压缩机的涡旋形状以及增压器
阅读：703发布：2020-05-13
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1.一种压缩机的涡旋形状，将从在压缩机中的流体的流动方向的下游侧设置的扩散器排出的流体的流路形成为涡旋状，其特征在于，
在将涡旋部的通路截面积设为A，将从所述压缩机的中心到所述涡旋部的通路截面的中心为止的半径设为R时，
在从所述涡旋部的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，比A/R的增加程度被设定为变大。
2.如权利要求1所述的压缩机的涡旋形状，其特征在于，
所述比A/R的增加程度是所述比A/R的变化率，从所述涡旋部的卷绕开始位置朝向卷绕结束位置，所述比A/R的变化率被设定为变大。
3.如权利要求1或2所述的压缩机的涡旋形状，其特征在于，
在将横轴设为从所述涡旋部的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域变化、将纵轴设为所述比A/R时的曲线图中，所述比A/R的线形朝向0侧呈凸状。
4.如权利要求3所述的压缩机的涡旋形状，其特征在于，
在将所述涡旋部的卷绕结束位置的角度设为0°时，朝向所述涡旋部的卷绕开始侧至少在大致60°至240°的区域中，所述比A/R的线形朝向0侧呈凸状。
5.如权利要求1～4中任一项所述的压缩机的涡旋形状，其特征在于，
在从所述涡旋部的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，设定所述比A/R的增加程度变大的区域和所述比A/R的增加程度恒定的区域。
6.如权利要求1～5中任一项所述的压缩机的涡旋形状，其特征在于，
在从所述涡旋部的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，不存在所述比A/R的增加程度变小的区域。
7.如权利要求1～6中任一项所述的压缩机的涡旋形状，其特征在于，
所述涡旋部的卷绕开始位置处的所述比A/R设定为所述涡旋部的卷绕结束位置处的所述比A/R的20％以上。
8.一种压缩机的涡旋形状，将从在压缩机中的流体的流动方向的下游侧设置的扩散器排出的流体的流路形成为涡旋状，其特征在于，
在将涡旋部的通路截面积设为A，将从所述压缩机的中心到所述涡旋部的通路截面的中心为止的半径设为R时，
所述涡旋部的卷绕开始位置处的比A/R设定为所述涡旋部的卷绕结束位置处的所述比A/R的20％以上，并且，从所述涡旋部的卷绕开始位置朝向卷绕结束位置，所述比A/R被设定为增加。
9.如权利要求8所述的压缩机的涡旋形状，其特征在于，
在从所述涡旋部的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，所述比A/R的增加程度被设定为恒定。
10.一种增压器，其特征在于，具备：
呈中空形状的壳体；
旋转自如地支承于所述壳体的旋转轴；
设置在所述旋转轴上的轴向的一端部的涡轮机；以及
设置在所述旋转轴上的轴向的另一端部的压缩机，
权利要求1～9中任一项所述的压缩机的涡旋形状应用于所述壳体中的所述压缩机的涡旋部。
1.一种压缩机的涡旋形状，将从在压缩机中的流体的流动方向的下游侧设置的扩散器排出的流体的流路形成为涡旋状，并且涡旋外径在周向上不恒定，其特征在于，在将涡旋部的通路截面积设为A，将从所述压缩机的中心到所述涡旋部的通路截面的中心为止的半径设为R时，
在从所述涡旋部的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，比A/R的增加程度被设定为变大。
2.如权利要求1所述的压缩机的涡旋形状，其特征在于，
所述比A/R的增加程度是所述比A/R的变化率，从所述涡旋部的卷绕开始位置朝向卷绕结束位置，所述比A/R的变化率被设定为变大。
3.如权利要求1或2所述的压缩机的涡旋形状，其特征在于，
在将横轴设为从所述涡旋部的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域变化、将纵轴设为所述比A/R时的曲线图中，所述比A/R的线形朝向0侧呈凸状。
4.如权利要求3所述的压缩机的涡旋形状，其特征在于，
在将所述涡旋部的卷绕结束位置的角度设为0°时，朝向所述涡旋部的卷绕开始侧至少在大致60°至240°的区域中，所述比A/R的线形朝向0侧呈凸状。
5.如权利要求1～4中任一项所述的压缩机的涡旋形状，其特征在于，
在从所述涡旋部的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，设定所述比A/R的增加程度变大的区域和所述比A/R的增加程度恒定的区域。
6.如权利要求1～5中任一项所述的压缩机的涡旋形状，其特征在于，
在从所述涡旋部的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，不存在所述比A/R的增加程度变小的区域。
7.如权利要求1～6中任一项所述的压缩机的涡旋形状，其特征在于，
所述涡旋部的卷绕开始位置处的所述比A/R设定为所述涡旋部的卷绕结束位置处的所述比A/R的20％以上。
8.一种压缩机的涡旋形状，将从在压缩机中的流体的流动方向的下游侧设置的扩散器排出的流体的流路形成为涡旋状，并且涡旋外径在周向上不恒定，其特征在于，在将涡旋部的通路截面积设为A，将从所述压缩机的中心到所述涡旋部的通路截面的中心为止的半径设为R时，
所述涡旋部的卷绕开始位置处的比A/R设定为所述涡旋部的卷绕结束位置处的所述比A/R的20％以上，并且，从所述涡旋部的卷绕开始位置朝向卷绕结束位置，所述比A/R被设定为增加。
9.如权利要求8所述的压缩机的涡旋形状，其特征在于，
在从所述涡旋部的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，所述比A/R的增加程度被设定为恒定。
10.一种增压器，其特征在于，具备：
呈中空形状的壳体；
旋转自如地支承于所述壳体的旋转轴；
设置在所述旋转轴上的轴向的一端部的涡轮机；以及
设置在所述旋转轴上的轴向的另一端部的压缩机，
权利要求1～9中任一项所述的压缩机的涡旋形状应用于所述壳体中的所述压缩机的涡旋部。
压缩机的涡旋形状以及增压器
技术领域
背景技术
[0002] 排气涡轮增压器构成为，压缩机与涡轮机利用旋转轴一体地连结，该压缩机以及涡轮机旋转自如地收容在壳体内。而且，废气被供给到壳体内，通过使涡轮机旋转而驱动旋转轴旋转，从而对压缩机进行旋转驱动。压缩机从外部吸入空气，利用叶轮加压而成为压缩空气，将该压缩空气向内燃机等供给。
[0003] 在这样的排气涡轮增压器中，作为离心压缩机的压缩机在压缩机叶轮的外周部固定有多个叶片而构成，被收容在压缩机壳体内。该压缩机壳体在压缩机的外周侧设置有扩散器、涡旋部以及排出口。扩散器呈大致环形，通过使从压缩机排出的流体减速而使静压恢复。涡旋部在其外周侧形成为通路截面积朝向周向呈涡旋状扩大，并遍及整周地将流体集中。因此，在压缩机旋转时，各叶片对从吸入口吸入的流体进行压缩，压缩空气从压缩机的外周侧排出到扩散器，并通过涡旋部从排出口向外部送出。
[0004] 以往的涡旋部在将涡旋卷绕结束位置设为基准的0°时，从沿顺时针方向位于大致60°的舌状部位置到360°位置，通路截面积逐渐变大。涡旋通路截面积的增加率设计成在设计流量下流速在周向上大致恒定，但在以比设计流量少的流量进行工作的情况下，由于从涡旋卷绕结束侧朝向舌状部侧再循环的流动的效果，所以舌状部附近的流速增加。其结果是，流速相对地越靠下游侧越低。作为这样的压缩机，例如有下述专利文献1中记载的压缩机。
[0005] 在先技术文献
[0006] 专利文献
[0007] 专利文献1：日本专利第5439423号公报
发明内容
[0008] 发明要解决的课题
[0009] 图15是表示以往的压缩机的涡旋形状中的相对于涡旋角度的体积流量以及流速的曲线图。
[0010] 如图15所示，从涡旋部的位于大致60°的舌状部位置到360°的位置，以往的压缩机的通路截面积逐渐变大(图15所示的单点划线)。在以比设计流量少的流量进行工作的情况下，由于上述再循环流动的效果，所以流速(图15所示的实线)逐渐降低。但是，实际上，通过CFD解析可知：在从超过了涡旋部的位于大致60°的舌状部位置的位置到180°的位置附近为止的区域中，流速上升后急剧地降低(图15所示的双点划线)。这是由于如下情况而产生的：因流速的急剧减速而在涡旋内产生分离，从而涡旋的有效流路面积减少，流速局部增加。
[0011] 其结果是，可能会带来效率降低、喘振余量减少。即，在涡旋部产生的流体的分离被推定为起因于：随着再循环流的产生而在通路截面积小的卷绕开始部流速极端地增加的结果，从涡旋卷绕开始部朝向周向下游侧流体急剧减速。
[0012] 需要说明的是，在上述专利文献1的压缩机的涡旋形状中，在从涡旋卷绕开始部到涡旋卷绕结束位置的区域中，可能会因产生伴随着较强的减速的分离或减速区域和增速区域混合存在而导致效率降低。
[0013] 本发明是为了解决上述问题而作出的，其目的在于提供一种抑制涡旋部中的流体分离的产生而实现效率的提高的压缩机的涡旋形状以及增压器。
[0014] 用于解决课题的方案
[0015] 为了实现上述目的，本发明的压缩机的涡旋形状将从在压缩机中的流体的流动方向的下游侧设置的扩散器排出的流体的流路形成为涡旋状，其特征在于，在将涡旋部的通路截面积设为A，将从所述压缩机的中心到所述涡旋部的通路截面的中心为止的半径设为R时，在从所述涡旋部的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，比A/R的增加程度被设定为变大。
[0016] 涡旋部的通路截面积从卷绕开始位置到卷绕结束位置逐渐变大，并设计成在设计流量下流速在周向上大致恒定，但在以比设计流量少的流量进行工作的情况下，产生从涡旋部的卷绕结束侧向卷绕开始侧再循环的流动，在上游侧流速增速，在下游侧通路截面积变大而成为低速。于是，在涡旋部的卷绕开始位置的下游侧流速急剧地降低而容易在涡旋部产生分离。因此，在从涡旋部的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，半径R相对于通路截面积A的比A/R的增加程度设定为变大。因此，涡旋部的卷绕开始位置的下游侧的通路截面积减少，从而流动增速，与卷绕开始位置的流速差变小，流速的减速率被缓和。其结果是，在涡旋部的卷绕开始位置的下游侧流速急剧地降低这种情形被抑制。其结果是，流体从涡旋部的壁面的分离得到抑制，尤其是，可以实现小流量工作点处的效率的提高。
[0017] 在本发明的压缩机的涡旋形状中，其特征在于，所述比A/R的增加程度是所述比A/R的变化率，从所述涡旋部的卷绕开始位置朝向卷绕结束位置，所述比A/R的变化率被设定为变大。
[0018] 因此，从涡旋部的卷绕开始位置朝向卷绕结束位置，比A/R的变化率设定为变大，由此，涡旋部的卷绕开始位置的下游侧的通路截面积减少，从而流动增速，与卷绕开始位置的流速差变小，流速的减速率被缓和，在涡旋部的卷绕开始位置的下游侧流速急剧地降低这种情形被抑制，可以抑制流体从涡旋部的壁面的分离。
[0019] 在本发明的压缩机的涡旋形状中，其特征在于，在将横轴设为从所述涡旋部的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域变化、将纵轴设为所述比A/R时的曲线图中，所述比A/R的线形朝向0侧呈凸状。
[0020] 因此，流速的急剧降低得到抑制，可以抑制流体从涡旋部的壁面的分离。
[0021] 在本发明的压缩机的涡旋形状中，其特征在于，在将所述涡旋部的卷绕结束位置的角度设为0°时，朝向所述涡旋部的卷绕开始侧至少在60°至240°的区域中，所述比A/R的线形朝向0侧呈凸状。
[0022] 因此，至少在涡旋部的卷绕开始侧的区域中的流速的急剧降低得到抑制，可以抑制流体从涡旋部的壁面的分离。
[0023] 在本发明的压缩机的涡旋形状中，其特征在于，在从所述涡旋部的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，设定所述比A/R的增加程度变大的区域和所述比A/R的增加程度恒定的区域。
[0024] 因此，可以在比A/R的增加程度变大的区域中抑制流速的急剧降低，并抑制流体从涡旋部的壁面的分离，另一方面，可以在比A/R的增加程度恒定的区域中促进减速而减少伴随着流速增加的压力损失的增加。
[0025] 在本发明的压缩机的涡旋形状中，其特征在于，在从所述涡旋部的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，不存在所述比A/R的增加程度变小的区域。
[0026] 因此，可以抑制由流速的急剧变动引起的、流体从涡旋部的壁面的分离。
[0027] 在本发明的压缩机的涡旋形状中，其特征在于，所述涡旋部的卷绕开始位置处的所述比A/R设定为所述涡旋部的卷绕结束位置处的所述比A/R的20％以上。
[0028] 因此，通过扩大涡旋部的卷绕开始位置处的通路截面积，流速急剧地降低这种情形被抑制，可以抑制流体从涡旋部的壁面的分离。
[0029] 另外，本发明的压缩机的涡旋形状将从在压缩机中的流体的流动方向的下游侧设置的扩散器排出的流体的流路形成为涡旋状，其特征在于，在将涡旋部的通路截面积设为A，将从所述压缩机的中心到所述涡旋部的通路截面的中心为止的半径设为R时，所述涡旋部的卷绕开始位置处的比A/R设定为卷绕结束位置处的所述比A/R的20％以上，并且，从所述涡旋部的卷绕开始位置朝向卷绕结束位置，所述比A/R被设定为增加。
[0030] 因此，通过将涡旋部的卷绕开始位置处的半径R相对于通路截面积A的比A/R设定为卷绕结束位置处的所述比A/R的20％以上，由此，涡旋部的卷绕开始位置处的通路截面积被扩大，与卷绕开始位置的下游侧之间的流速差变小，流速的减速率被缓和。其结果是，在涡旋部的卷绕开始位置的下游侧流速急剧地降低这种情形被抑制。其结果是，流体从涡旋部的壁面的分离得到抑制，尤其是，可以实现小流量工作点处的效率的提高。
[0031] 在本发明的压缩机的涡旋形状中，其特征在于，在从所述涡旋部的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，所述比A/R的增加程度被设定为恒定。
[0032] 因此，可以促进减速而减少伴随着流速增加的压力损失的增加。
[0033] 另外，本发明的增压器的特征在于，具备：呈中空形状的壳体；旋转自如地支承于所述壳体的旋转轴；设置在所述旋转轴上的轴向的一端部的涡轮机；以及设置在所述旋转轴上的轴向的另一端部的压缩机，所述压缩机的涡旋形状应用于所述壳体中的所述压缩机的涡旋部。
[0034] 因此，在压缩机的涡旋部中，在涡旋部的卷绕开始位置的下游侧流速急剧地降低这种情形被抑制，流体从涡旋部的壁面的分离得到抑制，尤其是，可以实现小流量工作点处的效率的提高。
[0035] 发明的效果
[0037] 图1是表示第一实施方式的排气涡轮增压器的整体结构图。
[0038] 图2是表示第一实施方式的压缩机的涡旋形状的概略图。
[0039] 图3是表示涡旋部的剖视图。
[0040] 图4是表示涡旋部的概略图。
[0041] 图5是表示相对于涡旋角度A/R的曲线图。
[0042] 图6是表示相对于涡旋角度的流速的曲线图。
[0043] 图7是表示第一实施方式的变形例的相对于涡旋角度的A/R的曲线图。
[0044] 图8是表示第一实施方式的变形例的相对于涡旋角度的流速的曲线图。
[0045] 图9是表示第二实施方式的压缩机的涡旋形状中的相对于涡旋角度的A/R的曲线图。
[0046] 图10是表示第二实施方式的压缩机的涡旋形状中的相对于涡旋角度的流速的曲线图。
[0047] 图11是表示第二实施方式的变形例的相对于涡旋角度的A/R的曲线图。
[0048] 图12是表示第二实施方式的变形例的相对于涡旋角度的流速的曲线图。
[0049] 图13是表示本实施方式的压缩机的涡旋形状中的相对于空气流量的供气压缩比的曲线图。
[0050] 图14是表示本实施方式的压缩机的涡旋形状中的相对于空气流量的效率的曲线图。
[0051] 图15是表示以往的压缩机的涡旋形状中的相对于涡旋角度的体积流量以及流速的曲线图。
具体实施方式
[0052] 以下，参照附图对本发明的压缩机的涡旋形状以及增压器的优选实施方式进行详细说明。需要说明的是，本发明并不由该实施方式限定，另外，在具有多个实施方式的情况下，也包括将各实施方式组合而构成的实施方式。
[0053] [第一实施方式]
[0054] 图1是表示第一实施方式的排气涡轮增压器的整体结构图。
[0055] 如图1所示，排气涡轮增压器11主要由涡轮机12、压缩机13以及旋转轴14构成，它们被收容在壳体15内。
[0056] 壳体15的内部形成为中空，该壳体15具有：构成将涡轮机12的结构收容的第一空间部S1的涡轮机壳体15A、构成将压缩机13的结构收容的第二空间部S2的压缩机壳体15B、以及构成将旋转轴14收容的第三空间部S3的轴承壳体15C。轴承壳体15C的第三空间部S3位于涡轮机壳体15A的第一空间部S1与压缩机壳体15B的第二空间部S2之间。
[0057] 旋转轴14的涡轮机12侧的端部由作为涡轮机侧轴承的轴颈轴承21支承为旋转自如地，压缩机13侧的端部由作为压缩机侧轴承的轴颈轴承22支承为旋转自如地，并且，利用推力轴承23限制旋转轴14向延伸的轴向的移动。旋转轴14在轴向上的一端部固定有涡轮机12的涡轮盘24。涡轮盘24被收容于涡轮机壳体15A的第一空间部S1，在外周部沿周向以规定间隔设置有构成轴流型的多个涡轮叶片25。另外，旋转轴14在轴向上的另一端部固定有压缩机13的压缩机叶轮26。压缩机叶轮26被收容于压缩机壳体15B的第二空间部S2，在外周部沿周向以规定间隔设置有多个叶片27。
[0058] 涡轮机壳体15A相对于涡轮叶片25设置有废气的入口通路31和废气的出口通路32。而且，涡轮机壳体15A在入口通路31与涡轮叶片25之间设置有涡轮机喷嘴33，利用该涡轮机喷嘴33静压膨胀后的轴向的废气流被引导到多个涡轮叶片25，从而可以驱动涡轮机12旋转。压缩机壳体15B相对于压缩机叶轮26设置有吸入口34和压缩空气排出口35。而且，压缩机壳体15B在压缩机叶轮26与压缩空气排出口35之间设置有扩散器36。由压缩机叶轮26压缩后的空气通过扩散器36被排出。
[0059] 因此，该排气涡轮增压器11利用从发动机(未图示)排出的废气驱动涡轮机12，涡轮机12的旋转被传递到旋转轴14而驱动压缩机13，该压缩机13压缩燃烧用气体并向发动机供给。因此，来自发动机的废气通过废气的入口通路31，利用涡轮机喷嘴33静压膨胀，轴向的废气流被引导到多个涡轮叶片25，从而经由固定有多个涡轮叶片25的涡轮盘24驱动涡轮机12旋转。而且，对多个涡轮叶片25进行驱动后的废气从出口通路32排出到外部。另一方面，在旋转轴14利用涡轮机12而旋转时，一体的压缩机叶轮26旋转，通过吸入口34吸入空气。吸入的空气被压缩机叶轮26加压而成为压缩空气，该压缩空气通过扩散器36从压缩空气排出口35向发动机供给。
[0060] 在上述排气涡轮增压器11中，压缩机13中的涡旋作为压缩空气(以下，称为流体)的流路，在压缩机壳体15B中的压缩机叶轮26的下游侧、即压缩机叶轮26的外周侧设置为呈大致环形(涡旋形状)的涡旋部41。该涡旋部41在扩散器36的外周侧形成为截面积朝向卷绕方向(压缩空气流动的方向)呈涡旋状扩大。因此，从压缩机叶轮26排出的流体利用扩散器36减速而恢复静压，利用涡旋部41减速而升压，并从压缩空气排出口35向外部排出。
[0061] 在此，说明第一实施方式的压缩机的涡旋形状。图2是表示第一实施方式的压缩机的涡旋形状的概略图，图3是表示涡旋部的剖视图，图4是表示涡旋部的概略图。
[0062] 如图2所示，第一实施方式的压缩机的涡旋形状在涡旋部41的径向上的截面呈大致圆形，涡旋部41的通路截面积将涡旋部41的终点(卷绕结束位置)Z(360°)作为0°的基准，在从向卷绕方向(图2的顺时针方向)转移的大致60°的位置到作为涡旋部的终点Z的360°的位置为止的区域中，呈涡旋状逐渐扩大。在此，通路截面指的是与沿着涡旋部41中的流体的流动方向的中心线P1正交的面。
[0063] 另外，涡旋部41在卷绕方向的60°的位置附近，设置有处于与卷绕开始位置大致一致的部位并且作为从扩散器36排出的流体和流过了涡旋部41的流体的隔壁端缘的舌状部42。
[0064] 然而，通常，在涡旋部41内流动的流体以角运动量恒定为条件而使用以下的式子。在此，将周向速度设为Vθ，将压缩机叶轮26的半径设为r。
[0065] [数学式1]
[0066] Vθ×r＝恒定 (1)
[0067] 在该情况下，在涡旋部41中的流体的流动方向上的各部位，在通路截面的内侧和外侧，由(1)式也可知，内侧的流体的速度比外侧的流体的速度快。因此，在涡旋部41内流动的流体的体积流量Q需要考虑通路截面的大小(形状)和涡旋部41的半径。
[0068] 因此，如图3所示，体积流量Q通过将涡旋部41的通路截面分割为半径恒定ri的带状的区域(截面积Ai)根据(1)式用下述(2)式求出。
[0069] [数学式2]
[0070]
[0071] 另一方面，根据(1)式，Vθi×ri＝Vθ×r成立。
[0072] [数学式3]
[0073]
[0074] 接着，将(3)式代入(2)式。
[0075] [数学式4]
[0076]
[0077] 根据(4)式，Vθr表示从压缩机叶轮26排出的流体的扩散器36的外周部的速度，在扩散器36的外周部整个区域为相同速度，因此，可以视为设计时确定的常数。
[0078] 因此，(5)式成为考虑了涡旋部41的沿着各通路截面形状的面积的值。
[0079] [数学式5]
[0080]
[0081] 因此，如下进行替换。
[0082] [数学式6]
[0083]
[0084] 于是，(4)式的体积流量Q可以表示为(7)式。
[0085] [数学式7]
[0086] Q＝Vθ·r·A/R…(7)
[0087] 若通过涡旋部41的各通路截面的体积流量Q在各通路截面上恒定，则其流速V由半径R相对于通路截面积A的比A/R确定，若比A/R大，则流速V减少。另外，若半径R恒定而减小通路截面积A，则在此流动的流体的流速V增加。
[0088] 而且，图4是将涡旋部41的卷绕方向(流体的流动方向)上的各部位θ1至θ6处的通路截面积层叠显示的断层图，示出改变了比A/R的截面积扩大比率的情况下的分布。即，层叠了图2所示的涡旋部41的周向上的各部位θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6为止的截面积。在涡旋部41中，来自压缩机叶轮26的流体遍及涡旋部41的大致整周地经由扩散器36流入。在本实施方式中，使涡旋部41的各通路截面中的比A/R随着涡旋角度θ的增加而增加。
[0089] 图5是表示相对于涡旋角度的A/R的曲线图，图6是表示相对于涡旋角度的流速的曲线图。
[0090] 如图2所示，第一实施方式的压缩机的涡旋形状被设定成，在将涡旋部41的通路截面积设为A，将从压缩机叶轮26的中心L1到涡旋部41的通路截面的中心(中心线)P1为止的半径设为R时，在从涡旋部41的卷绕开始位置(舌状部42的位置)到卷绕结束位置为止的区域中，比A/R的增加程度变大。
[0091] 即，如图5所示，在从相对于涡旋部41的卷绕结束位置0°向卷绕方向转移的涡旋角度θ＝大致60°的位置到作为涡旋部41的卷绕结束位置的涡旋角度θ＝360°的位置为止的区域中，作为比A/R的增加程度的比A/R的变化率设定为随着涡旋角度θ从大致60°增加到360°而变大。
[0092] 即，在将横轴设为从涡旋部41的卷绕开始位置(涡旋角度θ＝大致60°)到卷绕结束位置(涡旋角度θ＝360°)为止的区域变化，将纵轴设为比A/R时，比A/R的线形朝向0侧呈凸状。在此，以往，比A/R的线形是直线(虚线)，比A/R随着涡旋角度θ的增加而变化率恒定。另一方面，第一实施方式的比A/R的线形为凹状(实线)。在此，在从涡旋部41的卷绕开始位置(涡旋角度θ＝大致60°)到卷绕结束位置(涡旋角度θ＝360°)为止的区域中，不存在比A/R的增加程度(变化率)变小的区域。
[0093] 因此，如图6所示，在从涡旋部41的卷绕开始位置(涡旋角度θ＝大致60°)到卷绕结束位置(涡旋角度θ＝360°)为止的区域中，用虚线表示的由以往的涡旋形状产生的流速在涡旋角度θ＝大致60°的下游侧流速急剧地减速。因此，在从涡旋角度θ＝大致60°到180°区域中，容易产生分离。另一方面，在从涡旋部41的卷绕开始位置(涡旋角度θ＝大致60°)到卷绕结束位置(涡旋角度θ＝360°)为止的区域中，用实线表示的由本实施方式的涡旋形状产生的流速大致恒定地减速。因此，在涡旋角度θ＝大致60°的下游侧的区域中，难以产生分离。
[0094] 需要说明的是，在从涡旋部41的卷绕开始位置转移至卷绕结束位置的区域中，比A/R的变化率并不限定于上述变化率。图7是表示第一实施方式的变形例的相对于涡旋角度的A/R的曲线图，图8是表示第一实施方式的变形例的相对于涡旋角度的流速的曲线图。
[0095] 如图7所示，第一实施方式的变形例的涡旋形状被设定为，在从作为涡旋部41的卷绕开始位置的涡旋角度θ＝大致60°到作为卷绕结束位置的涡旋角度θ＝240°为止的区域中，比A/R的增加程度(变化率)变大。即，至少在从涡旋角度θ＝大致60°的位置到涡旋角度θ＝240°的位置为止的区域中，比A/R的线形朝向0侧呈凸状。而且，在从涡旋角度θ＝240°的位置到涡旋角度θ＝360°的位置为止的区域中，比A/R的增加程度(变化率)恒定，从而比A/R的线呈直线状。在该变形例中，在从涡旋部41的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，设定有比A/R的增加程度变大的区域和比A/R的增加程度恒定的区域。即便在该情况下，在从涡旋部41的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，也不存在比A/R的增加程度(变化率)变小的区域。
[0096] 因此，如图8所示，在从涡旋部41的卷绕开始位置(涡旋角度θ＝大致60°)到卷绕结束位置(涡旋角度θ＝360°)为止的区域中，用虚线表示的由以往的涡旋形状产生的流速在涡旋角度θ＝大致60°的下游侧流速急剧地减速。因此，在从涡旋角度θ＝大致60°到180°区域中，容易产生分离。另一方面，在从涡旋部41的卷绕开始位置(涡旋角度θ＝大致60°)到卷绕结束位置(涡旋角度θ＝360°)为止的区域中，用实线表示的由本实施方式的涡旋形状产生的流速的变化率变小。因此，在该区域中难以产生分离。
[0097] 这样，在第一实施方式的压缩机的涡旋形状中，在将从在压缩机13中的流体的流动方向的下游侧设置的扩散器36排出的流体的流路形成为涡旋状的压缩机的涡旋形状中，在将涡旋部41的通路截面积设为A，将从压缩机叶轮26的中心L1到涡旋部41的通路截面的中心P1为止的半径设为R时，在从涡旋部41的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，比A/R的增加程度设定为变大。
[0098] 在该情况下，比A/R的增加程度是比A/R的变化率，从涡旋部41的卷绕开始位置朝向卷绕结束位置，比A/R的变化率设定为变大。具体而言，在将横轴设为从涡旋部41的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域变化、将纵轴设为比A/R时的曲线图中，比A/R的线形朝向0侧呈凸状。
[0099] 因此，在从涡旋部41的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，半径R相对于通路截面积A的比A/R的增加程度设定为变大，由此，涡旋部41的卷绕开始位置的下游侧的通路截面积减少，从而流动增速，与卷绕开始位置的流速差变小，流速的减速率被缓和。其结果是，在涡旋部41的卷绕开始位置的下游侧流速急剧地降低这种情形被抑制。其结果是，流体从涡旋部41的壁面的分离得到抑制，尤其是，可以实现小流量工作点处的效率的提高。而且，小流量工作点的效率提高，可以扩大喘振余量(工作范围)。
[0100] 在第一实施方式的压缩机的涡旋形状中，在涡旋部41的涡旋角度至少为大致60°至240°的区域中，比A/R的线形朝向0侧呈凸状的。因此，至少在涡旋部41的卷绕开始侧的区域中的流速的急剧降低得到抑制，可以抑制流体从涡旋部41的壁面的分离。
[0101] 在第一实施方式的压缩机的涡旋形状中，在从涡旋部41的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，设定比A/R的增加程度变大的区域和比A/R的增加程度恒定的区域。因此，可以在比A/R的增加程度变大的区域中抑制流速的急剧降低，并抑制流体从涡旋部41的壁面的分离，另一方面，可以在比A/R的增加程度恒定的区域中促进减速而减少伴随着流速增加的压力损失的增加。
[0102] 在第一实施方式的压缩机的涡旋形状中，在从涡旋部41的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，未设置比A/R的增加程度变小的区域。因此，可以抑制由流速的急剧变动引起的、流体从涡旋部41的壁面的分离。
[0103] 另外，在第一实施方式的增压器中，具备：呈中空形状的壳体15、旋转自如地支承于壳体15的旋转轴14、设置在旋转轴14上的轴向的一端部的涡轮机12、以及设置在旋转轴上的轴向的另一端部的压缩机13，在壳体15中的压缩机13的涡旋部41，在从涡旋部41的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中，比A/R的增加程度设定为变大。
[0104] 因此，在压缩机13的涡旋部41中，因流体的再循环流的产生而在涡旋卷绕开始位置流速急剧地降低这种情形被抑制，流体从涡旋部41的壁面的分离得到抑制，尤其是，可以实现小流量工作点处的效率的提高。
[0105] [第二实施方式]
[0106] 图9是表示第二实施方式的压缩机的涡旋形状中的相对于涡旋角度的A/R的曲线图，图10是表示第二实施方式的压缩机的涡旋形状中的相对于涡旋角度的流速的曲线图。
[0107] 第二实施方式的压缩机的涡旋形状如图9所示，在将涡旋部41的通路截面积设为A，将从压缩机叶轮26的中心L1到涡旋部41的通路截面的中心P1为止的半径设为R时，在从作为涡旋部41的卷绕开始位置的涡旋角度θ＝大致60°的位置到作为卷绕结束位置的涡旋角度θ＝360°的位置为止的区域中，比A/R的增加程度(变化率)设定为变大。
[0108] 即，在将横轴设为从涡旋部41的卷绕开始位置(涡旋角度θ＝大致60°)到卷绕结束位置(涡旋角度θ＝360°)为止的区域变化，将纵轴设为比A/R时，比A/R的线形朝向0侧呈凸状。在此，以往，比A/R的线形是直线(虚线)，比A/R随着涡旋角度θ的增加而变化率恒定。另一方面，第一实施方式的比A/R的线形呈凹状(实线)。
[0109] 另外，在第二实施方式的压缩机的涡旋形状中，作为涡旋部41的卷绕开始位置的涡旋角度θ＝大致60°的位置处的比A/R被设定为作为涡旋部41的卷绕结束位置的涡旋角度θ＝360°的位置处的比A/R的20％以上。即，第一实施方式的涡旋部41中的比A/R的线形(实线)在涡旋角度θ＝大致60°～360°的区域中，被设定为比以往的涡旋部中的比A/R的线形(虚线)高。但是，涡旋部41中的比A/R的线形的一部分也可以比以往的涡旋部中的比A/R的线形(虚线)低。
[0110] 因此，如图10所示，在从涡旋部41的卷绕开始位置(涡旋角度θ＝大致60°)到卷绕结束位置(涡旋角度θ＝360°)为止的区域中，用实线表示的由本实施方式的涡旋形状产生的流速在涡旋部41的卷绕开始位置(涡旋角度θ＝大致60°)成为比以往(虚线)低的值，大致恒定地减速。因此，在该区域中难以产生分离。
[0111] 需要说明的是，在从涡旋部41的卷绕开始位置转移至卷绕结束位置的区域中，比A/R的变化率并不限定于上述变化率。图11是表示第二实施方式的变形例的相对于涡旋角度的A/R的曲线图，图12是表示第二实施方式的变形例的相对于涡旋角度的流速的曲线图。
[0112] 如图11所示，第二实施方式的变形例的压缩机的涡旋形状在从作为涡旋部41的卷绕开始位置的涡旋角度θ＝大致60°的位置到作为卷绕结束位置的涡旋角度θ＝360°的位置为止的区域中，比A/R的增加程度(变化率)被设定为恒定。另外，作为涡旋部41的卷绕开始位置的涡旋角度θ＝大致60°的位置处的比A/R被设定为作为涡旋部41的卷绕结束位置的涡旋角度θ＝360°的位置处的比A/R的20％以上。
[0113] 因此，如图12所示，在从涡旋部41的卷绕开始位置(涡旋角度θ＝大致60°)到卷绕结束位置(涡旋角度θ＝360°)为止的区域中，用实线表示的由本实施方式的涡旋形状产生的流速在涡旋部41的卷绕开始位置(涡旋角度θ＝大致60°)成为比以往(虚线)低的值，变化率变小。因此，在该区域中难以产生分离。
[0114] 这样，在第二实施方式的压缩机的涡旋形状中，在将涡旋部41的通路截面积设为A，将从压缩机叶轮26的中心L1到涡旋部41的通路截面的中心P1为止的半径设为R时，涡旋部41的卷绕开始位置处的比A/R设定为涡旋部41的卷绕结束位置处的比A/R的20％以上，并且，从涡旋部41的卷绕开始位置朝向卷绕结束位置，比A/R设定为增加。
[0115] 因此，通过将涡旋部41的卷绕开始位置处的半径R相对于通路截面积A的比A/R设定为卷绕结束位置处的比A/R的20％以上，涡旋部41的卷绕开始位置处的通路截面积被扩大，与卷绕开始位置的下游侧之间的流速差变小，流速的减速率被缓和。其结果是，在涡旋部41的卷绕开始位置的下游侧流速急剧地降低这种情形被抑制。其结果是，流体从涡旋部41的壁面的分离得到抑制，尤其是，可以实现小流量工作点处的效率的提高。
[0116] [实施方式的效果]
[0117] 图13是表示本实施方式的压缩机的涡旋形状中的相对于空气流量的供气压缩比的曲线图，图14是表示本实施方式的压缩机的涡旋形状中的相对于空气流量的效率的曲线图。
[0118] 如图13所示，对相对于空气流量的供气压力比而言，与用虚线表示的以往的供气压力比相比，用实线表示的第一、第二实施方式的供气压力比尤其是在高速旋转侧提高，可以扩大工作范围。另外，如图14所示，对相对于空气流量的效率而言，与用虚线表示的以往的效率相比，用实线表示的第一、第二实施方式的效率尤其是在小流量侧提高。
[0119] 需要说明的是，在上述实施方式中，规定了从涡旋部41的卷绕开始位置到卷绕结束位置为止的区域中的半径R相对于通路截面积A的比A/R，但也可以由通路截面积A规定。
[0120] 附图标记说明
[0121] 11 排气涡轮增压器
[0122] 12 涡轮机
[0123] 13 压缩机
[0124] 14 旋转轴
[0125] 15 壳体
[0126] 21、22 轴颈轴承
[0127] 23 推力轴承
[0128] 24 涡轮盘
[0129] 25 涡轮叶片
[0130] 26 压缩机叶轮
[0131] 27 叶片
[0132] 34 吸入口
[0133] 35 压缩空气排出口
[0134] 36 扩散器
[0135] 41 涡旋部
[0136] 42 舌状部
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