JP5599528B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents
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Description
遠心圧縮機200のインペラーホイール201は、ハウジング202内に回転可能な複数の羽根204を含み、ハウジング202は、羽根204の半径方向外側縁204aに近接配置された内側壁を有する。
下流開口部213は、羽根204が近傍通過するハウジング表面205と環状流路211とを連通する。
これは、圧縮機の性能を安定化させ、圧縮機サージマージンとチョーク流とを共に向上させる(図10のRCC(再循環コンプレッサ)を参照)。
即ち、従来の旋回流を発生させる案内翼には、中央部に吸入空気を案内翼に導くコーン状の部材が設けられ、空気抵抗が増大し、チョーク流量が減少するという問題があった。
特に、吸気口案内翼214の翼角度が一定のため、吸気流に対して常に一定の空気抵抗が発生しているため、チョーク流量が減少するという問題があった。
前記ハウジングの内部に、前記回転軸を中心に回転可能に配置され、前記吸気口から流入する吸気ガスを圧縮するインペラーホイールと、
前記吸気口とインペラーホイールとの間の前記ハウジングの内周壁に沿って周方向に複数配置されるとともに、前記吸気口から流入する吸気ガスに回転軸周りに旋回流を付与する案内翼と、
前記複数の案内翼の内周側に形成されて前記吸気口から流入する吸気ガスを、前記案内翼を通過することなく前記インペラーホイールに流通させる中央吸気流通路と、
前記複数の案内翼の前記回転軸方向に対する傾斜角度を連動して変化させる案内翼可動機構と、をそなえ、
前記案内翼は案内翼主軸を有し、前記案内翼は前記案内翼主軸を中心に回動されるとともに、該案内翼主軸は吸気通路の中心に向かって延びて配置され、該案内翼主軸の外端部は吸気通路の周壁を貫通して前記ハウシングの外側に位置し、前記案内翼可動機構に連結され、前記案内翼可動機構は、前記ハウジングの外側を囲うように設けられて前記ハウジンの外周に沿って回動可能な環形状のドライブリングと、該ドライブリングと前記案内翼主軸の外端部とを連結するレバー部材と、前記ドライブリングを回動するアクチュエータとを備え、前記レバー部材は一端部が前記案内翼主軸の外端部に固定され、他端部が前記ドライブリング側に遊嵌されることを特徴とする。
このように、リターンスプリングで案内翼の傾斜角度をゼロの状態に戻すように付勢力が作用しているため、案内翼が回動途中で固着して回動困難となることを回避できる。
また、案内翼の高さをインペラーホイールの羽根の前縁の高さと略同一の高さにするため、案内翼で生成された旋回流を効率よく、インペラーホイールの羽根に導くことができる。
このように、再循環流路の上流側の開口端部が、案内翼よりも上流に位置するため、循環した吸気ガスが案内翼を通過することにより、より多くの旋回が付与されるので、さらにサージマージンが改善される。
このように、コンプレッサハウジングを、再循環流路を分断する位置で、上流側ハウジングと、下流側ハウジングとに2分割するため、このハウジングの分割面から再循環流路の循環孔を加工することができるので、再循環流路の形成が容易となる。
例えば、小流量運転時においては、翼傾斜角度を大きくして、旋回流によってコンプレッサのサージングの発生流量をより小流量にし、また、大流量運時には、翼傾斜角度を小さくしてチョーク流量の低減を抑えることができる。
さらに、前記吸気通路の大径の部分は、少なくとも前記複数の案内翼が流路を遮ることで減少する流路面積に相当する流路面積を拡大するように設定されているとよい。
図1は、内燃機関の排気ターボ過給機1の回転軸方向の要部断面図を示す。該排気ターボ過給機1は、内燃機関の排ガスによって駆動されるタービンロータ3を収納するタービンハウジング5と、該タービンロータ3の回転力をインペラーホイール7に伝達する回転軸9を、軸受11を介して回転自在に支持する軸受ハウジング13と、吸気ガスとして空気を吸引して圧縮するインペラーホイール7を収納するコンプレッサハウジング15とが結合されて構成される。
次に、コンプレッサハウジング15に形成される再循環流路41について説明する。
再循環流路41は、前記羽根31の外周縁31cに対向するコンプレッサハウジング15の内周壁に開口する環状の下流側開口端部43と、羽根31の前縁31aより上流側のコンプレサハウジング15の内周壁に開口する上流側開口端部45とを連通するように設けられている。
そして、複数の羽根31間に流入した直後の空気または、加圧途中の空気の一部を、再循環流路41を通って、羽根31の上流側の吸気通路21内に再循環させるようになっている。
また、コンプレッサハウジング15は、再循環流路41を途中で分断する位置で、上流側ハウジング15aと下流側ハウジング15bに2分割され、さらに、下流側ハウジング15bのさらに下流側に渦巻状の空気通路27を有するシュラウド側ハウジング15cの3分割によって構成される。
図5に、下流側ハウジング15bにおけるB−B線の要部断面図を示す。図5より、吸気通路21の外側に、同一円周上に本実施形態では、複数個、例えば13個の略長円状の循環孔51が、長円形状の長手方向を周方向に位置させて等間隔で配置されている。
コンプレッサ19を通る空気量が適正な流量状態では、再循環流路41を通る空気は、吸気口23からの空気が上流側開口端部45から下流側開口端部43に向かって流れて、下流側開口端部43から、羽根31の外周縁31cに流れ込む。
一方、コンプレッサ19を通る空気量が減少してサージングを生じるような低流量になると、再循環流路41を通る空気は、逆になり、下流側開口端部43から上流側開口端部45に向かって流れて、吸気通路21に再導入されて、インペラーホイール7に再導入される。これによって、見かけ上、羽根31の前縁31aに流入する流量が多くなり、サージングが発生するサージ流量を小流量化できる。
次に、旋回流生成手段61について説明する。
図1〜3に示すように、旋回流生成手段61は、下流側ハウジング15bの吸気通路21内部に設けられ、吸気口23とインペラーホイール7との間に配置され、吸気口23から流入する空気に、回転軸線M周りの旋回流を付与するものであり、具体的には、下流側ハウジング15bの吸気通路21の内周壁に、周方向に沿って配置される複数枚の案内翼63によって構成される。
次に、案内翼可動機構73について説明する。
案内翼可動機構73は、下流側ハウジング15bの外側を囲うように設けられて、下流側ハウジング15bの外周に沿って回動可能な環形状のドライブリング75と、該ドライブリング75と案内翼主軸65の外端部とを連結するレバー部材77と、ドライブリング75を回動するアクチュエータ79とを主に備えている。
ドライブリング75には、ころ軸受81を介して凹溝に嵌合する回動部83と、該回動部83と一体に形成されて回転軸線M方向に延びるアーム部85とが設けられている。アーム部85には凹形状の切欠き87が、切り欠きの開口を図1中右方向に有し、且つ周方向に並んで形成されている。
従って、内燃機関の運転状態に応じて、すなわち、コンプレッサ19を通過する流量に応じて案内翼63の翼傾斜角度θを変更することで、例えば、低回転若しくは低負荷時のような小流量運転時においては、翼傾斜角度θを大きくして、作動点でサージングが起らないようにより小流量側に制御し、また、高回転若しくは高負荷運転時のような大流量側に作動点がある場合は、翼傾斜角度θを小さくして、サージングの発生よりもチョーク流量のマージンを考え、大流量側の制御を行なうことができる。
さらに、案内翼63の内周側に形成される中央吸気流通路71によって、吸入空気に対する流通抵抗を小さくできるので、チョーク流量(最大流量)の減少を抑制することができる。このように、コンプレッサ19の作動レンジを拡大できる。
すなわち、再循環通路だけを設けたコンプレッサや、特許文献1で説明したような、案内翼を設けても吸気通路の中央部にコーン部材を設けたものに比べて、作動レンジを拡大できる。
次に、図6を参照して第2実施形態について説明する。
第2実施形態は、第1実施形態の再循環流路41が設けられていないものであり、その他の構成は、第1実施形態と同じである。
また、それぞれの部材の嵌合面は、インロー構造になっていて回転軸線M方向および径方向の位置決めがされて位置決めされる。
その結果、上流側ハウジング100aおよび下流側ハウジング100bの加工が容易になるとともに組み付け作業も容易になる。
次に、図7を参照して第3実施形態について説明する。
第3実施形態は、前記第1実施形態の吸気流路21の内周壁の形状が円筒形状ではなく回転軸線M方向に内径が変化する形状を有している。その他の構成は、第1実施形態と同じである。
この小径Kから大径Jへの拡大変化は、少なくとも複数の案内翼63が流路を遮ることで減少する流路面積に相当する面積を拡大するように設定されている。
すなわち、大径Jの部分によって、吸気通路121内の流路面積が案内翼63の設置によって、減少しないようになっている。案内翼63だけではなく、案内翼63を支持する支持ブッシュ68の下端部による流路面積の減少を考慮してさらに拡大するようにしてもよい。
7 インペラーホイール
9 回転軸
15、100 コンプレッサハウジング(ハウジング)
15a、100a、115a 上流側ハウジング
15b、100b、115b 下流側ハウジング
15c シュラウド側ハウジング
19 遠心圧縮機
21、121 吸気通路
23 吸気口
25 ディフューザ
27 渦巻状の空気通路
29 ハブ
31 羽根
31a 羽根の前縁
31b 羽根の後縁
31c 羽根の外周縁(外周部)
41 再循環流路
43 下流側開口端部
45 上流側開口端部
51 循環孔
61 旋回流生成手段
63 案内翼
65 案内翼主軸
69 リターンスプリング
71 中央吸気流通路
73 案内翼可動機構
75 ドライブリング
77 レバー部材
79 アクチュエータ
69 リターンスプリング
91 ローラ
M 回転軸線
θ 案内翼の傾斜角度
Claims (8)
- 遠心圧縮機の回転軸方向に開口する吸気口と該吸気口につながる吸気通路とを有するハウジングと、
前記ハウジングの内部に、前記回転軸を中心に回転可能に配置され、前記吸気口から流入する吸気ガスを圧縮するインペラーホイールと、
前記吸気口とインペラーホイールとの間の前記ハウジングの内周壁に沿って周方向に複数配置されるとともに、前記吸気口から流入する吸気ガスに回転軸周りに旋回流を付与する案内翼と、
前記複数の案内翼の内周側に形成されて前記吸気口から流入する吸気ガスを、前記案内翼を通過することなく前記インペラーホイールに流通させる中央吸気流通路と、
前記複数の案内翼の前記回転軸方向に対する傾斜角度を連動して変化させる案内翼可動機構と、をそなえ、
前記案内翼は案内翼主軸を有し、前記案内翼は前記案内翼主軸を中心に回動されるとともに、該案内翼主軸は吸気通路の中心に向かって延びて配置され、該案内翼主軸の外端部は吸気通路の周壁を貫通して前記ハウシングの外側に位置し、前記案内翼可動機構に連結され、
前記案内翼可動機構は、前記ハウジングの外側を囲うように設けられて前記ハウジングの外周に沿って回動可能な環形状のドライブリングと、該ドライブリングと前記案内翼主軸の外端部とを連結するレバー部材と、前記ドライブリングを回動するアクチュエータとを備え、前記レバー部材は一端部が前記案内翼主軸の外端部に固定され、他端部が前記ドライブリング側に遊嵌されることを特徴とする遠心圧縮機。 - 前記案内翼主軸と前記ハウジングとの間にはリターンスプリングが設けられ、前記案内翼の前記回転軸方向に対する傾斜角度を常にゼロに戻す付勢力が作用していることを特徴とする請求項1記載の遠心圧縮機。
- 前記案内翼は板状部材によって形成され、吸気通路の中心側が先細の台形形状をなし、吸気通路の流通方向に板状部材の面が沿うように配置され、該案内翼の高さは前記インペラーホイールの羽根の前縁の高さと略同一の高さに形成されていることを特徴とする請求項1記載の遠心圧縮機。
- 前記ハウジングには、
前記インペラーホイールの羽根の外周部と該インペラーホイールより上流側の前記吸気通路とを連通させる再循環流路が、前記吸気通路の外側に設けられていることを特徴とする請求項1記載の遠心圧縮機。 - 前記再循環流路の上流側の開口端部が、前記案内翼よりも上流に位置することを特徴とする請求項4記載の遠心圧縮機。
- 前記ハウジングは、前記再循環流路を分断する位置で、上流側と下流側に2分割されることを特徴とする請求項4または5記載の遠心圧縮機。
- 前記吸気通路の内径は、前記インペラーホイールの羽根の前縁部分の径とそれより大きい流入側の大径とを有して形成されることを特徴とする請求項1記載の遠心圧縮機。
- 前記吸気通路の大径の部分は、少なくとも前記複数の案内翼が流路を遮ることで減少する流路面積に相当する流路面積を拡大するように設定されていることを特徴とする請求項7記載の遠心圧縮機。
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