JP7232352B2 - コンプレッサおよび該コンプレッサを備えるターボチャージャ - Google Patents

Description

本開示は、コンプレッサおよび該コンプレッサを備えるターボチャージャに関する。

例えば、乗用車用のターボチャージャの遠心コンプレッサは、低速状態のエンジンの急加速時に、小流量側の作動限界であるサージングライン近傍で運転される。一般に遠心コンプレッサは、サージングラインに対して所定のマージンを確保したうえで運転されるが、サージングを動的に回避するためのフェイルセーフデバイスとしてバイパスバルブが用いられることがある。

バイパスバルブは、コンプレッサの出口側（インペラよりも下流側のスクロール流路）と入口側（インペラよりも上流側の供給流路）とを繋ぐバイパス流路を開閉する機能を有する。エンジンの平常作動時には、バイパスバルブがバイパス流路を閉じている。例えばタービンの過回転による過給圧の急上昇などのような、サージマージンの急激な減少を伴う外乱が生じた場合には、バイパスバルブがバイパス流路を開き、コンプレッサの出口側を流れる圧縮流体を、バイパス流路を介してコンプレッサの入口側に還流させ、コンプレッサの過給圧を低下させることで、サージマージンを確保している。

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。具体的には、バイパスバルブがバイパス流路を閉じた状態において、バイパス流路には、スクロール流路に連通するキャビティ部が形成される。該キャビティ部にスクロール流路を流れる流体が大量に流入するような構成であると、キャビティ部に流入した流れがスワールを形成した後に、再びスクロール流路に戻ろうとした際に、スクロール流路を流れる流体に干渉して大きな圧力損失を生じさせ、コンプレッサの効率を低下させる虞がある。例えば、バイパス流路やバイパスバルブを設ける上記コンプレッサは、バイパス流路やバイパスバルブを設けない構成に比べて、エンジンの最大出力点における効率が２～３％程度低下することがある。この効率低下量は、コンプレッサ全体における損失の概略１０％に相当する。

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コンプレッサ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、バイパス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。

上述した事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態の目的は、バイパスバルブの弁体の形状の複雑化を抑制しつつコンプレッサの圧力損失の増大を抑制することができるコンプレッサ、および該コンプレッサを備えるターボチャージャを提供することにある。

本開示にかかるコンプレッサは、
インペラと、
前記インペラを回転可能に収容するように構成されたハウジングであって、
前記ハウジングの外部から前記インペラに気体を導入するための吸気流路、
前記インペラを通過した前記気体を外部へ導くためのスクロール流路、および
前記インペラを迂回して前記吸気流路と前記スクロール流路とを接続するバイパス流路、を有するハウジングと、
前記バイパス流路に設けられて前記バイパス流路を開閉可能な弁体を有するバイパスバルブと、を備え、
前記弁体は、全閉状態において前記バイパス流路を、前記スクロール流路に連通する連通口を有する入口側流路と、前記吸気流路に連通する出口側流路と、に仕切るように構成され、
前記入口側流路を区画する入口側流路壁面は、前記ハウジングを前記インペラの軸線に沿って切断した断面視において、前記連通口の上流端に連なる上流側流路壁面部を少なくとも含み、
前記上流側流路壁面部は、前記スクロール流路を区画するスクロール流路壁面のうちの前記上流端に連なる上流側スクロール壁面とのなす角度が９０度未満となるように構成された。

本開示にかかるターボチャージャは、
前記コンプレッサと、
前記コンプレッサの前記インペラに回転シャフトを介して連結されるタービンロータを有するタービンと、を備える。

本開示の少なくとも一実施形態によれば、バイパスバルブの弁体の形状の複雑化を抑制しつつコンプレッサの圧力損失の増大を抑制することができるコンプレッサ、および該コンプレッサを備えるターボチャージャが提供される。

本開示の一実施形態にかかるターボチャージャの構成を概略的に示す概略図であって、コンプレッサ側を断面で示す概略図である。 図１に示すターボチャージャにおけるバイパス流路近傍を示す概略断面図である。 本開示の一実施形態にかかるコンプレッサにおける入口側流路近傍を示す概略断面図である。 本開示の一実施形態にかかるコンプレッサにおける入口側流路近傍を示す概略断面図である。 比較例にかかるコンプレッサにおける入口側流路近傍を示す概略断面図である。 本開示の一実施形態にかかるコンプレッサの効果を説明するための説明図であって、コンプレッサの吸気流量（体積流量）とコンプレッサの効率との関係を示す説明図である。 本開示の一実施形態にかかるコンプレッサを軸方向における前側から視た状態を概略的に示す概略図である。

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、本開示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」、「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。
なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。

（ターボチャージャ）
図１は、本開示の一実施形態にかかるターボチャージャの構成を概略的に示す概略図であって、コンプレッサ側を断面で示す概略図である。図２は、図１に示すターボチャージャにおけるバイパス流路近傍を示す概略断面図である。
幾つかの実施形態にかかるコンプレッサ２は、図１に示されるように、ターボチャージャ１に搭載される。ターボチャージャ１は、コンプレッサ２とタービン１２とを備える自動車用のターボチャージャからなる。コンプレッサ２は、インペラ２１と、インペラ２１を回転可能に収容するように構成されたハウジング（コンプレッサハウジング）３と、バイパスバルブ５と、を備える。タービン１２は、インペラ２１に回転シャフト１１を介して機械的に連結されるタービンロータ１３と、タービンロータ１３を回転可能に収容するように構成されたタービンハウジング１４と、を備える。なお、ターボチャージャとして自動車用のターボチャージャ１を例に挙げて説明するが、本開示は、自動車以外の用途（例えば、船舶や陸上発電）に用いられるターボチャージャにも適用可能である。

図示される実施形態では、ターボチャージャ１は、図１に示されるように、回転シャフト１１と、回転シャフト１１を回転可能に支持する軸受１５と、軸受１５を収容するように構成された軸受ハウジング１６と、をさらに備える。軸受ハウジング１６は、ハウジング３とタービンハウジング１４との間に配置され、締結部材（例えば、締結ボルトやＶクランプなど）により、ハウジング３やタービンハウジング１４に機械的に連結されている。

以下、例えば図１に示されるように、インペラ２１（コンプレッサ２）の軸線ＣＡが延在する方向を軸方向Ｘとし、軸線ＣＡに直交する方向を径方向Ｙとする。軸方向Ｘのうち、インペラ２１に対して吸気口３１が位置する吸気口側（図中左側）を前側ＸＦとし、吸気口３１側と反対側（図中右側）を後側ＸＲと定義する。

回転シャフト１１は、軸方向Ｘに沿って長手方向を有し、その一端部（前側ＸＦの端部）にインペラ２１が機械的に連結され、その他端部に（後側ＸＲの端部）にタービンロータ１３が機械的に連結されている。図示される実施形態では、インペラ２１は、タービンロータ１３と同軸上に設けられている。「或る方向に沿って」とは、或る方向だけでなく、或る方向に対して傾斜する方向（例えば、或る方向に対して±４５°以内）をも含む。

ハウジング３には、図１に示されるように、ハウジング３の外部から気体（例えば、空気などの燃焼用気体）を導入するための吸気口３１が形成されている。また、ハウジング３には、インペラ２１を通過した気体をハウジング３の外部に排出して不図示の内燃機関（例えば、エンジン）に送るための不図示の排出口が形成されている。

ターボチャージャ１は、不図示の内燃機関から送られた排ガスにより、タービンロータ１３を回転させる。インペラ２１は、回転シャフト１１を介してタービンロータ１３に機械的に連結されているので、タービンロータ１３の回転に連動して一体的に回転する。ターボチャージャ１は、インペラ２１を回転させることにより、ハウジング３の内部に導入された気体を圧縮して上記内燃機関に送る。

（インペラ）
インペラ２１は、図１に示されるように、ハブ２２およびハブ２２の外周面に設けられた複数のインペラ翼２３を有する。ハブ２２は、回転シャフト１１の一端部に機械的に固定されている。このため、ハブ２２や複数のインペラ翼２３は、インペラ２１の軸線ＣＡを中心として回転シャフト１１と一体的に回転可能である。インペラ２１は、軸方向Ｘの前側ＸＦから送られる気体を径方向Ｙにおける外側に導くように構成されている。インペラ翼２３の先端２３１（チップ側縁）は、ハウジング３のシュラウド面３４との間に隙間（クリアランス）が形成されている。

（ハウジングの基本的構成）
ハウジング３は、図１、図２に示されるように、ハウジング３の外部からインペラ２１に気体を導入するための吸気流路３２と、インペラ２１を通過した気体を外部へ導くためのスクロール流路３６と、インペラ２１を迂回して吸気流路３２とスクロール流路３６とを接続するバイパス流路４と、を有する。吸気流路３２、スクロール流路３６およびバイパス流路４の夫々は、ハウジング３の内部に形成されている。

図示される実施形態では、ハウジング３は、図１、図２に示されるように、他の部材（例えば、軸受ハウジング１６など）と組み合わされることで、インペラ２１を回転可能に収容するインペラ室３３と、インペラ２１からの気体をスクロール流路３６に導くディフューザ流路３５と、が形成されるように構成されている。以下、ハウジング３の内部を流れる気体の流れ方向における上流側を単に「上流側」、気体の流れ方向における下流側を単に「下流側」と言うことがある。

吸気流路３２は、軸方向Ｘに沿って延在し、その前側ＸＦ（上流側）に位置する吸気口３１と、その後側ＸＲ（下流側）に位置するインペラ室３３の入口側と、に連通している。スクロール流路３６は、インペラ２１の周囲（径方向Ｙにおける外側）を囲むような渦巻き形状を有する。ディフューザ流路３５は、インペラ２１（コンプレッサ２）の軸線ＣＡに交差（例えば、直交）する方向に沿って延在している。スクロール流路３６は、上流側に位置するディフューザ流路３５と、下流側に位置する不図示の排出口と、に連通している。ディフューザ流路３５は、上流側に位置するインペラ室３３の出口側と、スクロール流路３６に連通している。

気体は、ハウジング３の吸気口３１からハウジング３の内部に導入され、吸気流路３２を軸方向Ｘに沿って後側ＸＲに流れた後に、インペラ２１に送られる。インペラ２１に送られた気体は、径方向における外側に向かいディフューザ流路３５およびスクロール流路３６をこの順に流れた後に、不図示の排出口からハウジング３の外部に排出される。

図示される実施形態では、ハウジング３は、図１、図２に示されるように、吸気流路３２を形成する吸気導入部３２０と、インペラ翼２３の先端２３１に対向するように凸状に湾曲するシュラウド面３４を有するシュラウド部３４０と、スクロール流路３６を形成するスクロール流路形成部３６０と、バイパス流路４を形成するバイパス流路形成部４０と、を備える。バイパス流路形成部４０は、その一端側が吸気導入部３２０に接続され、その他端側がスクロール流路形成部３６０に接続されている。

吸気導入部３２０は、吸気流路３２を内部に有する筒状に形成されている。吸気導入部３２０の前側ＸＦの端部には、上述した吸気口３１が形成されている。
シュラウド部３４０は、吸気導入部３２０とスクロール流路形成部３６０の間に設けられる。シュラウド部３４０のシュラウド面３４は、上述したインペラ室３３の前側ＸＦの部分を画定しており、インペラ翼２３の先端２３１の夫々に対向している。
スクロール流路形成部３６０は、スクロール流路３６を画定するスクロール流路壁面３７を有する。

（バイパスバルブ）
バイパスバルブ５は、図１、図２に示されるように、バイパス流路４に設けられてバイパス流路４を開閉可能な弁体５１を有する。図示される実施形態では、バイパスバルブ５は、弁体５１を駆動して弁体５１の開閉動作を制御するように構成されたアクチュエータ５２をさらに有する。コンプレッサ２の吐出圧が過度に上昇した場合にバイパス流路４を開く開状態となり、スクロール流路３６を流れる気体（インペラ２１により圧縮された気体）を、バイパス流路４を介して吸気流路３２に還流させる。コンプレッサ２の吐出圧が低い場合には、バイパス流路４を弁体５１により閉じる閉状態となる。

弁体５１は、図１、図２に示されるように、全閉状態においてバイパス流路４を、スクロール流路３６に連通する連通口４３を有する入口側流路４１と、吸気流路３２に連通する出口側流路４２と、に仕切るように構成されている。入口側流路４１は、連通口４３とは反対側に弁体５１により閉止される入口側流路出口４４を有する。入口側流路出口４４は、弁体５１が全閉状態においてその平坦な表面５１１が当接するバイパス流路形成部４０の壁面４０１（弁座面）に開口している。この壁面４０１は、出口側流路４２の一部を画定している。弁体５１が開状態になると、弁体５１の表面５１１が壁面４０１から離隔して、入口側流路出口４４を介して、入口側流路４１と出口側流路４２とが連通する。

図３及び図４の夫々は、本開示の一実施形態にかかるコンプレッサにおける入口側流路近傍を示す概略断面図である。図３、図４及び後述する図５におけるスクロール流路３６内の矢印は、気体の流れを示すものである。
幾つかの実施形態にかかるコンプレッサ２は、図１、２に示されるように、上述したインペラ２１と、上述したハウジング３と、上述した弁体５１を有するバイパスバルブ５と、を備える。ハウジング３は、上述した吸気流路３２、スクロール流路３６およびバイパス流路４を有する。弁体５１は、全閉状態においてバイパス流路４を、上述した入口側流路４１と上述した出口側流路４２とに仕切るように構成されている。そして、図３、図４に示されるように、ハウジング３の入口側流路４１を区画する入口側流路壁面６は、ハウジング３をインペラ２１の軸線ＣＡに沿って切断した断面視において、連通口４３の上流端４５に連なる上流側流路壁面部６１を少なくとも含み、上流側流路壁面部６１は、スクロール流路３６を区画するスクロール流路壁面３７のうちの上流端４５に連なる上流側スクロール壁面３７Ａとのなす角度θ１が９０度未満となるように構成された。

図５は、比較例にかかるコンプレッサにおける入口側流路近傍を示す概略断面図である。比較例にかかるコンプレッサ２Ａは、図５に示されるように、ハウジング３をインペラ２１の軸線ＣＡに沿って切断した断面視において、上流側流路壁面部６１は、上流側スクロール壁面３７Ａとのなす角度θ１が９０度超となるように構成されている。この場合には、スクロール流路３６を上流側スクロール壁面３７Ａに沿って流れる気体が、上流側流路壁面部６１に沿って入口側流路４１に侵入し、この入口側流路（４１）に侵入した気体の流れが図５に示されるようなスワール流れを形成する。気体が入口側流路４１においてスワール流れを形成することで、入口側流路４１の中心箇所に圧力損失領域Ａ１が形成される。

図６は、本開示の一実施形態にかかるコンプレッサの効果を説明するための説明図であって、コンプレッサの吸気流量（体積流量）とコンプレッサの効率との関係を示す説明図である。図６における曲線Ｃ１は、バイパス流路４やバイパスバルブ５を備えないコンプレッサの吸気流量（体積流量）と効率との関係を示している。図６における曲線Ｃ２は、比較例にかかるコンプレッサ２Ａの吸気流量（体積流量）と効率との関係を示している。最大出力点においては、曲線Ｃ１上の点Ｐ２に比べて、曲線Ｃ２上の点Ｐ３は、コンプレッサの効率が低下している。図６における点Ｐ１は、本実施形態にかかるコンプレッサ２の最大出力点における吸気流量（体積流量）と効率との関係を示すものである。図６に示されるように、本実施形態にかかるコンプレッサ２は、最大出力点において、比較例にかかるコンプレッサ２Ａに比べて効率が良く、バイパス流路４やバイパスバルブ５を備えないコンプレッサと同等の効率が達成されている。

上記の構成によれば、連通口４３の上流端４５に連なる上流側流路壁面部６１は、該上流端４５に連なる上流側スクロール壁面３７Ａとのなす角度θ１が９０度未満となるように構成されているので、上流側スクロール壁面３７Ａとのなす角度θ１が９０度以上の場合に比べて、スクロール流路３６を上流側スクロール壁面３７Ａに沿って流れる気体が、入口側流路４１に侵入することを抑制することができる。これにより、入口側流路４１に侵入した気体の流れがスワール流れを形成することを抑制することができるため、入口側流路４１に形成されるスワール流れによるコンプレッサ２の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５の弁体５１の表面５１１をスクロール流路壁面３７に沿った形状にしなくても、コンプレッサ２の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５の弁体５１の形状の複雑化を抑制してコストの増加を抑制しつつ、コンプレッサ２の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５の弁体５１をスクロール流路壁面３７に沿って設けるためには、弁体５１の設置スペースや可動スペースをバイパス流路４におけるスクロール流路３６に近接する位置に設けることが必要となるので、コンプレッサ２の吸気流路３２に接続する必要があるバイパス流路４のレイアウトに制約が生じやすい。これに対して、上記の構成によれば、バイパスバルブ５の弁体５１をスクロール流路壁面３７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５１の設置スペースや可動スペースをバイパス流路４におけるスクロール流路３６に近接する位置に設ける必要がなく、コンプレッサ２の吸気流路３２に接続するバイパス流路４のレイアウトの自由度を高めることができる。

幾つかの実施形態では、図３、図４に示されるように、上述した入口側流路壁面６は、ハウジング３をインペラ２１の軸線ＣＡに沿って切断した断面視において、連通口４３の下流端４６に連なる下流側流路壁面部６２をさらに含み、下流側流路壁面部６２は、スクロール流路壁面３７のうちの下流端４６に連なる下流側スクロール壁面３７Ｂとのなす角度θ２が９０度超１８０度未満となるように構成された。

上記の構成によれば、連通口４３の下流端４６に連なる下流側流路壁面部６２は、下流側スクロール壁面３７Ｂとのなす角度θ２が９０度超１８０度未満となるように構成されているので、下流側スクロール壁面３７Ｂとのなす角度θ２が９０度未満である場合に比べて、スクロール流路３６を上流側スクロール壁面３７Ａに沿って流れる気体が、入口側流路４１に侵入することを抑制することができる。これにより、入口側流路４１に侵入した気体の流れがスワール流れを形成することを抑制することができるため、入口側流路４１に形成されるスワール流れによるコンプレッサ２の圧力損失の増大を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、図３に示されるように、上述した上流側流路壁面部６１および上述した下流側流路壁面部６２の少なくとも一方は、ハウジング３をインペラ２１の軸線ＣＡに沿って切断した断面視において、下流側スクロール壁面３７Ｂの連通口４３の下流端４６における接線Ｎ２の延在する方向に沿って延在するように構成された。図示に示される実施形態では、図３に示されるような断面視において、上流側流路壁面部６１および下流側流路壁面部６２の夫々が接線Ｎ２の延在する方向に沿って延在している。ここで、接線Ｎ２は、上記断面視において、スクロール流路３６の中心ＣＢと下流端４６とを繋ぐ直線に対して、下流端４６において直交している。

図示される実施形態では、図３に示されるような断面視において、上流側流路壁面部６１は、連通口４３の上流端４５から入口側流路出口４４の上流端４７までに亘り直線状に延在しており、下流側流路壁面部６２は、連通口４３の下流端４６から入口側流路出口４４の下流端４８までに亘り直線状に延在している。このため、上記断面視において、連通口４３の中心Ｏ１と入口側流路出口４４の中心Ｏ２とを通る直線Ｎ１もまた、接線Ｎ２の延在する方向に沿って延在している。ここで、連通口４３の中心Ｏ１は、連通口４３の図心すなわち重心を意味している。入口側流路出口４４の中心Ｏ２は、入口側流路出口４４の図心すなわち重心を意味している。

上記の構成によれば、上流側流路壁面部６１や下流側流路壁面部６２が、下流側スクロール壁面３７Ｂの連通口４３の下流端４６における接線Ｎ２の延在する方向に沿って延在するように構成されているので、上流側流路壁面部６１や下流側流路壁面部６２により区画される入口側流路４１を、連通口４３からスクロール流路３６を流れる気体の流れ方向とは逆方向に向かって延在させることができる。これにより、スクロール流路３６を上流側スクロール壁面３７Ａに沿って流れる気体が、入口側流路４１に侵入することを効果的に抑制することができる。

入口側流路４１における上述した直線Ｎ１に直交する面の面積を流路面積とすると、図３に示される実施形態では、連通口４３の上流端４５を通る面や入口側流路出口４４の下流端４８を通る面において流路面積が狭くなる。

幾つかの実施形態では、図４に示されるように、上述した上流側流路壁面部６１および上述した下流側流路壁面部６２の少なくとも一方の流路壁面部（流路壁面部６１、６２）は、ハウジング３をインペラ２１の軸線ＣＡに沿って切断した断面視において、他方の流路壁面部（流路壁面部６２、６１）から離隔する方向に向かって凹状に曲がる曲線形状部（６３、６４）を含む。図４に示される実施形態では、上記断面視において、上流側流路壁面部６１は、曲線形状部６３を含み、下流側流路壁面部６２は、曲線形状部６４を含む。これにより、図３に示される実施形態に比べて、連通口４３の上流端４５を通る面や入口側流路出口４４の下流端４８を通る面において流路面積が拡大している。

上記の構成によれば、上流側流路壁面部６１や下流側流路壁面部６２が、他方の流路壁面部（流路壁面部６２、６１）から離隔する方向に向かって凹状に曲がる曲線形状部（曲線形状部６３、６４）を含んでいるので、連通口４３の開口面積の増大化を抑制しつつ、入口側流路４１の途中（連通口４３よりも弁体５１により閉止される入口側流路出口４４が位置する側）における断面積（流路面積）を大きくすることができる。入口側流路４１の途中の断面積（流路面積）を大きくすることで、弁体５１を開いた際のバイパス流路４の流量を増加させることができるため、必要とするバイパス流路４の流量を確保することができる。

幾つかの実施形態では、図４に示されるように、上述した入口側流路４１は、弁体５１により閉止される入口側流路出口４４から連通口４３までに亘り、入口側流路出口４４の開口面積以上の流路面積となるように構成された。

上記の構成によれば、入口側流路４１は、弁体５１により閉止される入口側流路出口４４から連通口４３までに亘り、入口側流路出口４４の開口面積以上の流路面積となるように構成されているので、弁体５１の開状態において、スクロール流路３６からバイパス流路４の入口側流路４１に入り込み、出口側流路４２に流れ出す気体の流れを阻害せずに、上記気体をそのまま吸気流路３２に流すことができる。これにより、弁体５１を開いた際のバイパス流路４の流量を増加させることができる。

図７は、本開示の一実施形態にかかるコンプレッサを軸方向における前側から視た状態を概略的に示す概略図である。
幾つかの実施形態にかかるコンプレッサ２は、図１、２に示されるように、上述したインペラ２１と、上述したハウジング３と、上述した弁体５１を有するバイパスバルブ５と、を備える。ハウジング３は、上述した吸気流路３２、スクロール流路３６およびバイパス流路４を有する。弁体５１は、全閉状態においてバイパス流路４を、上述した入口側流路４１と上述した出口側流路４２とに仕切るように構成されている。そして、図７に示されるように、入口側流路４１は、連通口４３の中心Ｏ１が弁体５１により閉止される入口側流路出口４４の中心Ｏ２に比べて、スクロール流路３６を流れる気体の旋回方向Ｆにおける下流側に位置するように構成された。

図７に示されるように、スクロール流路３６を流れる気体は、その旋回方向Ｆに沿って旋回しながら、スクロール流路３６を上流側から下流側に向かって流れる。この旋回方向Ｆは、スクロール流路３６を上流側から下流側に向かう成分Ｄ１と、この成分Ｄ１に直交する方向に回転する成分Ｄ２と、を含み、成分Ｄ２に対して下流側に傾斜（角度α）している。スクロール流路３６を流れる気体は、スクロール流路における径方向における外側から、図中手前側に位置する壁面に沿って径方向における内側に流れる。

上記の構成によれば、入口側流路４１は、連通口４３の中心Ｏ１が入口側流路出口４４の中心Ｏ２に比べて、スクロール流路３６を流れる気体の旋回方向Ｆにおける下流側に位置するように構成されている。この場合には、入口側流路４１は、スクロール流路３６を流れる気体の旋回方向Ｆとは反対方向に向かって延びているため、スクロール流路３６内を旋回方向Ｆに沿って流れる気体が、入口側流路４１に侵入することを抑制することができる。これにより、入口側流路４１に侵入した気体の流れがスワール流れを形成することを抑制することができるため、入口側流路４１に形成されるスワール流れによるコンプレッサ２の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５の弁体５１の表面５１１をスクロール流路壁面３７に沿った形状にしなくても、コンプレッサ２の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５の弁体５１の形状の複雑化を抑制してコストの増加を抑制しつつ、コンプレッサ２の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５の弁体５１をスクロール流路壁面３７に沿って設けるためには、弁体５１の設置スペースや可動スペースをバイパス流路４におけるスクロール流路３６に近接する位置に設けることが必要となるので、コンプレッサ２の吸気流路３２に接続する必要があるバイパス流路４のレイアウトに制約が生じやすい。これに対して、上記の構成によれば、バイパスバルブ５の弁体５１をスクロール流路壁面３７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５１の設置スペースや可動スペースをバイパス流路４におけるスクロール流路３６に近接する位置に設ける必要がなく、コンプレッサ２の吸気流路３２に接続するバイパス流路４のレイアウトの自由度を高めることができる。

本実施形態は、独立して実施可能であるが、上述した幾つかの実施形態と組み合わせてもよい。本実施形態を上述した幾つかの実施形態と組み合わせることで、スクロール流路３６を流れる気体が、入口側流路４１に侵入することをより効果的に抑制することが可能となる。

幾つかの実施形態にかかるコンプレッサ２は、図１に示されるように、インペラ２１およびハウジング３を有する上述したコンプレッサ２と、コンプレッサ２のインペラ２１に回転シャフト１１を介して連結されるタービンロータ１３を有するタービン１２と、を備える。この場合には、入口側流路４１に形成されるスワール流れによるコンプレッサ２の圧力損失の増大を抑制することができるため、コンプレッサ２の効率を向上させることができる。

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。

上述した幾つかの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ものである。

１）本開示の少なくとも一実施形態にかかるコンプレッサ（２）は、
インペラ（２１）と、
前記インペラ（２１）を回転可能に収容するように構成されたハウジング（３）であって、
前記ハウジング（３）の外部から前記インペラ（２１）に気体を導入するための吸気流路（３２）、
前記インペラ（２１）を通過した前記気体を外部へ導くためのスクロール流路（３６）、および
前記インペラ（２１）を迂回して前記吸気流路（３２）と前記スクロール流路（３６）とを接続するバイパス流路（４）、を有するハウジング（３）と、
前記バイパス流路（４）に設けられて前記バイパス流路（４）を開閉可能な弁体（５１）を有するバイパスバルブ（５）と、を備え、
前記弁体（５１）は、全閉状態において前記バイパス流路（４）を、前記スクロール流路（３６）に連通する連通口（４３）を有する入口側流路（４１）と、前記吸気流路（３２）に連通する出口側流路（４２）と、に仕切るように構成され、
前記入口側流路（４１）を区画する入口側流路壁面（６）は、前記ハウジング（３）を前記インペラ（２１）の軸線（ＣＡ）に沿って切断した断面視において、前記連通口（４３）の上流端（４５）に連なる上流側流路壁面部（６１）を少なくとも含み、
前記上流側流路壁面部（６１）は、前記スクロール流路（３６）を区画するスクロール流路壁面（３７）のうちの前記上流端（４５）に連なる上流側スクロール壁面（３７Ａ）とのなす角度（θ１）が９０度未満となるように構成された。

上記１）の構成によれば、連通口（４３）の上流端（４５）に連なる上流側流路壁面部（６１）は、該上流端（４５）に連なる上流側スクロール壁面（３７Ａ）とのなす角度（θ１）が９０度未満となるように構成されているので、上流側スクロール壁面（３７Ａ）とのなす角度（θ１）が９０度以上の場合に比べて、スクロール流路（３６）を上流側スクロール壁面（３７Ａ）に沿って流れる気体が、入口側流路（４１）に侵入することを抑制することができる。これにより、入口側流路（４１）に侵入した気体の流れがスワール流れを形成することを抑制することができるため、入口側流路（４１）に形成されるスワール流れによるコンプレッサ（２）の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（５）の弁体（５１）の表面（５１１）をスクロール流路壁面（３７）に沿った形状にしなくても、コンプレッサ（２）の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（５）の弁体（５１）の形状の複雑化を抑制してコストの増加を抑制しつつ、コンプレッサ（２）の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（５）の弁体（５１）をスクロール流路壁面（３７）に沿って設けるためには、弁体（５１）の設置スペースや可動スペースをバイパス流路（４）におけるスクロール流路（３６）に近接する位置に設けることが必要となるので、コンプレッサ（２）の吸気流路（３２）に接続する必要があるバイパス流路（４）のレイアウトに制約が生じやすい。これに対して、上記１）の構成によれば、バイパスバルブ（５）の弁体（５１）をスクロール流路壁面（３７）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（５１）の設置スペースや可動スペースをバイパス流路（４）におけるスクロール流路（３６）に近接する位置に設ける必要がなく、コンプレッサ（２）の吸気流路（３２）に接続するバイパス流路（４）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）に記載のコンプレッサ（２）は、
前記入口側流路壁面（４１）は、前記ハウジング（３）を前記インペラ（２１）の軸線（ＣＡ）に沿って切断した断面視において、前記連通口（４３）の下流端（４６）に連なる下流側流路壁面部（６２）をさらに含み、
前記下流側流路壁面部（６２）は、前記スクロール流路壁面（３７）のうちの前記下流端（４６）に連なる下流側スクロール壁面（３７Ｂ）とのなす角度（θ２）が９０度超１８０度未満となるように構成された。

上記２）の構成によれば、連通口（４３）の下流端（４６）に連なる下流側流路壁面部（６２）は、下流側スクロール壁面（３７Ｂ）とのなす角度（θ２）が９０度超１８０度未満となるように構成されているので、下流側スクロール壁面（３７Ｂ）とのなす角度（θ２）が９０度未満である場合に比べて、スクロール流路（３６）を上流側スクロール壁面（３７Ａ）に沿って流れる気体が、入口側流路（４１）に侵入することを抑制することができる。これにより、入口側流路（４１）に侵入した気体の流れがスワール流れを形成することを抑制することができるため、入口側流路（４１）に形成されるスワール流れによるコンプレッサ（２）の圧力損失の増大を抑制することができる。

３）幾つかの実施形態では、上記２）に記載のコンプレッサ（２）であって、
前記上流側流路壁面部（６１）および前記下流側流路壁面部（６２）の少なくとも一方は、前記ハウジング（３）を前記インペラ（２１）の軸線（ＣＡ）に沿って切断した断面視において、前記下流側スクロール壁面（３７Ｂ）の前記連通口（４３）の下流端（４６）における接線（Ｎ２）の延在する方向に沿って延在するように構成された。

上記３）の構成によれば、上流側流路壁面部（６１）や下流側流路壁面部（６２）が、下流側スクロール壁面（３７Ｂ）の連通口（４３）の下流端（４６）における接線（Ｎ２）の延在する方向に沿って延在するように構成されているので、上流側流路壁面部（６１）や下流側流路壁面部（６２）により区画される入口側流路（４１）を、連通口（４３）からスクロール流路（３６）を流れる気体の流れ方向とは逆方向に向かって延在させることができる。これにより、スクロール流路（３６）を上流側スクロール壁面（３７Ａ）に沿って流れる気体が、入口流路（４１）に侵入することを効果的に抑制することができる。

４）幾つかの実施形態では、上記２）に記載のコンプレッサ（２）であって、
前記上流側流路壁面部（６１）および前記下流側流路壁面部（６２）の少なくとも一方の流路壁面部（６１、６２）は、前記ハウジング（３）を前記インペラ（２）の軸線（ＣＡ）に沿って切断した断面視において、他方の流路壁面部（６２、６１）から離隔する方向に向かって凹状に曲がる曲線形状部（６３、６４）を含む。

上記４）の構成によれば、上流側流路壁面部（６１）や下流側流路壁面部（６２）が、他方の流路壁面部（６２、６１）から離隔する方向に向かって凹状に曲がる曲線形状部（６３、６４）を含んでいるので、連通口（４３）の開口面積の増大化を抑制しつつ、入口側流路（４１）の途中（連通口４３よりも弁体５１により閉止される入口側流路出口４４が位置する側）における断面積を大きくすることができる。入口側流路（４１）の途中の断面積を大きくすることで、弁体（５１）を開いた際のバイパス流路（４）の流量を増加させることができるため、必要とするバイパス流路（４）の流量を確保することができる。

５）幾つかの実施形態では、上記４）に記載のコンプレッサ（２）であって、
前記入口側流路（４１）は、前記弁体（５１）により閉止される入口側流路出口（４４）から前記連通口（４３）までに亘り、前記入口側流路出口（４４）の開口面積以上の流路面積となるように構成された。

上記５）の構成によれば、入口側流路（４１）は、弁体（５１）により閉止される入口側流路出口（４４）から連通口（４３）までに亘り、入口側流路出口（４４）の開口面積以上の流路面積となるように構成されているので、弁体（５１）の開状態において、スクロール流路（３６）からバイパス流路（４）の入口側流路（４１）に入り込み、出口側流路（４２）に流れ出す気体の流れを阻害せずに、上記気体をそのまま吸気流路（３２）に流すことができる。これにより、弁体（５１）を開いた際のバイパス流路（４）の流量を増加させることができる。

６）幾つかの実施形態では、上記１）～５）の何れかに記載のコンプレッサ（２）であって、
前記入口側流路（４１）は、前記連通口（４３）の中心（Ｏ１）が前記弁体（５１）により閉止される入口側流路出口（４４）の中心（Ｏ２）に比べて、前記スクロール流路（３６）を流れる前記気体の旋回方向（Ｆ）における下流側に位置するように構成された。

上記６）の構成によれば、入口側流路（４１）は、連通口（４３）の中心（Ｏ１）が入口側流路出口（４４）の中心（Ｏ２）に比べて、スクロール流路（３６）を流れる気体の旋回方向（Ｆ）における下流側に位置するように構成されている。この場合には、入口側流路（４１）は、スクロール流路（３６）を流れる気体の旋回方向（Ｆ）とは反対方向に向かって延びているため、スクロール流路（３６）内を旋回方向（Ｆ）に沿って流れる気体が、入口側流路（４１）に侵入することを抑制することができる。これにより、入口側流路（４１）に侵入した気体の流れがスワール流れを形成することを抑制することができるため、入口側流路（４１）に形成されるスワール流れによるコンプレッサ（２）の圧力損失の増大を抑制することができる。

７）本開示の少なくとも一実施形態にかかるコンプレッサ（２）は、
インペラ（２１）と、
前記インペラ（２１）を回転可能に収容するように構成されたハウジング（３）であって、
前記ハウジング（３）の外部から前記インペラ（２１）に気体を導入するための吸気流路（３２）、
前記インペラ（２１）を通過した前記気体を外部へ導くためのスクロール流路（３６）、および
前記インペラ（２１）を迂回して前記吸気流路（３２）と前記スクロール流路（３６）とを接続するバイパス流路（４）、を有するハウジング（３）と、
前記バイパス流路（４）に設けられて前記バイパス流路（４）を開閉可能な弁体（５１）を有するバイパスバルブ（５）と、を備え、
前記弁体（５１）は、全閉状態において前記バイパス流路（４）を、前記スクロール流路（３６）に連通する連通口（４３）を有する入口側流路（４１）と、前記吸気流路（３２）に連通する出口側流路（４２）と、に仕切るように構成され、
前記入口側流路（４１）は、前記連通口（４３）の中心（Ｏ１）が前記弁体（５１）により閉止される入口側流路出口（４４）の中心（Ｏ２）に比べて、前記スクロール流路（３６）を流れる前記気体の旋回方向（Ｆ）における下流側に位置するように構成された。

上記７）の構成によれば、入口側流路（４１）は、連通口（４３）の中心（Ｏ１）が入口側流路出口（４４）の中心（Ｏ２）に比べて、スクロール流路（３６）を流れる気体の旋回方向（Ｆ）における下流側に位置するように構成されている。この場合には、入口側流路（４１）は、スクロール流路（３６）を流れる気体の旋回方向（Ｆ）とは反対方向に向かって延びているため、スクロール流路（３６）内を旋回方向（Ｆ）に沿って流れる気体が、入口側流路（４１）に侵入することを抑制することができる。これにより、入口側流路（４１）に侵入した気体の流れがスワール流れを形成することを抑制することができるため、入口側流路（４１）に形成されるスワール流れによるコンプレッサ（２）の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（５）の弁体（５１）の表面（５１１）をスクロール流路壁面（３７）に沿った形状にしなくても、コンプレッサ（２）の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（５）の弁体（５１）の形状の複雑化を抑制してコストの増加を抑制しつつ、コンプレッサ（２）の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（５）の弁体（５１）をスクロール流路壁面（３７）に沿って設けるためには、弁体（５１）の設置スペースや可動スペースをバイパス流路（４）におけるスクロール流路（３６）に近接する位置に設けることが必要となるので、コンプレッサ（２）の吸気流路（３２）に接続する必要があるバイパス流路（４）のレイアウトに制約が生じやすい。これに対して、上記７）の構成によれば、バイパスバルブ（５）の弁体（５１）をスクロール流路壁面（３７）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（５１）の設置スペースや可動スペースをバイパス流路（４）におけるスクロール流路（３６）に近接する位置に設ける必要がなく、コンプレッサ（２）の吸気流路（３２）に接続するバイパス流路（４）のレイアウトの自由度を高めることができる。

８）本開示の少なくとも一実施形態にかかるターボチャージャ（１）は、
上記１）～７）の何れかに記載のコンプレッサ（２）と、
前記コンプレッサ（２）の前記インペラ（２１）に回転シャフト（１１）を介して連結されるタービンロータ（１３）を有するタービン（１２）と、を備える。

上記８）の構成によれば、入口側流路（４１）に形成されるスワール流れによるコンプレッサ（２）の圧力損失の増大を抑制することができるため、コンプレッサ（２）の効率を向上させることができる。

１ ターボチャージャ
１１ 回転シャフト
１２ タービン
１３ タービンロータ
１４ タービンハウジング
１５ 軸受
１６ 軸受ハウジング
２ コンプレッサ
２Ａ 比較例にかかるコンプレッサ
２１ インペラ
２２ ハブ
２３ インペラ翼
３ ハウジング
３１ 吸気口
３２ 吸気流路
３３ インペラ室
３４ シュラウド面
３５ ディフューザ流路
３６ スクロール流路
３７ スクロール流路壁面
３７Ａ 上流側スクロール壁面
３７Ｂ 下流側スクロール壁面
４ バイパス流路
４０ 流路形成部
４１ 入口側流路
４２ 出口側流路
４３ 連通口
４４ 入口側流路出口
４５，４７ 上流端
４６，４８ 下流端
５ バイパスバルブ
５１ 弁体
５２ アクチュエータ
６ 入口側流路壁面
６１ 上流側流路壁面部
６２ 下流側流路壁面部
６３，６４ 曲線形状部
Ａ１ 圧力損失領域
ＣＡ 軸線
Ｄ１，Ｄ２ 成分
Ｆ 旋回方向
Ｎ１ 直線
Ｎ２ 接線
Ｏ１，Ｏ２ 中心
Ｘ 軸方向
ＸＦ 前側
ＸＲ 後側
Ｙ 径方向

Claims (6)

1. インペラと、
   前記インペラを回転可能に収容するように構成されたハウジングであって、
   前記ハウジングの外部から前記インペラに気体を導入するための吸気流路、
   前記インペラを通過した前記気体を外部へ導くためのスクロール流路、および
   前記インペラを迂回して前記吸気流路と前記スクロール流路とを接続するバイパス流路、を有するハウジングと、
   前記バイパス流路に設けられて前記バイパス流路を開閉可能な弁体を有するバイパスバルブと、を備え、
   前記弁体は、全閉状態において前記バイパス流路を、前記スクロール流路に連通する連通口を有する入口側流路と、前記吸気流路に連通する出口側流路と、に仕切るように構成され、
   前記入口側流路を区画する入口側流路壁面は、前記ハウジングを前記インペラの軸線に沿って切断した断面視において、前記連通口の上流端に連なる上流側流路壁面部を少なくとも含み、
   前記上流側流路壁面部は、前記スクロール流路を区画するスクロール流路壁面のうちの前記上流端に連なる上流側スクロール壁面とのなす角度が９０度未満となるように構成され、
   前記入口側流路壁面は、前記ハウジングを前記インペラの軸線に沿って切断した断面視において、前記連通口の下流端に連なる下流側流路壁面部をさらに含み、
   前記下流側流路壁面部は、前記スクロール流路壁面のうちの前記下流端に連なる下流側スクロール壁面とのなす角度が９０度超１８０度未満となるように構成され、
   前記上流側流路壁面部および前記下流側流路壁面部の少なくとも一方は、前記ハウジングを前記インペラの軸線に沿って切断した断面視において、前記下流側スクロール壁面の前記連通口の下流端における接線の延在する方向に沿って延在するように構成された
   コンプレッサ。
2. インペラと、
   前記インペラを回転可能に収容するように構成されたハウジングであって、
   前記ハウジングの外部から前記インペラに気体を導入するための吸気流路、
   前記インペラを通過した前記気体を外部へ導くためのスクロール流路、および
   前記インペラを迂回して前記吸気流路と前記スクロール流路とを接続するバイパス流路、を有するハウジングと、
   前記バイパス流路に設けられて前記バイパス流路を開閉可能な弁体を有するバイパスバルブと、を備え、
   前記弁体は、全閉状態において前記バイパス流路を、前記スクロール流路に連通する連通口を有する入口側流路と、前記吸気流路に連通する出口側流路と、に仕切るように構成され、
   前記入口側流路を区画する入口側流路壁面は、前記ハウジングを前記インペラの軸線に沿って切断した断面視において、前記連通口の上流端に連なる上流側流路壁面部を少なくとも含み、
   前記上流側流路壁面部は、前記スクロール流路を区画するスクロール流路壁面のうちの前記上流端に連なる上流側スクロール壁面とのなす角度が９０度未満となるように構成され、
   前記入口側流路壁面は、前記ハウジングを前記インペラの軸線に沿って切断した断面視において、前記連通口の下流端に連なる下流側流路壁面部をさらに含み、
   前記下流側流路壁面部は、前記スクロール流路壁面のうちの前記下流端に連なる下流側スクロール壁面とのなす角度が９０度超１８０度未満となるように構成され、
   前記上流側流路壁面部および前記下流側流路壁面部の少なくとも一方の流路壁面部は、前記ハウジングを前記インペラの軸線に沿って切断した断面視において、他方の流路壁面部から離隔する方向に向かって凹状に曲がる曲線形状部を含む
   コンプレッサ。
3. 前記入口側流路は、前記弁体により閉止される入口側流路出口から前記連通口までに亘り、前記入口側流路出口の開口面積以上の流路面積となるように構成された
   請求項２に記載のコンプレッサ。
4. 前記入口側流路は、前記連通口の中心が前記弁体により閉止される入口側流路出口の中心に比べて、前記スクロール流路を流れる前記気体の旋回方向における下流側に位置するように構成された
   請求項１乃至３の何れか１項に記載のコンプレッサ。
5. インペラと、
   前記インペラを回転可能に収容するように構成されたハウジングであって、
   前記ハウジングの外部から前記インペラに気体を導入するための吸気流路、
   前記インペラを通過した前記気体を外部へ導くためのスクロール流路、および
   前記インペラを迂回して前記吸気流路と前記スクロール流路とを接続するバイパス流路、を有するハウジングと、
   前記バイパス流路に設けられて前記バイパス流路を開閉可能な弁体を有するバイパスバルブと、を備え、
   前記弁体は、全閉状態において前記バイパス流路を、前記スクロール流路に連通する連通口を有する入口側流路と、前記吸気流路に連通する出口側流路と、に仕切るように構成され、
   前記入口側流路は、前記連通口の中心が前記弁体により閉止される入口側流路出口の中心に比べて、前記スクロール流路を流れる前記気体の旋回方向であって、前記スクロール流路を上流側から下流側に向かう第１成分と前記第１成分に直交する方向に回転する第２成分とを含む前記気体の旋回方向における下流側に位置するように構成された
   コンプレッサ。
6. 請求項１乃至５の何れか１項に記載のコンプレッサと、
   前記コンプレッサの前記インペラに回転シャフトを介して連結されるタービンロータを有するタービンと、を備える
   ターボチャージャ。

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