JPH0481598A - 圧縮機のディフューザベーン位置制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、圧縮機のディフューザベーン位置制御装置に
関する。

（従来の技術） 遠心式圧縮機に備えられるディフューザベーン（羽根）
は、インペラから流出する空気の流れ方向と一致するよ
うに設けられ、インペラで空気に与えられた運動エネル
ギーを効率良く圧力に変換させるようになっている。

自動車用エンノン等に備えられるターボチャージャにお
いて、遠心圧縮機の効率を改善するために、エンノン運
転条件に応じてディフューザベーン位置を可変制御する
ことが考えられている（特開昭５６−７７５９８号公報
、参照）。

ところが、遠心式圧縮機のインペラから流出する空気流
の角度は、インペラの回転速度、圧縮機を通過する空気
の流量、インペラ出口側の圧力、およびインペラ入口側
の温度等、種々の条件によって変化するため、エンジン
運転条件の広い範囲に渡ってデイフユーザ効率を維持す
ることが難しいという問題点があった。

本発明は、こうした従来の問題点を解決することを目的
とする。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明では、第１図に示すよう
に、インペラ１４のまわりに複数枚のディフューザベー
ン（図示せず）を備え、このディフューザベーンの位置
を変化させるアクチュエータ７を備える遠心式圧縮機１
０において、圧縮機１０を通過する空気流量を検出する
センサ１と、インペラ１４の回転速度を検出するセンサ
２と、インペラ１４の出口側圧力を検出するセンサ３と
、インペラ１４の入口側温度または出口側を検出するセ
ンサ４と、これら各センサ１．２．３．４からの検出信
号に基づいてインペラ１４の出口側から流出する空気流
の角度を計算する手段５と、この流出角度に応じて各デ
ィフューザベーンの位置をアクチュエータ７を介して制
御する手段６とを備えた。

（作用） 上記構成に基づき、圧縮Ｗｊ、１０の作動中は各センサ
１．２．３．４の検出値に基づいてインペラ１４の出口
側から流出する空気流の流出角度が随時算出されて、イ
ンペラ１４から流出する空気流に沿うようにディフュー
ザベーンの前縁角度を的確に調節するので、運転条件の
広い範囲に渡ってデイフユーザ効率を高められる。

この結果、インペラのバックワード角度を増大させずに
、比較的に径の小さいインペラを使用することが可能と
なり、圧縮機の小型化がはかれる。

（実施例） 以下、本発明をレシプロエンジンに備えられるターボチ
ャージャの圧縮機に適用した実施例を添付図面に基づい
て説明する。

第２図に示すように、インペラ１４の周囲に複数枚のデ
ィフューザベーン１１を備え、各ディフューザベーン１
１は一対の偏心ビン１２Ａ、１３Ａを介して図示しない
アクチュエータによりその前縁角度およびインペラ４ま
でのｊＨＪＩ！Ｌを変化させるようになっている。なお
、ディフューザベーン１１を駆動するアクチュエータと
しては、ステッピングモータ、油圧シリングあるいは空
気圧シリングが用いられる。

第３図に示すように、インペラ１４の上流側に流量セン
サ１が設けられ、この流量センサ１によって圧縮機１０
に吸入される空気の重量流量Ｇｃが検出される。

インペラ１４の回転数Ｎを検出する回転センサ２がブレ
ードに対峙して設けられる。

インペラ１４の出口側の静圧Ｐｉを検出する圧力センサ
３が設けられる。

さら【こ、インペラ１４の上流側には入口側の全温Ｔ１
を検出する全没センサ４が設けられる。この全没センサ
４は熱電、ｔｊ１５のまわりに空気流に対向して開口す
るカバー１６が取付けられ、このカバー１６の基４ｍ＋
１に空けられた微小孔を介して、熱電対のまわりにわず
かな空気の流れがつくられるようになっている。

コントロールユニット９は、これら各センサ１゜２．３
．４の検出信号に基づいて、インペラ１４からディフュ
ーザベーン１１に向けて流出する空気流の流出角度を計
算し、この流出角度の計算値に対してディフューザベー
ン１１の前縁角度を一致させるように駆動信号を７クチ
ユエータに出力する。

ディフューザベーン１１の実際の位置を検出する手段と
しては、ディフューザベーン１１の位置を直接的に検出
してそれに応じた出力をするセンサを設けるが、あるい
はアクチュエータがステッピングモータの場合はその駆
動パルス数、油圧シリング、空気圧シリングの場合はそ
の供給圧力から換算するようにしても良い。

コントロールユニット９は、ＣＰＵ、ＲＡＭ。

ＲＯＭ、インター７ヱイス等からなるマイクロコンピュ
ータで構成され、この制御内容を第４図に示すフローチ
ャートについて説明する。

まず、ステップ２１〜２５において、ディフューザベー
ン１１の角度α、インペラ１４の回転数Ｎ、流量Ｇｃ、
インペラ１４の出口側の静圧Ｐｉ１インペラ入口全温全
没をそれぞれ読み取る。

ステップ２６では、これら各検出信号Ｎ、Ｇｃ。

Ｐｉ、Ｔ、とに基づいてインペラ１４の出口側から流出
する空気流の流出角度ａ２を後述するように１次元解析
から算出する。

ステップ２７では、インペラ］４の出口側流出角度α２
の算出値に基づいて、デイフユーザベーン１１の目標角
度α。をα。＝Ｃ２＋△αとして求める。ここでΔαは
インペラの形状もしくはＣ２の算出方法によって決まる
値であるが、最初に実験的に求めておけば、同じ仕様の
圧縮機にはそのまま適用できる。Ｎ、Ｇｅが一定の状態
で、圧縮機１０の効率を最高にするには、ディフューザ
ベーン１１の角度αをインペラ１４の出口側流出角度α
２に一致させれば良いが、インペラ出口の流出角度α２
の分布のバラツキをΔαで修正する。

次のステップ２８．３０では実際のディフューザベーン
１１の前縁角度ａと目標値ａ。との差が所定値±εの範
囲内にあるが否かを判定する。ここでεは正のある定数
で、制御がハンチングしないような値を実験により求め
ておく。

ステップ２８においてα−α。≦εとならない場合は、
ステップ２９に進んでαを小さくする方向にディフュー
ザベーン１１を駆動する信号を７クチユエータに出力を
し、ステップ３０においてａ−α０≧−εとならない場
合は、ステップ３１に進んでαを大きくする方向にディ
フューザベーン１１を駆動する出力をして、ディフュー
ザベーン１１を目標角度に近付ける。

以上の制御をエンジン運転中に所定の周期で行うことに
より、常に高いデイフユーザ効率が得られ、第５図に示
すように固定ディフューザベーンを備える従来装置に比
べて圧縮効率を広い範囲で高められる。

次に、上記ステップ２６で行われるインペラ１４の出口
側流出角度α２を算出する過程について説明する。

まず、Ｗｉｅｓｎｅｒの公式からすべり係数Ｓを次式で
計算する。ただしβはインペラ１４のバックワード角度
、Ｚはブレード枚数とする。

Ｓ＝Ｃ胃Ｂ／”ｌｏ・“ インペラ外周速度Ｕをインペラ１４の回転数Ｎに基づい
て次式で計算する。ただし、Ｄはインペラ１４の外径と
する。

Ｕ＝π・Ｄ−Ｎ／６０ このインペラ１４の外周速度Ｕに基づいてインペラ１４
の出口側絶対流速Ｃの初期値を次式で設定する。

Ｃｍ０．７・Ｕ インペラ１４がら流出する空気流の比重量γの初期値を
設定する。この初期値γは例えば１．２ｋＥ／鴎３と、
運転条件に応じて設定される。

ワーク７アクタＷを流量センサ１で検出される重量流量
Ｇｃに基づいて次式で計算する。ただしＦはインペラ１
４の出口側流路面積とする。

Ｗ＝　ｌ−３−Ｇｃ−ｔａｎβ／（γ−Ｆ−ｔＪ）全没
センサ４で検出されるインペラ１４の入口側全没Ｔ、に
基づいてインペラ出口側の全没Ｔ２を次式で計算する。

ただしｇは重力加速度（＝９，８１Ｉｌ／ｓ２）、Ｋは
比熱比（＝１．４）、Ｒはガス定数（＝２９゜２７）と
する。

Ｔ２＝　Ｔ　、＋Ｗ　−ｕ　”／Ｉｇ−Ｋ／（Ｋ　−１
）・Ｒ）臨界速度■を次式で計算する。

Ｖ＝　　２・ｇ−Ｒ−Ｔ２・Ｋ／（Ｋ＋１）圧力センサ
３で検出されるインペラ１４の出口側静圧Ｐｉに基づい
てインペラ１４の出口側全圧Ｐ２を次式で計算する。

Ｐ　２　＝　Ｐ　ｉ　／　Ｉ　１　　（Ｋ　　１　）　
／　（Ｋ　＋１　）　Ｘ　（Ｃ／　Ｖ　）　２１’−’
インペラ出口の比重量γを次式で計算する。

γ＝Ｐ２／（Ｒ−７２）ｘｆｌ−（Ｋ−１＞／（Ｋ＋１
）ｘ（Ｃ／Ｖインペラ１４の出口側絶対流速度Ｃ２を次
式で計算する。

Ｃ論２＝Ｇｃ／７　　・　Ｆ Ｃｕ２＝Ｗ−Ｕ Ｃ２＝　Ｅ７ＦＴ７７７ この計算を繰り返して０２がＣ２−Ｃ２′≦εとなって
収束すると、インペラ１４がら流出する空気流の角度ａ
２を次式で計算する。

Ｑ　２＝ｔａｎ−’（Ｃｍ２／　ＣＬ１２）なお、イン
ペラ１４の出口側の静圧を検出する圧力センサ３および
インペラ１４の入口側の全没を検出する全没センサ４の
代わりに、インペラ１４の出口側の全圧を検出するセン
サおよびインペラ１４の出口側の全温を検出するセンサ
を設けるようにしてもよい。

（発明の効果） 以上の通り本発明によれば、遠心式圧縮機のディフュー
ザベーン位置制御装置において、圧縮機を通過する空気
流量を検出するセンサと、インペラの回歓速度を検出す
るセンサと、インペラの出口側圧力を検出するセンサと
、インペラの入口側または出口側の温度を検出するセン
サとをそれぞれＩＮ工、これら各センサからの検出信号
に基づいてインペラの出口側から流出する空気流の流出
角度を計算して、各ディフューザベーンの前縁角度を空
気流の流出角度に一致させるように７クチユエータを介
して制御するように構成したため、運転条件の広い範囲
に渡ってデイフユーザ効率を維持することができ、ター
ボチャージャの圧縮機に適用した場合にもエンジンの低
回転域から高回転域に渡って充填効率を高められる。ま
た、インペラのバックワード角度を増大させずに、比較
的に径の小さいインペラを使用することが可能となり、
圧縮機の小型化がはかれる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明のクレーム対応図、第２図は実施例を示
す圧縮機のディフューザベーンの構成図、第３図は同じ
く制御回路を示す構成図、第４図は制御内容を示すフロ
ーチャート、第５図は作用を示す線図である。 １・・・流量センサ、２・・・圧力センサ、３・・・回
転センサ、４・・・金満センサ、５・・・インペラの出
口側流出角度算出手段、６・・・ディフューザベーンの
位置制御手段、７・・・アクチュエータ、９・・・コン
トロールユニット、１０・・・圧１ａＷ１．１１・・・
ディフューザベーン、１４・・・インペラ。 第２ 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. インペラのまわりに複数枚のディフューザベーンを備え
   、このディフューザベーンの位置を可変とするアクチュ
   エータを備える遠心式圧縮機において、圧縮機を通過す
   る空気流量を検出するセンサと、インペラの回転数を検
   出するセンサと、インペラ出口側の圧力を検出するセン
   サと、インペラ入口側または出口側の温度を検出するセ
   ンサと、これら各センサからの検出信号に基づいてイン
   ペラ出口側から流出する空気流の流出角度を計算する手
   段と、この流出角度に応じてディフューザベーンの位置
   をアクチュエータを介して制御する手段とを備えたこと
   を特徴とする圧縮機のディフューザベーン位置制御装置
   。