JP6449101B2 - Supercharger and supercharger control valve controller - Google Patents

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Description

本開示は、過給機及び過給機用制御弁のコントローラに関する。   The present disclosure relates to a supercharger and a controller for a supercharger control valve.

特許文献１には、コンプレッサ渦室の高い圧力の空気を、ハウジングに設けたシールエア供給穴とタービンディスク側面の空間部とを連通するシールエア通路を通してタービンディスク側面に供給するようにした排気ガスタービン過給機が開示されている。かかる過給機は、シールエア供給穴とシールエア通路との連通部に、該シールエア通路内を摺動し、コンプレッサ渦室内が負圧のときには自重により降下して連通部を遮断するが、コンプレッサ渦室内が正圧のときには該正圧により上昇して連通部を解放するピストンが設けられている。   Patent Document 1 discloses an exhaust gas turbine overload that supplies high-pressure air in a compressor vortex chamber to a turbine disk side surface through a seal air passage that connects a seal air supply hole provided in a housing and a space portion on the side surface of the turbine disk. A dispenser is disclosed. Such a supercharger slides within the seal air passage to the communication portion between the seal air supply hole and the seal air passage, and when the compressor vortex chamber is under negative pressure, it is lowered by its own weight to block the communication portion. When the pressure is positive, there is provided a piston that is lifted by the positive pressure to release the communicating portion.

実用新案登録第２５５２２８２号公報Utility Model Registration No. 2552282

特許文献１に開示された過給機では、渦室内が正圧のときには該正圧によりピストンが上昇して連通部を全開にするので、過給機の高速運転時（コンプレッサホイール及びタービンホイールが高回転数にて回転している状態）において渦室内が高圧になると軸受台とタービンホイールとの間の空間の圧力も高圧となる。その結果、該空間内の空気は外部に漏れて損失となり、過給機の効率的な運転を阻害する。   In the supercharger disclosed in Patent Document 1, when the pressure in the vortex chamber is positive, the piston is raised by the positive pressure and the communication portion is fully opened. Therefore, during high-speed operation of the supercharger (the compressor wheel and the turbine wheel are When the inside of the vortex chamber becomes high pressure in a state where it rotates at a high rotational speed, the pressure in the space between the bearing stand and the turbine wheel also becomes high. As a result, the air in the space leaks to the outside and is lost, which hinders efficient operation of the supercharger.

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、過給機の高速運転時において、軸受台とタービンホイールとの間の空間からの空気の漏れ流れを抑制することができる過給機及び過給機用制御弁のコントローラを提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, at least one embodiment of the present invention provides a supercharger that can suppress the leakage of air from the space between the bearing stand and the turbine wheel during high-speed operation of the supercharger. And it aims at providing the controller of the control valve for superchargers.

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る過給機は、
コンプレッサホイールおよび該コンプレッサホイールの外周側に設けられる渦室を含むコンプレッサと、
前記コンプレッサホイールに連結されるタービンホイールを含むタービンと、
軸受台と前記タービンホイールとの間の空間と、前記コンプレッサの前記渦室と、を連通する空気通路に設けられ、開度が調整可能な制御弁と、
前記コンプレッサホイール又は前記タービンホイールの回転数に基づいて、前記制御弁の前記開度を制御するように構成されたコントローラと、
を備える。 (1) A turbocharger according to at least one embodiment of the present invention is:
A compressor including a compressor wheel and a vortex chamber provided on the outer peripheral side of the compressor wheel;
A turbine including a turbine wheel coupled to the compressor wheel;
A control valve that is provided in an air passage that communicates the space between the bearing stand and the turbine wheel and the vortex chamber of the compressor, the opening of which can be adjusted;
A controller configured to control the opening of the control valve based on the number of rotations of the compressor wheel or the turbine wheel;
Is provided.

上記（１）の構成によれば、コントローラは、コンプレッサホイール又はタービンホイールの回転数に基づいて、制御弁の開度を制御する。これにより、過給機の運転状態（回転数）に応じて制御弁の開度が適切に調節され、軸受台とタービンホイールとの間の前記空間の圧力の過剰な上昇を抑制することができる。よって、過給機の高速運転時における前記空間の圧力上昇に起因した空気の漏れ損失を抑制し、過給機の運転効率を向上させることができる。   According to the configuration of (1) above, the controller controls the opening degree of the control valve based on the rotation speed of the compressor wheel or the turbine wheel. Thereby, the opening degree of the control valve is appropriately adjusted according to the operating state (rotation speed) of the supercharger, and an excessive increase in the pressure in the space between the bearing stand and the turbine wheel can be suppressed. . Therefore, it is possible to suppress air leakage loss due to the pressure increase in the space during high-speed operation of the supercharger and improve the operation efficiency of the supercharger.

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記コントローラは、前記軸受台と前記タービンホイールとの間の前記空間の圧力が上限値以下になるように前記制御弁の前記開度を制御するように構成される。
上記（２）の構成によれば、コントローラは、軸受台とタービンホイールとの間の圧力が上限値以下となるように制御弁の開度を制御する。よって、軸受台とタービンホイールとの間の前記空間における圧力上昇を抑制することができる。これにより、過給機の高速運転時における前記空間の圧力上昇に起因した空気の漏れ損失を低減し、過給機の運転効率を向上させることができる。 (2) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
The controller is configured to control the opening degree of the control valve so that a pressure in the space between the bearing stand and the turbine wheel becomes an upper limit value or less.
According to the configuration of (2) above, the controller controls the opening degree of the control valve so that the pressure between the bearing stand and the turbine wheel is equal to or lower than the upper limit value. Therefore, the pressure rise in the space between the bearing stand and the turbine wheel can be suppressed. As a result, it is possible to reduce air leakage loss due to an increase in the pressure of the space during high-speed operation of the supercharger and improve the operation efficiency of the supercharger.

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記コントローラは、
前記回転数が低回転数領域に含まれるとき、前記制御弁の前記開度を全開状態とし、
前記低回転数領域に対して高回転数である高回転数領域に前記回転数が含まれるとき、前記制御弁の前記開度を前記全開状態よりも小さくする
ように構成される。
上記（３）の構成によれば、コントローラは、コンプレッサホイール又はタービンホイールの回転数が低回転数領域に含まれるとき、制御弁の開度を全開状態とする。よって、回転数が低回転数領域に含まれるときには、制御弁の開度が全開となり、軸受台とタービンホイールとの間の前記空間における圧力が上昇する。これにより、タービンホイールのスラストバランスが適正に保たれる。一方、コントローラは、コンプレッサホイール又はタービンホイールの回転数が高回転数領域に含まれるとき、制御弁の開度を全開状態よりも小さくする。よって、回転数が高回転数領域に含まれるときには回転数が上昇しても、コントローラによる制御弁の開度制御の結果、軸受台とタービンホイールとの間の前記空間における圧力上昇が抑制される。これにより、回転数が高回転数領域に含まれるときでも、軸受台とタービンホイールとの間の前記空間における圧力上昇を抑制し、前記空間からの空気の漏れ損失を低減できる。 (3) In some embodiments, in the above configuration (1) or (2),
The controller is
When the rotational speed is included in the low rotational speed region, the opening of the control valve is fully opened,
When the rotational speed is included in a high rotational speed region that is higher than the low rotational speed region, the opening degree of the control valve is configured to be smaller than that in the fully opened state.
According to the configuration of (3) above, the controller fully opens the opening of the control valve when the rotation speed of the compressor wheel or the turbine wheel is included in the low rotation speed region. Therefore, when the rotational speed is included in the low rotational speed region, the opening degree of the control valve is fully opened, and the pressure in the space between the bearing stand and the turbine wheel increases. Thereby, the thrust balance of a turbine wheel is maintained appropriately. On the other hand, when the rotation speed of the compressor wheel or the turbine wheel is included in the high rotation speed region, the controller makes the opening degree of the control valve smaller than in the fully open state. Therefore, even when the rotational speed is included in the high rotational speed region, as a result of the control valve opening control by the controller, the pressure increase in the space between the bearing stand and the turbine wheel is suppressed. . Thereby, even when the rotation speed is included in the high rotation speed region, an increase in pressure in the space between the bearing stand and the turbine wheel can be suppressed, and leakage loss of air from the space can be reduced.

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）から（３）の何れか一つの構成において、
前記回転数を検出するための回転数センサをさらに備え、
前記コントローラは、前記回転数に対応する前記制御弁の開度指令値を規定する相関関係に前記回転数センサの検出結果を当てはめて、前記制御弁の第１開度指令値を算出するように構成される。
尚、相関関係は、回転数と制御弁の開度指令値の関係を示すマップ、テーブル、又は関数であってもよい。
上記（４）の構成によれば、コントローラは、回転数に対応する制御弁の開度指令値を規定する相関関係に回転数センサの検出結果を当てはめて、制御弁の第１開度指令値を算出する。よって、軸受台とタービンホイールとの間の前記空間における圧力を適正な範囲内に維持するための前記相関関係を予め求めておけば、上記（４）の構成により過給機の高速運転時において制御弁を適切に制御し、前記空間における過剰な圧力上昇を抑制できる。これにより、過給機の高速運転時における前記空間からの空気の漏れ損失を低減し、過給機の運転効率を向上させることができる。 (4) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (3),
A rotation speed sensor for detecting the rotation speed;
The controller applies a detection result of the rotational speed sensor to a correlation that defines an opening command value of the control valve corresponding to the rotational speed, and calculates a first opening command value of the control valve. Composed.
The correlation may be a map, table, or function indicating the relationship between the rotational speed and the opening command value of the control valve.
According to the configuration of (4) above, the controller applies the detection result of the rotational speed sensor to the correlation that defines the opening degree command value of the control valve corresponding to the rotational speed, and the first opening degree command value of the control valve. Is calculated. Therefore, if the correlation for maintaining the pressure in the space between the bearing stand and the turbine wheel within an appropriate range is obtained in advance, the structure of (4) can be used during high-speed operation of the turbocharger. The control valve can be appropriately controlled to suppress an excessive pressure increase in the space. Thereby, the leakage loss of the air from the said space at the time of high-speed operation of the supercharger can be reduced, and the operation efficiency of the supercharger can be improved.

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）から（４）の何れか一つの構成において、
前記軸受台と前記タービンホイールとの間の前記空間の圧力を検出するための圧力センサをさらに備え、
前記コントローラは、前記圧力センサの検出結果と前記空間の目標圧力との偏差に基づいて、前記制御弁の第２開度指令値を算出するように構成される。
上記（５）の構成によれば、コントローラは、圧力センサの検出結果と空間の目標圧力との偏差に基づいて、制御弁の第２開度指令値を算出する。例えば、圧力センサの検出結果が空間の目標圧力よりも低いときに第２開度指令値を増大させ、圧力センサの検出結果が空間の目標圧力よりも高いときに第２開度指令値を減少させる。これにより、軸受台とタービンホイールとの間の前記空間の圧力を高精度に制御し、前記空間における過剰な圧力上昇を抑制できる。この結果、過給機の高速運転時における前記空間からの空気の漏れ損失を低減し、過給機の運転効率を向上させることができる。 (5) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (4) above,
A pressure sensor for detecting a pressure in the space between the bearing stand and the turbine wheel;
The controller is configured to calculate a second opening command value of the control valve based on a deviation between a detection result of the pressure sensor and a target pressure in the space.
According to the configuration of (5) above, the controller calculates the second opening command value of the control valve based on the deviation between the detection result of the pressure sensor and the target pressure in the space. For example, the second opening command value is increased when the detection result of the pressure sensor is lower than the target pressure in the space, and the second opening command value is decreased when the detection result of the pressure sensor is higher than the target pressure in the space. Let Thereby, the pressure of the said space between a bearing stand and a turbine wheel can be controlled with high precision, and the excessive pressure rise in the said space can be suppressed. As a result, it is possible to reduce the leakage loss of air from the space during high-speed operation of the supercharger and improve the operation efficiency of the supercharger.

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）から（５）の何れか一つの構成において、
前記制御弁は、少なくとも前記過給機の運転停止時において、全閉になるように構成される。
上記（６）の構成によれば、制御弁は、少なくとも過給機の運転停止時において、全閉になる。よって、少なくとも過給機の停止時においてタービンホイールの背面側の空間から渦室に空気が流入（逆流）することはない。これにより、少なくとも過給機の停止時において、コンプレッサホイール及びタービンホイールの軸受を潤滑する潤滑油が前記空間（軸受台とタービンホイールとの間の空間）から渦室に流入するのを防止できる。 (6) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (5) above,
The control valve is configured to be fully closed at least when the operation of the supercharger is stopped.
According to the configuration of (6) above, the control valve is fully closed at least when the turbocharger is stopped. Therefore, at least when the turbocharger is stopped, air does not flow (backflow) into the vortex chamber from the space on the rear side of the turbine wheel. Thereby, at least when the turbocharger is stopped, it is possible to prevent the lubricating oil that lubricates the bearings of the compressor wheel and the turbine wheel from flowing into the vortex chamber from the space (the space between the bearing stand and the turbine wheel).

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）の何れか一つの構成において、
前記コンプレッサホイールおよび前記タービンホイールの間に設けられ、前記コンプレッサホイール及び前記タービンホイールの回転軸を支持する軸受と、
前記軸受を収容するための軸受台と、
前記タービンにおける作動流体流路、および、前記空間の間に設けられる第１シールと、
前記軸受台の内部空間と前記空間との間に設けられる第２シールと、
をさらに備える。
上記（７）の構成によれば、タービンにおける作動流体流路と前記空間（軸受台とタービンホイールとの間の空間）の間は第１シールでシールされ、軸受台の内部空間と前記空間の間は第２シールでシールされる。渦室の圧力が十分に高い場合、制御弁が開いて渦室からの高圧空気が前記空間に流れ込む。このとき、高温の作動流体が流れるタービンの作動流体流路、または、軸受の潤滑油が存在する軸受台の内部空間に比べて、これらとシール（第１シール及び第２シール）によって隔てられた前記空間の圧力は高くなる。よって、前記空間から高圧空気がシール（第１シール及び第２シール）を介して僅かに漏れ出ることによって、高温の作動流体や潤滑油が前記空間に侵入することを防止できる。
一方、上記（１）において上述したように、コンプレッサホイール又はタービンホイールの回転数に基づいて制御弁の開度を制御するコントローラを設けたので、前記空間の圧力の過剰上昇を抑制し、前記空間からの高圧空気の漏れ損失を抑制することができる。 (7) In some embodiments, in any one of the configurations (1) to (6) above,
A bearing provided between the compressor wheel and the turbine wheel and supporting a rotation shaft of the compressor wheel and the turbine wheel;
A bearing stand for housing the bearing;
A working fluid flow path in the turbine, and a first seal provided between the spaces;
A second seal provided between the internal space of the bearing stand and the space;
Is further provided.
According to the configuration of (7) above, the working fluid flow path in the turbine and the space (the space between the bearing base and the turbine wheel) are sealed with the first seal, and the internal space of the bearing base and the space are The space is sealed with a second seal. When the pressure in the vortex chamber is sufficiently high, the control valve opens and high-pressure air from the vortex chamber flows into the space. At this time, compared with the working fluid flow path of the turbine through which the high-temperature working fluid flows or the internal space of the bearing stand where the lubricating oil of the bearing exists, these are separated by the seal (first seal and second seal). The pressure in the space increases. Therefore, it is possible to prevent high-temperature working fluid and lubricating oil from entering the space when the high-pressure air slightly leaks from the space through the seals (first seal and second seal).
On the other hand, as described above in (1), since the controller for controlling the opening degree of the control valve based on the rotation speed of the compressor wheel or the turbine wheel is provided, an excessive increase in the pressure of the space is suppressed, and the space The leakage loss of high-pressure air from can be suppressed.

（８）幾つかの実施形態では、本発明の少なくとも一実施形態にかかる過給機用制御弁のコントローラは、
上記（１）から（７）の何れか一つの過給機における前記制御弁を制御するためのコントローラであって、
前記コンプレッサホイール又は前記タービンホイールの回転数に基づいて、前記制御弁の前記開度を制御するように構成される。
上記（８）の構成によれば、過給機用制御弁のコントローラは、コンプレッサホイール又はタービンホイールの回転数に基づいて、制御弁の開度を制御する。よって、過給機の運転状態（回転数）に応じて制御弁の開度が適切に調節されるので、軸受台とタービンホイールとの間の前記空間の圧力の過剰な上昇を抑制することができる。これにより、過給機の高速運転時における前記空間の圧力上昇に起因した空気の漏れ損失を抑制し、過給機の運転効率を向上させることができる。 (8) In some embodiments, the controller of the supercharger control valve according to at least one embodiment of the present invention comprises:
A controller for controlling the control valve in the supercharger according to any one of (1) to (7) above,
The opening degree of the control valve is controlled based on the rotation speed of the compressor wheel or the turbine wheel.
According to the configuration of (8) above, the controller of the supercharger control valve controls the opening degree of the control valve based on the rotation speed of the compressor wheel or the turbine wheel. Therefore, since the opening degree of the control valve is appropriately adjusted according to the operating state (rotation speed) of the supercharger, it is possible to suppress an excessive increase in the pressure in the space between the bearing stand and the turbine wheel. it can. As a result, it is possible to suppress air leakage loss due to an increase in pressure in the space during high-speed operation of the supercharger, and to improve the operation efficiency of the supercharger.

本発明の少なくとも一実施形態によれば、過給機の高速運転時において、軸受台とタービンホイールとの間の空間からの空気の漏れ流れを抑制することができる。   According to at least one embodiment of the present invention, the leakage flow of air from the space between the bearing stand and the turbine wheel can be suppressed during high-speed operation of the supercharger.

本発明の一実施形態に係る過給機の構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the structure of the supercharger which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る過給機の構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the structure of the supercharger which concerns on other embodiment of this invention. 一実施形態に係るコンプレッサホイールの回転数と該回転数に対応する空間の圧力及び制御弁の開度との関係を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the relationship between the rotation speed of the compressor wheel which concerns on one Embodiment, the pressure of the space corresponding to this rotation speed, and the opening degree of a control valve. 他の実施形態に係るコンプレッサホイールの回転数と該回転数に対応する空間の圧力及び制御弁の開度との関係を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the relationship between the rotation speed of the compressor wheel which concerns on other embodiment, the pressure of the space corresponding to this rotation speed, and the opening degree of a control valve. 一実施形態に係る過給機のコントローラの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the controller of the supercharger which concerns on one Embodiment.

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Absent.
For example, expressions expressing relative or absolute arrangements such as “in a certain direction”, “along a certain direction”, “parallel”, “orthogonal”, “center”, “concentric” or “coaxial” are strictly In addition to such an arrangement, it is also possible to represent a state of relative displacement with an angle or a distance such that tolerance or the same function can be obtained.
In addition, for example, expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes not only represent shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes in a strict geometric sense, but also within the range where the same effect can be obtained. A shape including a chamfered portion or the like is also expressed.
On the other hand, the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one constituent element are not exclusive expressions for excluding the existence of the other constituent elements.

図１は、本発明の一実施形態に係る過給機１（１Ａ）の構成を概略的に示す断面図であり、図２は、本発明の他の実施形態に係る過給機１（１Ｂ）の構成を概略的に示す断面図である。また、図３は、一実施形態に係るコンプレッサホイール２１の回転数と該回転数に対応する空間４１の圧力及び制御弁５の開度との関係を概略的に示す図である。図４は、他の実施形態に係るコンプレッサホイールの回転数と該回転数に対応する空間４１の圧力及び制御弁５の開度との関係を概略的に示す図である。図５は、図２に示す過給機１Ｂのコントローラの構成を示すブロック図である。ここでは、舶用のディーゼルエンジンに用いられる過給機１（１Ａ，１Ｂ）を例に説明するが、過給機１の用途及び内燃機関の種別はこれに限られるものではない。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a supercharger 1 (1A) according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a supercharger 1 (1B) according to another embodiment of the present invention. It is sectional drawing which shows the structure of) schematically. FIG. 3 is a diagram schematically showing the relationship between the rotation speed of the compressor wheel 21 according to the embodiment, the pressure in the space 41 corresponding to the rotation speed, and the opening degree of the control valve 5. FIG. 4 is a diagram schematically showing the relationship between the rotation speed of the compressor wheel according to another embodiment, the pressure in the space 41 corresponding to the rotation speed, and the opening degree of the control valve 5. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a controller of the supercharger 1B shown in FIG. Here, the supercharger 1 (1A, 1B) used in a marine diesel engine will be described as an example. However, the use of the supercharger 1 and the type of the internal combustion engine are not limited thereto.

本発明の一実施形態に係る過給機１は、内燃機関（例えば、舶用のディーゼルエンジン）が吸入する空気の圧力を大気圧以上に高めるためのものである。本実施形態に係る過給機１は、内燃機関から排出された排気ガスの内部エネルギーを利用して圧縮された空気を内燃機関に送り込むように構成されている。   A supercharger 1 according to an embodiment of the present invention is for increasing the pressure of air taken in by an internal combustion engine (for example, a marine diesel engine) to atmospheric pressure or higher. The supercharger 1 according to the present embodiment is configured to send compressed air to the internal combustion engine using the internal energy of exhaust gas discharged from the internal combustion engine.

図１及び図２に示すように、本発明の一実施形態に係る過給機１（１Ａ，１Ｂ）は、コンプレッサ２、タービン３、回転軸７１、軸受台７３及びコントローラ６を備えている。
コンプレッサ２は、ホイール２１（コンプレッサホイール２１）および該コンプレッサホイール２１の外周側に設けられる渦室２２を含んで構成され、タービン３は、コンプレッサホイール２１に連結されるホイール３１（タービンホイール３１）を含んで構成されている。尚、コンプレッサホイール２１又はタービンホイール３１の回転数は、過給機１（１Ａ，１Ｂ）に設けられた回転数センサ８１によって検出されるようになっている。図１及び２に示す例示的な実施形態では、回転数センサ８１は、コンプレッサホイール２１に近接して設けられ、コンプレッサホイール２１の回転数を検出するように構成されている。
回転軸７１は、一端部がコンプレッサホイール２１に接続されるとともに、他端部がタービンホイール３１に接続されている。
軸受台７３は、コンプレッサ２とタービン３との間に配置され、軸受台７３とコンプレッサ２（コンプレッサケーシング２３）、軸受台７３とタービン３（タービンケーシング３３）は、それぞれ締結部材（例えば、ボルト）で締結され、一体的に構成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, a supercharger 1 (1 </ b> A, 1 </ b> B) according to an embodiment of the present invention includes a compressor 2, a turbine 3, a rotating shaft 71, a bearing stand 73, and a controller 6.
The compressor 2 includes a wheel 21 (compressor wheel 21) and a vortex chamber 22 provided on the outer peripheral side of the compressor wheel 21, and the turbine 3 includes a wheel 31 (turbine wheel 31) connected to the compressor wheel 21. It is configured to include. The rotation speed of the compressor wheel 21 or the turbine wheel 31 is detected by a rotation speed sensor 81 provided in the supercharger 1 (1A, 1B). In the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the rotational speed sensor 81 is provided close to the compressor wheel 21 and is configured to detect the rotational speed of the compressor wheel 21.
The rotating shaft 71 has one end connected to the compressor wheel 21 and the other end connected to the turbine wheel 31.
The bearing stand 73 is disposed between the compressor 2 and the turbine 3. The bearing stand 73 and the compressor 2 (compressor casing 23), and the bearing stand 73 and the turbine 3 (turbine casing 33) are respectively fastening members (for example, bolts). It is fastened with and is configured integrally.

図１及び図２に例示する実施形態に係る過給機１では、上述したコンプレッサホイール２１は、ハブ２１１と、該ハブ２１１の外周に設けられた複数のブレード２１２（翼）とを有しており、コンプレッサホイール２１の軸線と同一軸線上に設けられた回転軸７１の一端部に設けられている。
こうした構成を有するコンプレッサホイール２１は、ケーシング２３（コンプレッサケーシング２３）内に収容されている。ケーシング２３（コンプレッサケーシング２３）には、上述した渦室２２がコンプレッサホイール２１の周囲に形成されている。図１及び図２に例示する実施形態では、渦室２２は、コンプレッサホイール２１の軸線を中心として断面積が徐々に減少するボリュート状に設けられている。
また、コンプレッサケーシング２３には、吸入流路２４及びディフューザ２５が設けられている。吸入流路２４は、コンプレッサホイール２１に空気を吸入するための流路であり、コンプレッサホイール２１の軸線を中心とする円筒状に形成され、その基端側にコンプレッサホイール２１が収容され、その反対側となる先端側に吸入口２４１が設けられている。ディフューザ２５は、コンプレッサホイール２１を通過した圧縮空気を減速することで静圧を回復する静翼であり、吸入流路２４と渦室２２との間に設けられている。 In the turbocharger 1 according to the embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2, the above-described compressor wheel 21 includes a hub 211 and a plurality of blades 212 (blades) provided on the outer periphery of the hub 211. And provided at one end of a rotating shaft 71 provided on the same axis as the axis of the compressor wheel 21.
The compressor wheel 21 having such a configuration is accommodated in a casing 23 (compressor casing 23). The vortex chamber 22 described above is formed around the compressor wheel 21 in the casing 23 (compressor casing 23). In the embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2, the vortex chamber 22 is provided in a volute shape in which the cross-sectional area gradually decreases around the axis of the compressor wheel 21.
The compressor casing 23 is provided with a suction flow path 24 and a diffuser 25. The suction flow path 24 is a flow path for sucking air into the compressor wheel 21 and is formed in a cylindrical shape with the axis of the compressor wheel 21 as the center, and the compressor wheel 21 is accommodated on the base end side, and vice versa. A suction port 241 is provided on the distal end side. The diffuser 25 is a stationary blade that recovers static pressure by decelerating the compressed air that has passed through the compressor wheel 21, and is provided between the suction flow path 24 and the vortex chamber 22.

また、図１及び図２に例示する実施形態に係る過給機１では、上述したタービンホイール３１は、ハブ部３１１と、該ハブ部３１１の外周に設けられる複数のブレード３１２（翼）とを有しており、上述した回転軸７１のコンプレッサホイール２１と反対側となる他端部に設けられている。また、図１及び図２に例示する実施形態では、タービン３は、タービンホイール３１を回転可能に収容するケーシング３３（タービンケーシング３３）を含んで構成される。タービンケーシング３３には、作動流体流路３４（排気ガス流路）を規定する環状壁面３５が設けられる。そして、該環状壁面３５には、タービンケーシング３３に収容されたタービンホイール３１のブレード３１２のシュラウド面が対向している。   In the turbocharger 1 according to the embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2, the turbine wheel 31 described above includes a hub portion 311 and a plurality of blades 312 (blades) provided on the outer periphery of the hub portion 311. And provided at the other end of the rotating shaft 71 opposite to the compressor wheel 21. In the embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2, the turbine 3 includes a casing 33 (a turbine casing 33) that rotatably accommodates the turbine wheel 31. The turbine casing 33 is provided with an annular wall surface 35 that defines a working fluid flow path 34 (exhaust gas flow path). The annular wall surface 35 is opposed to the shroud surface of the blade 312 of the turbine wheel 31 housed in the turbine casing 33.

また、図１及び図２に例示する実施形態に係る過給機１では、軸受台７３とタービンホイール３１との間には空間４１が形成されている。図１及び図２に例示する実施形態に係る過給機１において、空間４１は、軸受台７３とタービンホイール３１のハブ部３１１、及び、軸受台７３と回転軸７１により規定される。
尚、図２に示す例示的な実施形態では、過給機１Ｂは、空間４１の圧力を検出するための圧力センサ８２を備えている。幾つかの実施形態において、圧力センサ８２の検出結果は、図５を用いて後述するようにコントローラ６による制御弁５の開度制御に用いられる。 In the supercharger 1 according to the embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2, a space 41 is formed between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31. In the supercharger 1 according to the embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2, the space 41 is defined by the bearing base 73 and the hub portion 311 of the turbine wheel 31, and the bearing base 73 and the rotating shaft 71.
In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the supercharger 1 </ b> B includes a pressure sensor 82 for detecting the pressure in the space 41. In some embodiments, the detection result of the pressure sensor 82 is used for opening control of the control valve 5 by the controller 6 as described later with reference to FIG.

軸受台７３とタービンホイール３１のハブ部３１１との間は第１シール７４でシールされ、軸受台７３と回転軸７１との間は第２シール７５でシールされる。図１及び２に示す例示的な実施形態では、第１シール７４及び第２シールは、凹凸を複数組み合わせたラビリンスシールで構成される。
第１シール７４は、タービン３における作動流体流路３４と空間４１（軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１）との間に設けられ、第２シール７５は、軸受台７３の内部空間７６と空間４１（軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１）との間に設けられる。 A space between the bearing base 73 and the hub portion 311 of the turbine wheel 31 is sealed with a first seal 74, and a space between the bearing base 73 and the rotating shaft 71 is sealed with a second seal 75. In the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the first seal 74 and the second seal are constituted by labyrinth seals in which a plurality of irregularities are combined.
The first seal 74 is provided between the working fluid flow path 34 and the space 41 (the space 41 provided between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31) in the turbine 3, and the second seal 75 is provided with the bearing stand 73. Between the inner space 76 and the space 41 (the space 41 provided between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31).

上記構成によれば、コンプレッサケーシング２３に形成された渦室２２から空気通路４を通り空間４１に供給された空気は第１シール７４に供給され僅かに漏れ出る。よって、タービン３における作動流体流路３４と、軸受台７３とタービンホイール３１との間に規定される空間４１との間はシールされる。
同様に、上記構成によれば、コンプレッサケーシング２３に形成された渦室２２から空気通路４を通り空間４１に供給された空気は第２シール７５に供給され僅かに漏れ出る。よって、軸受台７３の内部空間７６と、軸受台７３とタービンホイール３１との間に規定される空間４１との間はシールされる。 According to the above configuration, the air supplied from the vortex chamber 22 formed in the compressor casing 23 through the air passage 4 to the space 41 is supplied to the first seal 74 and slightly leaks. Therefore, the space between the working fluid flow path 34 in the turbine 3 and the space 41 defined between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31 is sealed.
Similarly, according to the above configuration, the air supplied from the vortex chamber 22 formed in the compressor casing 23 through the air passage 4 to the space 41 is supplied to the second seal 75 and slightly leaks. Therefore, the space between the internal space 76 of the bearing stand 73 and the space 41 defined between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31 is sealed.

軸受台７３は、軸受７２を備えるとともに、内部に空気通路４が形成される。
軸受７２は、コンプレッサホイール２１及びタービンホイール３１の回転軸７１を支持するものであり、図１及び２に示す例示的な実施形態では、コンプレッサホイール２１とタービンホイール３１との間に一対の軸受７２が設けられている。一対の軸受７２は、軸受台７３のコンプレッサケーシング２３に締結される端部（コンプレッサ側端部）と、タービンケーシング３３に連結される端部（タービン側端部）とにそれぞれ収容されている。これにより、コンプレッサホイール２１及びタービンホイール３１の回転軸７１が軸受台７３に回転可能に支持される。
空気通路４は、軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１と、コンプレッサ２の渦室２２とを連通する通路であり、経路中には開度が調整可能な制御弁５が備えられている。 The bearing stand 73 includes a bearing 72 and the air passage 4 is formed therein.
The bearing 72 supports the rotation shafts 71 of the compressor wheel 21 and the turbine wheel 31. In the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 and 2, a pair of bearings 72 is provided between the compressor wheel 21 and the turbine wheel 31. Is provided. The pair of bearings 72 are respectively accommodated in an end portion (compressor side end portion) fastened to the compressor casing 23 of the bearing stand 73 and an end portion (turbine side end portion) connected to the turbine casing 33. Thereby, the rotating shaft 71 of the compressor wheel 21 and the turbine wheel 31 is rotatably supported by the bearing stand 73.
The air passage 4 is a passage that communicates a space 41 provided between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31 and the vortex chamber 22 of the compressor 2, and a control valve 5 having an adjustable opening degree is provided in the passage. Is provided.

コントローラ６は、コンプレッサホイール２１の回転数に基づいて、制御弁５の開度を制御する。これにより、過給機１の運転状態（回転数）に応じて制御弁５の開度が適切に調節され、軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１の圧力の過剰な上昇を抑制することができる。よって、過給機１の高速運転時における空間４１の圧力上昇に起因した空気の漏れ損失を抑制し、過給機１の運転効率を向上させることができる。
尚、図１及び図２に示す例示的な実施形態では、コントローラ６は、上述の回転数センサ８１で検出したコンプレッサホイール２１の回転数に基づいて制御弁５の開度を制御するように構成されているが、これに限られるものではなく、コントローラ６は、コンプレッサホイール２１に連結されたタービンホイール３１の回転数に基づいて制御弁５の開度を制御するように構成してもよい。 The controller 6 controls the opening degree of the control valve 5 based on the rotation speed of the compressor wheel 21. Thereby, the opening degree of the control valve 5 is appropriately adjusted according to the operating state (rotation speed) of the supercharger 1, and the pressure in the space 41 provided between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31 is excessively increased. Can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the air leakage loss due to the pressure increase in the space 41 during the high-speed operation of the supercharger 1 and to improve the operation efficiency of the supercharger 1.
In the exemplary embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the controller 6 is configured to control the opening degree of the control valve 5 based on the rotational speed of the compressor wheel 21 detected by the rotational speed sensor 81 described above. However, the present invention is not limited to this, and the controller 6 may be configured to control the opening degree of the control valve 5 based on the rotational speed of the turbine wheel 31 connected to the compressor wheel 21.

上記構成によれば、渦室２２の圧力が十分に高い場合、制御弁５が開いて渦室２２からの高圧空気が前記空間４１に流れ込む。このとき、高温の作動流体が流れるタービン３の作動流体流路３４、または、軸受７２の潤滑油が存在する軸受台７３の内部空間７６に比べて、これらとシール（第１シール７４及び第２シール７５）によって隔てられた前記空間４１の圧力は高くなる。よって、前記空間４１から高圧空気がシール（第１シール７４及び第２シール７５）を介して僅かに漏れ出ることによって、高温の作動流体や潤滑油が前記空間４１に侵入することを抑制できる。
一方、コンプレッサホイール２１又はタービンホイール３１の回転数に基づいて制御弁５の開度を制御するコントローラ６を設けたので、前記空間４１の圧力の過剰上昇を抑制し、前記空間４１からの高圧空気の漏れ損失を抑制することができる。 According to the above configuration, when the pressure in the vortex chamber 22 is sufficiently high, the control valve 5 is opened and the high-pressure air from the vortex chamber 22 flows into the space 41. At this time, compared with the working fluid flow path 34 of the turbine 3 through which the high-temperature working fluid flows or the internal space 76 of the bearing stand 73 in which the lubricating oil of the bearing 72 exists, there is a seal (the first seal 74 and the second seal). The pressure in the space 41 separated by the seal 75) increases. Therefore, it is possible to suppress high-temperature working fluid and lubricating oil from entering the space 41 by slightly leaking high-pressure air from the space 41 through the seals (the first seal 74 and the second seal 75).
On the other hand, since the controller 6 that controls the opening degree of the control valve 5 based on the rotational speed of the compressor wheel 21 or the turbine wheel 31 is provided, an excessive increase in the pressure of the space 41 is suppressed, and the high-pressure air from the space 41 is suppressed. Leakage loss can be suppressed.

幾つかの実施形態では、制御弁５は、少なくとも過給機１の運転停止時において、全閉になるように構成される。
上記構成によれば、制御弁５は、少なくとも過給機１の運転停止時において、全閉になる。よって、少なくとも過給機１の停止時において軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１から渦室２２に空気が流入（逆流）することはない。これにより、少なくとも過給機１の停止時において、コンプレッサホイール２１及びタービンホイール３１の軸受を潤滑する潤滑油が前記空間４１（軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１）から渦室２２に流入するのを防止できる。
また、一実施形態では、制御弁５は、少なくとも過給機１の運転停止時において全閉となるように、コントローラ６によって開度制御される。他の実施形態では、制御弁５は、少なくとも過給機１の運転停止時において全閉となるように自律的に動作可能に構成される。この場合、制御弁５は、渦室２２側から空間４１側に向けての流れのみを許容する逆止弁としての機能を有し、過給機１の運転停止時において渦室２２内の圧力が低く、制御弁５の前後の差圧が小さいときには全閉となるように構成されていてもよい。
尚、制御弁５は、過給機１の運転停止時だけでなく、渦室２２内の圧力が比較的低いために空間４１から渦室２２への空気の逆流の可能性がある場合（例えば、過給機１の起動時）において全閉になるように構成されていてもよい。 In some embodiments, the control valve 5 is configured to be fully closed at least when the turbocharger 1 is shut down.
According to the above configuration, the control valve 5 is fully closed at least when the operation of the supercharger 1 is stopped. Therefore, at least when the turbocharger 1 is stopped, air does not flow into the vortex chamber 22 from the space 41 provided between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31 (reverse flow). Thereby, at least when the turbocharger 1 is stopped, the lubricating oil for lubricating the bearings of the compressor wheel 21 and the turbine wheel 31 is swirled from the space 41 (the space 41 provided between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31). The flow into the chamber 22 can be prevented.
In one embodiment, the opening degree of the control valve 5 is controlled by the controller 6 so that the control valve 5 is fully closed at least when the operation of the supercharger 1 is stopped. In another embodiment, the control valve 5 is configured to be able to operate autonomously so as to be fully closed at least when the operation of the supercharger 1 is stopped. In this case, the control valve 5 has a function as a check valve that allows only the flow from the vortex chamber 22 side toward the space 41 side, and the pressure in the vortex chamber 22 when the operation of the turbocharger 1 is stopped. May be configured to be fully closed when the differential pressure across the control valve 5 is small.
The control valve 5 is used not only when the turbocharger 1 is stopped, but also when there is a possibility of backflow of air from the space 41 to the vortex chamber 22 because the pressure in the vortex chamber 22 is relatively low (for example, Further, the supercharger 1 may be fully closed when the turbocharger 1 is started.

図３及び図４に示すように、幾つかの実施形態では、コントローラ６は、軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１の圧力が上限値以下になるように制御弁５の開度を制御するように構成される。
これにより、軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる前記空間４１における過剰な圧力上昇を抑制することができる。よって、過給機１の高速運転時における前記空間４１の過剰な圧力上昇に起因した空気の漏れ損失を低減し、過給機１の運転効率を向上させることができる。 As shown in FIGS. 3 and 4, in some embodiments, the controller 6 controls the control valve 5 so that the pressure in the space 41 provided between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31 is equal to or lower than the upper limit value. It is comprised so that an opening degree may be controlled.
Thereby, an excessive pressure rise in the space 41 provided between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31 can be suppressed. Therefore, it is possible to reduce air leakage loss due to an excessive pressure increase in the space 41 during high-speed operation of the supercharger 1 and improve the operation efficiency of the supercharger 1.

図３に例示する実施形態では、制御弁５の開度を全開にしても空間４１の圧力が上限値未満であるような過給機１の回転数域（低回転数領域）においては制御弁５の開度を全開とし、制御弁５の開度が全開だと空間４１の圧力が上限値以上になってしまう過給機１の回転数域（高回転数領域）においては空間４１の圧力が上限値で一定となるように制御弁５の開度を制御する。このように制御弁５の開度を制御することにより、コンプレッサホイール２１の回転数が低回転数領域に含まれるときに回転数の上昇に伴って空間４１の圧力が徐々に上昇し、コンプレッサホイール２１の回転数が低回転数領域に対して高回転である高回転数領域に含まれるときに空間４１の圧力が上限値で一定となる。よって、過給機１の高速運転時における前記空間４１の過剰な圧力上昇に起因した空気の漏れ損失を効果的に低減することができる。
ここで、圧力の上限値は、過給機１の性能、空気通路４の通路径等により任意に設定可能であるが、第１シール７４及び第２シール７５から漏れる漏れ空気の量を勘案して設定することができる。 In the embodiment illustrated in FIG. 3, the control valve in the rotational speed region (low rotational speed region) of the supercharger 1 where the pressure in the space 41 is less than the upper limit value even when the opening degree of the control valve 5 is fully opened. 5 is fully open, and when the control valve 5 is fully open, the pressure in the space 41 is high in the rotation speed range (high rotation speed range) of the supercharger 1 where the pressure in the space 41 becomes higher than the upper limit. Is controlled to be constant at the upper limit value. By controlling the opening degree of the control valve 5 in this way, the pressure in the space 41 gradually increases as the rotational speed increases when the rotational speed of the compressor wheel 21 is included in the low rotational speed region. When the rotational speed of 21 is included in the high rotational speed region that is higher than the low rotational speed region, the pressure in the space 41 is constant at the upper limit value. Therefore, it is possible to effectively reduce air leakage loss due to an excessive pressure increase in the space 41 during high-speed operation of the supercharger 1.
Here, the upper limit value of the pressure can be arbitrarily set according to the performance of the supercharger 1, the passage diameter of the air passage 4, etc., but taking into account the amount of leaked air leaking from the first seal 74 and the second seal 75. Can be set.

尚、コントローラ６は、例えば、軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１の圧力を指標とし、該空間４１の圧力が上限値以下となるように制御弁５の開度を制御してもよいし、軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる空間４１の圧力と相関を有するコンプレッサホイール２１（タービンホイール３１）の回転数を指標とし、該空間４１の圧力が上限値以下となるように制御弁５の開度を制御してもよい。   The controller 6 uses, for example, the pressure in the space 41 provided between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31 as an index, and controls the opening degree of the control valve 5 so that the pressure in the space 41 is equal to or lower than the upper limit value. Alternatively, the rotational speed of the compressor wheel 21 (turbine wheel 31) having a correlation with the pressure in the space 41 provided between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31 is used as an index, and the pressure in the space 41 is the upper limit value. You may control the opening degree of the control valve 5 so that it may become the following.

また、幾つかの実施形態では、図３及び図４に示すように、コントローラ６は、回転数が低回転数領域に含まれるとき、制御弁５の開度を全開状態とし、低回転数領域に対して高回転数である高回転数領域に前記回転数が含まれるとき、制御弁５の開度を全開状態よりも小さくするように構成される。
これにより、過給機１の回転数（コンプレッサホイール２１の回転数）が低回転数領域に含まれるときには、制御弁５の開度が全開となり、軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる前記空間４１における圧力が回転数上昇に伴って増加する。これにより、タービンホイール３１のスラストバランスが適正に保たれる。一方、コントローラ６は、コンプレッサホイール２１の回転数が高回転数領域に含まれるとき、制御弁５の開度は全開状態よりも小さくなる。よって、過給機１の回転数が高回転数領域に含まれるときには回転数が上昇しても、コントローラ６による制御弁５の開度制御の結果、軸受台７３とタービンホイール３１との間に設けられる前記空間４１における圧力上昇が抑制される。これにより、過給機１の回転数が高回転数領域に含まれるときでも、軸受台７３とタービンホイール３１との間の前記空間４１における圧力上昇を抑制し、前記空間４１からの空気の漏れ損失を低減できる。 In some embodiments, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, when the rotational speed is included in the low rotational speed region, the controller 6 opens the control valve 5 to the fully open state, thereby reducing the low rotational speed region. When the rotational speed is included in a high rotational speed region that is a high rotational speed, the opening degree of the control valve 5 is configured to be smaller than that in the fully opened state.
Thereby, when the rotation speed of the supercharger 1 (the rotation speed of the compressor wheel 21) is included in the low rotation speed region, the opening degree of the control valve 5 is fully opened, and is provided between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31. The pressure in the space 41 increases as the rotational speed increases. Thereby, the thrust balance of the turbine wheel 31 is maintained appropriately. On the other hand, when the rotational speed of the compressor wheel 21 is included in the high rotational speed region, the controller 6 has an opening degree of the control valve 5 smaller than that in the fully opened state. Therefore, when the rotational speed of the supercharger 1 is included in the high rotational speed region, even if the rotational speed increases, the opening degree control of the control valve 5 by the controller 6 results in the clearance between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31. An increase in pressure in the space 41 provided is suppressed. Thereby, even when the rotation speed of the supercharger 1 is included in the high rotation speed region, an increase in pressure in the space 41 between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31 is suppressed, and air leaks from the space 41. Loss can be reduced.

一実施形態では、図３及び図４に示すように、コントローラ６による制御弁５の開度制御は、回転数閾値Ｗ＊を境として、低回転数領域における制御弁５を全開とする制御と、後回転数領域における制御弁５の開度を全開状態よりも小さくする制御との間で切り替わるようになっている。
過給機１の回転数（コンプレッサホイール２１の回転数）の閾値Ｗ＊は、例えば、過給機１が搭載されるエンジンの機関負荷８０％〜９０％に相当する回転数で与えられる。尚、この閾値Ｗ＊はエンジンの仕様によって変化するものであり、本実施形態で適用される範囲に限定するものではない。 In one embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the opening degree control of the control valve 5 by the controller 6 is a control in which the control valve 5 is fully opened in the low rotation speed region with the rotation speed threshold value W * as a boundary. The control valve 5 is switched between the control for making the opening degree of the control valve 5 in the rear rotation speed region smaller than that in the fully opened state.
The threshold value W * of the rotational speed of the supercharger 1 (the rotational speed of the compressor wheel 21) is given by, for example, a rotational speed corresponding to an engine load of 80% to 90% of the engine in which the supercharger 1 is mounted. The threshold value W * varies depending on the engine specifications, and is not limited to the range applied in the present embodiment.

過給機１の回転数閾値Ｗ＊を上記範囲内に設定することで、適正なスラストバランスを実現するとともに、空間４１の過度な圧力上昇に起因した空気の漏れ損失を低減することができる。 By setting the rotation speed threshold value W * of the supercharger 1 within the above range, it is possible to achieve an appropriate thrust balance and reduce air leakage loss due to an excessive pressure increase in the space 41.

図３及び図４に例示する実施形態では、コントローラ６は、回転数閾値Ｗ＊以下の低回転数領域（但し、制御弁５の前後差圧が十分でなく制御弁５が全閉状態となる極低回転数領域は除く）において制御弁５を全開状態に維持し、回転数閾値Ｗ＊よりも高い高回転数領域において回転数上昇に伴って制御弁５の開度を徐々に減少させる。このように制御弁５の開度を制御することにより、コンプレッサホイール２１の回転数が低回転数領域に含まれるときは空間４１の圧力が回転数上昇に伴って徐々に上昇してスラストバランスを適正に維持するとともに、コンプレッサホイール２１の回転数が高回転数領域に含まれるときは空間４１の過度な圧力上昇が抑制されて空気漏れ損失を低減できる。 In the embodiment illustrated in FIGS. 3 and 4, the controller 6 has a low rotation speed region equal to or lower than the rotation speed threshold W * (however, the control valve 5 is not sufficiently differential in pressure across the control valve 5 and the control valve 5 is fully closed. The control valve 5 is maintained in a fully open state (except for the extremely low rotation speed region), and the opening degree of the control valve 5 is gradually decreased as the rotation speed increases in a high rotation speed region higher than the rotation speed threshold value W * . By controlling the opening degree of the control valve 5 in this way, when the rotation speed of the compressor wheel 21 is included in the low rotation speed region, the pressure in the space 41 gradually increases as the rotation speed increases, and the thrust balance is adjusted. While maintaining appropriately, when the rotation speed of the compressor wheel 21 is contained in a high rotation speed area | region, the excessive pressure rise of the space 41 is suppressed and an air leak loss can be reduced.

幾つかの実施形態では、図３及び図４に示すように、過給機１の回転数（コンプレッサホイール２１の回転数）が高回転数領域に含まれる場合、コントローラ６は、回転数上昇に対する空間４１の圧力上昇レート（ｄＰ／ｄＷ）が低回転数領域よりも小さくなるように制御弁５の開度制御を行う。
図３に示す例示的な実施形態では、過給機１の回転数（コンプレッサホイール２１の回転数）が高回転数領域に含まれる場合、コントローラ６は、空間４１の圧力が上限値で一定に維持されるように（すなわち圧力上昇レートがゼロになるように）、回転数上昇に伴って制御弁５の開度を徐々に減少させる。
これに対し、図４に示す例示的な実施形態では、過給機１の回転数（コンプレッサホイール２１の回転数）が高回転数領域に含まれる場合、コントローラ６は、少なくとも一部の回転数範囲（図４に示す例ではＷ＊＜Ｗ≦Ｗ１＜Ｗrated）において圧力上昇レートがゼロよりも大きく且つ低回転数領域における圧力上昇レートよりも低くなるように、回転数上昇に伴って制御弁５の開度を徐々に減少させる。 In some embodiments, as shown in FIG. 3 and FIG. 4, when the rotational speed of the supercharger 1 (the rotational speed of the compressor wheel 21) is included in the high rotational speed region, the controller 6 The opening degree of the control valve 5 is controlled so that the pressure increase rate (dP / dW) in the space 41 is smaller than that in the low rotation speed region.
In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, when the rotational speed of the supercharger 1 (the rotational speed of the compressor wheel 21) is included in the high rotational speed region, the controller 6 keeps the pressure in the space 41 constant at the upper limit value. In order to be maintained (that is, so that the pressure increase rate becomes zero), the opening degree of the control valve 5 is gradually decreased as the rotational speed increases.
On the other hand, in the exemplary embodiment shown in FIG. 4, when the rotational speed of the supercharger 1 (the rotational speed of the compressor wheel 21) is included in the high rotational speed region, the controller 6 has at least a part of the rotational speed. In the range (W * <W ≦ W 1 <Wrated in the example shown in FIG. 4), the pressure increase rate is controlled so as to be higher than zero and lower than the pressure increase rate in the low rotation speed region. The opening degree of the valve 5 is gradually decreased.

尚、図３及び図４に示した空間４１の圧力Ｐと制御弁５の開度との関係は単なる例にすぎず、実際の過給機の仕様、空気通路４の断面積や形状等によって、図３及び図４に示したような関係にはならない場合があり得る。
例えば、図３において、制御弁５の開度が全開である低回転数領域において、空間４１の圧力Ｐが過給機１の回転数（コンプレッサホイール２１の回転数）Ｗに比例しているが、低回転数領域における空間４１の圧力Ｐは過給機１の回転数Ｗの一次関数によって表されない場合があってもよい。同様に、図３において、制御弁５の開度が全開状態よりも小さくなる高回転数領域において、空間４１の圧力Ｐを上限値で一定に維持するための制御弁５の開度が過給機１の回転数（コンプレッサホイール２１の回転数）Ｗの一次関数になっているが、高回転数領域における制御弁５の開度は過給機１の回転数Ｗの一次関数によって表されない場合があってもよい。 Note that the relationship between the pressure P in the space 41 and the opening degree of the control valve 5 shown in FIGS. 3 and 4 is merely an example, and depends on the actual turbocharger specifications, the cross-sectional area and shape of the air passage 4, and the like. 3 and FIG. 4 may not be the relationship.
For example, in FIG. 3, the pressure P in the space 41 is proportional to the rotational speed of the supercharger 1 (the rotational speed of the compressor wheel 21) W in the low rotational speed region where the opening degree of the control valve 5 is fully open. The pressure P of the space 41 in the low rotation speed region may not be represented by a linear function of the rotation speed W of the supercharger 1. Similarly, in FIG. 3, the opening degree of the control valve 5 for maintaining the pressure P in the space 41 constant at the upper limit value is supercharged in a high rotation speed region where the opening degree of the control valve 5 is smaller than the fully opened state. In the case where the rotational speed of the compressor 1 (the rotational speed of the compressor wheel 21) W is a linear function, but the opening degree of the control valve 5 in the high rotational speed region is not represented by the linear function of the rotational speed W of the supercharger 1. There may be.

また、幾つかの実施形態では、図５に示すように、コントローラ６は、回転数に対応する制御弁５の開度指令値を規定する相関関係に回転数センサ８１の検出結果を当てはめて、制御弁５の第１開度指令値を算出するように構成される。   Further, in some embodiments, as shown in FIG. 5, the controller 6 applies the detection result of the rotation speed sensor 81 to the correlation that defines the opening command value of the control valve 5 corresponding to the rotation speed. The first opening command value of the control valve 5 is configured to be calculated.

例えば、図５に例示するように、コントローラ６は、第１指令値算出部６１を含んで構成される。第１指令値算出部６１は、制御弁５の開度指令値を算出するためのものであり、回転数に対応する制御弁５の開度指令値を規定する相関関係に回転数センサ８１の検出結果ωを当てはめて第１開度指令値を算出するように構成されている。
尚、相関関係は、回転数と制御弁の開度指令値の関係を示すマップ、テーブル、又は関数であってもよい。 For example, as illustrated in FIG. 5, the controller 6 includes a first command value calculation unit 61. The first command value calculation unit 61 is for calculating the opening command value of the control valve 5, and has a correlation that defines the opening command value of the control valve 5 corresponding to the rotation speed. The first opening command value is calculated by applying the detection result ω.
The correlation may be a map, table, or function indicating the relationship between the rotational speed and the opening command value of the control valve.

上記構成によれば、コントローラ６は、回転数に対応する制御弁５の開度指令値を規定する相関関係に回転数センサ８１の検出結果を当てはめて、制御弁５の第１開度指令値を算出する。よって、軸受台７３とタービンホイール３１との間の前記空間４１における圧力を適正な範囲内に維持するための前記相関関係を予め求めておけば、上記構成により過給機１の高速運転時において制御弁５を適切に制御し、前記空間４１における過剰な圧力上昇を抑制できる。これにより、過給機１の高速運転時における前記空間４１からの空気の漏れ損失を低減し、過給機１の運転効率を向上させることができる。
尚、上述した幾つかの実施形態では、コンプレッサホイール２１の回転数を検出するための回転数センサ８１をさらに備えるものとしたが、コンプレッサホイール２１に連結されたタービンホイール３１の回転数を検出するための回転数センサ（図示せず）を備えるものとしてもよい。 According to the above configuration, the controller 6 applies the detection result of the rotation speed sensor 81 to the correlation that defines the opening command value of the control valve 5 corresponding to the rotation speed, so that the first opening command value of the control valve 5 is obtained. Is calculated. Therefore, if the correlation for maintaining the pressure in the space 41 between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31 within an appropriate range is obtained in advance, the turbocharger 1 can be operated at high speed by the above configuration. The control valve 5 can be appropriately controlled to suppress an excessive pressure increase in the space 41. Thereby, the leakage loss of the air from the said space 41 at the time of the high speed driving | operation of the supercharger 1 can be reduced, and the operating efficiency of the supercharger 1 can be improved.
In some of the embodiments described above, the rotation speed sensor 81 for detecting the rotation speed of the compressor wheel 21 is further provided. However, the rotation speed of the turbine wheel 31 connected to the compressor wheel 21 is detected. A rotation speed sensor (not shown) may be provided.

幾つかの実施形態では、過給機１Ｂの圧力センサ８２（図２参照）の検出結果をコントローラ６による制御弁５の開度制御に用いる。
具体的には、図５に示すように、コントローラ６は、圧力センサ８２の検出結果と空間４１の目標圧力との偏差に基づいて、制御弁５の第２開度指令値を算出するように構成される。 In some embodiments, the detection result of the pressure sensor 82 (see FIG. 2) of the supercharger 1B is used for opening control of the control valve 5 by the controller 6.
Specifically, as shown in FIG. 5, the controller 6 calculates the second opening command value of the control valve 5 based on the deviation between the detection result of the pressure sensor 82 and the target pressure in the space 41. Composed.

図５に例示する実施形態では、コントローラ６は、第２指令値算出部６２を含んで構成される。第２指令値算出部６２は、第１指令値算出部６１と同様、制御弁５の開度指令値を算出するためのものであり、圧力センサ８２の検出結果Ｐと空間４１の目標圧力Ｐ＊との偏差に基づいて、制御弁５の第２開度指令値を算出するように構成されている。
例えば、第２指令値算出部６２は、Ｐ制御、ＰＩ制御、又はＰＩＤ制御等のフィードバック制御により、制御弁５の第２開度指令値を算出するように構成されている。 In the embodiment illustrated in FIG. 5, the controller 6 includes a second command value calculation unit 62. Similar to the first command value calculation unit 61, the second command value calculation unit 62 is for calculating the opening command value of the control valve 5, and the detection result P of the pressure sensor 82 and the target pressure P of the space 41. Based on the deviation from * , the second opening command value of the control valve 5 is calculated.
For example, the second command value calculation unit 62 is configured to calculate the second opening command value of the control valve 5 by feedback control such as P control, PI control, or PID control.

上記構成によれば、コントローラ６は、圧力センサ８２の検出結果と空間４１の目標圧力との偏差に基づいて、制御弁５の第２開度指令値を算出する。例えば、圧力センサ８２の検出結果が空間４１の目標圧力よりも低いときに第２開度指令値を増大させ、圧力センサ８２の検出結果が空間４１の目標圧力よりも高いときに第２開度指令値を減少させる。これにより、軸受台７３とタービンホイール３１との間の前記空間４１の圧力を高精度に制御し、前記空間４１における過剰な圧力上昇を抑制できる。これにより、過給機１の高速運転時における前記空間４１からの空気の漏れ損失を低減し、過給機１の運転効率を向上させることができる。   According to the above configuration, the controller 6 calculates the second opening command value of the control valve 5 based on the deviation between the detection result of the pressure sensor 82 and the target pressure in the space 41. For example, the second opening degree command value is increased when the detection result of the pressure sensor 82 is lower than the target pressure in the space 41, and the second opening degree when the detection result of the pressure sensor 82 is higher than the target pressure in the space 41. Decrease command value. Thereby, the pressure of the said space 41 between the bearing stand 73 and the turbine wheel 31 can be controlled with high precision, and the excessive pressure rise in the said space 41 can be suppressed. Thereby, the leakage loss of the air from the said space 41 at the time of the high speed driving | operation of the supercharger 1 can be reduced, and the operating efficiency of the supercharger 1 can be improved.

また、幾つかの実施形態では、過給機１Ｂの回転数センサ８１及び圧力センサ８２の検出結果の両方をコントローラ６による制御弁５の開度制御に用いる。
具体的には、図５に示すように、コントローラ６は、回転数に対応する制御弁５の開度指令値を規定する相関関係に回転数センサ８１の検出結果を当てはめて、制御弁５の第１開度指令値を算出するとともに、圧力センサ８２の検出結果と空間４１の目標圧力との偏差に基づいて、制御弁５の第２開度指令値を算出するように構成される。 In some embodiments, both of the detection results of the rotation speed sensor 81 and the pressure sensor 82 of the supercharger 1 </ b> B are used for opening control of the control valve 5 by the controller 6.
Specifically, as shown in FIG. 5, the controller 6 applies the detection result of the rotational speed sensor 81 to the correlation that defines the opening command value of the control valve 5 corresponding to the rotational speed, and The first opening command value is calculated, and the second opening command value for the control valve 5 is calculated based on the deviation between the detection result of the pressure sensor 82 and the target pressure in the space 41.

図５に例示する実施形態では、コントローラ６は、第１指令値算出部６１と、第２指令値算出部６２とを含んで構成される。第１指令値算出部６１は、制御弁５の開度指令値を算出するためのものであり、回転数に対応する制御弁５の開度指令値を規定する相関関係に回転数センサ８１の検出結果ωを当てはめて第１開度指令値を算出するように構成されている。第２指令値算出部６２は、第１指令値算出部６１と同様、制御弁５の開度指令値を算出するためのものであり、圧力センサ８２の検出結果Ｐと空間４１の目標圧力Ｐ＊との偏差に基づいて、制御弁５の第２開度指令値を算出するように構成されている。そして、第１指令値算出部６１で算出された第１開度指令値と第２指令値算出部６２で算出された第２開度指令値とは加算するように構成されている。
これにより、回転数センサ８１の検出結果ωを当てはめて算出された第１開度指令値を圧力センサ８２の検出結果で算出された第２開度指令値で補正することになり、コンプレッサホイール２１の回転数及び空間４１の圧力に適合した開度で制御弁５が制御される。 In the embodiment illustrated in FIG. 5, the controller 6 includes a first command value calculation unit 61 and a second command value calculation unit 62. The first command value calculation unit 61 is for calculating the opening command value of the control valve 5, and has a correlation that defines the opening command value of the control valve 5 corresponding to the rotation speed. The first opening command value is calculated by applying the detection result ω. Similar to the first command value calculation unit 61, the second command value calculation unit 62 is for calculating the opening command value of the control valve 5, and the detection result P of the pressure sensor 82 and the target pressure P of the space 41. Based on the deviation from * , the second opening command value of the control valve 5 is calculated. The first opening command value calculated by the first command value calculation unit 61 and the second opening command value calculated by the second command value calculation unit 62 are added.
As a result, the first opening command value calculated by applying the detection result ω of the rotation speed sensor 81 is corrected by the second opening command value calculated by the detection result of the pressure sensor 82, and the compressor wheel 21 The control valve 5 is controlled at an opening degree suitable for the number of rotations and the pressure in the space 41.

上記構成によれば、回転数センサ８１の検出結果ωを当てはめて算出された第１開度指令値を圧力センサ８２の検出結果で算出された第２開度指令値で補正することになり、コンプレッサホイール２１の回転数及び空間４１の圧力に適合した開度で制御弁５が制御される。この結果、過給機１の高速運転時における前記空間４１からの空気の漏れ損失を低減し、過給機１の運転効率を向上させることができる。   According to the above configuration, the first opening command value calculated by applying the detection result ω of the rotation speed sensor 81 is corrected with the second opening command value calculated from the detection result of the pressure sensor 82, The control valve 5 is controlled at an opening degree suitable for the rotation speed of the compressor wheel 21 and the pressure of the space 41. As a result, the leakage loss of air from the space 41 during high-speed operation of the supercharger 1 can be reduced, and the operation efficiency of the supercharger 1 can be improved.

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by modifying the above-described embodiments and forms obtained by appropriately combining these forms.

１ 過給機
２ コンプレッサ
２１ コンプレッサホイール
２１１ ハブ
２１２ ブレード
２２ 渦室
２３ コンプレッサケーシング
２４ 吸入流路
２４１ 吸入口
２５ ディフューザ
３ タービン
３１ タービンホイール
３１１ ハブ部
３１２ ブレード
３３ タービンケーシング
３４ 作動流体流路
３５ 環状壁面
４ 空気通路
４１ 空間
５ 制御弁
６ コントローラ
６１ 第１指令値算出部
６２ 第２指令値算出部
７１ 回転軸
７２ 軸受
７３ 軸受台
７４ 第１シール
７５ 第２シール
７６ 内部空間
８１ 回転数センサ
８２ 圧力センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Supercharger 2 Compressor 21 Compressor wheel 211 Hub 212 Blade 22 Vortex chamber 23 Compressor casing 24 Suction flow path 241 Suction port 25 Diffuser 3 Turbine 31 Turbine wheel 311 Hub part 312 Blade 33 Turbine casing 34 Working fluid flow path 35 Annular wall surface 4 Air passage 41 Space 5 Control valve 6 Controller 61 First command value calculation unit 62 Second command value calculation unit 71 Rotating shaft 72 Bearing 73 Bearing base 74 First seal 75 Second seal 76 Internal space 81 Rotation speed sensor 82 Pressure sensor

Claims (7)

コンプレッサホイールおよび該コンプレッサホイールの外周側に設けられる渦室を含むコンプレッサと、
前記コンプレッサホイールに連結されるタービンホイールを含むタービンと、
軸受台と前記タービンホイールとの間の空間と、前記コンプレッサの前記渦室と、を連通する空気通路に設けられ、開度が調整可能な制御弁と、
前記コンプレッサホイール又は前記タービンホイールの回転数に基づいて、前記制御弁の前記開度を制御するように構成されたコントローラと、
を備え、
前記コントローラは、
前記回転数が低回転数領域に含まれるとき、前記制御弁の前記開度を全開状態とし、
前記低回転数領域に対して高回転数である高回転数領域に前記回転数が含まれるとき前記制御弁の前記開度を前記全開状態よりも小さくする
ように構成されたことを特徴とする過給機。 A compressor including a compressor wheel and a vortex chamber provided on the outer peripheral side of the compressor wheel;
A turbine including a turbine wheel coupled to the compressor wheel;
A control valve that is provided in an air passage that communicates the space between the bearing stand and the turbine wheel and the vortex chamber of the compressor, the opening of which can be adjusted;
A controller configured to control the opening of the control valve based on the number of rotations of the compressor wheel or the turbine wheel;
Equipped with a,
The controller is
When the rotational speed is included in the low rotational speed region, the opening of the control valve is fully opened,
When the rotation speed is included in a high rotation speed area that is higher than the low rotation speed area, the opening degree of the control valve is made smaller than that in the fully opened state.
A turbocharger characterized by being configured as described above . 前記コントローラは、前記軸受台と前記タービンホイールとの間の前記空間の圧力が上限値以下になるように前記制御弁の前記開度を制御するように構成された請求項１に記載の過給機。   The supercharger according to claim 1, wherein the controller is configured to control the opening degree of the control valve so that a pressure in the space between the bearing base and the turbine wheel is equal to or lower than an upper limit value. Machine. 前記回転数を検出するための回転数センサをさらに備え、
前記コントローラは、前記回転数に対応する前記制御弁の開度指令値を規定する相関関係に前記回転数センサの検出結果を当てはめて、前記制御弁の第１開度指令値を算出するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機。 A rotation speed sensor for detecting the rotation speed;
The controller applies a detection result of the rotational speed sensor to a correlation that defines an opening command value of the control valve corresponding to the rotational speed, and calculates a first opening command value of the control valve. The supercharger according to claim 1 or 2 , wherein the supercharger is configured. 前記軸受台と前記タービンホイールとの間の前記空間の圧力を検出するための圧力センサをさらに備え、
前記コントローラは、前記圧力センサの検出結果と前記空間の目標圧力との偏差に基づいて、前記制御弁の第２開度指令値を算出するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の過給機。 A pressure sensor for detecting a pressure in the space between the bearing stand and the turbine wheel;
The said controller is comprised so that the 2nd opening degree command value of the said control valve may be calculated based on the deviation of the detection result of the said pressure sensor, and the target pressure of the said space. The supercharger as described in any one of 3 . 前記制御弁は、少なくとも前記過給機の運転停止時において、全閉になるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の過給機。 The supercharger according to any one of claims 1 to 4 , wherein the control valve is configured to be fully closed at least when the operation of the supercharger is stopped. 前記コンプレッサホイールおよび前記タービンホイールの間に設けられ、前記コンプレッサホイール及び前記タービンホイールの回転軸を支持する軸受と、
前記軸受を収容するための軸受台と、
前記タービンにおける作動流体流路、および、前記空間の間に設けられる第１シールと、
前記軸受台の内部空間と前記空間との間に設けられる第２シールと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の過給機。 A bearing provided between the compressor wheel and the turbine wheel and supporting a rotation shaft of the compressor wheel and the turbine wheel;
A bearing stand for housing the bearing;
A working fluid flow path in the turbine, and a first seal provided between the spaces;
A second seal provided between the internal space of the bearing stand and the space;
The supercharger according to any one of claims 1 to 5 , further comprising: 請求項１乃至６の何れか一項に記載の過給機における前記制御弁を制御するためのコントローラであって、
前記コンプレッサホイール又は前記タービンホイールの回転数に基づいて、前記制御弁の前記開度を制御するように構成されたことを特徴とする過給機用制御弁のコントローラ。 A controller for controlling the control valve in the supercharger according to any one of claims 1 to 6 ,
A supercharger control valve controller configured to control the opening degree of the control valve based on the rotation speed of the compressor wheel or the turbine wheel.
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