JPH10169593A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディフューザにおける空気の流れの剥離層を
なくして効率よく空気を流す。 【解決手段】 インペラ２の外周側のディフューザ３に
複数のベーン１１を有して成る遠心圧縮機１にあって、
上記ベーン１１にインペラ２から導出された流体の一部
を吸引するための吸引部２３を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インペラからスク
ロール室に空気等の流体を導くディフューザを備えた遠
心圧縮機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車用エンジン等に用いられるターボ
過給機は、空気を圧縮して過給圧を作り出すコンプレッ
サ部と、このコンプレッサ部を駆動させる力を排気ガス
のエネルギーから吸収するタービン部と、コンプレッサ
部とタ−ビン部との間で高速回転しているシャフトを支
えるセンターベアリング部と、過給圧の過度の上昇を防
止するための過給圧コントロール部とで構成されてい
る。

【０００３】上記構成のうち、コンプレッサ部には遠心
圧縮機が使用されている。図７に示すように、この遠心
圧縮機６１は、ブレード６２を１０〜２０枚程度等間隔
で一体に有し、高速回転しながら径方向中心側から空気
を吸い込んで径方向外側に吐出するインペラ６３と、イ
ンペラ６３によって速度エネルギーが与えられた空気を
効率よく圧力エネルギーに交換させるディフューザ６４
及びスクロール室７２と、これらを覆うハウジング６５
とから主に構成されている。

【０００４】一般に、使用する空気量範囲が狭く且つ効
率の良いことを重視する大型エンジンには、ベーン付デ
ィフューザ６４が使用されていることが多い。このベー
ン付ディフューザ６４は、一方の壁面がリング状の基盤
部６７で形成されており、高圧力比・高効率化を図るた
めに、この基盤部６７から対向する壁面に向けて羽根で
あるベーン６８を複数立設して構成されている。ベーン
６８は、図８に示すように、径方向内側の空気流入部、
即ちスロート部６９から径方向外側の流出部７１に向か
って流路幅が拡がるように、径方向に対し所定の角度傾
いて放射状に形成されている。インペラ６３によって速
度エネルギーを与えられた空気は、このディフューザ６
４のベーン６８に沿って流され、スクロール室７２を通
過することで減速・昇圧され、吐出されるようになって
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車用エ
ンジンは回転数が大きく変化するが、この回転数の変化
によって、インペラから導出される空気の流れの角度が
変化し、ベーンにおける空気の迎え角度も変わってく
る。ベーン付ディフューザは、スロート部の幅で空気の
流量が規制されるが、実際に流れる空気の流量は、迎え
角度が変化することによって生じる空気の流れのベーン
からの剥離の発生・拡大によって小さくなってしまう。
すなわち、図９に示すように、空気の流れの角度が、流
れＡのようにベーン６８の入口部の角度に一致する場合
は問題ないが、流れＢ，Ｄのようにベーン６８の入口部
の角度に一致しないと、特にスロート部６９付近で、空
気の流れＢ，Ｄがベーンから剥離して、この剥離層部分
に渦Ｃ，Ｅが発生して空気が実質流れない領域ができて
しまい流量を制限してしまうので、インペラから流れて
くる空気の速度が無駄に減少されてしまっていた。ま
た、エンジンの回転が高回転になると流速が音速になり
スロート部で衝撃波が発生し、上記と同じく流れの剥離
が発生し、この剥離層が拡大することによって、流量を
制限してしまうという問題があった。

【０００６】そこで、本発明は上記問題を解決すべく創
案されたものであり、ディフューザにおける空気の流れ
の剥離層をなくして効率よく空気を流すことができる遠
心圧縮機を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決すべく本
発明は、インペラの外周側のディフューザに複数のベー
ンを有して成る遠心圧縮機にあって、上記ベーンにイン
ペラから導出された流体の一部を吸引するための吸引部
を設けたものである。

【０００８】そして、上記吸引部が、上記ベーンの表面
部に埋設された多孔質体から成るものであってもよい。
さらに、上記吸引部が、上記ベーン間のスロート部に臨
まされるものが好ましい。また、上記吸引部が、上記ベ
ーンの負圧面側の壁面に設けられたものであってもよ
い。上記吸引部が複数の上記ベーンに設けられ、これら
吸引部が、上記ベーン及びディフューザ壁の内部に形成
された第一連通路で互いに連通され、この第一連通路が
インペラ上流側の吸気通路に第二連通路を介して連通さ
れることも考えられる。

【０００９】上記構成によれば、空気の剥離層を吸引す
ることによって、効率よく空気を流すことができる。

【００１０】また、ベーンレスディフューザにおいて
も、インペラの外周側のディフューザを区画する壁面
に、インペラから導出された流体の一部を吸引するため
の吸引部を設けたことにより、上記と同様の効果を得る
ことができる。

【００１１】そして、上記吸引部が、上記壁面に埋設さ
れた多孔質体から成るものが望ましい。また、上記吸引
部が、インペラ軸を中心とする円周方向に沿って形成さ
れたものがよい。さらに、上記吸引部とインペラ上流側
の吸気通路とが第三連通路を介して連通されるものが好
ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を添
付図面に従って説明する。

【００１３】図１は本発明に係る遠心圧縮機のディフュ
ーザを示した要部断面斜視図、図２は本発明に係る遠心
圧縮機を示した要部断面図、図３はディフューザを区画
する一方の壁面を示した正面図である。なお、係る遠心
圧縮機は例えば自動車エンジン用ターボ過給機に適用さ
れる。

【００１４】図２に示すように、遠心圧縮機１は、ブレ
ード７を１０〜２０枚程度等間隔で一体に有し、高速回
転しながら径方向中心側から空気を吸い込んで径方向外
側に吐出するインペラ２と、インペラ２によって速度エ
ネルギーが与えられた空気を効率よく圧力エネルギーに
交換させるディフューザ３及びスクロール室１５と、こ
れらを覆うハウジング４とから主に構成されている。

【００１５】インペラ２は、回転軸５を中心に、空気の
流入側から流出側に向かって拡径したコンプレッサディ
スク６に複数のブレード７が等間隔で形成され成ってい
る。ブレード７の枚数及びその形状は、遠心圧縮機１が
適用されるエンジンの仕様、空気の流れ、通過面積やイ
ンペラ２の製作性等を考慮して決定されている。なお、
材質は軽量化を図るためにアルミで形成されている。

【００１６】ディフューザ３は、インペラ２の外周側に
設けられると共に、ハウジング４に固定され且つディフ
ューザ３を区画する一方の壁面８ａを成すリング状の基
盤部９と、この基盤部９から対向する他方の壁面８ｂに
向けて一体に立設された複数の羽根であるベーン１１と
を有している。ベーン１１は、図３に示すように、径方
向内側の空気の流入部であるスロート部１２から径方向
外側の流出部１４に向かって流路幅が拡がるように、径
方向に対し所定の角度傾いて放射状に形成されている。

【００１７】ハウジング４は、ディフューザ３を区画す
る他方の壁面８ｂを有すると共に、速度エネルギーをも
った空気を効率よく圧力エネルギーに交換させるために
のスクロール室１５を有している。スクロール室１５の
形状はカタツムリのカラのようになっており、ディフュ
ーザ３を囲繞してその外周側に形成されている。そし
て、スクロール室１５は空気流れ方向に沿って流路面積
が順次大きくなるように形成されている。そして、その
端部には圧縮空気出口（図示せず）が形成されている。
なお、ハウジング４は軽量化を図るためにアルミで形成
されている。

【００１８】次に、ディフューザ３について詳述する。
図１及び図２に示すように、それぞれのベーン１１には
スロート部１２の位置でその内部に、壁面８ａに直交す
る向きで吸引流路１７が形成されている。また、基盤部
９には、各吸引流路１７に連結する吸引流路１８と、各
吸引流路１８を基盤部９の壁面８ａの裏側で連通させる
ための連通路１９とが形成されている。連通路１９は、
基盤部９の壁面８ａの裏側に形成されたリング状の溝２
０と、裏側に取り付けられ溝より大きいリング状のカバ
ー体４１とに囲まれて形成されている。これら吸引流路
１７，１８と連通路１９とで第一連通路２１が形成され
る。基盤部９の外周部には、フランジ部４３及び複数の
ボルト孔４４が形成されており、基盤部９はハウジング
４のリング状開口部１０に嵌合された後、カバー体４１
と共に、ハウジング４にボルトを介して合わせ止めされ
ている。なお、カバー体４１の径方向内側の部分はハウ
ジング４に直接固定されている。

【００１９】ベーン１１の負圧面側の表面部には、スロ
ート部１２にちょうど位置させて、ベーン１１から剥離
した空気（図９のＣ）を吸い込むための吸引部２３であ
る多孔質体２２が埋設されている。これによって、ベー
ン１１の表面から吸引流路１７まで、インペラ２から導
出された空気の一部を吸引できるようになっている。こ
の多孔質体２２はその断面が略台形に形成され、短辺側
が表面部に、長辺側が吸引流路１７に接するように設け
られている。これにより、その取付けは、ベーン１１の
多孔質体２２と同等の形状にくり抜かれた取付部に嵌め
込むだけでよく、基盤部９から対向する壁面８ｂに押さ
れることによって固定されるので、容易に取り付けるこ
とができる。

【００２０】また、ディフューザ３の基盤部９の連通路
１９には、カバー体４１に一箇所設けられた連通孔４６
とニップル４５を介してホースによる第二連通路２４の
一端が連通されており、第二連通路２４の他端は他のニ
ップル４５を介してインペラ２の上流側の吸気通路２５
に連通されている。このことによって、吸引部２３から
吸気通路２５に空気が吸引されることとなる。

【００２１】次に、上記構成による遠心圧縮機１の作用
について説明する。

【００２２】遠心圧縮機１において、インペラ２によっ
て速度エネルギーを与えられた空気は、ディフューザ３
のベーン１１の壁面に沿って流れ、スクロール室１５を
通過することによって効率よく減速され圧力が上がり、
圧縮空気出口から吐出されるようになっている。エンジ
ンの回転数の変化によって、インペラ２からディフュー
ザ３に導出される空気は、その速度及び方向が多様に変
化して、主にスロート部１２の付近においてベーン１１
から剥離してしまうが、上記構成によれば、この剥離層
（渦）を吸引部２３である多孔質体２２から吸引するこ
とができる。このことによって、隣接するベーン１１間
の空気の流れる部分である作動域が剥離層の発生・拡大
によって縮小されることがなく、充分な流路面積があら
ゆる運転域において確保されるようになる。また、吸引
部２３が第一連通路２１及び第二連通路２４を介して、
インペラ２の上流側の吸気通路２５に連通されているの
で、インペラ２による吸気負圧を利用でき、新たに吸引
手段を設ける必要がなく装置を複雑にすることがない。
さらに、吸引部２３を多孔質体２２で形成したため、空
気の流れを乱すことなく一様且つ緩やかな吸引が可能と
なり、吸引による圧縮効率の低減等を確実に防止でき
る。

【００２３】なお、本実施の形態においては、スロート
部１２に位置させて或いは臨ませて吸引部２３を形成し
ているが、スロート部１２の近傍に位置させてもよく、
様々な位置に間欠的に複数の吸引部２３を形成するよう
にしてもよい。つまり、空気の実際の流れに応じてあら
ゆる位置に形成することが可能である。これによれば、
スロート部１２以外で発生した剥離層をも吸引すること
ができるので、さらに圧縮効率を上げることができる。

【００２４】また、空気の流れ方向によってはベーン１
１の圧力面側に剥離が生じることがあるが（図９のＤ，
Ｅ参照）、この場合には吸引部２３を圧力面側に設け、
その剥離層を吸引するようにしてもよい。

【００２５】また、吸引部２３に、多孔質体２２の代わ
りに、ベーン１１の表面部から吸引流路１７まで延びた
小孔を多数形成するようにしてもよい。但し、一様且つ
緩やかな吸引という点では多孔質体２２の方が優れる。

【００２６】さらに、本発明は、ベーン付ディフューザ
に限らず、ベーンが設けられていないベーンレスディフ
ューザにも関する。図４及び図５に示すように、ディフ
ューザを区画する一方の壁面３１を有する基盤部３２に
は、インペラ軸を中心とする円周方向に沿って複数の多
孔質体３３が間欠的に埋設され、これら多孔質体３３に
よって吸引部２３が形成されている。また基盤部３２に
は、これら多孔質体３３の内部側に接してリング状の連
通路３４が形成されている。この連通路３４は、基盤部
３２の壁面３１の裏側に形成されたリング状の溝３０
と、裏側に取り付けられる溝より大きいリング状のカバ
ー体４１とに囲まれて形成されている。連通路３４に
は、ホースによる連通路３５の一端がニップル４５を介
して連通されており、連通路３５の他端はインペラ２の
上流側の吸気通路２５に他のニップル４５を介して連通
されている。これら連通路３４，３５で第三連通路３６
が形成されている。

【００２７】上記構成によれば、ベーンレスディフュー
ザにおいても、壁面３１から空気の流れの剥離層を吸引
することができるので、作動域が剥離層の発生・拡大に
よって縮小されることがない。なお、吸引部２３の径方
向の位置は、剥離層が主に形成される位置が望ましい
が、特にその位置は限定されるものではない。

【００２８】また、多孔質体３３は間欠的に設けること
に限らず、全周に亘るリング状に形成してもよい。

【００２９】上記の実施の形態においては、連通路１
９，３４と吸気通路２５とはホースからなる連通路２
４，３５を介して連通するようにしたが、ハウジング４
の内部に連通路を設けるようにしてもよい。

【００３０】さらに、図６に示すように、ベーン付ディ
フューザにあって、ベーン１１の間の基盤部９上に連通
路１９まで延びた多孔質体４７を設けることも考えられ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、剥離層を
吸引部から吸引することによって、作動域が剥離層の発
生・拡大によって縮小されることがないので空気の圧縮
効率を上げることができるという、優れた効果を発揮す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る遠心圧縮機のディフューザを示し
た要部断面斜視図である。

【図２】本発明に係る遠心圧縮機を示した要部断面図で
ある。

【図３】ディフューザを区画する一方の壁面（基盤部）
を示した正面図である。

【図４】他の実施の形態の遠心圧縮機を示した要部断面
図である。

【図５】他の実施の形態のディフューザを区画する一方
の壁面（基盤部）を示した正面図である。

【図６】さらに他の実施の形態のディフューザを区画す
る一方の壁面（基盤部）を示した正面図である。

【図７】従来の遠心圧縮機を示した要部断面図である。

【図８】従来のディフューザを示した正面図である。

【図９】ディフューザにおける空気の流れを示した図で
ある。

【符号の説明】 １ 遠心圧縮機 ２ インペラ ３ ディフューザ １１ ベーン １２ スロート部 １７，１８ 吸引流路（第一連通路） １９ 連通路（第一連通路） ２１ 第一連通路 ２３ 吸引部 ２４ 第二連通路 ２５ 吸気通路 ２６ 壁面 ３４，３５ 連通路（第三連通路） ３６ 第三連通路

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インペラの外周側のディフューザに複数
   のベーンを有して成る遠心圧縮機にあって、上記ベーン
   にインペラから導出された流体の一部を吸引するための
   吸引部を設けたことを特徴とする遠心圧縮機。
2. 【請求項２】 上記吸引部が、上記ベーンの表面部に埋
   設された多孔質体から成る請求項１記載の遠心圧縮機。
3. 【請求項３】 上記吸引部が、上記ベーン間のスロート
   部に臨まされる請求項１又は２いずれかに記載の遠心圧
   縮機。
4. 【請求項４】 上記吸引部が、上記ベーンの負圧面側の
   壁面に設けられた請求項１乃至３いずれかに記載の遠心
   圧縮機。
5. 【請求項５】 上記吸引部が複数の上記ベーンに設けら
   れ、これら吸引部が、上記ベーン及びディフューザ壁の
   内部に形成された第一連通路で互いに連通され、該第一
   連通路がインペラ上流側の吸気通路に第二連通路を介し
   て連通される請求項１乃至４いずれかに記載の遠心圧縮
   機。
6. 【請求項６】 インペラの外周側のディフューザを区画
   する壁面に、インペラから導出された流体の一部を吸引
   するための吸引部を設けたことを特徴とする遠心圧縮
   機。
7. 【請求項７】 上記吸引部が、上記壁面に埋設された多
   孔質体から成る請求項６記載の遠心圧縮機。
8. 【請求項８】 上記吸引部が、インペラ軸を中心とする
   円周方向に沿って形成された請求項６又は７いずれかに
   記載の遠心圧縮機。
9. 【請求項９】 上記吸引部とインペラ上流側の吸気通路
   とが第三連通路を介して連通される請求項６乃至８いず
   れかに記載の遠心圧縮機。