分解構成図である。可変ベーン機構５０は、図３に図示された側を表面側として、表面側をコンプレッサ１１側に合わせた向きでコンプレッサハウジング１２に組み付けられる。可変ベーン機構５０はベーン５１のほか、ディフューザプレート５２と、第１リング５３と、第２リング５４と、駆動アーム５５と、シールプレート５６と、駆動リンク５７と、駆動ロッド５８とを備えている。

ディフューザプレート５２は、インペラ１３の軸周りに設けられた環状の部材であり、コンプレッサハウジング１２のシュラウド側壁部１７とともにディフューザ流路を形成する流路壁部である。ディフューザプレート５２は貫通孔５２ａを有している。貫通孔５２ａは、ベーン５１のシャフト５１ａと相似形状に貫通した孔であって、ベーン５１を回転可能に保持する。貫通孔５２ａはベーン５１毎に複数設けられており、ベーン５１が羽根部分の角度を変更することを可能にする。
なお、ディフューザプレート５２は、本発明の第１壁部の一構成例である。

ディフューザプレート５２の背後には、第１リング５３が設けられている。第１リング５３は円筒状の部材であり、インペラ１３の軸周りに回転可能に設けられる。第１リング５３は凹状の溝部５３ａを複数備えている。これら溝部５３ａは、第１リング５３の外周面側に設けられている。また、第１リング５３は係合部５３ｂを備えており、係合部５３ｂは駆動アーム５５と係合している。

溝部５３ａは第１リング５３の周方向に沿って複数設けられており、各溝部５３ａはそれぞれ第２リング５４の内周面側に設けられた突起部５４ａと係合する。第２リング５４は円筒状の部材であり、第１リング５３の回転と同期してインペラ１３の軸周りに回転可能に設けられる。第２リング５４はアーム５４ｂを有している。アーム５４ｂはベーン５１毎に設けられており、それぞれ各ベーン５１のシャフト５１ａと接合されている。アーム５４ｂはシャフト５１ａとの接合部分を軸として回転可能にシールプレート５６に取り付けられている。これら第１リング５３、第２リング５４およびシールプレート５６はピボット機構を構成している。

上記のピボット機構は第１リング５３の回転に応じて次のように作動する。例えば第１リング５３が右方向に回転した場合、第１リング５３の回転に同期して第２リング５４が右方向に回転する。第２リング５４が右方向に回転するとアーム５４ｂの端部側（突起部５４ａ側）が右方向に移動するために、アーム５４ｂが他端部側（シャフト５１ａと接合部分）を軸として右方向に回転する。このアーム５４ｂの回転に伴って、アーム５４ｂに接合されたシャフト５１ａ、すなわちベーン５１が右方向に回転する。同様に、第１リング５３が左方向に回転した場合にはベーン５１が左方向に回転する。ピボット機構はこのようにしてベーン５１の羽根部分の角度を変更する。

第１リング５３と係合した駆動アーム５５は、駆動リンク５７を介して駆動ロッド５８に連結している。駆動ロッド５８は図示しないアクチュエータと接続されており、外部からの第１リング５３の駆動を可能にする。したがって、第１リング５３は、駆動ロッド５８を介した駆動入力によって回転駆動する。

上記の可変ベーン機構５０によって、ベーン５１は、コンプレッサ１１が低負荷領域（低流量域）にあるときはインペラ１３から吐出される流体との接触面積が増大するように羽根部分の角度を変更される。これによってコンプレッサ１１の圧縮効率を高めることができる。
また、上記の可変ベーン機構５０によって、ベーン５１は、コンプレッサ１１が高負荷領域（高流量域）にあるときはインペラ１３から吐出される流体との接触面積が減少するように羽根部分の角度を変更される。これによって、ベーン５１と流体との衝突損失を低減することができる。

図２に戻り、壁部プレート６１は、インペラ１３の軸周りに設けられた環状の部材であり、シュラウド側壁部１７およびディフューザプレート５２とともにディフューザ流路を形成する流路壁部である。壁部プレート６１は、ベーン５１に対向する部分のシュラウド側壁部１７に設けられた移動制御室６２に収納されている。

壁部プレート６１はベーン５１の回転軸方向（またはインペラ１３の回転軸方向）に沿って移動可能に設けられている。壁部プレート６１は、ベーン５１側に凸状に突出した突出部６１ａ、および突出部６１ａの周囲に形成された鍔部６１ｂによって構成される。突出部６１ａは、流体の流れ方向に対する大きさが対向するベーン５１の長手方向よりも大きい構成となっており、ベーン５１がいずれの角度をとってもその端面の全部と接触できる。また、突出部６１ａの端面は平坦な形状であって、同じく平坦な形状であるベーン５１の端面と隙間なく当接することができる。

シュラウド側壁部１７は、ベーン５１と対向する部分に窓部６１ｃを有している。窓部６１ｃは、壁部プレート６１の突出部６１ａと相似形状にディフューザ流路側に貫通しており、突出部６１ａがディフューザ流路へ突出することを可能にする。また、シュラウド側壁部１７の背面側には移動制御室６２が設けられている。移動制御室６２はコンプレッサハウジング１２およびシュラウド側壁部１７によって形成される中空の部屋である。移動制御室６２は、壁部プレート６１全体を収容可能な程度の充分な空間を有しており、壁部プレート６１（突出部６１ａ）がディフューザ流路から退避することを可能にする。この構成によって壁部プレート６１がディフューザ流路へ出没することを可能にする。

壁部プレート６１は、ベーン５１側の方向へ移動するときにベーン５１の端面と接触（当接）することでディフューザ流路への突出量が規制される。また、壁部プレート６１は、ベーン５１と反対側の方向へ移動するときに突出部６１ａの端面がシュラウド側壁部１７と同一面上になる（すなわち、対向するベーン５１の端面と所定のクリアランスを有する）ように移動制御室６２に収容される。
なお、壁部プレート６１は、本発明の出没部の一構成例である。また、移動制御室６２は、本発明の移動制御部の一構成例である。

移動制御室６２のベーン５１側には弾性部材６３が設けられている。弾性部材６３はゴムやシリコン等の弾性体で構成されており、壁部プレート６１の鍔部６１ｂとシュラウド側壁部１７の窓部６１ｃとの間をシールし、ディフューザ流路と移動制御室６２との間の流体移動を抑制する。また、弾性部材６３は、その弾性力によって壁部プレート６１をベーン５１と反対側の方向（突出部６１ａがディフューザ流路から退避する方向）へ付勢する。
なお、弾性部材６３は、本発明の付勢部（移動制御部）の一構成例である。

移動制御室６２には導入通路６４が連結している。導入通路６４の他端部はコンプレッサ１１を搭載する内燃機関のインタークーラ出口通路と連結しており、コンプレッサ１１で加圧された後にインタークーラで冷却された流体を移動制御室６２に導入する。導入通路６４には調節弁６５が設けられている。調節弁６５はシャッタ式の開閉弁であって、弁開度を調節することでインタークーラ出口通路から移動制御室６２に導入される流体の単位時間あたりの導入量を調節可能な構成である。この場合、調節弁６５は開閉式に限られずバタフライ式等の流体圧力を調節可能な他の構成を採用してもよい。

すなわち、調節弁６５が開いて導入通路６４が開放されると、導入通路６４を通じて流体が移動制御室６２に導入される。すると、移動制御室６２に導入された流体の圧力が弾性部材６３の付勢力を上回ることで、壁部プレート６１がベーン５１側の方向に移動する（ディフューザ流路に突出する）。
また、調節弁６５が閉じて導入通路６４が閉鎖されると、移動制御室６２への流体の導入が停止する。すると、弾性部材６３の付勢力によって壁部プレート６１がベーン５１の反対側の方向に移動する（ディフューザ流路から退避する）。

そして、調節弁６５の弁開度を調節する、すなわち移動制御室６２に導入される流体の導入量を調節して移動制御室６２内の圧力を調節することで、ディフューザ流路への壁部プレート６１の突出量を任意に調節することができる。
なお、導入通路６４は、本発明の導入部の一構成例である。また、調節弁６５は、本発明の調節部（移動制御部）の一構成例である。

つづいて、実施例の可変ベーン機構５０および壁部プレート６１の作動制御について説明する。可変ベーン機構５０および壁部プレート６１の作動制御は、例えば外部に設けられたＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）によってアクチュエータを制御することで実行する。

図４は、可変ベーン機構５０および壁部プレート６１の動作例を示している。コンプレッサ１１の運転領域が比較的低負荷にある、すなわちコンプレッサ１１内を流れる空気量が所定値未満の場合、アクチュエータによって第１リング５３を回転させて、インペラ１３から吐出される流体との接触面積が増大するようにベーン５１の羽根部分の角度を変更する。これによってコンプレッサ１１の低負荷領域（低流量域）における圧縮効率を向上させる。そして、ベーン５１が角度を変更される間（作動中）に、調節弁６５を閉鎖して移動制御室６２への流体の導入を停止する。これによって壁部プレート６１をベーン５１の反対側の方向に移動させてディフューザ流路から退避させ、ベーン５１と壁部プレート６１とが接触しないようにする（図４（ａ）参照）。ベーン５１の角度の変更が完了すると、調節弁６５を開放して移動制御室６２へインタークーラで冷却された流体を導入する。これによって壁部プレート６１を流体の圧力によってベーン５１側の方向に移動させてディフューザ流路に突出させ、ベーン５１と壁部プレート６１とを隙間なく接触（当接）させる（図４（ｂ）参照）。

このように、ベーン５１を回転方向に作動させる間はベーン５１と壁部プレート６１とを非接触とすることで、ベーン５１の回転動作の応答性を高めることができる。また、ベーン５１の回転動作が停止している間はベーン５１と壁部プレート６１とを当接させることで、ベーン５１と壁部プレート６１との間の翼端隙間損失を低減することができる。更に、インタークーラで冷却された流体（すなわちインペラ１３から吐出される流体よりも低温の流体）を移動制御室６２へ導入することで、壁部プレート６１の高温化を抑制し、壁部プレート６１へのデポジットの堆積を低減することができる。よって、ディフューザ流路における圧縮効率の低下を抑制することができる。

一方、コンプレッサ１１の運転領域が比較的高負荷にある、すなわちコンプレッサ１１内を流れる空気量が所定値以上の場合は、アクチュエータによって第１リング５３を回転させて、インペラ１３から吐出される流体との接触面積が減少するようにベーン５１の羽根部分の角度を変更する。これによってコンプレッサ１１の高負荷領域（高流量域）における流体とベーン５１との衝突損失を低減させる。そして、コンプレッサ１１の運転領域が高負荷領域（高流量域）にある間は、調節弁６５を閉鎖して移動制御室６２への流体の導入を停止する。これによって壁部プレート６１をベーン５１の反対側の方向に移動させてディフューザ流路から退避させ、ベーン５１と壁部プレート６１とが接触しないようにする（図４（ａ）参照）。すなわち、壁部プレート６１の突出部６１ａの端面をシュラウド側壁部１７と同一面上にすることでディフューザ流路における流体抵抗を低下させる。

このように、コンプレッサ１１の運転領域が高負荷領域（高流量域）にある間はベーン５１と壁部プレート６１とを非接触とすることで、ディフューザ流路における流体抵抗を低下させることができる。よって、ディフューザ流路における圧縮効率の低下を抑制することができる。この場合、壁部プレート６１の高温化を抑制するために、ベーン５１の回転動作が停止している間に調節弁６５を開放し、移動制御室６２へインタークーラで冷却された流体を導入してもよい。

以上のように、本実施例のコンプレッサは、ディフューザ流路を形成するディフューザプレートおよびシュラウド側壁部と、ディフューザプレートに設けられ、シュラウド側壁部側に向かってディフューザ流路に突出したベーンと、ベーンと対向する部分のシュラウド側壁部に設けられ、ベーンの軸方向に移動することでディフューザ流路に出没する壁部プレートと、導入される流体を用いて壁部プレートの移動を制御する移動制御室と、移動制御室と連結し、インペラから吐出される流体よりも低温の流体を移動制御室に導入する導入通路と、を備え、低流量域では壁部プレートをベーン側に移動させて当接させることでベーンと壁部プレートとの間の翼端隙間損失を低減することができる。よって、ディフューザ流路における圧縮効率の低下を抑制することができる。

また、本実施例のコンプレッサは、コンプレッサで加圧された後に外部において冷却された流体を移動制御室へ導入することで、壁部プレートの高温化を抑制し、壁部プレートへのデポジットの堆積を低減することができる。よって、デポジットの堆積に基づく翼端隙間損失を低減することができることから、ディフューザ流路における圧縮効率の低下を抑制することができる。

そして、本実施例のコンプレッサは、ベーンがインペラに対する羽根の角度を変更している間は調節弁を閉鎖し、弾性部材の付勢力によって壁部プレートをベーンと反対側に移動させることで、ベーンの動作の応答性を高めることができる。

つづいて、本発明の実施例２について説明する。実施例２のコンプレッサ１１１は、複数のベーン１５１がコンプレッサ１１１の軸方向に沿って移動可能な構成であるスライド式の可変ベーン機構１５０をハブ側に有する点で実施例１と相違する。

ディフューザ部１１６の詳細については、図５を用いて説明する。図５は、ディフューザ部１１６の要部断面図である。なお、実施例１と同様の構成については、図面中同じ番号を付している。図５では、ベーン１５１の幅方向に沿った断面を示している。本実施例のコンプレッサ１１１は、ディフューザ流路を形成するシュラウド側壁部１７およびハブ側壁部プレート１５２を有している。また、コンプレッサ１１１は、ハブ側壁部プレート１５２に設けられたスリット１５２ａを通じてベーン１５１をディフューザ流路に出没可能なスライド式の可変ベーン機構１５０をハブ側に有している。

ベーン１５１はハブ側壁部プレート１５２側に設けられた案内羽根であって、それぞれ壁部プレート６１と対向する位置にディフューザ流路に対して環状の列をなすようにして複数設けられている。ベーン１５１は、その羽根部分の長手方向をインペラ１３のシャフト１４の方向に対して所定の角度をつけて配置される。ベーン１５１は、ハブ側壁部プレート１５２のスリット１５２ａを通じてディフューザ流路に出没可能な構成である。
なお、ベーン１５１は、本発明の案内羽根の一構成例である。

ベーン１５１は、可変ベーン機構１５０に組み込まれている。可変ベーン機構１５０は、インペラ１３の背後側からコンプレッサハウジング１２に組み付けられている。可変ベーン機構１５０はベーン１５１を可動にする。可変ベーン機構１５０について、図６を用いて説明する。

図６は、可変ベーン機構１５０の分解構成図である。可変ベーン機構１５０は、図６に図示された側を表面側として、表面側をコンプレッサ１１１側に合わせた向きでコンプレッサハウジング１２に組み付けられる。可変ベーン機構１５０はベーン１５１のほか、ハブ側壁部プレート１５２と、ディフューザプレート１５３と、カムリング１５４と、駆動ロッド１５５と、スプリング１５６と、収容部１５７とを備えている。

ハブ側壁部プレート１５２は、コンプレッサハウジング１２のシュラウド側壁部１７とともにディフューザ流路を形成する流路壁部である。ハブ側壁部プレート１５２はスリット１５２ａを有している。スリット１５２ａは、ベーン１５１と相似形状に貫通した孔である。スリット１５２ａは、壁部プレート６１と対向する位置にベーン１５１毎に複数設けられており、ベーン１５１がディフューザ流路へ出没することを可能にする。
なお、ハブ側壁部プレート１５２は、本発明の第１壁部の一構成例である。

ハブ側壁部プレート１５２の背後には、ディフューザプレート１５３が設けられている。ディフューザプレート１５３は環状の部材であり、ディフューザプレート１５３にはベーン１５１が設けられている。ベーン１５１は、ディフューザプレート１５３の表面側に環状の列をなすようにして複数設けられている。本実施例では、これら複数のベーン１５１がディフューザプレート１５３に一体形成されている構成である。ディフューザプレート１５３はコンプレッサ１１の軸方向に沿って移動可能に設けられている。ディフューザプレート１５３はコンプレッサ１１の軸方向に沿って移動することで、ベーン１５１をディフューザ流路に出没させる。

また、ディフューザプレート１５３は、ベーン１５１がディフューザ流路に一定量突出するとハブ側壁部プレート１５２の一部と干渉（接触）してベーン１５１の突出を停止させる。すなわち、ディフューザプレート１５３は、ベーン１５１の突出量を規制することで、ベーン１５１が突出する際に対向する壁部プレート６１と干渉することを抑制する。
なお、ディフューザプレート１５３は、本発明の規制部の一構成例である。

ディフューザプレート１５３の背後には、カムリング１５４が設けられている。カムリング１５４は円筒状の部材であり、コンプレッサ１１１（インペラ１３）の軸周りに回転可能に設けられる。カムリング１５４は突き出し部１５４ａと、引き込み部１５４ｂと、接続部１５４ｃとを備えている。これら突き出し部１５４ａ、引き込み部１５４ｂおよび接続部１５４ｃは、カムリング１５４の表面側に設けられている。これら突き出し部１５４ａ、引き込み部１５４ｂおよび接続部１５４ｃは、カムＣＭを構成している。カムＣＭは、ディフューザプレート１５３にカムＣＭ毎に設けられたカム係合部１５３ａと係合する。

上記のカム機構はカムリング１５４の回転に応じて次のように作動する。例えばカムリング１５４が矢印Ｃｃ方向に回転した場合、カム機構はベーン１５１をディフューザ流路に突出させるように作動する。また矢印Ｏｃの方向に回転した場合、カム機構はベーン１５１をスリット１５２ａに埋没させる（退避させる）ように作動する。カム機構はこのようにしてベーン１５１をディフューザ流路に出没させる。

カムリング１５４と連結した駆動ロッド１５５は図示しないアクチュエータと接続されており、外部からのカムリング１５４の駆動を可能にする。したがって、カムリング１５４は、駆動ロッド１５５を介した駆動入力によって回転駆動する。

上記の可変ベーン機構１５０によって、ベーン１５１は、コンプレッサ１１１が低負荷領域（低流量域）にあるときはインペラ１３から吐出される流体と接触するようにディフューザ流路に突出される。これによってコンプレッサ１１１の圧縮効率を高めることができる。
また、上記の可変ベーン機構１５０によって、ベーン１５１は、コンプレッサ１１１が高負荷領域（高流量域）にあるときはインペラ１３から吐出される流体と接触しないようにディフューザ流路から退避される。これによって、ベーン１５１と流体との衝突損失を低減することができる。

スプリング１５６は金属製の弾性部材であって、ハブ側壁部プレート１５２とディフューザプレート１５３との間に設けられている。スプリング１５６はディフューザプレート１５３をカムリング１５４側に付勢する。そしてこれにより、ディフューザプレート１５３の不要な動きを規制する。スプリング１５６は次のようにして設けることができる。すなわち、ディフューザプレート１５３の表面側にスプリング１５６を収納可能な収納部１５６ｂを周方向に沿って均等に複数（例えば３つ）設ける。そして、各収納部１５６ｂにスプリング１５６を設ける。収納部１５６ｂは有底円筒状の形状に形成することができる。この場合、スプリング１５６は金属製の弾性部材に限られずに、ディフューザプレート１５３をカムリング１５４側に付勢可能な他の構成であってもよい。

収容部１５７はコンプレッサハウジング１２およびハブ側壁部プレート１５２によって形成される中空の部屋である。収容部１５７は、ベーン１５１全体を収容可能な程度の充分な空間を有しており、カム機構の作動に応じてスリット１５２ａに埋没される（退避される）ベーン１５１を収容する。

上記の可変ベーン機構１５０によって、ベーン１５１はその端面が対向する壁部プレート６１の端面と接触しない位置まで突出される。すなわち、ベーン１５１は対向する壁部プレート６１の端面と所定のクリアランスを有する位置まで突出される。

つづいて、実施例の可変ベーン機構１５０および壁部プレート６１の作動制御について説明する。可変ベーン機構１５０および壁部プレート６１の作動制御は、実施例１と同様に例えば外部に設けられたＥＣＵによってアクチュエータを制御することで実行する。

図７は、可変ベーン機構１５０および壁部プレート６１の動作例を示している。コンプレッサ１１１の運転領域が比較的低負荷にある、すなわちコンプレッサ１１１内を流れる空気量が所定値未満の場合、アクチュエータによってカムリング１５４を回転させて、インペラ１３から吐出される流体と接触するようにベーン１５１をディフューザ流路に突出させる。これによってコンプレッサ１１１の低負荷領域（低流量域）における圧縮効率を向上させる。そして、ベーン１５１がディフューザ流路に突出する間（作動中）に、調節弁６５を閉鎖して移動制御室６２への流体の導入を停止する。これによって壁部プレート６１をベーン１５１の反対側の方向に移動させてディフューザ流路から退避させ、ベーン１５１と壁部プレート６１とが接触しないようにする（図７（ａ）参照）。ベーン１５１のディフューザ流路への突出が完了すると、調節弁６５を開放して移動制御室６２へインタークーラで冷却された流体を導入する。これによって壁部プレート６１を流体の圧力によってベーン１５１側の方向に移動させてディフューザ流路に突出させ、ベーン１５１と壁部プレート６１とを隙間なく接触（当接）させる（図７（ｂ）参照）。

このように、ベーン１５１をディフューザ流路に突出させる動作の間はベーン１５１と壁部プレート６１とを非接触とし、ベーン１５１の突出動作が完了した後にベーン１５１と壁部プレート６１とを当接させることで、ベーン１５１と壁部プレート６１とが接する際の衝撃を和らげることができる。よって、接触時の衝撃によるベーン１５１の変形や接触面の磨耗を抑制することができる。また、ベーン５１がディフューザ流路へ突出した状態で動作が停止している間はベーン１５１と壁部プレート６１との間の翼端隙間損失を低減することができる。更に、インタークーラで冷却された流体（すなわちインペラ１３から吐出される流体よりも低温の流体）を移動制御室６２へ導入することで、壁部プレート６１の高温化を抑制し、壁部プレート６１へのデポジットの堆積を低減することができる。よって、ディフューザ流路における圧縮効率の低下を抑制することができる。

一方、コンプレッサ１１１の運転領域が比較的高負荷にある、すなわちコンプレッサ１１１内を流れる空気量が所定値以上の場合は、アクチュエータによってカムリング１５４を回転させて、インペラ１３から吐出される流体と接触しないようにベーン１５１をディフューザ流路から退避させる。これによってコンプレッサ１１１の高負荷領域（高流量域）における流体とベーン５１との衝突損失を低減させる。そして、コンプレッサ１１１の運転領域が高負荷領域（高流量域）にある間は、調節弁６５を閉鎖して移動制御室６２への流体の導入を停止する。これによって壁部プレート６１をベーン１５１の反対側の方向に移動させてディフューザ流路から退避させる（図７（ａ）参照）。すなわち、壁部プレート６１の突出部６１ａの端面をシュラウド側壁部１７と同一面上にすることでディフューザ流路における流体抵抗を低下させる。

このように、コンプレッサ１１の運転領域が高負荷領域（高流量域）にある間は壁部プレート６１をディフューザ流路から退避させることで、ディフューザ流路における流体抵抗を低下させることができる。よって、ディフューザ流路における圧縮効率の低下を抑制することができる。この場合、壁部プレート６１の高温化を抑制するために、ベーン１５１のディフューザ流路への突出動作が停止している間に調節弁６５を開放し、移動制御室６２へインタークーラで冷却された流体を導入してもよい。

以上のように、本実施例のコンプレッサは、ベーン５１がディフューザ流路へ突出した状態で動作が停止している間は調節弁を開放し、冷却された流体の圧力によって壁部プレートをベーン側に移動させることで、ベーン１５１と壁部プレート６１との間の翼端隙間損失を低減することができる。よって、ディフューザ流路における圧縮効率の低下を抑制することができる。

また、ベーンがディフューザ流路に突出する動作の間は調節弁を閉鎖し、弾性部材の付勢力によって壁部プレートをベーンと反対側に移動させることで、ベーン１５１と壁部プレート６１とが接する際の衝撃を和らげることができる。よって、接触時の衝撃によるベーン１５１の変形や接触面の磨耗を抑制することができる。

上記実施例は本発明を実施するための一例にすぎない。よって本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば、壁部プレート６１の移動制御は、インタークーラ出口通路から流体を導入する構成に限られず、ガスボンベ等によって外部から低温の流体を導入する構成であってもよい。

１１，１１１コンプレッサ（遠心圧縮機）
１６ディフューザ部
１７シュラウド側壁部（第２壁部）
５０，１５０可変ベーン機構
５１，１５１ベーン（案内羽根）
５２ディフューザプレート（第１壁部）
６１壁部プレート（出没部）
６１ｃ窓部
６２移動制御室（移動制御部）
６３弾性部材（付勢部）
６４導入通路（導入部）
６５調節弁（調節部）
１５２ハブ側壁部プレート（第１壁部）

Claims

コンプレッサのハウジング内で回転するインペラから吐出される流体の運動エネルギを圧力に変換するディフューザ流路を有する遠心圧縮機であって、
前記ディフューザ流路を形成する第１壁部と、
前記第１壁部と対向し、前記第１壁部とともに前記ディフューザ流路を形成する第２壁部と、
前記第１壁部に設けられ、前記第２壁部側に向かって前記ディフューザ流路に突出した案内羽根と、
前記案内羽根と対向する部分の前記第２壁部に設けられ、前記案内羽根の軸方向に移動することで前記ディフューザ流路に出没する出没部と、
導入される流体により前記出没部の移動を制御する移動制御部と、
前記移動制御部と連結し、前記インペラから吐出される流体よりも低温の流体を前記移動制御部に導入する導入部と、
を備え、
前記出没部は、前記導入部によって前記移動制御部に導入された前記低温の流体の圧力を受けることによって、前記案内羽根の軸方向に移動して前記ディフューザ流路に突出し、
前記低温の流体は、前記コンプレッサで加圧された後に外部において冷却された流体であることを特徴とする遠心圧縮機。
前記移動制御部は、前記導入部を通じて導入される流体の導入量を調節する調節部と、前記出没部を前記案内羽根と反対側の方向へ付勢する付勢部と、を備え、
前記出没部は、前記調節部によって調節された流体の導入量と前記付勢部の付勢力との差分に基づいて前記案内羽根の軸方向に移動することを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
前記案内羽根は、前記インペラに対する羽根の角度を変更可能な構成であって、
前記移動制御部は、前記案内羽根が前記インペラに対する羽根の角度を変更する間、前記出没部を前記案内羽根と反対側に移動させることを特徴とする請求項１または２記載の遠心圧縮機。
前記案内羽根は、前記ディフューザ流路に出没可能な構成であって、
前記ディフューザ流路への前記案内羽根の突出量を規制する規制部を備え、
前記移動制御部は、前記規制部が前記ディフューザ流路への前記案内羽根の突出量を規制した後に前記出没部を前記案内羽根側に移動させることを特徴とする請求項１または２に記載の遠心圧縮機。