JP2012002146A - 可変容量タービン - Google Patents

Abstract

【課題】三次元翼状に形成されたノズルベーンを用いた場合であっても、タービン効率を低下させる原因となる流体の流動における分布の発生を防止し、高いタービン効率を得ることができる可変容量タービンを提供する。
【解決手段】本発明の可変容量タービンは、流体の流量を調整する可変ノズル５を備え、可変ノズル５は、円環状に形成された一対の円板部材５１，５２と、一対の円板部材５１，５２を互いに対向させて連結する複数の連結部材５４と、一対の円板部材５１，５２の間に設けられる翼本体５３ａを備えた複数の翼部５３と、を有し、翼本体５３ａは、一対の円板部材５１，５２の対向方向に延びる軸周りに回動自在に設けられるとともに、対向方向に延びる直線Ｌと交差する箇所を少なくとも備え、連結部材５４は、翼本体５３ａとの間に一定の隙間Ｓを形成する形状を有している、という構成を採用する。
【選択図】図３

Description

本発明は、可変容量タービンに関するものである。

従来から、流動している流体の運動エネルギー等を、回転翼の回転運動に変換するタービンが用いられている。また、流体の流量が減少した場合でも、効率よく回転翼を回転させることができる可変容量タービンも使用されている。
この可変容量タービンには、タービン内における流体の流量を調整する可変ノズルが設けられている。可変ノズルは、円環状に形成された一対の円板部材と、該一対の円板部材を互いに対向させて連結する複数のピンと、一対の円板部材の間に回動自在に設けられる複数のノズルベーン（翼部）とを有している。複数のノズルベーンが同期して回動することで、可変ノズルにおけるノズル開度が調整され、一対の円板部材の間に導入される流体の流量が調整される。

ところで、上記ピンは、一対の円板部材が対向する方向で延在しているために、流体の流動方向と直交する方向で延在しており、ピンの下流側には流体の圧力及び流速が局所的に低下した領域、いわゆるウェークが生じる。このようなウェークが生じるとタービン効率を低下させる虞があるため、ウェークの影響を抑えるための様々な手段が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、三次元翼状に形成された翼本体を有するノズルベーンを、可変ノズルに使用することが提唱されている。この三次元翼とは、翼本体が上記対向方向に対して傾斜している形状や、上記対向方向での翼本体の断面形状が湾曲している形状等を指す。三次元翼状に形成されたノズルベーンを使用することで、更なるタービン効率の向上が期待できる。

特開２０００−２０４９０７号公報

しかしながら、上述したような従来技術には、以下のような課題が存在する。
上記ピンは一対の円板部材が対向する方向で延在している一方で、三次元翼状に形成された翼本体は上記対向方向に対して傾斜しているため、翼本体とピンとの間における円板部材の対向面に沿う方向での隙間が、上記対向方向において変化している。そのため、上記隙間内での流体の流動に、上記対向方向における分布が生じていた。
流体の流動に分布が生じることで、回転翼を効率よく回転させることが難しくなり、結果としてタービン効率が低下してしまうという課題があった。

本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、三次元翼状に形成されたノズルベーンを用いた場合であっても、タービン効率を低下させる原因となる流体の流動における分布の発生を防止し、高いタービン効率を得ることができる可変容量タービンを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の可変容量タービンは、流体の流量を調整する可変ノズルを備える可変容量タービンであって、可変ノズルは、円環状に形成された一対の円板部材と、一対の円板部材を互いに対向させて連結する複数の連結部材と、一対の円板部材の間に設けられる翼本体を備えた複数の翼部と、を有し、翼本体は、一対の円板部材の対向方向に延びる軸周りに回動自在に設けられるとともに、上記対向方向に延びる直線と交差する箇所を少なくとも備え、連結部材は、翼本体との間に一定の隙間を形成する形状を有している、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、翼部の翼本体と連結部材との間に、一定の隙間が形成されるため、上記隙間内での流体の流動に上記対向方向における分布が生じない。

また、本発明の可変容量タービンは、翼本体が上記対向方向に対して傾斜しており、連結部材が翼本体の傾斜に沿って延在しているという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、連結部材が翼本体の傾斜に沿って延在しているため、翼本体と連結部材との間における隙間内での流体の流動に上記対向方向における分布が生じない。

また、本発明の可変容量タービンは、翼本体の上記対向方向での断面形状が、湾曲した形状に形成され、連結部材が翼本体の形状に沿って湾曲しているという構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、連結部材が翼本体の形状に沿って湾曲しているため、翼本体と連結部材との間における隙間内での流体の流動に上記対向方向における分布が生じない。

また、本発明の可変容量タービンは、連結部材が、翼部の開度が最大であるときに、連結部材の中心を通る翼本体の法線方向において、翼本体との間に一定の隙間を形成する形状を有している、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、翼部の開度が最大となり、可変ノズル内の流体の流量が最大であるときに、翼本体と連結部材との間における隙間内での流体の流動が上記対向方向において最も均一化した状態となる。

また、本発明の可変容量タービンは、連結部材が、翼部の開度が最小であるときに、連結部材の中心を通る翼本体の法線方向において、翼本体との間に一定の隙間を形成する形状を有している、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、翼部の開度が最小となり、可変ノズル内の流体の流量が最小であるときに、翼本体と連結部材との間における隙間内での流体の流動が上記対向方向において最も均一化した状態となる。

また、本発明の可変容量タービンは、連結部材が、翼部の開度が中間の開度であるときに、連結部材の中心を通る翼本体の法線方向において、翼本体との間に一定の隙間を形成する形状を有している、という構成を採用する。
このような構成を採用する本発明では、翼部の開度が中間の開度となり、可変ノズル内の流体の流量が中間の流量であるときに、翼本体と連結部材との間における隙間内での流体の流動が上記対向方向において最も均一化した状態となる。また、翼部の開度が最大及び最小のいずれの場合であっても、流体の流動に生じる上記対向方向における分布が低く抑えられる。

本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明によれば、三次元翼状に形成された翼部を備える可変ノズルを可変容量タービンに用いた場合に、翼部の翼本体と連結部材との間における隙間内での流体の流動に上記対向方向における分布が生じない。そのため、本発明によれば、回転翼を効率よく回転させることができ、結果として可変容量タービンの高いタービン効率を得ることができるという効果がある。

ターボチャージャ１００の全体構成図である。 図１のＡ−Ａ線視断面図である。 図２のＢ矢視図である。 図２における１つのノズルベーン５３を拡大した拡大図である。 第２ノズルベーン５５及び第２ピン５６の概略図である。 第３ノズルベーン５７及び第３ピン５８の概略図である。 ピン５４の第１の変形例を示す概略図である。 ピン５４の第２の変形例を示す概略図である。

以下、本発明の可変容量タービンにおける実施の形態を、図１から図８を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。また、各図面における矢印Ｆは前方向を示している。
以下の実施形態では、可変容量タービンを備えるターボチャージャの例を示す。

〔第１実施形態〕
図１は、本実施形態におけるターボチャージャ１００の全体構成図である。
ターボチャージャ１００は、不図示のエンジンから導かれる排気ガス（流体）の運動エネルギー等を利用して、圧縮された空気をエンジンに過給し、エンジンの性能を向上させるものである。ターボチャージャ１００は、ロータ１と、タービン部（可変容量タービン）２と、軸受け部３と、コンプレッサ部４とを有している。タービン部２、軸受け部３及びコンプレッサ部４は、前方より順次配置され一体的に設けられている。

ロータ１は、排気ガスの流動によって回転するものであって、ロータ軸１１と、タービンインペラ１２と、コンプレッサインペラ１３とを有している。
ロータ軸１１は、前後方向で延びる回転軸であって、軸受け部３に回転自在に設けられている。タービンインペラ１２は、排気ガスの流動によって回転する回転翼であって、タービン部２の内部に設置され、ロータ軸１１の前端部に一体的に接続されている。コンプレッサインペラ１３は、回転することで流体を吸引すると共に、吸引した流体を径方向外側に送り出す回転翼であって、コンプレッサ部４の内部に設置され、ロータ軸１１の後端部に一体的に接続されている。

タービン部（可変容量タービン）２は、排気ガスの運動エネルギー等をロータ１の回転運動に変化させるものであって、タービンスクロール流路２１と、可変ノズル５と、タービン出口２２とを有している。なお、タービン部２は、複数のボルト２ａを用いて軸受け部３と一体的に接続されている。
タービンスクロール流路２１は、エンジンから排出された排気ガスが不図示のガス導入口を介して導入される流路であって、タービンインペラ１２を囲んで環状に形成されている。

可変ノズル５は、タービンスクロール流路２１からタービンインペラ１２に導入される排気ガスの流量を調整するノズルであって、タービンスクロール流路２１の内側に設けられ、タービンインペラ１２を囲んで環状に形成されている。可変ノズル５の後側には、後述する複数のノズルベーン５３（図２参照）を同期して回動させるためのノズル駆動部５Ａが設けられている。なお、可変ノズル５の詳細は後述する。

タービン出口２２は、タービン部２における排気ガスの吐出口であって、不図示の排気ガス浄化装置に接続されている。なお、タービン出口２２は、タービンインペラ１２の設置箇所を介して可変ノズル５と連通している。

軸受け部３は、複数のベアリング３１を介してロータ軸１１を回転自在に軸支するものである。

コンプレッサ部４は、外部から導入された空気を圧縮するものであって、空気導入口４１と、ディフューザ流路４２と、コンプレッサスクロール流路４３とを有している。なお、コンプレッサ部４は、複数のボルト４ａを用いて軸受け部３と一体的に接続されている。
空気導入口４１は、不図示のエアクリーナを介して外部から空気を導入するための導入口であって、コンプレッサ部４の後側に向かって開口している。

ディフューザ流路４２は、コンプレッサインペラ１３によって送り出された空気が導入される流路であって、コンプレッサインペラ１３を囲んで環状に形成されている。また、ディフューザ流路４２は、コンプレッサインペラ１３の設置箇所を介して空気導入口４１と連通している。
コンプレッサスクロール流路４３は、ディフューザ流路４２と連通し、コンプレッサインペラ１３を囲んで環状に形成されている。コンプレッサスクロール流路４３には、不図示の空気吐出口が接続され、該空気吐出口は、エンジンの吸気口に接続されている。

次に、可変ノズル５の構成を、図２から図４を参照して詳述する。
図２は、図１のＡ−Ａ線視断面図である。
図３は、図２のＢ矢視図である。
図４は、図２における１つのノズルベーン５３を拡大した拡大図である。
図２及び図３に示すように、可変ノズル５は、シュラウドリング５１（円板部材）と、ハブリング５２（円板部材）と、複数のノズルベーン５３（翼部）とを有している。

シュラウドリング５１及びハブリング５２は、円環状に形成された円板部材であって、互いに前後方向で対向して設置されている。シュラウドリング５１は前方側に設けられ、ハブリング５２は後方側に設けられている。ハブリング５２は、ノズル駆動部５Ａを介してタービン部２及び軸受け部３に支持されている。

ノズルベーン５３は、その回動により可変ノズル５の開度を変化させ、可変ノズル５内を流動する排気ガスの流量を調整する複数の翼部である。また、複数のノズルベーン５３は、可変ノズル５の周方向で等間隔に並んで設けられている。
図３に示すように、ノズルベーン５３は、シュラウドリング５１とハブリング５２との間に設けられる翼本体５３ａと、翼本体５３ａの前後方向での両端側から相反する方向に突出する第１軸部５３ｂ及び第２軸部５３ｃとを有している。

翼本体５３ａは、シュラウドリング５１とハブリング５２との間において前後方向で延びる軸周りに回動自在に設けられている部材である。翼本体５３ａは、シュラウドリング５１及びハブリング５２の互いに対向する面である対向面５１ａ及び第２対向面５２ａに当接して設けられている。また、翼本体５３ａは、前後方向すなわちシュラウドリング５１とハブリング５２とが互いに対向する方向に対して傾斜している。より詳細には、翼本体５３ａは、前方に向かうに従い、可変ノズル５の径方向外側に向かって傾斜して形成されている。そのため、翼本体５３ａは、前後方向に延びる直線Ｌと交差する箇所を備えている。
第１軸部５３ｂ及び第２軸部５３ｃは、シュラウドリング５１及びハブリング５２に厚さ方向で形成された孔部に回転自在にそれぞれ嵌合している。なお、第２軸部５３ｃは、ハブリング５２を貫通してその後側まで延びており、ノズル駆動部５Ａに接続されている。

シュラウドリング５１とハブリング５２とは、複数のピン５４（連結部材）を介して一体的に接続されている。
ピン５４は、シュラウドリング５１とハブリング５２とを互いに対向させて一体的に連結する複数の連結部材であって、翼本体５３ａの傾斜に沿って延在して設けられている。すなわち、ピン５４は、翼本体５３ａとの間に一定の隙間Ｓを形成する形状を有している。

より詳細には、図４に示すように、ピン５４はノズルベーン５３の開度が最大であるとき（最大開度位置５３Ｗ）の翼本体５３ａに沿って、矢印Ｗの方向で延在して設けられている。すなわち、ピン５４は、ノズルベーン５３の開度が最大であるときの翼本体５３ａとの間に一定の隙間Ｓを形成する形状を有している。
また、ピン５４の両端部は、シュラウドリング５１及びハブリング５２に厚さ方向で形成された孔部にそれぞれ嵌合して一体的に接続されている。

続いて、本実施形態におけるターボチャージャ１００の動作を説明する。
まず、エンジンの作動に伴い、エンジンから排出された排気ガスが不図示のガス導入口を介して、タービン部２のタービンスクロール流路２１に導入される。タービンスクロール流路２１に導入された排気ガスは、タービンスクロール流路２１内でタービンインペラ１２の中心軸周りを旋回して流動する。次に、排気ガスは、タービンスクロール流路２１から可変ノズル５内に旋回しつつ導入される。

このとき、可変ノズル５は、エンジンから導かれる排気ガスの流量に応じて、その開度を変化させる。すなわち、ノズル駆動部５Ａの作動により複数のノズルベーン５３が同期して回動することで、可変ノズル５の開度が変化する。よって、エンジンの回転数が低くエンジンから排出される排気ガスの流量が少ない場合には、可変ノズル５の開度を小さくすることで可変ノズル５内の排気ガスの流速を向上させ、タービンインペラ１２を回転させることができる。また、エンジンの回転数が高くエンジンからの排気ガスの流量が多い場合には、可変ノズル５の開度を大きくすることで、多くの排気ガスを円滑に流動させることができる。
結果として、上述のような可変ノズル５を用いることで、エンジンの低回転域から高回転域までの広い範囲に亘りエンジンの性能を向上させることができる。

また、可変ノズル５のノズルベーン５３には、その回動範囲が定められている。エンジンから排出される排気ガスの流量が少ない場合には、ノズルベーン５３は可変ノズル５の周方向に沿う向きに回動して可変ノズル５の開度を小さくし、エンジンから排出される排気ガスの流量が多い場合には、ノズルベーン５３は可変ノズル５の径方向に沿う向きに回動して可変ノズル５の開度を大きくするため、エンジンからの排気ガスの排出量に応じてノズルベーン５３の回動範囲が定められている。

ここで、ノズルベーン５３の翼本体５３ａは、上述の通り前後方向に対して傾斜しており、ノズルベーン５３の開度が最大又は最小となったときに、翼本体５３ａの前側縁部がピン５４と干渉する虞がある。しかし、図３に示すように、本実施形態におけるピン５４は翼本体５３ａの傾斜に沿って延在しているため、翼本体５３ａの前側縁部との干渉を避けることができ、ノズルベーン５３に要求される回動範囲を確保することができる。

次に、排気ガスは可変ノズル５内からタービンインペラ１２に旋回しつつ導入され、この排気ガスの導入により、タービンインペラ１２が回転する。
排気ガスはシュラウドリング５１とハブリング５２との間を通り、タービンインペラ１２に向かって旋回しつつ流動している。このとき、ピン５４は、この排気ガスの流動方向と直交する方向で延在している。もっとも、ピン５４は、ノズルベーン５３における翼本体５３ａの傾斜に沿って延在しており、翼本体５３ａとピン５４との間には一定の隙間Ｓが形成されている。よって、隙間Ｓ内での排気ガスの流動に、前後方向における分布は生じない。排気ガスの流動に前後方向における分布が生じないことにより、排気ガスがタービンインペラ１２に導入されたときに、タービンインペラ１２を効率よく回転させることできる。結果として、タービン部２の高いタービン効率を得ることができる。

また、ピン５４は、ノズルベーン５３の開度が最大であるときの翼本体５３ａとの間に、一定の隙間Ｓを形成する形状を有している。そのため、ノズルベーン５３の開度が最大となり、可変ノズル５内の排気ガスの流量が最大であるときに、隙間Ｓ内での排気ガスの流動が前後方向において最も均一化した状態となる。したがって、ノズルベーン５３の開度が最大であるときに、タービンインペラ１２を最も効率よく回転させることができる。

タービンインペラ１２を回転させた後の排気ガスは、タービン出口２２から排出される。排気ガスは、タービン出口２２と接続された不図示の排気ガス浄化装置によって浄化された後に、大気中に放出される。

また、タービンインペラ１２は、ロータ軸１１を介してコンプレッサインペラ１３と一体的に接続されているため、タービンインペラ１２が回転することでコンプレッサインペラ１３も回転する。コンプレッサインペラ１３の回転により、外部から空気導入口４１を介して導入された空気がコンプレッサインペラ１３に吸引され、吸引された空気はコンプレッサインペラ１３の径方向外側に送り出される。

コンプレッサインペラ１３によって送り出された空気はディフューザ流路４２に導入される。空気はディフューザ流路４２内で圧縮されて、その圧力が上昇する。次に、圧縮された空気は、ディフューザ流路４２からコンプレッサスクロール流路４３に導入され、不図示の空気吐出口を介してエンジンに供給される。圧縮された空気をエンジンに供給することで、エンジンの性能を向上させることができる。
以上で、ターボチャージャ１００の動作が終了する。

したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、前後方向に対して傾斜した翼本体５３ａを備えるノズルベーン５３を用いた場合に、翼本体５３ａとピン５４との間における隙間Ｓ内での排気ガスの流動に前後方向における分布が生じない。そのため、本実施形態によれば、タービンインペラ１２を効率よく回転させることができ、結果としてタービン部２の高いタービン効率を得ることができるという効果がある。

〔第２実施形態〕
図５は、第２ノズルベーン５５及び第２ピン５６の概略図である。
この図において、図３に示す第１の実施形態における構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

第２ノズルベーン５５（翼部）は、その回動により可変ノズル５の開度を変化させ、可変ノズル５内を流動する排気ガスの流量を調整する複数の翼部である。また、複数の第２ノズルベーン５５は、可変ノズル５の周方向で等間隔に並んで設けられている。
図５に示すように、第２ノズルベーン５５は、シュラウドリング５１とハブリング５２との間に設けられる第２翼本体５５ａ（翼本体）と、第２翼本体５５ａの前後方向での両端側から相反する方向に突出する第１軸部５５ｂ及び第２軸部５５ｃとを有している。

第２翼本体５５ａは、シュラウドリング５１とハブリング５２との間において前後方向で延びる軸周りで回動自在に設けられている部材である。また、第２翼本体５５ａは、前後方向すなわちシュラウドリング５１とハブリング５２とが互いに対向する方向での断面形状が、第２ピン５６に向けて膨出した湾曲形状に形成されている。そのため、第２翼本体５５ａは、前後方向に延びる直線Ｌと交差する箇所を一部備えている。

シュラウドリング５１とハブリング５２とは、複数の第２ピン５６（連結部材）を介して一体的に接続されている。
第２ピン５６は、シュラウドリング５１とハブリング５２とを互いに対向させて一体的に連結する複数の連結部材であって、第２翼本体５５ａの形状に沿って湾曲して設けられている。すなわち、第２ピン５６は、第２翼本体５５ａとの間に一定の第２隙間Ｓ２を形成する形状を有している。

より詳細には、第２ピン５６は、第１の実施形態におけるピン５４と同様に、第２ノズルベーン５５の開度が最大であるときの第２翼本体５５ａの形状に沿って湾曲して設けられている。すなわち、第２ピン５６は、第２ノズルベーン５５の開度が最大であるときの第２翼本体５５ａとの間に、一定の第２隙間Ｓ２を形成する形状を有している。

続いて、本実施形態におけるターボチャージャ１００の動作を説明する。
なお、本実施形態における第２ノズルベーン５５及び第２ピン５６以外の構成は、第１の実施形態における構成と同様であるため、以下、第２ノズルベーン５５及び第２ピン５６と関係する箇所のみを説明する。

第２ノズルベーン５５には、その回動範囲が定められている。ここで、第２翼本体５５ａの前後方向での断面形状が、第２ピン５６に向けて膨出した湾曲形状に形成されているため、第２ノズルベーン５５の開度が最大又は最小となったときに、第２翼本体５５ａの第２ピン５６に向けて膨出した部分が第２ピン５６と干渉する虞がある。しかし、図５に示すように、本実施形態における第２ピン５６は第２翼本体５５ａの形状に沿って湾曲しているため、第２翼本体５５ａの第２ピン５６に向けて膨出した部分との干渉を避けることができ、第２ノズルベーン５５に要求される回動範囲を確保することができる。

次に、可変ノズル５内からタービンインペラ１２に導入される排気ガスの流動について説明する。
排気ガスはシュラウドリング５１とハブリング５２との間を通り、タービンインペラ１２に向かって旋回しつつ流動している。このとき、第２ピン５６は、この排気ガスの流動方向と直交する方向で延在している。もっとも、第２ピン５６は、第２ノズルベーン５５における第２翼本体５５ａの形状に沿って湾曲しており、第２翼本体５５ａと第２ピン５６との間には一定の第２隙間Ｓ２が形成されている。よって、第２隙間Ｓ２内での排気ガスの流動に、前後方向における分布が生じない。排気ガスの流動に前後方向における分布が生じないことにより、排気ガスがタービンインペラ１２に導入されたときに、タービンインペラ１２を効率よく回転させることできる。結果として、タービン部２の高いタービン効率を得ることができる。

また、第２ピン５６は、第２ノズルベーン５５の開度が最大であるときの第２翼本体５５ａとの間に、一定の第２隙間Ｓ２を形成する形状を有している。そのため、第２ノズルベーン５５の開度が最大となり、可変ノズル５内の排気ガスの流量が最大であるときに、第２隙間Ｓ２内での排気ガスの流動が前後方向において最も均一化した状態となる。したがって、第２ノズルベーン５５の開度が最大であるときに、タービンインペラ１２を最も効率よく回転させることができる。

したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、上述した第２翼本体５５ａを備える第２ノズルベーン５５を用いた場合に、第２翼本体５５ａと第２ピン５６との間における第２隙間Ｓ２内での排気ガスの流動に前後方向における分布が生じない。そのため、本実施形態によれば、タービンインペラ１２を効率よく回転させることができ、結果としてタービン部２の高いタービン効率を得ることができるという効果がある。

〔第３実施形態〕
図６は、第３ノズルベーン５７及び第３ピン５８の概略図である。
この図において、図３に示す第１の実施形態における構成要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

第３ノズルベーン５７（翼部）は、その回動により可変ノズル５の開度を変化させ、可変ノズル５内を流動する排気ガスの流量を調整する複数の翼部である。また、複数の第３ノズルベーン５７は、可変ノズル５の周方向で等間隔に並んで設けられている。
図６に示すように、第３ノズルベーン５７は、シュラウドリング５１とハブリング５２との間に設けられる第３翼本体５７ａ（翼本体）と、第３翼本体５７ａの前後方向での両端側から相反する方向に突出する第１軸部５７ｂ及び第２軸部５７ｃとを有している。

第３翼本体５７ａは、シュラウドリング５１とハブリング５２との間において前後方向で延びる軸周りで回動自在に設けられている部材である。また、第３翼本体５７ａ前後方向すなわちシュラウドリング５１とハブリング５２とが互いに対向する方向での断面形状が、第３ピン５８に対して窪んだ湾曲形状に形成されている。そのため、第３翼本体５７ａは、前後方向に延びる直線Ｌと交差する箇所を一部備えている。

シュラウドリング５１とハブリング５２とは、複数の第３ピン５８（連結部材）を介して一体的に接続されている。
第３ピン５８は、シュラウドリング５１とハブリング５２とを互いに対向させて一体的に連結する複数の連結部材であって、第３翼本体５７ａの形状に沿って湾曲して設けられている。すなわち、第３ピン５８は、第３翼本体５７ａとの間に一定の第３隙間Ｓ３を形成する形状を有している。

より詳細には、第３ピン５８は、第１の実施形態におけるピン５４と同様に、第３ノズルベーン５７の開度が最大であるときの第３翼本体５７ａの形状に沿って湾曲して設けられている。すなわち、第３ピン５８は、第３ノズルベーン５７の開度が最大であるときの第３翼本体５７ａとの間に、一定の第３隙間Ｓ３を形成する形状を有している。

続いて、本実施形態におけるターボチャージャ１００の動作を説明する。
なお、本実施形態における第３ノズルベーン５７及び第３ピン５８以外の構成は、第１の実施形態における構成と同様であるため、以下、第３ノズルベーン５７及び第３ピン５８と関係する箇所のみを説明する。

第３ノズルベーン５７には、その回動範囲が定められている。ここで、第３翼本体５７ａの前後方向での断面形状が、第３ピン５８に対して窪んだ湾曲形状に形成されているため、第３ノズルベーン５７の開度が最大又は最小となったときに、第３翼本体５７ａの前後方向での両縁部が第３ピン５８と干渉する虞がある。しかし、図６に示すように、本実施形態における第３ピン５８は第３翼本体５７ａの形状に沿って湾曲しているため、第３翼本体５７ａの前後方向での両縁部との干渉を避けることができ、第３ノズルベーン５７に要求される回動範囲を確保することができる。

次に、可変ノズル５内からタービンインペラ１２に導入される排気ガスの流動について説明する。
排気ガスはシュラウドリング５１とハブリング５２との間を通り、タービンインペラ１２に向かって旋回しつつ流動している。このとき、第３ピン５８は、この排気ガスの流動方向と直交する方向で延在している。もっとも、第３ピン５８は、第３ノズルベーン５７における第３翼本体５７ａの形状に沿って湾曲しており、第３翼本体５７ａと第３ピン５８との間には一定の第３隙間Ｓ３が形成されている。よって、第３隙間Ｓ３内での排気ガスの流動に、前後方向における分布が生じない。排気ガスの流動に前後方向における分布が生じないことにより、排気ガスがタービンインペラ１２に導入されたときに、タービンインペラ１２を効率よく回転させることできる。結果として、タービン部２の高いタービン効率を得ることができる。

また、第３ピン５８は、第３ノズルベーン５７の開度が最大であるときの第３翼本体５７ａとの間に、一定の第３隙間Ｓ３を形成する形状を有している。そのため、第３ノズルベーン５７の開度が最大となり、可変ノズル５内の排気ガスの流量が最大であるときに、第３隙間Ｓ３内での排気ガスの流動が前後方向において最も均一化した状態となる。したがって、第３ノズルベーン５７の開度が最大であるときに、タービンインペラ１２を最も効率よく回転させることができる。

したがって、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、上述した第３翼本体５７ａを備える第３ノズルベーン５７を用いた場合に、第３翼本体５７ａと第３ピン５８との間における第３隙間Ｓ３内での排気ガスの流動に前後方向における分布が生じない。そのため、本実施形態によれば、タービンインペラ１２を効率よく回転させることができ、結果としてタービン部２の高いタービン効率を得ることができるという効果がある。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、可変容量タービンはタービン部２としてターボチャージャ１００に設けられているが、これに限定されるものではなく、例えば流動している流体の運動エネルギー等をロータ１の回転運動に変換し、その回転運動によって発電を行う発電機等に用いてもよい。

また、上記実施形態では、タービン部２に導入される流体として不図示のエンジンから排出される排気ガスを用いているが、これに限定されるものではなく、他の気体や液体を用いてもよい。同様に、コンプレッサ部４が圧縮する流体として空気を用いているが、他の気体を用いてもよい。例えば、冷蔵・冷凍装置等に用いられる冷媒ガスを圧縮する構成としてもよい。

また、第１の実施形態におけるピン５４を、図７に示す姿勢で設置してもよい。
図７は、ピン５４の第１の変形例を示す概略図である。
ピン５４は、ノズルベーン５３の開度が最小であるとき（最小開度位置５３Ｎ）の翼本体５３ａに沿って矢印Ｎの方向で延在している。すなわち、ピン５４は、ノズルベーン５３の開度が最小であるときの翼本体５３ａとの間に一定の隙間を形成する形状を有している。

そのため、ノズルベーン５３の開度が最小となり、可変ノズル５内の排気ガスの流量が最小であるときに、上記隙間内での排気ガスの流動が前後方向において最も均一化した状態となる。したがって、ノズルベーン５３の開度が最小であり、排気ガスの流動に関するエネルギーが最も少ないときに、タービンインペラ１２を最も効率よく回転させることができる。
なお、この変形例を、第２の実施形態における第２ピン５６又は第３の実施形態における第３ピン５８に適用してもよい。

また、第１の実施形態におけるピン５４を、図８に示す姿勢で設置してもよい。
図８は、ピン５４の第２の変形例を示す概略図である。
ピン５４は、ノズルベーン５３の開度が中間の開度であるとき（中間開度位置５３Ｍ）の翼本体５３ａに沿って矢印Ｍの方向で延在している。すなわち、ピン５４は、ノズルベーン５３の開度が中間の開度であるときの翼本体５３ａとの間に一定の隙間を形成する形状を有している。

そのため、ノズルベーン５３の開度が中間の開度となり、可変ノズル５内の排気ガスの流量が中間の流量であるときに、上記隙間内での排気ガスの流動が前後方向において最も均一化した状態となる。したがって、ノズルベーン５３の開度が中間の開度であるときに、タービンインペラ１２を最も効率よく回転させることができる。また、この変形例では、ノズルベーン５３の開度が最大又は最小のいずれの場合であっても、上記隙間内での排気ガスの流動における分布が低く抑えられる。
なお、この変形例を、第２の実施形態における第２ピン５６又は第３の実施形態における第３ピン５８に適用してもよい。

２…タービン部（可変容量タービン）、５…可変ノズル、５１…シュラウドリング（円板部材）、５２…ハブリング（円板部材）、５３…ノズルベーン（翼部）、５３ａ…翼本体、５４…ピン（連結部材）、５５…第２ノズルベーン（翼部）、５５ａ…第２翼本体（翼本体）、５６…第２ピン（連結部材）、５７…第３ノズルベーン（翼部）、５７ａ…第３翼本体（翼本体）、５８…第３ピン（連結部材）、Ｓ…隙間、Ｓ２…第２隙間、Ｓ３…第３隙間

Claims (6)

1. 流体の流量を調整する可変ノズルを備える可変容量タービンであって、
   前記可変ノズルは、円環状に形成された一対の円板部材と、
   前記一対の円板部材を互いに対向させて連結する複数の連結部材と、
   前記一対の円板部材の間に設けられる翼本体を備えた複数の翼部と、を有し、
   前記翼本体は、前記一対の円板部材の対向方向に延びる軸周りに回動自在に設けられるとともに、前記対向方向に延びる直線と交差する箇所を少なくとも備え、
   前記連結部材は、前記翼本体との間に一定の隙間を形成する形状を有していることを特徴とする可変容量タービン。
2. 請求項１に記載の可変容量タービンにおいて、
   前記翼本体は、前記対向方向に対して傾斜しており、
   前記連結部材は、前記翼本体の傾斜に沿って延在していることを特徴とする可変容量タービン。
3. 請求項１に記載の可変容量タービンにおいて、
   前記翼本体の前記対向方向での断面形状は、湾曲した形状に形成され、
   前記連結部材は、前記翼本体の形状に沿って湾曲していることを特徴とする可変容量タービン。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の可変容量タービンにおいて、
   前記連結部材は、前記翼部の開度が最大であるときに、前記連結部材の中心を通る前記翼本体の法線方向において、前記翼本体との間に一定の隙間を形成する形状を有していることを特徴とする可変容量タービン。
5. 請求項１から３のいずれか一項に記載の可変容量タービンにおいて、
   前記連結部材は、前記翼部の開度が最小であるときに、前記連結部材の中心を通る前記翼本体の法線方向において、前記翼本体との間に一定の隙間を形成する形状を有していることを特徴とする可変容量タービン。
6. 請求項１から３のいずれか一項に記載の可変容量タービンにおいて、
   前記連結部材は、前記翼部の開度が中間の開度であるときに、前記連結部材の中心を通る前記翼本体の法線方向において、前記翼本体との間に一定の隙間を形成する形状を有していることを特徴とする可変容量タービン。
   

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