JP6067095B2 - 遠心圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、回転軸によって回転する羽根車を備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（遠心圧縮機）は、図１８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、羽根車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狭いため、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、前記遠心圧縮機の羽根車上流側に吸入空気に旋回流を発生させる案内翼を設けて、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、羽根車に吸引される吸気ガスの一部を羽根車の上流側に再循環させて、排気ターボ過給機の運転範囲を拡大する技術が提案されている。

この再循環流路を設けて、小流量作動時に羽根車前縁先端側の剥離を抑制する技術は、流動の改善が不要な最高効率点においても再循環流路の吸い込み口で羽根車を乗り越える流れが発生して効率低下となり、その結果、小流量側以外での圧力比の低下を招いていた（図１８の再循環コンプレッサの特性参照）。

一方、この再循環流路の設置と、羽根車の上流側に吸入空気に旋回流を生成する案内翼の設置とを組み合わせて作動範囲を拡大しようとする技術も提案されており、例えば、特許文献１（特開２００５−２３７９２号公報）を挙げることができる。

かかる特許文献１の技術を図１９に基づいて簡単に説明する。
図１９によると、シュラウド部に設けた環状の空気室０１に配設するガイドベーン０３と、羽根車上流部と羽根車前縁付近の間で開口する吸込連通路０５により導通させ圧縮空気を導入可能とすると共に、羽根車上流部の吸込口側で開口する吹出連通路０７により導通させ圧縮空気を導出可能に設けた循環流路０９と、吹出連通路０７よりも上流側の流路に回転中の羽根車０１１に流入する空気流に羽根車０１１と同一方向の旋回を与え旋回量調整可能な空気流旋回機構０１３とを備えた構成が開示されている。

特開２００５−２３７９２号公報

しかし、前記図１９に示す従来技術においては、吹出連通路０７よりも上流側の流路に、回転中の羽根車０１１に流入する空気流に羽根車０１１と同一方向の旋回を与えるとともに、空気流旋回機構０１３の案内羽根０１５の角度を制御して旋回を大きく、または小さく調整できるようになっている。

このため、案内羽根０１５の角度を調整して圧縮機の性能特性を制御することで、作動範囲を拡大することができるが、案内羽根０１５の可変機構が複雑となり圧縮機が大型化し、さらには可動部と固定部との間にすき間が形成されることで圧縮効率が低下する問題を有している。

さらに、羽根車０１１の回転方向と同じ方向の旋回流を発生されるように空気流旋回機構０１３の案内羽根０１５が設けられているため、小流量側では羽根車前縁角度と流れ角度の差が小さくなることや循環流れが発生することで、サージング流量を低減することができるが、流動の改善が不要な大流量側の最高効率点においても範内羽根による圧力損失や、循環流路の吸い込み口で羽根車を乗り越える流れが発生して効率と圧力の低下が大きくなる問題を有している。

そこで、本発明はかかる技術的課題に鑑み、案内羽根に複雑な可動機構を設けることなく、再循環流路と固定翼の逆旋回流生成手段とを組み合わせた簡単な構造によって、小流量側及び大流量側の作動範囲を拡大して、広い範囲で安定した作動が得られる遠心圧縮機を提供することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するため、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羽根車と、前記ハウジング内部の吸気口と羽根車との間に配置され、前記吸気口から流入する吸気ガスに前記羽根車の回転方向とは逆方向の旋回流を発生させる逆旋回流生成手段と、前記羽根車の外周部と該羽根車より上流側の前記吸気通路とを連通させる再循環流路と、を備え、前記逆旋回流生成手段は、前記羽根車の回転方向とは逆方向に一定角度の旋回流を生成する逆旋回固定翼を備え、
前記逆旋回固定翼が前記再循環流路の吸い込み口と吹き出し口との間の前記吸気通路に、又は前記再循環流路の吹き出し口より上流側の前記吸気通路に設けられ、
前記逆旋回固定翼と前記再循環流路とが、一体に形成されることを特徴とする遠心圧縮機を提案する。

本発明によれば、吸気口から流入する吸気ガスである空気に、逆旋回流を付与することで、小流量側ではサージ流量が減少し、サージマージンが改善されるとともに、大流量側では圧力比が向上することにより作動範囲を増大できる。

すなわち、小流量側では、再循環流路によって循環される循環流量は、吸い込み口と吹き出し口との圧力差で決まり、循環流量が多いほど改善効果が大きい。逆向きの旋回流によって、羽根車入口先端部の負荷が上昇して吸い込み口の圧力が上昇し、循環流量が増大する。その結果、サージ流量を低減でき、サージマージンが改善される。

また、大流量側では、羽根車の回転方向と逆向きの旋回が発生すると、羽根車の負荷が上昇するため、羽根車の仕事量が増加して圧力比が向上する。逆旋回流生成手段と再循環流路により効率が低下するが、その影響以上に圧力比が向上する。

また、逆旋回流生成手段は、一定角度の逆旋回流を付与する逆旋回固定翼を備えるだけの構造であるため、可変翼機構のような複雑な機構によって圧縮機が大型化し、さらには可動部と固定部との間にすき間が形成されることで圧縮効率が低下する問題を解消できる。これによって、コンプレッサの効率が向上し、さらにコンパクト化が達成でき車載性が向上する。

また、本発明において好ましくは、前記逆旋回固定翼の下流端の傾斜角度は、羽根車の回転方向とは逆向きに５〜４５度の範囲内の一定角度に設定されるとよい。

図３は、逆旋回固定翼の傾斜角度とコンプレッサの作動範囲との関係を示すグラフであり、この作動範囲を一定以上広く確保しようとするには、羽根車の回転方向と逆向きに、５〜４５度の範囲とすることが望ましく、特に、１０〜２０度とすることが好ましい。
５度より小さいと逆旋回流による効果、すなわち羽根車の羽根前縁部分での負荷上昇が得られず、また４５度を超えると羽根車の羽根前縁部分の負荷が過大となり、所謂失速状態を生じてしまうからである。

また、本発明において好ましくは、前記逆旋回固定翼は吸気通路の内周壁に周方向に取り付けられて吸気通路の径方向に放射状に配置された複数枚の案内翼と、該複数枚の案内翼の内周端部を連結するように設けられた内筒部材とを備え、該内筒部材の内部に中央吸気流通路が形成されるとよい。

案内翼の内周側の内筒部材に形成される中央吸気流通路によって、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、これによって、コンプレッサの作動レンジを拡大できる。

また、本発明において好ましくは、前記逆旋回固定翼が前記再循環流路の吹き出し口より上流側の前記吸気通路に設けられるとよく、このように構成することで逆旋回流の流れを吸気通路内に広く満遍なく形成できる。

また、本発明において好ましくは、前記逆旋回固定翼が前記再循環流路の吸い込み口と吹き出し口との間の前記吸気通路に設けられるとよく、このように構成することで、再循環流路を通って戻る循環流に対しても、逆旋回固定翼を通すので、逆旋回流の流れを確実に発生でき、逆旋回流の効果を増大できる。

また、本発明において好ましくは、前記逆旋回固定翼と前記再循環流路とが、一体に形成されるとよく、このように、逆旋回固定翼と再循環流路とが、一体に形成されることによって、逆旋回固定翼と再循環流路との構造が簡素化され、組立工数、製造コストを低減できる。また、この一体構造は、樹脂材料、若しくは鋳造材料（鋳鉄）によって一体成形されることで製造されるとよい。

また、本発明において好ましくは、前記再循環流路内に循環流の流れの方向を前記羽根車の回転方向とは逆方向の向きに変える支柱若しくは突起が設けられるとよい。

再循環流路の吸い込み口付近では、羽根車からの循環流れは羽根車の回転方向と同じ向きの旋回成分を持っている。
このため、再循環流路内に循環流の流れの方向を前記羽根車の回転方向とは逆方向の向きに変える支柱若しくは突起が設けられることによって、羽根車と同じ向きの旋回成分を弱めることができ、再循環流路の吹き出し口から吹き出して再度羽根車に流入する際に羽根車と逆向きの旋回流を発生しやすくして、逆旋回流による効果を増大できる。

また、本発明において好ましくは、前記再循環流路内に回転軸方向に沿った支柱が設けられると共に、該支柱が周方向に５〜２０本設けられるとよい。

通常、再循環通路を形成するために、内筒部を保持するために支柱が周方向に等間隔に３本程度設置されるのが一般的であるが、５〜２０本設置することで、羽根車と同じ向きの旋回成分を弱めることができる。
その結果、再循環流路の吹き出し口から吹き出して再度羽根車に流入する際に羽根車と逆向きの旋回流を発生しやすく逆旋回流による効果を増大でき、コンプレッサの作動範囲の拡大効果を増大できる。

また、前記逆旋回固定翼と前記再循環流路と該再循環流路内に設けられる支柱若しくは突起とが、一体に形成されるとよい。

このように、逆旋回固定翼と再循環流路と再循環流路内に設けられる支柱若しくは突起とが、一体に形成されることによって、逆旋回固定翼と再循環流路との部分の構造が簡素化されて、組立工数、製造コストを低減できる。また、この一体構造は、樹脂材料、若しくは鋳造材料（鋳鉄）によって一体成形されることで製造されるとよい。

また、本発明において好ましくは、前記逆旋回流生成手段の上流側若しくは下流側の吸気通路に、前記逆旋回流の旋回方向に高圧空気を供給する高圧空気出口部を設けるとよい。

このように、逆旋回流生成手段の上流側若しくは下流側の吸気通路に高圧空気を供給することによって、逆旋回固定翼によって生成される逆旋回流、若しくは逆旋回固定翼によって生成された旋回流を強めることができるので、逆旋回流による効果を増大でき、コンプレッサの作動範囲の拡大効果を増大できる。

また、本発明において好ましくは、前記吸気口の上流側に接続される吸気管が、前記逆旋回流の方向に吸気を旋回させるように曲がり管によって構成されるとよい。

このように、吸気口の上流側に接続される吸気管が、逆旋回流を生成するように曲がり管によって構成されることによって、逆旋回固定翼によって生成される逆旋回流を強めることができるので、逆旋回流による効果を増大でき、コンプレッサの作動範囲の拡大効果を増大できる。

本発明によれば、案内羽根に複雑な可動機構を設けることなく、再循環流路と固定翼の逆旋回流生成手段とを組み合わせた簡単な構造に、小流量側及び大流量側での圧縮機の作動範囲を拡大することができ、広い範囲で安定した作動が得られる。

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。 羽根車と逆旋回固定翼との配置関係を示す説明図である。 逆旋回流の傾斜角度とコンプレッサの作動範囲との関係を示すグラフである。 羽根車入口の速度三角形を示す説明図であり、羽根車と逆方向の旋回がある場合を示す。 羽根車入口の速度三角形を示す説明図であり、羽根車と同方向の旋回がある場合を示す。 第１実施形態における圧力比と流量との関係を示す特性図である。 逆旋回固定翼の翼枚数について流動解析結果を示す説明グラフであり、流量と効率との関係を示す。 逆旋回固定翼の翼枚数について流動解析結果を示す説明グラフであり、流量と圧力比との関係を示す。 本発明の第２実施形態を示し、逆旋回固定翼の変形例を示す。 本発明の第３実施形態を示し、逆旋回固定翼の変形例を示す。 本発明の第４実施形態を示し、逆旋回固定翼と再循環流路とが一体に形成される例を示し、回転軸方向の要部断面図である。 第４実施形態の一部断面形状とした斜視図概要を示す。 本発明の第５実施形態を示し、回転軸方向の要部断面図である。 本発明の第６実施形態を示す説明図である。 支柱本数と作動範囲拡大効果との関係を示す説明図である。 第６実施形態の変形例を示す。 第６実施形態の変形例を示す。 第６実施形態の変形例を示す。 第６実施形態の変形例を示す。 本発明の第７実施形態を示し、回転軸方向の要部断面図である。 図１５のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第８実施形態を示す説明図であり、遠心圧縮機の回転軸方向に沿う側面図を示す。 図１７Ａの遠心圧縮機の回転軸方向視の正面図を示す。 図１７Ａの遠心圧縮機の斜視説明図である。 圧力比と流量との関係を示す性能特性比較表。 従来技術を示す説明図である。

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の回転軸方向のコンプレッサ（遠心圧縮機）３側の要部断面図を示す。該排気ターボ過給機１のコンプレッサ３は、内燃機関の排ガスによって駆動される図示しないタービンロータの回転力が、回転軸５を介して伝達されるようになっている。

このコンプレッサ３は、回転軸５の回転軸線Ｍを中心として回転可能に羽根車７がコンプレッサハウジング９内に支持されている。圧縮される前の吸気ガス、例えば空気を羽根車７に導く吸気通路１１が回転軸線Ｍ方向に、且つ同心軸状に円筒形状に延びている。そして、該吸気通路１１に繋がる吸気口１３が吸気通路１１の端部に開口している。

羽根車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１５が形成され、該ディフューザ１５の外周側には渦巻状の空気通路１７が設けられている。この渦巻状の空気通路１７は、コンプレッサハウジング９の外周部分を形成している。

なお、羽根車７には、回転軸線Ｍを中心に回転駆動されるハブ１９と、該ハブ１９の外周面上に複数枚の羽根（翼）２１とが設けられている。ハブ１９は前記回転軸５に結合している。

羽根２１は、回転駆動されることによって、空気を吸気口１３から吸込み、吸気通路１１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２１には、上流側の縁部である前縁２１ａと、下流側の縁部である後縁２１ｂと、径方向外側の縁部である外周縁（外周部）２１ｃが形成され、この外周縁２１ｃは、コンプレッサハウジング９のシュラウド部２３によって覆われた側縁の部分をいう。そして、外周縁２１ｃは、シュラウド部２３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３の羽根車７は、回転軸５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１３から外部の空気が引き込まれて、羽根車７の複数枚の羽根２１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１５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１７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ようになっている。

（再循環流路）
次に、コンプレッサハウジング９に形成される再循環流路２５について説明する。
再循環流路２５は、前記羽根２１の外周縁２１ｃに対向するコンプレッサハウジング９に開口する環状の下流側開口２７と、羽根２１の前縁２１ａより上流側のコンプレッサハウジング９の内周壁２９に沿って開口する上流側開口３１とを連通するように設けられている。
そして、羽根２１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２５を通って、羽根車７の上流側の吸気通路１１内に再循環させるようになっている。

この再循環流路２５は、円筒状の吸気通路１１の内周壁２９の内側に、回転軸線Ｍを中心とした筒状部材３２が形成され、該筒状部材３２の外周面３２ａと吸気通路１１の内周壁２９との間に形成された円環状の通路によって構成されている。
この再循環流路２５内には周方向に等間隔に且つ回転軸線Ｍ方向に延びて複数個所に、筒状部材３２の外周面３２ａと吸気通路１１の内周壁２９とを連結するように支柱３３が設けられている。

なお、コンプレッサハウジング９は、上流側ハウジング９ａと下流側ハウジング９ｂとが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わせがなされて結合されている。

再循環流路２５を設けると、次のように作用する。
コンプレッサ３を通る空気量が適正な流量状態では、再循環流路２５を通る空気は、吸気口１３からの空気が上流側開口３１から下流側開口２７に向かって流れて、下流側開口２７から、羽根２１の外周縁２１ｃに流れ込む。
一方、コンプレッサ３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２５を通る空気は、逆になり、下流側開口２７から上流側開口３１に向かって流れて、吸気通路１１に再導入されて、羽根車７に再導入される。これによって、見かけ上、羽根２１の前縁２１ａ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、このように再循環流路２５を設けることによって、サージ流量を小流量化できるが、大流量が流れる最高効率点においては、吸い込み口側すなわち下流側開口２７で、羽根車７の羽根２１の外周縁（外周部）２１ｃを乗り越える流れが発生して効率低下が生じる。

（逆旋回流生成手段）
次に、逆旋回流生成手段（吸気ガイドベーン）４１について説明する。
図１に示すように、逆旋回流生成手段４１は、上流側ハウジング９ａの吸気通路１１の内部に設けられ、吸気口１３と羽根車７との間に配置され、吸気口１３から流入する空気流に、羽根車７の回転方向とは逆向きの旋回流を付与する。

逆旋回流生成手段４１は、上流側ハウジング９ａの内周壁２９に周方向に等間隔で径方向に放射状に配置された複数枚の案内翼（逆旋回固定翼）４３と、該複数枚の案内翼４３の内周端部を連結する中心部４５とを備えている。
また、この逆旋回流生成手段４１の配置に関して、逆旋回流生成手段４１は、再循環流路２５の上流側開口３１よりも上流側に設けられているため、逆旋回流の流れを吸気通路１１に満遍なく形成できる。

また、図２に示すように案内翼４３は、薄板状の翼形状をした板部材からなり、案内翼４３の後縁の傾斜角度θ、すなわち後縁から流出される流れの角度は、回転軸線Ｍ方向を０（ゼロ）度とし、回転軸線Ｍに対して羽根車７の回転方向Ｗとは反対の直角方向を向いている場合を９０度としたとき、５°〜４５°の範囲が好ましい。特に、１０°〜２０°とすることが好ましい。５°より小さいと逆旋回流とする効果、すなわち羽根車７の羽根２１の前縁２１ａ部分での負荷上昇が得られず、また４５°を超えると羽根車７の羽根前縁２１ａ部分の負荷が過大となり、所謂失速状態を生じ、コンプレッサ３の作動範囲の拡大効果が得られないからである（図３の特性参照）。

本発明は、図５に示すように、羽根車７の上流側に、羽根車７の回転方向と同方向の旋回流を与えるよりも、逆方向の旋回流を与える方が、作動範囲が拡大することの考えに基づいてなされたものである。

すなわち、図５の圧力比と流量との関係を示す特性図で示すように、再循環流路及び旋回流生成手段を備えないノーマルコンプレッサの場合の特性はＬ１線であり、これに対して、再循環流路のみを備えた場合にはＬ２線であり、旋回生成手段によって羽根車と同一回転の旋回流を与えた場合にはＬ３線であり、本発明のように羽根車と逆回転の旋回流を与えた場合にはＬ４線のような特性を示す。

すなわち、羽根車７と同一回転側に旋回流を与えると、小流量側では再循環量の増大によってサージ流量の低減が図れて、再循環流路のみを備えた場合のＬ２線のサージポイントＰ２から、Ｌ３線のサージポイントＰ３へ低減できるが、再循環流量の増大、及び吸い込み口側での羽根車７の羽根２１の外周縁（外周部）２１ｃを乗り越える流れが発生して圧力比の低下が生じるため、Ｌ３線で示すようになる。

これに対して、羽根車７と逆回転側に旋回流を与えると、小流量側では、再循環流路２５によって循環される循環流量は、吸い込み口と吹き出し口との圧力差で決まり、循環流量が多いほど改善効果が大きく、さらにサージ流量を低減でき、Ｌ４線のサージポイントＰ４へ低減できる。
すなわち、逆向きの旋回流によって、羽根２１の前縁２１ａ側での負荷が上昇して、吸い込み口である下流側開口２７の圧力が上昇し、吸い込み口と吹き出し口との圧力差が増大して循環流量が増大する。

この負荷上昇については図４Ａ、４Ｂに示すように、図４Ａは羽根車７の回転方向Ｗと同一方向の旋回流（絶対流速）の場合、図４Ｂは羽根車７の回転方向Ｗと逆方向の旋回流（絶対流速）の場合を示し、羽根２１の前縁２１ａに作用する相対速度Ｖａ、Ｖｂが、逆方向の旋回流の場合の相対速度Ｖｂ方が、同一方向の旋回流の場合より作用角度（羽根２１の前縁２１ａの中心線とのなす角度）αが大きく、羽根２１へ作用する負荷が大きい。その結果、前述のように再循環量の増大によるサージ流量の低減効果が増大する。

また、大流量側では、羽根車７の回転方向と逆向きの旋回が発生すると、前述のように羽根車７の負荷が上昇するため、羽根車７の仕事量が増加して圧力比が向上する。逆旋回流生成手段４１の案内翼４３及び再循環流路２５によって効率が低下するが、その影響以上に圧力比が向上する。図５のＬ４線のようになる。
従って、図５のＬ４線のように、小流量側、及び大流量側の両方において、作動範囲が改善されて広い範囲で安定した作動が得られるようになる。

また、逆旋回流生成手段４１は、一定角度の逆旋回流を付与する案内翼（逆旋回固定翼）４３を備えるだけの構造であるため、可変翼機構のような複雑な構造によって圧縮機が大型化し、さらには可動部と固定部との間にすき間が形成されることで圧縮効率が低下する問題を解消できる。これによって、コンプレッサの効率が向上し、さらにコンパクト化が達成でき車載性が向上する。

なお、逆旋回流生成手段４１を構成する案内翼４３の周方向の配置枚数に関して、翼枚数を増加すれば旋回流の流速が強まり、前述した作動範囲の改善につながるが、コンプレッサ３の効率が低下する。解析結果を基に図６Ａには効率との関係を示し、図６Ｂには圧力比との関係を示している。５〜９枚の比較においては、圧力比は変わらないが、効率は５枚から枚数を増加するにつれて低下することが分かった。このため、５〜７枚が適切であることが分かった。

（第２実施形態）
次に、図７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実施形態の案内翼４３の変形例であり、第２実施形態の案内翼５１は、上流側ハウジング９ａの内周壁２９に周方向に沿って等間隔に取り付けられて、吸気通路１１の径方向に放射状に複数枚配置されている。また、該複数枚の案内翼５１の内周端部を連結するように設けられた内筒部材５３を備えている。

案内翼５１によって逆旋回の固定翼を構成し、内筒部材５３の内側に吸気口１３から流入する空気が、回転軸線Ｍ方向に羽根車７に向かうように流通する中央吸気流通路５５が形成される。内筒部材５３の外径は、羽根２１の前縁２１ａとハブ１９の上面との接合位置より大きい関係に形成されている。

案内翼５１の内周側に形成される中央吸気流通路５５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。このようにして、コンプレッサ３の作動レンジを拡大できる。
その他の構成、作用効果については、第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
次に、図８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、第１実施形態の案内翼４３の変形例である。
第１実施形態では、案内翼４３は、再循環流路２５の吹き出し口である上流側開口３１より上流側の吸気通路１１に設けられるが、第３実施形態では、案内翼６１が再循環流路６２の吸い込み口である下流側開口６５と吹き出し口である上流側開口６７との間の吸気通路１１に設けられる。

案内翼６１は、下流側ハウジング９ｂの内周壁２９に形成された再循環流路６２を形成する筒状部材６９の内周壁６９ａに周方向に沿って等間隔に取り付けられて吸気通路１１の径方向に放射状に配置された複数枚の案内翼６１と、該複数枚の案内翼６１の内周端部を連結するように設けられた中心部７１とを備えている。また、この中心部７１は、第２実施形態のように内筒部材であってもよい。

第３実施形態のように構成することによって、つまり、再循環流路６２を通って吸気通路１１に戻る循環流に対しても、案内翼６１を通すことによって、羽根車７の回転方向と逆向きの旋回を発生させるので、逆旋回流の流れを確実に発生でき、羽根車７の負荷を増大でき、コンプレッサ３の作動範囲の拡大効果を増大できる。

（第４実施形態）
次に、図９、１０を参照して第４実施形態について説明する。
第４実施形態は、案内翼８１が再循環流路８２を形成する筒状部材８３と一体に形成される構造を特徴とするものである。

図９には、回転軸方向の要部断面図を示し、図１０には、一部断面形状とした斜視図概要を示す。再循環流路８２を形成する筒状部材８３の外周面には、回転軸線Ｍ方向に延びて、且つ周方向に等間隔に支柱８５が突設されており、さらに、この支柱８５の径方向先端部分には位置決め用のストッパ部８７が突設されている。

また、筒状部材８３の内周壁８３ａには、周方向に複数枚の案内翼８１が周方向に等間隔に取り付けられて径方向に放射状に設けられている。そして、筒状部材８３と、支柱８５と、案内翼８１とが一体に形成されており、逆旋回固定翼ユニット８９を形成している。この逆旋回固定翼ユニット８９は、樹脂材または鋳鉄等の鋳造材によって一体製造される。

従って、第４実施形態では、吸気通路１１の内周壁２９に沿って吸気口１３側から挿入された前記逆旋回固定翼ユニット８９が、下流側ハウジング９ｂに形成されたリング溝９１に前記位置決め用にストッパ部８７が係合するまで、挿入して取り付けることで、下流側開口９２を形成しつつ、再循環流路８２を形成した状態で、且つ案内翼８１も含めて、簡単に組み付けることができる。
固定手段については図示しないボルトによって固定してもよく、また、逆旋回固定翼ユニット８９には特に外力が作用しないため、固定手段を設けることなく、前記ストッパ部８７のリング溝９１への係合だけで固定することも可能である。

従って、再循環流路８２と、案内翼８１との構造が簡単になり、製造コスト、組付け工数の削減が可能になる。

（第５実施形態）
次に、図１１を参照して第５実施形態について説明する。
第５実施形態は、第４実施形態と同様に、案内翼（逆旋回固定翼）の構造に関して、案内翼１０１が、再循環流路１０２を形成する内側筒状部材１０３と外側筒状部材１０４と一体に形成される構造を特徴とするものである。

図１１のように、再循環流路１０２は、内側筒状部材１０３の外周面と外側筒状部材１０４の内周面との間に形成され、外側筒状部材１０４の一端端部内周壁１０４ａには、周方向に複数枚の案内翼１０１が設けられ、外側筒状部材１０４の他端部外周壁１０４ｂには、段差部１０６が形成されて、逆旋回固定翼ユニット１０８を形成している。この逆旋回固定翼ユニット１０８は、樹脂材または鋳造材によって一体製造される。

下流側ハウジング９ｂに形成された段差部１０９に逆旋回固定翼ユニット１０８の段差部１０６が係合するまで、挿入して嵌合させることで、逆旋回固定翼ユニット１０８が吸気通路１１の内周壁２９に取り付けられる。
これによって、下流側開口１１０を形成しつつ、再循環流路１０２を形成した状態で、且つ案内翼１０１も簡単に形成される。

従って、再循環流路１０２と、案内翼１０１との構造が簡単になり、製造コトス、組付け工数の削減が可能になる。

（第６実施形態）
次に、図１２〜図１４Ｄを参照して第６実施形態について説明する。
第６実施形態は、各実施形態における再循環流路内に形成される支柱または突起の形状および本数を特徴とするものである。

図１２は、図８に示す第３実施形態の再循環流路６２の構成を基に説明する。
吸気通路１１が形成される主流部１１ａと、再循環流路６２が形成される循環部１１ｂとにおける空気の流れ状態を説明するために、流路、案内翼６１、及び羽根２１を平面視状態に展開して示した説明図であり、主流部１１ａと、循環部１１ｂとを上下に記載したものである。

図１２より、主流部１１ａの空気流Ｆ１は、案内翼６１によって、羽根車７の回転方向Ｗとは、逆方向に旋回させられて、羽根２１の間を流れていく。この際に、再循環流路６２の吸い込み口である下流側開口６５から吸い込まれる。

この吸い込まれて、再循環流路６２に流れ込む再循環流Ｆ２は、羽根車７の回転方向Ｗと同方向の旋回流れを有しているが、支柱６３によってその旋回流れは、回転軸線Ｍの方向に修正されて、吹き出し口である上流側開口６７に流れて、吸気通路１１に吹き出されて、主流の流れと混合して再び案内翼６１に流入する。

前記支柱６３は、周方向に複数本等間隔に設置されているが、通常、再循環流路６２を形成するために、筒状部材６９を保持するために、周方向に３本程度設置されるのが一般的である。

しかし、５〜２０本設置することで、羽根車７と同じ向きの旋回成分を弱めることができる。その結果、再度案内翼６１の間に流入する際に、案内翼６１によって羽根車７の回転方向Ｗと逆向きの旋回流を発生しやすく作動範囲の拡大効果を増大することができる。

支柱６３の設置本数と、コンプレッサ３の作動範囲の拡大効果との関係を、図１３に示す。この図１３のように、支柱６３の本数を増大すれば、それに応じて拡大するが、再循環流路６２内で羽根車７と同じ向きの旋回成分を弱めるためには、５本以上設置する必要があるが増大し過ぎると、製造時において金型と製品との接触面積が増え金型の耐久性が低下するため、５〜２０本、好ましくは１０〜１５本の設置が適切であることが試験によって分かった。

次に、図１４Ａ〜図１４Ｄを参照して、支柱６３の変形例、及び再循環流路６２の底面に設けられて吹き出し口である上流側開口６７への流れを整流するガイドベーン１２０の形状について示す。
図１４Ａは、支柱６３が回転軸線Ｍの方向に延びて形成され、支柱６３とガイドベーン１２０ａとによって羽根車７の回転方向Ｗと同じ向きの旋回成分を弱めて回転軸線Ｍの方向の成分を強めるものである。

図１４Ｂは、支柱６３が回転軸線Ｍの方向に延びて形成され、羽根車７の回転方向Ｗと同じ向きの旋回成分を弱めて回転軸線Ｍの方向の成分を強め、さらに、ガイドベーン１２０ｂによって、羽根車７の回転方向と反対向き成分を付与するものである。

図１４Ｃは、支柱６３ａの形状自体が湾曲形状を成しており、支柱６３ａの形状に沿った流れによって回転軸線Ｍの方向の成分を強めものである。

図１４Ｄは、支柱６３ｂの形状自体が湾曲形状を成しており、支柱６３ｂの形状に沿った流れによって羽根車７と反対向き成分を付与するものである。

第６実施形態によれば、支柱６３、６３ａ、６３ｂ、または支柱とガイドベーン１２０ａ、１２０ｂによって、再循環流路内を通過する再循環流が有している羽根車７と同じ向きの旋回成分を弱めて、または、さらに羽根車７と反対向き成分を付与することによって、主流に戻った後に、再度案内翼６１に流入する際に羽根車７と逆向きの旋回流を発生しやすくなるため、作動範囲の拡大効果が得られる。

また、この第６実施形態の支柱、ガイドベーンを前記第５実施形態、第４実施形態のように、一体に形成する要素に含めることは勿論可能であり、そのようにすることで構造の簡単が図れて、製造工数、製造コストを低減できる。

（第７実施形態）
次に、図１５、１６を参照して第７実施形態について説明する。
第７実施形態は、第１実施形態の変形例であり、逆旋回流生成手段４１について、案内翼４３以外に付加的に吸気通路１１内に逆旋回流を生成する手段として、高圧空気旋回流を吸気通路１１内に生成するものである。

図１５に示すように、逆旋回流生成手段４１の上流側の吸気通路１１に高圧空気出口部１２１を設ける。図１５のＡ−Ａ断面を図１６に示す。図１６に示すように、羽根車７の回転方向に反対の旋回流を与えるように高圧空気出口部１２１から高圧空気が噴出するようになっている。

このような構成によって、案内翼４３に流れる吸気流を予め逆旋回流としておくことで、案内翼４３によって生成された逆旋回流を強めることができるので、作動範囲の拡大効果を確実に行うことができる。
また、図１５の点線で示すように、逆旋回流生成手段４１の下流側の吸気通路１１に高圧空気出口部１２２を設けてもよい。

（第８実施形態）
次に、図１７を参照して第８実施形態について説明する。
第８実施形態についても、前記第７実施形態と同様に、第１実施形態の変形例であり、逆旋回流生成手段４１について、案内翼４３以外に付加的に吸気通路１１内に逆旋回流を生成する手段として、吸気通路１１に接続される吸気管１３０の形状を、逆旋回流を発生させる形状とするものである。

図１７のように吸気口１３に接続される吸気管１３１が、逆旋回流の方向に吸気を旋回させるように、２回曲がった曲がり管１３２によって構成されている。

図１７Ａは、コンプレッサ３の回転軸方向に沿う側面図を示し、図１７Ｂは、図１７Ａのコンプレッサ３の回転軸方向視の正面図を示し、図１７Ｃは、図１７Ａのコンプレッサ３の斜視図をそれぞれ示す。

図１７Ｃの全体斜視図のように、第１吸気管１３３と第２吸気管１３４と第３吸気管１３５とが連結された状態になっていて、第１吸気管１３３の中心軸ｅ１と第２吸気管１３４の中心軸ｅ２とはβ１傾斜し、第２吸気管１３４の中心軸ｅ２と第３吸気管１３５の中心軸ｅ３とはβ２傾斜してそれぞれ吸気管が接続されている。

このように、吸気口１３の上流側に接続される第１吸気管１３３と第２吸気管１３４と第３吸気管１３５とが、羽根車７の回転方向と逆旋回流を生成するように２回曲がった曲がり管によって構成されることによって、案内翼４３に流れる吸気流を予め逆旋回流としておくことで、案内翼４３によって生成された逆旋回流を強めることができるので、作動範囲の拡大効果を確実に行うことができる。

第７実施形態及び第８実施形態は、第１実施形態への適用について説明したが、他の実施形態に対して付加的に組み合わせてもよいことは勿論である。

本発明によれば、案内羽根に複雑な可動機構を設けることなく、再循環流路と逆旋回流生成手段とを組み合わせて、さらに逆旋回用の固定翼を設ける簡単な構造によって、小流量側及び大流量側での圧縮機の作動範囲を拡大することができ、広い範囲で安定した作動が得られるので、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
３ コンプレッサ（遠心圧縮機）
５ 回転軸
７ 羽根車
９ コンプレッサハウジング（ハウジング）
９ａ 上流側ハウジング
９ｂ 下流側ハウジング
１１ 吸気通路
１３ 吸気口
１５ ディフューザ
１９ ハブ
２１ 羽根
２１ａ 羽根の前縁
２１ｂ 羽根の後縁
２１ｃ 羽根の外周縁
２５、６２、８２、１０２ 再循環流路
２７、６５、９２、１１０ 下流側開口
３１、６７ 上流側開口
３２ 筒状部材
４１ 逆旋回流生成手段
２５ 再循環流路
４３、５１、６１、８１、１０１ 案内翼（逆旋回固定翼）
２９ 内周壁
５３ 内筒部材
５５ 中央吸気流通路
６３、６３ａ、６３ｂ 支柱
６９、８３ 筒状部材
８７ ストッパ部
１０３ 内側筒状部材
１０４ 外側筒状部材
１２０ａ、１２０ｂ ガイドベーン（突起）
１２１、１２２ 高圧空気出口部
１３３ 第１吸気管
１３４ 第２吸気管
１３５ 第３吸気管
θ 案内翼の傾斜角度

Claims (11)

1. 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羽根車と、
   前記ハウジング内部の吸気口と羽根車との間に配置され、前記吸気口から流入する吸気ガスに前記羽根車の回転方向とは逆方向の旋回流を発生させる逆旋回流生成手段と、
   前記羽根車の外周部と該羽根車より上流側の前記吸気通路とを連通させる再循環流路と、を備え、
   前記逆旋回流生成手段は、前記羽根車の回転方向とは逆方向に一定角度の旋回流を生成する逆旋回固定翼を備え、
   前記逆旋回固定翼が前記再循環流路の吸い込み口と吹き出し口との間の前記吸気通路に、又は前記再循環流路の吹き出し口より上流側の前記吸気通路に設けられ、
   前記逆旋回固定翼と前記再循環流路とが、一体に形成されることを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記逆旋回固定翼の下流端の傾斜角度は、羽根車の回転方向とは逆向きに５〜４５度の範囲内の一定角度に設定されることを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
3. 前記逆旋回固定翼は吸気通路の内周壁に周方向に取り付けられて吸気通路の径方向に放射状に配置された複数枚の案内翼と、該複数枚の案内翼の内周端部を連結するように設けられた内筒部材とを備え、該内筒部材の内部に中央吸気流通路が形成されることを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
4. 前記一体による構造は、樹脂材料によって成形されることを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
5. 前記再循環流路内に循環流の流れの方向を前記羽根車の回転方向とは逆方向の向きに変える支柱若しくは突起が設けられることを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
6. 前記再循環流路内に回転軸方向に沿った支柱が設けられると共に、該支柱が周方向に５〜２０本設けられることを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
7. 前記逆旋回固定翼と前記再循環流路と該再循環流路内に設けられる支柱若しくは突起とが、一体に形成されることを特徴とする請求項５または６記載の遠心圧縮機。
8. 前記一体による構造は、樹脂材料によって成形されることを特徴とする請求項７記載の遠心圧縮機。
9. 前記逆旋回流生成手段の上流側の吸気通路に、前記逆旋回流の旋回方向に高圧空気を供給する高圧空気出口部を設けたことを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
10. 前記逆旋回流生成手段の下流側の吸気通路に、前記逆旋回流の旋回方向に高圧空気を供給する高圧空気出口部を設けたことを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
11. 前記吸気口の上流側に接続される吸気管が、前記逆旋回流の方向に吸気を旋回させるように曲がり管によって構成されることを特徴とする請求項１記載の遠心圧縮機。
    

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