JP2022045099A - タービンおよび過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】タービン翼車の翼振動を低減する。【解決手段】タービンＴ１は、タービン翼車１７を収容する収容部と、タービン翼車１７に対して径方向外側に巻き回され、収容部と連通する第１タービンスクロール流路と、タービン翼車１７に対して径方向外側に巻き回され、収容部と第１タービンスクロール流路とが連通する位置に対して、タービン翼車１７の周方向の異なる位置で収容部と連通する第２タービンスクロール流路と、第１タービンスクロール流路の下流端に面する位置に設けられ、第１タービンスクロール流路と第２タービンスクロール流路とを区画する第１舌部４３ａと、第２タービンスクロール流路の下流端に面する位置に設けられ、第２タービンスクロール流路と第１タービンスクロール流路とを区画し、タービン翼車１７との距離Ｄ２が第１舌部４３ａとタービン翼車１７との距離Ｄ１とは異なる第２舌部４３ｂと、を備える。【選択図】図４

Description

本開示は、タービンおよび過給機に関する。

過給機等に設けられるタービンとして、タービン翼車を収容する収容部と連通する２つのタービンスクロール流路を備えるダブルスクロール式のタービンがある（例えば、特許文献１を参照）。２つのタービンスクロール流路は、タービン翼車に対して径方向外側に巻き回される。２つのタービンスクロール流路は、タービン翼車の周方向の互いに異なる位置で収容部とそれぞれ連通する。２つのタービンスクロール流路の間には、２つの舌部が形成される。

特開２０１６－１３２９９６号公報

従来のタービンでは、２つの舌部は、同形状で、タービン翼車の周方向に等間隔に（つまり、周方向位置が１８０度ずれた位置関係で）設けられる。２つの舌部が同形状で等間隔に設けられると、タービン翼車の回転数の２倍の周波数を有する励振力がタービン翼車に働き、翼振動が増大する場合がある。

本開示の目的は、タービン翼車の翼振動を低減することが可能な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、本開示のタービンは、タービン翼車を収容する収容部と、タービン翼車に対して径方向外側に巻き回され、収容部と連通する第１タービンスクロール流路と、タービン翼車に対して径方向外側に巻き回され、収容部と第１タービンスクロール流路とが連通する位置に対して、タービン翼車の周方向の異なる位置で収容部と連通する第２タービンスクロール流路と、第１タービンスクロール流路の下流端に面する位置に設けられ、第１タービンスクロール流路と第２タービンスクロール流路とを区画する第１舌部と、第２タービンスクロール流路の下流端に面する位置に設けられ、第２タービンスクロール流路と第１タービンスクロール流路とを区画し、タービン翼車との距離が第１舌部とタービン翼車との距離とは異なる第２舌部と、を備える。

第１舌部と第２舌部とは、タービン翼車の周方向に不等間隔に配置されていてもよい。

第１舌部の形状と第２舌部の形状とは、互いに異なってもよい。

第１タービンスクロール流路は、第２タービンスクロール流路よりも径方向内側に位置し、第１舌部とタービン翼車との距離は、第２舌部とタービン翼車との距離よりも小さくてもよい。

上記課題を解決するために、本開示の過給機は、上記のタービンを備える。

本開示によれば、タービン翼車の翼振動を低減することができる。

図１は、本開示の第１の実施形態の過給機を示す概略断面図である。 図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。 図３は、図２のＢ－Ｂ断面図である。 図４は、本開示の第１の実施形態のタービンにおけるタービン翼車と各舌部との位置関係を示す図である。 図５は、本開示の第２の実施形態のタービンにおける図２の断面図と対応する断面図である。 図６は、本開示の第３の実施形態のタービンにおける図３の断面図と対応する断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本開示の各実施形態について説明する。各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し、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、本開示の第１の実施形態の過給機ＴＣを示す概略断面図である。以下では、図１に示す矢印Ｌ方向を過給機ＴＣの左側として説明する。図１に示す矢印Ｒ方向を過給機ＴＣの右側として説明する。図１に示されるように、過給機ＴＣ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３と、タービンハウジング５と、コンプレッサハウジング７とを備える。タービンハウジング５は、ベアリングハウジング３の左側に締結ボルト９によって連結される。コンプレッサハウジング７は、ベアリングハウジング３の右側に締結ボルト１１によって連結される。過給機ＴＣは、タービンＴ１および遠心圧縮機Ｃを備える。タービンＴ１は、ベアリングハウジング３およびタービンハウジング５を含む。タービンＴ１は、ダブルスクロール式のタービンである。遠心圧縮機Ｃは、ベアリングハウジング３およびコンプレッサハウジング７を含む。

ベアリングハウジング３には、軸受孔３ａが形成される。軸受孔３ａは、過給機ＴＣの左右方向に貫通する。軸受孔３ａには、セミフローティング軸受１３が配される。セミフローティング軸受１３は、シャフト１５を回転自在に軸支する。シャフト１５の左端部には、タービン翼車１７が設けられる。タービン翼車１７は、タービンハウジング５に回転自在に収容されている。シャフト１５の右端部には、コンプレッサインペラ１９が設けられる。コンプレッサインペラ１９は、コンプレッサハウジング７に回転自在に収容されている。シャフト１５の軸方向が、過給機ＴＣの軸方向（つまり、左右方向）である。以下、過給機ＴＣの軸方向、径方向および周方向（つまり、タービン翼車１７の軸方向、径方向および周方向）を、それぞれ単に軸方向、径方向および周方向と呼ぶ。

コンプレッサハウジング７には、吸気口２１が形成される。吸気口２１は、過給機ＴＣの右側に開口する。吸気口２１は、不図示のエアクリーナに接続される。ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング７の対向面によって、ディフューザ流路２３が形成される。ディフューザ流路２３は、空気を昇圧する。ディフューザ流路２３は、環状に形成される。ディフューザ流路２３は、径方向内側において、コンプレッサインペラ１９を介して吸気口２１に連通している。

また、コンプレッサハウジング７には、コンプレッサスクロール流路２５が形成される。コンプレッサスクロール流路２５は、環状に形成される。コンプレッサスクロール流路２５は、例えば、ディフューザ流路２３よりも径方向外側に位置する。コンプレッサスクロール流路２５は、不図示のエンジンの吸気口と、ディフューザ流路２３とに連通している。コンプレッサインペラ１９が回転すると、吸気口２１からコンプレッサハウジング７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１９の翼間を流通する過程において加圧加速される。加圧加速された空気は、ディフューザ流路２３およびコンプレッサスクロール流路２５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。

タービンハウジング５には、排出流路２７と、収容部２９と、排気流路３１とが形成される。排出流路２７は、過給機ＴＣの左側に開口する。排出流路２７は、不図示の排気ガス浄化装置に接続される。排出流路２７は、収容部２９と連通する。排出流路２７は、収容部２９に対して、軸方向に連続する。収容部２９は、タービン翼車１７を収容する。収容部２９の径方向外側には、排気流路３１が形成される。排気流路３１は、不図示のエンジンの排気マニホールドと連通する。不図示のエンジンの排気マニホールドから排出された排気ガスは、排気流路３１および収容部２９を介して排出流路２７に導かれる。排出流路２７に導かれる排気ガスは、流通過程においてタービン翼車１７を回転させる。

タービン翼車１７の回転力は、シャフト１５を介してコンプレッサインペラ１９に伝達される。コンプレッサインペラ１９が回転すると、上記のとおりに空気が昇圧される。こうして、空気がエンジンの吸気口に導かれる。

図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。図２では、タービン翼車１７について、外周のみを円で示す。図２に示すように、排気流路３１は、排気導入口３３と、排気導入路３５と、タービンスクロール流路３７と、スクロール出口３９とを備える。

排気導入口３３は、タービンハウジング５の外部に開口する。排気導入口３３には、不図示のエンジンの排気マニホールドから排出される排気ガスが導入される。

排気導入路３５は、排気導入口３３とタービンスクロール流路３７とを接続する。排気導入路３５は、例えば、直線状に形成される。排気導入路３５は、排気導入口３３から導入された排気ガスをタービンスクロール流路３７に導く。

タービンスクロール流路３７は、スクロール出口３９を介して収容部２９と連通する。タービンスクロール流路３７は、排気導入路３５から導入された排気ガスを、スクロール出口３９を介して収容部２９に導く。

タービンハウジング５には、仕切板４１が形成される。仕切板４１は、排気流路３１内（具体的には、排気導入口３３、排気導入路３５、および、タービンスクロール流路３７内）に配される。仕切板４１は、排気流路３１をタービン翼車１７の周方向に仕切る。仕切板４１は、排気導入口３３、排気導入路３５、および、タービンスクロール流路３７の内面に対して、軸方向に接続される。仕切板４１は、排気流路３１に沿って延在する。つまり、仕切板４１は、排気ガスの流れ方向に沿って延在する。以下、排気ガスの流れ方向の上流側を単に上流側と呼び、排気ガスの流れ方向の下流側を単に下流側と呼ぶ。

排気導入口３３は、仕切板４１により第１排気導入口３３ａと第２排気導入口３３ｂとに分割される。本実施形態では、第１排気導入口３３ａは、第２排気導入口３３ｂよりも径方向内側に位置する。

排気導入路３５は、仕切板４１により第１排気導入路３５ａと、第２排気導入路３５ｂとに分割される。本実施形態では、第１排気導入路３５ａは、第２排気導入路３５ｂよりも径方向内側に位置する。第１排気導入路３５ａは、第１排気導入口３３ａと連通する。第２排気導入路３５ｂは、第２排気導入口３３ｂと連通する。

タービンスクロール流路３７は、仕切板４１により第１タービンスクロール流路３７ａと、第２タービンスクロール流路３７ｂとに分割される。本実施形態では、第１タービンスクロール流路３７ａは、第２タービンスクロール流路３７ｂよりも径方向内側に位置する。第１タービンスクロール流路３７ａは、第１排気導入路３５ａと連通する。第２タービンスクロール流路３７ｂは、第２排気導入路３５ｂと連通する。第１タービンスクロール流路３７ａおよび第２タービンスクロール流路３７ｂは、タービン翼車１７に対して径方向外側に巻き回される。第１タービンスクロール流路３７ａおよび第２タービンスクロール流路３７ｂは、タービン翼車１７の回転方向ＲＤに進むにつれてタービン翼車１７に近づくように、巻き回される。各タービンスクロール流路３７の径方向の幅は、上流側から下流側に向かうにつれて小さくなる。

第１タービンスクロール流路３７ａおよび第２タービンスクロール流路３７ｂは、タービン翼車１７の周方向の互いに異なる位置で収容部２９とそれぞれ連通する。第１タービンスクロール流路３７ａは、第１スクロール出口３９ａを介して収容部２９と連通する。第２タービンスクロール流路３７ｂは、第２スクロール出口３９ｂを介して収容部２９と連通する。

第１スクロール出口３９ａおよび第２スクロール出口３９ｂは、周方向に沿って形成される。具体的には、第１スクロール出口３９ａは、収容部２９の一側の半周（具体的には、図２中の左側の半周）に亘って収容部２９と連通される。第２スクロール出口３９ｂは、収容部２９の他側の半周（具体的には、図２中の右側の半周）に亘って収容部２９と連通される。第１スクロール出口３９ａおよび第２スクロール出口３９ｂは、タービン翼車１７を挟んで径方向に対向している。

タービンハウジング５には、第１舌部４３ａと、第２舌部４３ｂとが形成される。なお、以下では、第１舌部４３ａおよび第２舌部４３ｂを特に区別しない場合、単に舌部４３とも呼ぶ。各舌部４３は、第１タービンスクロール流路３７ａと第２タービンスクロール流路３７ｂとを区画する。また、各舌部４３は、第１スクロール出口３９ａと第２スクロール出口３９ｂとを区画する。

第１舌部４３ａは、第１タービンスクロール流路３７ａの下流端に面する位置に設けられる。第１舌部４３ａは、仕切板４１の下流側の端部に形成される。第１舌部４３ａは、第１タービンスクロール流路３７ａと第２タービンスクロール流路３７ｂとを区画する。また、第１舌部４３ａは、第１スクロール出口３９ａの下流端と第２スクロール出口３９ｂの上流端とを区画する。

第２舌部４３ｂは、第２タービンスクロール流路３７ｂの下流端に面する位置に設けられる。第２舌部４３ｂは、第２タービンスクロール流路３７ｂと第１タービンスクロール流路３７ａとを区画する。また、第２舌部４３ｂは、第２スクロール出口３９ｂの下流端と第１スクロール出口３９ａの上流端とを区画する。

第１舌部４３ａと第２舌部４３ｂとは、タービン翼車１７の周方向に等間隔に配置されている。つまり、第１舌部４３ａの周方向位置は、第２舌部４３ｂの周方向位置に対して、１８０°ずれている。

不図示のエンジンの排気マニホールドは、２以上の複数の分割路を備える。複数の分割路のうちの一部の分割路は、第１排気導入口３３ａに接続される。複数の分割路のうちの他の分割路は、第２排気導入口３３ｂに接続される。不図示のエンジンから排出される排気ガスは、分割路を流通し、第１排気導入口３３ａまたは第２排気導入口３３ｂに導入される。一方の排気導入口３３に排気ガスが導入されるタイミングでは、基本的に、他方の排気導入口３３には排気ガスが導入されない。第１排気導入口３３ａへの排気ガスの導入と、第２排気導入口３３ｂへの排気ガスの導入とが、交互に繰り返される。

第１排気導入口３３ａへ導入された排気ガスは、第１排気導入路３５ａおよび第１タービンスクロール流路３７ａを通って、第１スクロール出口３９ａから収容部２９に流れる。第２排気導入口３３ｂへ導入された排気ガスは、第２排気導入路３５ｂおよび第２タービンスクロール流路３７ｂを通って、第２スクロール出口３９ｂから収容部２９に流れる。一方のタービンスクロール流路３７に排気ガスが流れるタイミングでは、基本的に、他方のタービンスクロール流路３７には排気ガスが流れない。

上述したように、収容部２９に送られた排気ガスは、流通過程においてタービン翼車１７を回転させる。タービンＴ１では、タービン翼車１７に働く励振力によって生じる翼振動を低減することが重要である。本実施形態のタービンＴ１では、各舌部４３とタービン翼車１７との距離を工夫することによって、タービン翼車１７の翼振動が低減される。

図３は、図２のＢ－Ｂ断面図（具体的には、第１舌部４３ａを通りタービン翼車１７の回転軸を含む断面における断面図）である。なお、第２舌部４３ｂの形状については、第１舌部４３ａの形状と同様であるので、図示を省略する。

タービン翼車１７は、ハブ１７ａと、複数の翼体１７ｂとを有する。ハブ１７ａは、シャフト１５の左端部と接続されている。ハブ１７ａの外径は、過給機ＴＣの左側に向かうほど小さくなる。ハブ１７ａの外周面に複数の翼体１７ｂが設けられる。複数の翼体１７ｂは、周方向に間隔を空けて設けられる。各翼体１７ｂは、ハブ１７ａの外周面から径方向外側に延びて形成される。翼体１７ｂの外周縁は、リーディングエッジＥ１、トレーリングエッジＥ２および中間縁部Ｅ３を含む。

リーディングエッジＥ１は、翼体１７ｂにおける排気ガスの流れ方向の上流側の縁部である。リーディングエッジＥ１は、翼体１７ｂにおける排気流路３１側の縁部である。リーディングエッジＥ１には、排気流路３１からの排気ガスが流入する。リーディングエッジＥ１は、翼体１７ｂの右端側に形成される。リーディングエッジＥ１は、タービン翼車１７の回転軸と平行に延びている。

トレーリングエッジＥ２は、翼体１７ｂにおける排気ガスの流れ方向の下流側の縁部である。トレーリングエッジＥ２は、翼体１７ｂにおける排出流路２７側の縁部である。トレーリングエッジＥ２から排出流路２７に向けて排気ガスが流出する。トレーリングエッジＥ２は、翼体１７ｂの左端側に形成される。トレーリングエッジＥ２は、周方向にねじれながら径方向に延びている。

中間縁部Ｅ３は、リーディングエッジＥ１とトレーリングエッジＥ２の間に亘って形成される。中間縁部Ｅ３は、タービンハウジング５のうち収容部２９を画成するシュラウド部２９ａに沿って延びている。

舌部４３は、タービン翼車１７の翼体１７ｂのリーディングエッジＥ１の径方向外側に配置されている。舌部４３のタービン翼車１７に面する部分（具体的には、リーディングエッジＥ１に面する部分）は、タービン翼車１７の回転軸と平行に延びている。つまり、舌部４３のタービン翼車１７に面する部分は、リーディングエッジＥ１と平行に延びている。舌部４３とタービン翼車１７との距離は、タービン翼車１７の中心軸から舌部４３までの距離と、タービン翼車１７の最大半径との差である。つまり、舌部４３とタービン翼車１７との距離は、翼体１７ｂが舌部４３に最も接近したときの舌部４３とリーディングエッジＥ１との距離である。図３では、第１舌部４３ａとタービン翼車１７との距離Ｄ１が示されている。

上記の例では、舌部４３とリーディングエッジＥ１とが平行であり、舌部４３とリーディングエッジＥ１との隙間（具体的には、翼体１７ｂが舌部４３に最も接近したときの隙間）が軸方向位置によらずに一定である。ただし、舌部４３とリーディングエッジＥ１とが平行でなく、舌部４３とリーディングエッジＥ１との隙間が軸方向位置によって異なっていてもよい。その場合、舌部４３とタービン翼車１７との距離は、舌部４３とリーディングエッジＥ１との隙間の平均値であってもよく、舌部４３とリーディングエッジＥ１との隙間の最小値であってもよい。

図４は、本開示の第１の実施形態のタービンＴ１におけるタービン翼車１７と各舌部４３との位置関係を示す図である。図４に示すように、第１舌部４３ａとタービン翼車１７との距離Ｄ１と、第２舌部４３ｂとタービン翼車１７との距離Ｄ２とは、互いに異なる。図４の例では、第１舌部４３ａとタービン翼車１７との距離Ｄ１は、第２舌部４３ｂとタービン翼車１７との距離Ｄ２よりも小さい。

ここで、第１舌部４３ａおよび第２舌部４３ｂが、同形状で、タービン翼車１７の周方向に等間隔に設けられる場合、タービン翼車１７の各翼体１７ｂは、第１舌部４３ａおよび第２舌部４３ｂと一定周期で対向する。このとき、各翼体１７ｂには、第１タービンスクロール流路３７ａまたは第２タービンスクロール流路３７ｂを通過した排気ガスが衝突する。つまり、各翼体１７ｂには、一定周期で排気ガスが衝突する。各翼体１７ｂに一定周期で排気ガスが衝突すると、タービン翼車１７の回転数の２倍の周波数を有する励振力がタービン翼車１７に働き、翼振動が増大する場合がある。

本実施形態では、上述したように、第１舌部４３ａとタービン翼車１７との距離Ｄ１と、第２舌部４３ｂとタービン翼車１７との距離Ｄ２とは、互いに異なる。舌部４３とタービン翼車１７との距離が大きいほど、当該舌部４３と対向する翼体１７ｂに排気ガスが衝突する際の衝撃が小さくなる。ゆえに、各翼体１７ｂが第１舌部４３ａと対向する際に排気ガスから受ける衝撃の大きさと、各翼体１７ｂが第２舌部４３ｂと対向する際に排気ガスから受ける衝撃の大きさとが、互いに異なる。これにより、各翼体１７ｂが舌部４３と対向する周期と、各翼体１７ｂが同一の大きさの衝撃を受ける周期とを異ならせることができる。その結果、タービン翼車１７の回転数の２倍の周波数を有する励振力が抑制され、翼振動が低減される。

上述したように、一方のタービンスクロール流路３７に排気ガスが流れるタイミングでは、基本的に、他方のタービンスクロール流路３７には排気ガスが流れない。ゆえに、第１タービンスクロール流路３７ａと第２タービンスクロール流路３７ｂとの間で圧力差が生じ、２つのタービンスクロール流路３７間での排気ガスの漏れ流れが生じる。上記の漏れ流れでは、排気ガスが、一方のタービンスクロール流路３７から他方のタービンスクロール流路３７へ、舌部４３の近傍を通って漏れ流れる。排気ガスの漏れ流れは、タービンＴ１の性能および過給機ＴＣと接続されるエンジンの性能を低下させる要因となる。

ここで、舌部４３とタービン翼車１７との距離が大きいほど、排気ガスの漏れ流れが生じやすくなる。図４の例では、第１舌部４３ａとタービン翼車１７との距離Ｄ１は、第２舌部４３ｂとタービン翼車１７との距離Ｄ２よりも小さい。ゆえに、第１タービンスクロール流路３７ａに排気ガスが流れる際に、第１タービンスクロール流路３７ａから第２タービンスクロール流路３７ｂへ第１舌部４３ａの近傍を通って排気ガスが漏れ流れることが抑制される。

なお、図４の例と異なり、第１舌部４３ａとタービン翼車１７との距離Ｄ１が、第２舌部４３ｂとタービン翼車１７との距離Ｄ２よりも大きくてもよい。その場合、第２タービンスクロール流路３７ｂに排気ガスが流れる際に、第２タービンスクロール流路３７ｂから第１タービンスクロール流路３７ａへ第２舌部４３ｂの近傍を通って排気ガスが漏れ流れることが抑制される。

ただし、タービンＴ１では、上述したように、第１タービンスクロール流路３７ａは、第２タービンスクロール流路３７ｂよりも径方向内側に位置する。ゆえに、第１排気導入路３５ａが第２排気導入路３５ｂよりも短いため、第１排気導入路３５ａでの圧力損失が小さくなり、第１タービンスクロール流路３７ａにおける圧力が高くなるので、第１タービンスクロール流路３７ａから第２タービンスクロール流路３７ｂへ第１舌部４３ａの近傍を通って排気ガスが漏れ流れやすい。また、第１タービンスクロール流路３７ａにおける圧力が高いので、翼体１７ｂが第２舌部４３ｂと対向する際に排気ガスから受ける衝撃が大きくなりやすい。よって、タービン翼車１７の翼振動の低減と、排気ガスの漏れ流れの抑制とを両立する観点では、第１舌部４３ａとタービン翼車１７との距離Ｄ１は、第２舌部４３ｂとタービン翼車１７との距離Ｄ２よりも小さいことが好ましい。

上記では、タービン翼車１７がラジアル式（つまり、リーディングエッジＥ１がタービン翼車１７の回転軸と平行に延びているタイプ）である例を説明したが、リーディングエッジＥ１の形状は上記の例に限定されない。例えば、タービン翼車１７は斜流式（つまり、リーディングエッジＥ１が排出流路２７側に向かうにつれて径方向外側に傾斜するタイプ）であってもよい。また、タービン翼車１７が斜流式である場合、舌部４３のタービン翼車１７に面する部分は、リーディングエッジＥ１に沿って延びていてもよい。つまり、舌部４３のタービン翼車１７に面する部分は、排出流路２７側に向かうにつれて径方向外側に傾斜してもよい。

図５は、本開示の第２の実施形態のタービンＴ２における図２の断面図と対応する断面図である。第２の実施形態のタービンＴ２では、第１の実施形態のタービンＴ１と比較して、第１舌部４３ａと第２舌部４３ｂとがタービン翼車１７の周方向に不等間隔に配置される点が異なる。つまり、第１舌部４３ａの周方向位置は、第２舌部４３ｂの周方向位置に対して、１８０°と異なる角度でずれている。

図５の例では、第１舌部４３ａは、図２の例と比較して、タービン翼車１７の回転方向ＲＤに所定角度進んだ位置に設けられている。ゆえに、第１スクロール出口３９ａの周方向の長さが、第２スクロール出口３９ｂの周方向の長さよりも長くなっている。なお、図５の例と異なり、第１スクロール出口３９ａの周方向の長さが、第２スクロール出口３９ｂの周方向の長さよりも短くなっていてもよい。

本実施形態では、上述したように、第１舌部４３ａと第２舌部４３ｂとが、タービン翼車１７の周方向に不等間隔に配置される。これにより、タービン翼車１７の各翼体１７ｂが各舌部４３と対向するタイミングの周期性を崩すことができる。ゆえに、各翼体１７ｂに排気ガスが衝突するタイミングの周期性を崩すことができる。その結果、タービン翼車１７の回転数の２倍の周波数を有する励振力がより抑制され、翼振動がより低減される。

図６は、本開示の第３の実施形態のタービンＴ３における図３の断面図と対応する断面図である。第３の実施形態のタービンＴ３では、第１舌部４３ａの形状が、第１の実施形態のタービンＴ１における第１舌部４３ａの形状とは異なる。ただし、第３の実施形態のタービンＴ３では、第２舌部４３ｂの形状は、第１の実施形態のタービンＴ１における第２舌部４３ｂの形状と同様である。つまり、第３の実施形態のタービンＴ３では、第１舌部４３ａの形状と第２舌部４３ｂの形状とが互いに異なる。

図６では、第１舌部４３ａのタービン翼車１７に面する部分（具体的には、リーディングエッジＥ１に面する部分）のうち、タービン翼車１７の回転軸方向の中央部Ｐ１と、当該回転軸方向の両端部Ｐ２、Ｐ３との形状が示されている。なお、以下では、タービン翼車１７の回転軸方向を単に回転軸方向とも呼ぶ。

端部Ｐ２は、第１舌部４３ａのタービン翼車１７に面する部分のうち排出流路２７側の端部（つまり、左端部）である。端部Ｐ２の軸方向位置は、リーディングエッジＥ１の左端部の軸方向位置と一致する。端部Ｐ３は、第１舌部４３ａのタービン翼車１７に面する部分のうち排出流路２７側と逆側の端部（つまり、右端部）である。端部Ｐ３の軸方向位置は、リーディングエッジＥ１の右端部の軸方向位置と一致する。中央部Ｐ１は、第１舌部４３ａのタービン翼車１７に面する部分のうち端部Ｐ２と端部Ｐ３との間の部分である。中央部Ｐ１の軸方向位置は、リーディングエッジＥ１の中央部の軸方向位置と一致する。

第１舌部４３ａのタービン翼車１７に面する部分において、回転軸方向の両端部Ｐ２、Ｐ３は、回転軸方向の中央部Ｐ１に対してタービン翼車１７の径方向外側に窪んでいる。中央部Ｐ１は、タービン翼車１７の回転軸と平行に延びている。翼体１７ｂが第１舌部４３ａに最も接近したときに、両端部Ｐ２、Ｐ３とリーディングエッジＥ１との距離（隙間）は、中央部Ｐ１とリーディングエッジＥ１との距離（隙間）よりも大きくなっている。つまり、第１舌部４３ａは、中央部Ｐ１において、タービン翼車１７と最も接近する。なお、図６の例では、各端部Ｐ２、Ｐ３と中央部Ｐ１との接続部分が湾曲している。ただし、各端部Ｐ２、Ｐ３と中央部Ｐ１との接続部分は屈曲していてもよい。

ここで、タービンスクロール流路３７内の排気ガスの流れでは、壁面近傍で境界層が生じ流速が小さくなる。タービンスクロール流路３７のうち収容部２９と接続される部分の内周側には、スクロール出口３９が形成されるので壁面が存在しない。ゆえに、タービンスクロール流路３７のうち収容部２９と接続される部分では、排気ガスの流速の周方向の成分が、回転軸方向の端側と比べて回転軸方向の中央側で大きくなる。よって、第１舌部４３ａとタービン翼車１７との距離が仮に回転軸方向の位置によらず一定である場合には、第１舌部４３ａの中央部Ｐ１の近傍で排気ガスの漏れ流れが生じやすくなる。

上記のように、第１舌部４３ａの両端部Ｐ２、Ｐ３は、第１舌部４３ａの中央部Ｐ１に対してタービン翼車１７の径方向外側に窪んでいる。これにより、第１舌部４３ａの中央部Ｐ１が、他の部分よりもタービン翼車１７に接近する。ゆえに、タービンスクロール流路３７内で排気ガスの流速の周方向の成分が大きくなる回転軸方向の中央側において、第１舌部４３ａをタービン翼車１７に極力接近させ、一方で、タービンスクロール流路３７内で排気ガスの流速の周方向の成分が小さくなる回転軸方向の端側において、第１舌部４３ａをタービン翼車１７から離隔させることができる。よって、例えば、第１舌部４３ａ全体を回転軸方向の位置によらずに一律にタービン翼車１７に接近させた場合と比べて、タービン翼車１７の翼振動の低減と、排気ガスの漏れ流れの抑制とが両立される。

ここで、第１舌部４３ａの中央部Ｐ１の回転軸方向の長さＬ１が長いほど、排気ガスの漏れ流れを抑制する効果が高まる。一方、第１舌部４３ａの端部Ｐ２の回転軸方向の長さＬ２、および、第１舌部４３ａの端部Ｐ３の回転軸方向の長さＬ３の合計が長いほど、タービン翼車１７の翼振動を低減する効果が高まる。ゆえに、長さＬ２および長さＬ３の合計よりも長さＬ１が長い場合、排気ガスの漏れ流れが効果的に抑制される。一方、長さＬ１よりも長さＬ２および長さＬ３の合計が長い場合、タービン翼車１７の翼振動が効果的に抑制される。ただし、長さＬ１と、長さＬ２および長さＬ３の合計とは、略一致していてもよい。

図６の例では、端部Ｐ２の回転軸方向の長さＬ２と、端部Ｐ３の回転軸方向の長さＬ３とが略一致しているが、長さＬ２と長さＬ３との大小関係は、この例に限定されない。

例えば、長さＬ２は長さＬ３よりも長くてもよい。この場合、リーディングエッジＥ１のシュラウド側（シュラウド部２９ａ側）において、リーディングエッジＥ１と第１舌部４３ａとの距離が大きい領域が広くなるので、リーディングエッジＥ１のうちシュラウド側の部分に働く励振力が小さくなる。そのため、この部分で振動変位が大きくなる振動モードに対して、振動応答を抑制できる。

例えば、長さＬ３は長さＬ２よりも長くてもよい。ここで、リーディングエッジＥ１のハブ側（つまり、シュラウド側と逆側）の部分の付近で剥離渦が生じることがあるが、この剥離渦はリーディングエッジＥ１のシュラウド側の部分の付近での流れ場を変動させ、この部分で振動変位が大きくなる振動モードに対して励振源となることがある。長さＬ３が長さＬ２よりも長い場合、リーディングエッジＥ１のハブ側において、リーディングエッジＥ１と第１舌部４３ａとの距離が大きい領域が広くなるので、リーディングエッジＥ１のハブ側の部分での流れ場の変動が小さくなり、剥離渦の変動も小さくなる。そのため、リーディングエッジＥ１のシュラウド側の部分で振動変位が大きくなる振動モードに対して振動応答を抑制できる場合がある。

本実施形態では、上述したように、第１舌部４３ａの形状と第２舌部４３ｂの形状とが互いに異なる。これにより、各翼体１７ｂが第１舌部４３ａと対向する際に排気ガスから受ける衝撃の大きさと、各翼体１７ｂが第２舌部４３ｂと対向する際に排気ガスから受ける衝撃の大きさとの差が、より大きくなる。これにより、各翼体１７ｂが舌部４３と対向する周期と、各翼体１７ｂが同一の大きさの衝撃を受ける周期とをより異ならせやすくすることができる。その結果、タービン翼車１７の回転数の２倍の周波数を有する励振力がより抑制され、翼振動がより低減される。特に、第１舌部４３ａの両端部Ｐ２、Ｐ３が、第１舌部４３ａの中央部Ｐ１に対してタービン翼車１７の径方向外側に窪んでいるので、タービン翼車１７の翼振動の低減と、排気ガスの漏れ流れの抑制とを両立する効果も奏される。

上記では、第１舌部４３ａにおいて、両端部Ｐ２、Ｐ３が中央部Ｐ１に対して径方向外側に窪んでいる例を説明したが、端部Ｐ２、Ｐ３の一方のみが中央部Ｐ１に対して径方向外側に窪んでいてもよい。例えば、端部Ｐ２、Ｐ３のうち左側の端部Ｐ２のみが中央部Ｐ１に対して径方向外側に窪んでいてもよい。例えば、端部Ｐ２、Ｐ３のうち右側の端部Ｐ３のみが中央部Ｐ１に対して径方向外側に窪んでいてもよい。これらの場合にも、上記と同様の効果が奏される。ただし、タービン翼車１７の翼振動の低減と、排気ガスの漏れ流れの抑制とを効果的に両立する観点では、両端部Ｐ２、Ｐ３が中央部Ｐ１に対して径方向外側に窪んでいることが好ましい。

上記では、中央部Ｐ１のいずれの部分も両端部Ｐ２、Ｐ３に対して径方向内側に位置している。ただし、中央部Ｐ１の一部が端部Ｐ２または端部Ｐ３に対して径方向外側に位置していてもよい。

上記では、タービン翼車１７の回転軸を含む断面において、第１舌部４３ａの形状と第２舌部４３ｂの形状とが互いに異なっている。ただし、タービン翼車１７の回転軸に交差する断面において、第１舌部４３ａの形状と第２舌部４３ｂの形状とが互いに異なっていてもよい。

上記では、タービン翼車１７がラジアル式である例を説明した。ただし、リーディングエッジＥ１の形状は、上述したように、斜流式であってもよい。その場合、第１舌部４３ａの中央部Ｐ１は、リーディングエッジＥ１に沿って延びていてもよい。つまり、中央部Ｐ１は、排出流路２７側に向かうにつれて径方向外側に傾斜してもよい。

上記では、第１舌部４３ａおよび第２舌部４３ｂのうち、第１舌部４３ａの形状のみが、第１の実施形態のタービンＴ１における第１舌部４３ａの形状と異なる。ただし、第１舌部４３ａおよび第２舌部４３ｂのうち、第２舌部４３ｂの形状のみが、第１の実施形態のタービンＴ１における第２舌部４３ｂの形状と異なっていてもよい。その場合、例えば、第２舌部４３ｂのタービン翼車１７に面する部分において、回転軸方向の少なくとも一方の端部が、回転軸方向の中央部に対して径方向外側に窪んでいてもよい。なお、第１舌部４３ａの形状、および、第２舌部４３ｂの形状の双方が、第１の実施形態のタービンＴ１における形状と異なっていてもよい。例えば、第１舌部４３ａおよび第２舌部４３ｂの双方のタービン翼車１７に面する部分において、回転軸方向の少なくとも一方の端部が、回転軸方向の中央部に対して径方向外側に窪んでいてもよい。

上記では、第１の実施形態のタービンＴ１に対して、第１舌部４３ａの形状と第２舌部４３ｂの形状とを互いに異ならせた第３の実施形態のタービンＴ３を説明した。ただし、第２の実施形態のタービンＴ２に対して、第１舌部４３ａの形状と第２舌部４３ｂの形状とを互いに異ならせてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本開示の実施形態について説明したが、本開示はかかる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。

上記では、タービンＴ１、Ｔ２、Ｔ３が過給機ＴＣに搭載される例を説明したが、タービンＴ１、Ｔ２、Ｔ３は、過給機ＴＣ以外の装置（例えば、発電機等）に搭載されてもよい。

上記では、第１排気導入口３３ａ、第１排気導入路３５ａおよび第１タービンスクロール流路３７ａと、第２排気導入口３３ｂ、第２排気導入路３５ｂおよび第２タービンスクロール流路３７ｂとが径方向に並んで形成される例を説明したが、排気流路３１における各構成要素間の位置関係は、この例に限定されない。例えば、第１排気導入口３３ａ、第１排気導入路３５ａおよび第１タービンスクロール流路３７ａと、第２排気導入口３３ｂ、第２排気導入路３５ｂおよび第２タービンスクロール流路３７ｂとが、部分的に軸方向に並んで形成されていてもよい。

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。

１７ タービン翼車
２９ 収容部
３７ タービンスクロール流路
３７ａ 第１タービンスクロール流路
３７ｂ 第２タービンスクロール流路
４３ 舌部
４３ａ 第１舌部
４３ｂ 第２舌部
Ｄ１ 距離
Ｄ２ 距離
Ｔ１ タービン
Ｔ２ タービン
Ｔ３ タービン
ＴＣ 過給機

Claims (5)

1. タービン翼車を収容する収容部と、
   前記タービン翼車に対して径方向外側に巻き回され、前記収容部と連通する第１タービンスクロール流路と、
   前記タービン翼車に対して径方向外側に巻き回され、前記収容部と前記第１タービンスクロール流路とが連通する位置に対して、前記タービン翼車の周方向の異なる位置で前記収容部と連通する第２タービンスクロール流路と、
   前記第１タービンスクロール流路の下流端に面する位置に設けられ、前記第１タービンスクロール流路と前記第２タービンスクロール流路とを区画する第１舌部と、
   前記第２タービンスクロール流路の下流端に面する位置に設けられ、前記第２タービンスクロール流路と前記第１タービンスクロール流路とを区画し、前記タービン翼車との距離が前記第１舌部と前記タービン翼車との距離とは異なる第２舌部と、
   を備える、
   タービン。
2. 前記第１舌部と前記第２舌部とは、前記タービン翼車の周方向に不等間隔に配置されている、
   請求項１に記載のタービン。
3. 前記第１舌部の形状と前記第２舌部の形状とは、互いに異なる、
   請求項１または２に記載のタービン。
4. 前記第１タービンスクロール流路は、前記第２タービンスクロール流路よりも径方向内側に位置し、
   前記第１舌部と前記タービン翼車との距離は、前記第２舌部と前記タービン翼車との距離よりも小さい、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のタービン。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のタービンを備える過給機。

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