(57)【要約】【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６８を軸方向の下流側へ移動させると、絞り部材７０が内壁６２から流入流路５２内へ突出して突出位置Ｐ２に配置され、流入流路５２の流路面積を縮小する。移動部材６８を軸方向の上流側へ移動させると、絞り部材７０が内壁６２に沿う退避位置Ｐ１に配置される。【選択図】図１
2019085901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記インペラへ空気を導入する流入流路が形成された導入部と、
前記導入部の内壁に形成された収納部と、
前記収納部内で移動する移動部材と、
前記導入部に設けられ、前記移動部材の移動に連動して、前記流入流路の流路面積を縮小するように前記内壁から突出する突出位置と、前記収納部内に退避する退避位置との間で配置位置を移動する絞り部材と、
を備え、
前記突出位置に配置された前記絞り部材において、前記内壁から突出した部分を他端領域とすると、該他端領域における前記流路面積の最小部を画成する突出内端は、前記他端領域における空気流入方向の下流端に配置され、前記他端領域は、前記内壁から突出した部分が、空気流入方向の下流端に向かって内径が小さくなるテーパー状とされている、
遠心圧縮機。
【請求項２】
前記絞り部材は、前記突出位置に配置された時に前記収納部内に配置される一端領域を有し、前記一端領域が前記移動部材に固定されている、請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記他端領域の前記流入流路における空気流入上流端が前記内壁に固定されている、請求項２に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記絞り部材は、前記他端領域が前記導入部の周方向で複数に分割されている、請求項２または請求項３に記載の遠心圧縮機。
【請求項５】
前記絞り部材は、弾性変形する弾性体で構成されている、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
【請求項６】
前記流入流路について、前記インペラの上流端から前記絞り部材の最小径位置までの前記軸方向の距離は、前記インペラの上流端の径方向長さよりも短い、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
【請求項７】
前記移動部材は、前記軸方向に沿って移動する、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
【請求項８】
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１〜７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。
【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、インペラの回転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、サージングが発生することがある。
【０００３】
そのため、特許文献１に記載の遠心圧縮機は、導入部に配置された弾性体の空気流入方向における中央部を径方向に突出させて導入部の吸気通路面積を絞っている。また、特許文献２では、絞り板を吸気流路の径方向側へ移動させて吸気流路を絞っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−２０５１４号公報
【特許文献２】特開２０１６−１７３０５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の構成では、径方向に突出する弾性体により構成される絞り部分を、インペラ前縁に接近させて配置することが難しい。そのため、インペラの入口側に逆流してくる空気の流れを規制する効果が小さくなり、サージング限界流量を十分に低減することができなかった。また、特許文献２の構成では、絞り板の上流側の面に空気が衝突し、インペラへスムーズに空気を流入させることが難しく圧力損失が生じていた。
【０００６】
本願発明の課題は、圧縮効率の低下させずに、インペラの入口側への空気の逆流を抑制して低流量時におけるサージングの発生を抑制し、遠心圧縮機が作動する流量範囲を拡大することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、前記インペラへ空気を導入する流入流路が形成された導入部と、前記導入部の内壁に形成された収納部と、前記収納部内で移動する移動部材と、前記導入部に設けられ、前記移動部材の移動に連動して、前記流入流路の流路面積を縮小するように前記内壁から突出する突出位置と、前記収納部内に退避する退避位置との間で配置位置を移動する絞り部材と、を備え、前記突出位置に配置された前記絞り部材において、前記内壁から突出した部分を他端領域とすると、該他端領域における前記流路面積の最小部を画成する突出内端は、前記他端領域における空気流入方向の下流端に配置され、前記他端領域は、前記内壁から突出した部分が、空気流入方向の下流端に向かって内径が小さくなるテーパー状とされている。
【０００８】
請求項１に係る遠心圧縮機では、導入部へ流入する空気が少ない場合には、移動部材を移動させて絞り部材を突出位置に配置し、流入流路の流路面積を縮小する。これにより、インペラに流入する流体の速度が増加するため、流体が持つ主流方向の運動エネルギが大きくなり、インペラ入口近傍で逆流が発生し難くなり、インペラから流出する流体の圧力も大きくなることから、サージングの発生が抑制される。また、流路面積を縮小した時に、絞り部材の他端領域によって、空気流入下流側の内径が小さくなるテーパー状が形成されているので、インペラへスムーズに空気を流入させることができ、絞り部材の後流での剥離の発生が抑制される。このため、従来の圧縮機と比較して、小流量域において圧縮機効率を維持した運転が可能となり、遠心圧縮機が作動する流量範囲を拡大することができる。
【０００９】
また、本発明の絞り部材は、突出位置に配置されたときに径方向の内側端に配置される突出内端が流入流路内における絞り部材の空気流入方向の下流端に配置される。これにより、絞り部材の内壁からの突出量を多くしても、突出内端をインペラの近傍に配置することができる。
【００１０】
本発明の請求項２に係る遠心圧縮機は、前記絞り部材は、前記突出位置に配置された時に前記収納部内に配置される一端領域を有し、前記一端領域が前記移動部材に固定されている。
【００１１】
請求項２に係る遠心圧縮機は、絞り部材の一端領域を収納部の移動部材に固定して軸方向に移動させることができる。
【００１２】
本発明の請求項３に係る遠心圧縮機は、前記他端領域の前記流入流路における空気流入上流端が前記内壁に固定されている。
【００１３】
請求項３に係る遠心圧縮機によれば、絞り部材の他端領域の空気流入上流端が内壁に固定されているので、絞り部材を安定して移動させることができる。
【００１４】
本発明の請求項４に係る遠心圧縮機は、前記絞り部材は、前記他端領域が前記導入部の周方向で複数に分割されている。
【００１５】
請求項４に係る遠心圧縮機では、絞り部材の他端領域が導入部の周方向で複数に分割されているので、絞り部材の他端領域を容易に縮径、拡径させて移動させることができる。
【００１６】
本発明の請求項５に係る遠心圧縮機は、前記絞り部材は、弾性変形する弾性体で構成されている。
【００１７】
請求項５に係る遠心圧縮機によれば、絞り部材を弾性変形させつつ移動させることができるので、移動部材の軸方向の移動に対して、絞り部材をスムーズに連動させることができる。
【００１８】
本発明の請求項６に係る遠心圧縮機は、前記流入流路について、前記インペラの上流端から前記絞り部材の最小径位置までの前記軸方向の距離は、前記インペラの上流端の径方向長さよりも短い。
【００１９】
請求項６に係る遠心圧縮機では、流入流路について、インペラの上流端から絞り部材の最小径位置までの軸方向の距離が、インペラの上流端における径方向長さよりも短く、最小径位置をインペラの近傍に配置しているので、効果的に空気流れを規制して、サージングの発生を抑制することができる。
【００２０】
本発明の請求項７に係る遠心圧縮機は、前記移動部材は、前記軸方向に沿って移動する。
【００２１】
請求項７に係る遠心圧縮機では、移動部材が、インペラの軸方向に沿って移動するので、遠心圧縮機の装置全体として、径方向へのサイズ拡大を抑制しつつ、移動ストロークを長くすることができる。
【００２２】
本発明の請求項９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１〜８の何れか１項に記載の遠心圧縮機と、を備えている。
【００２３】
請求項９に係るターボチャージャによれば、請求項１〜８の何れか１項に記載の遠心圧縮機を備えることで、圧縮空気をエンジンに効率よく供給することができる。
【発明の効果】
【００２４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】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。
【図２】第１実施形態に係る遠心圧縮機（絞り部材退避位置）を示した断面図である。
【図３】第１実施形態に係る遠心圧縮機（絞り部材退避位置）を示した正面図である。
【図４】第１実施形態に係る遠心圧縮機（絞り部材退避位置）を示した一部拡大半断面図である。
【図５】第１実施形態に係る遠心圧縮機（絞り部材突出位置）を示した断面図である。
【図６】第１実施形態に係る遠心圧縮機（絞り部材突出位置）を示した正面図である。
【図７】第１実施形態に係る遠心圧縮機（絞り部材突出位置）を示した一部拡大半断面図である。
【図８】第１実施形態に係る遠心圧縮機の制御系の一部ブロック図である。
【図９】第１実施形態に係る遠心圧縮機（絞り部材中間突出位置）を示した一部拡大半断面図である。
【図１０】遠心圧縮機の圧力比と空気流量の関係の評価予測結果をグラフで示した図面である。
【図１１】第１実施形態に係る遠心圧縮機のサージマージン確保用のフィードバック制御のフローチャートである。
【図１２】第１実施形態の変形例に係る遠心圧縮機（絞り部材突出位置）を示した一部拡大半断面図である。
【図１３】第１実施形態の他の変形例に係る遠心圧縮機（絞り部材突出位置）を示した一部拡大半断面図である。
【図１４】第２実施形態に係る遠心圧縮機（絞り部材突出位置）を示した一部拡大半断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
＜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１３を用いて説明する。
【００２７】
（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１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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
〔タービンユニット〕
タービンユニット２０は、図１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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
〔連結ユニット〕
連結ユニット４０は、図１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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
〔遠心圧縮機〕
遠心圧縮機３０は、図１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。
【００３７】
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５２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。
【００３８】
なお、遠心圧縮機３０については詳細を後述する。
【００３９】
（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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、吸気通路１４から流入流路５２を介して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。
【００４２】
（遠心圧縮機の要部構成）
次に、遠心圧縮機３０について説明する。
遠心圧縮機３０は、図２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、絞り部材７０と、絞り部材７０を移動させる移動部材６８とを備えている。
【００４３】
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。
【００４４】
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、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２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。
【００４５】
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。
【００４６】
ハウジング５０は、インペラ３２に流入する空気が流れる流入流路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、及び、後述する移動部材６８及び絞り部材７０の一部を収納する収納部６４を有している。
【００４７】
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。
【００４８】
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２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。
【００４９】
流入流路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（空気の流入上流側）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。流入流路５２は、軸方向の下流側（インペラ３２に近い側）から上流側へ向かって内径が大きくなる内壁６２に囲まれて形成されている。流入流路５２は、インペラ３２の回転中心線Ｃ１と同心とされている。なお、ここでの内壁６２は、流入流路５２を構成する内壁面だけでなく、導入部６０の一部を含んだものである。
【００５０】
導入部６０の内壁６２には、収納部６４が形成されている。収納部６４は、環状の空間とされている。収納部６４は、軸方向のインペラ３２側に形成された出入孔６４Ａにより流入流路５２と連通されている。
【００５１】
図４に示されるように、収納部６４には、ガイド部材６５、移動部材６８、及び、絞り部材７０が配置されている。ガイド部材６５は、収納部６４の径方向外側の壁面６４Ｂに設けられ、軸方向に延出されている。ガイド部材６５には、移動部材６８が取り付けられている。移動部材６８は、リング状とされ、後述するリンク部６６が接続されている。
【００５２】
リンク部６６は、ロッド６６Ａとリンク６６Ｂを有し、アクチュエータ６７により駆動される。ロッド６６Ａは、軸方向に沿って延出され、一端が移動部材６８に固定されている。ロッド６６Ａの他端は、リンク６６Ｂの第２部材６６Ｅと連結されている。リンク６６Ｂは、第１部材６６Ｄと第２部材６６Ｅを有しており、第１部材６６Ｄがアクチュエータ６７に接続されている。第１部材６６Ｄの軸方向の移動に連動して、第２部材６６Ｅが支点６６Ｃを中心に揺動する。ロッド６６Ａは、第２部材６６Ｅの揺動に連動して、軸方向に移動する。これにより、移動部材６８をガイド部材６５の延出方向（軸方向）に沿って移動させることができる。移動部材６８は、ガイド部材６５の軸方向の上流端Ｍ１と下流端Ｍ２との間で移動する。アクチュエータ６７としては、動力シリンダ、リニアモータ等を用いることができる。
【００５３】
移動部材６８には、絞り部材７０が取り付けられている。絞り部材７０は、弾性変形可能な板状のバネ部材により一体的に形成されており、全体として環状とされている。絞り部材７０の材料としては、金属、樹脂等を用いることができる。絞り部材７０は、一端領域７２、中間領域７４、及び他端領域７６を有している。一端領域７２は、軸方向に沿って配置され、移動部材６８に固定されている。一端領域７２は、移動部材６８の動きに連動して、軸方向に移動する。
【００５４】
なお、絞り部材７０は、必ずしも一体的に形成されている必要はなく、例えば、一端領域７２、中間領域７４、他端領域７６が別体となっていてもよいし、これらの一部が別部材で形成されていてもよい。 
【００５５】
中間領域７４は、一端領域７２の軸方向下流端から弧状の湾曲部７４Ａで径方向内側に湾曲され、延出されている。中間領域７４は、周方向で複数に分割されており、分割された中間領域７４は、移動部材６８の移動に連動し、出入孔６４Ａを介して流入流路５２内に突出する位置と収納部６４内に配置される位置との間を移動する。移動部材６８が下流端Ｍ２に配置されているときには、湾曲部７３は収納部６４の軸方向下流側の壁面６４Ｃに当接され、中間領域７４が径方向内側へ延出される（図７参照）。移動部材６８が上流端Ｍ１に配置されているときには、中間領域７４の全体が収納部６４内に配置される（図４参照）。
【００５６】
他端領域７６は、中間領域７４の径方向内側端から連続しつつ軸方向上流側に湾曲され、他端領域７６の上流端７６Ａが内壁６２の流入流路５２側に固定されている。他端領域７６は、中間領域７４と同様に周方向で複数に分割されている。絞り部材７０は、移動部材６８が上流端Ｍ１に配置されているときに、他端領域７６の全体が内壁６２に沿う退避位置Ｐ１に配置される。移動部材６８が下流端Ｍ２に配置されているときに、他端領域７６が内壁６２から最大限に突出する突出位置Ｐ２に配置される。突出位置Ｐ２に配置された状態では、他端領域７６は内壁６２から下流側に向かって内径が小さくなるテーパー状とされている。したがって、軸方向の断面において、内壁６２と他端領域７６とのなす角度は、９０度未満となっている。
【００５７】
絞り部材７０が突出位置Ｐ２配置されているときの他端領域７６の下流端を突出内端７６Ｂとすると、突出内端７６Ｂは、流入流路５２において径方向最内側位置に配置される部分となる。すなわち、突出内端７６Ｂは、絞り部材７０の最小径位置となる。図７に示されるように、絞り部材７０が突出位置Ｐ２配置されているときの、インペラ翼３６の先端縁３６Ａ（上流端）から突出内端７６Ｂまでの軸方向の距離Ｌは、インペラ翼３６の先端縁３６Ａにおける径方向長さＳよりも短く設定されている。
【００５８】
なお、流入流路５２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、本発明の流路面積となる。絞り部材７０が突出位置Ｐ２に配置された状態では、絞り部材７０によって囲まれている領域の面積（図５のＫ２参照）が流路面積となる。また、絞り部材７０が突出位置Ｐ２に配置された状態では、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（図２のＫ１参照）と比して小さくなると共に、インペラ３２の入り口の面積（図５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。
【００５９】
絞り部材７０が突出位置Ｐ２に配置された状態で、突出内端７６Ｂは、他端領域７６において、最も下流端に配置されている。すなわち、流入流路５２に内において、空気の流れ方向の下流端に配置されている。さらに、絞り部材７０が突出位置Ｐ２に配置された状態で、突出内端７６Ｂは、絞り部材７０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。
【００６０】
アクチュエータ６７は、ロッド６６Ａの軸方向の外側の端部に取り付けられ、制御部９０の制御によって、ロッド６６Ａを軸方向に移動させるようになっている。図８に示されるように、制御部９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含んでおり、タービンユニット２０と接続されると共に、アクチュエータ６７と接続されている。また、制御部９０は、空気流量検出部９２、流出／流入圧力センサ９４、及び、突出量検出部９６と接続されている。
【００６１】
空気流量検出部９２は、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量を検出する。空気流量検出部９２としては、例えば、エアフローメータを用いることができる。流出／流入圧力センサ９４は、遠心圧縮機３０のインペラ３２から流出する空気の圧力（流出圧力）と、インペラ３２に流入する空気の圧力（流入圧力）を検出する。流出／流入圧力センサ９４としては、例えば、大気圧センサ、インテークマニホールド圧力センサを用いることができる。突出量検出部９６は、絞り部材７０の内壁６２からの突出量を検出する。突出量検出部９６としては、例えば、ポテンショメーターを用いることができる。
【００６２】
（作用）
次に、遠心圧縮機３０の作用について説明する。
排気ガスが流れる力によって、タービンロータ２２が回転すると、これに連動してインペラ３２が回転する。回転するインペラ３２は、流入流路５２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。
【００６３】
ここで、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から排出される圧縮空気の流量が多い場合と比較して、遠心圧縮機３０の圧力比が大きくなる。したがって、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、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５２側へ流れる空気（矢印Ｌ３）とに分かれる（剥離する）。
【００６４】
なお、圧力比とは、遠心圧縮機３０のインペラ３２から流出する空気の圧力（流出圧力）と、インペラ３２に流入する空気の圧力（流入圧力）との比（流出圧力/流入圧力）である。
【００６５】
本実施形態では、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、制御部９０からアクチュエータ６７へ信号を出力し、移動部材６８を上流端Ｍ１（図４参照）から下流端Ｍ２へ向かって移動させる。移動部材６８が下流端Ｍ２へ向かって移動すると、絞り部材７０の一端領域７２と中間領域７４の間の角度が徐々に小さくなり、中間領域７４が出入孔６４Ａを介して流入流路５２の内壁６２から突出される。そして、流入流路５２の径方向内側へ移動する。絞り部材７０の内壁６２からの突出量は、移動部材６８の位置を上流端Ｍ１と下流端Ｍ２の間で任意の位置に配置することにより調整することができる。例えば、移動部材６８の位置を上流端Ｍ１と下流端Ｍ２の中間Ｍ３に配置すれば、絞り部材７０は、図９に示されるように、中間突出位置Ｐ３に配置される。
【００６６】
例えば、移動部材６８を下流端Ｍ２へ移動して、絞り部材７０を突出位置Ｐ２（他端領域７６が最大限に内壁６２から突出する位置）へ配置させると（図７参照）、流入流路５２の流路面積は縮小されるので、遠心圧縮機３０の圧力比は、流路面積が縮小されていない場合と比較して、高くなる。したがって、拡散流路５６から流入流路５２側へ逆流する空気（矢印Ｌ３）の量が、少なくなり、遠心圧縮機３０に振動等が発生する不安定現象であるサージングを抑制することができる。
【００６７】
また、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は、制御部９０からアクチュエータ６７へ信号を出力し、移動部材６８を上流端Ｍ１へ移動させ、絞り部材７０を退避位置Ｐ１へ配置させる。これにより、流入流路５２の流路面積は縮小されず、流入流路５２の開口部分がそのまま流入面積となる。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は、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量が小さい場合と比して、遠心圧縮機３０の圧力比は、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へ流れる空気の逆流は少なくなり、遠心圧縮機３０に振動等が発生する不安定現象であるサージングは生じ難い。
【００６８】
インペラ３２によって圧縮された空気（以下「圧縮空気」という）は、拡散流路５６を通って渦巻き流路５４側へ流れ、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。
【００６９】
次に、遠心圧縮機３０を用いた場合のサージング限界について説明する。
【００７０】
図１０に示されるグラフの縦軸は、遠心圧縮機３０を用いた場合の圧力比を示し、横軸は遠心圧縮機３０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１０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。
【００７１】
図１０に示すグラフ中の破線Ｇ１は、インペラ３２の回転数が高回転ＨＲのときに絞り部材７０を退避位置Ｐ１に配置した場合の圧縮空気の流量と圧力比との関係を示し、点ｇ１でサージングが発生することが示されている。破線Ｊ１は、インペラ３２の回転数が低回転ＬＲの時に絞り部材７０を退避位置Ｐ１に配置した場合の圧縮空気の流量と圧力比との関係を示し、点ｊ１でサージングが発生することが示されている。すなわち、破線Ｇ１と破線Ｊ１は、インペラ３２の回転数の条件のみが異なっている。
【００７２】
グラフ中の実線Ｇ３は、インペラ３２の回転数が高回転ＨＲのときに絞り部材７０を中間突出位置Ｐ３に配置した場合の圧縮空気の流量と圧力比との関係を示し、点ｇ３でサージングが発生することが示されている。実線Ｊ３は、インペラ３２の回転数が低回転ＬＲのときに絞り部材７０を中間突出位置Ｐ３に配置した場合の圧縮空気の流量と圧力比との関係を示し、点ｊ３でサージングが発生することが示されている。すなわち、実線Ｇ３と実線Ｊ３は、インペラ３２の回転数の条件のみが異なっている。
【００７３】
グラフ中の一点鎖線Ｇ２は、インペラ３２の回転数が高回転ＨＲのときに絞り部材７０を突出位置Ｐ２に配置した場合の圧縮空気の流量と圧力比との関係を示し、点ｇ２でサージングが発生することが示されている。一点鎖線Ｊ２は、インペラ３２の回転数が低回転ＬＲのときに絞り部材７０を突出位置Ｐ２に配置した場合の圧縮空気の流量と圧力比との関係を示し、点ｊ２でサージングが発生することが示されている。すなわち、一点鎖線Ｇ２と一点鎖線Ｊ２は、インペラ３２の回転数の条件のみが異なっている。
【００７４】
これらの関係から、インペラ３２の他の回転数においても同様の検討を行い、絞り部材７０を退避位置Ｐ１、中間突出位置Ｐ３、及び突出位置Ｐ２に配置した場合の各々において、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が絞り部材７０を退避位置Ｐ１に配置した場合、実線Ｈ３が絞り部材７０を中間突出位置Ｐ３に配置した場合、一点鎖線Ｈ２が絞り部材７０を突出位置Ｐ２に配置した場合を各々示している。以下これらを、各々、サージング限界線Ｈ１、Ｈ３、Ｈ２と称する。
【００７５】
絞り部材７０が突出位置Ｐ２に配置された遠心圧縮機３０では、グラフ中のサージング限界線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。絞り部材７０が中間突出位置Ｐ３に配置された遠心圧縮機３０では、グラフ中のサージング限界線Ｈ３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、絞り部材７０が退避位置Ｐ１に配置された遠心圧縮機３０では、グラフ中のサージング限界線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。このように、絞り部材７０により流入面積を小さくする程、サージングの限界となる圧縮空気の流量が小さくなり、少ない流量でもサージングの発生を抑制することができる。
【００７６】
〔アクチュエータに対する制御の一例〕
次に、制御部９０による、アクチュエータ６７に対する制御の一例について説明する。
【００７７】
制御部９０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、絞り部材７０を配置する位置との関係を定めたマップが記憶されている。このマップとしては、例えば図１０に示すグラフを用いることができる。ここでは、サージングの発生を抑制するために、マップ上のサージング限界線から、予め定められたサージマージンＳ０が確保できる作動位置となるように、遠心圧縮機３０の作動中にフィードバック制御が行われる。
【００７８】
当該フィードバック制御は、遠心圧縮機３０の作動時に実行され、図１１に示されるように、ステップＳ１０で、空気流量検出部９２、及び、流出／流入圧力センサ９４で検出された、遠心圧縮機３０から排出される圧縮空気の流量、及び、遠心圧縮機３０のインペラ３２から流出する空気の圧力（流出圧力）と、インペラ３２に流入する空気の圧力（流入圧力）を取得する。ステップＳ１２で、検出された圧縮空気の流量、流入圧力、及び流出圧力に基づいて、マップ上における遠心圧縮機３０の作動点Ｍを特定する。ステップＳ１４で、突出量検出部９６から検出される絞り部材７０の突出量が最大かどうか、すなわち、絞り部材７０が突出位置Ｐ２に配置されているかどうかを判断する。
【００７９】
ステップＳ１４での判断が肯定された場合には、ステップＳ１６で、特定された作動点Ｍにおいて、サージング限界線からの距離がサージマージンＳ０以下かどうか、すなわち、サージマージンＳ０が確保できていないかどうか判断する。ステップＳ１６での判断が肯定された場合には、サージマージンＳ０が確保されていないため、ステップＳ１８で、タービンユニット２０の不図示のブーストコントローラへ信号を出力し、過給圧を下げ、ステップＳ１０へ戻る。ステップＳ１６での判断が否定された場合には、サージマージンＳ０が確保されているため、そのままステップＳ１０へ戻る。
【００８０】
ステップＳ１４での判断が否定された場合には、ステップＳ２０で、特定された作動点において、サージング限界線からの距離がサージマージンＳ０以下かどうか、すなわち、サージマージンＳ０が確保できていないかどうか判断する。ステップＳ２０での判断が肯定された場合には、サージマージンＳ０が確保されていないため、ステップＳ２２でアクチュエータ６７を作動させて移動部材６８を下流側へ移動させ、絞り部材７０の突出量を所定量多くし、ステップＳ１０へ戻る。ステップＳ２０での判断が否定された場合には、ステップＳ２４でアクチュエータ６７を作動させて移動部材６８を上流側へ移動させ、絞り部材７０の突出量を少なくし、ステップＳ１０へ戻る。
【００８１】
上記のフィードバック制御により、遠心圧縮機３０の運転中のサージマージンＳ０を確保することができる。
【００８２】
なお、絞り部材７０の突出量の制御は、圧力比や空気流量に基づいて、圧縮効率が高くなる作動点を算出して、当該作動点に近づくように行ってもよい。
【００８３】
以上説明したように、本実施形態の遠心圧縮機３０では、絞り部材７０を退避位置Ｐ１から突出位置Ｐ２へ向けて移動させ、内壁６２から突出させることにより、流入流路５２の流路面積を縮小することができる。したがって、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、絞り部材７０を内壁６２から突出させて流入流路５２の流路面積を縮小して流入圧力を上げることにより、サージングの発生を抑制することができる。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は、絞り部材７０を退避位置Ｐ１へ配置して、流路面積を確保し、空気を圧縮する圧縮効率の低下を抑制することができる。このように、本実施形態の遠心圧縮機３０では、流入する空気量の変化に対応でき、空気を圧縮する圧縮効率の低下を抑制しつつサージングの発生を抑制することができる。
【００８４】
また、絞り部材７０を移動させる移動部材６８は、流入流路５２の長手方向、すなわち、インペラ３２の回転軸方向に移動するので、装置全体として、径方向へのサイズ拡大を抑制しつつ、移動ストロークを長くすることができる。
【００８５】
また、本実施形態では、絞り部材７０の突出内端７６Ｂは、流入流路５２において絞り部材７０の径方向の最内側位置に配置される部分となるので、インペラ翼３６の先端縁３６Ａ（上流端）から突出内端７６Ｂまでの軸方向の距離を短くすることができる。
【００８６】
また、本実施形態では、他端領域７６の上流端７６Ａが内壁６２に固定されているので、絞り部材７０を安定して移動させることがきる。
【００８７】
また、本実施形態では、絞り部材７０が弾性変形可能な板状のバネで形成されているので、絞り部材７０を弾性変形させつつ移動させることができる。したがって、移動部材６８の軸方向の移動に対して、絞り部材７０をスムーズに連動させることができる。
【００８８】
また、本実施形態では、絞り部材７０の中間領域７４及び他端領域７６が周方向で複数に分割されているので、絞り部材７０の他端領域７６を容易に縮径、拡径させて移動させることができる。
【００８９】
また、本実施形態では、他端領域７６は、内壁６２から突出された位置において、内壁６２から下流側へ向かって内径が小さくなるテーパー状とされる。したがって、他端領域７６を通過する空気をスムーズにインペラ側へ流入させることができる。
【００９０】
また、本実施形態では、絞り部材７０が突出位置Ｐ２配置されているときに、インペラ翼３６の先端縁３６Ａ（上流端）から突出内端７６Ｂまでの軸方向の距離Ｌが、インペラ翼３６の先端縁３６Ａにおける径方向長さＳよりも短く設定されているので、流入流路５２の最小径位置がインペラ３２の近傍に配置され、効果的に空気流れが規制されることにより、サージングの発生を抑制することができる。
【００９１】
さらに、本実施形態のターボチャージャ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。
【００９２】
なお、本実施形態では、収納部６４がハウジング５０内の閉鎖された部分として形成された例について説明したが、収納部６４はハウジング５０内に形成され外部に露出していてもよいし、ハウジング５０の外側に形成されていてもよい。
【００９３】
また、本実施形態では、絞り部材７０の他端領域７６の先端７６Ａを内壁６２に固定したが、図１２に示されるように、先端７６Ａを内壁６２に固定せず自由端としてもよい。
【００９４】
また、本実施形態の収納部６４の下流側の壁面は、図１３に示されるように、下流側が小径となるテーパー状のテーパー壁面６４Ｔとしてもよい。この場合には、移動部材６８の移動に伴って、絞り部材７０の湾曲部７３がテーパー壁面６４Ｔに当接されつつ移動する。したがって、絞り部材７０を安定して移動させることができる。
【００９５】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００９６】
図１４に示されるように、本実施形態の遠心圧縮機３１では、移動部材６８を移動させるための機構が第１実施形態と異なっている。本実施形態の遠心圧縮機３１は、リンク部６６に代えて、ネジアーム１００を有している。ネジアーム１００は、軸方向を軸として延びる棒状とされ、下流側の外周に螺旋状に雄ネジ１０２が形成されている。移動部材６８には、軸方向に貫通孔６８Ｈが形成されており、貫通孔６８Ｈの内周には、ネジアーム１００の雄ネジ１０２を係合させる雌ネジ６８Ｍが形成されている。
【００９７】
ネジアーム１００の上流側の端部は、アクチュエータ６７が接続されている。アクチュエータ６７の駆動により、軸中心にネジアーム１００は回転する。ネジアーム１００の第１方向への回転により、移動部材６８はガイド部材６５に沿って上流側へ移動し、第１方向と反対方向の第２方向への回転により、移動部材６８はガイド部材６５に沿って下流側へ移動する。
【００９８】
本実施形態では、ネジアーム１００を回転させることにより、移動部材６８を移動させることができる。
【符号の説明】
【００９９】
１０   ターボチャージャ
３０、３１  遠心圧縮機
３１   遠心圧縮機
５２   流入流路
６０   導入部
６２   内壁
６４   収納部
６４Ａ 出入孔
６８   移動部材
７０   絞り部材
７２   一端領域
７６   他端領域
７６Ｂ  突出内端
Ｐ１   退避位置
Ｐ２   突出位置
【図１】
2019085901.tif 000003
【図２】
2019085901.tif 000004
【図３】
2019085901.tif 000005
【図４】
2019085901.tif 000006
【図５】
2019085901.tif 000007
【図６】
2019085901.tif 000008
【図７】
2019085901.tif 000009
【図８】
2019085901.tif 000010
【図９】
2019085901.tif 000011
【図１０】
2019085901.tif 000012
【図１１】
2019085901.tif 000013
【図１２】
2019085901.tif 000014
【図１３】
2019085901.tif 000015
【図１４】
2019085901.tif 000016