WO2019193683A1 - 遠心圧縮機及びこの遠心圧縮機を備えたターボチャージャ - Google Patents

遠心圧縮機及びこの遠心圧縮機を備えたターボチャージャ Download PDF

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藤田　豊
浩範 本田
信仁 岡
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Definitions

  • the present disclosure relates to a centrifugal compressor and a turbocharger including the centrifugal compressor.
  • a centrifugal compressor such as a turbocharger has a diffuser passage and a scroll passage on the discharge side of the impeller.
  • the fluid compressed by the impeller flows into the scroll passage after the flow velocity is reduced in the diffuser passage and a part of the dynamic pressure component is converted into a static pressure.
  • the shape of the diffuser passage is generally one in which two walls defining the diffuser passage are parallel to each other (parallel wall) and a portion in which the distance between the two walls decreases radially outward (pinched wall) )
  • a centrifugal compressor having a diffuser passage formed of a pinched wall is described in Patent Document 1, for example.
  • the shroud wall 102 has a diameter from the outlet portion 101 of the impeller 105.
  • a diffuser passage through a pinched portion 110 that is inclined at a certain inclination so as to approach the hub wall 103 toward the outer side in the direction, and a parallel portion 111 that is radially outward from the pinched portion 110 and in which the shroud wall 102 and the hub wall 103 are parallel to each other Assume a configuration that 100 includes.
  • At least one embodiment of the present disclosure aims to provide a centrifugal compressor that suppresses the occurrence of loss or separation in the diffuser passage and a turbocharger including the centrifugal compressor.
  • a centrifugal compressor includes: A centrifugal compressor including an impeller provided rotatably in a housing, The housing includes a shroud wall and a hub wall defining a diffuser passage communicating with the impeller outlet; The diffuser passage is A pinch portion configured such that the shroud wall approaches the hub wall from the outlet of the impeller toward the radially outer side of the centrifugal compressor; The shroud wall and the hub wall are configured to be parallel to each other and communicated with the pinch portion at a radially outer side of the centrifugal compressor than the pinch portion, The centrifugal compressor having a cross-sectional shape in which a surface of the shroud wall facing the impeller and the hub wall may have a tangent at an arbitrary position in a cross-section including an axis of the impeller.
  • the surface of the shroud wall facing the impeller and the hub wall has a cross-sectional shape in which a tangent can exist at an arbitrary position in a cross-section including the axis of the impeller. Since the surface of the slab has a smooth shape and there are no discontinuous portions on the surface of the shroud wall, it is possible to suppress the occurrence of loss or separation in the diffuser passage.
  • a distance from the impeller axis to the impeller outlet is R 0, and the pinched portion and the parallel portion from the impeller axis
  • the cross-sectional shape in the range of R 0 ⁇ R ⁇ R 1 is A first curve curved concavely with respect to the hub wall in a range of R 0 ⁇ R ⁇ R 2 (R 0 ⁇ R 2 ⁇ R 1 ); And a second curve curved in a convex shape with respect to the hub wall in the range of R 2 ⁇ R ⁇ R 1 .
  • the shape of the diffuser passage may be restricted.
  • the cross-sectional shape in the range of R 0 ⁇ R ⁇ R 1, with respect to the hub wall at range R 0 ⁇ R ⁇ R 2 ( R 0 ⁇ R 2 ⁇ R 1) By limiting the shape of the diffuser passage, the first curve curved in a concave shape and the second curve curved in a convex shape with respect to the hub wall in the range of R 2 ⁇ R ⁇ R 1 can be relaxed.
  • the pinched portion can be configured so that a discontinuous portion is not formed on the surface of the shroud wall.
  • the shroud wall is configured to approach the hub wall smoothly toward the radially outer side in the pinched portion, it is possible to suppress the occurrence of loss or separation in the diffuser passage.
  • a turbocharger is: The centrifugal compressor according to any one of (1) to (4) is provided.
  • the surface of the shroud wall facing the impeller and the hub wall has a cross-sectional shape in which a tangent can exist at an arbitrary position in the cross-section including the axis of the impeller. Since the surface of the slab has a smooth shape and there are no discontinuous portions on the surface of the shroud wall, it is possible to suppress the occurrence of loss or separation in the diffuser passage.
  • the surface of the shroud wall facing the impeller and the hub wall has a cross-sectional shape in which a tangent can exist at any position in the cross-section including the axis of the impeller. Since the surface of the shroud wall has a smooth shape and there are no discontinuous portions on the surface of the shroud wall, it is possible to suppress the occurrence of loss or separation in the diffuser passage.
  • FIG. 6 is a schematic graph illustrating a relationship between R and ⁇ in a diffuser passage in the centrifugal compressor according to the first embodiment of the present disclosure. It is a partial expanded sectional view of a diffuser passage in a centrifugal compressor concerning Embodiment 2 of this indication. It is a typical graph which shows the relationship between R and (lambda) in the diffuser channel
  • centrifugal compressor according to some embodiments of the present disclosure described below will be described by taking a turbocharger centrifugal compressor as an example.
  • the centrifugal compressor in the present disclosure is not limited to the centrifugal compressor of the turbocharger, and may be any centrifugal compressor that operates alone.
  • the fluid compressed by this compressor is air, but any fluid can be substituted.
  • the centrifugal compressor 1 As shown in FIG. 1, the centrifugal compressor 1 according to the first embodiment of the present disclosure includes a housing 2 and an impeller 3 provided to be rotatable around an axis L in the housing 2.
  • the housing 2 includes a shroud wall 4 and a hub wall 5, and a diffuser passage 10 is defined between the shroud wall 4 and the hub wall 5 that communicates with the outlet of the impeller 3 along the periphery of the impeller 3.
  • the diffuser passage 10 includes a pinched portion 11 that extends from the outlet of the impeller 3 toward the radially outer side of the centrifugal compressor 1 (hereinafter simply referred to as “radially outer side”), and the pinched portion 11 that is radially outer than the pinched portion 11. And a parallel portion 12 that extends outward in the radial direction.
  • the pinched portion 11 is configured such that the shroud wall 4 approaches the hub wall 5 toward the radially outer side. That is, the pinched portion 11 is configured such that the flow path width in the direction of the axis L of the impeller 3 decreases toward the radially outer side.
  • the parallel portion 12 is configured such that the shroud wall 4 and the hub wall 5 are parallel to each other.
  • the surface 4a of the shroud wall 4 that faces the impeller 3 and the hub wall 5 is a curve that is smoothly curved in a convex shape at a portion along the outer peripheral edge 6a of the blade 6 of the impeller 3 in a cross section including the axis L of the impeller 3
  • the curve 7a and the curve 7b are smoothly connected at the boundary portion 18 located at the outlet of the impeller 3.
  • the curved line 7b and the straight line 7c are smoothly connected at a boundary portion 19 located radially outside the boundary portion 18.
  • the curves 7a and 7b are smoothly curved in a convex shape, the curves 7a and 7b are smoothly connected, and the curves 7b and 7c are Due to the smooth connection, the surface 4a of the shroud wall 4 is smoothly continuous, and there are no discontinuous portions, such as a sudden bulge or depression, on the surface 4a.
  • the trailing edge 6 b of the blade 6 of the impeller 3 is configured in parallel with the axis L of the impeller 3.
  • the surface 4a of the shroud wall 4 has a smoothly continuous shape. As shown in FIG. 2, in a cross section including the axis L of the impeller 3, a straight line L 1 that extends the radially outermost portion 6 a 1 of the outer peripheral edge 6 a of the blade 6 of the impeller 3 toward the radially outer side, and a surface 4 a the angle between the tangential line L 2 at an arbitrary position above the lambda.
  • R which is a distance from the axis L of the impeller 3 toward the radially outer side
  • the distance from the axis L of the impeller 3 to the outlet of the impeller 3, that is, the boundary portion 18 is R 0
  • the pinched portion 11 from the axis L of the impeller 3 R 1 is the distance to the boundary portion 19 between the parallel portion 12 and the parallel portion 12.
  • the surface 4a is in a cross section containing the axis L of the impeller 3 can be rephrased as having a cross-sectional shape tangent L 2 may be present at any position, smoothly continuous absence of discontinuous portions Shape.
  • FIG. 3 the relationship between R and ⁇ in the shroud wall 102 shown in FIG. 7 is also shown by a one-dot chain line as a conventional diffuser passage formed of a pinched wall.
  • a one-dot chain line as a conventional diffuser passage formed of a pinched wall.
  • the function lambda f according to Embodiment 1 (R), so that a convex curve below a range of R 0 ⁇ R ⁇ R 1 constituting the Pinchido portion 11 (see FIG. 2), R 0
  • the downward convex curve in the range of ⁇ R ⁇ R 1 smoothly connects to the downward convex curve in the range of R ⁇ R 0 and the straight line parallel to the R axis in the range of R ⁇ R 1. be able to.
  • the pinched part 11 can be comprised so that a discontinuous part may not be formed in the surface 4a of the shroud wall 4.
  • the shroud wall 4 (see FIG. 2) is configured to smoothly approach the hub wall 5 (see FIG. 2) toward the radially outer side in the pinched portion 11 (see FIG. 2).
  • the centrifugal compressor according to the second embodiment is obtained by changing the shape of the surface 4a of the shroud wall 4 at a portion defining the pinched portion 11 with respect to the first embodiment.
  • the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • the curve 7 b of the cross-sectional shape 7 of the surface 4 a of the shroud wall 4 is R 0 ⁇ R ⁇ R 2 (R 0 ⁇ R 2 ⁇ R 1 ).
  • the first curve 7b1 curved concavely relative to the hub wall 5 (see FIG. 1) in the range, and the second curve 7b2 which is convexly curved with respect to the hub wall 5 in the region of R 2 ⁇ R ⁇ R 1 Is included.
  • the first curve 7b1 and the second curve 7b2 are smoothly connected. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the surface 4a is in a cross section containing the axis L of the impeller 3 can be rephrased as having a cross-sectional shape tangent L 2 may be present at any position, smoothly continuous absence of discontinuous portions Shape.
  • the curve 7b is configured only by a curve curved in a convex shape with respect to the hub wall 5 (see FIG. 1) as in the first embodiment, in order to smoothly connect the curve 7b and the straight line 7c.
  • the radial length of the pinched portion 11 There may be a restriction on the shape of the diffuser passage 10 such as lengthening.
  • wing 6 of the impeller 3 is also considered.
  • the curve 7b includes a first curve 7b1 that is concavely curved with respect to the hub wall 5 in the range of R 0 ⁇ R ⁇ R 2 (R 0 ⁇ R 2 ⁇ R 1 ), and R 2 ⁇ the length of R ⁇ by including a second curve 7b2 which is convexly curved with respect to the hub wall 5 in R 1 in the range, the radial direction of the channel width and Pinchido portion 11 of the axis L of the parallel portion 12
  • the pinched portion 11 can be configured so that a discontinuous portion is not formed on the surface 4a of the shroud wall 4 while relaxing the restriction on the shape of the diffuser passage 10 as described above.

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Abstract

ハウジング内に回転可能に設けられたインペラを備える遠心圧縮機において、ハウジングは、インペラの出口に連通するディフューザ通路を画定するシュラウド壁及びハブ壁を含み、ディフューザ通路は、インペラの出口から遠心圧縮機の径方向外側に向かってシュラウド壁がハブ壁に近づくよう構成されたピンチド部と、ピンチド部よりも遠心圧縮機の径方向外側でピンチド部に連通するとともにシュラウド壁及びハブ壁が互いに平行に構成された平行部とを含み、インペラ及びハブ壁に面するシュラウド壁の表面は、インペラの軸線を含む断面において任意の位置で接線が存在し得る断面形状を有する。

Description

遠心圧縮機及びこの遠心圧縮機を備えたターボチャージャ
　本開示は、遠心圧縮機及びこの遠心圧縮機を備えたターボチャージャに関する。
　ターボチャージャ等の遠心圧縮機は、インペラの吐出側にディフューザ通路及びスクロール通路を有している。インペラによって圧縮された流体は、ディフューザ通路において流速が低下してその動圧成分の一部が静圧に変換された後、スクロール通路に流入する。ディフューザ通路の形状は一般的に、ディフューザ通路を画定する２つの壁が互いに平行なもの（平行壁）と、２つの壁間の間隔が径方向外側に向かって減少する部分を有するもの（ピンチド壁）とがある。ピンチド壁で形成されたディフューザ通路を有する遠心圧縮機が、例えば特許文献１に記載されている。
特許第６１１２２２３号公報
　ピンチド壁で形成されるディフューザ通路として、例えば図６に示されるように、シュラウド壁１０２とハブ壁１０３との間に画定されたディフューザ通路１００において、シュラウド壁１０２がインペラ１０５の出口部分１０１から径方向外側に向かってハブ壁１０３に近づくように一定の傾きで傾斜するピンチド部１１０と、ピンチド部１１０よりも径方向外側でシュラウド壁１０２及びハブ壁１０３が互いに平行な平行部１１１とをディフューザ通路１００が含む構成を想定する。インペラ１０５の軸線Ｌを含む断面において、インペラ１０５の翼１０６の外周縁部１０６ａの径方向最外部１０６ａ１を径方向外側に向けて延長した直線Ｌ３と、シュラウド壁１０２の表面上の任意の位置における接線とのなす角度をλとする。また、インペラ１０５の軸線Ｌから径方向外側に向かう距離であるＲに関して、インペラ１０５の軸線Ｌからインペラ１０５の出口部分１０１までの距離をＲ０とし、インペラ１０５の軸線Ｌからピンチド部１１０と平行部１１１との境界部分１０４までの距離をＲ１とする。
　図７に、横軸にＲをとるとともに縦軸にλをとったＲ－λ平面において、Ｒとλとの関係を関数ｆによってλ＝ｆ（Ｒ）と表す。Ｒ≦Ｒ０の範囲では、シュラウド壁１０２の表面は滑らかな減少関数となるが、Ｒ＝Ｒ０においてλが不連続的に上昇し、Ｒ０≦Ｒ＜Ｒ１の範囲では、シュラウド壁１０２が一定の傾きで傾斜するため、λが一定値をとる。また、Ｒ＝Ｒ１においてλが不連続的に低下し、Ｒ≧Ｒ１の範囲では、シュラウド壁１０２とハブ壁１０３とが互いに平行となっているため、λが一定値をとる。このように、インペラ１０５の出口部分１０１や、ピンチド部１１０と平行部１１１との境界部分１０４で、シュラウド壁１０２に不連続な部分が存在してしまう。このような不連続な部分では、損失が生じたり、剥離が生じたりするといった問題点があった。
　上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、ディフューザ通路における損失又は剥離の発生を抑制した遠心圧縮機及びこの遠心圧縮機を備えた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１つの実施形態に係る遠心圧縮機は、
　ハウジング内に回転可能に設けられたインペラを備える遠心圧縮機であって、
　前記ハウジングは、前記インペラの出口に連通するディフューザ通路を画定するシュラウド壁及びハブ壁を含み、
　前記ディフューザ通路は、
　前記インペラの出口から前記遠心圧縮機の径方向外側に向かって前記シュラウド壁が前記ハブ壁に近づくよう構成されたピンチド部と、
　前記ピンチド部よりも前記遠心圧縮機の径方向外側で前記ピンチド部に連通するとともに前記シュラウド壁及び前記ハブ壁が互いに平行に構成された平行部と
を含み、
　前記インペラ及び前記ハブ壁に面する前記シュラウド壁の表面は、前記インペラの軸線を含む断面において任意の位置で接線が存在し得る断面形状を有する遠心圧縮機。
　上記（１）の構成によると、インペラ及びハブ壁に面するシュラウド壁の表面は、インペラの軸線を含む断面において任意の位置で接線が存在し得る断面形状を有していることにより、シュラウド壁の表面が滑らかな形状でありシュラウド壁の表面に不連続な部分が存在しないので、ディフューザ通路における損失又は剥離の発生を抑制することができる。
（２）いくつかの実施形態では、上記（１）の構成において、
　前記インペラの軸線から前記遠心圧縮機の径方向外側に向かう距離であるＲに関し、前記インペラの軸線から前記インペラの出口までの距離をＲ０とし、前記インペラの軸線から前記ピンチド部と前記平行部との境界部分までの距離をＲ１とすると、Ｒ０≦Ｒ≦Ｒ１の範囲における前記断面形状は、前記ハブ壁に対して凸状に湾曲する曲線である。
　上記（２）の構成によると、Ｒ０≦Ｒ≦Ｒ１の範囲におけるシュラウド壁の表面の断面形状がハブ壁に対して凸状に湾曲する曲線であることにより、Ｒ０≦Ｒ≦Ｒ１の範囲における曲線は、Ｒ≦Ｒ０の範囲におけるシュラウド壁の表面の断面と、Ｒ≧Ｒ１の範囲におけるシュラウド壁の表面の断面とのそれぞれに滑らかに接続することができるので、シュラウド壁の表面に不連続な部分が形成されないようにピンチド部を構成することができる。
（３）いくつかの実施形態では、上記（１）の構成において、
　前記インペラの軸線から前記遠心圧縮機の径方向外側に向かう距離であるＲに関し、前記インペラの軸線から前記インペラの出口までの距離をＲ０とし、前記インペラの軸線から前記ピンチド部と前記平行部との境界部分までの距離をＲ１とすると、
　Ｒ０≦Ｒ≦Ｒ１の範囲における前記断面形状は、
　Ｒ０≦Ｒ≦Ｒ２（Ｒ０＜Ｒ２＜Ｒ１）の範囲において前記ハブ壁に対して凹状に湾曲した第１曲線と、
　Ｒ２≦Ｒ≦Ｒ１の範囲において前記ハブ壁に対して凸状に湾曲した第２曲線と
を含む曲線である。
　Ｒ０≦Ｒ≦Ｒ１の範囲におけるシュラウド壁の表面の断面形状がハブ壁に対して凸状に湾曲した曲線のみから構成されると、ディフューザ通路の形状に制約が生じる場合がある。しかし、上記（３）の構成によると、Ｒ０≦Ｒ≦Ｒ１の範囲における断面形状を、Ｒ０≦Ｒ≦Ｒ２（Ｒ０＜Ｒ２＜Ｒ１）の範囲においてハブ壁に対して凹状に湾曲した第１曲線と、Ｒ２≦Ｒ≦Ｒ１の範囲においてハブ壁に対して凸状に湾曲した第２曲線とを含む曲線とすることにより、ディフューザ通路の形状の制約を緩和しながら、シュラウド壁の表面に不連続な部分が形成されないようにピンチド部を構成することができる。
（４）いくつかの実施形態では、上記（１）～（３）のいずれかの構成において、
　前記インペラの軸線を含む断面において、前記インペラの翼の外周縁部の径方向最外部を径方向外側に向けて延長した直線と前記接線とのなす角度をλとし、Ｒ０≦Ｒ＜Ｒ１の範囲において前記Ｒと前記λとの関係を関数ｆによってλ＝ｆ（Ｒ）と表し、ｆ（Ｒ）の１次導関数をｆ’（Ｒ）とすると、Ｒ０≦Ｒ＜Ｒ１においてｆ’（Ｒ）＜０である。
　上記（４）の構成によると、ピンチド部において径方向外側に向かってシュラウド壁が滑らかにハブ壁に近づくよう構成されているので、ディフューザ通路における損失又は剥離の発生を抑制することができる。
（５）本発明の少なくとも１つの実施形態に係るターボチャージャは、
　上記（１）～（４）のいずれかの遠心圧縮機を備える。
　上記（５）の構成によると、インペラ及びハブ壁に面するシュラウド壁の表面は、インペラの軸線を含む断面において任意の位置で接線が存在し得る断面形状を有していることにより、シュラウド壁の表面が滑らかな形状でありシュラウド壁の表面に不連続な部分が存在しないので、ディフューザ通路における損失又は剥離の発生を抑制することができる。
　本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、インペラ及びハブ壁に面するシュラウド壁の表面は、インペラの軸線を含む断面において任意の位置で接線が存在し得る断面形状を有していることにより、シュラウド壁の表面が滑らかな形状でありシュラウド壁の表面に不連続な部分が存在しないので、ディフューザ通路における損失又は剥離の発生を抑制することができる。
本開示の実施形態１に係る遠心圧縮機の断面図である。 本開示の実施形態１に係る遠心圧縮機におけるディフューザ通路の部分拡大断面図である。 本開示の実施形態１に係る遠心圧縮機におけるディフューザ通路におけるＲとλとの関係を示す模式的なグラフである。 本開示の実施形態２に係る遠心圧縮機におけるディフューザ通路の部分拡大断面図である。 本開示の実施形態２に係る遠心圧縮機におけるディフューザ通路におけるＲとλとの関係を示す模式的なグラフである。 従来の遠心圧縮機の断面模式図である。 従来の遠心圧縮機におけるディフューザ通路におけるＲとλとの関係を示す模式的なグラフである。
　以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
　以下に示す本開示のいくつかの実施形態に係る遠心圧縮機を、ターボチャージャの遠心圧縮機を例にして説明する。ただし、本開示における遠心圧縮機は、ターボチャージャの遠心圧縮機に限定するものではなく、単独で動作する任意の遠心圧縮機であってもよい。以下の説明において、この圧縮機によって圧縮される流体は空気であるが、任意の流体に置き換えることが可能である。
（実施形態１）
　図１に示されるように、本開示の実施形態１に係る遠心圧縮機１は、ハウジング２と、ハウジング２内において軸線Ｌを中心に回転可能に設けられたインペラ３とを備えている。ハウジング２はシュラウド壁４及びハブ壁５を含み、シュラウド壁４とハブ壁５との間には、インペラ３の周囲に沿ってインペラ３の出口に連通するディフューザ通路１０が画定されている。
　ディフューザ通路１０は、インペラ３の出口から遠心圧縮機１の径方向外側（以下、単に「径方向外側」という）に向かって延びるピンチド部１１と、ピンチド部１１よりも径方向外側でピンチド部１１に連通するとともに径方向外側に向かって延びる平行部１２とを含んでいる。ピンチド部１１は、径方向外側に向かってシュラウド壁４がハブ壁５に近づくよう構成されている。すなわち、ピンチド部１１は、径方向外側に向かってインペラ３の軸線Ｌの方向の流路幅が減少するように構成されている。平行部１２は、シュラウド壁４及びハブ壁５が互いに平行となるように構成されている。
　インペラ３及びハブ壁５に面するシュラウド壁４の表面４ａは、インペラ３の軸線Ｌを含む断面において、インペラ３の翼６の外周縁部６ａに沿った部分で凸状に滑らかに湾曲した曲線７ａと、ピンチド部１１を画定する部分で凸状に滑らかに湾曲した曲線７ｂと、平行部１２を画定する部分で径方向外側に向かって水平に延びる直線７ｃとによって形成された断面形状７を有している。曲線７ａと曲線７ｂとは、インペラ３の出口に位置する境界部分１８において滑らかに接続されている。曲線７ｂと直線７ｃとは、境界部分１８よりも径方向外側に位置する境界部分１９において滑らかに接続されている。
　インペラ３の軸線Ｌを含む断面において、曲線７ａ及び７ｂが凸状に滑らかに湾曲していることと、曲線７ａと曲線７ｂとが滑らかに接続されていることと、曲線７ｂと直線７ｃとが滑らかに接続されていることとによって、シュラウド壁４の表面４ａは滑らかに連続しており、表面４ａに不連続な部分、例えば、急激な出っ張りや窪み等が存在していない。尚、インペラ３の翼６の後縁部６ｂはインペラ３の軸線Ｌと平行に構成されている。
　次に、シュラウド壁４の表面４ａが滑らかに連続した形状であることをさらに詳細に説明する。
　図２に示されるように、インペラ３の軸線Ｌを含む断面において、インペラ３の翼６の外周縁部６ａの径方向最外部６ａ１を径方向外側に向けて延長した直線Ｌ１と、表面４ａ上の任意の位置における接線Ｌ２とのなす角度をλとする。また、インペラ３の軸線Ｌから径方向外側に向かう距離であるＲに関して、インペラ３の軸線Ｌからインペラ３の出口すなわち境界部分１８までの距離をＲ０とし、インペラ３の軸線Ｌからピンチド部１１と平行部１２との境界部分１９までの距離をＲ１とする。
　図３に示されるように、横軸にＲをとるとともに縦軸にλをとったＲ－λ平面において、Ｒとλとの関係を関数ｆによってλ＝ｆ（Ｒ）と表す。Ｒ≦Ｒ０の範囲では、表面４ａが翼６の外周縁部６ａに沿っているため（図２参照）、関数λ＝ｆ（Ｒ）は下に凸の滑らかな減少関数となる。Ｒ０≦Ｒ＜Ｒ１の範囲では、径方向外側に向かってシュラウド壁４がハブ壁５に近づく構成となっているため（図１参照）、関数λ＝ｆ（Ｒ）は下に凸の滑らかな減少関数となる。Ｒ≧Ｒ１の範囲では、シュラウド壁４とハブ壁５とが互いに平行となっているため（図１参照）、λが一定値、すなわち、関数λ＝ｆ（Ｒ）がＲ軸に平行な直線となっている。
　表面４ａは、上述したように、インペラ３の軸線Ｌを含む断面において滑らかに連続した断面形状を有しているため（図２参照）、関数λ＝ｆ（Ｒ）には不連続な点が存在せず、関数λ＝ｆ（Ｒ）は、任意のＲにおいて微分可能となっている。言い換えると、表面４ａは、インペラ３の軸線Ｌを含む断面において任意の位置で接線Ｌ２が存在し得る断面形状を有していると言い換えることができ、不連続な部分が存在しない滑らかに連続した形状である。
　これに対し、図３には、ピンチド壁で形成された従来技術のディフューザ通路として、図７に示されるシュラウド壁１０２におけるＲとλとの関係も、一点鎖線で示している。上述したように、図６に示されるような構成では、インペラ１０５の出口部分１０１や、ピンチド部１１０と平行部１１１との境界部分１０４で、シュラウド壁１０２に不連続な部分が存在する。
　このように、ピンチド壁で形成された従来技術のディフューザ通路では、Ｒ＝Ｒ０及びＲ＝Ｒ１のそれぞれにおいて、シュラウド壁１０２の表面の断面形状におけるＲとλとの関係が不連続となる。すなわち、シュラウド壁１０２の表面の断面形状におけるＲとλとの関係を表す関数は、Ｒ＝Ｒ０及びＲ＝Ｒ１のそれぞれにおいて微分可能ではない。さらに言い換えると、シュラウド壁１０２の断面形状では、出口部分１０１（図６参照）及び境界部分１０４（図６参照）において接線が存在しない。
　また、実施形態１に係る関数λ＝ｆ（Ｒ）は、ピンチド部１１（図２参照）を構成するＲ０≦Ｒ≦Ｒ１の範囲で下に凸の曲線となっているので、Ｒ０≦Ｒ≦Ｒ１の範囲における下に凸の曲線は、Ｒ≦Ｒ０の範囲における下に凸の曲線と、Ｒ≧Ｒ１の範囲におけるＲ軸に平行な直線とのそれぞれに滑らかに接続することができる。このため、シュラウド壁４の表面４ａに不連続な部分が形成されないようにピンチド部１１を構成することができる。
　さらに、関数λ＝ｆ（Ｒ）は、Ｒ＝Ｒ１では、Ｒ≧Ｒ１の範囲において一定のλを表すＲ軸に平行な直線に滑らかに接続されているので、１階微分係数ｆ’（Ｒ１）はゼロとなっている。しかし、Ｒ０≦Ｒ＜Ｒ１の範囲では、Ｒの増加に伴ってλが減少している。すなわち、ｆ（Ｒ）の１次導関数ｆ’（Ｒ）は、Ｒ０≦Ｒ＜Ｒ１の範囲においてｆ’（Ｒ）＜０となっている。これにより、ピンチド部１１（図２参照）において径方向外側に向かってシュラウド壁４（図２参照）が滑らかにハブ壁５（図２参照）に近づくよう構成される。
　図１に示されるように、実施形態１に係る遠心圧縮機１では、インペラ３の回転によって圧縮された空気がディフューザ通路１０を流通する。上述したようにシュラウド壁４の表面４ａに不連続な部分が存在しないので、インペラ３の回転によって圧縮された空気がディフューザ通路１０を流通する際に、表面４ａの不連続な部分に起因する損失又は剥離が発生することはない。このため、ディフューザ通路１０における損失又は剥離の発生を抑制することができる。
（実施形態２）
　次に、実施形態２に係る遠心圧縮機について説明する。実施形態２に係る遠心圧縮機は、実施形態１に対して、ピンチド部１１を画定する部分のシュラウド壁４の表面４ａの形状を変更したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
　図４に示されるように、インペラ３の軸線Ｌを含む断面において、シュラウド壁４の表面４ａの断面形状７の曲線７ｂは、Ｒ０≦Ｒ≦Ｒ２（Ｒ０＜Ｒ２＜Ｒ１）の範囲においてハブ壁５（図１参照）に対して凹状に湾曲した第１曲線７ｂ１と、Ｒ２≦Ｒ≦Ｒ１の範囲においてハブ壁５に対して凸状に湾曲した第２曲線７ｂ２とを含んでいる。第１曲線７ｂ１と第２曲線７ｂ２とは滑らかに接続されている。その他の構成は実施形態１と同じである。
　図５には、実施形態２に係る遠心圧縮機において、インペラ３の軸線Ｌを含む断面におけるシュラウド壁４の表面４ａの断面形状７のＲとλとの関係を表す関数λ＝ｆ（Ｒ）を示している。Ｒ≦Ｒ０の範囲及びＲ≧Ｒ１の範囲は、実施形態１に係る関数λ＝ｆ（Ｒ）と同じである。一方、Ｒ０≦Ｒ≦Ｒ２の範囲では、関数λ＝ｆ（Ｒ）は上に凸の減少関数となり、Ｒ２≦Ｒ≦Ｒ１の範囲では、関数λ＝ｆ（Ｒ）は下に凸の減少関数となる。
　実施形態２でも、表面４ａは、上述したように、インペラ３の軸線Ｌを含む断面において滑らかに連続した断面形状を有しているため（図４参照）、関数λ＝ｆ（Ｒ）には不連続な点が存在せず、関数λ＝ｆ（Ｒ）は、任意のＲにおいて微分可能となっている。言い換えると、表面４ａは、インペラ３の軸線Ｌを含む断面において任意の位置で接線Ｌ２が存在し得る断面形状を有していると言い換えることができ、不連続な部分が存在しない滑らかに連続した形状である。
　ここで、実施形態１のように曲線７ｂがハブ壁５（図１参照）に対して凸状に湾曲した曲線のみから構成される場合、曲線７ｂと直線７ｃとを滑らかに接続するためには、平行部１２の軸線Ｌの方向の流路幅をある程度の大きさにする必要があったり、平行部１２の軸線Ｌの方向の流路幅を小さくするためにピンチド部１１の径方向の長さを長くしたりといったディフューザ通路１０の形状に制約が生じる場合がある。また、ディフューザ通路１０を所望の形状にするために、インペラ３の翼６の形状を変えなければならない場合も考えられる。
　しかしながら、実施形態２では、曲線７ｂが、Ｒ０≦Ｒ≦Ｒ２（Ｒ０＜Ｒ２＜Ｒ１）の範囲においてハブ壁５に対して凹状に湾曲した第１曲線７ｂ１と、Ｒ２≦Ｒ≦Ｒ１の範囲においてハブ壁５に対して凸状に湾曲した第２曲線７ｂ２とを含むことにより、平行部１２の軸線Ｌの方向の流路幅やピンチド部１１の径方向の長さのようなディフューザ通路１０の形状の制約を緩和しながら、シュラウド壁４の表面４ａに不連続な部分が形成されないようにピンチド部１１を構成することができる。
　実施形態２においても、シュラウド壁４の表面４ａに不連続な部分が存在しないので、実施形態１と同様に、インペラ３の回転によって圧縮された空気がディフューザ通路１０を流通する際に、表面４ａの不連続な部分に起因する損失又は剥離が発生することはない。このため、ディフューザ通路１０における損失又は剥離の発生を抑制することができる。
１　遠心圧縮機
２　ハウジング
３　インペラ
４　シュラウド壁
４ａ　（シュラウド壁の）表面
５　ハブ壁
６　翼
６ａ　（翼の）外周縁部
６ａ１　（翼の外周縁部の）径方向最外部
６ｂ　（翼の）後縁部
７　（シュラウド壁の表面の）断面形状
７ａ　曲線
７ｂ　曲線
７ｂ１　第１曲線
７ｂ２　第２曲線
７ｃ　直線
１０　ディフューザ通路
１１　ピンチド部
１２　平行部
１８　境界部分
１９　境界部分
Ｌ　（インペラの）軸線
Ｒ　距離

Claims (5)

  1. 　ハウジング内に回転可能に設けられたインペラを備える遠心圧縮機であって、
    　前記ハウジングは、前記インペラの出口に連通するディフューザ通路を画定するシュラウド壁及びハブ壁を含み、
    　前記ディフューザ通路は、
    　前記インペラの出口から前記遠心圧縮機の径方向外側に向かって前記シュラウド壁が前記ハブ壁に近づくよう構成されたピンチド部と、
    　前記ピンチド部よりも前記遠心圧縮機の径方向外側で前記ピンチド部に連通するとともに前記シュラウド壁及び前記ハブ壁が互いに平行に構成された平行部と
    を含み、
    　前記インペラ及び前記ハブ壁に面する前記シュラウド壁の表面は、前記インペラの軸線を含む断面において任意の位置で接線が存在し得る断面形状を有する遠心圧縮機。
  2. 　前記インペラの軸線から前記遠心圧縮機の径方向外側に向かう距離であるＲに関し、前記インペラの軸線から前記インペラの出口までの距離をＲ０とし、前記インペラの軸線から前記ピンチド部と前記平行部との境界部分までの距離をＲ１とすると、Ｒ０≦Ｒ≦Ｒ１の範囲における前記断面形状は、前記ハブ壁に対して凸状に湾曲する曲線である、請求項１に記載の遠心圧縮機。
  3. 　前記インペラの軸線から前記遠心圧縮機の径方向外側に向かう距離であるＲに関し、前記インペラの軸線から前記インペラの出口までの距離をＲ０とし、前記インペラの軸線から前記ピンチド部と前記平行部との境界部分までの距離をＲ１とすると、
    　Ｒ０≦Ｒ≦Ｒ１の範囲における前記断面形状は、
    　Ｒ０≦Ｒ≦Ｒ２（Ｒ０＜Ｒ２＜Ｒ１）の範囲において前記ハブ壁に対して凹状に湾曲した第１曲線と、
    　Ｒ２≦Ｒ≦Ｒ１の範囲において前記ハブ壁に対して凸状に湾曲した第２曲線と
    を含む曲線である、請求項１に記載の遠心圧縮機。
  4. 　前記インペラの軸線を含む断面において、前記インペラの翼の外周縁部の径方向最外部を径方向外側に向けて延長した直線と前記接線とのなす角度をλとし、Ｒ０≦Ｒ＜Ｒ１の範囲において前記Ｒと前記λとの関係を関数ｆによってλ＝ｆ（Ｒ）と表し、ｆ（Ｒ）の１次導関数をｆ’（Ｒ）とすると、Ｒ０≦Ｒ＜Ｒ１においてｆ’（Ｒ）＜０である、請求項１～３のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。
  5. 　請求項１～４のいずれか一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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