JP6818635B2

JP6818635B2 - 過給機用遠心圧縮機

Info

Publication number: JP6818635B2
Application number: JP2017114779A
Authority: JP
Inventors: 丈喜石田
Original assignee: 株式会社エッチ・ケー・エス
Priority date: 2017-06-09
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2021-01-20
Anticipated expiration: 2037-06-09
Also published as: JP2019002279A

Description

本発明は自動車等に用いて好適な過給機用遠心圧縮機に関する。

過給機用遠心圧縮機は、インペラの外周部から前方に延びて吸込口を形成するシュラウド部をハウジングに備えている。この過給機用遠心圧縮機では、圧縮空気の圧力や流量がサージング域と称されるある過給機回転数で突然変動し始め、周期的な振動に発達するサージング現象の発生を防ぐ必要がある。

従来の過給機用遠心圧縮機では、例えば特許文献１に記載の如く、インペラで昇圧された圧縮空気の一部をインペラの外周域から取入れ、吸込口の側へ循環させる循環流路をシュラウド部に備える。これにより、吸込口の側からインペラに流入する空気流量を増大し、インペラの前縁の近傍における空気の流れを安定化し、サージング現象の発生を抑制しようとしている。

特開平9-133098号公報

しかしながら、特許文献１に記載の過給機用遠心圧縮機では、サージング域でのサージング現象の発生を抑制できるものの、サージング現象の発生のないサージング域外の過給機回転数でも、インペラで昇圧された圧縮空気の一部が循環流路に取入れられてしまい、或いはインペラの外周域から循環流路に取入れられる空気の流れによってインペラに入る空気の流れが徒らに乱れてしまい、過給効率及び過給圧力の低下を招くという不都合がある。

一方、例えば自動車に用いる過給機用遠心圧縮機の使用者にあって、サージング域でのサージング現象の発生の抑制を重視する使用者の存在だけでなく、サージング域での使用を極力避けつつ、過給効率及び過給圧力の改善によって出力の向上を求める使用者の存在も多い。

本発明の課題は、過給機用遠心圧縮機の形態を、簡易な構造により、サージング現象の発生の抑制を図るサージング抑制モードと、過給効率及び過給圧力の改善を図る出力向上モードのいずれかに選択的に設定替え可能にすることにある。

また、本発明の他の課題は、サージング抑制モードにおいて、サージング現象の発生をより効果的に抑制可能にすることにある。

請求項１に係る発明は、インペラの外周部から前方に延びて吸込口を形成するシュラウド部を備えたハウジングを有してなる過給機用遠心圧縮機であって、ハウジングと別体化されたシュラウド形成体によってシュラウド部を形成するとともに、シュラウド形成体をハウジングに設けたシュラウド取付部に取付固定可能にし、シュラウド形成体は、インペラの外周域から取入れた圧縮空気を吸込口の側へ循環させる循環流路をシュラウド部に備え、シュラウド形成体は、ハウジングのシュラウド取付部に対する取付固定位置を選択的に切換え可能にされ、循環流路をインペラの外周域に導通させる循環作業位置と、循環流路をインペラの外周域に導通させない循環停止位置のいずれかに選択的に設定替え可能にされるようにしたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において更に、前記シュラウド形成体が、ハウジングのシュラウド取付部に対する循環作業位置に固定されたとき、シュラウド形成体における循環流路の入口部がハウジングのシュラウド取付部に備えた入口閉塞面から離隔されてインペラの外周域に対し開放され、ハウジングのシュラウド取付部に対する循環停止位置に固定されたとき、シュラウド形成体における循環流路の入口部がハウジングのシュラウド取付部に備えた入口閉塞面に当接してインペラの外周域に対し閉鎖されるようにしたものである。

請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明において更に、前記シュラウド形成体が相並ぶ複数の循環流路を備え、各循環流路はシュラウド形成体にストレートに貫通され、シュラウド形成体における各循環流路の出口部がシュラウド形成体の前側端面に開口され、シュラウド形成体における各循環流路の入口部がシュラウド形成体の後側端面の側に開口されるようにしたものである。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに係る発明において更に、前記シュラウド形成体の前側端面が、吸込口の側からインペラの側へ向けて縮径する絞り部を備え、この絞り部内にシュラウド形成体における循環流路の入口部が開口されてなるようにしたものである。

（請求項１）
(a)ハウジングと別体化されたシュラウド形成体を有するものとし、ハウジングのシュラウド取付部に対するシュラウド形成体の取付固定位置を循環作業位置と循環停止位置のいずれかに選択的に切換え可能にする簡易な構造とした。

そして、シュラウド形成体を循環作業位置に設定替えしたサージング抑制モードとすることにより、インペラの外周域から循環流路に取入れた圧縮空気を吸込口の側へ循環させる。これにより、過給機用遠心圧縮機が吸込口の側からインペラに流入する空気流量を増大させ、インペラの前縁の近傍における空気の流れを安定化させることで、サージング現象の発生の抑制を図ることができる。

また、シュラウド形成体を循環停止位置に設定替えした出力向上モードとすることにより、循環流路を用いるインペラの外周域から吸込口の側への圧縮空気の循環を停止させる。これにより、過給機用遠心圧縮機がインペラで昇圧された圧縮空気の一部を循環流路に取入れることを回避させ、或いはインペラの外周域から循環流路に取入れられる空気の流れによってインペラに入る空気の流れが徒らに乱れることを回避させ、過給効率及び過給圧力の改善を図ることができる。

（請求項２）
(b)シュラウド形成体は、ハウジングのシュラウド取付部に対する取付固定位置を切換え、シュラウド形成体における循環流路の入口部をハウジングのシュラウド取付部に備えた入口閉塞面に対して単に離隔又は当接させるという簡易な構造により、該シュラウド形成体の取付固定位置を容易に前記循環作業位置と循環停止位置のいずれかに設定できる。

（請求項３）
(c)シュラウド形成体に備えた複数の循環流路が、シュラウド形成体における前側端面から後側端面の側に向けてストレートに貫通したものとされる。これにより、各循環流路をストレートにして単純な形状とし、同時に、各循環流路の流路抵抗を小さくするものとし、この循環流路を用いたインペラの外周域から吸込口の側への圧縮空気の循環流量を安定的に確保し、サージング抑制モードにおけるサージング抑制効果を向上できる。

（請求項４）
(d)シュラウド形成体の前側端面を吸込口の側からインペラの側へ向けて縮径する絞り部とし、この絞り部内に上述(c)の循環流路の出口部を開口した。これにより、シュラウド形成体が、各循環流路を上述(c)の如くにストレートにし、各循環流路の出口部を該シュラウド形成体の前側端面に開口させるとき、吸込口から絞り部に沿って流入してくる空気流によって絞り部の表面に形成される負圧が該絞り部に開口する各循環流路の出口部を介してそれらの循環流路に空気吸込作用を及ぼす。従って、各循環流路の出口部を開口させるシュラウド形成体の前側端面が吸込口の側からインペラの側へ向かう該吸込口の軸方向に直交する垂直端面をなすものに比して、各循環流路におけるインペラの外周域から取り入れて吸込口の側へ循環する圧縮空気の循環流量を上記空気吸込作用の付加によって一層安定的に確保し、サージング抑制モードにおけるサージング抑制効果を向上できる。

(e)シュラウド形成体の前側端面が備える絞り部における周方向の複数位置に各循環流路の出口部を開口させ、シュラウド形成体の正面視の外観意匠性を向上できる。各循環流路が丸孔であれば、それらの入口部は絞り部の表面上で吸込口の軸方向に沿って長い楕円状を呈する。

図１は過給機用遠心圧縮機を示す斜視図である。図２は過給機用遠心圧縮機のサージング抑制モードを示す断面図である。図３は図２のIII-III線に沿う模式断面図である。図４は過給機用遠心圧縮機の出力向上モードを示す断面図である。図５は図４のV-V線に沿う模式断面図である。図６はシュラウド形成体を示し、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は背面図、（Ｄ）は側面図である。

過給機用遠心圧縮機１００は、図１乃至図５に示す如く、インペラ１０の前縁１１の外周部から前方に延びて吸込口２１を形成するシュラウド部３１を備えたハウジング２０を有する。また、ハウジング２０は、インペラ１０の後縁１２の外周部にディフューザー２２を介して連通するスクロール２３を有する。インペラ１０が駆動されて回転すると、空気が吸込口２１からインペラ１０に吸込まれて付勢され、その圧力が昇圧されるとともに、速度エネルギーが増大する。この空気はディフューザー２２及びスクロール２３を流れる過程で速度エネルギーが圧力に変換されることにより更に昇圧され、吐出口２６から吐出される。

ここで、過給機用遠心圧縮機１００は、ハウジング２０と別体化されたシュラウド形成体３０を有し、このシュラウド形成体３０によってシュラウド部３１を形成する。シュラウド形成体３０は、ハウジング２０に設けた円形孔状のシュラウド取付部２４に後述する如くに取付け可能にされる。シュラウド取付部２４は丸孔状内周面２４Ａと平坦状孔底面２４Ｂとを備える。シュラウド形成体３０は、図６に示す如くの筒状体をなし、筒外周面３２Ａと、筒内周面３２Ｂと、前側端面３２Ｆと、後側端面３２Ｒを有し、筒外周面３２Ａをシュラウド取付部２４の丸孔状内周面２４Ａに軸方向と周方向でスライド可能に嵌合し、後側端面３２Ｒをシュラウド取付部２４の平坦状孔底面２４Ｂ（後述する入口閉塞面２５と同じ）に接離し得るものとしている。

シュラウド形成体３０は、インペラ１０の前縁１１より若干下流側における該インペラ１０の外周域１３から取入れた空気を吸込口２１の側へ循環させる循環流路３３をシュラウド部３１に備える。

シュラウド形成体３０は、ハウジング２０のシュラウド取付部２４に対する取付固定位置を選択的に切換え可能にされ、循環流路３３をインペラ１０の外周域１３に導通させる循環作業位置（図２、図３）と、循環流路３３をインペラ１０の外周域１３に導通させない循環停止位置(図４、図５)のいずれかに選択的に設定替え可能とする。

従って、過給機用遠心圧縮機１００は、シュラウド形成体３０が上述の循環作業位置に設定されたときにサージング抑制モードになり、シュラウド形成体３０が上述の循環停止位置に設定されたときに出力向上モードになる。

具体的には、シュラウド形成体３０は、ハウジング２０において丸孔状内周面２４Ａに直交する方向に穿設されたボルト挿通孔に挿通されるボルト４０が、選択的に螺合し得るねじ孔３４Ａとねじ孔３４Ｂを筒外周面３２Ａの軸方向に沿う複数位置に備える。ねじ孔３４Ａが後側端面３２Ｒに対してなす長さＬaは、ねじ孔３４Ｂが後側端面３２Ｒに対してなす長さＬbより短い（Ｌa＜Ｌb）（図２、図６）。

これにより、シュラウド形成体３０は、ハウジング２０のシュラウド取付部２４における丸孔状内周面２４Ａに対してスライドされ、ハウジング２０に挿通されたボルト４０をねじ孔３４Ａに螺合することにて、ハウジング２０のシュラウド取付部２４に対する循環作業位置（図２、図３）に固定される。このとき、シュラウド形成体３０における循環流路３３の入口部３５ｉは、ハウジング２０のシュラウド取付部２４に備えた平坦状孔底面２４Ｂにて形成される入口閉塞面２５から間隔ΔＬ＝（Ｌa−Ｌb）だけ離隔され、インペラ１０の外周域１３に対し開放される。

また、シュラウド形成体３０は、ハウジング２０のシュラウド取付部２４における丸孔状内周面２４Ａに対してスライドされ、ハウジング２０に挿通されたボルト４０をねじ孔３４Ｂに螺合することにて、ハウジング２０のシュラウド取付部２４に対する循環停止位置（図４、図５）に固定される。このとき、シュラウド形成体３０における循環流路３３の入口部３５ｉは、ハウジング２０のシュラウド取付部２４に備えた平坦状孔底面２４Ｂにて形成される入口閉塞面２５に当接し、インペラ１０の外周域１３に対し閉鎖される。

更に、シュラウド形成体３０は、相並ぶ複数の循環流路３３を備え、各循環流路３３はシュラウド形成体３０の前側端面３２Ｆから後側端面３２Ｒに向けて、シュラウド形成体３０の中心軸に沿う方向にストレートに貫通される。シュラウド形成体３０における各循環流路３３の出口部３５ｏが前側端面３２Ｆに開口され、シュラウド形成体３０における各循環流路３３の入口部３５ｉが後側端面３２Ｒに開口される。本実施形態において、各循環流路３３は円形断面状のストレート孔からなる。但し、各循環流路３３は角形断面又は異形断面状のストレート孔からなるものでも良い。

また、シュラウド形成体３０の前側端面３２Ｆは、吸込口２１の側からインペラ１０の側へ向けて縮径する絞り部３７を備え、この絞り部３７内にシュラウド形成体３０における各循環流路３３の出口部３５ｏを開口させている。本実施形態において、絞り部３７は吸込口２１に向けて凸状の曲面をなす。但し、絞り部３７は吸込口２１に向けて凹状の曲面をなすもの、又は直線テーパ状をなすものでも良い。また、絞り部３７とシュラウド形成体３０の筒内周面３２ＢとはＲ状をなす連続面により接続されることが好ましい。

また、シュラウド形成体３０は筒外周面３２Ａに設けた環状溝３８に装填されるＯリング３９を介してハウジング２０のシュラウド取付部２４における丸孔状内周面２４Ａに嵌合され、その嵌合部分の気密を図るとともに、シュラウド形成体３０の振動の吸収を図っている。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
(a)ハウジング２０と別体化されたシュラウド形成体３０を有するものとし、ハウジング２０のシュラウド取付部２４に対するシュラウド形成体３０の取付固定位置を循環作業位置と循環停止位置のいずれかに選択的に切換え可能にする簡易な構造とした。

そして、シュラウド形成体３０を循環作業位置に設定替えしたサージング抑制モードとすることにより、インペラ１０の外周域１３から循環流路３３に取入れた圧縮空気を吸込口２１の側へ循環させる。これにより、過給機用遠心圧縮機１００が吸込口２１の側からインペラ１０に流入する空気流量を増大させ、インペラ１０の前縁１１の近傍における空気の流れを安定化させることで、サージング現象の発生の抑制を図ることができる。

また、シュラウド形成体３０を循環停止位置に設定替えした出力向上モードとすることにより、循環流路３３を用いるインペラ１０の外周域１３から吸込口２１の側への圧縮空気の循環を停止させる。これにより、過給機用遠心圧縮機１００がインペラ１０で昇圧された圧縮空気の一部を循環流路３３に取入れることを回避させ、或いはインペラ１０の外周域１３から循環流路３３に取入れられる空気の流れによってインペラ１０に入る空気の流れが徒らに乱れることを回避させ、過給効率及び過給圧力の改善を図ることができる。

(b)シュラウド形成体３０は、ハウジング２０のシュラウド取付部２４に対する取付固定位置を切換え、シュラウド形成体３０における循環流路３３の入口部３５ｉをハウジング２０のシュラウド取付部２４に備えた入口閉塞面２５に対して単に離隔又は当接させるという簡易な構造により、該シュラウド形成体３０の取付固定位置を容易に前記循環作業位置と循環停止位置のいずれかに設定できる。

(c)シュラウド形成体３０に備えた複数の循環流路３３が、シュラウド形成体３０における前側端面３２Ｆから後側端面３２Ｒに向けてストレートに貫通したものとされる。これにより、各循環流路３３をストレートにして単純な形状とし、同時に、各循環流路３３の流路抵抗を小さくするものとし、この循環流路３３を用いたインペラ１０の外周域１３から吸込口２１の側への圧縮空気の循環流量を安定的に確保し、サージング抑制モードにおけるサージング抑制効果を向上できる。

(d)シュラウド形成体３０の前側端面３２Ｆを吸込口２１の側からインペラ１０の側へ向けて縮径する絞り部３７とし、この絞り部３７内に上述(c)の循環流路３３の出口部３５ｏを開口した。これにより、シュラウド形成体３０が、各循環流路３３を上述(c)の如くにストレートにし、各循環流路３３の出口部３５ｏを該シュラウド形成体３０の前側端面３２Ｆに開口させるとき、吸込口２１から絞り部３７に沿って流入してくる空気流によって絞り部３７の表面に形成される負圧が該絞り部３７に開口する各循環流路３３の出口部３５ｏを介してそれらの循環流路３３に空気吸込作用を及ぼす。従って、各循環流路３３の出口部３５ｏを開口させるシュラウド形成体３０の前側端面３２Ｆが吸込口２１の側からインペラ１０の側へ向かう該吸込口２１の軸方向に直交する垂直端面をなすものに比して、各循環流路３３におけるインペラ１０の外周域１３から取り入れて吸込口２１の側へ循環する圧縮空気の循環流量を上記空気吸込作用の付加によって一層安定的に確保し、サージング抑制モードにおけるサージング抑制効果を向上できる。

(e)シュラウド形成体３０の前側端面３２Ｆが備える絞り部３７における周方向の複数位置に各循環流路３３の出口部３５ｏを開口させ、シュラウド形成体３０の正面視の外観意匠性を向上できる。各循環流路３３が丸孔であれば、それらの入口部３５ｉは絞り部３７の表面上で吸込口２１の軸方向に沿って長い楕円状を呈する。

以上、本発明の実施例を図面により詳述したが、本発明の具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。例えば、シュラウド形成体は、前側端面の側の大外径部と後側端面の側の小外径部を備え、大外径部と小外径部との境界部に段差部を備えるものとし、シュラウド形成体の前側端面寄りとなる大外径部には相並ぶ複数の循環流路を備え、シュラウド形成体の後側端面寄りとなる小外径部の外周側にはハウジングにおけるシュラウド取付部の丸孔状内周面の軸方向に沿う一部との間で周方向に連続する円環状循環流路が形成されるものとすることができる。このとき、シュラウド形成体の大外径部に備えた複数の各循環流路はシュラウド形成体にストレートに貫通され、シュラウド形成体における各循環流路の出口部はシュラウド形成体の前側端面に開口され、シュラウド形成体における各循環流路の入口部は上記円環状循環流路に連通するように、シュラウド形成体の後側端面寄りに位置する上記段差部に開口される。これにより、シュラウド形成体が備える各循環流路は、循環作業位置に設定されたシュラウド形成体がハウジングにおけるシュラウド取付部の丸孔状内周面の一部との間に形成する上記円環状循環流路を介して、インペラの外周域に導通可能にされる。

また、シュラウド形成体に備える循環流路は、相並ぶ複数の循環流路からなるものに限定されず、各循環流路がストレートに貫通して形成されるものにも限定されず、或いは環状の空気室を備えるものでも良く、いかなる形態からなるものでも良い。

また、シュラウド形成体に備える循環流路は、その前側端面に開口されず、その筒内周面に開口されても良い。

また、シュラウド形成体の前側端面は、必ずしも絞り部を備えるものに限定されない。

本発明によれば、過給機用遠心圧縮機の形態を、簡易な構造により、サージング現象の発生の抑制を図るサージング抑制モードと、過給効率及び過給圧力の改善を図る出力向上モードのいずれかに選択的に設定替えできる。

また、本発明によれば、サージング抑制モードにおいて、サージング現象の発生をより効果的に抑制できる。

１０インペラ
１３外周域
２０ハウジング
２１吸込口
２４シュラウド取付部
２５入口閉塞面
３０シュラウド形成体
３１シュラウド部
３２Ｆ前側端面
３２Ｒ後側端面
３３循環流路
３５ｉ入口部
３５ｏ出口部
３７絞り部
４０ボルト
１００過給機用遠心圧縮機

Claims

インペラの外周部から前方に延びて吸込口を形成するシュラウド部を備えたハウジングを有してなる過給機用遠心圧縮機であって、
ハウジングと別体化されたシュラウド形成体によってシュラウド部を形成するとともに、シュラウド形成体をハウジングに設けたシュラウド取付部に取付固定可能にし、
シュラウド形成体は、インペラの外周域から取入れた圧縮空気を吸込口の側へ循環させる循環流路をシュラウド部に備え、
シュラウド形成体は、ハウジングのシュラウド取付部に対する取付固定位置を選択的に切換え可能にされ、循環流路をインペラの外周域に導通させる循環作業位置と、循環流路をインペラの外周域に導通させない循環停止位置のいずれかに選択的に設定替え可能にされる過給機用遠心圧縮機。
前記シュラウド形成体が、ハウジングのシュラウド取付部に対する循環作業位置に固定されたとき、シュラウド形成体における循環流路の入口部がハウジングのシュラウド取付部に備えた入口閉塞面から離隔されてインペラの外周域に対し開放され、ハウジングのシュラウド取付部に対する循環停止位置に固定されたとき、シュラウド形成体における循環流路の入口部がハウジングのシュラウド取付部に備えた入口閉塞面に当接してインペラの外周域に対し閉鎖される請求項１に記載の過給機用遠心圧縮機。
前記シュラウド形成体が相並ぶ複数の循環流路を備え、各循環流路はシュラウド形成体にストレートに貫通され、シュラウド形成体における各循環流路の出口部がシュラウド形成体の前側端面に開口され、シュラウド形成体における各循環流路の入口部がシュラウド形成体の後側端面の側に開口される請求項２に記載の過給機用遠心圧縮機。
前記シュラウド形成体の前側端面が、吸込口の側からインペラの側へ向けて縮径する絞り部を備え、この絞り部内にシュラウド形成体における各循環流路の出口部を開口させてなる請求項３に記載の過給機用遠心圧縮機。