WO2014033878A1

WO2014033878A1 - 遠心圧縮機

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Publication number: WO2014033878A1
Application number: PCT/JP2012/072038
Authority: WO
Inventors: 秉一安; 鈴木　浩
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2014-03-06
Also published as: CN107816440A; CN107816440B; JP5599528B2; EP2863032A1; EP2863032A4; CN104428509A; EP2863032B1; US20150192133A1; JPWO2014033878A1; CN104428509B; US9732756B2

Abstract

【課題】インペラーホイール前面のハウジング内周側に旋回流を生成する案内翼を位置して、サージマージンの改善とチョーク流量低下を抑制するとともに、案内翼の傾斜角度を変化可能にすることを目的とする。【解決手段】コンプレッサ１９のコンプレッサハウジング１５と、吸気口２３から流入する吸気ガスを圧縮するインペラーホイール７と、吸気口２３とインペラーホイール７との間の吸気通路２１の内周壁に、周方向に沿って複数枚配置されて吸気ガスに回転軸周りの旋回流を付与する案内翼６３と、複数の案内翼６３の内側に形成されて吸気口２３からの吸気ガスを、案内翼６３を通過することなくインペラーホイールに流通させる中央吸気流通路７１と、複数の案内翼６３の傾斜角度を連動して変化させる案内翼可動機構７３と、を備えたことを特徴とする。

Description

遠心圧縮機

本発明は、回転軸によって回転するインペラーホイールを具えた遠心圧縮機に係り、特に排気ターボ過給機に組み込まれる遠心圧縮機に関する。　

自動車等に用いられるエンジンにおいて、エンジンの出力を向上させるために、エンジンの排気ガスのエネルギでタービンを回転させ、回転軸を介してタービンと直結させた遠心圧縮機で吸入空気を圧縮してエンジンに供給する排気ターボ過給機が広く知られている。

かかる排気ターボ過給機のコンプレッサは、図１０の圧力比を縦軸、流量を横軸とした性能特性比較表のノーマルコンプレッサに示されるように、系全体の脈動であるサージングが発生するサージ流量（図上左側の線）から、チョーキングが発生し、それ以上は流量が増加しなくなるチョーク流量（図上右側の線）までの流量範囲で安定的に運転される。

しかしながら、インペラーホイールに直接吸気が吸入されて構成されるノーマルコンプレッサタイプの遠心圧縮機においては、チョーク流量とサージ流量との間の安定的に運転できる流量範囲が少ないため、急加速時の過渡的な変化において、サージングを起こさないように、サージ流量から離れた効率の低い作動点で運転しなければならないという課題がある。

かかる課題を解決する為に、前記遠心圧縮機のインペラーホイール上流側に吸入空気に旋回流を発生させる案内翼をインペラーホイールの上流に設けて、排気ターボ過給機の運転範囲を拡大する技術や、過給機のハウジングに、インペラーホイールに吸引される吸気ガスの一部を再循環させる再循環流路を設ける技術が特許文献１に開示されている。

かかる技術を図９に基づいて簡単に説明する。
遠心圧縮機２００のインペラーホイール２０１は、ハウジング２０２内に回転可能な複数の羽根２０４を含み、ハウジング２０２は、羽根２０４の半径方向外側縁２０４ａに近接配置された内側壁を有する。

遠心圧縮機２００の吸気口は、ガス吸込口２０８を形成する外側環状壁２０７と、外側環状壁２０７内に延在してインデューサ部２１０を形成する内側環状壁２０９とを備える。環状壁２０９、２０７の間には、環状ガス流路２１１が形成されている。
下流開口部２１３は、羽根２０４が近傍通過するハウジング表面２０５と環状流路２１１とを連通する。

上流開口部は、環状流路２１１とインデューサ部２１０すなわち吸気口吸込部との間を繋ぐ。上流開口部の下流のインデューサ部２１０の内側に吸気口案内翼２１４を設けて、インデューサ部２１０を通るガス流に先行渦巻を誘起する。そして、かかる構成により圧縮機を通る空気の流量が小さい場合、前記環状流路２１１を通る空気流の方向が逆転して、空気は、インペラーホイールから開口２１３を通り、上流方向の環状流路２１１を通って、ガス吸込口２０８に再導入されて、圧縮機を再循環する。
これは、圧縮機の性能を安定化させ、圧縮機サージマージンとチョーク流とを共に向上させる（図１０のＲＣＣ（再循環コンプレッサ）を参照）。

更に、特許文献１は、内側環状壁２０９と外側環状壁２０７とは、上流方向に延在し、吸気口案内翼装置を収容している。この吸気口案内翼装置は、中央ノーズコーン２１５と内側環状壁２０９との間に延在する複数の吸気口案内翼２１４を備えている。

前記吸気口案内翼２１４は、インペラーホイール２０１の回転方向に対して、前方に掃引されていて、インペラーホイール２０１に至る空気流に先行渦巻を誘発し、該先行渦巻流は、圧縮機のサージマージン（サージ限界）を向上させる。すなわち、先行渦巻流は、圧縮機がサージを起こす流れを減少させる。（図１０のＲＣＣ＋案内翼参照）

特開２００４－３３２７３３号公報（要約及び図１参照）

しかし、前記図９に示す従来技術においては、インペラーホイール前面の内側環状壁内の中央空間に中央ノーズコーン２１５が位置していることは、その中央ノーズコーン２１５部で吸気流に対し、吸気抵抗が増えて図１０では可視されていないがチョーク流が減少することは明らかであり、且つ中央ノーズコーン２１５の製作及び案内翼の中心軸上に中央ノーズコーンを取り付けるのも困難である。
即ち、従来の旋回流を発生させる案内翼には、中央部に吸入空気を案内翼に導くコーン状の部材が設けられ、空気抵抗が増大し、チョーク流量が減少するという問題があった。

さらに、図９に示す従来技術においては、吸気口案内翼２１４を設けて、インデューサ部２１０を通るガス流に先行渦巻を誘起しているが、吸気口案内翼２１４の翼角度は一定に固定されているため、旋回流の旋回方向は常に一定のものしか得られない。
特に、吸気口案内翼２１４の翼角度が一定のため、吸気流に対して常に一定の空気抵抗が発生しているため、チョーク流量が減少するという問題があった。

本発明はかかる技術的課題に鑑み、中央ノーズコーンを設けることなく、直接インペラーホイール前面のハウジング内周側に案内翼を位置して、これにより従来技術のようにチョーク流が減少することなくサージマージンを改善することを目的とする。

さらに、本発明は、旋回流を発生させる案内翼の傾斜角度を変化可能させて、コンプレッサの運転状態に適した傾斜角度に制御して、空気抵抗を減らしてチョーク流量の減少を抑制し且つ、サージ流量を小流量化してコンプレッサの作動レンジを拡大することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するため、遠心圧縮機の回転軸方向に開口する吸気口と該吸気口につながる吸気通路とを有するハウジングと、
前記ハウジングの内部に、前記回転軸を中心に回転可能に配置され、前記吸気口から流入する吸気ガスを圧縮するインペラーホイールと、
前記吸気口とインペラーホイールとの間の前記ハウジングの内周壁に沿って周方向に複数配置されるとともに、前記吸気口から流入する吸気ガスに回転軸周りに旋回流を付与する案内翼と、
前記複数の案内翼の内周側に形成されて前記吸気口から流入する吸気ガスを、前記案内翼を通過することなく前記インペラーホイールに流通させる中央吸気流通路と、
前記複数の案内翼の前記回転軸方向に対する傾斜角度を連動して変化させる案内翼可動機構と、をそなえたことを特徴とする。

　かかる発明によれば、吸気口から流入する吸気ガスに旋回流を付与することでサージ流量（最小流量）が減少し、サージマージンが改善され、さらに、中央吸気流通路の吸気ガス流通抵抗が小さいので、チョーク流量（最大流量）の減少を抑制することができ、作動レンジを拡大することができる。

また、案内翼の傾斜角度を可変化することによって、サージ流量（最小流量）の減少と、チョーク流量（最大流量）の減少抑制をさらに拡大することができる。すなわち、内燃機関の運転状態に応じて、つまり、コンプレッサを通過する流量に応じて、案内翼の翼傾斜角度を変更できるため、例えば、小流量運転時においては、翼傾斜角度を大きくして、旋回流によってコンプレッサのサージングの発生流量をより小流量にし、また、大流量運時には、翼傾斜角度を小さくしてチョーク流量の低減を抑えることができる。

　また、本発明において好ましくは、前記案内翼は案内翼主軸を有し、前記案内翼は前記案内翼主軸を中心に回動されるとともに、該案内翼主軸は吸気通路の中心に向かって延びて配置され、該案内翼主軸の外端部は吸気通路の周壁を貫通して前記ハウシングの外側に位置し、前記案内翼可動機構に連結されることを特徴とする。

かかる発明によれば、吸気通路の周方向に複数枚配置された案内翼の案内翼主軸を、それぞれハウジングの外側から回動するため、吸気通路を流れる吸気ガスの流れに影響を与えずに案内翼の傾斜角度を制御できる。このため、吸気抵抗の増加を伴わずに案内翼の可変化が可能となる。

また、本発明において好ましくは、前記案内翼可動機構は、前記ハウジングの外側を囲うように設けられて前記ハウジンの外周に沿って回動可能な環形状のドライブリングと、該ドライブリングと前記案内翼主軸の外端部とを連結するレバー部材と、前記ドライブリングを回動するアクチュエータとを備えていることを特徴とする。

かかる発明によれば、案内翼可動機構は、主にハウジンの外周に沿って回動可能な環形状のドライブリングによって構成されるため、ハウジングの周りに沿って装着されるので、ハウジングに対して大きく突出して大型化することなく、コンパクトに案内翼可変機構を構成することができる。さらに、複数の案内翼を連動させて同一傾斜角度で精度よく回動可能になる。

また、本発明において好ましくは、前記案内翼主軸と前記ハウジングとの間にはリターンスプリングが設けられ、前記案内翼の前記回転軸方向に対する傾斜角度を常にゼロに戻す付勢力が作用していることを特徴とする。
このように、リターンスプリングで案内翼の傾斜角度をゼロの状態に戻すように付勢力が作用しているため、案内翼が回動途中で固着して回動困難となることを回避できる。

また、本発明において好ましくは、前記案内翼は板状部材によって形成され、吸気通路の中心側が先細の台形形状をなし、吸気通路の流通方向に板状部材の面が沿うように配置され、該案内翼の高さは前記インペラーホイールの羽根の前縁の高さと略同一の高さに形成されていることを特徴とする。

このように、案内翼は板状部材を、先細の台形形状にして、吸気ガス流れに対して板面を沿わせるようにして配置するため、吸気流に対して大きな損失を与えずに吸気通路内に配置できる。先細のため案内翼の外周側の片持ちで強度を保持して支持可能になる。
また、案内翼の高さをインペラーホイールの羽根の前縁の高さと略同一の高さにするため、案内翼で生成された旋回流を効率よく、インペラーホイールの羽根に導くことができる。

また、本発明において好ましくは、前記ハウジングには、前記インペラーホイールの羽根の外周部と該インペラーホイールより上流側の前記吸気通路とを連通させる再循環流路が、前記吸気通路の外側に設けられていることを特徴とする。

かかる発明によれば、前述したように案内翼によって、インペラーホイールに導入される吸気流を旋回することでサージマージンが得られるが、その改善に加え、さらにインペラーに吸引される吸気ガスの一部を、インペラーホイールの羽根の外周部と該インペラーホイールより上流側の前記吸気通路とを連通させる再循環流路を介して循環させることにより、サージ流量を減少できるため、サージマージンを更に改善できる。

また、本発明において好ましくは、前記再循環流路の上流側の開口端部が、前記案内翼よりも上流に位置することを特徴とする。
このように、再循環流路の上流側の開口端部が、案内翼よりも上流に位置するため、循環した吸気ガスが案内翼を通過することにより、より多くの旋回が付与されるので、さらにサージマージンが改善される。

また、本発明において好ましくは、前記ハウジングは、前記再循環流路を分断する位置で、上流側と下流側に２分割されることを特徴とする。
このように、コンプレッサハウジングを、再循環流路を分断する位置で、上流側ハウジングと、下流側ハウジンとに２分割するため、このハウジングの分割面から再循環流路の循環孔を加工することができるので、再循環流路の形成が容易となる。

本発明によれば、吸気口から流入する吸気ガスに旋回流を付与することでサージ流量（最小流量）が減少し、サージマージンが改善され、さらに、中央吸気流通路の吸気ガス流通抵抗が小さいので、チョーク流量（最大流量）の減少を抑制することができ、作動レンジを拡大することができる。

さらに、案内翼の斜角度を可変化することによって、コンプレッサを通過する流量に応じて、案内翼の翼傾斜角度を変更できる。
例えば、小流量運転時においては、翼傾斜角度を大きくして、旋回流によってコンプレッサのサージングの発生流量をより小流量にし、また、大流量運時には、翼傾斜角度を小さくしてチョーク流量の低減を抑えることができる。

また、本発明において好ましくは、前記吸気通路の内径は、前記インペラーホイールの羽根の前縁部分の径と同等の小径とそれより大きく流入側に形成される大径とを有していることを特徴する。
さらに、前記吸気通路の大径の部分は、少なくとも前記複数の案内翼が流路を遮ることで減少する流路面積に相当する流路面積を拡大するように設定されているとよい。

かかる発明によれば、案内翼によって減少した流路面積を拡張できることにより、案内翼による流通抵抗の影響を無くして、効率向上及びチョーク流量（最大流量）の減少を抑制できる。

本発明の第１実施形態にかかる遠心圧縮機の回転軸方向の要部断面図である。図１の要部拡大図である。図１のＡ方向視の一部断面図である。図３のＣ方向視の説明図である。図１のＢ－Ｂ線の要部断面図である。第２実施形態を示し、図１に対応する要部断面図である。第３実施形態を示し、図１に対応する要部断面図である。案内翼の傾斜角度に基づくサージングラインの変化傾向を示す特性図である。従来技術の遠心圧縮機を示す断面説明図である。遠心圧縮機の一般的な性能特性の比較図である。

　以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。　

（第１実施形態）
　図１は、内燃機関の排気ターボ過給機１の回転軸方向の要部断面図を示す。該排気ターボ過給機１は、内燃機関の排ガスによって駆動されるタービンロータ３を収納するタービンハウジング５と、該タービンロータ３の回転力をインペラーホイール７に伝達する回転軸９を、軸受１１を介して回転自在に支持する軸受ハウジング１３と、吸気ガスとして空気を吸引して圧縮するインペラーホイール７を収納するコンプレッサハウジング１５とが結合されて構成される。

タービンハウジング５の外周部には、渦巻状に形成されたスクロール通路１７がタービンロータ３の外周に形成され、内燃機関からの排ガスが外周側から軸中心側に流れて、その後、軸方向に排出されてタービンロータ３を回転するようになっている。

本発明に係るコンプレッサ（遠心圧縮機）１９は、回転軸９の回転軸線Ｍを中心として回転可能にインペラーホイール７がコンプレッサハウジング１５内に支持されるとともに、圧縮される前の吸気ガス、例えば空気をインペラーホイールに７に導く吸気通路２１が回転軸線Ｍ方向に、且つ同軸状に円柱形状に延びている。そして、該吸気通路２１につながる吸気口２３が吸気通路２１の端部に開口している。吸気口２３は空気を導入しやすいように端部に向かってテーパー状に拡径している。

インペラーホイール７の外側には回転軸線Ｍと直角方向に延びるディフューザ２５が形成され、該ディフューザ２５の外周には渦巻状の空気通路２７が設けられている。この渦巻状の空気通路２７は、コンプレッサハウジング１５の外周部分を形成している。

なお、インペラーホイール７には、回転軸線Ｍを中心に回転駆動されるハブ部２９とともに、回転駆動される複数枚の羽根３１が設けられている。ハブ部２９は回転軸９に取り付けられるとともに、その径方向外側の面に複数の羽根３１が設けられる。

羽根３１は、回転駆動されることによって、吸気口２３から吸込み吸気通路２１を通った空気を圧縮するものであり、形状については特に限定するものではない。羽根３１には、上流側の縁部である前縁３１ａと、下流側の縁部である後縁３１ｂと、径方向外側の縁部である外周縁（外周部）３１ｃが設けられている。この外周縁３１ｃは、コンプレッサハウジング１５のシュラウド部３３によって覆われた側縁の部分をいう。そして、外周縁３１ｃは、シュラウド部３３の内表面の近傍を通過するように配置される。

コンプレッサ１９のインペラーホイール７は、タービンロータ３の回転駆動力によって、回転軸線Ｍを中心として回転駆動される。そして、吸気口２３から外部の空気が引き込まれて、インペラーホイール７の複数の羽根３１間を流れて、主に動圧が上昇された後に、径方向外側に配置されたディフューザ２５に流入して、動圧の一部が静圧に変換されて圧力が高められて渦巻状の空気通路２７を通って排出される。そして、内燃機関の吸気として供給される。

（再循環流路）
次に、コンプレッサハウジング１５に形成される再循環流路４１について説明する。
再循環流路４１は、前記羽根３１の外周縁３１ｃに対向するコンプレッサハウジング１５の内周壁に開口する環状の下流側開口端部４３と、羽根３１の前縁３１ａより上流側のコンプレサハウジング１５の内周壁に開口する上流側開口端部４５とを連通するように設けられている。
そして、複数の羽根３１間に流入した直後の空気または、加圧途中の空気の一部を、再循環流路４１を通って、羽根３１の上流側の吸気通路２１内に再循環させるようになっている。

また、再循環流路４１は、円筒状の吸気通路２１の外側に、回転軸線Ｍを中心とした円周上に複数配列された循環孔５１によって構成されている。
また、コンプレッサハウジング１５は、再循環流路４１を途中で分断する位置で、上流側ハウジング１５ａと下流側ハウジング１５ｂに２分割され、さらに、下流側ハウジング１５ｂのさらに下流側に渦巻状の空気通路２７を有するシュラウド側ハウジング１５ｃの３分割によって構成される。

この上流側ハウジング１５ａと下流側ハウジング１５ｂとの合わせ面は、階段状の合わせ面を形成して、インロー嵌合によって回転軸線Ｍ方向及びそれに直角な径方向の位置合せがされる。そして、上流側ハウジング１５ａと下流側ハウジング１５ｂとはボルト４７によって結合される。また、下流側ハウジング１５ｂとシュラウド側ハウジング１５ｃとは、ピン４９で位置合わせされて溶接接合されている。

また、上流側ハウジング１５ａ、及び下流側ハウジング１５ｂには、回転軸線Ｍを中心とした円周上に再循環流路４１を構成する複数個の循環孔５１が、回転軸線Ｍ方向に延びて形成されている。
図５に、下流側ハウジング１５ｂにおけるＢ－Ｂ線の要部断面図を示す。図５より、吸気通路２１の外側に、同一円周上に本実施形態では、複数個、例えば１３個の略長円状の循環孔５１が、長円形状の長手方向を周方向に位置させて等間隔で配置されている。

上流側ハウジング１５ａと下流側ハウジング１５ｂとの分割面には、上流側開口端部４５を形成する環状の湾曲凹溝５３が形成されている。この凹溝の湾曲形状によって、還流空気の放出方向をインペラーホイール７に向くように指向している。

このように、上流側ハウジング１５ａの分割面、下流側ハウジング１５ｂの分割面からそれぞれ再循環流路４１の循環孔５１、上流側開口端部４５の凹溝５３を加工することができるので、再循環流路４１の形成が容易となる。

再循環流路４１を設けると、次のように作用する。
コンプレッサ１９を通る空気量が適正な流量状態では、再循環流路４１を通る空気は、吸気口２３からの空気が上流側開口端部４５から下流側開口端部４３に向かって流れて、下流側開口端部４３から、羽根３１の外周縁３１ｃに流れ込む。
一方、コンプレッサ１９を通る空気量が減少してサージングを生じるような低流量になると、再循環流路４１を通る空気は、逆になり、下流側開口端部４３から上流側開口端部４５に向かって流れて、吸気通路２１に再導入されて、インペラーホイール７に再導入される。これによって、見かけ上、羽根３１の前縁３１ａに流入する流量が多くなり、サージングが発生するサージ流量を小流量化できる。

また、再循環流路４１を設けることによって、サージ流量を小流量化できるが、インペラーホイール７は、羽根３１の枚数と、回転速度とによって決まる所定の周波数の騒音を発生するので、再循環流路４１の回転軸線Ｍ方向の長さ、循環孔５１の断面形状、および循環孔５１の本数は、循環孔５１による周波数帯域がインペラーホイール７によって発せられる周波数と共振しない周波数帯域になるように設定される必要がある。

本実施形態のように、コンプレッサハウジング１５が、上流側ハウジング１５ａと下流側ハウジング１５ｂとシュラウド側ハウジング１５ｃの３分割によって構成されるので、騒音対策として設定する再循環流路４１の回転軸線Ｍ方向の長さや循環孔５１の本数の変更への対応が、上流側ハウジング１５ａと下流側ハウジング１５ｂの変更だけで可能となり対応が容易となる。

（旋回流生成手段）
次に、旋回流生成手段６１について説明する。
図１～３に示すように、旋回流生成手段６１は、下流側ハウジング１５ｂの吸気通路２１内部に設けられ、吸気口２３とインペラーホイール７との間に配置され、吸気口２３から流入する空気に、回転軸線Ｍ周りの旋回流を付与するものであり、具体的には、下流側ハウジング１５ｂの吸気通路２１の内周壁に、周方向に沿って配置される複数枚の案内翼６３によって構成される。

案内翼６３は、図１に示すように、案内翼主軸６５を有し、案内翼主軸６５の先端部に取り付けられ、該案内翼主軸６５を中心に回動されるようになっている。また、案内翼主軸６５の中心線Ｎは、図３に示すように吸気通路２１の中心点Ｐから放射状に広がるように配置される。

また、案内翼６３は、薄板状の板部材からなり、回転軸線Ｍ方向の形状は、先が根元よりも細幅になった略台形形状の４角形をなしている。板厚は一様の平板状である。また、板厚を根元が厚く先端に向かって薄くなるようにしてもよい、また、根元と先端が薄く中央部が厚い板形状であってもよい。

案内翼６３の高さＨはインペラーホイール７の羽根３１の前縁３１ａの高さＷＨと略同一の高さに形成されている。これによって、案内翼６３による旋回流が効率的にインペラーホイール７の羽根３１へ作用するようになっている。

また、案内翼６３は、回転軸線Ｍ方向に対する傾斜角度θが変更できるようになって取り付けられている。この傾斜角度θによって、回転軸線Ｍ方向に流入してきた空気をインペラーホイール７の回転方向と同方向に旋回させて、旋回流を生成する。この旋回流によって、羽根３１に流入する吸入空気流が旋回されるため、前述した再循環流路４１によるサージ流量の小流量化をさらに拡大できる

なお、傾斜角度θは、回転軸線Ｍ方向を０（ゼロ）度とし、回転軸線Ｍに対し翼面が直角方向を向いている場合を９０度としたときには、０度を超えて６０度以下（０°＜θ≦６０°）が好ましい。６０度を超えると流れ損失が増大して、サージは伸びるが圧力損失による効率低下に大きく影響する。

図２に示すように、案内翼主軸６５は、下流側ハウジング１５ｂを貫通してハウジングの外側に突出している。貫通孔内で案内翼主軸６５は支持ブッシュ６８を介して回動可能に支持されている。さらに、案内翼主軸６５との間に、シール部材６７、リターンスプリング６９が介在されている。そして、リターンスプリング６９が設けられているため、案内翼６３の傾斜角度θは、常にゼロに戻す付勢力が作用している。これによって、案内翼６３が傾斜状態で固着するような状態を回避される。

前記複数の案内翼６３の内周側には、吸気口２３から流入する空気を案内翼６３を通過させずに、インペラーホイール７に流通させる中央吸気流通路７１が形成されている。この中央吸気流通路７１は、吸気空気の流通抵抗が小さいので、チョーク流量（最大流量）の減少を抑制する効果が大きい。

なお、本実施形態においては、案内翼６３の内周端部を開放状態にしているが、円筒形状部材によって支持してもよい。このように円筒部材で支持すると案内翼６３の支持剛性が向上して、案内翼６３の安定支持、および傾斜角度の制御精度が向上する。

（案内翼可動機構）
次に、案内翼可動機構７３について説明する。
案内翼可動機構７３は、下流側ハウジング１５ｂの外側を囲うように設けられて、下流側ハウジング１５ｂの外周に沿って回動可能な環形状のドライブリング７５と、該ドライブリング７５と案内翼主軸６５の外端部とを連結するレバー部材７７と、ドライブリング７５を回動するアクチュエータ７９とを主に備えている。

下流側ハウジング１５ｂの外周面には周方向に断面凹状の溝が形成され、その溝内に、ころ軸受８１を介して、環形状のドライブリング７５が回動自在に嵌合している。
ドライブリング７５には、ころ軸受８１を介して凹溝に嵌合する回動部８３と、該回動部８３と一体に形成されて回転軸線Ｍ方向に延びるアーム部８５とが設けられている。アーム部８５には凹形状の切欠き８７が、切り欠きの開口を図１中右方向に有し、且つ周方向に並んで形成されている。

一方、案内翼主軸６５の外端部と連結するレバー部材７７は、該レバー部材７７の一端部に案内翼主軸６５に固定され、他端部にボルト８９によってローラ９１が回転自在に取り付けられ、そのローラ９１が前記アーム部８５の凹形状の切欠き８７の内部に遊嵌している。

従って、ドライブリング７５をアクチュエータ７９で回動すると、ドライブリング７５のアーム部８５が周方向に移動し（図４の矢印Ｓ方向に移動し）、それに伴ってレバー部材７７が、案内翼主軸６５の中心線Ｎの周りに回動する。この結果、案内翼６３は、ドライブリング７５の回動に伴って回動する。

案内翼６３の回動範囲は、ドライブリング７５に設けられた突起部９３がコンプレッサハウジング１５のシュラウド側ハウジング１５ｃに設けられたストッパ９５に当接することで規制される。また、ストッパ９５の規制範囲は調整ネジ９７で調整可能になっている。

従って、ストッパ９５によって、案内翼６３の傾斜角度θを、例えば、０°≦θ≦６０°の範囲と設定し、リターンスプリング６９で、常時０°となるように付勢することで、案内翼６３が傾斜状態で固着するような状態を回避できる。また、案内翼の傾斜角度が一定に固定されているものに比べて必要に応じて傾斜角度を可変化することで、案内翼によるチョーク流量の低下を抑えることができる。

図８に、案内翼６３の傾斜角度θを０°、２０°、４０°、６０°と変化させた場合のサージングラインの変化を示し、案内翼６３の傾斜角度θを大きくすると、旋回流の生成効果が大きなって、サージ流量を小流量化できることがわかる。
従って、内燃機関の運転状態に応じて、すなわち、コンプレッサ１９を通過する流量に応じて案内翼６３の翼傾斜角度θを変更することで、例えば、低回転若しくは低負荷時のような小流量運転時においては、翼傾斜角度θを大きくして、作動点でサージングが起らないようにより小流量側に制御し、また、高回転若しくは高負荷運転時のような大流量側に作動点がある場合は、翼傾斜角度θを小さくして、サージングの発生よりもチョーク流量のマージンを考え、大流量側の制御を行なうことができる。

以上のように、第１実施形態によれば、再循環流路４１によるサージマージン（サージ発生限界）の改善に加えて、吸気口２３から流入する吸入空気に案内翼６３によって旋回流を付与することでサージ流量（最小流量）がさらに減少してサージマージンが改善される。
さらに、案内翼６３の内周側に形成される中央吸気流通路７１によって、吸入空気に対する流通抵抗を小さくできるので、チョーク流量（最大流量）の減少を抑制することができる。このように、コンプレッサ１９の作動レンジを拡大できる。
すなわち、再循環通路だけを設けたコンプレッサや、特許文献１で説明したような、案内翼を設けても吸気通路の中央部にコーン部材を設けたものに比べて、作動レンジを拡大できる。

また、第１実施形態によれば、案内翼６３の傾斜角度を可変化できるため、内燃機関の運転状態に応じて、サージ流量（最小流量）とチョーク流量（最大流量）の改善に適した最適な角度設定が可能となる。

また、周方向に複数配置された案内翼６３を、コンプレッサハウジング１５の外側に突出させて、それぞれの案内翼主軸６５をコンプレッサハウジング１５の外側から回動する構成を採用したため、吸気通路２１内の空気の流れに影響を与えずに案内翼６３の傾斜角度を精度よく制御できる。

さらに、案内翼６３の傾斜角度を可変化する案内翼可動機構７３を、下流側ハウジング１５ｂの外側を囲うように設けられて下流側ハウジング１５ｂの外周に沿って回動可能な環形状のドライブリング７５と、該ドライブリング７５に係合するレバー部材７７と、ドライブリング７５を回動するアクチュエータ７９とを主に備えて構成することで、大型化することなくコンパクトに構成でき、さらに、複数の案内翼６３を同一傾斜角度に精度よく連動できる。

（第２実施形態）
次に、図６を参照して第２実施形態について説明する。
第２実施形態は、第１実施形態の再循環流路４１が設けられていないものであり、その他の構成は、第１実施形態と同じである。

図６のように、コンプレッサハウジング１００を、上流側ハウジング１００ａと、下流側ハウジング１００ｂと、渦巻状の空気通路２７を含むシュラウド側ハウジング１５ｃの３分割によって構成される。上流側ハウジング１００ａと下流側ハウジング１００ｂとには、再循環流路４１が設けられていない。
また、それぞれの部材の嵌合面は、インロー構造になっていて回転軸線Ｍ方向および径方向の位置決めがされて位置決めされる。

また、案内翼６３および、案内翼可動機構７３については、第１実施形態と同様の機構である。

かかる第２実施形態によれば、図６のように、上流側ハウジング１００ａおよび下流側ハウジング１００ｂには、第１実施形態のような再循環流路４１が形成されていないため、上流側および下流側のハウジング構造が簡単になる。
その結果、上流側ハウジング１００ａおよび下流側ハウジング１００ｂの加工が容易になるとともに組み付け作業も容易になる。

また、上流側ハウジング１００ａ、下流側ハウジング１００ｂは、別部材として形成され、嵌合されて組み付けられる構造であるため、インペラーホイール７の羽根３１の大きさに応じた適切な大きさの案内翼への変更が容易にできる。

すなわち、案内翼６３および案内翼６３の傾斜角度を可変化する案内翼可動機構７３が、下流側ハウジング１００ｂに設けられて、ボルト４７によって上流側ハウジング１００ａに取り付けられるため、案内翼６３の翼形状の変更への対応が、コンプレッサハウジング全体を変更する必要はなく、下流側ハウジング１００ｂに対する装着を変更するだけでよいため、下流側ハウジング１００ｂの変更で対応可能である。

さらに、旋回流生成手段６１による作用効果は第１実施形態と同様であり、サージ流量（最小流量）の減少によるサージマージンの改善と、チョーク流量（最大流量）の減少を抑制することができ、コンプレッサの作動レンジの拡大を簡単な構造で達成することができる。また、案内翼６３の傾斜角度の可変化により運転状態に応じた最適な角度に調整できる。

（第３実施形態）
次に、図７を参照して第３実施形態について説明する。
第３実施形態は、前記第１実施形態の吸気流路２１の内周壁の形状が円筒形状ではなく回転軸線Ｍ方向に内径が変化する形状を有している。その他の構成は、第１実施形態と同じである。

上流側ハウジング１１５ａの内周壁は大径Ｊであり、下流側ハウジング１１５ｂの内周壁は大径Ｊから小径Ｋへ変化するように形成されている。小径Ｋは、インペラーホイール７の羽根３１の前縁３１ａ部分の径とほぼ同一となっている。
　この小径Ｋから大径Ｊへの拡大変化は、少なくとも複数の案内翼６３が流路を遮ることで減少する流路面積に相当する面積を拡大するように設定されている。
すなわち、大径Ｊの部分によって、吸気通路１２１内の流路面積が案内翼６３の設置によって、減少しないようになっている。案内翼６３だけではなく、案内翼６３を支持する支持ブッシュ６８の下端部による流路面積の減少を考慮してさらに拡大するようにしてもよい。

吸気通路１２１を拡大するように拡張させることによって、案内翼６３の設置による吸気通路１２１の流路面積の減少を補うことができるので、流通抵抗の影響を無くして効率向上及びチョーク流量（最大流量）の減少を抑制できる。

本発明によれば、吸気口から流入する吸気ガスに旋回流を付与することでサージ流量（最小流量）が減少し、サージマージンが改善され、さらに、中央吸気流通路の吸気ガス流通抵抗が小さいので、チョーク流量（最大流量）の減少を抑制することができ、作動レンジを拡大することができるとともに、さらに、案内翼の斜角度を可変化することによって、コンプレッサを通過する流量に応じて、案内翼の翼傾斜角度を変更できるので、内燃機関の排気ターボ過給機への適用技術として有用である。

１　排気ターボ過給機
７　インペラーホイール
９　回転軸
１５、１００　コンプレッサハウジング（ハウジング）
１５ａ、１００ａ、１１５ａ　上流側ハウジング
１５ｂ、１００ｂ、１１５ｂ　下流側ハウジング　
１５ｃ　シュラウド側ハウジング
１９　遠心圧縮機
２１、１２１　吸気通路
２３　吸気口
２５　ディフューザ
２７　渦巻状の空気通路
２９　ハブ
３１　羽根
３１ａ　羽根の前縁
３１ｂ　羽根の後縁
３１ｃ　羽根の外周縁（外周部）
４１　再循環流路
４３　下流側開口端部
４５　上流側開口端部
５１　循環孔
６１　旋回流生成手段
　６３　案内翼
６５　案内翼主軸
６９　リターンスプリング
　７１　中央吸気流通路
７３　案内翼可動機構
７５　ドライブリング
７７　レバー部材
７９　アクチュエータ
６９　リターンスプリング
９１　ローラ
Ｍ　回転軸線
θ　案内翼の傾斜角度

Claims

　遠心圧縮機の回転軸方向に開口する吸気口と該吸気口につながる吸気通路とを有するハウジングと、
前記ハウジングの内部に、前記回転軸を中心に回転可能に配置され、前記吸気口から流入する吸気ガスを圧縮するインペラーホイールと、
前記吸気口とインペラーホイールとの間の前記ハウジングの内周壁に沿って周方向に複数配置されるとともに、前記吸気口から流入する吸気ガスに回転軸周りに旋回流を付与する案内翼と、
前記複数の案内翼の内周側に形成されて前記吸気口から流入する吸気ガスを、前記案内翼を通過することなく前記インペラーホイールに流通させる中央吸気流通路と、
前記複数の案内翼の前記回転軸方向に対する傾斜角度を連動して変化させる案内翼可動機構と、をそなえたことを特徴とする遠心圧縮機。
前記案内翼は案内翼主軸を有し、前記案内翼は前記案内翼主軸を中心に回動されるとともに、該案内翼主軸は吸気通路の中心に向かって延びて配置され、該案内翼主軸の外端部は吸気通路の周壁を貫通して前記ハウシングの外側に位置し、前記案内翼可動機構に連結されることを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
前記案内翼可動機構は、前記ハウジングの外側を囲うように設けられて前記ハウジンの外周に沿って回動可能な環形状のドライブリングと、該ドライブリングと前記案内翼主軸の外端部とを連結するレバー部材と、前記ドライブリングを回動するアクチュエータとを備えていることを特徴とする請求項２記載の遠心圧縮機。
前記案内翼主軸と前記ハウジングとの間にはリターンスプリングが設けられ、前記案内翼の前記回転軸方向に対する傾斜角度を常にゼロに戻す付勢力が作用していることを特徴とする請求項２または３記載の遠心圧縮機。
前記案内翼は板状部材によって形成され、吸気通路の中心側が先細の台形形状をなし、吸気通路の流通方向に板状部材の面が沿うように配置され、該案内翼の高さは前記インペラーホイールの羽根の前縁の高さと略同一の高さに形成されていることを特徴とする請求項２記載の遠心圧縮機。
前記ハウジングには、
前記インペラーホイールの羽根の外周部と該インペラーホイールより上流側の前記吸気通路とを連通させる再循環流路が、前記吸気通路の外側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
　前記再循環流路の上流側の開口端部が、前記案内翼よりも上流に位置することを特徴とする請求項６記載の遠心圧縮機。
前記ハウジングは、前記再循環流路を分断する位置で、上流側と下流側に２分割されることを特徴とする請求項６または７記載の遠心圧縮機。
　前記吸気通路の内径は、前記インペラーホイールの羽根の前縁部分の径とそれより大きい流入側の大径とを有して形成されることを特徴とする請求項１または２記載の遠心圧縮機。
　前記吸気通路の大径の部分は、少なくとも前記複数の案内翼が流路を遮ることで減少する流路面積に相当する流路面積を拡大するように設定されていることを特徴とする請求項９記載の遠心圧縮機。