JP6949227B2 - 遠心圧縮機及びターボチャージャ - Google Patents

Description

本開示は、遠心圧縮機及びターボチャージャに関する。

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バルブ（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バルブが開となり、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。

一方、このようなバイパス流路を設けることは圧力損失の増加にも繋がる。図２４に示すように、主流とのせん断によってバイパス流路内には循環流が形成されるものの、主流からバイパス流路内への流れの流入が殆ど無い場合には殆ど圧力損失は生じない。一方、図２５及び図２６に示すように、バイパス流路内に主流からの流れが大量に流入するようなケースでは、バイパス流路内に流入した流れがスワールを形成し、それが再び主流へと流出する場合がある。このとき、流出したスワール流れと主流が干渉して図２５に示すように大きな圧力損失を生じる。このような時、圧縮機効率の大幅な低下（時には５％以上）が生じることもある。

特開２０１２−２４１５５８号公報

このような圧力損失増加の問題に対し、特許文献１では、バイパスバルブの弁体の表面を圧縮機のスクロール流路の内壁に沿った形状に形成することを提案している。このような構造にすればバイパス流路への流れの流入による圧力損失の増大を抑制することができる。

しかしながら、バルブは汎用品が採用されることが多く、弁体の表面を配管の内壁に沿った特殊な形状にするには特注品を用いる必要があり、コストの増加を招いてしまう。

本発明の少なくとも一実施形態は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、バイパスバルブの弁体の形状の複雑化を抑制しつつ圧力損失の増大を抑制できる遠心圧縮機及びターボチャージャを提供することである。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る制御装置は、
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管と、
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口を介して分岐し、前記インペラを迂回して前記コンプレッサ入口管に接続するバイパス流路と、
前記バイパス流路に設けられた弁ポートを開閉可能なバイパスバルブと、
を備え、
前記分岐口は、前記分岐口の中心を通る前記分岐口の法線Ｎ１に沿って視たときに、非円形形状を有する。

上記（１）に記載の構成によれば、分岐口の法線に沿って視たときに非円形形状を有する分岐口を用いることにより、円形形状を有する分岐口を用いる従来の構成と比較して、バイパス流路内に入り込んだ流れがスワールを形成することを阻害することができる。これにより、バイパス流路内からスワール流れがスクロール流路に流出することに伴う圧力損失の増大を抑制することができる。

また、特許文献１に記載された構成のようにバイパスバルブの弁体の表面を配管の内壁に沿った形状にしなくとも圧力損失の増大を抑制することができる。したがって、バイパスバルブの弁体の形状の複雑化を抑制してコストの増加を抑制しつつ、圧力損失の増大を抑制することができる。

また、特許文献１に記載された構成では、バイパスバルブの弁体をスクロール流路の内壁に沿って設けると、弁体の設置スペース及び弁体が動くスペースをバイパス流路におけるスクロール流路に近接する位置に設ける必要が生じ、圧縮機の入口へ繋げる必要があるバイパス流路のレイアウトに制約が生じやすい。

これに対し、上記（１）に係る構成によれば、バイパスバルブの弁体をスクロール流路の内壁に沿って設けなくとも圧力損失の増大を抑制できるため、弁体が動くスペースをバイパス流路におけるスクロール流路に近接する位置に設ける必要がなく、圧縮機の入口へ繋げるバイパス流路のレイアウトの自由度を高めることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の制御装置において、
前記スクロール流路における前記分岐口の中心を含む流路断面をＧとすると、前記流路断面Ｇに直交する流れ方向Ｆにおける前記分岐口の寸法Ｔは、前記流れ方向Ｆ及び前記法線Ｎ１の各々に直交する方向Ｈにおける前記分岐口の寸法Ｌよりも小さい。

上記（２）に記載の制御装置によれば、寸法Ｔを寸法Ｌよりも小さくすることにより、スクロール流路の流れが分岐口を通過するのに要する距離が短くなるため、バイパス流路内への流れの入り込みを少なくすることができる。また、バイパス流路内に入り込んだ流れがスワールを形成することを効果的に阻害することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の制御装置において、
前記分岐口の長さは前記弁ポートの口径よりも大きく、前記分岐口の幅は前記弁ポートの口径よりも小さい。

上記（３）に記載の制御装置によれば、バイパス流路内に入り込んだ流れがスワールを形成することを効果的に阻害しつつ、バイパスバルブを開にして流れをバイパスさせる際に適切なバイパス流量を確保することが容易となる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかに記載の制御装置において、
前記弁ポートの開口面積をＳ１、前記分岐口の開口面積をＳ２、とすると、
０．８Ｓ１≦Ｓ２≦１．２Ｓ１を満たす。

バイパス流路の設置に伴う圧力損失をできるだけ小さくする観点からは分岐口の開口面積が小さいことが好ましいが、分岐口の開口面積が小さ過ぎるとバイパスバルブを開にして流れをバイパスさせる際に十分なバイパス流量を確保できなくなる恐れがある。これに対し、上記（４）に記載のように０．８Ｓ１≦Ｓ２≦１．２Ｓ１を満たすように分岐口の開口面積Ｓ２を弁ポートの開口面積Ｓ１と同等にすることで、必要なバイパス流量を確保しつつ、バイパス流路内でのスワールの発生を抑制することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかに記載の制御装置において、
前記インペラの径方向における前記分岐口の端部での前記分岐口の幅Ｔｅは、前記インペラの径方向における前記分岐口の中央部での前記分岐口の幅Ｔｃよりも小さい。

上記（５）に記載の制御装置によれば、遠心圧縮機のディフューザからスクロール流路に流れ出たディフューザ出口流れは、スクロール流路の内壁面のうちインペラの径方向における外側の内壁面に沿って流れやすい。このため、分岐口におけるインペラの径方向の外側の端部にはディフューザ出口流れが流入しやすく、ディフューザ出口流れの分岐口への流入を抑制する観点からは端部の幅Ｔｅを小さくすることが望ましい。一方で、バイパス流路は最終的に弁ポートの円形形状と滑らかに繋げなければないため、分岐口の中央部の幅はある程度大きくする必要がある。そこで、上記のように外側の端部の幅Ｔｅを中央部の幅Ｔｃよりも小さくすることによって、ディフューザ出口流れの分岐口への流入を抑制しつつ、バイパス流路を弁ポートに滑らかに繋げることができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかに記載の制御装置において、
前記分岐口の中心は、前記弁ポートの中心に対して、前記インペラの径方向における内側にシフトしている。

前述のように、分岐口におけるインペラの径方向の外側の端部にはディフューザ出口流れが流入しやすい。このため、上記（６）に記載のように分岐口の中心を弁ポートの中心に対してインペラの径方向における内側にシフトさせることにより、ディフューザ出口流れがスクロール流路の内壁面に沿って流れて分岐口からバイパス流路に流入しにくくなり、圧力損失の増加を抑制することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかに記載の制御装置において、
前記分岐口の長さ方向は、前記スクロール流路の流路断面に直交する流れ方向と直交する。

上記（７）に記載の制御装置によれば、スクロール流路の流れが分岐口を通過するのに要する距離が短くなるため、バイパス流路内への流れの入り込みを少なくすることができる。また、バイパス流路内に入り込んだ流れがスワールを形成することを効果的に阻害することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかに記載の制御装置において、
前記スクロール流路における前記分岐口の中心を含む流路断面Ｇにおいて、該流路断面Ｇの中心位置に対する前記分岐口の中心位置を示すベクトルをＰとし、
前記流路断面Ｇに直交する流れ方向を示すベクトルをＱ、前記ベクトルＰと前記ベクトルＱの外積をＲ（＝Ｐ×Ｑ）、前記分岐口の長さ方向と平行なベクトルをＶとすると、
前記ベクトルＶと前記ベクトルＲの内積Ｖ・Ｒと前記ベクトルＶと前記ベクトルＱの内積Ｖ・Ｑのうち一方は正の値を有し他方は負の値を有する。

上記（８）に記載の制御装置によれば、分岐口は、内積Ｖ・Ｅと内積Ｖ・Ｑの両方が正の値を有する場合及び内積Ｖ・Ｅと内積Ｖ・Ｑの両方が負の値を有する場合と比較して、分岐口の位置におけるスクロール流路の旋回流れの流れ方向と分岐口の長さ方向とのなす角度を大きくすることができるため、分岐口とスクロール流路の旋回流れの分岐口への流入を効果的に抑制することができる。

（９）本発明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（１）乃至（８）の何れか１項に記載の遠心圧縮機と、前記遠心圧縮機のインペラと回転軸を共有するタービンと、を備える。

上記（９）に記載の制御装置によれば、上記（１）乃至（８）の何れか１項に記載の遠心圧縮機を備えることにより、バイパスバルブの弁体の形状の複雑化を抑制してコストの増加を抑制しつつ、圧力損失の増大を抑制することができる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、バイパスバルブの弁体の形状の複雑化を抑制しつつ圧力損失の増大を抑制できる遠心圧縮機及びターボチャージャが提供される。

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に示した遠心圧縮機４の部分拡大図である。 一実施形態に係る分岐口２０の形状を模式的に示す斜視図である。 図３Ａにおける分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 スクロール流路１４の流れ方向Ｆを説明するための図である。 従来形態に係る分岐口２０ｃの形状を模式的に示す斜視図である。 図４Ａにおける分岐口２０ｃの中心Ｏ１を通る分岐口２０ｃの法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０ｃの形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 図３Ａ及び図３Ｂに示した分岐口２０の形状を説明するための図であり、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 分岐口２０の他の形状例を示す図であり、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 分岐口２０の他の形状例を示す図であり、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 分岐口２０の他の形状例を示す図であり、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 ディフューザ出口流れＤを説明するための図である。 分岐口２０の他の形状例を示す図であり、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 分岐口２０の他の形状例を示す図であり、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 分岐口２０の他の形状例を示す図であり、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 分岐口２０の他の形状例を示す図であり、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 分岐口２０の他の形状例を示す図であり、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 分岐口２０の中心Ｏ１を弁ポート２２の中心Ｏ２に対してインペラの径方向Ｉにおける内側にシフトさせることで奏する効果について説明するための図である。 幾つかの実施形態で説明に用いるベクトルの定義を説明するための図である。 一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た、分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た、分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た、分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た、分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た、分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た、分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た、分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。 スクロール流路からバイパス流路への流れの流入に伴うバイパス流路内の循環流を示す図である。 バイパス流路から流出したスワール流れと主流が干渉して圧力損失を生じる様子を説明するための図である。 バイパス流路から流出したスワール流れと主流が干渉して圧力損失を生じる様子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。

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２は、図１に示した遠心圧縮機４の部分拡大図である。
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のインペラ６と回転軸８を共有するタービンロータ１０を含むタービン１２と、を備える。

遠心圧縮機４は、インペラ６と、インペラ６に空気を案内するコンプレッサ入口管４０と、インペラ６の外周側に設けられたスクロール流路１４と、スクロール流路１４の出口管３８から分岐口２０を介して分岐し、インペラ６を迂回してコンプレッサ入口管４０に接続するバイパス流路１６と、バイパス流路１６に設けられた弁ポート２２を開閉可能なバイパスバルブ１８と、を備える。バイパスバルブ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管４０に還流させる。なお、弁ポート２２とは、バイパスバルブ１８の弁体２４と当接する弁座面２５の開口を意味する。

図３Ａは、一実施形態に係る分岐口２０の形状を模式的に示す斜視図である。図３Ｂは、図３Ａにおける分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。図３Ｃは、スクロール流路１４の流れ方向Ｆを説明するための図である。図４Ａは、従来形態に係る分岐口２０ｃの形状を模式的に示す斜視図である。図４Ｂは、図４Ａにおける分岐口２０ｃの中心Ｏ１を通る分岐口２０ｃの法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０ｃの形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。なお、図示する例示的な実施形態では、分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１と、弁ポート２２の中心Ｏ２を通る分岐口２０の法線Ｎ２は一致するが、他の実施形態では法線Ｎ１と法線Ｎ２は一致しなくともよい。また、分岐口２０の中心Ｏ１とは分岐口２０の図心すなわち重心を意味し、弁ポート２２の中心Ｏ２とは弁ポート２２（バイパスバルブ１８の弁体２４と当接する弁座面２５の開口）の図心すなわち重心を意味する。

幾つかの実施形態では、例えば図３Ｂに示すように、分岐口２０は、分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視たときに、円形形状とは異なる非円形形状を有する。

このように、分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視たときに非円形形状を有する分岐口２０を用いることにより、円形形状を有する分岐口２０ｃを用いる従来の構成（図４Ａ及び図４Ｂ参照）と比較して、バイパス流路１６内に入り込んだ流れがスワールを形成することを阻害することができる。これにより、図２３等を用いて上述した課題、すなわちバイパス流路１６内からスワール流れがスクロール流路１４に流出することに伴う圧力損失の増大を抑制することができる。

また、特許文献１に記載された構成では、バイパスバルブの弁体をスクロール流路の内壁に沿って設けると、弁体の設置スペース及び弁体が動くスペースをバイパス流路におけるスクロール流路に近接する位置に設ける必要が生じ、圧縮機の入口へ繋げるバイパス流路のレイアウトに制約が生じやすい。

これに対し、上記実施形態に係る構成によれば、バイパスバルブ１８の弁体２４をスクロール流路１４の内壁に沿って設けなくとも圧力損失の増大を抑制できるため、弁体２４の設置スペース及び弁体２４が動くスペースをバイパス流路１６におけるスクロール流路１４に近接する位置に設ける必要がなく、圧縮機４の入口へ繋げるバイパス流路１６のレイアウトの自由度を高めることができる。

図５は、図３Ａ及び図３Ｂに示した分岐口２０の形状を説明するための図であり、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。図５は、分岐口２０の他の形状例を示す図であり、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。図６は、分岐口２０の他の形状例を示す図であり、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。図７は、分岐口２０の他の形状例を示す図であり、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。図８は、分岐口２０の他の形状例を示す図であり、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。

幾つかの実施形態では、例えば図５〜図８に示すように、スクロール流路１４の流れ方向Ｆにおける分岐口２０の寸法Ｔは、流れ方向Ｆ及び法線Ｎ１の各々に直交する方向Ｈにおける分岐口２０の寸法Ｌよりも小さい横長形状である。なお、ここでのスクロール流路１４の流れ方向Ｆとは、図３Ｃに示すようにスクロール流路１４における分岐口２０の中心Ｏ１を含む流路断面をＧとしたときに、流路断面Ｇに直交する流れ方向Ｆを意味する。分岐口２０の形状は、例えば図５〜図７に示すように、法線Ｎ１方向視においてオーバル形状であってもよいし、図８に示すように矩形形状であってもよい。図５及び図６に例示する分岐口２０の形状は、法線Ｎ１方向視においてスリット形状である。図５に例示する分岐口２０の形状は、法線Ｎ１方向視において角丸長方形（二つの等しい長さの平行線と二つの半円形からなる形状）である。図６に例示する分岐口２０の形状は、法線Ｎ１方向視において楕円形状である。図７に例示する分岐口２０の形状は、法線Ｎ１方向視において丸みを帯びた菱形形状である。

このように寸法Ｔを寸法Ｌよりも小さくすることにより、スクロール流路１４の流れが分岐口２０を通過するのに要する距離が短くなるため、バイパス流路１６内への流れの入り込みを少なくすることができる。また、バイパス流路１６内に入り込んだ流れがスワールを形成することを効果的に阻害することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図５〜図８に示すように、分岐口２０の長さ（図示する例示的形態では方向Ｈにおける寸法Ｌ）は弁ポート２２の口径Ｒよりも大きく、分岐口２０の幅（図示する例示的形態では方向Ｆにおける寸法Ｔ）は口径Ｒよりも小さい。

これにより、バイパス流路１６内に入り込んだ流れがスワールを形成することを効果的に阻害しつつ、バイパスバルブ１８を開にして流れをバイパスさせる際に適切なバイパス流量を確保することが容易となる。

幾つかの実施形態では、例えば図３Ａに示すように、弁ポート２２の開口面積をＳ１、分岐口２０の開口面積をＳ２、とすると、０．８Ｓ１≦Ｓ２≦１．２Ｓ１を満たす。

バイパス流路１６の設置に伴う圧力損失をできるだけ小さくする観点からは分岐口２０の開口面積が小さいことが好ましいが、分岐口２０の開口面積が小さ過ぎるとバイパスバルブ１８を開にして流れをバイパスさせる際に十分なバイパス流量を確保できなくなる恐れがある。これに対し、上記のように０．８Ｓ１≦Ｓ２≦１．２Ｓ１を満たすように分岐口２０の開口面積Ｓ２を弁ポート２２の開口面積Ｓ１と同等にすることで、必要なバイパス流量を確保しつつ、バイパス流路１６内でのスワールの発生を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図５〜図７に示すように、分岐口２０におけるインペラ６の径方向Ｉの外側の端部２６の幅Ｔｅは、分岐口２０の中央部２８の幅Ｔｃよりも小さい。

図９に示すように、遠心圧縮機４のディフューザ３０からスクロール流路１４に流れ出たディフューザ出口流れＤは、スクロール流路１４の内壁面のうちインペラ６の径方向Ｉにおける外側の内壁面３２に沿って流れやすい。このため、分岐口２０におけるインペラ６の径方向Ｉの外側の端部２６にはディフューザ出口流れＤが流入しやすく、ディフューザ出口流れＤの分岐口２０への流入を抑制する観点からは端部２６の幅Ｔｅを小さくすることが望ましい。一方で、バイパス流路１６は最終的に弁ポート２２の円形形状と滑らかに繋げなければないため、分岐口２０の中央部２８の幅Ｔｃはある程度大きくする必要がある。そこで、上記のように外側の端部２６の幅Ｔｅを中央部２８の幅Ｔｃよりも小さくすることによって、ディフューザ出口流れＤの分岐口２０への流入を抑制しつつ、バイパス流路１６を弁ポート２２に滑らかに繋げることができる。

幾つかの実施形態では、例えば図８に示すように、分岐口２０の幅Ｔは、分岐口２０の長さ方向における一端側から他端側に亘って一定である。すなわち、図８に示す形態では、分岐口２０の形状は、法線Ｎ１方向視において矩形形状である。

かかる構成によれば、バイパス流路１６の設置に伴う圧力損失の増大を簡素な構成の分岐口２０によって抑制することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図５〜図８に示すように、分岐口２０の長さ方向は、分岐口２０の中心位置Ｏ１におけるスクロール流路１４の流れ方向Ｆと直交する。

かかる構成によれば、スクロール流路１４の流れが分岐口２０を通過するのに要する距離が短くなるため、バイパス流路１６内への流れの入り込みを少なくすることができる。また、バイパス流路１６内に入り込んだ流れがスワールを形成することを効果的に阻害することができる。

図５〜図８に示した形態では、法線Ｎ１方向視において分岐口２０の中心Ｏ１と弁ポート２２の中心Ｏ２とが一致する構成を例示したが、法線Ｎ１方向視において分岐口２０の中心Ｏ１と弁ポート２２の中心Ｏ２とは一致していなくともよい。

幾つかの実施形態では、例えば図１０〜図１４に示すように、分岐口２０の中心Ｏ１は、弁ポート２２の中心Ｏ２に対して、インペラの径方向Ｉにおける内側に位置している。かかる構成では、分岐口２０の中心Ｏ１は、弁ポート２２の中心Ｏ２に対して、スクロール流路１４の流路断面内での周方向流れ（ディフューザ出口流れＤ）における下流側にシフトしている。また、かかる構成では、図１０〜図１４に示すように、法線Ｎ１方向視において、インペラ６の径方向における分岐口２０の外側端３４と弁ポート２２の中心Ｏ２との距離Ｌ１が、インペラ６の径方向における分岐口２０の内側端３６と弁ポート２２の中心Ｏ２との距離Ｌ２よりも小さくなっている。

図１０に示す分岐口２０の形状は、図５に示した分岐口２０と同様の角丸長方形である。図１１に示す分岐口２０の形状は、図６に示した分岐口２０と同様の楕円形状である。図１２に示す分岐口２０の形状は図７に示した分岐口２０と同様の丸みを帯びた菱形形状である。図１３に示す分岐口２０の形状は図８に示した分岐口２０と同様の矩形形状である。図１４に示す分岐口２０の形状は、丸みを帯びた非対称な菱形形状であり、インペラの径方向Ｉにおける内側の２辺の長さが外側の２辺の長さよりもよりも長くなっている。

図９を用いて説明したように、分岐口２０におけるインペラ６の径方向Ｉの外側の端部２６にはディフューザ出口流れＤが流入しやすい。このため、分岐口２０の中心Ｏ１を弁ポート２２の中心Ｏ２に対してインペラの径方向Ｉにおける内側にシフトさせることにより、図１５に示すように、ディフューザ出口流れＤがスクロール流路１４の内壁面３２に沿って流れて分岐口２０からバイパス流路１６に流入しにくくなり、圧力損失の増加を抑制することができる。

次に、他の幾つかの実施形態について説明する。スクロール流路１４を流れる実際の流れは、スクロール流路１４の流路断面に直交する成分と、スクロール流路１４の流路断面内での旋回成分とが合わさった螺旋状の軌跡を描く旋回流れとなっている。以下で説明する実施形態では、スクロール流路１４の旋回流れが分岐口２０からバイパス流路１６へ流入することを効果的に抑制するために分岐口２０に傾斜角を設ける。

図１６は、以下の各実施形態の説明に用いるベクトルの定義を説明するための図である。まず、図１６に示すように、スクロール流路１４における分岐口２０の中心Ｏ１を含む流路断面Ｇにおいて、該流路断面Ｇの中心Ｏ３の位置に対する分岐口２０の中心Ｏ１の位置を示すベクトルをＰとし、流路断面Ｇに直交する流れ方向（スクロール流路１４の流れ方向Ｆ）を示すベクトルをＱ、ベクトルＰとベクトルＱの外積をＥ（＝Ｐ×Ｑ）とする。すると、分岐口２０の中心Ｏ１の位置におけるスクロール流路１４の旋回流れを示すベクトルＪは、Ｊ＝ａＱ＋ｂＥと表すことができる。以下ではこれらのベクトルの定義に基づき、幾つかの実施形態について説明する。

図１７は、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た、分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。図１８は、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た、分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。図１９は、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た、分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。図２０は、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た、分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。図２１は、一実施形態に係る分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視た、分岐口２０の形状と弁ポート２２の形状とを示す図である。

幾つかの実施形態では、例えば図１７〜図２１に示すように、弁ポート２２の中心Ｏ２を原点とし、ベクトルＱの示す方向をｘ軸方向、ベクトルＥの示す方向をｙ軸方向とした場合に、分岐口２０は、第４象限Ａ４から第２象限Ａ２に向かって延在する。すなわち、分岐口２０の長さ方向と平行なベクトルをＶとすると、ベクトルＶとベクトルＥの内積Ｖ・ＥとベクトルＶとベクトルＱの内積Ｖ・Ｑのうち一方は正の値を有し他方は負の値を有する。図１７〜図２１に示す形態では、分岐口２０の長さ方向とベクトルＥの示す方向とのなす角度θ１は、０°＜θ１＜９０°であり、好ましくは３０°＜θ１＜６０°であり、例えばθ１＝４５°としてもよい。

かかる構成によれば、分岐口２０は、第３象限Ａ３から第１象限Ａ１に向かって延在する場合（内積Ｖ・Ｅと内積Ｖ・Ｑの両方が正の値を有する場合又は内積Ｖ・Ｅと内積Ｖ・Ｑの両方が負の値を有する場合）と比較して、分岐口２０の位置におけるスクロール流路１４の旋回流れの流れ方向（ベクトルＪの示す方向）と分岐口２０の長さ方向とのなす角度θ２を直角に近づけることができるため、分岐口２０とスクロール流路１４の旋回流れの分岐口２０への流入を効果的に抑制することができる。

このように分岐口２０に傾斜角を設ける形態においても、分岐口２０の形状は、例えば図１７〜図２０に示すように法線Ｎ１方向視においてオーバル形状であってもよいし、図２１に示すように法線Ｎ１方向視において矩形形状であってもよい。図１７及び図１８に例示する分岐口２０の形状は、法線Ｎ１方向視においてスリット形状である。図１７に例示する分岐口２０の形状は、法線Ｎ１方向視において角丸長方形である。図１８に例示する分岐口２０の形状は、法線Ｎ１方向視において楕円形状である。図１９に例示する分岐口２０の形状は、法線Ｎ１方向視において丸みを帯びた菱形形状である。図２０に例示する分岐口２０の形状は、法線Ｎ１方向視において丸みを帯びた非対称の菱形形状である。

なお、図１７〜図２１に示す形態では、分岐口２０の中心Ｏ１を弁ポート２２の中心Ｏ２に対してインペラの径方向Ｉにおける内側にシフトさせる形態を例示したが、分岐口２０に傾斜角を設ける場合においても、法線Ｎ１方向視において分岐口２０の中心Ｏ１が弁ポート２２の中心Ｏ２が一致していてもよい。

本発明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。

例えば、分岐口２０の形状は、上述した形状に限らず、分岐口２０の中心Ｏ１を通る分岐口２０の法線Ｎ１に沿って視たときに、図２２に示すように直線形状を屈曲させた屈曲形状（くの字形状）であってもよいし、図２３に示すように直線形状を湾曲させた湾曲形状（弓形状）であってもよい。

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 タービンロータ
１２ タービン
１４ スクロール流路
１６ バイパス流路
１８ バイパスバルブ
１９ アクチュエータ
２０ 分岐口
２２ 弁ポート
２４ 弁体
２５ 弁座面
２６ 端部
２８ 中央部
３０ ディフューザ
３２ 内壁面
３４ 外側端
３６ 内側端

Claims (8)

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管と、
   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口を介して分岐し、前記インペラを迂回して前記コンプレッサ入口管に接続するバイパス流路と、
   前記バイパス流路に設けられた弁ポートを開閉可能なバイパスバルブと、
   を備え、
   前記分岐口は、前記分岐口の中心を通る前記分岐口の法線Ｎ１に沿って視たときに、非円形形状を有し、
   前記スクロール流路における前記分岐口の中心を含む流路断面をＧとすると、前記流路断面Ｇに直交する流れ方向Ｆにおける前記分岐口の寸法Ｔは、前記流れ方向Ｆ及び前記法線Ｎ１の各々に直交する方向Ｈにおける前記分岐口の寸法Ｌよりも小さい、
   遠心圧縮機。
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管と、
   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口を介して分岐し、前記インペラを迂回して前記コンプレッサ入口管に接続するバイパス流路と、
   前記バイパス流路に設けられた弁ポートを開閉可能なバイパスバルブと、
   を備え、
   前記分岐口は、前記分岐口の中心を通る前記分岐口の法線Ｎ１に沿って視たときに、非円形形状を有し、
   前記分岐口の長さは前記弁ポートの口径よりも大きく、前記分岐口の幅は前記弁ポートの口径よりも小さい、
   遠心圧縮機。
3. 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管と、
   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口を介して分岐し、前記インペラを迂回して前記コンプレッサ入口管に接続するバイパス流路と、
   前記バイパス流路に設けられた弁ポートを開閉可能なバイパスバルブと、
   を備え、
   前記分岐口は、前記分岐口の中心を通る前記分岐口の法線Ｎ１に沿って視たときに、非円形形状を有し、
   前記分岐口の中心は、前記弁ポートの中心に対して、前記インペラの径方向における内側にシフトしている、遠心圧縮機。
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管と、
   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口を介して分岐し、前記インペラを迂回して前記コンプレッサ入口管に接続するバイパス流路と、
   前記バイパス流路に設けられた弁ポートを開閉可能なバイパスバルブと、
   を備え、
   前記分岐口は、前記分岐口の中心を通る前記分岐口の法線Ｎ１に沿って視たときに、非円形形状を有し、
   前記分岐口の寸法が最も大きくなる方向を前記分岐口の長さ方向とすると、
   前記分岐口の長さ方向は、前記スクロール流路の流路断面に直交する流れ方向と直交する、
   遠心圧縮機。
5. 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管と、
   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口を介して分岐し、前記インペラを迂回して前記コンプレッサ入口管に接続するバイパス流路と、
   前記バイパス流路に設けられた弁ポートを開閉可能なバイパスバルブと、
   を備え、
   前記分岐口は、前記分岐口の中心を通る前記分岐口の法線Ｎ１に沿って視たときに、非円形形状を有し、
   前記スクロール流路における前記分岐口の中心を含む流路断面Ｇにおいて、該流路断面Ｇの中心位置に対する前記分岐口の中心位置を示すベクトルをＰとし、
   前記分岐口の寸法が最も大きくなる方向を前記分岐口の長さ方向とし、
   前記流路断面Ｇに直交する流れ方向を示すベクトルをＱ、前記ベクトルＰと前記ベクトルＱの外積をＲ（＝Ｐ×Ｑ）、前記分岐口の長さ方向と平行なベクトルをＶとすると、
   前記ベクトルＶと前記ベクトルＲの内積Ｖ・Ｒと前記ベクトルＶと前記ベクトルＱの内積Ｖ・Ｑのうち一方は正の値を有し他方は負の値を有する、
   遠心圧縮機。
6. 前記弁ポートの開口面積をＳ１、前記分岐口の開口面積をＳ２、とすると、
   ０．８Ｓ１≦Ｓ２≦１．２Ｓ１を満たす、請求項１乃至５の何れか１項に記載の遠心圧縮機。
7. 前記インペラの径方向における前記分岐口の端部での前記分岐口の幅Ｔｅは、前記インペラの径方向における前記分岐口の中央部での前記分岐口の幅Ｔｃよりも小さい、請求項１乃至６の何れか１項に記載の遠心圧縮機。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の遠心圧縮機と、前記遠心圧縮機のインペラと回転軸を共有するタービンと、を備えるターボチャージャ。

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