特許 6279524 遠心圧縮機、ターボチャージャ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6279524

(24)【登録日】2018年1月26日

(45)【発行日】2018年2月14日

(54)【発明の名称】遠心圧縮機、ターボチャージャ

(51)【国際特許分類】

   F02B 39/00 20060101AFI20180205BHJP

   F04D 29/66 20060101ALI20180205BHJP

   F04D 29/44 20060101ALI20180205BHJP

【ＦＩ】

   F02B39/00 G

   F04D29/66 H

   F04D29/44 X

   F04D29/44 P

   F02B39/00 Q

【請求項の数】5

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2015-167999(P2015-167999)

(22)【出願日】2015年8月27日

(65)【公開番号】特開2017-44164(P2017-44164A)

(43)【公開日】2017年3月2日

【審査請求日】2016年12月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100079049

【弁理士】

【氏名又は名称】中島 淳

(74)【代理人】

【識別番号】100084995

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 和詳

(72)【発明者】

【氏名】大塚 正義

(72)【発明者】

【氏名】樹杉 剛

【審査官】 種子島 貴裕

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０２９２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１８４７５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ３９／００

Ｆ０４Ｄ ２９／４４

Ｆ０４Ｄ ２９／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸周りに回転し、軸方向から流入する空気を圧縮して径方向の外側へ流す回転翼と、
前記軸方向に延び、前記回転翼へ空気を導く流入流路が形成されている導入部と、
前記導入部の内周面において周方向の一部から突出し、前記導入部の一端側から他端側へ延びて形成され、前記軸方向から見て、突出方向の先端が前記回転翼において空気が流入する流入範囲の外側に位置する突出部と、を備え、
前記流入流路は、前記回転翼の先端縁に対して径方向の外側の部分から前記軸方向において空気が流れる上流側に向かうに従って流路断面が大きくなる漏斗状の漏斗路と、前記漏斗路から前記軸方向の上流側に延びる円柱状の拡径路とを有し、
前記漏斗路、及び拡径路を形成する前記内周面は、前記軸方向に連続して形成されており、
前記突出部は、少なくとも前記拡径路に設けられている遠心圧縮機。

【請求項2】

前記突出部は、前記導入部に形成されている前記流入流路の軸方向の一端部から他端部まで形成されている請求項１に記載の遠心圧縮機。

【請求項3】

前記先端は、前記軸方向に沿っている請求項１又は２に記載の遠心圧縮機。

【請求項4】

前記突出部は、前記導入部の内周面において周方向の一箇所から突出している請求項１〜３の何れか１項に記載の遠心圧縮機。

【請求項5】

エンジンから排出される排気ガスが流れる力によって回転するタービンロータを有するタービンユニットと、
前記タービンロータから回転力が回転翼に伝達され、前記エンジンに供給する空気を圧縮する請求項１〜４の何れか１項に記載の遠心圧縮機と、
を備えたターボチャージャ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遠心圧縮機、及びターボチャージャに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１に記載のエンジンの過給装置において、遠心圧縮機を流れる空気の流量が少なくなる低速域では、遠心圧縮機の空気入口に設けられた案内羽根の傾斜角度を大きくすることで、空気の流れる方向が変えられるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０１−２６０２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

遠心圧縮機を流れる空気の流量が少なくなると遠心圧縮機の入口側の圧力に対して遠心圧縮機の出口側の圧力が高くなる。圧力の大きさがある値を超えると、入口（導入部）から流入してインペラ（回転翼）によってディフューザ側へ流された空気の一部は、入口側（導入部側）へ逆流してしまうことがある。そして、逆流することで入口側へ戻された空気が入口から流入してインペラに向かう空気の流れを阻害してしまい、インペラに向かう空気の圧力は、低下してしまう。これにより、遠心圧縮機にサージングが発生してしまうことがある。

【0005】

本願発明の課題は、導入部から流入した空気が導入部側へ逆流することに起因するサージングの発生を抑制することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の請求項１に係る遠心圧縮機は、軸周りに回転し、軸方向から流入する空気を圧縮して径方向の外側へ流す回転翼と、前記軸方向に延び、前記回転翼へ空気を導く流入流路が形成されている導入部と、前記導入部の内周面において周方向の一部から突出し、前記導入部の一端側から他端側へ延びて形成され、前記軸方向から見て、突出方向の先端が前記回転翼において空気が流入する流入範囲の外側に位置する突出部と、を備え、前記流入流路は、前記回転翼の先端縁に対して径方向の外側の部分から前記軸方向において空気が流れる上流側に向かうに従って流路断面が大きくなる漏斗状の漏斗路と、前記漏斗路から前記軸方向の上流側に延びる円柱状の拡径路とを有し、前記漏斗路、及び拡径路を形成する前記内周面は、前記軸方向に連続して形成されており、前記突出部は、少なくとも前記拡径路に設けられていることを特徴とする。

【0007】

上記構成によれば、軸方向に延びる導入部が空気を回転翼へ導き、回転する回転翼は、軸方向から流入する空気を圧縮して径方向の外側へ流す。また、導入部の内周面には、導入部の一端側から他端側まで延びる突出部が形成されている。

【0008】

ここで、遠心圧縮機から排出される圧縮空気の流量が少ない場合には、回転する回転翼によって圧縮されて径方向の外側へ流された空気の一部は、逆方向に折り返して導入部側へ流れる（逆流する）。

【0009】

さらに、導入部側へ逆流した空気は、導入部の内周面に沿って螺旋状に流れる。ここで、導入部の内周面には突出部が形成されているため、螺旋状に流れる空気は、突出部に当たり、軸方向から見て、回転翼の回転中心側へ流れる。

【0010】

回転翼の回転中心側へ流れた空気は、軸方向に沿って回転翼側へ流れる空気を押圧（加圧）する。これにより、回転翼側へ流れる空気が軸方向から見て一方側へ寄せられ、回転翼側へ流れる空気の圧力は高くなる。このため、回転翼によって圧縮されて径方向の外側へ流された空気の逆流が抑制される。そして、空気の逆流が抑制されることで、導入部から流入した空気が導入部側へ逆流することに起因するサージングの発生を抑制することができる。

【0011】

本発明の請求項２に係る遠心圧縮機は、請求項１に記載の遠心圧縮機において、前記突出部は、前記導入部に形成されている前記流入流路の軸方向の一端部から他端部まで形成されていることを特徴とする。

【0012】

上記構成によれば、突出部が導入部の軸方向の一端部から他端部まで形成されているため、突出部が導入部の軸方向の一端部から他端部まで形成されていない場合と比して、逆流して突出部に当たる空気が効果的に回転翼の回転中心側へ流れる。これにより、導入部から流入した空気が導入部側へ逆流することに起因するサージングの発生を効果的に抑制することができる。

【0013】

本発明の請求項３に係る遠心圧縮機は、請求項１又は２に記載の遠心圧縮機において、前記先端は、前記軸方向に沿っていることを特徴とする。

【0014】

上記構成によれば、突起部の先端は、軸方向に沿っている。このため、例えば、突出部の先端が軸方向に対してジグザグ状の場合と比して、回転翼側への空気の流れを阻害するのを効果的に抑制することができる。

【0015】

本発明の請求項４に係る遠心圧縮機は、請求項１〜３の何れか１項に記載の遠心圧縮機において、前記突出部は、前記導入部の内周面において周方向の一箇所から突出していることを特徴とする。

【0016】

上記構成によれば、突出部は、導入部の内周面において周方向の一箇所から突出しているため、回転翼側へ流れる空気は、エネルギーが分散せず集中して一方側だけに押圧される。このため、複数の方向に押圧される場合と比して、回転翼側へ流れる空気の圧力が効果的に高くなる。これにより、導入部から流入した空気が導入部側へ逆流することに起因するサージングの発生を効果的に抑制することができる。

【0017】

本発明の請求項５に係るターボチャージャは、エンジンから排出される排気ガスが流れる力によって回転するタービンロータを有するタービンユニットと、前記タービンロータから回転力が回転翼に伝達され、前記エンジンに供給する空気を圧縮する請求項１〜４の何れか１項に記載の遠心圧縮機と、を備えたことを特徴とする。

【0018】

上記構成によれば、遠心圧縮機におけるサージングの発生が抑制されることで、圧縮空気をエンジンに効率よく供給することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、導入部から流入した空気が導入部側へ逆流することに起因するサージングの発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機を示した断面図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機を示した正面図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機のサージング限界をグラフで示した図面である。

【図4】（Ａ）（Ｂ）本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機のＣＦＤ解析の解析結果、及び比較形態に係る遠心圧縮機のＣＦＤ解析の解析結果を示した図面である。

【図5】本発明の第１実施形態に係るターボチャージャを示した構成図である。

【図6】本発明の第１実施形態に対する比較形態に係る遠心圧縮機を示した断面図である。

【図7】本発明の第１実施形態に対する比較形態に係る遠心圧縮機を示した正面図である。

【図8】本発明の第２実施形態に対する比較形態に係る遠心圧縮機を示した断面図である。

【図9】本発明の第３実施形態に対する比較形態に係る遠心圧縮機を示した断面図である。

【図10】本発明の第４実施形態に係る遠心圧縮機を示した正面図である。

【図11】本発明の第５実施形態に係る遠心圧縮機を示した正面図である。

【図12】本発明の第６実施形態に係る遠心圧縮機を示した正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機、ターボチャージャの一例について図１〜図７を用いて説明する。

【0022】

（全体構成）
第１実施形態に係るターボチャージャ１０は、図５に示されるように、タービンユニット２０と、遠心圧縮機３０と、タービンユニット２０と遠心圧縮機３０とを連結する連結ユニット４０とを備えている。そして、タービンユニット２０は、自動車のエンジン（図示省略）の排気通路１２の途中に配置され、遠心圧縮機３０は、このエンジンの吸気通路１４の途中に配置されている。

【0023】

タービンユニット２０は、タービンハウジング２４を備え、遠心圧縮機３０は、筐体であるハウジング５０を備え、連結ユニット４０は、タービンハウジング２４とハウジング５０とを連結する連結ハウジング４４を備えている。そして、タービンハウジング２４、連結ハウジング４４、及びハウジング５０は、図示せぬ固定具で互いに固定されている。

【0024】

また、後述する回転軸４２の軸方向（図中矢印Ｅ方向：以下単に「軸方向」）は、タービンハウジング２４、連結ハウジング４４、及びハウジング５０の並び方向と同様とされている。そして、タービンハウジング２４、連結ハウジング４４、及びハウジング５０は、この順番で軸方向の一端側（図中右側）から他端側（図中左側）へ並んでいる。

【0025】

〔タービンユニット〕
タービンユニット２０は、図５に示されるように、タービンハウジング２４を備えており、タービンハウジング２４は、内部が空洞とされている。このタービンハウジング２４の内部には、タービンロータ２２が配置されている。このタービンロータ２２は、円柱状とされている回転軸４２の軸方向の一端側（図中右側）の部分に固定されるロータ軸部２８と、ロータ軸部２８から延出する複数のタービン翼２６とを有している。この構成において、隣り合うタービン翼２６の間に、エンジンから排出された排気ガス（流体の一例）が流れ込むようになっている。そして、タービンロータ２２と回転軸４２とは一体となってタービンハウジング２４内で回転するようになっている。

【0026】

また、タービンハウジング２４においてタービンロータ２２に対して回転軸４２の径方向（図中矢印Ｄ方向：以下単に「径方向」）の外側の部分には、排気通路１２を流れる排気ガスをタービンハウジング２４の内部に流入させる渦巻き状の渦巻き流路２４Ａが形成されている。さらに、タービンハウジング２４においてタービンロータ２２に対して軸方向の外側（図中右側）の部分には、排気ガスをタービンハウジング２４の外部に排出する排出流路２４Ｂが形成されている。

【0027】

この構成において、渦巻き流路２４Ａからタービンハウジング２４の内部に流入した排ガスは、複数のタービン翼２６を押圧してタービンロータ２２を回転させ、排出流路２４Ｂから排出されるようになっている。つまり、タービンロータ２２は、所謂ラジアルタービンロータとされている。

【0028】

〔連結ユニット〕
連結ユニット４０は、図５に示されるように、連結ハウジング４４を備えている。そして、この連結ハウジング４４は、回転軸４２を回転可能に支持する支持部４４Ａを有している。

【0029】

さらに、連結ハウジング４４は、循環するエンジンオイルが連結ハウジング４４の内部に流入する流入口（図示省略）と、エンジンオイルを連結ハウジング４４内から排出する排出口（図示省略）とを有している。

【0030】

この構成において、連結ハウジング４４の内部に流入したエンジンオイルは、支持部４４Ａに供給され、回転軸４２が滑らかに回転するようになっている。

【0031】

〔遠心圧縮機〕
遠心圧縮機３０は、図５に示されるように、ハウジング５０と、ハウジング５０の内部に配置されている回転翼の一例としてのインペラ３２とを備えている。さらに、ハウジング５０には、インペラ３２によって圧縮される空気が流れる流入流路５２と、インペラ３２によって圧縮された空気が流れる渦巻き流路５４（所謂スクロール流路）とが形成されている。

【0032】

なお、遠心圧縮機３０については詳細を後述する。

【0033】

（全体構成の作用）
次に、ターボチャージャ１０の作用について説明する。

【0034】

排気通路１２を流れる排気ガスは、渦巻き流路２４Ａからタービンハウジング２４の内部に流入してタービン翼２６を押圧する。これにより、タービンロータ２２が回転し、この回転が回転軸４２を介してインペラ３２に伝達される。なお、タービンハウジング２４の内部でタービンロータ２２を回転させた排気ガスは、排出流路２４Ｂから排出される。

【0035】

回転軸４２を介して回転が伝達されることで回転するインペラ３２は、流入流路５２からハウジング５０の内部に流入した空気をインペラ翼３６によって圧縮する。そして、回転するインペラ３２によって圧縮された圧縮空気は、渦巻き流路５４を流れて吸気通路１４に排出される。渦巻き流路５４から排出された圧縮空気は、燃焼用の圧縮空気としてエンジンに供給される。

【0036】

（要部構成）
次に、遠心圧縮機３０について説明する。

【0037】

遠心圧縮機３０は、図５に示されるように、ハウジング５０と、ハウジング５０の内部に配置されるインペラ３２とを備えている。

【0038】

〔インペラ〕
インペラ３２は、前述したように、回転軸部３４と、回転軸部３４に基端部が接続されている複数のインペラ翼３６とを有している。

【0039】

回転軸部３４は、軸方向の外側（連結ハウジング４４とは反対側：図中左側）に向かうに従って徐々に細くなっている。

【0040】

また、インペラ翼３６は、図２に示されるように、回転軸部３４から径方向の外側へ湾曲しながら延出している。

【0041】

そして、夫々のインペラ翼３６は、図５に示されるように、インペラ翼３６の先端側（空気が流入する側）の部分で軸方向の外側を向く先端縁３６Ａと、先端縁３６Ａの端部に接続され、インペラ翼３６の基端側に向かう湾曲した湾曲縁３６Ｂとを有している。さらに、夫々のインペラ翼３６は、湾曲縁３６Ｂの端部に接続され、端面が径方向の外側を向く基端縁３６Ｃを有している。

【0042】

この構成において、回転するインペラ３２は、インペラ翼３６の先端縁３６Ａ側から流入する空気を圧縮し、圧縮した空気（圧縮空気）をインペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側へ流すようになっている。

【0043】

〔ハウジング〕
ハウジング５０には、図５に示されるように、吸気通路１４を流れる空気をインペラ３２を導く流入流路５２と、拡散流路５６（所謂ディフューザ流路）と、渦巻き状の渦巻き流路５４とが形成されている。

【0044】

拡散流路５６は、軸方向から見てインペラ３２を囲むように形成され（図２参照）、回転するインペラ３２によって圧縮されて径方向の外側へ流された圧縮空気を渦巻き流路５４に導くようになっている。

【0045】

渦巻き流路５４は、軸方向から見て拡散流路５６を囲むように渦巻き状に形成され（図２参照）、渦巻き流路５４の流路断面は、おおむね円形とされている。

【0046】

ハウジング５０においてインペラ３２に対して軸方向の外側の部分には、導入部６０が設けられ、流入流路５２は、この導入部６０に形成されている。換言すれば、導入部６０に形成されている流入流路５２が、インペラ翼３６へ空気を導くようになっている。

【0047】

流入流路５２は、図２に示されるように、軸方向から見てインペラ翼３６の先端縁３６Ａを囲むように形成され、流入流路５２の軸方向に直交する断面は、円形とされている。

【0048】

さらに、流入流路５２は、図５に示されるように、軸方向へ延び、軸方向に対して直交する断面がインペラ翼３６において空気が流入する流入範囲に比して大きくされている。そして、流入流路５２は、インペラ翼３６側に形成され、外側に向かうに従って流路断面が大きくなる漏斗状の漏斗路６８と、漏斗路６８から外側に延びる拡径路６６とを有している。ここで、インペラ翼３６において空気が流入する流入範囲Ｂ（以下単に「流入範囲Ｂ」）とは、回転するインペラ翼３６の先端縁３６Ａが描く円形の内側の範囲（図２、図５の範囲Ｂ）である。

【0049】

拡径路６６は、回転軸４２の軸線を中心線（図中に示す一点鎖線Ｃ）として軸方向へ延びる円柱状とされている。また、漏斗路６８は、拡径路６６からの空気をインペラ翼３６の先端縁３６Ａ側へ導くように、拡径路６６側からインペラ翼３６の先端縁３６Ａ側まで外径が徐々に小さくなる漏斗状とされている。

【0050】

さらに、導入部６０の内周面６０Ａには、周方向の一箇所（一部）から突出する突出部７２が形成されている（図２参照）。この突出部７２は、板状とされ、軸方向において導入部６０の一端部から他端部まで軸方向に沿って延びて形成されている。また、突出部７２の突出方向の先端７２Ａは、軸方向に沿っており、図２に示されるように、軸方向から見て、流入範囲Ｂの外側に位置している。

【0051】

本実施形態では、一例として、インペラ入口径をＤ１（図１参照）し、拡径路６６の軸方向の長さをＳ１とすると、Ｓ１／Ｄ１≒０．４４４とされる。また、拡径路６６の内径をＤ０とすると、Ｄ０／Ｄ１≒１．４１７とされる。さらに、漏斗路６８の軸方向の長さをＳ２とすると、Ｓ２／Ｄ１≒０．３３３とされる。また、突出部７２の高さをｈとすると、ｈ／Ｄ１≒０．１８１とされる。さらに、漏斗路６８の入り口の内径をＤ２とすると、Ｄ２／Ｄ１≒１．０１９とされる。

【0052】

なお、突出部７２に当たった空気をインペラ３２の回転中心側へ流す作用（詳細は後述）を効果的に生じさせるためには、拡径路６６の長さは、Ｓ１／Ｄ１＝０．４以上とされ、突出部７２の高さは、ｈ／Ｄ１＝０．１３以上とされることが好ましい。

【0053】

（作用）
次に、本第１実施形態に係る遠心圧縮機３０の作用について、本第１実施形態に対する比較形態に係る遠心圧縮機１００と比較しつつ説明する。

【0054】

比較形態に係る遠心圧縮機１００の導入部６０の内周面６０Ａには、図６に示されるように、突出部７２は、形成されていない。なお、遠心圧縮機１００の他の構成については、遠心圧縮機３０と同様である。

【0055】

この構成において、先ず、遠心圧縮機１００から排出される圧縮空気の流量が少ない場合について説明する。この場合には、遠心圧縮機１００の圧力比は、遠心圧縮機１００から排出される圧縮空気の流量が大きい場合に比して、大きくなっている。

【0056】

図６に示されるように、回転するインペラ３２は、流入流路５２を軸方向に沿ってインペラ３２側へ流れインペラ翼３６の先端縁３６Ａ側から流入する空気（矢印Ｌ１）を圧縮し、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流す。ここで、前述したように、遠心圧縮機１００の圧力比は、遠心圧縮機１００から排出される圧縮空気の流量が大きい場合に比して、大きくなっている。

【0057】

このため、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流れた空気は、渦巻き流路５４側へ流れる空気（矢印Ｌ２）と、逆方向に折り返してインペラ翼３６とハウジング５０との間を通って流入流路５２側へ流れる空気（矢印Ｌ３）とに分かれる（剥離する）。

【0058】

さらに、流入流路５２側へ逆流した空気は、図６、図７に示されるように、導入部６０の内周面６０Ａに沿って螺旋状に流れ（矢印Ｌ４）、導入部６０から流出する。

【0059】

なお、遠心圧縮機１００から排出される圧縮空気の流量が大きい場合には、遠心圧縮機１００の圧力比は、遠心圧縮機１００から排出される圧縮空気の流量が小さい場合に比して、小さくなっている。このため、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流れた空気が逆方向に折り返すことはない。

【0060】

次に、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量が少ない場合について説明する。この場合には、遠心圧縮機３０の圧力比は、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量が大きい場合に比して、大きくなっている。

【0061】

図１に示されるように、回転するインペラ３２は、流入流路５２を軸方向に沿ってインペラ３２側へ流れインペラ翼３６の先端縁３６Ａ側から流入する空気（矢印Ｍ１）を圧縮し、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流す。ここで、前述したように、遠心圧縮機３０の圧力比は、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量が大きい場合に比して、大きくなっている。

【0062】

このため、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流れた空気は、渦巻き流路５４側へ流れる空気（矢印Ｍ２）と、逆方向に折り返してインペラ翼３６の湾曲縁３６Ｂに沿って流入流路５２側へ流れる空気（矢印Ｍ３）とに分かれる（剥離する）。

【0063】

さらに、流入流路５２側へ逆流した空気は、図２に示されるように、導入部６０の内周面６０Ａに沿って螺旋状に流れ（矢印Ｍ４）、導入部６０から流出する。ここで、導入部６０の内周面６０Ａには突出部７２が形成されている。このため、導入部６０の内周面６０Ａに沿って螺旋状に流れる空気は、突出部７２に当たり（に案内され）、軸方向から見て、インペラ３２の回転中心側へ流れる（矢印Ｍ５）。

【0064】

そして、インペラ３２の回転中心側へ流れた空気は、流入流路５２を軸方向に沿ってインペラ３２側へ流れる空気（矢印Ｍ１）を押圧（加圧）し、インペラ３２側へ流れる空気は、流入流路５２において突出部７２とは反対側の部分に押圧される（寄せられる）。このため、遠心圧縮機３０では、インペラ３２側へ流れる空気の圧力は高くなる。

【0065】

なお、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量が大きい場合には、遠心圧縮機３０の圧力比は、遠心圧縮機１００から排出される圧縮空気の流量が小さい場合に比して、小さくなっている。さらに、突出部７２の先端７２Ａは、軸方向から見て、流入範囲Ｂの外側へ位置している。これにより、突出部７２は、インペラ３２側への空気の流れを阻害することがない。

【0066】

このため、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流れた空気は、逆方向に折り返すことはない。

【0067】

ここで、遠心圧縮機３０、１００のサージング限界について説明する。

【0068】

図３に示されるグラフの縦軸は遠心圧縮機３０、１００による空気の圧力比を示し、横軸は遠心圧縮機３０、１００から排出される圧縮空気の流量〔ｇ／ｓｅｃ〕を示している。

【0069】

図３に示すグラフ中の実線Ｇ１は、インペラ３２の回転数を一定にし、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量を変えた場合の圧縮空気の流量と圧力比（遠心圧縮機３０の出口における圧力Ｐ２と入口における圧力Ｐ１との比Ｐ２/Ｐ１）との関係を示している。これに対して、破線Ｊ１は、インペラ３２の回転数を実線Ｇ１と同様の回転数にし、遠心圧縮機１００から排出される圧縮空気の流量を変えた場合の圧縮空気の流量と圧力比との関係を示している。

【0070】

そして、圧縮空気の流量を徐々に少なくし、サージングが発生する圧縮空気の流量と圧力比とを検出した。つまり、サージングが発生するまで圧縮空気の流量を少なくした。すなわち、遠心圧縮機３０については、最も圧縮空気の流量が少ない点ｇ１でサージングが発生し、遠心圧縮機１００については、最も圧縮空気の流量が少ない点ｊ１でサージングが発生した。なお、サージングについては、ハウジング５０に振動計を取り付けて、振幅が予め定められた閾値に達した場合に、サージングの発生と判断した。

【0071】

遠心圧縮機３０を用いて測定した実線Ｇ２については、実線Ｇ１に比して回転数を高くし、実線Ｇ３については、実線Ｇ２に比して回転数を高くした場合を示している。そして、実線Ｇ２においては、最も圧縮空気の流量が少ない点ｇ２でサージングが発生し、実線Ｇ３においては、最も圧縮空気の流量が少ない点ｇ３でサージングが発生した。

【0072】

これに対して、遠心圧縮機１００を用いて測定した破線Ｊ２については、遠心圧縮機３０の実線Ｇ２と同様の回転数とし、破線Ｊ３については、遠心圧縮機３０の実線Ｇ３と同様の回転数とした場合を示している。そして、破線Ｊ２においては、最も圧縮空気の流量が少ない点ｊ２でサージングが発生し、破線Ｊ３においては、最も圧縮空気の流量が少ない点ｊ３でサージングが発生した。

【0073】

また、他の回転数においても実線Ｇ１〜Ｇ３及び破線Ｊ１〜Ｊ３と同様の作業を行い、遠心圧縮機３０、１００においてサージングが発生する圧縮空気の流量と圧力比とを求めた。

【0074】

そして、グラフ中の実線Ｈ１が、遠心圧縮機３０を用いた場合のサージング限界線Ｈ１（以下「限界線Ｈ１」）であり、グラフ中の実線Ｈ２が、遠心圧縮機１００を用いた場合のサージング限界線Ｈ２（以下「限界線Ｈ２」）である。

【0075】

遠心圧縮機３０では、グラフ中の限界線Ｈ１よりも右側（流量が大きい側）のエリアでサージングが発生することがない。また、遠心圧縮機１００では、グラフ中の限界線Ｈ２よりも右側（流量が大きい側）のエリアでサージングが発生することがない。

【0076】

ここで、限界線Ｈ１と限界線Ｈ２とを比較すると、限界線Ｈ１が限界線Ｈ２に比して図中左側（空気流量が少ない側）に位置している。これにより、圧縮空気の流量が少ない場合に、遠心圧縮機３０では、遠心圧縮機１００に比して、サージングの発生が抑制されていることが分かる。

【0077】

次に、インペラ３２の回転数を同様にして圧縮空気の流量を少なくすると、サージングが発生する理由について説明する。

【0078】

圧縮空気の流量が少なくなると、前述したように、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流れた空気は、渦巻き流路５４側へ流れる空気と、逆方向に折り返してインペラ翼３６の湾曲縁３６Ｂに沿って流入流路５２側へ流れる空気とに分かれる（図１参照）。換言すれば、一方向に流れる空気が剥離しながら渦巻き流路５４側へ流れる空気と、流入流路５２側へ流れる空気とに分かれる。この空気の剥離に起因して、拡散流路５６の近傍でサージングが発生してしまう。

【0079】

ここで、遠心圧縮機３０では、遠心圧縮機１００に比して、サージングの発生が抑制されている理由について考察する。

【0080】

前述したように、遠心圧縮機３０では、遠心圧縮機１００に比して、インペラ３２側へ流れる空気の圧力は高くなる。

【0081】

このように、インペラ３２側へ流れる空気の圧力が高くなることで、拡散流路５６で逆方向に折り返す空気の流量は少なくなる。このため、遠心圧縮機３０では、遠心圧縮機１００に比して、サージングの発生が抑制されている。

【0082】

ここで、ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析を、遠心圧縮機３０及び遠心圧縮機１００に対して行った。具体的には、流入流路５２を流れる空気の圧力についてＣＦＤ解析した。

【0083】

図４（Ａ）が遠心圧縮機３０の解析結果を示し、図４（Ｂ）が遠心圧縮機１００の解析結果を示している。模様（ドット）を分けることで、流れる空気の圧力の高低が示している。

【0084】

図４（Ａ）（Ｂ）に示される径方向の外側の三層については、流入流路５２側へ逆流した空気の圧力を示している。また、インペラ３２側へ流れる空気（逆流した空気に囲まれている空気）については、ドットの密度が高い程、空気の圧力が高くなっている。

【0085】

遠心圧縮機１００では、図４（Ｂ）に示されるように、インペラ３２側へ流れる空気の圧力が高い高圧力部１０２は、流入流路５２の中央側で複数に分かれて存在している。

【0086】

これに対して、遠心圧縮機３０では、インペラ３２側へ流れる空気は、流入流路５２において突出部７２とは反対側の部分に押圧されている。このため、図４（Ａ）に示されるように、インペラ３２側へ流れる空気の圧力が高い高圧力部１０２は、突出部７２とは反対側の部分に大きく存在する。さらに、遠心圧縮機３０では、高圧力部１０２の中に、高圧力部１０２よりもドットの密度が高い（圧力が高い）高圧力部１０４が存在する。

【0087】

このＣＦＤ解析結果から、遠心圧縮機３０の高圧力部１０２の総面積は、遠心圧縮機１００の高圧力部１０２の総面積に比して大きいことが分かる。このように、遠心圧縮機３０においてインペラ３２側へ流れる空気の圧力は、遠心圧縮機１００においてインペラ３２側へ流れる空気の圧力に比して高いことが分かる。

【0088】

（まとめ）
以上説明したように、遠心圧縮機３０では、突出部７２を形成することで、拡散流路５６で空気の一部が逆方向へ流れることに起因するサージングの発生を抑制することができる。

【0089】

また、突出部７２の先端７２Ａは、軸方向から見て、流入範囲Ｂの外側へ位置している。このため、突出部７２がインペラ３２側への空気の流れを阻害するのを抑制することができる。

【0090】

また、突出部７２は、導入部６０の内周面６０Ａにおいて軸方向の一端部から他端部まで形成されている。このため、例えば、突出部７２が導入部６０の軸方向の一端部から他端部まで形成されていない場合と比して、インペラ３２側へ流れる空気を流入流路５２において突出部７２とは反対側の部分に効果的に押圧することができる。

【0091】

また、突出部７２の先端７２Ａは、軸方向に沿って入る。このため、例えば、突出部７２の先端がジグザグ状の場合と比して、突出部７２がインペラ３２側への空気の流れを阻害するのを効果的に抑制することができる。

【0092】

また、突出部７２は、導入部６０の内周面６０Ａの一箇所（一部）から突出している。これにより、インペラ３２側へ流れる空気は、一方側（流入流路５２において突出部７２とは反対側）だけに押圧される。このため、インペラ３２側へ流れる空気の圧力が効果的に高くなる。これにより、拡散流路５６で空気の一部が逆方向へ流れることに起因するサージングの発生を効果的に抑制することができる。

【0093】

また、ターボチャージャ１０においては、遠心圧縮機３０におけるサージングの発生が抑制されることで、圧縮空気をエンジンに効率よく供給することができる。

【0094】

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る遠心圧縮機、ターボチャージャの一例について図８を用いて説明する。なお、第１実施形態と同一部材等については、同一符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

【0095】

図８に示されるように、第２実施形態に係る遠心圧縮機１２０の突出部１２２は、導入部６０の軸方向の外側（図中左側）の端部から突出している。

【0096】

このように、突出部１２２を導入部６０から突出させることで、導入部６０に接続されるダクト１２４を流れる空気についても軸方向から見て、突出部７２とは反対側の部分に押圧することができる。

【0097】

他の作用については、第１実施形態と同様である。

【0098】

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る遠心圧縮機、ターボチャージャの一例について図９を用いて説明する。なお、第１実施形態と同一部材等については、同一符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

【0099】

図９に示されるように、第３実施形態に係る遠心圧縮機１４０の突出部１４２は、拡径路６６のみに設けられている。

【0100】

このように、突出部１４２を拡径路６６のみに設けることで、突出部１４２の形状を単純化にすることができる。

【0101】

他の作用については、第１実施形態において突出部が導入部６０の一端部から他端部まで形成されていることで奏する作用以外の第１実施形態の作用を奏する。

【0102】

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る遠心圧縮機、ターボチャージャの一例について図１０を用いて説明する。なお、第１実施形態と同一部材等については、同一符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

【0103】

図１０に示されるように、第４実施形態に係る遠心圧縮機１６０の突出部１６２は、板状とされておらず、突出部１６２は、軸方向から見て、導入部６０の内周面６０Ａから円弧状に立ち上がる一対の側面１６２Ａを有している。具体的には、一対の側面１６２Ａは、表面側が凹むように円弧状とされている。

【0104】

このように、突出部１６２の側面１６２Ａを円弧状とすることで、導入部６０の内周面６０Ａに沿って螺旋状に流れる空気（矢印Ｍ４）は、側面１６２Ａに沿ってインペラ３２の回転中心側へ流れる。このように、空気が側面１６２Ａに沿って流れるため、突出部が板状の場合と比して、空気をインペラ３２の回転中心側へ効果的に流すことができる。

【0105】

他の作用については、第１実施形態と同様である。

【0106】

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る遠心圧縮機、ターボチャージャの一例について図１１を用いて説明する。なお、第１実施形態と同一部材等については、同一符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

【0107】

図１１に示されるように、第５実施形態に係る遠心圧縮機１８０の突出部１８２は、導入部６０の内周面６０Ａの二箇所から突出している。一方の突出部１８２は、軸方向から見て、他方の突出部１８２とインペラ３２の回転軸を挟んで反対側に配置されている。

【0108】

このように、突出部１８２を二箇所に配置することで、導入部６０の内周面６０Ａに沿って螺旋状に流れる空気（矢印Ｍ４）は、一方の突出部１８２又は他方の突出部１８２に当たり、軸方向から見て、インペラ３２の回転中心側へ流れる（矢印Ｍ５）。

【0109】

これより、インペラ３２側へ流れる空気は、軸方向から見て、流入流路５２中の二箇所に向けて押圧される（寄せられる）。

【0110】

他の作用については、インペラ３２側へ流れる空気が軸方向から見て、流入流路５２中の一箇所に向けて押圧される（寄せられる）作用を除いて、第１実施形態と同様である。

【0111】

＜第６実施形態＞
次に、本発明の第６実施形態に係る遠心圧縮機、ターボチャージャの一例について図１２を用いて説明する。なお、第１実施形態と同一部材等については、同一符号を付してその説明を省略し、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

【0112】

図１２に示されるように、第６実施形態に係る遠心圧縮機２００の突出部２０２は、導入部６０の内周面６０Ａの三箇所から突出している。また、夫々の突出部２０２は、軸方向から見て、内周面６０Ａの周方向に同様の間隔で配置されている。

【0113】

このように、突出部２０２を三箇所に配置することで、導入部６０の内周面６０Ａに沿って螺旋状に流れる空気（矢印Ｍ４）は、第一の突出部２０２、第二の突出部２０２、又は第三の突出部２０２に当たり、軸方向から見て、インペラ３２の回転中心側へ流れる（矢印Ｍ５）。

【0114】

これより、インペラ３２側へ流れる空気は、軸方向から見て、流入流路５２中の三箇所に向けて押圧される（寄せられる）。

【0115】

他の作用については、第１実施形態と同様である。

【0116】

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、突出部７２、１２２、１４２、１６２、１８２、２０２は、軸方向へ延びたが、突出部は、導入部６０の一端側から他端側まで延びて形成されていればよく、例えば、軸方向に対して傾斜していてもよい。

【0117】

また、上記第１、４、５、６実施形態では、突出部７２、１６２、１８２、２０２は、導入部６０の一端部から他端部まで延びて形成されたが、突出部は、導入部６０の一端側から他端側まで延びて形成されていればよく、例えば、部分的に突出部が欠落していてもよい。この場合には、突出部が、導入部６０の一端部から他端部まで延びることで生じる効果は生じない。

【0118】

また、上記実施形態では、突出部７２、１２２、１４２、１６２、１８２、２０２の先端は、軸方向に沿っているが、突出部の先端は、軸方向に沿っていなくてもよい。この場合には、突出部の先端が軸方向に沿うことで生じる効果は生じない。

【0119】

また、上記第２、３、４実施形態では、突出部１２２、１４２、１６２は、導入部６０の内周面６０Ａの一箇所から突出したが、突出部が、導入部６０の内周面６０Ａの複数箇所から突出してもよい。

【0120】

また、上記第５、６実施形態では、突出部１８２、２０２が、導入部６０の内周面６０Ａの周方向において同様の間隔で配置されたが、異なる間隔で配置されてもよい。

【符号の説明】

【0121】

１０ ターボチャージャ
２０ タービンユニット
２２ タービンロータ
３０ 遠心圧縮機
３６ インペラ翼（回転翼の一例）
５２ 流入流路
６０ 導入部
６０Ａ 内周面
６６ 拡径路
７２ 突出部
７２Ａ 先端
１２０ 遠心圧縮機
１２２ 突出部
１４０ 遠心圧縮機
１４２ 突出部
１６０ 遠心圧縮機
１６２ 突出部
１８０ 遠心圧縮機
１８２ 突出部
２００ 遠心圧縮機
２０２ 突出部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】