JP5998447B2 - 遠心圧縮機及び車両用過給機 - Google Patents

Description

本発明は、車両用過給機に用いられかつ遠心力を利用して空気等のガスを圧縮する遠心圧縮機等に関する。

近年、車両用過給機等の過給器に用いられる遠心圧縮機については種々の開発がなされており、先行技術に係る遠心圧縮機として特許文献１及び特許文献２等に示すものがある。そして、先行技術に係る遠心圧縮機の構成等について説明すると、次のようになる。

先行技術に係る遠心圧縮機は、ハウジングを具備しており、このハウジングは、内側に、シュラウド壁を有している。また、ハウジングのシュラウド壁内には、インペラが軸心（インペラの軸心）周り回転可能に配設されており、このインペラは、外周面が軸方向ら径方向外側に向かって延びてあってかつ軸心周りに回転可能なディスク、及びディスクの外周面に周方向に間隔を置いて設けられかつ先端縁が前記ハウジングの前記シュラウド壁に沿うように延びた複数枚のブレードを備えている。なお、ディスクは、別のハウジングに回転可能に設けられたロータ軸（タービン軸）の一端部に同軸状に一体的に連結してある。

ハウジングにおけるインペラの上流側（入口側）には、インペラ側へ空気を給気する給気口が形成されており、この給気口は、空気を浄化するエアクリーナに接続可能である。また、ハウジング内におけるインペラの下流側（出口側）には、圧縮された空気を減速して昇圧する環状のディフューザ流路が形成されている。そして、ハウジング内におけるディフューザ流路の周縁側には、渦巻き状の排気スクロール流路が形成されており、この排気スクロール流路は、ディフューザ流路に連通してあって、排気スクロール流路の流路面積は、インペラの回転方向に沿って徐々に拡大するようになっている。更に、ハウジングの適宜位置には、ハウジングの外側へ圧縮された空気を排気する排気口が形成されており、この排気口は、排気スクロール流路に連通してある。

従って、ロータ軸を回転させて、インペラを一体的に回転させることにより、給気口からインペラ側へ給気された空気を圧縮することができる。そして、圧縮された空気は、ディフューザ流路によって減速して昇圧され、排気スクロール流路を経由して排気口からハウジングの外側へ排気される。

特開２００７−２３１９３４号公報 特開２００４−１９７６１１号公報

ところで、遠心圧縮機の搭載自由度を高めようとすると、通常、給気口とエアクリーナとの間を接続する接続ダクトの形状を屈曲部（曲がり部）を有した複雑な形状にする必要がある。一方、接続ダクトの形状を複雑な形状にすると、偏流を伴った流れ（空気の流れ）が給気口からインペラ側に流入して、ブレードの前縁に対する空気の流入角にバラツキが生じる。そのため、インペラ内におけるエネルギー損失（圧力損失）が増大して、遠心圧縮機の性能（圧縮機効率）の低下を招くことになる。

つまり、遠心圧縮機の搭載自由度を高めつつ、遠心圧縮機の性能を向上させることは容易でないという問題がある。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の遠心圧縮機等を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、内側にシュラウド壁を有したハウジングと、前記ハウジングの前記シュラウド壁内に軸心周りに回転可能に配設され、複数枚のブレードを備えたインペラと、を具備し、前記ハウジング内における前記インペラの上流側（入口側）にガスを前記インペラ側へ導入する導入口（導入流路）が形成され、前記ハウジング内における前記導入口の径方向外側（周縁側）に前記導入口に連通した渦巻き状の給気スクロール流路が形成され、前記ハウジングに前記給気スクロール流路に連通しかつ前記給気スクロール流路側へガスを給気する給気口が形成され、前記給気口がガスを浄化するガスクリーナに接続可能になっており、前記ハウジングに圧縮されたガスを前記ハウジングの外側へ排気する排気口が形成され、前記給気スクロール流路は、径方向内側に位置する渦巻き状のインナー流路と、径方向外側に位置する渦巻き状のアウター流路とに分割されており、前記給気口は、前記インナー流路及び前記アウター流路に連通した第１連通状態と、前記アウター流路と遮断されかつ前記インナー流路に連通した第２連通状態との間で切り替え可能になっていることである。

なお、特許請求の範囲及び明細書において、「上流側」とは、ガスの流れ方向から見て上流側のことであって、「下流側」とは、ガスの流れ方向から見て下流側のことである。また、「配設され」とは、直接的に配設されたことの他に、別部材を介して間接的に配設されたことを含む意であって、同様に、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別部材を介して間接的に設けられたことを含む意である。

本発明の第１の態様によると、前記インペラを軸心周りに回転させることにより、前記給気口及び前記給気スクロール流路を経由して前記導入口から前記インペラ側へ導入されたガスを圧縮することができる。そして、圧縮されたガスは、前記排気口から前記ハウジングの外側へ排気される。

ここで、前記給気口から給気されたガスが前記給気スクロール流路を流通（経由）することにより、偏流を伴った流れ（ガスの流れ）が前記給気口から流入する場合でも、前記給気スクロール流路の整流作用によって前記ブレードの前縁に対するガスの流入角のバラツキをなくすことができる。

本発明の第２の態様は、エンジン側に供給されるガスを過給する車両用過給機において、本発明の第１の態様からなる遠心圧縮機を具備したことである。

本発明の第２の態様によると、本発明の第１の態様による作用と同様の作用を奏する。
本発明の第３の態様は、インペラを備える遠心圧縮機のハウジング内に形成され、リアハウジングに対して設けられたスクロール流路であって、径方向内側に位置する渦巻き状のインナー流路と、径方向外側に位置する渦巻き状のアウター流路とに分割されており、前記インナー流路及び前記アウター流路に連通した第１連通状態と、前記アウター流路と遮断されかつ前記インナー流路に連通した第２連通状態との間で切り替え可能になっていることである。

本発明によれば、偏流を伴った流れが前記給気口から流入する場合でも、前記給気スクロール流路の整流作用によって前記ブレードの前縁に対するガスの流入角のバラツキをなくすことができるため、前記遠心圧縮機の搭載自由度を高めつつ、前記インペラ内におけるエネルギー損失（圧力損失）の増大を十分に抑えて、遠心圧縮機の性能（圧縮機効率）の向上を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機の側断面図である。 図１におけるII-II線に沿った断面図である。 本発明の第２実施形態に係る遠心圧縮機の側断面図である。 図３におけるIV-IV線に沿った断面図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１及び図２を参照して説明する。なお、図面中、「ＦＦ」は、前方向、「ＦＲ」は、後方向をそれぞれ指してある。

図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機１は、エンジン（図示省略）側に供給される空気（ガスの一例）を過給する車両用過給機等の過給器に用いられ、遠心力を利用して空気を圧縮するものである。そして、本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機１の具体的な構成は、以下のようになる。

遠心圧縮機１は、ハウジング（コンプレッサハウジング）３を具備しており、このハウジング３は、フロントハウジング５と、フロントハウジング５の後側に一体的に接合されたリアハウジング７とからなっている。また、リアハウジング７は、内側に、シュラウド壁７ｓを有してあって、後側に、取付シールプレート（シールプレート）９を備えている。ここで、取付プレート９は、車両用過給機における別のハウジング（ベアリングハウジング）１１に一体的に連結されている。

リアハウジング７のシュラウド壁７ｓ内には、インペラ１３が軸心（インペラ１３の軸心）Ｃ周りに回転可能に配設されている。具体的には、リアハウジング７のシュラウド壁７ｓ内には、ディスク（ハブ）１５が設けられており、このディスク１５の外周面１５ｆは、軸方向（軸心方向）から径方向外側に向かって延びている。また、ディスク１５は、別のハウジング１１に回転可能に設けられたロータ軸（タービン軸）１７の一端部（前端部）に固定ナット１９を介して一体的に連結してあって、ディスク１５の軸心（換言すれば、ロータ軸１７の軸心）Ｃ周りに回転可能である。そして、ディスク１５の外周面１５ｆには、複数枚のブレード２１が間隔を置いて設けられており、各ブレード２１の先端縁（外縁）２１ｔは、リアハウジング７のシュラウド壁７ｓに沿うように延びている。なお、本発明の第１実施形態にあっては、複数枚のブレード２１の軸長は同じであるが、軸長の異なる複数種のブレードを用いても構わない。

図１及び図２に示すように、ハウジング３内（フロントハウジング５内からリアハウジング７内にかけての部位）におけるインペラ１３の上流側（入口側）には、空気をインペラ１３側へ導入する導入口（導入流路）２３が形成されており、この導入口２３は、後方向（下流側）に向かって縮径するようになっている。また、フロントハウジング５内における導入口２３の径方向外側には、渦巻き状の給気スクロール流路２５が形成されており、この給気スクロール流路２５は、導入口２３に連通してあって、給気スクロール流路２５の流路断面積は、インペラ１３の回転方向（空気の流れ方向）に沿って徐々に縮小するようになっている。更に、フロントハウジング５の適宜位置には、給気スクロール流路２５側へ空気を給気する給気口２７が形成されており、この給気口２７は、給気スクロール流路２５の始端側に連通しあって、空気を浄化するエアクリーナ（ガスクリーナの一例）２９に接続ダクト３１を介して接続可能である。

リアハウジング７内におけるインペラ１３の下流側（出口側）には、圧縮された空気を減速して昇圧する環状のディフューザ流路３３が形成されている。また、リアハウジング７内におけるディフューザ流路３３の周縁側（径方向外側）には、渦巻き状の排気スクロール流路３５が形成されており、この排気スクロール流路３５は、ディフューザ流路３３に連通してあって、排気スクロール流路３５の流路面積は、インペラ１３の回転方向（空気の流れ方向）に沿って徐々に拡大するようになっている。更に、リアハウジング７の適宜位置には、リアハウジング７の外側へ圧縮された空気を排気する排気口３７が形成されており、この排気口３７は、排気スクロール流路３５の終端側に連通してあって、エンジンの給気マニホールド（図示省略）に接続可能である。

続いて、本発明の第１実施形態の作用及び効果について説明する。

ロータ軸１７を回転させて、インペラ１３を軸心Ｃ周りに一体的に回転させることにより、給気口２７及び給気スクロール流路２５を経由して導入口２３からインペラ１３側へ導入された空気を圧縮することができる。そして、圧縮された空気は、ディフューザ流路３３によって減速して昇圧され、排気スクロール流路３５を経由して排気口３７からリアハウジング７の外側へ排気される。

ここで、給気口２７から給気された空気が給気スクロール流路２５を流通（経由）することにより、偏流を伴った流れ（空気の流れ）が給気口２７から流入する場合でも、給気スクロール流路２５の整流作用によってブレード２１の前縁２１ａに対する空気の流入角のバラツキをなくすことができる。

従って、本発明の第１実施形態によれば、遠心圧縮機１の搭載自由度、換言すれば、過給機の搭載自由度を高めつつ、インペラ１３内におけるエネルギー損失（圧力損失）の増大を十分に抑えて、遠心圧縮機１の性能（圧縮機効率）の向上を図ることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について図３及び図４を参照して説明する。なお、図面中、「ＦＦ」は、前方向、「ＦＲ」は、後方向をそれぞれ指してある。

図３及び図４に示すように、本発明の第２実施形態に係る遠心圧縮機３９は、エンジン（図示省略）側に供給される空気を過給する車両用過給機等の過給機に用いられ、遠心力を利用して空気を圧縮するものであって、本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機１と同様の構成を有している。以下、遠心圧縮機３９の具体的な構成のうち、遠心圧縮機１の具体的な構成と異なる点についてのみ説明する。なお、遠心圧縮機３９の複数の構成要素のうち、遠心圧縮機１の複数の構成要素に相当するものについては、図中に同一番号を付している。

給気スクロール流路２５には、渦巻き状の仕切壁４１が形成されており、給気スクロール流路２５は、仕切壁４１によって、径方向内側に位置する渦巻き状のインナー流路４３と、径方向外側に位置する渦巻き状のアウター流路４５とに分割されている。また、給気口２７は、インナー流路４３及びアウター流路４５に連通した第１連通状態と、アウター流路４５と遮断されかつインナー流路４３に連通した第２連通状態とに切り替え可能になっている。更に、給気口２７の近傍には、給気口２７を第１連通状態と第２連通状態に切り替える板状の切替部材４７が揺動可能に設けられており、フロントハウジング５の適宜位置には、切替部材４７を揺動させるシリンダ等のアクチュエータ（図示省略）が設けられている。

そして、本発明の第２実施形態によれば、本発明の第１実施形態の作用を奏する他に、アクチュエータによって切替部材４７を図１において実線で示す位置から仮想線で示す位置に一方向へ揺動させることにより、給気口２７を第１連通状態から第２連通状態に切り替えて、給気スクロール流路２５の実際の流路面積を小さくすることができる（この場合、インナー流路４３の流路面積が給気スクロール流路２５の実際の流路面積になる）。反対に、アクチュエータによって切替部材４７を図１において仮想線で示す位置から実線で示す位置に他方向へ揺動させることにより、給気口を第２連通状態から第１連通状態に切り替えて、給気スクロール流路２５の実際の流路面積を大きくすることができる（この場合、インナー流路４３の流路面積とアウター流路４５の流路面積の和が給気スクロール流路２５の実際の流路面積になる）。これにより、空気の流量に応じて、ブレード２１の前縁２１ａに対する空気の流入角を変えることができる。

従って、本発明の第２実施形態によれば、本発明の第１実施形態による効果を奏する他に、遠心圧縮機３９を安定して作動させることができ、遠心圧縮機３９の性能の向上をより一層図ることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

１ 遠心圧縮機
３ ハウジング
５ フロントハウジング
７ リアハウジング
７ｓ シュラウド壁
９ 取付プレート
１３ インペラ
１５ ディスク
１５ｆ ディスクの外周面
１７ ロータ軸
２１ ブレード
２１ａ ブレードの前縁
２１ｔ ブレードの先端縁
２３ 導入口（導入流路）
２５ 給気スクロール流路
２７ 給気口
２９ エアクリーナ
３１ 接続ダクト
３３ ディフューザ流路
３５ 排気スクロール流路
３７ 排気口
３９ 遠心圧縮機
４１ 仕切壁
４３ インナー流路
４５ アウター流路
４７ 切替部材

Claims (3)

1. 遠心力を利用してガスを圧縮する遠心圧縮機であって、
   内側にシュラウド壁を有したハウジングと、
   前記ハウジングの前記シュラウド壁内に軸心周りに回転可能に配設され、複数枚のブレードを備えたインペラと、を具備し、
   前記ハウジング内における前記インペラの上流側にガスを前記インペラ側へ導入する導入口が形成され、前記ハウジング内における前記導入口の径方向外側に前記導入口に連通した渦巻き状の給気スクロール流路が形成され、前記ハウジングに前記給気スクロール流路に連通しかつ前記給気スクロール流路側へガスを給気する給気口が形成され、前記給気口がガスを浄化するガスクリーナに接続可能になっており、前記ハウジングに圧縮されたガスを前記ハウジングの外側へ排気する排気口が形成され、
   前記給気スクロール流路は、径方向内側に位置する渦巻き状のインナー流路と、径方向外側に位置する渦巻き状のアウター流路とに分割されており、
   前記給気口は、前記インナー流路及び前記アウター流路に連通した第１連通状態と、前記アウター流路と遮断されかつ前記インナー流路に連通した第２連通状態との間で切り替え可能になっている、遠心圧縮機。
2. エンジン側に供給されるガスを過給する車両用過給機であって、
   請求項１に記載の遠心圧縮機を具備した、車両用過給機。
3. インペラを備える遠心圧縮機のハウジング内に形成され、リアハウジングに対して設けられたスクロール流路であって、
   径方向内側に位置する渦巻き状のインナー流路と、径方向外側に位置する渦巻き状のアウター流路とに分割されており、前記インナー流路及び前記アウター流路に連通した第１連通状態と、前記アウター流路と遮断されかつ前記インナー流路に連通した第２連通状態との間で切り替え可能になっている、スクロール流路。

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