JP2015014252A - 可変ノズルユニット及び可変容量型過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】各可変ノズル翼の回動動作の信頼性を確保しつつ、可変容量型過給機のタービン効率を高める。【解決手段】ノズルリング５５の対向面とシュラウドリングの対向面との間に複数の可変ノズル翼７３が円周方向に等間隔に配設され、各可変ノズル翼７３は、タービンインペラの軸心に平行な軸心周りに開閉方向へ回動可能であって、シュラウド側７３ｓをハブ側７３ｈ及びミッドスパン側７３ｍよりも径方向内側へせり出すように後縁７３ｔを捻り中心として捻られて構成されている。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、可変容量型過給機、ガスタービン等のターボ回転機械におけるタービンインペラ側へ供給される排気ガス等のガスの流路面積（スロート面積）を可変とする可変ノズルユニット等に関する。

近年、可変容量型過給機に用いられる可変ノズルユニットについて種々の開発がなされており、一般的な可変ノズルユニットの構成について簡単に説明すると、次のようになる（特許文献１及び特許文献２等参照）。

即ち、可変容量型過給機のタービンハウジング内におけるタービンインペラの径方向外側（入口側）には、環状の第１壁部材が設けられており、第１壁部材に対してタービンインペラの軸方向に離隔対向した位置には、環状の第２壁部材が設けられている。また、第１壁部材の対向面と第２壁部材の対向面との間には、複数の可変ノズル翼が円周方向に間隔を置いて配設されており、各可変ノズル翼は、タービンインペラの軸心に平行な軸心周りに開閉方向（正逆方向）へ回動可能である。ここで、可変容量型過給機の運転中、排気ガスの流量が多い場合には、複数の可変ノズル翼を同期して開方向（正方向）へ回動させて、スロート面積を大きくすると共に、排気ガスの流量が少ない場合には、複数の可変ノズル翼を同期して閉方向（逆方向）へ回動させて、スロート面積を小さくするようになっている。

なお、本発明に関連する先行技術として特許文献３及び特許文献４に示すものがある。

特開２０１３−７２４０４号公報 特開２０１３−１０４４１３号公報 米国出願公開第２０１１／０３１４８０８号公明細書 国際公開第２０１０／０５２９１１号公報

ところで、各可変ノズル翼の回動動作の信頼性を確保するには、各可変ノズル翼のハブ側の側面と第１壁部材の対向面との間、各可変ノズル翼のシュラウド側の側面と第２壁部材の対向面との間にサイドクリアランス（ハブ側のサイドクリアランス、シュラウド側のサイドクリアランス）を形成する必要がある。一方、可変容量型過給機の運転中、サイドクリアランスを通るクリアランスフローが増大すると、クリアランスフローと主流の流れの混合によって、タービンインペラの入口側におけるエネルギー損失の大きい領域が増大し、可変容量型過給機のタービン効率の低下を招くことになる。つまり、各可変ノズル翼の回動動作の信頼性を確保しつつ、可変容量型過給機のタービン効率を高めることは容易でないという問題がある。特に、小流量側の作動域（作動点）において、クリアランスフローと主流の流れとのなす角（交差角）が大きく、前述の問題はより顕著になる。

なお、前述の問題は、可変ノズルユニットを可変容量型過給機に用いた場合だけでなく、ガスタービン等の別のターボ回転機械に用いた場合においても、同様に生じるものである。

そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成の可変ノズルユニット等を提供することを目的とする。

本願の発明者は、前述の課題を解決するために、試行錯誤を繰り返した結果、次のような２つの新規な知見を見出し、本発明を完成するに至った。

第１の新規な知見としては、可変ノズル翼がシュラウド側をハブ側よりも径方向内側へせり出すように後縁を捻り中心として捻られて構成された場合（図７Ａ（ａ）（ｂ）に示す発明例に係る可変ノズル翼の場合）には、可変ノズル翼が捻られていない場合（図７Ｂ（ａ）（ｂ）に示す比較例に係る可変ノズル翼の場合）に比べて、図８（ａ）（ｂ）に示すように、ターボ回転機械の運転中、タービンインペラの入口側におけるエネルギー損失の大きい領域を低減できるというものである。これは、可変ノズル翼がシュラウド側をハブ側よりも径方向内側へせり出すように後縁を捻り中心として捻られて構成されることにより、サイドクリアランスを通るクリアランスフローを低減できたことによるものと考えられる。

ここで、図７Ａ（ａ）は、発明例に係る複数の可変ノズル翼の斜視図、図７Ａ（ｂ）は、発明例に係る複数の可変ノズル翼をタービンインペラの軸方向から見た図、図７Ｂ（ａ）は、比較例に係る複数の可変ノズル翼の斜視図、図７Ｂ（ｂ）は、比較例に係る複数の可変ノズル翼をタービンインペラの軸方向から見た図である。図８（ａ）（ｂ）は、小流量側の作動域において、タービンインペラの入口側におけるエネルギー損失の大きい領域を示す図であって、図８（ａ）が発明例に係る可変ノズル翼を用いた場合、図８（ｂ）が比較例に係る可変ノズル翼を用いた場合である。

なお、発明例に係る複数の可変ノズル翼のミッドスパン側の翼間距離は、比較例に係る複数の可変ノズル翼の翼間距離と同一に設定してある。また、図７Ａ（ｂ）及び図７Ｂ（ｂ）において、「ＩＤ」は、径方向内側、「ＯＤ」は、径方向外側をそれぞれ示している。更に、図８（ａ）（ｂ）中のエネルギー損失の大きい領域は、３次元定常粘性ＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ）解析により求めたものであり、この解析においては、シュラウド側のサイドクリアランスがハブ側のサイドクリアランスよりも小さいと仮定した。

第２の新規な知見としては、可変ノズル翼の捻り角が２．０〜５．０度である場合には、図９に示すように、ターボ回転機械のタービン効率の向上率を十分に高めることができるというものである。

ここで、図９は、可変ノズル翼の捻り角と小流量側の作動域におけるタービン効率の向上率との関係を示す図である。また、可変ノズル翼の捻り角とは、可変ノズル翼のハブ側に対するシュラウド側の捻り角のことをいい、可変ノズル翼のシュラウド側をハブ側より径方向内側へせり出している場合に、可変ノズルの捻り角の符号を正とし、可変ノズル翼のハブ側をシュラウド側より径方向内側へせり出している場合に、可変ノズルの捻り角の符号を負とした。

なお、図９におけるタービン効率の向上率は、３次元定常粘性ＣＦＤ解析により求めたものである。

本発明の第１の特徴は、ターボ回転機械のタービンインペラ側へ供給されるガスの流路面積（スロート面積）を可変とする可変ノズルユニットにおいて、前記ターボ回転機械のタービンハウジング内における前記タービンインペラの径方向外側（入口側）に設けられた環状の第１壁部材と、前記第１壁部材に対して前記タービンインペラの軸方向に離隔対向した位置に設けられた環状の第２壁部材と、前記第１壁部材の対向面と前記第２壁部材の対向面との間に円周方向に間隔を置いて配設され、前記タービンインペラの軸心に平行な軸心周りに開閉方向（正逆方向）へ回動可能であって、シュラウド側をハブ側よりも径方向内側へせり出す（突き出す）ように後縁を捻り中心として捻られて構成された複数の可変ノズル翼と、を具備したことを要旨とする。

ここで、本願の明細書及び特許請求の範囲において、「ターボ回転機械」とは、可変容量型過給機、ガスタービンを含む意であって、「環状の第１壁部材」及び「環状の第２壁部材」は、前記タービンハウジングの一部を構成するものであっても構わない。また、「設けられ」とは、直接的に設けられたことの他に、別部材を介して間接的に設けられたことを含む意であって、「配設され」とは、直接的に配設されたことの他に、別部材を介して間接的に配設されたことを含む意である。更に、「ハブ側」とは、前記第１壁部材に対向する側のことをいい、「シュラウド側」とは、前記第２壁部材に対向する側のことをいう。

本発明の第１の特徴によると、前記ターボ回転機械の運転中、ガスの流量が多い場合には、複数の前記可変ノズル翼を開方向（正方向）へ同期して回動させることにより、スロート面積を大きくして、前記タービンインペラ側へ多くの排気ガスを供給する。一方、ガスの流量が少ない場合には、複数の前記可変ノズル翼を閉方向（逆方向）へ同期して回動させることにより、スロート面積を小さくして、前記タービンインペラ側へ供給されるガスの流速を高くし、前記タービンインペラの仕事量を十分に確保する。これにより、ガスの流量の多少に関係なく、前記ターボ回転機械によって回転力を十分かつ安定的に発生させることができる。

各可変ノズル翼がシュラウド側をハブ側よりも径方向内側へせり出すように後縁を捻り中心として捻られて構成されているため、前述の第１の新規な知見を適用すると、各可変ノズル翼のハブ側の側面と前記第１壁部材の対向面との間、各可変ノズル翼のシュラウド側の側面と前記第２壁部材の対向面との間にサイドクリアランスを形成しても、前記タービンインペラの入口側におけるエネルギー損失の大きい領域を低減できる。

本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に加えて、各可変ノズル翼の捻り角が２．０〜５．０度に設定されていることを要旨とする。

第２の特徴によると、第１の特徴による作用の他に、各可変ノズル翼の捻り角が２．０〜５．０度に設定されているため、前述の第２の新規な知見を適用すると、前記ターボ回転機械のタービン効率の向上率を十分に高めることができる。

本発明の第３の特徴は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジン側に供給される空気を過給する可変容量型過給機において、第１又は第２の特徴からなる可変ノズルユニットを具備したことを要旨とする。

第３の特徴によると、第１又は第２の特徴による作用と同様の作用を奏する。

本発明によれば、各可変ノズル翼のハブ側の側面と前記第１壁部材の対向面との間等にサイドクリアランスを形成しても、前記タービンインペラの入口側におけるエネルギー損失の大きい領域を低減できるため、前記可変ノズル翼の回動動作の信頼性を確保しつつ、前記ターボ回転機械のタービン効率を高めることができる。

なお、実際の運転条件を模擬して空力性能試験を行った結果、図１０に示すように、発明例に係る可変ノズル翼を用いた場合に、比較例に係る可変ノズル翼を用いた場合に比べて、作動域全域に亘って、特に、小流量側の作動域において、タービン効率を高めることが確認できた。

図１Ａは、本発明の実施形態に係る可変ノズル翼をタービンインペラの軸方向から見た図である。 図１Ｂ（ａ）は、本発明の実施形態に係る可変ノズル翼の周辺の子午面図、図１Ｂ（ｂ）は、前縁側から見た本発明の実施形態に係る可変ノズル翼の周辺を示す図であって、それぞれ一部省略してある。 図２Ａは、図３におけるII-II線に沿った拡大断面図であって、複数の可変ノズル翼の開度を開いた状態を示しており、一部省略してある。 図２Ｂは、図３におけるII-II線に沿った拡大断面図であって、複数の可変ノズル翼の開度を閉じた状態（絞った状態）を示しており、一部省略してある。 図３は、本発明の実施形態に係る可変容量型過給機におけるラジアルタービンの正断面図（子午面図）である。 図４は、本発明の実施形態に係る可変容量型過給機の正断面図（子午面図）である。 図５Ａは、本発明の実施形態の変形例１に係る可変ノズル翼をタービンインペラの軸方向から見た図である。 図５Ｂ（ａ）は、本発明の実施形態の変形例１に係る可変ノズル翼の周辺の子午面図、図５Ｂ（ｂ）は、前縁側から見た本発明の実施形態の変形例１に係る可変ノズル翼の周辺を示す図であって、それぞれ一部省略してある。 図６Ａは、本発明の実施形態の変形例２に係る可変ノズル翼をタービンインペラの軸方向から見た図である。 図６Ｂ（ａ）は、本発明の実施形態の変形例２に係る可変ノズル翼の周辺の子午面図、図６Ｂ（ｂ）は、前縁側から見た本発明の実施形態の変形例２に係る可変ノズル翼の周辺を示す図であって、それぞれ一部省略してある。 図７Ａ（ａ）は、発明例に係る複数の可変ノズル翼の斜視図、図７Ａ（ｂ）は、発明例に係る複数の可変ノズル翼をタービンインペラの軸方向から見た図である。 図７Ｂ（ａ）は、比較例に係る複数の可変ノズル翼の斜視図、図７Ｂ（ｂ）は、比較例に係る複数の可変ノズル翼をタービンインペラの軸方向から見た図である。 図８（ａ）（ｂ）は、小流量側の作動域において、タービンインペラの入口側におけるエネルギー損失の大きい領域を示す図であって、図８（ａ）が発明例に係る可変ノズル翼を用いた場合、図８（ｂ）が比較例に係る可変ノズル翼を用いた場合である。 図９は、可変ノズル翼の捻り角と小流量側の作動域におけるタービン効率の向上率との関係を示す図である。 図１０は、実際の運転条件を模擬して空力性能試験を行った結果を示す図である。

本発明の実施形態について図１Ａから図４を参照して説明する。なお、図面に示すとおり、「Ｌ」は、左方向、「Ｒ」は、右方向、「ＩＤ」は、径方向内側、「ＯＤ」は、径方向外側、「ＲＤ」は、タービンインペラ（ロータ軸）の回転方向である。

図４に示すように、本発明の実施形態に係る可変容量型過給機（過給機の一例）１は、エンジン（図示省略）からの排気ガス（ガスの一例）の圧力エネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給（圧縮）するものである。そして、可変容量型過給機１の具体的な構成等は、以下のようになる。

可変容量型過給機１は、ベアリングハウジング３を具備しており、ベアリングハウジング３内には、ラジアルベアリング５及び一対のスラストベアリング７が設けられている。また、複数のベアリング５，７には、左右方向へ延びたロータ軸（タービン軸）９が回転可能に設けられており、換言すれば、ベアリングハウジング３には、ロータ軸９が複数のベアリング５，７を介して回転可能に設けられている。

ベアリングハウジング３の右側には、遠心力を利用して空気を圧縮するコンプレッサ１１が配設されており、このコンプレッサ１１の具体的な構成は、次のようになる。

ベアリングハウジング３の右側には、コンプレッサハウジング１３が設けられている。また、コンプレッサハウジング１３内には、コンプレッサインペラ１５がその軸心周りに回転可能に設けられており、このコンプレッサインペラ１５は、ロータ軸９の右端部に一体的に連結されている。そして、コンプレッサインペラ１５は、コンプレッサディスク１７を備えており、コンプレッサディスク１７のハブ面１７ｈは、右側から径方向外側（コンプレッサインペラ１５の径方向外側）へ延びている。更に、コンプレッサディスク１７のハブ面１７ｈには、複数のコンプレッサブレード１９が周方向に間隔を置いて一体形成されている。

コンプレッサハウジング１３におけるコンプレッサインペラ１５の入口側（空気の流れ方向から見て上流側）には、空気をコンプレッサハウジング１３内に取入れるための空気取入口２１が形成されており、この空気取入口２１は、空気を浄化するエアクリーナ（図示省略）に接続可能である。また、ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング１３との間におけるコンプレッサインペラ１５の出口側（空気の流れ方向から見て下流側）には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路２３が形成されている。更に、コンプレッサハウジング１３の内部には、渦巻き状のコンプレッサスクロール流路２５が形成されており、このコンプレッサスクロール流路２５は、ディフューザ流路２３に連通してある。そして、コンプレッサハウジング１３の適宜位置には、圧縮された空気をコンプレッサハウジング１３の外側へ排出するための空気排出口２７が形成されており、この空気排出口２７は、エンジンの吸気マニホールド（図示省略）に接続可能である。

なお、ベアリングハウジング３の右側部には、スラストベアリング７側への圧縮空気の漏れを防止する環状のシールプレート２９が設けられている。

図３及び図４に示すように、ベアリングハウジング３の左側には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させるラジアルタービン３１が配設されており、このラジアルタービン３１の具体的な構成は、次のようになる。

ベアリングハウジング３の左側には、タービンハウジング３３が設けられている。また、タービンハウジング３３内には、タービンインペラ３５がその軸心周りに回転可能に設けられており、このタービンインペラ３５は、ロータ軸９の左端部に一体的に連結されている。また、タービンインペラ３５は、タービンディスク３７を備えており、このタービンディスク３７のハブ面３７ｈは、左側（タービンインペラ３５の軸方向一方側）から径方向外側（タービンインペラ３５の径方向外側）へ延びている。更に、タービンディスク３７のハブ面３７ｈには、複数のタービンブレード３９が周方向に等間隔に一体形成されている。

タービンハウジング３３の適宜位置には、排気ガスをタービンハウジング３３内に取入れるためのガス取入口４１が形成されており、このガス取入口４１は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング３３の内部におけるタービンインペラ３５の入口側（排気ガスの流れ方向から見て上流側）には、渦巻き状のタービンスクロール流路４３が形成されており、このタービンスクロール流路４３は、ガス取入口４１に連通してある。そして、タービンハウジング３３におけるタービンインペラ３５の出口側（排気ガスの流れ方向から見て下流側）には、排気ガスを排出するためのガス排出口４５が形成されており、このガス排出口４５は、接続管（図示省略）を介して触媒（図示省略）に接続可能である。更に、タービンハウジング３３内におけるガス排出口４５の入口側には、環状の段部４７が形成されている。

なお、ベアリングハウジング３の左側面には、タービンインペラ３５側からの熱を遮蔽する環状の遮熱板４９が設けられており、ベアリングハウジング３の左側面と遮熱板４９の外縁部との間には、波ワッシャ５１が設けられている。

タービンハウジング３３内には、タービンインペラ３５側へ供給される排気ガスの流路面積（スロート面積）を可変とする可変ノズルユニット５３が配設されており、この可変ノズルユニット５３の具体的な構成は、次のようになる。

図３に示すように、タービンハウジング３３内におけるタービンインペラ３５の径方向外側（入口側）には、環状の第１壁部材としてのノズルリング５５がサポートリング５７を介してタービンインペラ３５と同心状に配設されており、このノズルリング５５の内周縁部は、遮熱板４９の外周縁部に嵌合してある。また、ノズルリング５５には、複数（１つのみ図示）の第１支持穴５９が円周方向に等間隔に貫通形成されている。なお、サポートリング５７の外周縁部は、ベアリングハウジング３とタービンハウジング３３によって挟持されている。

ノズルリング５５に対して左右方向（タービンインペラ３５の軸方向）に離隔対向した位置には、環状の第２壁部材としてのシュラウドリング６１が複数の連結ピン６３を介してノズルリング５５と一体的かつ同心状に設けられている。また、シュラウドリング６１には、複数（１つのみ図示）の第２支持穴６５がノズルリング５５の複数の第１支持穴５９に整合するように円周方向に等間隔に貫通形成されている。なお、複数の連結ピン６３は、ノズルリング５５の対向面とシュラウドリング６１の対向面との間隔を設定する機能を有している。

シュラウドリング６１は、内周縁側に、複数のタービンブレード３９の外縁を覆う筒状のシュラウド部６７を有しており、このシュラウド部６７は、左方向（タービンインペラ３５の軸方向一方側）へ突出しかつタービンハウジング３３の段部４７の内側に位置している。また、シュラウドリング６１のシュラウド部６７の外周面には、リング溝６９が形成されている。更に、タービンハウジング３３の段部４７の内周面には、タービンスクロール流路４３側からの排気ガスの漏れを抑える複数のシールリング７１が自己の弾性力（複数のシールリング７１の弾性力）によって圧接して設けられており、各シールリング７１の内周縁部は、シュラウドリング６１のリング溝６９に嵌入してある。

図２Ａから図３に示すように、ノズルリング５５の対向面とシュラウドリング６１の対向面との間には、複数の可変ノズル翼７３が円周方向に等間隔に配設されており、各可変ノズル翼７３は、タービンインペラ３５の軸心Ｃに平行な軸心周りに開閉方向（正逆方向）へ回動可能である。そして、各可変ノズル翼７３の右側面（ハブ側７３ｈの側面）には、第１翼軸７５が一体形成されており、この第１翼軸７５は、ノズルリング５５の対応する第１支持穴５９に回動可能に支持されている。また、各可変ノズル翼７３の左側面（シュラウド側７３ｓの側面）には、第２翼軸７７が第１翼軸７５と同心状に一体形成されており、この第２翼軸７７は、シュラウドリング６１の対応する第２支持穴６５に回動可能に支持されている。更に、各可変ノズル翼７３は、第１翼軸７５の基端側に、ノズルリング５５の対向面に接触可能な第１鍔部（図示省略）を有し、第２翼軸７７の基端側に、シュラウドリング６１の対向面に接触可能な第２鍔部（図示省略）を有している。なお、各可変ノズル翼７３は、第１翼軸７５と第２翼軸７７を備えた両持ちタイプであるが、第２翼軸７７を省略して片持ちタイプにしても構わない。

図１Ａ、図２Ａ、及び図２Ｂに示すように、各可変ノズル翼７３は、シュラウド側７３ｓからハブ側７３ｈに亘って、同一のコード長に設定されており、同一の翼形状（翼断面形状）を呈するようになっている。なお、各可変ノズル翼７３のコード長又は翼形状がシュラウド側７３ｓからハブ側７３ｈに亘って同一でなくても構わない。

図１Ａから図２Ｂに示すように、各可変ノズル翼７３は、シュラウド側７３ｓをハブ側７３ｈ及びミッドスパン側（シュラウド側７３ｓとハブ側７３ｈの中央側）７３ｍよりも径方向内側へせり出す（突き出す）ように後縁７３ｔを捻り中心として捻られて構成されている。換言すれば、各可変ノズル翼７３は、後縁７３ｔをタービンインペラ３５の軸心Ｃに平行に保持した状態で、シュラウド側７３ｓをハブ側７３ｈ及びミッドスパン側７３ｍよりも径方向内側へせり出すように捻られて構成されている。また、各可変ノズル翼７３のミッドスパン側７３ｍは、シュラウド側７３ｓよりも径方向内側へせり出すようになっている。そして、各可変ノズル翼７３の捻り角（ハブ側７３ｈに対するシュラウド側７３ｓの捻り角）θは、２．０〜５．０度に設定されている。更に、図１Ｂ（ａ）及び図３に示すように、各可変ノズル翼７３が前述のように捻られて構成されていることによって、子午面において、各可変ノズル翼７３の前縁７３ａは、シュラウド側の端７３ａｓがハブ側の端７３ａｈよりも径方向内側に位置するようにタービンインペラ３５の軸心Ｃに平行な方向ＰＤに対して傾斜するようになっている。

図３に示すように、ノズルリング５５の対向面の反対側に形成した環状のリンク室７９内には、複数の可変ノズル翼７３を同期して回動させるためのリンク機構８１が配設されている。また、リンク機構８１は、特開２００９−２４３４３１号公報及び特開２００９−２４３３００号公報等に示す公知の構成からなるものであって、複数の可変ノズル翼７３を開閉方向へ回動させるモータ又はシリンダ等の回動アクチュエータ（図示省略）に動力伝達機構８３を介して接続されている。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

ガス取入口４１から取入れた排気ガスがタービンスクロール流路４３を経由してタービンインペラ３５の入口側から出口側へ流通することにより、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させて、ロータ軸９及びコンプレッサインペラ１５をタービンインペラ３５と一体的に回転させることができる。これにより、空気取入口２１から取入れた空気を圧縮して、ディフューザ流路２３及びコンプレッサスクロール流路２５を経由して空気排出口２７から排出することができ、エンジンに供給される空気を過給（圧縮）することができる。

可変容量型過給機１の運転中、エンジン回転数が高く、排気ガスの流量が多い場合には、回動アクチュエータによってリンク機構８１を作動させつつ、複数の可変ノズル翼７３を正方向（開方向）へ同期して回動させることにより、タービンインペラ３５側へ供給される排気ガスのガス流路面積（スロート面積）を大きくして、多くの排気ガスを供給する。一方、エンジン回転数が低く、排気ガスの流量が少ない場合には、回動アクチュエータによってリンク機構８１を作動させつつ、複数の可変ノズル翼７３を逆方向（閉方向）へ同期して回動させることにより、スロート面積を小さくして、排気ガスの流速を高めて、タービンインペラ３５の仕事量を十分に確保する。これにより、排気ガスの流量の多少に関係なく、タービンインペラ３５によって回転力を十分かつ安定的に発生させることができる（可変容量型過給機１の通常の作用）。

各可変ノズル翼７３がシュラウド側７３ｓをハブ側７３ｈ及びミッドスパン側７３ｍよりも径方向内側へせり出すように後縁７３ｔを捻り中心として捻られて構成されているため、前述の第１の新規な知見を適用すると、各可変ノズル翼７３のハブ側７３ｈの側面とノズルリング５５の対向面との間、各可変ノズル翼７３のシュラウド側７３ｓの側面とシュラウドリング６１の対向面との間にサイドクリアランスを形成しても、タービンインペラ３５の入口側におけるエネルギー損失の大きい領域を低減できる。また、各可変ノズル翼７３の捻り角θが２．０〜５．０度に設定されているため、前述の第２の新規な知見を適用すると、可変容量型過給機１のタービン効率（ラジアルタービン３１のタービン効率）の向上率を十分に高めることができる（可変容量型過給機１の特有の作用）。

以上の如き、本発明の実施形態によれば、各可変ノズル翼７３のハブ側７３ｈの側面とノズルリング５５の対向面との間等にサイドクリアランスを形成しても、タービンインペラ３５の入口側におけるエネルギー損失の大きい領域を低減できるため、各可変ノズル翼７３の回動動作の信頼性を確保しつつ、可変容量型過給機１のタービン効率を高めることができる。特に、可変容量型過給機１のタービン効率の向上率を十分に高めることができるため、前述の効果をより一層高めることができる。

（変形例１）
図５Ａ及び図５Ｂ（ａ）（ｂ）に示すように、本発明の実施形態の変形例１においては、可変ノズル翼７３（図１Ａ参照）に代えて、可変ノズル翼８５を可変ノズルユニット５３（図３参照）に用いている。また、可変ノズル翼８５は可変ノズル翼７３と同様の構成を有しており、可変ノズル翼８５の構成の特徴部分についてのみ説明する。なお、可変ノズル翼８５における複数の構成要素のうち、可変ノズル翼７３における構成要素と対応するものについては、図面中に同一符号を付してある。

各可変ノズル翼８５は、シュラウド側８５ｓをハブ側８５ｈ及びミッドスパン側（シュラウド側８５ｓとハブ側８５ｈの中央側）８５ｍよりも径方向内側へせり出すように後縁８５ｔを捻り中心として捻られて構成されている。また、各可変ノズル翼８５が前述のように捻られて構成されていることによって、子午面において、各可変ノズル翼８５の前縁８５ａは、シュラウド側の端８５ａｓがハブ側の端８５ａｈよりも径方向内側に位置するようにタービンインペラ３５の軸心（図３参照）に平行な方向ＰＤに対して傾斜するようになっている。

各可変ノズル翼８５の径方向外側翼面８５ｏにおける前縁８５ａ寄りの部位には、緩やかな凹曲面部（凹部）８７がシュラウド側８５ｓからミッドスパン側８５ｍにかけて形成されている。また、各可変ノズル翼８５の径方向内側翼面８５ｉにおける前縁８５ａ寄りの部位には、緩やかな凸曲面部（凸部）８９がシュラウド側８５ｓからミッドスパン側８５ｍにかけて形成されている。

従って、本発明の実施形態の変形例１によれば、可変ノズル翼８５がシュラウド側８５ｓをハブ側８５ｈ及びミッドスパン側８５ｍよりも径方向内側へせり出すように後縁８５ｔを捻り中心として捻られて構成されているため、前述の本発明の実施形態と同様の作用及び効果を奏する。

また、各可変ノズル翼８５の径方向外側翼面８５ｏにおける前縁８５ａ寄りの部位に緩やかな凹曲面部８７がシュラウド側８５ｓからミッドスパン側８５ｍにかけて形成されているため、各可変ノズル翼８５の径方向外側翼面８５ｏにおける前縁８５ａ寄りの部位周辺に、剥離よる低圧領域Ａを生成することができる。これにより、各可変ノズル翼８５の径方向外側翼面８５ｏに径方向内側翼面８５ｉに比べて高い圧力が働く傾向にあるものの、各可変ノズル翼８５にシュラウドリング６１の対向面側へのスラスト力Ｆを発生させることができる。よって、各可変ノズル翼８５をシュラウドリング６１の対向面側に寄せて、シュラウドリング側のサイドクリアランスをハブ側のサイドクリアランスよりも小さくして、可変容量型過給機１（図４参照）のタービン効率をより高めることができる。なお、特開２００９−１４４５４５号公報の段落［００３８］［００３９］に示すように、シュラウドリング側のサイドクリアランスをハブ側のサイドクリアランスよりも小さくした方が可変容量型過給機１のタービン効率の向上に寄与できることは研究により明らかになっている。

（変形例２）
図６Ａ及び図６Ｂ（ａ）（ｂ）に示すように、本発明の実施形態の変形例２においては、可変ノズル翼７３（図１Ａ参照）に代えて、可変ノズル翼９１を可変ノズルユニット５３（図３参照）に用いている。また、可変ノズル翼９１は可変ノズル翼７３と同様の構成を有しており、可変ノズル翼９１の構成の特徴部分についてのみ説明する。なお、可変ノズル翼９１における複数の構成要素のうち、可変ノズル翼７３における構成要素と対応するものについては、図面中に同一符号を付してある。

各可変ノズル翼９１は、シュラウド側９１ｓをハブ側９１ｈ及びミッドスパン側（シュラウド側９１ｓとハブ側９１ｈの中央側）９１ｍよりも径方向内側へせり出すように後縁９１ｔを捻り中心として捻られて構成されている。また、各可変ノズル翼９１が前述のように捻られて構成されていることによって、子午面において、各可変ノズル翼９１の前縁９１ａは、シュラウド側の端９１ａｓがハブ側の端９１ａｈよりも径方向内側に位置するようにタービンインペラ３５の軸心（図３参照）に平行な方向ＰＤに対して傾斜するようになっている。そして、各可変ノズル翼９１は、ミッドスパン側９１ｍをハブ側９１ｈよりも径方向外側へせり出すように構成されている。

従って、本発明の実施形態の変形例２によれば、可変ノズル翼９１がシュラウド側９１ｓをハブ側９１ｈ及びミッドスパン側９１ｍよりも径方向内側へせり出すように後縁９１ｔを捻り中心として捻られて構成されているため、前述の本発明の実施形態と同様の作用及び効果を奏する。

また、各可変ノズル翼９１がミッドスパン側９１ｍをハブ側９１ｈよりも径方向外側へせり出すように構成されているため、各可変ノズル翼９１の径方向外側翼面９１ｏに働く圧力によるスラスト力を低減することができる。これにより、各可変ノズル翼９１の径方向内側面９１ｉに働く圧力によって、各可変ノズル翼９１にシュラウドリング６１の対向面側へのスラスト力Ｆを発生させることができる。よって、各可変ノズル翼９１をシュラウドリング６１の対向面側に寄せて、シュラウドリング側のサイドクリアランスをハブ側のサイドクリアランスよりも小さくして、可変容量型過給機１（図４参照）のタービン効率をより高めることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限るものでなく、例えば可変容量型過給機１に適用した技術的思想をガスタービン等の可変容量型過給機１以外のターボ回転機械に適用する等、その他、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

１：可変容量型過給機、３：ベアリングハウジング、９：ロータ軸、１１：コンプレッサ、１３：コンプレッサハウジング、１５：コンプレッサインペラ、３１：ラジアルタービン、３３：タービンハウジング、３５：タービンインペラ、３７：タービンディスク、３７ｈ：ハブ面、３９：タービンブレード、５３：可変ノズルユニット、５５：ノズルリング（環状の第１壁部材）、５７：サポートリング、５９：第１支持穴、６１：シュラウドリング（環状の第２壁部材）、６３：連結ピン、６５：第２支持穴、６７：シュラウド部、７３：可変ノズル翼、７３ｈ：ハブ側、７３ｍ：ミッドスパン側、７３ｓ：シュラウド側、７３ａ：前縁、７３ａｈ：前縁のハブ側の端、７３ａｓ：前縁のシュラウド側の端、７３ｔ：後縁、θ：捻り角、７５：第１翼軸、７７：第２翼軸、７９：リンク室、８１：リンク機構、８５：可変ノズル翼、８５ｈ：ハブ側、８５ｍ：ミッドスパン側、８５ｓ：シュラウド側、８５ａ：前縁、８５ａｈ：前縁のハブ側の端、８５ａｓ：前縁のシュラウド側の端、８５ｔ：後縁、８５ｉ：径方向内側翼面、８５ｏ：径方向外側翼面、８７：凹曲面部、８９：凸曲面部、Ａ：低圧領域、９１：可変ノズル翼、９１ｈ：ハブ側、９１ｍ：ミッドスパン側、９１ｓ：シュラウド側、９１ａ：前縁、９１ａｈ：前縁のハブ側の端、９１ａｓ：前縁のシュラウド側の端、９１ｔ：後縁、９１ｉ：径方向内側面、９１ｏ：径方向外側翼面

Claims (5)

1. ターボ回転機械のタービンインペラ側へ供給されるガスの流路面積を可変とする可変ノズルユニットにおいて、
   前記ターボ回転機械のタービンハウジング内における前記タービンインペラの径方向外側に設けられた環状の第１壁部材と、
   前記第１壁部材に対して前記タービンインペラの軸方向に離隔対向した位置に設けられた環状の第２壁部材と、
   前記第１壁部材の対向面と前記第２壁部材の対向面との間に円周方向に間隔を置いて配設され、前記タービンインペラの軸心に平行な軸心周りに開閉方向へ回動可能であって、シュラウド側をハブ側よりも径方向内側へせり出すように後縁を捻り中心として捻られて構成された複数の可変ノズル翼と、を具備したことを特徴とする可変ノズルユニット。
2. 各可変ノズル翼の捻り角が２．０〜５．０度に設定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ユニット。
3. 各可変ノズル翼の径方向外側翼面における前縁寄りの部位に緩やかな凹曲面部がシュラウド側からミッドスパン側にかけて形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可変ノズルユニット。
4. 各可変ノズル翼は、ミッドスパン側をハブ側よりも径方向外側へせり出すように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の可変ノズルユニット。
5. エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジン側に供給される空気を過給する可変容量型過給機において、
   請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の可変ノズルユニットを具備したことを特徴とする可変容量型過給機。

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