WO2018146753A1 - 遠心圧縮機、ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

ハブ、及びハブの外周面に周方向に間隔をあけて設けられた複数の翼、を含むインペラと、インペラを収容するとともに、インペラに対して、インペラの軸方向に沿って吸気を導入する導入流路を内部に画定するケーシングと、を備える遠心圧縮機であって、導入流路の内周面は、絞り部と、絞り部の下流側に接続し、翼の前縁の先端近傍に向かってインペラの回転軸線との径方向距離が次第に大きくなる傾斜部と、を含んでいる。そして、絞り部における流路面積をＡｃ、複数の翼の隣接する一対の翼によって画定される翼間流路のスロート面積をＡｔ、複数の翼の枚数をＮｗとした場合に、Ａｃ≧Ａｔ×Ｎｗとなる。

Description

遠心圧縮機、ターボチャージャ

　本開示は、遠心圧縮機、およびこれを備えるターボチャージャに関する。

　近年、低燃費化技術として、ターボ過給を用いたエンジンのダウンサイジング化が自動車用エンジンにおいて広く普及している。また近年、自動車の燃費性能の評価方法が、エンジンの実際の作動条件に近い極低速時や加速時が重視されたものとなっている。このため、サージラインに近い低流量作動域で運転が可能なワイドレンジ、且つ高効率なターボチャージャが求められている。

　上述したワイドレンジ化、低流量作動域における高効率化に対する一つの打ち手として、インペラの外径を小さくすることが考えられる。低流量作動域ではインペラの入口部で逆流（サージング）が発生するが、インペラの外径を小さくして周速を小さくすることで、インペラの入口部における絶対速度が増大（動圧が増大）する結果、逆流の発達を抑制することができる。

　しかしながら、インペラの外径を小さくすると、インペラ部のスロート面積も小さくなることから、インペラ部を通過可能な最大流量（チョーク流量）が低下してしまう。チョーク流量を確保するためにハブの先端部（ボス部）の径を小さくすることも考えられるが、インペラはボス部に挿通された回転軸をナットで締め上げることで回転軸に締結されるため、ボス部の径を小さくすることにも限界がある。

　上述した課題を解決するために、特許文献１では、インペラに導入される吸気が流れる導入流路に絞りを設け、インペラの入口部における吸気速度を増大させることで、サージマージンの改善を図っている。また特許文献１には、その背反事象としてチョーク流量が低下することも示されている。この課題に対して、特許文献１では、絞り部をバイパスする二次流路を設けるとともに、この二次流路に開閉弁を設置し、低流量域では開閉弁を全閉とし、高流量域では開閉弁を全開とすることで、サージマージンの改善とチョーク流量の確保を両立させることが出来るとしている。

特許第５８２４８２１号公報

　しかしながら、上述した特許文献１の構造は複雑であり、コスト面、スペース面において実現性の低いものであった。特に、自動車用の小型のターボチャージャでは低コスト、省スペースへの要望が強いこともあり、このような複雑な構造ではなく、もっと簡単な構造でサージマージンの改善とチョーク流量の確保を実現することが望まれている。

　本発明は、上述したような背景技術の下において発明されたものであって、その目的とするところは、サージマージンの改善とチョーク流量の確保の両方をより簡単な構造で実現することができる遠心圧縮機を提供することにある。

（１）本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機は、
　ハブ、及び前記ハブの外周面に周方向に間隔をあけて設けられた複数の翼、を含むインペラと、
　前記インペラを収容するとともに、前記インペラに対して、前記インペラの軸方向に沿って吸気を導入する導入流路を内部に画定するケーシングと、を備える遠心圧縮機であって、
　前記導入流路の内周面は、絞り部と、前記絞り部の下流側に接続し、前記翼の前縁の先端近傍に向かって前記インペラの回転軸線との径方向距離が次第に大きくなる傾斜部と、を含み、
　前記絞り部における流路面積をＡｃ、
　前記複数の翼の隣接する一対の翼によって画定される翼間流路のスロート面積をＡｔ、
　前記複数の翼の枚数をＮｗ、とした場合に、Ａｃ≧Ａｔ×Ｎｗとなる。

　上記（１）に記載の実施形態にかかる遠心圧縮機は、導入流路の内周面に、絞り部と、絞り部の下流側に接続し、翼の前縁の先端近傍に向かってインペラの回転軸線との径方向距離が次第に大きくなる傾斜部と、が形成されている。このため、絞り部によって速度が増大した吸気が傾斜部に沿って剥離することなく流れ、翼の前縁に到達する。これにより、インペラの入口部における逆流（サージング）の発生を抑制することができる。

　また、上記（１）に記載の実施形態にかかる遠心圧縮機は、絞り部における流路面積をＡｃ、複数の翼の隣接する一対の翼によって画定される翼間流路のスロート面積をＡｔ、複数の翼の枚数をＮｗ、とした場合に、Ａｃ≧Ａｔ×Ｎｗとなるように構成されている。つまり、絞り部の流路面積Ａｃは、翼間流路のスロート面積の合計と同じか、これよりも大きくなっている。これにより、絞り部によってチョーク流量を減少させることなく、サージマージンの改善を図っている。

（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、
　前記傾斜部の下流端と、前記インペラの回転軸線との径方向の距離をＲ１、とした場合に、
　前記傾斜部の下流端は、前記インペラの軸方向において、前記翼の前縁の先端と同じ位置にあるか、又は、前記翼の前縁の先端から上流側に０.５Ｒ１以内だけ離れた位置にある。

　上述したサージマージンの改善効果は、絞り部によって吸気速度を増大させることによってもたらされるものであり、絞り部および傾斜部は、できるだけ翼の前縁の先端に近い位置に形成されるのが望ましい。したがって、上記（２）に記載の実施形態によれば、効果的にインペラの入口部における逆流の発生を抑制することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の遠心圧縮機において、
　前記傾斜部の上流端と下流端とを通過する直線と、前記インペラの回転軸線とのなす鋭角側の角度が６°以下である。

　絞り部によって速度が増大した吸気は、絞り部を通過した後に傾斜部に沿って流れるが、傾斜部の傾斜角度が大き過ぎると剥離が生じてしまう虞がある。本発明者の知見によれば、傾斜部の傾斜角度が６°以下であれば、絞り部を通過した吸気は剥離することなく傾斜部に沿って流れる。したがって、上記（３）に記載の実施形態によれば、効果的にインペラの入口部における逆流の発生を抑制することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）から（３）の何れか１つに記載の遠心圧縮機において、
　前記傾斜部の下流端と、前記インペラの回転軸線との径方向の距離をＲ１、とした場合に、
　前記絞り部は、前記インペラの軸方向において、０.５Ｒ１以上の長さを有する。

　絞り部の軸方向における長さが短過ぎると、絞り部を通過する吸気の流れが絞り部の形状に追従せずに、剥離が生じてしまう虞がある。絞り部において剥離が生じてしまうと、絞り部を通過可能な最大流量が減少するため、チョーク流量が減少してしまう虞がある。したがって、上記（４）に記載の実施形態によれば、絞り部によってチョーク流量を減少させることなく、効果的にサージマージンの改善を図ることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）から（４）の何れか１つに記載の遠心圧縮機において、
　前記傾斜部は、前記インペラの回転軸線に沿った断面視において、直線状に形成される。

　上記（５）に記載の実施形態によれば、後述する（６）に記載の実施形態のように傾斜部を曲線状に形成する場合と比べて、シンプルな構造によってインペラの入口部における逆流の発生を抑制することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）から（４）の何れか１つに記載の遠心圧縮機において、
　前記傾斜部は、前記インペラの回転軸線に沿った断面視において、凸となる曲線状に形成される。

　上記（６）に記載の実施形態によれば、上述した（５）に記載の実施形態のように傾斜部を直線状に形成する場合と比べて、絞り部と傾斜部とを滑らかに接続させることができる。これにより、絞り部と傾斜部との接続位置において吸気の流れが剥離してしまうことを抑制することができる。これにより、絞り部と傾斜部との接続位置においてチョーク流量を減少させることなく、効果的にサージマージンの改善を図ることができる。

（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、
　前記ケーシングの内周面は、前記傾斜部の下流端に接続するとともに、前記翼の先端に対して隙間を有して配置されるシュラウド部を含み、
　前記傾斜部と前記シュラウド部とは、前記インペラの回転軸線に沿った断面視において、滑らかな曲線状を有するように接続される。

　上記（７）に記載の実施形態によれば、傾斜部とシュラウド部とが滑らかに接続されることで、傾斜部とシュラウド部との接続位置において吸気の流れが剥離してしまうことで生じる損失を抑制することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）から（７）に何れか１つに記載の遠心圧縮機において、
　前記ケーシングの内周面は、前記傾斜部の下流端に接続するとともに、前記翼の先端に対して隙間を有して配置されるシュラウド部を含み、
　前記ケーシングの内部には、前記シュラウド部に形成される入口側開口と、前記導入流路の内周面における前記傾斜部の下流端よりも上流側に形成される出口側開口とを接続する再循環流路が形成される。

　インペラに流入した吸気の一部をインペラの上流に戻す再循環流路は、サージマージンの改善に効果を有することが知られている。この再循環流路の出口側開口から流出した吸気は、できるだけ導入流路を流れる吸気の流れ方向に対して平行に、且つ、逆流の発生する翼の先端に、流れが向かうようにすることで、より効果的にサージマージンを改善することができる。しかしながら、ケーシングの内周面が水平に形成される従来の遠心圧縮機では、このような流路形状を形成することは難しい。従来の遠心圧縮機では、出口側開口から流出する吸気は、導入流路を流れる吸気の流れに対して大きく交差する方向に向かって流出させざるを得ないため、損失の発生原因となっていた。したがって、上記（８）の実施形態によれば、出口側開口から流出する吸気を、導入流路を流れる吸気の流れに対してより平行に近い方向に流出させることができるため、損失の発生を抑制しつつ、効果的にサージマージンの改善を図ることができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）から（８）の何れか１つに記載の遠心圧縮機において、
　前記導入流路における前記翼の前縁よりも上流側の位置には、環状の案内羽が設けられ、
　前記案内羽の上流端と前記導入流路の内周面との径方向距離をＤ１、前記案内羽の下流端と前記導入流路の内周面との径方向距離をＤ２、とした場合に、Ｄ１＞Ｄ２となる。

　上記（９）に記載の実施形態によれば、案内羽の外周面と導入流路の内周面との間を流れる吸気を逆流の発生する翼の先端に向けて流すことで、翼の先端側を流れる吸気を加速させることができる。これにより、翼の先端における逆流を抑制することで、より効果的にサージマージンの改善を図ることができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）に記載の実施形態において、
　前記案内羽の内周面は、前記インペラの回転軸線に沿った断面視において、前記案内羽の上流端から下流端に亘って凸となる曲線状に形成される。

　上記（１０）に記載の実施形態によれば、環状の案内羽の内側を流れる吸気の内、案内羽の内周面に沿って流れる吸気を逆流の発生する翼の先端に向けて流すことで、翼の先端側を流れる吸気を加速させることができる。これにより、上述した（９）に記載の実施形態の効果と相まって翼の先端における逆流をより一層抑制することができ、より効果的にサージマージンの改善を図ることができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）から（１０）の何れか１つに記載の遠心圧縮機において、
　前記ケーシングは、
　前記インペラによって圧縮された吸気が流れるディフューザ流路、及び、前記ディフューザ流路の外周側に形成され、前記ディフューザ流路を通過した吸気が流入するスクロール流路、を内部に画定するスクロール側ケーシング部と、
　前記導入流路を内部に画定する、前記スクロール側ケーシング部とは別体からなる導入側ケーシング部と、を含み、
　前記スクロール側ケーシング部、及び前記導入側ケーシング部は、前記インペラの軸方向に沿って接続される。

　上記（１１）に記載の実施形態によれば、ケーシングは、スクロール側ケーシング部とは別体からなる導入側ケーシング部をスクロール側ケーシング部に接続することにより構成することができる。したがって、例えば、絞り部や傾斜部の形状が異なる導入側ケーシング部を複数種用意しておき、仕様等の変更に応じて導入側ケーシング部を交換することができるなど、汎用性の高いケーシングを備えた遠心圧縮機を提供することができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）に記載の遠心圧縮機において、
　前記導入側ケーシング部の内周面は、前記絞り部の上流端から前記傾斜部の下流端までを含む。

　上記（１２）に記載の実施形態によれば、導入側ケーシング部の内周面だけに絞り部および傾斜部が形成されるため、より汎用性の高いケーシングを備えた遠心圧縮機を提供することができる。

（１３）本発明の一実施形態にかかるターボチャージャは、上記（１）から（１２）の何れか１つに記載の遠心圧縮機を備える。

　上記（１３）に記載の実施形態によれば、サージマージンの改善とチョーク流量の確保の両方を簡単な構造で実現したターボチャージャを提供することできる。

　本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、サージマージンの改善とチョーク流量の確保の両方をより簡単な構造で実現することができる遠心圧縮機を提供することができる。

本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機を示した断面図である。 本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機を拡大して示した図である。 本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機を拡大して示した図である。 本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機を拡大して示した図である。 本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機を拡大して示した図である。 本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機を拡大して示した図である。 本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機を拡大して示した図である。 本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機を示した断面図である。 本発明の一実施形態にかかる翼間流路に形成されるスロートを説明するための図である。 本発明の一実施形態にかかるターボチャージャを示した概略図である。 本発明の一参考形態にかかる案内羽を説明するための図である。 本発明の一参考形態にかかる案内羽を説明するための図である。

　以下、添付図面を参照して本発明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、本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。
　また、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する場合がある。

　図１及び図７は、本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機を示した断面図である。
　図１及び図７に示したように、本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機１は、インペラ２と、ケーシング３とを備えている。インペラ２は、ハブ４と、ハブ４の外周面４ａに周方向に間隔をあけて設けられた複数の翼６と、を含んでいる。ケーシング３は、インペラ２の軸方向（回転軸線ＲＡに平行な方向）に沿って吸気ｓａを導入する導入流路１０を内部に画定している。

　図示した実施形態では、ハブ４は、略円錐台形状を有しており、その外周面４ａは、先端部（上流側）から底面部（下流側）に向かって凹となる曲線状に形成されている。また、ハブ４は、回転軸５に挿通されるとともに、先端部（ボス部）４ｂから突出した回転軸５の一端部をナット７で締め上げることで、回転軸５に対して固定されている。

　また、図示した実施形態では、ケーシング３は、導入流路１０の一方側に開口する導入口部１３を有している。また、図示した実施形態では、導入口部１３と後述する絞り部２２の上流端２２ａまでは、流路断面が次第に縮小するように構成されている。つまり、導入流路２０の内周面２０は、導入口部１３から絞り部２２の上流端まで延在する縮小部２８を含んでいる。また、ケーシング３は、ディフューザ流路１２と、スクロール流路１４をさらに内部に画定している。ディフューザ流路１２は、インペラ２の外周側に位置する環状の流路であって、インペラ２の回転軸線ＲＡに沿った断面視（すなわち、図１及び図７に示した状態）において、径方向に沿って長手方向を有するように延在している。スクロール流路１４は、ディフューザ流路１２の外周側に位置する渦巻き状の流路である。

　そして、導入口部１３から導入された吸気ｓａが、インペラ２の軸方向に沿って流れてインペラ２に流入する。そして、後述する翼間流路１６を流れることでインペラ２によって圧縮された吸気が、ディフューザ流路１２を流れてスクロール流路１４に流入するように構成されている。

　図２、図３、図４、図５、図６Ａ、図６Ｂは、本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機を拡大して示した図である。なお、図２、図３、図４、図５、図６Ａ、図６Ｂでは、説明の便宜上、絞り部２２及び傾斜部２４について、軸方向よりも径方向に大きく拡大して示しており、実際の縦横比とは異なっている。また、図２、図３、図４、図５、図６Ａ、図６Ｂでは、作図の便宜上、回転軸線ＲＡに対して一方側（上方側）のみ図示しているが、回転軸線ＲＡに対して他方側（下方側）についても、同様に構成されている。

　図２、図３、図４、図５、図６Ａ、図６Ｂに示したように、本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機１において、上述した導入流路１０の内周面２０は、絞り部２２と、絞り部２０の下流側に接続する傾斜部２４とを含んでいる。傾斜部２４は、絞り部２２の下流端２２ｂ（傾斜部２４の上流端２４ａ）から、翼６の前縁６ａの先端６ｂ（前縁先端６ａｂ）の近傍に向かって、インペラ２の回転軸線ＲＡとの径方向距離が次第に大きくなるように構成されている。

　つまり、導入流路１０は、絞り部２２によって画定される絞り流路１０Ａと、傾斜部によって画定される拡大流路１０Ｂとを含んでいる。

　図示した実施形態では、傾斜部２４の下流端２４ｂとインペラ２の回転軸線ＲＡとの径方向の距離をＲ１、絞り部の下流端２２ｂ（傾斜部２４の上流端２４ａ）とインペラ２の回転軸線ＲＡとの径方向の距離をＲ２とした場合に、Ｒ２＜Ｒ１である。すなわち、絞り部２２の流路半径は、傾斜部２４の下流端２４ｂにおける流路半径よりも、α（＝Ｒ１－Ｒ２）だけ絞られている。なお、図中の基準線ＢＬは、傾斜部２４の下流端２４ｂを通過し、且つ、回転軸線ＲＡに対して平行な線である。

　また、図示した実施形態では、ケーシング３の内周面は、傾斜部２４の下流端２４ｂに接続するとともに、翼６の先端６ｂに対して隙間を有して配置されるシュラウド部２６を含んでいる。

　また、図示した実施形態では、翼６の前縁６ａは、ハブ４の外周面４ａから前縁先端６ａｂに向かって下流側に傾斜している。また、幾つかの実施形態では、図示しないが、翼６の前縁６ａは、回転軸線ＲＡに対して直交する方向に延在していてもよい。

　図８は、本発明の一実施形態にかかる翼間流路に形成されるスロートを説明するための図である。
　図８（ａ）に示したように、隣接する一方の翼６の圧力面６ｓａと、隣接する他方の翼の負圧面６ｓｂとの間には、翼間流路１６が形成される。そして、翼間流路１６は、その流路断面が最も小さくなるスロート部１６ｔを有している。スロート部１６ｔは、隣接する一方の翼６Ａの前縁６ａと、隣接する他方の翼６Ｂの負圧面６ｓｂとの間に画定される。具体的には、図８（ｂ）に示したように、隣接する一方の翼６Ａの前縁６ａから、隣接する他方の翼６Ｂの翼弦線（前縁６ａと後縁６ｃとを結ぶ直線）ＣＬに対して垂線を引く。そして、一方の翼６Ａの前縁６ａから他方の翼６Ｂの負圧面６ｓｂまでの垂線上の距離をスロート長Ｌｔと定義した場合に、このスロート長Ｌｔを翼６の高さ方向に基端（ハブ４の外周面４ａ）から先端６ｂまで積分したものがスロート部１６ｔのスロート面積Ａｔとなる。

　そして、本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機１は、上述した絞り部２２における流路面積（絞り流路１０Ａの流路面積）をＡｃ、上述した翼間流路１６のスロート面積をＡｔ、複数の翼６の枚数をＮｗ、とした場合に、Ａｃ≧Ａｔ×Ｎｗとなるように構成されている。

　以上、上述した本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機１は、導入流路１０の内周面２０に、絞り部２２と、絞り部２２の下流側に接続し、翼６の前縁６ａの先端６ｂの近傍に向かってインペラ２の回転軸線ＲＡとの径方向距離が次第に大きくなる傾斜部２４とが形成されている。このため、絞り部２２によって速度が増大した吸気が傾斜部２４に沿って剥離することなく流れ、翼６の前縁６ａに到達する。これにより、インペラ２の入口部における逆流（サージング）の発生を抑制することができる。

　また、上述した本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機１は、絞り部２２における流路面積をＡｃ、複数の翼６の隣接する一対の翼６Ａ、６Ｂによって画定される翼間流路１６のスロート面積をＡｔ、複数の翼６の枚数をＮｗ、とした場合に、Ａｃ≧Ａｔ×Ｎｗとなるように構成されている。つまり、絞り部２２の流路面積Ａｃは、翼間流路１６のスロート面積Ａｔの合計と同じか、これよりも大きくなっている。これにより、絞り部２２によってチョーク流量を減少させることなく、サージマージンの改善を図っている。

　幾つかの実施形態では、図２、図３、図４、図５、図６Ａ、図６Ｂに示したように、傾斜部２４の下流端２４ｂは、インペラ２の軸方向において、翼の６前縁６ａの先端６ｂ（前縁先端６ａｂ）と同じ位置にあるか、又は、翼６の前縁６ａの先端６ｂ（前縁先端６ａｂ）から上流側に０.５Ｒ１以内だけ離れた位置にある。

　すなわち、上述した実施形態における翼６の先端６ｂの「近傍」とは、少なくとも、インペラ２の軸方向において、翼６の前縁６ａの先端６ｂ（前縁先端６ａｂ）から上流側に０.５Ｒ１以内だけ離れた位置における内周面２０を含んでいる。

　図示した実施形態では、傾斜部２４の下流端２４ｂは、インペラ２の軸方向において、翼の６前縁６ａの先端６ｂ（前縁先端６ａｂ）と同じ位置となっている。

　上述したサージマージンの改善効果は、絞り部２２によって吸気速度を増大させることによってもたらされるものであり、絞り部２２および傾斜部２４は、できるだけ翼６の前縁６ａの先端６ｂ（前縁先端６ａｂ）に近い位置に形成されるのが望ましい。したがって、このような実施形態によれば、効果的にインペラ２の入口部における逆流の発生を抑制することができる。

　幾つかの実施形態では、図２、図３、図４、図５、図６Ａ、図６Ｂに示したように、傾斜部２４の上流端２４ａと下流端２４ｂとを通過する直線と、インペラ２の回転軸線ＲＡとのなす鋭角側の角度θが６°以下である。

　絞り部２２によって速度が増大した吸気は、絞り部２２を通過した後に傾斜部２４に沿って流れるが、傾斜部２４の傾斜角度θが大き過ぎると剥離が生じてしまう虞がある。本発明者の知見によれば、傾斜部２４の傾斜角度θが６°以下であれば、絞り部２２を通過した吸気は剥離することなく傾斜部２４に沿って流れる。したがって、このような実施形態によれば、効果的にインペラ２の入口部における逆流の発生を抑制することができる。

　幾つかの実施形態では、図２、図３、図４、図５、図６Ａ、図６Ｂに示したように、絞り部２２は、インペラ２の軸方向において、０.５Ｒ１以上の長さＬを有する。

　絞り部２２の軸方向における長さが短過ぎると、絞り部２２を通過する吸気の流れが絞り部２２の形状に追従せずに、剥離が生じてしまう虞がある。絞り部２２において剥離が生じてしまうと、絞り部２２を通過可能な最大流量が減少するため、チョーク流量が減少してしまう虞がある。したがって、このような実施形態によれば、絞り部２２によってチョーク流量を減少させることなく、効果的にサージマージンの改善を図ることができる。

　幾つかの実施形態では、図２、図５、図６Ａ、図６Ｂに示したように、傾斜部２４は、インペラ２の回転軸線ＲＡに沿った断面視（すなわち、図２、図５、図６Ａ、図６Ｂに示した状態）において、直線状に形成される。

　このような実施形態によれば、後述する実施形態のように傾斜部２４を曲線状に形成する場合と比べて、シンプルな構造によってインペラ２の入口部における逆流の発生を抑制することができる。

　幾つかの実施形態では、図３及び図４に示すように、傾斜部２４は、インペラ２の回転軸線ＲＡに沿った断面視（すなわち、図３、図４に示した状態）において、凸となる曲線状に形成される。

　このような実施形態によれば、上述した実施形態のように傾斜部２４を直線状に形成する場合と比べて、絞り部２２と傾斜部２４とを滑らかに接続させることができる。これにより、絞り部２２と傾斜部２４との接続位置において吸気の流れが剥離してしまうことを抑制することができる。これにより、絞り部２２と傾斜部２４との接続位置においてチョーク流量を減少させることなく、効果的にサージマージンの改善を図ることができる。

　幾つかの実施形態では、図４に示したように、傾斜部２４とシュラウド部２６とは、インペラ２の回転軸線ＲＡに沿った断面視において、滑らかな曲線状を有するように接続される。

　図示した実施形態では、シュラウド部２６から傾斜部２４にかけて、徐々に曲率が大きくなるように滑らかな曲線状に形成されている。これにより、翼６の前縁６ａの先端６ｂ（前縁先端６ａｂ）を含む先端部６ｂ１が、図２、図３、図５、図６Ａ、図６Ｂに示した実施形態のように平坦ではなく、前縁６ａ側から後縁６ｃ側に向かってインペラ２の回転軸線ＲＡとの径方向距離が次第に大きくなるように斜めに形成されている。

　このような実施形態によれば、傾斜部２４とシュラウド部２６とが滑らかに接続されることで、傾斜部２４とシュラウド部２６との接続位置において吸気の流れが剥離してしまうことで生じる損失を抑制することができる。

　幾つかの実施形態では、図５に示したように、ケーシング３の内部には、シュラウド部２６に形成される入口側開口３２と、導入流路１０の内周面における傾斜部２４の下流端２４ｂよりも上流側に形成される出口側開口３４とを接続する再循環流路３０が形成される。

　図示した実施形態では、出口側開口３４の下流側縁部３４ｂは、径方向において、上流側縁部３４ａよりも回転軸線ＲＡに対してより近くに位置している。また、図示した実施形態では、出口側開口３４の上流側縁部３４ａと、インペラ２の回転軸線ＲＡとの径方向の距離は、上述したＲ１と等しくなっている。すなわち、導入流路１０の内周面２０のうち、出口側開口３４の上流側縁部３４ａと傾斜部２４の下流端２４ｂとが存在する再循環流路外面３６は、回転軸線ＲＡに対して平行に延在している。また、再循環流路３０は、回転軸線ＲＡに対して平行に延在している。そして、このような再循環流路３０は、ケーシング３の内部において周方向に間隔をあけて複数形成されている。

　インペラ２に流入した吸気の一部をインペラ２の上流に戻す再循環流路３０は、サージマージンの改善に効果を有することが知られている。この再循環流路３０の出口側開口３４から流出した吸気は、できるだけ導入流路１０を流れる吸気の流れ方向（すなわち、回転軸線ＲＡに沿った方向）に対して平行に、且つ、逆流の発生する翼６の先端６ｂに、流れが向かうようにすることで、より効果的にサージマージンを改善することができる。しかしながら、ケーシング３の内周面（導入流路１０の内周面）が水平に形成される従来の遠心圧縮機では、このような流路形状を形成することは難しい。従来の遠心圧縮機では、出口側開口３４から流出する吸気は、導入流路１０を流れる吸気の流れに対して大きく交差する方向に向かって流出させざるを得ないため、損失の発生原因となっていた。したがって、このような実施形態によれば、出口側開口３４から流出する吸気を、導入流路１０を流れる吸気の流れに対してより平行に近い方向に流出させることができるため、損失の発生を抑制しつつ、効果的にサージマージンの改善を図ることができる。

　幾つかの実施形態では、図６Ａ及び図６Ｂに示したように、導入流路１０における翼６の前縁６ａよりも上流側の位置には、環状の案内羽４０Ａ、４０Ｂ（４０）が設けられている。そして、案内羽４０Ａ、４０Ｂの上流端４０ａと導入流路１０の内周面２０との径方向距離をＤ１、案内羽４０Ａ、４０Ｂの下流端４０ｂと導入流路１０の内周面２０との径方向距離をＤ２とした場合に、Ｄ１＞Ｄ２となる。

　図示した実施形態では、案内羽４０Ａ、４０Ｂは、回転軸線ＲＡを中心として周方向に延在する環状（筒状）部材である。すなわち、環状の案内羽４０Ａ、４０Ｂの中心線は、回転軸線ＲＡと一致している。そして、この環状の案内羽４０Ａ、４０Ｂによって、内周面４０ｃに囲まれた内側流路４２と、外周面４０ｄと導入流路１０の内周面２０との間に画定される外側流路４４とが形成される。

　また、図６Ａに示した実施形態では、案内羽４０Ａの上流端４０ａと回転軸線ＲＡとの径方向距離は、案内羽４０Ａの下流端４０ｂと回転軸線ＲＡとの径方向距離よりも小さくなっている。これに対して、図６Ｂに示した実施形態では、案内羽４０Ａの上流端４０ａと回転軸線ＲＡとの径方向距離は、案内羽４０Ａの下流端４０ｂと回転軸線ＲＡとの径方向距離と略等しくなっている。すなわち、図６Ｂに示した実施形態では、案内羽４０Ａの下流端４０ｂが、インペラ２の軸方向において、傾斜部２４と重複するように位置しており、これにより、Ｄ１＞Ｄ２となっている。

　このような実施形態によれば、外側流路４４を流れる吸気を、逆流の発生する翼６の先端６ｂに向けて流すことで、図示した流速分布Ｖ（ｒ）に示したように、翼６の先端６ｂ側を流れる吸気を加速させることができる。これにより、翼６の先端６ｂにおける逆流を抑制することで、より効果的にサージマージンの改善を図ることができる。

　幾つかの実施形態では、図６Ｂに示したように、案内羽４０Ｂの内周面４０ｃは、インペラ２の回転軸線ＲＡに沿った断面視（すなわち、図６Ｂに示した状態）において、案内羽４０Ｂの上流端４０ａから下流端４０ｂに亘って凸となる曲線状に形成される。すなわち、案内羽４０Ｂの断面形状は、いわゆる翼形状に形成されている。

　また、図６Ｂに示した実施形態では、案内羽４０Ｂの外周面４０ｄは、インペラ２の回転軸線ＲＡに沿った断面視において、回転軸線ＲＡに対して略平行に延在している。

　このような実施形態によれば、内側流路４２を流れる吸気の内、案内羽４０Ｂの内周面４０ｃに沿って流れる吸気を逆流の発生する翼６の先端６ｂに向けて流すことで、図示した流速分布Ｖ（ｒ）に示したように、翼６の先端６ｂ側を流れる吸気を加速させることができる。これにより、上述した実施形態の効果と相まって翼６の先端６ｂにおける逆流をより一層抑制することができ、より効果的にサージマージンの改善を図ることができる。

　幾つかの実施形態では、図７に示したように、ケーシング３は、上述したディフューザ流路１２及びスクロール流路１４を内部に画定するスクロール側ケーシング部３Ａと、導入流路１０を内部に画定する、スクロール側ケーシング部３Ａとは別体からなる導入側ケーシング部３Ｂとを含んでいる。そして、スクロール側ケーシング部３Ａ、及び導入側ケーシング部３Ｂは、インペラ２の軸方向に沿って接続される。

　図示した実施形態では、スクロール側ケーシング部３Ａは、ディフューザ流路１２及びスクロール流路１４を内部に画定する部分であるスクロール本体部５１と、スクロール本体部５１の内周部から上流側に向かって延在する軸方向部５２とを有している。また、導入側ケーシング部３Ｂは、スクロール側ケーシング部３Ａの軸方向部５２よりも上流側に位置する上流側部６１と、上流側部６１よりも下流側に位置し、且つ、スクロール側ケーシング部３Ａの軸方向部５２よりも径方向内側に位置する下流側部６２とを有している。そして、スクロール側ケーシング部３Ａ、及び導入側ケーシング部３Ｂが、インペラ２の軸方向に沿って接続された状態において、スクロール側ケーシング部３Ａの軸方向部５２の内周面５２ａと、導入側ケーシング部３Ｂの下流側部６２の外周面６２ａとが当接している。

　また、図示した実施形態では、導入側ケーシング部３Ｂは、スクロール側ケーシング部３Ａのスクロール本体部５１に形成される段差面５４に対して当接する下流側端面６４を有している。これにより、導入側ケーシング部３Ｂをスクロール側ケーシング部３Ａに接続する際に、スクロール側ケーシング部３Ａの段差面５４に対して導入側ケーシング部３Ｂの下流側端面６４を当接させることで、両者の位置決めを容易に行うことができる。

　また、図示した実施形態では、スクロール側ケーシング部３Ａの軸方向部５２の端部には、スクロール側フランジ５３が形成されている。一方、導入側ケーシング部３Ｂの上流側部６１の下流端部には導入側フランジ６３が形成されている。そして、これらスクロール側フランジ５３と導入側フランジ６３とが例えばボルトなどによって締結されることで、スクロール側ケーシング部３Ａ、及び導入側ケーシング部３Ｂが、互いに連結されている。また、幾つかの実施形態では、図示しないが、スクロール側ケーシング部３Ａ、及び導入側ケーシング部３Ｂは溶接によって結合されてもよい。

　このような実施形態によれば、ケーシング３は、スクロール側ケーシング部３Ａとは別体からなる導入側ケーシング部３Ｂをスクロール側ケーシング部３Ａに接続することにより構成することができる。したがって、例えば、絞り部２２や傾斜部２４の形状が異なる導入側ケーシング部３Ｂを複数種用意しておき、仕様等の変更に応じて導入側ケーシング部３Ｂを交換することができるなど、汎用性の高いケーシング３を備えた遠心圧縮機１を提供することができる。

　幾つかの実施形態では、図７に示したように、導入側ケーシング部３Ｂの内周面６２ｂは、絞り部２２の上流端２２ａから傾斜部２４の下流端２４ｂまでを含む。

　図示した実施形態では、導入側ケーシング部３Ｂの内周面６２ｂは、傾斜部２４と、絞り部２２と、縮小部２８とを含んでいる。

　このような構成によれば、スクロール側ケーシング部３Ａの内周面６２ｂだけに絞り部２２及び傾斜部２４が形成されるため、より汎用性の高いケーシング３を備えた遠心圧縮機１を提供することができる。

　図９は、本発明の一実施形態にかかるターボチャージャを示した概略図である。
　本発明の一実施形態にかかるターボチャージャ８０は、図９に示したように、本発明の一実施形態にかかる遠心圧縮機１を備えている。

　図９に示したように、ターボチャージャ８０は、遠心圧縮機１のインペラ２とタービン７０のタービンインペラ７２とが、回転軸５によって連結されることで構成されている。また、ターボチャージャ８０は、図示した構成以外にも、インペラ２を収容するケーシング３、タービンインペラ７２を収容するタービンハウジング、回転軸５を回転可能に支持する軸受、及び軸受を収容する軸受ハウジング等を備えていてもよい。

　このような実施形態によれば、サージマージンの改善とチョーク流量の確保の両方を簡単な構造で実現したターボチャージャ８０を提供することできる。

　また、幾つかの実施形態では、ターボチャージャ８０は、自動車用エンジンに用いられるターボチャージャ８０である。

　自動車用エンジンでは、極低速運転や加速運転が繰り返される。このため、自動車用エンジンに用いられるターボチャージャには、サージラインに近い低流量作動域で運転が可能なワイドレンジ、且つ高効率なものが求められている。したがって、上述したターボチャージャ８０は、このような自動車用エンジンに用いられるものに特に適している。

　以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。

　図１０Ａ及び図１０Ｂは、本発明の一参考形態にかかる案内羽を説明するための図である。
　一参考形態にかかる案内羽４０Ａ、４０Ｂ（４０）を備える遠心圧縮機１は、上述した図６Ａ、図６Ｂに示した実施形態のものと基本的には同様に構成されている。したがって、同じ構成には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。

　一参考形態にかかる案内羽４０Ａ、４０Ｂを備える遠心圧縮機１は、上述した実施形態とは異なり、その導入流路１０の内周面２０に絞り部２２及び傾斜部２４が形成されていない。すなわち、本参考形態にかかる遠心圧縮機１は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、導入流路１０の内周面２０は、シュラウド部２６よりも上流側において、インペラ２の回転軸線ＲＡに沿った断面視（すなわち、図１０Ａ、図１０Ｂに示した状態）において、回転軸線ＲＡに対して平行に形成されている。

　そして、一参考形態にかかる遠心圧縮機１では、図１０Ａに示したように、導入流路１０における翼６の前縁６ａよりも上流側の位置に、環状の案内羽４０Ａが設けられている。そして、案内羽４０Ａの上流端４０ａと導入流路１０の内周面２０との径方向距離をＤ１、案内羽４０Ａの下流端４０ｂと導入流路１０の内周面２０との径方向距離をＤ２とした場合に、Ｄ１＞Ｄ２となるように構成されている。

　このような一参考形態によれば、外側流路４４を流れる吸気を、逆流の発生する翼６の先端６ｂに向けて流すことで、図示した流速分布Ｖ（ｒ）に示したように、翼６の先端６ｂ側を流れる吸気を加速させることができる。これにより、翼６の先端６ｂにおける逆流を抑制することで、サージマージンの改善を図ることができる。

　また、一参考形態にかかる遠心圧縮機１では、図１０Ｂに示したように、導入流路１０における翼６の前縁６ａよりも上流側の位置に、環状の案内羽４０Ｂが設けられている。そして、案内羽４０Ｂの内周面４０ｃは、インペラ２の回転軸線ＲＡに沿った断面視において、案内羽４０Ｂの上流端４０ａから下流端４０ｂに亘って凸となる曲線状に形成されている。そして、案内羽４０Ｂの上流端４０ａと導入流路１０の内周面２０との径方向距離をＤ１、案内羽４０Ｂの下流端４０ｂと導入流路１０の内周面２０との径方向距離をＤ２とした場合に、Ｄ１＝Ｄ２となるように構成されている。

　このような一参考形態によれば、内側流路４２を流れる吸気の内、案内羽４０Ｂの内周面４０ｃに沿って流れる吸気を逆流の発生する翼６の先端６ｂに向けて流すことで、図示した流速分布Ｖ（ｒ）に示したように、翼６の先端６ｂ側を流れる吸気を加速させることができる。このため、上述した図１０Ａに示した実施形態のようにＤ１＜Ｄ２にしなくても、翼６の先端６ｂにおける逆流を抑制することで、サージマージンの改善を図ることができる。

　また、幾つかの参考形態では、図１０Ｂに示した参考形態において、その案内羽４０Ｂが、Ｄ１＜Ｄ２となるように構成されていてもよい。このような参考形態によれば、外側流路４４を流れる吸気を、逆流の発生する翼６の先端６ｂに向けて流すとともに、内側流路４２を流れる吸気の内、案内羽４０Ｂの内周面４０ｃに沿って流れる吸気を逆流の発生する翼６の先端６ｂに向けて流すことがで、翼６の先端６ｂ側を流れる吸気をさらに加速させることができる。これにより、翼６の先端６ｂにおける逆流を抑制することで、より一層のサージマージンの改善を図ることができる。

１　　　　　　　　　　遠心圧縮機
２　　　　　　　　　　　インペラ
３　　　　　　　　　　　ケーシング
３Ａ　　　　　　　　　　　スクロール側ケーシング部
３Ｂ　　　　　　　　　　　導入側ケーシング部
４　　　　　　　　　　　ハブ
４ａ　　　　　　　　　　　外周面
５　　　　　　　　　　　回転軸
６、６Ａ、６Ｂ　　　　　翼
６ａ　　　　　　　　　　　前縁
６ｂ　　　　　　　　　　　先端
６ｂ１　　　　　　　　　　先端部
６ｃ　　　　　　　　　　　後縁
６ａｂ　　　　　　　　　　前縁先端
６ｓａ　　　　　　　　　　圧力面
６ｓｂ　　　　　　　　　　負圧面
７　　　　　　　　　　　ナット
１０　　　　　　　　　　導入流路
１０Ａ　　　　　　　　　　絞り流路
１０Ｂ　　　　　　　　　　拡大流路
１２　　　　　　　　　　ディフューザ流路
１３　　　　　　　　　　導入口部
１４　　　　　　　　　　スクロール流路
１６　　　　　　　　　　翼間流路
１６ｔ　　　　　　　　　　スロート部
２０　　　　　　　　　　内周面
２２　　　　　　　　　　　絞り部
２４　　　　　　　　　　　傾斜部
２６　　　　　　　　　　　シュラウド部
２８　　　　　　　　　　　縮小部
３０　　　　　　　　　　再循環流路
３２　　　　　　　　　　　入口側開口
３４　　　　　　　　　　　出口側開口
３４ａ　　　　　　　　　　　上流側縁部
３４ｂ　　　　　　　　　　　下流側縁部
３６　　　　　　　　　　　再循環流路外面
４０、４０Ａ、４０Ｂ　　案内羽
４２　　　　　　　　　　　内側流路
４４　　　　　　　　　　　外側流路
５１　　　　　　　　　　スクロール本体部
５２　　　　　　　　　　軸方向部
５３　　　　　　　　　　　スクロール側フランジ
５４　　　　　　　　　　段差面
６１　　　　　　　　　　上流側部
６２　　　　　　　　　　下流側部
６３　　　　　　　　　　　導入側フランジ
６４　　　　　　　　　　下流側端面
 
Ａｃ　　　　　　　　　　流路面積
Ａｔ　　　　　　　　　　スロート面積
ＢＬ　　　　　　　　　　基準線
Ｌｔ　　　　　　　　　　スロート長
ＲＡ　　　　　　　　　　回転軸線
Ｖ（ｒ）　　　　　　　　流速分布
ｓａ　　　　　　　　　　吸気

Claims (13)

1. 　ハブ、及び前記ハブの外周面に周方向に間隔をあけて設けられた複数の翼、を含むインペラと、
   　前記インペラを収容するとともに、前記インペラに対して、前記インペラの軸方向に沿って吸気を導入する導入流路を内部に画定するケーシングと、を備える遠心圧縮機であって、
   　前記導入流路の内周面は、絞り部と、前記絞り部の下流側に接続し、前記翼の前縁の先端近傍に向かって前記インペラの回転軸線との径方向距離が次第に大きくなる傾斜部と、を含み、
   　前記絞り部における流路面積をＡｃ、
   　前記複数の翼の隣接する一対の翼によって画定される翼間流路のスロート面積をＡｔ、
   　前記複数の翼の枚数をＮｗ、とした場合に、Ａｃ≧Ａｔ×Ｎｗとなる
   遠心圧縮機。
2. 　前記傾斜部の下流端と、前記インペラの回転軸線との径方向の距離をＲ１、とした場合に、
   　前記傾斜部の下流端は、前記インペラの軸方向において、前記翼の前縁の先端と同じ位置にあるか、又は、前記翼の前縁の先端から上流側に０.５Ｒ１以内だけ離れた位置にある
   請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 　前記傾斜部の上流端と下流端とを通過する直線と、前記インペラの回転軸線とのなす鋭角側の角度が６°以下である
   請求項１又は２に記載の遠心圧縮機。
4. 　前記傾斜部の下流端と、前記インペラの回転軸線との径方向の距離をＲ１、とした場合に、
   　前記絞り部は、前記インペラの軸方向において、０.５Ｒ１以上の長さを有する
   請求項１から３の何れか１項に記載の遠心圧縮機。
5. 　前記傾斜部は、前記インペラの回転軸線に沿った断面視において、直線状に形成される
   請求項１から４の何れか１項に記載の遠心圧縮機。
6. 　前記傾斜部は、前記インペラの回転軸線に沿った断面視において、凸となる曲線状に形成される
   請求項１から４の何れか１項に記載の遠心圧縮機。
7. 　前記ケーシングの内周面は、前記傾斜部の下流端に接続するとともに、前記翼の先端に対して隙間を有して配置されるシュラウド部を含み、
   　前記傾斜部と前記シュラウド部とは、前記インペラの回転軸線に沿った断面視において、滑らかな曲線状を有するように接続される
   請求項６に記載の遠心圧縮機。
8. 　前記ケーシングの内周面は、前記傾斜部の下流端に接続するとともに、前記翼の先端に対して隙間を有して配置されるシュラウド部を含み、
   　前記ケーシングの内部には、前記シュラウド部に形成される入口側開口と、前記導入流路の内周面における前記傾斜部の下流端よりも上流側に形成される出口側開口とを接続する再循環流路が形成される
   請求項１から７の何れか１項に記載の遠心圧縮機。
9. 　前記導入流路における前記翼の前縁よりも上流側の位置には、環状の案内羽が設けられ、
   　前記案内羽の上流端と前記導入流路の内周面との径方向距離をＤ１、前記案内羽の下流端と前記導入流路の内周面との径方向距離をＤ２、とした場合に、Ｄ１＞Ｄ２となる
   請求項１から８の何れか１項に記載の遠心圧縮機。
10. 　前記案内羽の内周面は、前記インペラの回転軸線に沿った断面視において、前記案内羽の上流端から下流端に亘って凸となる曲線状に形成される
    請求項９に記載の遠心圧縮機。
11. 　前記ケーシングは、
    　前記インペラによって圧縮された吸気が流れるディフューザ流路、及び、前記ディフューザ流路の外周側に形成され、前記ディフューザ流路を通過した吸気が流入するスクロール流路、を内部に画定するスクロール側ケーシング部と、
    　前記導入流路を内部に画定する、前記スクロール側ケーシング部とは別体からなる導入側ケーシング部と、を含み、
    　前記スクロール側ケーシング部、及び前記導入側ケーシング部は、前記インペラの軸方向に沿って接続される
    請求項１から１０の何れか１項に記載の遠心圧縮機。
12. 　前記導入側ケーシング部の内周面は、前記絞り部の上流端から前記傾斜部の下流端までを含む
    請求項１１に記載の遠心圧縮機。
13. 　請求項１から１２の何れか１項に記載の遠心圧縮機を備えるターボチャージャ。

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