(57)【要約】【課題】簡略な構成で、遠心圧縮機の性能を損なわずにサージングを抑制する遠心圧縮機、及びターボチャージャを提供する。【解決手段】遠心圧縮機１４における圧縮空気の流量が小さくなると、インペラ４４と流入流路４６の対向部５８との間から圧縮空気が上流側に逆流する。この逆流空気は、流入流路４６に設けられた段差部５６によって流れが抑制されると共に、径方向内側に流れを変更される。これにより、流入流路４６からインペラ４４内に流入する空気の流れが径方向内側に集められる。この結果、遠心圧縮機１４の入口側と出口側との圧力比が低下して、圧縮空気の逆流が抑制される。すなわち、サージングの発生が抑制される。【選択図】図１
2019007425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸周りに回転し、軸方向から流入する空気を圧縮して径方向へ流す回転翼と、
前記回転翼へ空気を導く流入流路が前記軸方向に延びて形成されている導入部と、を備え、
前記流入流路の壁面には、前記回転翼の軸方向上流側に軸方向下流側に向かって拡径する段差部が形成されており、前記段差部の径方向高さをｈ、前記回転翼の上流側縁と前記流入流路の壁面との径方向距離をｄ、前記段差部の径方向内側端部と前記回転翼との軸方向距離をｓとした場合、
０＜ｈ／ｄ＜１０
かつ、
０＜ｓ／ｄ＜１０
である遠心圧縮機。
【請求項２】
前記段差部が前記軸方向となす傾斜角度は、段差部の上流側に位置する前記流入流路の壁面が前記軸方向となす傾斜角度よりも大きい請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
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回転翼に伝達され、前記エンジンに供給する空気を圧縮する請求項１又は２に記載の遠心圧縮機と、
を備えたターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心圧縮機、及びターボチャージャに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャ用の遠心圧縮機では、同一回転数で流入空気の流量が小さくなると、遠心圧縮機の上流側の入口圧力に対する下流側の出口圧力の比が大きくなる。この結果、圧縮空気の一部が、インペラ出口からシュラウド側の隙間を通って、インペラ入口に逆流する。この逆流は、回転方向に旋回するらせん状の流れとなって、遠心圧縮機の入口外周面に沿って流出する。この逆流によって遠心圧縮機側に流れる主流に旋回速度が与えられ、入口流れは旋回流となる。逆流する空気流量が増加すると、螺旋状の旋回流れの角度は小さくなる。それにより主流の予旋回が強くなり、インペラの過給仕事が減少し、圧力比も低下する。主流の流れ角が小さくなると、インペラ流入口の迎え角が大きくなり、インペラに流入した流れに剥離が生じ、サージジングが発生しやすくなる。
【０００３】
このサージングを防止するために、インペラの流入口に絞りを設け流入空気の流速を高め、インペラに対する流入角度を減少させてサージングを抑制するものが提案されている。
【０００４】
しかし、サージング抑制のために絞りを設けると、サージングを生じない条件下では、流路抵抗の増加により遠心圧縮機の性能が低下するという問題を生ずる。そこで、流入吸気量が低流量時にのみ内周抵抗体を翼のハブ側に突出させて吸気流路を絞り、サージングを抑制する一方、通常流量（高流量）時には内周抵抗体の突出させないことにより圧縮機が所定の性能を発揮できるようにしたものが提案されている。（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−２０５１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１記載の技術の場合、遠心圧縮機に絞り（内周抵抗体）を可動する機構を設けなくてはならない。このような絞りの可動機構等を設けることなく、簡略な構成で遠心圧縮機の性能を損なわずにサージングを抑制する点で改善の余地がある。
【０００７】
本願発明の課題は、簡略な構成で、遠心圧縮機の性能を損なわずにサージングを抑制する遠心圧縮機、及びターボチャージャを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の請求項１に係る遠心圧縮機は、軸周りに回転し、軸方向から流入する空気を圧縮して径方向へ流す回転翼と、前記回転翼へ空気を導く流入流路が前記軸方向に延びて形成されている導入部と、を備え、前記流入流路の壁面には、前記回転翼の軸方向上流側に軸方向下流側に向かって拡径する段差部が形成されており、前記段差部の径方向高さをｈ、前記回転翼の上流側縁と前記流入流路の壁面との径方向距離をｄ、前記段差部の径方向内側端部と前記回転翼との軸方向距離をｓとした場合、０＜ｈ／ｄ＜１０、かつ、０＜ｓ／ｄ＜１０である。
【０００９】
上記構成によれば、回転する回転翼は、導入部に形成された軸方向に延びる流入流路から流入する空気を圧縮して径方向へ流す。
【００１０】
ここで、遠心圧縮機に流入する空気流量が小さい場合には、回転翼の上流側と下流側の圧力差が増大する。これにより、回転する回転翼によって圧縮されて径方向へ流された空気の一部は、逆方向に折り返して流入流路側へ流れる（逆流する）。この逆流の流量が大きい場合には、サージングが発生し、圧縮機が正常に動作しなくなる。
【００１１】
この圧縮機には、流入流路の壁面において、回転翼の軸方向上流側に軸方向下流側に向かって拡径する段差部が設けられている。したがって、流入流路の壁面に沿って回転翼の上流側に逆流してきた空気は段差部で方向を変え、径方向内側（回転翼の軸中心側）に流れる。
【００１２】
これによって、流入流路から回転翼側に流れる空気は、回転翼の回転（軸）中心側に押され（寄せられ）、回転翼側へ流れる空気の圧力が高くなる。すなわち、回転翼の上流側と下流側の圧力差が抑制される。この結果、回転する回転翼によって圧縮されて径方向へ流された空気の逆流が抑制される。これにより、サージングの発生を抑制することができる。
【００１３】
一方、段差部の径方向高さは高いほどサージングの抑制効果は高いが、遠心圧縮機に流入する空気流量が大きい場合に、流路抵抗の増大により圧縮機性能を低下させるおそれがある。
【００１４】
そこで、段差部の径方向高さをｈ、回転翼の上流側縁と流入流路の壁面との径方向距離をｄ、段差部の径方向内側頂点と回転翼との軸方向距離をｓとした場合、０＜ｈ／ｄ＜１０かつ、０＜ｓ／ｄ＜１０としているため、遠心圧縮機に対する流入流量が小さい場合にサージングを確実に抑制しつつ、遠心圧縮機に対する流入流量が大きい場合に所定の圧縮機性能を確保することができる。
【００１５】
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、前記段差部が前記軸方向となす傾斜角度は、段差部の上流側に位置する前記流入流路の壁面が前記軸方向となす傾斜角度よりも大きい。
【００１６】
上記構成によれば、流入流路において、段差部の軸方向となす傾斜角度が段差部の上流側に位置する流入流路の壁面が軸方向となす角度よりも大きく設定されている。流入流路の段差部の上流側の壁面は、軸方向と平行か下流側に向かって縮径する構造とされている。この壁面と軸方向との傾斜角度が大きい場合には、遠心圧縮機に対する流入流量が大きいと、流路抵抗の増大により圧縮機が所定の性能を発揮できないおそれがある。一方、段差部は下流側に向かって拡径しているが、その傾斜角度が大きいほど回転翼の下流側から上流側に向かう空気の逆流を効果的に抑制する。
【００１７】
本構成では、段差部が軸方向となす傾斜角度を段差部の上流側の流入流路壁面が軸方向となす傾斜角度よりも大きく設定することで、サージング（逆流）を効果的に抑制しつつ、所定の圧縮機性能を確保することができる。
【００１８】
本発明の請求項３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回転翼に伝達され、前記エンジンに供給する空気を圧縮する請求項１又は２に記載の遠心圧縮機と、を備えている。
【００１９】
上記構成によれば、遠心圧縮機におけるサージングの発生が抑制されることで、圧縮空気をエンジンに効率よく供給することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、簡略な構成で、遠心圧縮機の性能を損なわずにサージングの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係るターボチャージャを示した断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る遠心圧縮機の要部断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る遠心圧縮機における寸法規定を説明する説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る遠心圧縮機における寸法規定を説明する説明図である。
【図５】比較例に係る遠心圧縮機の要部断面図である。
【図６】ｓ／ｄ＝３の場合において、ｈ／ｄと、比較例に係る遠心圧縮機と本発明の実施形態に係る遠心圧縮機との圧力変動量比との関係を示す計算（解析）結果を示した図である。
【図７】ｈ／ｄ＝３の場合において、ｓ／ｄと、比較例に係る遠心圧縮機と本発明の実施形態に係る遠心圧縮機との圧力変動量比との関係を示す計算（解析）結果を示した図である。
【図８】本発明の実施形態のバリエーションに係る遠心圧縮機の要部断面図である。
【図９】本発明の実施形態のバリエーションに係る遠心圧縮機の要部断面図である。
【図１０】本発明の実施形態のバリエーションに係る遠心圧縮機の要部断面図である。
【図１１】本発明の実施形態のバリエーションに係る遠心圧縮機の要部断面図である。
【図１２】本発明の実施形態のバリエーションに係る遠心圧縮機の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の実施形態に係る遠心圧縮機、及びターボチャージャについて図１〜図１２を参照して説明する。
【００２３】
（全体構成）
本実施形態に係るターボチャージャ１０は、図１に示すように、タービンユニット１２と、遠心圧縮機１４と、タービンユニット１２と遠心圧縮機１４とを連結する連結ユニット１６とを備えている。そして、タービンユニット１２は、自動車のエンジン（図示省略）の排気通路１８の途中に配置され、遠心圧縮機１４は、このエンジンの吸気通路２０の途中に配置されている。
【００２４】
タービンユニット１２と遠心圧縮機１４は、それぞれハウジング２２とハウジング２４を備え、連結ユニット１６は、ハウジング２２とハウジング２４とを連結するハウジング２６を備えている。ハウジング２２、ハウジング２６、及びハウジング２４は、図示せぬ固定具で互いに固定されている。
【００２５】
さらに、ターボチャージャ１０には、ハウジング２２、ハウジング２６、及びハウジング２４の内部に回転自在に配設された回転軸２８を備えている。この回転軸２８の軸方向（図１、矢印Ｅ方向参照）を、以下、「軸方向」という。また、回転軸２８の軸心を中心とした径方向（図１、矢印Ｄ方向参照）を、以下、「径方向」という。
【００２６】
〔タービンユニット〕
タービンユニット１２は、図１に示すように、ハウジング２２と、タービンロータ３０とを備えている。
【００２７】
ハウジング２２の内部には、軸方向に延在し軸方向一端側（図１、矢印Ｅ１方向参照）が開口された排出流路３６と、排出流路３６の軸方向他端側（図１、矢印Ｅ２方向参照）から径方向外側に渦巻き状に形成された渦巻き流路３８とが形成されている。渦巻き流路３８は、排気通路１８を流れる排気ガスをハウジング２２の内部へ流入させるものであり、排出流路３６は排気ガスをハウジング２２の外部（排気通路１８）に排出させるものである。
【００２８】
このハウジング２２の内部（排出流路３６）に、タービンロータ３０が配置されている。そして、タービンロータ３０は、回転軸２８の軸方向一端側に固定されているロータ軸部３２と、ロータ軸部３２から延出した複数のタービン翼３４とを有している。
【００２９】
すなわち、渦巻き流路３８からハウジング２２の内部へ流入した排気ガス（流体の一例）が隣り合うタービン翼３４の間に流れ込み、複数のタービン翼３４を押すことで、タービンロータ３０を回転させ構成である。タービンロータ３０を回転させた排気ガスは、排出流路３６から排気通路１８に排出されるようになっている。すなわち、タービンロータ３０は、所謂ラジアルタービンロータとされている。
【００３０】
〔連結ユニット〕
連結ユニット１６は、図１に示すように、ハウジング２６を備えている。このハウジング２６には、回転軸２８が挿通される孔部４０が軸方向に貫通して形成されている。また、孔部４０（内周壁）における軸方向の二箇所には、径方向内側に突出形成され、回転軸２８を回転可能に支持する支持部４２を有している。
【００３１】
さらに、ハウジング２６は、循環しながら支持部４２へ供給されるエンジンオイルをハウジング２６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２６の内部から排出させる排出口（図示省略）とを有している。
【００３２】
この構成において、ハウジング２６の内部へ流入したエンジンオイルは、支持部４２に供給され、回転軸２８を滑らかに周方向に回転可能とさせている。
【００３３】
〔遠心圧縮機〕
遠心圧縮機１４は、図１に示すように、ハウジング２４と、回転翼の一例としてのインペラ４４とを備えている。
【００３４】
ハウジング２４の内部には、軸方向に延在し軸方向他端側が開口された流入流路４６と、流入流路４６の軸方向一端側から径方向外側に延在する拡散流路４７と、拡散流路４７に連通し拡散流路４７の径方向外側で渦巻き状に形成された渦巻き流路４８（所謂スクロール流路）とが形成されている。流入流路４６は、吸気通路２０を流れる空気をハウジング２４の内部へ流入させるものであり、渦巻き流路４８は空気をハウジング２４の外部に排出させて吸気通路２０に流出させるものである。
【００３５】
このハウジング２４の内部（流入流路４６）に、インペラ４４が配置されている。インペラ４４は、回転軸２８の軸方向他端側に固定されている回転軸部５０と、回転軸部５０から延出する複数のインペラ翼５２とを有している。
【００３６】
なお、遠心圧縮機１４については詳細を後述する。
【００３７】
（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。
【００３８】
タービン翼３４は、渦巻き流路３８からハウジング２２の内部へ流入した排気ガスによって押される。これにより、タービンロータ３０が回転する。この結果、タービンロータ３０の回転力が、回転軸２８を介してインペラ４４に伝達される。なお、ハウジング２２の内部でタービンロータ３０を回転させた排気ガスは、排出流路３６から流出する。
【００３９】
インペラ４４は、回転軸２８を介してタービンロータ３０の回転力が伝達されることで回転する。回転するインペラ４４は、流入流路４６からハウジング２４の内部へ流入した空気を圧縮する。さらに、圧縮された空気（圧縮空気）は、渦巻き流路４８から吸気通路２０に流出し、燃焼用の圧縮空気としてエンジンに供給される。
【００４０】
（要部構成）
次に、遠心圧縮機１４について説明する。
遠心圧縮機１４は、図１に示すように、導入部の一例であるハウジング２４と、ハウジング２４の内部に配置されるインペラ４４とを備えている。
【００４１】
〔インペラ〕
インペラ４４は、前述したように、回転軸２８の軸方向他端側に固定されている回転軸部５０と、回転軸部５０から延出する複数のインペラ翼５２とを有している。
【００４２】
回転軸部５０は、軸方向他端側に向かうに従って徐々に細くなっている。また、それぞれのインペラ翼５２は、図１に示すように、軸方向から見て、回転軸部５０から湾曲しながら径方向外側へ延出している。それぞれのインペラ翼５２は、図１に示すように、軸方向他端側で径方向に延びる先端縁５２Ａと、先端縁５２Ａの径方向外側端部に接続されて湾曲しながら軸方向一端側へ延びる湾曲縁５２Ｂとを有している。さらに、それぞれのインペラ翼５２は、湾曲縁５２Ｂの端部に接続されて軸方向に延びる基端縁５２Ｃを有している。
【００４３】
この構成において、回転するインペラ４４は、インペラ翼５２の先端縁５２Ａ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５２の基端縁５２Ｃから径方向外側へ流すようになっている。
【００４４】
〔ハウジング〕
ハウジング２４には、吸気通路２０を流れる空気をインペラ４４へ導く流入流路４６と、インペラ４４によって圧縮された圧縮空気が流れる拡散流路４７（所謂ディフューザ流路）と、吸気通路２０に圧縮空気を排出する渦巻き流路４８とが形成されている。
【００４５】
この流入流路４６は、ハウジング２４の内部に軸方向に延在して形成されており、軸方向他端側から軸方向一端側に向けて縮径する流入部５４と、流入部５４の軸方向一端側で径方向外側へ拡径した段差部５６と、段差部５６の径方向外側端部から軸方向一端側に延在し、インペラ４４の湾曲縁５２Ｂに対向する形状とされた対向部５８とが形成されている。
【００４６】
この段差部５６は、インペラ翼５２の軸方向一端側に形成されている。「インペラ翼５２の軸方向一端側」には、段差部５６の一部がインペラ翼５２の径方向外側に位置する場合を含むものとする。
【００４７】
ところで、図２に示すように、流入部５４が軸方向となす傾斜角度θ１（θ１≦９０°）は、段差部５６が軸方向となす傾斜角度θ２よりも小さくなる（θ１＜θ２）ように設定されている。傾斜角度θ１は、図３に示すように、段差部５６の最も径方向内側の点Ｑ３から上流側に向かう軸方向の線と流入部５４とのなす角度である。傾斜角度θ２は、図３に示すように、段差部５６の最も径方向内側の点Ｑ３から下流側に向かう軸方向の線と段差部５６とのなす角度である。なお、流入部５４や段差部５６が、図３において一本の直線形状でない場合、例えば、曲線や複数の直線等の組み合わせの場合には、平均角度を傾斜角度θ１、θ２とする。
【００４８】
また、図３に示すように、段差部５６とインペラ４４との位置関係は、段差部５６の径方向高さをｈ、段差部５６とインペラ４４との軸方向距離をｓ、インペラ４４と対向部５８との径方向距離をｄとすると、
０＜ｈ／ｄ＜１０
かつ、
０＜ｓ／ｄ＜１０
となるように設定してある。本実施形態では、例えば、ｈ／ｄ＝３、ｓ／ｄ＝３としている。
【００４９】
ここで、径方向距離ｄとは、図３に示すように、インペラ翼５２の上流側縁（先端縁５２Ａ）で最も径方向外側の点Ｑ１と、点Ｑ１の径方向外側に位置する対向部５８上の点Ｑ２との径方向距離を意味する。
【００５０】
また、径方向高さｈとは、流入流路４６を軸方向一端側から軸方向に視て（段差部５６の）最も径方向内側の点Ｑ３と点Ｑ２との径方向距離を意味する。なお、図３に示すように、本実施形態では、対向部５８の点Ｑ２と段差部５６の径方向外側端部の点Ｑ４の径方向位置が同一なので、径方向高さｈは点Ｑ３と点Ｑ４との径方向距離とも一致している。
【００５１】
しかし、図４に示すように、対向部５８が軸方向一端側に向かって拡径するように形成されている場合には、段差部５６の径方向外側端部が必ずしも明確ではない。そこで、段差部５６の径方向高さｈを、点Ｑ２と点Ｑ３との径方向距離で規定している。
【００５２】
さらに、軸方向距離ｓとは、図３及び図４に示すように、段差部５６において最も径方向内側に位置する点Ｑ３と、インペラ翼５２の先端縁５２Ａとの軸方向距離を意味する。
【００５３】
（作用）
次に、本実施形態に係る遠心圧縮機１４の作用について、比較例に係る遠心圧縮機１１４と比較しつつ説明する。なお、比較例に係る遠心圧縮機１１４で遠心圧縮機１４と同様の構成要素には、遠心圧縮機１４の参照符号と同一の参照符号に１００を足した参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５４】
比較例に係る遠心圧縮機１１４には、図５に示すように、本実施形態の段差部５６に相当する段差部が形成されていない。なお、遠心圧縮機１１４の他の構成については、遠心圧縮機１４と同様である。
【００５５】
この構成において、先ず、遠心圧縮機１１４に流入する空気流量が小さい場合について説明する。回転するインペラ１４４は、流入流路１４６を軸方向に沿ってインペラ１４４側へ流れインペラ翼１５２の先端縁１５２Ａから流入する空気（矢印Ｌ１参照）を圧縮し、インペラ翼１５２の基端縁１５２Ｃから径方向外側の拡散流路１４７へ流す。ここで、遠心圧縮機１１４に流入する空気流量が小さい場合には、遠心圧縮機１１４の圧力比（遠心圧縮機１１４の出口圧力Ｐ２と入口圧力Ｐ１との比Ｐ２/Ｐ１）が、遠心圧縮機１１４に流入する空気流量が大きい場合と比して増大する。
【００５６】
このため、インペラ翼１５２の基端縁１５２Ｃから径方向外側の拡散流路１４７へ流れた空気は、渦巻き流路１４８側へ流れる空気（矢印Ｌ２参照）と、逆方向に折り返してインペラ翼１５２とハウジング１２４との隙間１６０を通って流入流路４６側へ流れる空気（矢印Ｌ３参照）とに分かれる（剥離する）。
【００５７】
さらに、流入流路１４６側へ逆流した空気は、図５に示すように、流入流路１４６の内周面に沿ってインペラ１４４の回転方向に回って螺旋状に流れ、隙間１６０から軸方向他端側へ流出する（矢印Ｌ４参照）。この流入流路１４６の内周面に沿って上流側に流れる空気の流れ（逆流）の流量が大きくなると、遠心圧縮機１１４にサージングが発生する。
【００５８】
なお、遠心圧縮機１１４に流入する空気流量が大きい場合には、遠心圧縮機１１４の圧力比は、遠心圧縮機１１４に流入する空気流量が小さい場合と比して減少する。このため、インペラ翼１５２の基端縁１５２Ｃから径方向外側の拡散流路１４７へ流れた空気の逆流が抑制される。
【００５９】
次に、本実施形態の遠心圧縮機１４において、遠心圧縮機１４に流入する空気流量が小さい場合について説明する。回転するインペラ４４は、図２に示すように、流入流路４６を軸方向に沿ってインペラ４４側へ流れインペラ翼５２の先端縁５２Ａから流入する空気（矢印Ｍ１参照）を圧縮し、インペラ翼５２の基端縁５２Ｃから径方向外側の拡散流路４７へ流す。ここで、遠心圧縮機１４に流入する空気流量が小さい場合には、遠心圧縮機１４に流入する空気流量が大きい場合と比して、遠心圧縮機１４の圧力比（出口圧力Ｐ４／入口圧力Ｐ３）が増加する。
【００６０】
このため、インペラ翼５２の基端縁５２Ｃから径方向外側の拡散流路４７へ流れた空気は、渦巻き流路４８側へ流れる空気（矢印Ｍ２参照）と、逆方向に折り返してインペラ翼５２とハウジング２４との隙間６０を通って流入流路４６側へ流れる空気（矢印Ｍ３参照）とに分かれる（剥離する）。
【００６１】
さらに、流入流路４６側へ逆流した空気（以下、「逆流空気」という）は、図２に示すように、流入流路４６をインペラ４４の回転方向に回りながら螺旋状に流れる。
【００６２】
流入流路４６の対向部５８の内周面に沿って軸方向他端側に移動してきた逆流空気は、段差部５６に突き当たることによって径方向内側に流れを変え、流入流路４６の径方向内側に向かう（矢印Ｍ４参照）。
【００６３】
これにより、流入流路４６から流入してインペラ４４側に流れる空気（矢印Ｍ１）は、軸方向から見て、インペラ４４の回転中心側に押される（寄せられる）。このため、インペラ４４側へ流れる空気の圧力は、遠心圧縮機１１４を用いる場合と比較して相対的に高くなり、サージングの発生を抑制することができる。
【００６４】
また、逆流空気が流入流路４６の流入部５４に沿ってさらに軸方向上流側に到達することによって、流入空気に強く予旋回を与え、サージングが発生しやすくなるおそれがある。しかしながら、遠心圧縮機１４では、段差部５６によって逆流空気が段差部５６よりも上流側に到達することが防止又は抑制され、サージングの発生が抑制される。
【００６５】
なお、遠心圧縮機１４に流入する空気流量が大きい場合には、遠心圧縮機１４の圧力比は、遠心圧縮機１４に流入する空気流量が小さい場合と比して、小さくなっている。このため、インペラ翼５２の基端縁５２Ｃから径方向外側の拡散流路４７へ流れた空気が逆方向に折り返すことはない。
【００６６】
続いて、遠心圧縮機１４の段差部５６の寸法と、遠心圧縮機１４、１１４の圧力変動量との関係について数値解析を行った。図６、図７を参照して説明する。
【００６７】
なお、数値解析において、遠心圧縮機１４の段差部５６の径方向高さｈが１ｍｍ、インペラ４４と対向部５８との径方向距離ｄが０．３３ｍｍ、段差部５６とインペラ４４との軸方向距離ｓが１ｍｍとされている。また、流入流路４６の点Ｑ２における直径は、３６．６ｍｍ、インペラ４４の入口直径が３６ｍｍであり、出口直径が４８ｍｍである。
【００６８】
先ず、図６に示すグラフについて説明する。図６に示すグラフの縦軸は、遠心圧縮機１１４におけるサージング発生時の圧力変動量に対する遠心圧縮機１４の圧力変動量の比を示し、横軸は遠心圧縮機１４における径方向高さｈと径方向距離ｄとの比を示している。
【００６９】
図６に示すグラフ中のプロットは、先ず、遠心圧縮機１１４においてインペラ１４４の回転数を一定にし、遠心圧縮機１１４に流入する空気流量を変えていった場合のサージング発生時（以下、この場合の流入空気流量を「サージング発生流量」という）における遠心圧縮機１１４の出口側の圧力変動量を１とする。なお、サージングについては、ハウジング１２４の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した。
【００７０】
図６は、遠心圧縮機１４における段差部５６とインペラ４４との軸方向距離ｓとインペラ４４と対向部５８との径方向距離ｄとの比（ｓ／ｄ）を３とした場合に、段差部５６の径方向高さｈとインペラ４４と対向部５８との径方向距離ｄとの比（ｈ／ｄ）を変更して、遠心圧縮機１４の流入空気流量をサージ発生流量とした場合の遠心圧縮機１４の出口側の圧力変動量を算出した。グラフには、遠心圧縮機１１４の圧力変動量に対する比としてプロットしたものである。
【００７１】
次に、図７に示すグラフについて説明する。図７に示すグラフの縦軸は、遠心圧縮機１１４におけるサージング発生時の圧力変動量に対する遠心圧縮機１４の圧力変動量の比を示し、横軸は遠心圧縮機１４における径方向高さｈと軸方向距離ｓとの比を示している。
【００７２】
図７は、段差部５６の径方向高さｈとインペラ４４と対向部５８との径方向距離ｄとの比（ｈ／ｄ）が３とされた場合に、軸方向距離ｓとインペラ４４と対向部５８との径方向距離ｄとの比（ｓ／ｄ）を変更して、遠心圧縮機１４の流入空気流量をサージ発生流量とした場合の遠心圧縮機１４の出口側の圧力変動量を算出した。グラフには、遠心圧縮機１１４の圧力変動量に対する比としてプロットしたものである。
【００７３】
図６に示すように、ｓ／ｄ＝３の場合において、ｈ／ｄが増加するに従って比較例と比較して圧力変動量が抑制されることが確認された。詳細には、ｈ／ｄが３で圧力変動量が比較例の０．３程度に抑制されると共に、ｈ／ｄが１０を超えると圧力変動量が略一定（比較例の０．２５程度）となることがわかる。一方、一般的に段差部５６の径方向高さｈが高くなると、遠心圧縮機１４の流入空気流量が大きい場合に、流路抵抗の増加により遠心圧縮機１４の性能が低下する。したがって、０＜ｈ／ｄ＜１０であれば、流入空気の流量が大きい場合に遠心圧縮機１４の性能を大きく低下させることなく、遠心圧縮機１４の流入空気流量が小さい場合の逆流空気を抑制してサージングの発生を抑制することができると考えられる。
【００７４】
また、図７に示すように、ｈ／ｄ＝３の場合において、ｓ／ｄが３まで増加するに従って比較例と比較した圧力変動量が減少され、ｓ／ｄを３を超えると１０まで比較例の０．５程度に抑制されることが確認された。一方、一般的に段差部５６がインペラ４４から離間するほど、逆流の抑制効果が低下すると考えられる。したがって、０＜ｓ／ｄ＜１０であれば、遠心圧縮機１４に流入する空気流量が大きい場合に遠心圧縮機１４の性能を大きく低下させることなく、遠心圧縮機１４に流入する空気流量が小さい場合に逆流空気を抑制してサージングの発生を抑制することができると考えられる。
【００７５】
なお、本数値計算結果は、それぞれｓ／ｄ＝３、ｈ／ｄ＝３の場合の圧力変動量比を求めたものであったが、ｓ／ｄ、ｈ／ｄが１０以下で異なる数値の場合でも、同様の数値計算結果となるものと考えられる。
【００７６】
すなわち、遠心圧縮機１４において、０＜ｈ／ｄ＜１０、かつ０＜ｓ／ｄ＜１０となるように段差部５６、対向部５８およびインペラ４４を配置することによって、可変機構のない固定の段差部５６で遠心圧縮機１４の性能を大きく低下させることなくサージングの発生を抑制することができる。
【００７７】
また、流入部５４は、軸方向他端側（下流側）に向かって縮径するようにテーパが形成とされているが、この流入部５４が軸方向となす傾斜角度θ１は、段差部５６が軸方向となす傾斜角度θ２よりも小さくなるように設定されている。これは、流入部５４にテーパをつける（絞りを設ける）ことによって、流入空気の流入速度を増加させることによりサージングを抑制する効果があるが、傾斜角度θ１が大きすぎると流路抵抗の増加により圧縮機性能を低下させてしまう。一方、段差部５６の傾斜角度θ２は大きいほど逆流抑制効果が増加する。そこで、流入部５４の傾斜角度θ１よりも段差部の傾斜角度θ２を大きく設定することにより、圧縮機性能の低下を抑制しつつサージングを一層効果的に抑制している。
【００７８】
また、ターボチャージャ１０においては、遠心圧縮機１４におけるサージングの発生が抑制されることで、圧縮空気をエンジンに効率よく供給することができる。
【００７９】
［その他］
なお、ハウジング２４の流入流路４６の形状については、本実施形態に限定されるものではない。例えば、図８に示すように、流入部５４は、段差部５６の直前だけ径方向内側に湾曲して突出する形状でも良い。また、図９に示すように、流入部５４は、軸方向一端部側（インペラ４４側）に縮径する形状であったが、円筒形状（軸方向に直交する断面形状が一定）であっても良い。さらに、図１０に示すように、流入部５４の軸方向に対する傾斜角度θ１を一層大きくしたものでも良い。
【００８０】
一方、本実施形態（図３参照）では、段差部５６は径方向外側に延在する面であったが、図１１に示すように、段差部５６が径方向外側から軸方向一端部側に向かって傾斜した傾斜面であっても良い。あるいは、図１２に示すように、段差部５６は、径方向内側端部が流入部５４に連続したＲ形状の面でも良い。この場合、段差部５６は、Ｒ形状のうち最も径方向内側に突出した部分（点Ｑ３）が径方向内側端部となる。
【００８１】
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。
【００８２】
また、上記実施形態では、遠心圧縮機１４をターボチャージャ１０に用いたが、他の空調機器等に用いてもよい。
【００８３】
さらに、遠心圧縮機１４において、流入部５４の傾斜角度θ１が段差部５６の傾斜角度θ２よりも小さいものに限定するものではない。
【符号の説明】
【００８４】
１０    ターボチャージャ
１２    タービンユニット
１４    遠心圧縮機
２４    ハウジング（導入部）
３０    タービンロータ
４４    インペラ（回転翼）
４６    流入流路
５６    段差部
ｄ      インペラと対向部の径方向距離
ｈ      段差部の径方向高さ
ｓ      段差部とインペラの軸方向距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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