JP2020165374A - タービンおよび過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】タービン効率の低下を抑制する。【解決手段】タービンは、タービンインペラと、タービンインペラのリーディングエッジよりも、タービンインペラの径方向の外側に設けられ、環状のタービンスクロール流路を少なくとも含む外流路と、外流路に面する内壁面に設けられ、径方向の内側ほど、タービンインペラの回転方向の前方側となる向きに傾斜するガイド部２３ｇと、を備える。ガイド部２３ｇにより排気ガスの回転方向の速度が増して、内壁面近傍の相対流れ角が小さくなる。【選択図】図４

Description

本開示は、タービンおよび過給機に関する。

従来、排気ガスなどによりタービンインペラを回転させるタービンが普及している。例えば、特許文献１には、タービンとコンプレッサを備える過給機が記載されている。タービンインペラの径方向外側には、タービンスクロール流路などの外流路が延在する。外流路からタービンインペラのリーディングエッジに向って排気ガスが流れる。

特開２０１８−０２５１２５号公報

上記のように、排気ガスは、外流路からタービンインペラのリーディングエッジに向って流れる。外流路に面する内壁面近傍では、内壁面から遠い位置よりも、径方向に対する排気ガスの絶対流れ角が小さくなる。これにより、タービンインペラの羽根に対する相対流れ角が大きくなってしまう。その結果、タービン効率が低下してしまう。

本開示の目的は、タービン効率の低下を抑制することができるタービンおよび過給機を提供することである。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係るタービンは、タービンインペラと、タービンインペラのリーディングエッジよりも、タービンインペラの径方向の外側に設けられ、環状のタービンスクロール流路を少なくとも含む外流路と、外流路に面する内壁面に設けられ、径方向の内側ほど、タービンインペラの回転方向の前方側となる向きに傾斜するガイド部と、を備える。

内壁面は、タービンインペラの回転軸方向に少なくとも一部が対向する一対の対向面を含み、ガイド部は、一対の対向面の少なくとも一方に設けられてもよい。

ガイド部は、一対の対向面の双方に設けられてもよい。

対向面を有し、回転軸方向に対向面を対向させて配される一対の支持部材と、一対の支持部材に軸支される軸部と、一対の支持部材の間であって、ガイド部より径方向外側に外径端が位置する翼体と、を有するノズルベーンと、を備えてもよい。

ガイド部は、軸部周りに回転するいずれの向きの翼体に対しても、回転軸方向に非対向となる位置に配されてもよい。

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る過給機は、上記タービンを備える。

本開示によれば、タービン効率の低下を抑制することができる。

過給機の概略断面図である。 ノズル駆動機構の分解斜視図である。 ノズル駆動機構の組み付け後の斜視図である。 ノズルリングとノズルベーンをプレート側から見た図である。 ノズルリングとノズルベーンをプレート側から見た図である。 ノズルベーンの移動軌跡を説明するための図である。 プレートとノズルベーンをノズルリング側から見た図である。 ガイド部と、タービンインペラの一部の子午面形状を示す図である。 流れ角を説明するための第１の図である。 流れ角を説明するための第２の図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、過給機Ｃの概略断面図である。以下では、図１に示す矢印Ｌ方向を過給機Ｃの左側として説明する。図１に示す矢印Ｒ方向を過給機Ｃの右側として説明する。図１に示すように、過給機Ｃは、過給機本体１を備える。過給機本体１は、ベアリングハウジング２を備える。ベアリングハウジング２の左側には、締結ボルト３によってタービンハウジング４が連結される。ベアリングハウジング２の右側には、締結ボルト５によってコンプレッサハウジング６が連結される。

ベアリングハウジング２には、軸受孔２ａが形成されている。軸受孔２ａは、過給機Ｃの左右方向に貫通する。軸受孔２ａには、軸受７が収容される。図１では、軸受７の一例としてフルフローティング軸受を示す。ただし、軸受７は、セミフローティング軸受や転がり軸受など、他のラジアル軸受であってもよい。軸受７によって、シャフト８が回転自在に軸支されている。シャフト８の左端部には、タービンインペラ９が取り付けられる。タービンハウジング４内に形成された収容空間Ｓに、タービンインペラ９が回転自在に収容されている。

タービンインペラ９は、ハブ９ａおよび羽根９ｂを有する。ハブ９ａは、シャフト８に設けられる。ハブ９ａの外周面９ａ１の外径は、タービンインペラ９の回転軸方向（シャフト８の軸方向。以下、単に軸方向という）の一端側（図１中、左側、軸受７から離隔する側、排気口１４側）に向かうほど小さくなる。ハブ９ａの外周面９ａ１に羽根９ｂが設けられる。羽根９ｂは、ハブ９ａの周方向に離隔して複数設けられる。羽根９ｂのうち、排気ガスの流れ方向の上流端には、リーディングエッジ９ｂ１が形成される。

また、シャフト８の右端部にはコンプレッサインペラ１０が取り付けられている。コンプレッサインペラ１０は、コンプレッサハウジング６内に回転自在に収容されている。コンプレッサハウジング６には、吸気口１１が形成されている。吸気口１１は、過給機Ｃの右側に開口する。吸気口１１は、不図示のエアクリーナに接続される。締結ボルト５によってベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング６とが連結された状態では、ベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング６との対向面によって、ディフューザ流路１２が形成される。ディフューザ流路１２は、空気を昇圧する。ディフューザ流路１２は、シャフト８の径方向（タービンインペラ９の径方向。以下、単に径方向という）の内側から外側に向けて環状に形成されている。ディフューザ流路１２は、上記の径方向の内側において吸気口１１に連通している。

コンプレッサハウジング６には、コンプレッサスクロール流路１３が設けられている。コンプレッサスクロール流路１３は環状である。コンプレッサスクロール流路１３は、例えば、ディフューザ流路１２よりもシャフト８の径方向の外側に位置する。コンプレッサスクロール流路１３は、不図示のエンジンの吸気口と連通する。コンプレッサスクロール流路１３は、ディフューザ流路１２にも連通している。コンプレッサインペラ１０が回転すると、吸気口１１からコンプレッサハウジング６内に空気が吸気される。吸気された空気は、コンプレッサインペラ１０の翼間を流通する過程において、遠心力の作用により増速される。増速された空気は、ディフューザ流路１２およびコンプレッサスクロール流路１３で昇圧される。昇圧された空気は、エンジンの吸気口に導かれる。

また、タービンハウジング４には、排気口１４およびタービンスクロール流路１５が形成されている。排気口１４は、過給機Ｃの左側に開口する。排気口１４は、不図示の排気ガス浄化装置に接続される。タービンスクロール流路１５は、不図示のガス流入口と連通する。ガス流入口には、エンジンから排出される排気ガスが導かれる。タービンスクロール流路１５は、流路Ｘを介して収容空間Ｓにも連通している。流路Ｘは、環状である。また、流路Ｘは、収容空間Ｓからタービンスクロール流路１５まで径方向に延在する。ガス流入口からタービンスクロール流路１５に導かれた排気ガスは、流路Ｘおよび収容空間Ｓを介して排気口１４に導かれる。排気ガスは、流通過程においてタービンインペラ９を回転させる。

このように、過給機Ｃは、タービンＴを備える。タービンＴは、タービンハウジング４、タービンインペラ９、タービンスクロール流路１５を含んで構成される。タービンインペラ９の回転力は、シャフト８を介してコンプレッサインペラ１０に伝達される。上記のとおりに、空気は、コンプレッサインペラ１０の回転力によって昇圧されて、エンジンの吸気口に導かれる。

このとき、排気ガスの流量が変化すると、タービンインペラ９およびコンプレッサインペラ１０の回転量が変化する。エンジンの運転状況によっては、所望の圧力に昇圧された空気を、エンジンの吸気口に十分に導くことができなくなる場合がある。そこで、過給機Ｃには、ノズル駆動機構２０が設けられている。

ノズル駆動機構２０は、タービンハウジング４の流路Ｘの流路幅（後述するノズルスロート幅）を変化させる。ノズル駆動機構２０は、排気ガスの流量に応じて、タービンインペラ９に導かれる排気ガスの流速を変化させる。具体的に、ノズル駆動機構２０は、エンジンの回転数が低く排気ガスの流量が少ない場合には、流路Ｘのノズル開度を小さくする。こうして、タービンインペラ９に導かれる排気ガスの流速を向上させる。ノズル駆動機構２０は、少ない流量でもタービンインペラ９を回転させることができる。以下に、ノズル駆動機構２０の構成について説明する。

図２は、ノズル駆動機構２０の分解斜視図である。図２に示すように、ノズル駆動機構２０は、プレート２１（支持部材）を有する。プレート２１には、プレート軸孔２１ａが形成される。プレート軸孔２１ａは、プレート２１を軸方向に貫通する。プレート２１は、例えば、軸方向に垂直な断面形状が円となる平板形状となっている。プレート２１における外周面側には、プレートピン孔２１ｂが設けられている。プレートピン孔２１ｂは、プレート２１を軸方向に貫通する。

プレートピン孔２１ｂは、プレート２１の周方向に離隔して複数（ここでは３つ）設けられている。プレートピン孔２１ｂには、それぞれ、ピン２２の一端が挿通されている。

ノズルリング２３（支持部材）は、プレート２１に対してコンプレッサインペラ１０側（図１中、右側）に位置する。プレート２１は、ノズルリング２３に対してコンプレッサインペラ１０および軸受７と反対側（排気口１４側）に位置する。ノズルリング２３は、環状の本体部２３ｂを有する。本体部２３ｂには、挿通孔２３ａが形成される。挿通孔２３ａは、本体部２３ｂを軸方向に貫通する。本体部２３ｂの外周面のうち、プレート２１側には、環状のフランジ部２３ｃが設けられる。フランジ部２３ｃは、本体部２３ｂから径方向の外側に突出する。フランジ部２３ｃのうち、プレート２１のプレートピン孔２１ｂとの対向部には、リングピン孔２３ｄが形成される。リングピン孔２３ｄは、フランジ部２３ｃを軸方向に貫通する。リングピン孔２３ｄには、ピン２２が挿通される。

ピン２２は、第１環状突起２２ａを有する。第１環状突起２２ａは、ピン２２の外周面から径方向の外側に突出する。第１環状突起２２ａの外径は、プレートピン孔２１ｂの内径よりも大きい。ピン２２がプレートピン孔２１ｂに挿通されると、プレート２１におけるノズルリング２３との対向面２１ｃに、第１環状突起２２ａが当接する。こうして、ピン２２のプレートピン孔２１ｂへの挿通位置が定まる。

同様に、ピン２２は、第２環状突起２２ｂを有する。第２環状突起２２ｂは、ピン２２の外周面から径方向の外側に突出する。第２環状突起２２ｂは、第１環状突起２２ａより他端側に位置する。第２環状突起２２ｂの外径はリングピン孔２３ｄの内径よりも大きい。そのため、ピン２２がリングピン孔２３ｄに挿通されると、ノズルリング２３におけるプレート２１との対向面２３ｅに、第２環状突起２２ｂが当接する。こうして、ピン２２のリングピン孔２３ｄへの挿通位置が定まる。

このように、ピン２２によって、プレート２１とノズルリング２３との対向間隔が規定される。対向面２１ｃと対向面２３ｅは、互いに、少なくとも一部が対向する。上記の流路Ｘは、対向面２１ｃと対向面２３ｅによって形成される。ピン２２によって流路Ｘの軸方向の長さが規定される。プレート２１およびノズルリング２３は、ノズルベーン２４の翼体２４ａを挟んで軸方向に対向する。

また、本体部２３ｂには、軸部孔２３ｆが形成される。軸部孔２３ｆは、本体部２３ｂを軸方向に貫通する。軸部孔２３ｆは、本体部２３ｂの周方向に離隔して複数（ここでは１１個）設けられている。

ノズルベーン２４は、軸部孔２３ｆと同様、本体部２３ｂの周方向（タービンインペラ９の回転方向。以下、単に回転方向という）に離隔して複数（ここでは１１個）設けられている。翼体２４ａは、プレート２１とノズルリング２３との隙間（すなわち、流路Ｘ）に位置している。軸部２４ｂは、翼体２４ａからノズルリング２３側に突出する。軸部２４ｂは、軸部孔２３ｆに挿通されて軸支される（片軸持ち）。ノズルベーン２４がノズルリング２３に支持される。ここでは、軸部２４ｂがノズルリング２３によって軸支される場合について説明した。ただし、軸部２４ｂをプレート２１側にも延在させ、プレート２１に、軸部２４ｂを軸支する孔を形成してもよい。

サポートリング２５は、環状部材である。サポートリング２５は、サポート軸孔２５ａを有する。サポート軸孔２５ａには、ノズルリング２３の本体部２３ｂが挿通される。サポート軸孔２５ａの内周面には、径方向の内側に突出する突起部２５ｂが形成される。突起部２５ｂは、リングピン孔２３ｄに合わせて複数（ここでは３つ）形成されている。突起部２５ｂには、サポートピン孔２５ｃが設けられている。サポートピン孔２５ｃは、リングピン孔２３ｄと対向する位置に設けられる。サポートピン孔２５ｃは、突起部２５ｂを軸方向に貫通する。

駆動リングサポート２６は、環状部材である。駆動リングサポート２６は、サポートリング２５に対してノズルリング２３のフランジ部２３ｃと反対側（ノズルベーン２４に対してプレート２１と反対側）に位置する。駆動リングサポート２６には、サポートリング２５と同様、駆動サポート軸孔２６ａが形成される。駆動サポート軸孔２６ａには、ノズルリング２３の本体部２３ｂが、図２中、左側（プレート２１側）から挿通される。また、駆動リングサポート２６には、駆動サポートピン孔２６ｂが設けられている。駆動サポートピン孔２６ｂは、サポートピン孔２５ｃと対向する位置に設けられる。駆動サポートピン孔２６ｂは、駆動リングサポート２６を軸方向に貫通する。

駆動リングサポート２６の外周には、係止部２６ｃが設けられている。係止部２６ｃは、軸方向に、図２中、右側（サポートリング２５から離隔する側）に突出する。係止部２６ｃの先端には、屈曲部２６ｄが形成されている。屈曲部２６ｄは、駆動リングサポート２６の径方向の外側に屈曲する。また、駆動リングサポート２６の外周には、サポート突出部２６ｅが形成されている。サポート突出部２６ｅは、径方向の外側に突出する。サポート突出部２６ｅは、係止部２６ｃと周方向の位置を異にして配される。

図３は、ノズル駆動機構２０の組み付け後の斜視図である。図２または図３に示すように、プレートピン孔２１ｂ、リングピン孔２３ｄ、サポートピン孔２５ｃ、駆動サポートピン孔２６ｂにピン２２が挿通され、ピン２２の両端がかしめられる。こうして、図３に示すように、プレート２１、ノズルリング２３、サポートリング２５、駆動リングサポート２６が組み付けられる。

駆動リング２７は、環状部材である。駆動リング２７は、駆動軸孔２７ａを有する。駆動軸孔２７ａは、駆動リング２７を軸方向に貫通する。駆動軸孔２７ａの内径は、駆動リングサポート２６の係止部２６ｃよりも大径である。ノズル駆動機構２０の組み付け状態において、駆動リングサポート２６の係止部２６ｃが駆動軸孔２７ａの内側に位置する。このとき、屈曲部２６ｄが駆動リング２７よりも、プレート２１から離隔する側に位置している。駆動リング２７は、屈曲部２６ｄとサポート突出部２６ｅに挟まれる。駆動リング２７は、径方向の内側から係止部２６ｃに支持される。

ノズルベーン２４の軸部２４ｂのうち、先端部２４ｃは、ノズルリング２３の軸部孔２３ｆから突出する。軸部２４ｂの先端部２４ｃは、リンク板２８の板孔２８ａ（図２参照）に嵌合する。図２に示すように、リンク板２８は、ノズルベーン２４と同数設けられる。板孔２８ａは、リンク板２８の本体２８ｂに形成される。板孔２８ａには、軸部２４ｂの先端部２４ｃが挿通される。

図３に示すように、軸部２４ｂの先端部２４ｃは、リンク板２８にかしめられる。リンク板２８と軸部２４ｂが一体回転する。リンク板２８の本体２８ｂは、駆動リング２７の駆動軸孔２７ａ内に配されている。本体２８ｂには、リンク突起２８ｃが形成されている。リンク突起２８ｃは、本体２８ｂから駆動軸孔２７ａの内周面に向かって径方向の外側に突出する。

駆動リング２７のうち、駆動軸孔２７ａの内周には、嵌合溝２７ｂが設けられる。嵌合溝２７ｂは、径方向の外側に窪んでいる。嵌合溝２７ｂは、駆動軸孔２７ａの周方向に離隔してノズルベーン２４と同数設けられている。嵌合溝２７ｂそれぞれにリンク突起２８ｃが嵌合している。

駆動リング２７には、駆動軸孔２７ａの内周に、駆動溝２７ｃが１か所設けられている。駆動溝２７ｃは、嵌合溝２７ｂと大凡同形である。駆動溝２７ｃは、嵌合溝２７ｂと周方向の位置を異にする。駆動溝２７ｃには、駆動リンク（不図示）が嵌合される。駆動リンクは、リンク板２８と大凡同形である。駆動リング２７には、駆動リンクを介して不図示のアクチュエータの動力が伝達される。その結果、駆動リング２７は、駆動リングサポート２６の係止部２６ｃに支持されて回転（摺動）する。

駆動リング２７が回転すると、リンク突起２８ｃが嵌合溝２７ｂの内壁面から回転方向に押圧される。リンク板２８が軸部２４ｂの軸心周りに回転（揺動）する。その結果、リンク板２８に取り付けられた軸部２４ｂが回転する。複数のノズルベーン２４の翼体２４ａが同期して、軸部２４ｂとともに回転する。こうして、隣り合う翼体２４ａ間の流路幅（所謂ノズルスロート幅）が変化する。すなわち、ノズルベーン２４の開度（ノズル開度）が変化する。隣り合う翼体２４ａ、プレート２１、ノズルリング２３で形成される流路Ｘの流路面積が変化する。

図４、図５は、ノズルリング２３とノズルベーン２４をプレート２１側から見た図である。図４、図５では、３つのノズルベーン２４近傍が抽出して示される。図４、図５では、回転方向が矢印で示される。図４では、ノズルベーン２４の開度が最大の状態（以下、最大開度状態という）が示される。図５では、ノズルベーン２４の開度が最小の状態（以下、最小開度状態という）が示される。

図４、図５に示すように、ノズルリング２３の対向面２３ｅには、ガイド部２３ｇが設けられる。ガイド部２３ｇは、図４、図５中、クロスハッチングで示される。ガイド部２３ｇは、対向面２３ｅに対して窪んでいる（対向面２３ｅからプレート２１側と離隔する側に凹んだ溝部である）。ガイド部２３ｇの深さは、翼体２４ａの軸方向の幅よりも小さい。ガイド部２３ｇの深さは、後述するように、流路Ｘの軸方向の幅の２０％以下である。

ノズルベーン２４の翼体２４ａは、外径端２４ａ１を有する。最大開度状態のとき、外径端２４ａ１は、翼体２４ａのうち、径方向の最も外側に位置する。外径端２４ａ１は、ガイド部２３ｇより径方向の外側に位置する。

ガイド部２３ｇは、例えば、ノズルベーン２４と同数設けられる。ただし、ガイド部２３ｇの数は、ノズルベーン２４の数より多くてもよいし少なくてもよい。ガイド部２３ｇは、一端部２３ｇ１、および、他端部２３ｇ２を有する。一端部２３ｇ１は、ガイド部２３ｇのうち、径方向の最も外側に位置する。他端部２３ｇ２は、ガイド部２３ｇのうち、径方向の最も内側に位置する。

また、ガイド部２３ｇは、２つのガイド面２３ｇ３、２３ｇ４を有する。ガイド面２３ｇ３、２３ｇ４は、一端部２３ｇ１から他端部２３ｇ２まで延在する。ガイド面２３ｇ３、２３ｇ４は、回転方向に離隔する。ガイド面２３ｇ３、２３ｇ４は、径方向の内側ほど、回転方向の前方側となる向きに傾斜する。

隣り合うガイド部２３ｇの間には、ガイド流路Ｇが形成される。ガイド流路Ｇは、下流側ほど、回転方向の前方側となる向きに傾斜する。ガイド流路Ｇの幅は、下流側（径方向の内側、タービンインペラ９側）ほど狭い。

図６は、ノズルベーン２４の移動軌跡を説明するための図である。図６中、ノズルベーン２４の移動軌跡をハッチングで示し、ガイド部２３ｇをクロスハッチングで示す。図６に示すように、軸方向から見たとき、ガイド部２３ｇは、ノズルベーン２４の移動軌跡に重ならない。すなわち、ガイド部２３ｇは、軸部２４ｂ周りに回転するいずれの向きの翼体２４ａに対しても、軸方向に非対向となる位置に配される。言い換えれば、ノズルベーン２４の開度に拘らず、ガイド部２３ｇは、翼体に対して軸方向に対向しない。ガイド部２３ｇの一端部２３ｇ１は、例えば、隣り合うノズルベーン２４の移動軌跡の間に位置してもよい。

図７は、プレート２１とノズルベーン２４をノズルリング２３側から見た図である。図７では、３つのノズルベーン２４近傍が抽出して示される。図７では、回転方向が矢印で示される。図７では、最大開度状態が示される。最小開度状態は、図示を省略する。図７に示すように、プレート２１の対向面２１ｃには、ガイド部２１ｄが設けられる。ガイド部２１ｄは、図２、図７中、クロスハッチングで示される。ガイド部２１ｄは、対向面２１ｃからノズルリング２３側に突出する。ガイド部２１ｄは、上記のガイド部２３ｇと実質的に同等の構成であるため、詳細な説明は省略する。

図８は、ガイド部２１ｄ、２３ｇと、タービンインペラ９の一部の子午面形状を示す図である。子午面形状は、タービンインペラ９の回転軸を含む平面に、回転軌跡を投影した形状である。図８では、プレート２１、ノズルリング２３のうち、ガイド部２１ｄ、２３ｇ近傍が抽出して示される。図８では、ノズルベーン２４の図示は省略する。

ここで、タービンインペラ９のリーディングエッジ９ｂ１に対し、径方向の外側に延在する流路を外流路３０と称する。外流路３０には、流路Ｘ、および、タービンスクロール流路１５が含まれる。すなわち、外流路３０の内壁面３１には、流路Ｘを形成する対向面２１ｃ、２３ｅが含まれる。ただし、外流路３０は、流路Ｘ、および、タービンスクロール流路１５のうち、リーディングエッジ９ｂ１に対して径方向の外側から対向する一部のみが含まれるものとしてもよい。

ガイド部２１ｄ、２３ｇは、互いに軸方向に離隔する。ガイド部２１ｄ、２３ｇの軸方向の深さは、流路Ｘの軸方向の幅に対して、例えば、それぞれ２０％以下である。流路Ｘの対向面２１ｃ、２３ｅ近傍（流路Ｘの軸方向の幅に対して、対向面２１ｃ、２３ｅから２０％程度までの範囲。以下、壁近傍という）は、粘性の影響を受ける境界層が形成される。そのため、壁近傍は、流路Ｘの軸方向の中心側（以下、幅中心という）に対して、回転方向の速度（周速）が遅く、径方向の速度が速い。その結果、壁近傍では、幅中心よりも、絶対流れ角が小さくなる。

図９は、流れ角を説明するための第１の図である。図９中、上下方向は、径方向であり、左方向が回転方向である。図９の左図は、幅中心における排気ガスの流れ角を示す。幅中心の排気ガスの速度ベクトルは、矢印Ｃａで示される。羽根９ｂの周速の速度ベクトルは、矢印Ｕａで示される。羽根９ｂを基準とする排気ガスの相対的な速度ベクトル（以下、相対速度ベクトルという）は、矢印Ｗａで示される。相対速度ベクトルは、径方向に平行となる（相対流れ角０）。

図９の中央の図は、比較例の壁近傍における排気ガスの流れ角を示す。比較例では、ガイド部２１ｄ、２３ｇ、および、後述する切り欠き部９ｂ２、９ｂ３が形成されていない。比較例の壁近傍の排気ガスの速度ベクトルは、矢印Ｃｂで示される。上記のように、壁近傍では、排気ガスの絶対流れ角が幅中心よりも小さくなる。すなわち、矢印Ｃｂは、矢印Ｃａよりも径方向に近づいている。そのため、比較例の相対速度ベクトルは、矢印Ｗｂで示すように、回転方向に近づき、相対流れ角Ａが大きくなる。その結果、タービン効率が低下してしまう。

図９の右図は、本実施形態の壁近傍における排気ガスの流れ角を示す。ただし、ここでは、後述する切り欠き部９ｂ２、９ｂ３が設けられず、ガイド部２１ｄ、２３ｇのみが設けられるものとする。本実施形態の壁近傍の排気ガスの速度ベクトルは、矢印Ｃｃで示される。上記のように、ガイド部２１ｄ、２３ｇを設けることで、壁近傍の排気ガスは、比較例よりも回転方向の速度成分が大きくなり、径方向の速度成分が小さくなる。その結果、排気ガスの絶対流れ角が、比較例よりも大きくなり、本実施形態の相対速度ベクトルは、矢印Ｗｃで示すように、比較例よりも軸方向に近づき、相対流れ角Ａが比較例よりも小さくなる。こうして、タービン効率の低下が抑制される。

図８に戻って、タービンインペラ９の羽根９ｂには、切り欠き部９ｂ２、９ｂ３が形成される。切り欠き部９ｂ２は、リーディングエッジ９ｂ１のうち、軸方向の一端側（図８中、左側、排気口１４側、トレーリングエッジ側）の端部に連続して形成される。切り欠き部９ｂ３は、リーディングエッジ９ｂ１のうち、軸方向の他端側（図８中、右側、軸受７側）の端部に連続して形成される。

切り欠き部９ｂ２、９ｂ３が形成されていない場合、図８中、破線で示すように、リーディングエッジ９ｂ１は、例えば、流路Ｘの軸方向の流路幅と大凡同じ長さとなる。リーディングエッジ９ｂ１の軸方向の範囲は、例えば、流路Ｘと同じとなる。切り欠き部９ｂ２、９ｂ３が形成されることで、リーディングエッジ９ｂ１は、流路Ｘの軸方向の流路幅よりも短くなる。リーディングエッジ９ｂ１の軸方向の範囲は、例えば、流路Ｘの範囲内となる。

切り欠き部９ｂ２、９ｂ３のうち、流路Ｘに径方向に対向する部位の軸方向の長さは、流路Ｘの軸方向の幅に対して、例えば、それぞれ２０％以下である。

図１０は、流れ角を説明するための第２の図である。図１０中、上下方向は、径方向であり、左方向が回転方向である。図１０の左図は、図９の左図と同じである。図１０の中央の図は、図９の中央の図と同じである。

図１０の右図は、本実施形態の壁近傍における排気ガスの流れ角を示す。ただし、ここでは、ガイド部２１ｄ、２３ｇが設けられず、切り欠き部９ｂ２、９ｂ３のみが設けられるものとする。そのため、壁近傍の排気ガスの速度ベクトルは、比較例と同じ矢印Ｃｂで示される。上記の切り欠き部９ｂ２、９ｂ３の外径は、リーディングエッジ９ｂ１の外径以下となる。そのため、切り欠き部９ｂ２、９ｂ３の周速（速度ベクトルを矢印Ｕｂで示す）は、リーディングエッジ９ｂ１の周速（速度ベクトルを矢印Ｕａで示す）よりも小さくなる。

その結果、本実施形態の相対速度ベクトルは、矢印Ｗｃで示すように、比較例よりも軸方向に近づき、相対流れ角Ａが比較例よりも小さくなる。こうして、タービン効率の低下が抑制される。

ここでは、理解を容易とするため、ガイド部２１ｄ、２３ｇの効果と、切り欠き部９ｂ２、９ｂ３の効果を分けて説明した。しかし、ガイド部２１ｄ、２３ｇと切り欠き部９ｂ２、９ｂ３の双方を設けることで、相対流れ角Ａがさらに０に近づき、タービン効率の低下を抑制する効果がさらに高まる。ただし、切り欠き部９ｂ２、９ｂ３は、必須の構成ではない。

以上、添付図面を参照しながら本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記の実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態では、タービンＴが過給機Ｃに組み込まれる場合について説明した。しかし、タービンＴは、過給機Ｃ以外の装置に組み込まれてもよいし、単体であってもよい。

また、上述した実施形態では、ガイド部２１ｄ、２３ｇが対向面２１ｃ、２３ｅから凹んだ溝部で構成される場合について説明した。この場合、排気ガスのガイド部２１ｄ、２３ｇへの衝突による損失が抑制される。また、ガイド部２１ｄ、２３ｇの加工が容易となる。しかし、ガイド部２１ｄ、２３ｇは、対向面２１ｃ、２３ｅから突出する突出部で構成されてもよい。

また、上述した実施形態では、外流路３０に流路Ｘが含まれる場合について説明した。すなわち、内壁面３１は、軸方向に少なくとも一部が対向する一対の対向面２１ｃ、２３ｅを含む場合について説明した。しかし、流路Ｘは、必須の構成ではない。外流路３０には、少なくともタービンスクロール流路１５が含まれていればよい。

また、上述した実施形態では、ガイド部２１ｄ、２３ｇは、対向面２１ｃ、２３ｅの双方に設けられる場合について説明した。しかし、ガイド部２１ｄ、２３ｇは、対向面２１ｃ、２３ｅの少なくとも一方に設けられていればよい。ただし、ガイド部２１ｄ、２３ｇが、対向面２１ｃ、２３ｅの双方に設けられることで、タービン効率の低下を抑制する効果が高まる。

また、上述した実施形態では、軸部２４ｂ、翼体２４ａを有するノズルベーン２４と、プレート２１と、ノズルリング２３とが設けられる場合について説明した。すなわち、ノズル駆動機構２０が設けられる場合について説明した。しかし、ノズル駆動機構２０は、必須の構成ではない。例えば、流路Ｘがベアリングハウジング２、タービンハウジング４の対向面間に形成され、この対向面にガイド部２１ｄ、２３ｇが形成されてもよい。ただし、ノズル駆動機構２０を備える過給機Ｃでは、プレート２１とノズルリング２３が、ベアリングハウジング２、タービンハウジング４とは別体で形成された後、ベアリングハウジング２、タービンハウジング４に組付けられる。そのため、組み付け前のプレート２１、ノズルリング２３に対し、ガイド部２１ｄ、２３ｇを容易に加工することができる。

また、上述した実施形態では、ノズルベーン２４が、軸部２４ｂ周りに回転する場合について説明した。しかし、ノズルベーン２４は、回転せずに固定されてもよい。

また、上述した実施形態では、ガイド部２１ｄ、２３ｇは、軸部２４ｂ周りに回転するいずれの向きの翼体２４ａに対しても、軸方向に非対向となる位置に配される場合について説明した。この場合、ガイド部２１ｄ、２３ｇが翼体２４ａに対して軸方向に対向し、流れが乱れて損失が生じる事態が回避される。ただし、ガイド部２１ｄ、２３ｇは、軸部２４ｂ周りに回転するいずれかの向きの翼体２４ａに対して、軸方向に対向してもよい。

本開示は、タービンおよび過給機に利用することができる。

９ タービンインペラ
９ｂ１ リーディングエッジ
１５ タービンスクロール流路
２１ プレート（支持部材）
２１ｃ 対向面
２１ｄ ガイド部
２３ ノズルリング（支持部材）
２３ｅ 対向面
２３ｇ ガイド部
２４ ノズルベーン
２４ａ 翼体
２４ａ１ 外径端
２４ｂ 軸部
３０ 外流路
３１ 内壁面
Ｃ 過給機
Ｔ タービン

Claims (6)

1. タービンインペラと、
   前記タービンインペラのリーディングエッジよりも、前記タービンインペラの径方向の外側に設けられ、環状のタービンスクロール流路を少なくとも含む外流路と、
   前記外流路に面する内壁面に設けられ、前記径方向の内側ほど、前記タービンインペラの回転方向の前方側となる向きに傾斜するガイド部と、
   を備えるタービン。
2. 前記内壁面は、前記タービンインペラの回転軸方向に少なくとも一部が対向する一対の対向面を含み、
   前記ガイド部は、前記一対の対向面の少なくとも一方に設けられる請求項１に記載のタービン。
3. 前記ガイド部は、前記一対の対向面の双方に設けられる請求項２に記載のタービン。
4. 前記対向面を有し、前記回転軸方向に前記対向面を対向させて配される一対の支持部材と、
   前記一対の支持部材に軸支される軸部と、前記一対の支持部材の間であって、前記ガイド部より前記径方向外側に外径端が位置する翼体と、を有するノズルベーンと、
   を備える請求項２または３に記載のタービン。
5. 前記ガイド部は、前記軸部周りに回転するいずれの向きの前記翼体に対しても、前記回転軸方向に非対向となる位置に配される請求項４に記載のタービン。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の前記タービンを備える過給機。

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