(57)【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、
前記流入流路は、前記軸方向に延びる円柱状の第一流路と、前記軸方向から見て、前記第一流路の周囲に設けられた凹部とを含んで形成され、
前記凹部は、前記軸方向から見て、一端が前記第一流路の周縁に接する接線である直線部と、前記直線部に対して前記回転翼の回転方向の下流側に位置し、一端が前記直線部と接し他端が前記第一流路の周縁に達している湾曲状の湾曲部とで形成され、かつ、前記凹部は、前記第一流路を臨んだ状態で前記軸方向に延びており、前記軸方向の外側の部分が開放されている遠心圧縮機。
【請求項２】
前記凹部は、前記第一流路の周方向に複数形成されている請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記凹部は、前記第一流路の周方向に同様のピッチで形成されている請求項２に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
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１〜３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】
特許文献１に記載の遠心圧縮機では、遠心圧縮機から排出される圧縮空気の流量が小さくなると、遠心圧縮機の空気入口に設けられた案内羽根の傾斜角度を大きくすることで、空気の流れ方向が変えられるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０３３８７８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ターボチャージャ用の遠心圧縮機では、同一回転数で圧縮空気の流量が小さくなると、出口圧力が高くなる。これにより、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。圧縮空気の流量が小さくなるほど逆流する流量は増加するので、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。
【０００５】
本願発明の課題は、サージングの発生を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１態様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、前記流入流路は、前記軸方向に延びる円柱状の第一流路と、前記軸方向から見て、前記第一流路の周囲で前記第一流路を囲むように設けられた凹部とを含んで形成され、前記凹部は、前記軸方向から見て、一端が前記第一流路の周縁に接する接線である直線部と、前記直線部に対して前記回転翼の回転方向の下流側に位置し、一端が前記直線部と接し他端が前記第一流路の周縁に達している湾曲状の湾曲部とで形成され、かつ、前記凹部は、前記第一流路を臨んだ状態で前記軸方向に延びていることを特徴とする。
【０００７】
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。
【０００８】
ここで、遠心圧縮機から排出される圧縮空気の流量が小さい場合には、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）。
【０００９】
そして、流入流路側へ逆流した空気は、流入流路を螺旋状に流れる。流入流路を螺旋状に流れる空気において径方向の外側の部分の空気は、凹部の壁面に沿って流れる。さらに、凹部の壁面に沿って流れた空気は、凹部によって流れ方向が変えられ、軸方向から見て、回転翼の回転中心側に流れる。また、流入流路を螺旋状に流れる空気において径方向の内側の部分の空気は、回転翼の回転中心側に流れる空気によって、回転翼の回転中心側に押される（寄せられる）。
【００１０】
これによって、流入流路から流入して回転翼側に流れる空気は、軸方向から見て、回転翼の回転中心側に押され、回転翼側へ流れる空気の圧力が高くなる。このため、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は、抑制される。
【００１１】
このように空気の逆流が抑制されることで、サージングの発生を抑制することができる。
【００１３】
さらに、凹部は、直線部と湾曲部とを含んで形成されている。このため、第一流路の周縁に接する接線である直線部に沿って流れる空気は、壁面と剥離することなく流れ、湾曲部に達する。そして、湾曲部に達した空気は、湾曲部によって流れ方向が変えられ、軸方向から見て、回転翼の回転中心側に流れる。このように凹部が直線部と湾曲部とを含んで形成されることで、凹部が直線部と湾曲部とを含んで形成されていない場合と比して、凹部の壁面に沿って流れる空気を、軸方向から見て、回転翼の回転中心側に流すことができる。
【００１４】
本発明の第２態様に係る遠心圧縮機は、第１態様に記載の遠心圧縮機において、前記凹部は、前記第一流路の周方向に複数形成されていることを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、凹部は、第一流路の周方向に複数形成されている。これにより、凹部が１個の場合と比して、軸方向から見て、流入流路から流入して回転翼側に流れる空気を、回転翼の回転中心側に押すことで回転翼側へ流れる空気の圧力を高くすることができる。
【００１６】
本発明の第３態様に係る遠心圧縮機は、第２態様に記載の遠心圧縮機において、前記凹部は、前記第一流路の周方向に同様のピッチで形成されていることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、凹部は第一流路の周方向に同様のピッチで形成されている。これにより、凹部が第一流路の周方向に同様のピッチで形成されていない場合と比して、軸方向から見て、流入流路から流入して回転翼側に流れる空気を、回転翼の回転中心側に押すことができる。
【００１８】
本発明の第４態様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第１態様〜第３態様の何れか一態様に記載の遠心圧縮機と、を備えたことを特徴とする。
【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、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】（Ａ）（Ｂ）本発明の実施形態に係る遠心圧縮機を示した正面図、及び断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る遠心圧縮機を示した正面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る遠心圧縮機のサージング限界をグラフで示した図面である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）本発明の実施形態に係る遠心圧縮機のＣＦＤ解析の解析結果、及び比較形態に係る遠心圧縮機のＣＦＤ解析の解析結果を示した図面である。
【図５】本発明の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６】本発明の実施形態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。
【図７】本発明の実施形態に対する比較形態に係る遠心圧縮機を示した正面図である。
【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の一例について図１〜図７を用いて説明する。
【００２３】
（全体構成）
本実施形態に係るターボチャージャ１０は、図５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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
〔タービンユニット〕
タービンユニット２０は、図５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。
【００２７】
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Ｋ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（図中右側）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に流出させる排出流路２４Ｂが形成されている。
【００２８】
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。つまり、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。
【００２９】
〔連結ユニット〕
連結ユニット４０は、図５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。
【００３０】
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。
【００３１】
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が滑らかに回転軸４２の周方向に回転するようになっている。
【００３２】
〔遠心圧縮機〕
遠心圧縮機３０は、図５に示されるように、ハウジング５０と、回転翼の一例としてのインペラ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。
【００３３】
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（図中左側）の部分には、吸気通路１４を流れる空気をハウジング５０の内部へ流入させる流入流路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の外部に排出させて吸気通路１４に流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。
【００３４】
なお、遠心圧縮機３０については詳細を後述する。
【００３５】
（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。
【００３６】
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る。これにより、タービンロータ２２は、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から流出する。
【００３７】
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５２からハウジング５０の内部へ流入した空気を圧縮する。さらに、圧縮された圧縮空気は、渦巻き流路５４を流れて吸気通路１４に流出する。渦巻き流路５４から流出した圧縮空気は、燃焼用の圧縮空気としてエンジンに供給される。
【００３８】
（要部構成）
次に、遠心圧縮機３０について説明する。
【００３９】
遠心圧縮機３０は、図５に示されるように、ハウジング５０と、ハウジング５０の内部に配置されるインペラ３２とを備えている。
【００４０】
〔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。
【００４１】
回転軸部３４は、軸方向の外側（ハウジング４４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２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５に示されるように、軸方向の外側の部分で径方向に延びる先端縁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へ延びる湾曲縁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。
【００４２】
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から径方向の外側へ流すようになっている。
【００４３】
〔ハウジング〕
ハウジング５０には、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とが形成されている。
【００４４】
さらに、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は、軸方向に延びる円柱状の導入部６０とされ、この導入部６０には、吸気通路１４を流れる空気をインペラ３２へ導く流入流路５２が形成されている。
【００４５】
拡散流路５６は、図２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、図１（Ｂ）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。
【００４６】
渦巻き流路５４は、図２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（Ｂ）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を流れた圧縮空気を吸気通路１４に流出させるようになっている。
【００４７】
流入流路５２は、図１（Ａ）（Ｂ）に示されるように、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の導入部６０で、軸方向に延びる円柱状の第一流路６８と、軸方向から見て、第一流路６８の周囲に設けられた凹部７０とから形成されている。なお、図１（Ａ）においては、導入部６０の形状が容易に理解できるように、導入部６０のみ示されている。
【００４８】
そして、第一流路６８の直径（図１（Ａ）のＤ１）は、回転するインペラ翼３６の先端縁３６Ａが描く円の直径（図１（Ａ）のＤ２）と比して大きくされている。
【００４９】
また、導入部６０の外形は、軸方向に延びる円形とされ、導入部６０において軸方向の外側の部分には、吸気通路１４を形成するダクト８０が取り付けられる端面６０Ａが形成されている。
【００５０】
さらに、導入部６０には、端面６０Ａの内周縁から軸方向の内側に延びる内周面６０Ｂと、一端が内周面６０Ｂに接すると共に軸方向の内側に向かって縮径する漏斗状の漏斗面６０Ｃとが形成されている。そして、前述した第一流路６８は、軸方向から見て、漏斗面６０Ｃの内側に形成されている。
【００５１】
また、導入部６０には、図１（Ａ）、図２に示されるように、軸方向から見て、第一流路６８の周囲から凹む凹部７０が、第一流路６８の周方向に複数（本実施形態では５個）形成されている。そして、この凹部７０は、図１（Ｂ）に示されるように、漏斗面６０Ｃから軸方向の内側に延びて形成されている。そして、凹部７０において軸方向の外側の部分（インペラ３２側に流れる空気の流れ方向の上流側の部分）は、開放されている。
【００５２】
さらに、凹部７０の軸方向の内側の部分には、軸方向の内側に向かって縮径する漏斗状の漏斗面６０Ｄが形成されている。そして、この漏斗面６０Ｄは、インペラ翼３６の先端縁３６Ａに対して軸方向の外側に位置している。
【００５３】
夫々の凹部７０は、図１（Ａ）に示されるように、軸方向から見て、直線部７０Ａと、湾曲部７０Ｂとで形成されている。具体的には、直線部７０Ａは、一端が第一流路６８の周縁に接する接線であり、湾曲部７０Ｂは、直線部７０Ａに対してインペラ翼３６の回転方向の下流側に位置し、一端が直線部７０Ａと接し他端が第一流路６８の周縁に達している。
【００５４】
そして、夫々の凹部７０は、軸方向から見て、第一流路６８の周方向に同様のピッチで形成されている。さらに、一の凹部７０の湾曲部７０Ｂの他端と、一の凹部７０に対して隣の他の凹部７０の直線部７０Ａの一端とは接している。つまり、隣り合う凹部７０は、互いに接している。このため、本実施形態では、第一流路６８を形成する壁面は、仮想面とされている。
【００５５】
本実施形態では、一例として、第一流路６８の直径（図１（Ａ）のＤ１）は、３７〔ｍｍ〕程度とされ、凹部７０の深さ（図１（Ａ）のＦ１）は、５〔ｍｍ〕程度とされている。
【００５６】
また、図１（Ｂ）に示されるように、インペラ翼３６の湾曲縁３６Ｂとハウジング５０との間には、隙間５８が形成されている。
【００５７】
（作用）
次に、本実施形態に係る遠心圧縮機３０の作用について、本実施形態に対する比較形態に係る遠心圧縮機１００と比較しつつ説明する。
【００５８】
比較形態に係る遠心圧縮機１００の導入部６０には、図６に示されるように、凹部７０は、形成されていない。なお、遠心圧縮機１００の他の構成については、遠心圧縮機３０と同様である。
【００５９】
この構成において、先ず、遠心圧縮機１００から排出される圧縮空気の流量が小さい場合について説明する。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から流入する空気（矢印Ｌ１）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。ここで、遠心圧縮機１００から排出される圧縮空気の流量が小さい場合には、遠心圧縮機１００の圧力比（遠心圧縮機１００の出口における圧力Ｐ２と入口における圧力Ｐ１との比Ｐ２/Ｐ１）は、遠心圧縮機１００から排出される圧縮空気の流量が大きい場合と比して、大きくなっている。
【００６０】
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）。
【００６１】
さらに、流入流路５２側へ逆流した空気は、図６、図７に示されるように、流入流路５２の内周面５２Ａに沿ってインペラ３２の回転方向に回って螺旋状に流れ（矢印Ｌ４）、導入部６０から軸方向の外側へ流出する。
【００６２】
なお、遠心圧縮機１００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１００の圧力比は、遠心圧縮機１００から排出される圧縮空気の流量が小さい場合と比して、小さくなっている。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ている。
【００６３】
次に、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について説明する。回転するインペラ３２は、図１（Ｂ）に示されるように、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から流入する空気（矢印Ｍ１）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。ここで、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と比して、大きくなっている。
【００６４】
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５２側へ流れる空気（矢印Ｍ３）とに分かれる（剥離する）。
【００６５】
さらに、流入流路５２側へ逆流した空気は、図１（Ｂ）、図２に示されるように、流入流路５２をインペラ３２の回転方向に回りながら螺旋状に流れる（矢印Ｍ４）。流入流路５２を螺旋状に流れる空気において径方向の外側の部分の空気は、第一流路６８に対して凹んだ凹部７０の壁面に沿って流れる。ここで、凹部７０は、軸方向から見て、直線部７０Ａと、湾曲部７０Ｂとで形成されている。
【００６６】
このため、直線部７０Ａに沿って流れる空気は、壁面と剥離することなく流れ、湾曲部７０Ｂに達する。そして、湾曲部７０Ｂに達した空気は、湾曲部７０Ｂによって流れ方向が変えられ、軸方向から見て、インペラ３２の回転中心側に流れる。そして、流入流路５２を螺旋状に流れる空気において径方向の内側の部分の空気は、インペラ３２の回転中心側に流れる空気によって、インペラ３２の回転中心側に押される（寄せられる）。
【００６７】
これにより、流入流路５２から流入してインペラ３２側に流れる空気（矢印Ｍ１）は、軸方向から見て、インペラ３２の回転中心側に押される。このため、インペラ３２側へ流れる空気の圧力は、遠心圧縮機１００を用いる場合と比して、高くなる。
【００６８】
なお、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へ流れた空気が逆方向に折り返すことはない。
【００６９】
ここで、遠心圧縮機３０、１００のサージング限界について説明する。
【００７０】
図３に示されるグラフの縦軸は遠心圧縮機３０、１００を用いた場合の圧力比を示し、横軸は遠心圧縮機３０、１００から排出される圧縮空気の流量〔ｇ／ｓｅｃ〕を示している。
【００７１】
図３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、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、破線Ｊ１は、インペラ３２の回転数を実線Ｇ１と同様の回転数にし、遠心圧縮機１００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。
【００７２】
そして、圧縮空気の流量を徐々に小さくし、サージング（遠心圧縮機が正常に機能しなくなる現象）が発生する圧縮空気の流量と圧力比とを検出した。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１００については、点ｊ１でサージングが発生した。なお、サージングについては、ハウジング５０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した。
【００７３】
実線Ｇ２は、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した。これに対して、破線Ｊ２は、遠心圧縮機１００を用い、遠心圧縮機３０の実線Ｇ２と同様の回転数とした場合を示している。そして、破線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した。
【００７４】
また、他の回転数においても実線Ｇ１、Ｇ２及び破線Ｊ１、Ｊ２と同様の作業を行い、遠心圧縮機３０、１００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求めた。
【００７５】
そして、グラフ中の破線Ｈ１が、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」）であり、グラフ中の一点鎖線Ｈ２が、遠心圧縮機１００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。
【００７６】
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１００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。
【００７７】
ここで、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、遠心圧縮機３０では、遠心圧縮機１００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。
【００７８】
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。
【００７９】
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インペラ翼３６の湾曲縁３６Ｂに沿って流入流路５２側へ流れる空気とに分かれる（図１（Ｂ）参照）。換言すれば、一方向に流れる空気が剥離しながら渦巻き流路５４側へ流れる空気と、流入流路５２側へ流れる空気とに分かれる。この空気の剥離に起因して、サージングが発生してしまう。
【００８０】
ここで、遠心圧縮機３０では、遠心圧縮機１００と比して、サージングの発生が抑制されている理由について考察する。
【００８１】
前述したように、遠心圧縮機３０では、遠心圧縮機１００と比して、インペラ３２側へ流れる空気の圧力は高くなる。このように、インペラ３２側へ流れる空気の圧力が高くなることで、拡散流路５６で逆方向に折り返す空気の流量は小さくなる。このため、遠心圧縮機３０では、遠心圧縮機１００と比して、サージングの発生が抑制されている。
【００８２】
ここで、遠心圧縮機３０を用いた場合と、遠心圧縮機１００を用いた場合とでＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析を行った。具体的には、導入部６０内を流れる空気の圧力についてＣＦＤ解析を行った。
【００８３】
図４（Ａ）が遠心圧縮機３０を用いた場合の解析結果を示し、図４（Ｂ）が遠心圧縮機１００を用いた場合の解析結果を示している。模様を分けることで、流れる空気の圧力の高低を示している。ドットの密度が高い程、空気の圧力が高くなっている。
【００８４】
図４（Ａ）（Ｂ）に示される径方向の外側の二層については、流入流路５２側へ逆流した空気の圧力を示している。
【００８５】
遠心圧縮機１００では、図４（Ｂ）に示されるように、インペラ３２側へ流れる空気の圧力が高い高圧力部１０２は、流入流路５２の中央側で複数に分かれ、高圧力部１０２の総面積は小さくなっている。
【００８６】
これに対して、遠心圧縮機３０では、インペラ３２側へ流れる空気は、インペラ３２の回転中心側に押されている。このため、図４（Ａ）に示されるように、インペラ３２側へ流れる空気の圧力が高い高圧力部１０２は、インペラ３２の回転軸を中心に大きく存在し、高圧力部１０２の総面積は大きくなっている。
【００８７】
このＣＦＤ解析結果から、遠心圧縮機３０の高圧力部１０２の総面積は、遠心圧縮機１００の高圧力部１０２の総面積と比して大きいことが分かる。このように、遠心圧縮機３０においてインペラ３２側へ流れる空気の圧力は、遠心圧縮機１００においてインペラ３２側へ流れる空気の圧力と比して高いことが分かる。
【００８８】
（まとめ）
以上説明したように、凹部７０は、軸方向から見て、直線部７０Ａと、湾曲部７０Ｂとで形成されている。そして、直線部７０Ａは、一端が流入流路５２の周縁に接する接線であり、湾曲部７０Ｂは、直線部７０Ａに対してインペラ翼３６の回転方向の下流側に位置し、一端が直線部７０Ａと接し他端が第一流路６８の周縁に達している。
【００８９】
このため、直線部７０Ａに沿って流れる空気は、湾曲部７０Ｂによって流れ方向が変えられ、インペラ３２の回転中心側に向かって流れる。これにより、遠心圧縮機３０では、凹部が直線部と湾曲部とで形成されていない場合と比して、軸方向から見て、凹部７０の壁面に沿って流れる空気を、インペラ３２の回転中心側に流すことができる。そして、遠心圧縮機３０では、サージングの発生を抑制することができる。
【００９０】
また、凹部７０は、第一流路６８の周方向に複数形成されている。このため、遠心圧縮機３０では、凹部７０が１個の場合と比して、軸方向から見て、流入流路５２から流入してインペラ３２側に流れる空気を、インペラ３２の回転中心側に押すことでインペラ３２側へ流れる空気の圧力を高くすることができる。
【００９１】
また、凹部７０は、第一流路６８の周方向に同様のピッチで形成されている。このため、遠心圧縮機３０では、凹部７０が第一流路６８の周方向に同様のピッチで形成されていない場合と比して、軸方向から見て、流入流路５２から流入してインペラ３２側に流れる空気を、インペラ３２の回転中心側に押すことでインペラ３２側へ流れる空気の圧力を高くすることができる。
【００９２】
また、ターボチャージャ１０においては、遠心圧縮機３０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。
【００９３】
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、凹部７０は、直線部７０Ａと、湾曲部７０Ｂとで形成されたが、特に凹部が直線部と湾曲部とで形成されていなくてもよい。例えば、湾曲状の凹部であってもよい。この場合には、凹部７０が直線部７０Ａと湾曲部７０Ｂとで形成されることで奏する作用は奏しない。
【００９４】
また、上記実施形態では、凹部７０は、５個形成されたが、１個でもよく、５個以外の個数であってもよい。凹部７０が１個の場合には、凹部７０が複数形成されることで奏する作用は奏しない。
【００９５】
また、上記実施形態では、凹部７０は、第一流路６８の周方向に同様のピッチで形成されたが、同様のピッチで形成されていなくてもよい。この場合には、凹部７０が第一流路６８の周方向に同様のピッチで形成されることで奏する作用は奏しない。
【００９６】
また、上記実施形態では、隣り合う凹部７０は、接していたが、特に隣り合う凹部７０が接していなくてもよい。
【００９７】
また、上記実施形態では、遠心圧縮機３０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。
【符号の説明】
【００９８】
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
３２      インペラ（回転翼の一例）
５２      流入流路
６０      導入部
６８      第一流路
７０      凹部
７０Ａ    直線部
７０Ｂ    湾曲部
【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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