特許 6806551 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】6806551

(24)【登録日】2020年12月8日

(45)【発行日】2021年1月6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】

   F04D 29/44 20060101AFI20201221BHJP

   F04D 29/66 20060101ALI20201221BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/44 P

   F04D29/44 Y

   F04D29/66 H

   F04D29/66 N

【請求項の数】4

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2016-242396(P2016-242396)

(22)【出願日】2016年12月14日

(65)【公開番号】特開2018-96302(P2018-96302A)

(43)【公開日】2018年6月21日

【審査請求日】2019年9月18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】石野 実

(72)【発明者】

【氏名】岩切 雄二

(72)【発明者】

【氏名】松田 真明

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 嘉清

(72)【発明者】

【氏名】小田 勉

【審査官】 岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１０５６４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４９６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２４６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国実用新案第２０４３７１７８２（ＣＮ，Ｕ）

【文献】 特開２００４−１６２７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−０８１１９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

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気体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、前記回転翼に気体を導くと共に断面円形の円柱状の部分である流入流路が形成されている導入部と、
前記流入流路の壁面において周方向の一部から突出し、前記軸方向から見て、突出端である先端が前記回転翼の回転によって前記回転翼の空気流入側の先端縁が描く円形の内側の範囲の外縁に接していると共に、先端が突出方向で前記先端の反対側であって前記壁面との境界をなす基端に対して前記回転翼の回転方向の下流側に位置するように傾く傾斜面が形成されている突出部と、
を備える遠心圧縮機。

【請求項2】

前記突出部は、板状であって、前記回転翼の回転方向の上流側を向いた板面が、前記傾斜面であり、
前記傾斜面は、前記軸方向に延びている請求項１に記載の遠心圧縮機。

【請求項3】

前記傾斜面は、前記軸方向において、前記流入流路の前記円柱状の部分の一端から他端まで形成されている請求項１又は２に記載の遠心圧縮機。

【請求項4】

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気体を圧縮する請求項１〜３の何れか１項に記載の遠心圧縮機と、
を備えるターボチャージャ。

【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に記載の過給機用圧縮機（遠心圧縮機）は、回転しながら空気を圧縮する回転翼と、この回転翼に空気を導く吸気ダクトとを備えている。さらに、吸気ダクトの内部には、回転軸の径方向に板面が向いている平板状の整流板が配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−１０５６４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の課題は、気体を回転翼に導く流入流路に、回転翼の軸方向から見て、回転翼の回転中心を通り、かつ、回転翼の径方向に板面が向いている整流板が配置されている場合と比して、サージングに対する性能を維持した上で、コンプレッサ効率を高くすることである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

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気体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、前記回転翼に気体を導くと共に断面円形の円柱状の部分である流入流路が形成されている導入部と、前記流入流路の壁面において周方向の一部から突出し、前記軸方向から見て、突出端である先端が前記回転翼の回転によって前記回転翼の空気流入側の先端縁が描く円形の内側の範囲の外縁に接していると共に、先端が突出方向で前記先端の反対側であって前記壁面との境界をなす基端に対して前記回転翼の回転方向の下流側に位置するように傾く傾斜面が形成されている突出部と、を備えることを特徴とする。

【0006】

上記構成によれば、回転翼に流入する気体の流量が小さい場合は、回転翼によって圧縮されて径方向の外側へ流された気体の一部は、流入流路側に逆流し、流入流路の壁面に沿って、回転翼の回転方向に回転しながら螺旋状に流れる。

【0007】

さらに、螺旋状に流れる気体は、突出部に形成された傾斜面に当たり、軸方向から見て、傾斜面に沿って流れる。そして、傾斜面に沿って流れる気体は、軸方向に沿って回転翼側に流れる気体を押圧する。また、軸方向に沿って回転翼側に流れる気体が、傾斜面の傾斜方向に押圧されることで、回転翼側に流れる気体の圧力は高くなる。これにより、気体を回転翼に導く流入流路に、回転翼の軸方向から見て、回転翼の回転中心を通り、かつ、回転翼の径方向に板面が向いている整流板が配置されている場合と比して、サージングに対する性能が維持される。

【0008】

また、傾斜面の傾斜方向に押圧された、回転翼側へ流れる気体の流れ方向は、流れ方向の下流側が流れ方向の上流側に対して、回転翼の回転方向の下流側となるように傾斜する。これにより、回転翼に流入する気体が回転翼の背面で渦となるのが抑制されることで、コンプレッサ効率が高くなる。

【0009】

以上説明したように、気体を回転翼に導く流入流路に、回転翼の軸方向から見て、回転翼の回転中心を通り、かつ、回転翼の径方向に板面が向いている整流板が配置されている場合と比して、サージングに対する性能を維持した上で、コンプレッサ効率を高くすることができる。

【0010】

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、板状であって、前記回転翼の回転方向の上流側を向いた板面が、前記傾斜面であり、前記傾斜面は、前記軸方向に延びていることを特徴とする。

【0011】

上記構成によれば、突出部は、板状であって、回転翼の回転方向の上流側を向いた板面が傾斜面は、軸方向に延びている。このため、軸方向と交差する方向に、傾斜面が延びている場合と比して、回転翼に流入する気体の流量が大きい場合に、回転翼側への気体の流れを阻害するのを、抑制することができる。

【0012】

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、前記傾斜面は、前記軸方向において、前記流入流路の前記円柱状の部分の一端から他端まで形成されていることを特徴とする。

【0013】

上記構成によれば、傾斜面は、軸方向において、流入流路の円柱状の部分の一端から他端まで形成されている。このため、傾斜面が、軸方向において、流入流路の一部にだけ形成されている場合と比して、回転翼に流入する気体の流量が小さい場合に、回転翼側へ流れる気体を、効果的に押圧し、コンプレッサ効率を高くすることができる。

【0014】

本発明の請求項４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気体を圧縮する請求項１〜３の何れか１項に記載の遠心圧縮機と、を備えることを特徴とする。

【0015】

上記構成によれば、請求項１〜３の何れか１項に記載の遠心圧縮機を備えていない場合と比して、回転翼に流入する気体の流量が少ない場合に、圧縮気体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】

【0016】

本発明によれば、気体を回転翼に導く流入流路に、回転翼の径方向に板面が向いている整流板が配置されている場合と比して、サージングに対する性能を維持した上で、コンプレッサ効率を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】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2】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3】（Ａ）（Ｂ）本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機における空気の流れ方向と、比較形態に係る遠心圧縮機における空気の流れ方向とを示した模式図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機のインペラを示した斜視図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機の導入部、及び整流板を示した斜視図である。

【図6】本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機の評価結果と、比較形態に係る遠心圧縮機の評価結果とをグラフで示した図面である。

【図7】本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機の評価結果と、比較形態に係る遠心圧縮機の評価結果とをグラフで示した図面である。

【図8】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断面図である。

【図9】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10】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11】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12】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13】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の導入部、及び整流板を示した斜視図である。

【図14】本発明の第２実施形態に係る遠心圧縮機を示した正面図である。

【図15】本発明の第３実施形態に係る遠心圧縮機を示した正面図である。

【図16】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17】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。

【発明を実施するための形態】

【0018】

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機、及びターボチャージャの一例について図１〜図１３を用いて説明する。

【0019】

（全体構成）
本実施形態に係るターボチャージャ１０は、図８に示されるように、タービンユニット２０、遠心圧縮機３０、及びタービンユニット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。

【0020】

タービンユニット２０は、ハウジング２４を備え、遠心圧縮機３０は、ハウジング５０を備え、連結ユニット４０は、ハウジング２４とハウジング５０とを連結するハウジング４４を備えている。

【0021】

さらに、ターボチャージャ１０は、ハウジング２４、ハウジング４４、及びハウジング５０の内部を通る回転軸４２を備えている、そして、この回転軸４２の軸方向（図中矢印Ｅ方向：以下単に「軸方向」）の一端側から他端側へ、ハウジング２４、ハウジング４４、及びハウジング５０は、図示せぬ固定具を用いて互いに固定され、この順番で並んでいる。

【0022】

〔遠心圧縮機〕
遠心圧縮機３０は、図８に示されるように、ハウジング５０と、インペラ３２とを備えている。ハウジング５０は、内部が空洞とされ、このハウジング５０の内部に、インペラ３２が配置されている。そして、インペラ３２は、回転軸４２の軸方向の他端側の部分に固定されている回転軸部３４と、回転軸部３４から延びる複数のインペラ翼３６とを有している。

【0023】

また、ハウジング５０においてインペラ３２に対してインペラ３２の軸方向の外側（ハウジング４４側とは反対側）の部分には、吸気通路１４を流れる空気（気体の一例）を、インペラ３２に導く導入路５２が形成されている。さらに、ハウジング５０においてインペラ３２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、空気をハウジング５０の外部に流出させて吸気通路１４に排出させる渦巻き状の渦巻き流路５４（所謂スクロール流路）が形成されている。

【0024】

なお、遠心圧縮機３０の構成については、詳細を後述する。

【0025】

〔連結ユニット〕
連結ユニット４０は、図８に示されるように、ハウジング４４を備えている。そして、このハウジング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。

【0026】

さらに、ハウジング４４は、支持部４４Ａへ供給されるエンジンオイルを、ハウジング４４の内部に流入させる流入口（図示省略）と、このエンジンオイルをハウジング４４の内部から排出させる排出口（図示省略）とを有している。

【0027】

この構成において、ハウジング４４の内部へ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を滑らかに回転させるようになっている。

【0028】

〔タービンユニット〕
タービンユニット２０は、図８に示されるように、ハウジング２４と、タービンロータ２２とを備えている。ハウジング２４は、内部が空洞とされ、このハウジング２４の内部に、タービンロータ２２が配置されている。そして、タービンロータ２２は、回転軸４２の軸方向の一端側の部分に接合されているロータハブ２８と、ロータハブ２８から延びる複数のタービン翼２６とを有している。

【0029】

また、ハウジング２４において、タービンロータ２２に対して径方向の外側（回転軸４２の回転中心Ｃ１側とは反対側）の部分には、排気通路１２を流れる流体の一例としての排気ガスをハウジング２４の内部へ流入させるスクロール流路４６が形成されている。さらに、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（ハウジング４４側とは反対側）の部分には、排気ガスをハウジング２４の外部に流出させて排気通路１２に排出させる排出流路５８が形成されている。

【0030】

（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。

【0031】

スクロール流路４６からハウジング２４の内部へ流入した排気ガスによって、タービン翼２６が押されることで、タービンロータ２２は回転する。タービンロータ２２の回転力は、回転軸４２を介してインペラ３２に伝達される。なお、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５８から排出流路５８に排出される。

【0032】

インペラ３２は、回転軸４２を介してタービンロータ２２の回転力が伝達されることで回転する。そして、回転するインペラ３２は、導入路５２によって、吸気通路１４から導かれた空気を圧縮し、圧縮した空気を径方向の外側へ流す。さらに、径方向の外側へ流された圧縮空気は、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。

【0033】

（要部構成）
次に、遠心圧縮機３０について説明する。

【0034】

遠心圧縮機３０は、図８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インペラ３２と、ハウジング５０の内部に配置されている整流板８０（図１、図５参照）とを備えている。

【0035】

〔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。インペラ翼３６は、回転翼の一例である。なお、

【0036】

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

【0037】

また、インペラ翼３６は、図１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。そして、夫々インペラ翼３６は、図２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の基端側へ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（回転軸４２の回転中心Ｃ１側とは反対側）を向く基端縁３６Ｃを有している。

【0038】

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。

【0039】

〔ハウジング〕
ハウジング５０には、図２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に導く導入路５２と、インペラ３２が配置されている圧縮路７０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。

【0040】

圧縮路７０は、インペラ翼３６の湾曲縁３６Ｂを径方向の外側から囲むように形成されている。そして、圧縮路７０を構成する壁面７０Ａと、インペラ翼３６の湾曲縁３６Ｂとの間には、隙間７２が形成されている。

【0041】

拡散流路５６は、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃを径方向の外側から囲むように形成されている（図１参照）。そして、拡散流路５６は、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。

【0042】

渦巻き流路５４は、拡散流路５６を径方向の外側から囲むように形成されている（図１参照）。また、渦巻き流路５４の流路断面は、円形状とされている。

【0043】

導入路５２は、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に形成されている導入路５２が、インペラ翼３６へ空気を導くようになっている。

【0044】

導入路５２は、図１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、軸方向に延びている。そして、導入路５２は、図２に示されるように、インペラ翼３６側に形成され、軸方向の外側へ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から軸方向の外側に延びる円柱状の流入流路６６とを有している。具体的には、流入流路６６は、回転軸４２の回転中心Ｃ１（以下「回転中心Ｃ１」）を中心とする円柱状とされている。

【0045】

また、流入流路６６は、図１、図８に示されるように、軸方向から見て、インペラ翼３６に空気が流入する流入範囲Ｆと比して大きくされている。ここで、インペラ翼３６において空気が流入する流入範囲Ｆ（以下単に「流入範囲Ｆ」）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１、図８の流入範囲Ｆ）である。

【0046】

〔整流板〕
整流板８０は、板状であって、図１、図５に示されるように、流入流路６６に配置され、ハウジング５０の導入部６０と一体的に成形されている。また、整流板８０は、軸方向に延び、整流板８０の板面が軸方向に沿っている。そして、整流板８０は、一対の突出部８２と、一対の突出部８２を連結する連結部８６とを含んで形成されている。

【0047】

一対の突出部８２は、図１に示されるように、軸方向から見て、回転中心Ｃ１を挟んで互いに反対側に夫々配置され、流入流路６６の壁面６６Ａにおいて、壁面６６Ａの周方向の一部から流入流路６６側に突出している。また、夫々の突出部８２には、軸方向から見て、突出端である先端８４Ａが基端８４Ｂに対してインペラ３２（インペラ翼３６）の回転方向（時計方向：図中Ｒ１方向）の下流側となるように傾く傾斜面８４が形成されている。そして、この傾斜面８４の先端８４Ａは、流入範囲Ｆに達している。本実施形態では、軸方向から見て、先端８４Ａと、流入範囲Ｆの外縁Ｆ１とが接している。

【0048】

夫々の傾斜面８４は、図２、図５に示されるように、突出部８２の厚さ方向（板厚方向）から見て、矩形状とされている。また、夫々の傾斜面８４は、軸方向において流入流路６６の一端６６Ｂから他端６６Ｃまで形成されている。

【0049】

連結部８６は、一方の突出部８２における軸方向の外側の部分と、他方の突出部８２における軸方向の外側の部分とを連結するように形成されている。また、連結部８６における軸方向の長さは、突出部８２における軸方向の長さと比して短くされている。例えば、連結部８６における軸方向の長さは、突出部８２における軸方向の長さの１／４とされている。

【0050】

さらに、図１に示されるように、軸方向から見て、流入範囲Ｆの外縁Ｆ１と傾斜面８４の接点Ｓ１（本実施形態では先端８４Ａ）と、傾斜面８４の基端８４Ｂとを結ぶ線分を線分Ｂ１とする。また、接点Ｓ１と、回転中心Ｃ１と結ぶ線分Ｂ２とする。そうすると、本実施形態では、線分Ｂ１と線分Ｂ２との成す角度Ｋ１は、１２６度である。

【0051】

なお、本実施形態では、軸方向から見て、線分Ｂ１と線分Ｂ２との成す角度Ｋ１が、１２６度であったが、角度Ｋ１については、９０度以上、１８０度未満であればよい。

【0052】

また、本実施形態では、軸方向から見て、傾斜面８４の先端８４Ａは、流入範囲Ｆの外縁Ｆ１と接していたが、傾斜面８４の先端８４Ａが、流入範囲Ｆに達していればよい。傾斜面８４の先端８４Ａが、流入範囲Ｆの内部に位置している場合には、基端８４Ｂから、流入範囲Ｆの外縁Ｆ１と傾斜面８４との交点までの長さを１００とした場合に、傾斜面８４の基端８４Ｂから先端８４Ａまでの長さが、１２０以下であれば好ましい。

【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実施形態に対する第１比較形態に係る遠心圧縮機１００、及び第２比較形態に係る遠心圧縮機１２０と比較しつつ説明する。先ず、遠心圧縮機１００、１２０の構成を説明し、その後、遠心圧縮機１００の作用、遠心圧縮機１２０の作用、及び遠心圧縮機３０の作用を、この順で説明する。なお、遠心圧縮機１００、１２０の構成については、遠心圧縮機３０と異なる部分を主に説明する。

【0054】

−比較形態に係る遠心圧縮機の構成−
比較形態に係る遠心圧縮機１００の流入流路６６には、図９、図１０に示されるように、整流板は設けられていない。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】

比較形態に係る遠心圧縮機１２０の流入流路６６には、図１１、図１２、図１３に示されるように、平板状の整流板１２２が設けられている。整流板１２２の板面は、径方向を向いており、整流板１２２は、軸方向から見て、回転中心Ｃ１上に配置されている（図１１参照）。また、整流板１２２の軸方向の長さは、一定である（図１２、図１３参照）。なお、遠心圧縮機１２０の他の構成については、遠心圧縮機３０と同様である。

【0056】

−遠心圧縮機の作用−
先ず、遠心圧縮機１００において、インペラ３２に流入する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の圧力比の流量に対する相対的な大きさは、インペラ３２に流入する空気の流量が大きい場合と比して、大きくなっている。

【0057】

図１０に示されるように、回転するインペラ３２は、導入路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の圧力比の流量に対する相対的な大きさは、インペラ３２に流入する空気の流量が大きい場合と比して、大きくなっている。

【0058】

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、逆方向に折り返す空気（矢印Ｌ３）とに分かれる（剥離する）。逆方向に折り返す空気（矢印Ｌ３）は、インペラ翼３６とハウジング５０との間の隙間７２を通って導入路５２側へ流れる。

【0059】

さらに、導入路５２側へ逆流した空気は、図９、図１０に示されるように、流入流路６６の壁面６６Ａに沿って、インペラ３２の回転方向（図中Ｒ１方向）に回転しながら螺旋状に流れ（矢印Ｌ４）、流入流路６６から流出する。

【0060】

なお、インペラ３２に流入する空気の流量が大きい場合には、遠心圧縮機１００の圧力比は、インペラ３２に流入する空気の流量が小さい場合と比して、小さく、インペラ３２の大きさも流量と適合してくる。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。

【0061】

次に、遠心圧縮機１２０において、インペラ３２に流入する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１２０の圧力比の流量に対する相対的な大きさは、インペラ３２に流入する空気の流量が大きい場合と比して、大きくなっている。

【0062】

図１２に示されるように、回転するインペラ３２は、導入路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１２０の圧力比は、インペラ３２に流入する空気の流量が大きい場合と比して、大きくなっている。

【0063】

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、逆方向に折り返す空気（矢印Ｍ３）とに分かれる（剥離する）。逆方向に折り返す空気（矢印Ｍ３）は、インペラ翼３６とハウジング５０との間の隙間７２を通って導入路５２側へ流れる。

【0064】

さらに、導入路５２側へ逆流した空気は、図１１に示されるように、流入流路６６の壁面６６Ａに沿って、インペラ３２の回転方向（図中Ｒ１方向）に回転しながら螺旋状に流れる（矢印Ｍ４）。ここで、流入流路６６には、平板状の整流板１２２が配置されている。このため、流入流路６６の壁面６６Ａに沿って螺旋状に流れる空気は、整流板１２２に当たり（に案内され）、軸方向から見て、回転中心Ｃ１側へ流れる（矢印Ｍ５）。

【0065】

さらに、回転中心Ｃ１側へ流れた空気は、軸方向に沿ってインペラ３２側へ流れる空気（矢印Ｍ１）を、軸方向から見て、回転中心Ｃ１側に押圧（加圧）する。そして、インペラ３２側へ流れる空気は、回転中心Ｃ１側に寄せられる。このため、遠心圧縮機１２０では、遠心圧縮機１００を用いる場合と比して、インペラ３２に流入する空気の圧力は高くなる。

【0066】

なお、インペラ３２に流入する空気の流量が大きい場合には、遠心圧縮機１２０の圧力比は、インペラ３２に流入する空気の流量が小さい場合と比して、小さく、インペラ３２の大きさも流量と適合してくる。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。

【0067】

次に、遠心圧縮機３０において、インペラ３２に流入する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、インペラ３２に流入する空気の流量が大きい場合と比して、大きくなっている。

【0068】

図２に示されるように、回転するインペラ３２は、導入路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Ｎ１）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、インペラ３２に流入する空気の流量が大きい場合と比して、大きくなっている。

【0069】

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Ｎ２）と、逆方向に折り返す空気（矢印Ｎ３）とに分かれる（剥離する）。逆方向に折り返す空気（矢印Ｎ３）は、インペラ翼３６とハウジング５０との間の隙間７２を通って導入路５２側へ流れる。

【0070】

さらに、導入路５２側へ逆流した空気は、図１に示されるように、流入流路６６の壁面６６Ａに沿って、インペラ３２の回転方向（図中Ｒ１方向）に回転しながら螺旋状に流れる（矢印Ｎ４）。ここで、流入流路６６には、一対の突出部８２が形成された整流板８０が配置されている。そして、この突出部８２には、傾斜面８４が夫々形成されている。これにより、流入流路６６の壁面６６Ａに沿って螺旋状に流れる空気は、傾斜面８４に当たり（に案内され）、軸方向から見て、傾斜面８４に沿って流れる（矢印Ｎ５）。

【0071】

さらに、傾斜面８４に沿って流れる空気は、軸方向に沿ってインペラ３２側へ流れる空気（矢印Ｎ１）を、回転軸４２の周方向で、インペラ３２の回転方向の下流側に押圧（加圧）する。そして、インペラ３２側へ流れる空気は、傾斜面８４の傾斜方向に押圧される（寄せられる）。このため、遠心圧縮機３０では、遠心圧縮機１００を用いる場合と比して、インペラ３２側へ流れ、インペラ３２に流入する空気の圧力は高くなる。

【0072】

ここで、インペラ３２側へ流れる空気がインペラ３２の回転方向の下流側に押圧されることで、インペラ３２側へ流れる空気の流れ方向は、流れ方向の下流側が流れ方向の上流側に対して、インペラ３２の回転方向の下流側となるように、回転中心Ｃ１に対して傾斜する。そして、この空気が、インペラ３２に流入して圧縮される。

【0073】

なお、インペラ３２に流入する空気の流量が大きい場合には、遠心圧縮機３０の圧力比は、インペラ３２に流入する空気の流量が小さい場合と比して、小さく、インペラ３２の大きさも流量と適合してくる。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。

【0074】

−サージング限界−
次に、遠心圧縮機３０、１００、１２０のサージング限界について説明する。
先ず、遠心圧縮機３０、１００、１２０を用いて、サージング限界を求めた。なお、整流板８０を備える遠心圧縮機３０と、整流板１２２を備える遠心圧縮機１２０とについては、同様の結果が得られた。

【0075】

図６に示すグラフの縦軸は遠心圧縮機３０、１００、１２０によって圧縮された空気の圧力比を示し、横軸はインペラ３２に流入する空気の流量〔ｇ／ｓｅｃ〕を示している。ここで、圧力比とは、遠心圧縮機３０、１００、１２０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である。なお、圧力Ｐ１及び圧力Ｐ２は、圧力センサにより実測された値であり、空気の流量は、流量計により実測された値である。

【0076】

図６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、１２０において、インペラ３２に流入する空気の流量を変えた場合の、空気の流量と圧力比との関係を示している。

【0077】

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において、インペラ３２に流入する空気の流量を変えた場合の空気の、流量と圧力比との関係を示している。

【0078】

そして、空気の流量を徐々に少なくし、サージングが発生する空気の流量と圧力比とを求めた。つまり、サージングが発生するまで空気の流量を少なくした。遠心圧縮機３０、１２０については、最も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。

【0079】

遠心圧縮機３０、１２０を用いて測定した実線Ｇ２については、実線Ｇ１と比して回転数を高くし、実線Ｇ３については、実線Ｇ２と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、最も空気の流量が少ない点ｇ３でサージングが発生した。

【0080】

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、１２０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、１２０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、最も空気の流量が少ない点ｊ３でサージングが発生した。

【0081】

また、他の回転数においても実線Ｇ１〜Ｇ３及び破線Ｊ１〜Ｊ３と評価の作業を行い、遠心圧縮機３０、１００、１２０においてサージングが発生する空気の流量と圧力比とを求めた。

【0082】

そして、グラフ中の実線Ｈ１が、遠心圧縮機３０、１２０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。

【0083】

遠心圧縮機３０、１２０では、グラフ中の限界線Ｈ１よりも右側（流量が大きい側）の領域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）の領域でサージングが発生することがない。

【0084】

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と比して図中左側（空気流量が少ない側）に位置している。これにより、空気の流量が少ない場合に、遠心圧縮機３０、１２０では、遠心圧縮機１００と比して、サージングの発生が抑制されていることが分かる。

【0085】

次に、インペラ３２の回転数をそのままにして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。

【0086】

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導入路５２側へ流れる空気とに分かれる（図２、図１１、図１２参照）。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、導入路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する。

【0087】

ここで、遠心圧縮機３０、１２０では、遠心圧縮機１００と比して、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。

【0088】

前述したように、遠心圧縮機３０、１２０では、遠心圧縮機１００と比して、インペラ３２側へ流れる空気の圧力は高くなる。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、１２０では、遠心圧縮機１００と比して、サージングの発生が抑制されている。

【0089】

−コンプレッサ効率−
次に、遠心圧縮機３０、１００、１２０のコンプレッサ効率について説明する。
先ず、遠心圧縮機３０、１００、１２０を用いて、コンプレッサ効率を求めた。なお、コンプレッサ効率η〔％〕は、式（１）で表される。

【0090】

η＝{（Ｐ２／Ｐ１）^{（κ−１）／κ}−１}／{（Ｔ２／Ｔ１）−１}・・式（１）

【0091】

ここで、前述したように、Ｐ１は、遠心圧縮機３０、１００、１２０の入口における空気の圧力であり、Ｐ２は、遠心圧縮機３０、１００、１２０の出口における圧力である。また、Ｔ１は、遠心圧縮機３０、１００、１２０の入口における空気の温度であり、Ｔ２は、遠心圧縮機３０、１００、１２０の出口における温度であり、κは、遠心圧縮機３０、１００、１２０に流入する空気の比熱比である。なお、圧力Ｐ１及び圧力Ｐ２は、圧力センサにより実測された値であり、温度Ｔ１及び温度Ｔ２は、温度センサにより実測された値である。

【0092】

図７に示すグラフの縦軸は遠心圧縮機３０、１００、１２０のコンプレッサ効率〔％〕を示し、横軸はインペラ３２に流入する空気の流量〔ｇ／ｓｅｃ〕を示している。

【0093】

図７に示すグラフ中の実線Ｑ１は、遠心圧縮機３０において、インペラ３２に流入する空気の流量を変えた場合のコンプレッサ効率であり、最も空気の流量が少ない点ｑ１でサージングが発生した。また破線Ｑ２は、遠心圧縮機１００において、インペラ３２に流入する空気の流量を変えた場合のコンプレッサ効率であり、最も空気の流量が少ない点ｑ２でサージングが発生した。また、一点鎖線Ｑ３は、遠心圧縮機１２０において、インペラ３２に流入する空気の流量を変えた場合のコンプレッサ効率であり、最も空気の流量が少ない点ｑ３でサージングが発生した。

【0094】

前述した図６に示すグラフの説明と同様に、図７に示すグラフからも分かるように、遠心圧縮機３０、１２０のサージング限界は、遠心圧縮機１００のサージング限界と比して、空気の流量が小さい側である。

【0095】

コンプレッサ効率については、サージングに対する性能が同様である、遠心圧縮機３０と遠心圧縮機１２０とで比較する。

【0096】

図７に示すグラフで分かるように、遠心圧縮機３０において最も空気の流量が少ない点ｑ１でのコンプレッサ効率は、遠心圧縮機１２０において最も空気の流量が少ない点ｑ３でのコンプレッサ効率と比して、高い。

【0097】

ここで、遠心圧縮機３０のコンプレッサ効率が、遠心圧縮機１２０のコンプレッサ効率と比して、インペラ３２に流入する空気の流量が少ない場合に、高い理由について考察する。

【0098】

図３（Ａ）には、遠心圧縮機３０のインペラ翼３６に対する、空気の流れが示され、図３（Ｂ）には、遠心圧縮機１２０のインペラ翼３６に対する、空気の流れが示されている。

【0099】

具体的には、図３（Ａ）（Ｂ）には、図４に示す矢印Ｕ１方向（径方向）からインペラ翼３６を見た場合の、インペラ翼３６の湾曲縁３６Ｂが示されている。

【0100】

先ず、図３（Ａ）に示す図面について説明する。図３（Ａ）に示すベクトルＲ１は、インペラ３２（インペラ翼）が、回転することで受ける空気の流れ方向と速度を示したベクトルである。さらに、ベクトルＸ１-１は、遠心圧縮機３０において、インペラ３２に流入する空気の流量が小さい場合における、インペラ翼３６側に流れる、見かけの空気の流れ方向（図２の矢印Ｎ１）と速度を示したベクトルである。そして、ベクトルＸ１-１は、軸方向に沿っている。また、ベクトルＸ１-２は、遠心圧縮機３０において、インペラ３２に流入する空気の流量が小さい場合における、インペラ翼３６側から相対的に見た空気の流れ方向と速度を示したベクトルである。このベクトルＸ１-２は、径方向から見て、ベクトルＸ１-１に対して傾斜している。この理由は、前述したように、螺旋状に流れて、突出部８２の傾斜面８４に沿って流れる空気（図１の矢印Ｎ５）が、軸方向に沿ってインペラ３２側へ流れる空気（図１の矢印Ｎ１）を、インペラ３２の回転方向の下流側に押圧するからである。

【0101】

このため、遠心圧縮機３０のインペラ３２に流入する空気の流量が小さい場合には、ベクトルＲ１と、ベクトルＸ１-２とを考慮し、図３（Ａ）に示すベクトルＷ１となる。ここで、径方向から見たインペラ翼３６の先端部の傾斜方向をＶ１とすると、ベクトルＷ１と、傾斜方向Ｖ１との成す角度は、角度α１となる。

【0102】

次に、図３（Ｂ）に示す図面について説明する。図３（Ｂ）に示すベクトルＲ１は、図３（Ａ）と同様で、インペラ３２（インペラ翼）が、回転することで受ける空気の流れ方向と速度を示したベクトルである。さらに、ベクトルＸ１は、遠心圧縮機１２０において、インペラ３２に流入する空気の流量が小さい場合における、インペラ翼３６側に流れる空気の流れ方向（図１２の矢印Ｍ１）と速度を示したベクトルである。ベクトルＸ１は、前述したベクトルＸ１-１と同様である。なお、遠心圧縮機１２０においては、螺旋状に流れて、整流板１２２に沿って流れた空気（図１１の矢印Ｍ５）は、軸方向に沿ってインペラ３２側へ流れる空気（図１１の矢印Ｍ１）を、回転中心Ｃ１側に押圧（図１１参照）するが、インペラ３２の回転方向には押圧しない。これにより、遠心圧縮機１２０においては、押圧後の空気の流れ方向と、矢印Ｍ１の空気の流れ方向とが同様となる。

【0103】

このため、遠心圧縮機１２０のインペラ３２に流入する空気の流量が小さい場合には、インペラ翼３６に対する空気の相対流れ方向と速度を示したベクトルは、図３（Ｂ）に示すベクトルＷ２となる。そして、ベクトルＷ２と、傾斜方向Ｖ１との成す角度は、角度α２となる。

【0104】

ここで、遠心圧縮機１２０では、遠心圧縮機３０と異なり、インペラ翼３６側に流れる、空気の相対流れ方向は、径方向から見て、軸方向（回転中心Ｃ１）に対して傾斜しない。このため、図３（Ａ）（Ｂ）に示されるように、角度α２は、角度α１と比して大きくなる。これにより、遠心圧縮機１２０を用いる場合は、遠心圧縮機３０を用いる場合と比して、インペラ翼３６の背面で空気が剥離して、渦が発生しやすくなる（図３（Ｂ）参照）。

【0105】

この渦に起因して、遠心圧縮機１２０のコンプレッサ効率は、遠心圧縮機３０のコンプレッサ効率と比して、低くなる。換言すれば、遠心圧縮機３０のコンプレッサ効率は、遠心圧縮機１２０のコンプレッサ効率と比して、高くなる。

【0106】

（まとめ）
以上説明したように、本実施形態に係る遠心圧縮機３０、及び比較形態に係る遠心圧縮機１２０では、比較形態に係る遠心圧縮機１００と比して、サージングの発生が抑制される。また、遠心圧縮機３０のコンプレッサ効率は、遠心圧縮機１２０のコンプレッサ効率と比して、高くなる。

【0107】

換言すると、遠心圧縮機３０では、遠心圧縮機１２０と比して、サージングに対する性能を維持した上で、コンプレッサ効率を高くすることができる。

【0108】

また、突出部８２は、板状であり、傾斜面８４は、軸方向に延びている。このため、傾斜面が軸方向に対して傾斜している場合と比して、インペラ３２側に流れる空気の流量が大きい場合に、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。

【0109】

また、傾斜面８４は、軸方向において、流入流路６６の一端６６Ｂから他端６６Ｃまで形成されている。このため、傾斜面が、軸方向において、流入流路６６の一部に形成されている場合と比して、インペラ３２側へ流れる空気を、効果的に押圧し、コンプレッサ効率を高くすることができる。

【0110】

また、ターボチャージャ１０においては、インペラ３２に流入する空気の流量が少ない場合に、遠心圧縮機３０におけるコンプレッサ効率が高くなることで、圧縮空気をエンジンに効率よく供給することができる。

【0111】

＜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１４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１４に示されるように、第２実施形態に係る遠心圧縮機１５０の整流板１５２には、連結部は形成されておらず、突出部８２だけが形成されている。つまり、第２実施形態に係る遠心圧縮機１５０では、一対の突出部８２が、回転軸４２の回転中心Ｃ１を挟んで反対側に夫々配置されている。

【0113】

なお、遠心圧縮機１５０の作用については、第１実施形態と同様である。

【0114】

＜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１５を用いて説明する。なお、第２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２実施形態と異なる部分を主に説明する。

【0115】

図１５に示されるように、第３実施形態に係る遠心圧縮機２００には、突出部８２が、１個形成されている。

【0116】

なお、遠心圧縮機２００の作用については、第２実施形態と同様である。

【0117】

＜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１６を用いて説明する。なお、第２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２実施形態と異なる部分を主に説明する。

【0118】

図１６に示されるように、第４実施形態に係る遠心圧縮機２５０には、突出部８２が、３個形成されている。そして、３個の突出部８２は、回転軸４２の周方向に互いに同様の間隔を空けて配置されている。

【0119】

なお、遠心圧縮機２５０の作用については、第２実施形態と同様である。

【0120】

＜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１７を用いて説明する。なお、第２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２実施形態と異なる部分を主に説明する。

【0121】

図１７に示されるように、第５実施形態に係る遠心圧縮機３００の突出部３０２は、軸方向から見て、インペラ３２の回転方向の上流側が凸となるように、湾曲している。

【0122】

なお、遠心圧縮機３００の作用については、第２実施形態と同様である。

【0123】

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、整流板８０とハウジング５０とは、一体であったが、別体であってもよい。

【0124】

また、上記実施形態では、突出部８２は、板状であったが、例えば、軸方向から見て三角形状であってもよく、傾斜面が形成されていればよい。この場合には、突出部８２が板状であることで奏する作用は、奏しない。

【0125】

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、突出部８２（傾斜面８４）が漏斗路６８まで延びていてもよい。

【0126】

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、インペラ翼については、所謂全翼だけでなく、全翼と、全翼に対して軸方向の長さが短い所謂半翼とが、周方向に交互に形成されていてもよい。

【符号の説明】

【0127】

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）
６０ 導入部
６６ 流入流路
６６Ａ 壁面
８２ 突出部
８４ 傾斜面
８４Ａ 先端
８４Ｂ 基端
１５０ 遠心圧縮機
２００ 遠心圧縮機
２５０ 遠心圧縮機
３００ 遠心圧縮機
３０２ 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】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】