吐出圧力変動を伴うターボチャージャ遠心圧縮機の非定常流動解析

摘要

乗用車エンジンに使用される過給機は、車両の運転状態に応じた幅広い作動点で使用されることから、小流量側のサージングラインから大流量側のチョーキングに至るまでの広い範囲での安定作動が要求される。近年の排ガス規制強化にともなう過給ダウンサイジングエンジンの普及により、エンジン最大トルク点に相当するサージ近傍での過給圧向上の要求が高まっており、遠心圧縮機に対しては小流量側でのサージマージンのさらなる拡大が課題となっている。これらの課題解決のためには、当該作動条件における流動現象の把握が必要不可欠となる。遠心圧縮機の小流量作動点における流れ挙動に関しては、従来より様々なアプローチがなされており、実験計測·数値解析によりその流動構造が明らかになりつつあるが、とりわけ乗用車用過給機に関しては、圧縮機出口下流にてエンジン吸排気に起因した周期的な圧力脈動が生じることから、脈動を伴わない定常状態に対して特異な流動構造を呈することが予想される。しかしながら、当該条件下のサージ近傍作動点の内部流れ場に対して詳細な分析を実施した例は未だ少なく、十分な知見が得られていないのが現状である。本研究では、上記のような圧力脈動を伴う条件下における遠心圧縮機の非定常流れ場を解明するため、圧縮機スクロール出口に圧力脈動波形の実測データを付加した非定常数値解析を実施し、脈動を伴わない定常流れに対する流動指標の変動幅を定量化することで、圧力脈動の有無に起因したフローパターンの変化を明らかにするとともに、その非定常流れ挙動に関して分析を行った。