可変容量コンプレッサハウジング及び可変容量コンプレッサ
【課題】インペラ収容室内に流入する空気が減少したときに、インペラ収容室からディフューザ室に流入した空気の圧力損失を抑制する。
【解決手段】コンプレッサハウジング５０は、インペラ収容室５２の外側に設けられたディフューザ室５４と、ディフューザ室５４の外側に形成されたスクロール室５６と、ディフューザ室５４内に移動可能に設けられ、ディフューザ室５４内に移動した状態で、ディフューザ室５４とスクロール室５６との連通部位の一部を仕切る可動部材３８とを有している。ここで、インペラ収容室５２内に流入する空気の流量が少なくなったとき、可動部材３８をディフューザ室５４内に突出させる。この可動部材３８によりディフューザ室５４内の容積が減少するので、ディフューザ室５４内に流入した空気が必要以上に拡散することが抑制され、圧力損失を抑制することができる。
【解決手段】コンプレッサハウジング５０は、インペラ収容室５２の外側に設けられたディフューザ室５４と、ディフューザ室５４の外側に形成されたスクロール室５６と、ディフューザ室５４内に移動可能に設けられ、ディフューザ室５４内に移動した状態で、ディフューザ室５４とスクロール室５６との連通部位の一部を仕切る可動部材３８とを有している。ここで、インペラ収容室５２内に流入する空気の流量が少なくなったとき、可動部材３８をディフューザ室５４内に突出させる。この可動部材３８によりディフューザ室５４内の容積が減少するので、ディフューザ室５４内に流入した空気が必要以上に拡散することが抑制され、圧力損失を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量コンプレッサハウジング及び可変容量コンプレッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、案内羽根をディフューザ内に突出させ又はディフューザ内から退避させる構成としたコンプレッサが記載されている。
【０００３】
非特許文献１には、複数枚（６枚）の翼付きディフューザを用いたコンプレッサが記載されている。
【０００４】
非特許文献２には、ディフューザ内の空気の流路の開度を変更可能とする可変ベーン付きディフューザが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３８９４４２号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】日本ガスタービン学会誌、ｖｏｌ．３３、Ｎｏ．４（２００５．７）、ｐ．２８８−２９４
【非特許文献２】「Garrett Electric Boosting Systems Program」Federal Grant DE-FC05-000R22809、Ｕ．Ｓ．ＤＯＥレポート（２００５．６）．ｐ５７−５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１及び非特許文献２の構成では、コンプレッサに流入する空気の流量に合わせてディフューザ内の構成が変わるものではないので、コンプレッサに流入する空気の流量が減少したときに、ディフューザに流入した空気の圧力損失を抑制することが困難であった。
【０００８】
また、特許文献１のコンプレッサでは、コンプレッサに流入する空気の流量が減少したときに案内羽根をディフューザ内に突出させているが、案内羽根の体積は、ディフューザ内の容積を十分に変化させるほど大きくはなく、ディフューザに流入した空気の圧力損失を抑制することが困難であった。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、インペラ収容室内に流入する空気が減少したときに、インペラ収容室からディフューザ室に流入した空気の圧力損失を抑制することができる可変容量コンプレッサハウジング及び可変容量コンプレッサを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る可変容量コンプレッサハウジングは、流入した空気を回転により加速するインペラが収容されるインペラ収容室の外周に沿って形成されると共に該インペラ収容室の内部と連通し、前記インペラの回転で加速された空気を減速させて加圧するディフューザ室と、前記ディフューザ室の外側に形成されると共に前記ディフューザ室の内部と連通し、前記ディフューザ室で加圧された空気を外部へ流すスクロール室と、前記ディフューザ室内に移動可能に設けられ、前記ディフューザ室内に移動した状態で、前記ディフューザ室と前記スクロール室との連通部位の一部を仕切ると共に、前記ディフューザ室の空気の流路の容積を前記インペラ収容室側に向かって小さくする容積可変部材と、を有する。
【００１１】
上記構成によれば、インペラ収容室の外周に沿ってディフューザ室が形成され、インペラ収容室とディフューザ室は連通して空気が流通可能となっている。さらに、ディフューザ室の外側にスクロール室が形成され、ディフューザ室とスクロール室は連通して空気が流通可能となっている。これにより、インペラ収容室に流入した空気は、インペラの回転により加速された状態でディフューザ室に流入すると共に、ディフューザ室で減速されることで加圧される。そして、ディフューザ室で加圧された空気は、スクロール室で集められ、コンプレッサハウジングの外部へ流される。
【００１２】
このコンプレッサハウジングでは、予め設定された流量以上の空気がインペラ収容室内に流入しているときは、容積可変部材を収容し、ディフューザ室全体を空気が流通可能な状態とする。これは、空気の流量が多く、ディフューザ室からスクロール室に流れる空気の流速が十分確保できるため、外部への排出口における圧力が高い状態であっても、サージ現象（下流の圧力に抗しきれずに空気の逆流が発生する現象）を抑制することができるためである。
【００１３】
一方、インペラ収容室内に流入する空気の流量が、予め設定された流量よりも少なくなったとき（減少したとき）は、容積可変部材をディフューザ室内に移動（突出）させる。そして、移動した容積可変部材は、ディフューザ室とスクロール室との連通部位の一部を仕切ると共に、ディフューザ室の空気の流路の容積をインペラ収容室側に向かって小さくする。即ち、ディフューザ室内の容積が容積可変部材の突出分の体積だけ減少する。これにより、インペラ収容室からディフューザ室内に流入した空気が、ディフューザ室内で必要以上の空間に拡散することが抑制されるので、少ない流量に適した空気の減速及び圧力上昇を行うことができ、圧力損失を抑制することができる。
【００１４】
本発明の請求項２に係る可変容量コンプレッサハウジングは、前記容積可変部材は、前記インペラの軸方向に見て、前記インペラの回転方向に対して前記インペラとの距離が長くなる湾曲形状とされ、前記ディフューザ室への突出時に前記インペラと対向配置される第１側面と、前記インペラの半径方向における前記第１側面よりも外側で且つ前記ディフューザ室の外周上に配置されると共に、前記インペラの回転方向における下流端の位置が前記第１側面の下流端の位置と合わせられ、前記ディフューザ室への突出時に前記スクロール室の内壁面となる第２側面と、前記第１側面の上流端と前記第２側面の上流端とを繋ぐ第３側面と、を有する。
【００１５】
上記構成によれば、インペラ収容室内に流入する空気の流量が予め設定された流量よりも少なくなり（減少し）、容積可変部材をディフューザ室内に移動させたとき、インペラの回転方向（空気の流れる方向）におけるスクロール室の下流側の内壁面の一部が、容積可変部材の第２側面で構成され、ディフューザ室とスクロール室とが仕切られる（スクロール室の下流側がディフューザ室と隔離される）。そして、スクロール室における空気が放出される出口領域が、実質的に、断面積の小さい上流側の出口領域に移動する。この結果、空気の流量が少なくても、スクロール室の出口領域において、圧力に抗する流速が確保でき、空気の逆流（サージ現象）を抑制することができる。
【００１６】
本発明の請求項３に係る可変容量コンプレッサハウジングは、前記容積可変部材は、前記インペラの軸方向に見て、前記インペラの回転方向における前記第１側面の上流端の位置が、前記第２側面の上流端の位置よりも上流側に配置されている。
【００１７】
上記構成によれば、インペラ収容室内に流入する空気の流量が予め設定された流量よりも少なくなり、容積可変部材をディフューザ室内に移動させたとき、容積可変部材の第１側面の上流端の位置が第２側面の上流端の位置よりも上流側に配置されているため、ディフューザ室内でインペラの接線方向に流れる空気は、第３側面に当ることになる。そして、第３側面に当った空気は、流れる方向がインペラの周方向から半径方向に偏向される。ここで、空気の流速の周方向成分が減少して、速度エネルギーが圧力エネルギーに変換される。同時に、空気の流れの向きが半径方向に向かうため、空気の流れの軌跡が短くなり、即ち、短い経路で空気が流出する。この結果、圧力への変換効率を上昇させることができる。また、容積可変部材との接触による空気の流れの摩擦損失を減少させることができる。
【００１８】
本発明の請求項４に係る可変容量コンプレッサは、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の可変容量コンプレッサハウジングと、前記容積可変部材を前記ディフューザ室内に移動させる移動手段と、前記インペラ収容室に流入する空気の流量の情報に基づいて前記移動手段を作動させ、前記容積可変部材の移動を制御する制御手段と、を有する。
【００１９】
上記構成によれば、インペラ収容室に流入する空気の流量が設定流量よりも多いときは、制御手段が移動手段を作動させず、容積可変部材が収容されたままとなる。これにより、ディフューザ室の容積が最大の状態で可変容量コンプレッサが駆動される。
【００２０】
一方、インペラ収容室に流入する空気の流量が設定流量よりも少ないときは、制御手段が、インペラ収容室に流入する空気の流量の情報に基づいて移動手段を作動させ、容積可変部材がディフューザ室内に移動する。そして、移動した容積可変部材は、ディフューザ室とスクロール室との連通部位の一部を仕切ると共に、ディフューザ室の空気の流路の容積をインペラ収容室側に向かって小さくする。即ち、ディフューザ室内の容積が容積可変部材の体積分減少する。これにより、インペラ収容室からディフューザ室内に流入した空気が、ディフューザ室内で必要以上の空間に拡散することが抑制されるので、少ない流量に適した空気の減速及び圧力上昇を行うことができ、圧力損失を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、上記構成としたので、インペラ収容室内に流入する空気が減少したときに、インペラ収容室からディフューザ室に流入した空気の圧力損失を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係るターボチャージャの概略構成を示す全体図である。
【図２】本発明の実施形態に係るコンプレッサハウジングの概略構成を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る可動部材の外観を示す斜視図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）本発明の実施形態に係る可動部材の移動状態を示すコンプレッサハウジングの部分断面図である。
【図５】（Ａ）本発明の実施形態に係る可動部材を収容したときのコンプレッサハウジングの容積を示す説明図である。（Ｂ）本発明の実施形態に係る可動部材をディフューザ室内に突出させたときのコンプレッサハウジングの容積を示す説明図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）比較例に係る可動部材を収容したときのコンプレッサハウジング内の空気の流線及びスクロール出口での流速変化を示す説明図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）本発明の実施形態に係る可動部材をディフューザ室内に突出させたときのコンプレッサハウジング内の空気の流線及びスクロール出口での流速変化を示す説明図である。
【図８】本発明の実施形態に係る可動部材を設けた場合と、比較例として可動部材を設けない場合のコンプレッサ特性の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施形態に係る可変容量コンプレッサハウジング及び可変容量コンプレッサの一例について説明する。
【００２４】
図１には、実施形態の一例としてのターボチャージャ１０の概略構成が示されている。ターボチャージャ１０は、一例として、車のエンジン（図示省略）の排気通路１２に設けられたタービン部２０と、該内燃機関の吸気通路１４に設けられた可変容量コンプレッサの一例としてのコンプレッサ部３０と、タービン部２０及びコンプレッサ部３０を連結する連結部４０とを有している。連結部４０内には、回転シャフト４２が回転可能に設けられており、回転シャフト４２の一端側（タービン部２０側）にはタービン２２が連結され、回転シャフト４２の他端側（コンプレッサ部３０側）にはインペラ３２が連結されている。
【００２５】
タービン２２は、複数枚のタービン翼２３を有しており、タービン翼２３は、平面視で円盤状をなすタービン２２上で周方向に所定の間隔をあけて立設されている。そして、タービン２２は、タービンハウジング２４内に回転可能に収容されている。タービンハウジング２４は、内燃機関から排出された高温の排ガスＧ１が流入する排ガス入口２６と、タービンハウジング２４内でタービン２２を回転させる仕事を行った後の排ガスＧ２が排出される排ガス出口２８とを有している。
【００２６】
一方、インペラ３２は、複数枚のインペラ翼３３を有しており、インペラ翼３３は、平面視で円盤状をなすインペラ３２上で周方向に所定の間隔をあけて立設されている。そして、インペラ３２は、可変容量コンプレッサハウジングの一例としてのコンプレッサハウジング５０内に回転可能に収容されている。コンプレッサハウジング５０は、大気圧の空気Ａ１を内部に取り込むための空気入口部３４と、高速回転するインペラ３２によって圧縮された圧縮空気Ａ２が噴出する空気出口３６とを有している。なお、空気出口３６から噴出した圧縮空気Ａ２は、前述のエンジンに燃焼用の過給気として供給されるようになっている。
【００２７】
ここで、排ガス入口２６から高速で噴出された排ガスＧ２がタービン翼２３に衝突することにより、タービン２２が高速回転し、回転シャフト４２を介して連結されているインペラ３２が高速回転する。これにより、コンプレッサ部３０に空気が流入し、この流入した空気が、インペラ３２の回転で圧縮されると共に空気出口３６から上記エンジンへ圧送される構成となっている。
【００２８】
図４（Ａ）に示すように、コンプレッサ部３０は、容積可変部材の一例としての可動部材３８が移動可能に設けられたコンプレッサハウジング５０と、可動部材３８を移動させる移動手段の一例としての偏心カム４８と、コンプレッサハウジング５０内のインペラ収容室５２内に流入する空気の流量の情報（データ）を得るデータ取得部１８と、データ取得部１８で得られた空気の流量の情報を予め設定された基準流量と比較して偏心カム４８を作動させ、可動部材３８の移動を制御する制御手段の一例としての制御部１６と、を含んで構成されている。なお、偏心カム４８は、モータ（図示省略）により矢印Ｄ方向（図４（Ｂ）参照）に回動（揺動）するようになっており、制御部１６がこのモータを駆動することで回動する。
【００２９】
図２に示すように、コンプレッサハウジング５０は、インペラ３２が収容されたインペラ収容室５２と、インペラ収容室５２の外周に沿って形成され該インペラ収容室５２の内部と連通したディフューザ室５４と、ディフューザ室５４の外側に形成されると共にディフューザ室５４の内部と連通したスクロール室５６と、ディフューザ室５４内に移動可能に設けられた可動部材３８と、を含んで構成されている。
【００３０】
図４（Ａ）に示すように、インペラ収容室５２は、インペラ３２の軸方向（以後、矢印Ｚ方向と記載する）で回転シャフト４２とは反対側に開口部５８が形成されており、開口部５８は、空気入口部３４（図１参照）に接続されている。これにより、空気入口部３４から開口部５８を通ってインペラ収容室５２内に空気が流入する構成となっている。また、インペラ３２は、タービン２２（図１参照）の回転によって回転し、流入した空気を加速してディフューザ室５４内に送り込むようになっている。
【００３１】
図２に示すように、ディフューザ室５４は、矢印Ｚ方向に見てインペラ収容室５２の外側に略環状に形成されている。また、ディフューザ室５４は、矢印Ｚ方向における高さｈ１（図４（Ａ）参照）がインペラ収容室５２よりも低くなっており、インペラ収容室５２から加速状態で流入した空気が減速され、加圧されるようになっている。さらに、ディフューザ室５４は、矢印Ｚ方向に見て略環状の底壁５５を有している。
【００３２】
底壁５５は、矢印Ｚ方向に貫通した貫通孔で且つ可動部材３８が移動（突出）可能となる孔部５７が形成されており、孔部５７は、矢印Ｚ方向に見て、可動部材３８と相似形で且つ可動部材３８の外形よりも僅かに大きい孔壁を有している。即ち、可動部材３８は、孔部５７を摺動するようになっており、可動部材３８と孔部５７との隙間をなくして空気の漏れが生じないようになっている。
【００３３】
スクロール室５６は、矢印Ｚ方向に見てディフューザ室５４の外側に渦巻き状に形成されており、ディフューザ室５４で加圧された空気を集めると共に外部（下流側）へ流すようになっている。なお、矢印Ｚ方向に見たときのスクロール室５６におけるスクロール開始点（渦巻きの開始位置）をＳ１とする。
【００３４】
一方、可動部材３８は、矢印Ｚ方向に見て、湾曲した３つの外形線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３で囲まれた略三日月状に形成されている。ここで、インペラ３２の回転方向（以後、矢印Ｒ方向と記載する）において、外形線Ｌ１の上流側の端点と外形線Ｌ３の上流側の端点とが一致しており、この端点を点Ｂ０とする。また、外形線Ｌ３の下流側の端点と外形線Ｌ２の上流側の端点とが一致しており、この端点を点Ｂ１とする。さらに、外形線Ｌ１の下流側の端点と外形線Ｌ２の下流側の端点とが一致しており、この端点を点Ｂ２とする。
【００３５】
点Ｂ１及び点Ｂ２（外形線Ｌ２）は、ディフューザ室５４の外周上に配置されており、点Ｂ２は、スクロール開始点Ｓ１の近傍に配置されている。また、点Ｂ０は、矢印Ｒ方向において、点Ｂ１よりも上流側で且つインペラ３２の外周近傍（外側）に配置されている。そして、外形線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、いずれも、中央部がインペラ３２の半径方向の外側へ向けて凸の湾曲状態となっている。
【００３６】
さらに、インペラ３２の回転中心位置を点Ｏとし、点Ｂ０−点Ｏ−点Ｂ２の角度をα１、点Ｂ１−点Ｏ−点Ｂ２の角度をα２とすると、点Ｂ１は、α１＞α２の関係が成立するように配置（設定）されている。なお、本実施形態の可動部材３８では、角度α１、α２が、いずれも９０°より大きく、１８０°よりも小さい設定となっているが、α１＞α２の関係が成立すれば、角度α１、α２の設定は、この設定に限らない。
【００３７】
また、点Ｏを中心として可動部材３８とは反対側で且つディフューザ室５４の外周上にある点をＰ１とする。ここで、可動部材３８がディフューザ室５４内に突出したときには、後述する第２側面３８Ｂがスクロール室５６の内壁の一部（蓋）となる。そして、ディフューザ室５４の空気の出口である開口部が、ディフューザ室５４の外周上の点Ｂ２−点Ｐ１−点Ｂ１で構成されるラインに限定される。
【００３８】
図３に示すように、可動部材３８は、平面視で略三日月状で且つ矢印Ｚ方向の高さがｈ２のブロック体であり、矢印Ｚ方向に見たときの外形線Ｌ１に相当する第１側面３８Ａと、外形線Ｌ２に相当する第２側面３８Ｂと、外形線Ｌ３に相当する第３側面３８Ｃと、上面３８Ｄと、下面３８Ｅとを有している。また、可動部材３８は、高さｈ２のうち、ディフューザ室５４（図４（Ａ）参照）の高さｈ１に相当する部分のみがディフューザ室５４内に移動（突出）するようになっている。即ち、ｈ２＞ｈ１となっている。
【００３９】
図２に示すように、第１側面３８Ａは、矢印Ｚ方向に見て、矢印Ｒ方向の下流側になるほどインペラ３２の外周縁との距離（間隔）が長くなる湾曲形状となっており、ディフューザ室５４への突出時にインペラ３２と対向配置されるようになっている。また、第２側面３８Ａは、点Ｏを中心としたインペラ３２の半径方向における第１側面３８Ａよりも外側で、且つディフューザ室５４の外周上に配置されている。そして、前述のように、ディフューザ室５４内への可動部材３８の突出時に、スクロール室５６の内壁面を構成するようになっている。第３側面３８Ｃは、第１側面３８Ａの上流端と第２側面３８Ｂの上流端とを繋なぐ湾曲面である。
【００４０】
図４（Ａ）に示すように、可動部材３８は、ディフューザ室５４の孔部５７内を矢印Ｚ方向に移動可能（図示の左右に移動可能）となっており、未使用時（収容時）には、上面３８Ｄ（図示の左端面）がディフューザ室５４の底壁５５の一部を構成している。また、可動部材３８の下面３８Ｅには、複数の引張りバネ４６の一端（図示の左端）が引っ掛けられており、引張りバネ４６の他端（図示の右端）は、ターボチャージャ１０に設けられたブラケット４４に引っ掛けられている。そして、可動部材３８が収容された状態では、可動部材３８に対して引張り力（戻し力）が作用しないようになっている。
【００４１】
また、可動部材３８の下面３８Ｅ（図示の右端面）と対向して偏心カム４８が配設されている。偏心カム４８は、可動部材３８の収容時には下面３８Ｅから離間配置されており、可動部材３８を付勢していない。なお、このとき、偏心カム４８は、可動部材３８の矢印Ｚ方向とは反対方向への移動を規制しており、孔部５７から可動部材３８が抜け落ちるのを防いでいる。
【００４２】
一方、データ取得部１８は、一例として、エンジンの回転数及びアクセル開度（エンジン及びアクセルの図示は省略する）のデータを取得すると共に、これらのデータに基づいて、インペラ収容室５２内に流入する空気の流量に換算する構成となっている。つまり、アクセル開度が低下すると共にエンジンの回転数が減少したときは、インペラ収容室５２内に流入する空気の流量（換算データ）が少なくなる。
【００４３】
制御部１６は、予め基準流量が設定されており、データ取得部１８から送られた流量データが基準流量よりも少ないとき、図４（Ｂ）に示すように、モータ（図示省略）を駆動して偏心カム４８を回動させ、ディフューザ室５４内に可動部材３８を移動（突出）させる構成となっている。また、制御部１６は、データ取得部１８から送られた流量データが基準流量よりも多いとき、図４（Ａ）に示すように、偏心カム４８を逆方向に回動させ、ディフューザ室５４内から可動部材３８を移動（退避）させる。
【００４４】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００４５】
図１に示すように、ターボチャージャ１０において、排ガス入口２６から高速で噴出された排ガスＧ２がタービン翼２３に衝突することで、タービン２２が高速回転し、回転シャフト４２を介して連結されているインペラ３２が高速回転する。
【００４６】
続いて、図２に示すように、インペラ収容室５２に流入した空気は、インペラ３２の回転により加速された状態でディフューザ室５４に流入すると共に、ディフューザ室５４で減速されることで加圧（圧縮）される。そして、ディフューザ室５４で加圧された空気は、スクロール室５６で集められ、空気出口３６からコンプレッサハウジング５０の外部にあるエンジン（図示省略）へ圧送される。
【００４７】
図４（Ａ）に示すように、制御部１６は、データ取得部１８から送られた流量データが基準流量よりも多いとき、偏心カム４８を回動させずに、ディフューザ室５４内から可動部材３８を退避させた状態で保持する。また、可動部材３８がディフューザ室５４内に突出している状態において、データ取得部１８から送られた流量データが基準流量よりも多いとき、制御部１６は、偏心カム４８を図示の反時計回り方向に回動させる。そして、可動部材３８は、引張りバネ４６の引張力によりディフューザ室５４内から退避される。
【００４８】
これにより、図５（Ａ）に示すように、ディフューザ室５４の容積（使用可能領域）が最大になると共にディフューザ室５４全体に空気が流通可能となる。そして、スクロール室５６における空気の実質的な出口は、スクロール開始点Ｓ１の近傍のスクロール出口５６Ａとなる。なお、図５（Ａ）では、実質的なスクロール出口を実線の楕円で図示しており、スクロール室５６の空気が流れる方向における各部の断面を破線の楕円で図示している。
【００４９】
また、この状態では、ディフューザ室５４の容積が最大となっているが、空気の流量が多いため、圧力損失は防止される。つまり、空気の流量が多く、ディフューザ室５４からスクロール室５６に流れる空気の流速が十分確保できるため、外部への排出口における圧力が高い状態であっても、サージ現象を抑制することができる。
【００５０】
ここで、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、比較例として、ディフューザ室５４の容積が最大の状態で且つ流入する空気の流量が少ないとき、ディフューザ室５４内には翼が無いので、インペラ３２からの空気の流出角度が小さくなり（流出方向が接線方向に近くなり）、流線Ｑａで示すように空気の流路が長くなる。そして、流路が長いことによる摩擦損失が増加し、速度エネルギーから圧力エネルギーへの変換率が低下する。さらに、スクロール出口５６Ａにおける流速ＶＡでは、圧力に抗することができなくなり、サージ現象が生じて、さらに少ない流量の空気を流すことが困難となる。このように、比較例では圧力損失が生じるため、図８に示すように、空気の流量とコンプレッサ効率との関係がグラフＧＢのようになる。
【００５１】
一方、図４（Ｂ）に示すように、本実施形態において、制御部１６は、データ取得部１８から送られた流量データが基準流量よりも少ないとき、モータ（図示省略）を駆動して偏心カム４８を矢印Ｄ方向に回動させる。これにより、偏心カム４８が可動部材３８の下面３８Ｅと接触し、ディフューザ室５４内に可動部材３８が突出される。そして、突出された可動部材３８の上面３８Ｄがディフューザ室５４の内壁と接触することで、ディフューザ室５４内の一部における空気の流通が遮断される。
【００５２】
これにより、図５（Ｂ）に示すように、ディフューザ室５４の容積（使用可能領域）が最小になる。そして、可動部材３８の第２側面３８Ｂがディフューザ室５４とスクロール室５６との連通部位（点Ｂ１から点Ｂ２まで範囲）を仕切ることで、スクロール室５６の下流側がディフューザ室５４と隔離される。これにより、スクロール室５６における空気の実質的な出口は、前述のスクロール出口５６Ａ（図５（Ａ）参照）に比べて、断面積の小さい上流側の点Ｂ２の近傍のスクロール出口５６Ｂに位置することになる。
【００５３】
この結果、図７（Ｂ）に示すように、空気の流量が少なくてもスクロール出口５６Ｂにおいて圧力に抗する流速ＶＢが確保でき、空気の逆流（サージ現象）を抑制することができる。そして、さらに少ない流量の空気を流すことが可能となる。なお、図５（Ｂ）では、実質的なスクロール出口を実線の楕円で図示しており、スクロール室５６の空気が流れる方向における各部の断面を破線の楕円で図示している。
【００５４】
また、本実施形態では、可動部材３８の突出した体積分だけディフューザ室５４内の容積が減少する。そして、ディフューザ室５４の空気の流路の容積が、インペラ収容室５２側に向かって小さくなる。これにより、インペラ収容室５２からディフューザ室５４内に流入した空気が、ディフューザ室５４内で必要以上の大きな空間に拡散することが抑制されるので、少ない流量に適した空気の減速及び圧力上昇を行うことができ、圧力損失を抑制することができる。
【００５５】
さらに、本実施形態では、図７（Ａ）に示すように、第１側面３８Ａの上流端の位置である点Ｂ０が第２側面３８Ｂの上流端の位置である点Ｂ１よりも上流側に配置されているため、可動部材３８をディフューザ室５４内に移動させたとき、ディフューザ室５４内でインペラ３２の接線方向に流れる空気は、第３側面３８Ｃに当ることになる。そして、第３側面３８Ｃに当った空気は、流れる方向がインペラ３２の接線方向（あるいは接線方向に対して所定範囲内の角度方向）から半径方向に偏向される。
【００５６】
ここで、空気の流速の周方向成分が減少することで、速度エネルギーが圧力エネルギーに変換される。同時に、空気の流れの向きが半径方向に向かうため、空気の流線Ｑｂが比較例の流線Ｑａ（図６（Ａ）参照）よりも短くなり、短い経路で空気が流出することになる。この結果、圧力への変換効率が上昇する。また、流線Ｑｂが短くなることにより、可動部材３８との接触による空気の流れの摩擦損失を減少させることができる。
【００５７】
図８には、本実施形態の可動部材３８を設けた場合（グラフＧＡ）と、比較例として可動部材３８を設けない場合（グラフＧＢ）とにおける空気の流量とコンプレッサ効率との関係が示されている。
【００５８】
比較例では、可動部材３８が無いため、流量Ｖ２においてサージ現象が発生し、流量Ｖ２より少ない流量を流せなくなっている。また、流量Ｖ３（＞Ｖ２）におけるコンプレッサ効率は低く、Ｋ１となっている。
【００５９】
一方、本実施形態では、可動部材３８があるため、流量Ｖ２ではサージ現象が発生せず、流量Ｖ２よりも少ない流量Ｖ１（＜Ｖ２）の空気を流すことができる。即ち、コンプレッサ部３０（図１参照）の作動範囲が少流量域に拡大する。また、本実施形態では、流量Ｖ３におけるコンプレッサ効率がＫ２（＞Ｋ１）となっており、少流量域において、比較例よりもコンプレッサ効率を上げることができる。
【００６０】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。
【００６１】
データ取得部１８は、エンジン回転数、アクセル開度に基づいて間接的に流量データを得るだけでなく、吸気通路１４に流量センサを設けて、直接、流量データを得るようにしてもよい。
【００６２】
また、可動部材３８は、ディフューザ室５４の底面側からではなく、上面側から底面側へ向けて突出させるようにしてもよい。さらに、可動部材３８の移動手段として、偏心カム４８に換えて、アクチュエータを用いてもよい。
【００６３】
加えて、複数の可動部材を移動可能に設けて、流量の変化に合わせて移動させるように構成し、コンプレッサハウジング５０（ディフューザ室５４）内の容積変化を多段階で行えるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１６ 制御部（制御手段の一例）
３０ コンプレッサ部（可変容量コンプレッサの一例）
３２ インペラ
３８ 可動部材（容積可変部材の一例）
３８Ａ 第１側面
３８Ｂ 第２側面
３８Ｃ 第３側面
４８ 偏心カム（移動手段の一例）
５０ コンプレッサハウジング（可変容量コンプレッサハウジングの一例）
５２ インペラ収容室
５４ ディフューザ室
５６ スクロール室
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量コンプレッサハウジング及び可変容量コンプレッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、案内羽根をディフューザ内に突出させ又はディフューザ内から退避させる構成としたコンプレッサが記載されている。
【０００３】
非特許文献１には、複数枚（６枚）の翼付きディフューザを用いたコンプレッサが記載されている。
【０００４】
非特許文献２には、ディフューザ内の空気の流路の開度を変更可能とする可変ベーン付きディフューザが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４３８９４４２号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】日本ガスタービン学会誌、ｖｏｌ．３３、Ｎｏ．４（２００５．７）、ｐ．２８８−２９４
【非特許文献２】「Garrett Electric Boosting Systems Program」Federal Grant DE-FC05-000R22809、Ｕ．Ｓ．ＤＯＥレポート（２００５．６）．ｐ５７−５８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１及び非特許文献２の構成では、コンプレッサに流入する空気の流量に合わせてディフューザ内の構成が変わるものではないので、コンプレッサに流入する空気の流量が減少したときに、ディフューザに流入した空気の圧力損失を抑制することが困難であった。
【０００８】
また、特許文献１のコンプレッサでは、コンプレッサに流入する空気の流量が減少したときに案内羽根をディフューザ内に突出させているが、案内羽根の体積は、ディフューザ内の容積を十分に変化させるほど大きくはなく、ディフューザに流入した空気の圧力損失を抑制することが困難であった。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、インペラ収容室内に流入する空気が減少したときに、インペラ収容室からディフューザ室に流入した空気の圧力損失を抑制することができる可変容量コンプレッサハウジング及び可変容量コンプレッサを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の請求項１に係る可変容量コンプレッサハウジングは、流入した空気を回転により加速するインペラが収容されるインペラ収容室の外周に沿って形成されると共に該インペラ収容室の内部と連通し、前記インペラの回転で加速された空気を減速させて加圧するディフューザ室と、前記ディフューザ室の外側に形成されると共に前記ディフューザ室の内部と連通し、前記ディフューザ室で加圧された空気を外部へ流すスクロール室と、前記ディフューザ室内に移動可能に設けられ、前記ディフューザ室内に移動した状態で、前記ディフューザ室と前記スクロール室との連通部位の一部を仕切ると共に、前記ディフューザ室の空気の流路の容積を前記インペラ収容室側に向かって小さくする容積可変部材と、を有する。
【００１１】
上記構成によれば、インペラ収容室の外周に沿ってディフューザ室が形成され、インペラ収容室とディフューザ室は連通して空気が流通可能となっている。さらに、ディフューザ室の外側にスクロール室が形成され、ディフューザ室とスクロール室は連通して空気が流通可能となっている。これにより、インペラ収容室に流入した空気は、インペラの回転により加速された状態でディフューザ室に流入すると共に、ディフューザ室で減速されることで加圧される。そして、ディフューザ室で加圧された空気は、スクロール室で集められ、コンプレッサハウジングの外部へ流される。
【００１２】
このコンプレッサハウジングでは、予め設定された流量以上の空気がインペラ収容室内に流入しているときは、容積可変部材を収容し、ディフューザ室全体を空気が流通可能な状態とする。これは、空気の流量が多く、ディフューザ室からスクロール室に流れる空気の流速が十分確保できるため、外部への排出口における圧力が高い状態であっても、サージ現象（下流の圧力に抗しきれずに空気の逆流が発生する現象）を抑制することができるためである。
【００１３】
一方、インペラ収容室内に流入する空気の流量が、予め設定された流量よりも少なくなったとき（減少したとき）は、容積可変部材をディフューザ室内に移動（突出）させる。そして、移動した容積可変部材は、ディフューザ室とスクロール室との連通部位の一部を仕切ると共に、ディフューザ室の空気の流路の容積をインペラ収容室側に向かって小さくする。即ち、ディフューザ室内の容積が容積可変部材の突出分の体積だけ減少する。これにより、インペラ収容室からディフューザ室内に流入した空気が、ディフューザ室内で必要以上の空間に拡散することが抑制されるので、少ない流量に適した空気の減速及び圧力上昇を行うことができ、圧力損失を抑制することができる。
【００１４】
本発明の請求項２に係る可変容量コンプレッサハウジングは、前記容積可変部材は、前記インペラの軸方向に見て、前記インペラの回転方向に対して前記インペラとの距離が長くなる湾曲形状とされ、前記ディフューザ室への突出時に前記インペラと対向配置される第１側面と、前記インペラの半径方向における前記第１側面よりも外側で且つ前記ディフューザ室の外周上に配置されると共に、前記インペラの回転方向における下流端の位置が前記第１側面の下流端の位置と合わせられ、前記ディフューザ室への突出時に前記スクロール室の内壁面となる第２側面と、前記第１側面の上流端と前記第２側面の上流端とを繋ぐ第３側面と、を有する。
【００１５】
上記構成によれば、インペラ収容室内に流入する空気の流量が予め設定された流量よりも少なくなり（減少し）、容積可変部材をディフューザ室内に移動させたとき、インペラの回転方向（空気の流れる方向）におけるスクロール室の下流側の内壁面の一部が、容積可変部材の第２側面で構成され、ディフューザ室とスクロール室とが仕切られる（スクロール室の下流側がディフューザ室と隔離される）。そして、スクロール室における空気が放出される出口領域が、実質的に、断面積の小さい上流側の出口領域に移動する。この結果、空気の流量が少なくても、スクロール室の出口領域において、圧力に抗する流速が確保でき、空気の逆流（サージ現象）を抑制することができる。
【００１６】
本発明の請求項３に係る可変容量コンプレッサハウジングは、前記容積可変部材は、前記インペラの軸方向に見て、前記インペラの回転方向における前記第１側面の上流端の位置が、前記第２側面の上流端の位置よりも上流側に配置されている。
【００１７】
上記構成によれば、インペラ収容室内に流入する空気の流量が予め設定された流量よりも少なくなり、容積可変部材をディフューザ室内に移動させたとき、容積可変部材の第１側面の上流端の位置が第２側面の上流端の位置よりも上流側に配置されているため、ディフューザ室内でインペラの接線方向に流れる空気は、第３側面に当ることになる。そして、第３側面に当った空気は、流れる方向がインペラの周方向から半径方向に偏向される。ここで、空気の流速の周方向成分が減少して、速度エネルギーが圧力エネルギーに変換される。同時に、空気の流れの向きが半径方向に向かうため、空気の流れの軌跡が短くなり、即ち、短い経路で空気が流出する。この結果、圧力への変換効率を上昇させることができる。また、容積可変部材との接触による空気の流れの摩擦損失を減少させることができる。
【００１８】
本発明の請求項４に係る可変容量コンプレッサは、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の可変容量コンプレッサハウジングと、前記容積可変部材を前記ディフューザ室内に移動させる移動手段と、前記インペラ収容室に流入する空気の流量の情報に基づいて前記移動手段を作動させ、前記容積可変部材の移動を制御する制御手段と、を有する。
【００１９】
上記構成によれば、インペラ収容室に流入する空気の流量が設定流量よりも多いときは、制御手段が移動手段を作動させず、容積可変部材が収容されたままとなる。これにより、ディフューザ室の容積が最大の状態で可変容量コンプレッサが駆動される。
【００２０】
一方、インペラ収容室に流入する空気の流量が設定流量よりも少ないときは、制御手段が、インペラ収容室に流入する空気の流量の情報に基づいて移動手段を作動させ、容積可変部材がディフューザ室内に移動する。そして、移動した容積可変部材は、ディフューザ室とスクロール室との連通部位の一部を仕切ると共に、ディフューザ室の空気の流路の容積をインペラ収容室側に向かって小さくする。即ち、ディフューザ室内の容積が容積可変部材の体積分減少する。これにより、インペラ収容室からディフューザ室内に流入した空気が、ディフューザ室内で必要以上の空間に拡散することが抑制されるので、少ない流量に適した空気の減速及び圧力上昇を行うことができ、圧力損失を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、上記構成としたので、インペラ収容室内に流入する空気が減少したときに、インペラ収容室からディフューザ室に流入した空気の圧力損失を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係るターボチャージャの概略構成を示す全体図である。
【図２】本発明の実施形態に係るコンプレッサハウジングの概略構成を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る可動部材の外観を示す斜視図である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）本発明の実施形態に係る可動部材の移動状態を示すコンプレッサハウジングの部分断面図である。
【図５】（Ａ）本発明の実施形態に係る可動部材を収容したときのコンプレッサハウジングの容積を示す説明図である。（Ｂ）本発明の実施形態に係る可動部材をディフューザ室内に突出させたときのコンプレッサハウジングの容積を示す説明図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）比較例に係る可動部材を収容したときのコンプレッサハウジング内の空気の流線及びスクロール出口での流速変化を示す説明図である。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）本発明の実施形態に係る可動部材をディフューザ室内に突出させたときのコンプレッサハウジング内の空気の流線及びスクロール出口での流速変化を示す説明図である。
【図８】本発明の実施形態に係る可動部材を設けた場合と、比較例として可動部材を設けない場合のコンプレッサ特性の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施形態に係る可変容量コンプレッサハウジング及び可変容量コンプレッサの一例について説明する。
【００２４】
図１には、実施形態の一例としてのターボチャージャ１０の概略構成が示されている。ターボチャージャ１０は、一例として、車のエンジン（図示省略）の排気通路１２に設けられたタービン部２０と、該内燃機関の吸気通路１４に設けられた可変容量コンプレッサの一例としてのコンプレッサ部３０と、タービン部２０及びコンプレッサ部３０を連結する連結部４０とを有している。連結部４０内には、回転シャフト４２が回転可能に設けられており、回転シャフト４２の一端側（タービン部２０側）にはタービン２２が連結され、回転シャフト４２の他端側（コンプレッサ部３０側）にはインペラ３２が連結されている。
【００２５】
タービン２２は、複数枚のタービン翼２３を有しており、タービン翼２３は、平面視で円盤状をなすタービン２２上で周方向に所定の間隔をあけて立設されている。そして、タービン２２は、タービンハウジング２４内に回転可能に収容されている。タービンハウジング２４は、内燃機関から排出された高温の排ガスＧ１が流入する排ガス入口２６と、タービンハウジング２４内でタービン２２を回転させる仕事を行った後の排ガスＧ２が排出される排ガス出口２８とを有している。
【００２６】
一方、インペラ３２は、複数枚のインペラ翼３３を有しており、インペラ翼３３は、平面視で円盤状をなすインペラ３２上で周方向に所定の間隔をあけて立設されている。そして、インペラ３２は、可変容量コンプレッサハウジングの一例としてのコンプレッサハウジング５０内に回転可能に収容されている。コンプレッサハウジング５０は、大気圧の空気Ａ１を内部に取り込むための空気入口部３４と、高速回転するインペラ３２によって圧縮された圧縮空気Ａ２が噴出する空気出口３６とを有している。なお、空気出口３６から噴出した圧縮空気Ａ２は、前述のエンジンに燃焼用の過給気として供給されるようになっている。
【００２７】
ここで、排ガス入口２６から高速で噴出された排ガスＧ２がタービン翼２３に衝突することにより、タービン２２が高速回転し、回転シャフト４２を介して連結されているインペラ３２が高速回転する。これにより、コンプレッサ部３０に空気が流入し、この流入した空気が、インペラ３２の回転で圧縮されると共に空気出口３６から上記エンジンへ圧送される構成となっている。
【００２８】
図４（Ａ）に示すように、コンプレッサ部３０は、容積可変部材の一例としての可動部材３８が移動可能に設けられたコンプレッサハウジング５０と、可動部材３８を移動させる移動手段の一例としての偏心カム４８と、コンプレッサハウジング５０内のインペラ収容室５２内に流入する空気の流量の情報（データ）を得るデータ取得部１８と、データ取得部１８で得られた空気の流量の情報を予め設定された基準流量と比較して偏心カム４８を作動させ、可動部材３８の移動を制御する制御手段の一例としての制御部１６と、を含んで構成されている。なお、偏心カム４８は、モータ（図示省略）により矢印Ｄ方向（図４（Ｂ）参照）に回動（揺動）するようになっており、制御部１６がこのモータを駆動することで回動する。
【００２９】
図２に示すように、コンプレッサハウジング５０は、インペラ３２が収容されたインペラ収容室５２と、インペラ収容室５２の外周に沿って形成され該インペラ収容室５２の内部と連通したディフューザ室５４と、ディフューザ室５４の外側に形成されると共にディフューザ室５４の内部と連通したスクロール室５６と、ディフューザ室５４内に移動可能に設けられた可動部材３８と、を含んで構成されている。
【００３０】
図４（Ａ）に示すように、インペラ収容室５２は、インペラ３２の軸方向（以後、矢印Ｚ方向と記載する）で回転シャフト４２とは反対側に開口部５８が形成されており、開口部５８は、空気入口部３４（図１参照）に接続されている。これにより、空気入口部３４から開口部５８を通ってインペラ収容室５２内に空気が流入する構成となっている。また、インペラ３２は、タービン２２（図１参照）の回転によって回転し、流入した空気を加速してディフューザ室５４内に送り込むようになっている。
【００３１】
図２に示すように、ディフューザ室５４は、矢印Ｚ方向に見てインペラ収容室５２の外側に略環状に形成されている。また、ディフューザ室５４は、矢印Ｚ方向における高さｈ１（図４（Ａ）参照）がインペラ収容室５２よりも低くなっており、インペラ収容室５２から加速状態で流入した空気が減速され、加圧されるようになっている。さらに、ディフューザ室５４は、矢印Ｚ方向に見て略環状の底壁５５を有している。
【００３２】
底壁５５は、矢印Ｚ方向に貫通した貫通孔で且つ可動部材３８が移動（突出）可能となる孔部５７が形成されており、孔部５７は、矢印Ｚ方向に見て、可動部材３８と相似形で且つ可動部材３８の外形よりも僅かに大きい孔壁を有している。即ち、可動部材３８は、孔部５７を摺動するようになっており、可動部材３８と孔部５７との隙間をなくして空気の漏れが生じないようになっている。
【００３３】
スクロール室５６は、矢印Ｚ方向に見てディフューザ室５４の外側に渦巻き状に形成されており、ディフューザ室５４で加圧された空気を集めると共に外部（下流側）へ流すようになっている。なお、矢印Ｚ方向に見たときのスクロール室５６におけるスクロール開始点（渦巻きの開始位置）をＳ１とする。
【００３４】
一方、可動部材３８は、矢印Ｚ方向に見て、湾曲した３つの外形線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３で囲まれた略三日月状に形成されている。ここで、インペラ３２の回転方向（以後、矢印Ｒ方向と記載する）において、外形線Ｌ１の上流側の端点と外形線Ｌ３の上流側の端点とが一致しており、この端点を点Ｂ０とする。また、外形線Ｌ３の下流側の端点と外形線Ｌ２の上流側の端点とが一致しており、この端点を点Ｂ１とする。さらに、外形線Ｌ１の下流側の端点と外形線Ｌ２の下流側の端点とが一致しており、この端点を点Ｂ２とする。
【００３５】
点Ｂ１及び点Ｂ２（外形線Ｌ２）は、ディフューザ室５４の外周上に配置されており、点Ｂ２は、スクロール開始点Ｓ１の近傍に配置されている。また、点Ｂ０は、矢印Ｒ方向において、点Ｂ１よりも上流側で且つインペラ３２の外周近傍（外側）に配置されている。そして、外形線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は、いずれも、中央部がインペラ３２の半径方向の外側へ向けて凸の湾曲状態となっている。
【００３６】
さらに、インペラ３２の回転中心位置を点Ｏとし、点Ｂ０−点Ｏ−点Ｂ２の角度をα１、点Ｂ１−点Ｏ−点Ｂ２の角度をα２とすると、点Ｂ１は、α１＞α２の関係が成立するように配置（設定）されている。なお、本実施形態の可動部材３８では、角度α１、α２が、いずれも９０°より大きく、１８０°よりも小さい設定となっているが、α１＞α２の関係が成立すれば、角度α１、α２の設定は、この設定に限らない。
【００３７】
また、点Ｏを中心として可動部材３８とは反対側で且つディフューザ室５４の外周上にある点をＰ１とする。ここで、可動部材３８がディフューザ室５４内に突出したときには、後述する第２側面３８Ｂがスクロール室５６の内壁の一部（蓋）となる。そして、ディフューザ室５４の空気の出口である開口部が、ディフューザ室５４の外周上の点Ｂ２−点Ｐ１−点Ｂ１で構成されるラインに限定される。
【００３８】
図３に示すように、可動部材３８は、平面視で略三日月状で且つ矢印Ｚ方向の高さがｈ２のブロック体であり、矢印Ｚ方向に見たときの外形線Ｌ１に相当する第１側面３８Ａと、外形線Ｌ２に相当する第２側面３８Ｂと、外形線Ｌ３に相当する第３側面３８Ｃと、上面３８Ｄと、下面３８Ｅとを有している。また、可動部材３８は、高さｈ２のうち、ディフューザ室５４（図４（Ａ）参照）の高さｈ１に相当する部分のみがディフューザ室５４内に移動（突出）するようになっている。即ち、ｈ２＞ｈ１となっている。
【００３９】
図２に示すように、第１側面３８Ａは、矢印Ｚ方向に見て、矢印Ｒ方向の下流側になるほどインペラ３２の外周縁との距離（間隔）が長くなる湾曲形状となっており、ディフューザ室５４への突出時にインペラ３２と対向配置されるようになっている。また、第２側面３８Ａは、点Ｏを中心としたインペラ３２の半径方向における第１側面３８Ａよりも外側で、且つディフューザ室５４の外周上に配置されている。そして、前述のように、ディフューザ室５４内への可動部材３８の突出時に、スクロール室５６の内壁面を構成するようになっている。第３側面３８Ｃは、第１側面３８Ａの上流端と第２側面３８Ｂの上流端とを繋なぐ湾曲面である。
【００４０】
図４（Ａ）に示すように、可動部材３８は、ディフューザ室５４の孔部５７内を矢印Ｚ方向に移動可能（図示の左右に移動可能）となっており、未使用時（収容時）には、上面３８Ｄ（図示の左端面）がディフューザ室５４の底壁５５の一部を構成している。また、可動部材３８の下面３８Ｅには、複数の引張りバネ４６の一端（図示の左端）が引っ掛けられており、引張りバネ４６の他端（図示の右端）は、ターボチャージャ１０に設けられたブラケット４４に引っ掛けられている。そして、可動部材３８が収容された状態では、可動部材３８に対して引張り力（戻し力）が作用しないようになっている。
【００４１】
また、可動部材３８の下面３８Ｅ（図示の右端面）と対向して偏心カム４８が配設されている。偏心カム４８は、可動部材３８の収容時には下面３８Ｅから離間配置されており、可動部材３８を付勢していない。なお、このとき、偏心カム４８は、可動部材３８の矢印Ｚ方向とは反対方向への移動を規制しており、孔部５７から可動部材３８が抜け落ちるのを防いでいる。
【００４２】
一方、データ取得部１８は、一例として、エンジンの回転数及びアクセル開度（エンジン及びアクセルの図示は省略する）のデータを取得すると共に、これらのデータに基づいて、インペラ収容室５２内に流入する空気の流量に換算する構成となっている。つまり、アクセル開度が低下すると共にエンジンの回転数が減少したときは、インペラ収容室５２内に流入する空気の流量（換算データ）が少なくなる。
【００４３】
制御部１６は、予め基準流量が設定されており、データ取得部１８から送られた流量データが基準流量よりも少ないとき、図４（Ｂ）に示すように、モータ（図示省略）を駆動して偏心カム４８を回動させ、ディフューザ室５４内に可動部材３８を移動（突出）させる構成となっている。また、制御部１６は、データ取得部１８から送られた流量データが基準流量よりも多いとき、図４（Ａ）に示すように、偏心カム４８を逆方向に回動させ、ディフューザ室５４内から可動部材３８を移動（退避）させる。
【００４４】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００４５】
図１に示すように、ターボチャージャ１０において、排ガス入口２６から高速で噴出された排ガスＧ２がタービン翼２３に衝突することで、タービン２２が高速回転し、回転シャフト４２を介して連結されているインペラ３２が高速回転する。
【００４６】
続いて、図２に示すように、インペラ収容室５２に流入した空気は、インペラ３２の回転により加速された状態でディフューザ室５４に流入すると共に、ディフューザ室５４で減速されることで加圧（圧縮）される。そして、ディフューザ室５４で加圧された空気は、スクロール室５６で集められ、空気出口３６からコンプレッサハウジング５０の外部にあるエンジン（図示省略）へ圧送される。
【００４７】
図４（Ａ）に示すように、制御部１６は、データ取得部１８から送られた流量データが基準流量よりも多いとき、偏心カム４８を回動させずに、ディフューザ室５４内から可動部材３８を退避させた状態で保持する。また、可動部材３８がディフューザ室５４内に突出している状態において、データ取得部１８から送られた流量データが基準流量よりも多いとき、制御部１６は、偏心カム４８を図示の反時計回り方向に回動させる。そして、可動部材３８は、引張りバネ４６の引張力によりディフューザ室５４内から退避される。
【００４８】
これにより、図５（Ａ）に示すように、ディフューザ室５４の容積（使用可能領域）が最大になると共にディフューザ室５４全体に空気が流通可能となる。そして、スクロール室５６における空気の実質的な出口は、スクロール開始点Ｓ１の近傍のスクロール出口５６Ａとなる。なお、図５（Ａ）では、実質的なスクロール出口を実線の楕円で図示しており、スクロール室５６の空気が流れる方向における各部の断面を破線の楕円で図示している。
【００４９】
また、この状態では、ディフューザ室５４の容積が最大となっているが、空気の流量が多いため、圧力損失は防止される。つまり、空気の流量が多く、ディフューザ室５４からスクロール室５６に流れる空気の流速が十分確保できるため、外部への排出口における圧力が高い状態であっても、サージ現象を抑制することができる。
【００５０】
ここで、図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、比較例として、ディフューザ室５４の容積が最大の状態で且つ流入する空気の流量が少ないとき、ディフューザ室５４内には翼が無いので、インペラ３２からの空気の流出角度が小さくなり（流出方向が接線方向に近くなり）、流線Ｑａで示すように空気の流路が長くなる。そして、流路が長いことによる摩擦損失が増加し、速度エネルギーから圧力エネルギーへの変換率が低下する。さらに、スクロール出口５６Ａにおける流速ＶＡでは、圧力に抗することができなくなり、サージ現象が生じて、さらに少ない流量の空気を流すことが困難となる。このように、比較例では圧力損失が生じるため、図８に示すように、空気の流量とコンプレッサ効率との関係がグラフＧＢのようになる。
【００５１】
一方、図４（Ｂ）に示すように、本実施形態において、制御部１６は、データ取得部１８から送られた流量データが基準流量よりも少ないとき、モータ（図示省略）を駆動して偏心カム４８を矢印Ｄ方向に回動させる。これにより、偏心カム４８が可動部材３８の下面３８Ｅと接触し、ディフューザ室５４内に可動部材３８が突出される。そして、突出された可動部材３８の上面３８Ｄがディフューザ室５４の内壁と接触することで、ディフューザ室５４内の一部における空気の流通が遮断される。
【００５２】
これにより、図５（Ｂ）に示すように、ディフューザ室５４の容積（使用可能領域）が最小になる。そして、可動部材３８の第２側面３８Ｂがディフューザ室５４とスクロール室５６との連通部位（点Ｂ１から点Ｂ２まで範囲）を仕切ることで、スクロール室５６の下流側がディフューザ室５４と隔離される。これにより、スクロール室５６における空気の実質的な出口は、前述のスクロール出口５６Ａ（図５（Ａ）参照）に比べて、断面積の小さい上流側の点Ｂ２の近傍のスクロール出口５６Ｂに位置することになる。
【００５３】
この結果、図７（Ｂ）に示すように、空気の流量が少なくてもスクロール出口５６Ｂにおいて圧力に抗する流速ＶＢが確保でき、空気の逆流（サージ現象）を抑制することができる。そして、さらに少ない流量の空気を流すことが可能となる。なお、図５（Ｂ）では、実質的なスクロール出口を実線の楕円で図示しており、スクロール室５６の空気が流れる方向における各部の断面を破線の楕円で図示している。
【００５４】
また、本実施形態では、可動部材３８の突出した体積分だけディフューザ室５４内の容積が減少する。そして、ディフューザ室５４の空気の流路の容積が、インペラ収容室５２側に向かって小さくなる。これにより、インペラ収容室５２からディフューザ室５４内に流入した空気が、ディフューザ室５４内で必要以上の大きな空間に拡散することが抑制されるので、少ない流量に適した空気の減速及び圧力上昇を行うことができ、圧力損失を抑制することができる。
【００５５】
さらに、本実施形態では、図７（Ａ）に示すように、第１側面３８Ａの上流端の位置である点Ｂ０が第２側面３８Ｂの上流端の位置である点Ｂ１よりも上流側に配置されているため、可動部材３８をディフューザ室５４内に移動させたとき、ディフューザ室５４内でインペラ３２の接線方向に流れる空気は、第３側面３８Ｃに当ることになる。そして、第３側面３８Ｃに当った空気は、流れる方向がインペラ３２の接線方向（あるいは接線方向に対して所定範囲内の角度方向）から半径方向に偏向される。
【００５６】
ここで、空気の流速の周方向成分が減少することで、速度エネルギーが圧力エネルギーに変換される。同時に、空気の流れの向きが半径方向に向かうため、空気の流線Ｑｂが比較例の流線Ｑａ（図６（Ａ）参照）よりも短くなり、短い経路で空気が流出することになる。この結果、圧力への変換効率が上昇する。また、流線Ｑｂが短くなることにより、可動部材３８との接触による空気の流れの摩擦損失を減少させることができる。
【００５７】
図８には、本実施形態の可動部材３８を設けた場合（グラフＧＡ）と、比較例として可動部材３８を設けない場合（グラフＧＢ）とにおける空気の流量とコンプレッサ効率との関係が示されている。
【００５８】
比較例では、可動部材３８が無いため、流量Ｖ２においてサージ現象が発生し、流量Ｖ２より少ない流量を流せなくなっている。また、流量Ｖ３（＞Ｖ２）におけるコンプレッサ効率は低く、Ｋ１となっている。
【００５９】
一方、本実施形態では、可動部材３８があるため、流量Ｖ２ではサージ現象が発生せず、流量Ｖ２よりも少ない流量Ｖ１（＜Ｖ２）の空気を流すことができる。即ち、コンプレッサ部３０（図１参照）の作動範囲が少流量域に拡大する。また、本実施形態では、流量Ｖ３におけるコンプレッサ効率がＫ２（＞Ｋ１）となっており、少流量域において、比較例よりもコンプレッサ効率を上げることができる。
【００６０】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。
【００６１】
データ取得部１８は、エンジン回転数、アクセル開度に基づいて間接的に流量データを得るだけでなく、吸気通路１４に流量センサを設けて、直接、流量データを得るようにしてもよい。
【００６２】
また、可動部材３８は、ディフューザ室５４の底面側からではなく、上面側から底面側へ向けて突出させるようにしてもよい。さらに、可動部材３８の移動手段として、偏心カム４８に換えて、アクチュエータを用いてもよい。
【００６３】
加えて、複数の可動部材を移動可能に設けて、流量の変化に合わせて移動させるように構成し、コンプレッサハウジング５０（ディフューザ室５４）内の容積変化を多段階で行えるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１６ 制御部（制御手段の一例）
３０ コンプレッサ部（可変容量コンプレッサの一例）
３２ インペラ
３８ 可動部材（容積可変部材の一例）
３８Ａ 第１側面
３８Ｂ 第２側面
３８Ｃ 第３側面
４８ 偏心カム（移動手段の一例）
５０ コンプレッサハウジング（可変容量コンプレッサハウジングの一例）
５２ インペラ収容室
５４ ディフューザ室
５６ スクロール室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入した空気を回転により加速するインペラが収容されるインペラ収容室の外周に沿って形成されると共に該インペラ収容室の内部と連通し、前記インペラの回転で加速された空気を減速させて加圧するディフューザ室と、
前記ディフューザ室の外側に形成されると共に前記ディフューザ室の内部と連通し、前記ディフューザ室で加圧された空気を外部へ流すスクロール室と、
前記ディフューザ室内に移動可能に設けられ、前記ディフューザ室内に移動した状態で、前記ディフューザ室と前記スクロール室との連通部位の一部を仕切ると共に、前記ディフューザ室の空気の流路の容積を前記インペラ収容室側に向かって小さくする容積可変部材と、
を有する可変容量コンプレッサハウジング。
【請求項２】
前記容積可変部材は、
前記インペラの軸方向に見て、前記インペラの回転方向に対して前記インペラとの距離が長くなる湾曲形状とされ、前記ディフューザ室への突出時に前記インペラと対向配置される第１側面と、
前記インペラの半径方向における前記第１側面よりも外側で且つ前記ディフューザ室の外周上に配置されると共に、前記インペラの回転方向における下流端の位置が前記第１側面の下流端の位置と合わせられ、前記ディフューザ室への突出時に前記スクロール室の内壁面となる第２側面と、
前記第１側面の上流端と前記第２側面の上流端とを繋ぐ第３側面と、
を有する請求項１に記載の可変容量コンプレッサハウジング。
【請求項３】
前記容積可変部材は、前記インペラの軸方向に見て、前記インペラの回転方向における前記第１側面の上流端の位置が、前記第２側面の上流端の位置よりも上流側に配置されている請求項２に記載の可変容量コンプレッサハウジング。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の可変容量コンプレッサハウジングと、
前記容積可変部材を前記ディフューザ室内に移動させる移動手段と、
前記インペラ収容室に流入する空気の流量の情報に基づいて前記移動手段を作動させ、前記容積可変部材の移動を制御する制御手段と、
を有する可変容量コンプレッサ。
【請求項１】
流入した空気を回転により加速するインペラが収容されるインペラ収容室の外周に沿って形成されると共に該インペラ収容室の内部と連通し、前記インペラの回転で加速された空気を減速させて加圧するディフューザ室と、
前記ディフューザ室の外側に形成されると共に前記ディフューザ室の内部と連通し、前記ディフューザ室で加圧された空気を外部へ流すスクロール室と、
前記ディフューザ室内に移動可能に設けられ、前記ディフューザ室内に移動した状態で、前記ディフューザ室と前記スクロール室との連通部位の一部を仕切ると共に、前記ディフューザ室の空気の流路の容積を前記インペラ収容室側に向かって小さくする容積可変部材と、
を有する可変容量コンプレッサハウジング。
【請求項２】
前記容積可変部材は、
前記インペラの軸方向に見て、前記インペラの回転方向に対して前記インペラとの距離が長くなる湾曲形状とされ、前記ディフューザ室への突出時に前記インペラと対向配置される第１側面と、
前記インペラの半径方向における前記第１側面よりも外側で且つ前記ディフューザ室の外周上に配置されると共に、前記インペラの回転方向における下流端の位置が前記第１側面の下流端の位置と合わせられ、前記ディフューザ室への突出時に前記スクロール室の内壁面となる第２側面と、
前記第１側面の上流端と前記第２側面の上流端とを繋ぐ第３側面と、
を有する請求項１に記載の可変容量コンプレッサハウジング。
【請求項３】
前記容積可変部材は、前記インペラの軸方向に見て、前記インペラの回転方向における前記第１側面の上流端の位置が、前記第２側面の上流端の位置よりも上流側に配置されている請求項２に記載の可変容量コンプレッサハウジング。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の可変容量コンプレッサハウジングと、
前記容積可変部材を前記ディフューザ室内に移動させる移動手段と、
前記インペラ収容室に流入する空気の流量の情報に基づいて前記移動手段を作動させ、前記容積可変部材の移動を制御する制御手段と、
を有する可変容量コンプレッサ。
【図１】
【図３】
【図４】
【図８】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【図４】
【図８】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１８４７０６（Ｐ２０１２−１８４７０６Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４７９９５（Ｐ２０１１−４７９９５）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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