JP2012159089A - Vane shape of variable nozzle and variable capacity supercharger - Google Patents

Vane shape of variable nozzle and variable capacity supercharger Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vane shape of a variable nozzle and a variable capacity supercharger, capable of reducing a pressure loss of the variable nozzle and improving a turbine efficiency, by inhibiting generation of a negative pressure section in the front edge side of a vane back side part, or by relaxing a velocity gradient in a nozzle channel.SOLUTION: The vane shape of the variable nozzle is constructed such that a supply quantity of fluid is adjusted by turnably arranging a vane 1 having an aerofoil cross section shape in a fluid supply passage 31 of a radial turbine providing power by supplying a fluid to a moving blade. The aerofoil cross section shape of the vane 1 has a projection formed on the front edge 2 side of a belly side part 5. The projection is formed in the section constituting the nozzle channel 32 formed between the adjoining vane 1 in the fully closed state of the vane 1 in which the supply quantity of fluid is minimum. In the nozzle channel 32, a nozzle channel length ratio T expressed by length x from inlet to outlet/exit area Wis ≥1.0.

Description

本発明は、流体を動翼に供給して動力を得るラジアルタービンの流体供給路に断面翼形状のベーンを回動可能に配置することにより前記流体の供給量を調節可能に構成した可変ノズルのベーン形状及び該ベーン形状を有する可変容量過給機に関し、特に、可変ノズルにおける圧力損失を低減し、タービン効率を向上させることができる可変ノズルのベーン形状及び可変容量過給機に関する。   The present invention provides a variable nozzle having a configuration in which a supply amount of the fluid can be adjusted by disposing a vane having a blade shape in a cross section in a fluid supply path of a radial turbine that obtains power by supplying fluid to a moving blade. The present invention relates to a vane shape and a variable capacity supercharger having the vane shape, and more particularly to a variable nozzle vane shape and a variable capacity supercharger that can reduce pressure loss in a variable nozzle and improve turbine efficiency.

流体を動翼に供給して、流体の運動エネルギーを回転運動に変換して動力を得る回転式原動機は、一般にタービンと呼ばれている。特に、動翼の半径方向から流体を供給して軸方向に排出するタイプをラジアルタービンという。かかるラジアルタービンを利用した装置の一つに車両用過給機がある。ここで、車両用過給機(ターボチャージャー)は、排気ガスの供給によりタービン動翼を回転させるガスタービンと、前記タービン動翼と同軸に連結された羽根車により空気を吸入するコンプレッサと、を備えている。前記コンプレッサにより吸入された空気は、圧縮されてエンジンに供給され、燃料と混合されて燃焼される。燃焼後の排気ガスは、前記ガスタービンに送られて仕事をした後、最終的に大気中に放出される。前記排気ガスを前記タービン動翼に供給する流路は、排気ガスを加速させるために、前記タービン動翼の回転軸周りに渦巻き形状に形成されたスクロール部を有し、前記タービン動翼の半径方向から前記排気ガスを供給するように構成されている。   A rotary prime mover that obtains power by supplying fluid to a moving blade and converting the kinetic energy of the fluid into rotational motion is generally called a turbine. In particular, a type that supplies fluid from the radial direction of the moving blade and discharges it in the axial direction is called a radial turbine. One of the apparatuses using such a radial turbine is a vehicle supercharger. Here, the vehicle supercharger (turbocharger) includes a gas turbine that rotates a turbine blade by supplying exhaust gas, and a compressor that sucks air by an impeller that is coaxially connected to the turbine blade. I have. The air taken in by the compressor is compressed and supplied to the engine, mixed with fuel and burned. The exhaust gas after combustion is sent to the gas turbine for work, and finally discharged into the atmosphere. The flow path for supplying the exhaust gas to the turbine rotor blade has a scroll portion formed in a spiral shape around the rotation axis of the turbine rotor blade to accelerate the exhaust gas, and the radius of the turbine rotor blade The exhaust gas is supplied from the direction.

かかる車両用過給機において、車両のエンジンの回転数に合わせて適切なタービン出力を得るために、スクロール部からタービン動翼に流体を供給する流体供給路に複数の回動可能なベーンを配置した可変ノズルを備えた可変容量過給機が開発されている(例えば、特許文献1又は特許文献2参照)。そして、排気ガスの流量が少ない場合には、隣接するベーンとの間に形成されるノズル流路が狭くなるように前記ベーンを回動させて、排気ガスにスワールが与えられるようにしている。また、排気ガスの流量が多い場合には、ノズル流路が広くなるように前記ベーンを回動させて、排気ガスに与えられるスワールを抑えるようにしている。かかる可変ノズルのベーン形状は、タービン効率に影響すると考えられており、一般に、前縁部の径を大きくするとともに後縁部の径を小さくした翼形状に形成されている。例えば、特許文献1に記載のベーンは、直線のキャンバーラインに沿って形成された翼形状をなしており、特許文献2に記載のベーンは、背側部側に凸となるように反ったキャンバーラインに沿って形成された翼形状をなしている。   In such a vehicle supercharger, a plurality of rotatable vanes are arranged in a fluid supply path for supplying fluid from the scroll portion to the turbine rotor blade in order to obtain an appropriate turbine output in accordance with the rotational speed of the vehicle engine. A variable capacity supercharger having a variable nozzle has been developed (see, for example, Patent Document 1 or Patent Document 2). When the flow rate of the exhaust gas is small, the vane is rotated so that the nozzle flow path formed between the adjacent vanes is narrowed so that the exhaust gas is swirled. In addition, when the exhaust gas flow rate is large, the vane is rotated so that the nozzle flow path is widened to suppress swirl applied to the exhaust gas. The vane shape of such a variable nozzle is considered to affect the turbine efficiency, and is generally formed into a blade shape in which the diameter of the leading edge is increased and the diameter of the trailing edge is decreased. For example, the vane described in Patent Document 1 has a wing shape formed along a straight camber line, and the vane described in Patent Document 2 is a camber that is warped so as to protrude toward the back side. A wing shape is formed along the line.

特開2007−40251号公報、図10(A)Japanese Patent Laying-Open No. 2007-40251, FIG. 10 (A) 特開平11−257082号公報、図2Japanese Patent Laid-Open No. 11-257082, FIG.

特許文献1のような直線のキャンバーラインに沿って形成された従来の可変ノズルのベーン形状では、流体(排気ガス)の供給量が最も多いベーンの全開状態では、流体(排気ガス)のノズル流路に対する流入角度とベーンの前縁部における前記キャンバーラインの角度(入射角)との差が大きいため、ベーン背側部の前縁部における境界層において負圧となる部分が形成され易く、圧力損失の要因となっていた。特に、負圧が大きい場合には、流体(排気ガス)の剥離が生じてしまうおそれもあった。   In the conventional variable nozzle vane shape formed along the straight camber line as in Patent Document 1, the nozzle flow of the fluid (exhaust gas) in the fully opened state of the vane with the largest amount of fluid (exhaust gas) supplied Since the difference between the inflow angle with respect to the road and the angle (incident angle) of the camber line at the front edge of the vane is large, a negative pressure portion is easily formed in the boundary layer at the front edge of the vane back side. Loss was a factor. In particular, when the negative pressure is large, the fluid (exhaust gas) may be peeled off.

また、特許文献1及び特許文献2に記載された従来の可変ノズルのベーン形状では、排気ガスの供給量が最も少ないベーンの全閉状態において、ノズル流路の入口側が広く出口側が狭い形状になっているため、ノズル流路を通過する流体(排気ガス)の速度勾配が大きく、圧力損失の要因となっていた。   Further, in the conventional variable nozzle vane shape described in Patent Document 1 and Patent Document 2, in the fully closed state of the vane with the smallest exhaust gas supply amount, the nozzle channel has a wide inlet side and a narrow outlet side. Therefore, the velocity gradient of the fluid (exhaust gas) passing through the nozzle flow path is large, which is a factor of pressure loss.

本発明は上述した問題点に鑑み創案されたものであり、ベーン背側部の前縁部側における負圧部分の発生の抑制又はノズル流路における速度勾配の緩和を図ることにより、可変ノズルにおける圧力損失を低減し、タービン効率を向上させることができる可変ノズルのベーン形状及び可変容量過給機を提供することを目的とする。   The present invention has been devised in view of the above-described problems, and in the variable nozzle, by suppressing the generation of a negative pressure portion on the front edge side of the vane back side portion or reducing the velocity gradient in the nozzle flow path. An object of the present invention is to provide a variable nozzle vane shape and a variable capacity supercharger capable of reducing pressure loss and improving turbine efficiency.

本発明によれば、流体を動翼に供給して動力を得るラジアルタービンの流体供給路に断面翼形状のベーンを回動可能に配置することにより前記流体の供給量を調節可能に構成した可変ノズルのベーン形状であって、前記ベーンの断面翼形状は、腹側部の前縁部側に形成された凸部を有し、該凸部は、前記流体の供給量が最も少ない前記ベーンの全閉状態において、隣接するベーンとの間に形成されるノズル流路を構成する部分に形成されており、該ノズル流路は、入口から出口までの長さ/出口面積により表されるノズル流路長さ比Tが1.0以上である、ことを特徴とする可変ノズルのベーン形状が提供される。   According to the present invention, the supply amount of the fluid can be adjusted by disposing a vane having a blade shape in a cross section in a fluid supply path of a radial turbine that obtains power by supplying fluid to the moving blade. The vane shape of the nozzle, the cross-sectional wing shape of the vane has a convex portion formed on the front edge portion side of the ventral side portion, the convex portion of the vane with the least amount of fluid supply In the fully closed state, the nozzle flow path is formed in a portion constituting a nozzle flow path formed between adjacent vanes, and the nozzle flow path is represented by the length from the inlet to the outlet / the area of the outlet. There is provided a variable nozzle vane shape characterized in that the path length ratio T is 1.0 or more.

前記ノズル流路は、入口面積/出口面積により表されるノズル流路面積比Sと、入口から出口までの長さ/出口面積により表されるノズル流路長さ比Tとの関係が、S<0.5・T+1.0、S>1.0、T>1.0を満たすように構成されていてもよい。   The relationship between the nozzle channel area ratio S represented by the inlet area / outlet area and the nozzle channel length ratio T represented by the length from the inlet to the outlet / outlet area is S. <0.5 · T + 1.0, S> 1.0, T> 1.0 may be satisfied.

前記ノズル流路は、入口面積/出口面積により表されるノズル流路面積比Sと、入口から出口までの長さ/出口面積により表されるノズル流路長さ比Tとの関係が、S<0.2・T+1.2、S>1.0、T>1.0を満たすように構成されていてもよい。   The relationship between the nozzle channel area ratio S represented by the inlet area / outlet area and the nozzle channel length ratio T represented by the length from the inlet to the outlet / outlet area is S. <0.2 · T + 1.2, S> 1.0, T> 1.0 may be satisfied.

前記ベーンの断面翼形状は、背側部の後縁部側に形成された凹部を有し、該凹部は、前記全閉状態において、隣接するベーンとの間に形成されるノズル流路を構成する部分に形成されていてもよい。   The cross-sectional wing shape of the vane has a concave portion formed on the rear edge portion side of the back side portion, and the concave portion constitutes a nozzle channel formed between adjacent vanes in the fully closed state. It may be formed in the part to do.

また、本発明によれば、流体の供給により動翼を回転させるラジアルタービンと、前記動翼と同軸に連結された羽根車により空気を吸入するコンプレッサと、前記ラジアルタービンの流体供給路に断面翼形状のベーンを回動可能に配置することにより前記流体の供給量を調節可能に構成した可変ノズルと、を備えた可変容量過給機であって、前記ベーンの断面翼形状は、腹側部の前縁部側に形成された凸部を有し、該凸部は、前記流体の供給量が最も少ない前記ベーンの全閉状態において、隣接するベーンとの間に形成されるノズル流路を構成する部分に形成されており、該ノズル流路は、入口から出口までの長さ/出口面積により表されるノズル流路長さ比Tが1.0以上である、ことを特徴とする可変容量過給機が提供される。   Further, according to the present invention, a radial turbine that rotates a moving blade by supplying fluid, a compressor that sucks air by an impeller that is coaxially connected to the moving blade, and a cross-sectional blade in a fluid supply path of the radial turbine A variable-capacity supercharger comprising a variable nozzle configured to adjust a supply amount of the fluid by rotatably disposing a vane having a shape, wherein the vane has a cross-sectional wing shape having a ventral portion A convex portion formed on the front edge side of the nozzle, the convex portion having a nozzle flow path formed between adjacent vanes in the fully closed state of the vane with the least amount of fluid supplied. The nozzle channel is formed in a portion to be configured, and the nozzle channel has a nozzle channel length ratio T represented by a length from the inlet to the outlet / an outlet area of 1.0 or more. A capacity supercharger is provided.

前記ノズル流路は、入口面積/出口面積により表されるノズル流路面積比Sと、入口から出口までの長さ/出口面積により表されるノズル流路長さ比Tとの関係が、S<0.5・T+1.0、S>1.0、T>1.0を満たすように構成されていてもよい。   The relationship between the nozzle channel area ratio S represented by the inlet area / outlet area and the nozzle channel length ratio T represented by the length from the inlet to the outlet / outlet area is S. <0.5 · T + 1.0, S> 1.0, T> 1.0 may be satisfied.

前記ノズル流路は、入口面積/出口面積により表されるノズル流路面積比Sと、入口から出口までの長さ/出口面積により表されるノズル流路長さ比Tとの関係が、S<0.2・T+1.2、S>1.0、T>1.0を満たすように構成されていてもよい。   The relationship between the nozzle channel area ratio S represented by the inlet area / outlet area and the nozzle channel length ratio T represented by the length from the inlet to the outlet / outlet area is S. <0.2 · T + 1.2, S> 1.0, T> 1.0 may be satisfied.

前記ベーンの断面翼形状は、背側部の後縁部側に形成された凹部を有し、該凹部は、前記全閉状態において、隣接するベーンとの間に形成されるノズル流路を構成する部分に形成されていてもよい。   The cross-sectional wing shape of the vane has a concave portion formed on the rear edge portion side of the back side portion, and the concave portion constitutes a nozzle channel formed between adjacent vanes in the fully closed state. It may be formed in the part to do.

上述した本発明の可変ノズルのベーン形状及び可変容量過給機によれば、全閉状態におけるノズル流路に凸部を形成することにより、全閉状態におけるノズル流路の流路幅(ベーンの背側と隣接するベーンの腹側の距離)の変化を緩和することができる。さらに、ノズル流路のノズル流路長さ比Tを1.0以上に設定することにより、全閉状態においても、ノズル流路の速度勾配を緩和しつつノズル流路の出口における必要な流速を確保することができる。したがって、可変ノズルにおける圧力損失を効果的に低減することができる。   According to the variable nozzle vane shape and the variable capacity supercharger of the present invention described above, by forming a convex portion in the nozzle flow path in the fully closed state, the flow path width (vane of the vane) in the fully closed state The change in the distance between the dorsal side and the ventral side of the adjacent vanes can be mitigated. Furthermore, by setting the nozzle channel length ratio T of the nozzle channel to 1.0 or more, the necessary flow velocity at the outlet of the nozzle channel can be reduced while reducing the velocity gradient of the nozzle channel even in the fully closed state. Can be secured. Therefore, the pressure loss in the variable nozzle can be effectively reduced.

また、ノズル流路面積比Sとノズル流路長さ比Tとが所定の関係式を満たすようにすることにより、全閉状態から全開状態の全域に渡って効果的にノズル流路の流路幅の変化を緩和することができる。   Further, by making the nozzle channel area ratio S and the nozzle channel length ratio T satisfy a predetermined relational expression, the nozzle channel channel can be effectively passed over the entire region from the fully closed state to the fully open state. The change in width can be mitigated.

本発明の可変ノズルのベーン形状を示す断面図であり、(A)は第一実施形態、(B)は第二実施形態、(C)は第三実施形態である。It is sectional drawing which shows the vane shape of the variable nozzle of this invention, (A) is 1st embodiment, (B) is 2nd embodiment, (C) is 3rd embodiment. 第一実施形態のベーン形状における翼厚D/キャンバー長と無次元キャンバー長との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the blade thickness D / camber length and dimensionless camber length in the vane shape of 1st embodiment. 第一実施形態のベーンにより形成されるノズル流路を示す断面図であり、(A)は全開状態、(B)は全閉状態を示している。It is sectional drawing which shows the nozzle flow path formed with the vane of 1st embodiment, (A) has shown the fully open state, (B) has shown the fully closed state. ノズル流路面積比とノズル流路長さ比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between nozzle channel area ratio and nozzle channel length ratio. 本発明の第一実施形態に係るベーン形状を有する可変ノズルの流速分布図であり(A)は全開状態、(B)は全閉状態を示している。It is the flow velocity distribution diagram of the variable nozzle which has a vane shape concerning a first embodiment of the present invention, (A) shows a full open state, and (B) shows a fully closed state. 本発明の可変ノズルのベーン形状を採用した可変容量過給機の断面図である。It is sectional drawing of the variable capacity | capacitance supercharger which employ | adopted the vane shape of the variable nozzle of this invention. 本発明の可変容量過給機と従来のベーン形状を採用した可変容量過給機におけるタービン効率を比較した図である。It is the figure which compared the turbine efficiency in the variable capacity | capacitance supercharger of this invention, and the variable capacity | capacitance supercharger which employ | adopted the conventional vane shape.

以下、本発明の実施形態について図1〜図7を用いて説明する。ここで、図1は、本発明の可変ノズルのベーン形状を示す断面図であり、(A)は第一実施形態、(B)は第二実施形態、(C)は第三実施形態である。また、図2は、第一実施形態のベーン形状における翼厚D/キャンバー長と無次元キャンバー長との関係を示す図である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. Here, FIG. 1 is a cross-sectional view showing the vane shape of the variable nozzle of the present invention, (A) is the first embodiment, (B) is the second embodiment, and (C) is the third embodiment. . FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the blade thickness D / camber length and the dimensionless camber length in the vane shape of the first embodiment.

図1(A)〜(C)に示したベーン形状は、流体を動翼に供給して動力を得るラジアルタービンの流体供給路に断面翼形状のベーン1を回動可能に配置することにより前記流体の供給量を調節可能に構成した可変ノズルのベーン形状である。ベーン1の断面翼形状は、流体の入口側を形成する前縁部2と、流体の出口側を形成する後縁部3と、ベーン1の表面における静圧が低圧となる背側部4と、ベーン1の表面における静圧が高圧となる腹側部5と、から構成されている。各図において、背側部4の変曲点をP1〜P4で示し、腹側部の変曲点をQ1〜Q4で示している。そして、曲線P1Q1が前縁部2、曲線P4Q4が後縁部3、曲線P1P4が背側部4、曲線Q1Q4が腹側部5を構成している。また、説明の便宜上、曲線P1P2を第一背側部4a、曲線P2P3を第二背側部4b、曲線P3P4を第三背側部4c、曲線Q1Q2を第一腹側部5a、曲線Q2Q3を第二腹側部5b、曲線Q3Q4を第三腹側部5cと称することとする。   The vane shape shown in FIGS. 1 (A) to 1 (C) is obtained by disposing a vane 1 having a blade shape in a cross section in a fluid supply path of a radial turbine that obtains power by supplying fluid to the blade. It is the vane shape of the variable nozzle comprised so that supply_amount | feed_rate of fluid was adjustable. The cross-sectional wing shape of the vane 1 includes a front edge portion 2 that forms the fluid inlet side, a rear edge portion 3 that forms the fluid outlet side, and a back side portion 4 where the static pressure on the surface of the vane 1 is low. And the ventral part 5 in which the static pressure on the surface of the vane 1 is high. In each figure, the inflection points of the back side portion 4 are indicated by P1 to P4, and the inflection points of the ventral side portion are indicated by Q1 to Q4. The curve P1Q1 constitutes the front edge 2, the curve P4Q4 constitutes the rear edge 3, the curve P1P4 constitutes the back side 4, and the curve Q1Q4 constitutes the ventral side 5. For convenience of explanation, the curve P1P2 is the first dorsal side 4a, the curve P2P3 is the second dorsal side 4b, the curve P3P4 is the third dorsal side 4c, the curve Q1Q2 is the first ventral side 5a, and the curve Q2Q3 is the no. The two belly side portions 5b and the curve Q3Q4 will be referred to as the third belly side portion 5c.

ここで、図1(A)〜(C)に示した本発明のベーン形状における特徴は、腹側部5の前縁部2側に形成された凸部と、背側部4の後縁部3側に形成された凹部と、を有することである。具体的には、第一腹側部5a(曲線Q1Q2)を凸に形成し、第三背側部4c(曲線P3P4)を凹に形成している。すなわち、前記凸部は第一腹側部5a(曲線Q1Q2)に相当し、前記凹部は第三背側部4c(曲線P3P4)に相当する。この第一腹側部5a(曲線Q1Q2)及び第三背側部4c(曲線P3P4)は、後述するように、流体の供給量が最も少ないベーン1の全閉状態において、隣接するベーン1との間に形成されるノズル流路の一部を構成する部分である。かかる部分に対峙する凸部と凹部を形成することにより、ノズル流路の流路幅の変化を小さくすることができ、ノズル流路を通過する流体の速度勾配を緩和することができ、可変ノズルにおける圧力損失を低減することができる。   Here, the features in the vane shape of the present invention shown in FIGS. 1A to 1C are the convex portion formed on the front edge portion 2 side of the ventral side portion 5 and the rear edge portion of the back side portion 4. And a recess formed on the third side. Specifically, the first ventral side portion 5a (curve Q1Q2) is formed in a convex shape, and the third back side portion 4c (curve P3P4) is formed in a concave shape. That is, the convex portion corresponds to the first ventral side portion 5a (curve Q1Q2), and the concave portion corresponds to the third dorsal side portion 4c (curve P3P4). As will be described later, the first ventral side portion 5a (curve Q1Q2) and the third back side portion 4c (curve P3P4) are connected to the adjacent vane 1 in the fully closed state of the vane 1 with the smallest fluid supply amount. It is a part which comprises some nozzle flow paths formed in between. By forming the convex part and the concave part facing the part, the change in the flow width of the nozzle flow path can be reduced, the velocity gradient of the fluid passing through the nozzle flow path can be reduced, and the variable nozzle The pressure loss in can be reduced.

図1(A)に示す本発明の第一実施形態に係るベーン形状は、背側部4に凸なキャンバーラインCを有する。また、かかるキャンバーラインCは、前縁部2における接線方向である入射角と、流体の供給量が最も多いベーン1の全開状態における流入角とがなす角度αが20°以下となるように形成されている。全開状態における入射角と流入角とがなす角度αを20°以下に設定することにより、背側部4における負圧の発生を効果的に抑制することができる。   The vane shape according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 (A) has a camber line C that is convex on the back side portion 4. Further, the camber line C is formed so that an angle α formed by an incident angle which is a tangential direction at the front edge portion 2 and an inflow angle in the fully opened state of the vane 1 having the largest fluid supply amount is 20 ° or less. Has been. By setting the angle α formed by the incident angle and the inflow angle in the fully open state to 20 ° or less, the generation of negative pressure in the back side portion 4 can be effectively suppressed.

ここで、キャンバーラインCの前縁部2から後縁部3までの長さにより規定されるキャンバー長をL、キャンバーラインCの垂線と背側部4及び腹側部5との交点の長さにより規定される翼厚をDとする。キャンバー長Lに対する翼厚Dの割合(翼厚D/キャンバー長L)を前縁部2から後縁部3に渡って図示すると図2のように表記される。なお、無次元キャンバー長とは、キャンバー長Lの全体を1として表現したものである。図2に示すように、本発明の第一実施形態では、無次元キャンバー長が約0.3の位置において翼厚Dが最大値となっていることがわかる。すなわち、本発明の第一実施形態における最大翼厚部は、キャンバーラインCに沿って前縁部2から約30%の位置に配置されていることとなる。この最大翼厚部の位置は、特にベーン1の全開状態におけるノズル流路の形状に影響を与える。全開状態におけるノズル流路の流路幅の変化を小さくするためには、最大翼厚部はノズル流路の入口よりも上流側に配置されていることが好ましい。具体的な配置位置は、ベーンの大きさや個数等によって任意に設定されるものであるが、概ね無次元キャンバー長が0.2〜0.4の範囲(キャンバーラインCに沿って前縁部2から20〜40%の位置)に配置されていることが好ましい。   Here, the camber length defined by the length from the front edge portion 2 to the rear edge portion 3 of the camber line C is L, and the length of the intersection of the vertical line of the camber line C with the back side portion 4 and the ventral side portion 5 Let D be the blade thickness defined by. The ratio of the blade thickness D to the camber length L (blade thickness D / camber length L) from the front edge 2 to the rear edge 3 is shown in FIG. Note that the dimensionless camber length is a representation of the entire camber length L as 1. As shown in FIG. 2, in the first embodiment of the present invention, it can be seen that the blade thickness D is the maximum value at the position where the dimensionless camber length is about 0.3. That is, the maximum blade thickness portion in the first embodiment of the present invention is arranged at a position about 30% from the front edge portion 2 along the camber line C. The position of the maximum blade thickness portion affects the shape of the nozzle flow path particularly when the vane 1 is fully opened. In order to reduce the change in the channel width of the nozzle channel in the fully open state, it is preferable that the maximum blade thickness portion is disposed upstream of the inlet of the nozzle channel. The specific arrangement position is arbitrarily set according to the size and number of vanes, etc., but generally has a dimensionless camber length in the range of 0.2 to 0.4 (the leading edge 2 along the camber line C). 20 to 40% of the position).

また、最大翼厚部の厚さもベーン1の全開状態におけるノズル流路の形状に影響を与える。この厚さも全開状態におけるノズル流路の流路幅の変化を小さくするように設定される。具体的な厚さは、ベーンの大きさや個数等によって任意に設定されるものであるが、概ね翼厚D/キャンバー長Lの最大値が0.15〜0.2の範囲(キャンバー長Lに対する15〜20%の厚さ)に設定されていることが好ましい。   In addition, the thickness of the maximum blade thickness part also affects the shape of the nozzle flow path when the vane 1 is fully open. This thickness is also set to reduce the change in the channel width of the nozzle channel in the fully open state. The specific thickness is arbitrarily set according to the size and number of vanes, etc., but the maximum value of the blade thickness D / camber length L is generally in the range of 0.15 to 0.2 (with respect to the camber length L). The thickness is preferably set to 15 to 20%.

なお、背側部4の第一背側部4a及び第二背側部4b、腹側部5の第二腹側部5b及び第三腹側部5cの形状は、キャンバーラインCの形状及び最大翼厚部の位置を設定した後、隣接するベーンとの間に形成されるノズル流路の流路幅の変化が小さくなるように、かつ第三背側部4c又は第一腹側部5aと滑らかに接続されるように設定される。ここでは、背側部4の第一背側部4a及び第二背側部4bにより構成される凸部を2つの異なる曲率を有する曲線P1P2,P2P3により構成しているが、同一の曲率を有する曲線により構成してもよい。また、腹側部5の第一腹側部5a及び第二腹側部5bにより構成される凸部を2つの異なる曲率を有する曲線Q1Q2,Q2Q3により構成しているが、同一の曲率を有する曲線により構成してもよい。   In addition, the shape of the 1st dorsal side part 4a and the 2nd dorsal side part 4b of the dorsal side part 4, the 2nd abdominal side part 5b of the abdominal side part 5, and the 3rd abdominal side part 5c is the shape of the camber line C, and the maximum. After setting the position of the blade thickness portion, the change in the width of the nozzle flow channel formed between the adjacent vanes is small, and the third back side portion 4c or the first ventral side portion 5a It is set to connect smoothly. Here, although the convex part comprised by the 1st back side part 4a and the 2nd back side part 4b of the back side part 4 is comprised by the curves P1P2 and P2P3 which have two different curvatures, it has the same curvature You may comprise by a curve. Moreover, although the convex part comprised by the 1st ventral part 5a and the 2nd ventral part 5b of the ventral part 5 is comprised by the curve Q1Q2 and Q2Q3 which have two different curvatures, the curve which has the same curvature You may comprise by.

図1(B)に示す本発明の第二実施形態に係るベーン形状は、凹部を構成する第三背側部4c(曲線P3P4)の曲率を、凸部を構成する第一腹側部5a(曲線Q1Q2)の曲率と等しくなるように設定したものである。また、第三背側部4c(曲線P3P4)と第二背側部4b(曲線P2P3)、第二背側部4b(曲線P2P3)と第一背側部4a(曲線P1P2)が、それぞれ滑らかに連なるように第一背側部4a(曲線P1P2)及び第二背側部4b(曲線P2P3)の曲率を調節してある。その他の点については、第一実施形態と同じ構成であるため詳細な説明を省略する。なお、凸部を構成する第一腹側部5a(曲線Q1Q2)の曲率を、凹部を構成する第三背側部4c(曲線P3P4)の曲率と等しくなるように設定してもよいことは勿論である。   The vane shape according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 1 (B) has the curvature of the third dorsal side portion 4c (curve P3P4) constituting the concave portion as the first ventral side portion 5a (forming the convex portion). It is set to be equal to the curvature of the curve Q1Q2). Further, the third back side portion 4c (curve P3P4) and the second back side portion 4b (curve P2P3), the second back side portion 4b (curve P2P3) and the first back side portion 4a (curve P1P2) are respectively smooth. The curvatures of the first back side portion 4a (curve P1P2) and the second back side portion 4b (curve P2P3) are adjusted to be continuous. About another point, since it is the same structure as 1st embodiment, detailed description is abbreviate | omitted. Of course, the curvature of the first ventral side portion 5a (curve Q1Q2) constituting the convex portion may be set to be equal to the curvature of the third back side portion 4c (curve P3P4) constituting the concave portion. It is.

図1(C)に示す本発明の第三実施形態に係るベーン形状は、キャンバーラインCを直線状に設定したものである。上述したように本発明は、第一腹側部5a(曲線Q1Q2)を凸に形成し、第三背側部4c(曲線P3P4)を凹に形成したことを特徴とする。したがって、本発明は、キャンバーラインCを直線状に設定したベーン1にも適用することができる。かかる第三実施形態では、負圧の発生を抑制する効果は低いが、特に全閉状態におけるノズル流路の流路幅の変化を小さくすることができ、ノズル流路を通過する流体の速度勾配を緩和することができ、可変ノズルにおける圧力損失を抑制することができるとの効果を奏する。なお、その他の点については、第一実施形態と同じ構成であるため詳細な説明を省略する。   The vane shape which concerns on 3rd embodiment of this invention shown to FIG. 1 (C) sets the camber line C to linear form. As described above, the present invention is characterized in that the first ventral side portion 5a (curve Q1Q2) is formed in a convex shape and the third dorsal side portion 4c (curve P3P4) is formed in a concave shape. Therefore, the present invention can also be applied to the vane 1 in which the camber line C is set to be linear. In such a third embodiment, the effect of suppressing the generation of negative pressure is low, but the change in the channel width of the nozzle channel, particularly in the fully closed state, can be reduced, and the velocity gradient of the fluid passing through the nozzle channel Can be mitigated, and the pressure loss in the variable nozzle can be suppressed. In addition, since it is the same structure as 1st embodiment about another point, detailed description is abbreviate | omitted.

続いて、上述した第一実施形態のベーン1を用いて、ベーン形状とノズル流路との関係について説明する。ここで、図3は、第一実施形態のベーンにより形成されるノズル流路を示す断面図であり、(A)は全開状態、(B)は全閉状態を示している。また、図4は、ノズル流路面積比Sとノズル流路長さ比Tとの関係を示す図である。   Then, the relationship between a vane shape and a nozzle flow path is demonstrated using the vane 1 of 1st embodiment mentioned above. Here, FIG. 3 is a cross-sectional view showing the nozzle flow path formed by the vanes of the first embodiment, where (A) shows a fully open state and (B) shows a fully closed state. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the nozzle channel area ratio S and the nozzle channel length ratio T.

図3(A)に示すように、タービン動翼の半径方向に流体を供給する流体供給路31には、複数のベーン1a,1bが所定の間隔で配列されている。ノズル流路32は、ベーン1aの背側部4と隣接するベーン1bの腹側部5とがオーバーラップする部分により構成される。ここで、ノズル流路32の入口面積をWin、出口面積をWout、入口から出口までの長さをXで表記することとする。図3(A)に示す全開状態では、ベーン1a,1bは、ノズル流路32の入口面積Win及び出口面積Woutが最も大きく、かつノズル流路長さXが最も長くなるように回動されている。このとき、ベーン1aの最大翼厚部Dmaxは、ノズル流路32の入口よりも上流側に配置されている。この位置に最大翼厚部Dmaxを配置することにより、ベーン1aのノズル流路32の入口近傍における背側部4をベーン1bの腹側部5に接近させることができ、点線の円で図示したように、ノズル流路32の長さ方向における流路幅の変化を小さくすることができる。   As shown in FIG. 3A, a plurality of vanes 1a and 1b are arranged at predetermined intervals in a fluid supply path 31 that supplies fluid in the radial direction of the turbine rotor blade. The nozzle flow path 32 is configured by a portion where the back side portion 4 of the vane 1a and the ventral side portion 5 of the adjacent vane 1b overlap. Here, the inlet area of the nozzle channel 32 is denoted by Win, the outlet area is denoted by Wout, and the length from the inlet to the outlet is denoted by X. In the fully open state shown in FIG. 3A, the vanes 1a and 1b are rotated so that the inlet area Win and the outlet area Wout of the nozzle flow path 32 are the largest and the nozzle flow path length X is the longest. Yes. At this time, the maximum blade thickness portion Dmax of the vane 1 a is disposed on the upstream side of the inlet of the nozzle flow path 32. By arranging the maximum blade thickness portion Dmax at this position, the back side portion 4 in the vicinity of the inlet of the nozzle flow path 32 of the vane 1a can be brought close to the ventral side portion 5 of the vane 1b, and is illustrated by a dotted circle. Thus, the change of the channel width in the length direction of the nozzle channel 32 can be reduced.

一方、図3(B)に示す全閉状態では、ベーン1a,1bは、ノズル流路32の入口面積Win及び出口面積Woutが最も小さく、かつノズル流路長さXが最も短くなるように回動されている。このとき、ベーン1aの背側部4の第三背側部4cに相当する凹部と、ベーン1bの腹側部5の第一腹側部5aに相当する凸部とが対峙した状態となり、点線の円で図示したように、ノズル流路32の長さ方向における流路幅の変化を小さくすることができる。また、ノズル流路長さXは、ノズル流路32の出口における必要な流速を確保しつつ、ノズル流路32の速度勾配を緩和するために、一定の長さを有していることが好ましい。例えば、ノズル流路32の出口面積Woutに対するノズル流路32の長さXの割合(長さX/出口面積Wout)により規定されるノズル流路長さ比Tが1.0以上であることが好ましい。   On the other hand, in the fully closed state shown in FIG. 3B, the vanes 1a and 1b rotate so that the inlet area Win and the outlet area Wout of the nozzle flow path 32 are the smallest and the nozzle flow path length X is the shortest. Has been moved. At this time, the concave portion corresponding to the third back side portion 4c of the back side portion 4 of the vane 1a and the convex portion corresponding to the first ventral side portion 5a of the ventral side portion 5 of the vane 1b are opposed to each other, and a dotted line As shown by the circle, the change in the channel width in the length direction of the nozzle channel 32 can be reduced. Further, the nozzle flow path length X preferably has a certain length in order to relax the velocity gradient of the nozzle flow path 32 while ensuring a necessary flow rate at the outlet of the nozzle flow path 32. . For example, the nozzle channel length ratio T defined by the ratio of the length X of the nozzle channel 32 to the outlet area Wout of the nozzle channel 32 (length X / outlet area Wout) is 1.0 or more. preferable.

また、ノズル流路32の速度勾配を効果的に緩和するためには、ノズル流路32のノズル流路面積比S(入口面積Win/出口面積Wout)とノズル流路長さ比Tとが一定の関係を満たしていることが好ましい。図4に示す図は、縦軸にノズル流路面積比S、横軸にノズル流路長さ比Tを示したものである。ノズル流路面積比S=1.0の場合は、入口面積Winと出口面積Woutの大きさが等しく、ノズル流路32の形状は略長方形となる。そして、ノズル流路面積比Sの値が1.0より大きくなるにつれて、入口面積Win>出口面積Woutとなり、ノズル流路32の形状はラッパ状に変形する。また、ノズル流路長さ比Tは、値が大きくなるにつれてノズル流路長さXが長くなることを意味する。   In order to effectively relieve the velocity gradient of the nozzle channel 32, the nozzle channel area ratio S (inlet area Win / outlet area Wout) of the nozzle channel 32 and the nozzle channel length ratio T are constant. It is preferable that the relationship is satisfied. In the diagram shown in FIG. 4, the nozzle channel area ratio S is plotted on the vertical axis and the nozzle channel length ratio T is plotted on the horizontal axis. When the nozzle channel area ratio S = 1.0, the sizes of the inlet area Win and the outlet area Wout are equal, and the shape of the nozzle channel 32 is substantially rectangular. As the value of the nozzle channel area ratio S becomes larger than 1.0, the inlet area Win> the outlet area Wout, and the shape of the nozzle channel 32 is deformed into a trumpet shape. The nozzle channel length ratio T means that the nozzle channel length X becomes longer as the value increases.

ここで、従来例1(○)はキャンバーラインCが直線状の翼断面形状を有する従来のベーンを示し、従来例2(◇)はキャンバーラインCが背側に凸に形成された翼断面形状を有する従来のベーンを示し、従来例3(□)はキャンバーラインCが直線状の翼断面形状を有するとともにキャンバーラインCが長く設定されている従来のベーンを示している。   Here, Conventional Example 1 (◯) shows a conventional vane in which the camber line C has a straight blade cross-sectional shape, and Conventional Example 2 (◇) shows a blade cross-sectional shape in which the camber line C is convexly formed on the back side. The conventional example 3 (□) shows a conventional vane in which the camber line C has a straight blade cross-sectional shape and the camber line C is set long.

図4に示すように、ノズル流路長さ比T=1.0により表される直線をF1とすると、従来例1及び従来例2では、直線F1よりもノズル流路長さ比Tが小さく、ノズル流路長さXが短く形成されている。したがって、ノズル流路の出口における必要な流速を確保するためには、ノズル流路をより狭くしなければならず、速度勾配が大きくなり易く、可変ノズルにおける圧力損失が生じ易い形状に形成されている。なお、ノズル流路面積比Sが1.0よりも小さい部分は、一方のベーンの前縁部が他方のベーンの背側部に接近するように回動されてスロート部が形成されていることを示している。   As shown in FIG. 4, when the straight line represented by the nozzle flow path length ratio T = 1.0 is F1, in the conventional example 1 and the conventional example 2, the nozzle flow path length ratio T is smaller than the straight line F1. The nozzle channel length X is formed short. Therefore, in order to ensure the necessary flow velocity at the outlet of the nozzle flow path, the nozzle flow path must be made narrower, the speed gradient tends to be large, and the pressure loss in the variable nozzle is likely to occur. Yes. The portion where the nozzle channel area ratio S is smaller than 1.0 is rotated so that the front edge portion of one vane approaches the back side portion of the other vane to form a throat portion. Is shown.

また、従来例3では、直線F1よりもノズル流路長さ比Tが大きく形成されており、ベーンの全閉時においても十分なノズル流路が確保されている。しかしながら、この従来例3では、ベーンを開く方向に回動させる(ノズル流路長さXが長くなる)につれて、ノズル流路はラッパ状に変形している。したがって、ノズル流路の長さ方向における速度勾配が大きくなり易く、可変ノズルにおける圧力損失が生じ易い形状に形成されている。   Further, in Conventional Example 3, the nozzle channel length ratio T is formed larger than the straight line F1, and a sufficient nozzle channel is ensured even when the vane is fully closed. However, in this conventional example 3, as the vane is rotated in the opening direction (the nozzle channel length X becomes longer), the nozzle channel is deformed into a trumpet shape. Therefore, it is formed in a shape in which the velocity gradient in the length direction of the nozzle flow path is likely to increase and pressure loss in the variable nozzle is likely to occur.

一方、本発明のベーン形状では、ノズル流路32の圧力損失を低減するために、流路幅の変化を小さくしつつ十分な流路長さを確保する必要がある。すなわち、図4に△で示したように、ノズル流路面積比Sはより小さいことが好ましく、ノズル流路長さ比Tはより大きいことが好ましい。ただし、ベーン開度が比較的大きい場合には、ノズル流路32を通過する流体の流量が多いこと、ノズル流路32に流入する流体の流速が元々速いこと等から、ベーン開度が大きくなるにつれてノズル流路面積比Sの許容値を大きくすることができる。また、本発明のベーン形状は、ノズル流路面積比Sとノズル流路長さ比Tの関係が、S<0.5・T+1.0、S>1.0、T>1.0の関係式を満たすように設計されている。ここで、図4における直線F2は、S=0.5・T+1.0を示している。この直線F2の関係式は、従来例1〜従来例3に基づいて設定したものであるが、これに限定されるものではない。例えば、図示した本発明の数値に基づいて条件を設定すれば、ノズル流路面積比Sとノズル流路長さ比Tの関係は、S<0.2・T+1.2、S>1.0、T>1.0の関係式を満たすように設計されていてもよい。また、図4における従来例3と本発明との間に配置される他の直線や曲線であってもよい。なお、上述した条件式において、図示しない従来例を部分的に含むような場合もあるかもしれないが、本発明のベーン形状は上述した条件式によってのみ定められるものではなく、それによって何ら本発明の有用性が否定されるものではない。   On the other hand, in the vane shape of the present invention, in order to reduce the pressure loss of the nozzle channel 32, it is necessary to ensure a sufficient channel length while reducing the change in the channel width. That is, as indicated by Δ in FIG. 4, the nozzle channel area ratio S is preferably smaller and the nozzle channel length ratio T is preferably larger. However, when the vane opening is relatively large, the vane opening becomes large because the flow rate of the fluid passing through the nozzle flow path 32 is large and the flow velocity of the fluid flowing into the nozzle flow path 32 is originally high. Accordingly, the allowable value of the nozzle channel area ratio S can be increased. In the vane shape of the present invention, the relationship between the nozzle channel area ratio S and the nozzle channel length ratio T is such that S <0.5 · T + 1.0, S> 1.0, and T> 1.0. Designed to satisfy the equation. Here, the straight line F2 in FIG. 4 indicates S = 0.5 · T + 1.0. The relational expression of the straight line F2 is set based on Conventional Examples 1 to 3, but is not limited thereto. For example, if the conditions are set based on the illustrated numerical values of the present invention, the relationship between the nozzle flow path area ratio S and the nozzle flow path length ratio T is S <0.2 · T + 1.2, S> 1.0. , T> 1.0 may be designed to be satisfied. Moreover, the other straight line and curve arrange | positioned between the prior art example 3 in FIG. 4 and this invention may be sufficient. In the above-described conditional expression, there may be a case where a conventional example (not shown) is partially included. However, the vane shape of the present invention is not determined only by the above-described conditional expression, and thus the present invention is not limited to this. The usefulness of is not denied.

次に、本発明のベーン形状の効果について説明する。ここで、図5は、本発明の第一実施形態に係るベーン形状を有する可変ノズルの流速分布図であり(A)は全開状態、(B)は全閉状態を示している。なお、本図において、ノズル流路32の入口側の流速が遅く、出口側の流速が速くなっており、その流速が徐々に変化していく様子を図示している。   Next, the effect of the vane shape of this invention is demonstrated. Here, FIG. 5 is a flow velocity distribution diagram of the variable nozzle having the vane shape according to the first embodiment of the present invention, wherein (A) shows a fully open state and (B) shows a fully closed state. In this figure, the flow rate on the inlet side of the nozzle channel 32 is slow, the flow rate on the outlet side is high, and the flow rate gradually changes.

図5(A)に示す全開状態では、図1(A)及び図3に示したように、ベーン1a,1bのキャンバーラインCが背側部4側に凸な曲線に形成されていること、流入角と入射角の角度αが20°以下に設定されていること、最大翼厚部Dmaxがノズル流路32の入口よりも上流側に形成されていることから、ベーン1aの前縁部2の後流側における背側部4に流速が遅くなっている部分、換言すれば、負圧になっている部分が形成されていないことがわかる。   In the fully open state shown in FIG. 5 (A), as shown in FIG. 1 (A) and FIG. 3, the camber line C of the vanes 1a and 1b is formed in a curve that is convex to the back side 4 side. Since the angle α between the inflow angle and the incident angle is set to 20 ° or less and the maximum blade thickness portion Dmax is formed on the upstream side of the inlet of the nozzle flow path 32, the leading edge portion 2 of the vane 1a. It can be seen that the portion where the flow velocity is slow, in other words, the portion which is in negative pressure, is not formed in the back side portion 4 on the downstream side.

また、図5(B)に示す全閉状態では、図1(A)及び図3に示したように、ノズル流路長さXが十分に確保されていること、ベーン1aの背側部4に凹部(第三背側部4c)を形成するとともにベーン1bの腹側部5に凸部(第一腹側部5a)を形成していることから、ノズル流路32の出口における必要な流速を確保しつつ速度勾配を緩和することができる。ここで、ノズル流路32における等速線の本数が図5(A)に示した全開状態よりも多いことは、ノズル流路32の出口における必要な流速が略同じ速さであるのに対して、ノズル流路32の入口における流体の流速が遅いことを示している。すなわち、図5(B)に示す全閉状態では、流速の変化率を大きくしなければならない。そこで、本発明では、ノズル流路長さXを十分に確保するとともに対峙する凸部及び凹部を形成して流路幅の長さ方向の変化を小さくしたことにより、図示したように、徐々に流速を速めることができる。したがって、ノズル流路32における圧力損失を低減することができる。   Further, in the fully closed state shown in FIG. 5 (B), as shown in FIGS. 1 (A) and 3, the nozzle channel length X is sufficiently secured, and the back side portion 4 of the vane 1a. Since the concave portion (third back side portion 4c) is formed on the vent and the convex portion (first belly side portion 5a) is formed on the ventral side portion 5 of the vane 1b, the required flow velocity at the outlet of the nozzle channel 32 The velocity gradient can be relaxed while ensuring the above. Here, the number of constant velocity lines in the nozzle channel 32 is larger than that in the fully opened state shown in FIG. 5A, whereas the necessary flow velocity at the outlet of the nozzle channel 32 is substantially the same speed. Thus, the flow rate of the fluid at the inlet of the nozzle channel 32 is slow. That is, in the fully closed state shown in FIG. 5B, the flow rate change rate must be increased. Therefore, in the present invention, as the nozzle flow path length X is sufficiently secured, the convex portions and the concave portions facing each other are formed to reduce the change in the length direction of the flow passage width, and as shown in the drawing, The flow rate can be increased. Therefore, the pressure loss in the nozzle flow path 32 can be reduced.

続いて、本発明の可変ノズルのベーン形状を採用した可変容量過給機について図6を参照しつつ説明する。ここで、図6は、本発明の可変ノズルのベーン形状を採用した可変容量過給機の断面図である。   Next, a variable capacity supercharger employing the variable nozzle vane shape of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 6 is a sectional view of a variable capacity supercharger adopting the vane shape of the variable nozzle of the present invention.

本発明の可変容量過給機は、排気ガスの供給によりタービン動翼61aを回転させるガスタービン61と、タービン動翼61aと同軸に連結された羽根車62aにより空気を吸入するコンプレッサ62と、ガスタービン61の流体供給路31に断面翼形状のベーン1を回動可能に配置することにより前記流体の供給量を調節可能に構成した可変ノズル63と、を備えた可変容量過給機であり、ベーン1の断面翼形状は、例えば、図1(A)に示したように、腹側部5の前縁部2側に形成された凸部(第一腹側部5a)と、背側部4の後縁部3側に形成された凹部(第三背側部4c)と、を有する。なお、ベーン1の形状における他の構成部分については、本発明のベーン形状に関する説明で述べたとおりであるため、ここでは詳細な説明を省略する。   The variable capacity turbocharger of the present invention includes a gas turbine 61 that rotates a turbine blade 61a by supplying exhaust gas, a compressor 62 that sucks air through an impeller 62a coaxially connected to the turbine blade 61a, a gas A variable capacity supercharger comprising: a variable nozzle 63 configured to be able to adjust the supply amount of the fluid by rotatably arranging the vane 1 having a blade shape in a section in the fluid supply path 31 of the turbine 61; The cross-sectional wing shape of the vane 1 is, for example, as shown in FIG. 1A, a convex portion (first ventral side portion 5a) formed on the front edge portion 2 side of the ventral side portion 5 and a dorsal side portion. 4, a recessed portion (third back side portion 4 c) formed on the rear edge portion 3 side. In addition, since it is as having described in the description regarding the vane shape of this invention about the other structural part in the shape of the vane 1, detailed description is abbreviate | omitted here.

かかる可変容量過給機の外形は、タービン61の筐体を構成するタービンハウジング64と、コンプレッサ62の筐体を構成するコンプレッサハウジング65と、タービン動翼61aを有するタービンディスクと羽根車72aを連結する回転軸66を支持するセンターハウジング67と、により構成されている。また、流体供給路31には、タービンハウジング64の外周に形成されたスクロール部64aから排気ガスが供給されるように構成されている。   The external shape of such a variable capacity supercharger is obtained by connecting a turbine housing 64 constituting a casing of a turbine 61, a compressor housing 65 constituting a casing of a compressor 62, a turbine disk having turbine rotor blades 61a, and an impeller 72a. And a center housing 67 for supporting the rotating shaft 66. The fluid supply passage 31 is configured to be supplied with exhaust gas from a scroll portion 64 a formed on the outer periphery of the turbine housing 64.

ここで、可変ノズル63は、タービンハウジング64に固定された環状のシュラウド63aと、タービンハウジング64及びセンターハウジング67の間に支持された環状の支持リング63bと、シュラウド63a及び支持リング63bの間で回動可能に支持された複数のベーン1と、ベーン1を回動させる駆動機構63cと、シュラウド63aと支持リング63bとの間隔を保持するピン63dと、から構成されている。したがって、シュラウド63aと支持リング63bとにより囲まれた部分が、スクロール部64aを流れる排気ガスをタービン動翼61aに供給する流体供給路31を構成している。ここでは、シュラウド63aの一部がスクロール部64a内に突出した場合を図示しているが、本発明の可変容量過給機は、かかる構造に限定されるものではなく、シュラウド63aの一部がスクロール部64a内に突出していない構造でもよいことは勿論である。なお、駆動機構63cは、例えば、リンク機構により構成されており、可変容量過給機の外部に配置されたアクチュエータ(図示せず)により動力が与えられ、複数のベーン1を同期させながら角度を変更できるように構成されている。   Here, the variable nozzle 63 includes an annular shroud 63a fixed to the turbine housing 64, an annular support ring 63b supported between the turbine housing 64 and the center housing 67, and the shroud 63a and the support ring 63b. A plurality of vanes 1 that are rotatably supported, a drive mechanism 63c that rotates the vanes 1, and a pin 63d that holds a space between the shroud 63a and the support ring 63b are configured. Therefore, the portion surrounded by the shroud 63a and the support ring 63b constitutes the fluid supply path 31 that supplies the exhaust gas flowing through the scroll portion 64a to the turbine rotor blade 61a. Here, a case where a part of the shroud 63a protrudes into the scroll portion 64a is illustrated, but the variable capacity supercharger of the present invention is not limited to such a structure, and a part of the shroud 63a is Of course, the structure which does not protrude in the scroll part 64a may be sufficient. The drive mechanism 63c is constituted by a link mechanism, for example, and is powered by an actuator (not shown) arranged outside the variable capacity supercharger, and the angle is adjusted while synchronizing the plurality of vanes 1. It is configured to be changeable.

続いて、本発明の可変容量過給機を使用した効果について説明する。ここで、図7は、本発明の可変容量過給機と従来のベーン形状を採用した可変容量過給機におけるタービン効率を比較した図である。なお、従来の可変容量過給機に採用したベーン形状は、図4で使用した従来例2のもの(キャンバーラインCが背側に凸に形成された翼断面形状を有する従来のベーン)である。   Then, the effect using the variable capacity | capacitance supercharger of this invention is demonstrated. Here, FIG. 7 is a diagram comparing the turbine efficiencies of the variable capacity supercharger of the present invention and the conventional variable capacity supercharger adopting a vane shape. In addition, the vane shape employ | adopted as the conventional variable capacity | capacitance supercharger is the thing of the prior art example 2 used in FIG. 4 (conventional vane which has the blade | wing cross-sectional shape in which the camber line C was convexly formed on the back side). .

図7において、縦軸にタービン効率を示し、横軸にタービン流量を示している。タービン効率は、図の上側ほど高効率であり、下側ほど低効率である。また、タービン流量は図の右側ほど多流量であり、左側ほど少流量である。すなわち、図示したタービン効率曲線の左端がベーン1の全閉状態を示し、右端がベーン1の全開状態を示している。そして、本発明の可変容量過給機のタービン効率曲線を実線で示し、従来の可変容量過給機のタービン効率曲線を点線で示している。図7に示したように、両者のタービン効率曲線を比較すると、ベーン1の全閉状態及び全開状態に近づくにつれて本発明の可変容量過給機のタービン効率が向上していることがわかる。具体的には、タービン効率は4〜5%程度改善されている。このタービン効率の改善は、可変容量過給機の可変ノズルに本発明のベーン形状を採用したことにより、可変ノズルにおける圧力損失が低減されているためである。特に、図7を参酌すれば、ベーン1の全閉状態及び全開状態において圧力損失の低減効果が高いことが分かる。   In FIG. 7, the vertical axis represents the turbine efficiency, and the horizontal axis represents the turbine flow rate. The turbine efficiency is higher at the upper side of the figure and lower at the lower side. Further, the turbine flow rate is higher at the right side of the figure and lower at the left side. That is, the left end of the illustrated turbine efficiency curve indicates the fully closed state of the vane 1, and the right end indicates the fully open state of the vane 1. And the turbine efficiency curve of the variable capacity | capacitance supercharger of this invention is shown with the continuous line, and the turbine efficiency curve of the conventional variable capacity | capacitance supercharger is shown with the dotted line. As shown in FIG. 7, comparing the turbine efficiency curves of the two shows that the turbine efficiency of the variable capacity turbocharger of the present invention is improved as the vane 1 approaches the fully closed state and the fully open state. Specifically, the turbine efficiency is improved by about 4 to 5%. This improvement in turbine efficiency is because the pressure loss in the variable nozzle is reduced by adopting the vane shape of the present invention to the variable nozzle of the variable capacity supercharger. In particular, referring to FIG. 7, it can be seen that the effect of reducing the pressure loss is high in the fully closed state and the fully open state of the vane 1.

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の可変容量過給機において、図1(B)に示した第二実施形態のベーン形状や図1(C)に示した第三実施形態のベーン形状を採用してもよい等、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and in the variable capacity supercharger of the present invention, the vane shape of the second embodiment shown in FIG. 1 (B) and the third embodiment shown in FIG. 1 (C). Of course, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention, such as adopting a vane shape.

1 ベーン
2 前縁部
3 後縁部
4 背側部
4a 第一背側部
4b 第二背側部
4c 第三背側部
5 腹側部
5a 第一腹側部
5b 第二腹側部
5c 第三腹側部
31 流体供給路
32 ノズル流路
61 ガスタービン
61a タービン動翼
62 コンプレッサ
62a 羽根車
63 可変ノズル
63a シュラウド
63b 支持リング
63c 駆動機構
63d ピン
64 タービンハウジング
64a スクロール部
65 コンプレッサハウジング
66 回転軸
67 センターハウジング
1 vane 2 front edge 3 rear edge 4 back side 4a first back side 4b second back side 4c third back side 5 abdomen 5a first abdomen 5b second abdomen 5c second Three-sided portion 31 Fluid supply passage 32 Nozzle passage 61 Gas turbine 61a Turbine rotor blade 62 Compressor 62a Impeller 63 Variable nozzle 63a Shroud 63b Support ring 63c Drive mechanism 63d Pin 64 Turbine housing 64a Scroll portion 65 Compressor housing 66 Rotating shaft 67 Center housing

Claims (5)

流体を動翼に供給して動力を得るラジアルタービンの流体供給路に断面翼形状のベーンを回動可能に配置することにより前記流体の供給量を調節可能に構成した可変ノズルのベーン形状であって、
前記ベーンの断面翼形状は、腹側部の前縁部側に形成された凸部を有し、該凸部は、前記流体の供給量が最も少ない前記ベーンの全閉状態において、隣接するベーンとの間に形成されるノズル流路を構成する部分に形成されており、該ノズル流路は、入口から出口までの長さ/出口面積により表されるノズル流路長さ比Tが1.0以上である、ことを特徴とする可変ノズルのベーン形状。
The vane shape of the variable nozzle is configured such that the supply amount of the fluid can be adjusted by disposing a vane having a blade shape in a cross section in a fluid supply path of a radial turbine that obtains power by supplying fluid to the moving blade. And
The cross-sectional wing shape of the vane has a convex portion formed on the front edge portion side of the ventral side portion, and the convex portion is adjacent to the vane in the fully closed state of the vane with the least amount of fluid supplied. The nozzle channel is formed at a portion constituting the nozzle channel, and the nozzle channel has a nozzle channel length ratio T expressed by the length from the inlet to the outlet / the outlet area of 1. A variable nozzle vane shape characterized by being zero or more.
前記ノズル流路は、入口面積/出口面積により表されるノズル流路面積比Sと、入口から出口までの長さ/出口面積により表されるノズル流路長さ比Tとの関係が、S<0.5・T+1.0、S>1.0、T>1.0を満たす、ことを特徴とする請求項1に記載の可変ノズルのベーン形状。   The relationship between the nozzle channel area ratio S represented by the inlet area / outlet area and the nozzle channel length ratio T represented by the length from the inlet to the outlet / outlet area is S. 2. The variable nozzle vane shape according to claim 1, wherein <0.5 · T + 1.0, S> 1.0, and T> 1.0 are satisfied. 前記ノズル流路は、入口面積/出口面積により表されるノズル流路面積比Sと、入口から出口までの長さ/出口面積により表されるノズル流路長さ比Tとの関係が、S<0.2・T+1.2、S>1.0、T>1.0を満たす、ことを特徴とする請求項1に記載の可変ノズルのベーン形状。   The relationship between the nozzle channel area ratio S represented by the inlet area / outlet area and the nozzle channel length ratio T represented by the length from the inlet to the outlet / outlet area is S. 2. The variable nozzle vane shape according to claim 1, wherein <0.2 · T + 1.2, S> 1.0, and T> 1.0 are satisfied. 前記ベーンの断面翼形状は、背側部の後縁部側に形成された凹部を有し、該凹部は、前記全閉状態において、隣接するベーンとの間に形成されるノズル流路を構成する部分に形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の可変ノズルのベーン形状。   The cross-sectional wing shape of the vane has a concave portion formed on the rear edge portion side of the back side portion, and the concave portion constitutes a nozzle channel formed between adjacent vanes in the fully closed state. The variable nozzle vane shape according to claim 1, wherein the variable nozzle vane shape is formed in a portion to be formed. 流体の供給により動翼を回転させるラジアルタービンと、前記動翼と同軸に連結された羽根車により空気を吸入するコンプレッサと、前記ラジアルタービンの流体供給路に断面翼形状のベーンを回動可能に配置することにより前記流体の供給量を調節可能に構成した可変ノズルと、を備えた可変容量過給機であって、前記ベーンは、請求項1〜請求項4のいずれかに記載の可変ノズルのベーン形状に形成されている、ことを特徴とする可変容量過給機。   A radial turbine that rotates a moving blade by supplying fluid, a compressor that sucks air by an impeller that is coaxially connected to the moving blade, and a vane having a blade shape in a cross section that can rotate in a fluid supply path of the radial turbine A variable capacity supercharger comprising: a variable nozzle configured to be capable of adjusting a supply amount of the fluid by arranging the variable nozzle according to any one of claims 1 to 4. A variable capacity supercharger characterized by being formed into a vane shape.
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