JP2011169230A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】省スペース化を図る共に製造コストを抑制する圧縮機を提供する。
【解決手段】ハウジング２５には、ベーン６の回動軸１０の一部を配置するように内部流路５の周囲に位置する内部空間１８を備え、
内部空間１８には、弾性手段２０と、弾性手段２０により付勢される受け部２１と、ベーン６の回動軸１０に接続され且つ受け部２１の摺動面２３に摺動し得る伝達部材２４とを備え、
吸気の流量が変化してベーン６を開く場合には、上流側からの吸気の流量に基づき、ベーン６を回動させて回動軸１０の回転力により伝達部材２４及び受け部２１を介して弾性手段２０を押し込み、
吸気の流量が変化してベーン６を閉じる場合には、上流側からの吸気の流量に基づき、弾性手段２０を反発させて弾性体の弾性力により受け部２１及び伝達部材２４を介してベーン６を逆方向に回動させるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機に関するものである。

一般に圧縮機は、タービンインペラとコンプレッサインペラを同一回動軸上に配置し、タービンインペラの回転駆動によってコンプレッサインペラを回転させ、内燃機関の性能向上を図るようにしている。

図９に示す如くコンプレッサインペラ１は、コンプレッサハウジング２内に配置されており、コンプレッサハウジング２は、コンプレッサインペラ１の回転による遠心力の作用により、流路内に吸い込んだ吸気をディフューザ３ａ、スクロール通路３ｂ等へ送給し得るように構成されている。

コンプレッサハウジング２内には、コンプレッサインペラ１の上流側に内部流路５を形成するハウジング４が固定されており、ハウジング４の内部流路５は、吸気側からコンプレッサインペラ１側に向かって径が小さくなる筒状の構成を備え、内部流路５内には、扇形の可変インレットガイドベーン（以下、ベーンと記載する）６を複数設置している。なお図中、実線はベーン６を閉じた状態を示し、仮想線はベーン６を開いた状態を示している。

一方、ベーン６には、内部流路５で回動し得るように回動軸１０が備えられており、回動軸１０はハウジング４の貫通孔８に収納されている。又、全ての回動軸１０の同軸上には、ハウジング４の内部空間７に配置される歯車１２が備えられている。更に複数の回動軸１０のうちの一本には、コンプレッサハウジング２の貫通孔９に挿通する駆動伝達部材１３が接続されていると共に、駆動伝達部材１３には、コンプレッサハウジング２の外部でアクチュエータ等の駆動手段１４が接続されている。更に又、環状の内部空間７には、全ての回動軸１０の歯車１２に噛み合う環状の歯車１５が設置されている。なお、図９中、符号１１は隙間を塞ぐシール体、符号１６は歯車１５を付勢する板バネ等の付勢手段１６を示している。

駆動手段１４によりベーン６の開度を調整する際には、駆動伝達部材１３に接続された回動軸１０からベーン６へ動力を伝えると共に、歯車１５及び他の回動軸１０等を介して他のベーン６へ動力を伝え、全てのベーン６の開度を調整している。これによって吸気の流量が少ない場合等に、ベーン６の開度を調整してコンプレッサインペラ１の入射角への整流を行うことが可能となる。

なお、本発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、下記の特許文献１，２等が既に存在している。

特開昭５８−１８５９９９号公報 特開平６−２６４８９９号公報

しかしながら、圧縮機は、ベーン６を回動する駆動伝達部材１３や駆動手段１４をコンプレッサハウジング２の外部に配置するため、圧縮機を車両等に搭載する際には大きな設置スペースが必要になり、車両等への搭載が困難であるという問題があった。又、アクチュエータ等の駆動手段１４を用いた場合には、電動用の構成や制御部（図示せず）が必要になるため、製造コストが増加するという問題があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、省スペース化を図る共に製造コストを抑制する圧縮機を提供しようとするものである。

本発明の圧縮機は、圧縮機のコンプレッサインペラの上流側に設けられ吸気が内部流路に流れ込むハウジングと、該ハウジングの内部流路の内周方向に沿って配置され且つ回動軸を介して回動する複数のベーンとを備える圧縮機であって、
前記ハウジングには、ベーンの回動軸の一部を配置するように内部流路の周囲に位置する内部空間を備え、
該内部空間には、一端で支持される弾性手段と、該弾性手段の他端に位置して弾性手段により付勢される受け部と、前記ベーンの回動軸に接続され且つ受け部の摺動面に摺動し得る伝達部材とを備え、
吸気の流量が変化して前記ベーンを開く場合には、上流側からの吸気の流量に基づき、ベーンを回動させて回動軸の回転力により伝達部材及び受け部を介して弾性手段を押し込み、
吸気の流量が変化して前記ベーンを閉じる場合には、上流側からの吸気の流量に基づき、弾性手段を反発させて弾性体の弾性力により受け部及び伝達部材を介してベーンを逆方向に回動させるように構成したものである。

又、本発明の圧縮機において、前記ハウジングは、内部空間と内部流路を接続する連絡孔を備えると共に、前記受け部は、ハウジング内の負圧差に基づいて内部空間内を移動し、ベーンの回動を助勢するように構成されても良い。

更に本発明の圧縮機において、前記内部空間は、内部流路の周囲を取り囲む環状に構成されると共に、前記受け部は、内部空間の環状方向に沿って延在する環状体に構成され、複数のベーンの回動軸から伝達部材を介して回転力を受けるように構成されることが好ましい。

本発明の圧縮機によれば、ハウジング内の内部空間に配置された弾性手段、受け部、伝達部材により、ベーンの開度を吸気の流量に基づいて調整するので、ハウジングの外部に配置されるベーンの駆動手段等を不要にして圧縮機の省スペース化を図り、よって圧縮機を車両等へ容易に搭載することができる。又、アクチュエータ等の駆動手段を配置する従来例に比べて駆動手段、電動用の構成、制御部等を不要にするので、製造コストを抑制することができるという優れた効果を奏し得る。

本発明の圧縮機の第一例を示す概念図である。 本発明の圧縮機の第一例であって吸気の流量によりベーンを開いた状態を示す概念図である。 本発明の圧縮機の第一例であって内部空間とその付近の構造を示す拡大断面図である。 本発明の圧縮機の第一例であって吸気の流量によりベーンを閉じた状態で回動軸、伝達部材、受け部、弾性手段を示す概念図である。 本発明の圧縮機の第一例であって吸気の流量によりベーンを開いた状態で回動軸、伝達部材、受け部、弾性手段を示す概念図である。 本発明の圧縮機の第二例を示す概念図である。 本発明の圧縮機の第二例であって吸気の流量及び負圧によりベーンを開いた状態を示す概念図である。 本発明の圧縮機の第二例であって内部空間とその付近の構造を示す拡大断面図である。 従来の圧縮機を示す概念図である。

以下、本発明の実施の形態の第一例を図示例と共に説明する。

図１〜図５は本発明を実施する形態の第一例である。なお、図中、図９と同一の符号を付した部分は同一物を表わしている。

実施の形態例の第一例の圧縮機は、コンプレッサインペラ１の上流側に設けられ吸気が内部流路５に流れ込むハウジング１７と、ハウジング１７の内部流路５の内周方向に沿って配置され且つ回動軸１０を介して回動する複数のベーン６とを備えている。

ハウジング１７は、ベーン６の回動軸１０の先端を配置するように内部流路５の周囲に位置する環状の内部空間１８を備えていると共に、複数のベーン６の軸線上に内部流路５から内部空間１８へ貫通する複数の貫通孔８を備えている。ここでハウジング１７の構成は、特に制限されるものではなく、図１に示す如くコンプレッサハウジング１７ａ内に、内部流路５を形成するハウジング部材１７ｂを固定しても良いし、更にハウジング部材１７ｂを複数の部材によって構成し、ハウジング部材１７ｂを組み立てた後にコンプレッサハウジング１７ａに当該ハウジング部材１７ｂを固定しても良い。又、コンプレッサハウジング１７ａ内にハウジング部材１７ｂを備える場合には、コンプレッサハウジング１７ａの接触面又はハウジング部材１７ｂの接触面の一方に溝状の切欠き８ａ（図１〜３ではハウジング部材１７ｂ側）を形成して貫通孔８を構成しても良いし、コンプレッサハウジング１７ａの接触面及びハウジング部材１７ｂの接触面の両方に溝状の切欠き８ａを形成して貫通孔８を構成しても良い。更にハウジング部材１７ｂは一体成形（鋳造、射出成形等）によって成形されても良い。又、ハウジング部材１７ｂの材質は、特に制限されるものではなく、金属等による鋳造品でも良いし、ポリマー等による射出成型品でも良い。

ハウジング１７の内部空間１８には受け部２１が配置されており、ハウジング１７の内側凹部１９と受け部２１との間には弾性手段２０を配置し、受け部２１が弾性手段２０により付勢されるようになっている。ここで弾性手段２０は、環状の内部空間１８に沿って周回するコイルバネで構成されているが、コイルバネに限定されるものではなく、線形バネであれば板バネやゴム等の他の構成や素材で構成されても良い。又、受け部２１は、内部空間１８の環状方向に沿って延在する環状体で構成されており、受け部２１の一面には弾性手段２０の他端を固定する凹部２２が備えられていると共に、他面には滑らかな摺動面２３が形成されている。

又、ハウジング１７には、図３に示す如く内部空間１８と内部流路５を連通させるように隙間Ｓ１，Ｓ２を有している。ここで隙間Ｓ１は、コンプレッサハウジング１７ａの内面とハウジング部材１７ｂの外面との間に存在し、隙間Ｓ２は、貫通孔８と回動軸１０との間に存在している。

更に内部空間１８には、ベーン６の回動軸１０の先端に外嵌して接続される伝達部材２４が備えられている。伝達部材２４は、ベーン６の回動軸１０の先端から受け部２１の摺動面２３まで延在すると共に、先端側に受け部２１の摺動面２３に対して摺動し得る円弧状の接触部２４ａを形成している。ここでベーン６と伝達部材２４は一体成形しても良いし、他の中間部材を介在しても良い。又、伝達部材２４は回動軸１０に接続されるならば、他の位置に接続されても良いし、他の部材を介在しても良い。

一方、全てのベーン６は、回動軸１０及び伝達部材２４により環状体の受け部２１を介して弾性手段２０に作用し、弾性手段２０が自由長の場合には、総てのベーン６が、図１に示す最小開度姿勢となる。すなわち、ベーン機構の開度が最小（全閉）となるように設定されている。又、弾性手段２０が最大圧縮の場合には、総てのベーン６が、図２に示す最大開度姿勢となる。すなわち、ベーン機構の開度が最大となるように設定されている。

以下本発明を実施する形態の第一例の作用を説明する。

排ガス等の流速によってタービンインペラ（図示せず）を駆動してコンプレッサインペラ１を回転させる際には、コンプレッサインペラ１の回転により吸気を圧縮してディフューザ３ａ、スクロール通路３ｂへ送給する。

この時、図１のようにベーン６が閉じられた状態のとき、吸気の流量が増加してベーン６を開く場合には、図５に示す如く上流側からの吸気の流量に基づき、ベーン６を開く方向へ回動させると共に、ベーン６の回動に伴って回動軸１０の回転力により伝達部材２４を回転させ、更に伝達部材２４により受け部２１を移動させて弾性手段２０を押し込む。

一方、図２のようにベーン６が開いた状態のとき、吸気の流量が減少してベーン６を閉める場合には、図４に示す如く上流側からの吸気の流量に基づき、弾性手段２０が反発して弾性体の弾性力により受け部２１を逆方向に移動させると共に、受け部２１の移動に伴って伝達部材２４を逆方向に回転させ、更にベーン６の回動軸１０を逆方向に回動させ、ベーン６を閉じる方向へ回動する。

そして吸気の流量に応じてベーン６の開度を調整し、吸気を適切な状態にしてコンプレッサインペラ１により圧縮する。

而して、このように実施の形態の第一例によれば、ハウジング１７内の内部空間１８に配置された弾性手段２０、受け部２１、伝達部材２４により、ベーン６の開度を吸気の流量に基づいて調整するので、ハウジング１７の外部に配置されるベーン６の駆動手段１４等を不要にして圧縮機の省スペース化を図り、よって圧縮機を車両等へ容易に搭載することができる。又、アクチュエータ等の駆動手段１４を配置する従来例に比べて駆動手段１４、電動用の構成、制御部等を不要にするので、製造コストを抑制することができる。

又、実施の形態の第一例において、内部空間１８は、内部流路５の周囲を取り囲む環状に構成されると共に、受け部２１は、内部空間１８の環状方向に沿って延在する環状体に構成され、全てのベーン６からの回転力を受けるように構成されると、全てのベーン６を回動する構成を簡略化するので、省スペース化を図る共に製造コストを抑制することができる。更に、ベーン６を開く方向へ回動する際には、全てベーン６の回転力を回動軸１０、伝達部材２４、受け部２１を介して弾性手段２０に伝達すると共に、ベーン６を閉じる方向へ回動する際には、弾性手段２０の弾性力を受け部２１、伝達部材２４、回動軸１０を介して全てのベーン６に伝達するので、全てのベーン６に対して均等に力を作用させ、ベーン６の開度を好適に調整することができる。

以下、本発明の実施の形態の第二例を図６〜図８を参照して説明する。図中、図１〜図５と同一の符号を付した部分は同一物を表している。

実施の形態例の第二例の圧縮機は、第一例と同様に、圧縮機のコンプレッサインペラ１の上流側で吸気が内部流路５に流れ込むハウジング２５と、ハウジング２５の内部流路５の内周方向に沿って配置され且つ回動軸１０を介して回動する複数のベーン６とを備えている。ここで、ベーン６、回動軸１０、伝達部材２４、弾性手段２０は、第一例と同様に構成されている。

ハウジング２５は、内部流路５の周囲に位置する環状の内部空間２６を備えていると共に、複数のベーン６の軸線上に内部流路５から内部空間２６へ貫通する複数の貫通孔８を備えている。ここでハウジング２５の構成は、特に制限されるものではなく、図６に示す如くコンプレッサハウジング２５ａ内に、内部流路５を形成するハウジング部材２５ｂを固定しても良いし、更にハウジング部材２５ｂを複数の部材によって構成し、ハウジング部材２５ｂを組み立てた後にコンプレッサハウジング２５ａに当該ハウジング部材２５ｂを固定しても良い。又、コンプレッサハウジング２５ａ内にハウジング部材２５ｂを備える場合には、コンプレッサハウジング２５ａの接触面又はハウジング部材２５ｂの接触面の一方に溝状の切欠き８ａ（図６〜８ではハウジング部材２５ｂ側）を形成して貫通孔８を構成しても良いし、コンプレッサハウジング２５ａの接触面及びハウジング部材２５ｂの接触面の両方に溝状の切欠き８ａを形成して貫通孔８を構成しても良い。更にハウジング部材２５ｂは一体成形（鋳造、射出成形等）によって成形されても良い。又、ハウジング部材２５ｂの材質は、特に制限されるものではなく、金属等による鋳造品でも良いし、ポリマー等による射出成型品でも良い。

ハウジング２５の内部空間２６には受け部２８が配置されており、受け部２８は、内部空間２６を左右で第一空間２６ａと、回転軸側の第二空間２６ｂとに仕切るようにしている。又、第一空間２６ａ内には、ハウジング２５の内側凹部１９と受け部２８との間に挟み込まれる弾性手段２０を配置し、受け部２８が弾性手段２０により付勢されるようになっている。更に第二空間２６ｂ内には、伝達部材２４、回動軸１０の端部が配置されている。

受け部２８は、内部空間２６の環状方向に沿って延在する環状体で構成されており、受け部２８の一面には弾性手段２０の他端を固定する凹部２９が備えられていると共に、他面には滑らかな摺動面３０が形成されている。更に受け部２８の外周面と内周面にはシール部材３１，３２が配置されている。ここでシール部材３１は、特に限定されるものではなく、ピストンリング（金属製）、Ｏリング（樹脂製）等を用いても良い。

又、受け部２８の外周面側に設けられたシール部材３１は、受け部２８の外周面に対して取り付けられており、内部空間２６の外周側の内周面（受け部２８の外周側を囲む面）に沿って密着し、当該内周面と受け部２８の外周面との間の隙間を気密に閉塞するように設けられている。又、受け部２８の内周面側に設けられたシール部材３２は、受け部２８の内周面に対して取り付けられており、内部空間２６の内周側の内周面（受け部２８によって囲まれた面）に沿って密着し、当該内周面と受け部２８の内周面との間の隙間を気密に閉塞するように設けられている。即ち、内部空間２６において、第一空間２６ａと第二空間２６ｂは、受け部２８及び２つのシール部材３１，３２によって、互いに連通しないように仕切られている。

更にハウジング２５には、第一空間２６ａと内部流路５を連通させる連絡孔２７が設けられている。内部流路５側において、連絡孔２７は、インペラ１とベーン６との間（即ち、ベーン６よりも下流側、且つインペラ１よりも上流側）に開口されている。なお、連絡孔２７の形態は特に限定されず、例えば複数の連絡孔２７を内部流路５の周囲を囲むように、周方向に沿って並べて設けても良い。又、ハウジング２５には、図８に示す如く連絡孔２７よりも上流側で第二空間２６ｂと内部流路５を連通させるように隙間Ｓ１，Ｓ２を有している。ここで隙間Ｓ１は、コンプレッサハウジング２５ａの内面とハウジング部材２５ｂの外面との間に存在し、隙間Ｓ２は、貫通孔８と回動軸１０との間に存在している。なお第二空間２６ｂは、前述のように第一空間２６ａから仕切られており、吸気の流れ方向において連絡孔２７と同じ位置、又は連絡孔２７よりも下流側に対して、直接的に連通させられることはない。

又、内部空間２６の第一空間２６ａ及び第二空間２６ｂにおいて、圧縮機の駆動によりハウジング２５内のコンプレッサインペラ１側の負圧が大きくなった場合には、連絡孔２７を介して第一空間２６ａの負圧が第二空間２６ｂに比べて大きくなり、ハウジング２５内のコンプレッサ側の負圧が通常の場合には、第一空間２６ａと第二空間２６ｂが略同じ負圧となっている。ここで第二空間２６ｂは、隙間Ｓ１，Ｓ２によって、ベーン６を通過する前の吸気の負圧又は大気圧と略同じになっている。

以下本発明を実施する形態の第二例の作用を説明する。

排ガス等の流速によってタービンインペラを駆動してコンプレッサインペラ１を回転させる際には、コンプレッサインペラ１の回転により吸気を圧縮してディフューザ３ａ、スクロール通路３ｂへ送給する。

この時、図６のようにベーン６が閉じられた状態のとき、吸気の流量が増加してベーン６を開く場合には、第一例と同様に上流側からの吸気の流量に基づき、ベーン６を開く方向へ回動させると共に、ベーン６の回動に伴って回動軸１０の回転力により伝達部材２４を回転させ、更に伝達部材２４により受け部２８を移動させて弾性手段２０を押し込む。又、同時にハウジング２５内ではコンプレッサインペラ１側の負圧と吸気側の負圧との差が大きくなり、連絡孔２７の開口付近の空間の圧力が、隙間の開口付近の圧力よりも低くなり、ハウジング２５内の負圧差に基づいて第一空間２６ａと第二空間２６ｂとの負圧差も大きくなり、図７に示す如く受け部２８を内部空間２６で第一空間２６ａ側に移動させて弾性手段２０を押し込み、ベーン６を開く方向へ助勢する。

一方、図７のようにベーン６が開かれた状態のとき、吸気の流量が減少してベーン６を閉じる場合には、第一例と同様に上流側からの吸気の流量に基づき、弾性手段２０が反発して弾性体の弾性力により受け部２８を逆方向に移動させると共に、受け部２８により伝達部材２４を逆方向へ回転させ、更にベーン６の回動軸１０を逆方向に回動させ、ベーン６を閉じる方向へ回動する。又、同時にハウジング２５内ではコンプレッサインペラ１側の負圧と吸気側の負圧との差が小さくなり、連絡孔２７の開口付近の空間の圧力と隙間の開口付近の圧力との差が小さくなり、ハウジング２５内に負圧差に基づいて第一空間２６ａと第二空間２６ｂとの負圧差も小さくなり、図６に示す如く受け部２８を内部空間２６で第二空間２６ｂ側に戻し、ベーン６を閉じる方向へ助勢する。

そして吸気の流量に応じてベーン６の開度を調整し、吸気を適切な状態にしてコンプレッサインペラ１により圧縮する。

而して、このように実施の形態の第二例によれば、第一例と同様な作用効果を得ることができる。

又、実施の形態の第二例において、ハウジング２５は、内部空間２６と内部流路５を接続する連絡孔２７を備えると共に、受け部２８は、ハウジング２５内の負圧差に基づいて内部空間２６内を移動し、ベーン６の回動を助勢するように構成されるので、省スペース化を図る共にベーン６を容易且つ好適に回動することができる。

尚、本発明の圧縮機は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、コンプレッサハウジング及びハウジング部材を他の形状にしても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

１ コンプレッサインペラ
５ 内部流路
６ ベーン
１０ 回動軸
１７ ハウジング
１８ 内部空間
１９ 凹部
２０ 弾性手段
２１ 受け部
２２ 凹部
２３ 摺動面
２４ 伝達部材
２５ ハウジング
２６ 内部空間
２７ 連絡孔
２８ 受け部

Claims (3)

1. 圧縮機のコンプレッサインペラの上流側に設けられ吸気が内部流路に流れ込むハウジングと、該ハウジングの内部流路の内周方向に沿って配置され且つ回動軸を介して回動する複数のベーンとを備える圧縮機であって、
   前記ハウジングには、ベーンの回動軸の一部を配置するように内部流路の周囲に位置する内部空間を備え、
   該内部空間には、一端で支持される弾性手段と、該弾性手段の他端に位置して弾性手段により付勢される受け部と、前記ベーンの回動軸に接続され且つ受け部の摺動面に摺動し得る伝達部材とを備え、
   吸気の流量が変化して前記ベーンを開く場合には、上流側からの吸気の流量に基づき、ベーンを回動させて回動軸の回転力により伝達部材及び受け部を介して弾性手段を押し込み、
   吸気の流量が変化して前記ベーンを閉じる場合には、上流側からの吸気の流量に基づき、弾性手段を反発させて弾性体の弾性力により受け部及び伝達部材を介してベーンを逆方向に回動させるように構成したことを特徴とする圧縮機。
2. 前記ハウジングは、内部空間と内部流路を接続する連絡孔を備えると共に、前記受け部は、ハウジング内の負圧差に基づいて内部空間内を移動し、ベーンの回動を助勢するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
3. 前記内部空間は、内部流路の周囲を取り囲む環状に構成されると共に、前記受け部は、内部空間の環状方向に沿って延在する環状体に構成され、複数のベーンの回動軸から伝達部材を介して回転力を受けるように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の圧縮機。

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