JP6663467B2 - 遠心圧縮機及び過給機 - Google Patents
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Description
本開示は、遠心圧縮機及び該遠心圧縮機を備えた過給機に関する。
電動式遠心圧縮機はモータからの発熱があり、モータの通電部を保護するため、過熱防止対策が必要となる。電動式でない遠心圧縮機においても、ブレードの背面風損に起因した摩擦熱が発生するため、同様の対策が必要となる。そのため、ハウジングに空冷又は水冷用の通路を形成して冷却している。
特許文献１には、コンプレッサハウジングに空冷通路及び水冷通路を設けて通電部を冷却するようにした電動式遠心圧縮機が開示されている。
特許文献１には、コンプレッサハウジングに空冷通路及び水冷通路を設けて通電部を冷却するようにした電動式遠心圧縮機が開示されている。
被圧縮気体に含まれる水蒸気が冷却されたハウジングに接して凝縮し、液滴が発生する。この液滴が被圧縮気体によって飛散し、粗大粒子としてブレードなどに当たると、その衝撃力によって損傷するエロージョンが発生するおそれがある。
また、排気再循環（ＥＧＲ）システムを備える過給機では、ＥＧＲガスに含まれる水蒸気は、多量のＮＯＸ、ＳＯＸを含んでおり、その凝縮液は強酸性となる。強酸性となった凝縮液がハウジングの壁面に付着すると、ブレードやハウジングの壁面を腐食するおそれがある。
また、排気再循環（ＥＧＲ）システムを備える過給機では、ＥＧＲガスに含まれる水蒸気は、多量のＮＯＸ、ＳＯＸを含んでおり、その凝縮液は強酸性となる。強酸性となった凝縮液がハウジングの壁面に付着すると、ブレードやハウジングの壁面を腐食するおそれがある。
一実施形態は、遠心圧縮機において、被圧縮気体に含まれる水蒸気などの結露によって起こるエロージョンや腐食を抑制することを目的とする。
（１）一実施形態に係る遠心圧縮機は、
コンプレッサインペラと、
コンプレッサハウジングと、
前記コンプレッサインペラの背面側に設けられる背面側部材と、
前記コンプレッサハウジング又は前記背面側部材の少なくとも一方に設けられた圧電振動子と、を備え、
前記コンプレッサハウジング及び前記背面側部材は、前記コンプレッサハウジング及び前記背面側部材によって囲まれる空間を画定する壁面を有し、
前記コンプレッサハウジング又は前記背面側部材のうち少なくとも一方の前記壁面は、少なくとも部分的に前記圧電振動子の作動によって振動可能に構成される。
コンプレッサインペラと、
コンプレッサハウジングと、
前記コンプレッサインペラの背面側に設けられる背面側部材と、
前記コンプレッサハウジング又は前記背面側部材の少なくとも一方に設けられた圧電振動子と、を備え、
前記コンプレッサハウジング及び前記背面側部材は、前記コンプレッサハウジング及び前記背面側部材によって囲まれる空間を画定する壁面を有し、
前記コンプレッサハウジング又は前記背面側部材のうち少なくとも一方の前記壁面は、少なくとも部分的に前記圧電振動子の作動によって振動可能に構成される。
コンプレッサハウジング及び背面側部材によって囲まれる空間（以下「流路空間」とも言う。）に被圧縮気体が流れ、該空間を画定する壁面（以下「流路形成壁面」とも言う。）に被圧縮気体に含まれる水蒸気などが露点以下の温度になることでの凝縮液が付着する。
上記（１）の構成によれば、流路形成壁面に凝縮液が付着しても、該壁面を上記圧電振動子で微細振動させることで、凝縮液は噴霧化され、微小粒径の液滴となって流路形成壁面から放散する。これによって、液滴に含まれる腐食性物質による該壁面の腐食を抑制できる。また、微細化した液滴が下流側流路でコンプレッサインペラのブレードなど流路を形成する部材に当たってもその衝突エネルギは小さいので、エロージョンの発生を抑制できる。
上記（１）の構成によれば、流路形成壁面に凝縮液が付着しても、該壁面を上記圧電振動子で微細振動させることで、凝縮液は噴霧化され、微小粒径の液滴となって流路形成壁面から放散する。これによって、液滴に含まれる腐食性物質による該壁面の腐食を抑制できる。また、微細化した液滴が下流側流路でコンプレッサインペラのブレードなど流路を形成する部材に当たってもその衝突エネルギは小さいので、エロージョンの発生を抑制できる。
（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記圧電振動子は、前記壁面（流路形成壁面）のうち前記圧電振動子によって振動可能に構成された振動可能領域を挟んで前記空間（流路空間）とは反対側において、前記コンプレッサハウジング又は前記背面側部材の前記少なくとも一方に設けられる。
上記（２）の構成によれば、圧電振動子は、流路形成壁面のうち上記振動可能領域を挟んで該空間の反対側でコンプレッサハウジング又は背面側部材に設けられるので、該振動可能領域の流路形成壁面を確実に微細振動させることができる。これによって、該振動可能領域の流路形成壁面及びその下流側流路を構成する部材のエロージョン及び腐食を抑制できる。
前記圧電振動子は、前記壁面（流路形成壁面）のうち前記圧電振動子によって振動可能に構成された振動可能領域を挟んで前記空間（流路空間）とは反対側において、前記コンプレッサハウジング又は前記背面側部材の前記少なくとも一方に設けられる。
上記（２）の構成によれば、圧電振動子は、流路形成壁面のうち上記振動可能領域を挟んで該空間の反対側でコンプレッサハウジング又は背面側部材に設けられるので、該振動可能領域の流路形成壁面を確実に微細振動させることができる。これによって、該振動可能領域の流路形成壁面及びその下流側流路を構成する部材のエロージョン及び腐食を抑制できる。
（３）一実施形態では、前記（１）又は（２）の構成において、
前記コンプレッサインペラを回転させるための電動機を備え、
前記背面側部材は前記電動機が収容された電動機ハウジングの一部を構成する。
上記（３）の構成によれば、電動式遠心圧縮機において、流路形成壁面のうち電動機を収容する電動機ハウジングの一部を構成する壁面を圧電振動子で微細振動させることで、振動可能領域の流路形成壁面及びその下流側流路でエロージョン及び腐食を抑制できる。
前記コンプレッサインペラを回転させるための電動機を備え、
前記背面側部材は前記電動機が収容された電動機ハウジングの一部を構成する。
上記（３）の構成によれば、電動式遠心圧縮機において、流路形成壁面のうち電動機を収容する電動機ハウジングの一部を構成する壁面を圧電振動子で微細振動させることで、振動可能領域の流路形成壁面及びその下流側流路でエロージョン及び腐食を抑制できる。
（４）一実施形態では、前記（１）〜（３）の何れかの構成において、
前記コンプレッサハウジング又は前記背面側部材に形成された冷却媒体通路と、
前記冷却媒体通路に設けられた圧電ポンプと、を備え、
前記圧電ポンプは、前記壁面を振動させる前記圧電振動子を含む。
上記（４）の構成によれば、上記冷却媒体通路に圧電振動子を備える圧電ポンプを設け、流路形成壁面を微細振動させることで、冷却媒体通路に冷却媒体を循環させることができ、これによって、コンプレッサハウジング又は背面側部材の過熱を抑制できる。また、冷却媒体通路の周辺を含むコンプレッサハウジング又は背面側部材を微細振動させることができるので、振動可能領域の流路形成壁面及びその下流側流路でエロージョン及び腐食を抑制できる。
前記コンプレッサハウジング又は前記背面側部材に形成された冷却媒体通路と、
前記冷却媒体通路に設けられた圧電ポンプと、を備え、
前記圧電ポンプは、前記壁面を振動させる前記圧電振動子を含む。
上記（４）の構成によれば、上記冷却媒体通路に圧電振動子を備える圧電ポンプを設け、流路形成壁面を微細振動させることで、冷却媒体通路に冷却媒体を循環させることができ、これによって、コンプレッサハウジング又は背面側部材の過熱を抑制できる。また、冷却媒体通路の周辺を含むコンプレッサハウジング又は背面側部材を微細振動させることができるので、振動可能領域の流路形成壁面及びその下流側流路でエロージョン及び腐食を抑制できる。
（５）一実施形態では、前記（４）の構成において、
前記コンプレッサハウジング又は前記背面側部材は、前記冷却媒体通路を形成するように互いに対向する一対の通路形成壁面を有し、
前記圧電ポンプは、前記一対の通路形成壁面のうち前記空間（流路空間）に近い前記通路形成壁面に取り付けられる。
上記（１）の構成によれば、圧電ポンプは、上記一対の通路形成壁面のうち被圧縮気体の流路空間に近い側の通路形成壁面に取り付けられるため、冷却媒体の送り機能と共に、圧電ポンプと流路形成壁面との間にある振動可能領域を微細振動させることができる。
前記コンプレッサハウジング又は前記背面側部材は、前記冷却媒体通路を形成するように互いに対向する一対の通路形成壁面を有し、
前記圧電ポンプは、前記一対の通路形成壁面のうち前記空間（流路空間）に近い前記通路形成壁面に取り付けられる。
上記（１）の構成によれば、圧電ポンプは、上記一対の通路形成壁面のうち被圧縮気体の流路空間に近い側の通路形成壁面に取り付けられるため、冷却媒体の送り機能と共に、圧電ポンプと流路形成壁面との間にある振動可能領域を微細振動させることができる。
（６）一実施形態では、前記（４）又は（５）の構成において、
前記圧電振動子は、前記コンプレッサハウジングの入口部分に設けられた前記冷却媒体通路内に配置される。
上記（６）の構成によれば、コンプレッサハウジングの入口部分に設けられる冷却媒体通路に圧電振動子（圧電ポンプ）を設けるので、該入口部分の流路形成壁面を冷却して過熱を抑制できると共に、入口部分及びその下流側流路でコンプレッサインペラのブレードなどのエロージョン及び腐食を抑制できる。
前記圧電振動子は、前記コンプレッサハウジングの入口部分に設けられた前記冷却媒体通路内に配置される。
上記（６）の構成によれば、コンプレッサハウジングの入口部分に設けられる冷却媒体通路に圧電振動子（圧電ポンプ）を設けるので、該入口部分の流路形成壁面を冷却して過熱を抑制できると共に、入口部分及びその下流側流路でコンプレッサインペラのブレードなどのエロージョン及び腐食を抑制できる。
（７）一実施形態では、前記（４）〜（６）の何れかの構成において、
前記冷却媒体通路は冷却媒体として冷却水が流れるように構成される。
上記（７）の構成によれば、冷却媒体として比熱が大きい冷却水を用いることで、冷却効果を高めることができる。
前記冷却媒体通路は冷却媒体として冷却水が流れるように構成される。
上記（７）の構成によれば、冷却媒体として比熱が大きい冷却水を用いることで、冷却効果を高めることができる。
（８）一実施形態に係る過給機は、
内燃機関に供給する吸気を加圧するように構成された前記（１）〜（７）の何れかの構成に記載の遠心圧縮機と、
前記遠心圧縮機と回転軸を介して一体に設けられ、前記内燃機関から排出される排気によって回転可能な排気タービンと、
を備える。
上記（８）の構成によれば、流路形成壁面を圧電振動子で微細振動させることで、流路形成壁面に付着した被圧縮気体中の凝縮液は噴霧化され、微小粒径の液滴となって該壁面から放散する。これによって、振動可能領域の流路形成壁面の腐食を抑制できると共に、その下流側流路を構成する部材のエロージョンを抑制できる。
内燃機関に供給する吸気を加圧するように構成された前記（１）〜（７）の何れかの構成に記載の遠心圧縮機と、
前記遠心圧縮機と回転軸を介して一体に設けられ、前記内燃機関から排出される排気によって回転可能な排気タービンと、
を備える。
上記（８）の構成によれば、流路形成壁面を圧電振動子で微細振動させることで、流路形成壁面に付着した被圧縮気体中の凝縮液は噴霧化され、微小粒径の液滴となって該壁面から放散する。これによって、振動可能領域の流路形成壁面の腐食を抑制できると共に、その下流側流路を構成する部材のエロージョンを抑制できる。
（９）一実施形態では、前記（８）の構成において、
前記排気の通路から分岐して前記吸気の通路に接続された排気再循環路を備える。
排気再循環路を通る排気再循環ガス（ＥＧＲガス）に含まれる水蒸気は、多量のＮＯＸ、ＳＯＸを含み、その凝縮液は強酸性となるため、流路形成部材を腐食する危険度が増加する。
上記（９）の構成によれば、上記圧電振動子を設け、流路形成壁面を微細振動させることで、強酸性の凝縮液が発生しても、振動可能領域の流路形成壁面及びその下流側流路でエロージョン及び腐食を抑制できる。また、上記冷却媒体通路及び上記圧電ポンプを備えることで、強酸性の凝縮液が発生しても、コンプレッサハウジング及び背面側部材の過熱を抑制できると共に、振動可能領域の流路形成壁面及びその下流側流路でエロージョン及び腐食を抑制できる。
前記排気の通路から分岐して前記吸気の通路に接続された排気再循環路を備える。
排気再循環路を通る排気再循環ガス（ＥＧＲガス）に含まれる水蒸気は、多量のＮＯＸ、ＳＯＸを含み、その凝縮液は強酸性となるため、流路形成部材を腐食する危険度が増加する。
上記（９）の構成によれば、上記圧電振動子を設け、流路形成壁面を微細振動させることで、強酸性の凝縮液が発生しても、振動可能領域の流路形成壁面及びその下流側流路でエロージョン及び腐食を抑制できる。また、上記冷却媒体通路及び上記圧電ポンプを備えることで、強酸性の凝縮液が発生しても、コンプレッサハウジング及び背面側部材の過熱を抑制できると共に、振動可能領域の流路形成壁面及びその下流側流路でエロージョン及び腐食を抑制できる。
（１０）一実施形態では、前記（８）又は（９）の構成において、
前記背面側部材は前記回転軸を軸支するための軸受が収容された軸受ハウジングの一部を構成する。
上記（１０）の構成によれば、背面側部材として上記軸受ハウジングに圧電振動子又は圧電ポンプを設けることで、少なくとも振動可能領域の流路形成壁面及びその下流側流路でエロージョンや腐食を抑制できる。
前記背面側部材は前記回転軸を軸支するための軸受が収容された軸受ハウジングの一部を構成する。
上記（１０）の構成によれば、背面側部材として上記軸受ハウジングに圧電振動子又は圧電ポンプを設けることで、少なくとも振動可能領域の流路形成壁面及びその下流側流路でエロージョンや腐食を抑制できる。
幾つかの実施形態によれば、被圧縮気体に含まれる水蒸気の結露によって起こる流路形成壁面及びその下流側流路を構成する部材のエロージョンや腐食を抑制できる。
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。
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。
図１及び図２は幾つかの実施形態に係る遠心圧縮機１０（１０Ａ、１０Ｂ）を示し、図３及び図４は、夫々一実施形態に係る遠心圧縮機１０（１０Ｃ、１０Ｄ）を備える過給機５０（５０Ａ、５０Ｂ）を示す。
図１〜図４において、遠心圧縮機１０（１０Ａ〜１０Ｄ）は、コンプレッサハウジング１２の内部にコンプレッサインペラ１４が設けられ、コンプレッサインペラ１４は回転軸２０に固定され、回転軸２０と共に回転する。コンプレッサインペラ１４はハブ部１６と複数のブレード１８とで構成される。コンプレッサインペラ１４の背面側には背面側部材２３が設けられ、該背面側部材２３は、遠心圧縮機１０（１０Ａ、１０Ｂ）ではモータハウジング２４のうちコンプレッサハウジング１２側の端壁を形成する端壁部２３ａを含み、遠心圧縮機１０（１０Ｃ、１０Ｄ）では軸受ハウジング２５のうちコンプレッサハウジング１２側の端壁を形成する端壁部２３ｂを含む。
図１〜図４において、遠心圧縮機１０（１０Ａ〜１０Ｄ）は、コンプレッサハウジング１２の内部にコンプレッサインペラ１４が設けられ、コンプレッサインペラ１４は回転軸２０に固定され、回転軸２０と共に回転する。コンプレッサインペラ１４はハブ部１６と複数のブレード１８とで構成される。コンプレッサインペラ１４の背面側には背面側部材２３が設けられ、該背面側部材２３は、遠心圧縮機１０（１０Ａ、１０Ｂ）ではモータハウジング２４のうちコンプレッサハウジング１２側の端壁を形成する端壁部２３ａを含み、遠心圧縮機１０（１０Ｃ、１０Ｄ）では軸受ハウジング２５のうちコンプレッサハウジング１２側の端壁を形成する端壁部２３ｂを含む。
ここで、「背面側部材」とは、コンプレッサインペラ１４の背面側に設けられるすべての部材を含み得る。
コンプレッサハウジング１２及び背面側部材２３は、コンプレッサハウジング１２及び背面側部材によって囲まれる流路空間Ｓを画定する流路形成壁面（１２ｗ，２３ｗ）を有し、流路空間Ｓは被圧縮気体Ｇｃの流路を形成する。流路空間Ｓに被圧縮気体Ｇｃが流れ、被圧縮気体Ｇｃに含まれる水蒸気は露点以下の温度になると凝縮して流路形成壁面１２ｗ，２３ｗに付着し結露が形成される。
ここで、流路空間Ｓは、被圧縮気体Ｇｃが流通し得る空間を意味し、コンプレッサインペラ１４を通過する被圧縮気体Ｇｃの主流が形成される空間に加えて、コンプレッサインペラ１４の背面と背面側部材２３の流路形成壁面２３ｗとの間の隙間ｇも含む。
ここで、流路空間Ｓは、被圧縮気体Ｇｃが流通し得る空間を意味し、コンプレッサインペラ１４を通過する被圧縮気体Ｇｃの主流が形成される空間に加えて、コンプレッサインペラ１４の背面と背面側部材２３の流路形成壁面２３ｗとの間の隙間ｇも含む。
遠心圧縮機１０（１０Ａ、１０Ｃ）においては、コンプレッサハウジング１２又は背面側部材２３の少なくとも一方に圧電振動子２２が設けられる。これによって、コンプレッサハウジング１２又は背面側部材２３のうち少なくとも一方の流路形成壁面１２ｗ又は２３ｗは、少なくとも部分的に圧電振動子２２の作動によって振動可能に構成される。
圧電振動子２２を設けることで、流路形成壁面の振動可能領域に付着した結露は圧電振動子２２によって振動するため噴霧化され、微細粒径の液滴となって流路形成壁面から飛び散る。
圧電振動子２２を設けることで、流路形成壁面の振動可能領域に付着した結露は圧電振動子２２によって振動するため噴霧化され、微細粒径の液滴となって流路形成壁面から飛び散る。
粒径が微細化した液滴は、下流側流路でブレード１８及び流路形成壁面１２ｗ，２３ｗなど流路空間Ｓを構成する部材に衝突したときの衝突エネルギが小さくなるため、これら部材のエロージョンの発生を抑制できる。また、流路形成壁面１２ｗ，２３ｗに付着した液滴を噴霧化して流路形成壁面１２ｗ，２３ｗから除去することで液滴に含まれる腐食性物質による流路形成壁面１２ｗ，２３ｗの腐食を抑制できる。
一実施形態では、図１及び図３に示すように、圧電振動子２２は、流路形成壁面１２ｗ，２３ｗのうち圧電振動子２２によって振動可能に構成された振動可能領域Ｒｖを挟んで流路空間Ｓとは反対側のコンプレッサハウジング１２又は背面側部材２３の少なくとも一方に設けられる。
この実施形態によれば、圧電振動子２２は、振動可能領域Ｒｖを挟んで流路空間Ｓとは反対側のコンプレッサハウジング１２又は背面側部材２３に設けられるので、振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面１２ｗ，２３ｗを確実に微細振動させることができる。これによって、振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面１２ｗ，２３ｗに付着した液滴を確実に噴霧化して微小粒径として除去できるため、振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面１２ｗ，２３ｗ及びその下流側流路を構成する部材のエロージョン及び腐食を抑制できる。
この実施形態によれば、圧電振動子２２は、振動可能領域Ｒｖを挟んで流路空間Ｓとは反対側のコンプレッサハウジング１２又は背面側部材２３に設けられるので、振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面１２ｗ，２３ｗを確実に微細振動させることができる。これによって、振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面１２ｗ，２３ｗに付着した液滴を確実に噴霧化して微小粒径として除去できるため、振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面１２ｗ，２３ｗ及びその下流側流路を構成する部材のエロージョン及び腐食を抑制できる。
図１に示す実施形態は、圧電振動子２２がモータハウジング２４に設けられ、図３に示す実施形態では、圧電振動子２２は軸受ハウジング２５に設けられている。これらの実施形態ではいずれも圧電振動子２２が背面側部材２３に設けられているが、別な実施形態では、圧電振動子２２をコンプレッサハウジング１２に設けることができる。
一実施形態では、図１及び図２に示す遠心圧縮機１０（１０Ａ、１０Ｂ）は電動式遠心圧縮機であり、コンプレッサインペラ１４を回転させるためのモータ２６を備え、モータ２６は背面側部材であるモータハウジング２４に収容される。
このうち、図１に示す遠心圧縮機１０（１０Ａ）は、圧電振動子２２が、背面側部材２３としてのモータハウジング２４の端壁部２３ａに設けられる。
遠心圧縮機１０（１０Ａ）によれば、モータハウジング２４の流路形成壁面２３ｗの振動可能領域Ｒｖを微細振動させることで、振動可能領域Ｒｖ及びその下流側流路を構成する部材のエロージョンや腐食を抑制できる。
このうち、図１に示す遠心圧縮機１０（１０Ａ）は、圧電振動子２２が、背面側部材２３としてのモータハウジング２４の端壁部２３ａに設けられる。
遠心圧縮機１０（１０Ａ）によれば、モータハウジング２４の流路形成壁面２３ｗの振動可能領域Ｒｖを微細振動させることで、振動可能領域Ｒｖ及びその下流側流路を構成する部材のエロージョンや腐食を抑制できる。
図５は、液滴の径と該液滴がブレード１８や流路形成壁面などに衝突したときの最大衝突圧力との関係を示すグラフである。
図５において、ラインＡは無電解ニッケル被膜の疲労限界を示し、ラインＢはＡ２６１８（Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系アルミ合金）の疲労限界を示し、ラインＣは複合材の疲労強度（１０７回）を示す。図から、液滴の最大粒径を小さくすることで、液滴の最大衝突圧力を小さくでき、液滴に衝突する部材の疲労破壊を抑制できることがわかる。
図５において、ラインＡは無電解ニッケル被膜の疲労限界を示し、ラインＢはＡ２６１８（Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系アルミ合金）の疲労限界を示し、ラインＣは複合材の疲労強度（１０７回）を示す。図から、液滴の最大粒径を小さくすることで、液滴の最大衝突圧力を小さくでき、液滴に衝突する部材の疲労破壊を抑制できることがわかる。
一実施形態では、図１及び図２に示す電動式遠心圧縮機１０（１０Ａ、１０Ｂ）において、モータ２６はモータハウジング２４に固定されるステータ２８と、回転軸２０に固定され回転軸２０と共に回転するロータ３０とを備える。モータハウジング２４は軸受３２を介して回転軸２０を回転自在に支持する。
一実施形態では、図２に示す遠心圧縮機１０（１０Ｂ）のように、背面側部材２３に冷却媒体通路３６が形成され、冷却媒体通路３６に圧電ポンプ３８が設けられる。圧電ポンプ３８は圧電振動子２２を有し、圧電振動子２２が起こす微細振動によって、背面側部材の流路形成壁面を微細振動させると共に、冷却媒体通路３６を形成する壁面を振動させることによって冷却媒体を循環させる。
この実施形態によれば、圧電ポンプ３８によって背面側部材２３の振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面２３ｗを微細振動させることで、振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面２３ｗ及びその下流側流路を構成する部材のエロージョン及び腐食を抑制できる。また、圧電振動子２２によって冷却媒体通路３６に冷却媒体を循環させることで、背面側部材２３の過熱を抑制できる。
この実施形態によれば、圧電ポンプ３８によって背面側部材２３の振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面２３ｗを微細振動させることで、振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面２３ｗ及びその下流側流路を構成する部材のエロージョン及び腐食を抑制できる。また、圧電振動子２２によって冷却媒体通路３６に冷却媒体を循環させることで、背面側部材２３の過熱を抑制できる。
一実施形態では、図４に示す遠心圧縮機１０（１０Ｄ）のように、コンプレッサハウジング１２に冷却媒体通路３６が形成され、冷却媒体通路３６に圧電ポンプ３８が設けられる。
この実施形態によれば、圧電ポンプ３８によってコンプレッサハウジング１２の振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面１２ｗを微細振動させることで、振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面１２ｗ及びその下流側流路を構成する部材のエロージョン及び腐食を抑制できる。また、圧電振動子２２によって冷却媒体通路３６を形成する壁面に微細振動を与えることで冷却媒体を循環させ、これによって、コンプレッサハウジング１２の過熱を抑制できる。
この実施形態によれば、圧電ポンプ３８によってコンプレッサハウジング１２の振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面１２ｗを微細振動させることで、振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面１２ｗ及びその下流側流路を構成する部材のエロージョン及び腐食を抑制できる。また、圧電振動子２２によって冷却媒体通路３６を形成する壁面に微細振動を与えることで冷却媒体を循環させ、これによって、コンプレッサハウジング１２の過熱を抑制できる。
一実施形態では、図４に示すように、冷却媒体通路３６はコンプレッサハウジング１２の入口部分に設けられ、冷却媒体通路３６に圧電ポンプ３８が設けられる。
この実施形態によれば、コンプレッサハウジング１２の入口部分に冷却媒体通路３６及び圧電ポンプ３８が設けられるので、コンプレッサハウジング１２の入口部分の過熱を抑制できると共に、該入口部分及び該ブレード１８を含む入口部分より下流側の流路を構成する部材のエロージョン及び腐食を抑制できる。
この実施形態によれば、コンプレッサハウジング１２の入口部分に冷却媒体通路３６及び圧電ポンプ３８が設けられるので、コンプレッサハウジング１２の入口部分の過熱を抑制できると共に、該入口部分及び該ブレード１８を含む入口部分より下流側の流路を構成する部材のエロージョン及び腐食を抑制できる。
一実施形態では、図２及び図４を参照して上述した冷却媒体通路３６は冷却媒体として冷却水が流れるように構成される。
この実施形態によれば、冷却媒体として比熱が大きい冷却水を用いることで、コンプレッサハウジング１２又は背面側部材２３の冷却効果を高めることができる。
この実施形態によれば、冷却媒体として比熱が大きい冷却水を用いることで、コンプレッサハウジング１２又は背面側部材２３の冷却効果を高めることができる。
一実施形態では、図２及び図４に示す遠心圧縮機１０（１０Ｂ、１０Ｄ）のように、コンプレッサハウジング１２又は背面側部材２３は、冷却媒体通路３６を形成するように互いに対向する一対の通路形成壁面４０ａ及び４０ｂを有する。圧電ポンプ３８は、一対の通路形成壁面４０ａ及び４０ｂのうち流路空間Ｓに近い通路形成壁面４０ａに取り付けられる。
この実施形態によれば、圧電ポンプ３８は、一対の通路形成壁面４０ａ及び４０ｂのうち流路空間Ｓに近い側の通路形成壁面４０ａに取り付けられるため、冷却媒体の送り機能を維持できると共に、圧電ポンプ３８と流路空間Ｓとの間にある振動可能領域Ｒｖの微細振動機能を維持できる。
この実施形態によれば、圧電ポンプ３８は、一対の通路形成壁面４０ａ及び４０ｂのうち流路空間Ｓに近い側の通路形成壁面４０ａに取り付けられるため、冷却媒体の送り機能を維持できると共に、圧電ポンプ３８と流路空間Ｓとの間にある振動可能領域Ｒｖの微細振動機能を維持できる。
一実施形態では、図２及び図４に示すように、冷却媒体通路３６は断面が長方形を有し、長辺が流路形成壁面１２ｗ，２３ｗに沿うように配置されている。これによって、圧電ポンプ３８を流路形成壁面に近づけて配置でき、振動可能領域Ｒｖを確実に微細振動させることができる。
一実施形態では、冷却媒体通路３６の断面を長軸が流路形成壁面１２ｗ，２３ｗに沿うように配置された楕円形としてもよい。
一実施形態では、冷却媒体通路３６の断面を長軸が流路形成壁面１２ｗ，２３ｗに沿うように配置された楕円形としてもよい。
幾つかの実施形態に係る過給機５０（５０Ａ、５０Ｂ）は、図３及び図４に示すように、内燃機関８０に供給する吸気ａを加圧するように構成された遠心圧縮機１０（１０Ｃ、１０Ｄ）と、これら遠心圧縮機１０と回転軸２０を介して一体に設けられ、内燃機関８０から排出される排気ｅによって回転可能な排気タービン５４と、を備える。
一実施形態では、図３に示す過給機５０（５０Ａ）は、被圧縮気体Ｇｃが流れる流路空間Ｓを画定するコンプレッサハウジング１２又は背面側部材２３に圧電振動子２２を設け、流路形成壁面を圧電振動子２２の作動によって振動可能に構成されている。振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面２３ｗに付着した結露は、該流路形成壁面２３ｗが圧電振動子２２によって振動するため噴霧化され、微細粒径となって該壁面から飛び散るので、ブレード１８及び流路形成壁面２３ｗに衝突したときのエロージョンの発生を抑制できる。また、流路形成壁面２３ｗに付着した液滴を噴霧化して壁面から除去することで液滴に含まれる腐食性物質による流路形成壁面２３ｗの腐食を抑制できる。
一実施形態では、図４に示す過給機５０（５０Ｂ）は、コンプレッサハウジング１２に冷却媒体通路３６が形成され、冷却媒体通路３６に圧電ポンプ３８が設けられる。
この実施形態によれば、圧電ポンプ３８によって冷却媒体通路３６に冷却媒体を循環させることで、コンプレッサハウジング１２の過熱を抑制できる。また、上述のように、圧電振動子２２によってコンプレッサハウジング１２の振動可能領域Ｒｖを微細振動させ、振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面１２ｗ及びその下流側流路を構成する部材のエロージョン及び腐食を抑制できる。
この実施形態によれば、圧電ポンプ３８によって冷却媒体通路３６に冷却媒体を循環させることで、コンプレッサハウジング１２の過熱を抑制できる。また、上述のように、圧電振動子２２によってコンプレッサハウジング１２の振動可能領域Ｒｖを微細振動させ、振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面１２ｗ及びその下流側流路を構成する部材のエロージョン及び腐食を抑制できる。
一実施形態では、図３及び図４に示すように、吸気ａはコンプレッサインペラ１４の回転によって吸気路４２からコンプレッサハウジング１２に吸入され、コンプレッサインペラ１４で圧縮された後、スクロール通路４４に向かって径方向外側へ送り出され、内燃機関８０に供給される。内燃機関８０から排出された排気ｅはタービンハウジング５６のスクロール通路５８に供給され、ハブ部６４及び複数のブレード６６で構成されるタービンインペラ６２を回転させた後排気路６０に排出される。
一実施形態では、図３及び図４に示すように、タービンハウジング５６の排気路６０から分岐して吸気路４２に接続された排気再循環路６８を備える。
排気再循環路６８を通る排気再循環ガス（ＥＧＲガス）に含まれる水蒸気は、多量のＮＯＸ、ＳＯＸを含み、その凝縮液は強酸性となる。
図６は、内燃機関におけるＥＧＲガスの相対湿度と結露温度との関係の一例を示すグラフである。空気過剰率が１．２で完全燃焼したと仮定したときのＥＧＲガスの相対湿度は約０．２となる。排気温度が３００℃のとき５０℃まで冷却すると結露が生じ、耐腐食性が問題となる。
このように、排気再循環ガスが流入し得る遠心圧縮機１０では、凝縮液に起因した腐食の問題を防止しようとすれば、コンプレッサハウジング１２又は背面側部材２３に設けた冷却媒体通路３６における冷却媒体の温度は、結露が生じない範囲内に制限される。
なお、全負荷運転時に理論空燃比以上のリッチ燃焼で運転した場合には湿度が増大するため、冷却温度がさらに制限される。
排気再循環路６８を通る排気再循環ガス（ＥＧＲガス）に含まれる水蒸気は、多量のＮＯＸ、ＳＯＸを含み、その凝縮液は強酸性となる。
図６は、内燃機関におけるＥＧＲガスの相対湿度と結露温度との関係の一例を示すグラフである。空気過剰率が１．２で完全燃焼したと仮定したときのＥＧＲガスの相対湿度は約０．２となる。排気温度が３００℃のとき５０℃まで冷却すると結露が生じ、耐腐食性が問題となる。
このように、排気再循環ガスが流入し得る遠心圧縮機１０では、凝縮液に起因した腐食の問題を防止しようとすれば、コンプレッサハウジング１２又は背面側部材２３に設けた冷却媒体通路３６における冷却媒体の温度は、結露が生じない範囲内に制限される。
なお、全負荷運転時に理論空燃比以上のリッチ燃焼で運転した場合には湿度が増大するため、冷却温度がさらに制限される。
この点、図４に示すように、コンプレッサハウジング１２の入口部分に冷却媒体通路３６及び圧電ポンプ３８を備えることで、コンプレッサハウジング１２の過熱を抑制できると共に、強酸性の凝縮液が発生しても、圧電ポンプ３８の圧電振動子２２によって微細振動可能な振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面１２ｗ及びその下流側流路を構成する部材のエロージョン及び腐食を抑制できる。同様に、背面側部材２３に冷却媒体通路３６及び圧電ポンプ３８を設ける場合においても、強酸性の凝縮液が発生しても、圧電ポンプ３８の圧電振動子２２の働きにより、背面側部材２３の流路形成壁面２３ｗの振動可能領域Ｒｖ及びその下流側流路を構成する部材のエロージョン及び腐食を抑制できる。
したがって、冷却媒体通路３６における冷却媒体の温度の制約が緩和される。
したがって、冷却媒体通路３６における冷却媒体の温度の制約が緩和される。
一実施形態では、排気再循環路６８にＥＧＲ弁７０及び排気ｅの一部を吸気路４２に戻すブロア７２が設けられる。
図３及び図４を参照して上述した実施形態では、背面側部材２３は、回転軸２０を軸支するための軸受３２が収容された軸受ハウジング２５の一部である端壁部２３ｂを構成する。
この場合、背面側部材２３としての軸受ハウジング２５の端壁部２３ｂに圧電振動子２２を設ければ、軸受ハウジング２５の振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面２３ｗ及びその下流側流路を構成する部材のエロージョンや腐食を抑制できる。また、軸受ハウジング２５の端壁部２３ｂに冷却媒体通路３６及び圧電ポンプ３８を設ければ、軸受ハウジング２５の過熱を抑制できると共に、軸受ハウジング２５の端壁部２３ｂの振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面２３ｗ及びその下流側流路を構成する部材のエロージョンや腐食を抑制できる。
この場合、背面側部材２３としての軸受ハウジング２５の端壁部２３ｂに圧電振動子２２を設ければ、軸受ハウジング２５の振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面２３ｗ及びその下流側流路を構成する部材のエロージョンや腐食を抑制できる。また、軸受ハウジング２５の端壁部２３ｂに冷却媒体通路３６及び圧電ポンプ３８を設ければ、軸受ハウジング２５の過熱を抑制できると共に、軸受ハウジング２５の端壁部２３ｂの振動可能領域Ｒｖの流路形成壁面２３ｗ及びその下流側流路を構成する部材のエロージョンや腐食を抑制できる。
幾つかの実施形態によれば、遠心圧縮機及び該遠心圧縮機を備える過給機において、被圧縮気体に含まれる水蒸気などの結露によって起こるエロージョンや腐食を抑制できる。
１０（１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ） 遠心圧縮機
１２ コンプレッサハウジング
１２ｗ 流路形成壁面
１４ コンプレッサインペラ
１６、６４ ハブ部
１８、６６ ブレード
２０ 回転軸
２２ 圧電振動子
２３（２３ａ，２３ｂ） 背面側部材
２３ｗ 流路形成壁面
２４ モータハウジング
２５ 軸受ハウジング
２６ モータ
２８ ステータ
３０ ロータ
３２ 軸受
３６ 冷却媒体通路
３８ 圧電ポンプ
４０ａ、４０ｂ 通路形成壁面
４２ 吸気路
４４、５８ スクロール通路
５０（５０Ａ、５０Ｂ） 過給機
５４ 排気タービン
５６ タービンハウジング
６０ 排気路
６２ タービンインペラ
６８ 排気再循環路
７０ ＥＧＲ弁
７２ ブロア
８０ 内燃機関
Ｇｃ 被圧縮気体
Ｒｖ 振動可能領域
Ｓ 流路空間
ａ 吸気
ｅ 排気
ｇ 隙間
１２ コンプレッサハウジング
１２ｗ 流路形成壁面
１４ コンプレッサインペラ
１６、６４ ハブ部
１８、６６ ブレード
２０ 回転軸
２２ 圧電振動子
２３（２３ａ，２３ｂ） 背面側部材
２３ｗ 流路形成壁面
２４ モータハウジング
２５ 軸受ハウジング
２６ モータ
２８ ステータ
３０ ロータ
３２ 軸受
３６ 冷却媒体通路
３８ 圧電ポンプ
４０ａ、４０ｂ 通路形成壁面
４２ 吸気路
４４、５８ スクロール通路
５０（５０Ａ、５０Ｂ） 過給機
５４ 排気タービン
５６ タービンハウジング
６０ 排気路
６２ タービンインペラ
６８ 排気再循環路
７０ ＥＧＲ弁
７２ ブロア
８０ 内燃機関
Ｇｃ 被圧縮気体
Ｒｖ 振動可能領域
Ｓ 流路空間
ａ 吸気
ｅ 排気
ｇ 隙間
Claims (9)
- コンプレッサインペラと、
コンプレッサハウジングと、
前記コンプレッサインペラの背面側に設けられる背面側部材と、
前記コンプレッサハウジング又は前記背面側部材の少なくとも一方に設けられた圧電振動子と、を備え、
前記コンプレッサハウジング及び前記背面側部材は、前記コンプレッサハウジング及び前記背面側部材によって囲まれる空間を画定する壁面を有し、
前記コンプレッサハウジング又は前記背面側部材のうち少なくとも一方の前記壁面は、少なくとも部分的に前記圧電振動子の作動によって振動可能に構成され、
前記コンプレッサハウジング又は前記背面側部材に形成された冷却媒体通路と、
前記冷却媒体通路に設けられた圧電ポンプと、をさらに備え、
前記圧電ポンプは、前記壁面を振動させる前記圧電振動子を含む
ことを特徴とする遠心圧縮機。 - 前記圧電振動子は、前記壁面のうち前記圧電振動子によって振動可能に構成された振動可能領域を挟んで前記空間とは反対側において、前記コンプレッサハウジング又は前記背面側部材の前記少なくとも一方に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
- 前記コンプレッサインペラを回転させるための電動機を備え、
前記背面側部材は前記電動機が収容された電動機ハウジングの一部を構成することを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心圧縮機。 - 前記コンプレッサハウジング又は前記背面側部材は、前記冷却媒体通路を形成するように互いに対向する一対の通路形成壁面を有し、
前記圧電ポンプは、前記一対の通路形成壁面のうち前記空間に近い前記通路形成壁面に取り付けら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遠心圧縮機。 - 前記圧電振動子は、前記コンプレッサハウジングの入口部分に設けられた前記冷却媒体通路内に配置される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遠心圧縮機。
- 前記冷却媒体通路は冷却媒体として冷却水が流れるように構成され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遠心圧縮機。
- 内燃機関に供給する吸気を加圧するように構成された請求項１乃至６の何れか一項に記載の遠心圧縮機と、
前記遠心圧縮機と回転軸を介して一体に設けられ、前記内燃機関から排出される排気によって回転可能な排気タービンと、
を備えることを特徴とする過給機。 - 前記排気の通路から分岐して前記吸気の通路に接続された排気再循環路を備えることを特徴とする請求項７に記載の過給機。
- 前記背面側部材は前記回転軸を軸支するための軸受が収容された軸受ハウジングの一部を構成することを特徴とする請求項７又は８に記載の過給機。
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