JP6109291B2

JP6109291B2 - 遠心圧縮機

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Publication number: JP6109291B2
Application number: JP2015501196A
Authority: JP
Inventors: 茨木　誠一; 誠一茨木; 勲冨田; 鈴木　浩; 浩鈴木
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-02-22
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2017-04-05
Anticipated expiration: 2033-02-22
Also published as: EP2960526A4; CN104968944B; JPWO2014128931A1; WO2014128931A1; EP2960526B1; US20150354591A1; CN106968989A; EP2960526A1; CN104968944A; US10167877B2

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に用いられる遠心圧縮機には、広い作動範囲が求められるが、遠心圧縮機は流量が減少するとサージングという不安定現象が発生し、流量が増加すると羽根車またはディフューザでチョーキングが発生し、流量範囲が制限される。

そこで、遠心圧縮機の作動範囲を拡大するために、ケーシングに溝や循環通路を設けるケーシングトリートメントを適用する場合があるが、作動範囲は拡大するものの、大幅な改善は望めない。

また、遠心圧縮機に入口可変案内翼や可変ディフューザ等の可変機構を適用して、作動範囲を拡大する場合がある。
可変ディフューザには、ディフューザ翼の回動、スライドにより通路面積を可変にすることで、前記のケーシングトリートメントに対し、大幅に作動範囲を拡大することが可能である。
しかしながら、複雑な駆動機構が必要となり、コストがかかる。また、摺動部の信頼性、摺動部のすき間による性能低下、ガス漏れ等の課題がある。

遠心圧縮機の作動範囲の拡大技術の一つであるケーシングに循環通路を設ける先行技術としては、特許文献１（特開２００７−１２７１０９号公報）、特許文献２（特開２００４−２７９３１号公報）が知られている。
特許文献１には、インペラー外周空気通路に開口する入口スリットから空気の一部を取り入れて、再循環通路を通して出口スリットから入口空気通路に流出するコンプレッサにおいて、出口スリットから入口空気通路への空気流出中心線がインペラーに向かうように、一定角度傾斜して設けられる技術が示されている。

また、特許文献２においても、羽根車への空気入口部と同羽根車のシュラウド部とを連通する循環流路を設けるとともに、該循環流路のシュラウド部側の開口位置が、羽根の前縁から子午線に沿って所定の位置に設けられる技術が示されている。

さらに、遠心圧縮機の作動範囲の拡大技術の一つであるディフューザ部に可変翼を設ける先行技術としては、特許文献３（特開２０１０−６５６６９号公報）が知られており、同特許文献３には、ディフューザ部の流路を分割して何れか一方の流路に流量調整弁を設けられる技術が示されている。

特開２００７−１２７１０９号公報特開２００４−２７９３１号公報特開２０１０−６５６６９号公報

しかしながら、特許文献１、２のような、循環通路を設けての改善では、低流量時のサージングの改善がなされて作動範囲は多少拡大するが、大幅な改善は望めない。
また、ディフューザ部に流量調整弁を設けての改善では、流量調整弁の駆動機構が必要になりコスト増を招くとともに、低流量側での作動範囲の大幅な改善は望めない。
従って、低流量側での更なる改善が必要であった。

本発明はかかる技術的課題に鑑み、遠心圧縮機の回転羽根と吸気口との間を連通する吸気通路の通路断面を径方向に絞る抵抗体を設けて、インペラーホイールの翼への流入速度を上昇させて、低流量時におけるサージング限界流量を低減することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するため、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、を備えた遠心圧縮機であって、前記吸気通路の中心側部分に吸気流に対する抵抗体を設け、低流量時において前記抵抗体によって前記吸気通路の断面積を絞るように構成されることで前記インペラーホイールの翼への流入速度を上昇させるとともに、前記中心側部分に設けた中心抵抗体によって吸気を翼のシュラウド側に偏らせて流し、前記中心抵抗体は円板形状からなり、該中心抵抗体の円板の外周を覆って吸気通路の軸方向に延びる円筒形状若しくは流入側の流路が広がり流出側の流路が狭められる中空円錐台形状、あるいはベルマウス形状からなるガイド部が設けられ、前記円板形状の中心抵抗体は、吸気通路の径方向を回動中心軸として、吸気流に沿う全開と吸気流を遮る全閉との間を回動する開閉可能な弁体からなり、前記弁体が、多孔板、スリット形状、もしくはメッシュ形状の部材からなる抵抗体によって構成され、前記弁体の全閉時に翼のハブ側にも流れが生じるように構成したことを特徴とする。

かかる発明によれば、吸気通路の内部に吸気流に対して抵抗体が設けられるため、抵抗体がない場合に比べて、吸気通路の断面積が絞られることによってインペラーホイールの翼前縁への流入速度が上昇される。
高流量時においては、抵抗体の影響による流れの偏りは低流量時に比べて少なく翼前縁の翼高さ方向にハブ側からシュラウド側先端までの全域に渡って流入するが、流量の低下に従って、低流量時においては、前記抵抗体によって前記インペラーホイールの翼への流入速度が上昇されるとともに、前記中心側部分に設けた中心抵抗体によって、吸気を翼のシュラウド側に偏らせることができる。

これによって、低流量時、すなわち、サージング現象が生じるような低流量領域においては、翼への空気流入速度が上昇し、インペラーホイールの失速を抑制して、サージング限界流量を低減することができる。
また、中心抵抗体によって、吸気流を翼のシュラウド側に偏って流入させることで、小型の羽根を使用している状態と同様の使用状態となり、低流量であっても性能（圧力比）低下を抑えることができる。

また、本発明において参考として、前記吸気通路の内周壁側部分に設けた内周抵抗体は環形状からなり、該内周抵抗体の内周端に吸気通路の軸方向に延びる円筒形状若しくは流入側の流路が広がり流出側の流路が狭められる中空円錐台形状、あるいはベルマウス形状からなるガイド部が設けられとよい。

このように、ガイド部材が、吸気通路の軸方向に延びる円筒形状若しくは流入側の流路が広がり流出側の流路が狭められる中空円錐台形状、あるいはベルマウス形状からなるため、吸気通路の中心部分を流れる吸気流の方向性が安定し、低流量時における翼の前縁のハブ側への流れを確実に形成できる。また、このように入口部が広がり、流出部を狭めることで、翼への流入速度の上昇効果も期待できる。

また、本発明において好ましくは、前記内周抵抗体は前記翼の前縁高さの約５０％以上の高さの部分に設置されるとよい。

このように、翼の前縁高さの約５０％以上の領域に、内周抵抗体が設置される。５０％以下の領域まで、内周抵抗体が内径側に突出して存在すると、高流量時において流路抵抗の増大によって、必要流量が確保されない恐れがあるため、このような性能悪化を防止している。

また、本発明は、前記中心抵抗体は円板形状からなり、該中心抵抗体の円板の外周を覆って吸気通路の軸方向に延びる円筒形状若しくは流入側の流路が広がり流出側の流路が狭められる中空円錐台形状、あるいはベルマウス形状からなるガイド部が設けられることを特徴とする。

このように、ガイド部の内側に中心抵抗体を設け、その外側にガイド部を設けるので、吸気通路の内周壁寄りを流れる吸気流の方向性が安定し、低流量時における翼の前縁のシュラウド側への流れを確実に形成できる。

また、本発明において好ましくは、前記中心抵抗体は前記翼の前縁高さの約５０％以下に設置されるとよい。

このように、翼の前縁高さの約５０％以下の領域に、中心抵抗体が設置される。中心抵抗体が前縁高さの５０％を超える領域まで存在すると、高流量時において流路抵抗の増大によって、必要流量が確保されない恐れがあるため、このような性能悪化を防止している。

また、本発明は、前記円板形状の中心抵抗体は、吸気通路の径方向を回動中心軸として、吸気流に沿う全開と吸気流を遮る全閉との間を回動する開閉可能な弁体からなることを特徴とする。

このように、中心抵抗体を、吸気通路の径方向を回動中心軸として、吸気流に沿う全開と吸気流を遮る全閉との間を回動する開閉可能な弁体によって構成するため、吸気流量の状態に応じて、低流量状態の時にはサージングを防止するために、弁体を閉じて流入速度を高めるように制御して、翼のシュラウド側への偏りを強め、また、高流量時には弁体を開いて流量を確保するように制御できる。

具体的には、前記弁体は、所定以上の吸気流量のときに全開状態とし、流量の低下に従って、弁体を閉じるように制御されるとよい。
このように、流量が低下するに従って、弁体を閉めることで流れが、シュラウド側に流入して流速が上昇するようになり、弁体が開いた状態に比べて、翼の空気の流入速度が上昇し、タービンホイールの失速を抑制し、サージング限界流量を低減できる。

また、本発明は、前記弁体が、スリット形状、もしくはメッシュ形状の部材からなる抵抗体によって構成されることを特徴とする。
このように、弁体が、スリット形状、もしくはメッシュ形状の部材からなる抵抗体によって構成されるため、弁体が全閉時に、ハブ側にも流れが生じるため、弁体下流での流れの剥離領域が低減されて、性能が向上する。

また、本発明において参考として、前記吸気通路の内周壁側部分に設けた内周抵抗体は、前記吸気通路の内周壁の内径側に凸状の環状突起部材によって形成され、該環状突起部材の凸状部分を、流入吸気量が低流量時に吸気通路の内径側に突出する可動手段を備えているとよい。

このように、内周抵抗体を吸気通路の内周壁の内径側に凸状の環状突起部材によって形成し、該環状突起部材の凸状部分を、流入吸気量が低流量時に吸気通路の内径側に突出する可動手段を備えているため、流量が低下するに従って、凸状部分がシュラウド側に形成され、その影響で流れがハブ側に流入するようになり、凸状部分がない場合に比べて、翼への流入速度が上昇し、翼の失速を抑制し、サージング限界流量を低減できる。

本発明によれば、遠心圧縮機の回転羽根と吸気口との間を連通する吸気通路の通路断面を径方向に絞る、抵抗体を設けて、低流量時におけるサージング限界流量を低減することができる。

本発明の第１参考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。第１参考形態における羽根入口部の流速分布を示す説明図であり、（Ａ）は大流量時、（Ｂ）は小流量時を示す。ガイド部の他の例を示す断面図である。第１参考形態の内周抵抗体の説明図であり、図１のＡ−Ａ断面図である。内周抵抗体の変形例を示す説明図である。本発明の基本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。基本形態における羽根入口部の流速分布を示す説明図であり、（Ａ）は大流量時、（Ｂ）は小流量時を示す。基本形態の中心抵抗体の説明図であり、図５のＢ−Ｂ断面図である。中心抵抗体の変形例を示す説明図である。本発明の第１実施形態を示す遠心圧縮機の回転軸方向の要部断面図である。本発明の第２参考形態を示す遠心圧縮機の回転軸方向の要部断面図である。本発明の第３参考形態を示す遠心圧縮機の回転軸方向の要部断面図である。第２参考形態の詳細説明図である。第２参考形態の変形例を示す説明図である。第３参考形態の詳細説明図である。

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。

図１は、内燃機関の排気ターボ過給機１に用いられるコンプレッサ（遠心圧縮機）３の回転軸線Ｋ方向の要部断面図を示し、主に上半分部分を示している。
該排気ターボ過給機１は、図示されない内燃機関の排ガスによって駆動されるタービンロータの回転力が、回転軸５を介してインペラーホイール７に伝達されるようになっている。

遠心圧縮機３は、回転軸５の回転軸線Ｋ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９内に支持されている。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１１が回転軸線Ｋ方向に、且つ回転軸線Ｋと同心軸状に円筒形状に延びている。そして、該吸気通路１１につながる吸気口１３が吸気通路１１の端部に開口している。吸気口１３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Ｋと直角方向に延びるディフューザ１５が形成され、該ディフューザ１５の外周には図示されない渦巻状の空気通路が設けられている。この渦巻状の空気通路は、コンプレッサハウジング９の外周部分を形成している。

なお、インペラーホイール７は、回転軸線Ｋを中心に回転駆動されるハブ部１７と、該ハブ部１７の外周面に設けられた複数枚の羽根（翼）１９とを有している。そして、ハブ部１７は回転軸５に取り付けられて、複数枚の羽根１９がハブ部１７とともに回転駆動されるようになっている。

羽根１９は、回転駆動されることによって、吸気口１３から吸込み、吸気通路１１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１９には、上流側の縁部である前縁１９ａと、下流側の縁部である後縁１９ｂと、径方向外側の縁部である外周縁（外周部）１９ｃが設けられている。この外周縁１９ｃは、コンプレッサハウジング９のシュラウド部２１によって覆われた側縁の部分をいう。そして、外周縁１９ｃは、シュラウド部２１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３のインペラーホイール７は、図示しないタービンロータの回転駆動力によって回転される回転軸５によって回転駆動される。そして、吸気口１３から外部の空気が、回転軸線Ｋ方向に引き込まれて、インペラーホイール７の複数枚の羽根１９間を流れて、主に動圧が上昇された後に、径方向外側に配置されたディフューザ１５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外周側に形成された渦巻状の空気通路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。

（第１参考形態）
図１〜図４Ｂを参照して、第１参考形態を説明する。
第１参考形態は、吸気通路１１の内周壁２３に、吸気流に対する抵抗体を構成する内周抵抗体２５が設けられるものである。

内周抵抗体２５は、吸気通路１１の吸気口１３と羽根１９との間の内周壁２３に設けられ、環状の板部材２７によって形成されている。この板部材２７の外周端部が、吸気通路１１の内周壁２３に取り付けられおり、内周端部には吸気通路１１の軸方向に延びる円筒形状のガイド部２９が取り付けられている。

ガイド部２９の中心線は回転軸線Ｋと一致して、吸気通路１１の中心部分にガイド部が形成されていることによって、吸気通路１１の中心部分を流れる吸気流の方向性が安定し、低流量時における羽根１９の前縁のハブ側への流れを確実に形成できる。

なお、ガイド部２９の円筒形状に代えて、図３に示すように、流入側の流路が広がり流出側の流路が狭められる中空円錐台形状、あるいはベルマウス形状のベルマウスガイド部３１としてもよい。このように入口部が広がり、流出部を狭めることで、羽根１９の入口への流入速度の上昇効果も期待できる。

板部材２７は、具体的には、図４Ａ、図４Ｂに示すように、流れを完全に遮蔽する板部材ではなく、所定の開口率例えば略半分（４０〜６０％）、または、圧力損失系数では略０．４以下になるように設定された多孔板、または格子（スリット）状、メッシュ状に形成されているのが望ましい。
また、板形状ではなく円環形状をしたスポンジ状の一体構造物でもよく、吸気流に対して抵抗体として機能する部材であればよい。

開口比率が前記所定の値より小さい場合や、圧力損失係数が前記の略０．４より大きい場合には、大流量時の吸気流量を確保できなくなり、コンプレッサ３としての性能を悪化させ、また逆に、開口比率が大きすぎる場合や圧力損失係数が小さすぎると抵抗体としての機能が得られない。

さらに、図１に示すように環状の板部材２７の径方向高さｈは、羽根１９の前縁翼高さＨの約５０％以上の高さの部分に設置されている。すなわち、吸気通路１１の内周壁２３側に設けられている。この高さｈについても、このように、羽根１９の前縁高さの約５０％未満の領域まで、内周抵抗体２５が内径側に突出して存在すると、高流量時において流路抵抗の増大を招き、必要流量が確保されない恐れがあるため、このような性能悪化を防止している。

次に、この板部材２７の設置による羽根１９への流入空気の流速分布について図２（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。
図２（Ａ）は、大流量時を示し、このときには、インペラーホイール７の入口では、翼高さ方向にハブ側からシュラウド側先端間で流れが流入する。流量が低下するに従い、図２（Ｂ）に示すように、シュラウド側の抵抗体である板部材２７の影響で流れがハブ側に偏って流入するようになり、抵抗体がない場合に比べてインペラーホイール７への空気の流入速度が上昇し、インペラーホイール７の失速を抑制して、サージング限界流量を低減できる。

また、低流量時には、吸気流をハブ側に流入するように偏流させることによって、羽根の先端部分、すなわちシュラウド側には流れず、小型の羽根を使用している状態と同様の使用状態となり、コンプレッサの性能低下を伴わずに低流量へ対応させることができる。

以上のように、第１参考形態によれば、高流量時においては、内周抵抗体２５が存在しても、吸気流れの偏りは低流量時に比べて少なく羽根１９の前縁の翼高さ方向にハブ側からシュラウド側先端までの全域に渡って流入するが、流量の低下に従って、内周抵抗体２５によって、吸気を羽根１９のハブ側に偏らせるとともに、吸気通路１１の断面積が絞られることで流速が高められて、性能低下を伴わずにサージング限界流量を低減することができる。

（基本形態）
次に、図５〜図７Ｂを参照して、基本形態を説明する。
基本形態は、吸気通路１１の中心部分に設けられて、吸気流に対する抵抗体を構成する中心抵抗体４１が設けられるものである。

中心抵抗体４１は、吸気通路１１の吸気口１３と羽根１９との間に、回転軸線Ｋを中心としてその周りに設けられ、円板形状の板部材４３によって構成されている。
この板部材４３の外周を覆うように吸気通路１１の軸方向に延びる円筒形状のガイド部４５が取り付けられている。ガイド部４５の外周部は、周方向に４箇所設けられた支柱４７よって吸気通路１１の内周壁２３に取り付けられている。

このように、ガイド部４５の内側に中心抵抗体４１を設け、ガイド部４５により、吸気通路１１の中心部分を流れる吸気流の方向性を安定化できる。また、ガイド部４５を設けることで、吸気通路１１の内周壁寄りを流れる吸気流の方向性が安定し、低流量時における羽根１９の前縁１９ａのシュラウド側への流れを確実に形成できる。

なお、ガイド部４５の円筒形状に代えて、第１参考形態（図３）に示すように、流入側の流路が広がり流出側の流路が狭められる中空円錐台形状、あるいはベルマウス形状のベルマウスガイド部３１としてもよい。このように入口部が広がり、流出部を狭めることで、羽根１９の入口への流入速度が高められる効果も期待できる。

板部材４３は、第１参考形態で説明したのと同様に、図７Ａ、図７Ｂに示すように、流れを完全に遮蔽する板部材ではなく、所定の開口率例えば略半分（４０〜６０％）ぐらいに、または、圧力損失系数では略０．４以下になるように設定された多孔板、または格子（スリット）状、メッシュ形状に形成されているのが望ましい。また、板形状ではなくスポンジ状のものでもよく、吸気流に対して抵抗体として機能すればよい。
この、開口比率や圧力損失係数の大きさは、第１参考形態と同様にコンプレッサ３の性能の悪化との関係で設定される。

また、図５に示すように板部材４３の径方向高さｈは、羽根１９の前縁翼高さＨに対して、約５０％以下に設置されている。すなわち、吸気通路１１の中心部分に設けられている。この高さｈについて、羽根１９の前縁高さの約５０％を超える領域まで存在すると、高流量時において流路抵抗の増大によって、必要流量が確保されない恐れがあるため、このような性能悪化を防止している。

次に、この板部材４３の設置による羽根１９への流入空気の流速分布について図６（Ａ）、（Ｂ）を参照して説明する。
図６（Ａ）は、大流量時を示し、このときには、インペラーホイール７の入口では、翼高さ方向にハブ側からシュラウド側先端間で流れが流入する。流量が低下するに従い、図６（Ｂ）に示すように、ハブ側の抵抗体である板部材４３の影響で流れがシュラウド側に流入するようになり、抵抗体がない場合に比べてインペラーホイール７への空気の流入速度が上昇し、インペラーホイール７の失速を抑制して、サージング限界流量を低減できる。

以上のように、基本形態によれば、高流量時においては、中心抵抗体４１が存在しても、吸気流れの偏りは低流量時に比べて少なく羽根１９の前縁の翼高さ方向にハブ側からシュラウド側先端までの全域に渡って流入するが、流量の低下に従って、中心抵抗体４１によって、吸気を羽根１９のシュラウド側に偏らせるとともに、吸気通路１１の断面積が絞られることで流速が高められて、サージング限界流量を低減することができる。

（第１実施形態）
次に、図８を参照して第１実施形態について説明する。
第１実施形態は、基本形態の板部材４３を回転可能な弁体５１としたものである。

図８のように、円板形状の中心抵抗体５３は、吸気通路１１の径方向を回動中心軸として、吸気流に沿う全開と吸気流を遮る全閉との間を回動する開閉可能な弁体５１から構成されている。
弁体５１の回動中心軸には弁体回動軸５５が連結し、該弁体回動軸５５はガイド部４５を貫通し、さらに一本の支柱４７だけ内部貫通構造として、その内部を貫通し、または一本の支柱４７に代えてその箇所に設けられ、コンプレッサハウジング９の外側に突出するように該コンプレッサハウジング９を貫通している。
そして、コンプレッサハウジング９を貫通して外側に突出した端部を、図示しない駆動機構によって回動するようになっている。

この弁体５１の開閉作動は、コンプレッサ３のインペラーホイール７の回転速度に基づいて、所定の低回転領域すなわち、サージングが生じる限界低流量領域に低下した場合に、全閉状態となるように制御装置によって制御されるようになっている。

また、高回転領域においては、流量を確保するために全開状態に制御される。その他の中間領域においては、流量の低下つまりインペラーホイール７の回転速度の低下に従って、弁体５１を閉じるように制御される。

なお、弁体５１を構成する板部材５４は、基本形態のように、多孔体やスリット状のような抵抗体であっても、完全に円板状の板部材から構成されていてもよい。
円板状の場合には、弁体５１の開度調整がされるため、高流量時に全開されるため流量の確保の点からは問題は生じない。また、弁体５１が、スリット形状、もしくはメッシュ形状の部材からなる抵抗体によって構成される場合には、弁体５１が全閉時には、ハブ側にも流れが生じるため、弁体５１の下流での流れの剥離領域が低減されて性能が向上する。

以上のように第１実施形態によれば、開閉可能な弁体５１を備え、その外周側に円筒形状のガイド部４５、若しくは、ベルマウス形状のガイド部４５を有し、流量が低下するに従って弁体５１を閉じて、流れがシュラウド側に流入するようになり、弁体５１が開いた状態に比べて、インペラーホイール７への空気流入速度が上昇し、インペラーホイール７の失速を抑制して、サージング限界流量を低減できる。

（第２、第３参考形態）
次に、図９Ａ〜図１２を参照して第２、第３参考形態について説明する。
第２、第３参考形態は、吸気通路１１の内周壁２３の内径側に凸状に突出する環状突起部材６１が設けられている。
この環状突起部材６１によって抵抗体が形成され、該環状突起部材６１の凸状部分６３を、流入吸気量に応じて吸気通路１１の内径側に突出する量を調整する可動手段６４、６６、６８を備えている。

第２参考形態は、図９Ａに概要を示し、その詳細を図１０、１１に示す。
図９Ａに示すように、吸気通路１１の内周壁２３の内径側に凸状に形成された環状突起部材６１は、弾性体（ゴム部材、若しくは樹脂材）によって形成されて、外周側から押圧力Ｆを内径側に作用させることで、凸状の突起量を可変制御する。

可動手段６４は、図１０のように、コンプレッサハウジング９側に環状のスリット６５を形成し、その外側に弾性体のゴム部材６７を周方向に配置し、該ゴム部材６７の外側に圧力室６９を形成するように、ゴム部材６７の外周側に形成する圧力室ハウジング７１をボルト７３、７３によって取付ける。圧力室６９には、圧力供給管８７を介して圧力空気等の圧力液体が供給される。圧力室６９に供給される圧力液体量に応じて環状突起部材６１の凸状部分６３の突出量が制御される。

また、可動手段６６は、図１１のように、コンプレッサハウジング９側に環状のスリット６５を形成し、その外側に弾性体のゴム部材６７を周方向に配置してボルト７７によって周方向に取り付ける。
ゴム部材６７の外側に締付けバンド７９が、周方向に巻かれており、該締付けバンド７９を締め付ける締め付け力を可変制御することで、凸状部分６３の突出量が制御される。

さらに、第３参考形態は、他の可動手段６８の例として図９Ｂに概要を示し、その詳細を図１２に示す。
図９Ｂに示すように、吸気通路１１の内周壁２３に凸状に形成された環状突起部材８１は、弾性体（ゴム部材、若しくは樹脂材）によって形成されて、該凸状の突起量が可変制御される。

図１２のように、コンプレッサハウジング９側に環状のスリット６５を形成し、その外側に弾性体のゴム部材８４を周方向に配置し、該ゴム部材８４の回転軸線Ｋ方向の片側には、回転軸線Ｋ方向に摺動可能なスライド部８５が設けられ、該スライド部８５を図示しないアクチュエータで摺動することで、吸気通路１１の内側に凸状部分８３が突出して環状突起部材８１を形成する構造になっている。
そして、この凸状の突起量はスライド部８５のスライド量Ｓに応じて制御される。

以上のように、第２、第３参考形態によれば、吸気通路１１の内周壁の内径側に突出する凸状の環状突起部材６１、８１によって抵抗体が形成され、該環状突起部材６１、８１の凸状部分６３、８３の吸気通路１１の内径側への突出量を調整する可動手段６４、６６、６８を備えることによって、運転状態に応じた突出量に制御できる。このため、高流量時においては、突出させずに流量を確保し、さらに低流量域では、突出させてサージングを防止できる。

なお、流量が少ない時には、羽根１９へ流入する空気が、羽根１９の前縁１９ａから逆流が生じて吸気流と混合する傾向が見られるため、第２、第３参考形態のように、吸気通路１１の内周壁に内径側に凸状の環状突起部材６１、８１によって、羽根１９の前縁からの戻り流れを、せき止める作用が発揮されて、戻り流れによる不安定な運転を防止できる作用も有している。

従って、第２、第３参考形態のように凸状の突出量を運転状態に応じて制御せずに、単に吸気通路１１の内周壁２３に内径側に凸状の環状突起部材６１、８１による抵抗体を設けるだけの構造でも、前記逆流の防止効果と、前記第１参考形態で説明した流速の上昇効果によってコンプレッサの性能向上とともにサージング限界流量低減効果が得られる。

本発明によれば、遠心圧縮機の回転羽根と吸気口との間を連通する吸気通路の通路断面を径方向に絞る、抵抗体を設けて、低流量時におけるサージング限界流量を低減することができるので、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ターボ過給機
３コンプレッサ（遠心圧縮機）
５回転軸
７インペラーホイール
９コンプレッサハウジング（ハウジング）
１１吸気通路
１３吸気口
１７ハブ
１９羽根（翼）
２３内周壁
２５内周抵抗体（抵抗体）
２７、４３板部材（抵抗体）
２９、４５ガイド部
３１ベルマウスガイド部
４１中心抵抗体（抵抗体）
４７支柱
５１弁体
６１、８１環状突起部材
６４、６６、６８可動手段
６７、８４ゴム部材

Claims

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、を備えた遠心圧縮機であって、
前記吸気通路の中心側部分に吸気流に対する抵抗体を設け、低流量時において前記抵抗体によって前記吸気通路の断面積を絞るように構成されることで前記インペラーホイールの翼への流入速度を上昇させるとともに、前記中心側部分に設けた中心抵抗体によって吸気を翼のシュラウド側に偏らせて流し、
前記中心抵抗体は円板形状からなり、該中心抵抗体の円板の外周を覆って吸気通路の軸方向に延びる円筒形状若しくは流入側の流路が広がり流出側の流路が狭められる中空円錐台形状、あるいはベルマウス形状からなるガイド部が設けられ、
前記円板形状の中心抵抗体は、吸気通路の径方向を回動中心軸として、吸気流に沿う全開と吸気流を遮る全閉との間を回動する開閉可能な弁体からなり、
前記弁体が、多孔板、スリット形状、もしくはメッシュ形状の部材からなる抵抗体によって構成され、前記弁体の全閉時に翼のハブ側にも流れが生じるように構成したことを特徴とする遠心圧縮機。
前記中心抵抗体は前記翼の前縁高さの約５０％以下に設置されることを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
前記弁体は、所定以上の吸気流量のときに全開状態とし、流量の低下に従って、弁体を閉じるように制御されることを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。