JP4632076B2 - 排気タービン過給機 - Google Patents
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は排気タービン過給機に関し、コンプレッサ特性を改善するため空気を循環させるコンプレッサトリートメントの効率向上を図るようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の排気ガスと環境の問題が世界的にクローズアップされているなか、乗用車クラスの小型ディーゼルエンジン市場ではエミッション規制への対応と低燃費化、性能向上のため過給機の使用が必須となりつつあり、低速から高速域まで広い領域での性能向上を図るため、種々の改良がなされている。
【０００３】
例えば、排気タービン過給機では、コンプレッサの特性を改善する１つの方法として、コンプレッサトリートメントをコンプレッサハウジングに設けることが行われ、サージング特性を改善することが行われている。
【０００４】
このコンプレッサトリートメントは、図５に示すように、コンプレッサハウジングａのコンプレッサインペラｂの外周部と対向する部分に空気流入口ｃを形成し、コンプレッサインペラｂの吸入側前方のコンプレッサハウジングａに空気排出口ｄを形成し、これら空気流入口ｃと空気排出口ｄとを連通する略円筒状の循環通路ｅをコンプレッサハウジングａに形成する。そして、コンプレッサハウジングａの吸入側内周にインサートリングｆを取り付け、吸入する空気をコンプレッサインペラｂに案内するようになっている。
【０００５】
このようなコンプレッサトリートメントをコンプレッサに設けることによって、通過空気量が少ない場合（サージ側）にコンプレッサインペラｂで生じる、逆流する空気の一部を空気流入口ｃから循環通路ｅを介して空気排出口ｄに戻し、これを再びコンプレッサインペラｂに戻すようにして循環させることでサージングを防止して低流量側での運転領域を拡大できるようにしている。
【０００６】
また、通過空気量が多い場合（チョーク側）には、コンプレッサインペラｂの吸入側前方の空気排出口ｄから吸入した空気を循環通路ｅを介して空気流入口ｃからコンプレッサインペラｂに送ることで効率低下を防止するようにしている。
【０００７】
このようなコンプレッサの性能特性を改善するコンプレッサトリートメントの形状などは、循環通路内の流れの解析が不十分なためもあり、理論的に設計することが難しく、実験結果に基づく経験によって設計されることが多く、相似則等により具体的な形状などを決定している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、実際のコンプレッサに適用した場合に、個々の都合による形状の違いにより、実験結果が十分に反映されずコンプレッサトリートメントの効果が大きく変化してしまうという問題がある。
【０００９】
この発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、循環通路内の流れをスムーズにすることでコンプレッサの特性を改善することができる排気タービン過給機を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
これまでのコンプレッサトリートメントについて検討を重ねたところ、個々の形状の違いがあっても、上流と下流の圧力差により生じる循環流れの程度には大きな差がないが、コンプレッサインペラからコンプレッサトリートメントの空気流入口に入った流れが持つスワール成分（円周方向の流れ成分）を循環流れにいかにうまく転用して空気排出口からコンプレッサインペラの吸入側前方に戻すことができるかどうかの程度によってコンプレッサトリートメントの効果が異なることを見出だし、この発明を完成したものである。
【００１１】
すなわち、上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項１記載の排気タービン過給機の具体的構成は、コンプレッサインペラの外周部と対向するコンプレッサハウジングに第１の空気口を形成するとともに、前記コンプレッサインペラの吸入側前方のコンプレッサハウジングに第２の空気口を形成し、これらを前記コンプレッサハウジングに形成した略円筒状の空気通路を介して連通させた排気タービン過給機であって、前記コンプレッサハウジングをスクロール部とシュラウド部との分割構造とする一方、前記スクロール部と前記シュラウド部との分割部に前記第１および第２の空気口および前記空気通路を形成するとともに、前記略円筒状の空気通路の前記第２の空気口側を外周側に膨らませて流路断面積を増大させ通過空気に接線方向の流れを生じさせる通路拡大部を形成し、さらに前記分割部に前記略円筒状の前記空気通路を形成するためのリブを内外周面間に設け、このリブの少なくとも一方面を前記第１空気口から流入し第２空気口から排出する間に空気の流れを軸方向成分の流れに変える湾曲面に形成し、前記スクロール部にコンプレッサへの空気の流入を案内するインサートリング部を一体に形成したことを特徴とするものである。
【００１２】
この排気タービン過給機によれば、コンプレッサインペラの外周部と対向するコンプレッサハウジングに第１の空気口を形成するとともに、前記コンプレッサインペラの吸入側前方のコンプレッサハウジングに第２の空気口を形成し、これらを前記コンプレッサハウジングに形成した略円筒状の空気通路を介して連通させた排気タービン過給機で、前記コンプレッサハウジングをスクロール部とシュラウド部との分割構造とする一方、前記スクロール部と前記シュラウド部との分割部に前記第１および第２の空気口および前記空気通路を形成するとともに、前記略円筒状の空気通路の前記第２の空気口側を外周側に膨らませて流路断面積を増大させ通過空気に接線方向の流れを生じさせる通路拡大部を形成し、さらに前記分割部に前記略円筒状の前記空気通路を形成するためのリブを内外周面間に設け、このリブの少なくとも一方面を前記第１空気口から流入し第２空気口から排出する間に空気の流れを軸方向成分の流れに変える湾曲面に形成し、前記スクロール部にコンプレッサへの空気の流入を案内するインサートリング部を一体に形成しており、通路拡大部により流路断面積が大巾に拡大されることでこの部分を通過する流れが外周側に押し付けられ、その後の循環流れを強く生じさせる力を得てスワール成分を循環流れに転用できるようにしている。
【００１４】
また、空気通路を形成するために内外周面の間に設けられるリブの一方面あるいは両方面を湾曲面として空気の流れ方向を変えることで、一層効率良くスワール成分を循環流れに転用できるようにしている。
【００１６】
さらに、コンプレッサトリートメントの第１および第２の空気口、前記空気通路、前記通路拡大部をスクロール部と前記シュラウド部との分割部に形成し、しかもスクロール部にインサートリング部を一体に形成することで、部品点数を増やさずにスワール成分を循環流れに転用できるようにしている。
【００１７】
そして、この発明により、スワール成分を循環流れに転用できることからコンプレッサトリートメントによるコンプレッサの特性改善を図ることができるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
図１および図２はこの発明の排気タービン過給機の参考例にかかり、図１はコンプレッサハウジングの部分拡大断面図、Ａ方向から見た流れの説明図およびＢ方向から見た流れの説明図、図２は排気タービン過給機の一例にかかるコンプレッサトリートメントを省略した可変容量型過給機の全体断面図およびＡ−Ａ断面図である。
【００１９】
まず、この発明が適用される排気タービン過給機の全体構造を図２に示す可変容量型過給機１で説明する。
この可変容量型過給機１は、タービンハウジング２とコンプレッサハウジング３との間にベアリングハウジング４が配置されて一体に連結されており、タービンハウジング２内のタービンインペラ５とコンプレッサハウジング３内のコンプレッサインペラ６とがベアリングハウジング４内で回転可能に支持されたタービン軸７を介して一体に連結されている。このタービンハウジング２には、一端にガス入口８を備えたスクロール通路９が設けられ、このスクロール通路９の内周部に環状ガス流路１０が設けられてガスをタービンインペラ５に導入する一方、タービンインペラ５を駆動した後のガスを中心部に形成したガス出口１１から排出するようになっている。
【００２０】
そして、タービンハウジング２の環状ガス流路１０には、ベーンノズルを構成する複数のノズルベーン１２が回動可能に設けられ、スライドジョイント方式などのノズル駆動機構１３によって外部からノズルベーン１２の角度を調整制御することで開閉され、タービンインペラ５に導入されるガスの流量を変えることができるようになっている（なお、図２では紙面上部のノズルベーン１２を全開状態とし、紙面下部のノズルベーン１２を全閉状態として示してある）。
【００２１】
このような可変容量型過給機１では、ノズルサイドクリアランスＣが性能に大きな影響を及ぼすため、ノズルの作動と性能面と信頼性とから最適な隙間を決定し、ベーンノズルのノズルベーン１２の側面に位置させてクリアランスコントロールプレート１４をタービンハウジング２に取り付けるようにし、熱間時のクリアランスＣの確保や排気ガスがノズルを通過せずに流出することによる性能低下を抑えるようにしている。
【００２２】
したがって、このような可変容量型過給機１によれば、エンジンの低速時のガス流量が少ない場合には、ノズルベーン１２を回動してベーンノズルを絞るようにし、エンジンの高速時のガス流量が多い場合には、ノズルベーン１２を回動して開くようにし、最大限の位置としてベーンノズルがストッパピン１５に当たるまで開くようにすることで、低速回転から高速回転領域までの広範囲の過給によりエンジンの性能向上を図ることができるようにしている。
【００２３】
このような可変容量型過給機１では、いわゆるコンプレッサトリートメント２０として、図１に示すように、コンプレッサハウジング３のコンプレッサインペラ６の外周部と対向する部分に第１の空気口としての空気流入口２１を形成し、コンプレッサインペラ６の吸入側前方のコンプレッサハウジング３に第２の空気口としての空気排出口２２を形成し、これら空気流入口２１と空気排出口２２とを連通する空気通路としての略円筒状の循環通路２３をコンプレッサハウジング３に形成してある。そして、コンプレッサハウジング３の吸入側内周にインサートリング部２４ａを一体に形成し、吸入する空気をコンプレッサインペラ６に案内するようになっている。
【００２４】
また、このコンプレッサトリートメント２０では、空気流入口２１がコンプレッサでの吸気の流れの上流側から下流側に傾いた（図１（ａ）では、右に傾いた）スリット状に形成される一方、空気排出口２２も、同様に、コンプレッサでの吸気の流れの上流側から下流側に傾いた（図１（ａ）では、右に傾いた）スリット状に形成してある。
【００２５】
そして、これら空気流入口２１と空気排出口２２を連通させる循環通路２３は、円筒状の隙間を確保するため、円周方向３か所程度にリブ２３ａが設けられており、これらリブ２３ａによって略円筒状の通路となっている。
【００２６】
さらに、これら空気流入口２１と空気排出口２２を連通させる略円筒状の循環通路２３には、中間部から空気排出口２２側に外周に膨らませて流路断面積を拡大した通路拡大部２３ｂが形成してあり、この通路拡大部２３ｂの空気排出口２２側は空気排出口２２と同一の傾斜面とされ、空気流入口２１側も空気排出口２２と同一の傾斜面とされ、略平行四辺形状の横断面形状になっている。
【００２７】
これにより、循環通路２３は、略円筒状とされ、その流路断面積の小さい部分の途中から外周側に膨らんで流路断面積の大きい通路拡大部２３ｂを経て空気排出口２２に連通することになる。
【００２８】
このようなコンプレッサトリートメント２０をコンプレッサに設けた可変容量型過給機１では、通過空気量が少ない場合（サージ側）にコンプレッサインペラ６で生じる吸入空気に対して逆流する空気を空気流入口２１から循環通路２３および通路拡大部２３ｂを介して空気排出口２２から吸入空気中に戻すようにし、これを再びコンプレッサインペラ６に吸引させて循環させることでサージングを防止して低流量側での運転領域を拡大することができる。
【００２９】
このようなコンプレッサインペラ６で生じる、逆流する空気を循環させる流れにする場合に、このコンプレッサトリートメント２０では、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、空気流入口２１から入った空気Ｘには、強いスワール成分Ｘａの流れ（円周方向の流れ）が残っているが、循環通路２３に円筒状の隙間を形成するためのリブ２３ａが形成してあることからこれらリブ２３ａによって空気排出口２２方向へのベクトル成分（循環流れ成分）Ｘｂで加速され、さらに通路拡大部２３ｂによって流路断面積が大きくなることで、空気Ｘに接線方向の流れＸｃが発生し、これらの成分のベクトル和として空気Ｘが外周側に押し付けられる。
【００３０】
すると、外周側に押し付けられた空気Ｘの直前に通路拡大部２３ｂの壁（空気排出口２２の延長部分の壁）があるため、空気Ｘの流れが外周側から壁に沿う中心方向および循環流れに沿う方向に変換され、スムーズに吸入空気に戻すことができ、これによって大きなトリートメント効果を得ることができる。
【００３１】
すなわち、コンプレッサインペラで生じるスワール成分を持つ空気流れを空気流入口２１から流入させ、空気排出口２２から排出する間にコンプレッサインペラに吸入させる空気と同様の軸方向成分の流れに転用して循環流れとするようにしている。
【００３２】
このようなコンプレッサトリートメント２０を設けた可変容量型過給機１では、サージングの発生を抑えて通過空気量の少ない場合の運転領域を拡大することができる。
【００３３】
また、この可変容量型過給機１では、コンプレッサハウジング３が外周側のスクロール部３ａと内周側のシュラウド部３ｂとの分割構造とされ、それぞれをダイキャストで製造した後、焼き嵌め（暖め嵌め）によって一体にされるとともに、スクロール部３ａに吸気入口部３ｃおよびその内周に嵌合されるインサートリング部２４ａが一体成形してあり、スクロール部３ａとシュラウド部３ｂとの分割部に既に説明したコンプレッサトリートメント２０が形成してある。
【００３４】
したがって、コンプレッサトリートメント２０を設ける場合、後でコンプレッサハウジング３の吸気入口部３ｃに別に製造したインサートリング２４を取り付ける必要があり、部品点数の増大や製造工数の増大となるが、この可変容量型過給機１では、スクロール部３ａに一体に吸気入口部３ｃおよびインサートリング部２４ａを製造し、シュラウド部３ｂを焼き嵌めすることで、分割部にコンプレッサトリートメント２０も形成でき、部品点数の増大や製造工数の増大とならずに製造することができる。
【００３５】
このような可変容量型過給機１のコンプレッサトリートメント２０の形状としては、例えば図３に示すような種々の形状とすることもでき、同図（ａ）のように、空気流入口２１から循環通路２３の端部に直接連通させ、しかも通路拡大部２３ｂが空気排出口２２より先まで大きく形成したものでも良い。また、同図 （ｂ）のように、空気流入口２１から循環通路２３の端部に直接連通させ、通路拡大部２３ｂを小さめに形成するとともに、空気排出口２２の内周面２２ａをテーパ状の傾斜面したものでも良い。さらに、また、同図（ｃ）のように、空気流入口２１を傾けることなく真っ直ぐのスリット状とし、この空気流入口２１から循環通路２３の端部に直接連通させ、通路拡大部２３ｂを空気排出口２２より先まで大きく形成したものでも良い。なお、図中、２４はべったいとして取付けられるインサートリングであるが、この場合もスクロール部３ａに一体に形成するようにしても良い。
【００３６】
これらのいずれのコンプレッサトリートメント２０の形状によってもコンプレッサインペラで生じるスワール成分を持つ空気流れを空気流入口２１から流入させ、空気排出口２２から排出する間に軸方向成分の流れに転用して循環流れとすることができ、サージングの発生を抑えて通過空気量の少ない場合の運転領域を拡大することができる。
【００３７】
なお、コンプレッサトリートメント２０の形状は、これら図示した具体的な形状に限らず、外周に膨らんだ通路拡大部を備え、スワール成分を持つ空気流れを軸方向成分の流れに転用できる他の形状であっても良い。
【００３８】
次に、この発明の排気タービン過給機の一実施の形態について図４により説明するが、既に説明した実施の形態と同一部分には同一記号を記し、説明は省略する。
【００３９】
この排気タービン過給機では、基本構造は既に説明した可変容量型過給機１と同一であり、コンプレッサトリートメント２０の形状の一部の構成が異なるものである。
【００４０】
ここでは、コンプレッサトリートメント２０の空気通路を構成する循環通路２３の内外周間の隙間を形成するリブ２３ａの空気流入口２１側の両面が湾曲面２３ｃとしてある。
【００４１】
これにより、通過空気量が少ないサージ側では、図４（ｂ）に示すように、空気流入口２１から流入する空気Ｘを湾曲面２３ｃでガイドすることで周方向から軸方向にスムーズに変換することができ、一層効率的にコンプレッサインペラで生じるスワール成分を持つ空気流れを空気流入口２１から流入させ、空気排出口２２から排出する間に軸方向成分の流れに転用して循環流れとすることができ、サージングの発生を抑えて通過空気量の少ない場合の運転領域を拡大することができる。
【００４２】
なお、この実施の形態では、リブ２３ａの両方の面を湾曲面２３ｃとしたが、図中破線で示すように、一方面を平坦面としても良く、こうすることで製作が容易となる。
【００４３】
なお、上記実施の形態では、排気タービン過給機として可変容量型過給機を例に説明したが、他の形式の排気タービン過給機であっても同様に適用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上、一実施の形態とともに具体的に説明したようにこの発明の請求項１記載の排気タービン過給機によれば、コンプレッサインペラの外周部と対向するコンプレッサハウジングに第１の空気口を形成するとともに、前記コンプレッサインペラの吸入側前方のコンプレッサハウジングに第２の空気口を形成し、これらを前記コンプレッサハウジングに形成した略円筒状の空気通路を介して連通させた排気タービン過給機で、前記コンプレッサハウジングをスクロール部とシュラウド部との分割構造とする一方、前記スクロール部と前記シュラウド部との分割部に前記第１および第２の空気口および前記空気通路を形成するとともに、前記略円筒状の空気通路の前記第２の空気口側を外周側に膨らませて流路断面積を増大させ通過空気に接線方向の流れを生じさせる通路拡大部を形成し、さらに前記分割部に前記略円筒状の前記空気通路を形成するためのリブを内外周面間に設け、このリブの少なくとも一方面を前記第１空気口から流入し第２空気口から排出する間に空気の流れを軸方向成分の流れに変える湾曲面に形成し、前記スクロール部にコンプレッサへの空気の流入を案内するインサートリング部を一体に形成したので、通路拡大部により流路断面積が大巾に拡大されることでこの部分を通過する流れが外周側に押し付けられ、その後の循環流れを強く生じさせる力を得てスワール成分を循環流れに転用することができる。
【００４５】
このスワール成分の循環流れへの転用によってコンプレッサのサージ側およびチョーク側の特性改善を図ることができる。
【００４６】
また、空気通路を形成するために内外周面の間に設けられるリブの一方面あるいは両方面を湾曲面として空気の流れ方向を変えることで、一層効率良くスワール成分を循環流れに転用することができ、コンプレッサのサージ側の特性改善を図ることができる。
【００４７】
さらに、コンプレッサトリートメントの第１および第２の空気口、前記空気通路、前記通路拡大部をスクロール部と前記シュラウド部との分割部に形成し、しかもスクロール部にインサートリング部を一体に形成することで、部品点数を増やさずにスワール成分を循環流れに転用することができ、コンプレッサトリートメントによるコンプレッサの特性改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の排気タービン過給機の参考例にかかるコンプレッサハウジングの部分拡大断面図、Ａ方向から見た流れの説明図およびＢ方向から見た流れの説明図である。
【図２】 この発明の排気タービン過給機の参考例にかかるコンプレッサトリートメントを省略した可変容量型過給機の全体断面図およびＡ−Ａ断面図である。
【図３】 この発明の排気タービン過給機の参考例にかかるコンプレッサハウジングの部分拡大断面図である。
【図４】 この発明の排気タービン過給機の一実施の形態にかかるコンプレッサハウジングの部分拡大断面図、Ａ方向から見たサージ側の流れの説明図である。
【図５】 従来の排気タービン過給機のコンプレッサトリートメントの部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 可変容量型過給機（排気タービン過給機）
２ タービンハウジング
３ コンプレッサハウジング
３ａ スクロール部
３ｂ シュラウド部
３ｃ 吸気入口部
４ ベアリングハウジング
５ タービンインペラ
６ コンプレッサインペラ
７ タービン軸
８ ガス入口
９ スクロール通路
１０ 環状ガス流路
１１ ガス出口
１２ ノズルベーン
１３ ノズル駆動機構
１４ クリアランスコントロールプレート
１５ ストッパピン
２０ コンプレッサトリートメント
２１ 空気流入口（第１の空気口）
２２ 空気排出口（第２の空気口）
２２ａ 内周面
２３ 循環通路（空気通路）
２３ａ リブ
２３ｂ 通路拡大部
２３ｃ 湾曲面
２４ インサートリング
２４ａ インサートリング部
Ｘ 空気流れ
Ｘａ スワール成分
Ｘｂ ベクトル成分
Ｘｃ 接線方向の流れ
Ｃ ノズルサイドクリアランス
【発明の属する技術分野】
この発明は排気タービン過給機に関し、コンプレッサ特性を改善するため空気を循環させるコンプレッサトリートメントの効率向上を図るようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の排気ガスと環境の問題が世界的にクローズアップされているなか、乗用車クラスの小型ディーゼルエンジン市場ではエミッション規制への対応と低燃費化、性能向上のため過給機の使用が必須となりつつあり、低速から高速域まで広い領域での性能向上を図るため、種々の改良がなされている。
【０００３】
例えば、排気タービン過給機では、コンプレッサの特性を改善する１つの方法として、コンプレッサトリートメントをコンプレッサハウジングに設けることが行われ、サージング特性を改善することが行われている。
【０００４】
このコンプレッサトリートメントは、図５に示すように、コンプレッサハウジングａのコンプレッサインペラｂの外周部と対向する部分に空気流入口ｃを形成し、コンプレッサインペラｂの吸入側前方のコンプレッサハウジングａに空気排出口ｄを形成し、これら空気流入口ｃと空気排出口ｄとを連通する略円筒状の循環通路ｅをコンプレッサハウジングａに形成する。そして、コンプレッサハウジングａの吸入側内周にインサートリングｆを取り付け、吸入する空気をコンプレッサインペラｂに案内するようになっている。
【０００５】
このようなコンプレッサトリートメントをコンプレッサに設けることによって、通過空気量が少ない場合（サージ側）にコンプレッサインペラｂで生じる、逆流する空気の一部を空気流入口ｃから循環通路ｅを介して空気排出口ｄに戻し、これを再びコンプレッサインペラｂに戻すようにして循環させることでサージングを防止して低流量側での運転領域を拡大できるようにしている。
【０００６】
また、通過空気量が多い場合（チョーク側）には、コンプレッサインペラｂの吸入側前方の空気排出口ｄから吸入した空気を循環通路ｅを介して空気流入口ｃからコンプレッサインペラｂに送ることで効率低下を防止するようにしている。
【０００７】
このようなコンプレッサの性能特性を改善するコンプレッサトリートメントの形状などは、循環通路内の流れの解析が不十分なためもあり、理論的に設計することが難しく、実験結果に基づく経験によって設計されることが多く、相似則等により具体的な形状などを決定している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、実際のコンプレッサに適用した場合に、個々の都合による形状の違いにより、実験結果が十分に反映されずコンプレッサトリートメントの効果が大きく変化してしまうという問題がある。
【０００９】
この発明は、上記従来技術の有する課題に鑑みてなされたもので、循環通路内の流れをスムーズにすることでコンプレッサの特性を改善することができる排気タービン過給機を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
これまでのコンプレッサトリートメントについて検討を重ねたところ、個々の形状の違いがあっても、上流と下流の圧力差により生じる循環流れの程度には大きな差がないが、コンプレッサインペラからコンプレッサトリートメントの空気流入口に入った流れが持つスワール成分（円周方向の流れ成分）を循環流れにいかにうまく転用して空気排出口からコンプレッサインペラの吸入側前方に戻すことができるかどうかの程度によってコンプレッサトリートメントの効果が異なることを見出だし、この発明を完成したものである。
【００１１】
すなわち、上記従来技術が有する課題を解決するため、この発明の請求項１記載の排気タービン過給機の具体的構成は、コンプレッサインペラの外周部と対向するコンプレッサハウジングに第１の空気口を形成するとともに、前記コンプレッサインペラの吸入側前方のコンプレッサハウジングに第２の空気口を形成し、これらを前記コンプレッサハウジングに形成した略円筒状の空気通路を介して連通させた排気タービン過給機であって、前記コンプレッサハウジングをスクロール部とシュラウド部との分割構造とする一方、前記スクロール部と前記シュラウド部との分割部に前記第１および第２の空気口および前記空気通路を形成するとともに、前記略円筒状の空気通路の前記第２の空気口側を外周側に膨らませて流路断面積を増大させ通過空気に接線方向の流れを生じさせる通路拡大部を形成し、さらに前記分割部に前記略円筒状の前記空気通路を形成するためのリブを内外周面間に設け、このリブの少なくとも一方面を前記第１空気口から流入し第２空気口から排出する間に空気の流れを軸方向成分の流れに変える湾曲面に形成し、前記スクロール部にコンプレッサへの空気の流入を案内するインサートリング部を一体に形成したことを特徴とするものである。
【００１２】
この排気タービン過給機によれば、コンプレッサインペラの外周部と対向するコンプレッサハウジングに第１の空気口を形成するとともに、前記コンプレッサインペラの吸入側前方のコンプレッサハウジングに第２の空気口を形成し、これらを前記コンプレッサハウジングに形成した略円筒状の空気通路を介して連通させた排気タービン過給機で、前記コンプレッサハウジングをスクロール部とシュラウド部との分割構造とする一方、前記スクロール部と前記シュラウド部との分割部に前記第１および第２の空気口および前記空気通路を形成するとともに、前記略円筒状の空気通路の前記第２の空気口側を外周側に膨らませて流路断面積を増大させ通過空気に接線方向の流れを生じさせる通路拡大部を形成し、さらに前記分割部に前記略円筒状の前記空気通路を形成するためのリブを内外周面間に設け、このリブの少なくとも一方面を前記第１空気口から流入し第２空気口から排出する間に空気の流れを軸方向成分の流れに変える湾曲面に形成し、前記スクロール部にコンプレッサへの空気の流入を案内するインサートリング部を一体に形成しており、通路拡大部により流路断面積が大巾に拡大されることでこの部分を通過する流れが外周側に押し付けられ、その後の循環流れを強く生じさせる力を得てスワール成分を循環流れに転用できるようにしている。
【００１４】
また、空気通路を形成するために内外周面の間に設けられるリブの一方面あるいは両方面を湾曲面として空気の流れ方向を変えることで、一層効率良くスワール成分を循環流れに転用できるようにしている。
【００１６】
さらに、コンプレッサトリートメントの第１および第２の空気口、前記空気通路、前記通路拡大部をスクロール部と前記シュラウド部との分割部に形成し、しかもスクロール部にインサートリング部を一体に形成することで、部品点数を増やさずにスワール成分を循環流れに転用できるようにしている。
【００１７】
そして、この発明により、スワール成分を循環流れに転用できることからコンプレッサトリートメントによるコンプレッサの特性改善を図ることができるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。
図１および図２はこの発明の排気タービン過給機の参考例にかかり、図１はコンプレッサハウジングの部分拡大断面図、Ａ方向から見た流れの説明図およびＢ方向から見た流れの説明図、図２は排気タービン過給機の一例にかかるコンプレッサトリートメントを省略した可変容量型過給機の全体断面図およびＡ−Ａ断面図である。
【００１９】
まず、この発明が適用される排気タービン過給機の全体構造を図２に示す可変容量型過給機１で説明する。
この可変容量型過給機１は、タービンハウジング２とコンプレッサハウジング３との間にベアリングハウジング４が配置されて一体に連結されており、タービンハウジング２内のタービンインペラ５とコンプレッサハウジング３内のコンプレッサインペラ６とがベアリングハウジング４内で回転可能に支持されたタービン軸７を介して一体に連結されている。このタービンハウジング２には、一端にガス入口８を備えたスクロール通路９が設けられ、このスクロール通路９の内周部に環状ガス流路１０が設けられてガスをタービンインペラ５に導入する一方、タービンインペラ５を駆動した後のガスを中心部に形成したガス出口１１から排出するようになっている。
【００２０】
そして、タービンハウジング２の環状ガス流路１０には、ベーンノズルを構成する複数のノズルベーン１２が回動可能に設けられ、スライドジョイント方式などのノズル駆動機構１３によって外部からノズルベーン１２の角度を調整制御することで開閉され、タービンインペラ５に導入されるガスの流量を変えることができるようになっている（なお、図２では紙面上部のノズルベーン１２を全開状態とし、紙面下部のノズルベーン１２を全閉状態として示してある）。
【００２１】
このような可変容量型過給機１では、ノズルサイドクリアランスＣが性能に大きな影響を及ぼすため、ノズルの作動と性能面と信頼性とから最適な隙間を決定し、ベーンノズルのノズルベーン１２の側面に位置させてクリアランスコントロールプレート１４をタービンハウジング２に取り付けるようにし、熱間時のクリアランスＣの確保や排気ガスがノズルを通過せずに流出することによる性能低下を抑えるようにしている。
【００２２】
したがって、このような可変容量型過給機１によれば、エンジンの低速時のガス流量が少ない場合には、ノズルベーン１２を回動してベーンノズルを絞るようにし、エンジンの高速時のガス流量が多い場合には、ノズルベーン１２を回動して開くようにし、最大限の位置としてベーンノズルがストッパピン１５に当たるまで開くようにすることで、低速回転から高速回転領域までの広範囲の過給によりエンジンの性能向上を図ることができるようにしている。
【００２３】
このような可変容量型過給機１では、いわゆるコンプレッサトリートメント２０として、図１に示すように、コンプレッサハウジング３のコンプレッサインペラ６の外周部と対向する部分に第１の空気口としての空気流入口２１を形成し、コンプレッサインペラ６の吸入側前方のコンプレッサハウジング３に第２の空気口としての空気排出口２２を形成し、これら空気流入口２１と空気排出口２２とを連通する空気通路としての略円筒状の循環通路２３をコンプレッサハウジング３に形成してある。そして、コンプレッサハウジング３の吸入側内周にインサートリング部２４ａを一体に形成し、吸入する空気をコンプレッサインペラ６に案内するようになっている。
【００２４】
また、このコンプレッサトリートメント２０では、空気流入口２１がコンプレッサでの吸気の流れの上流側から下流側に傾いた（図１（ａ）では、右に傾いた）スリット状に形成される一方、空気排出口２２も、同様に、コンプレッサでの吸気の流れの上流側から下流側に傾いた（図１（ａ）では、右に傾いた）スリット状に形成してある。
【００２５】
そして、これら空気流入口２１と空気排出口２２を連通させる循環通路２３は、円筒状の隙間を確保するため、円周方向３か所程度にリブ２３ａが設けられており、これらリブ２３ａによって略円筒状の通路となっている。
【００２６】
さらに、これら空気流入口２１と空気排出口２２を連通させる略円筒状の循環通路２３には、中間部から空気排出口２２側に外周に膨らませて流路断面積を拡大した通路拡大部２３ｂが形成してあり、この通路拡大部２３ｂの空気排出口２２側は空気排出口２２と同一の傾斜面とされ、空気流入口２１側も空気排出口２２と同一の傾斜面とされ、略平行四辺形状の横断面形状になっている。
【００２７】
これにより、循環通路２３は、略円筒状とされ、その流路断面積の小さい部分の途中から外周側に膨らんで流路断面積の大きい通路拡大部２３ｂを経て空気排出口２２に連通することになる。
【００２８】
このようなコンプレッサトリートメント２０をコンプレッサに設けた可変容量型過給機１では、通過空気量が少ない場合（サージ側）にコンプレッサインペラ６で生じる吸入空気に対して逆流する空気を空気流入口２１から循環通路２３および通路拡大部２３ｂを介して空気排出口２２から吸入空気中に戻すようにし、これを再びコンプレッサインペラ６に吸引させて循環させることでサージングを防止して低流量側での運転領域を拡大することができる。
【００２９】
このようなコンプレッサインペラ６で生じる、逆流する空気を循環させる流れにする場合に、このコンプレッサトリートメント２０では、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、空気流入口２１から入った空気Ｘには、強いスワール成分Ｘａの流れ（円周方向の流れ）が残っているが、循環通路２３に円筒状の隙間を形成するためのリブ２３ａが形成してあることからこれらリブ２３ａによって空気排出口２２方向へのベクトル成分（循環流れ成分）Ｘｂで加速され、さらに通路拡大部２３ｂによって流路断面積が大きくなることで、空気Ｘに接線方向の流れＸｃが発生し、これらの成分のベクトル和として空気Ｘが外周側に押し付けられる。
【００３０】
すると、外周側に押し付けられた空気Ｘの直前に通路拡大部２３ｂの壁（空気排出口２２の延長部分の壁）があるため、空気Ｘの流れが外周側から壁に沿う中心方向および循環流れに沿う方向に変換され、スムーズに吸入空気に戻すことができ、これによって大きなトリートメント効果を得ることができる。
【００３１】
すなわち、コンプレッサインペラで生じるスワール成分を持つ空気流れを空気流入口２１から流入させ、空気排出口２２から排出する間にコンプレッサインペラに吸入させる空気と同様の軸方向成分の流れに転用して循環流れとするようにしている。
【００３２】
このようなコンプレッサトリートメント２０を設けた可変容量型過給機１では、サージングの発生を抑えて通過空気量の少ない場合の運転領域を拡大することができる。
【００３３】
また、この可変容量型過給機１では、コンプレッサハウジング３が外周側のスクロール部３ａと内周側のシュラウド部３ｂとの分割構造とされ、それぞれをダイキャストで製造した後、焼き嵌め（暖め嵌め）によって一体にされるとともに、スクロール部３ａに吸気入口部３ｃおよびその内周に嵌合されるインサートリング部２４ａが一体成形してあり、スクロール部３ａとシュラウド部３ｂとの分割部に既に説明したコンプレッサトリートメント２０が形成してある。
【００３４】
したがって、コンプレッサトリートメント２０を設ける場合、後でコンプレッサハウジング３の吸気入口部３ｃに別に製造したインサートリング２４を取り付ける必要があり、部品点数の増大や製造工数の増大となるが、この可変容量型過給機１では、スクロール部３ａに一体に吸気入口部３ｃおよびインサートリング部２４ａを製造し、シュラウド部３ｂを焼き嵌めすることで、分割部にコンプレッサトリートメント２０も形成でき、部品点数の増大や製造工数の増大とならずに製造することができる。
【００３５】
このような可変容量型過給機１のコンプレッサトリートメント２０の形状としては、例えば図３に示すような種々の形状とすることもでき、同図（ａ）のように、空気流入口２１から循環通路２３の端部に直接連通させ、しかも通路拡大部２３ｂが空気排出口２２より先まで大きく形成したものでも良い。また、同図 （ｂ）のように、空気流入口２１から循環通路２３の端部に直接連通させ、通路拡大部２３ｂを小さめに形成するとともに、空気排出口２２の内周面２２ａをテーパ状の傾斜面したものでも良い。さらに、また、同図（ｃ）のように、空気流入口２１を傾けることなく真っ直ぐのスリット状とし、この空気流入口２１から循環通路２３の端部に直接連通させ、通路拡大部２３ｂを空気排出口２２より先まで大きく形成したものでも良い。なお、図中、２４はべったいとして取付けられるインサートリングであるが、この場合もスクロール部３ａに一体に形成するようにしても良い。
【００３６】
これらのいずれのコンプレッサトリートメント２０の形状によってもコンプレッサインペラで生じるスワール成分を持つ空気流れを空気流入口２１から流入させ、空気排出口２２から排出する間に軸方向成分の流れに転用して循環流れとすることができ、サージングの発生を抑えて通過空気量の少ない場合の運転領域を拡大することができる。
【００３７】
なお、コンプレッサトリートメント２０の形状は、これら図示した具体的な形状に限らず、外周に膨らんだ通路拡大部を備え、スワール成分を持つ空気流れを軸方向成分の流れに転用できる他の形状であっても良い。
【００３８】
次に、この発明の排気タービン過給機の一実施の形態について図４により説明するが、既に説明した実施の形態と同一部分には同一記号を記し、説明は省略する。
【００３９】
この排気タービン過給機では、基本構造は既に説明した可変容量型過給機１と同一であり、コンプレッサトリートメント２０の形状の一部の構成が異なるものである。
【００４０】
ここでは、コンプレッサトリートメント２０の空気通路を構成する循環通路２３の内外周間の隙間を形成するリブ２３ａの空気流入口２１側の両面が湾曲面２３ｃとしてある。
【００４１】
これにより、通過空気量が少ないサージ側では、図４（ｂ）に示すように、空気流入口２１から流入する空気Ｘを湾曲面２３ｃでガイドすることで周方向から軸方向にスムーズに変換することができ、一層効率的にコンプレッサインペラで生じるスワール成分を持つ空気流れを空気流入口２１から流入させ、空気排出口２２から排出する間に軸方向成分の流れに転用して循環流れとすることができ、サージングの発生を抑えて通過空気量の少ない場合の運転領域を拡大することができる。
【００４２】
なお、この実施の形態では、リブ２３ａの両方の面を湾曲面２３ｃとしたが、図中破線で示すように、一方面を平坦面としても良く、こうすることで製作が容易となる。
【００４３】
なお、上記実施の形態では、排気タービン過給機として可変容量型過給機を例に説明したが、他の形式の排気タービン過給機であっても同様に適用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上、一実施の形態とともに具体的に説明したようにこの発明の請求項１記載の排気タービン過給機によれば、コンプレッサインペラの外周部と対向するコンプレッサハウジングに第１の空気口を形成するとともに、前記コンプレッサインペラの吸入側前方のコンプレッサハウジングに第２の空気口を形成し、これらを前記コンプレッサハウジングに形成した略円筒状の空気通路を介して連通させた排気タービン過給機で、前記コンプレッサハウジングをスクロール部とシュラウド部との分割構造とする一方、前記スクロール部と前記シュラウド部との分割部に前記第１および第２の空気口および前記空気通路を形成するとともに、前記略円筒状の空気通路の前記第２の空気口側を外周側に膨らませて流路断面積を増大させ通過空気に接線方向の流れを生じさせる通路拡大部を形成し、さらに前記分割部に前記略円筒状の前記空気通路を形成するためのリブを内外周面間に設け、このリブの少なくとも一方面を前記第１空気口から流入し第２空気口から排出する間に空気の流れを軸方向成分の流れに変える湾曲面に形成し、前記スクロール部にコンプレッサへの空気の流入を案内するインサートリング部を一体に形成したので、通路拡大部により流路断面積が大巾に拡大されることでこの部分を通過する流れが外周側に押し付けられ、その後の循環流れを強く生じさせる力を得てスワール成分を循環流れに転用することができる。
【００４５】
このスワール成分の循環流れへの転用によってコンプレッサのサージ側およびチョーク側の特性改善を図ることができる。
【００４６】
また、空気通路を形成するために内外周面の間に設けられるリブの一方面あるいは両方面を湾曲面として空気の流れ方向を変えることで、一層効率良くスワール成分を循環流れに転用することができ、コンプレッサのサージ側の特性改善を図ることができる。
【００４７】
さらに、コンプレッサトリートメントの第１および第２の空気口、前記空気通路、前記通路拡大部をスクロール部と前記シュラウド部との分割部に形成し、しかもスクロール部にインサートリング部を一体に形成することで、部品点数を増やさずにスワール成分を循環流れに転用することができ、コンプレッサトリートメントによるコンプレッサの特性改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の排気タービン過給機の参考例にかかるコンプレッサハウジングの部分拡大断面図、Ａ方向から見た流れの説明図およびＢ方向から見た流れの説明図である。
【図２】 この発明の排気タービン過給機の参考例にかかるコンプレッサトリートメントを省略した可変容量型過給機の全体断面図およびＡ−Ａ断面図である。
【図３】 この発明の排気タービン過給機の参考例にかかるコンプレッサハウジングの部分拡大断面図である。
【図４】 この発明の排気タービン過給機の一実施の形態にかかるコンプレッサハウジングの部分拡大断面図、Ａ方向から見たサージ側の流れの説明図である。
【図５】 従来の排気タービン過給機のコンプレッサトリートメントの部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 可変容量型過給機（排気タービン過給機）
２ タービンハウジング
３ コンプレッサハウジング
３ａ スクロール部
３ｂ シュラウド部
３ｃ 吸気入口部
４ ベアリングハウジング
５ タービンインペラ
６ コンプレッサインペラ
７ タービン軸
８ ガス入口
９ スクロール通路
１０ 環状ガス流路
１１ ガス出口
１２ ノズルベーン
１３ ノズル駆動機構
１４ クリアランスコントロールプレート
１５ ストッパピン
２０ コンプレッサトリートメント
２１ 空気流入口（第１の空気口）
２２ 空気排出口（第２の空気口）
２２ａ 内周面
２３ 循環通路（空気通路）
２３ａ リブ
２３ｂ 通路拡大部
２３ｃ 湾曲面
２４ インサートリング
２４ａ インサートリング部
Ｘ 空気流れ
Ｘａ スワール成分
Ｘｂ ベクトル成分
Ｘｃ 接線方向の流れ
Ｃ ノズルサイドクリアランス
Claims (1)
- コンプレッサインペラの外周部と対向するコンプレッサハウジングに第１の空気口を形成するとともに、前記コンプレッサインペラの吸入側前方のコンプレッサハウジングに第２の空気口を形成し、これらを前記コンプレッサハウジングに形成した略円筒状の空気通路を介して連通させた排気タービン過給機であって、
前記コンプレッサハウジングをスクロール部とシュラウド部との分割構造とする一方、前記スクロール部と前記シュラウド部との分割部に前記第１および第２の空気口および前記空気通路を形成するとともに、前記略円筒状の空気通路の前記第２の空気口側を外周側に膨らませて流路断面積を増大させ通過空気に接線方向の流れを生じさせる通路拡大部を形成し、さらに前記分割部に前記略円筒状の前記空気通路を形成するためのリブを内外周面間に設け、このリブの少なくとも一方面を前記第１空気口から流入し第２空気口から排出する間に空気の流れを軸方向成分の流れに変える湾曲面に形成し、前記スクロール部にコンプレッサへの空気の流入を案内するインサートリング部を一体に形成したことを特徴とする排気タービン過給機。
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