JP4592563B2 - 排気ターボ過給機のコンプレッサ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気ターボ過給機に用いられ、インペラー外周部位の空気通路に開口する入口スリットとコンプレッサ入口空気通路に開口する出口スリットとを接続する再循環通路を備えて、入口スリットからインペラーを流れる空気の一部を取り入れて再循環通路を通して出口スリットからコンプレッサ入口空気通路に流出するようにした排気ターボ過給機のコンプレッサに関する。

排気ターボ過給機のコンプレッサにおいては、インペラー外周部位の空気通路に開口する入口スリットとコンプレッサハウジング内に形成されたコンプレッサ入口空気通路に開口する出口スリットとを接続する再循環通路をそなえ、入口スリットからインペラーを流れる空気の一部を取り入れて再循環通路を通し、出口スリットからコンプレッサ入口空気通路に流出するように構成した再循環通路付きコンプレッサが、近年普及されつつある。

かかる再循環通路付きコンプレッサとして、特許文献１（特開２００３−３１４４９６号公報）、特許文献２（特許第３０３８３９８号公報）等が提供されている。
特許文献１においては、インペラー外周部位の空気通路に開口する入口スリットと、コンプレッサ入口空気通路に開口する出口スリットと、該入口スリット及び出口スリットを接続する再循環通路とをコンプレッサハウジング内に形成し、再循環通路の内周径をインペラー入口外周径の１．５〜２．０倍、再循環通路の高さを入口スリットの幅の１．０〜２．０倍に構成して、コンプレッサの作動領域を低流量側に拡大している。

また、特許文献２においては、インペラー外周部位の空気通路に開口する入口スリットと、コンプレッサ入口空気通路に開口する出口スリットと、該入口スリット及び出口スリットを接続する再循環通路とをコンプレッサハウジング内に形成し、出口スリット内にフィンを設けて再循環通路を通った再循環流をコンプレッサ入口空気通路内の空気主流に垂直に衝突させて、該空気主流に旋回流を形成させるようにしている。

特開２００３−３１４４９６号公報 特許第３０３８３９８号公報

しかしながら、特許文献１（特開２００３−３１４４９６号公報）の技術にあっては、インペラー外周部位の空気通路に開口する入口スリットとコンプレッサ入口空気通路に開口する出口スリットとを接続する再循環通路の形状寸法を、入口スリット及びインペラー入口外周径に対して限定して、コンプレッサの作動領域を低流量側に拡大するようにしているにとどまり、再循環通路を通って出口スリットからコンプレッサ入口空気通路内の空気主流内に噴出せしめる際に発生する空気気流の騒音の防止については開示されていない。

また、かかる空気気流の騒音については、出口スリットに近い再循環通路の下流側の形状及び出口スリットの形状が大きく影響するが、特許文献１の技術にあっては、入口スリットから再循環通路を経て出口スリットに至る再循環用空気通路をコンプレッサハウジング内に形成しているため、入口スリットから再循環通路を経て出口スリットに至る再循環用空気通路の形状が、コンプレッサハウジングの設計時に一義的に決定してしまい、このためコンプレッサ製作後における実験によって、特に騒音低減の面から出口スリットに近い再循環通路の下流側の形状及び出口スリットの形状を変更しようとする場合には、騒音低減用のコンプレッサハウジングを別個に製作しなければならない。
また、特許文献１の技術にあっては、既設のコンプレッサに対して、前記のような騒音低減の面から出口スリットに近い再循環通路の下流側の形状及び出口スリットの形状を変更しようとする場合においても、騒音低減用のコンプレッサハウジングを製作して既設のコンプレッサと交換なければならない。

また、特許文献２（特許第３０３８３９８号公報）の技術にあっては、コンプレッサ入口空気通路に開口する出口スリットにフィンを設けることにより再循環流をコンプレッサ入口空気通路内の空気主流に垂直に衝突させて該空気主流に旋回流を形成させるように構成されているため、再循環流が空気主流に垂直に衝突することによって圧力、温度の乱れが発生してインペラー入口に吸い込まれ、インペラーがその乱れを叩くことによって音が発生し、コンプレッサ入口空気通路内における騒音が増大する。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、インペラー外周部位の空気通路に開口する入口スリットからインペラーを流れる空気の一部を取り入れて再循環通路を通して出口スリットからコンプレッサ入口空気通路に流出するコンプレッサにおいて、簡単な構造で以ってコンプレッサの騒音低減及びコンプレッサ性能向上を実現し得る排気ターボ過給機のコンプレッサを提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、インペラー外周部位の空気通路に開口する入口スリットとコンプレッサハウジング内に形成されたコンプレッサ入口空気通路に開口する出口スリットとを接続する再循環通路をそなえ、前記入口スリットからインペラーを流れる空気の一部を取り入れて前記再循環通路を通して前記出口スリットからコンプレッサ入口空気通路に流出するように構成された排気ターボ過給機のコンプレッサにおいて、前記出口スリットは前記コンプレッサ入口空気通路への空気流出中心線が前記インペラーに向かうように、前記インペラーの半径方向線（インペラーの回転軸心に直角な線）に対して５０°〜７０°範囲の鋭角となる一定角度（α）傾斜して形成されるとともに、前記出口スリットの通路面積を前記入口スリットの通路面積よりも大きく形成し、更に前記コンプレッサハウジングの前記コンプレッサ入口空気通路の外周部位に、前記出口スリットが最適形状に形成された再循環路形成部材を選定して結合部材によって着脱自在に取り付け、該再循環路形成部材は前記出口スリットが一体に形成されるとともに再循環通路及び入口スリット形成用の軸方向の延設部を有し、該延設部の外周面および端面と前記コンプレッサハウジングの内面とにより前記再循環通路及び前記入口スリットを形成し、前記再循環通路を形成する前記コンプレッサハウジングの軸方向端面に形成されたインロー部を介して前記再循環路形成部材が軸方向外側に取り付けられることを特徴とする。

かかる発明によれば、再循環通路の出口スリットを、コンプレッサ入口空気通路への空気流出中心線が前記インペラーに向かうように、インペラーの半径方向線（インペラー回転軸心に直角な線）に対して５０°〜７０°範囲の鋭角となる一定角度（α）傾斜して形成するとともに、前記出口スリットの通路面積を前記入口スリットの通路面積よりも大きく形成したので、出口スリットの通路面積を入口スリットの通路面積よりも大きく形成することにより、出口スリットからコンプレッサ入口空気通路内に噴出される再循環空気流の流速を小さくできる。
これにより、従来技術のような再循環空気流を高流速でコンプレッサ入口空気通路内の主空気流に衝突させることによる騒音の発生を抑制でき、且つ出口スリットから噴出される空気流の噴出方向をインペラー側に向けることにより、発生騒音のインペラー上流側の外部への伝播を防止できる。

かかる発明において、前記コンプレッサハウジングの前記コンプレッサ入口空気通路の外周部位に、前記出口スリットが最適形状に形成された再循環路形成部材を選定して結合部材によって着脱自在に取り付け、該再循環路形成部材は前記出口スリットが一体に形成されるとともに再循環通路及び入口スリット形成用の軸方向の延設部を有し、該延設部の外周面および端面と前記コンプレッサハウジングの内面とにより前記再循環通路及び前記入口スリットを形成した為に、最適形状に選定した出口スリットが形成された再循環路形成部材を、コンプレッサハウジングのコンプレッサ入口空気通路の外周部位に着脱自在に取り付けることにより、該再循環路形成部材によって入口スリットから再循環通路を経て出口スリットに至る再循環用空気通路を形成できることとなり、騒音低減に大きく影響する再循環通路の下流部位及び出口スリットが形成された再循環路形成部材をコンプレッサハウジングに着脱するのみで、騒音低減及びコンプレッサ性能の両面から最適形状の再循環路形成部材を選定できる。
従って、既製のコンプレッサに対しても、種々の再循環路形成部材の中から実験によって騒音低減及びコンプレッサ性能の両面から最適仕様に選定した再循環路形成部材を、コンプレッサハウジングを交換することなくコンプレッサに組み込むことが容易にできることとなり、再循環路形成部材を交換するのみという簡単且つ低コストの手段で以って、コンプレッサの騒音低減及びコンプレッサ性能向上を同時に実現し得るコンプレッサを得ることができる。

また、かかる発明において好ましくは、前記再循環路形成部材は、前記コンプレッサ入口空気通路に臨む面を円滑な曲面に形成された入口案内面をそなえる。
このように構成すれば、再循環路形成部材のコンプレッサ入口空気通路に臨む入口案内面を円滑な曲面に形成することにより、コンプレッサ入口空気通路の外周部位における流路抵抗の小さいコンプレッサ入口空気流路を形成でき、コンプレッサ入口空気の圧力損失を低減できる。

本発明によれば、再循環通路の出口スリットを、コンプレッサ入口空気通路への空気流出中心線が前記インペラーに向かうように、インペラーの半径方向線に対して５０°〜７０°範囲の鋭角となる一定角度傾斜して形成するとともに、出口スリットの通路面積を入口スリットの通路面積よりも大きく形成したので、出口スリットの通路面積を入口スリットの通路面積よりも大きく形成することにより、出口スリットからコンプレッサ入口空気通路内に噴出される再循環空気流の流速を小さくできる。
これにより、従来技術のような再循環空気流を高流速でコンプレッサ入口空気通路内の主空気流に衝突させることによる騒音の発生を抑制でき、且つ出口スリットから噴出される空気流の噴出方向をインペラー側に向けることにより、発生騒音のインペラー上流側の外部への伝播を防止できる。

また、騒音低減に大きく影響する再循環通路の下流部位及び最適形状に選定した出口スリットが形成された再循環路形成部材をコンプレッサハウジングに結合部材によって着脱するのみで、騒音低減及びコンプレッサ性能の両面から最適形状の再循環路形成部材を選定できる。
従って、既製のコンプレッサに対しても、種々の再循環路形成部材の中から実験によって騒音低減及びコンプレッサ性能の両面から最適仕様に選定した再循環路形成部材を、コンプレッサハウジングを交換することなくコンプレッサに組み込むことが容易にできることとなり、再循環路形成部材を交換するのみという簡単且つ低コストの手段で以って、コンプレッサの騒音低減及びコンプレッサ性能向上を同時に実現し得るコンプレッサを得ることができる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の第１実施例に係る排気ターボ過給機におけるコンプレッサの回転軸心上半分の要部断面図である。
図１において、２００はコンプレッサで、次のように構成されている。
１はタービンロータで、一端側にインペラー２が固定され他端側にタービン（図示省略）が固定されている。１ａは該タービンロータ１及びインペラー２の回転軸心である。３はコンプレッサハウジング、１００は該コンプレッサハウジング３内のインペラー２空気入口側に形成されたコンプレッサ入口空気通路である。
また、４は前記コンプレッサハウジング３内のインペラー２出口に形成されたディフューザ部、４ａは出口渦巻き部である。

８は前記コンプレッサハウジング３内のインペラー２外周部位に形成された環状の再循環通路、７は該再循環通路８の入口側と前記インペラー２外周部位の空気通路とを接続する入口スリット、９は該再循環通路８の出口側と前記コンプレッサ入口空気通路１００とを接続する出口スリットである。
前記入口スリット７及び出口スリット９は、前記環状の再循環通路８から円周方向に沿って好ましくは等間隔に複数個設けられている。
５は再循環路形成部材である。該再循環路形成部材５は、後述する手段で最適傾斜角α及び最適通路面積に設定された出口スリット９が一体形成されるとともに、再循環通路８及び入口スリット７形成用の軸方向の延設部５ｄをそなえ、前記コンプレッサハウジング３の前記コンプレッサ入口空気通路１００の外周部位に配設されて、該コンプレッサハウジング３にインロー部５ｃを介してボルト６によって着脱自在に取り付けられている。
そして、前記再循環路形成部材５の主として前記延設部５ｄの外周面５ｂと前記コンプレッサハウジング３の内面８ａとによって前記再循環通路８及び入口スリット７を形成している。

前記再循環路形成部材５は、コンプレッサ入口空気通路１００に臨む面を、円滑な曲面からなる入口案内面５ａに形成されている。
このように、該再循環路形成部材５のコンプレッサ入口空気通路１００に臨む面を円滑な曲面からなる入口案内面５ａに形成することにより、該コンプレッサ入口空気通路１００の外周部位における流路抵抗の小さいコンプレッサ入口空気流路１００を形成でき、コンプレッサ入口空気の圧力損失を低減できる。

図２の模式図に示すように、前記再循環路形成部材５に設けられる出口スリット９は、前記コンプレッサ入口空気通路１００への空気流出中心線Ｕが前記インペラー２の入口側に向かうように、該インペラー２の半径方向線（インペラー回転軸心１ａに直角な線）１ｂに対して鋭角となる一定角度α傾斜して形成されている。また、図４のように、前記出口スリット９の通路面積ｄ２を前記入口スリット７の通路面積ｄ１よりも大きく形成している。また、前記入口スリット７は図１，２のように適宜傾斜させて開口しても、半径方向線に沿って開口してもよい。

かかる第１実施例において、図示しないタービンにより回転駆動されるタービンロータ１を介してインペラー２が回転すると、該インペラー２はコンプレッサ入口空気通路１００を通して空気を吸入して加圧し、加圧空気はディフューザ部４及び出口渦巻き部４ａを通って、コンプレッサ２００から図示しないエンジンへと送出される。
該インペラー２の回転により、該インペラー２外周部位の空気の一部が再循環空気流となって、図１の矢印のように流れて、入口スリット７から再循環通路８に流入し、該再循環通路８を通って出口スリット９に至り、空気流出中心線Ｕが前記インペラー２の入口側に向かうように、好ましくは一定角度α傾斜して形成された該出口スリット９から、該空気流出中心線Ｕ方向に流出せしめられる。
かかる再循環空気流の循環によって、インペラー２の特に外周近傍における見かけの空
気流量が増加して、図５において前記再循環空気流の無いＣ線、及び再循環通路８のみを設けた場合のＢ線から、この実施例におけるＡ線の方にサージングラインつまりコンプレッサ２００の作動線が拡大され、エンジンの低負荷運転時のように、空気量の少ない運転域においても、サージングの発生の無い安定運転がなされる。

そして、かかる第１実施例においては、前記のように前記出口スリット９の通路面積ｄ２を入口スリット７の通路面積ｄ１よりも大きく形成することにより（図２参照）、該出口スリット９からコンプレッサ入口空気通路１００内に噴出される再循環空気流の流速を小さくすることができ、これにより前記再循環空気流を、従来のもののような高流速でコンプレッサ入口空気通路１００内の主空気流に衝突させることによる騒音の発生と、前記の乱れによる圧力非損失即ちコンプレッサ効率の低下を抑制できる。
さらに、図２のように、前記出口スリット９を、コンプレッサ入口空気通路１００への空気流出中心線Ｕがインペラー２の入口側に向かうように該インペラー２の半径方向線１ｂに対して鋭角となる一定の傾斜角αだけ傾斜して形成し、該出口スリット９から噴出される空気流の噴出方向をインペラー２側に向けることによって、発生騒音のインペラー２上流側の外部への伝播を防止できる。

即ち、図３（Ｂ）のように、前記傾斜角αが小さい場合には、前記再循環空気流は、出口スリット９からコンプレッサ入口空気通路１００内におけるインペラー２の前方位置に噴出され、かかる噴出に伴う騒音がコンプレッサ前方側に伝播し易い状態となる。
一方、図３（Ａ）のように、前記傾斜角αが大きい場合には、前記再循環空気流は、出口スリット９からコンプレッサ入口空気通路１００内におけるインペラー２に向けて該インペラー２に吸引されるように噴出されるため、かかる噴出に伴う騒音のコンプレッサ前方側への伝播が抑制されるが、後述する図４（Ｂ）のように前記傾斜角αを大きくするに従い出口スリット９の幅が狭まり、前記再循環空気流の流量が少なくなり、空気再循環による前記のようなコンプレッサ作動範囲の拡大効果が小さくなる。
また、前記傾斜角αが過大になると、出口スリット９がインペラー２に近づき、再循環通路８に発生する境界層がインペラー２の外周部気流を乱したり、出口スリット９が長くなって摩擦損失が増加するため、コンプレッサ効率が低下する。

図４（Ａ），（Ｂ）は、シミュレーション計算による前記出口スリット９の傾斜角αとコンプレッサ効率の低下量及び再循環空気流量との関係を示す。図４（Ａ）のように、前記傾斜角αが５０°〜７０°の範囲がコンプレッサ効率の低下量が少なくなる。この傾斜角αの範囲では、前記の根拠によって再循環空気流の噴出に伴う騒音のコンプレッサ前方側への伝播の抑制効果も発揮できる。
また、図４（Ｂ）のように、前記傾斜角αが大きくなるに従い再循環空気流量が減少するので、傾斜角αの最大値は７０°程度に抑える。
以上により、前記傾斜角αの範囲は、５０°〜７０°が、コンプレッサ効率及び再循環空気流の噴出に伴う騒音低減の両面から好適な範囲となる。

かかる第１実施例によれば、再循環通路８の出口スリット９を、コンプレッサ入口空気通路１００への空気流出中心線がインペラー２に向かうように、インペラー２の半径方向線１ｂに対して鋭角となる一定角度α傾斜して形成するとともに、出口スリット９の通路面積を入口スリット７の通路面積よりも大きく形成したので、出口スリット９の通路面積を入口スリット７の通路面積よりも大きく形成することにより、出口スリット９からコンプレッサ入口空気通路１００内に噴出される再循環空気流の流速を小さくできる。
これにより、従来技術のような再循環空気流を高流速でコンプレッサ入口空気通路内の主空気流に衝突させることによる騒音の発生を抑制でき、且つ出口スリット９から噴出される空気流の噴出方向をインペラー２側に向けることにより、発生騒音のインペラー上流側の外部への伝播を防止できる。

また、最適形状に選定した出口スリット９が一体形成された再循環路形成部材５を選定して、コンプレッサハウジング３のコンプレッサ入口空気通路１００の外周部位に結合部材によって着脱自在に取り付けることにより、入口スリット７から再循環通路８を経て出口スリット９に至る再循環用空気通路を形成できることとなり、騒音低減に大きく影響する再循環通路８の下流部位及び出口スリット９が形成された再循環路形成部材５をコンプレッサハウジング３に結合部材によって着脱するのみで、騒音低減及びコンプレッサ性能の両面から最適形状のコンプレッサ２００が得られる。

図６は、コンプレッサ２００における騒音計測結果の一例を示す。図のＣは再循環通路８を備えないコンプレッサ、Ｂは再循環通路８を備えたコンプレッサ、Ａはかかる第１実施例のコンプレッサを示す。
図のように、再循環通路８を設けることにより騒音が増加するが（Ｂ線）、かかる第１実施例のように再循環路形成部材５を設けることにより（Ａ線）、前記のような作用によって騒音を低減できる。
これにより、コンプレッサの騒音低減及びコンプレッサ性能向上を同時に実現し得るコンプレッサ２００を得ることができる。

本発明によれば、インペラー外周部位の空気通路に開口する入口スリットからインペラーを流れる空気の一部を取り入れて再循環通路を通して出口スリットからコンプレッサ入口空気通路に流出するコンプレッサにおいて、簡単な構造で以ってコンプレッサの騒音低減及びコンプレッサ性能向上を実現し得る排気ターボ過給機のコンプレッサを提供できる。

本発明の第１実施例に係る排気ターボ過給機におけるコンプレッサの回転軸心上半分の要部断面図である。 前記第１実施例の作用説明図である。 前記第１〜第3実施例における出口スリットの形状比較断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は前記各実施例の効果の説明用線図である。 前記各実施例におけるコンプレッサ作用線図（比較図）である。 コンプレッサの騒音計測結果を示す線図である。

１ タービンロータ
２ インペラー
３ コンプレッサハウジング
５ 再循環路形成部材
５ａ 入口案内面
７ 入口スリット
８ 再循環通路
９ 出口スリット
１００ コンプレッサ入口空気通路
２００ コンプレッサ

Claims (2)

1. インペラー外周部位の空気通路に開口する入口スリットとコンプレッサハウジング内に形成されたコンプレッサ入口空気通路に開口する出口スリットとを接続する再循環通路をそなえ、前記入口スリットからインペラーを流れる空気の一部を取り入れて前記再循環通路を通して前記出口スリットからコンプレッサ入口空気通路に流出するように構成された排気ターボ過給機のコンプレッサにおいて、
   前記出口スリットは前記コンプレッサ入口空気通路への空気流出中心線が前記インペラーに向かうように、前記インペラーの半径方向線（インペラーの回転軸心に直角な線）に対して５０°〜７０°範囲の鋭角となる一定角度（α）傾斜して形成されるとともに、前記出口スリットの通路面積を前記入口スリットの通路面積よりも大きく形成し、
   更に前記コンプレッサハウジングの前記コンプレッサ入口空気通路の外周部位に、前記出口スリットが最適形状に形成された再循環路形成部材を選定して結合部材によって着脱自在に取り付け、該再循環路形成部材は前記出口スリットが一体に形成されるとともに再循環通路及び入口スリット形成用の軸方向の延設部を有し、該延設部の外周面および端面と前記コンプレッサハウジングの内面とにより前記再循環通路及び前記入口スリットを形成し、前記再循環通路を形成する前記コンプレッサハウジングの軸方向端面に形成されたインロー部を介して前記再循環路形成部材が軸方向外側に取り付けられることを特徴とする排気ターボ過給機のコンプレッサ。
2. 前記再循環路形成部材は、前記コンプレッサ入口空気通路に臨む面を円滑な曲面に形成された入口案内面をそなえたことを特徴とする請求項１に記載の排気ターボ過給機のコンプレッサ。

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