專利名稱：離心式壓縮機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及渦輪增壓器等的離心式壓縮機。
本申請是根據(jù)日本專利申請No.2006-294409作出的，該文獻的內(nèi) 容在此援引以作參考。
背景技術：
以往，例如在汽車用內(nèi)燃機中使用的渦輪增壓器等離心式壓縮機 是眾所周知的。
圖17以及圖18為顯示以往的離心式壓縮機中主要部分的剖面圖。 在圖中所示的離心式壓縮機10中，在殼體11內(nèi)，設有多個葉片12的 葉輪13旋轉，從而壓縮從殼體11外部導入的氣體或空氣等流體。以 此方式形成的流體的流動(氣流)通過形成葉輪13外周端的葉輪出口 (以下，稱為"擴散器入口" ) 14、擴散器通道15以及渦管(未示出) 被輸送至外部。另外，圖中的標號16為葉輪13旋轉的軸中心線。
上述擴散器通道15設置在葉輪出口 14與渦管之間，并且，其為 通過使從葉輪出口 14排出的氣流減速而使動壓恢復至靜壓的通道。該 擴散器通道15通常由一對相對的壁面形成，在以下的說明中，將相對 的一對壁面中的一個稱為護罩(shroud)側壁面15a,將另一個稱為輪轂 側壁面15b。
由于在與內(nèi)燃機組合使用的汽車用渦輪增壓器中，要求較寬的壓 縮機工作范圍，因此，通常采用不具有葉片的類型的擴散器(無葉片 式擴散器)。 由于渦輪增壓器的工作范圍是由壓縮機確定的，因此，要求工作 范圍較大的壓縮機。另外，如圖19所示，工作流量的最小限度是通過
喘振(surging)等不穩(wěn)定現(xiàn)象限定的，限定最小流量的喘振流量Qs與 限定最大流量的節(jié)流流量Qc之間形成了流量范圍。因此，為了拓寬壓 縮機的工作范圍，必需防止喘振的手段。
上述喘振的引發(fā)是由不具有葉片的擴散器通道15內(nèi)的逆流引起 的。在圖18中，以虛線顯示了喘振時的護罩側壁面15a的逆流區(qū)域， 以實線顯示了在開始失速時的護罩側壁面15a的逆流區(qū)域。
作為防止離心式壓縮機的喘振的現(xiàn)有技術，提出了設置根據(jù)排出 流量、最適調(diào)整擴散器的流道截面面積的節(jié)流部。該節(jié)流部是由形成 擴散器中一側部的盤狀擴散器側板構成的。該擴散器側板設置在形成 于擴散器上的凹部中，并可向流道截面?zhèn)韧鶑妥杂蛇\動(例如，參見 實開平6 — 83897號公報的圖1)。
但是，特別是在車載用渦輪增壓器中，希望提高發(fā)動機加速時的 增壓，并且，必需壓力比在小流量、低旋轉下仍較高的壓縮機。另外， 眾所周知，通過改變對壓縮機的工作范圍具有較大影響的擴散器通道 15的通道寬度，可以實現(xiàn)喘振流量Qs的控制，從而能夠大幅度改善工 作范圍。在這種擴散器通道的可變機構中，必需均勻、正確地實施通 道寬度的可變控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對上述情況作出的，其目的在于提供一種離心式壓縮 機，該壓縮機在離心式壓縮機的擴散器通道中，能夠均勻、正確地實 現(xiàn)通道寬度的可變控制。
為了解決上述課題，本發(fā)明采用了以下手段。
本發(fā)明的離心式壓縮機，在無葉片式擴散器上設置構成無葉片式 擴散器中一側壁面的環(huán)狀可動部，并使該環(huán)狀可動部的位置變化，從 而調(diào)整擴散器通道的寬度，其中設有螺紋機構，該機構可以使上述 可動部相對于殼體、繞葉輪旋轉軸轉動，并使上述可動部沿葉輪旋轉 軸的周向轉動，從而使其沿上述擴散器通道寬度的方向移動。
根據(jù)這種離心式壓縮機，由于設置了螺紋機構，該機構通過使可 動部相對于殼體、可以繞葉輪旋轉軸轉動，并使可動部沿葉輪旋轉軸 的周向轉動，從而使其沿擴散器通道寬度的方向移動，因此，擴散器 通道寬度的變化由螺紋的節(jié)距與轉數(shù)乘積來表示，擴散器通道寬度能 夠在可動部不會傾斜的情況下均勻地平行移動地變化。
在上述發(fā)明中，最好設置止動件，該止動件在上述擴散器寬度的 最大位置處限制上述可動部的移動，以使上述擴散器通路寬度不會大 于葉輪出口寬度。以此方式，能夠防止通道寬度擴大至必需以上。
在上述發(fā)明中，最好上述螺紋機構相對于推壓力相互抵消的位置 設置在外徑側或內(nèi)徑側，以使氣流作用于上述可動部的推壓力為相同 方向，以此方式，由于在可動部側與固定部側的嚙合部總是能夠形成 密封功能，因此，能夠防止或減小氣流的泄漏。
在這種情況下，上述螺紋機構最好設置在氣流作用于上述可動部 上的推壓力的一部分相互抵消且推壓力方向不會變化的半徑位置處。 采用這種結構，由于在可以減小使可動部旋轉的驅(qū)動力的同時，推壓 力的方向不會變化，因此，在嚙合部處不會出現(xiàn)松動，因而優(yōu)選。
根據(jù)上面所述的本發(fā)明，由于設置了螺紋機構，該機構可以使可 動部相對于殼體旋轉，另外，還能夠以擴散器通道寬度的方向使該可 動部移動，因此，擴散器通道的寬度W由螺紋的節(jié)距與轉數(shù)乘積表示，
擴散器通道寬度在可動部不會傾斜的情況下均勻地平行移動地變化。
所以，擴散器通道的寬度w通過螺紋機構可以實現(xiàn)均勻、正確的可變
控制，從而能夠提供工作范圍較大的離心式壓縮機。


圖1顯示了本發(fā)明的離心式壓縮機的一個實施方式，其為顯示擴
散器周邊的主要部分的剖面圖2顯示了本發(fā)明的離心式壓縮機的一個實施方式，其為顯示擴 散器通道的流道寬度W達到最大狀態(tài)的主要部分放大圖3顯示了本發(fā)明的離心式壓縮機的一個實施方式，其為顯示擴 散器通道的流道寬度W達到最小狀態(tài)的主要部分放大圖4為顯示使圖1所示的可動部旋轉的驅(qū)動機構的結構例的剖面
圖5為顯示使圖1所示的可動部旋轉的驅(qū)動機構的結構例的剖面 圖，其為圖4的左側視圖6顯示了關于本發(fā)明的離心式壓縮機的流量(Q)-壓力比的性 能曲線；
圖7顯示了驅(qū)動量確定過程的框圖8顯示了本發(fā)明的作用，并且其顯示了可動部平行移動的狀態(tài)； 圖9顯示了可動部傾斜的狀態(tài)；
圖io為擴散器通道的主要部分放大圖，其顯示了在可動部的內(nèi)周
側設置螺紋機構的狀態(tài)；
圖11為擴散器通道的主要部分放大圖，其顯示了在可動部的外周 側設置螺紋機構的狀態(tài)；
圖12為顯示圖IO的作用的說明圖13為顯示圖11的作用的說明圖14為顯示本發(fā)明的其他實施方式的說明；
圖15為顯示圖14的螺紋的視圖，其為在一側設有螺紋的例子； 圖16為顯示圖14的螺紋的視圖，其為在兩側設有螺紋的例子；
圖n為顯示離心式壓縮機的現(xiàn)有技術例的視圖，其顯示了擴散器周邊的主要部分的剖面圖18為顯示離心式壓縮機的現(xiàn)有技術例的視圖，其顯示了擴散器 通道的氣流；
圖19顯示了關于以往的離心式壓縮機的流量(Q)-壓力比的性能曲線。
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的離心式壓縮機的一個實施方式進行說明。
在圖1 圖3所示的離心式壓縮機IOA中，在殼體11內(nèi)，設有多 個葉片12的葉輪13以軸中心線16為中心旋轉，并壓縮從殼體11外 部導入的氣體或空氣等流體以形成氣流。將該氣流從葉輪出口 (擴散 器入口) 14導入擴散器通道15A，并且在通過擴散器通道15A時使其 減速并恢復靜壓之后，通過圖中未示出的渦管，將氣流送向外部。
擴散器通道15A為無葉片式擴散器，并且，通過相對設置一對護 罩側壁面15a以及輪穀側壁面15b形成。其中，在無葉片式擴散器的一 個壁面上，例如在護罩側壁面15a上，設有形成護罩側壁面15a—部分 的環(huán)狀可動部20。該可動部20通過改變其位置，能夠調(diào)整擴散器通道 寬度W。
可動部20以擴散器入口 14為起點設置至下游側的中途。但是， 若可動部20的起點為擴散器入口 14，則其終點并不受特別限制。
可動部20為與葉輪13同軸設置的大致環(huán)形的板狀件，并通過螺 紋機構21與殼體11螺紋連接。結果，可動部20可以相對于殼體11、 以軸中心線16為中心轉動，并且，可動部20沿擴散器通道寬度W的 方向，如空白箭頭17那樣進行往復平行移動。
在圖中所示的例子中，在可動部20的內(nèi)周側上設置螺紋機構21， 通過該螺紋機構21，使可動部20與殼體11形成螺紋結合。即，在護 罩側壁面15a上形成凹部18，在可動部20的環(huán)形內(nèi)周面上設置螺紋部 21a，在殼體ll側的凹部18上設置與螺紋部21a螺紋結合的螺紋部lla， 通過由螺紋部21a與螺紋部11a構成的螺紋機構21，使可動部20與殼 體ll螺紋結合。
另外，通過在位于擴散器入口 14的可動部20的下端角部19 (可 動部20的環(huán)形內(nèi)周部的輪轂側壁面15b側的角部)上實施R加工，從 而即使在可動部20向擴散器通道15A側移動的情況下，也難以在氣流 的流動中產(chǎn)生紊亂。
接著，在圖4及圖5中顯示使可動部20轉動的驅(qū)動機構20的一 個例子而進行說明。
在該驅(qū)動機構30中，在殼體11的規(guī)定位置處可轉動地支承1個 或多個小齒輪31，并使其與形成于可動部20外周側的驅(qū)動用齒輪部 22嚙合。結果，若通過圖中未示出的電動機等驅(qū)動源，使小齒輪31向 所希望的方向轉動，則驅(qū)動用齒輪部22與小齒輪31嚙合的可動部20 向與小齒輪31相反的方向轉動。在這種驅(qū)動機構30中，由于小齒輪 31的轉數(shù)與可動部20的轉數(shù)是通過齒輪比確定的，因此，通過螺紋機 構21的轉動變化的擴散器通道寬度W的控制性較高。
若可動部20這樣轉動，則根據(jù)其轉動方向，通過螺紋機構21使 可動部20向空白箭頭17的方向平行移動以改變其位置。結果，在最 大Wa(參見圖2)與最小Wi (參見圖3)之間適當調(diào)整擴散器通道寬 度W。
此時，最好設置以擴散器通道寬度W的最大位置Wa限制可動部 20的移動的止動件，以使擴散器通道寬度W不超過最大的Wa，從而
防止擴散器通道寬度w擴大至必需值以上。即，設置止動件，以使擴 散器通道寬度w不大于葉輪出口寬度。
作為上述止動件的具體例子，其結構例如如圖3所示，通過在殼 體11側設置止動面lib并使可動部20側的限制面20a與該可止動面 llb接觸，從而限制可動部20的移動。
或者，也可以采用的結構如圖4及圖5所示，通過在可動部20上 設置與小齒輪31相對的限制面20a，并且，適當?shù)剡x擇上述小齒輪31 的齒寬(厚度)，從而使可動部20側的限制面20a與小齒輪31接觸， 由此限制可動部20的移動，以限定可動部20的可動寬度。另外，由 于在工作流量不同的離心式壓縮機10A中，擴散器通道15A的調(diào)整范 圍也是不同的，因此，通過改變小齒輪31的齒寬，能夠使驅(qū)動機構30 等具有互換性。
如上所述，若通過螺紋機構21使可動部20平行移動，從而可以 改變擴散器通道寬度W，則如圖6所示，通過減小擴散器通道寬度W， 能夠降低喘振流量Qs。 g卩，擴散器通道寬度W達到最大Wa時的喘振 流量Qs伴隨擴散器通道寬度W的減小，在最小Wi時減小最大的值AQ。 因此，通過適當調(diào)整擴散器通道寬度W，離心式壓縮機IOA工作的流 量Q的范圍比以往的Qs/Qc間向低流量側擴展AQ。
因此，在將上述離心式壓縮機IOA用于渦輪增壓器的情況下，例 如如圖7所示，在控制部，制作與發(fā)動機工作狀態(tài)以及可動部20的驅(qū) 動量相關的數(shù)據(jù)庫，根據(jù)輸入的發(fā)動機工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)實施驅(qū)動量確 定。之后，若輸出此處確定的驅(qū)動量的信號以使驅(qū)動機構30工作，則 可動部20旋轉以平行移動至所希望的位置。
此時，由于采用了螺紋機構21，因此，通過螺紋的節(jié)距長度P與 轉數(shù)N的乘積(PXN)，能夠正確計算可動部20的平行移動量。
并且，通過釆用螺紋機構21，如圖9所示，可動部20不會以夾 持軸中心線16的方式沿軸向傾斜，因此，如圖8所示，通過沿軸中心 線16的均勻的平行移動，能夠形成具有均勻通道寬度的擴散器通道 15A。另外，通過螺紋的節(jié)距長度P與轉數(shù)N，能夠?qū)⒃谶@種情況下的 移動量控制至正確的值。
另外，在螺紋機構21中，可動部20側的螺紋部21a與殼體11側 的螺紋部1 la通過承受氣流的壓力而使其相互的螺紋面彼此緊貼，從而 能夠發(fā)揮密封功能。因此，能夠防止或抑制氣流從在可動部20與固定 側的殼體11之間形成的間隙泄漏并通過可動部20的背面?zhèn)仍俅畏祷?擴散器通道15A的循環(huán)流動(參見圖12中的實線箭頭F)的形成。在 圖中所示的例子中，由于恢復靜壓的高壓作用于可動部20的背面?zhèn)龋?因此，向擴散器通道15A側推壓可動部20并使螺紋面彼此緊貼。
可是，在上述實施方式中，雖然如圖IO所示說明了在可動部20 的內(nèi)周側設置螺紋部21a的結構，但是，例如，也可以如圖ll所示， 在可以將螺紋部21a設置在可動部20的外周側。
在圖10所示的結構(將螺紋部21a設置在可動部20的內(nèi)周側的 結構)中，如圖12所示，通過擴散器通道15A恢復靜壓的高壓的出口 壓力P2通過間隙S作用于可動部20的背面?zhèn)?。另一方面，在擴散器 入口 14的附近，在恢復靜壓之前，低壓的入口壓力Pl通過螺紋機構 21的密封作用，不會作用于可動部20的背面?zhèn)?。此時，由于在擴散器 通道15A內(nèi)流動的氣流的壓力P從入口壓力Pl上升至出口壓力P2， 因此，作用于背面?zhèn)鹊某隹趬毫2高于在擴散器通道15A內(nèi)流動的壓 力P的平均值。因此，通過壓力差推壓可動部20的力為始終朝向擴散 器通道15A的空白箭頭17a的方向。
在圖11所示的結構(將螺紋部21a設置在可動部20的外周側的
結構)中，如圖13所示，通過在擴散器通道15A中恢復靜壓之前，低 壓的入口壓力Pl通過間隙S作用于可動部20的背面?zhèn)?。另一方面?在擴散器出口的附近，恢復靜壓的高壓的出口壓力P2通過螺紋機構21 的密封作用，不會作用于可動部20的背面?zhèn)?。此時，由于在擴散器通 道15A內(nèi)流動的氣流的壓力P從入口壓力Pl上升至出口壓力P2，因 此，作用于背面?zhèn)鹊娜肟趬毫l低于在擴散器通道15A內(nèi)流動的壓力 P的平均值。因此，通過壓力差推壓可動部20的力為始終朝向殼體11 的空白箭頭17b的方向。
這樣，由于通過壓力差推壓可動部20的力總是為相同的方向，并 且，不會因工作條件而切換推壓方向，因此，能夠獲得始終保持螺紋 機構21的密封功能的防止泄漏的效果。換句話說，由于將螺紋機構21 相對于推壓力相抵消的位置設置在外徑側或內(nèi)徑側，以使作用于可動 部20的氣流的推壓力達到相同的方向，因此，能夠獲得始終保持螺紋 機構21的密封功能的防止泄漏的效果。因此，在螺紋機構21的密封 機構存在泄漏的情況下，如圖中實線箭頭F所示，氣流泄漏并產(chǎn)生從 高壓側向低壓側流動的循環(huán)流動，從而降低離心式壓縮機10A的效率， 但是，若通過壓力差推壓可動部20的力始終為相同的方向，則能夠抑 制或消除這種效率降低。
在圖14 圖16所示的其它實施方式中，將螺紋機構21A設置在 可動部20的內(nèi)外周中途的位置處。在這種情況下，固定側的螺紋件40 可以在圖15中所示的任意一側上設置螺紋部，或者，也可以是在圖16 所示的兩側上設有螺紋部的螺紋件40A。
在圖14所示的結構中，在可動部20的氣流流動方向，與中間相 比，將螺紋件40設置在擴散器入口 14側。因此，在可動部20的背面 側，作用有低壓的入口壓力P1以及高壓的出口壓力P2。
其中，入口壓力P1作用于螺紋件40下方的背面?zhèn)?，出口壓力P2
作用于螺紋件40上方的背面?zhèn)?。所以，在螺紋件40的上方，通過出 口壓力P2與流過擴散器通道15A內(nèi)的螺紋件40上方的壓力P的平均 值的壓力差，向由空白箭頭17c所示的擴散器通道15A側推壓可動部 20。
然而，在螺紋件40的下方，通過入口壓力Pl與流過擴散器通道 15A內(nèi)的螺紋件40下方的壓力P的平均值的壓力差，向由空白箭頭17d 所示的殼體11側推壓可動部20。
此時，由于通過受壓面積與壓力的差，作用于可動部20上的逆向 力達到不同值，因此，相互抵消后剩余的力的絕對值減小。并且，由 于作用于可動部20的力朝向增大的方向，即，在圖中所示的例子中， 沿空白箭頭17c所示的擴散器通道15A的方向作用的力增大，因此， 推壓力總是朝向擴散器通道15A的方向作用。因此，通過螺紋機構21A 的螺紋面之間總是朝相同的方向緊貼，能夠發(fā)揮密封功能。另外，通 過沿氣流的流動方向改變螺紋件40的位置，從而能夠?qū)⑼茐毫κ冀K作 用的方向設定成所希望的方向。
根據(jù)這種結構，由于對應設有螺紋件40的位置，使向擴散器通道 15A側推壓可動部20的力與向殼體ll側推壓可動部20的力相互抵消， 因此，能夠降低使可動部20轉動所必需的驅(qū)動力。即，若螺紋機構21A 的設置位置處于與作用于可動部20上的氣流的推壓力的一部分相抵消 的半徑位置并且處于推壓力不變化的位置，則在以較小的驅(qū)動力使可 動部20轉動的同時，能夠防止在嚙合部因推壓力方向變化引起的松動， 因此，能夠容易地進行擴散器通道15A的通道寬度控制，同時，能夠 降低在螺紋機構21A等的滑動部產(chǎn)生的磨損。
在上面所述的本發(fā)明中，由于設置了螺紋機構21， 21A，該機構 可以使可動部20相對于殼體11轉動，并且，還能夠以擴散器通道寬 度W的方向使該可動部20移動，因此，通道寬度W由螺紋的節(jié)距P與轉數(shù)W的乘積表示，在可動部20在不會傾斜地均勻平行移動的情況 下變化。因此，擴散器通道15A的通道寬度W通過螺紋機構21、21A， 可以實現(xiàn)均勻、正確的可變控制，從而能夠容易地提供工作范圍較大 的離心式壓縮機。
可是，在上述本實施方式中，雖然將擴散器通道15A作為無葉片 式擴散器進行了說明，但是，例如，也可以如圖2，圖3中以假想線所 示，將其應用于具有翼高h較低且不接觸輪轂側壁面15b范圍的葉片 23的葉片式擴散器。
本發(fā)明不應局限于上述實施方式，在不脫離本發(fā)明思想的情況下 可作出適當?shù)淖兓?br> 權利要求
1.離心式壓縮機，其中，在無葉片式擴散器上設置構成無葉片式擴散器中一側壁面的環(huán)狀可動部，并使該環(huán)狀可動部的位置變化，從而調(diào)整擴散器通道的寬度，其特征在于其設有螺紋機構，該機構可以使所述可動部相對于殼體、繞葉輪旋轉軸轉動，并使所述可動部沿葉輪旋轉軸的周向轉動，從而使其沿所述擴散器通道寬度的方向移動。
2. 根據(jù)權利要求l所述的離心式壓縮機，其特征在于設有止動 件，該止動件在所述擴散器寬度的最大位置處限制所述可動部的移動， 以使所述擴散器通路寬度不會大于葉輪出口寬度。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的離心式壓縮機，其特征在于所述 螺紋機構相對于推壓力相互抵消的位置設置在外徑側或內(nèi)徑側，以使 作用于所述可動部的氣流的推壓力為相同方向。
4. 根據(jù)權利要求3所述的離心式壓縮機，其特征在于所述螺紋 機構設置在氣流作用于所述可動部上的推壓力的一部分相互抵消且推 壓力方向不會變化的半徑位置處。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種離心式壓縮機，在離心式壓縮機的擴散器通道中，能夠均勻、正確地實現(xiàn)通道寬度的可變控制。在使設置在無葉片式擴散器上的環(huán)狀可動部位置變化來調(diào)整擴散器通道寬度的離心式壓縮機中，設有螺紋機構，該機構可以使所述可動部相對于殼體、繞葉輪旋轉軸轉動，并使可動部沿葉輪旋轉軸的周向轉動，從而使其沿擴散器通道寬度的方向移動。
文檔編號F04D29/46GK101173683SQ200710181210
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月25日 優(yōu)先權日2006年10月30日
發(fā)明者東森弘高, 富田勛, 白石隆 申請人:三菱重工業(yè)株式會社