JP2018059482A - 遠心圧縮機、ターボチャージャ - Google Patents

Abstract

【課題】空気を圧縮する圧縮効率の低下を抑制した上で、サージングの発生を抑制することができる遠心圧縮機、ターボチャージャを得る。
【解決手段】移動部材を径方向に移動させ、流入流路の流路面積を最小とする場合に、インペラに流入する空気の圧力が上昇し、サージングの発生が抑制される。例えば、空気を圧縮する圧縮効率の低下の抑制と、サージングの発生の抑制との観点から、適した流路面積となる位置に、移動部材が移動するようにする。これにより、空気を圧縮する圧縮効率の低下を抑制した上で、サージングの発生が抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、遠心圧縮機、及びターボチャージャに関する。

特許文献１に記載の遠心圧縮機は、インペラの回転により空気を圧縮する遠心圧縮機であって、インペラに空気を導入する導入管と、導入管内に設けられ、インペラの上流側で空気の流れを規制し、かつ、空気の流れを規制する状態と規制しない状態との間で変位する規制部材と、を有する。

特開２０１０−１３８７６５号公報

ターボチャージャ用の遠心圧縮機では、所定の回転数で回転するインペラによって、圧縮される空気の流量が少なくなると、遠心圧縮機の出口側の圧力が高くなる。これにより、空気の一部が、インペラの出口から、インペラとハウジングとの隙間を通って、インペラの入口側に逆流する。この逆流に起因して、遠心圧縮機では、サージジングが発生することがある。

本願発明の課題は、空気を圧縮する圧縮効率の低下を抑制した上で、サージングの発生を抑制することである。

本発明の請求項１に係る遠心圧縮機は、軸回りに回転し、軸方向から流入する空気を圧縮して径方向に流すインペラと、空気の流れ方向において、前記インペラの上流側に配置され、前記径方向に移動して、前記インペラに空気を導く流入流路の流路面積を変える移動部材と、を備え、前記移動部材が前記流路面積を最小にした状態で、前記流路面積は、前記インペラの入り口の面積と比して小さいことを特徴とする。

上記構成によれば、回転するインペラは、インペラに流入する空気を圧縮する。そして、回転するインペラは、流入した空気を圧縮し、径方向に流す。

インペラによって圧縮された圧縮空気の流量が少ない場合には、インペラから径方向に流れた圧縮空気は、径方向に流れ続ける空気と、逆方向に折り返して流入流路側へ流れる空気とに分かれる（剥離する）。この逆方向への空気の流れに起因して、サージングが発生してしまうことがある。

ここで、移動部材を径方向に移動させ、流入流路の流路面積を最小とする場合に、流路面積は、インペラの入り口の面積と比して小さくなる。これにより、インペラに流入する空気の圧力が上昇し、前述した逆方向へ流れる空気の量が減少する。そして、サージングの発生が抑制される。

そして、例えば、空気を圧縮する圧縮効率の低下の抑制と、サージングの発生の抑制との観点から、適した流路面積となる位置に、移動部材が移動するようにする。これにより、遠心圧縮機では、空気を圧縮する圧縮効率の低下を抑制した上で、サージングの発生を抑制することができる。

本発明の請求項２に係る遠心圧縮機は、請求項１に記載の遠心圧縮機において、前記移動部材には、前記流れ方向に延びると共に、前記流入流路に臨む壁面が形成されていることを特徴とする。

上記構成によれば、移動部材には、空気の流れ方向に延びると共に、流入流路に臨む壁面が形成されている。これにより、インペラに向かう空気は、壁面に沿って流れ、インペラに流入する。このため、例えば、インペラに空気を導く流入流路の流路面積を変える部材が、板面が軸方向を向いた薄板状の部材である場合と比して、インペラに向かう空気の圧力損失の上昇を抑制することができる。

本発明の請求項３に係る遠心圧縮機は、請求項２に記載の遠心圧縮機において、前記移動部材が前記流路面積を最小にした状態で、前記壁面において前記流れ方向の下流側の部分が、前記インペラの回転中心線に近づくように、前記壁面は、前記軸方向に対して傾斜していることを特徴とする。

上記構成によれば、壁面において空気の流れ方向の下流側の部分が、インペラの回転中心線に近づくように、壁面は、軸方向に対して傾斜している。このため、壁面において空気の流れ方向の下流側の部分が、インペラの回転中心線から遠ざかるように、壁面が軸方向に対して傾斜している場合と比して、インペラに向かう空気の圧力損失の上昇を抑制することができる。

本発明の請求項４に係る遠心圧縮機は、請求項２又は３に記載の遠心圧縮機において、前記移動部材が前記流路面積を最小にした状態で、前記壁面において、前記流れ方向の下流側の端部は、前記インペラにおいて、前記流れ方向の上流側の端部に対して、前記流れ方向の下流側に位置することを特徴とする。

上記構成によれば、移動部材が流路面積を最小にした状態で、壁面において、流れ方向の下流側の端部は、インペラにおいて、流れ方向の上流側の端部に対して、流れ方向の下流側に位置する。換言すれば、インペラによって流路面積が狭くなる部分まで、壁面が延びている。このため、インペラによって流路面積が狭くなる部分まで、壁面が延びていない場合と比して、インペラに向かう空気の圧力損失の上昇を抑制することができる。

本発明の請求項５に係るターボチャージャは、エンジンから排出される排気ガスが流れる力によって、回転するタービンロータを有するタービンユニットと、前記タービンロータから回転力がインペラに伝達され、前記エンジンに供給する空気を圧縮する請求項１〜４の何れか１項に記載の遠心圧縮機と、を備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、請求項１〜４の何れか１項に記載の遠心圧縮機を備えることで、ターボチャージャでは、圧縮空気をエンジンに効率よく供給することができる。

本発明によれば、空気を圧縮する圧縮効率の低下を抑制した上で、サージングの発生を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機を示した断面図である。 本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機を示した断面図である。 本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機を示した正面図である。 本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機を示した正面図である。 本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機を示した断面図である。 本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機、及び比較形態に係る遠心圧縮機の評価予測結果をグラフで示した図面である。 本発明の第１実施形態に係るターボチャージャを示した構成図である。 本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機に対する比較形態に係る遠心圧縮機を示した断面図である。 本発明の第２実施形態に係る遠心圧縮機を示した断面図である。 本発明の第２実施形態に係る遠心圧縮機を示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係る遠心圧縮機を示した断面図である。 本発明の第３実施形態に係る遠心圧縮機を示した断面図である。 本発明の第４実施形態に係る遠心圧縮機を示した断面図である。 本発明の第４実施形態に係る遠心圧縮機を示した断面図である。 本発明の第５実施形態に係る遠心圧縮機を示した断面図である。 本発明の第５実施形態に係る遠心圧縮機を示した正面図である。

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る遠心圧縮機、及びターボチャージャの一例について図１〜図８を用いて説明する。

（全体構成）
本第１実施形態に係るターボチャージャ１０は、図７に示されるように、タービンユニット２０、遠心圧縮機３０、及びタービンユニット２０と遠心圧縮機３０とを連結する連結ユニット４０を備えている。そして、タービンユニット２０は、自動車のエンジン（図示省略）の排気通路１２の途中に配置され、遠心圧縮機３０は、このエンジンの吸気通路１４の途中に配置されている。

タービンユニット２０は、ハウジング２４を備え、遠心圧縮機３０は、ハウジング５０を備え、連結ユニット４０は、ハウジング２４とハウジング５０とを連結するハウジング４４を備えている。

さらに、ターボチャージャ１０は、ハウジング２４、ハウジング４４、及びハウジング５０の内部を通る回転軸４２を備えている、そして、この回転軸４２の軸方向（図中矢印Ｅ方向：以下単に「軸方向」）の一端側（図中右側）から他端側（図中左側）へ、ハウジング２４、ハウジング４４、及びハウジング５０は、図示せぬ固定具で互いに固定され、この順番で並んでいる。

〔タービンユニット〕
タービンユニット２０は、図７に示されるように、ハウジング２４と、タービンロータ２２とを備えている。ハウジング２４は、内部が空洞とされ、このハウジング２４の内部に、タービンロータ２２が配置されている。そして、タービンロータ２２は、回転軸４２の軸方向の一端側の部分に固定されているロータ軸部２８と、ロータ軸部２８から延出する複数のタービン翼２６とを有している。

また、ハウジング２４においてタービンロータ２２に対して回転軸４２の径方向（図中矢印Ｄ方向：以下単に「径方向」）の外側の部分には、排気通路１２を流れる排気ガスをハウジング２４の内部へ流入させる渦巻き状の渦巻き流路２４Ａが形成されている。さらに、ハウジング２４においてタービンロータ２２に対して軸方向の外側（ハウジング４４側とは反対側）の部分には、排気ガスをハウジング２４の外部に排出させて排気通路１２に排出させる排出流路２４Ｂが形成されている。

この構成において、渦巻き流路２４Ａからハウジング２４の内部へ流入した排気ガス（流体の一例）は、隣り合うタービン翼２６の間に流れ込むようになっている。そして、排気ガスは、複数のタービン翼２６を押すことで、タービンロータ２２を回転させるようになっている。さらに、タービンロータ２２を回転させた排気ガスは、排出流路２４Ｂから排出されるようになっている。このように、タービンロータ２２は、所謂ラジアルタービンロータとされている。

〔連結ユニット〕
連結ユニット４０は、図７に示されるように、ハウジング４４を備えている。そして、このハウジング４４は、回転軸４２を回転可能に支持する支持部４４Ａを有している。

さらに、ハウジング４４は、循環しながら支持部４４Ａへ供給されるエンジンオイルをハウジング４４の内部へ流入させる流入口（図示省略）と、エンジンオイルをハウジング４４の内部から排出させる排出口（図示省略）とを有している。

この構成において、ハウジング４４の内部へ流入したエンジンオイルは、支持部４４Ａに供給され、回転軸４２が滑らかに回転するようになっている。

〔遠心圧縮機〕
遠心圧縮機３０は、図７に示されるように、ハウジング５０と、インペラ３２とを備えている。ハウジング５０は、内部が空洞とされ、このハウジング５０の内部に、インペラ３２が配置されている。そして、インペラ３２は、回転軸４２の軸方向の他端側の部分に固定されている回転軸部３４と、回転軸部３４から延出する複数のインペラ翼３６とを有している。

また、ハウジング５０においてインペラ３２に対して軸方向の外側（ハウジング４４側とは反対側）の部分には、吸気通路１４を流れる空気をインペラ３２に導く流入流路８０が形成されている。さらに、ハウジング５０においてインペラ３２に対して径方向の外側の部分には、空気をハウジング５０の外部に流出させて吸気通路１４に排出させる渦巻き状の渦巻き流路５４（所謂スクロール流路）が形成されている。

なお、遠心圧縮機３０については詳細を後述する。

（全体構成の作用）
次に、ターボチャージャ１０の作用について説明する。

タービン翼２６は、渦巻き流路２４Ａからハウジング２４の内部へ流入した排気ガスによって押されて回転する。タービンロータ２２の回転力は、回転軸４２を介してインペラ３２に伝達される。なお、ハウジング２４の内部でタービンロータ２２を回転させた排気ガスは、排出流路２４Ｂから排出する。

インペラ３２は、回転軸４２を介してタービンロータ２２の回転力が伝達されることで回転する。そして、回転するインペラ３２は、流入流路８０によって、吸気通路１４から導かれた空気を圧縮する。また、回転するインペラ３２は、圧縮した空気を径方向に流す。さらに、径方向に流された圧縮空気は、渦巻き流路５４を流れて吸気通路１４に排出する。渦巻き流路５４から排出された圧縮空気は、燃焼用の圧縮空気としてエンジンに供給される。

（要部構成）
次に、遠心圧縮機３０について説明する。

遠心圧縮機３０は、図１に示されるように、インペラ３２と、内部にインペラ３２が配置されているハウジング５０と、移動部材の一例としての壁部材７０と、壁部材７０を揺動させる揺動部９０とを備えている。

〔インペラ〕
インペラ３２は、前述したように、回転軸４２の軸方向の他端側の部分に固定されている回転軸部３４と、回転軸部３４から延出する複数のインペラ翼３６とを有している。

回転軸部３４は、軸方向の外側（ハウジング４４側とは反対側：図中左側）に向かうに従って徐々に細くなっている。また、夫々のインペラ翼３６は、図３に示されるように、軸方向から見て、回転軸部３４から湾曲しながら径方向の外側へ延出している。そして、夫々のインペラ翼３６は、図１に示されるように、軸方向の外側の部分で径方向へ延びる先端縁３６Ａと、先端縁３６Ａの径方向の外側の端部に接続されて、湾曲しながら軸方向の内側（ハウジング４４側：図中右側）に延びる湾曲縁３６Ｂとを有している。さらに、夫々のインペラ翼３６は、湾曲縁３６Ｂの端部に接続されて、軸方向に延びる基端縁３６Ｃを有している。

この構成において、回転するインペラ３２は、インペラ翼３６の先端縁３６Ａから流入する空気を圧縮し、圧縮した空気（圧縮空気）をインペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側に流すようになっている。

〔ハウジング〕
ハウジング５０は、インペラ３２に流入する空気が流れる導入路５２と、インペラ３２によって圧縮された圧縮空気が流れる拡散流路５６（所謂ディフューザ流路）と、吸気通路１４に圧縮空気を排出する渦巻き流路５４とを有している。さらに、ハウジング５０は、インペラ３２を収容する収容部５７を有している。

拡散流路５６は、図３に示されるように、軸方向から見て、インペラ３２を囲むように形成されている。そして、拡散流路５６は、図１に示されるように、回転するインペラ３２によって圧縮され、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側へ流された圧縮空気が流れるようになっている。

渦巻き流路５４は、図３に示されるように、軸方向から見て、拡散流路５６を囲むように渦巻き状に形成され、渦巻き流路５４の一端には、圧縮空気を吸気通路１４に排出するための排出口５４Ａが形成されている。この渦巻き流路５４の流路断面は、図１に示されるように、おおむね円形とされている。そして、渦巻き流路５４は、拡散流路５６を流れて通過した圧縮空気を、吸気通路１４に排出させるようになっている。

導入路５２は、ハウジング５０においてインペラ３２に対して軸方向の外側の部分で、軸方向へ延びる円筒状の導入部６０の内部に形成されている。そして、導入路５２は、インペラ３２の回転中心線Ｃ１を中心とする円柱状とされている。さらに、導入路５２において、軸方向の内側（ハウジング４４側：図中右側）で、かつ、インペラ３２に対して径方向の外側の部分には、壁部材７０が取り付けられている取付部６２が形成されている。

また、導入路５２を構成する導入壁５２Ａと、取付部６２との間には、軸方向の外側が開口した凹部６４が形成されている。
収容部５７は、空気の流れ方向において、導入路５２と拡散流路５６との間に形成され、収容部５７の壁面と、インペラ３２との間には、隙間５８が形成されている。

〔壁部材〕
壁部材７０は、図１に示されるように、導入路５２に配置されている。また、壁部材７０は、図３に示されるように、軸方向から見て、インペラ３２の周方向（回転方向）に並んで６個設けられている。さらに、夫々の壁部材７０は、軸方向から見て、インペラ３２の回転軸を中心とする円弧状とされている。

夫々の壁部材７０は、図１に示されるように、インペラ３２の回転中心線Ｃ１が通る平面で切断した切断面が、三角形状の本体部７２を有している。さらに、夫々の壁部材７０は、本体部７２において軸方向の内側で、かつ、径方向の外側の部分に接続され、軸方向の内側に延びる延出部７４と、取付部６２に回転自在に取り付けられる軸部８２とを有している。この軸部８２は、延出部７４の先端部に設けられている。そして、６個の壁部材７０の本体部７２によって囲まれた空間が、空気をインペラ３２に導く流入流路８０とされている。この流入流路８０は、軸方向から見て、円形状とされている。

さらに、壁部材７０の本体部７２には、流入流路８０に臨む壁面７２Ａが形成されている。この壁面７２Ａは、インペラ３２に導かれる空気の流れ方向に延びている。そして、インペラ３２の回転中心線Ｃ１が通る平面で切断した切断面における壁面７２Ａの長さ（図中Ｆ１）は、インペラ翼３６の先端縁３６Ａの径方向の長さ（図中Ｆ２）よりも長くされている。

また、軸部８２は、延出部７４において軸方向の内側の部分に設けられている。この軸部８２は、図３に示されるように、インペラ３２の周方向において、壁部材７０の中央側の部分に配置され、本体部７２を構成している円弧に接する接線方向に延びている。

この構成において、夫々の壁部材７０は、図示せぬ規制部材によって移動範囲が規制され、軸部８２を中心に揺動するようになっている。そして、夫々の壁部材７０は、流入流路８０の流路面積を最小とする最小位置（図１、図３参照）と、流入流路８０の流路面積を最大とする最大位置（図２、図４参照）との間を、揺動するようになっている。

なお、流入流路８０を軸方向に対して直交する方向に切断した切断面で、切断面が最も小さくなる部分の面積が、流路面積である。そして、壁部材７０によって囲まれている領域（図１のＫ２）が、ハウジング５０によってインペラ翼３６の先端縁３６Ａを囲む領域（図２のＫ１）と比して狭い場合は、流路面積は、壁部材７０によって囲まれている領域の面積となる。一方、壁部材７０によって囲まれている領域（図２のＫ３）が、ハウジング５０によってインペラ翼３６の先端縁３６Ａを囲む領域（図２のＫ１）と比して同等又は広い場合は、流路面積は、ハウジング５０によってインペラ翼３６の先端縁３６Ａを囲む領域の面積となる。

そして、壁部材７０が最大位置に配置された状態で、壁部材７０によって囲まれている領域の面積は、ハウジング５０によってインペラ翼３６の先端縁３６Ａを囲む領域の面積と比して大きくなる。また、壁部材７０が最小位置に配置された状態で、壁部材７０によって囲まれている領域の面積は、ハウジング５０によってインペラ翼３６の先端縁３６Ａを囲む領域の面積と比して小さくなる。

さらに、壁部材７０が最小位置に配置された状態で、壁部材７０によって囲まれている領域の面積（流路面積、図１のＫ２参照）は、インペラ３２の入り口の面積（図１のＫ４参照）と比して小さくなる。ここで、インペラ３２の入り口の面積とは、インペラ３２を回転させることで、軸方向から見て、インペラ翼３６の先端縁３６Ａが描く円の面積である。

また、壁部材７０が最小位置に配置された状態で、壁面７２Ａにおいて空気の流れ方向の下流側の部分が、空気の流れ方向の上流側の部分と比して、インペラ３２の回転中心線Ｃ１に近づくように、壁面７２Ａは、軸方向に対して傾斜している（図１参照）。

さらに、壁部材７０が最小位置に配置された状態で、壁面７２Ａにおいて、空気の流れ方向の下流側の端部Ｔ１は、インペラ３２の回転軸部３４における、空気の流れ方向の上流側の端部Ｔ２に対して、軸方向の内側（空気の流れ方向の下流側）に位置している。なお、壁面７２Ａにおいて、空気の流れ方向の下流側の端部Ｔ１は、壁部材７０が最小位置に配置された状態で、径方向の最も内側に位置する部位である。つまり、壁部材７０の壁面７２Ａは、壁部材７０が最小位置に配置された状態で、壁部材７０の軸方向の外側の先端から端部Ｔ１までの範囲である。

〔揺動部〕
揺動部９０は、図１に示されるように、軸部８２に一端が接続されているリンク９２と、全てのリンク９２の他端が接続されるリング部材９４と、リング部材９４に一端が接続されているロッド９６と、ロッド９６を移動させるアクチュエータ９８とを備えている。

リンク９２は、一端が軸部８２に取り付けられ、軸部８２から径方向の外側に延びている。

リング部材９４は、図３に示されるように、軸方向から見て、最小位置に配置されている壁部材７０を囲むように、ハウジング５０に形成された凹部６４（図１参照）に配置されている。そして、リンク９２の他端が、リング部材９４に形成された長穴（図示省略）に、回転自在に取り付けられている。

ロッド９６は、図１に示されるように、軸方向へ延び、ロッド９６の軸方向の内側の端部は、リング部材９４に取り付けられている（図３参照）。

アクチュエータ９８は、ロッド９６の軸方向の外側の端部に取り付けられ、後述する制御部（図示省略）の制御によって、ロッド９６を軸方向に移動させるようになっている。

この構成において、アクチュエータ９８が、ロッド９６を軸方向に移動させることで、リング部材９４が軸方向へ移動するようになっている。これにより、夫々のリンク９２が、夫々の軸部８２を中心に揺動することで、夫々の壁部材７０が揺動するようになっている。すなわち、夫々の壁部材７０は、径方向に移動するようになっている。

そして、揺動する壁部材７０は、最小位置（図１、図３参照）、最大位置（図２、図４参照）、及び最小位置と最大位置との中間の中間位置（図５参照）に移動するようになっている。

（作用）
次に、遠心圧縮機３０の作用について、比較形態に係る遠心圧縮機３３０の作用と比較しつつ説明する。さらに、遠心圧縮機３０、３３０に発生するサージング、及び遠心圧縮機３０のアクチュエータ９８に対する制御の一例について説明する。

〔遠心圧縮機の作用〕
先ず、比較形態に係る遠心圧縮機３３０の構成について、遠心圧縮機３０の構成と異なる部分を主に説明する。また、遠心圧縮機３３０の作用については、遠心圧縮機３０の作用と異なる部分を主に説明する。

遠心圧縮機３３０は、図８に示されるように、壁部材、及び揺動部を備えていない。

遠心圧縮機３３０に備えられたハウジング３５０の導入部３６０の内部には、空気をインペラ３２に導く流入流路３８０が形成されている。流入流路３８０は、軸方向の内側に向かうに従って縮径する漏斗状とされている。

そして、流入流路３８０の流路面積は、ハウジング３５０によってインペラ翼３６の先端縁３６Ａを囲む領域（図８のＫ５）の面積となり、実施形態に係るハウジング５０によってインペラ翼３６の先端縁３６Ａを囲む領域（図２のＫ１）の面積と、同様である。

次に、遠心圧縮機３３０から排出される圧縮空気の流量が少ない場合の、遠心圧縮機３０、３３０の作用を説明する。

遠心圧縮機３３０から排出される圧縮空気の流量が少ない場合には、遠心圧縮機３３０の圧力比は、遠心圧縮機３３０から排出される圧縮空気の流量が大きい場合に比して、大きくなっている。なお、圧力比とは、遠心圧縮機３３０のインペラ３２から流出する空気の圧力Ｐ２と、インペラ３２に流入する空気の圧力Ｐ１との比Ｐ２/Ｐ１である。

回転するインペラ３２は、図８に示されるように、流入流路３８０を軸方向に沿ってインペラ３２側へ流れインペラ翼３６の先端縁３６Ａ側から流入する空気（矢印Ｌ１）を圧縮する。そして、回転するインペラ３２は、圧縮した空気を、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流す。

さらに、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流れた空気は、渦巻き流路５４側へ流れる空気（矢印Ｌ２）と、逆方向に折り返してインペラ翼３６とハウジング５０との隙間５８を通って流入流路３８０側へ流れる空気（矢印Ｌ３）とに分かれる（剥離する）。

回転するインペラ３２によって圧縮され、拡散流路５６を通って渦巻き流路５４側へ流れる空気（以下「圧縮空気」）は、吸気通路１４を通って、燃焼用の圧縮空気としてエンジンに供給される。

なお、遠心圧縮機３３０から排出される圧縮空気の流量が大きい場合には、遠心圧縮機３３０の圧力比は、遠心圧縮機３３０から排出される圧縮空気の流量が小さい場合と比して、小さくなる。このため、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流れた空気の逆流が抑制される。

なお、壁部材７０が最大位置に配置されている遠心圧縮機３０の作用については、遠心圧縮機３３０の作用と同様である（図２参照）。

次に、壁部材７０が最小位置に配置されている遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量が少ない場合の、遠心圧縮機３０の作用を説明する。

遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量が少ない場合には、遠心圧縮機３０の圧力比は、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量が大きい場合に比して、大きくなっている。

回転するインペラ３２は、図１に示されるように、流入流路８０を軸方向に沿ってインペラ３２側へ流れ、インペラ翼３６の先端縁３６Ａ側から流入する空気（矢印Ｍ１）を圧縮する。そして、回転するインペラ３２は、圧縮した空気を、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流す。

さらに、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流れた空気は、渦巻き流路５４側へ流れる空気（矢印Ｍ２）と、逆方向に折り返してインペラ翼３６とハウジング５０との隙間５８を通って流入流路８０側へ流れる空気（矢印Ｍ３）とに分かれる（剥離する）。

ここで、壁部材７０が最小位置に配置された遠心圧縮機３０の流入流路８０の流路面積は、遠心圧縮機３３０の流路面積と比して、小さくなっている。

このため、壁部材７０が最小位置に配置された遠心圧縮機３０のインペラ３２側へ流れる空気の圧力は、遠心圧縮機３３０のインペラ３２に流入する空気の圧力と比して、高くなる。そして、壁部材７０が最小位置に配置された遠心圧縮機３０の圧力比は、遠心圧縮機３３０の圧力比と比して、高くなる。

これにより、流入流路８０側へ逆流する空気（矢印Ｍ３）の量は、遠心圧縮機３３０を用いた場合に、流入流路８０、３８０側へ逆流する空気（矢印Ｌ３）の量と比して、少なくなる。

〔サージング〕
次に、遠心圧縮機３０、３３０に発生するサージングについて説明する。

サージングは、遠心圧縮機３０、３３０に振動等が発生する不安定現象であり、サージングについては、ハウジング５０、３５０に振動計を取り付けて、振幅が予め定められた閾値に達した場合に、サージングの発生と判断することができる。

壁部材７０が最小位置に配置された遠心圧縮機３０を用いた場合、遠心圧縮機３３０を用いた場合のサージング限界について説明する。

図６に示されるグラフの縦軸は、遠心圧縮機３０、３３０を用いた場合との圧力比を示し、横軸は遠心圧縮機３０、３３０から排出される圧縮空気の流量〔ｇ／ｓｅｃ〕を示している。なお、図６に示すグラフは、実機試験に基づくグラフではなく、類似の試験の結果による知見に基づき作成した予測グラフである。

図６に示すグラフ中の実線Ｇ１は、インペラ３２の回転数を一定にし、壁部材７０が最小位置に配置された遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量を変えた場合の、圧縮空気の流量と圧力比との関係を示している。

これに対して、一点鎖線Ｊ１は、インペラ３２の回転数を実線Ｇ１の場合と同様の回転数にし、遠心圧縮機３３０から、排出される圧縮空気の流量を変えた場合の、圧縮空気の流量と圧力比との関係を示している。

そして、圧縮空気の流量を徐々に小さくし、サージングが発生する圧縮空気の流量と圧力比とを予測した。壁部材７０が最小位置に配置された遠心圧縮機３０については、点ｇ１でサージングが発生し、遠心圧縮機３３０については、点ｊ１でサージングが発生する。

実線Ｇ２は、壁部材７０が最小位置に配置された遠心圧縮機３０を用い、実線Ｇ１と比して回転数を高くした場合を示している。そして、実線Ｇ２においては、最も圧縮空気の流量が小さい点ｇ２でサージングが発生する。これに対して、一点鎖線Ｊ２は、インペラ３２の回転数を実線Ｇ２の場合と同様の回転数にし、遠心圧縮機３３０を用いた場合を示している。そして、一点鎖線Ｊ２においては、最も圧縮空気の流量が小さい点ｊ２でサージングが発生する。

また、他の回転数においても実線Ｇ１、Ｇ２及び一点鎖線Ｊ１、Ｊ２と同様の検討を行った。そして、壁部材７０が最小位置に配置された遠心圧縮機３０を用いた場合、遠心圧縮機３３０を用いた場合において、サージングが発生する圧縮空気の流量と圧力比とを予測した。

グラフ中の破線Ｈ１が、壁部材７０が最小位置に配置された遠心圧縮機３０を用いた場合のサージング限界線Ｈ１（以下「限界線Ｈ１」）である。さらに、グラフ中の破線Ｈ２が、遠心圧縮機３３０を用いた場合のサージング限界線Ｈ２（以下「限界線Ｈ２」）である。

壁部材７０が最小位置に配置された遠心圧縮機３０では、グラフ中の限界線Ｈ１よりも右側（流量が大きい側）のエリアでサージングが発生することがない。また、遠心圧縮機３３０では、グラフ中の限界線Ｈ２よりも右側（流量が大きい側）のエリアでサージングが発生することがない。

次に、インペラ３２の回転数を同様にして圧縮空気の流量を小さくすると、サージングが発生する理由について説明する。

圧縮空気の流量が小さくなると、前述したように、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流れた空気は、渦巻き流路５４側へ流れる空気と、逆方向に折り返して流れる空気とに分かれる（図１、図２、図８参照）。この空気の逆流に起因して、サージングが発生してしまう。

ここで、図６に示すグラフ中の限界線Ｈ１と限界線Ｈ２とを比較すると、限界線Ｈ１が限界線Ｈ２と比して図中左側（空気流量が小さい側）に位置している。これにより、圧縮空気の流量が小さい場合に、壁部材７０が最小位置に配置された遠心圧縮機３０では、遠心圧縮機３３０を用いた場合と比して、サージングの発生が抑制されていることが分かる。

これは、壁部材７０が最小位置に配置された遠心圧縮機３０を用いた場合に、逆流する空気（矢印Ｍ３）の量は、遠心圧縮機３３０を用いた場合に、逆流する空気（矢印Ｌ３）の量と比して少なくなるからである。

〔アクチュエータに対する制御の一例〕
次に、制御部による、アクチュエータ９８に対する制御の一例について説明する。なお、制御部は、遠心圧縮機３０を備えた自動車の制御部であって、自動車の各装置を制御するようになっている。

自動車には、遠心圧縮機３０の圧力比と、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量と、壁部材７０を配置する位置との関係を定めたマップが設けられている。このマップによって、圧力比と、流量とが定まると、壁部材７０を最小位置に配置するか、最大位置に配置するか、最小位置と最大位置との中間の中間位置に配置するか、が定まるようになっている。

具体的には、遠心圧縮機３０については、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量が多い場合に、壁部材７０が最小位置に配置されると、空気を圧縮する圧縮効率が低下してしまう。そこで、サージングの発生を抑制させ、かつ、空気を圧縮する圧縮効率の低下を抑制させる観点から、壁部材７０を最小位置か、最大位置に配置するか、中間位置に配置するか、が定まるようになっている。

そして、制御部は、エンジンのエアフローメータから圧縮空気の流量の情報を受け取り、さらに、エンジンのインテイクマニホウルドのブースト計から圧力比の情報を受け取る。そして、制御部は、受け取った圧縮空気の流量の情報、及び圧力比の情報と、前述したマップとに基づいて、アクチュエータ９８を制御して、壁部材７０を適した位置へ移動させる

（まとめ）
前述したように、壁部材７０が最小位置に配置された遠心圧縮機３０の流入流路８０の流路面積は、遠心圧縮機３３０の流路面積と比して、小さくなっている。さらに、壁部材７０が最小位置に配置された状態で、壁部材７０によって囲まれている領域の面積（流路面積、図１のＫ２参照）は、インペラ３２の入り口の面積（図１のＫ４参照）と比して、小さくなっている。これによって、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量が小さく、かつ、壁部材７０が最小位置に配置されている状態での、遠心圧縮機３０では、流入流路８０側へ逆流する空気の量を、少なくすることができる。換言すれば、サージングの発生を抑制することができる。

また、サージングの発生を抑制させ、かつ、空気を圧縮する圧縮効率の低下を抑制させる観点から、壁部材７０を適した位置へ移動させることで、空気を圧縮する圧縮効率の低下を抑制した上で、サージングの発生を抑制することができる。

また、壁部材７０には、空気の流れ方向に延びると共に、流入流路８０に臨む壁面７２Ａが形成されている。これにより、インペラ３２に向かう空気は、壁面７２Ａに沿って流れ、インペラ翼３６の先端縁３６Ａ側からインペラ３２に流入する。このため、例えば、インペラ３２に空気を導く流入流路８０の流路面積を変える部材が、板面が軸方向を向いた薄板状の部材である場合と比して、インペラ３２に向かう空気の圧力損失の上昇を抑制することができる。

また、壁部材７０が最小位置に配置された状態で、壁面７２Ａにおいて空気の流れ方向の下流側の部分が、空気の流れ方向の上流側の部分と比して、インペラ３２の回転中心線Ｃ１に近づくように、壁面７２Ａは、軸方向に対して傾斜している。このため、壁面７２Ａにおいて空気の流れ方向の下流側の部分が、インペラ３２の回転中心線Ｃ１から遠ざかるように、壁面が傾斜している場合と比して、インペラ翼３６に向かう空気の圧力損失の上昇を抑制することができる。

また、壁部材７０が最小位置に配置された状態で、壁面７２Ａにおいて、空気の流れ方向の下流側の端部Ｔ１は、インペラ３２の回転軸部３４における、空気の流れ方向の上流側の端部Ｔ２に対して、軸方向の内側に位置している。換言すれば、回転軸部３４によって流路面積が狭くされる部分まで、壁部材７０の壁面７２Ａが延びている。このため、回転軸部３４によって流路面積が狭くされる部分まで、壁部材７０の壁面７２Ａが延びていない場合と比して、インペラ翼３６に向かう空気の圧力損失の上昇を抑制することができる。

また、圧力損失の上昇が抑制されることで、サージングの発生を効果的に抑制することができる。

また、ターボチャージャ１０としては、サージングの発生が抑制される遠心圧縮機３０を備えることで、圧縮空気をエンジンに効率よく供給することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る遠心圧縮機、及びターボチャージャの一例につい図９、図１０を用いて説明する。なお、第２実施形態については、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

図９に示されるように、第２実施形態に係る遠心圧縮機１３０は、円筒状の円筒部材１３２と、壁部材７０の本体部７２に、円筒部材１３２を付勢する付勢部材１３４とを備えている。

円筒部材１３２は、インペラ３２の回転中心線Ｃ１を中心とする円筒状とされ、径方向において、軸部８２とインペラ３２との間に配置されている。

具体的には、ハウジング５０の取付部６２には、軸方向の外側が開放された凹部６２Ａが形成されている。この凹部６２Ａに、円筒部材１３２が配置されている。

また、付勢部材１３４は、圧縮バネであって、円筒部材１３２の基端部と、凹部６２Ａの底との間に配置されている。そして、付勢部材１３４は、円筒部材１３２の先端部が、壁部材７０の本体部７２に、軸方向の外側から接触するように、円筒部材１３２を本体部７２に向けて付勢している。

この構成において、図９に示されるように、壁部材７０が最小位置に配置されている状態で、壁部材７０の本体部７２と先端部で接触する円筒部材１３２は、凹部６２Ａに収納されている。

これに対して、図１０に示されるように、壁部材７０が最大位置に配置されている状態で、円筒部材１３２は、付勢部材１３４の付勢力によって、本体部７２との接触を維持し、凹部６２Ａから突出するようになっている。そして、壁部材７０の壁面７２Ａに沿って流れる空気は、壁部材７０の本体部７２と、取付部６２との間の空間に、進入しないようになっている。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る遠心圧縮機、及びターボチャージャの一例につい図１１、図１２を用いて説明する。なお、第３実施形態については、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

図１１に示されるように、第３実施形態に係る遠心圧縮機１６０の取付部１６２には、壁部材１７０側に突出する凸部１６４が形成されている。さらに、遠心圧縮機１６０の壁部材１７０の本体部１７２には、最小位置に配置された状態で、凸部１６４が収納される凹部１７４が形成されている。なお、壁部材１７０は、移動部材の一例である。

軸部８２の軸方向から見て、凸部１６４の周面、及び凹部１７４の周面は、軸部８２を中心とする円弧状とされている。そして、最小位置に配置された壁部材１７０の凹部１７４の周面と、凸部１６４の周面とが接触するようになっている。

この構成において、図１１に示されるように、壁部材１７０が最小位置に配置されている状態で、壁部材１７０の本体部１７２の凹部１７４に、取付部１６２に形成された凸部１６４が収納されている。

これに対して、図１２に示されるように、壁部材１７０が最大位置に配置されている状態で、取付部１６２の凸部１６４の一部が、流入流路８０に臨むようになっている。これにより、壁部材１７０が最大位置に配置されている状態で、第１実施形態の構成と比して、壁部材１７０の本体部１７２と取付部１６２との間の空間に、空気が進入するのを抑制するようになっている。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る遠心圧縮機、及びターボチャージャの一例につい図１３、図１４を用いて説明する。なお、第４実施形態については、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

図１３に示されるように、第４実施形態に係る遠心圧縮機１９０の取付部１９２には、取付部１９２の内部を貫通する貫通孔１９４が形成されている。さらに、遠心圧縮機１９０の壁部材２００には、壁部材２００の本体部２０２の内部を貫通する貫通孔１９６が形成されている。なお、壁部材２００は、移動部材の一例である。

取付部１９２に形成されている貫通孔１９４の一方の開口は、インペラ翼３６の湾曲縁３６Ｂに対向し、貫通孔１９４の他方の開口は、壁部材２００の本体部２０２に対向している。

また、本体部２０２に形成されている貫通孔１９６の一方の開口は、壁部材１７０が最小位置に配置されている状態で、取付部１９２の貫通孔１９４の他方の開口と対向し、貫通孔１９６の他方の開口は、流入流路８０に臨むように、壁面２０２Ａに形成されている。

この構成において、遠心圧縮機１９０から排出される圧縮空気の流量が小さく、かつ、壁部材２００が最小位置に配置されている状態で、図１３に示されるように、隙間５８を通って流入流路８０側へ流れる空気の一部は、貫通孔１９４に進入する（図中矢印参照）。貫通孔１９４に進入した空気は、貫通孔１９４、及び貫通孔１９６を通って流入流路８０に排出される。

流入流路８０に排出された空気は、吸気通路１４から流入流路８０を通ってインペラ３２に向かう空気と合流する。これにより、インペラ翼３６の先端縁３６Ａ側から流入する空気量が、貫通孔１９６を通過する循環流の分、増加する。このため、インペラ翼３６の先端縁３６Ａ側から流入する流速が増加することで、サージングの発生が抑制される。

また、図１４に示されるように、壁部材２００が最大位置に配置されている状態で、本体部２０２に形成されている貫通孔１９６の一方の開口は、取付部１９２の貫通孔１９４の他方の開口と対向しない。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る遠心圧縮機、及びターボチャージャの一例につい図１５、図１６を用いて説明する。なお、第５実施形態については、第１実施形態と異なる部分を主に説明する。

（構成）
図１５、図１６に示されるように、第５実施形態に係る遠心圧縮機２２０に備えられた壁部材７０の内、一の壁部材７０には、流入流路８０に突出する突出部２４２が形成されている。この突出部２４２は、板状とされ、突出部２４２の板面は、回転するインペラ３２の周方向に向いている。さらに、突出部２４２は、軸方向において、壁部材７０の壁面７２Ａの一端から他端まで軸方向へ延びている。また、壁部材７０が最小位置に配置されている状態で、突出部２４２の突出端２４２Ａは、インペラ３２の回転中心線Ｃ１に沿っている。

（作用）
次に、遠心圧縮機２２０から排出される圧縮空気の流量が小さく、かつ、壁部材７０が最小位置に配置されている状態での、遠心圧縮機２２０の作用について説明する。

図１５に示されるように、回転するインペラ３２は、流入流路８０を軸方向に沿ってインペラ３２側へ流れインペラ翼３６の先端縁３６Ａ側から流入する空気（矢印Ｒ１）を圧縮し、インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流す。

インペラ翼３６の基端縁３６Ｃから径方向の外側の拡散流路５６へ流れた空気は、渦巻き流路５４側へ流れる空気（矢印Ｒ２）と、逆方向に折り返してインペラ翼３６とハウジング５０との隙間５８を通って流入流路８０側へ流れる空気（矢印Ｒ３）とに分かれる（剥離する）。

さらに、流入流路８０側へ逆流した空気は、図１６に示されるように、壁部材７０の壁面７２Ａに沿って螺旋状に流れる（矢印Ｒ４）。

ここで、一の壁部材７０の壁面７２Ａには、突出部２４２が形成されている。このため、壁部材７０の壁面７２Ａに沿って螺旋状に流れる空気は、突出部２４２に当たり（案内され）、軸方向から見て、インペラ３２の回転中心側へ流れる（矢印Ｍ５）。

そして、インペラ３２の回転中心側へ流れた空気は、流入流路８０を軸方向に沿ってインペラ３２側へ流れる空気（矢印Ｒ６）を押圧（加圧）する。これにより、インペラ３２側へ流れる空気は、流入流路８０において突出部２４２とは反対側の部分に押圧される（寄せられる）。このため、インペラ３２に流入する空気の圧力が高くなり、遠心圧縮機２２０の圧力比が小さくなる。そして、遠心圧縮機２２０では、サージングの発生が抑制される。

なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態をとることが可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、壁部材７０には、空気の流れ方向に延びると共に、流入流路８０に臨む壁面７２Ａが形成されたが、空気の流れ方向に延びる壁面７２Ａが、壁部材に形成されていなくてもよい。しかし、この場合には、壁部材７０に壁面７２Ａが形成されることで生じる作用は生じない。

また、上記実施形態では、壁部材７０が最小位置に配置された状態で、壁面７２Ａは、壁面７２Ａにおいて空気の流れ方向の下流側の部分が、空気の流れ方向の上流側の部分と比して、インペラ３２の回転中心線Ｃ１に近づくように、軸方向に対して傾斜している。しかし、このように壁面を傾斜させなくてもよい。この場合には、壁面７２Ａをこのように傾斜させることで生じる作用は生じない。

また、上記実施形態では、回転軸部３４によって流路面積が狭くされる部分まで、壁部材７０の壁面７２Ａが延びているが、回転軸部３４によって流路面積が狭くされる部分まで、壁部材７０の壁面７２Ａが延びていなくてもよい。しかし、この場合には、回転軸部３４によって流路面積が狭くされる部分まで、壁部材７０の壁面７２Ａが延びていることで生じる作用は生じない。

また、上記実施形態では、壁部材７０は、軸方向から見て、インペラ３２の周方向に並んで６個設けられているが、６個以外の個数であってもよい。

また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、壁部材７０の最小位置と、壁部材７０の最大位置との間に、壁部材７０の停止位置が複数あってもよい。

また、上記実施形態では、軸方向から見て、本体部７２の円弧に接する接線方向に延びた軸部８２を中心に壁部材７０を揺動させることで、壁部材７０が径方向に移動したが、例えば、壁部材を径方向にスライド移動させること、又は、軸方向に沿った軸部を中心に壁部材を揺動させることで、壁部材が径方向に移動してもよい。

１０ ターボチャージャ
２０ タービンユニット
２２ タービンロータ
３０ 遠心圧縮機
７０ 壁部材（移動部材の一例）
７２Ａ 壁面
８０ 流入流路
１３０ 遠心圧縮機
１６０ 遠心圧縮機
１７０ 壁部材（移動部材の一例）
１９０ 遠心圧縮機
２００ 壁部材（移動部材の一例）
２０２Ａ 壁面
２２０ 遠心圧縮機

Claims (5)

1. 軸回りに回転し、軸方向から流入する空気を圧縮して径方向に流すインペラと、
   空気の流れ方向において、前記インペラの上流側に配置され、前記径方向に移動して、前記インペラに空気を導く流入流路の流路面積を変える移動部材と、を備え、
   前記移動部材が前記流路面積を最小にした状態で、前記流路面積は、前記インペラの入り口の面積と比して小さい遠心圧縮機。
2. 前記移動部材には、前記流れ方向に延びると共に、前記流入流路に臨む壁面が形成されている請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記移動部材が前記流路面積を最小にした状態で、前記壁面において前記流れ方向の下流側の部分が、前記インペラの回転中心線に近づくように、前記壁面は、前記軸方向に対して傾斜している請求項２に記載の遠心圧縮機。
4. 前記移動部材が前記流路面積を最小にした状態で、前記壁面において、前記流れ方向の下流側の端部は、前記インペラにおいて、前記流れ方向の上流側の端部に対して、前記流れ方向の下流側に位置する請求項２又は３に記載の遠心圧縮機。
5. エンジンから排出される排気ガスが流れる力によって、回転するタービンロータを有するタービンユニットと、
   前記タービンロータから回転力がインペラに伝達され、前記エンジンに供給する空気を圧縮する請求項１〜４の何れか１項に記載の遠心圧縮機と、
   を備えたターボチャージャ。