特許 7515025 遠心圧縮機及びターボチャージャ

(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】

(24)【登録日】2024-07-03

(45)【発行日】2024-07-11

(54)【発明の名称】遠心圧縮機及びターボチャージャ

(51)【国際特許分類】

   F02B 39/00 20060101AFI20240704BHJP

   F02B 37/16 20060101ALI20240704BHJP

【ＦＩ】

F02B39/00 G

F02B37/16 Z

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023539406

(86)(22)【出願日】2021-08-02

(86)【国際出願番号】 JP2021028667

(87)【国際公開番号】W WO2023012882

(87)【国際公開日】2023-02-09

【審査請求日】2023-10-26

(73)【特許権者】

【識別番号】316015888

【氏名又は名称】三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】渡部 祥太朗

(72)【発明者】

【氏名】岩切 健一郎

(72)【発明者】

【氏名】藤田 豊

(72)【発明者】

【氏名】山田 祐樹

【審査官】櫻田 正紀

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／０１２６４８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－０６２８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許出願公開第１０２００８０１４６８１（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１６５１１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／００８６１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１２／００７３２８７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ３９／００

Ｆ０２Ｂ ３７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インペラと、
前記インペラに空気を案内するコンプレッサ入口流路と、
前記インペラの外周側に設けられたスクロール流路と、
前記スクロール流路から分岐し、前記インペラを迂回して前記コンプレッサ入口流路に接続するバイパス流路と、
を備え、
前記バイパス流路と前記コンプレッサ入口流路とが接続する接続位置における前記バイパス流路の流路断面を前記バイパス流路の出口断面と定義し、前記出口断面において前記出口断面の中心よりも前記インペラの軸方向における下流側且つ前記中心よりも前記インペラの回転方向における上流側の範囲を第１範囲と定義し、前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち前記第１範囲に属する流路壁面を第１範囲壁面部と定義すると、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、曲線によって構成され、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、前記軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線によって構成され、
前記バイパス流路の流路壁面は、前記インペラの軸方向に直交する断面において、第１壁面と、前記第１壁面と対向する第２壁面とを含み、
前記第１壁面及び前記第２壁面のそれぞれは、前記コンプレッサ入口流路に隣接する一部の範囲において、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて前記回転方向における上流側に向かうように形成された、
遠心圧縮機。

【請求項2】

インペラと、
前記インペラに空気を案内するコンプレッサ入口流路と、
前記インペラの外周側に設けられたスクロール流路と、
前記スクロール流路から分岐し、前記インペラを迂回して前記コンプレッサ入口流路に接続するバイパス流路と、
を備え、
前記バイパス流路と前記コンプレッサ入口流路とが接続する接続位置における前記バイパス流路の流路断面を前記バイパス流路の出口断面と定義し、前記出口断面において前記出口断面の中心よりも前記インペラの軸方向における下流側且つ前記中心よりも前記インペラの回転方向における上流側の範囲を第１範囲と定義し、前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち前記第１範囲に属する流路壁面を第１範囲壁面部と定義すると、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、曲線によって構成され、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、前記軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線によって構成され、
前記軸方向における前記出口断面の寸法は、前記軸方向及び前記インペラの径方向の各々と直交する直交方向における前記出口断面の寸法よりも大きい、遠心圧縮機。

【請求項3】

前記バイパス流路は、円形の流路断面を有する円形断面区間と、前記円形断面区間と前記接続位置との間に位置する断面形状変化区間と、を含み、
前記断面形状変化区間の各位置の流路断面について、前記直交方向における前記流路断面の寸法に対する前記軸方向における前記流路断面の寸法の比率を断面寸法比と定義すると、
前記断面形状変化区間は、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて、前記断面寸法比が大きくなるように構成された、請求項２に記載の遠心圧縮機。

【請求項4】

インペラと、
前記インペラに空気を案内するコンプレッサ入口流路と、
前記インペラの外周側に設けられたスクロール流路と、
前記スクロール流路から分岐し、前記インペラを迂回して前記コンプレッサ入口流路に接続するバイパス流路と、
を備え、
前記バイパス流路と前記コンプレッサ入口流路とが接続する接続位置における前記バイパス流路の流路断面を前記バイパス流路の出口断面と定義し、前記出口断面において前記出口断面の中心よりも前記インペラの軸方向における下流側且つ前記中心よりも前記インペラの回転方向における上流側の範囲を第１範囲と定義し、前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち前記第１範囲に属する流路壁面を第１範囲壁面部と定義すると、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、曲線によって構成され、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、前記軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線によって構成され、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、前記軸方向における上流側に向かうにつれて曲率が小さくなる曲線によって構成された、遠心圧縮機。

【請求項5】

前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面は、楕円形状を有する、請求項１乃至４の何れか１項に記載の遠心圧縮機。

【請求項6】

インペラと、
前記インペラに空気を案内するコンプレッサ入口流路と、
前記インペラの外周側に設けられたスクロール流路と、
前記スクロール流路から分岐し、前記インペラを迂回して前記コンプレッサ入口流路に接続するバイパス流路と、
を備え、
前記バイパス流路と前記コンプレッサ入口流路とが接続する接続位置における前記バイパス流路の流路断面を前記バイパス流路の出口断面と定義し、前記出口断面において前記出口断面の中心よりも前記インペラの軸方向における下流側且つ前記中心よりも前記インペラの回転方向における上流側の範囲を第１範囲と定義し、前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち前記第１範囲に属する流路壁面を第１範囲壁面部と定義すると、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、曲線によって構成され、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、前記軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線によって構成され、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面は、楕円形状を有し、
前記出口断面における前記流路壁面の前記楕円形状は、前記軸方向に沿った長軸と、前記軸方向及び前記インペラの径方向の各々に直交する方向に沿った短軸とを含む、遠心圧縮機。

【請求項7】

前記インペラの回転方向において、前記第１壁面は、前記第２壁面の上流側に位置し、
前記第１壁面と前記コンプレッサ入口流路との接続部にはフィレットが形成され、前記軸方向に直交する断面において、前記フィレットの表面は、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて前記インペラの回転方向における上流側に向かうように凸状に湾曲している、請求項１に記載の遠心圧縮機。

【請求項8】

前記インペラの回転方向において、前記第１壁面は、前記第２壁面の上流側に位置し、
前記第２壁面と前記コンプレッサ入口流路との接続部にはフィレットが形成され、前記軸方向に直交する断面において、該フィレットの表面は、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて前記インペラの回転方向における上流側に向かうように凹状に湾曲している請求項１又は７に記載の遠心圧縮機。

【請求項9】

請求項１乃至８の何れか１項に記載の遠心圧縮機と、前記遠心圧縮機と回転軸を介して連結されたタービンと、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】

本開示は、遠心圧縮機及びターボチャージャに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１に記載されるように、ターボチャージャ用の遠心圧縮機では、圧縮機の吐出圧が過度に上昇することを避けるために、遠心圧縮機の出口にバイパス弁（ブローオフバルブあるいはリサーキュレーションバルブとも呼ばれる）が設けられる場合がある。かかる構成では、圧縮機の吐出圧が過剰となった際にバイパス弁が開となり、圧縮機の吐出空気がバイパス流路を介して圧縮機の入口側に還流される仕組みとなっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０２０／００８６１５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本願発明者の知見によれば、上述したバイパス流路を備える遠心圧縮機では、インペラに空気を導くコンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部において、インペラ側からの逆流が発生した際に騒音が発生することがあった。

【0005】

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態は、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を低減可能な遠心圧縮機及びこれを備えるターボチャージャを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係る遠心圧縮機は、
インペラと、
前記インペラに空気を案内するコンプレッサ入口流路と、
前記インペラの外周側に設けられたスクロール流路と、
前記スクロール流路から分岐し、前記インペラを迂回して前記コンプレッサ入口流路に接続するバイパス流路と、
を備え、
前記バイパス流路と前記コンプレッサ入口流路とが接続する接続位置における前記バイパス流路の流路断面を前記バイパス流路の出口断面と定義し、前記出口断面において前記出口断面の中心よりも前記インペラの軸方向における下流側且つ前記中心よりも前記インペラの回転方向における上流側の範囲を第１範囲と定義し、前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち前記第１範囲に属する流路壁面を第１範囲壁面部と定義すると、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、曲線によって構成される。

【0007】

上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るターボチャージャは、
前記遠心圧縮機と、前記遠心圧縮機と回転軸を介して連結されたタービンと、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示の少なくとも一実施形態によれば、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を低減可能な遠心圧縮機及びこれを備えるターボチャージャが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】一実施形態に係るターボチャージャ２の概略構成を示す部分断面図である。

【図2A】図１に示した遠心圧縮機４のバイパス流路１６とコンプレッサ入口流路４０とが接続する接続位置Ｐにおけるバイパス流路１６の流路断面の一例を示す図である。

【図2B】図２Ａに示した流路断面の詳細構成を説明するための図である。

【図3】比較形態におけるバイパス流路１６とコンプレッサ入口流路４０とが接続する接続位置Ｐにおけるバイパス流路１６の流路断面を示す図である。

【図4】比較形態におけるバイパス流路１６とコンプレッサ入口流路４０との接続部近傍における渦Ｖ１の流れを模式的に示す図である。

【図5】比較形態におけるバイパス流路１６とコンプレッサ入口流路４０との接続部近傍における渦度を示す断面図である。

【図6】図１に示す遠心圧縮機４のバイパス流路１６とコンプレッサ入口流路４０との接続部における軸方向に直交する断面の一例を模式的に示す図である。

【図7】比較形態におけるバイパス流路１６とコンプレッサ入口流路４０とが接続する接続位置Ｐにおけるバイパス流路１６の流路断面を示す図である。

【図8】比較形態におけるバイパス流路１６とコンプレッサ入口流路４０とが接続する接続位置Ｐにおけるバイパス流路１６の流路断面を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【0011】

図１は、一実施形態に係るターボチャージャ２の概略構成を示す部分断面図である。図１は、ターボチャージャ２の遠心圧縮機４における回転軸８に沿った概略断面を示している。

【0012】

図１に示すように、ターボチャージャ２は、遠心圧縮機４と、遠心圧縮機４に連結されたタービン１２とを備える。遠心圧縮機４のインペラ６とタービン１２のタービンホイール１０とは、回転軸８を介して連結されている。以下では、単に「軸方向」と記載する場合にはインペラ６の軸方向を意味し、単に「径方向」と記載する場合にはインペラ６の径方向を意味し、単に「周方向」と記載する場合にはインペラ６の周方向を意味することとする。

【0013】

遠心圧縮機４は、インペラ６と、インペラ６に空気を案内するように軸方向に沿って延在するコンプレッサ入口流路４０と、インペラ６を通過した空気の流れを減速させるディフューザ流路４２と、インペラ６の外周側（ディフューザ流路４２の外周側）に設けられたスクロール状のスクロール流路１４と、スクロール流路１４から分岐し、インペラ６を迂回してコンプレッサ入口流路４０に接続するバイパス流路１６と、バイパス流路１６に設けられたバイパス弁１８と、を備える。以下、「軸方向における上流側」とは、軸方向におけるコンプレッサ入口流路４０の空気の流れの上流側を意味し、「軸方向における下流側」とは、軸方向におけるコンプレッサ入口流路４０の空気の流れの下流側を意味する。

【0014】

バイパス流路１６は、スクロール流路１４に接続するスクロール側流路部１６ａと、コンプレッサ入口流路４０に接続するコンプレッサ入口側流路部１６ｂと、バイパス弁１８の弁体２４を収容する弁体収容部１６ｃとを含む。図示する例示的な形態では、スクロール側流路部１６ａは、スクロール流路１４の出口管３８から軸方向におけるタービン１２と反対側に延在して弁体収容部１６ｃに接続する。コンプレッサ入口側流路部１６ｂは、コンプレッサ入口流路４０から径方向における外側に延在して弁体収容部１６ｃに接続する。

【0015】

バイパス弁１８は、アクチュエータ１９によって開閉動作を制御され、遠心圧縮機４の吐出圧が過度に上昇して閾値を超えた場合に開となり、スクロール流路１４内を流れる圧縮空気の一部をコンプレッサ入口流路４０に還流させる。

【0016】

図２Ａは、バイパス流路１６とコンプレッサ入口流路４０とが接続する接続位置Ｐにおけるバイパス流路１６の流路断面の一例を示す図である。図２Ｂは、図２Ａに示した流路断面の詳細構成を説明するための図である。なお、接続位置Ｐとは、バイパス流路１６とコンプレッサ入口流路４０との境界の位置、すなわち、バイパス流路１６におけるコンプレッサ入口流路４０側の開口端の位置（バイパス流路１６の出口の位置）を意味する。本明細書では、接続位置Ｐにおけるバイパス流路１６の流路断面（バイパス流路１６の出口の流路断面）をバイパス流路１６の出口断面１６Ｐと定義する。

【0017】

図２Ａ及び図２Ｂに示す例では、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓは、楕円形状を有する。また、出口断面１６Ｐにおける流路壁面１６Ｓの楕円形状は、インペラ６の軸方向に沿った長軸と、インペラ６の軸方向及び出口断面１６Ｐの中心Ｏ（楕円の中心）におけるインペラ６の径方向の各々に直交する直交方向（出口断面１６Ｐの中心Ｏにおけるインペラ６の回転方向）に沿った短軸とを含んでいる。また、図２Ｂに示すように、インペラ６の軸方向における出口断面１６Ｐの寸法Ｌ１は、上記直交方向における出口断面１６Ｐの寸法Ｌ２よりも大きい。

【0018】

ここで、図２Ｂに示すように、出口断面１６Ｐにおいて、出口断面１６Ｐの中心Ｏ（出口断面１６Ｐの図心）よりも軸方向における下流側且つ中心Ｏよりもインペラ６の回転方向における上流側の範囲（図２Ｂにおけるハッチングを付した範囲）を第１範囲Ｓ１と定義し、中心Ｏよりも軸方向における下流側且つ中心Ｏよりもインペラ６の回転方向における下流側の範囲を第２範囲Ｓ２と定義し、中心Ｏよりも軸方向における上流側且つ該中心Ｏよりもインペラ６の回転方向における下流側の範囲を第３範囲Ｓ３と定義し、中心Ｏよりも軸方向における上流側且つ該中心Ｏよりもインペラ６の回転方向における上流側の範囲を第４範囲Ｓ４と定義する。

【0019】

また、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓのうち第１範囲Ｓ１に属する流路壁面を第１範囲壁面部１６Ｓ１と定義し、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓのうち第２範囲Ｓ２に属する流路壁面を第２範囲壁面部１６Ｓ２と定義し、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓのうち第３範囲Ｓ３に属する流路壁面を第３範囲壁面部１６Ｓ３と定義し、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓのうち第４範囲Ｓ４に属する流路壁面を第４範囲壁面部１６Ｓ４と定義する。

【0020】

図２Ｂに示すように、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓのうち、少なくとも第１範囲壁面部１６Ｓ１は、軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線Ｃ１によって構成される。図示する例では、第１範囲壁面部１６Ｓ１、第２範囲壁面部１６Ｓ２、第３範囲壁面部１６Ｓ３及び第４範囲壁面部１６Ｓ４の各々は、軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線によって構成されている。図示する例では、第１範囲壁面部１６Ｓ１は、軸方向における上流側に向かうにつれて曲率が小さくなる曲線Ｃ１１によって構成され、第２範囲壁面部１６Ｓ２は、軸方向における上流側に向かうにつれて曲率が小さくなる曲線Ｃ１２によって構成され、第３範囲壁面部１６Ｓ３は、軸方向における上流側に向かうにつれて曲率が大きくなる曲線Ｃ１３によって構成され、第４範囲壁面部１６Ｓ４は、軸方向における上流側に向かうにつれて曲率が大きくなる曲線Ｃ１４によって構成される。

【0021】

ここで、上記遠心圧縮機４が奏する効果について、出口断面１６Ｐが図３に示す形状を有する比較形態と対比して説明する。図３に示す比較形態では、バイパス流路１６の出口断面１６Ｐにおいて、バイパス流路１６の流路壁面１６Ｓが角丸正方形（角が丸い正方形）であり、角丸正方形の各辺に直線状部が含まれている。図４は、比較形態におけるバイパス流路１６とコンプレッサ入口流路４０との接続部近傍における渦Ｖ１の流れを模式的に示す図である。図５は、比較形態におけるバイパス流路１６とコンプレッサ入口流路４０との接続部近傍における渦度を示す断面図である。

【0022】

比較形態では、遠心圧縮機４が小流量で運転している時にインペラ側からコンプレッサ入口流路４０へ逆流する流れが発生すると、この逆流に起因して、図３に示すバイパス流路１６の出口断面１６Ｐにおける範囲Ｓ１（出口断面１６Ｐの中心Ｏよりも軸方向における下流側且つ中心Ｏよりもインペラ６の回転方向における上流側の範囲）において、第１範囲壁面部１６Ｓ１の直線状部で流れ方向に急激な変化が生じて渦Ｖ１（図４及び図５参照）が発生することで、その渦Ｖ１によって騒音（風切り音）が発生していることが明らかとなった。

【0023】

これに対し、上記実施形態に係る遠心圧縮機４では、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓのうち、少なくとも第１範囲壁面部１６Ｓ１は、曲線Ｃ１によって構成されており、直線状部を含んでいないため、上記比較形態と比較して流れが安定し、コンプレッサ入口流路４０とバイパス流路１６との接続部で発生する騒音を低減することができる。また、第１範囲壁面部１６Ｓ１の形状のみを変化させればよいため、大幅な改良設計が要らず、コストを抑えられる。

【0024】

また、上記実施形態に係る遠心圧縮機４では、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓのうち、少なくとも第１範囲壁面部１６Ｓ１は、軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線Ｃ１（図示する例では凹曲線）によって構成されているため、曲率が一定の断面形状（真円形状）と比較して、出口断面１６Ｐの面積を広くすることができる。そのため、必要となる流路断面積を、流路幅を大きくすることなく確保することができる。また、流路幅の拡大を抑制することにより、旋回流に対するキャビティ流れの発生を抑制し、騒音の発生を抑制することができる。

【0025】

また、上述のように、上記実施形態では、バイパス流路１６の出口断面１６Ｐにおいて、バイパス流路１６の流路壁面１６Ｓは楕円形状を有しており、該楕円形状は、インペラ６の軸方向に沿った長軸と上記直交方向に沿った短軸とを含んでおり、インペラ６の軸方向における出口断面１６Ｐの寸法Ｌ１は、上記直交方向における出口断面１６Ｐの寸法Ｌ２よりも大きくなっている。これらの特徴の各々により、コンプレッサ入口流路４０とバイパス流路１６との接続部で発生する騒音を効果的に低減することができる。特に、上記楕円形状の長軸が軸方向の流れと平行になれば、流路面積を多く確保できるうえに旋回流の影響を受けにくくなるため、旋回流に起因する騒音（風切り音）の発生を効果的に低減することができる。

【0026】

幾つかの実施形態では、例えば図１に示すように、バイパス流路１６は、円形の流路断面を有する円形断面区間１６ｂ１と、円形断面区間１６ｂ１と接続位置Ｐとの間に位置する断面形状変化区間１６ｂ２と、を含む。図示する例では、円形断面区間１６ｂ１の一端は弁体収容部１６ｃに接続し、円形断面区間１６ｂ１の他端は断面形状変化区間１６ｂ２の一端に接続する。断面形状変化区間１６ｂ２の他端は、コンプレッサ入口流路４０に接続する。

【0027】

ここで、断面形状変化区間１６ｂ２の各位置の流路断面について、インペラ６の軸方向及びインペラ６の径方向の各々に直交する直交方向における流路断面の寸法Ｌ２に対する軸方向における流路断面の寸法Ｌ１の比率Ｌ１／Ｌ２を断面寸法比Ｌ１／Ｌ２と定義すると、断面形状変化区間１６ｂ２は、コンプレッサ入口流路４０に近づくにつれて、断面寸法比Ｌ１／Ｌ２が大きくなるように構成される。

【0028】

かかる構成では、接続位置Ｐからある程度離れていてバイパス流路１６における上記騒音に対する影響が少ない区間である円形断面区間１６ｂ１では、流路抵抗の少ないシンプルな円形の流路断面を有しているため、圧力損失の増大を抑制することができる。また、上記騒音発生の原因となる出口断面１６Ｐに近づくにつれて断面寸法比Ｌ１／Ｌ２が出口断面１６Ｐの断面寸法比Ｌ１／Ｌ２と同値になるまで急変することなく緩やかに大きくなるため、圧力損失の増大を抑制することと、上記騒音を低減することとを両立することができる。

【0029】

図６は、図１に示す遠心圧縮機４のバイパス流路１６とコンプレッサ入口流路４０との接続部における軸方向に直交する断面の一例を模式的に示す図である。
図６に示すように、バイパス流路１６のコンプレッサ入口側流路部１６ｂの流路壁面１６Ｓは、軸方向に直交する断面において、第１壁面１６Ｓａと、第１壁面１６Ｓａと対向する第２壁面１６Ｓｂとを含む。図示する例では、インペラ６の回転方向において、第１壁面１６Ｓａは、第２壁面１６Ｓｂの上流側に位置する。

【0030】

また、第１壁面１６Ｓａと第２壁面１６Ｓｂのうち少なくとも一方は、コンプレッサ入口流路４０に隣接する一部の範囲において、コンプレッサ入口流路４０に近づくにつれてインペラ６の回転方向Ｒにおける上流側に向かうように形成される。図示する例では、軸方向に直交する断面において、第１壁面１６Ｓａは、コンプレッサ入口流路４０に隣接する一部の範囲において、コンプレッサ入口流路４０に近づくにつれてインペラ６の回転方向における上流側に向かうように滑らかに湾曲した曲線Ｃ２１により構成されている。また、軸方向に直交する断面において、第２壁面１６Ｓｂは、コンプレッサ入口流路４０に隣接する一部の範囲において、コンプレッサ入口流路４０に近づくにつれてインペラ６の回転方向における上流側に向かうように滑らかに湾曲した曲線Ｃ２２により構成されている。

【0031】

図示する例では、第１壁面１６Ｓａとコンプレッサ入口流路４０との接続部にはフィレット２６が形成され、第２壁面１６Ｓｂとコンプレッサ入口流路４０との接続部にはフィレット２８が形成されている。この場合、軸方向に直交する断面において、フィレット２６の表面２６ａは、コンプレッサ入口流路４０に近づくにつれてインペラ６の回転方向における上流側に向かうように凸状に湾曲しており、曲線Ｃ２１はフィレット２６の表面２６ａによって構成される。また、軸方向に直交する断面において、フィレット２８の表面２８ａは、コンプレッサ入口流路４０に近づくにつれてインペラ６の回転方向における上流側に向かうように凹状に湾曲しており、曲線Ｃ２２はフィレット２８の表面２８ａによって構成される。

【0032】

図６に示した構成によれば、バイパス流路１６から流出する流れＦｂは、インペラ６の回転方向Ｒにおける上流側に向かうように曲げられる。一方、インペラ６からの上述の逆流は、インペラ６の回転方向と同一方向の旋回成分Ｆｃを有している。このため、バイパス流路１６から流出する流れＦｂは、インペラ６の回転方向Ｒにおける上流側に向かうように曲げられた結果、インペラ６からの上述の逆流の旋回成分Ｆｃと対向することにより、逆流を打ち消して上述の渦の発生を抑制することができる。これにより、コンプレッサ入口流路４０とバイパス流路１６との接続部で発生する騒音を効果的に低減することができる。

【0033】

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

【0034】

例えば、上述した実施形態では、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓが楕円形状を有する場合を例示したが、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓの形状は、楕円形状に限らず、少なくとも第１範囲壁面部１６Ｓ１が、曲線によって構成されていればよい。出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓの形状は、例えば、図７に示す形状や図８に示す形状等であってもよく、軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線や、真円であってもよい。

【0035】

図７に示す出口断面１６Ｐの例では、上述のように第１範囲Ｓ１～第４範囲Ｓ４を定義し、第１範囲壁面部１６Ｓ１～第４範囲壁面部１６Ｓ４を定義した場合に、第１範囲壁面部１６Ｓ１と第２範囲壁面部１６Ｓ２とが楕円の半分により構成され、第３範囲壁面部１６Ｓ３と第４範囲壁面部１６Ｓ４とが半円により構成されている。図７に示す例では、軸方向における出口断面１６Ｐの寸法は、上記軸方向及び径方向の各々と直交する直交方向における出口断面１６Ｐの寸法よりも大きい。

【0036】

図８に示す出口断面１６Ｐの例では、上述のように第１範囲Ｓ１～第４範囲Ｓ４を定義し、第１範囲壁面部１６Ｓ１～第４範囲壁面部１６Ｓ４を定義した場合に、第１範囲壁面部１６Ｓ１と第２範囲壁面部１６Ｓ２とが楕円の半分により構成され、第３範囲壁面部１６Ｓ３と第４範囲壁面部１６Ｓ４とが角丸長方形の半分により構成されている。図７に示す例では、軸方向における出口断面１６Ｐの寸法は、上記軸方向及び径方向の各々と直交する直交方向における出口断面１６Ｐの寸法よりも大きい。

【0037】

図７に示す構成及び図８に示す構成の何れにおいても、少なくとも第１範囲壁面部１６Ｓ１は、軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線によって構成されており、直線状部を含んでいないため、コンプレッサ入口流路４０とバイパス流路１６との接続部で発生する騒音を効果的に低減することができる。

【0038】

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

【0039】

（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る遠心圧縮機は、
インペラと、
前記インペラに空気を案内するコンプレッサ入口流路と、
前記インペラの外周側に設けられたスクロール流路と、
前記スクロール流路から分岐し、前記インペラを迂回して前記コンプレッサ入口流路に接続するバイパス流路と、
を備え、
前記バイパス流路と前記コンプレッサ入口流路とが接続する接続位置における前記バイパス流路の流路断面を前記バイパス流路の出口断面と定義し、前記出口断面において前記出口断面の中心よりも前記インペラの軸方向における下流側且つ前記中心よりも前記インペラの回転方向における上流側の範囲を第１範囲と定義し、前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち前記第１範囲に属する流路壁面を第１範囲壁面部と定義すると、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、曲線によって構成される。

【0040】

本願発明者の検討によれば、遠心圧縮機が小流量で運転している時にインペラ側からコンプレッサ入口流路へ逆流する流れが発生すると、第１範囲壁面部が直線状部を含んでいると、上記逆流に起因して第１範囲壁面部の直線状部で渦が発生することで、その渦によって騒音（風切り音）が発生していることが明らかとなった。
これに対し、上記（１）に記載の遠心圧縮機によれば、出口断面におけるバイパス流路の流路壁面のうち、少なくとも第１範囲壁面部は、曲線のみによって構成されており、直線状部を含んでいないため、第１範囲壁面部が直線状部を含んで言う場合と比較して流れが安定し、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を低減することができる。

【0041】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の遠心圧縮機において、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、前記軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線によって構成される。

【0042】

上記（２）に記載の遠心圧縮機によれば、曲率が一定の断面形状（真円形状）と比較して、出口断面の面積を広くすることができる。そのため、必要となる流路断面積を、流路幅を大きくすることなく確保することができる。また、流路幅の拡大を抑制することにより、旋回流に対するキャビティ流れの発生を抑制し、騒音の発生を抑制することができる。また、第一範囲壁面部の形状のみを変化させればよいため、大幅な改良設計が要らず、コストを抑えられる。

【0043】

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の遠心圧縮機において、
前記軸方向における前記出口断面の寸法は、前記軸方向及び前記インペラの径方向の各々と直交する直交方向における前記出口断面の寸法よりも大きい。

【0044】

上記（３）に記載の遠心圧縮機によれば、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を効果的に低減することができる。

【0045】

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載の遠心圧縮機において、
前記バイパス流路は、円形の流路断面を有する円形断面区間と、前記円形断面区間と前記接続位置との間に位置する断面形状変化区間と、を含み、
前記断面形状変化区間の各位置の流路断面について、前記直交方向における前記流路断面の寸法に対する前記軸方向における前記流路断面の寸法の比率を断面寸法比と定義すると、
前記断面形状変化区間は、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて、前記断面寸法比が大きくなるように構成される。

【0046】

上記（４）に記載の遠心圧縮機によれば、上記接続位置からある程度離れていてバイパス流路における上記騒音に対する影響が少ない区間である円形断面区間では、流路抵抗の少ないシンプルな円形の流路断面を有しているため、圧力損失の増大を抑制することができる。また、上記騒音発生の原因となる出口断面に近づくにつれて断面寸法比が大きくなるため、圧力損失の増大を抑制することと、上記騒音を低減することとを両立することができる。

【0047】

（５）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（４）の何れかに記載の遠心圧縮機において、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、前記軸方向における上流側に向かうにつれて曲率が小さくなる曲線によって構成される。

【0048】

上記（５）に記載の遠心圧縮機によれば、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を効果的に低減することができる。

【0049】

（６）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（５）の何れかに記載の遠心圧縮機において、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面は、楕円形状を有する。

【0050】

上記（６）に記載の遠心圧縮機によれば、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を効果的に低減することができる。

【0051】

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載の遠心圧縮機において、
前記出口断面における前記流路壁面の前記楕円形状は、前記軸方向に沿った長軸と、前記軸方向及び前記インペラの径方向の各々に直交する方向に沿った短軸とを含む。

【0052】

上記（７）に記載の遠心圧縮機によれば、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を効果的に低減することができる。

【0053】

（８）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（７）の何れかに記載の遠心圧縮機において、
前記バイパス流路の流路壁面は、前記インペラの軸方向に直交する断面において、第１壁面と、前記第１壁面と対向する第２壁面とを含み、
前記第１壁面と前記第２壁面のうち少なくとも一方は、前記コンプレッサ入口流路に隣接する一部の範囲において、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて前記回転方向における上流側に向かうように形成される。

【0054】

上記（８）に記載の遠心圧縮機によれば、バイパス流路からコンプレッサ入口流路へ流出する流れは、インペラの回転方向における上流側に向かうように曲げられる。一方、インペラからの上述の逆流は、インペラの回転方向と同一方向の旋回成分を有している。このため、バイパス流路から流出する流れは、インペラの回転方向における上流側に向かうように曲げられた結果、インペラからの上述の逆流の旋回成分と対向することにより、逆流を打ち消して上述の渦の発生を抑制することができる。これにより、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を効果的に低減することができる。

【0055】

（９）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載の遠心圧縮機において、
前記インペラの回転方向において、前記第１壁面は、前記第２壁面の上流側に位置し、
前記第１壁面と前記コンプレッサ入口流路との接続部にはフィレットが形成され、前記軸方向に直交する断面において、前記フィレットの表面は、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて前記インペラの回転方向における上流側に向かうように凸状に湾曲している。

【0056】

上記（９）に記載の遠心圧縮機によれば、バイパス流路の第１壁面とコンプレッサ入口流路との接続部における応力集中をフィレットによって抑制しつつ、上記（８）に記載の効果を得ることができる。

【0057】

（１０）幾つかの実施形態では、上記（８）又は（９）に記載の遠心圧縮機において、
前記インペラの回転方向において、前記第１壁面は、前記第２壁面の上流側に位置し、
前記第２壁面と前記コンプレッサ入口流路との接続部にはフィレットが形成され、前記軸方向に直交する断面において、該フィレットの表面は、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて前記インペラの回転方向における上流側に向かうように凹状に湾曲している。

【0058】

上記（１０）に記載の遠心圧縮機によれば、バイパス流路の第２壁面とコンプレッサ入口流路との接続部における応力集中をフィレットによって抑制しつつ、上記（７）に記載の効果を得ることができる。

【0059】

（１１）本開示の少なくとも一実施形態に係るターボチャージャは、
上記（２）乃至（１０）の何れかに記載の遠心圧縮機と、前記遠心圧縮機と回転軸を介して連結されたタービンと、を備える。

【0060】

上記（１１）に記載のターボチャージャによれば、上記（１）乃至（１０）の何れかに記載の遠心圧縮機を備えるため、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を低減することができる。

【符号の説明】

【0061】

２ ターボチャージャ
４ 遠心圧縮機
６ インペラ
８ 回転軸
１０ タービンホイール
１２ タービン
１４ スクロール流路
１６ バイパス流路
１６Ｐ 出口断面
１６Ｓ 流路壁面
１６Ｓ１ 第１範囲壁面部
１６Ｓ２ 第２範囲壁面部
１６Ｓ３ 第３範囲壁面部
１６Ｓ４ 第４範囲壁面部
１６Ｓａ 第１壁面
１６Ｓｂ 第２壁面
１６ａ スクロール側流路部
１６ｂ コンプレッサ入口側流路部
１６ｂ１ 円形断面区間
１６ｂ２ 断面形状変化区間
１６ｃ 弁体収容部
１８ バイパス弁
１９ アクチュエータ
２４ 弁体
２６，２８ フィレット
２６ａ，２８ａ 表面
３８ 出口管
４０ コンプレッサ入口流路
４２ ディフューザ流路

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】