JPH0874791A - Centrifugal compressor - Google Patents

Abstract

PURPOSE: To suppress a rotating stalling and a surging securely by setting the position and the size of a recessed groove formed on the inner peripheral surface of a housing adequately. CONSTITUTION: On the inner peripheral surface of the inlet 4 of a housing 1 to surround the inlet of an impeller 2, a recessed groove 7 having a trapezoidal section is formed along the peripheral direction, opposing to the front end edge 6a of a vane 6. When the distance from the front end edge 6a of the vane 6 to the rear end edge 7d of the recessed groove 7 is made B, the width in the axial direction of the opening of the recessed groove 7 is made C, the depth of the recessed groove 7 is made D, the width in the axial direction of a front side tapered surface 7b at the upstream side of the recessed groove 7 is made E, the width in the axial direction of a rear side tapered surface 7c at the downstream side of the recessed groove 7 is made F, and the inner diameter of the inlet 4 of the housing 1 (the inner diameter at the just front position of the recessed groove 7, in detail) is mad R, the sizes of the members are set in the following relations; B>=C/2, 0.1.R<=C<=0.3.R, D>=2C/5, E>=C/4, and F<=C/3.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、例えば自動車用内燃
機関のターボチャージャに用いられる遠心圧縮機の改良
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a centrifugal compressor used for a turbocharger of an internal combustion engine for automobiles.

【０００２】[0002]

【従来の技術】自動車用内燃機関の過給装置として、排
気タービンと遠心圧縮機とを同軸に結合してなるターボ
チャージャが多用されている。このような遠心圧縮機に
おいては、インペラの翼の迎え角が設計点（最高効率点
付近）で０となるように設計されており、この設計点か
ら流量が徐々に低下すると、翼の迎え角が流れに対して
相対的に大きくなるため、翼の表面で流れが剥離し、失
速が生じる。この失速は、まずインペラの一部の翼で生
じるが、失速領域が一部の翼に発生すると、隣の翼の迎
え角が、一方は増大し、他方は減少するため、一方で失
速が起こり易くなり、他方は起こりにくくなる。このた
め、失速領域は一つの翼に留まることができず、翼から
翼へゆっくりとインペラ回転方向と同一方向へ移動する
ようになる。すなわち、旋回失速が生じる。そして、さ
らに流量が低下すると、ついには全面的な失速に至り、
サージングが発生する。2. Description of the Related Art A turbocharger in which an exhaust turbine and a centrifugal compressor are coaxially connected is widely used as a supercharging device for an internal combustion engine of an automobile. In such a centrifugal compressor, the attack angle of the impeller blade is designed to be 0 at the design point (near the maximum efficiency point), and if the flow rate gradually decreases from this design point, the blade attack angle becomes Becomes relatively large with respect to the flow, so that the flow separates at the blade surface and stall occurs. This stall first occurs on some blades of the impeller, but when the stall region occurs on some blades, the attack angle of the adjacent blade increases on one side and decreases on the other side, so stall occurs on one side. It becomes easier and the other becomes less likely. Therefore, the stall region cannot stay in one blade, and slowly moves from blade to blade in the same direction as the impeller rotation direction. That is, turning stall occurs. And when the flow rate further decreases, it eventually leads to a total stall,
Surging occurs.

【０００３】このような低流量域における旋回失速なら
びにサージングの発生を抑制するために、従来から、特
開昭５８−１８６００号公報において、インペラの入口
部分を包囲するハウジングの内周面に、翼前端縁に対向
するように、周方向に沿って凹溝を形成することが提案
されている。In order to suppress the occurrence of turning stall and surging in such a low flow rate range, conventionally, in JP-A-58-18600, a blade is provided on the inner peripheral surface of a housing which surrounds the inlet portion of an impeller. It has been proposed to form a groove along the circumferential direction so as to face the front edge.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に示されている凹溝の構成では、実際には、旋回失速
やサージングを十分に抑制することができなかった。However, in the structure of the concave groove disclosed in the above publication, it has been impossible in practice to sufficiently suppress the rotating stall and the surging.

【０００５】[0005]

【課題を解決するための手段】この発明は、インペラの
入口部分を包囲するハウジングの内周面に、翼前端縁に
対向するように、断面台形状をなす凹溝を周方向に沿っ
て形成した遠心圧縮機であって、翼前端縁から凹溝後端
縁までの距離Ｂ、凹溝開口部の軸方向の幅Ｃ、凹溝の深
さＤ、凹溝上流側のテーパ面の軸方向の幅Ｅ、および凹
溝下流側のテーパ面の軸方向の幅Ｆが、次の条件を満た
している。According to the present invention, a groove having a trapezoidal cross section is formed in the inner peripheral surface of a housing surrounding an inlet portion of an impeller in a circumferential direction so as to face a front edge of a blade. In the centrifugal compressor, the distance B from the blade leading edge to the concave groove rear edge, the axial width C of the concave groove opening, the depth D of the concave groove, and the axial direction of the tapered surface on the upstream side of the concave groove. And the axial width F of the taper surface on the downstream side of the concave groove satisfy the following conditions.

【０００６】Ｂ≧Ｃ／２ ０．１・Ｒ≦Ｃ≦０．３・Ｒ Ｄ≧２Ｃ／５ Ｅ≧Ｃ／４ Ｆ≦Ｃ／３ 但し、Ｒはハウジングの内径である。B ≧ C / 2 0.1 · R ≦ C ≦ 0.3 · R D ≧ 2 C / 5 E ≧ C / 4 F ≦ C / 3 where R is the inner diameter of the housing.

【０００７】また請求項２の遠心圧縮機では、上記のＢ
〜Ｆが、Ｂ＝Ｃ／２、Ｃ＝０．２・Ｒ、Ｄ＝３Ｃ／５、
Ｅ＝Ｃ／２、Ｆ＝Ｃ／４となっている。Further, in the centrifugal compressor according to claim 2, in the above B
~ F is B = C / 2, C = 0.2 · R, D = 3C / 5,
E = C / 2 and F = C / 4.

【０００８】[0008]

【作用】旋回失速は、翼の前端縁における逆流に起因し
ている。この翼前端縁に対向するようにハウジング内周
面に凹溝を設ければ、翼前端縁で生じた逆流が遠心力に
より溝内に導かれるため、インペラへ吸入される流れは
乱されず、半径方向に一様な流速分布を確保できる。こ
れにより、旋回失速が抑制される。この凹溝の作用は、
上記のような寸法の条件を満たす場合に、最も良好に得
られる。The swirling stall is caused by the backflow at the front edge of the blade. If a concave groove is provided on the inner peripheral surface of the housing so as to face the front edge of the blade, the reverse flow generated at the front edge of the blade is guided into the groove by the centrifugal force, so that the flow sucked into the impeller is not disturbed. A uniform flow velocity distribution can be secured in the radial direction. As a result, turning stall is suppressed. The action of this groove is
The best results are obtained when the above-mentioned dimensional conditions are satisfied.

【０００９】[0009]

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【００１０】図１は、この発明に係るターボチャージャ
用の遠心圧縮機の構成を示しており、回転軸３に固定さ
れたインペラ２が、ハウジング１内に配置されている。
回転軸３は、図示せぬセンタハウジングによって回転自
在に支持され、その他端にタービンロータが取り付けら
れている。インペラ２には、例えばバックワード型をな
す多数の翼６が形成されている。ハウジング１は、回転
軸３の軸方向に沿って中央部に円筒状の入口部４を有
し、かつインペラ２の外周に向かってディフューザ部５
を有している。そして、インペラ２の入口部分を包囲す
るハウジング１の入口部４内周面に、翼６前端縁６ａに
対向するように、断面台形状をなす凹溝７が周方向に沿
って形成されている。この凹溝７は、軸方向に平行な円
筒面からなる底面７ａと、その前方つまり上流側に位置
する前部テーパ面７ｂと、後方つまり下流側に位置する
後部テーパ面７ｃとから構成されている。FIG. 1 shows the structure of a centrifugal compressor for a turbocharger according to the present invention, in which an impeller 2 fixed to a rotary shaft 3 is arranged in a housing 1.
The rotating shaft 3 is rotatably supported by a center housing (not shown), and a turbine rotor is attached to the other end. The impeller 2 is provided with a large number of backward-type blades 6, for example. The housing 1 has a cylindrical inlet portion 4 in the central portion along the axial direction of the rotating shaft 3, and has a diffuser portion 5 toward the outer periphery of the impeller 2.
have. A concave groove 7 having a trapezoidal cross section is formed along the circumferential direction on the inner peripheral surface of the inlet portion 4 of the housing 1 surrounding the inlet portion of the impeller 2 so as to face the front end edge 6a of the blade 6. . The groove 7 is composed of a bottom surface 7a formed of a cylindrical surface parallel to the axial direction, a front taper surface 7b located on the front side or the upstream side, and a rear taper surface 7c located on the rear side or the downstream side. There is.

【００１１】ここで、図のように、翼６前端縁６ａから
凹溝７の後端縁７ｄまでの距離をＢ、凹溝７開口部の軸
方向の幅をＣ、凹溝７の深さをＤ、凹溝７上流側の前部
テーパ面７ｂの軸方向の幅をＥ、および凹溝７下流側の
後部テーパ面７ｃの軸方向の幅をＦ、ハウジング１入口
部４の内径（詳しくは凹溝７直前位置における内径）を
Ｒとすると、各部の寸法は、次の関係に設定されてい
る。Here, as shown in the figure, the distance from the front edge 6a of the blade 6 to the rear edge 7d of the groove 7 is B, the axial width of the opening of the groove 7 is C, and the depth of the groove 7 is D, the axial width of the front tapered surface 7b on the upstream side of the concave groove 7 is E, the axial width of the rear tapered surface 7c on the downstream side of the concave groove 7 is F, and the inner diameter of the housing 1 inlet portion 4 (specifically, Is the inner diameter at the position immediately before the concave groove 7 is R, the dimensions of each part are set to the following relationships.

【００１２】Ｂ≧Ｃ／２ ０．１・Ｒ≦Ｃ≦０．３・Ｒ Ｄ≧２Ｃ／５ Ｅ≧Ｃ／４ Ｆ≦Ｃ／３ 図２は、旋回失速による流速変化をＳＮ比でもって示す
とともに、各部の寸法がこのＳＮ比に与える影響をまと
めて示したものである。なお、凹溝を具備しないものを
基準とし、これに対するＳＮ比の向上もしくは悪化とし
て各部の寸法の影響を評価している。また、圧縮機の回
転数はターボチャージャの一般的な使用領域である７０
０００ｒｐｍおよび８００００ｒｐｍとして評価した。B ≧ C / 2 0.1 · R ≦ C ≦ 0.3 · R D ≧ 2 C / 5 E ≧ C / 4 F ≦ C / 3 FIG. 2 shows the change in flow velocity due to turning stall by SN ratio. In addition to showing, the effects of the dimensions of each part on the SN ratio are summarized. It should be noted that the effect of the dimensions of each part is evaluated as an improvement or deterioration of the SN ratio with respect to the one having no groove as a reference. The rotation speed of the compressor is 70 which is a general usage area of the turbocharger.
It was evaluated as 000 rpm and 80,000 rpm.

【００１３】この図２に明らかなように、寸法Ｂについ
ては、Ｃ／２より小さいと効果が少なく、逆に悪化する
恐れもあるので、Ｂ≧Ｃ／２とした。寸法Ｃについて
は、０．１・Ｒ〜０．３・Ｒの範囲で、性能向上が見ら
れる。寸法Ｄについては、２Ｃ／５より小さいと逆に悪
化する恐れがあるので、Ｄ≧２Ｃ／５とした。寸法Ｅに
ついては、同様にＣ／４より小さいと逆に悪化する恐れ
があるので、Ｅ≧Ｃ／４とした。また寸法Ｆについて
は、０であっても性能が向上し、Ｃ／２に近いと逆に性
能が悪化するので、Ｆ≦Ｃ／３とした。As is clear from FIG. 2, if the dimension B is smaller than C / 2, the effect is small, and conversely there is a risk of deterioration. Therefore, B ≧ C / 2. Regarding the dimension C, performance improvement is observed in the range of 0.1 · R to 0.3 · R. Regarding the dimension D, if it is smaller than 2C / 5, there is a possibility that the dimension D may worsen. Therefore, D ≧ 2C / 5. Similarly, if the dimension E is smaller than C / 4, the dimension E may worsen. Therefore, E ≧ C / 4 is set. Regarding the dimension F, even if it is 0, the performance is improved, and conversely, if it is close to C / 2, the performance is deteriorated. Therefore, F ≦ C / 3 was set.

【００１４】下記の表１は、上記の各寸法を組み合わせ
た具体的な実施例１〜６をまとめて示したものである。
また、その凹溝７の効果として、凹溝７を具備しないも
のに比べたＳＮ比の向上代を併せて示してある。Table 1 below collectively shows concrete Examples 1 to 6 in which the above-mentioned dimensions are combined.
Further, as an effect of the groove 7, the margin for improving the SN ratio as compared with the case where the groove 7 is not provided is also shown.

【００１５】[0015]

【表１】 [Table 1]

【００１６】図３は、実施例１の凹溝７の位置および断
面形状を図示したものである。この実施例１は、各部の
寸法として最も効果の大きい値を組み合わせたものであ
り、凹溝７を具備しないものに比べてＳＮ比が約７ｄＢ
程度向上する。FIG. 3 shows the position and sectional shape of the concave groove 7 of the first embodiment. This Example 1 is a combination of the most effective values as the size of each part, and the SN ratio is about 7 dB as compared with the case where the concave groove 7 is not provided.
Improve.

【００１７】図４は、実施例２の凹溝７を図示したもの
である。この実施例２によれば、ＳＮ比が約６．５ｄＢ
程度向上する。FIG. 4 shows the concave groove 7 of the second embodiment. According to the second embodiment, the SN ratio is about 6.5 dB.
Improve.

【００１８】図５は、実施例３の凹溝７を図示したもの
である。この実施例３によれば、ＳＮ比が約６ｄＢ程度
向上する。FIG. 5 illustrates the concave groove 7 of the third embodiment. According to the third embodiment, the SN ratio is improved by about 6 dB.

【００１９】図６は、実施例４の凹溝７を図示したもの
である。この実施例４によれば、ＳＮ比が約６ｄＢ程度
向上する。FIG. 6 illustrates the concave groove 7 of the fourth embodiment. According to the fourth embodiment, the SN ratio is improved by about 6 dB.

【００２０】図７は、実施例５の凹溝７を図示したもの
である。この実施例５によれば、ＳＮ比が約５．５ｄＢ
程度向上する。FIG. 7 illustrates the concave groove 7 of the fifth embodiment. According to this Example 5, the S / N ratio is about 5.5 dB.
Improve.

【００２１】図８は、実施例５の凹溝７を図示したもの
である。この実施例５によれば、ＳＮ比が約５ｄＢ程度
向上する。FIG. 8 illustrates the concave groove 7 of the fifth embodiment. According to the fifth embodiment, the SN ratio is improved by about 5 dB.

【００２２】なお、実施例２、実施例３、実施例５およ
び実施例６では、寸法Ｆが０であるため、後部テーパ面
７ｃが実質的に軸に垂直な面となる。In the second, third, fifth and sixth embodiments, since the dimension F is 0, the rear taper surface 7c is a surface substantially perpendicular to the axis.

【００２３】[0023]

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る遠心圧縮機によれば、適切な位置および寸法で凹
溝を形成することにより、低流量域での旋回失速やサー
ジングを効果的に抑制することができる。従って、旋回
失速に起因する気流音を防止できるとともに、サージン
グの防止により圧縮機の作動範囲が拡大する。As is apparent from the above description, according to the centrifugal compressor of the present invention, by forming the concave groove at an appropriate position and size, it is possible to effectively prevent the rotating stall or surging in the low flow rate region. Can be suppressed. Therefore, it is possible to prevent the air flow noise caused by the turning stall and to expand the operation range of the compressor by preventing the surging.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】凹溝を備えた遠心圧縮機の半断面図。FIG. 1 is a half sectional view of a centrifugal compressor provided with a groove.

【図２】各部の寸法によるＳＮ比への影響を示した特性
図。FIG. 2 is a characteristic diagram showing the influence of the size of each part on the SN ratio.

【図３】実施例１の凹溝を示した断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a groove according to the first embodiment.

【図４】実施例２の凹溝を示した断面図。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a groove according to a second embodiment.

【図５】実施例３の凹溝を示した断面図。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a groove according to the third embodiment.

【図６】実施例４の凹溝を示した断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a groove of Example 4.

【図７】実施例５の凹溝を示した断面図。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a groove of Example 5.

【図８】実施例６の凹溝を示した断面図。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a groove of Example 6.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…ハウジング ２…インペラ ６…翼 ７…凹溝 1 ... Housing 2 ... Impeller 6 ... Wing 7 ... Recessed groove

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 インペラの入口部分を包囲するハウジン
グの内周面に、翼前端縁に対向するように、断面台形状
をなす凹溝を周方向に沿って形成した遠心圧縮機であっ
て、翼前端縁から凹溝後端縁までの距離Ｂ、凹溝開口部
の軸方向の幅Ｃ、凹溝の深さＤ、凹溝上流側のテーパ面
の軸方向の幅Ｅ、および凹溝下流側のテーパ面の軸方向
の幅Ｆが、次の条件を満たすことを特徴とする遠心圧縮
機。 Ｂ≧Ｃ／２ ０．１・Ｒ≦Ｃ≦０．３・Ｒ Ｄ≧２Ｃ／５ Ｅ≧Ｃ／４ Ｆ≦Ｃ／３ 但し、Ｒはハウジングの内径である。1. A centrifugal compressor in which a concave groove having a trapezoidal cross section is formed along a circumferential direction on an inner peripheral surface of a housing surrounding an inlet portion of an impeller so as to face a front edge of a blade, The distance B from the blade front edge to the concave groove rear edge, the axial width C of the concave groove opening, the concave depth D, the axial width E of the tapered surface on the upstream side of the concave groove, and the downstream groove. A centrifugal compressor characterized in that an axial width F of the side tapered surface satisfies the following condition. B ≧ C / 2 0.1 · R ≦ C ≦ 0.3 · R D ≧ 2C / 5 E ≧ C / 4 F ≦ C / 3 where R is the inner diameter of the housing. 【請求項２】 Ｂ＝Ｃ／２、Ｃ＝０．２・Ｒ、Ｄ＝３Ｃ
／５、Ｅ＝Ｃ／２、Ｆ＝Ｃ／４であることを特徴とする
請求項１記載の遠心圧縮機。2. B = C / 2, C = 0.2 · R, D = 3C
The centrifugal compressor according to claim 1, wherein / 5, E = C / 2, and F = C / 4.