JP5344082B2

JP5344082B2 - 遠心圧縮機及びターボ過給機

Info

Publication number: JP5344082B2
Application number: JP2012505392A
Authority: JP
Inventors: 正和田畑
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: CN102472298A; EP2549122A1; EP2549122A4; WO2011114487A1; JPWO2011114487A1; US20120111002A1; US8863513B2

Description

本発明は、ディフューザに出没式の可動ベーンが設けられた遠心圧縮機、及びその遠心圧縮機を備えたターボ過給機に関する。

遠心圧縮機として、ディフューザ通路内に突出する位置とディフューザ壁内に設けられた収容室内に収容される位置との間で移動可能なベーンがディフューザに設けられたものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００１−３２９９９６号公報

特許文献１の遠心圧縮機では突出位置に移動させた場合にベーンを反対側のディフューザ壁に当てるので、この際にベーンが変形したり反対側のディフューザ壁のうちベーンが当たった部分が磨耗したりするおそれがある。この問題を回避するためには突出位置に移動させたときに反対側のディフューザ壁とベーンとの間にクリアランスを設ければよい。しかしながら、このクリアランスが大きいと圧縮効率が低下するので、このクリアランスは小さくする必要がある。このクリアランスの大きさは、突出位置においてベーンがディフューザ内に突出する長さ及びディフューザ壁間の距離にて決まる。そのため、ベーン及びハウジングの各部のうちクリアランスに影響を与える部分の寸法を管理することによってクリアランスを小さくすることができるが、寸法を管理すべき部分が多いとそれらの寸法管理に手間がかかり製造コストが増大する。

そこで、本発明は、突出位置におけるベーンとディフューザ壁との間のクリアランスの大きさを低減するために寸法を管理すべき部分の数を低減可能な遠心圧縮機、及びターボ過給機を提供することを目的とする。

本発明の遠心圧縮機は、端部にインペラが設けられた回転軸を軸線回りに回転自在に支持する第１ハウジングと、前記軸線方向に並ぶように前記第１ハウジングと組み合わされ、内部に前記インペラを収容する第２ハウジングと、を有し、前記インペラの外周には前記第１ハウジング側の第１ディフューザ壁部と前記第２ハウジング側の第２ディフューザ壁部とによって前記インペラの出口側に通じる通路空間としてのディフューザが形成されたハウジングアセンブリと、前記第１ディフューザ壁部に設けられた格納室内に配置され、前記第２ディフューザ壁部と対向する対向面を有する基部と、前記対向面から前記第２ディフューザ壁部側に突出する翼部と、を有し、前記対向面が前記格納室に設けられた位置決め面と接触し、かつ前記翼部が前記ディフューザ内に突出する突出位置と前記翼部が前記突出位置よりも前記第１ディフューザ壁部側に後退する後退位置との間で前記軸線方向に移動可動な可動ベーンと、を備え、前記第１ハウジングには、前記軸線方向と直交する方向に延びる取付面が設けられ、前記第２ハウジングは、前記第２ディフューザ壁部よりも前記第１ハウジング側に突出した固定部及び前記固定部に設けられて前記軸線方向と直交する方向に延びる締結面を有し、かつ前記締結面が前記取付面に取り付けられることによって前記第１ハウジングと組み合わされ、前記位置決め面は、前記締結面と同一平面上に位置するように前記格納室に設けられている。

本発明の遠心圧縮機では、位置決め面と締結面とが同一平面上に位置している。そのため、突出位置における可動ベーンと第２ディフューザ壁部との間のクリアランスの大きさは、締結面と第２ディフューザ壁部との間の軸線方向の距離及び翼部が基部から軸線Ａｘ方向に突出している長さの２つの寸法で決まる。このように本発明の遠心圧縮機によれば、クリアランスの大きさを低減するために寸法を管理すべき部分の数を２つに低減できる。また、このように寸法を管理すべき部分を２つに低減することにより各部品の加工誤差や組み付け誤差がクリアランスの大きさに与える影響を抑えることができるので、このクリアランスの大きさが製品毎にばらつくことを抑制できる。さらに、寸法を管理すべき部分の数を低減することにより、これらの部分の寸法管理を容易に行うことができる。本発明の遠心圧縮機によればクリアランスの大きさを精度良く管理できるので、突出位置における可動ベーンと第２ディフューザ壁部との間にクリアランスを設けつつそのクリアランスの大きさを低減できる。

本発明の遠心圧縮機の一形態において、前記第１ディフューザ壁部には、前記取付面よりも前記軸線方向に凹み、かつ前記基部が前記軸線方向に移動可能に収容されて前記格納室となる凹部が設けられ、前記締結面は、その一部が前記凹部の少なくとも一部を覆うように前記取付面に取り付けられ、前記位置決め面は、前記締結面の前記凹部を覆っている部分であってもよい。この場合、突出位置における可動ベーンの位置決めが締結面で直接行われるので、この位置決めの精度を高めることができる。そのため、突出位置における可動ベーンと第２ディフューザ壁部との間にクリアランスを設けつつそのクリアランスの大きさをさらに低減できる。

本発明のターボ過給機は、上述した遠心圧縮機と、タービンと、を備え、前記遠心圧縮機が内燃機関の吸気通路に設けられるとともに前記タービンが前記内燃機関の排気通路に設けられ、前記タービンで前記内燃機関の排気エネルギを回収し、回収した排気エネルギで前記遠心圧縮機の前記インペラを回転駆動して前記内燃機関を過給する。

本発明のターボ過給機によれば、上述した遠心圧縮機を備えているので、突出位置における可動ベーンと第２ディフューザ壁部との間のクリアランスの大きさを低減するために寸法を管理すべき部分の数を２つに低減できる。そして、これにより突出位置における可動ベーンと第２ディフューザ壁部との間にクリアランスを設けつつそのクリアランスの大きさを低減できる。そのため、可動ベーンを突出位置に移動させたときの過給効率の低下を抑制できる。

本発明の第１の形態に係る遠心圧縮機が組み込まれたターボ過給機の要部を示す図。ディフューザの周辺を拡大して示す図。可動ベーンを拡大して示す図。本発明の第２の形態に係る遠心圧縮機のディフューザの周辺を拡大して示す図。

（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係る遠心圧縮機が組み込まれたターボ過給機の要部を示している。このターボ過給機１は、車両に走行用動力源として搭載される内燃機関に取り付けられるものであり、遠心式のコンプレッサ２と、タービン（不図示）とを備えている。タービンは、周知のターボ過給機と同様のものであるため、図示及び説明を省略する。

コンプレッサ２は、ハウジングアセンブリ３と、ハウジングアセンブリ３内に収容されたインペラ４とを備えている。ハウジングアセンブリ３は、インペラ４が収容されるホイール室５と、ホイール室５の径方向外側に設けられ、インペラ４の出口側に通じる通路空間としてのディフューザ６と、ディフューザ６の径方向外側に設けられてディフューザ６と通じている渦巻き状のスクロール室７とを備えている。インペラ４は、回転軸８の端部にナット８ａで固定されており、回転軸８と一体に回転する。なお、回転軸８の他方の端部にはタービンのタービンホイールが取り付けられている。なお、これらの部分はターボ過給機が備える周知の遠心式のコンプレッサと同じであるため、詳細な説明は省略する。

ハウジングアセンブリ３は、第１ハウジングとしてのベアリングハウジング９と、第２ハウジングとしてのコンプレッサハウジング１０とを備えている。ベアリングハウジング９は、回転軸８を軸線Ａｘ回りに回転自在に支持している。コンプレッサハウジング１０は、内部にインペラ４を軸線Ａｘ回りに回転可能に収容し、かつベアリングハウジング９と軸線Ａｘ方向に並ぶようにベアリングハウジング９と組み合わされている。図２は、ディフューザ６の周辺を拡大して示している。この図に示したようにベアリングハウジング９は、軸線Ａｘ方向と直交する方向に延びる取付面９ａを備えている。取付面９ａはディフューザ６よりも径方向外側に設けられている。コンプレッサハウジング１０には、この取付面９ａに取り付けられる固定部１１が設けられている。固定部１１には、取付面９ａと同様に軸線Ａｘ方向と直交する方向に延びる締結面１１ａが設けられている。コンプレッサハウジング１０は、この締結面１１ａが取付面９ａと接するようにしてベアリングハウジング９と組み合わされる。

この図に示したようにディフューザ６は、ベアリングハウジング９側の第１ディフューザ壁部１２及びコンプレッサハウジング１０側の第２ディフューザ壁部１３にて形成されている。これらのディフューザ壁部１２、１３は、軸線Ａｘ方向に並び、かつ互いに対向するように配置されている。第２ディフューザ壁部１３は、ディフューザ６を形成する壁面１３ａを備えている。この壁面１３ａは、締結面１１ａに対して軸線Ａｘ方向に距離Ｌ１凹んだ位置に設けられている。第１ディフューザ壁部１２には、可動ベーン機構１４が設けられている。可動ベーン機構１４は、可動ベーン１５と、可動ベーン１５を軸線Ａｘ方向に駆動する駆動装置１６とを備えている。駆動装置１６は、不図示のアクチュエータの動力をリンク機構等を介して可動ベーン１５に伝達し、これにより可動ベーン１５を軸線Ａｘ方向に駆動する周知のものでよい。そのため、詳細な説明は省略する。

図３は可動ベーン１５を拡大して示している。この図に示すように可動ベーン１５は、中空円板状の基部１７と、基部１７から突出する複数の翼部１８とを備えている。なお、図では翼部１８は１つのみを示す。各翼部１８は、基部１７から第２ディフューザ壁部１３側に突出している。基部１７は、第２ディフューザ壁部１３と対向し、かつ軸線Ａｘ方向と直交する方向に延びる対向面１７ａを有している。翼部１８は、その対向面１７ａから軸線Ａｘ方向に突出している。この翼部１８の突出長さＬ２には、上述した第２ディフューザ壁部１３の壁面１３ａと締結面１１ａとの間の距離Ｌ１よりも若干小さい値が設定されている。

ベアリングハウジング９には、取付面９ａの径方向内側に配置され、取付面９ａから軸線Ａｘ方向に凹む凹部１９が設けられている。この凹部１９は、インペラ４の外周に全周に亘って設けられている。また、ベアリングハウジング９には、この凹部１９を覆うようにディフューザプレート２０が取り付けられている。この図に示すようにディフューザプレート２０は、コンプレッサハウジング１０の固定部１１に設けられた段差部１１ｂに嵌め込まれ、ベアリングハウジング９とコンプレッサハウジング１０との間に挟み込まれることにより固定される。段差部１１ｂは、ディフューザプレート２０が嵌め込まれた場合にディフューザプレート２０のベアリングハウジング側の面２０ａが締結面１１ａと面一、すなわち同一平面上に位置するように設けられている。そのため、ディフューザプレート２０は、ベアリングハウジング側の面２０ａが取付面９ａと接するように取り付けられる。このように凹部１９がディフューザプレート２０で覆われることにより、第１ディフューザ壁部１２に格納室２１が形成される。また、ディフューザプレート２０が第１ディフューザ壁部１２の一部となってディフューザ６の一方の壁面を形成する。可動ベーン１５は、この格納室２１内に軸線Ａｘ方向に移動可能なように配置されている。ディフューザプレート２０には、翼部１８の断面形状と同じ形状の貫通孔２０ｂが翼部１８と同数設けられており、可動ベーン１５は各翼部１８がこれら貫通孔２０ｂにそれぞれ挿入されるように格納室２１内に配置されている。

次に可動ベーン１５の動作について説明する。上述したように駆動装置１６は、可動ベーン１５を軸線Ａｘ方向に駆動する。この際、駆動装置１６は、翼部１８がディフューザ６内に突出する突出位置と翼部１８が第１ディフューザ壁部１２内に収容される後退位置との間で可動ベーン１５を軸線Ａｘ方向に駆動する。図２に示したように突出位置では、可動ベーン１５はその対向面１７ａがディフューザプレート２０のベアリングハウジング側の面２０ａと接触する。そして、これにより突出位置における可動ベーン１５の位置が決まる。そのため、このディフューザプレート２０のベアリングハウジング側の面２０ａが本発明の位置決め面に相当する。上述したように翼部１８の突出長さＬ２は第２ディフューザ壁部１３の壁面１３ａと締結面１１ａとの間の距離Ｌ１よりも若干小さい。そのため、突出位置において翼部１８が壁面１３ａに当たることを防止できる。一方、後退位置では、基部１７の対向面１７ａと反対側の面１７ｂが凹部１９の底１９ａに接することにより可動ベーン１５の位置が決まる。

以上に説明したように、本発明のコンプレッサ２では、突出位置における可動ベーン１５の位置を決めるディフューザプレート２０のベアリングハウジング側の面２０ａが締結面１１ａと同一平面上に配置される。そのため、図２に示したように突出位置における可動ベーン１５と第２ディフューザ壁部１３との間のクリアランスＣの大きさは、第２ディフューザ壁部１３の壁面１３ａと締結面１１ａとの間の軸線Ａｘ方向の距離Ｌ１と翼部１８の突出長さＬ２との差によって決まる。すなわち、これら距離Ｌ１及び突出長さＬ２の２つの寸法を管理することでクリアランスＣの大きさを管理できる。このように寸法を管理すべき部分を２つに低減することにより、各部品の加工誤差や組み付け誤差がクリアランスＣの大きさに与える影響を抑えることができる。そのため、クリアランスＣの大きさが製品毎にばらつくことを抑制できる。また、管理すべき部分の数を低減することにより、これらの部分の寸法の管理を容易に行うことができる。さらに、このコンプレッサ２によれば、翼部１８の突出長さＬ２を距離Ｌ１よりも若干小さくしたので、クリアランスＣを設けることができる。これにより翼部１８が変形することを防止できる。また、クリアランスＣの大きさは距離Ｌ１及び突出長さＬ２の２つの寸法のみで決まるので、クリアランスＣの大きさを精度良く管理できる。そのため、突出位置における可動ベーン１５と第２ディフューザ壁部１３との間のクリアランスＣを設けつつそのクリアランスＣの大きさを低減できる。

（第２の形態）
図４を参照して本発明の第２の形態に遠心圧縮機について説明する。なお、この形態において第１の形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図４は、第１の形態の図２に対応する図である。それ以外の部分は第１の形態と同じであるため、説明は省略する。

この図に示すようにこの形態では、ディフューザプレート２０及びコンプレッサハウジング１０の締結面１１ａの一部が凹部１９を覆うことにより格納室２１が形成されている。ディフューザプレート２０は、そのベアリングハウジング側の面２０ａが締結面１１ａよりも第２ディフューザ壁部１３寄りに位置するように設けられている。このような位置にディフューザプレート２０を固定するために、ディフューザプレート２０にはそのベアリングハウジング側の面２０ａから軸線Ａｘ方向に延びる支持部材３０が設けられている。なお、可動ベーン１５の基部１７には軸線Ａｘ方向に貫通する貫通孔１７ｃが設けられており、支持部材３０はその貫通孔１７ｃに挿入されている。また、この図に示したようにこの形態では、突出位置において可動ベーン１５の対向面１７ａが締結面１１ａと接触するように基部１７の大きさが設定されている。すなわち、この形態では、突出位置における可動ベーン１５の位置決めがコンプレッサハウジング１０の締結面１１ａにて行われる。そのため、締結面１１ａのうち凹部１９を覆っている部分が本発明の位置決め面に相当する。なお、この形態においても翼部１８の突出長さＬ２は、第２ディフューザ壁部１３の壁面１３ａと締結面１１ａとの間の距離Ｌ１よりも若干小さい値が設定される。

この第２の形態によれば、突出位置における可動ベーン１５の位置決めが締結面１１ａにて行われる。そのため、上述した第１の形態と同様に突出位置における可動ベーン１５と第２ディフューザ壁部１３との間のクリアランスＣの大きさは、第２ディフューザ壁部１３の壁面１３ａと締結面１１ａとの間の距離Ｌ１と翼部１８の突出長さＬ２との差によって決まる。従って、クリアランスＣを低減するために寸法を管理すべき部分を２つに低減することができる。これによりクリアランスＣの大きさが製品毎にばらつくことを抑制できる。また、クリアランスＣの大きさに影響を与える部分の寸法の管理を容易に行うことができる。第２の形態においても翼部１８の突出長さＬ２が距離Ｌ１より若干小さいので、翼部１８が変形することを防止できる。この形態では、可動ベーン１５の位置決めを締結面１１ａで直接行うので、突出位置における可動ベーン１５の位置決めの精度を高めることができる。これによりクリアランスＣの大きさをさらに精度良く管理することができるので、クリアランスＣの大きさをさらに低減できる。

本発明は、上述した各形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の遠心圧縮機はターボ過給機に組み込まずに単独で使用してもよい。

Claims

端部にインペラが設けられた回転軸を軸線回りに回転自在に支持する第１ハウジングと、前記軸線方向に並ぶように前記第１ハウジングと組み合わされ、内部に前記インペラを収容する第２ハウジングと、を有し、前記インペラの外周には前記第１ハウジング側の第１ディフューザ壁部と前記第２ハウジング側の第２ディフューザ壁部とによって前記インペラの出口側に通じる通路空間としてのディフューザが形成されたハウジングアセンブリと、
前記第１ディフューザ壁部に設けられた格納室内に配置され、前記第２ディフューザ壁部と対向する対向面を有する基部と、前記対向面から前記第２ディフューザ壁部側に突出する翼部と、を有し、前記対向面が前記格納室に設けられた位置決め面と接触し、かつ前記翼部が前記ディフューザ内に突出する突出位置と前記翼部が前記突出位置よりも前記第１ディフューザ壁部側に後退する後退位置との間で前記軸線方向に移動可動な可動ベーンと、を備え、
前記第１ハウジングには、前記軸線方向と直交する方向に延びる取付面が設けられ、
前記第２ハウジングは、前記第２ディフューザ壁部よりも前記第１ハウジング側に突出した固定部及び前記固定部に設けられて前記軸線方向と直交する方向に延びる締結面を有し、かつ前記締結面が前記取付面に取り付けられることによって前記第１ハウジングと組み合わされ、
前記位置決め面は、前記締結面と同一平面上に位置するように前記格納室に設けられている遠心圧縮機。
前記第１ディフューザ壁部には、前記取付面よりも前記軸線方向に凹み、かつ前記基部が前記軸線方向に移動可能に収容されて前記格納室となる凹部が設けられ、
前記締結面は、その一部が前記凹部の少なくとも一部を覆うように前記取付面に取り付けられ、
前記位置決め面は、前記締結面の前記凹部を覆っている部分である請求項１に記載の遠心圧縮機。
請求項１又は２に記載の遠心圧縮機と、タービンと、を備え、
前記遠心圧縮機が内燃機関の吸気通路に設けられるとともに前記タービンが前記内燃機関の排気通路に設けられ、
前記タービンで前記内燃機関の排気エネルギを回収し、回収した排気エネルギで前記遠心圧縮機の前記インペラを回転駆動して前記内燃機関を過給するターボ過給機。