JP5649758B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸によって回転するインペラーホイールを具えた遠心圧縮機に係り、特に排気ターボ過給機に組み込まれる遠心圧縮機に関する。

自動車等に用いられるエンジンにおいて、エンジンの出力を向上させるために、エンジンの排気ガスのエネルギでタービンを回転させ、回転軸を介してタービンと直結させた遠心圧縮機で吸入空気を圧縮してエンジンに供給する排気ターボ過給機が広く知られている。

かかる排気ターボ過給機のコンプレッサは、図１１の圧力比を縦軸、流量を横軸とした性能特性比較表のノーマルコンプレッサに示されるように、系全体の脈動であるサージングが発生するサージ流量（図上左側の線）から、チョーキングが発生し、それ以上は流量が増加しなくなるチョーク流量（図上右側の線）までの流量範囲で安定的に運転される。

しかしながら、インペラーホイールに直接吸気が吸入されて構成されるノーマルコンプレッサタイプの遠心圧縮機においては、チョーク流量とサージ流量との間の安定的に運転できる流量範囲が少ないため、急加速時の過渡的な変化において、サージングを起こさないように、サージ流量から離れた効率の低い作動点で運転しなければならないという課題がある。

かかる課題を解決する為に、前記遠心圧縮機のインペラーホイール上流側に吸入空気に旋回流を発生させる案内翼をインペラーホイールの上流に設けて、排気ターボ過給機の運転範囲を拡大する技術や、過給機のハウジングに、インペラーホイールに吸引される吸気ガスの一部を再循環させる再循環流路を設ける技術が特許文献１に開示されている。

かかる技術を図１０に基づいて簡単に説明する。
遠心圧縮機１００のインペラーホイール１０１は、ハウジング１０２内に回転可能な複数の羽根１０４を含み、ハウジング１０２は、羽根１０４の半径方向外側縁１０４ａに近接配置された内側壁を有する。

遠心圧縮機１００の吸気口は、ガス吸込口１０８を形成する外側環状壁１０７と、外側環状壁１０７内に延在してインデューサ部１１０を形成する内側環状壁１０９とを備える。環状壁１０９、１０７の間には、環状ガス流路１１１が形成されている。
下流開口部１１３は、羽根１０４が近傍通過するハウジング表面１０５と環状流路１１１とを連通する。

上流開口部は、環状流路１１１とインデューサ部１１０すなわち吸気口吸込部との間を繋ぐ。上流開口部の下流のインデューサ部１１０の内側に吸気口案内翼１１４を設けて、インデューサ部１１０を通るガス流に先行渦巻を誘起する。そして、かかる構成により圧縮機を通る空気の流量が小さい場合、前記環状流路１１１を通る空気流の方向が逆転して、空気は、インペラーホイールから下流開口部１１３を通り、上流方向の環状流路１１１を通って、ガス吸込口１０８に再導入されて、圧縮機を再循環する。
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１１のＲＣＣ（再循環コンプレッサ）を参照）。

更に、特許文献１は、内側環状壁１０９と外側環状壁１０７とは、上流方向に延在し、吸気口案内翼装置を収容している。この吸気口案内翼装置は、中央ノーズコーン１１５と内側環状壁１０９との間に延在する複数の案内翼１１４を備えている。

前記案内翼１１４は、インペラーホイール１０１の回転方向に対して、前方に掃引されていて、インペラーホイール１０１に至る空気流に先行渦巻を誘発し、該先行渦巻流は、圧縮機のサージマージン（サージ限界）を向上させる。すなわち、先行渦巻流は、圧縮機がサージを起こす流れを減少させる。（図１１のＲＣＣ＋案内翼参照）

特開２００４−３３２７３３号公報（要約及び図１参照）

しかし、前記図１０に示す従来技術においては、インペラーホイール前面の内側環状壁内の中央空間に中央ノーズコーン１１５が位置していることは、その中央ノーズコーン１１５部で吸気流に対し、吸気抵抗が増えて図１１では可視されていないがチョーク流が減少することは明らかであり、且つ中央ノーズコーン１１５の製作及び案内翼の中心軸上に中央ノーズコーンを取り付けるのも困難である。
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。

また、前記特許文献１においては、外側環状壁１０７と内側環状壁１０９との間に、先端が開放されたスリット環状隙間の環状ガス流路1１１を設ける構成のため、言い換えれば外側環状壁１０７先端と内側環状壁１０９先端とが開放構造であり、必然的にノイズが発生しやすく、このためノイズ発生防止のカバーを必要とする。

即ち、従来の再循環流路には、インペラーホイールの回転により発生する騒音が再循環流路において共鳴もしくは共振し、騒音が大きくなるという問題があった。
また、再循環流路を長くするために、内側環状壁を上流側に延長すると入口吸込空気との干渉により案内翼に入る空気の循環流を妨害するという問題がある。

本発明はかかる技術的課題に鑑み、中央ノーズコーンを設けることなく、直接インペラーホイール前面のハウジング内周側に案内翼を位置することが出来、これにより従来技術のようにチョーク流が減少することなくサージマージンを改善できる発明を提供することにある。

即ち本発明は、旋回流を発生させる案内翼の空気抵抗を減らしてチョーク流量の減少を抑制し且つサージマージンを改善して圧縮機の作動範囲を拡大し、さらに、再循環流路におけるインペラーホイールの回転により発生する騒音の共鳴若しくは共振を抑制することを目的とする。

具体的に説明すると、本発明の目的は外側環状壁１０７と内側環状壁１０９との先端を開放することなく、該両先端が閉じた状態で再循環流路を形成し、結果として外側環状壁１０７先端と内側環状壁１０９の先端とが開放構造に起因するノイズを抑制し、好適にはノイズ発生防止カバーを不要とした発明を提供することにある。

また、本発明の他の目的は再循環流路の長さを可変的に長くすることが出来る発明を提供する事にある。
また、再循環流路を可変的に長くした場合においても先端が開放されたスリット環状隙間の環状ガス流路１１１を設ける構成でないために、内側環状壁１０９そのものが実質的にないために、入口吸込空気との干渉により案内翼に入る空気の循環流を妨害することのない発明を提供することにある。

本発明はかかる課題を解決するために、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、
前記ハウジング内部の吸気口とインペラーホイールとの間に配置され、前記吸気口から流入する吸気ガスに旋回流を付与する旋回流生成手段と、
を備えた遠心圧縮機であって、
前記旋回流生成手段は、
前記ハウジングの内周壁に沿って周状に配置される複数の案内翼を有し、該複数の案内翼によって前記吸気口から流入する吸気ガスに回転軸周りの旋回流を付与する旋回流生成部と、
前記旋回流生成部に囲まれる空間であって、前記吸気口から流入する吸気ガスが流通するように前記回転軸方向に開口する中央吸気流通部と、を備え、
前記ハウジングには、前記インペラーホイール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、
前記再循環流路の上流側の開口端部が、前記旋回流生成手段よりも上流に位置するとともに、該開口端部が回転軸方向の断面形状において吸入空気流の下流側を指向するように傾斜若しくは湾曲して形成され、該開口端部から流出する還流空気の流れが、旋回流生成部の案内翼に指向するように構成され、
さらに、前記ハウジングは、前記再循環流路を分断する位置で、上流側ハウジングと下流側ハウジングに２分割されるとともに、前記旋回流生成手段は、前記上流側ハウジングの内周壁に嵌合する外筒部材と、前記外筒部材の内周壁に沿って周方向に配置された前記案内翼とを備え、前記旋回流生成手段は、前記上流側ハウジングとは別体に形成されて前記上流側ハウジングの内周壁に嵌合されて組み付けられることを特徴とする遠心圧縮機を提案する。

本発明によれば吸気口から流入する吸気ガスに旋回流を付与することでサージ流量（最小流量）が減少し、サージマージンが改善されるとともに、中央吸気流通部は空間であるのでの吸気ガス流通抵抗が小さく、結果としてチョーク流量（最大流量）の減少を抑制することができる。

従って、本発明によれば、中央ノーズコーンを設けることなく、インペラーホイール前面中央部を空気抵抗のない通気空間とし、該通気空間を介して直接インペラーホイール前面のハウジング内周側に案内翼を位置することが出来、これにより従来技術のようにチョーク流が減少することなくサージマージンを改善でき、遠心圧縮機の運転レンジが拡大される。

そして、好ましくは、前記中央吸気流通部は、前記回転軸と同心に配置し中央部が空間よりなるリング円部材により形成され、該リング円部材の外周側に案内翼が周方向に配設されているのがよい。

かかる発明によれば、案内翼の中央側は、中央ノーズコーンを設けることなく、インペラーホイール前面中央部を空気抵抗のない中央吸気流通部とし、該中央吸気流通部を介して直接インペラーホイールに吸気を導ける。それと共に、リング円部材によってリング円部材の外周側の案内翼を通過する吸気ガスの流れと、中央側の中央吸気流通部を流れる吸気ガスの流れとが区画されるため、案内翼を通過する吸気ガス流量が増加し、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。
さらに、また案内翼はリング円部材とハウジング内周間に両側支持されているため、中央ノーズコーンを設けなくても周方向に配設した案内翼が剛性的に保持される。

また、本発明は、前記ハウジングは、前記インペラーホイール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する。
かかる発明によれば、再循環流路が設けられることによって、前述の旋回流生成手段によるサージマージンの改善に加えて、再循環流路によるサージマージンの改善がさらに得られる。

また、本発明は、前記再循環流路の上流側の開口端部が、前記旋回流生成手段よりも上流に位置することを特徴とする。
かかる発明によれば、再循環流路の上流側の開口端部が、前記旋回流生成手段よりも上流に位置することによって、再循環流路によるサージマージンの改善と、旋回流生成手段によるサージマージンの改善とを効果的に加え合わせることができる。すなわち、再循環流路によって再循環された吸気を全て旋回流生成手段の案内翼を通過させることによって旋回流とすることができるためである。

また、本発明は、前記ハウジングは、前記再循環流路を分断する位置で、上流側ハウジングと下流側ハウジングに２分割されることを特徴とする。
かかる発明によれば、ハウジングの再循環流路が、その途中位置で軸方向に２つに分割して構成されているために、再循環流路を任意の長さに可変することができ、この結果旋回流生成手段によるサージマージンの改善に加え、インペラーホイールに吸引される吸気ガスの一部を再循環流路の長さを可変させて循環させることにより、サージ流量が調整でき、サージマージンが更に改善される。

また、再循環流路の長さを可変させることで、再循環流路による共振帯域をインペラーホイールから発生される騒音周波数を回避する帯域に設定できるようになる。
また、ハウジングの分割面から再循環流路の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。

また、本発明において好ましくは、前記上流側ハウジング内に形成される前記再循環通路の吸気口に向かう先端部分は、吸気口に向かってスリット環状隙間として開口することなく、上流側ハウジングの途中位置から前記吸気通路の内周壁に連通し、前記上流側ハウジングの先端部は１つの入口円環部として形成されていることを特徴とする。

かかる発明によれば、上流側ハウジング内に形成される前記再循環通路の吸気口に向かう先端部分は、吸気口に向かってスリット環状隙間として開口することなく、上流側ハウジングの途中位置から前記吸気通路側に連通して、前記上流側ハウジングの先端部は１つの入口円環部として形成されるため、前記従来技術（図１０）のように、再循環通路を形成する環状ガス流路１１１が外側環状壁１０７先端と内側環状壁１０９先端とで形成され、その先端が開放構造となることがなく、閉鎖構造となり、共鳴等に起因するノイズの発生が防止され、ノイズ発生防止のカバー等も必要とされない。

また、本発明において好ましくは、前記ハウジングには、前記インペラーホイール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とともに、前記再循環通路の吸気口に向かう先端部分は、吸気口に向かってスリット環状隙間として開口することなく前記吸気通路の内周壁に連通し、前記ハウジングの吸気口側の先端部は１つの入口円環部として形成されていることを特徴とする。

かかる発明によれば、前述のように上流側ハウジングと下流側ハウジンとに分割したハウジング構造でない場合においても、再循環通路の吸気口に向かう先端部分は、吸気口に向かってスリット環状隙間として開口することなく前記吸気通路の内周壁に連通し、前記ハウジングの吸気口側の先端部は１つの入口円環部として形成されることによって、再循環流路で生じる共鳴等に起因するノイズの発生が防止される。

また、本発明において好ましくは、前記２分割された上流側ハウジング及び下流側ハウジングには、前記回転軸を中心とした円周上に前記再循環流路を構成する複数個の循環孔が形成されていることを特徴とする。
かかる発明によれば、再循環流路を複数個の循環孔にすることにより、その孔の数と、長さを設定して再循環流路で発生する騒音を低減させることができる。

また、本発明において好ましくは、前記２分割された上流側ハウジングには、前記再循環流路を構成する前記回転軸を中心とした円筒状のスリット空隙孔が形成され、前記下流側ハウジングには、前記回転軸を中心とした円周上に前記再循環流路を構成する複数個の循環孔が形成されていることを特徴とする。

かかる発明によれば、下流側の再循環流路を複数の再循環流路を複数個の循環孔にすることにより、再循環流路で発生する騒音を低減させることができる。また、上流側の循環孔はスリット空隙からなる円筒状なので加工が容易である。

また、本発明は、前記旋回流生成手段は、前記上流側ハウジングの内周壁に嵌合する外筒部材と、前記外筒部材の内周壁に沿って周方向に配置された前記案内翼とを備えるとともに、前記上流側ハウジングとは別体に形成され、前記外筒部材が前記ハウジングに嵌合されることを特徴とする。

かかる発明によれば、旋回流生成手段を圧入などで組み付けることができ、製造容易となる。また、案内翼の高さ、角度が異なる旋回流生成手段を組み付けることにより、運転する作動レンジを容易に変更させることができる。

また、本発明において好ましくは、前記旋回流生成手段が、前記上流側ハウジングとは別体に形成されて、前記外筒部材が前記上流側ハウジングに嵌合され、前記外筒部材の外周壁が前記再循環流路の内周部を形成することを特徴とする。

かかる発明によれば、旋回流生成手段を圧入等で組み付けることができ、製造容易となる。また、案内翼の高さ、角度が異なる旋回流生成手段を組み付けることにより、運転する作動レンジを容易に変更させることができるのみならず旋回流生成手段の外筒部を再循環流路の内周部とすることにより、ハウジングを薄肉にできる。又、孔の加工が容易である。

また、本発明において好ましくは、前記外筒部材の内周壁の内径が、前記インペラーホイールの前縁部分の前記吸気通路の内径より大きいことを特徴とする。
さらに、前記外筒部材の内周壁の内径は、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。

かかる発明によれば、前記旋回流生成手段の案内翼によって減少した流路面積を拡張できることにより、旋回流生成手段による流通抵抗の影響を無くして、圧力回復による効率向上及びチョーク流量（最大流量）の減少を抑制でき、更なるワイドレンジ化が可能である。

本発明によれば、中央ノーズコーンを設けることなく、直接インペラーホイール前面のハウジング内周側に案内翼を位置することが出来、これにより従来技術のようにチョーク流が減少することなくサージマージンを改善でき、コンプレッサの作動範囲を拡大することができる。

また、ハウジングは２つに分割される上流側ハウジングと下流側ハウジングを備え、上流側ハウジングの吸気口に向かう先端部分は、スリット環状隙間として開口することなく１つのリング円状に形成されているため、従来技術（図１０）のように、再循環通路を形成する環状ガス流路１１１が外側環状壁１０７先端と内側環状壁１０９先端とで形成され、その先端が開放構造となることがなく、閉鎖構造となり、共鳴等に起因するノイズの発生が防止され、ノイズ発生防止のカバー等も必要とされない。

また、本発明によれば、ハウジングの再循環流路が、その途中位置で２つに分割して構成されているために、再循環流路を任意の長さに可変することが可能になる。

本発明の第１実施形態にかかる遠心圧縮機の回転軸方向の要部断面図である。 図１のＡ−Ａ線方向の要部断面図である。 図１のＢ−Ｂ線方向の要部断面図である。 旋回流生成手段を示す斜視図である 第２実施形態を示し、図１に対応する要部断面図である。 図５のＣ−Ｃ線方向の要部断面図である。 第３実施形態を示し、図１に対応する要部断面図である。 第４実施形態を示し、図１に対応する要部断面図である。 第５実施形態を示し、図１に対応する要部断面図である。 従来技術の遠心圧縮機を示す断面説明図である。 遠心圧縮機の一般的な性能特性の比較図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（第１実施形態）
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を収納してコンプレッサハウジング１５とが結合されて構成される。

タービンハウジング５の外周部には、渦巻状に形成されたスクロール通路１７がタービンロータ３の外周に形成され、内燃機関からの排ガスが外周側から軸中心側に流れて、その後、軸方向に排出されてタービンロータ３を回転するようになっている。

本発明に係るコンプレッサ（遠心圧縮機）１９は、回転軸９の回転軸線Ｍを中心として回転可能にインペラーホイール７がコンプレッサハウジング１５内に支持される。圧縮される前の吸気ガス、例えば空気をインペラーホイール７に導く吸気通路２１が回転軸線Ｍ方向に、且つ同軸状に円柱形状に延びている。そして、該吸気通路２１につながる吸気口２３が吸気通路２１の端部に開口している。吸気口２３は空気を導入しやすいように端部に向かってテーパー状に拡径している。

インペラーホイール７の外側には回転軸線Ｍと直角方向に延びるディフューザ２５が形成され、該ディフューザ２５の外周には渦巻状の空気通路２７が設けられている。この渦巻状の空気通路２７は、コンプレッサハウジング１５の外周部分を形成している。

なお、インペラーホイール７には、回転軸線Ｍを中心に回転駆動されるハブ部２９とともに、回転駆動される複数枚の羽根３１が設けられている。ハブ部２９は回転軸９に取り付けられるとともに、その径方向外側の面に複数の羽根３１が設けられる。

羽根３１は、回転駆動されることによって、吸気口２３から吸込み、吸気通路２１を通った空気を圧縮するものであり、形状については特に限定するものではない。羽根３１には、上流側の縁部である前縁３１ａと、下流側の縁部である後縁３１ｂと、径方向外側の縁部である外周縁（外周部）３１ｃが設けられている。この外周縁３１ｃは、コンプレッサハウジング１５のシュラウド部３３によって覆われた側縁の部分をいう。そして、外周縁３１ｃは、シュラウド部３３の内表面の近傍を通過するように配置される。

コンプレッサ１９のインペラーホイール７は、タービンロータ３の回転駆動力によって、回転軸線Ｍを中心として回転駆動される。そして、吸気口２３から外部の空気が引き込まれて、インペラーホイール７の複数枚の羽根３１間を流れて、主に動圧が上昇されたけ後に、径方向外側に配置されたディフューザ２５に流入して、動圧の一部が静圧に変換されて圧力が高められて渦巻状の空気通路２７を通って排出される。そして、内燃機関の吸気として供給される。

（再循環流路）
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ッサハウジング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、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、インペラーホイール７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、再循環流路４１は、円筒状の吸気通路２１の外側に、回転軸線Ｍを中心とした円周上に設けられた複数の循環孔４１ａ、４１ｂによって構成されている。
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、上流側と下流側に２分割されて、上流側ハウジング１５ａと下流側ハウジング１５ｂによって構成されている。

この上流側ハウジング１５ａと下流側ハウジング１５ｂとの合わせ面は、階段状の合わせ面を形成して、インロー嵌合によって回転軸線Ｍ方向及びそれに直角な径方向の位置合わせがされる。そして、上流側ハウジング１５ａと下流側ハウジング１５ｂとはシールリング４７を介在させてクランプリング４９によって結合されている。なお結合はボルト等の手段によってもよい。

また、前記２分割された上流側ハウジング１５ａ、及び下流側ハウジング１５ｂには、回転軸線Ｍを中心とした円周上に前記再循環流路４１を構成する複数個の循環孔４１ａ、４１ｂが、回転軸線Ｍ方向に延びて形成されている。
上流側ハウジング１５ａに形成される再循環流路４１は上流側ハウジング１５ａの先端部まで延びてなく、途中位置で閉塞されて上流側ハウジング１５ａの内周面から前記吸気通路２１に連通する上流側開口端部４５に繋がる。

その結果、上流側ハウジング１５ａの先端部分は、吸気口２３に向かう部分が開放構造（図１０の従来技術のような吸気口に向かっての開放構造、２つのリング円構造）ではなく、１つの入口円環部（図１の吸気口２３を形成するリング形状部）２２に形成されている。
しかも、入口円環部２２の内周側に形成される吸気口２３から再循環流路４１の上流側開口端部４５まで、長さＬ（図１参照）を形成できるため、再循環流路４１からの騒音が吸気口２３から外部へ開放しにくく、騒音発生対策に効果的である。
従って、共鳴、共振に起因するノイズ音の放出が抑制され、ノイズ発生防止のカバー等も必要とされない。

図２に、下流側ハウジング１５ｂにおける循環孔４１ｂの回転軸線Ｍに直角方向（Ａ−Ａ線）の断面における配置状態を示す。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４１ｂ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。

図３に、上流側ハウジング１５ａにおける循環孔４１ａの回転軸線Ｍに直角方向の断面における配置状態を示す。吸気通路２１の外側に、前述の下流側ハウジング１５ｂに形成された循環孔４１ｂと同一円周上に、周方向に同一間隔で略同一の長円状の循環孔４１ｂが１３個形成されている。
上流側ハウジング１５ａの循環孔４１ａは、上流側ハウジング１５ａの内周壁に周方向に循環孔４１ａの数だけ凹凸部を形成し、その凹凸部の内周面に、後述する旋回流生成手段５１の外筒部材５３が嵌合して、外筒部材５３の外周面と凹凸部の凹部とによって囲まれて形成される。

このように、再循環流路４１を上流側ハウジング１５ａの部分と、下流側ハウジング１５ｂの部分とに２分割されるため、上流側ハウジング１５ａの分割面、下流側ハウジング１５ｂの分割面からそれぞれ再循環流路４１の循環孔４１ａ、４１ｂを加工することができるため、再循環流路４１の形成が容易となる。また、長さの調整や、円周状に配置する複数個の数の調整が容易となる。

そして、下流側ハウジング１５ｂの循環孔４１ｂと、上流側ハウジング１５ａの循環孔４１ａとの位置は、径方向および周方向で一致するように形成されて、それぞれのハウジングを結合することで一体となる。

再循環流路４１を設けると、次のように作用する。
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。

このように再循環流路４１を設けることによって、サージ流量を小流量化できるが、インペラーホイール７は、羽根３１の枚数と、回転速度とによって決まる周波数の騒音を発生するため、再循環流路４１の長さ、循環孔４１ａ、４１ｂの本数は、インペラーホイール７による騒音の周波数と共振しない周波数帯域になるように設定される。

（旋回流生成手段）
次に、旋回流生成手段５１について説明する。
図５に示すように、旋回流生成手段５１は、上流側ハウジング１５ａの吸気通路２１の内部に設けられ、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旋回流を付与する。

旋回流生成手段５１は、上流側ハウジング１５ａの内周壁に嵌合する外筒部材５３と、外筒部材５３の内周壁に沿って周方向に等間隔で配置された複数枚の案内翼５５と、該複数枚の案内翼５５の内周端部を連結するように設けられた内筒部材５７とを備えている。案内翼５５によって旋回流生成部を構成し、内筒部材５７の内側に吸気口２３から流入する空気が、回転軸線Ｍ方向にインペラーホイール７に向かうように流通する中央吸気流通路５９が形成される。

案内翼５５は、薄板状の板部材からなり、回転軸線Ｍ方向の形状が略台形形状をしており、長辺側が外筒部材５３に固定され、短辺側が内筒部材５７に固定されている。
案内翼５５は、その前縁が回転軸線Ｍ方向に対する傾斜角度θを有して取り付けられている。この傾斜角度θによって、回転軸線Ｍ方向に流入してきた空気をインペラーホイール７の回転方向と同方向に旋回させて、旋回流を生成する。また、案内翼５５の外筒部材５３および内筒部材５７の表面には直線状にまたは湾曲状に取り付けられている。

この旋回流によって、羽根３１に流入する吸入空気流が旋回されて付与されるので、前述した再循環流路４１によるサージ流量の小流量化に、さらに付加的に作用して案内翼５５によるサージ流量を小流量化してその範囲を拡大できる。

なお、傾斜角度θは、回転軸線Ｍ方向を０（ゼロ）度とし、回転軸線Ｍに対し翼面が直角方向を向いている場合を９０度としたとき、２０度を超えて５０度以下（２０°＜θ≦５０°）が好ましい。２０度を下回ると目標のサージ拡大ができなく、また、５０度を超えると流れ損失が増大して、圧力低下及びチョーク流量の低下に大きく影響するためである。

案内翼５５の内周を接続する内筒部材５７は、円筒形状をしているが、この円筒形状の断面形状については、平板形状のものでなく翼形の断面形状としてもよい。また、中央吸気流通路５９は、吸入される空気がダイレクトにインペラーホイール７に到達するため、流通抵抗が小さく、チョーク流量（最大流量）の減少を抑制する効果が大きい。

また、案内翼５５の外周側端部を強固に外筒部材５３に固定するとともに、案内翼５５の周方向の厚みを、案内翼５５の支持強度を高めるために、外周側が厚く内周側で薄くするようにして、外周側だけの片持ち支持構造して内筒部材５７を省略してもよい。
この場合には、より軽量化を達成できるとともに、内筒部材５７による流通抵抗が無くなるため、チョーク流量（最大流量）の減少を抑制する効果がさらに増大される。

旋回流生成手段５１は、上流側ハウジング１５ａとは別体に形成されて、上流側ハウジング１５ａの内周壁に外筒部材５３を圧入等によって嵌合して組み付けられる。
図１のように、組み付けられたときには、外筒部材５３の内周壁は、下流側ハウジング１５ｂに形成される吸気通路２１、および上流側ハウジング１５ａに形成される吸気通路２１の内周壁面と同一面を形成する。これより滑らかな吸気通路２１を形成する。
また、図１のように、旋回流生成手段５１が上流側ハウジング１５ａの内周部分に組み付けられたときには、外筒部材５３の外周壁は、上流側ハウジング１５ａ内に形成される循環孔４１ａの内周部を形成する。

図１、４に示すように、外筒部材５３の上流端側であって、且つ案内翼５５上流側には、上流側開口端部４５を構成する複数個、本実施形態では１３個の開口６１が設けられている。そして、この開口６１は、図１に示すように、断面形状が下流側を指向するように傾斜、若しくは湾曲して形成され、上流側開口端部４５である開口６１から流出する還流空気が、案内翼５５の方に向かうように指向している。

さらに、図３、４に示すように、上流側開口端部４５の周方向位置は、案内翼５５の配置間隔の間に位置されるように設けられる。すなわち、上流側開口端部４５から流出する還流空気が周方向に複数設けられる案内翼５５の間に流れ込むように位置されている。これによって、旋回しやすいように設けられている。
このように、還流空気が案内翼５５を通過するように構成されることにより、より多くの旋回流が付与されることでサージマージンが改善される。

また、上流側ハウジング１５ａと、下流側ハウジング１５ｂと、旋回流生成手段５１とは、それぞれを別部材として形成し、それぞれを組み立てることで、コンプレッサ１９が製造される。このため製造が容易となる。コンプレッサ１９をこれら部材を組み立てることで製造するため、再循環流路４１を構成する循環孔４１ａ、４１ｂの断面形状や長さの変更への対応や、案内翼５５の枚数、高さＨ、傾斜角度θの変更への対応が容易であり、コンプレッサ１９の作動レンジを容易に変化させることができる。

例えば、図１に示すように、案内翼５５の高さＨを、羽根３１の前縁３１ａの高さＷに対応させて、前縁３１ａの高さＷと同等、またはそれより小さくするように変更する場合には、旋回流生成手段５１だけを入れ替えることで容易に対応できる。また、高さＨの変更だけでなく、案内翼５５の枚数や周方向ピッチ、さらに傾斜角度θの変更も、旋回流生成手段５１だけを入れ替えることで容易に対応できる。

また、再循環流路４１の回転軸線Ｍ方向の長さ、循環孔４１ａ、４１ｂの断面形状、および本数は、インペラーホイール７による騒音の周期数と共振しない周波数帯域に設定する必要があるため、再循環流路４１の長さの変更に対しては、上流側ハウジング１５ａの循環孔４１ａの長さ、およびその長さに対応する外筒部材５３を備えた旋回流生成手段５１とすることで変更できる。
このように、再循環流路４１を複数個の循環孔４１ａ、４１ｂにするとともに、分断して、それぞれの長さを調整可能にしたことにより、再循環流路４１で発生する騒音を容易に低減させることができる。

また、旋回流生成手段５１は、上流側ハウジング１５ａとは別体に形成されて、上流側ハウジング１５ａの内周壁に外筒部材５３を圧入等の嵌合によって組み付けられるものであること、さらに、吸気通路２１は空気の流入部分で高温雰囲気に晒されることもないため、鉄材料でなく、樹脂材、またはアルミニュウム合金等の軽合金材によって一体成型してもよく、軽量化および製造容易化において好ましい。

以上のように、本実施形態によれば、再循環流路４１によるサージマージン（サージ発生限界）の改善に加えて、吸気口２３から流入する吸入空気に案内翼５５によって旋回流を付与することでサージ流量（最小流量）がさらに減少してサージマージンが改善される。

さらに、案内翼５５の内周側に形成される中央吸気流通路５９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。このようにして、コンプレッサ１９の作動レンジを拡大できる。すなわち、排気ターボ過給機１の過給性能を向上することができる。
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、作動レンジを大幅に拡大できる。

（第２実施形態）
次に、図５、６を参照して第２実施形態について説明する。
第２実施形態の再循環流路７０は、第１実施形態の上流側ハウジング１５ａに形成される複数個の循環孔４１ａに代えて、円筒状のスリット空隙孔７１である点が相違し、その他の構成は、第１実施形態と同じである。

図５、６のように、上流側ハウジング１５ａの内周壁に対して、下流側ハウジング１５ｂに形成された複数の循環孔４１ｂの長円形の短径側（図２参照）の長さと略同一の径方向隙間を存するようにして、旋回流生成手段５１の外筒部材５３を嵌合して、外筒部材５３の外周面と上流側ハウジング１５ａの内周壁とによって形成される１つの円筒状のスリット空隙孔７１を形成する。

かかる第２実施形態によれば、再循環流路７０は、第１実施形態の上流側ハウジング１５ａに形成される循環孔４１ａに代えて、回転軸線Ｍを中心とした１つの円筒状のスリット空隙孔７１で形成するので、上流側ハウジング１５ａに形成される循環孔、または再循環流路７０の構造が簡単となる。
その結果、加工が容易となる。すなわち、第１実施形態においては、上流側ハウジング１５ａの内周壁に周方向に下流側ハウジング１５ｂの循環孔４１ｂの数だけ凹凸部を形成しなければならないが、第２実施形態では、その凹凸部の形成は不要で、単一の円筒状のスリットでよいため加工が容易となる。

また、再循環流路４１の騒音対策に対しての長さや断面形状の変更については、下流側ハウジング１５ｂの長さを変更して、下流側ハウジング１５ｂ内に形成される循環孔４１ｂだけで対応させることができる。

（第３実施形態）
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２実施形態の旋回流生成手段５１の外筒部材５３の内周壁の形状が円筒形状ではなく回転軸線Ｍ方向に湾曲した形状を有していることが相違し、その他の構成は、第２実施形態と同じである。

上流側ハウジング９１の内周壁に対して、下流側ハウジング１５ｂに形成された複数の循環孔４１ｂの長円形の短径側（図２参照）の長さと略同一の径方向隙間を存するようにして、旋回流生成手段９３の外筒部材９５が嵌合されている。
外筒部材９５の外周面と上流側ハウジング９１の内周壁とによって形成される１つの略円筒状のスリット空隙孔９７を形成する。複数の循環孔４１ｂと１つの略円筒状のスリット空隙孔９７によって、再循環流路９８を形成している。

外筒部材９５の内周壁の内径は図７のように、小径Ｋから大径Ｊへ変化し、小径Ｋが前記インペラーホイール７の羽根３１の前縁３１ａ部分の吸気通路２１の内径と同一となっている。

外筒部材９５の内周壁の小径Ｋから大径Ｊへの拡大変化は、少なくとも複数の案内翼９６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、吸気通路２１内の流路面積が旋回流生成手段９３の設置によって、減少しないようになっている。案内翼９６だけではなく、案内翼９６の内周を接続する内筒部材５７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。

このように、外筒部材９５の内周壁の内径を、吸気通路２１の内径より拡大するように拡張させることによって、案内翼９６、および内筒部材５７の設置による吸気通路２１の流路面積の減少を補うことができるので、旋回流生成手段９３による流通抵抗の影響を無くして、圧力回復による効率向上及びチョーク流量（最大流量）の減少を抑制でき、更なるワイドレンジ化が可能である。

なお、本第３実施形態は、再循環流路９８を第２実施形態の１つの円筒状のスリット空隙孔７１に代えて湾曲した略円筒状のスリット空隙孔９７によって形成するが、第１実施形態の複数の循環孔４１ｂに代えて複数の循環孔によって形成してもよい。

（第４実施形態）
次に、図８を参照して第４実施形態について説明する。
第４実施形態は、第１実施形態に対して再循環流路４１が設けられていない構成である。その他の構成は第１実施形態と同じである。

図８のように、コンプレッサハウジング７５を上流側ハウジング７５ａと下流側ハウジング７５ｂによって２分割構造とし、上流側ハウジング７５ａの内周壁には、旋回流生成手段７６の外筒部材７７が嵌合し、この上流側ハウジング７５ａと外筒部材７７とが嵌合したものに対して、さらに下流側ハウジング７５ｂが嵌合する構造である。また、旋回流生成手段７６は、内筒部材７９、案内羽根８０、中央吸気流通路８１を有している。
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。

また、旋回流生成手段７６の外筒部材７７には、第１実施形態では図４のように外筒部材５３の上流端側であって、且つ案内翼５５上流側に設けられた複数個（１３個）の開口６１が設けられていたが、本実施形態においては、単なる円筒形状の外筒部材７７から形成される。外筒部材７７の内周壁面は、吸気通路２１の内周壁面と面一になり、吸気通路２１の内周壁を形成する。

かかる第４実施形態によれば、図８のように、上流側ハウジング７５ａおよび下流側ハウジング７５ｂには、第１実施形態のような再循環流路４１を形成するための循環孔が形成されていないため、上流側および下流側のハウジング構造が簡単になる。
その結果、上流側ハウジング７５ａよび下流側ハウジング７５ｂの加工が容易になるとともに組み付け作業も、循環孔４１ａ、４１ｂの周方向の位置合せが不要になるため、容易になる。

また、上流側ハウジング７５ａ、旋回流生成手段７６、下流側ハウジング７５ｂがそれぞれ別部材として構成されて、嵌合されて組み付けられる構造であるため、インペラーホイール７の羽根３１の大きさに応じた適切な案内翼８０への変更が容易にできる。
さらに、旋回流生成手段７６による作用効果は第１実施形態で説明したように、サージ流量（最小流量）の減少によるサージマージンの改善と、チョーク流量（最大流量）の減少を抑制することができ、コンプレッサの作動レンジの拡大を簡単な構造で達成することができる。

（第５実施形態）
次に、図９を参照して第５実施形態について説明する。
第５実施形態は、第１実施形態に対して、コンプレッサハウジング８２が分割されてなく、一体構造であり、さらに、再循環流路が設けられていない構成である。その他の構成は第１実施形態と同じである。

図９のように、コンプレッサハウジング８２には、圧縮される前の空気をインペラーホイール７に導く吸気通路２１が回転軸線Ｍ方向に、且つ同軸状に円柱形状に延びて形成されている。そして、該吸気通路２１につながる吸気口２３が吸気通路２１の端部に開口している。
吸気通路２１のインペラーホイール７の上流側には、内周壁に段差部８３が形成され、その段差部８３の大径側の内周壁に、旋回流生成手段８５の外筒部材８６が、吸気口２３側から圧入等によって嵌合されるようになっている。また、旋回流生成手段８５は、内筒部８７、案内羽根８８、中央吸気流通路８９を有している。

この旋回流生成手段８５の外筒部材８６には、第１実施形態では再循環流路用に開口６１が設けられていたが、本実施形態においては、単なる円筒形状から形成されている。また、外筒部材８６の内周壁面は、小径側の内周壁面と面一になり、吸気通路２１を形成する。また、外筒部材８６の先端部は、流通抵抗を低減するために曲面形状を成している。

かかる第５実施形態によれば、再循環通路がないコンプレッサハウジング８２であるため、加工しやすい。
また、コンプレッサハウジング８２が分割構造でないが、吸気口２３側から、旋回流生成手段８５を圧入等で組み付け可能であるため、組み付けが容易である。
さらに、旋回流生成手段８５による作用効果は、第１実施形態と同様に、サージマージンの改善とチョーク流量の減少抑制によるコンプレッサの作動レンジの拡大を達成でき、それを簡単な構造で達成することができる。

本発明によれば、中央ノーズコーンを設けることなく、直接インペラーホイール前面のハウジング内周側に案内翼を位置することが出来、これにより従来技術のようにチョーク流が減少することなくサージマージンを改善して、コンプレッサの作動範囲を拡大できるので、内燃機関の排気ターボ過給機への適用技術として有用である。

１ 排気ターボ過給機
７ インペラーホイール
９ 回転軸
１５、７５、８２ コンプレッサハウジング（ハウジング）
１５ａ、７５ａ 上流側ハウジング
１５ｂ、７５ｂ 下流側ハウジング
１９ 遠心圧縮機
２１ 吸気通路
２２ 入口円環部
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 羽根の後援
３１ｃ 羽根の外周縁（外周部）
４１、７０、９８ 再循環流路
４１ａ、４１ｂ 循環孔（孔）
４３ 下流側開口端部
４５ 上流側開口端部
５１、７６、８５、９３ 旋回流生成手段
５３、７７、８６ 外筒部材
５５、８０、８８、９６ 案内翼（旋回流生成部）
５７、７９、８７ 内筒部材（リング円部材）
５９、８１、８９ 中央吸気流通路（中央吸気流通部）
７１、９７ スリット空隙孔
６１ 開口
Ｍ 回転軸線
θ 案内翼の傾斜角度

Claims (8)

1. 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、
   前記ハウジング内部の吸気口とインペラーホイールとの間に配置され、前記吸気口から流入する吸気ガスに旋回流を付与する旋回流生成手段と、
   を備えた遠心圧縮機であって、
   前記旋回流生成手段は、
   前記ハウジングの内周壁に沿って周状に配置される複数の案内翼を有し、該複数の案内翼によって前記吸気口から流入する吸気ガスに回転軸周りの旋回流を付与する旋回流生成部と、
   前記旋回流生成部に囲まれる空間であって、前記吸気口から流入する吸気ガスが流通するように前記回転軸方向に開口する中央吸気流通部と、を備え、
   前記ハウジングには、前記インペラーホイール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、
   前記再循環流路の上流側の開口端部が、前記旋回流生成手段よりも上流に位置するとともに、該開口端部が回転軸方向の断面形状において吸入空気流の下流側を指向するように傾斜若しくは湾曲して形成され、該開口端部から流出する還流空気の流れが、旋回流生成部の案内翼に指向するように構成され、
   さらに、前記ハウジングは、前記再循環流路を分断する位置で、上流側ハウジングと下流側ハウジングに２分割されるとともに、前記旋回流生成手段は、前記上流側ハウジングの内周壁に嵌合する外筒部材と、前記外筒部材の内周壁に沿って周方向に配置された前記案内翼とを備え、前記旋回流生成手段は、前記上流側ハウジングとは別体に形成されて前記上流側ハウジングの内周壁に嵌合されて組み付けられることを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記中央吸気流通部は、前記回転軸と同心に配置し中央部が空間よりなるリング円部材により形成され、該リング円部材の外周側に案内翼が周方向に配設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。
3. 前記上流側ハウジング内に形成される前記再循環通路の吸気口に向かう先端部分は、吸気口に向かってスリット環状隙間として開口することなく、上流側ハウジングの途中位置から前記吸気通路の内周壁に連通し、前記上流側ハウジングの先端部は１つの入口円環部として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。
4. 前記２分割された上流側ハウジング及び下流側ハウジングには、前記回転軸を中心とした円周上に前記再循環流路を構成する複数個の循環孔が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。
5. 前記２分割された上流側ハウジングには、前記再循環流路を構成する前記回転軸を中心とした円筒状のスリット空隙孔が形成され、前記下流側ハウジングには、前記回転軸を中心とした円周上に前記再循環流路を構成する複数個の循環孔が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。
6. 前記外筒部材が前記上流側ハウジングに嵌合され、前記外筒部材の外周壁が前記再循環流路の内周部を形成す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。
7. 前記外筒部材の内周壁の内径が、前記インペラーホイールの前縁部分の前記吸気通路の内径より大きいことを特徴とする請求項１または２記載の遠心圧縮機。
8. 前記外筒部材の内周壁の内径は、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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