JP7636320B2 - 遠心圧縮機および過給機 - Google Patents

Description

本開示は、遠心圧縮機および過給機に関する。本出願は２０１９年４月２６日に提出された日本特許出願第２０１９－０８６３５７号に基づく優先権の利益を主張するものであり、その内容は本出願に援用される。

従来、過給機には、遠心圧縮機が設けられる。例えば、特許文献１に記載の過給機に設けられた遠心圧縮機では、コンプレッサインペラの上流に吸気通路が形成される。吸気通路には、絞り部材が設けられる。絞り部材は、コンプレッサインペラの周方向に複数並設される。絞り部材は、アクチュエータにより駆動し、吸気通路に径方向内側に突出することで、吸気通路を絞る。

特開２０１６－１７３０５１号公報

絞り部材で吸気通路を絞ることで、低流量時における断熱効率の低下を抑制できる。このように吸気通路を絞ったとき、断熱効率の低下をさらに抑制する技術の開発が希求される。

本開示の目的は、断熱効率の低下を抑制することが可能な遠心圧縮機および過給機を提供することである。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る遠心圧縮機は、本体部、および、本体部の外周面に設けられた複数の羽根を有するインペラと、インペラに回転軸方向に対向する吸気通路と、インペラを収容するハウジングであって、当該ハウジングは、吸気口を含む第１ハウジング部材と、インペラに対してインペラの径方向の外側から対向するシュラウド部を含む第２ハウジング部材と、を含み、シュラウド部の内径は、第１ハウジング部材から離隔するほど増加する、ハウジングと、吸気通路に設けられた絞り部材であって、インペラの径方向に移動可能であり、吸気通路内に突出する絞り位置と、絞り位置よりも径方向に外側の退避位置と、の間で切り替えられ、絞り位置において、吸気通路内に円形の環状孔を形成する、絞り部材を有し、羽根のリーディングエッジの外周端と絞り部材との距離を、吸気通路の内壁面から突出する絞り部材の最大突出高さで除算した比が４以下である絞り機構と、を備え、絞り部材は、第１絞り部材および第２絞り部材を含み、第１絞り部材および第２絞り部材の各々は、所定の回転軸部を中心に回転することによって、絞り位置および退避位置に移動可能であり、絞り位置では、第１絞り部材および第２絞り部材の２つの部材によって、吸気通路内に円形の環状孔が形成される。

また、絞り部材は、外周端とインペラの軸方向に対向する対向面を有し、対向面は、外周端の軸方向の位置と、リーディングエッジの内周端の軸方向の位置との間に設けられてもよい。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る過給機は、上記遠心圧縮機を備える。

本開示によれば、断熱効率の低下を抑制することが可能となる。

図１は、過給機の概略断面図である。 図２は、図１の破線部分の抽出図である。 図３は、リンク機構を構成する部材の分解斜視図である。 図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線断面図である。 図５は、リンク機構（絞り機構）の動作を説明するための第１の図である。 図６は、リンク機構の動作を説明するための第２の図である。 図７は、リンク機構の動作を説明するための第３の図である。 図８は、図２の二点鎖線部分の抽出図である。 図９は、距離と断熱効率の改善率の関係を示すグラフである。 図１０は、第１絞り部材の突出部の配置の範囲を説明するための図である。 図１１は、数式１を基に剥離した空気の流れをシミュレーションした結果を示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、過給機ＴＣの概略断面図である。図１に示す矢印Ｌ方向を過給機ＴＣの左側として説明する。図１に示す矢印Ｒ方向を過給機ＴＣの右側として説明する。図１に示すように、過給機ＴＣは、過給機本体１を備える。過給機本体１は、ベアリングハウジング２を備える。ベアリングハウジング２の左側には、締結ボルト３によってタービンハウジング４が連結される。ベアリングハウジング２の右側には、締結ボルト５によってコンプレッサハウジング１００が連結される。

ベアリングハウジング２には、収容孔２ａが形成されている。収容孔２ａは、過給機ＴＣの左右方向に貫通する。収容孔２ａに軸受６が設けられる。図１では、軸受６の一例としてフルフローティング軸受を示す。ただし、軸受６は、セミフローティング軸受や転がり軸受など、他のラジアル軸受であってもよい。軸受６によって、シャフト７が回転自在に軸支されている。シャフト７の左端部にはタービンインペラ８が設けられる。タービンインペラ８がタービンハウジング４内に回転自在に収容されている。シャフト７の右端部にはコンプレッサインペラ９（インペラ）が設けられる。

コンプレッサインペラ９は、本体部９ａを有する。本体部９ａのうち、コンプレッサインペラ９の回転軸方向（以下、単に回転軸方向という。シャフト７の軸方向、過給機ＴＣの左右方向）の一方側に外周面９ｂが臨む。回転軸方向の他方側に背面９ｃが臨む。外周面９ｂには、外周面９ｂの周方向に離隔して複数の羽根９ｄが設けられている。羽根９ｄは、外周面９ｂから径方向に突出している。コンプレッサインペラ９がコンプレッサハウジング１００内に回転自在に収容されている。コンプレッサハウジング１００は、第１ハウジング部材１１０および第２ハウジング部材１２０を有する。第１ハウジング部材１１０および第２ハウジング部材１２０については後に詳述する。

コンプレッサハウジング１００には、吸気口１０が形成される。吸気口１０は、過給機ＴＣの右側に開口する。吸気口１０は、不図示のエアクリーナに接続される。また、締結ボルト５によってベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング１００が連結された状態では、ディフューザ流路１１が形成される。ディフューザ流路１１は、空気を昇圧する。ディフューザ流路１１は、シャフト７（コンプレッサインペラ９）の径方向（以下、単に径方向という）の内側から外側に向けて環状に形成されている。ディフューザ流路１１は、上記の径方向の内側において、コンプレッサインペラ９を介して吸気口１０に連通している。

また、コンプレッサハウジング１００の内部には、コンプレッサスクロール流路１２が形成される。コンプレッサスクロール流路１２は環状である。コンプレッサスクロール流路１２は、コンプレッサインペラ９よりも径方向の外側に位置する。コンプレッサスクロール流路１２は、不図示のエンジンの吸気口と連通する。コンプレッサスクロール流路１２は、ディフューザ流路１１にも連通している。コンプレッサインペラ９が回転すると、吸気口１０からコンプレッサハウジング１００内に空気が吸気される。吸気された空気は、コンプレッサインペラ９の複数の羽根９ｄの間を流通する過程において、遠心力の作用により増速される。増速された空気は、ディフューザ流路１１およびコンプレッサスクロール流路１２で昇圧される。昇圧された空気は、不図示の吐出口から流出し、エンジンの吸気口に導かれる。

このように、過給機ＴＣは、遠心圧縮機Ｃ（コンプレッサ）を備える。遠心圧縮機Ｃは、コンプレッサハウジング１００、コンプレッサインペラ９、コンプレッサスクロール流路１２を含んで構成される。

タービンハウジング４には、排気口１３が形成されている。排気口１３は、過給機ＴＣの左側に開口する。排気口１３は、不図示の排気ガス浄化装置に接続される。また、タービンハウジング４には、流路１４と、タービンスクロール流路１５とが設けられている。タービンスクロール流路１５は、タービンインペラ８よりも径方向の外側に位置する。流路１４は、タービンインペラ８とタービンスクロール流路１５との間に位置する。

タービンスクロール流路１５は、不図示のガス流入口と連通する。ガス流入口には、不図示のエンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスが導かれる。タービンスクロール流路１５は、上記の流路１４にも連通している。ガス流入口からタービンスクロール流路１５に導かれた排気ガスは、流路１４およびタービンインペラ８の翼間を介して排気口１３に導かれる。排気口１３に導かれた排気ガスは、その流通過程においてタービンインペラ８を回転させる。

タービンインペラ８の回転力は、シャフト７を介してコンプレッサインペラ９に伝達される。上記のとおりに、空気は、コンプレッサインペラ９の回転力によって昇圧されて、エンジンの吸気口に導かれる。

図２は、図１の破線部分の抽出図である。図２では、コンプレッサインペラ９、コンプレッサハウジング１００、および、後述する絞り部材を抽出して示す。図２に示すように、コンプレッサハウジング１００の第１ハウジング部材１１０は、第２ハウジング部材１２０よりも、図２中、右側（ベアリングハウジング２から離隔する側）に位置する。

第１ハウジング部材１１０は、大凡円筒形状である。第１ハウジング部材１１０は、小径部１１０ａ、中径部１１０ｂ、大径部１１０ｃを有する。小径部１１０ａは、ベアリングハウジング２から最も遠い。大径部１１０ｃは、ベアリングハウジング２に最も近い。中径部１１０ｂは、小径部１１０ａと大径部１１０ｃの間に位置する。小径部１１０ａは、中径部１１０ｂよりも外径が小さい。中径部１１０ｂは、大径部１１０ｃよりも外径が小さい。ただし、第１ハウジング部材１１０は、小径部１１０ａ、中径部１１０ｂ、大径部１１０ｃを有さなくてもよい。例えば、外径が回転軸方向に大凡一定であってもよい。

第１ハウジング部材１１０には、貫通孔１１１が形成される。貫通孔１１１は、第１ハウジング部材１１０を、回転軸方向に貫通する。貫通孔１１１は、小径部１１０ａ、中径部１１０ｂ、大径部１１０ｃを回転軸方向に貫通する。貫通孔１１１の一端は、上記の吸気口１０である。

貫通孔１１１は、平行部１１１ａおよび縮径部１１１ｂを有する。平行部１１１ａは、縮径部１１１ｂよりも貫通孔１１１の一端側に位置する。平行部１１１ａの一端は、吸気口１０である。平行部１１１ａの内径は、軸方向に亘って大凡一定である。縮径部１１１ｂの一端は、平行部１１１ａに連続する。縮径部１１１ｂの一端の内径は、平行部１１１ａの内径と大凡等しい。縮径部１１１ｂの内径は、平行部１１１ａから離隔するほど（第２ハウジング部材１２０に近づくほど）、小さくなる。

第１ハウジング部材１１０のうち、第２ハウジング部材１２０側の端面１１２の外周部には、切り欠き部１１２ａが形成される。切り欠き部１１２ａは、例えば環状である。

第１ハウジング部材１１０の端面１１２には、収容溝１１２ｂが形成される。収容溝１１２ｂは、端面１１２よりも吸気口１０側（第２ハウジング部材１２０から離隔する側）に窪む。収容溝１１２ｂは、軸方向から見たとき、例えば大凡環状である。言い換えると、収容溝１１２ｂは、貫通孔１１１の内壁から径方向の外側に窪む。

収容溝１１２ｂのうち、吸気口１０側（小径部１１０ａ側、第２ハウジング部材１２０から離隔する側）の壁面１１２ｃには、軸受穴１１２ｄが形成される。軸受穴１１２ｄは、壁面１１２ｃから回転軸方向に平行に吸気口１０側に延在する。軸受穴１１２ｄは、コンプレッサインペラ９の回転方向（以下、単に回転方向という）に離隔して２つ設けられる。２つの軸受穴１１２ｄは、回転方向に１８０度ずれた位置に配されている。

第２ハウジング部材１２０には、貫通孔１２１が形成される。貫通孔１２１は、第２ハウジング部材１２０を回転軸方向に貫通する。貫通孔１２１のうち、第１ハウジング部材１１０側の端部の内径は、貫通孔１１１のうち、第２ハウジング部材１２０側の端部の内径と大凡等しい。第２ハウジング部材１２０のうち、貫通孔１２１の内壁には、シュラウド部１２１ａが形成される。シュラウド部１２１ａは、コンプレッサインペラ９に対して径方向の外側から対向する。シュラウド部１２１ａの内径は、第１ハウジング部材１１０から離隔するほど大きくなる。シュラウド部１２１ａのうち、第１ハウジング部材１１０と反対側の端部は、上記のディフューザ流路１１に連通する。

第２ハウジング部材１２０のうち、第１ハウジング部材１１０側の端面１２２には、収容溝１２２ａが形成される。収容溝１２２ａは、端面１２２よりもディフューザ流路１１側（第１ハウジング部材１１０から離隔する側）に窪む。収容溝１２２ａは、軸方向から見たとき、例えば大凡環状である。言い換えると、収容溝１２２ａは、貫通孔１２１の内壁から径方向の外側に窪む。大径部１１０ｃは、収容溝１２２ａに挿通される。収容溝１２２ａのうち、ディフューザ流路１１側の壁面に、第１ハウジング部材１１０の端面１１２が当接する。

第１ハウジング部材１１０の貫通孔１１１と、第２ハウジング部材１２０の貫通孔１２１によって、吸気通路１３０が形成される。吸気通路１３０は、吸気口１０とディフューザ流路１１を連通する。コンプレッサインペラ９は、吸気通路１３０に設けられる。吸気通路１３０（貫通孔１１１、１２１）のうち、回転軸方向に垂直な断面形状は、例えば、コンプレッサインペラ９の回転軸を中心とする円形である。ただし、吸気通路１３０の断面形状は、これに限られない。また、第１ハウジング部材１１０の切り欠き部１１２ａには、不図示のシール材が配される。シール材により、第１ハウジング部材１１０と第２ハウジング部材１２０との隙間を流通する空気の流量が抑制される。ただし、切り欠き部１１２ａおよびシール材は必須の構成ではない。

図３は、リンク機構２００（絞り機構）を構成する部材の分解斜視図である。図３では、コンプレッサハウジング１００のうち、第１ハウジング部材１１０のみが示される。図３に示すように、リンク機構２００は、コンプレッサハウジング１００、第１絞り部材２１０（絞り部材）、第２絞り部材２２０（絞り部材）、連結部材２３０、ロッド２４０を有する。

第１絞り部材２１０は、湾曲部２１１を有する。湾曲部２１１は、大凡半円弧形状である。湾曲部２１１のうち、回転方向の一端面２１１ａおよび他端面２１１ｂは、径方向および回転軸方向に平行に延在する。ただし、一端面２１１ａおよび他端面２１１ｂは、径方向および回転軸方向に対し、傾斜していてもよい。

湾曲部２１１の一端面２１１ａ側には、アーム部２１２が設けられる。アーム部２１２は、湾曲部２１１の外周面２１１ｃから径方向の外側に延在する。また、アーム部２１２は、径方向に対して傾斜する方向（第２絞り部材２２０側）に延在する。

第２絞り部材２２０は、湾曲部２２１を有する。湾曲部２２１は、大凡半円弧形状である。湾曲部２２１のうち、回転方向の一端面２２１ａおよび他端面２２１ｂは、径方向および回転軸方向に平行に延在する。ただし、一端面２２１ａおよび他端面２２１ｂは、径方向および回転軸方向に対し、傾斜していてもよい。

湾曲部２２１の一端面２２１ａ側には、アーム部２２２が設けられる。アーム部２２２は、湾曲部２２１の外周面２２１ｃから径方向の外側に延在する。また、アーム部２２２は、径方向に対して傾斜する方向（第１絞り部材２１０側）に延在する。

湾曲部２１１と湾曲部２２１は、コンプレッサインペラ９の回転中心（吸気通路１３０）を挟んで対向する。湾曲部２１１の一端面２１１ａと湾曲部２２１の他端面２２１ｂは対向する。湾曲部２１１の他端面２１１ｂと湾曲部２２１の一端面２２１ａは対向する。

連結部材２３０は、第１絞り部材２１０、第２絞り部材２２０よりも吸気口１０側に位置する。連結部材２３０は、大凡円弧形状である。連結部材２３０のうち、回転方向の一端側および他端側には、軸受穴２３１、２３２が形成される。軸受穴２３１、２３２は、連結部材２３０のうち、第１絞り部材２１０、第２絞り部材２２０側の端面２３３に開口する。軸受穴２３１、２３２は、回転軸方向に延在する。ここでは、軸受穴２３１、２３２は、非貫通の穴で構成される。ただし、軸受穴２３１、２３２は、連結部材２３０を回転軸方向に貫通してもよい。

連結部材２３０のうち、軸受穴２３１、２３２の間には、ロッド接続部２３４が設けられる。ロッド接続部２３４は、連結部材２３０のうち、第１絞り部材２１０、第２絞り部材２２０と反対側の端面２３５に設けられる。ロッド接続部２３４は、端面２３５から回転軸方向に突出する。ロッド接続部２３４は、例えば、大凡円柱形状である。

ロッド２４０は、大凡円柱形状である。ロッド２４０の一端部には、平面部２４１が形成される。平面部２４１は、大凡回転軸方向に垂直な面方向に延在する。平面部２４１には、軸受穴２４２が開口する。軸受穴２４２は、回転軸方向に延在する。ロッド２４０の他端部には、連結部２４３が設けられる。連結部２４３は、連結孔２４３ａを有する。連結部２４３には、後述するアクチュエータが連結される。軸受穴２４２は、例えば、回転軸方向およびロッド２４０の軸方向に垂直な方向（後述する図５中、左右方向）に、ロッド２４０の軸方向よりも長い長穴であってもよい。

ロッド２４０のうち、平面部２４１と連結部２４３の間には、ロッド大径部２４４が形成される。ロッド大径部２４４の外径は、ロッド２４０のうち、ロッド大径部２４４に対して平面部２４１側および連結部２４３側に連続する部位よりも大きい。

第１ハウジング部材１１０には、挿通穴１１３が形成される。挿通穴１１３の一端１１３ａは、第１ハウジング部材１１０の外部に開口する。挿通穴１１３は、例えば、回転軸方向に垂直な面方向に延在する。挿通穴１１３は、貫通孔１１１（吸気通路１３０）よりも径方向の外側に位置する。挿通穴１１３には、ロッド２４０の平面部２４１側が挿通される。ロッド大径部２４４は、第１ハウジング部材１１０の挿通穴１１３の内壁面によってガイドされる。そのため、ロッド２４０において、挿通穴１１３の中心軸方向（ロッド２４０の中心軸方向）以外の移動が規制される。

第１ハウジング部材１１０には、収容穴１１４が形成される。収容穴１１４は、収容溝１１２ｂの壁面１１２ｃに開口する。収容穴１１４は、壁面１１２ｃから吸気口１０側（第２ハウジング部材１２０から離隔する側）に窪む。収容穴１１４は、回転軸方向から見たとき、大凡円弧形状である。収容穴１１４は、壁面１１２ｃにおいて、連結部材２３０よりも回転方向に長く延在する。収容穴１１４は、軸受穴２３１、２３２から回転軸方向に離隔する。収容穴１１４は、挿通穴１１３よりも第２ハウジング部材１２０側（第１絞り部材２１０側）に位置する。

第１ハウジング部材１１０には、連通孔１１５が形成される。連通孔１１５は、挿通穴１１３と収容穴１１４を連通する。連通孔１１５は、収容穴１１４のうち、回転方向の大凡中間部分に形成される。連通孔１１５は、挿通穴１１３の延在方向に大凡平行に延在する。連通孔１１５のうち、挿通穴１１３の延在方向および回転軸方向に垂直な面方向の幅は、連結部材２３０のロッド接続部２３４の外径よりも大きい。連通孔１１５は、挿通穴１１３の延在方向の幅が、挿通穴１１３の延在方向および回転軸方向に垂直な面方向の幅よりも大きい長孔である。

連結部材２３０は、収容穴１１４に収容される。収容穴１１４は、連結部材２３０よりも回転方向の長さが長く、径方向の幅も大きい。そのため、収容穴１１４の内部で、回転軸方向に垂直な面方向への連結部材２３０の移動が許容される。

ロッド接続部２３４は、連通孔１１５から挿通穴１１３に挿通される。挿通穴１１３に挿通されたロッド２４０の軸受穴２４２は、連通孔１１５に対向する。ロッド接続部２３４は、軸受穴２４２に挿通される（接続される）。ロッド接続部２３４は、軸受穴２４２に軸支される。

図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線断面図である。図４に破線で示すように、第１絞り部材２１０は、連結軸部２１３および回転軸部２１４を有する。連結軸部２１３および回転軸部２１４は、第１絞り部材２１０のうち、吸気口１０側（収容溝１１２ｂの壁面１１２ｃ側）の端面から、回転軸方向に突出する。連結軸部２１３および回転軸部２１４は、図４中、紙面奥側に延在する。回転軸部２１４は、連結軸部２１３と平行に延在する。

連結軸部２１３の外径は、連結部材２３０の軸受穴２３１の内径よりも小さい。連結軸部２１３は、軸受穴２３１に挿通される。連結軸部２１３は、軸受穴２３１に軸支される。回転軸部２１４の外径は、第１ハウジング部材１１０の軸受穴１１２ｄの内径よりも小さい。回転軸部２１４は、一方の軸受穴１１２ｄに挿通される。回転軸部２１４は、軸受穴１１２ｄに軸支される（図２参照）。すなわち、回転軸部２１４は、第１絞り部材２１０と、第１絞り部材２１０に対して回転軸方向に対向する壁面１１２ｃとを接続する。

第２絞り部材２２０は、連結軸部２２３および回転軸部２２４を有する。連結軸部２２３および回転軸部２２４は、第２絞り部材２２０のうち、吸気口１０側（収容溝１１２ｂの壁面１１２ｃ側）の端面から、回転軸方向に突出する。連結軸部２２３および回転軸部２２４は、図４中、紙面奥側に延在する。回転軸部２２４は、連結軸部２２３と平行に延在する。

連結軸部２２３の外径は、連結部材２３０の軸受穴２３２の内径よりも小さい。連結軸部２２３は、軸受穴２３２に挿通される。連結軸部２２３は、軸受穴２３２に軸支される。回転軸部２２４の外径は、軸受穴１１２ｄの内径よりも小さい。回転軸部２２４は、他方の軸受穴１１２ｄに挿通される。回転軸部２２４は、軸受穴１１２ｄに軸支される（図２参照）。すなわち、回転軸部２２４は、第２絞り部材２２０と、第２絞り部材２２０に対して回転軸方向に対向する壁面１１２ｃとを接続する。

このように、リンク機構２００は、４節リンク機構により構成される。４つのリンク（節）は、第１絞り部材２１０、第２絞り部材２２０、第１ハウジング部材１１０、連結部材２３０である。リンク機構２００が、４節リンク機構により構成されることから、限定連鎖となり１自由度であって制御が容易である。

図５は、リンク機構２００の動作を説明するための第１の図である。以下の図５、図６、図７では、吸気口１０側から見た図が示される。図５に示すように、ロッド２４０の連結部２４３には、アクチュエータ２５０の駆動シャフト２５１の一端部が連結される。

図５に示す配置では、第１絞り部材２１０と第２絞り部材２２０は、互いに当接する。このとき、図２、図４に示すように、第１絞り部材２１０のうち、径方向の内側の部位である突出部２１５は、吸気通路１３０内に突出する。第２絞り部材２２０のうち、径方向の内側の部位である突出部２２５は、吸気通路１３０内に突出する。このときの第１絞り部材２１０、第２絞り部材２２０の位置を、絞り位置という。

絞り位置では、突出部２１５のうち、回転方向の端部２１５ａ、２１５ｂと、突出部２２５のうち、回転方向の端部２２５ａ、２２５ｂとが当接する。突出部２１５と突出部２２５によって環状孔２６０が形成される。環状孔２６０の内径は、吸気通路１３０のうち、突出部２１５、２２５が突出する部位の内径よりも小さい。環状孔２６０の内径は、例えば、吸気通路１３０のいずれの部位の内径よりも小さい。

図６は、リンク機構２００の動作を説明するための第２の図である。図７は、リンク機構２００の動作を説明するための第３の図である。アクチュエータ２５０は、回転軸方向と交差する方向（図６、図７中、上下方向）にロッド２４０を直動させる。ロッド２４０は、図５に示す状態から上側に移動する。図６の配置よりも図７の配置の方が、図５の配置に対するロッド２４０の移動量が大きい。

ロッド２４０が移動すると、ロッド接続部２３４を介して、連結部材２３０も、図６、図７中、上側に移動する。このとき、連結部材２３０は、ロッド接続部２３４を回転中心とする回転が許容される。また、ロッド接続部２３４の外径に対し、ロッド２４０の軸受穴２４２の内径に僅かに遊びがある。そのため、連結部材２３０において、回転軸方向に垂直な面方向の移動が僅かに許容される。

上記のように、リンク機構２００は、４節リンク機構であり、連結部材２３０、第１絞り部材２１０および第２絞り部材２２０は、第１ハウジング部材１１０に対して、１自由度の挙動を示す。具体的には、連結部材２３０は、上記の許容範囲内で、図６、図７中、反時計回りに僅かに回転しつつ、左右方向に僅かに揺れ動く。

第１絞り部材２１０のうち、回転軸部２１４は、第１ハウジング部材１１０に軸支されることから、回転軸方向に垂直な面方向の移動が規制される。連結軸部２１３は、連結部材２３０に軸支される。連結部材２３０の移動が許容されることから、連結軸部２１３は、回転軸方向に垂直な面方向に移動可能に設けられる。その結果、連結部材２３０の移動に伴って、第１絞り部材２１０は、回転軸部２１４を回転中心として、図６、図７中、時計回り方向に回転する。

同様に、第２絞り部材２２０のうち、回転軸部２２４は、第１ハウジング部材１１０に軸支されることから、回転軸方向に垂直な面方向の移動が規制される。連結軸部２２３は、連結部材２３０に軸支される。連結部材２３０の移動が許容されることから、連結軸部２２３は、回転軸方向に垂直な面方向へ移動可能に設けられる。その結果、連結部材２３０の移動に伴って、第２絞り部材２２０は、回転軸部２２４を回転中心として、図６、図７中、時計回り方向に回転する。

こうして、第１絞り部材２１０と第２絞り部材２２０は、図６、図７の順に、互いに離隔する方向に移動する。突出部２１５、２２５は、絞り位置よりも径方向の外側に移動する（退避位置）。退避位置では、例えば、突出部２１５、２２５は、吸気通路１３０の内壁面と面一となるか、吸気通路１３０の内壁面よりも径方向の外側に位置する。退避位置から絞り位置に移動するときは、図７、図６、図５の順に、第１絞り部材２１０と第２絞り部材２２０が互いに近づいて当接する。このように、第１絞り部材２１０、第２絞り部材２２０は、回転軸部２１４、２２４を回転中心とする回転角度に応じて、絞り位置と退避位置とに切り替わる。

図８は、図２の二点鎖線部分の抽出図である。以下では、第１絞り部材２１０側を例に挙げて説明するが、第２絞り部材２２０についても第１絞り部材２１０と同様の構成（配置）となっている。図８において、第１絞り部材２１０は、絞り位置にあるものとする。絞り位置では、第１絞り部材２１０の突出部２１５、第２絞り部材２２０の突出部２２５が、吸気通路１３０において、最も径方向内側に突出する。

第１絞り部材２１０の突出部２１５は、対向面２１５ｃを有する。対向面２１５ｃは、コンプレッサインペラ９の羽根９ｄのリーディングエッジＬＥに対向する。リーディングエッジＬＥは、羽根９ｄのうち、空気の流れ方向の上流端である。ここでは、リーディングエッジＬＥは、径方向に対して傾斜している。リーディングエッジＬＥは、径方向外側ほど、図８中、左側（吸気口１０から離隔する側、軸受６側）に位置する。ただし、リーディングエッジＬＥは、径方向に対して平行であってもよい。

リーディングエッジＬＥの外周端９ｅは、リーディングエッジＬＥのうち、最も径方向外側の部位である。ここでは、外周端９ｅは、リーディングエッジＬＥにおいて、最も、図８中、左側（吸気口１０から離隔する側、軸受６側）に位置する。

リーディングエッジＬＥの内周端９ｆは、リーディングエッジＬＥのうち、最も径方向内側の部位である。ここでは、内周端９ｆは、リーディングエッジＬＥにおいて、最も、図８中、右側（吸気口１０側、軸受６から離隔する側）に位置する。

外周端９ｅの軸方向の位置は、突出部２１５の対向面２１５ｃよりも、図８中、左側である。内周端９ｆの軸方向の位置は、突出部２１５の対向面２１５ｃよりも、図８中、右側である。つまり、対向面２１５ｃは、リーディングエッジＬＥの外周端９ｅの軸方向の位置と、リーディングエッジＬＥの内周端９ｆの軸方向の位置との間に設けられる。これにより、リーディングエッジＬＥが、軸方向に垂直な方向に対して傾斜する形状である場合でも、外周端９ｅを突出部２１５に近づけることができる。

図８に示すように、第１絞り部材２１０の突出部２１５の対向面２１５ｃと、リーディングエッジＬＥの外周端９ｅとの距離（最短距離、軸方向距離）を、距離ＬＬとする。また、吸気通路１３０の内壁面から突出する突出部２１５の最大突出高さ（絞り位置における高さ）を、高さｈ_ｍａｘとする。

図９は、距離ＬＬと断熱効率の改善率の関係を示すグラフである。図９において、縦軸は、上記の距離ＬＬを示す。横軸は、断熱効率の改善率を示す。ここで、断熱効率の改善率は、全開位置における断熱効率に対し、第１絞り部材２１０、第２絞り部材２２０を絞り位置に移動して、断熱効率が改善（上昇）した割合を示す。全開位置では、第１絞り部材２１０の突出部２１５、第２絞り部材２２０の突出部２２５が、最も径方向外側に（例えば、吸気通路１３０より径方向外側に）位置する。

また、図９において、凡例ＡＡ、ＡＢ、ＡＣは、互いに空気の圧縮比が異なる。凡例ＡＡの圧縮比が最も低く、凡例ＡＣの圧縮比が最も高い。図９に示すように、断熱効率の改善率は、いずれの圧縮比であっても距離ＬＬが小さい方が高い。すなわち、第１絞り部材２１０がリーディングエッジＬＥに近いほど、断熱効率の改善率は高い。

図１０は、第１絞り部材２１０の突出部２１５の配置の範囲を説明するための図である。図１０では、図１１との対応関係を理解し易いように、図８に対して上下左右を反転した図を示す。突出部２１５で絞られて吸気通路１３０の内壁面から剥離した空気は、図１０に矢印ＦＬ示すように、少しずつ径方向外側に拡がりながら、回転軸方向に流れる。このとき、剥離した空気の流れでは、以下の数式１の関係が成り立つことが知られている。ここで、距離Ｘは、突出部２１５の対向面２１５ｃと、吸気通路１３０の内壁面に剥離した空気が再付着する位置との距離を示す。Ｒｅはレイノルズ数を示す。

…（数式１）

図１１は、数式１を基に剥離した空気の流れをシミュレーションした結果を示すグラフである。図１１において、横軸は、対向面２１５ｃを０として下流側に向かう距離ｘを、上記の突出部２１５の高さｈ_ｍａｘで除算した比（以下、ｘ比という）である。縦軸は、吸気通路１３０の内壁面から径方向内側に向かう距離ｒを、上記の突出部２１５の高さｈ_ｍａｘで除算した比である。

凡例ＢＡ、ＢＢ、ＢＣは、互いに空気の流速が異なる。凡例ＢＡの流速が最も高く、凡例ＢＣの流速が最も低い。図１１に示すように、いずれの流速であっても、ｘ比が４を超えると、空気は急速に径方向外側に拡がって流れる。逆に、ｘ比が４以下の範囲では、突出部２１５の高さｈ_ｍａｘの１０％以下の範囲までしか、空気が径方向外側に拡がらない。

そこで、リンク機構２００では、図１０に示すように、第１絞り部材２１０の突出部２１５の対向面２１５ｃと、リーディングエッジＬＥの外周端９ｅとの距離ＬＬが、突出部２１５の高さｈ_ｍａｘの４倍以下となる位置に、第１絞り部材２１０が配される。すなわち、突出部２１５の対向面２１５ｃに対し、ｘ比が４以下の範囲に、リーディングエッジＬＥが位置する。

その結果、突出部２１５を通過した空気は、径方向外側にほとんど拡がらないうちに、リーディングエッジＬＥに到達する。つまり、第１絞り部材２１０による絞りの効果が十分に残っているうちに、コンプレッサインペラ９による圧縮が可能となる。また、突出部２１５とリーディングエッジＬＥとが上記の位置関係を有することで、リーディングエッジＬＥの径方向の内側から中間位置付近における流速が増加し、流入角が健全化される。これにより、シュラウド部１２１ａ近傍で得られなくなったコンプレッサインペラ９の仕事量を、リーディングエッジＬＥの径方向の内側から中間位置付近での仕事量で補うことができる。

以上、添付図面を参照しながら本開示の一実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態では、絞り部材として、第１絞り部材２１０および第２絞り部材２２０が含まれる場合について説明した。しかし、第１絞り部材２１０、第２絞り部材２２０のうち、少なくとも一方が設けられていればよい。また、３つ以上の絞り部材が設けられてもよい。

また、上述した実施形態で説明したリンク機構２００は絞り機構の一例に過ぎない。絞り機構は、絞り部材の径方向位置を変化させて、絞り位置、退避位置（全開位置）に移動させることができれば、どのような機構であってもよい。

また、上述した実施形態では、対向面２１５ｃは、リーディングエッジＬＥにおける外周端９ｅの軸方向の位置と、リーディングエッジＬＥにおける内周端９ｆの軸方向の位置との間に設けられている。換言すれば、外周端９ｅと内周端９ｆとが、対向面２１５ｃを境にして軸方向の反対側に位置している。しかし、内周端９ｆは、対向面２１５ｃの径方向の延長線上に位置してもよい。また、内周端９ｆは、対向面２１５ｃよりも、外周端９ｅ側に位置してもよい。

本開示は、遠心圧縮機および過給機に利用することができる。

９：コンプレッサインペラ（インペラ） ９ａ：本体部 ９ｂ：外周面 ９ｄ：羽根 ９ｅ：外周端 ９ｆ：内周端 １３０：吸気通路 ２００：リンク機構（絞り機構） ２１０：第１絞り部材（絞り部材） ２１５ｃ：対向面 ２２０：第２絞り部材（絞り部材）
Ｃ：遠心圧縮機 ＬＥ：リーディングエッジ ＬＬ：距離 ＴＣ：過給機

Claims (3)

1. 本体部、および、前記本体部の外周面に設けられた複数の羽根を有するインペラと、
   前記インペラに回転軸方向に対向する吸気通路と、
   前記インペラを収容するハウジングであって、当該ハウジングは、吸気口を含む第１ハウジング部材と、前記インペラに対して前記インペラの径方向の外側から対向するシュラウド部を含む第２ハウジング部材と、を含み、前記シュラウド部の内径は、前記第１ハウジング部材から離隔するほど増加する、ハウジングと、
   前記吸気通路に設けられた絞り部材であって、前記インペラの径方向に移動可能であり、前記吸気通路内に突出する絞り位置と、前記絞り位置よりも前記径方向に外側の退避位置と、の間で切り替えられ、前記絞り位置において、前記吸気通路内に円形の環状孔を形成する、絞り部材を有し、前記羽根のリーディングエッジの外周端と前記絞り部材との距離を、前記吸気通路の内壁面から突出する前記絞り部材の最大突出高さで除算した比が４以下である絞り機構と、
   を備え、
   前記絞り部材は、第１絞り部材および第２絞り部材を含み、前記第１絞り部材および前記第２絞り部材の各々は、所定の回転軸部を中心に回転することによって、前記絞り位置および前記退避位置に移動可能であり、前記絞り位置では、前記第１絞り部材および前記第２絞り部材の２つの部材によって、前記吸気通路内に前記円形の環状孔が形成される、
   遠心圧縮機。
2. 前記絞り部材は、前記外周端と前記インペラの軸方向に対向する対向面を有し、
   前記対向面は、前記外周端の前記軸方向の位置と、前記リーディングエッジの内周端の前記軸方向の位置との間に設けられる請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 請求項１または２に記載の前記遠心圧縮機を備える、
   過給機。

Images