JPH0443899A - 遠心圧縮機 - 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、インペラとディフューザを備えた遠心圧縮機
の改良に関する。

（従来の技術） 従来のこの種の遠心圧縮機としては、第３図に示すよう
なものがある。（例えば実開昭６０−１５９３３号公報
等参照）。なお、本従来例は自動車用エンジン等に設け
られたターボチャージャの遠心圧縮機であり、該圧縮機
について第３図に基づき説明する。

第３図において、符号１は上述のターボチャージャ２の
遠心圧縮機であり、遠心圧縮機１はコンプレッサハウジ
ング３と、コンプレッサハウジング３に収納されたイン
ペラ４および一端部がインペラ４を貫通してインペラ４
に結合された駆動軸５を備えている。そして、駆動軸５
の他端部は排ガスタービン６のタービンロータ７に連結
され、タービンロータ７を収納するタービンハウジング
８に、図示は省略しであるが、自動車用エンジンの排気
ガスが導入されてタービンロータ７が高速で回転し、こ
れに伴い駆動軸５を介してインペラ４が回転駆動される
。

一方、遠心圧縮機１のコンプレッサハウジング３には、
インペラ４に軸方向から空気を導入する吸入口９と、イ
ンペラ４の遠心力により加速された空気を減速加圧する
環状のディフューザ部１０およびディフューザ部１０を
通過して減速された加圧空気を集合する渦巻き状のスク
ロール部１１が形成されている。そして、このように構
成された遠心圧縮機１によって圧縮された加圧空気は図
示しないコンプレッサハウジング３の吐出口を通してエ
ンジンの吸気管に供給される。なお、上述のように、自
動車用エンジンの排気ガスを利用して駆動されるターボ
チャージャ２においては、自動車用エンジンの負荷の変
動に伴って遠心圧縮機１のインペラ４の回転速度が変動
する。このため、インペラ４の低速から高速までの広い
空気流量範囲で遠心圧縮機１の圧縮機効率を確保する目
的から、ディフューザ部１０には羽根（ベーン）が設け
られず、さらに第３図において、ディフューザ部１０を
大成する一対の対向壁部１０ａ、１０ｂの間の距離、す
なわちディフューザ部１００通路幅すが放射方向に一定
となるように構成されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の遠心圧縮機にあっては
、ディフューザ部の通路幅を一定として広い空気流量範
囲で圧縮機効率をカバーするようにはしているものの、
圧縮機効率の最大値には限界があり（例えば７０ｂ程度
）、特に低速の小流量域および高速の大流量域において
は圧縮機効率の低い状態で運転される特性があったため
、エンジンの低負荷および高負荷時、すなわち遠心圧縮
機が低速で小流量および高速で大流量時においては、圧
縮機効率が低下して燃費が悪化したりエンジンの充分な
出力が得られないという問題点があった。

また、エンジンブレーキ時等の極端に空気流量が少ない
場合に遠心圧縮機にサージ現象が発生して該圧縮機から
大きな騒音を生じるという問題点があった。

ここで、第４図は、第３図に示す従来の遠心圧縮機にお
ける空気流量と、吸入口および吐出口における空気圧力
の圧力比の関係をインペラの回転数の変化に対応して測
定した実験結果を示すグラフに、破線で示す圧縮機の等
効率ラインおよび二重線で示すエンジンの運転ライン、
すなわちエンジンの負荷に対応して必要とする空気流量
、圧力比をプロットしたものである。そして、第４図に
おいて、圧縮機が低速で小流量の場合および高速で大流
量の場合には、いずれも圧縮機効率が低下し、しかもエ
ンジンの運転ラインが小流量域では圧縮機のサージライ
ンの近傍を通っているので、前述のように空気流量が極
端に少ない場合にはサージングを発生することが明らか
である。なお、第４図中、−点鎖線の二重線は過渡時に
おけるエンジンの運転ラインを示す。

（発明の目的） 本発明は、上述のような従来技術の課題を背景としてな
されたものであり、空気流量および吸入、吐出口の空気
の圧力比に基づいてディフューザ部の通路幅を制御する
ことにより、運転領域のほぼ全域で圧縮機効率を向上し
、またエンジンブレーキ時等でもサージ領域外の運転を
可能として、エンジンの出力、燃費の向上が可能な、さ
らにサージングに基づく騒音のない遠心圧縮機を提供す
ることを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明に係る遠心圧縮機は、上記目的達成のため、ハウ
ジングに収納され、回転してハウジングの吸入口から空
気を吸入するとともに遠心力によっテｊＪＯ達するイン
ペラと、ハウジングのインペラの外周に設けられ、互に
対向する一対の壁部の間の通路により形成されてなる環
状のディフューザ部と、を備え、上記インペラにより空
気に与えられた運動エネルギーを圧力エネルギーに変換
するとともに、加圧空気をハウジングの吐出口から吐出
する遠心圧縮機において、前記ディフューザ部の一方の
壁部に設けられ、他方の壁部に近接、離隔可能な移動壁
部と、該移動壁部を移動させるアクチュエータと、吐出
される空気流量およびハウジングの吸入口、吐出口にお
ける空気の圧力比に基づきアクチュエータを駆動して移
動壁および他方の壁部の間の通路幅を制御する制御手段
と、を設けたことを特徴とするものである。

（作用） 本発明では、空気流量および吸入、吐出口の空気の圧力
比に基づいてディフューザ部の通路幅が制御されるので
、運転領域のほぼ全域で圧縮機効率が向上し、またエン
ジンブレーキ時等でもサージ領域外の運転が可能となる
。したがって、エンジンの出力、燃費が向上し、さらに
サージングに基づく騒音が解消される。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図は本発明に係る遠心圧縮機の一実施
例を示す図である。

まず、構成を説明する。

第１図において、符号２１はハウジング２２に収納され
たインペラであり、インペラ２１は、同軸に固着された
駆動軸２３により駆動されて回転し、ハウジング２２の
吸入口２４がら空気を吸入するとともに遠心力によって
加速する。なお、駆動軸２３は、従来例として第３図に
示した駆動軸５と同様に、図示は省略しであるが、自動
車用エンジンの排気ガスが導入されて回転する排ガスタ
ービンのタービンロータに連結され、上述のようにイン
ペラ２１を回転駆動するように構成されている。一方、
符号２５はハウジング２２のインペラ２１の外周に設け
られたディフューザ部であり、ディフューザ部２５はハ
ウジング２２に形成された互に対向する一対の壁部２６
．２７０間に形成された通路からなり、本実施例におい
ては、吸入口２４側の一方の壁部２６に移動壁部２８が
設けられ、移動壁部２８と他方の壁部２７の間に平行な
通路２９が形成されてディフューザ部２５を構成してい
る。さらに、ディフューザ部２５はインペラ２１の外周
に沿って環状に形成され、放射外方がハウジング２２の
外周に渦巻き状に形成されたスクロール部３０に連通し
ている。そして、上述のように、吸入口２４から吸入さ
れた空気はインペラ２１の遠心力により加速されて大き
な運動エネルギーが与えられるが、ディフューザ部２５
を通過する際に減速されて運動エネルギーが圧力エネル
ギーに変換され、加圧空気としてスクロール部３０に集
合し、さらにハウジング２２の吐出口３１から図示しな
いエンジンの吸気管に吐出される。

第１図・しこおいて、移動壁部２８が、ディフューザ部
２５の一方の壁部２７に設けられていることは前述の通
りであるが、さらに移動壁部２８の放射内方および外方
に形成された駆動軸２３に平行な段状の係合面２８ａ、
２８ｂがそれぞれ、壁部２６の放射内方および外方に形
成された同様に駆動軸２３に平行で段状のガイド面２６
ａ、２６ｂに係合し、移動壁部２８はガイド面２６ａ、
２６ｂに沿って他方の壁部２７に近接、離隔可能である
。さらに、符号３２はハウジング２２のスクロール部３
０外壁に設けられた電磁ソレノイドであり、電磁ソレノ
イド３２の可動ロンド３２ａは壁部２６を貫通して移動
壁部２８に係合し、電磁ソレノイド３２に通電される電
流量により電磁ソレノイド３２からの突出量が変化して
移動壁部２８をガイド面２６ａ、２６ｂに沿い壁部２７
に近接するように移動させる。すなわち、電磁ソレノイ
ド３２は移動壁部２８を移動させるアクチュエータとし
ての機能を有し、さらに、移動壁部２８とハウジング２
２０間に介装された弾性部材３３の弾性力により移動壁
部２８は電磁ソレノイド３２に抗して壁部２７から離隔
するように付勢されており、このため７４Ｍソレノイド
３２に通電される電流量によって移動壁部２８と壁部２
７の間の通路２９０幅、すなわちディフューザ部２５の
通路幅Ｂが設定されるようになっている。なお、弾性部
材３３は、インペラ２１によって加速された空気カスク
ロール部３０にショートバスしないように、移動壁部２
８とハウジング２２０間を封止するシール部材としての
機能も併せ有している。

一方、符号３４はコントロールユニットであり、コント
ロールユニット３４にはハウジンク２２の吸入口２４お
よび吐出口３１における空気の圧力をそれぞれ検出する
吸入圧力センサ３５および吐出圧力センサ３６の信号が
入力し、さらに吐出口３１から吐出される空気流量を検
出する空気流量メータ３７の信号が入力するようになっ
ている。そして、コントロールユニット３４は吸入圧力
センサ３５および吐出圧力センサ３６の信号に基づき吸
入口２４、吐出口３１における空気の圧力比を演算し、
さらに該圧力比と空気流量メータ３７が出力する空気流
量に基づき、電磁ソレノイド３２に通電する電流量を設
定して電磁ソレノイド３２にｉ１１！シ、その結果ディ
フューザ部２５の通路幅Ｂが制御されるようになってい
る。

すなわち、コントロールユニット３４は吐出される空気
流量およびハウジング２２の吸入口２４、吐出口３１に
おける空気の圧力比に基づき電磁ソレノイド３２の可動
ロッド３２ａを駆動して移動壁部２８と壁部２７の間の
通路幅Ｂを制御する制御手段としての機能を有している
。

次に、作用を説明する。

第１図において、図示しない排気ガスタービンに自動車
用エンジンの排気ガスが導入されて回転するタービンロ
ータに連結された駆動軸２３がインペラ２１とともに回
転駆動される。そして、ハウジング２２の吸入口２４か
ら吸入された吸入空気はインペラ４の遠心力により加速
され、ディフューザ部２５を通して減速された後、スク
ロール部３０に集合する。この際、インペラ４により加
速された吸入空気の運転エネルギーはディフューザ部２
５において圧力エネルギーに変換され、加圧空気として
スクロール部３０から吐出口３１を通してエンジンの吸
気管に吐出される。一方、コントロールユニット３４は
吸入圧力センサ３５および吐出圧力センサ３６の信号を
受けてハウジング２２の吸入口２４および吐出口３１に
おける空気の圧力比を演算し、さらに該圧力比と空気流
量メータ３７から入力する吐出口３１における空気流量
に基づいて電磁ソレノイド３２に通電する電流量を設定
し、電磁ソレノイド３２に通電する。そして、電磁ソレ
ノイド３２の可動ロッド３２ａは弾性部材３３の付勢カ
ムこ抗して突出し、電磁ソレノイド３２の電流量に見合
った通路幅Ｂの位置で停止する。その結果、ディフュー
ザ部２５０通路幅Ｂが上述の空気量と圧力比に基づいて
制御される。

ここで、第２図は、従来例として示した第４図と同様な
特性線図であり、第２図に示すように、本実施例におい
てはコントロールユニット３４により制御されるディフ
ューザ部２５の通路幅Ｂの変化に対応してサージライン
を含む特性曲線および、例えば７０％以上の圧縮機効率
の高い領域を移動させることが可能である。すなわち、
第１図において、移動壁部２８を壁部２７に近接してデ
ィフューザ部２５の通路幅Ｂを小さくすると、サージラ
インを含む特性曲線および圧縮機効率の高い領域は図中
Ｓ、　、Ｅ、に示すように空気流量の小さい方に移動し
、移動壁部２８を壁部２７から離隔して通路幅Ｂを中間
位置とすると、サージラインを含む特性曲線および圧縮
機効率の高い領域は図中Ｓ、、Ｅ。

で示すように、空気流量の中間位置に移動する。

さらに、移動壁部２８が壁部２７から離隔して通路幅Ｂ
がさらに大きくなると、上述のサージラインを含む特性
曲線および圧縮機効率の高い領域はＳ２、Ｅ３で示すよ
うに空気流量の大きな方へ移動する。

したがって、ディフューザ部２５の通路幅Ｂを運転状況
に対応して変化させることにより、運転領域のほぼ全域
で圧縮機効率は高く保たれ、さらにサージラインから常
に離れた領域で運転することができ、エンジンブレーキ
時等でもサージ領域外の運転が可能となる。なお、本実
施例においては、コントロールユニット３４に空気流量
と圧力比をパラメータとして、ディフューザ部２５の通
路幅Ｂを最適とするような電磁ソレノイド３２の通電電
流量を記憶させてあり、このため、エンジンの運転状況
に応してコントロールユニット３４がディフューザ部２
５のｉ！路幅Ｂを最適値ム二制御することが可能である
。

このように、本実施例においては、空気流量および吸入
口２４、吐出口３１の空気の圧力比に基づいてコントロ
ールユニット３４が電磁ソレノイド３２を介してディフ
ューザ部２５の通路幅Ｂを制御するようにしているので
、運転領域のほぼ全域で圧縮機効率を向上することがで
き、またエンジンブレーキ時等にもサージ領域外の運転
が可能である。したがって、エンジンの出力、燃費を向
上し、さらにサージングに基づく騒音を解消することが
できる。

なお、本発明は、単にディフューザ部２５０通路幅Ｂを
制御するに止まらず、ベーン付ディフューザ部を備えた
遠心圧縮機にも適用可能である。すなわち、コントロー
ルユニット３４により電磁ソレノイド３２を介してベー
ンの取付角度を制御することによっても、第２図に示す
ような圧縮機特性が得られる。そして、この場合におい
ても、同様な効果が得られることは勿論である。

（効果） 本発明によれば、空気流量および吸入、吐出口の空気の
圧力比に基づいてディフューザ部の通路幅を制御してい
るので、運転領域のほぼ全域で圧縮機効率を向上するこ
とができ、またエンジンブレーキ時等でもサージ領域以
外の運転が可能となる。したがって、本発明の目的とす
るエンジンの出力、燃費の向上の可能な、さらにサージ
ングに基づく騒音のない遠心圧縮機、を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明に係る遠心圧縮機の一実施
例を示す図であり、第１図はその構成を示す要部断面図
、第２図はその特性を示す線図、第３図および第４図は
従来例を示す図であり、第３図はその正面断面図、第４
図はその特性を示す線図である。 ２１・・・−・・インペラ、 ２２・・・・・・ハウジング、 ２４・−・・・・吸入口、 ２５・・・・・・ディフューザ部、 ２６．２７・・・・・・壁部（一対の壁部）、２８・・
・・・・移動壁部、 ２９・・・・・・通路、 ３１・・・・・・吐出口、 ３２・・−・・・電磁ソレノイド（アクチュエータ）、
３４・・・・−・コントロールユニ７　ト（制？Ｉ１手
段）、Ｂ・−・・・通路幅。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ハウジングに収納され、回転してハウジングの吸入口か
   ら空気を吸入するとともに遠心力によって加速するイン
   ペラと、ハウジングのインペラの外周に設けられ、互に
   対向する一対の壁部の間の通路により形成されてなる環
   状のディフューザ部と、を備え、上記インペラにより空
   気に与えられた運動エネルギーを圧力エネルギーに変換
   するとともに、加圧空気をハウジングの吐出口から吐出
   する遠心圧縮機において、前記ディフューザ部の一方の
   壁部に設けられ、他方の壁部に近接、離隔可能な移動壁
   部と、該移動壁部を移動させるアクチュエータと、吐出
   される空気流量およびハウジングの吸入口、吐出口にお
   ける空気の圧力比に基づきアクチュエータを駆動して移
   動壁および他方の壁部の間の通路幅を制御する制御手段
   と、を設けたことを特徴とする遠心圧縮機。