JP2000213496A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディフューザ内の流れの急縮流、急拡流、漏
れを防止し、流れの損失を低減すると共に、シンプルな
構造の可変容量型遠心圧縮機を提供する。 【解決手段】 本発明に係る遠心圧縮機１は、ディフュ
ーザ壁５，６の一部又は全部を弾性板７で形成したもの
である。弾性板７の弾性変形によってディフューザ流路
幅が無段階で変更可能となる。弾性板７は圧縮機中心と
同軸なリング状とされ、押圧リング１４で裏側から押さ
れて弾性変形する。押圧リング１４は複数のカム部材と
レバー部材との組合せ、複数の流体圧ピストン、又は送
りピストン、リードスクリュ、モータの組合せで押すこ
とができる。弾性板７の裏側に押え板１８，１９を重ね
合わせて設け、ディフューザ内流体圧力による変形を防
止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は遠心圧縮機、特に可
変容量型の遠心圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用過給機の分野ではタービン側を可
変容量化することが一般に行われており、これを圧縮機
側でも行うべく開発が進んでいる。車両用過給機の圧縮
機は一般に遠心圧縮機であり、その可変容量化について
は、ディフューザ部に角度可変な羽根を設けて圧縮機特
性を変更したり、ディフューザ壁の一部を出没可能とし
てディフューザ流路幅を変更したりしている（実開平1-
134800号公報等）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の場合、
羽根を動かす構造が複雑となりコスト高となる。特に車
両用過給機ではコストが重視されるため、この点は重要
である。また、羽根を動かすためには羽根とディフュー
ザ壁との間、羽根駆動軸とケーシングとの間に隙間が必
要となり、これが原因となってロスが生じる。

【０００４】一方、後者の場合、可動壁の突出部分が段
差となり、これがディフューザ内の流れを急縮流、急拡
流としてロスが生じる。また、可動壁の動作のためにケ
ーシングとの間に隙間が必要となり、これによっても漏
れによるロスが生じる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る遠心圧縮機
は、ディフューザ壁の一部又は全部を弾性板で形成した
ものである。

【０００６】これによれば弾性板の弾性変形によってデ
ィフューザ流路幅が無段階で変更可能となる。

【０００７】ここで、上記弾性板がシュラウド側ディフ
ューザ壁の一部又は全部をなすのが好ましい。

【０００８】また、上記弾性板を裏側から押圧するため
の押圧手段が設けられるのが好ましい。

【０００９】上記弾性板が圧縮機中心と同軸なリング状
とされ、上記押圧手段が、圧縮機中心と同軸で且つその
裏面に当接される押圧リングを有するのが好ましい。

【００１０】上記押圧手段が、上記押圧リングの周方向
所定箇所を裏側から押圧する複数のカム部材と、これら
カム部材を同時に回転させるためのレバー部材とをさら
に有してもよい。

【００１１】または、上記押圧手段が、上記押圧リング
の周方向所定箇所を裏側から押圧する複数の流体圧ピス
トンをさらに有してもよい。

【００１２】または、上記押圧手段が、上記押圧リング
の周方向所定箇所を裏側から押圧する複数の送りピスト
ンと、これら送りピストンにそれぞれ螺合されるリード
スクリュと、これらリードスクリュをそれぞれ回転させ
るモータとをさらに有してもよい。

【００１３】上記弾性板の裏側且つ上記押圧リングを避
けた位置に、圧縮機中心と同軸なリング状の押え板が重
ね合わせて設けられるのが好ましい。

【００１４】上記押え板が、放射状に切り込まれ、周方
向に完全に分割されるか又は反押圧リング側の周端縁部
を残して部分的に分割されるのが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。

【００１６】図１は本発明にかかる遠心圧縮機、特にデ
ィフューザ周辺部を示す。この遠心圧縮機１は車両用過
給機に適用され、作動流体はエンジンの吸気（空気）で
ある。遠心圧縮機１は、ケーシング２内の中心側に設け
られ空気を軸方向から流入して半径方向外側に流出する
回転可能なインペラ３と、インペラ３の半径方向外側に
設けられ、インペラ３から流出した空気を膨張し昇圧さ
せ半径方向外側のスクロール２ａに送るディフューザ４
とを備える。インペラ３は圧縮機中心と同軸に配置さ
れ、図示しないタービンによりタービン軸を介して回転
駆動される。ディフューザ４は、相対向する一対のディ
フューザ壁５，６により、所定の流路幅Ｈをもって圧縮
機中心と同軸な環状通路として形成される。

【００１７】特に、ここではシュラウド側のディフュー
ザ壁５の一部が、シリコンゴム等の弾性材料からなる弾
性板７で形成されている。弾性板７は、略一定の厚さを
有し、圧縮機中心と同軸なリング状に形成され、インペ
ラ３の出口位置から所定長さ半径方向外側に延出され
る。シュラウド側ディフューザ壁５の外周側をなす一部
と、ハブ側ディフューザ壁６の全部とが、ケーシング２
によって形成される。シュラウド側ディフューザ壁５の
ケーシング２の部分に嵌合用開口部８が設けられ、ここ
に弾性板７が面一状に嵌め込まれ、接着等の手法で固定
される。シュラウド側ディフューザ壁５の弾性板７の部
分とケーシング２の部分との継ぎ目に段差や隙間はな
い。よってこれらによるロスの発生が防止される。

【００１８】弾性板７はその表面がシュラウド側ディフ
ューザ壁５の壁面をなす。弾性板７の半径方向両端縁部
が裏側に折曲され、それら折曲部の端縁部はさらには半
径方向外側に折り返される。これにより弾性板７の半径
方向両端縁部に係合部１１が形成され、これら係合部１
１がケーシング２の係合溝１２に係合されて弾性板７が
支持される。

【００１９】ディフューザ流路幅を拡縮すべく、弾性板
７を裏側から押圧するための押圧手段１３が設けられ
る。押圧手段１３は、圧縮機中心と同軸で且つその裏面
に当接される押圧リング１４を有する。押圧リング１４
は、その断面が丸みを帯びた凸状とされ、その突起部１
５で弾性板７を押すようになっている。押圧リング１４
は、インペラ３の出口付近（ディフューザ４の入口部）
に設けられ、後述するカム部材等により軸方向に進退さ
れ、ディフューザ入口流路幅を変更する。押圧リング１
４は金属材料で形成されるが、これに限定せず樹脂材料
等で形成してもよい。

【００２０】図１に示す押圧リング１４は基準位置にあ
る。このとき弾性板７には押圧力が付与されておらず、
弾性板７は自然形状としての折曲形状となっている。こ
の折曲部裏側に押圧リング１４が位置される。このと
き、折曲部１６の下流側（半径方向外側）では、弾性板
７がハブ側ディフューザ壁６に平行とされ、一定のディ
フューザ流路幅Ｈが保たれる。折曲部１６の上流側（半
径方向内側）では、弾性板７がハブ側ディフューザ壁６
に対し傾斜され、ディフューザ流路幅が下流側に進むに
つれ順次Ｈまで絞られるようになる。

【００２１】また図２に示すように、押圧リング１４が
進出されると、弾性板７全体が表側に押され、折曲部１
６がさらにきつく曲げられ、ディフューザ４の最小流路
幅がＨより小さく絞られる。このように、押圧リング１
４の進退に応じてディフューザ流路幅が無段階で変更可
能となり、可変容量化を達成してエンジン運転状態に応
じた好ましい圧縮機特性を得られる。

【００２２】ここでディフューザ４内には圧力空気が流
されるので、これにより弾性板７は表側から常時押され
ることになる。よって弾性板７の変形を防止するため、
弾性板７の裏側且つ押圧リング１４を避けた位置に、圧
縮機中心と同軸なリング状の押え板１７が重ね合わせて
設けられる。押え板１７は空気圧力に抗じ得る程度の適
度な剛性を有した比較的薄い金属板からなり（例えば厚
さ１mmのアルミ板）、接着等の方法により弾性板７に固
着される。

【００２３】押え板１７は、弾性板７のうち押圧リング
１４の半径方向外側の部分ほぼ全面を覆う外側押え板１
８と、押圧リング１４の半径方向内側の部分ほぼ全面を
覆う内側押え板１９とからなる。図３に示すように、各
押え板１８，１９は放射状に切り込まれ、反押圧リング
側の周端縁部２０，２１を残して周方向に部分的に分割
される。つまり周端縁部２０，２１は切り込まれず周方
向に連続される。切り込みを２２で示す。弾性板７の押
圧時には、押え板１８，１９の分割部分が周端縁部２
０，２１との境目から、弾性板７の押圧変形に追従して
折り曲げられることになる。このとき分割部分全体で円
錘面をなすようになる。また、周端縁部２０，２１が残
されているので押え板１８，１９にスプリングバック機
能を付与できる。

【００２４】なお、押え板１８，１９は、図４に示すよ
うに周方向に完全に分割されてもよい。図５にも示すよ
うに、この例では押え板１８，１９の各分割ピース２３
の穴２４に、弾性板７の突起２５が嵌め込まれ、強固な
接着等を可能としている。

【００２５】図２に示すように、押圧リング１４の突起
部１５が弾性板７を押すと、弾性板７が僅かに凹み、突
起部１５の基端部又はその半径方向内外の肩部２６が押
え板１８，１９に当接するので、弾性板７への負荷が軽
減される。

【００２６】押圧リング１４はその突起部１５により、
弾性板７を点（線）で押すが、弾性板７には一定の厚さ
があるため、弾性板７の表面は比較的大きなアール状と
なる。また弾性板７で区画されたディフューザ流路も、
流れ方向に沿って緩やかに縮小、拡大するため、流れの
急縮流、急拡流を防止してロスの発生を防止できる。

【００２７】図１に示すように、押圧リング１４の退却
時は外側押え板１８と内側押え板１９とがそれぞれケー
シング２に形成されたストッパ壁２７，２８に当たるの
で、弾性板７の戻り過ぎが防止される。

【００２８】押圧リング１４を進退駆動すべく、押圧手
段１３には以下のものを設けるのがよい。即ち、図６に
示すように、押圧リング１４の周方向の二箇所をそれぞ
れ裏側から押圧する二つのカム部材２９と、これらカム
部材２９を同時に回転させるためのレバー部材３０とを
設けるのがよい。図７に示すように、レバー部材３０は
ケーシング２の背面から露出させ、図示しないアクチュ
エータ（例えば負圧ダイアフラムアクチュエータ）でエ
ンジン運転状態に基づき動作させる。なおカム部材２９
とレバー部材３０とは、ケーシング２に支持された回動
軸３２の回りを一体的に回転する。カム部材２９を増や
し、押圧リング１４を周方向のさらに複数箇所で押すよ
うにしてもよい。いずれにしても押圧リング１４が平行
移動するよう、押圧箇所は中心対称に設けるようにす
る。

【００２９】また、図８に示すように押圧手段１３に、
押圧リング１４の周方向所定箇所を裏側から押圧する複
数の流体圧ピストン３１を設けてもよい。流体圧は空
圧、油圧等が考えられる。流体圧ピストン３１はケーシ
ング２に開口されたシリンダ穴３３に摺動可能に挿入
し、流体圧の漏れをＯリング３４で防止する。エンジン
運転状態に基づき流体圧を制御すれば、弾性板７の押出
量及びディフューザ４の最小流路幅を最適制御すること
ができる。

【００３０】或いは、図９に示すように押圧手段１３
に、押圧リング１４の周方向所定箇所を裏側から押圧す
る複数の送りピストン３５と、これら送りピストン３５
にそれぞれ螺合されるリードスクリュ３６と、これらリ
ードスクリュ３６をそれぞれ回転させるモータ３７とを
設けてもよい（１組のみ図示）。送りピストン３５は回
転が回転ストッパ３８で規制され、軸方向送りのみが可
能である。モータ３７が回転するとリードスクリュ３６
を介して送りピストン３５が軸方向に送られ、押圧リン
グ１４が進退される。モータ３７の回転角をエンジン運
転状態に基づき制御すれば、ディフューザ４の最小流路
幅の最適制御が可能となる。

【００３１】このように、かかる構造によれば、弾性板
の弾性変形を利用してディフューザの最小流路幅を無段
階で変更できる。これによって最小流路幅が狭いとき小
流量特性、広いとき大流量特性とすることができ、遠心
圧縮機の可変容量化が達成される。特に、ディフューザ
壁に対し相対移動する部材、例えば従来の可動羽根や可
動壁のようなものがなく、ディフューザ内流路が常に段
差なくスムーズとなるので、流れの急縮流、急拡流が防
止され流れの損失を低減できる。またディフューザ内外
を通ずる隙間も一切なくなり、漏れによるロスが防止で
きる。さらに羽根を動かす構造でなく、シンプルな構造
であるため、低コストで実現可能である。シュラウド側
ディフューザ壁の一部を弾性板にしたので、インペラ３
のシュラウド側から出てきた比較的乱れの強い空気を弾
性板で積極的に整流でき、流れの損失が低減できる。

【００３２】以上、本発明は上記実施の形態に限られる
ものでない。例えばシュラウド側ディフューザ壁の全部
や、ハブ側ディフューザ壁又は両方のディフューザ壁の
全部又は一部を弾性板で形成することもできる。かかる
構造は車両用過給機に限らずあらゆる遠心圧縮機に適用
できる。弾性板はシリコンゴムのような樹脂材以外にも
可撓性を有する様々な材料が選択できる。上記実施の形
態では弾性板を点で押すようにしたが、面で押して一定
の最小流路幅領域を形成するようにしてもよい。

【００３３】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００３４】（１） ディフューザ内流路が段差なくス
ムーズとなり、流れの急縮流、急拡流が防止されて流れ
の損失が低減される。

【００３５】（２） ディフューザ内外を通ずる隙間が
なくなり、漏れによるロスを防止できる。

【００３６】（３） 極めてシンプルな構造となり、低
コスト化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示し、通常状態を示す縦
断面図である。

【図２】本発明の実施の形態を示し、作動状態を示す縦
断面図である。

【図３】押え板を示す正面図である。

【図４】押え板の変形例を示す斜視図である。

【図５】押え板の変形例を示す断面図である。

【図６】カム部材等を示す斜視図である。

【図７】レバーの配置状態を示す外観斜視図である。

【図８】流体圧ピストンを示す縦断面図である。

【図９】送りピストン等を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 遠心圧縮機 ４ ディフューザ ５ シュラウド側ディフューザ壁 ６ ハブ側ディフューザ壁 ７ 弾性板 １３ 押圧手段 １４ 押圧リング １７ 押え板 ２０，２１ 周端縁部 ２２ 切り込み ２９ カム部材 ３０ レバー部材 ３１ 流体圧ピストン ３５ 送りピストン ３６ リードスクリュ ３７ モータ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディフューザ壁の一部又は全部を弾性板
   で形成したことを特徴とする遠心圧縮機。
2. 【請求項２】 上記弾性板がシュラウド側ディフューザ
   壁の一部又は全部をなす請求項１記載の遠心圧縮機。
3. 【請求項３】 上記弾性板を裏側から押圧するための押
   圧手段が設けられる請求項１又は２記載の遠心圧縮機。
4. 【請求項４】 上記弾性板が圧縮機中心と同軸なリング
   状とされ、上記押圧手段が、圧縮機中心と同軸で且つそ
   の裏面に当接される押圧リングを有する請求項３記載の
   遠心圧縮機。
5. 【請求項５】 上記押圧手段が、上記押圧リングの周方
   向所定箇所を裏側から押圧する複数のカム部材と、これ
   らカム部材を同時に回転させるためのレバー部材とをさ
   らに有する請求項４記載の遠心圧縮機。
6. 【請求項６】 上記押圧手段が、上記押圧リングの周方
   向所定箇所を裏側から押圧する複数の流体圧ピストンを
   さらに有する請求項４記載の遠心圧縮機。
7. 【請求項７】 上記押圧手段が、上記押圧リングの周方
   向所定箇所を裏側から押圧する複数の送りピストンと、
   これら送りピストンにそれぞれ螺合されるリードスクリ
   ュと、これらリードスクリュをそれぞれ回転させるモー
   タとをさらに有する請求項４記載の遠心圧縮機。
8. 【請求項８】 上記弾性板の裏側且つ上記押圧リングを
   避けた位置に、圧縮機中心と同軸なリング状の押え板が
   重ね合わせて設けられる請求項４乃至７いずれかに記載
   の遠心圧縮機。
9. 【請求項９】 上記押え板が、放射状に切り込まれ、周
   方向に完全に分割されるか又は反押圧リング側の周端縁
   部を残して部分的に分割される請求項８記載の遠心圧縮
   機。