WO2021124466A1 - 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

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Abstract

コンプレッサは、インペラと、インペラを回転可能に収容するハウジングであって、外部からインペラに気体を導入するための吸気流路、インペラを通過した気体を外部へ導くためのスクロール流路、インペラを迂回して吸気流路と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、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、弁体は、全閉状態においてバイパス流路を、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、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、入口側流路を区画する入口側流路壁面は、ハウジングをインペラの軸線に沿って切断した断面視において、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、上流側流路壁面部は、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。

Description

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
 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 (8)

  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た
    コンプレッサ。
  2.  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た
    請求項1に記載のコンプレッサ。
  3.  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
    請求項2に記載のコンプレッサ。
  4.  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
    請求項2に記載のコンプレッサ。
  5.  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4に記載のコンプレッサ。
  6.  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5の何れか1項に記載のコンプレッサ。
  7.  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。
  8.  請求項1乃至7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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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS55142994A (en) * 1979-04-25 1980-11-07 Hitachi Ltd Centrifugal compressor
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DE102008014681A1 (de) * 2008-03-18 2009-10-15 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Entgegenwirken eines Abfalls des Ladedrucks und ein Turbolader mit einer Steuerungseinrichtung zum Durchführen des Verfahrens
DE102012015325A1 (de) * 2012-08-01 2014-02-06 GM Global Technology Operations, LLC (n.d. Ges. d. Staates Delaware) Venturidüse zur Erzeugung eines Unterdrucks

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