JP7351902B2 - 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。

近年、遠心圧縮機の小流量側（サージ点近傍）の作動点における効率向上及びワイドレンジ化のための手段として、例えば特許文献１に記載されるように、遠心圧縮機の入口管部に絞り機構（入口可変機構）を設けることが提案され始めている。

遠心圧縮機の小流量側の作動点ではインペラの翼の先端側に逆流が発生しやすい。特許文献１に記載の絞り機構は、この逆流を抑制するために、吸気通路に設けられた環状部を備えており、吸気通路のうちインペラの翼の先端部に対応する外周側部分を塞ぐことによって、インペラの上流側で吸気通路の流路面積を縮小させる。吸気通路の流路面積を縮小させた場合、面積の縮小によってピーク効率は低下するものの、サージ流量の低減及びサージ点近傍での効率向上を実現することができる。すなわち、大流量側での作動時には吸気通路の流路面積を大きくし、小流量側での作動時には吸気通路の流路面積を縮小させる可変制御を行うことにより、小流量側の作動点での効率向上及びワイドレンジ化を実現することができる。これは疑似的に、インペラの翼高さを低くして（トリムして）小流量側作動点に適合させることに相当し、ＶＩＣ（Ｖａｒｉａｂｌｅ ｉｎｌｅｔ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）又はＶＴＣ（Ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｒｉｍ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）と呼ばれている。

米国特許第９７７７６４０号明細書

上述の特許文献１には、絞り機構の方式の一つとして、第１位置と、第１位置よりもインペラの軸方向における上流側の第２位置との間で、環状部を移動させることによって、吸気通路の流路面積を調節する方式が開示されている。

この種の方式では、環状部を第１位置と第２位置との間で移動させるために環状部に駆動力を伝達する必要がある。しかしながら、特許文献１には、環状部へ駆動力を伝達するための構成については記載されておらず、該構成を簡素化するための知見も開示されていない。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、簡素な構成で小流量側の作動点において高い効率を実現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。

（１）本発明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導くように吸気通路を形成する入口管部と、
前記インペラの上流側で前記吸気通路の流路面積を縮小可能に構成された絞り機構と、
を備え、
前記絞り機構は、
前記吸気通路に設けられた環状部と、
前記環状部を支持し、前記環状部を第１位置と前記第１位置よりも前記インペラの軸方向における上流側の第２位置との間で移動させるように構成されたストラットと、
を含み、
前記ストラットは、前記環状部から離れるにつれて、前記インペラの径方向における外側および前記インペラの軸方向における下流側のうち少なくとも一方側に向かうように延在する。

上記（１）に記載の遠心圧縮機によれば、絞り機構によって吸気通路の流路面積をインペラの上流側で縮小することにより、小流量側の作動点において高い効率を実現することができる。また、ストラットが環状部から軸方向における上流側に延在している構成と比較して、ストラットの長さを短くすることができるため、構成を簡素化することができるとともに吸気通路におけるストラットに起因する圧力損失の増大を抑制することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の遠心圧縮機において、
前記入口管部の内周面は、前記軸方向における上流側に向かうにつれて前記入口管部の内径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含む。

上記（２）に記載の遠心圧縮機によれば、環状部を設けることに伴う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）に記載の遠心圧縮機において、
前記環状部が前記第２位置に位置するときに前記環状部の外周面と前記傾斜面とは離れており、
前記環状部が前記第２位置から前記軸方向における下流側に向かうにつれて、前記環状部と前記傾斜面との間隔は小さくなる。

上記（３）に記載の遠心圧縮機によれば、環状部を第２位置から下流側に移動させることにより、吸気通路のうち外周側部分の流路面積を縮小させることができる。これにより、簡素な構成で小流量側の作動点における効率を効果的に高めることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）に記載の遠心圧縮機において、
前記入口管部の外周面は、前記軸方向における上流側に向かうにつれて前記入口管部の外径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含む。

上記（４）に記載の遠心圧縮機によれば、吸気通路の流路面積が上流側に向かうにつれて大きくなるため、環状部に起因する圧力損失の増大を抑制することができる。さらに、環状部を移動させるアクチュエータを設置するための空間として、入口管部の外周面の傾斜面とディフューザ部との間の空間又は該傾斜面とスクロール部との間の空間を有効に活用することができる。したがって、絞り機構を設けることに伴う遠心圧縮機の大型化を抑制することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載の遠心圧縮機において、
前記ストラットは、前記環状部から離れるにつれて前記軸方向における下流側に向かうように延在する下流側延在部を含む。

上記（５）に記載の遠心圧縮機によれば、ストラットが環状部から軸方向における上流側に延在している構成と比較して、ストラットの長さを短くすることができるため、構成を簡素化することができるとともに吸気通路における通路延在部に起因する圧力損失の増大を抑制することができる。また、入口管部の外周面の傾斜面と当該遠心圧縮機のディフューザ部との間の空間又は該傾斜面と当該遠心圧縮機のスクロール部との間の空間まで下流側延在部を延在させることによって、該空間を環状部を移動させるアクチュエータを設置するための空間として有効に活用することができる。これにより、絞り機構を設けることに伴う遠心圧縮機の大型化を抑制することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載の遠心圧縮機において、
前記ストラットは、前記入口管部の前記外周面の前記傾斜面と前記遠心圧縮機のディフューザ部との間の空間、又は前記入口管部の前記外周面の前記傾斜面と前記遠心圧縮機のスクロール部との間の位置まで延在する。

上記（６）に記載の遠心圧縮機によれば、入口管部の外周面の傾斜面と当該遠心圧縮機のディフューザ部との間の空間又は該傾斜面と当該遠心圧縮機のスクロール部との間の空間を、環状部を移動させるアクチュエータを設置するための空間として有効に活用することができる。したがって、絞り機構を設けることに伴う遠心圧縮機の大型化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）の何れかに記載の遠心圧縮機において、
前記ストラットは、前記環状部から離れるにつれて前記径方向における外側に向かうように延在する外側延在部を含み、
前記外側延在部は、前記吸気通路に面する通路延在部を含む。

上記（７）に記載の遠心圧縮機によれば、ストラットが環状部から軸方向における上流側に延在している構成と比較して、ストラットの長さを短くすることができるため、構成を簡素化することができるとともに吸気通路における通路延在部に起因する圧力損失の増大を抑制することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）に記載の遠心圧縮機において、
前記径方向と直交する断面において、前記通路延在部の前縁と前記通路延在部の後縁との距離をａ、前記前縁と前記後縁とを結ぶ直線と直交する方向における前記通路延在部の厚さをｂとすると、ａ＞ｂを満たす。

上記（８）に記載の遠心圧縮機によれば、これにより、通路延在部に起因する圧力損失の増大を抑制することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（７）又は（８）に記載の遠心圧縮機において、
前記通路延在部の前縁部の厚さは、前記軸方向における上流側に向かうにつれて小さくなる。

上記（９）に記載の遠心圧縮機によれば、通路延在部の前縁部への流れの衝突による圧力損失の増大を抑制することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（９）の何れかに記載の遠心圧縮機において、
前記通路延在部の後縁部の厚さは、前記軸方向における下流側に向かうにつれて小さくなる。

上記（１０）に記載の遠心圧縮機によれば、通路延在部の後縁部の後方で生じる圧力損失の増大を抑制することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（１０）の何れかに記載の遠心圧縮機において、
前記通路延在部は、前記径方向に直交する断面において翼型形状を有する。

上記（１１）に記載の遠心圧縮機によれば、通路延在部に沿ってスムーズに空気を流すことができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（１１）の何れかに記載の遠心圧縮機において、
前記径方向に直交する断面において、前記通路延在部の前縁と前記通路延在部の後縁とを結ぶ直線は、前記軸方向における下流側に向かうにつれて前記インペラの回転方向における下流側に向かうように傾斜している。

遠心圧縮機の入口管部には、予旋回を伴って流れが流入する場合がある。この場合、上記直線が軸方向と平行になるように通路延在部を構成することは圧力損失の増大に繋がるため、上記直線を予旋回を伴う流れの方向に沿って上記のように傾斜させることが望ましい。
また、仮に、遠心圧縮機の入口管部に対して軸方向に流れが流入する場合であっても、インペラの性能向上のために流れに予旋回を付与した方が良い場合がある。この場合においても、通路延在部の前縁と後縁とを結ぶ直線を上記のように傾斜させれば、通路延在部が入口案内羽根として機能して、流れは通路延在部によって予旋回を付与されるように転向される。これにより、インペラの性能を向上することができる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（１２）の何れかに記載の遠心圧縮機において、
前記径方向に直交する断面において、前記通路延在部の前縁と前記通路延在部の後縁とを結び前記通路延在部の厚さの中心位置を通る線を中心線ＣＬとすると、前記通路延在部の前記後縁の位置における前記中心線ＣＬと前記軸方向とのなす角度は、前記通路延在部の前記前縁の位置における前記中心線ＣＬと前記軸方向とのなす角度より大きい。

上記（１３）に記載の遠心圧縮機によれば、通路延在部に対する流れ方向（インシデンス角）を適正化させ、入口管部の流れに効果的に予旋回を付与することができる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（１２）の何れかに記載の遠心圧縮機において、
前記径方向に直交する断面において、前記通路延在部の前記前縁と前記通路延在部の前記後縁とを結び前記通路延在部の厚さの中心位置を通る線を中心線ＣＬとすると、前記通路延在部の前記後縁の位置における前記中心線ＣＬと前記軸方向とのなす角度は、前記通路延在部の前記前縁の位置における前記中心線ＣＬと前記軸方向とのなす角度より小さい。

上記（１４）に記載の遠心圧縮機によれば、入口管部の流れの好ましくない予旋回を弱めることができる。

（１５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１４）の何れかに記載の遠心圧縮機において、
前記入口管部は、前記吸気通路の流れを曲げるように構成された曲がり管部を含み、
前記ストラットは、前記環状部を前記第１位置と前記第２位置との間で前記曲がり管部の内壁面の傾斜方向に沿って移動させるように構成される。

上記（１５）に記載の遠心圧縮機によれば、環状部に対する流れの流入方向（インシデンス角）を適切に変化させることができ、環状部に起因する圧力損失の増大を抑制することができる。環状部が第２位置に位置するときにおいても、環状部の外周面と曲がり管部の内壁面との間の流路部が周方向に比較的均一な形状となり、スロートが形成されない。したがって、環状部が第２位置に位置するときの環状部に起因する圧力損失の増大を抑制することができる。

（１６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１５）の何れかに記載の遠心圧縮機において、
前記入口管部は、前記吸気通路の流れを曲げるように構成された曲がり管部を含み、
前記環状部は、前記曲がり管部の内壁面に沿って曲がるように前記インペラの回転軸線に対して非対称に構成される。

上記（１６）に記載の遠心圧縮機によれば、曲がり管部の内周側及び外周側の両方において環状部に対する流れの流入方向（インシデンス角）を適切に設定することができ、環状部に起因する圧力損失の増大を抑制することができる。また、環状部が第２位置Ｐ２に位置するときにおいても、環状部の外周面と曲がり管部の内壁面との間の流路部が周方向に比較的均一な形状となり、スロートが形成されない。したがって、環状部が第２位置に位置するときの環状部に起因する圧力損失の増大を抑制することができる。

（１７）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（１６）の何れか１項に記載の遠心圧縮機を備える。

上記（１７）に記載のターボチャージによれば、上記（１）乃至（１６）の何れかに記載の遠心圧縮機を備えるため、ストラットが環状部から軸方向における上流側に延在している構成と比較して、ストラットの長さを短くすることができる。このため、ターボチャージャの構成を簡素化することができるとともに吸気通路におけるストラットに起因する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、簡素な構成で小流量側の作動点において高い効率を実現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。

一実施形態に係るターボチャージャ２の遠心圧縮機４の概略断面図である。 比較形態に係る遠心圧縮機の概略断面図である。 他の実施形態に係る遠心圧縮機４の概略断面図である。 他の実施形態に係る遠心圧縮機４の概略断面図である。 他の実施形態に係る遠心圧縮機４の概略断面図である。 他の実施形態に係る遠心圧縮機４の概略断面図である。 図１におけるＡ－Ａ断面（径方向と直交する断面）の形状の一例を示す図である。 図１におけるＡ－Ａ断面の形状の他の一例を示す図である。 図１におけるＡ－Ａ断面の形状の他の一例を示す図である。 図１におけるＡ－Ａ断面の形状の他の一例を示す図である。 図１におけるＡ－Ａ断面の形状の他の一例を示す図である。 入口管部２６における流れの向きと通路延在部６０の配置の関係の一例を示す図である。 入口管部２６における流れの向きと通路延在部６０の配置の関係の一例を示す図である。 入口管部２６における流れの向きと通路延在部６０の配置の関係の一例を示す図である。 入口管部２６における流れの向きと通路延在部６０の配置の関係の一例を示す図である。 他の実施形態に係る遠心圧縮機４の概略断面図である。 他の実施形態に係る遠心圧縮機４の概略断面図である。 他の実施形態に係る遠心圧縮機４の概略断面図である。 比較形態に係る遠心圧縮機の概略断面図である。

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の遠心圧縮機４の概略断面図である。遠心圧縮機４は、回転軸６を介して不図示のタービンに連結されており、不図示の内燃機関の排ガスによって駆動するタービンの回転力が回転軸６を介して伝達されることにより、不図示の内燃機関が吸入する空気を圧縮する。

図１に示すように、遠心圧縮機４は、インペラ８と、インペラ８を収容するケーシング１０とを備える。ケーシング１０は、インペラ８が配置されるインペラ収容空間１２を形成するようにインペラ８を囲繞するシュラウド壁部１４と、インペラ収容空間１２の外周側にスクロール流路１６を形成するスクロール部１８と、インペラ収容空間１２とスクロール流路１６とを接続するディフューザ流路２０を形成するディフューザ部２２とを含む。また、ケーシング１０は、インペラ８の回転軸線に沿ってインペラ８に空気を導くように吸気通路２４を形成する入口管部２６を含む。入口管部２６は、インペラ８と同心に設けられている。

以下では、インペラ８の軸方向を単に「軸方向」といい、インペラ８の径方向を単に「径方向」といい、インペラ８の周方向を単に「周方向」ということとする。

遠心圧縮機４は、軸方向におけるインペラ８の上流側で吸気通路２４の流路面積を縮小可能な絞り機構２８（入口可変機構）を備える。絞り機構２８は、吸気通路２４にインペラ８と同心に設けられた環状部３０（可動部）と、環状部３０を支持するストラット４６と、アクチュエータ４８と含む。

環状部３０はストラット４６に支持されている。ストラット４６は、アクチュエータ４８からの駆動力を受けて、環状部３０を第１位置Ｐ１と第１位置Ｐ１よりも軸方向における上流側の第２位置Ｐ２との間で軸方向に沿って移動させるように構成される。環状部３０は周方向に一様な形状を有している。環状部３０の内径Ｒ１は、インペラ８の前縁３４の先端位置Ｔ（前縁３４の径方向外側端の位置）でのインペラ８の直径Ｄよりも小さく、環状部３０の外径Ｒ２は、上記先端位置Ｔでのインペラ８の直径Ｄよりも大きい。

入口管部２６の内周面４０は、環状部３０に起因する圧力損失の増大を抑制するために、軸方向における上流側に向かうにつれて入口管部２６の内径が大きくなるように傾斜した傾斜面４２を含む。図示する例示的形態では、傾斜面４２は、インペラ８の回転軸線に沿った断面において直線状に形成されている。

環状部３０の外周面４４は、傾斜面４２に対向するように配置されている。環状部３０が第２位置Ｐ２に位置するときには、環状部３０の外周面４４と傾斜面４２とは離れており、環状部３０が第２位置Ｐ２から軸方向における下流側に向かうにつれて、環状部３０の外周面４４と傾斜面４２との間隔は小さくなる。環状部３０は、第１位置Ｐ１に位置するときに傾斜面４２に当接して、吸気通路２４のうちインペラ８の翼３２の先端部３６（翼３２の径方向外側端部）に対応する外周側部分３８を塞ぐように構成されている。環状部３０は、第１位置Ｐ１に位置するときに、インペラ８の翼３２の先端部３６の前縁３４に軸方向に対向している。すなわち、軸方向視において環状部３０と先端部３６とは少なくとも部分的にオーバーラップしている。

図１に示すストラット４６は、環状部３０から離れるにつれて径方向における外側に向かうように延在する外側延在部５２によって構成されている。図示する例示的形態では、外側延在部５２は、環状部３０の外周面４４からアクチュエータ４８まで径方向に沿って直線状に延在している。

上記構成によれば、環状部３０は、第１位置Ｐ１において、吸気通路２４のうちインペラ８の翼３２の先端部３６に対応する外周側部分３８を塞ぐことによって吸気通路２４の流路面積を縮小させる。これにより、流路面積の縮小によってピーク効率は低下するものの、サージ流量の低減及びサージ点近傍での効率向上を実現することができる。すなわち、小流量側の作動点（サージ点近傍の作動点）では環状部３０が第１位置Ｐ１に位置し、上記小流量側の作動点よりも流量が大きい大流量側の作動点（例えば定格運転時）では環状部３０が第２位置Ｐ２に位置するように絞り機構２８を調節することにより、小流量側の作動点の効率をするとともに遠心圧縮機４の作動領域を拡大することができる。

また、環状部３０から離れるにつれて径方向における外側に向かうように延在する外側延在部５２によってストラット４６が構成されているため、図２に示す比較形態に係る構成（ストラット４６が環状部３０から軸方向における上流側に延在している構成）と比較して、ストラット４６の長さを短くすることができるため、構成を簡素化することができるとともに吸気通路２４におけるストラット４６に起因する圧力損失の増大を抑制することができる。

次に図３～図６を用いて遠心圧縮機４の他の実施形態を説明する。なお、以降で説明する遠心圧縮機４の他の実施形態において、図１に示した遠心圧縮機４の各構成と共通の符号は、特記しない限り図１に示した遠心圧縮機の各構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。

幾つかの実施形態では、例えば図３～図６に示すように、入口管部２６の外周面４９は、軸方向における上流側に向かうにつれて入口管部２６の外径が大きくなるように傾斜した傾斜面５０を含む。

かかる構成によれば、傾斜面５０とディフューザ部２２との間の空間又は傾斜面５０とスクロール部１８との間の空間を、アクチュエータ４８を設置するための空間として有効活用することができる。このため、絞り機構２８を設けることに伴う遠心圧縮機４の大型化を抑制することができる。なお、遠心圧縮機４の小型化の観点では、図３～図６に示すように、アクチュエータ４８は、軸方向における傾斜面５０の下流端５１よりも下流側に設置することが望ましい。

幾つかの実施形態では、例えば図３に示すように、ストラット４６は、環状部３０から離れるにつれて軸方向における下流側に向かうように延在する下流側延在部５４によって構成される。図３に示す例示的形態では、ストラット４６は、環状部３０の外周面４４から傾斜面５０とディフューザ部２２との間に位置するアクチュエータ４８まで軸方向に沿って直線状に延在する。

幾つかの実施形態では、例えば、図４及び図５に示すように、ストラット４６は、環状部３０から離れるにつれて径方向における外側に向かうように延在する外側延在部５２と、環状部３０から離れるにつれて軸方向における下流側に向かうように延在する下流側延在部５４とを含む。図４に示す例示的形態では、外側延在部５２は、環状部３０の外周面４４から径方向に沿って直線状に延在し、下流側延在部５４は、外側延在部５２の径方向外側端５３から傾斜面５０とディフューザ部２２との間に位置するアクチュエータ４８まで軸方向に沿って直線状に延在する。図５に示す例示的形態では、外側延在部５２は、環状部３０の軸方向下流側の端面５６から径方向に沿って直線状に延在し、下流側延在部５４は、外側延在部５２の径方向外側端５３から軸方向に沿って直線状にアクチュエータ４８まで延在する。

幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、ストラット４６は、環状部３０から離れるにつれて径方向における外側且つ軸方向における下流側に向かうように延在する湾曲した湾曲部５８と、環状部３０から離れるにつれて軸方向における下流側に向かうように延在する下流側延在部５４とを含む。図６に示す例示的形態では、湾曲部５８は、環状部３０の外周面４４から径方向における外側且つ軸方向における下流側に向かうように延在し、下流側延在部５４は、軸方向における湾曲部５８の下側端５９から傾斜面５０とディフューザ部２２との間に位置するアクチュエータ４８まで軸方向に沿って直線状に延在する。なお、他の実施形態では、ストラット４６は、環状部３０からアクチュエータ４８まで延在する湾曲部のみによって構成されていてもよいし、外側延在部と湾曲部と下流側延在部５４を組み合わせて構成されていてもよい。

次に、図７Ａ～図７Ｅを用いて図１におけるＡ－Ａ断面（径方向と直交する断面）の構成例を説明する。図１におけるＡ－Ａ断面は、外側延在部５２のうち吸気通路に面する通路延在部６０の、径方向と直交する断面である。なお、図７Ａ～図７Ｅの断面形状は、図１に示す実施形態に限らず、上述した他の何れの実施形態に係るストラット４６にも適用可能である。

幾つかの実施形態では、例えば図７Ａ～図７Ｅに示すように、径方向と直交する断面において、通路延在部６０の前縁６６と通路延在部６０の後縁６８との距離をａ、前縁６６と後縁６８とを結ぶ直線と直交する方向における通路延在部６０の厚さ（通路延在部６０の最大厚さ）をｂとすると、ａ＞ｂを満たす。これにより、通路延在部６０に起因する圧力損失の増大を抑制することができる。なお、通路延在部６０の前縁６６とは、軸方向における通路延在部６０の上流端を意味し、通路延在部６０の後縁６８とは、軸方向における通路延在部６０の下流端を意味する。

幾つかの実施形態では、例えば図７Ａ～図７Ｅに示すように、通路延在部６０の前縁部６２の厚さｔ（前縁６６と後縁６８とを結ぶ直線と直交する方向の厚さ）は、軸方向における上流側に向かうにつれて小さくなる。これにより、通路延在部６０の前縁部６２への流れの衝突による圧力損失の増大を抑制することができる。なお、通路延在部６０の前縁部６２とは、軸方向における通路延在部６０の上流端部を意味する。

幾つかの実施形態では、例えば図７Ａ～図７Ｅに示すように、通路延在部６０の後縁部６４の厚さｔは、軸方向における下流側に向かうにつれて小さくなる。これにより、通路延在部６０の後縁部６４の後方で生じる圧力損失の増大を抑制することができる。なお、通路延在部６０の後縁部６４とは、軸方向における通路延在部６０の下流端部を意味する。

幾つかの実施形態では、例えば図７Ａ及び図７Ｂに示すように、通路延在部６０の前縁部６２及び通路延在部６０の後縁部６４は、鈍頭形状を有していてもよい。図７Ａに示す通路延在部６０の前縁部６２及び後縁部６４の各々は、径方向と直交する断面において、一定の曲率半径を有する円弧によって形成され、前縁部６２と後縁部６４とは一対の直線によって接続されている。図７Ｂに示す通路延在部６０の前縁部６２及び後縁部６４の各々は、径方向と直交する断面において、楕円の一部によって形成され、前縁部６２と後縁部６４とは一対の直線によって接続されている。なお、図７Ｂに示す形状の一部を規定する楕円は、圧力損失の低減の観点で、短径と長径の比が１：２程度としてもよい。

幾つかの実施形態では、例えば図７Ｃに示すように、通路延在部６０は、径方向に直交する断面において翼型形状を有する。図７Ｃに示す形態では、通路延在部６０の前縁部６２は鈍頭形状を有し、通路延在部６０の後縁部６４は尖頭形状を有している。また、通路延在部６０の翼型形状における最大翼厚位置Ｑは、コード方向の５０％位置よりも前縁６６側に位置する。

幾つかの実施形態では、例えば図７Ｄ及び図７Ｅに示すように、通路延在部６０の前縁部６２及び通路延在部６０の後縁部６４は、尖頭形状を有していてもよい。この場合、通路延在部６０の前縁部６２及び後縁部６４の各々は、径方向と直交する断面において、図７Ｄに示すように軸方向における一端で接続する一対の直線を含んでいてもよいし、図７Ｅに示すように軸方向における一端で接続する一対の曲線を含んでいてもよい。

幾つかの実施形態では、例えば図８～図１１に示すように、径方向に直交する断面において、通路延在部６０の前縁６６と後縁６８とを結ぶ直線Ｃは、軸方向における下流側に向かうにつれてインペラ８の回転方向における下流側に向かうように傾斜している。

図８及び図１１に示すように、遠心圧縮機４の入口管部２６には、予旋回を伴って流れが流入する場合がある。この場合、上記直線Ｃが軸方向と平行になるように通路延在部６０を構成することは圧力損失の増大に繋がるため、上記直線Ｃを予旋回を伴う流れの方向に沿って上記のように傾斜させることが望ましい。

また、仮に図９及び図１０に示すように、遠心圧縮機４の入口管部２６に対して軸方向に流れが流入する場合であっても、インペラ８の性能向上のために流れに予旋回を付与した方が良い場合がある。この場合においても、通路延在部６０の前縁６６と後縁６８とを結ぶ直線Ｃを上記のように傾斜させれば、通路延在部６０が入口案内羽根として機能して、流れは通路延在部６０によって予旋回を付与されるように転向される。これにより、インペラ８の性能を向上することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図１０に示すように、通路延在部６０に対する流れ方向（インシデンス）を適正化させ、入口管部２６の流れに効果的に予旋回を付与する目的において、通路延在部６０は、湾曲した断面形状を有していてもよい。図１０に示す形態では、径方向に直交する断面において、通路延在部６０の前縁６６と後縁６８とを結び通路延在部６０の厚さ方向（直線Ｃと直交する方向）の中心位置を通る線（キャンバーライン）を中心線ＣＬとすると、後縁６８の位置における中心線ＣＬと軸方向とのなす角度θ１は、前縁６６の位置における中心線ＣＬと軸方向とのなす角度θ２（図示する例示的形態ではθ２＝０°）より大きい。また、中心線ＣＬは、流れをスムーズに転向させるように滑らかに湾曲している。

幾つかの実施形態では、例えば図１１に示すように、入口管部２６の流れの好ましくない予旋回を弱める目的において、通路延在部６０は、湾曲した断面形状を有していてもよい。図１１に示す形態では、径方向に直交する断面において、後縁６８の位置における上記中心線ＣＬと軸方向とのなす角度θ１（図示する例示的形態ではθ１＝０°）は、前縁６６の位置における上記中心線ＣＬと軸方向とのなす角度θ２より小さい。また、中心線ＣＬは、流れをスムーズに転向させるように滑らかに湾曲している。

幾つかの実施形態では、例えば図１２～図１４に示すように、入口管部２６は、吸気通路２４の流れを曲げるように構成された曲がり管部７０を含んでいてもよい。この場合、環状部３０は、例えば図１２及び図１４に示すように軸方向に沿って第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間で移動してもよいし、図１３に示すように第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間で曲がり管部７０の内壁面７２の傾斜方向に沿って移動してもよい。

図１３に示す例示的形態では、インペラ８の回転軸線に沿った断面において、環状部３０は、曲がり管部７０の内壁面７２の傾斜方向に沿って円弧状の経路を移動する。このため、第２位置Ｐ２における環状部３０の前縁７４と環状部３０の後縁７６とを結ぶ直線と軸方向とのなす角度αを、第１位置Ｐ１における前縁７４と後縁７６とを結ぶ直線と軸方向とのなす角度αよりも大きくすることができる。これにより、環状部３０に対する流れの流入方向（インシデンス角）を適切に変化させることができ、環状部に起因する圧力損失の増大を抑制することができる。

また、図１２に示す構成では、環状部３０が第２位置Ｐ２に位置するときに環状部３０の外周面４４と曲がり管部７０の内壁面７２との間の流路部７８が周方向に不均一な形状となり、ある周方向位置にスロートが形成されるため、スロート位置で流速増加による圧力損失が生じる。これに対し、図１３に示す構成では、環状部３０が上記のように曲がり管部７０の内壁面７２の傾斜方向に沿って移動するため、環状部３０が第２位置Ｐ２に位置するときにおいても、環状部３０の外周面４４と曲がり管部７０の内壁面７２との間の流路部７８が周方向に比較的均一な形状となり、スロートが形成されない。したがって、環状部３０が第２位置Ｐ２に位置するときの環状部３０に起因する圧力損失の増大を抑制することができる。

図１４に示す構成では、環状部３０は、曲がり管部７０の内壁面７２に沿って湾曲するようにインペラ８の回転軸線に対して非対称な形状を有する。また、環状部３０のうち曲がり管部７０の内径側に位置する部分８０と環状部３０のうち曲がり管部７０の外径側に位置する部分８２とは互いに平行に延在している。環状部３０を上記のように曲がり管部７０の内壁面７２に沿って湾曲させることにより、曲がり管部７０の内径側及び外径側の両方において環状部３０に対する流れの流入方向（インシデンス角）を適切に設定することができ、環状部３０に起因する圧力損失の増大を抑制することができる。また、環状部３０が第２位置Ｐ２に位置するときにおいても、環状部３０の外周面４４と曲がり管部７０の内壁面７２との間の流路部７８が周方向に比較的均一な形状となり、スロートが形成されない。したがって、環状部３０が第２位置Ｐ２に位置するときの環状部３０に起因する圧力損失の増大を抑制することができる。

図１２～図１４に示す幾つかの実施形態においても、ストラット４６は、環状部３０から離れるにつれて径方向における外側に向かうように延在する外側延在部５２によって構成されている。このため、図１５に示す比較形態に係る構成（ストラット４６が環状部３０から軸方向における上流側に延在している構成）と比較して、環状部３０と不図示のアクチュエータを接続するためのストラット４６の長さを短くすることができる。したがって、構成を簡素化することができるとともに吸気通路２４におけるストラット４６に起因する圧力損失の増大を抑制することができる。

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、上述した幾つかの実施形態では、環状部３０を支持するためのストラット４６の幾つかの形状を説明したが、ストラットの形状はこれらに限定されない。すなわち、ストラットは、環状部から離れるにつれて、インペラの径方向における外側およびインペラの軸方向における下流側のうち少なくとも一方側に向かうように延在していればよい。これにより、ストラットが環状部から軸方向における上流側に延在している構成と比較して、ストラットの長さを短くすることができるため、構成を簡素化することができるとともに吸気通路におけるストラットに起因する圧力損失の増大を抑制することができる。

２ ターボチャージャ
４ 遠心圧縮機
６ 回転軸
８ インペラ
１０ ケーシング
１２ インペラ収容空間
１４ シュラウド壁部
１６ スクロール流路
１８ スクロール部
２０ ディフューザ流路
２２ ディフューザ部
２４ 吸気通路
２６ 入口管部
２８ 絞り機構
３０ 環状部
３２ 翼
３４ 前縁
３６ 先端部
３８ 外周側部分
４０ 内周面
４２ 傾斜面
４４ 外周面
４６ ストラット
４８ アクチュエータ
４９ 外周面
５０ 傾斜面
５１ 下流端
５２ 外側延在部
５３ 径方向外側端
５４ 下流側延在部
５６ 端面
５８ 湾曲部
５９ 下流端
６０ 通路延在部
６２ 前縁部
６４ 後縁部
６６ 前縁
６８ 後縁
７０ 曲がり管部
７２ 内壁面
７４ 前縁
７６ 後縁
７８ 流路部
８０，８２ 部分

Claims (18)

1. インペラと、
   前記インペラに空気を導くように吸気通路を形成する入口管部と、
   前記インペラの上流側で前記吸気通路の流路面積を縮小可能に構成された絞り機構と、
   を備え、
   前記絞り機構は、
   前記吸気通路に設けられた環状部と、
   前記環状部を支持し、前記環状部を第１位置と前記第１位置よりも前記インペラの軸方向における上流側の第２位置との間で移動させるように構成されたストラットと、
   を含み、
   前記ストラットは、前記環状部から離れるにつれて前記軸方向における下流側に向かうように延在する下流側延在部を含み、
   前記下流側延在部の少なくとも一部は、前記吸気通路に面するように構成され、
   前記ストラットは、前記環状部から離れるにつれて前記インペラの径方向における外側に向かうように延在する外側延在部を含み、
   前記外側延在部は、前記吸気通路に面する通路延在部を含む、遠心圧縮機。
2. インペラと、
   前記インペラに空気を導くように吸気通路を形成する入口管部と、
   前記インペラの上流側で前記吸気通路の流路面積を縮小可能に構成された絞り機構と、
   を備え、
   前記絞り機構は、
   前記吸気通路に設けられた環状部と、
   前記環状部を支持し、前記環状部を第１位置と前記第１位置よりも前記インペラの軸方向における上流側の第２位置との間で移動させるように構成されたストラットと、
   を含み、
   前記ストラットは、前記環状部から離れるにつれて、前記インペラの径方向における外側および前記インペラの軸方向における下流側のうち少なくとも一方側に向かうように延在し、
   前記ストラットは、前記環状部から離れるにつれて前記径方向における外側に向かうように延在する外側延在部を含み、
   前記外側延在部は、前記吸気通路に面する通路延在部を含み、
   前記径方向に直交する断面において、前記通路延在部の前縁と前記通路延在部の後縁とを結ぶ直線は、前記軸方向における下流側に向かうにつれて前記インペラの回転方向における下流側に向かうように傾斜している、遠心圧縮機。
3. インペラと、
   前記インペラに空気を導くように吸気通路を形成する入口管部と、
   前記インペラの上流側で前記吸気通路の流路面積を縮小可能に構成された絞り機構と、
   を備え、
   前記絞り機構は、
   前記吸気通路に設けられた環状部と、
   前記環状部を支持し、前記環状部を第１位置と前記第１位置よりも前記インペラの軸方向における上流側の第２位置との間で移動させるように構成されたストラットと、
   を含み、
   前記ストラットは、前記環状部から離れるにつれて、前記インペラの径方向における外側および前記インペラの軸方向における下流側のうち少なくとも一方側に向かうように延在し、
   前記ストラットは、前記環状部から離れるにつれて前記径方向における外側に向かうように延在する外側延在部を含み、
   前記外側延在部は、前記吸気通路に面する通路延在部を含み、
   前記径方向に直交する断面において、前記通路延在部の前縁と前記通路延在部の後縁とを結び前記通路延在部の厚さの中心位置を通る線を中心線ＣＬとすると、前記通路延在部の前記後縁の位置における前記中心線ＣＬと前記軸方向とのなす角度は、前記通路延在部の前記前縁の位置における前記中心線ＣＬと前記軸方向とのなす角度より大きい、遠心圧縮機。
4. インペラと、
   前記インペラに空気を導くように吸気通路を形成する入口管部と、
   前記インペラの上流側で前記吸気通路の流路面積を縮小可能に構成された絞り機構と、
   を備え、
   前記絞り機構は、
   前記吸気通路に設けられた環状部と、
   前記環状部を支持し、前記環状部を第１位置と前記第１位置よりも前記インペラの軸方向における上流側の第２位置との間で移動させるように構成されたストラットと、
   を含み、
   前記ストラットは、前記環状部から離れるにつれて、前記インペラの径方向における外側および前記インペラの軸方向における下流側のうち少なくとも一方側に向かうように延在し、
   前記ストラットは、前記環状部から離れるにつれて前記径方向における外側に向かうように延在する外側延在部を含み、
   前記外側延在部は、前記吸気通路に面する通路延在部を含み、
   前記径方向に直交する断面において、前記通路延在部の前縁と前記通路延在部の後縁とを結び前記通路延在部の厚さの中心位置を通る線を中心線ＣＬとすると、前記通路延在部の前記後縁の位置における前記中心線ＣＬと前記軸方向とのなす角度は、前記通路延在部の前記前縁の位置における前記中心線ＣＬと前記軸方向とのなす角度より小さい、遠心圧縮機。
5. インペラと、
   前記インペラに空気を導くように吸気通路を形成する入口管部と、
   前記インペラの上流側で前記吸気通路の流路面積を縮小可能に構成された絞り機構と、
   を備え、
   前記絞り機構は、
   前記吸気通路に設けられた環状部と、
   前記環状部を支持し、前記環状部を第１位置と前記第１位置よりも前記インペラの軸方向における上流側の第２位置との間で移動させるように構成されたストラットと、
   を含み、
   前記ストラットは、前記環状部から離れるにつれて、前記インペラの径方向における外側および前記インペラの軸方向における下流側のうち少なくとも一方側に向かうように延在し、
   前記ストラットは、前記環状部から離れるにつれて前記径方向における外側に向かうように延在する外側延在部を含み、
   前記外側延在部は、前記吸気通路に面する通路延在部を含み、
   前記入口管部は、前記吸気通路の流れを曲げるように構成された曲がり管部を含み、
   前記ストラットは、前記環状部を前記第１位置と前記第２位置との間で前記曲がり管部の内壁面の傾斜方向に沿って移動させるように構成された、遠心圧縮機。
6. インペラと、
   前記インペラに空気を導くように吸気通路を形成する入口管部と、
   前記インペラの上流側で前記吸気通路の流路面積を縮小可能に構成された絞り機構と、
   を備え、
   前記絞り機構は、
   前記吸気通路に設けられた環状部と、
   前記環状部を支持し、前記環状部を第１位置と前記第１位置よりも前記インペラの軸方向における上流側の第２位置との間で移動させるように構成されたストラットと、
   を含み、
   前記ストラットは、前記環状部から離れるにつれて、前記インペラの径方向における外側および前記インペラの軸方向における下流側のうち少なくとも一方側に向かうように延在し、
   前記ストラットは、前記環状部から離れるにつれて前記径方向における外側に向かうように延在する外側延在部を含み、
   前記外側延在部は、前記吸気通路に面する通路延在部を含み、
   前記入口管部は、前記吸気通路の流れを曲げるように構成された曲がり管部を含み、
   前記環状部は、前記曲がり管部の内壁面に沿って曲がるように前記インペラの回転軸線に対して非対称に構成された、遠心圧縮機。
7. 前記入口管部の内周面は、前記軸方向における上流側に向かうにつれて前記入口管部の内径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含む、請求項１乃至６の何れか１項に記載の遠心圧縮機。
8. 前記環状部が前記第２位置に位置するときに前記環状部の外周面と前記傾斜面とは離れており、
   前記環状部が前記第２位置から前記軸方向における下流側に向かうにつれて、前記環状部と前記傾斜面との間隔は小さくなる、請求項７に記載の遠心圧縮機。
9. 前記入口管部の外周面は、前記軸方向における上流側に向かうにつれて前記入口管部の外径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含む、請求項７又は８に記載の遠心圧縮機。
10. 前記ストラットは、前記環状部から離れるにつれて前記軸方向における下流側に向かうように延在する下流側延在部を含む、請求項９に記載の遠心圧縮機。
11. 前記ストラットは、前記入口管部の前記外周面の前記傾斜面と前記遠心圧縮機のディフューザ部との間の位置、又は前記入口管部の前記外周面の前記傾斜面と前記遠心圧縮機のスクロール部との間の位置まで延在する、請求項１０に記載の遠心圧縮機。
12. 前記径方向と直交する断面において、前記通路延在部の前縁と前記通路延在部の後縁との距離をａ、前記前縁と前記後縁とを結ぶ直線と直交する方向における前記通路延在部の厚さをｂとすると、ａ＞ｂを満たす、請求項１に記載の遠心圧縮機。
13. 前記通路延在部の前縁部の厚さは、前記軸方向における上流側に向かうにつれて小さくなる、請求項１又は１２に記載の遠心圧縮機。
14. 前記通路延在部の後縁部の厚さは、前記軸方向における下流側に向かうにつれて小さくなる、請求項１、１２又は１３の何れか１項に記載の遠心圧縮機。
15. 前記通路延在部は、前記径方向に直交する断面において翼型形状を有する、請求項１、１２、１３又は１４の何れか１項に記載の遠心圧縮機。
16. インペラと、
    前記インペラに空気を導くように吸気通路を形成する入口管部と、
    前記インペラの上流側で前記吸気通路の流路面積を縮小可能に構成された絞り機構と、
    を備え、
    前記絞り機構は、
    前記吸気通路に設けられた環状部と、
    前記環状部を支持し、前記環状部を第１位置と前記第１位置よりも前記インペラの軸方向における上流側の第２位置との間で移動させるように構成されたストラットと、
    を含み、
    前記ストラットは、前記環状部から離れるにつれて前記軸方向における下流側に向かうように延在する下流側延在部を含み、
    前記下流側延在部の少なくとも一部は、前記吸気通路に面するように構成され、
    前記絞り機構は、アクチュエータを更に備え、
    前記ストラットは、前記アクチュエータからの駆動力を受けて前記環状部を前記第１位置と前記第２位置との間で移動させるように構成され、
    前記入口管部の内周面は、前記軸方向における上流側に向かうにつれて前記入口管部の内径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含み、
    前記入口管部の外周面は、前記軸方向における上流側に向かうにつれて前記入口管部の外径が大きくなるように傾斜した傾斜面を含み、
    前記アクチュエータは、前記軸方向において前記外周面の前記傾斜面の下流端よりも下流側に位置し、
    前記下流側延在部の少なくとも一部は、前記軸方向において前記外周面の前記傾斜面の前記下流端よりも下流側に位置する、遠心圧縮機。
17. 前記吸気通路は、前記インペラの回転軸線に沿って前記インペラに前記空気を導くように構成され、
    前記環状部の内径は、前記環状部の上流端部と下流端部との間において前記軸方向に一定であり、
    前記環状部が前記第１位置に位置している状態において、前記環状部の下流端部は、前記インペラの上流端部よりも前記インペラの軸方向において下流側に位置する、請求項１乃至１６の何れか１項に記載の遠心圧縮機。
18. 請求項１乃至１７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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