JP2014015873A - ターボ過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】吸入空気流量の変動に影響されず、吸入抵抗を増加させることなく吸気側インペラへの吸入空気を旋回させることが可能であり、過給効率をより向上させることができるターボ過給機を提供する。
【解決手段】内燃機関から排出された排気ガスを用いてタービンの排気側インペラを回転させ、排気側インペラに連結されたコンプレッサの吸気側インペラ２１を回転させて内燃機関への吸入空気を圧送するターボ過給機において、コンプレッサには、吸入空気を吸気側インペラ２１に導く筒状の吸入流路１１が設けられており、吸入流路１１内には、吸気側インペラ２１に向けて吸入空気を圧送することなく吸入流路内で吸入空気を吸気側インペラ２１の回転方向と同方向に旋回させる回転要素を有する吸入空気旋回手段５０が設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ターボ過給機に関する。

従来より、エンジンの出力特性の改善等を目的として、排気ガスの流速を利用してタービンを回転させて吸入空気を過給する種々のターボ過給機が開発されている。
一般的にターボ過給機は、高速域（高回転域）では排気ガスの流量が多いので充分な加速性能等を得ることが容易であるが、低速域（低回転域）では排気ガスの流量が少ないので過給効率が低く、充分な加速性能等を得ることが困難である。
例えば低速域からの過給を可能とする方法の例として、従来技術には、低速用と高速用の大小２つのターボ過給機を搭載したものがある。また、低速域ではモータを使って過給機の駆動をアシストしたり、高速域でアシスト用エアをチャージしておいて低速域ではチャージしたエアを使って過給機の駆動をアシストする従来技術もある。

また、低速域での過給効率をより向上させるために、螺旋状に旋回させた吸入空気を吸気側インペラに吸入させて吸入効率を向上させることで過給効率を向上させる種々のターボ過給機が提案されている。
例えば特許文献１に記載された従来技術には、吸気側インペラへ吸入空気を導く吸入流路に、吸入空気圧送装置を設けた過給機が開示されている。また吸入空気圧送装置は、モータとファンブレード（ファン）にて構成された軸流ファンであり、吸入空気を旋回させながら吸気側インペラに向けて圧送している。
また特許文献２に記載された従来技術では、吸気側インペラへ吸入空気を導く吸入流路に、円板状のプレートに複数の切り起こし片を設けた固定旋回翼（ファン）を回転させてコンプレッサに向けて吸入空気を螺旋状に旋回（すなわち圧送）させている。
また特許文献３に記載された従来技術では、吸気側インペラの直上流に変形可能空気偏向ベーンを設けた事前旋回発生装置が開示されている。変形可能空気偏向ベーンは、吸気側インペラに向けて吸入空気が流れる方向に往復移動可能であり、移動先の位置に応じてベーンの偏向量（傾斜角度）が変化し、ベーンの偏向量に応じて吸入空気を螺旋状に旋回させている。なお「直上流」とは、本明細書においては、ほぼ隣り合う（近接した）上流側の位置を指す。
また特許文献４に記載された従来技術には、吸気側インペラの直上流に、吸入空気を所望する方向に旋回させるように湾曲した複数のフィンを備えた整流装置を配置した、吸入空気整流装置付きコンプレッサハウジングが開示されている。

特開２０００−１３６７２７号公報 特開２０１１−２１５６１号公報 特開２００４−１６２７１６号公報 特開２００７−４６５９０号公報

車両用のターボ過給機では、車両への搭載スペースの確保や、駆動電源の確保が必要となるので、大小２つのターボ過給機を搭載することや、駆動力及びサイズが大きなモータで過給機の駆動をアシストすることや、エアチャージタンクを搭載してチャージしたエアで過給機の駆動をアシストすることは、あまり好ましくない。
また、特許文献１及び特許文献２に記載された従来技術では、ファンを用いて、吸入空気を吸気側インペラに向けて圧送しているが、ターボ過給機の最大吸入空気流量よりも送風容量が大きなファンが必要であり、ファン及び駆動手段が大型化して搭載が困難となる可能性と、駆動電力の確保が困難となる可能性がある。また、車両では加減速に応じて吸入空気流量の変動が激しく、吸入空気容量の変動に合わせて送風容量を変動させる必要があるが、吸入空気流量よりも少ない送風容量となった場合はファンが吸入抵抗となり、過給効率が低下してしまう。
また特許文献３及び特許文献４に記載された従来技術では、吸入空気に、湾曲したフィン（ベーン）を通過させて旋回流を発生させているので、吸入抵抗が増加しており、過給効率が低下している。また、特許文献４では、吸気側インペラの回転方向に対して逆方向に吸入空気を旋回させているので、吸気側インペラの吸入抵抗が更に増大し、過給効率を更に低下させてしまっている。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、吸入空気流量の変動に影響されず、吸入抵抗を増加させることなく吸気側インペラへの吸入空気を旋回させることが可能であり、過給効率をより向上させることができるターボ過給機を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るターボ過給機は次の手段をとる。
まず、本発明の第１の発明は、内燃機関から排出された排気ガスを用いてタービンの排気側インペラを回転させ、前記排気側インペラに連結されたコンプレッサの吸気側インペラを回転させて前記内燃機関への吸入空気を圧送するターボ過給機である。
前記コンプレッサには、前記吸入空気を前記吸気側インペラに導く筒状の吸入流路が設けられており、前記吸入流路内には、前記吸気側インペラに向けて前記吸入空気を圧送することなく前記吸入流路内で前記吸入空気を前記吸気側インペラの回転方向と同方向に旋回させる回転要素を有する吸入空気旋回手段が設けられている。

この第１の発明によれば、吸入空気旋回手段は、吸入空気を吸気側インペラの回転方向に旋回させるが、吸気側インペラに向かって圧送することをしない。
これにより、吸入空気流量の変動に影響されず、吸入抵抗を増加させることなく吸気側インペラへの吸入空気を、吸気側インペラの回転方向に旋回させることが可能であり、吸気側インペラの吸入効率を向上させ、過給効率をより向上させることができる。

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係るターボ過給機であって、前記吸入空気旋回手段は、前記吸入流路内において前記吸気側インペラの回転軸回りに回転する回転部材と、前記回転部材の外周面に設けられた複数のフィンと、前記回転部材を前記吸入流路内の所定位置に保持するステーと、を有している。
そして、前記回転部材を回転させる駆動手段は、前記回転部材の内部、あるいは動力伝達手段を介して前記吸入流路の外部、に設けられ、前記回転部材を前記吸気側インペラの回転方向と同方向に回転させ、それぞれの前記フィンは、回転軸方向に対して交差することなく前記回転軸方向に平行な形状を有している。

この第２の発明によれば、吸入空気を吸気側インペラの回転方向に旋回させるが、吸気側インペラに向かって圧送しない、という構造を有する吸入空気旋回手段を実現することができる。

次に、本発明の第３の発明は、上記第２の発明に係るターボ過給機であって、複数の前記フィンにおける一部のフィンは、前記吸入空気の下流側となる回転軸方向の端部となる後端部の位置が、前記吸気側インペラに近接するように設定されており、複数の前記フィンにおける残りのフィンは、前記後端部の位置が、前記一部のフィンの後端部よりも前記吸入空気の上流側となるように設定されている。

この第３の発明によれば、吸気側インペラが吸い込む吸入空気を、吸気側インペラの直上流で旋回させることができる。また、吸気側インペラに近接するフィンを減らすことで、吸気側インペラの寸法で吸入流路の径が制約されるインペラ入口部における流路面積の不足によって吸入抵抗が増加することを防止する。
これにより、吸気側インペラの吸入効率をより向上させ、過給効率をより向上させることができる。

次に、本発明の第４の発明は、上記第２の発明または第３の発明に係るターボ過給機であって、それぞれの前記フィンは、前記回転軸方向に直交する方向の厚さが前記吸気側インペラに近づくにつれて徐々に薄くなる形状、あるいは前記回転軸方向に直交する径方向の長さが前記吸気側インペラに近づくにつれて徐々に短くなる形状、の少なくとも一方の形状に形成されている。

この第４の発明によれば、吸気側インペラの上流に対応する吸入流路内の空間において、実流路面積におけるフィンの占める面積を、吸気側インペラに近づくにつれて徐々に減らすことで、吸気側インペラの寸法で吸入流路の径が制約されるインペラ入口部における流路面積の不足によって吸入抵抗が増加することを防止できる。
これにより、吸気側インペラの吸入効率をより向上させ、過給効率をより向上させることができる。

次に、本発明の第５の発明は、上記第２の発明〜第４の発明のいずれか１つに係るターボ過給機であって、それぞれの前記フィンにおいて前記回転軸方向の端部であって吸入空気の上流側となる先端部の形状は、角部を有することなく吸入空気の上流側に向かって凸形状となる曲面状に形成されている。

この第５の発明によれば、フィンの先端部において吸入空気の渦や流れの剥離の発生を抑制し、吸入抵抗が増加することを防止できる。
これにより、吸気側インペラの吸入効率をより向上させ、過給効率をより向上させることができる。

次に、本発明の第６の発明は、上記第２の発明〜第５の発明のいずれか１つに係るターボ過給機であって、それぞれの前記フィンにおける回転軸方向に平行な面は、前記回転部材の回転方向に向かって凹形状となる曲面状に形成されている。

この第６の発明によれば、旋回させた吸入空気が吸入流路の内壁側（吸入流路内における最も外周の側）に偏ることを防止して吸入空気の流れを均一化し、吸気側インペラの吸入効率をより向上させることができる。

次に、本発明の第７の発明は、上記第１の発明〜第６の発明のいずれか１つに係るターボ過給機であって、前記吸入流路は、前記吸気側インペラに近づくにつれて、前記吸気側インペラの回転軸に直交する径が徐々に小さくなるように形成されている。

この第７の発明によれば、吸入流路内を流れる吸入空気が通過する空間の断面面積（吸気側インペラの回転軸に直交する方向の断面面積）をほぼ一定に保ちながら、吸入空気旋回手段を設けることができる。また吸入流路の径を滑らかに暫減させることで、吸入空気の渦や淀みが発生することを抑制し、吸入抵抗が増加することを防止できる。
これにより、吸気側インペラの吸入効率をより向上させ、過給効率をより向上させることができる。

ターボ過給機１の概略構成を説明する図である。 吸入空気旋回手段５０の外観を説明する図である。 吸入空気旋回手段５０の外観を説明する図である。 （Ａ）、（Ｂ）は従来のフィン１５２、１５３が吸気側インペラに吸入空気を圧送しながら旋回させる様子を説明する図であり、（Ｃ）は本実施の形態のフィン５２が吸気側インペラに吸入空気を圧送することなく旋回させる様子を説明する図である。 一部のフィン５２Ａの後端部から吸気側インペラまでの距離ＬＡと、残りのフィン５２Ｂの後端部から吸気側インペラまでの距離ＬＢとを異なるように構成した例を説明する図である。 フィン５２Ｃの形状を、回転方向に向かって凹状となる曲面状にした例を説明する図である。 フィン５２Ｄの形状を、単純な矩形の板状にした例を説明する図である。 回転部材５１を回転させる駆動手段（モータ５８）を、吸入流路１１の外部に設けた例を説明する図である。 吸入空気旋回手段５０の上流の位置（１）と、吸気側インペラ２１の直上流の位置（２）と、吸気側インペラ２１の吸入直後の位置（３）と、吸気側インペラ２１の吐出直後の位置（４）の、各位置を説明する図（Ｂ）と、位置（１）〜（４）の各位置の圧力の例を説明するグラフ（Ａ）である。

以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。
●［ターボ過給機１の概略全体構造（図１）］
まず図１の概略図を用いて、ターボ過給機１の全体構造について説明する。
ターボ過給機１は、タービンシャフト２３、吸気側インペラ２１、排気側インペラ２２、吸気側ハウジング３１、排気側ハウジング３２、軸受ハウジング１３、吸入流路１１、排気流路１２、流路４１、流路４２等を備えている。
なお図１の例では、排気側インペラ２２への排気ガスの流速を調節するバリアブルノズルを有していないターボ過給機を例としているが、バリアブルノズルを有していてもよい。

タービンシャフト２３の軸方向の一方端には吸気側インペラ２１が設けられ、タービンシャフト２３の他方端には排気側インペラ２２が設けられている。
排気側ハウジング３２は、排気側インペラ２２の周囲を覆っている。また排気側ハウジング３２には、エンジンからの排気ガスが流入する流路４２と、排気側インペラ２２を回転駆動した後の排気ガスが浄化装置等に向けて流れる排気流路１２と、が設けられている。
軸受ハウジング１３は、タービンシャフト２３を回転可能に支持してタービンシャフト２３の周囲を覆い、軸方向の一方端が吸気側ハウジング３１に接続され、他方端が排気側ハウジング３２に接続されている。

吸気側ハウジング３１は、吸気側インペラ２１の周囲を覆っている。また吸気側ハウジング３１には、エアクリーナ等からの吸入空気が流入する吸入流路１１と、吸気側インペラ２１にて過給した吸入空気がエンジンに向けて圧送される流路４１と、が設けられている。
吸入流路１１は、吸入空気を吸気側インペラ２１に導く筒状の形状を有している。
そして吸入流路１１における吸気側インペラ２１の直上流となる位置には、吸入空気を吸気側インペラ２１に向けて圧送することなく吸気側インペラ２１の回転方向と同方向に吸入空気を旋回させる回転要素を有する吸入空気旋回手段５０が設けられている。
以降、図２〜図８では、図１のＡＡ領域（主に吸気側インペラ２１及び吸入空気旋回手段５０を含む領域）の詳細を主に示している。

●［吸入空気旋回手段５０の全体構造（図２〜図４）］
図２は、図１のＡＡ領域における吸気側インペラ２１の回転軸ＺＣに沿った断面図を示しており、図３は、図２に示す吸入空気旋回手段５０を回転軸ＺＣ方向から見た図である。
図２及び図３に示すように、吸入空気旋回手段５０は、回転部材５１と、複数のフィン５２と、ステー５３等を有している。
回転部材５１は、回転軸ＺＣ回りに回転可能であり、内部にモータ等の駆動手段を収容している。そして駆動手段は、回転部材５１を、吸気側インペラ２１の回転方向と同方向に回転可能である。そして回転部材５１は、吸入空気の上流側に向かって凸形状となる曲面状に形成され、吸入抵抗を低減している。
ステー５３は、回転部材５１を、吸入流路１１内の所定位置に保持する。
複数のフィン５２は、回転部材５１の外周面に設けられている。そして図４（Ｃ）に示すように、それぞれのフィン５２は、回転軸ＺＣ方向に対して交差することなく回転軸ＺＣ方向に対して平行な形状を有している。なお図３の例では８枚のフィン５２を有する例を示したが、フィンの数は何枚であってもよい。

図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように従来のフィン１５２、従来のフィン１５３は、回転軸ＺＣ方向に対して角度θＡにて交差するように傾斜（図４（Ａ）参照）、あるいは回転軸ＺＣ方向に対して角度θＢにて交差するように湾曲（図４（Ｂ）参照）しており、図中に示す「移送方向」へ圧送して、吸入空気を螺旋状に旋回させている。しかし、送風容量（移送容量）が吸入空気容量よりも小さい場合は、吸気抵抗を発生させていた。
これに対して、図４（Ｃ）に示すように本実施の形態のフィン５２は回転軸ＺＣ方向に対して交差しておらず、吸入空気を、吸気側インペラ２１の方向に圧送することなく回転軸ＺＣ回りに旋回させる。フィン５２は、回転軸ＺＣ方向に対して交差していないので、たとえ送風容量（移送容量）が吸入空気容量よりも小さくなっても、吸気抵抗が発生しない。また、吸入空気は、図４（Ｃ）中に示す移送方向と吸入空気の流れる方向とを合成した方向に流れ、螺旋状に旋回する。

また図２に示すように、それぞれのフィン５２は、回転軸ＺＣに直交する方向の厚さＤ１、Ｄ２が吸気側インペラ２１に近づくにつれて徐々に薄くなる形状、あるいは回転軸ＺＣに直交する径方向の長さが吸気側インペラ２１に近づくにつれて徐々に短くなる形状、の少なくとも一方の形状に形成されている。
これにより、吸入流路１１内の空間において、実通路面積におけるフィン５２の占める面積を、吸気側インペラに近づくにつれて徐々に小さくすることができる。このため、吸気側インペラ２１の寸法で吸入流路１１の径が制約される吸気側インペラ２１の入口部において、流路面積の不足によって吸気抵抗が増大することを防止し、吸気側インペラ２１の吸入効率を、より向上させることができる。
更に、フィン５２において回転軸ＺＣ方向の端部であって吸入空気の上流側となる先端部５２Ｘの形状は、角部を有することなく吸入空気の上流側に向かって凸形状となる曲面状に形成されており、吸入抵抗を低減している。

また図２に示すように、吸入流路１１における回転軸ＺＣに直交する内径ＤＡは、吸気側インペラ２１に近づくにつれて、徐々に小さくなるように形成されている。
これにより、吸入流路１１内において吸入空気が通過する空間の断面面積（回転軸ＺＣに直交する方向の断面面積）をほぼ一定に保ちながら、吸入空気を吸気側インペラ２１へと滑らかに導くことが可能であり、吸入空気の渦や淀みが発生することを抑制し、吸入空気の吸気抵抗の増加を抑制することができる。これにより、吸気側インペラ２１の吸入効率を、より向上させることができる。

●［フィンの他の構造（図５〜図７）］
図５に示す吸入空気旋回手段５０Ａでは、一部のフィン５２Ａ、残りのフィン５２Ｂの、それぞれの回転軸ＺＣ方向の長さが異なり、一部のフィン５２Ａの後端部（回転軸ＺＣ方向の端部であって吸入空気の下流側の端部）から吸気側インペラ２１までの距離ＬＡと、残りのフィン５２Ｂの後端部から吸気側インペラ２１までの距離ＬＢと、のそれぞれの距離が異なる。
距離ＬＢよりも小さな距離ＬＡに設定された一部のフィン５２Ａにて、吸入空気を吸気側インペラ２１の直上流で旋回させることができる。また、残りのフィン５２Ｂからの距離ＬＢを距離ＬＡよりも大きく設定することで、吸気側インペラ２１に近接するフィンの数を低減し、吸気側インペラ２１の吸入効率をより向上させることができる。

また図６に示す吸入空気旋回手段５０Ｂでは、それぞれのフィン５２Ｃにおける回転軸ＺＣ方向に平行な面は、回転部材５１の回転方向に向かって凹形状となる曲面状に形成されている。
これにより、回転軸ＺＣに近づく側へと吸入空気を移送することができるので、フィン５２Ｃによって旋回させた吸入空気が旋回の遠心力等にて吸入流路１１の内壁側に偏ることを防止し、吸気側インペラ２１の吸入効率をより向上させることができる。

また図７に示す吸入空気旋回手段５０Ｃの例は、フィン５２Ｄの形状を、回転軸ＺＣに直交する厚さを一定として、単純な矩形の板状としたものである。この構造であっても、吸入空気を吸気側インペラ２１に向けて圧送することなく吸気側インペラ２１の回転方向と同方向に吸入空気を旋回させることができる。

●［駆動手段を吸入流路の外部に設けた例（図８）］
図８に示す吸入空気旋回手段５０Ｄの例は、図７に示す吸入空気旋回手段５０Ｃに対して、駆動手段を吸入流路１１の外部に設けた例を示している。
駆動手段は、吸入流路１１の外部に設けられたモータ５８であり、当該モータ５８は、ギア５８Ｂが設けられたシャフト５８Ａと、回転部材５１Ｂに設けられたギア５８Ｃと、で構成された動力伝達部材を介して、回転部材５１Ｂを、吸気側インペラ２１の回転方向と同方向に回転させることが可能である。
この構成では、モータ５８を回転部材５１Ｂの内部に収容していないので、モータを回転部材５１に収容するタイプと比較して、回転部材５１Ｂの径をより小さくすることが可能であり、吸入流路１１の径をより小さくすることができる。
また、モータ５８の取り付け位置の自由度が高く、ターボ過給機全体の小型化に寄与できる。

●［各位置における圧力の例（図９）］
図９（Ｂ）は本実施の形態にて説明した吸入空気旋回手段５０及び吸気側インペラ２１の近傍における位置（１）〜位置（４）を説明する図であり、図９（Ａ）は位置（１）〜位置（４）の各位置の圧力の例を示すグラフである。また図９（Ａ）に示すグラフにおいて、実線にて示すグラフαは本実施の形態の吸入空気旋回手段５０を有する場合のグラフを示しており、一点鎖線にて示すグラフβは吸入空気旋回手段５０を有していない場合のグラフを示している。

まず、図９（Ｂ）を用いて、位置（１）〜位置（４）について説明する。
位置（１）は、吸入流路１１内において吸入空気旋回手段５０よりも上流側の位置であり、吸気側インペラ２１よりも所定距離だけ上流側の位置である。
位置（２）は、吸気側インペラ２１の直上流の位置である。
位置（３）は、吸気側インペラ２１が吸入空気を吸入した直後の位置である。
位置（４）は、吸気側インペラ２１が吸入空気を吐出した直後の位置である。

次に図９（Ａ）のグラフα、グラフβを用いて、位置（１）〜位置（４）の各位置の圧力について説明する。
グラフαでは、位置（１）の圧力はＰ（α１）であり、位置（２）の圧力はＰ（α２）であり、位置（３）の圧力はＰ（α３）であり、位置（４）の圧力はＰ（α４）である。
またグラフβでは、位置（１）の圧力はＰ（β１）であり、位置（２）の圧力はＰ（β２）であり、位置（３）の圧力はＰ（β３）であり、位置（４）の圧力はＰ（β４）である。
そして図９（Ａ）の例では、Ｐ（α１）＝Ｐ（α２）＝Ｐ（β１）＝Ｐ（β２）であり、Ｐ（α３）＞Ｐ（β３）、Ｐ（α４）＝Ｐ（β４）である。
位置（１）〜位置（２）では、吸入空気旋回手段５０を有していても（グラフα）、有していなくても（グラフβ）、圧力は一定である。本実施の形態の吸入空気旋回手段５０は、吸気側インペラ２１に向けて圧送することなく吸入空気を旋回するためである。
仮に、吸入流路１１内に吸気側インペラ２１に向けて圧送するファン等を有している場合では、圧送する送風容量が吸入空気量よりも多い場合は位置（２）にて圧力が上昇し、圧送する送風容量が吸入空気量よりも少ない場合は位置（２）にて圧力が低下する。

位置（３）では、吸入空気旋回手段５０を有して吸入空気を旋回させたグラフαのほうが、吸入空気を旋回させていないグラフβよりも圧力が高い。
グラフαのほうでは、吸入空気を吸気側インペラ２１の回転方向と同方向に旋回させており、吸気側インペラ２１の入口部の吸気（旋回している吸入空気）に対するインペラリーディングエッジの相対的移動速度が、吸入空気が旋回していない場合よりも低下するので、吸気側インペラ２１への流入量（吸気側インペラ２１の吸い込み量）が増大する。これにより、グラフαに示す吸入空気旋回手段５０を有する場合のほうが、グラフβに示す吸入空気旋回手段５０を有していない場合よりも、吸気側インペラ２１に取り込まれる吸入空気の量（質量）・密度が増大すると同時に、実質的な吸気側インペラ２１による圧縮の圧力比（Ｐ（α４）／Ｐ（α３））が低下し、過給効率が向上し、過給容量も増大する。

位置（４）では、グラフα、グラフβのどちらも同じ圧力となるように過給した場合の例として記載している。
位置（４）において、グラフαの側では、Ｐ（α４）となるように過給した場合、吸気側インペラの駆動に必要な動力は、Ｐ（α３）、Ｐ（α４）、Ａを頂点とする三角形の面積Ｓ（α）に相当する。
また、位置（４）において、グラフβの側では、Ｐ（β４）となるように過給した場合、吸気側インペラの駆動に必要な動力は、Ｐ（β３）、Ｐ（β４）、Ｂを頂点とする三角形の面積Ｓ（β）に相当する。
Ｐ（α３）、Ｐ（α４）、Ａを頂点とする三角形と、Ｐ（β３）、Ｐ（β４）、Ｂを頂点とする三角形では、底辺の長さ（Ｐ（α３）からＡまでの長さ、及びＰ（β３）からＢまでの長さ）が同じであり、高さはＰ（α３）、Ｐ（α４）、Ａを頂点とする三角形のほうが低い。従って、面積Ｓ（α）＜面積Ｓ（β）であり、同等の過給容量を得る場合では、グラフαの側の方が、グラフβの側よりも吸気側インペラの駆動力をより低減することができる。また、駆動力が同じであれば、グラフαの側の方が、グラフβの側よりもより高い圧力に過給することができる。すなわち、グラフαの側の方が、グラフβの側よりも過給効率が向上している。

以上、本実施の形態にて説明したターボ過給機１では、吸入空気を吸気側インペラ２１に向けて圧送することなく、吸気側インペラ２１の回転方向と同方向に旋回させることで、吸入空気流量の変動に影響されず、吸気側インペラ２１の吸入効率をより向上させ、過給効率をより向上させることができる。
これにより、いわゆるターボラグが発生しやすいエンジン回転数が１０００［ｒｐｍ］以下のアイドリング状態からターボの過給効果を得られるようにすることができる。
なお、過給効果を得にくい低速域で回転部材５１を回転させるので、回転部材５１の回転数は例えば３００〜５００［ｍ³／分］程度の流量があれば充分であり、比較的少量の駆動電力で充分駆動することができる。また駆動手段（モータ等）のサイズも、充分小さなものでよく、吸入流路１１の内部または外部に、充分搭載できるサイズである。
また、高速域では回転部材５１を回転させなくても充分な過給効果が得られていれば、回転部材５１を駆動することなく停止しておけばよい。上記に説明したように、吸入空気旋回手段５０は、停止していても吸入空気の吸気抵抗がほとんどないので、無駄な電力消費もない。

本発明のターボ過給機１は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造、形状等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
例えば、回転部材５１にモータの替わりに吸気側インペラ２１の回転方向と同方向のみに旋回を許容する一方向クラッチを配置し、吸入空気が吸気側インペラ２１の回転方向と同方向に旋回するように吸入流路１１を構成してもよい。このような構成においても、エンジンの運転条件（吸入空気の流速）に応じて、吸入空気を整流し、かつ回転部材を吸気側インペラ２１の回転方向と同方向に旋回させることができるので、吸気側インペラ２１の吸入効率をより向上させ、過給効率をより向上させることができる。この場合、回転部材５１と、フィン５２と、ステー５３に加え吸入通路１１も回転要素に含まれる。
また本実施の形態にて説明したターボ過給機１はバリアブルノズルを備えていないターボ過給機の例で説明したが、バリアブルノズルを備えた可変容量式のターボ過給機に吸入空気旋回手段５０（及び５０Ａ〜５０Ｄ）を設けてもよい。本実施の形態にて説明した吸入空気旋回手段５０（及び５０Ａ〜５０Ｄ）は、種々のターボ過給機に適用することが可能である。

１ ターボ過給機
１１ 吸入流路
１２ 排気流路
２１ 吸気側インペラ
２２ 排気側インペラ
３１ 吸気側ハウジング
３２ 排気側ハウジング
５０、５０Ａ〜５０Ｄ 吸入空気旋回手段
５１ 回転部材
５２、５２Ａ〜５２Ｄ フィン
５２Ｘ 先端部
５３ ステー
ＺＣ 回転軸

Claims (7)

1. 内燃機関から排出された排気ガスを用いてタービンの排気側インペラを回転させ、前記排気側インペラに連結されたコンプレッサの吸気側インペラを回転させて前記内燃機関への吸入空気を圧送するターボ過給機において、
   前記コンプレッサには、前記吸入空気を前記吸気側インペラに導く筒状の吸入流路が設けられており、
   前記吸入流路内には、前記吸気側インペラに向けて前記吸入空気を圧送することなく前記吸入流路内で前記吸入空気を前記吸気側インペラの回転方向と同方向に旋回させる回転要素を有する吸入空気旋回手段が設けられている、
   ターボ過給機。
2. 請求項１に記載のターボ過給機であって、
   前記吸入空気旋回手段は、前記吸入流路内において前記吸気側インペラの回転軸回りに回転する回転部材と、前記回転部材の外周面に設けられた複数のフィンと、前記回転部材を前記吸入流路内の所定位置に保持するステーと、を有しており、
   前記回転部材を回転させる駆動手段は、前記回転部材の内部、あるいは動力伝達手段を介して前記吸入流路の外部、に設けられ、前記回転部材を前記吸気側インペラの回転方向と同方向に回転させ、
   それぞれの前記フィンは、回転軸方向に対して交差することなく前記回転軸方向に平行な形状を有している、
   ターボ過給機。
3. 請求項２に記載のターボ過給機であって、
   複数の前記フィンにおける一部のフィンは、前記吸入空気の下流側となる回転軸方向の端部となる後端部の位置が、前記吸気側インペラに近接するように設定されており、
   複数の前記フィンにおける残りのフィンは、前記後端部の位置が、前記一部のフィンの後端部よりも前記吸入空気の上流側となるように設定されている、
   ターボ過給機。
4. 請求項２または３に記載のターボ過給機であって、
   それぞれの前記フィンは、前記回転軸方向に直交する方向の厚さが前記吸気側インペラに近づくにつれて徐々に薄くなる形状、あるいは前記回転軸方向に直交する径方向の長さが前記吸気側インペラに近づくにつれて徐々に短くなる形状、の少なくとも一方の形状に形成されている、
   ターボ過給機。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載のターボ過給機であって、
   それぞれの前記フィンにおいて前記回転軸方向の端部であって吸入空気の上流側となる先端部の形状は、角部を有することなく吸入空気の上流側に向かって凸形状となる曲面状に形成されている、
   ターボ過給機。
6. 請求項２〜５のいずれか一項に記載のターボ過給機であって、
   それぞれの前記フィンにおける回転軸方向に平行な面は、前記回転部材の回転方向に向かって凹形状となる曲面状に形成されている、
   ターボ過給機。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のターボ過給機であって、
   前記吸入流路は、前記吸気側インペラに近づくにつれて、前記吸気側インペラの回転軸に直交する径が徐々に小さくなるように形成されている、
   ターボ過給機。
   
   

Images