JP6912003B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents

Description

本開示は、遠心圧縮機に関する。

特許文献１には、回転軸、回転軸の一端に固定されたコンプレッサ翼車、及びコンプレッサ翼車を収容するコンプレッサハウジングを備える遠心過給機が記載されている。このような遠心過給機では、コンプレッサ翼車が回転すると、作動流体がコンプレッサハウジング内の流路に吸入されて圧縮される。

国際公開第２０１６／１２９０３９号

上述したような遠心過給機では、コンプレッサ翼車が回転するとコンプレッサ翼車の背面側の隙間内が負圧となる場合があり、例えば回転軸側のオイルが当該負圧によって吸引されて、上記隙間に漏れてしまうおそれがある。

そこで、本開示は、オイル漏れが抑制された遠心圧縮機を説明する。

本開示の一態様に係る遠心圧縮機は、軸線方向において互いに反対側を向いている正面及び背面と、正面及び背面に接続された側面と、を含む本体部を有する翼車と、正面に対面し、正面と共に作動流体が流れる流路を形成する第１壁面を含む第１壁部と、背面及び第１壁面に対面し、背面と共に第１隙間を形成する第２壁面を含む第２壁部と、翼車の側面よりも径方向の外側において、第２壁面から第１壁面側に突出するように設けられた突出壁部と、を備え、突出壁部は、第２壁面から軸線方向に延びて翼車の側面に対面する第３壁面を含み、第３壁面は、正面と側面との接続部よりも軸線方向において第１壁面側に延びており、流路と第１隙間とを連通する第２隙間を側面と共に形成している。

本開示によれば、オイル漏れが抑制された遠心圧縮機を提供することができる。

図１は、本開示の一実施形態に係る遠心圧縮機を示す断面図である。 図２は、図１の部分拡大図である。 図３は、変形例の遠心圧縮機の第３壁面を示す図である。

本開示の一態様に係る遠心圧縮機は、軸線方向において互いに反対側を向いている正面及び背面と、正面及び背面に接続された側面と、を含む本体部を有する翼車と、正面に対面し、正面と共に作動流体が流れる流路を形成する第１壁面を含む第１壁部と、背面及び第１壁面に対面し、背面と共に第１隙間を形成する第２壁面を含む第２壁部と、翼車の側面よりも径方向の外側において、第２壁面から第１壁面側に突出するように設けられた突出壁部と、を備え、突出壁部は、第２壁面から軸線方向に延びて翼車の側面に対面する第３壁面を含み、第３壁面は、正面と側面との接続部よりも軸線方向において第１壁面側に延びており、流路と第１隙間とを連通する第２隙間を側面と共に形成している。

この遠心圧縮機では、翼車が軸線を中心として回転すると、作動流体が流路内を流れて圧縮される。遠心圧縮機は、翼車の側面よりも径方向の外側において、第２壁面から第１壁面側に突出するように設けられた突出壁部を備えている。突出壁部は、第２壁面から軸線方向に延びて翼車の側面に対面する第３壁面を含んでいる。第３壁面は、正面と側面との接続部よりも軸線方向において第１壁面側に延びており、流路と第１隙間とを連通する第２隙間を側面と共に形成している。このため、正面に沿って流路内を流れる作動流体の一部は、第３壁面に当たった後第２隙間を介して第１隙間に流れる。これにより、翼車の背面側の第１隙間が負圧となることが抑制され、当該負圧によってオイルが第１隙間に吸引されることが抑制される。よって、この遠心圧縮機によれば、オイル漏れが抑制される。

いくつかの態様において、第３壁面は、１つの内周面によって形成されている。この場合、第３壁面が１つの内周面によって形成されているため、正面に沿って流路内を流れる作動流体の一部は、第３壁面に当たった後、第２隙間を介してスムーズに第１隙間に流れる。これにより、第１隙間が負圧となることが確実に抑制される。

いくつかの態様において、第３壁面は、２つ以上の内周面と、内周面の間に形成された段差部と、を含む。この場合、突出壁部の設計の自由度が向上する。

いくつかの態様において、遠心圧縮機は、流路に連通するディフューザ及びスクロールを備え、突出壁部は、第３壁面の第２壁面とは反対側に接続されて第１壁面に対面する第４壁面を含み、第４壁面は、径方向に延びて第１壁面と共にディフューザを形成し、スクロールを形成する内壁面に滑らかに連続する。この場合、突出壁部を備えた遠心圧縮機においても、圧縮効率を低下させることなく、所望の圧縮効率を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、本明細書において、「径方向」および「周方向」は、後述する回転軸線Ｘを基準とする。

図１を参照して、本開示の一実施形態に係る過給機について説明する。図１に示される過給機（遠心圧縮機）１は、例えば自動車用の内燃機関に搭載される。過給機１は、回転軸線Ｘに沿って延びて回転軸線Ｘを中心に回転可能なシャフト２と、シャフト２の第１端２ａに設けられたタービンインペラ３と、シャフト２の第２端２ｂに設けられたコンプレッサインペラ（翼車）４と、を備えている。また、過給機１は、タービンインペラ３を収容するタービンハウジング５と、コンプレッサインペラ４を収容するコンプレッサハウジング（第１壁部）６と、タービンハウジング５とコンプレッサハウジング６との間に配置され、シャフト２を収容するベアリングハウジング７と、を備えている。

タービンインペラ３は、本体部３１と複数の羽根部３２とを有している。本体部３１は、回転軸線Ｘに沿った軸線方向において互いに反対側を向いている正面３１ａ及び背面３１ｂと、正面３１ａ及び背面３１ｂに接続された側面３１ｃと、を含んでいる。正面３１ａは、その外径が背面３１ｂから正面３１ａに向く方向において漸減するように形成された曲面である。複数の羽根部３２は、正面３１ａに設けられている。羽根部３２は、本体部３１と一体的に形成されている。タービンインペラ３は、背面３１ｂがシャフト２に対面するようにシャフト２の第１端２ａに固定されている。タービンハウジング５には、入口（不図示）、入口に連通するスクロール５ａ、及びスクロール５ａに連通する出口５ｂが形成されている。タービンインペラ３とタービンハウジング５とは、タービン３０を構成する。

コンプレッサインペラ４は、本体部４１と複数の羽根部４２とを有している。本体部４１は、回転軸線Ｘに沿った軸線方向において互いに反対側を向いている正面４１ａ及び背面４１ｂと、正面４１ａ及び背面４１ｂに接続された側面４１ｃと、を含んでいる。正面４１ａは、その外径が背面４１ｂから正面４１ａに向く方向において漸減するように形成された曲面である。複数の羽根部４２は、正面４１ａに設けられている。羽根部４２は、本体部４１と一体的に形成されている。コンプレッサインペラ４は、背面４１ｂがシャフト２に対面するようにシャフト２の第２端２ｂに固定されている。コンプレッサハウジング６には、入口６ａ、入口６ａに連通するスクロール６ｂ、及びスクロール６ｂに連通する出口（不図示）が形成されている。コンプレッサインペラ４とコンプレッサハウジング６とは、コンプレッサ４０を構成する。

ベアリングハウジング７は、タービンハウジング５及びコンプレッサハウジング６に接合されている。タービンハウジング５は、ベアリングハウジング７の軸線方向の第１端に接合されている。コンプレッサハウジング６は、ベアリングハウジング７の軸線方向の第２端に接合されている。ベアリングハウジング７は、シャフト２及びシャフト２に取り付けられたベアリング２１を収容している。シャフト２は、ベアリング２１を介してベアリングハウジング７に回転可能に支持されている。

過給機１は、ベアリングハウジング７の第２端の内壁面に設けられた円盤状のシールプレート（第２壁部）８を更に備えている。シールプレート８は、例えばベアリングハウジング７の第２端の内壁面に嵌め込まれている。シールプレート８は、コンプレッサインペラ４の本体部４１の背面４１ｂに対面して設けられている。シールプレート８には、シャフト２が挿入される貫通穴が形成されている。シールプレート８は、シャフト２の外周面に固定されたカラー２２を介してシャフト２を周方向において包囲している。シールプレート８のコンプレッサインペラ４とは反対側には、オイル（潤滑油）が循環される空間Ｓが形成されている。なお、カラー２２とシールプレート８との間には、リング部材（不図示）が設けられている。コンプレッサハウジング６とベアリングハウジング７とシールプレート８とによって、コンプレッサインペラ４を収容する空間及び後述する作動流体Ｆの流路が形成されている。

図２に示されるように、コンプレッサハウジング６は、第１壁面６ｃを含んでいる。第１壁面６ｃは、コンプレッサインペラ４の本体部４１の正面４１ａに対面している。第１壁面６ｃは、入口６ａから軸線方向に延びた後、スクロール６ｂに向かって径方向に延びている。正面４１ａと第１壁面６ｃとの間には複数の羽根部４２が位置する。第１壁面６ｃは、羽根部４２のチップ４２ａとの間に僅かなクリアランスをもって羽根部４２に対面している。

シールプレート８は、コンプレッサインペラ４の本体部４１の背面４１ｂに対面し、背面４１ｂに沿って形成された第２壁面８ａを含んでいる。シールプレート８の外径は、本体部４１の外径よりも大きい。第２壁面８ａは、本体部４１の側面４１ｃよりも径方向の外側まで延びている。第２壁面８ａは、側面４１ｃよりも径方向の外側（外周縁）において第１壁面６ｃに対面している。第２壁面８ａは、背面４１ｂと共に第１隙間Ｃ１を形成する。

ベアリングハウジング７は、コンプレッサインペラ４の本体部４１の側面４１ｃよりも径方向の外側において、第２壁面８ａから第１壁面６ｃ側に突出するように設けられた突出壁部７１を含んでいる。突出壁部７１は、例えばベアリングハウジング７の一部である。突出壁部７１は、第３壁面７１ａと、第３壁面７１ａに接続された第４壁面７１ｂと、を含んでいる。

第３壁面７１ａは、シールプレート８が設けられたベアリングハウジング７の内周面の一部である。第３壁面７１ａは、第２壁面８ａから軸線方向に延びて側面４１ｃに対面している。第３壁面７１ａは、側面４１ｃの全周に亘って側面４１ｃに対面している。第３壁面７１ａは、１つの内周面によって形成されている。つまり、第３壁面７１ａは、第２壁面８ａから軸線方向に滑らかに延びている。第３壁面７１ａは、正面４１ａと側面４１ｃとの接続部４１ｄよりも軸線方向において第１壁面６ｃ側に延びている。つまり、第３壁面７１ａは、径方向において本体部４１の側面４１ｃ及び羽根部４２の後縁（トレーリングエッジ）４２ｂに対面している。第３壁面７１ａは、側面４１ｃと共に第２隙間Ｃ２を形成する。

第４壁面７１ｂは、第３壁面７１ａの第２壁面８ａとは反対側に接続されている。第４壁面７１ｂは、径方向に延びている。第４壁面７１ｂは、第１壁面６ｃに対面している。第４壁面７１ｂは、スクロール６ｂを形成するコンプレッサハウジング６の内壁面に滑らかに連続している（図１参照）。つまり、第４壁面７１ｂとスクロール６ｂを形成する内壁面との接続部は面一となっている。なお、第３壁面７１ａと第４壁面７１ｂとの接続部には、面取り又はバリ取り等が施されていてもよい。

第４壁面７１ｂと接続部４１ｄとの軸線方向の距離（ステップ量）、つまり、接続部４１ｄに対する第３壁面７１ａの軸線方向の高さ（接続部４１ｄよりも第１壁面６ｃ側に延びている部分の高さ）は、例えば、羽根部４２のトレーリングエッジ４２ｂの長さの２０分の１以上である。ステップ量は、好ましくは、羽根部４２のトレーリングエッジ４２ｂの長さの１０分の１程度である。ステップ量は、過給機１の仕様及び需要によって自由に設定することができる。

以上のように、コンプレッサハウジング６の第１壁面６ｃ、本体部４１の正面４１ａ、シールプレート８の第２壁面８ａ、及び突出壁部７１の第４壁面７１ｂによって、作動流体（例えば空気）Ｆが流れる流路が形成される。すなわち、第１壁面６ｃは、作動流体Ｆが流れる吸入流路（流路）Ｐ１を本体部４１の正面４１ａと共に形成する。第１壁面６ｃは、作動流体Ｆの流れ方向で吸入流路Ｐ１の下流側に連通する中間流路Ｐ２をシールプレート８の第２壁面８ａと共に形成する。第１壁面６ｃは、作動流体Ｆの流れ方向で中間流路Ｐ２の下流側に連通するディフューザＰ３を突出壁部７１の第４壁面７１ｂと共に形成する。

作動流体Ｆの流れ方向でディフューザＰ３の下流側には、スクロール６ｂが接続されている。換言すれば、過給機１は、吸入流路Ｐ１に連通するディフューザＰ３及びスクロール６ｂを備えている。なお、中間流路Ｐ２は、上述した第２隙間Ｃ２を含んでいる。また、吸入流路Ｐ１と第１隙間Ｃ１とは、第２隙間Ｃ２を含む中間流路Ｐ２によって接続されている。換言すれば、第２隙間Ｃ２は、吸入流路Ｐ１と第１隙間Ｃ１とを連通する。

コンプレッサハウジング６は、円環状のオーバーハング壁部６１を含んでいる。ディフューザＰ３は、オーバーハング壁部６１の表面（第１壁面６ｃの径方向に延びる部分）と第４壁面７１ｂとの間に形成された流路である。オーバーハング壁部６１の表面及び第４壁面７１ｂは、それぞれ、径方向および周方向に延びており、回転軸線Ｘに略直交する。ディフューザＰ３は、コンプレッサインペラ４の周囲（すなわち下流側）に形成されており、径方向および周方向に延びている。ディフューザＰ３の始端（入口）は、第３壁面７１ａである。ディフューザＰ３の終端（出口）は、オーバーハング壁部６１の先端である。

以上のように構成された過給機１では、以下のように作動流体Ｆが圧縮される。内燃機関から排出された排気ガスは、タービン３０の入口からスクロール５ａに流入し、タービンインペラ３を回転させた後、出口５ｂから外部に流出する。タービンインペラ３及びシャフト２の回転と共に、コンプレッサインペラ４が回転すると、作動流体Ｆは、コンプレッサ４０の入口６ａからコンプレッサハウジング６内に吸入され、吸入流路Ｐ１、中間流路Ｐ２、ディフューザＰ３、及びスクロール６ｂを順に通過して圧縮される。圧縮された作動流体Ｆは、内燃機関の吸気側に供給される。

以上説明したように、過給機１では、コンプレッサインペラ４が回転軸線Ｘを中心として回転すると、作動流体Ｆが吸入流路Ｐ１内を流れて圧縮される。このとき、第１隙間Ｃ１が負圧となる場合がある。これにより、空間Ｓにおいて循環されるオイルは、当該負圧による吸引力によって、シールプレート８とカラー２２との間の隙間から第１隙間Ｃ１に漏れて、いわゆるオイルリークが生じる場合がある。過給機１は、コンプレッサインペラ４の側面４１ｃよりも径方向の外側において、第２壁面８ａから第１壁面６ｃ側に突出するように設けられた突出壁部７１を備えている。突出壁部７１は、第２壁面８ａから軸線方向に延びてコンプレッサインペラ４の側面４１ｃに対面する第３壁面７１ａを含んでいる。第３壁面７１ａは、正面４１ａと側面４１ｃとの接続部４１ｄよりも軸線方向において第１壁面６ｃ側に延びており、吸入流路Ｐ１と第１隙間Ｃ１とを連通する第２隙間Ｃ２を側面２１ｃと共に形成している。このため、正面４１ａに沿って吸入流路Ｐ１内を流れて中間流路Ｐ２を通過する作動流体Ｆの一部は、第３壁面７１ａに当たった後、第２隙間Ｃ２を介して第１隙間Ｃ１に流れる。これにより、コンプレッサインペラ４の背面４１ｂ側の第１隙間Ｃ１が負圧となることが抑制され、当該負圧によってオイルが第１隙間Ｃ１に吸引されることが抑制される。よって、過給機１によれば、オイル漏れが抑制される。

第３壁面７１ａは、１つの内周面によって形成されている。この構成によれば、第３壁面７１ａが１つの内周面によって形成されているため、正面４１ａに沿って吸入流路Ｐ１内を流れて中間流路Ｐ２を通過する作動流体Ｆの一部は、第３壁面７１ａに当たった後、第２隙間Ｃ２を介してスムーズに第１隙間Ｃ１に流れる。これにより、第１隙間Ｃ１が負圧となることが確実に抑制される。

過給機１は、吸入流路Ｐ１に連通するディフューザＰ３及びスクロール６ｂを備えている。突出壁部７１は、第３壁面７１ａの第２壁面８ａとは反対側に接続されて第１壁面６ｃに対面する第４壁面７１ｂを含んでいる。第４壁面７１ｂは、径方向に延びて第１壁面６ｃと共にディフューザＰ３を形成し、スクロール６ｂを形成する内壁面に滑らかに連続する。この構成によれば、突出壁部７１を備えた過給機１においても、圧縮効率を低下させることなく、所望の圧縮効率を得ることができる。

以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は、上述した実施形態に限定されるものではない。

第３壁面７１ａの内径は、軸線方向において一定であってもよいし、変化していてもよい。例えば、第３壁面７１ａと第４壁面７１ｂとの接続部に面取り又はバリ取りが施されている場合には、第３壁面７１ａの内径が変化し得る。

突出壁部７１がベアリングハウジング７の一部である例を示したが、突出壁部７１は、ベアリングハウジング７と別体に設けられていてもよい。突出壁部７１は、例えば環状のプレートであり、ベアリングハウジング７に接合されていてもよい。また、突出壁部７１は、シールプレート８と一体的に形成されていてもよい。つまり、突出壁部７１は、シールプレート８の一部であってもよい。

図３に示されるように、第３壁面７１ａは、２つ以上の内周面と、当該内周面の間に形成された段差部と、を含んでいてもよい。具体的には、第３壁面７１ａは、例えば第２壁面８ａから第１壁面６ｃ側に延びる第１内周面７１ｃと、第１内周面７１ｃの第２壁面８ａとは反対側に接続されて径方向に延びる段差部７１ｄと、段差部７１ｄの第１内周面７１ｃとは反対側に接続され第１壁面６ｃ側に延びる第２内周面７１ｅと、を含んでいてもよい。第２内周面７１ｅの内径は、第１内周面７１ｃの内径よりも大きい。つまり、第３壁面７１ａは、段差を有していてもよい。この構成によれば、突出壁部７１の設計の自由度が向上する。

第４壁面７１ｂがスクロール６ｂを形成する内壁面に滑らかに連続している例を示したが、第４壁面７１ｂは、スクロール６ｂを形成する内壁面に滑らかに連続していなくてもよい。

本開示によれば、オイル漏れが抑制された遠心圧縮機を提供することができる。

１ 過給機（遠心圧縮機）
４ コンプレッサインペラ（翼車）
６ コンプレッサハウジング（第１壁部）
６ｂ スクロール
６ｃ 第１壁面
８ シールプレート（第２壁部）
８ａ 第２壁面
４１ 本体部
４１ａ 正面
４１ｂ 背面
４１ｃ 側面
４１ｄ 接続部
７１ 突出壁部
７１ａ 第３壁面
７１ｂ 第４壁面
Ｃ１ 第１隙間
Ｃ２ 第２隙間
Ｆ 作動流体
Ｐ１ 吸入流路（流路）
Ｐ３ ディフューザ
Ｘ 回転軸線（軸線）

Claims (2)

1. 軸線方向において互いに反対側を向いている正面及び背面と、前記正面及び前記背面に接続された側面と、を含む本体部を有する翼車と、
   前記正面に対面し、前記正面と共に作動流体が流れる流路を形成する第１壁面を含む第１壁部と、
   前記背面及び前記第１壁面に対面し、前記背面と共に第１隙間を形成する第２壁面を含む第２壁部と、
   前記翼車の前記側面よりも径方向の外側において、前記第２壁面から前記第１壁面側に突出するように設けられた突出壁部と、を備え、
   前記突出壁部は、前記第２壁面から前記軸線方向に延びて前記翼車の前記側面に対面する第３壁面を含み、
   前記第３壁面は、前記正面と前記側面との接続部よりも前記軸線方向において前記第１壁面側に延びており、前記流路と前記第１隙間とを連通する第２隙間を前記側面と共に形成しており、
   前記第３壁面は、２つ以上の内周面と、前記内周面の間に形成された段差部と、を含み、
   前記２つ以上の内周面のうちの第１内周面は、前記軸線方向に延びており、
   前記段差部は、前記第１内周面の前記第２壁面とは反対側に接続されて前記径方向の外側に延びており、
   前記２つ以上の内周面のうちの第２内周面は、前記段差部の前記第１内周面とは反対側に接続されて前記軸線方向に延びている、遠心圧縮機。
2. 前記流路に連通するディフューザ及びスクロールを備え、
   前記突出壁部は、前記第３壁面の前記第２壁面とは反対側に接続されて前記第１壁面に対面する第４壁面を含み、
   前記第４壁面は、前記径方向に延びて前記第１壁面と共に前記ディフューザを形成し、前記スクロールを形成する内壁面に滑らかに連続する、請求項１に記載の遠心圧縮機。

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