JP2023118180A - タービン及び過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロバスト性を向上できるタービン、及び該タービンを備える過給機を提供する。【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外周側に形成されたスクロール流路からタービンインペラへ排ガスを導くための排ガス流路を形成する排ガス流路形成部であって、排ガス流路を画定するハブ側流路面及びシュラウド側流路面を含む排ガス流路形成部と、排ガス流路に配置されてハブ側流路面又はシュラウド側流路面の少なくとも一方に固定された少なくとも１つのノズルベーンと、を備え、少なくとも１つのノズルベーンのタービンインペラの軸方向における長さである翼高さＷ１は、タービンインペラの翼前縁位置における排ガス流路の軸方向における長さである流路幅Ｗ０よりも小さい。【選択図】 図２

Description

本開示は、タービン及び該タービンを備える過給機に関する。

過給機のタービンには、タービン翼と、タービン翼よりもエンジンの排気流路における上流側に設けられる複数のノズル翼と、を備えるものがある。複数のノズル翼は、タービン翼の径方向における外側に配置される。上記タービンは、ノズル翼がタービン翼に導かれる排ガスを膨張及び加速させることで、エネルギーの回収効率を向上させるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２１－１２４０２０号公報

エンジンの排気流路を流れる排ガスには、気化した燃料や潤滑油などが含まれることがあり、ノズル翼などの排ガスに曝される部分には、カーボン（粉塵）が堆積し易い。ノズル翼の翼面にカーボンが堆積すると、ノズル翼のスロート面積が小さくなるので、サージングの発生を招く虞がある。カーボンの堆積に対する対策として、早期のメンテナンスやノズル翼の洗浄が必要となるので、過給機や過給機を搭載するエンジンの連続運転が困難になっているという問題がある。このため、カーボン堆積に対するタービン（具体的には、ノズル翼）のロバスト性の向上が求められている。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、ロバスト性を向上できるタービン、及び該タービンを備える過給機を提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態にかかるタービンは、
タービンインペラと、
前記タービンインペラの外周側に形成されたスクロール流路から前記タービンインペラへ排ガスを導くための排ガス流路を形成する排ガス流路形成部であって、前記排ガス流路を画定するハブ側流路面及びシュラウド側流路面を含む排ガス流路形成部と、
前記排ガス流路に配置されて前記ハブ側流路面又は前記シュラウド側流路面の少なくとも一方に固定された少なくとも１つのノズルベーンと、を備え、
前記少なくとも１つのノズルベーンの前記タービンインペラの軸方向における長さである翼高さＷ１は、前記タービンインペラの翼前縁位置における前記排ガス流路の前記軸方向における長さである流路幅Ｗ０よりも小さい。

本発明の少なくとも一実施形態にかかる過給機は、
前記タービンと、
前記タービンにより駆動されるように構成された遠心圧縮機と、を備える。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、ロバスト性を向上できるタービン、及び該タービンを備える過給機が提供される。

一実施形態に係るタービンの軸線に沿った断面を示す概略断面図である。 一実施形態に係るタービンの軸線よりも一方側の軸線に沿った断面を示す概略断面図である。 一実施形態に係るタービンのハブ側流路面及び複数のノズルベーンをシュラウド側から視た状態を示す概略図である。 比較例に係るタービンの軸線よりも一方側の軸線に沿った断面を示す概略断面図である。 比較例に係るタービンのハブ側流路面及び複数のノズルベーンをシュラウド側から視た状態を示す概略図である。 タービンのノズルスロート形状に応じたカーボンの堆積量を説明するための説明図である。 一実施形態に係るタービンのカーボンの堆積による有効ノズルスロート面積の変化を説明するための説明図である。 一実施形態に係る過給機の概略図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（タービンの基本構成）
図１は、一実施形態に係るタービンの軸線に沿った断面を示す概略断面図である。幾つかの実施形態に係るタービン１は、図１に示されるように、タービンインペラ（以下、インペラ）２と、インペラ２を回転可能に収容するように構成されるケーシング３と、を備える。なお、本開示にかかるタービン１は、例えば、自動車用、舶用又は産業用（例えば、陸上発電用）の過給機１０などに搭載可能である。

インペラ２は、ケーシング３の内部に収容された軸受（不図示）に支持されることで、インペラ２の軸線ＬＡを中心として回転可能に構成される。以下、インペラ２の軸線ＬＡが延在する方向をインペラ２（タービン１）の軸方向とし、軸線ＬＡに直交する方向をインペラ２（タービン１）の径方向と定義する。インペラ２は、インペラ２の径方向における外側から導入される排ガスを、インペラ２の軸方向に沿ってタービン１の出口側（図１中右側）に導くように構成される。

以下、上記軸方向における上記タービン１の出口側をシュラウド側とし、シュラウド側とは反対側をハブ側とする。以下の説明では、単に上流側と呼ぶ場合、方向の説明にかかる部位や領域における流体の主たる流れの方向に沿った上流側を指すものとする。同様に、以下の説明では、単に下流側と呼ぶ場合、方向の説明にかかる部位や領域における流体の主たる流れの方向に沿った下流側を指すものとする。

インペラ２は、ハブ２１と、ハブ２１の外面２２に立設された複数のインペラ翼２３と、を含む。複数のインペラ翼２３の各々は、インペラ２の周方向に互いに間隔をあけて配置されている。複数のインペラ翼２３の各々の先端２４は、ケーシング３の内面であるシュラウド面３１に対して、所定の隙間を存して配置される。

（ケーシング）
ケーシング３は、図１に示されるように、上述したシュラウド面３１を有するシュラウド部３２と、インペラ２の外周側にスクロール流路３３を形成するスクロール流路形成部３４と、スクロール流路３３からインペラ２へ排ガスを導くための排ガス流路３５を形成する排ガス流路形成部３６と、を含む。スクロール流路３３及び排ガス流路３５の夫々は、ケーシング３の内部に形成される。

スクロール流路３３は、インペラ２の外周側に設けられる渦状流路からなる。この渦状流路は、インペラ２の外周側（径方向における外側）を囲むように、インペラ２の周方向に沿って延在している。排ガス流路３５は、インペラ２の外周側（径方向における外側）を囲むように、インペラ２の径方向においてスクロール流路３３とインペラ２との間に設けられる。

図示される実施形態では、排ガス流路３５は、インペラ２の周方向に沿って延在する環状に形成されており、排ガス流路３５の上流端（外周端）がスクロール流路３３に連通している。排ガス流路３５は、図１に示されるような、インペラ２の軸方向に沿った断面において、インペラ２の径方向に沿って延在している。ケーシング３の内部に導入された排ガスは、スクロール流路３３を通り、その次に排ガス流路３５を通った後に、インペラ２に導かれて、インペラ２を回転させる。

排ガス流路形成部３６は、排ガス流路３５を画定するハブ側流路面４及びシュラウド側流路面５を含む。シュラウド側流路面５は、ハブ側流路面４よりもシュラウド側に設けられて、排ガス流路３５を挟んでハブ側流路面４と対向している。ハブ側流路面４は、排ガス流路３５のハブ側（図１中左側）を画定し、シュラウド側流路面５は、排ガス流路３５のシュラウド側（図１中右側）を画定している。図示される実施形態では、ハブ側流路面４及びシュラウド側流路面５の夫々は、インペラ２の外周側において、インペラ２の周方向に沿って延在する環状に形成されている。

（ノズルベーン）
図２は、一実施形態に係るタービンの軸線よりも一方側の軸線に沿った断面を示す概略断面図である。図３は、一実施形態に係るタービンのハブ側流路面及び複数のノズルベーンをシュラウド側から視た状態を示す概略図である。
上述したタービン１は、図２及び図３に示されるように、排ガス流路３５に配置されてハブ側流路面４又はシュラウド側流路面５の少なくとも一方に固定された少なくとも１つのノズルベーン６をさらに備える。図示される実施形態では、上述した少なくとも１つのノズルベーン６は、インペラ２の周方向に互いに間隔をあけて配置された複数のノズルベーン６を含む。

図示される実施形態では、排ガス流路形成部３６は、ハブ側流路面４を有する環状部材４０を含む。複数のノズルベーン６の各々は、環状部材４０と一体的に形成され、その軸方向におけるハブ側の端面がハブ側流路面４に接続されている。これにより、複数のノズルベーン６の各々は、ハブ側流路面４に固定されている。

複数のノズルベーン６の各々は、図３に示されるように、ノズルベーン６の翼厚中心を通る翼厚中心ラインＣＬの延在方向における一端に設けられる前縁６１と、ノズルベーン６の翼厚中心ラインＣＬの延在方向における他端に設けられる後縁６２と、前縁６１から後縁６２までに亘り夫々が延在する内側翼面６３及び外側翼面６４と、を含む。複数のノズルベーン６の各々は、その後縁６２がその前縁６１よりもインペラ２の径方向における内側に設けられる。複数のノズルベーン６の各々は、その内側翼面６３がその外側翼面６４とは翼厚中心ラインＣＬを挟んで反対側に、且つその外側翼面６４よりも径方向における内側に設けられる。ノズルベーン６の前縁６１、後縁６２、内側翼面６３及び外側翼面６４により、排ガス流路３５に面する翼面が構成される。

（スロート）
図３に示されるように、インペラ２の周方向に沿って互いに隣接する一対のノズルベーン６、６間の流路面積が最小になる位置をスロートＴとする。スロートＴにおける一対のノズルベーン６、６間の流路面積をノズルスロート面積とし、スロートＴにおける排ガス流路３５の軸方向における長さをノズルスロート高さとし、スロートＴにおける一対のノズルベーン６、６間の長さをノズルスロート幅とする。

（翼高さＷ１と流路幅Ｗ０の関係）
幾つかの実施形態に係るタービン１は、図２に示されるように、上述した上述したハブ側流路面４及びシュラウド側流路面５を含む排ガス流路形成部３６と、上述した少なくとも１つのノズルベーン６と、を備える。少なくとも１つのノズルベーン６のインペラ２の軸方向における長さである翼高さＷ１は、インペラ２の翼前縁位置における排ガス流路３５の軸方向における長さである流路幅Ｗ０よりも小さい。インペラ２の翼前縁位置は、ケーシング３の内部にインペラ２が配置されたときに、ケーシング３上におけるインペラ２の前縁２５が配置される位置である。

図２及び図３に示される実施形態では、ハブ側流路面４は、インペラ２の前縁２５のハブ側端２６よりもシュラウド側に突出する段差４２を有する。これにより、複数のノズルベーン６の各々は、その翼高さＷ１が流路幅Ｗ０よりも小さくなっている。なお、ハブ側流路面４に段差４２を設ける代わりに、シュラウド側流路面５にハブ側に突出する段差を設けることで、翼高さＷ１を流路幅Ｗ０よりも小さくしてもよい。

（比較例に係るタービン）
図４は、比較例に係るタービンの軸線よりも一方側の軸線に沿った断面を示す概略断面図である。図５は、比較例に係るタービンのハブ側流路面及び複数のノズルベーンをシュラウド側から視た状態を示す概略図である。比較例に係るタービン１Ａは、図４及び図５に示されるように、環状部材４０Ａのハブ側流路面４Ａからシュラウド側に突出する段差や、シュラウド側流路面５からハブ側に突出する段差を有しない。ハブ側流路面４Ａは、インペラ２の軸方向において、インペラ２の前縁２５のハブ側端２６と同じ位置に設けられる。複数のノズルベーン６Ａの各々の、インペラ２の軸方向における長さである翼高さＷ２は、インペラ２の翼前縁位置における排ガス流路３５の軸方向における長さである流路幅Ｗ０と同じ長さになっている。本実施形態における複数のノズルベーン６の各々の翼高さＷ１は、複数のノズルベーン６Ａの各々の翼高さＷ２よりも小さい。

（ノズルスロート形状に応じたカーボンの堆積量）
図６は、タービンのノズルスロート形状に応じたカーボンの堆積量を説明するための説明図である。図６では、本実施形態に係るタービン１のノズルスロート高さ（ノズルベーン６の翼高さ）ＴＨが、比較例に係るタービン１Ａのノズルスロート高さ（ノズルベーン６Ａの翼高さ）ＴＨ１よりも小さくなっている。なお、図６では、タービン１のノズルスロート幅ＴＷを、タービン１Ａのノズルスロート幅ＴＷ１よりも大きくすることで、タービン１とタービン１Ａのノズルスロート面積ＴＡが同じになっている。図６に示されるように、ノズルスロート高さ（ノズルベーンの翼高さ）が大きい程、ノズルベーン６、６Ａの翼面（内側翼面６３、６３Ａ、外側翼面６４、６４Ａ等）の面積が大きくなり、ノズルベーン６の翼面に付着するカーボンの堆積量が増量する。なお、ハブ側流路面４及びシュラウド側流路面５は、ノズルベーン６の翼面に比べて、カーボンの堆積量が少ない傾向がある。

（有効ノズルスロート面積の変化）
図７は、一実施形態に係るタービンのカーボンの堆積による有効ノズルスロート面積の変化を説明するための説明図である。図７では、タービンの稼働期間ＷＴを横軸とし、ノズルスロート面積ＴＡから上記閉塞面積を除いた有効ノズルスロート面積ＥＴＡを縦軸とするグラフが示されている。図７中におけるＳＬは、サージング限界であり、有効ノズルスロート面積ＥＴＡがサージング限界ＳＬ以下になると、サージングが発生する可能性が高い。図７中におけるＬ１は、図６に示されるタービン１Ａの稼働期間ＷＴに応じた有効ノズルスロート面積ＥＴＡの変化を示す近似直線であり、期間ＷＴ１において有効ノズルスロート面積ＥＴＡがサージング限界ＳＬに至る。図７中におけるＬ２は、図６に示されるタービン１の稼働期間ＷＴに応じた有効ノズルスロート面積ＥＴＡの変化を示す近似直線であり、期間ＷＴ２において有効ノズルスロート面積ＥＴＡがサージング限界ＳＬに至る。図７に示されるように、期間ＷＴ２は、期間ＷＴ１よりも大きい。すなわち、タービン１は、タービン１Ａよりもサージング限界ＳＬに至るまでの稼働期間を長くすることができる。

本実施形態では、少なくとも１つのノズルベーン６の翼高さＷ１を、インペラ２の翼前縁位置における排ガス流路３５の流路幅Ｗ０よりも小さくすることで、翼高さＷ１が流路幅Ｗ０と同じ長さの場合に比べて、ノズルベーン６の翼面の面積が小さくなるので、カーボンの堆積量を減少させることができる。これにより、ノズルベーン６の翼面に付着したカーボンがノズルスロート面積ＴＡを閉塞する面積（閉塞面積）を低減できる。閉塞面積を低減することで、タービン１のメンテナンスの頻度を減らすことができ、タービン１やタービン１を備える過給機１０の運転時間を延ばすことができる。このようなタービン１によれば、ノズルスロート面積ＴＡへのカーボンの堆積による悪影響を低減できるため、タービン１のロバスト性を向上できる。

幾つかの実施形態では、上述した複数のノズルベーン６の各々は、所望のノズルスロート幅ＴＷとなるように、インペラ２の軸線ＬＡからノズルベーン６の後縁６２までの距離Ｄ１（図３参照）が決定されている。

上記の構成によれば、単に翼高さＷ１を流路幅Ｗ０よりも小さくすると、翼高さＷ１が流路幅Ｗ０と同じ長さの場合に比べて、ノズルスロート面積が小さくなる。翼高さＷ１を流路幅Ｗ０よりも小さくした場合において、翼高さＷ１が流路幅Ｗ０と同じ長さの場合と同様のノズルスロート面積ＴＡを確保するためには、翼高さＷ１が流路幅Ｗ０と同じ長さの場合よりもノズルスロート幅ＴＷを長くする必要がある（図６参照）。

図３に示されるタービン１のインペラ２の軸線ＬＡからノズルベーン６の後縁６２までの距離Ｄ１は、図５に示されるタービン１Ａのインペラ２の軸線ＬＡからノズルベーン６Ａの後縁６２Ａまでの距離Ｄ２よりも大きくなっている。このように、翼高さＷ１を流路幅Ｗ０よりも小さくした場合に、翼高さＷ１が流路幅Ｗ０と同じ長さの場合よりもインペラ２の軸線ＬＡからノズルベーン６の後縁６２までの距離Ｄ１を大きくすることで、ノズルスロート幅ＴＷを広げることができる。複数のノズルベーン６の各々について、インペラ２の軸線ＬＡからノズルベーン６の後縁６２までの距離Ｄ１を調整することで、所望のノズルスロート幅ＴＷや所望のノズルスロート面積ＴＡを確保でき、ひいてはタービン１やタービン１を備える過給機１０の性能も確保できる。

幾つかの実施形態では、上述した複数のノズルベーン６の各々は、インペラ２の軸線ＬＡを中心としてノズルベーン６の後縁６２を通る仮想円ＶＣの後縁６２における接線ＴＬ１と、ノズルベーン６のインペラ２側の翼面（内側翼面６３）の後縁６２における接線ＴＬ２とのなす角度を置き角度θと定義した場合において、所望のノズルスロート幅ＴＷとなるように、置き角度θが決定されている。

上記の構成によれば、単に翼高さＷ１を流路幅Ｗ０よりも小さくすると、翼高さＷ１が流路幅Ｗ０と同じ長さの場合に比べて、ノズルスロート面積が小さくなる。翼高さＷ１を流路幅Ｗ０よりも小さくした場合において、翼高さＷ１が流路幅Ｗ０と同じ長さの場合と同様のノズルスロート面積ＴＡを確保するためには、翼高さＷ１が流路幅Ｗ０と同じ長さの場合よりもノズルスロート幅ＴＷを長くする必要がある（図６参照）。

図５に示されるように、比較例に係るタービン１Ａの上記置き角度θに相当する角度を置き角度θ１とする。置き角度θ１は、仮想円ＶＣの後縁６２Ａにおける接線と、ノズルベーン６Ａの内側翼面６３Ａの後縁６２Ａにおける接線とのなす角度である。図３に示されるタービン１の置き角度θは、図５に示されるタービン１Ａの置き角度θ１よりも大きくなっている。このように、翼高さＷ１を流路幅Ｗ０よりも小さくした場合に、翼高さＷ１が流路幅Ｗ０と同じ長さの場合よりも置き角度θを大きくすることで、ノズルスロート幅ＴＷを広げることができる。複数のノズルベーン６の各々について、置き角度θを調整することで、所望のノズルスロート幅ＴＷや所望のノズルスロート面積ＴＡを確保でき、ひいてはタービン１やタービン１を備える過給機１０の性能も確保できる。

（段差）
幾つかの実施形態では、図２及び図３に示されるように、上述したハブ側流路面４は、シュラウド側流路面５との間に少なくとも１つのノズルベーン６を挟む領域に形成される平坦面４１を含む。平坦面４１は、インペラ２の軸方向におけるインペラ２の前縁２５のハブ側端２６よりもシュラウド側に位置してインペラ２の径方向に沿って延在している。図示される実施形態では、平坦面４１は、インペラ２の周方向に沿って延在する環状面からなる。

上記の構成によれば、ハブ側流路面４に、インペラ２の前縁２５のハブ側端２６よりもシュラウド側に突出する平坦面４１を頂面とする段差４２を設けることで、翼高さＷ１を流路幅Ｗ０よりも小さくできる。段差４２をハブ側流路面４に設けることで、段差４２をシュラウド側流路面５に設ける場合に比べて、排ガス流路３５における流路損失を低減でき、タービン１の性能低下を抑制できる。

（段差の内側傾斜面）
幾つかの実施形態では、図２及び図３に示されるように、上述したハブ側流路面４は、平坦面４１よりもインペラ２の径方向における内側に、径方向における内側に向かうにつれてハブ側に傾斜する内側傾斜面４３をさらに含む。

図示される実施形態では、内側傾斜面４３は、インペラ２の周方向に沿って延在する環状面からなる。内側傾斜面４３の外周縁は、平坦面４１の内周縁に連なる。また、内側傾斜面４３の内周縁は、環状部材４０のハブ側流路面４の内周縁を構成する。なお、内側傾斜面４３の内周縁位置における排ガス流路３５の軸方向における長さ（流路幅）は、流路幅Ｗ０と同じ長さになっていることが好ましい。

上記の構成によれば、ハブ側流路面４に設けられる段差４２が内側傾斜面４３を含むことで、排ガス流路３５の少なくとも１つのノズルベーン６よりも下流側（径方向における内側）において、排ガス流路３５の流路断面積を徐々に増加させることができる。これにより、排ガス流路３５を流れる排ガスの一部を内側傾斜面４３に沿ってインペラ２の前縁２５のハブ側に導くことができるため、段差４２によるタービン１の性能低下を抑制できる。仮に段差４２が内側傾斜面４３を含まない場合には、インペラ２の前縁２５の軸方向の領域において、排ガスが供給されない領域が発生し、インペラ２の有効面積が低下する虞がある。また、段差４２が内側傾斜面４３を含まない場合には、排ガスの流れ方向における段差４２よりも下流側において、排ガス流れの渦や剥離が発生する虞がある。

（段差の外側傾斜面）
幾つかの実施形態では、図２及び図３に示されるように、上述したハブ側流路面４は、平坦面４１よりもインペラ２の径方向における外側に、径方向における外側に向かうにつれてハブ側に傾斜する外側傾斜面４４をさらに含む。図示される実施形態では、外側傾斜面４４は、インペラ２の周方向に沿って延在する環状面からなる。

図示される実施形態では、外側傾斜面４４は、インペラ２の周方向に沿って延在する環状面からなる。外側傾斜面４４の内周縁は、平坦面４１の外周縁に連なる。また、外側傾斜面４４の外周縁は、環状部材４０のハブ側流路面４の外周縁を構成する。なお、外側傾斜面４４の外周縁位置における排ガス流路３５の軸方向における長さ（流路幅）は、流路幅Ｗ０と同じ長さになっていてもよい。

上記の構成によれば、ハブ側流路面４に設けられる段差４２が外側傾斜面４４を含むことで、排ガス流路３５の少なくとも１つのノズルベーン６よりも上流側（径方向における外側）において、排ガス流路３５の流路断面積を徐々に減少させることができる。これにより、段差４２による排ガス流路３５における流路損失を低減できるため、段差４２によるタービン１の性能低下を抑制できる。

（外側傾斜面と内側傾斜面の傾斜角度）
幾つかの実施形態では、図２に示されるように、上述したハブ側流路面４は、外側傾斜面４４の傾斜角度αが、内側傾斜面４３の傾斜角度βよりも小さくなるように構成される。外側傾斜面４４の傾斜角度αは、平坦面４１を延長した仮想延長面ＶＬと外側傾斜面４４とがなす角度である。内側傾斜面４３の傾斜角度βは、仮想延長面ＶＬと内側傾斜面４３とがなす角度である。

上記の構成によれば、外側傾斜面４４の傾斜角度αを内側傾斜面４３の傾斜角度βよりも小さくすることで、排ガス流路３５の少なくとも１つのノズルベーン６よりも上流側（径方向における外側）において、排ガス流路３５の流路断面積を緩やかに減少させることができる。これにより、段差４２による排ガス流路３５における流路損失を効果的に低減できる。

（過給機）
図８は、一実施形態に係る過給機の概略図である。幾つかの実施形態に係る過給機１０は、上述したロバスト性を向上させたタービン１と、タービン１により駆動されるように構成された遠心圧縮機１１と、を備える。遠心圧縮機１１は、コンプレッサインペラ１２を含み、過給機１０は、インペラ２が一端側に連結され、且つコンプレッサインペラ１２が他端側に連結される回転シャフト１３をさらに備える。エンジン１４からの排ガスによりインペラ２が回転駆動する。コンプレッサインペラ１２は、インペラ２の回転駆動に連動して回転駆動し、エンジン１４に送られる流体（例えば、空気等）を圧縮する。

本開示の幾つかの実施形態は、比較例に係るタービン１Ａをタービン１に改造するタービンの改造方法にも適用可能である。タービン１Ａのケーシング３から複数のノズルベーン６Ａが固定された環状部材４０Ａを取り外し、複数のノズルベーン６が固定された環状部材４０を新たにケーシング３に取り付けることで、タービン１Ａをタービン１に改造できる。

本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

上述した幾つかの実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握されるものである。

１）本開示の少なくとも一実施形態にかかるタービン（１）は、
タービンインペラ（２）と、
前記タービンインペラ（２）の外周側に形成されたスクロール流路（３３）から前記タービンインペラ（２）へ排ガスを導くための排ガス流路（３５）を形成する排ガス流路形成部（３６）であって、前記排ガス流路（３５）を画定するハブ側流路面（４）及びシュラウド側流路面（５）を含む排ガス流路形成部（３６）と、
前記排ガス流路（３５）に配置されて前記ハブ側流路面（４）又は前記シュラウド側流路面（５）の少なくとも一方に固定された少なくとも１つのノズルベーン（６）と、を備え、
前記少なくとも１つのノズルベーン（６）の前記タービンインペラ（２）の軸方向における長さである翼高さＷ１は、前記タービンインペラ（２）の翼前縁位置における前記排ガス流路（３５）の前記軸方向における長さである流路幅Ｗ０よりも小さい。

上記１）の構成によれば、少なくとも１つのノズルベーンの翼高さＷ１を、タービンインペラ（２）の翼前縁位置における排ガス流路（３５）の流路幅Ｗ０よりも小さくすることで、翼高さＷ１が流路幅Ｗ０と同じ長さの場合に比べて、ノズルベーン（６）の翼面の面積が小さくなるので、カーボンの堆積量を減少させることができる。これにより、ノズルベーン（６）の翼面に付着したカーボンがノズルスロート面積を閉塞する面積（閉塞面積）を低減できる。閉塞面積を低減することで、タービン（１）のメンテナンスの頻度を減らすことができ、タービン（１）やタービン（１）を備える過給機（１０）の運転時間を延ばすことができる。このようなタービン（１）によれば、ノズルスロート面積へのカーボンの堆積による悪影響を低減できるため、タービン（１）のロバスト性を向上できる。

２）幾つかの実施形態では、上記１）に記載のタービン（１）であって、
前記少なくとも１つのノズルベーン（６）は、前記タービンインペラ（２）の周方向に互いに間隔をあけて配置された複数のノズルベーン（６）を含み、
前記複数のノズルベーン（６）の各々は、所望のノズルスロート幅となるように、前記タービンインペラ（２）の軸線（ＬＡ）から前記ノズルベーン（６）の後縁（６２）までの距離（Ｄ１）が決定された。

上記２）の構成によれば、単に翼高さＷ１を流路幅Ｗ０よりも小さくすると、翼高さＷ１が流路幅Ｗ０と同じ長さの場合に比べて、ノズルスロート面積が小さくなる。翼高さＷ１を流路幅Ｗ０よりも小さくした場合において、翼高さＷ１が流路幅Ｗ０と同じ長さの場合と同様のノズルスロート面積を確保するためには、翼高さＷ１が流路幅Ｗ０と同じ長さの場合よりもノズルスロート幅を長くする必要がある。翼高さＷ１を流路幅Ｗ０よりも小さくした場合に、翼高さＷ１が流路幅Ｗ０と同じ長さの場合よりもタービンインペラ（２）の軸線（ＬＡ）からノズルベーン（６）の後縁（６２）までの距離（Ｄ１）を大きくすることで、ノズルスロート幅を広げることができる。複数のノズルベーン（６）の各々について、タービンインペラ（２）の軸線（ＬＡ）からノズルベーン（６）の後縁（６２）までの距離（Ｄ１）を調整することで、所望のノズルスロート幅や所望のノズルスロート面積を確保でき、ひいてはタービン（１）やタービン（１）を備える過給機（１０）の性能も確保できる。

３）幾つかの実施形態では、上記１）又は上記２）に記載のタービン（１）であって、
前記少なくとも１つのノズルベーン（６）は、前記タービンインペラ（２）の周方向に互いに間隔をあけて配置された複数のノズルベーン（６）を含み、
前記複数のノズルベーン（６）の各々は、前記タービンインペラ（２）の軸線（ＬＡ）を中心として前記ノズルベーン（６）の後縁（６２）を通る仮想円（ＶＣ）の前記後縁（６２）における接線（ＴＬ１）と、前記ノズルベーン（６）の前記タービンインペラ（２）側の翼面（内側翼面６３）の前記後縁（６２）における接線（ＴＬ２）とのなす角度を置き角度θと定義した場合において、所望のノズルスロート幅となるように、前記置き角度θが決定された。

上記３）の構成によれば、翼高さＷ１を流路幅Ｗ０よりも小さくした場合に、翼高さＷ１が流路幅Ｗ０と同じ長さの場合よりも上記置き角度θを大きくすることで、ノズルスロート幅を広げることができる。複数のノズルベーン（６）の各々について、上記置き角度θを調整することで、所望のノズルスロート幅や所望のノズルスロート面積を確保でき、ひいてはタービン（１）やタービン（１）を備える過給機（１０）の性能も確保できる。

４）幾つかの実施形態では、上記１）から上記３）までの何れかに記載のタービン（１）であって、
前記ハブ側流路面（４）は、前記シュラウド側流路面（５）との間に前記少なくとも１つのノズルベーン（６）を挟む領域に形成される平坦面（４１）であって、前記軸方向における前記タービンインペラ（２）の前縁（２５）のハブ側端（２６）よりもシュラウド側に位置して前記タービンインペラ（２）の径方向に沿って延在する平坦面（４１）を含む。

上記４）の構成によれば、ハブ側流路面（４）に、タービンインペラ（２）の前縁（２５）のハブ側端（２６）よりもシュラウド側に突出する平坦面（４１）を頂面とする段差（４２）を設けることで、翼高さＷ１を流路幅Ｗ０よりも小さくできる。上記段差（４２）をハブ側流路面（４）に設けることで、上記段差（４２）をシュラウド側流路面（５）に設ける場合に比べて、排ガス流路（３５）における流路損失を低減でき、タービン（１）の性能低下を抑制できる。

５）幾つかの実施形態では、上記４）に記載のタービン（１）であって、
前記ハブ側流路面（４）は、前記平坦面（４１）よりも前記タービンインペラ（２）の前記径方向における内側に、前記径方向における内側に向かうにつれてハブ側に傾斜する内側傾斜面（４３）をさらに含む。

上記５）の構成によれば、ハブ側流路面（４）に設けられる上記段差（４２）が内側傾斜面（４３）を含むことで、排ガス流路（３５）の少なくとも１つのノズルベーン（６）よりも下流側において、排ガス流路（３５）の流路断面積を徐々に増加させることができる。これにより、排ガス流路（３５）を流れる排ガスの一部を内側傾斜面（４３）に沿ってタービンインペラ（２）の前縁（２５）のハブ側に導くことができるため、上記段差（４２）によるタービン（１）の性能低下を抑制できる。

６）幾つかの実施形態では、上記４）又は上記５）に記載のタービン（１）であって、
前記ハブ側流路面（４）は、前記平坦面（４１）よりも前記タービンインペラ（２）の前記径方向における外側に、前記径方向における外側に向かうにつれてハブ側に傾斜する外側傾斜面（４４）をさらに含む。

上記６）の構成によれば、ハブ側流路面（４）に設けられる上記段差（４２）が外側傾斜面（４４）を含むことで、排ガス流路（３５）の少なくとも１つのノズルベーン（６）よりも上流側において、排ガス流路（３５）の流路断面積を徐々に減少させることができる。これにより、上記段差（４２）による排ガス流路（３５）における流路損失を低減できるため、上記段差（４２）によるタービン（１）の性能低下を抑制できる。

７）本開示の少なくとも一実施形態にかかる過給機（１０）は、
上記１）から上記６）までの何れかに記載のタービン（１）と、
前記タービン（１）により駆動されるように構成された遠心圧縮機（１１）と、を備える。

上記７）の構成によれば、過給機（１０）は、ロバスト性を向上させたタービン（１）を備える。

１，１Ａ タービン
２ インペラ（タービンインペラ）
３ ケーシング
４，４Ａ ハブ側流路面
５ シュラウド側流路面
６ ノズルベーン
１０ 過給機
１１ 遠心圧縮機
１２ コンプレッサインペラ
１３ 回転シャフト
１４ エンジン
２１ ハブ
２２ 外面
２３ インペラ翼
２４ 先端
２５ 前縁
２６ ハブ側端
３１ シュラウド面
３２ シュラウド部
３３ スクロール流路
３４ スクロール流路形成部
３５ 排ガス流路
３６ 排ガス流路形成部
４０，４０Ａ 環状部材
４１ 平坦面
４２ 段差
４３ 内側傾斜面
４４ 外側傾斜面
６１ 前縁
６２，６２Ａ 後縁
６３，６３Ａ 内側翼面
６４，６４Ａ 外側翼面
ＣＬ 翼厚中心ライン
Ｄ１，Ｄ２ 距離
ＥＴＡ 有効ノズルスロート面積
ＬＡ 軸線
ＳＬ サージング限界
Ｔ スロート
ＴＬ１，ＴＬ２ 接線
ＶＣ 仮想円
ＶＬ 仮想延長面
Ｗ０ 流路幅
Ｗ１ 翼高さ

Claims (7)

1. タービンインペラと、
   前記タービンインペラの外周側に形成されたスクロール流路から前記タービンインペラへ排ガスを導くための排ガス流路を形成する排ガス流路形成部であって、前記排ガス流路を画定するハブ側流路面及びシュラウド側流路面を含む排ガス流路形成部と、
   前記排ガス流路に配置されて前記ハブ側流路面又は前記シュラウド側流路面の少なくとも一方に固定された少なくとも１つのノズルベーンと、を備え、
   前記少なくとも１つのノズルベーンの前記タービンインペラの軸方向における長さである翼高さＷ１は、前記タービンインペラの翼前縁位置における前記排ガス流路の前記軸方向における長さである流路幅Ｗ０よりも小さい、
   タービン。
2. 前記少なくとも１つのノズルベーンは、前記タービンインペラの周方向に互いに間隔をあけて配置された複数のノズルベーンを含み、
   前記複数のノズルベーンの各々は、所望のノズルスロート幅となるように、前記タービンインペラの軸線から前記ノズルベーンの後縁までの距離が決定された、
   請求項１に記載のタービン。
3. 前記少なくとも１つのノズルベーンは、前記タービンインペラの周方向に互いに間隔をあけて配置された複数のノズルベーンを含み、
   前記複数のノズルベーンの各々は、前記タービンインペラの軸線を中心として前記ノズルベーンの後縁を通る仮想円の前記後縁における接線と、前記ノズルベーンの前記タービンインペラ側の翼面の前記後縁における接線とのなす角度を置き角度θと定義した場合において、所望のノズルスロート幅となるように、前記置き角度θが決定された、
   請求項１又は２に記載のタービン。
4. 前記ハブ側流路面は、前記シュラウド側流路面との間に前記少なくとも１つのノズルベーンを挟む領域に形成される平坦面であって、前記軸方向における前記タービンインペラの前縁のハブ側端よりもシュラウド側に位置して前記タービンインペラの径方向に沿って延在する平坦面を含む、
   請求項１に記載のタービン。
5. 前記ハブ側流路面は、前記平坦面よりも前記タービンインペラの前記径方向における内側に、前記径方向における内側に向かうにつれてハブ側に傾斜する内側傾斜面をさらに含む、
   請求項４に記載のタービン。
6. 前記ハブ側流路面は、前記平坦面よりも前記タービンインペラの前記径方向における外側に、前記径方向における外側に向かうにつれてハブ側に傾斜する外側傾斜面をさらに含む、
   請求項４又は５に記載のタービン。
7. 請求項１に記載のタービンと、
   前記タービンにより駆動されるように構成された遠心圧縮機と、を備える、
   過給機。

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