WO2023012882A1 - 遠心圧縮機及びターボチャージャ - Google Patents
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- F02B39/16—Other safety measures for, or other control of, pumps
Definitions
- the present disclosure relates to centrifugal compressors and turbochargers.
- a bypass valve (blow-off valve or recirculation valve) is provided at the outlet of the centrifugal compressor in order to avoid an excessive increase in the discharge pressure of the compressor.
- a ration valve also called a ration valve
- At least one embodiment of the present disclosure provides a centrifugal compressor capable of reducing noise generated at the connection between the compressor inlet flow path and the bypass flow path, and a turbocharger including the same. aim.
- a centrifugal compressor includes: an impeller; a compressor inlet channel that guides air to the impeller; a scroll flow path provided on the outer peripheral side of the impeller; a bypass flow path that branches from the scroll flow path, bypasses the impeller, and connects to the compressor inlet flow path; with The flow path cross section of the bypass flow path at the connection position where the bypass flow path and the compressor inlet flow path are connected is defined as the outlet cross section of the bypass flow path, and the impeller is positioned closer to the center of the outlet cross section than the outlet cross section.
- a first range is defined as a range downstream in the axial direction of the center and upstream in the rotational direction of the impeller from the center, and a flow belonging to the first range among the flow path wall surfaces of the bypass flow path in the outlet cross section If the road wall surface is defined as the first range wall surface, At least the first range wall surface portion of the flow path wall surface of the bypass flow path in the outlet cross section is configured by a curved line.
- a turbocharger includes: The centrifugal compressor and a turbine connected to the centrifugal compressor via a rotating shaft are provided.
- a centrifugal compressor and a turbocharger including the same are provided that can reduce noise generated at the connection between the compressor inlet flow path and the bypass flow path.
- FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a schematic configuration of a turbocharger 2 according to one embodiment
- FIG. FIG. 3 is a diagram showing an example of a cross section of the bypass flow channel 16 at a connection position P where the bypass flow channel 16 of the centrifugal compressor 4 and the compressor inlet flow channel 40 shown in FIG. 1 are connected. It is a figure for demonstrating the detailed structure of the flow-path cross section shown to FIG. 2A.
- FIG. 10 is a view showing a cross section of the bypass flow path 16 at a connection position P where the bypass flow path 16 and the compressor inlet flow path 40 are connected in the comparative embodiment;
- FIG. 10 is a diagram schematically showing the flow of vortex V1 in the vicinity of the connecting portion between the bypass flow path 16 and the compressor inlet flow path 40 in the comparative embodiment
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing the vorticity in the vicinity of the connecting portion between the bypass flow path 16 and the compressor inlet flow path 40 in the comparative embodiment
- FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of a cross section perpendicular to the axial direction at a connecting portion between a bypass flow channel 16 and a compressor inlet flow channel 40 of the centrifugal compressor 4 shown in FIG. 1;
- FIG. 10 is a view showing a cross section of the bypass flow path 16 at a connection position P where the bypass flow path 16 and the compressor inlet flow path 40 are connected in the comparative embodiment;
- FIG. 10 is a view showing a cross section of the bypass flow path 16 at a connection position P where the bypass flow path 16 and the compressor inlet flow path 40 are connected in the comparative embodiment;
- expressions that express shapes such as squares and cylinders do not only represent shapes such as squares and cylinders in a geometrically strict sense, but also include irregularities and chamfers to the extent that the same effect can be obtained.
- the shape including the part etc. shall also be represented.
- the expressions “comprising”, “comprising”, “having”, “including”, or “having” one component are not exclusive expressions excluding the presence of other components.
- FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a schematic configuration of a turbocharger 2 according to one embodiment.
- FIG. 1 shows a schematic cross section along the axis of rotation 8 in the centrifugal compressor 4 of the turbocharger 2 .
- the turbocharger 2 includes a centrifugal compressor 4 and a turbine 12 connected to the centrifugal compressor 4 .
- the impeller 6 of the centrifugal compressor 4 and the turbine wheel 10 of the turbine 12 are connected via a rotating shaft 8 .
- axial direction it means the axial direction of the impeller 6, when simply described as “radial direction”, it means the radial direction of the impeller 6, and simply described as “circumferential direction”. If so, it means the circumferential direction of the impeller 6 .
- the centrifugal compressor 4 includes an impeller 6 , a compressor inlet channel 40 extending axially to guide air to the impeller 6 , and a diffuser channel 42 to decelerate the air flow past the impeller 6 .
- a scroll-shaped scroll channel 14 provided on the outer peripheral side of the impeller 6 (the outer peripheral side of the diffuser channel 42), and the scroll channel 14 branches off and connects to the compressor inlet channel 40 while bypassing the impeller 6.
- a bypass flow path 16 and a bypass valve 18 provided in the bypass flow path 16 are provided.
- the “upstream side in the axial direction” means the upstream side of the air flow in the compressor inlet channel 40 in the axial direction
- the “downstream side in the axial direction” means the axial direction of the compressor inlet channel 40. It means the downstream side of the air flow.
- the bypass flow path 16 includes a scroll-side flow path portion 16 a connected to the scroll flow path 14 , a compressor inlet-side flow path portion 16 b connected to the compressor inlet flow path 40 , and a valve body accommodating the valve body 24 of the bypass valve 18 . and an accommodating portion 16c.
- the scroll-side channel portion 16a extends from the outlet pipe 38 of the scroll channel 14 in the axial direction opposite to the turbine 12 and connects to the valve body accommodation portion 16c.
- the compressor inlet channel portion 16b extends radially outward from the compressor inlet channel 40 and connects to the valve housing portion 16c.
- the bypass valve 18 is controlled to open and close by an actuator 19, and is opened when the discharge pressure of the centrifugal compressor 4 excessively rises and exceeds a threshold value. It is returned to the inlet channel 40 .
- FIG. 2A is a diagram showing an example of a flow path cross section of the bypass flow path 16 at a connection position P where the bypass flow path 16 and the compressor inlet flow path 40 are connected.
- FIG. 2B is a diagram for explaining the detailed configuration of the cross section of the flow path shown in FIG. 2A.
- the connection position P is the position of the boundary between the bypass flow path 16 and the compressor inlet flow path 40, that is, the position of the opening end of the bypass flow path 16 on the side of the compressor inlet flow path 40 (the outlet of the bypass flow path 16). position).
- the flow channel cross section of the bypass flow channel 16 at the connection position P (the flow channel cross section at the outlet of the bypass flow channel 16) is defined as the outlet cross section 16P of the bypass flow channel 16.
- the channel wall surface 16S of the bypass channel 16 at the outlet cross section 16P has an elliptical shape.
- the elliptical shape of the flow path wall surface 16S in the outlet cross section 16P includes the long axis along the axial direction of the impeller 6, the axial direction of the impeller 6, and the radial direction of the impeller 6 at the center O (the center of the ellipse) of the outlet cross section 16P. (the direction of rotation of the impeller 6 at the center O of the outlet section 16P) perpendicular to each of the minor axes.
- the dimension L1 of the outlet cross section 16P in the axial direction of the impeller 6 is larger than the dimension L2 of the outlet cross section 16P in the orthogonal direction.
- the axial direction downstream side of the center O of the outlet cross section 16P (the centroid of the outlet cross section 16P) and the upstream side of the impeller 6 rotation direction of the center O
- the range (the hatched range in FIG. 2B) is defined as a first range S1
- the range downstream of the center O in the axial direction and downstream of the center O in the rotational direction of the impeller 6 is defined as a second range S2.
- a third range S3 is defined as a range on the upstream side of the center O in the axial direction and on the downstream side of the center O in the rotational direction of the impeller 6.
- a range on the upstream side in the rotational direction of the impeller 6 is defined as a fourth range S4.
- the flow channel wall surface 16S of the bypass flow channel 16 in the outlet cross section 16P is defined as the first range wall surface portion 16S1, and the flow channel wall surface 16S of the bypass flow channel 16 in the outlet cross section 16P.
- the flow channel wall surface belonging to the second range S2 is defined as the second range wall surface portion 16S2
- the flow channel wall surface belonging to the third range S3 of the flow channel wall surface 16S of the bypass flow channel 16 in the outlet cross section 16P is defined as the third range
- the wall surface portion 16S3 is defined as the wall surface portion 16S3
- the flow channel wall surface belonging to the fourth range S4 among the flow channel wall surfaces 16S of the bypass flow channel 16 in the outlet cross section 16P is defined as the fourth range wall surface portion 16S4.
- At least the first range wall surface portion 16S1 of the flow path wall surface 16S of the bypass flow path 16 in the outlet cross section 16P is configured by a curved line C1 whose curvature changes toward the downstream side in the axial direction.
- each of the first range wall surface portion 16S1, the second range wall surface portion 16S2, the third range wall surface portion 16S3, and the fourth range wall surface portion 16S4 is formed by a curve whose curvature changes toward the downstream side in the axial direction. It is configured.
- the first range wall surface portion 16S1 is configured by a curve C11 whose curvature decreases toward the upstream side in the axial direction
- the second range wall surface portion 16S2 has a curvature that decreases toward the upstream side in the axial direction.
- the third range wall surface portion 16S3 is configured by a curve C13 whose curvature increases toward the upstream side in the axial direction
- the fourth range wall surface portion 16S4 has a curvature that increases toward the upstream side in the axial direction. is formed by a curve C14 in which .
- FIG. 4 is a diagram schematically showing the flow of the vortex V1 in the vicinity of the connecting portion between the bypass channel 16 and the compressor inlet channel 40 in the comparative embodiment.
- FIG. 5 is a cross-sectional view showing the vorticity in the vicinity of the connecting portion between the bypass flow path 16 and the compressor inlet flow path 40 in the comparative embodiment.
- the centrifugal compressor 4 when the centrifugal compressor 4 is operated at a small flow rate and a reverse flow occurs from the impeller side to the compressor inlet channel 40, the reverse flow causes the outlet of the bypass channel 16 shown in FIG.
- the linear portion of the first range wall surface portion 16S1 extends in the flow direction.
- the centrifugal compressor 4 according to the above-described embodiment, at least the first range wall surface portion 16S1 of the flow passage wall surface 16S of the bypass flow passage 16 in the outlet cross section 16P is formed by the curved line C1, and is linear. Since no portion is included, the flow is more stable than in the above-described comparative embodiment, and noise generated at the connecting portion between the compressor inlet flow path 40 and the bypass flow path 16 can be reduced. Moreover, since it is only necessary to change the shape of the first range wall surface portion 16S1, significant improvement in design is not required, and costs can be reduced.
- At least the first range wall surface portion 16S1 of the flow path wall surface 16S of the bypass flow path 16 in the outlet cross section 16P has a curvature that changes toward the downstream side in the axial direction. Since it is configured by the curve C1 (a concave curve in the illustrated example), the area of the outlet cross section 16P can be increased compared to a cross-sectional shape with a constant curvature (perfectly circular shape). Therefore, the necessary cross-sectional area of the flow path can be secured without increasing the width of the flow path. In addition, by suppressing the expansion of the flow path width, it is possible to suppress the occurrence of cavity flow against the swirl flow, thereby suppressing the generation of noise.
- the flow channel wall surface 16S of the bypass flow channel 16 has an elliptical shape at the outlet cross section 16P of the bypass flow channel 16, and the elliptical shape extends in the axial direction of the impeller 6. and a short axis along said orthogonal direction, the dimension L1 of the outlet section 16P in the axial direction of the impeller 6 being greater than the dimension L2 of the outlet section 16P in said orthogonal direction.
- the bypass channel 16 has a circular cross-sectional section 16b1 having a circular channel cross-section and a cross-sectional shape positioned between the circular cross-sectional section 16b1 and the connection position P. and a change section 16b2.
- one end of the circular cross-sectional section 16b1 is connected to the valve housing portion 16c, and the other end of the circular cross-sectional section 16b1 is connected to one end of the cross-sectional shape changing section 16b2.
- the other end of the cross-sectional shape changing section 16b2 is connected to the compressor inlet channel 40 .
- the ratio L1/L2 of the dimension L1 is defined as the cross-sectional dimension ratio L1/L2
- the cross-sectional shape changing section 16b2 is configured such that the cross-sectional dimension ratio L1/L2 increases as the compressor inlet flow path 40 is approached.
- the circular cross-sectional section 16b1 which is a section that is somewhat distant from the connection position P and has little influence on the noise in the bypass flow path 16, has a simple circular flow path cross section with low flow path resistance. , an increase in pressure loss can be suppressed.
- the cross-sectional dimension ratio L1/L2 gradually increases until it reaches the same value as the cross-sectional dimension ratio L1/L2 of the exit cross section 16P, without abrupt changes. It is possible to achieve both suppression of the increase and reduction of the noise.
- FIG. 6 is a diagram schematically showing an example of a cross section orthogonal to the axial direction at the connecting portion between the bypass channel 16 and the compressor inlet channel 40 of the centrifugal compressor 4 shown in FIG.
- the flow path wall surface 16S of the compressor inlet side flow path portion 16b of the bypass flow path 16 has a first wall surface 16Sa and a second wall surface facing the first wall surface 16Sa in a cross section orthogonal to the axial direction. 16Sb.
- the first wall surface 16Sa is positioned upstream of the second wall surface 16Sb in the rotational direction of the impeller 6 .
- At least one of the first wall surface 16Sa and the second wall surface 16Sb is directed upstream in the rotational direction R of the impeller 6 as it approaches the compressor inlet flow path 40 in a partial range adjacent to the compressor inlet flow path 40.
- the second wall surface 16Sb is arranged in a partial range adjacent to the compressor inlet flow path 40 so as to move upstream in the rotation direction of the impeller 6 as it approaches the compressor inlet flow path 40. It is composed of a smoothly curved curve C22.
- a fillet 26 is formed at the connecting portion between the first wall surface 16Sa and the compressor inlet flow channel 40, and a fillet 28 is formed at the connecting portion between the second wall surface 16Sb and the compressor inlet flow channel 40.
- the surface 26a of the fillet 26 is convexly curved toward the upstream side in the rotation direction of the impeller 6 as it approaches the compressor inlet flow path 40, and the curve C21 is the fillet. 26 surfaces 26a.
- the surface 28a of the fillet 28 is concavely curved toward the upstream side in the rotational direction of the impeller 6 as it approaches the compressor inlet flow path 40, and the curve C22 of the fillet 28 It is constituted by surface 28a.
- the flow Fb that flows out from the bypass flow path 16 is bent toward the upstream side in the rotation direction R of the impeller 6 .
- the backflow from the impeller 6 has a swirl component Fc in the same direction as the impeller 6 rotation. Therefore, the flow Fb flowing out from the bypass flow path 16 is bent toward the upstream side in the rotational direction R of the impeller 6, and as a result, faces the swirl component Fc of the above-described reverse flow from the impeller 6, resulting in a reverse flow. can be canceled to suppress the generation of the above-described vortices. As a result, noise generated at the connecting portion between the compressor inlet flow path 40 and the bypass flow path 16 can be effectively reduced.
- the channel wall surface 16S of the bypass channel 16 at the outlet cross section 16P has an elliptical shape, but the shape of the channel wall surface 16S of the bypass channel 16 at the outlet cross section 16P is elliptical.
- the shape is not limited as long as at least the first range wall surface portion 16S1 is configured by a curved line.
- the shape of the flow channel wall surface 16S of the bypass flow channel 16 at the outlet cross section 16P may be, for example, the shape shown in FIG. 7 or the shape shown in FIG. Alternatively, it may be a perfect circle.
- the first range S1 to fourth range S4 are defined as described above, and the first range wall surface portion 16S1 to fourth range wall surface portion 16S4 are defined
- the first range The wall surface portion 16S1 and the second range wall surface portion 16S2 are formed by halves of an ellipse
- the third range wall surface portion 16S3 and the fourth range wall surface portion 16S4 are formed by semicircles.
- the dimension of the outlet cross-section 16P in the axial direction is greater than the dimension of the outlet cross-section 16P in the orthogonal direction orthogonal to each of the axial and radial directions.
- the first range S1 to fourth range S4 are defined as described above, and the first range wall surface portion 16S1 to fourth range wall surface portion 16S4 are defined
- the first range The wall surface portion 16S1 and the second range wall surface portion 16S2 are composed of halves of an ellipse
- the third range wall surface portion 16S3 and the fourth range wall surface portion 16S4 are composed of halves of a rounded rectangle.
- the dimension of the outlet cross-section 16P in the axial direction is greater than the dimension of the outlet cross-section 16P in the orthogonal direction orthogonal to each of the axial and radial directions.
- At least the first range wall surface portion 16S1 is configured by a curved line whose curvature changes toward the downstream side in the axial direction, and includes a linear portion. Therefore, the noise generated at the connecting portion between the compressor inlet channel 40 and the bypass channel 16 can be effectively reduced.
- a centrifugal compressor according to at least one embodiment of the present disclosure, an impeller; a compressor inlet channel that guides air to the impeller; a scroll flow path provided on the outer peripheral side of the impeller; a bypass flow path that branches from the scroll flow path, bypasses the impeller, and connects to the compressor inlet flow path; with The flow path cross section of the bypass flow path at the connection position where the bypass flow path and the compressor inlet flow path are connected is defined as the outlet cross section of the bypass flow path, and the impeller is positioned closer to the center of the outlet cross section than the outlet cross section.
- a first range is defined as a range downstream in the axial direction of the center and upstream in the rotational direction of the impeller from the center, and a flow belonging to the first range among the flow path wall surfaces of the bypass flow path in the outlet cross section If the road wall surface is defined as the first range wall surface, At least the first range wall surface portion of the flow path wall surface of the bypass flow path in the outlet cross section is configured by a curved line.
- the first range wall surface portion includes a linear portion. It has been clarified that noise (wind noise) is generated by the vortex generated in the linear portion of the wall surface of the first area due to the backflow.
- At least the first range wall surface portion of the flow passage wall surface of the bypass flow passage in the outlet cross section is composed only of curved lines, and the linear portion is not included, the flow is more stable than when the first range wall portion includes a linear portion, and the noise generated at the connection portion between the compressor inlet flow path and the bypass flow path can be reduced. can.
- At least the first range wall surface portion of the flow path wall surface of the bypass flow path in the outlet cross section is configured by a curve whose curvature changes toward the downstream side in the axial direction.
- the area of the outlet cross section can be increased compared to a cross-sectional shape with a constant curvature (perfectly circular shape). Therefore, the necessary cross-sectional area of the flow path can be secured without increasing the width of the flow path.
- by suppressing the expansion of the flow path width it is possible to suppress the occurrence of cavity flow against the swirl flow, thereby suppressing the generation of noise.
- since it is only necessary to change the shape of the wall surface portion of the first range significant improvement in design is not required, and costs can be reduced.
- the dimension of the outlet cross-section in the axial direction is greater than the dimension of the outlet cross-section in an orthogonal direction perpendicular to each of the axial direction and the radial direction of the impeller.
- the bypass channel includes a circular cross-sectional section having a circular channel cross section and a cross-sectional shape changing section located between the circular cross-sectional section and the connection position, Regarding the flow channel cross section at each position of the cross-sectional shape change section, if the ratio of the dimension of the flow channel cross section in the axial direction to the dimension of the flow channel cross section in the orthogonal direction is defined as a cross-sectional dimension ratio,
- the cross-sectional shape changing section is configured such that the cross-sectional dimension ratio increases as it approaches the compressor inlet flow path.
- the centrifugal compressor described in (4) above in the circular cross-sectional section, which is a section that is somewhat away from the connection position and has little effect on the noise in the bypass flow path, a simple circular flow with low flow resistance Since it has a cross-section, it is possible to suppress an increase in pressure loss. In addition, since the cross-sectional dimension ratio increases as the outlet cross section that causes the noise generation is approached, it is possible to suppress an increase in pressure loss and reduce the noise.
- At least the first range wall surface portion of the flow path wall surface of the bypass flow path in the outlet cross section is configured by a curve whose curvature decreases toward the upstream side in the axial direction.
- a channel wall surface of the bypass channel in the outlet cross section has an elliptical shape.
- the elliptical shape of the flow path wall surface in the outlet cross section includes a major axis along the axial direction and a minor axis along a direction perpendicular to each of the axial direction and the radial direction of the impeller.
- a flow path wall surface of the bypass flow path includes a first wall surface and a second wall surface facing the first wall surface in a cross section orthogonal to the axial direction of the impeller, At least one of the first wall surface and the second wall surface is formed in a partial range adjacent to the compressor inlet channel so as to face upstream in the rotational direction as the compressor inlet channel is approached.
- the flow flowing out from the bypass flow path to the compressor inlet flow path is bent toward the upstream side in the rotational direction of the impeller.
- the backflow from the impeller has a swirl component in the same direction as the impeller rotation direction. Therefore, the flow flowing out of the bypass flow path is bent toward the upstream side in the rotational direction of the impeller, and as a result, counteracts the swirl component of the above-described backflow from the impeller, thereby canceling the backflow and causing the above-described vortex. can be suppressed. As a result, noise generated at the connecting portion between the compressor inlet flow path and the bypass flow path can be effectively reduced.
- the first wall surface is positioned upstream of the second wall surface in the rotational direction of the impeller,
- a fillet is formed at the connecting portion between the first wall surface and the compressor inlet flow channel, and in a cross section perpendicular to the axial direction, the surface of the fillet increases in the rotational direction of the impeller as it approaches the compressor inlet flow channel. It curves convexly toward the upstream side.
- the first wall surface is positioned upstream of the second wall surface in the rotational direction of the impeller, A fillet is formed at the connecting portion between the second wall surface and the compressor inlet channel, and in a cross section perpendicular to the axial direction, the surface of the fillet increases in the rotational direction of the impeller as it approaches the compressor inlet channel. It curves concavely toward the upstream side.
- the effect described in (7) above is obtained while suppressing stress concentration at the connection portion between the second wall surface of the bypass channel and the compressor inlet channel by the fillet. be able to.
- a turbocharger according to at least one embodiment of the present disclosure, A centrifugal compressor according to any one of (2) to (10) above, and a turbine connected to the centrifugal compressor via a rotating shaft.
- turbocharger since it includes the centrifugal compressor described in any one of (1) to (10) above, noise generated at the connecting portion between the compressor inlet flow path and the bypass flow path can be reduced.
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Abstract
遠心圧縮機において、バイパス流路とコンプレッサ入口流路とが接続する接続位置におけるバイパス流路の流路断面をバイパス流路の出口断面と定義し、出口断面において出口断面の中心よりもインペラの軸方向における下流側且つ中心よりもインペラの回転方向における上流側の範囲を第１範囲と定義し、出口断面におけるバイパス流路の流路壁面のうち第１範囲に属する流路壁面を第１範囲壁面部と定義すると、出口断面におけるバイパス流路の流路壁面のうち少なくとも第１範囲壁面部は、曲線によって構成される。
Description
本開示は、遠心圧縮機及びターボチャージャに関する。
例えば特許文献１に記載されるように、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弁（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弁が開となり、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。
本願発明者の知見によれば、上述したバイパス流路を備える遠心圧縮機では、インペラに空気を導くコンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部において、インペラ側からの逆流が発生した際に騒音が発生することがあった。
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態は、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を低減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。
上記目的を達成するため、本開示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案内するコンプレッサ入口流路と、
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し、前記インペラを迂回して前記コンプレッサ入口流路に接続するバイパス流路と、
を備え、
前記バイパス流路と前記コンプレッサ入口流路とが接続する接続位置における前記バイパス流路の流路断面を前記バイパス流路の出口断面と定義し、前記出口断面において前記出口断面の中心よりも前記インペラの軸方向における下流側且つ前記中心よりも前記インペラの回転方向における上流側の範囲を第１範囲と定義し、前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち前記第１範囲に属する流路壁面を第１範囲壁面部と定義すると、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、曲線によって構成される。
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流路と、
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し、前記インペラを迂回して前記コンプレッサ入口流路に接続するバイパス流路と、
を備え、
前記バイパス流路と前記コンプレッサ入口流路とが接続する接続位置における前記バイパス流路の流路断面を前記バイパス流路の出口断面と定義し、前記出口断面において前記出口断面の中心よりも前記インペラの軸方向における下流側且つ前記中心よりも前記インペラの回転方向における上流側の範囲を第１範囲と定義し、前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち前記第１範囲に属する流路壁面を第１範囲壁面部と定義すると、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、曲線によって構成される。
上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係るターボチャージャは、
前記遠心圧縮機と、前記遠心圧縮機と回転軸を介して連結されたタービンと、を備える。
前記遠心圧縮機と、前記遠心圧縮機と回転軸を介して連結されたタービンと、を備える。
本開示の少なくとも一実施形態によれば、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を低減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。
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、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。
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１は、ターボチャージャ２の遠心圧縮機４における回転軸８に沿った概略断面を示している。
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に連結されたタービン１２とを備える。遠心圧縮機４のインペラ６とタービン１２のタービンホイール１０とは、回転軸８を介して連結されている。以下では、単に「軸方向」と記載する場合にはインペラ６の軸方向を意味し、単に「径方向」と記載する場合にはインペラ６の径方向を意味し、単に「周方向」と記載する場合にはインペラ６の周方向を意味することとする。
遠心圧縮機４は、インペラ６と、インペラ６に空気を案内するように軸方向に沿って延在するコンプレッサ入口流路４０と、インペラ６を通過した空気の流れを減速させるディフューザ流路４２と、インペラ６の外周側（ディフューザ流路４２の外周側）に設けられたスクロール状のスクロール流路１４と、スクロール流路１４から分岐し、インペラ６を迂回してコンプレッサ入口流路４０に接続するバイパス流路１６と、バイパス流路１６に設けられたバイパス弁１８と、を備える。以下、「軸方向における上流側」とは、軸方向におけるコンプレッサ入口流路４０の空気の流れの上流側を意味し、「軸方向における下流側」とは、軸方向におけるコンプレッサ入口流路４０の空気の流れの下流側を意味する。
バイパス流路１６は、スクロール流路１４に接続するスクロール側流路部１６ａと、コンプレッサ入口流路４０に接続するコンプレッサ入口側流路部１６ｂと、バイパス弁１８の弁体２４を収容する弁体収容部１６ｃとを含む。図示する例示的な形態では、スクロール側流路部１６ａは、スクロール流路１４の出口管３８から軸方向におけるタービン１２と反対側に延在して弁体収容部１６ｃに接続する。コンプレッサ入口側流路部１６ｂは、コンプレッサ入口流路４０から径方向における外側に延在して弁体収容部１６ｃに接続する。
バイパス弁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て閾値を超えた場合に開となり、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流路４０に還流させる。
図２Ａは、バイパス流路１６とコンプレッサ入口流路４０とが接続する接続位置Ｐにおけるバイパス流路１６の流路断面の一例を示す図である。図２Ｂは、図２Ａに示した流路断面の詳細構成を説明するための図である。なお、接続位置Ｐとは、バイパス流路１６とコンプレッサ入口流路４０との境界の位置、すなわち、バイパス流路１６におけるコンプレッサ入口流路４０側の開口端の位置（バイパス流路１６の出口の位置）を意味する。本明細書では、接続位置Ｐにおけるバイパス流路１６の流路断面（バイパス流路１６の出口の流路断面）をバイパス流路１６の出口断面１６Ｐと定義する。
図２Ａ及び図２Ｂに示す例では、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓは、楕円形状を有する。また、出口断面１６Ｐにおける流路壁面１６Ｓの楕円形状は、インペラ６の軸方向に沿った長軸と、インペラ６の軸方向及び出口断面１６Ｐの中心Ｏ（楕円の中心）におけるインペラ６の径方向の各々に直交する直交方向（出口断面１６Ｐの中心Ｏにおけるインペラ６の回転方向）に沿った短軸とを含んでいる。また、図２Ｂに示すように、インペラ６の軸方向における出口断面１６Ｐの寸法Ｌ１は、上記直交方向における出口断面１６Ｐの寸法Ｌ２よりも大きい。
ここで、図２Ｂに示すように、出口断面１６Ｐにおいて、出口断面１６Ｐの中心Ｏ（出口断面１６Ｐの図心）よりも軸方向における下流側且つ中心Ｏよりもインペラ６の回転方向における上流側の範囲（図２Ｂにおけるハッチングを付した範囲）を第１範囲Ｓ１と定義し、中心Ｏよりも軸方向における下流側且つ中心Ｏよりもインペラ６の回転方向における下流側の範囲を第２範囲Ｓ２と定義し、中心Ｏよりも軸方向における上流側且つ該中心Ｏよりもインペラ６の回転方向における下流側の範囲を第３範囲Ｓ３と定義し、中心Ｏよりも軸方向における上流側且つ該中心Ｏよりもインペラ６の回転方向における上流側の範囲を第４範囲Ｓ４と定義する。
また、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓのうち第１範囲Ｓ１に属する流路壁面を第１範囲壁面部１６Ｓ１と定義し、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓのうち第２範囲Ｓ２に属する流路壁面を第２範囲壁面部１６Ｓ２と定義し、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓのうち第３範囲Ｓ３に属する流路壁面を第３範囲壁面部１６Ｓ３と定義し、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓのうち第４範囲Ｓ４に属する流路壁面を第４範囲壁面部１６Ｓ４と定義する。
図２Ｂに示すように、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓのうち、少なくとも第１範囲壁面部１６Ｓ１は、軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線Ｃ１によって構成される。図示する例では、第１範囲壁面部１６Ｓ１、第２範囲壁面部１６Ｓ２、第３範囲壁面部１６Ｓ３及び第４範囲壁面部１６Ｓ４の各々は、軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線によって構成されている。図示する例では、第１範囲壁面部１６Ｓ１は、軸方向における上流側に向かうにつれて曲率が小さくなる曲線Ｃ１１によって構成され、第２範囲壁面部１６Ｓ２は、軸方向における上流側に向かうにつれて曲率が小さくなる曲線Ｃ１２によって構成され、第３範囲壁面部１６Ｓ３は、軸方向における上流側に向かうにつれて曲率が大きくなる曲線Ｃ１３によって構成され、第４範囲壁面部１６Ｓ４は、軸方向における上流側に向かうにつれて曲率が大きくなる曲線Ｃ１４によって構成される。
ここで、上記遠心圧縮機４が奏する効果について、出口断面１６Ｐが図３に示す形状を有する比較形態と対比して説明する。図３に示す比較形態では、バイパス流路１６の出口断面１６Ｐにおいて、バイパス流路１６の流路壁面１６Ｓが角丸正方形（角が丸い正方形）であり、角丸正方形の各辺に直線状部が含まれている。図４は、比較形態におけるバイパス流路１６とコンプレッサ入口流路４０との接続部近傍における渦Ｖ１の流れを模式的に示す図である。図５は、比較形態におけるバイパス流路１６とコンプレッサ入口流路４０との接続部近傍における渦度を示す断面図である。
比較形態では、遠心圧縮機４が小流量で運転している時にインペラ側からコンプレッサ入口流路４０へ逆流する流れが発生すると、この逆流に起因して、図３に示すバイパス流路１６の出口断面１６Ｐにおける範囲Ｓ１（出口断面１６Ｐの中心Ｏよりも軸方向における下流側且つ中心Ｏよりもインペラ６の回転方向における上流側の範囲）において、第１範囲壁面部１６Ｓ１の直線状部で流れ方向に急激な変化が生じて渦Ｖ１（図４及び図５参照）が発生することで、その渦Ｖ１によって騒音（風切り音）が発生していることが明らかとなった。
これに対し、上記実施形態に係る遠心圧縮機４では、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓのうち、少なくとも第１範囲壁面部１６Ｓ１は、曲線Ｃ１によって構成されており、直線状部を含んでいないため、上記比較形態と比較して流れが安定し、コンプレッサ入口流路４０とバイパス流路１６との接続部で発生する騒音を低減することができる。また、第１範囲壁面部１６Ｓ１の形状のみを変化させればよいため、大幅な改良設計が要らず、コストを抑えられる。
また、上記実施形態に係る遠心圧縮機４では、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓのうち、少なくとも第１範囲壁面部１６Ｓ１は、軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線Ｃ１（図示する例では凹曲線）によって構成されているため、曲率が一定の断面形状（真円形状）と比較して、出口断面１６Ｐの面積を広くすることができる。そのため、必要となる流路断面積を、流路幅を大きくすることなく確保することができる。また、流路幅の拡大を抑制することにより、旋回流に対するキャビティ流れの発生を抑制し、騒音の発生を抑制することができる。
また、上述のように、上記実施形態では、バイパス流路１６の出口断面１６Ｐにおいて、バイパス流路１６の流路壁面１６Ｓは楕円形状を有しており、該楕円形状は、インペラ６の軸方向に沿った長軸と上記直交方向に沿った短軸とを含んでおり、インペラ６の軸方向における出口断面１６Ｐの寸法Ｌ１は、上記直交方向における出口断面１６Ｐの寸法Ｌ２よりも大きくなっている。これらの特徴の各々により、コンプレッサ入口流路４０とバイパス流路１６との接続部で発生する騒音を効果的に低減することができる。特に、上記楕円形状の長軸が軸方向の流れと平行になれば、流路面積を多く確保できるうえに旋回流の影響を受けにくくなるため、旋回流に起因する騒音（風切り音）の発生を効果的に低減することができる。
幾つかの実施形態では、例えば図１に示すように、バイパス流路１６は、円形の流路断面を有する円形断面区間１６ｂ１と、円形断面区間１６ｂ１と接続位置Ｐとの間に位置する断面形状変化区間１６ｂ２と、を含む。図示する例では、円形断面区間１６ｂ１の一端は弁体収容部１６ｃに接続し、円形断面区間１６ｂ１の他端は断面形状変化区間１６ｂ２の一端に接続する。断面形状変化区間１６ｂ２の他端は、コンプレッサ入口流路４０に接続する。
ここで、断面形状変化区間１６ｂ２の各位置の流路断面について、インペラ６の軸方向及びインペラ６の径方向の各々に直交する直交方向における流路断面の寸法Ｌ２に対する軸方向における流路断面の寸法Ｌ１の比率Ｌ１／Ｌ２を断面寸法比Ｌ１／Ｌ２と定義すると、断面形状変化区間１６ｂ２は、コンプレッサ入口流路４０に近づくにつれて、断面寸法比Ｌ１／Ｌ２が大きくなるように構成される。
かかる構成では、接続位置Ｐからある程度離れていてバイパス流路１６における上記騒音に対する影響が少ない区間である円形断面区間１６ｂ１では、流路抵抗の少ないシンプルな円形の流路断面を有しているため、圧力損失の増大を抑制することができる。また、上記騒音発生の原因となる出口断面１６Ｐに近づくにつれて断面寸法比Ｌ１／Ｌ２が出口断面１６Ｐの断面寸法比Ｌ１／Ｌ２と同値になるまで急変することなく緩やかに大きくなるため、圧力損失の増大を抑制することと、上記騒音を低減することとを両立することができる。
図６は、図１に示す遠心圧縮機４のバイパス流路１６とコンプレッサ入口流路４０との接続部における軸方向に直交する断面の一例を模式的に示す図である。
図６に示すように、バイパス流路１６のコンプレッサ入口側流路部１６ｂの流路壁面１６Ｓは、軸方向に直交する断面において、第１壁面１６Ｓａと、第１壁面１６Ｓａと対向する第２壁面１６Ｓｂとを含む。図示する例では、インペラ６の回転方向において、第１壁面１６Ｓａは、第２壁面１６Ｓｂの上流側に位置する。
図６に示すように、バイパス流路１６のコンプレッサ入口側流路部１６ｂの流路壁面１６Ｓは、軸方向に直交する断面において、第１壁面１６Ｓａと、第１壁面１６Ｓａと対向する第２壁面１６Ｓｂとを含む。図示する例では、インペラ６の回転方向において、第１壁面１６Ｓａは、第２壁面１６Ｓｂの上流側に位置する。
また、第１壁面１６Ｓａと第２壁面１６Ｓｂのうち少なくとも一方は、コンプレッサ入口流路４０に隣接する一部の範囲において、コンプレッサ入口流路４０に近づくにつれてインペラ６の回転方向Ｒにおける上流側に向かうように形成される。図示する例では、軸方向に直交する断面において、第１壁面１６Ｓａは、コンプレッサ入口流路４０に隣接する一部の範囲において、コンプレッサ入口流路４０に近づくにつれてインペラ６の回転方向における上流側に向かうように滑らかに湾曲した曲線Ｃ２１により構成されている。また、軸方向に直交する断面において、第２壁面１６Ｓｂは、コンプレッサ入口流路４０に隣接する一部の範囲において、コンプレッサ入口流路４０に近づくにつれてインペラ６の回転方向における上流側に向かうように滑らかに湾曲した曲線Ｃ２２により構成されている。
図示する例では、第１壁面１６Ｓａとコンプレッサ入口流路４０との接続部にはフィレット２６が形成され、第２壁面１６Ｓｂとコンプレッサ入口流路４０との接続部にはフィレット２８が形成されている。この場合、軸方向に直交する断面において、フィレット２６の表面２６ａは、コンプレッサ入口流路４０に近づくにつれてインペラ６の回転方向における上流側に向かうように凸状に湾曲しており、曲線Ｃ２１はフィレット２６の表面２６ａによって構成される。また、軸方向に直交する断面において、フィレット２８の表面２８ａは、コンプレッサ入口流路４０に近づくにつれてインペラ６の回転方向における上流側に向かうように凹状に湾曲しており、曲線Ｃ２２はフィレット２８の表面２８ａによって構成される。
図６に示した構成によれば、バイパス流路１６から流出する流れＦｂは、インペラ６の回転方向Ｒにおける上流側に向かうように曲げられる。一方、インペラ６からの上述の逆流は、インペラ６の回転方向と同一方向の旋回成分Ｆｃを有している。このため、バイパス流路１６から流出する流れＦｂは、インペラ６の回転方向Ｒにおける上流側に向かうように曲げられた結果、インペラ６からの上述の逆流の旋回成分Ｆｃと対向することにより、逆流を打ち消して上述の渦の発生を抑制することができる。これにより、コンプレッサ入口流路４０とバイパス流路１６との接続部で発生する騒音を効果的に低減することができる。
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。
例えば、上述した実施形態では、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓが楕円形状を有する場合を例示したが、出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓの形状は、楕円形状に限らず、少なくとも第１範囲壁面部１６Ｓ１が、曲線によって構成されていればよい。出口断面１６Ｐにおけるバイパス流路１６の流路壁面１６Ｓの形状は、例えば、図７に示す形状や図８に示す形状等であってもよく、軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線や、真円であってもよい。
図７に示す出口断面１６Ｐの例では、上述のように第１範囲Ｓ１～第４範囲Ｓ４を定義し、第１範囲壁面部１６Ｓ１～第４範囲壁面部１６Ｓ４を定義した場合に、第１範囲壁面部１６Ｓ１と第２範囲壁面部１６Ｓ２とが楕円の半分により構成され、第３範囲壁面部１６Ｓ３と第４範囲壁面部１６Ｓ４とが半円により構成されている。図７に示す例では、軸方向における出口断面１６Ｐの寸法は、上記軸方向及び径方向の各々と直交する直交方向における出口断面１６Ｐの寸法よりも大きい。
図８に示す出口断面１６Ｐの例では、上述のように第１範囲Ｓ１～第４範囲Ｓ４を定義し、第１範囲壁面部１６Ｓ１～第４範囲壁面部１６Ｓ４を定義した場合に、第１範囲壁面部１６Ｓ１と第２範囲壁面部１６Ｓ２とが楕円の半分により構成され、第３範囲壁面部１６Ｓ３と第４範囲壁面部１６Ｓ４とが角丸長方形の半分により構成されている。図７に示す例では、軸方向における出口断面１６Ｐの寸法は、上記軸方向及び径方向の各々と直交する直交方向における出口断面１６Ｐの寸法よりも大きい。
図７に示す構成及び図８に示す構成の何れにおいても、少なくとも第１範囲壁面部１６Ｓ１は、軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線によって構成されており、直線状部を含んでいないため、コンプレッサ入口流路４０とバイパス流路１６との接続部で発生する騒音を効果的に低減することができる。
上記各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。
（１）本開示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案内するコンプレッサ入口流路と、
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し、前記インペラを迂回して前記コンプレッサ入口流路に接続するバイパス流路と、
を備え、
前記バイパス流路と前記コンプレッサ入口流路とが接続する接続位置における前記バイパス流路の流路断面を前記バイパス流路の出口断面と定義し、前記出口断面において前記出口断面の中心よりも前記インペラの軸方向における下流側且つ前記中心よりも前記インペラの回転方向における上流側の範囲を第１範囲と定義し、前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち前記第１範囲に属する流路壁面を第１範囲壁面部と定義すると、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、曲線によって構成される。
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流路と、
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し、前記インペラを迂回して前記コンプレッサ入口流路に接続するバイパス流路と、
を備え、
前記バイパス流路と前記コンプレッサ入口流路とが接続する接続位置における前記バイパス流路の流路断面を前記バイパス流路の出口断面と定義し、前記出口断面において前記出口断面の中心よりも前記インペラの軸方向における下流側且つ前記中心よりも前記インペラの回転方向における上流側の範囲を第１範囲と定義し、前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち前記第１範囲に属する流路壁面を第１範囲壁面部と定義すると、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、曲線によって構成される。
本願発明者の検討によれば、遠心圧縮機が小流量で運転している時にインペラ側からコンプレッサ入口流路へ逆流する流れが発生すると、第１範囲壁面部が直線状部を含んでいると、上記逆流に起因して第１範囲壁面部の直線状部で渦が発生することで、その渦によって騒音（風切り音）が発生していることが明らかとなった。
これに対し、上記（１）に記載の遠心圧縮機によれば、出口断面におけるバイパス流路の流路壁面のうち、少なくとも第１範囲壁面部は、曲線のみによって構成されており、直線状部を含んでいないため、第１範囲壁面部が直線状部を含んで言う場合と比較して流れが安定し、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を低減することができる。
これに対し、上記（１）に記載の遠心圧縮機によれば、出口断面におけるバイパス流路の流路壁面のうち、少なくとも第１範囲壁面部は、曲線のみによって構成されており、直線状部を含んでいないため、第１範囲壁面部が直線状部を含んで言う場合と比較して流れが安定し、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を低減することができる。
（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、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、前記軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線によって構成される。
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、前記軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線によって構成される。
上記（２）に記載の遠心圧縮機によれば、曲率が一定の断面形状（真円形状）と比較して、出口断面の面積を広くすることができる。そのため、必要となる流路断面積を、流路幅を大きくすることなく確保することができる。また、流路幅の拡大を抑制することにより、旋回流に対するキャビティ流れの発生を抑制し、騒音の発生を抑制することができる。また、第一範囲壁面部の形状のみを変化させればよいため、大幅な改良設計が要らず、コストを抑えられる。
（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、
前記軸方向における前記出口断面の寸法は、前記軸方向及び前記インペラの径方向の各々と直交する直交方向における前記出口断面の寸法よりも大きい。
前記軸方向における前記出口断面の寸法は、前記軸方向及び前記インペラの径方向の各々と直交する直交方向における前記出口断面の寸法よりも大きい。
上記（３）に記載の遠心圧縮機によれば、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を効果的に低減することができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載の遠心圧縮機において、
前記バイパス流路は、円形の流路断面を有する円形断面区間と、前記円形断面区間と前記接続位置との間に位置する断面形状変化区間と、を含み、
前記断面形状変化区間の各位置の流路断面について、前記直交方向における前記流路断面の寸法に対する前記軸方向における前記流路断面の寸法の比率を断面寸法比と定義すると、
前記断面形状変化区間は、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて、前記断面寸法比が大きくなるように構成される。
前記バイパス流路は、円形の流路断面を有する円形断面区間と、前記円形断面区間と前記接続位置との間に位置する断面形状変化区間と、を含み、
前記断面形状変化区間の各位置の流路断面について、前記直交方向における前記流路断面の寸法に対する前記軸方向における前記流路断面の寸法の比率を断面寸法比と定義すると、
前記断面形状変化区間は、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて、前記断面寸法比が大きくなるように構成される。
上記（４）に記載の遠心圧縮機によれば、上記接続位置からある程度離れていてバイパス流路における上記騒音に対する影響が少ない区間である円形断面区間では、流路抵抗の少ないシンプルな円形の流路断面を有しているため、圧力損失の増大を抑制することができる。また、上記騒音発生の原因となる出口断面に近づくにつれて断面寸法比が大きくなるため、圧力損失の増大を抑制することと、上記騒音を低減することとを両立することができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（４）の何れかに記載の遠心圧縮機において、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、前記軸方向における上流側に向かうにつれて曲率が小さくなる曲線によって構成される。
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、前記軸方向における上流側に向かうにつれて曲率が小さくなる曲線によって構成される。
上記（５）に記載の遠心圧縮機によれば、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を効果的に低減することができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（５）の何れかに記載の遠心圧縮機において、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面は、楕円形状を有する。
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面は、楕円形状を有する。
上記（６）に記載の遠心圧縮機によれば、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を効果的に低減することができる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載の遠心圧縮機において、
前記出口断面における前記流路壁面の前記楕円形状は、前記軸方向に沿った長軸と、前記軸方向及び前記インペラの径方向の各々に直交する方向に沿った短軸とを含む。
前記出口断面における前記流路壁面の前記楕円形状は、前記軸方向に沿った長軸と、前記軸方向及び前記インペラの径方向の各々に直交する方向に沿った短軸とを含む。
上記（７）に記載の遠心圧縮機によれば、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を効果的に低減することができる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（２）乃至（７）の何れかに記載の遠心圧縮機において、
前記バイパス流路の流路壁面は、前記インペラの軸方向に直交する断面において、第１壁面と、前記第１壁面と対向する第２壁面とを含み、
前記第１壁面と前記第２壁面のうち少なくとも一方は、前記コンプレッサ入口流路に隣接する一部の範囲において、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて前記回転方向における上流側に向かうように形成される。
前記バイパス流路の流路壁面は、前記インペラの軸方向に直交する断面において、第１壁面と、前記第１壁面と対向する第２壁面とを含み、
前記第１壁面と前記第２壁面のうち少なくとも一方は、前記コンプレッサ入口流路に隣接する一部の範囲において、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて前記回転方向における上流側に向かうように形成される。
上記（８）に記載の遠心圧縮機によれば、バイパス流路からコンプレッサ入口流路へ流出する流れは、インペラの回転方向における上流側に向かうように曲げられる。一方、インペラからの上述の逆流は、インペラの回転方向と同一方向の旋回成分を有している。このため、バイパス流路から流出する流れは、インペラの回転方向における上流側に向かうように曲げられた結果、インペラからの上述の逆流の旋回成分と対向することにより、逆流を打ち消して上述の渦の発生を抑制することができる。これにより、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を効果的に低減することができる。
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載の遠心圧縮機において、
前記インペラの回転方向において、前記第１壁面は、前記第２壁面の上流側に位置し、
前記第１壁面と前記コンプレッサ入口流路との接続部にはフィレットが形成され、前記軸方向に直交する断面において、前記フィレットの表面は、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて前記インペラの回転方向における上流側に向かうように凸状に湾曲している。
前記インペラの回転方向において、前記第１壁面は、前記第２壁面の上流側に位置し、
前記第１壁面と前記コンプレッサ入口流路との接続部にはフィレットが形成され、前記軸方向に直交する断面において、前記フィレットの表面は、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて前記インペラの回転方向における上流側に向かうように凸状に湾曲している。
上記（９）に記載の遠心圧縮機によれば、バイパス流路の第１壁面とコンプレッサ入口流路との接続部における応力集中をフィレットによって抑制しつつ、上記（８）に記載の効果を得ることができる。
（１０）幾つかの実施形態では、上記（８）又は（９）に記載の遠心圧縮機において、
前記インペラの回転方向において、前記第１壁面は、前記第２壁面の上流側に位置し、
前記第２壁面と前記コンプレッサ入口流路との接続部にはフィレットが形成され、前記軸方向に直交する断面において、該フィレットの表面は、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて前記インペラの回転方向における上流側に向かうように凹状に湾曲している。
前記インペラの回転方向において、前記第１壁面は、前記第２壁面の上流側に位置し、
前記第２壁面と前記コンプレッサ入口流路との接続部にはフィレットが形成され、前記軸方向に直交する断面において、該フィレットの表面は、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて前記インペラの回転方向における上流側に向かうように凹状に湾曲している。
上記（１０）に記載の遠心圧縮機によれば、バイパス流路の第２壁面とコンプレッサ入口流路との接続部における応力集中をフィレットによって抑制しつつ、上記（７）に記載の効果を得ることができる。
（１１）本開示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（２）乃至（１０）の何れかに記載の遠心圧縮機と、前記遠心圧縮機と回転軸を介して連結されたタービンと、を備える。
上記（２）乃至（１０）の何れかに記載の遠心圧縮機と、前記遠心圧縮機と回転軸を介して連結されたタービンと、を備える。
上記（１１）に記載のターボチャージャによれば、上記（１）乃至（１０）の何れかに記載の遠心圧縮機を備えるため、コンプレッサ入口流路とバイパス流路との接続部で発生する騒音を低減することができる。
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 タービンホイール
１２ タービン
１４ スクロール流路
１６ バイパス流路
１６Ｐ 出口断面
１６Ｓ 流路壁面
１６Ｓ１ 第１範囲壁面部
１６Ｓ２ 第２範囲壁面部
１６Ｓ３ 第３範囲壁面部
１６Ｓ４ 第４範囲壁面部
１６Ｓａ 第１壁面
１６Ｓｂ 第２壁面
１６ａ スクロール側流路部
１６ｂ コンプレッサ入口側流路部
１６ｂ１ 円形断面区間
１６ｂ２ 断面形状変化区間
１６ｃ 弁体収容部
１８ バイパス弁
１９ アクチュエータ
２４ 弁体
２６，２８ フィレット
２６ａ，２８ａ 表面
３８ 出口管
４０ コンプレッサ入口流路
４２ ディフューザ流路
４ 遠心圧縮機
６ インペラ
８ 回転軸
１０ タービンホイール
１２ タービン
１４ スクロール流路
１６ バイパス流路
１６Ｐ 出口断面
１６Ｓ 流路壁面
１６Ｓ１ 第１範囲壁面部
１６Ｓ２ 第２範囲壁面部
１６Ｓ３ 第３範囲壁面部
１６Ｓ４ 第４範囲壁面部
１６Ｓａ 第１壁面
１６Ｓｂ 第２壁面
１６ａ スクロール側流路部
１６ｂ コンプレッサ入口側流路部
１６ｂ１ 円形断面区間
１６ｂ２ 断面形状変化区間
１６ｃ 弁体収容部
１８ バイパス弁
１９ アクチュエータ
２４ 弁体
２６，２８ フィレット
２６ａ，２８ａ 表面
３８ 出口管
４０ コンプレッサ入口流路
４２ ディフューザ流路
Claims (11)
- 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流路と、
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し、前記インペラを迂回して前記コンプレッサ入口流路に接続するバイパス流路と、
を備え、
前記バイパス流路と前記コンプレッサ入口流路とが接続する接続位置における前記バイパス流路の流路断面を前記バイパス流路の出口断面と定義し、前記出口断面において前記出口断面の中心よりも前記インペラの軸方向における下流側且つ前記中心よりも前記インペラの回転方向における上流側の範囲を第１範囲と定義し、前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち前記第１範囲に属する流路壁面を第１範囲壁面部と定義すると、
前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、曲線によって構成された、遠心圧縮機。 - 前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、前記軸方向における下流側に向かうにつれて曲率が変化する曲線によって構成された、請求項１に記載の遠心圧縮機。
- 前記軸方向における前記出口断面の寸法は、前記軸方向及び前記インペラの径方向の各々と直交する直交方向における前記出口断面の寸法よりも大きい、請求項２に記載の遠心圧縮機。
- 前記バイパス流路は、円形の流路断面を有する円形断面区間と、前記円形断面区間と前記接続位置との間に位置する断面形状変化区間と、を含み、
前記断面形状変化区間の各位置の流路断面について、前記直交方向における前記流路断面の寸法に対する前記軸方向における前記流路断面の寸法の比率を断面寸法比と定義すると、
前記断面形状変化区間は、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて、前記断面寸法比が大きくなるように構成された、請求項３に記載の遠心圧縮機。 - 前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面のうち少なくとも前記第１範囲壁面部は、前記軸方向における上流側に向かうにつれて曲率が小さくなる曲線によって構成された、前記請求項２乃至４の何れか１項に記載の遠心圧縮機。
- 前記出口断面における前記バイパス流路の流路壁面は、楕円形状を有する、請求項２乃至５の何れか１項に記載の遠心圧縮機。
- 前記出口断面における前記流路壁面の前記楕円形状は、前記軸方向に沿った長軸と、前記軸方向及び前記インペラの径方向の各々に直交する方向に沿った短軸とを含む、請求項６に記載の遠心圧縮機。
- 前記バイパス流路の流路壁面は、前記インペラの軸方向に直交する断面において、第１壁面と、前記第１壁面と対向する第２壁面とを含み、
前記第１壁面と前記第２壁面のうち少なくとも一方は、前記コンプレッサ入口流路に隣接する一部の範囲において、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて前記回転方向における上流側に向かうように形成された、請求項２乃至７の何れか１項に記載の遠心圧縮機。 - 前記インペラの回転方向において、前記第１壁面は、前記第２壁面の上流側に位置し、
前記第１壁面と前記コンプレッサ入口流路との接続部にはフィレットが形成され、前記軸方向に直交する断面において、前記フィレットの表面は、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて前記インペラの回転方向における上流側に向かうように凸状に湾曲している、請求項８に記載の遠心圧縮機。 - 前記インペラの回転方向において、前記第１壁面は、前記第２壁面の上流側に位置し、
前記第２壁面と前記コンプレッサ入口流路との接続部にはフィレットが形成され、前記軸方向に直交する断面において、該フィレットの表面は、前記コンプレッサ入口流路に近づくにつれて前記インペラの回転方向における上流側に向かうように凹状に湾曲している請求項８又は９に記載の遠心圧縮機。 - 請求項１乃至１０の何れか１項に記載の遠心圧縮機と、前記遠心圧縮機と回転軸を介して連結されたタービンと、を備えるターボチャージャ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202180097725.5A CN117321296A (zh) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | 离心压缩机及涡轮增压器 |
| JP2023539406A JP7515025B2 (ja) | 2021-08-02 | 遠心圧縮機及びターボチャージャ | |
| PCT/JP2021/028667 WO2023012882A1 (ja) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | 遠心圧縮機及びターボチャージャ |
| DE112021007130.0T DE112021007130T5 (de) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | Zentrifugalkompressor und turbolader |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2021/028667 WO2023012882A1 (ja) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | 遠心圧縮機及びターボチャージャ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2023012882A1 true WO2023012882A1 (ja) | 2023-02-09 |
Family
ID=85154394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2021/028667 WO2023012882A1 (ja) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | 遠心圧縮機及びターボチャージャ |
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|---|---|
| CN (1) | CN117321296A (ja) |
| DE (1) | DE112021007130T5 (ja) |
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Citations (6)
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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 |
| JP2012062822A (ja) * | 2010-09-16 | 2012-03-29 | Denso Corp | 過給式エンジンの排気再循環システム |
| US20120073287A1 (en) * | 2010-09-29 | 2012-03-29 | Hyundai Motor Company | Turbocharger having anti-surge valve |
| JP2015165110A (ja) * | 2014-02-28 | 2015-09-17 | トヨタ自動車株式会社 | コンプレッサハウジング |
| WO2020008615A1 (ja) * | 2018-07-06 | 2020-01-09 | 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 | 遠心圧縮機及びターボチャージャ |
| WO2020012648A1 (ja) * | 2018-07-13 | 2020-01-16 | 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 | 遠心圧縮機及びターボチャージャ |
-
2021
- 2021-08-02 DE DE112021007130.0T patent/DE112021007130T5/de active Pending
- 2021-08-02 CN CN202180097725.5A patent/CN117321296A/zh active Pending
- 2021-08-02 WO PCT/JP2021/028667 patent/WO2023012882A1/ja active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
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| JP2015165110A (ja) * | 2014-02-28 | 2015-09-17 | トヨタ自動車株式会社 | コンプレッサハウジング |
| WO2020008615A1 (ja) * | 2018-07-06 | 2020-01-09 | 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 | 遠心圧縮機及びターボチャージャ |
| WO2020012648A1 (ja) * | 2018-07-13 | 2020-01-16 | 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 | 遠心圧縮機及びターボチャージャ |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPWO2023012882A1 (ja) | 2023-02-09 |
| DE112021007130T5 (de) | 2024-01-18 |
| CN117321296A (zh) | 2023-12-29 |
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