JP2017210901A - 遠心圧縮機、ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】遠心圧縮機のサージングの発生を抑制することができる遠心圧縮機、ターボチャージャを得る。【解決手段】凹部７０の壁面に沿って螺旋状に流れて湾曲部７０Ｂに達した空気は、湾曲部７０Ｂによって流れ方向が変えられ、軸方向から見て、インペラ３２の回転中心側に進行する（矢印Ｍ５）。これにより、流入流路５２から流入してインペラ３２側へ流れる空気（矢印Ｍ１）は、軸方向から見て、インペラ３２の回転中心側に押される。そして、インペラ３２側へ流れる空気の圧力が高くなり、サージングの発生を抑制することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、遠心圧縮機、及びターボチャージャに関する。

特許文献１に記載の遠心圧縮機では、遠心圧縮機から排出される圧縮空気の流量が小さくなると、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、空気の流れ方向が変えられるようになっている。

国際公開第２０１４／０３３８７８号

ターボチャージャ用の遠心圧縮機では、同一回転数で圧縮空気の流量が小さくなると、出口圧力が高くなる。これにより、空気の一部が、インペラ出口からシュラウド側の隙間を通って、インペラ入口に逆流する。この逆流は、回転方向に旋回するらせん状の流れとなって、遠心圧縮機の入口外周面に沿って流出する。この逆流によって遠心圧縮機側に流れる主流に旋回速度が与えられ、入口流れは、旋回流となる。圧縮空気の流量が小さくなるほど逆流する流量は増加するので、螺旋状の旋回流れの角度は小さくなる。それにより主流の予旋回が強くなり、インペラの過給仕事が減少し、圧力比も低下する。主流の流れ角が小さくなると、インペラ入口の迎え角が大きくなり、インペラに流入した流れに剥離が生じ、サージジングが発生しやすくなる。

本願発明の課題は、遠心圧縮機のサージングの発生を抑制することである。

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へ流す回転翼と、前記回転翼へ空気を導く流入流路が前記軸方向に延びて形成されている導入部と、を備え、前記流入流路は、前記軸方向に延びる円柱状の第一流路と、前記第一流路の全周に亘って形成されている凹部とから形成され、前記回転翼の軸線に沿って切断した前記凹部の断面形状が、前記回転翼に流入する空気の流入方向の上流側の部分に湾曲状の湾曲部を有する釣り針形状とされていることを特徴とする。

上記構成によれば、回転する回転翼は、導入部に形成され、軸方向に延びる流入流路から流入する空気を圧縮して径方向へ流す。ここで、遠心圧縮機から排出される圧縮空気の流量が小さい場合には、回転する回転翼によって圧縮されて径方向へ流された空気の一部は、折り返して流入流路側へ流れる（逆流する）。

そして、流入流路側へ逆流した空気は、流入流路を螺旋状に流れ、回転翼へ流入する空気の流入方向の上流側へ進行する。また、流入流路を螺旋状に流れる空気は、流入流路の壁面から凹んだ凹部の壁面に沿って流れる。

ここで、凹部は、第一流路の全周に亘って形成され、回転翼の軸線に沿って切断した凹部の断面は、回転翼へ流入する空気の流入方向の上流側に湾曲部を有する釣り針形状とされている。このため、凹部の壁面に沿って螺旋状に流れる空気は、湾曲部によって進行方向が変えられ、回転翼の回転中心側に進行する。

この回転翼の回転中心側に進行する空気によって、流入流路から流入して回転翼側へ流れる空気は、軸方向から見て、回転翼の回転中心側に押される。これにより、回転翼側へ流れる空気の圧力は高くなる。このため、回転する回転翼によって圧縮されて径方向へ流された空気の逆流は、抑制される。

このように空気の逆流が抑制されることで、サージングの発生を抑制することができる。

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、前記回転翼の軸線に沿って切断した前記凹部の断面形状は、前記回転翼の軸線に対して傾斜した直線部と、前記回転翼に流入する空気の流入方向の上流側の端部が前記直線部と接する前記湾曲部とから形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、回転翼の軸線に沿って切断した凹部の断面は、回転翼の軸線に対して傾斜した直線部と、一端が直線部と接した湾曲部とから形成されている。

これにより、直線部に沿って螺旋状に流れる空気は、壁面と剥離することなく進行して湾曲部に達する。そして、湾曲部に達した空気は、湾曲部によって流れ方向が変えられ、軸方向から見て、回転翼の回転中心側に進行する。

このように、直線部に沿って螺旋状に流れる空気は、壁面と剥離することなく進行するため、直線部が形成されていない場合と比して、湾曲部によって流れ方向が変えられ、回転翼の回転中心側に進行する空気の流量を大きくすることができる。

本発明の請求項３に係る遠心圧縮機は、請求項２に記載の遠心圧縮機において、前記回転翼の軸線に沿って切断した前記凹部の断面形状において、前記湾曲部の先端側の部分は、前記回転翼側に向かっていることを特徴とする。

上記構成によれば、回転翼の軸線に沿って切断した凹部の断面形状において、湾曲部の先端側の部分は、回転翼側に向かっている。このため、湾曲部に達した空気は、湾曲部によって流れ方向が変えられ、軸方向から見て、回転翼の回転中心側で、かつ、径方向から見て、回転翼側に進行する。

このため、湾曲部に達した空気が、径方向から見て、回転翼側に進行しない場合と比して、流入流路から流入して回転翼側へ流れる空気は、軸方向から見て、回転翼の回転中心側に押される。

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空気を圧縮する請求項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。

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。

本発明によれば、流入流路から流入した空気が流入流路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。

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。 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。 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。 （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。 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。 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。 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。 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。 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。 本発明の第２実施形態に係る遠心圧縮機を示した断面図である。

＜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９を用いて説明する。

（全体構成）
本第１実施形態に係るターボチャージャ１０は、図６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。

また、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。

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（図中右側）から他端側（図中左側）へ、ハウジング２４、ハウジング４４、及び ハウジング５０は、この順番で並んでおり、図示せぬ固定具で互いに固定されている。

〔タービンユニット〕
タービンユニット２０は、図６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固定されているロータ軸部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。

また、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Ｋ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ハウジング２４の内部へ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、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とは反対側：図中右側）の部分には、排気ガスをハウジング２４の外部に排出させて排気通路１２へ流出させる排出流路２４Ｂが形成されている。

この構成において、渦巻き流路２４Ａからハウジング２４の内部へ流入した排気ガス（流体の一例）は、隣り合うタービン翼２６の間へ流れ込むようになっている。そして、排気ガスは、複数のタービン翼２６を押すことで、タービンロータ２２を回転させるようになっている。さらに、タービンロータ２２を回転させた排気ガスは、排出流路２４Ｂから排出されるようになっている。このように、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。

〔連結ユニット〕
連結ユニット４０は、図６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。

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の内部へ流入させる流入口（図示省略）と、エンジンオイルをハウジング４４の外部に排出させる排出口（図示省略）とを有している。

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が滑らかに回転軸４２の周方向に回転するようになっている。

〔遠心圧縮機〕
遠心圧縮機３０は、図６に示されるように、ハウジング５０と、回転翼の一例としてのインペラ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から延出する複数のインペラ翼３６とを有している。

また、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（ハウジング４４とは反対側：図中左側）の部分には、吸気通路１４を流れる空気をハウジング５０の内部へ流入させる流入流路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に対して径方向の外側の部分には、空気をハウジング５０の外部に排出させて吸気通路１４へ流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。

なお、遠心圧縮機３０については詳細を後述する。

（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。
タービン翼２６は、渦巻き流路２４Ａからハウジング２４の内部へ流入した排気ガスによって押される。これにより、タービンロータ２２は、回転する。回転軸４２は、タービンロータ２２の回転力をインペラ３２に伝達する。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２４Ｂから排気通路１２へ流出する。

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、流入流路５２からハウジング５０の内部へ流入した空気を圧縮する。さらに、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へ排出する。渦巻き流路５４から流出した圧縮空気は、燃焼用の圧縮空気としてエンジンに供給される。

（要部構成）
次に、遠心圧縮機３０について説明する。
遠心圧縮機３０は、図６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。

〔インペラ〕
インペラ３２は、前述したように、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から延出する複数のインペラ翼３６とを有している。

この回転軸部３４は、軸方向の外側（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。また、夫々のインペラ翼３６は、図２に示されるように、軸方向から見て、回転軸部３４から湾曲しながら径方向の外側へ延出している。そして、夫々のインペラ翼３６は、図６に示されるように、軸方向の外側の部分で径方向に延びる先端縁３６Ａと、先端縁３６Ａにおいて径方向の外側の端部から湾曲しながら軸方向の内側へ延びる湾曲縁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において径方向の外側の端部から軸方向に延びる基端縁３６Ｃを有している。

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。

〔ハウジング〕
ハウジング５０には、インペラ３２によって圧縮された圧縮空気が流れる拡散流路５６（所謂ディフューザ流路）と、吸気通路１４に圧縮空気を排出する渦巻き流路５４とが形成されている。

さらに、ハウジング５０においてインペラ３２に対して軸方向の外側の部分は、軸方向に延びる断面円状の導入部６０とされ、この導入部６０には、吸気通路１４を流れる空気をインペラ３２側へ流す流入流路５２が形成されている。

また、図１に示されるように、インペラ翼３６の湾曲縁３６Ｂとハウジング５０との間には、隙間５８が形成されている。

拡散流路５６は、図２に示されるように、軸方向から見て、インペラ３２を囲むように形成されている。そして、図１に示されるように、回転するインペラ３２によって圧縮され、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側へ流された圧縮空気は、拡散流路５６に流れ込むようになっている。

渦巻き流路５４は、図２に示されるように、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、渦巻き流路５４の一端には、圧縮空気を吸気通路１４に排出するための排出口５４Ａが形成されている。この渦巻き流路５４は、図１に示されるように、拡散流路５６とつながっており、渦巻き流路５４の流路断面は、おおむね円形とされている。そして、拡散流路５６に流れ込んだ圧縮空気は、渦巻き流路５４を流れて吸気通路１４へ流出するようになっている。

流入流路５２は、図１に示されるように、軸方向に延びる円柱状の第一流路６８と、第一流路６８のインペラ３２側に形成されている漏斗状の漏斗路６６と、第一流路６８の全周に亘って形成されている凹部７０とから形成されている。

そして、第一流路６８は、円柱面６８Ａによって形成され、漏斗路６６は、漏斗面６６Ａによって形成されている。また、漏斗路６６の最小直径（図１のＤ１）は、回転するインペラ翼３６の先端縁３６Ａが描く円の直径（図１のＤ２）と比して大きくされている。また、導入部６０において軸方向の外側の部分には、吸気通路１４を形成するダクト８０が繋がる端面６４が形成されている。

これにより、流入流路５２は、吸気通路１４を流れる空気をインペラ３２の先端縁３６Ａへ流すようになっている。

また、インペラ３２の軸線に沿って切断した凹部７０の断面形状は、図１に示されるように、直線部７０Ａと、湾曲部７０Ｂとから形成されている。直線部７０Ａは、インペラ３２の軸線に対して傾斜しており、湾曲部７０Ｂは、軸方向の外側の一端が直線部７０Ａと接し他端が円柱面６８Ａまで達している湾曲状の湾曲部７０Ｂとで形成されている釣り針形状（フック形状又は鉤状）とされている。

そして、湾曲部７０Ｂの他端側の角度（図６のＭ）は、９０度より小さくされている。換言すれば、湾曲部７０Ｂの他端側（先端側）の部分は、インペラ３２側に向かっている。また、この断面において、直線部７０Ａは、漏斗面６６Ａの延長線上に位置し、湾曲部７０Ｂは、凹部７０において、インペラ３２へ流入する空気の流入方向の上流側（軸方向の外側）の部分に位置している。

なお、本実施形態では、インペラ３２の軸線に沿って切断した湾曲部７０Ｂの断面は、円弧状とされている。

本実施形態では、一例として、円柱面６８Ａの直径（図１のＤ３）は、５１〔ｍｍ〕程度とされ、凹部７０の深さ（図１のＦ１）は、７．５〔ｍｍ〕程度とされている。

（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。

比較形態に係る遠心圧縮機１００の導入部６０には、図７、図９に示されるように、凹部７０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。

この構成において、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ついて説明する。

回転するインペラ３２は、図７に示されるように、第一流路６８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、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は、遠心圧縮機１００の圧力比（遠心圧縮機１００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）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と比して、大きくなっている。

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へ流れ込んだ空気は、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との隙間５８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。

さらに、流入流路５２側へ逆流した空気は、図７、図８に示されるように、流入流路５２を形成している漏斗面６６Ａ及び円柱面６８Ａに沿ってインペラ３２の回転方向に回って螺旋状に流れ（矢印Ｌ４）、軸方向の外側に進行し、導入部６０から外側へ流出する。

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と比して、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へ流れ込んだ空気の逆流が抑制される。

次に、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量が小さい場合について説明する。回転するインペラ３２は、図１に示されるように、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、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量が小さい場合には、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と比して、大きくなっている。

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へ流れ込んだ空気は、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とハウジング５０との隙間５８を通って流入流路５２側へ流れる空気（矢印Ｍ３）とに分かれる。

さらに、流入流路５２側へ逆流した空気は、図１、図２に示されるように、漏斗路６６を形成する漏斗面６６Ａに沿ってインペラ３２の回転方向に回りながら螺旋状に流れる（矢印Ｍ４）。ここで、インペラ３２の軸線に沿って切断した凹部７０の断面は、インペラ３２の軸線に対して傾斜した直線部７０Ａと、一端が直線部７０Ａと接し他端が第一流路６８の円柱面６８Ａに達する湾曲部７０Ｂとで形成される釣り針形状とされている。また、この断面において、直線部７０Ａは、漏斗面６６Ａの延長線上に位置している。

そこで、漏斗面６６Ａに沿って螺旋状に流れる空気は、壁面から剥離することなく軸方向の外側に進行して直線部７０Ａへ達する。さらに、直線部７０Ａに沿って螺旋状に流れる空気は、壁面と剥離することなく軸方向の外側に進行して湾曲部７０Ｂに達する。そして、湾曲部７０Ｂに達した空気は、湾曲部７０Ｂによって流れ方向が変えられ、軸方向から見て、インペラ３２の回転中心側で、かつ、径方向から見て、軸方向の内側に進行する（図１の矢印Ｍ５）。

これにより、流入流路５２から流入してインペラ３２側へ流れる空気（矢印Ｍ１）は、軸方向から見て、インペラ３２の回転中心側に押される（図１の矢印Ｆ１）。このため、インペラ３２側へ流れる空気の圧力は、遠心圧縮機１００を用いる場合と比して、高くなる。

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３０から排出される圧縮空気の流量が小さい場合と比して、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へ流れ込んだ空気の逆流が抑制される。

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。

図４に示されるグラフの縦軸は遠心圧縮機３０、１００を用いた場合の圧力比を示し、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。

図４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。

そして、圧縮空気の流量を徐々に小さくし、サージング（遠心圧縮機が正常に機能しなくなる現象）が発生する圧縮空気の流量と圧力比とを検出した。遠心圧縮機３０については、点ｇ１でサージングが発生し、遠心圧縮機１００については、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。

また、実線Ｇ２は、遠心圧縮機３０を用い、実線Ｇ１と比して回転数を高くした場合を示している。そして、遠心圧縮機３０においては、点ｇ２でサージングが発生した。これに対して、破線Ｊ２は、遠心圧縮機１００を用い、インペラ３２の回転数を実線Ｇ２と同様の回転数とした場合を示している。そして、遠心圧縮機１００においては、点ｊ２でサージングが発生した。

また、他の回転数においても実線Ｇ１、Ｇ２及び破線Ｊ１、Ｊ２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。

そして、グラフ中の破線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、グラフ中の破線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。

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。

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（空気流量が小さい側）に位置している。これにより、圧縮空気の流量が小さい場合に、遠心圧縮機３０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。

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小さくすると、サージングが発生する理由について説明する。

圧縮空気の流量が小さくなると、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へ流れ込んだ空気は、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とハウジング５０との隙間５８を通って流入流路５２側へ流れる空気とに分かれる（図１参照）。換言すれば、一方向へ流れる空気が分かれながら渦巻き流路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。この空気の分離に起因して、サージングが発生してしまう。

ここで、遠心圧縮機３０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。

前述したように、遠心圧縮機３０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小さくなる。このため、遠心圧縮機３０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。

次に、遠心圧縮機３０、１００とでＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析を行った。具体的には、遠心圧縮機３０と遠心圧縮機１００とで、インペラ３２側へ流れる空気の流量を同様とし、インペラ３２側へ流れる空気の圧力についてＣＦＤ解析を行った。

図５（Ａ）が遠心圧縮機３０を用いた場合の解析結果を示し、図５（Ｂ）が遠心圧縮機１００を用いた場合の解析結果を示している。模様を分けることで、流れる空気の圧力の高低を示している。ドットの密度が高い程、空気の圧力が高くなっている。

図５（Ａ）（Ｂ）に示される径方向の外側の二層については、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）の圧力の高い部分は、高圧力部１０２として示されている。

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の総面積と比して大きいことが分かる。つまり、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が高くなる部分が、遠心圧縮機１００と比して増えている。

（まとめ）
以上説明したように、インペラ３２の軸線に沿って切断した凹部７０の断面は、インペラ３２へ流入する空気の流入方向の上流側の部分に湾曲部７０Ｂを有する釣り針形状とされている。このため、凹部７０の壁面に沿って螺旋状に流れて湾曲部７０Ｂに達した空気は、湾曲部７０Ｂによって流れ方向が変えられ、軸方向から見て、インペラ３２の回転中心側に進行する（図１の矢印Ｍ５）。

これにより、流入流路５２から流入してインペラ３２側へ流れる空気（矢印Ｍ１）は、軸方向から見て、インペラ３２の回転中心側に押される（図１の矢印Ｆ１）。そして、インペラ３２側へ流れる空気の圧力が高くなり、比較形態に係る遠心圧縮機１００を用いる場合と比して、サージングの発生を抑制することができる。

また、凹部７０の断面は、インペラ３２の軸線に対して傾斜し、端部が湾曲部７０Ｂと接する直線部７０Ａを有する釣り針形状とされている。このため、直線部７０Ａに沿って螺旋状に流れる空気は、壁面と剥離することなく軸方向の外側に進行して湾曲部７０Ｂに達する。そして、湾曲部７０Ｂに達した空気は、湾曲部７０Ｂによって流れ方向が変えられ、軸方向から見て、インペラ３２の回転中心側に進行する（図１の矢印Ｍ５）。

このように、直線部７０Ａに沿って螺旋状に流れる空気は、直線部７０Ａの壁面と剥離することなく、軸方向の外側へ進行するため、直線部７０Ａが形成されていない場合と比して、湾曲部７０Ｂによって流れ方向が変えられ、インペラ３２の回転中心側に進行する空気の流量を大きくすることができる。

また、インペラ３２の軸線に沿って切断した凹部７０の断面形状において、湾曲部７０Ｂの他端側の部分は、インペラ３２側に向かっている。このため、湾曲部７０Ｂに達した空気は、湾曲部７０Ｂによって流れ方向が変えられ、径方向から見て、インペラ３２側に進行する。

これにより、湾曲部７０Ｂに達した空気が、径方向から見て、インペラ３２側に進行しない場合と比して、流入流路５２から流入してインペラ３２側へ流れる空気は、軸方向から見て、インペラ３２の回転中心側に押される。

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。

＜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、及び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。

第２実施形態に係る遠心圧縮機１５０の導入部１６０には、図１０に示されるように、漏斗路が形成されていない。第２実施形態の凹部７０の作用については、第１実施形態の凹部７０の作用と同様である。

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、凹部７０の断面は、直線部７０Ａを有する釣り針形状とされたが、直線部が曲線であってもよい。この場合には、直線部７０Ａであることで奏する作用は奏しない。

また、上記実施形態では、凹部７０は、導入部６０、１６０に１個形成されたが、凹部が軸方向に並んで２個以上形成されてもよい。

また、上記第１実施形態では、インペラ３２の軸線に沿って切断した凹部７０の断面において、直線部７０Ａは、漏斗面６６Ａの延長線上に位置していたが、直線部７０Ａが、漏斗面６６Ａの延長線上に位置していなくてもよい。

また、上記実施形態では、遠心圧縮機３０をターボチャージャ１０に用いたが、他の空調機器等に用いてもよい。

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
３２ インペラ（回転翼）
５２ 流入流路
６０ 導入部
６８ 第一流路
７０ 凹部
７０Ａ 直線部
７０Ｂ 湾曲部
１５０ 遠心圧縮機
１５２ 流入流路

Claims (4)

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へ流す回転翼と、
   前記回転翼へ空気を導く流入流路が前記軸方向に延びて形成されている導入部と、を備え、
   前記流入流路は、前記軸方向に延びる円柱状の第一流路と、前記第一流路の全周に亘って形成されている凹部とから形成され、前記回転翼の軸線に沿って切断した前記凹部の断面形状が、前記回転翼に流入する空気の流入方向の上流側の部分に湾曲状の湾曲部を有する釣り針形状とされている遠心圧縮機。
2. 前記回転翼の軸線に沿って切断した前記凹部の断面形状は、前記回転翼の軸線に対して傾斜した直線部と、前記回転翼に流入する空気の流入方向の上流側の端部が前記直線部と接する前記湾曲部とから形成されている請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記回転翼の軸線に沿って切断した前記凹部の断面形状において、前記湾曲部の先端側の部分は、前記回転翼側に向かっている請求項２に記載の遠心圧縮機。
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空気を圧縮する請求項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。