JP6109197B2 - ラジアルタービン動翼 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気ターボチャージャ、小型ガスタービン、膨脹タービン等に用いられ、作動ガスを渦巻状のスクロールからタービン動翼へと半径方向に流入させて、該動翼に作用させた後、軸方向に流出させることにより該タービンロータを回転駆動するように構成されたラジアルタービン動翼に関する。

自動車用の排気ターボチャージャは、排ガス規制の強化によりエンジン低速のレスポンス改善が重視され、ターボチャージャの高レスポンス化が望まれている。
エンジン加速時には、まず排ガス圧力が増加しタービンにエネルギーが与えられ、その後タービン回転数が上昇していく。このため、先にタービン動翼の入口と出口との圧力比が上がることで、タービン作動速度比（Ｕ／Ｃ０）が設計点より大幅に低くなり、タービンの効率が低下する。このため、回転数上昇が遅いという課題があった。

回転数上昇を早めるため、タービンの小型化や斜流化による慣性モーメント低減が行われているが、これらはタービン作動速度比（Ｕ／Ｃ０）をさらに悪化させ、性能を低下させる傾向にある。従って、レスポンス向上効果はあまり得られない。

図１０Ａは、ラジアルタービン１を用いた可変容量型排気ターボ過給機３の一例を示し、図において、タービンケーシング５内には渦巻状のスクロール７が形成されるとともに内周側にはガス出口通路９が形成され、また、図示しないコンプレッサが設けられたコンプレッサケーシングとタービンケーシング５と軸受ハウジング１１が形成されている。

タービンロータ１３は、ロータシャフト１５の端部に固定されたハブ１７と、該ハブ１７の外周に円周方向等間隔に固着された複数枚の動翼１９からなっている。また、ロータシャフト１５のタービンロータ１３と反対側には図示しないコンプレッサが連結されている。
軸受ハウジング１１にはロータシャフト１５を支持する軸受２１が設けられている。ロータシャフト１５およびハブ１７は回転中心線２３を中心に回転するようになっている。

また、スクロール７の内周側にはタービンロータ１３の円周方向に沿って等間隔に複数枚のノズルベーン２５が配設されている。ノズルベーン２５は、可変ノズル機構２７によりその翼角を変化せしめられるようになっている。

かかるラジアルタービン１を備えた可変ノズル機構付き可変容量型排気ターボ過給機３の作動時において、内燃機関（図示省略）からの排ガスは前記スクロール７に入り、該スクロール７内の渦巻きに沿って周回しながらノズルベーン２５に流入する。

そして、該排ガスは、前記ノズルベーン２５の翼間を流通して、複数枚の動翼１９の外周側の入口端面から該動翼１９間に流入し、タービンロータ１３中心側に向かい半径方向に流れて該タービンロータ１３に膨張仕事をなした後、軸方向に流出してガス出口通路９から機外に送出されるようになっている。

かかる可変容量型排気ターボ過給機３においては、エンジン加速時にノズルベーン２５を閉じて、流量を絞り流速を高めるようになっている。
図７、８には、動翼１９の前縁２０における周方向速度（周速）Ｕと、流入絶対速度Ｃと、相対流入速度Ｗによって形成される速度三角形を示し、図７は低Ｕ／Ｃ０時、図８はピーク効率Ｕ／Ｃ０時について示す。理想的には、図８に示すように、動翼１９に対して若干背側（負圧面側２９）から流入されるのが望ましい。

しかし、ノズルベーン２５を大きく絞った場合には、図７の低Ｕ／Ｃ０で示す絶対流速が極端に傾斜した状態となり（図７の点線）では、動翼の腹側（圧力面側）３１から流入するようになる。
このように、タービン作動速度比Ｕ／Ｃ０が低下すると、前縁の流れ角度αが大幅に小さくなるため動翼１９の前縁角（メタル角）βと流れの角度が大幅にずれ、流れは圧力面側３１へ衝突する。そのため、圧力面側３１から負圧面側２９へ回り込む漏れ流れや、負圧面側２９に過大な剥離が発生し、衝突損失が生じて効率が低下する。図９に、低Ｕ／Ｃ０時における負圧面側２９に生じる衝突損失の状態を示す。

一方、ラジアルタービ動翼の前縁角度を流入ガス流れに向ける例としては、特許文献１（特開２０１１−１３２８１０号公報）が挙げられる。この特許文献１には、図１１Ａ、図１１Ｂに示すように、作動ガスが流入する動翼０５０の入口０５２の高さ方向を形成するシュラウド側０５６及びハブ側０５４の両壁近傍における翼先端形状の向きが、動翼０５０の入口に流入する作動ガスのガス相対流入速度成分の流入方向と一致するように形成されることが示されている。

特開２０１１−１３２８１０号公報

前記特許文献１においては、作動ガスが流入する動翼０５０の入口０５２の高さ方向を形成するシュラウド側０５６及びハブ側０５４の両壁近傍における翼先端形状の向きをガス相対流入速度成分の流入方向に一致するように形成しているものであり、垂直に立っている翼先端形状の先端部分の向きを変えるため（図１１Ｂ参照）、該形状変化部分に、曲げ応力や遠心応力が発生しやすい。

また、前述したように、図７においてタービン作動速度比Ｕ／Ｃ０が低下すると、前縁の流れ角度αが大幅に小さくなるため動翼の前縁角（メタル角）βと流れ（相対流速Ｗ方向）の角度が大幅にずれ、流れは圧力面側３１へ衝突するようになる。このため、圧力面側３１から負圧面側２９へ回り込む漏れ流れや、負圧面側２９に過大な剥離が発生し、衝突損失が生じてタービン効率が低下する。

ここで、タービン作動速度比Ｕ／Ｃ０のＣ０とは、理論ガス速度を示し、Ｃ０＝ｆ（Ｔ、Π）のようにガス温度Ｔとタービン圧力比Πの関数によって表され、ある圧力、温度を持っているガスを、ある圧力、温度まで膨張させたときに得られる理論的なガス速度を意味する。また、Ｕは、動翼の周速度を示し、Ｕ＝ｆ（Ｎ、Ｄ）のように回転数と動翼径Ｄの関数として表される。

従って、動翼径の小型化によってＵが小さくなり、排ガスの高温化によってＣ０が大きくなり、タービン作動速度比Ｕ／Ｃ０が小さくなる傾向にある。また、可変ノズルを絞ることで理論ガス速度が増大することによって、該パラメータのタービン作動速度比Ｕ／Ｃ０が小さくなる傾向にある。

そこで、本願発明は、前述の課題に鑑み、可変容量型排気ターボ過給機の可変ノズル機構を絞るように作動してタービン作動速度比が低Ｕ／Ｃ０の流れ場であっても、動翼の前縁に生じる流入ガスの衝突損失を低減してタービン効率を向上することができるラジアルタービン動翼を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するため、作動ガスをタービンケーシング内に形成された渦巻状のスクロールから該スクロールの内側に位置するタービンロータの動翼へと半径方向に流入させて該動翼に作用させた後軸方向に流出させることにより該タービンロータを回転駆動するように構成されたラジアルタービン動翼において、
前記動翼の前縁のハブ側端部が、前縁のシュラウド側端部より動翼回転方向手前側に位置して形成され、前記シュラウド側端部とハブ側端部と結ぶ直線が、前記前縁のシュラウド側端部からハブ面上に回転軸方向に下ろした直線に対して、前記動翼の径方向視において、３０°〜７０°の定範囲の角度を有して傾斜し、
複数の動翼のハブ面上の前縁を連ねて形成される前縁ハブ円上における前縁ハブ位置と、動翼の回転中心線とを連結する線分が、前記複数の動翼のハブ面上の後縁を連ねて形成される後縁ハブ円上における後縁ハブ位置と、動翼の回転中心線とを連結する線分より、前記動翼の回転中心線回りにおいて、動翼の回転方向の手前側に位置することを特徴とする。

かかる発明によれば、前縁のハブ側端部がシュラウド側端部より動翼回転方向手前側に位置されて、ハブ面に対して寝る方向に傾斜した形状になる。低Ｕ／Ｃ０の低速度比の流れ場の場合には、傾斜した形状によって圧力面側で受けた作動ガスは、動翼の軸方向に流されて該作動ガスを出口方向に逃がして排出しやすくするため、従来の略垂直に立設して形成される前縁部形状では、圧力面側で受けた作動ガスはそのまま受け止めることで、圧力面側から負圧面側へ回り込む漏れ流れや、負圧面側に過大な剥離を発生せしめて衝突損失を増大させていたことが抑制される。
その結果、流入ガスの衝突損失を低減してタービン効率を向上することができる。

また、本発明によれば、傾斜角度は、３０°〜７０°の範囲であることを特徴とする。このように前縁のシュラウド側端部とハブ側端部と結ぶ直線が、前記前縁のシュラウド側端部からハブ面上に回転軸方向に下ろした直線に対して、なす傾斜角度Ｅが３０°〜７０°の範囲で傾斜させることによって、作動ガスが動翼の軸方向に逃がされる作用が発揮される。

なお、３０°未満であると従来と同様に、圧力面側で受けた作動ガスをそのまま受け止めることで、衝突損失の増大の抑制効果が得られ難く、また、７０°を超える傾斜であると、動翼間を遮るようになるため流路断面が確保し難くなり、大流量制御時に動翼間の流量を確保し難くなる。
従って、３０°〜７０°の範囲であるとよく、特に望ましくは、４０°〜６０°の範囲がよい。

また、本発明は、複数の動翼のハブ面上の前縁を連ねて形成される前縁ハブ円上における前縁ハブ位置と、動翼の回転中心線とを連結する線分が、前記複数の動翼のハブ面上の後縁を連ねて形成される後縁ハブ円上における後縁ハブ位置と、動翼の回転中心線とを連結する線分より、前記動翼の回転中心線回りにおいて、動翼の回転方向の手前側に位置することを特徴とする。

すなわち、図２に示すように、ハブ面上の前縁ハブ位置Ｐａを示す前縁ハブ座標θａが、ハブ面上の後縁ハブ位置Ｐｂを示す後縁ハブ座標θｂより動翼の回転方向Ｒの手前側に存在する（θａ＜θｂ）ように設けられている。

なお、比較例においては、図２のハブ面上の前縁ハブ位置Ｐｃは、前縁ハブ座標θｃの位置であり、本発明と逆の関係になっている（θｂ＜θｃ）。本発明の関係に形成することによって、前縁の傾斜角度を大きく取ることができ、適正角度に設定できる。

さらに、動翼の転向角を適切に押さえることができる。すなわち、図２の矢印Ｈで示すように、動翼の圧力面に沿って動翼の回転中心軸方向および後縁に流す作動ガスの流れの向きを変更する角度である転向角を、適切に押さえることができる。転向角が大きすぎても、小さすぎても作動ガスを動翼の後縁に逃がす作用が発揮され難くなるからである。

転向角が適切に押さえられるため、回転中心軸方向および後縁への流れを促進して、圧力面で受け止めて圧力面側から負圧面側へ、外周縁のクリアランスを通って流れ込むことを抑制できる。

また、本発明において好ましくは、さらに、複数の動翼のシュラウド側の前縁を連ねて形成される前縁シュラウド円上における前縁シュラウド位置と、動翼の回転中心線とを連結する線分が、前記複数の動翼のシュラウド側の後縁を連ねて形成される後縁シュラウド円上における後縁シュラウド位置と、動翼の回転中心線とを連結する線分に対して、前記動翼の回転中心線回りにおいて、動翼の回転方向の手前側に位置するとよい。

このように、シュラウド側の前縁シュラウド位置Ｓａ、及び後縁シュラウド位置Ｓｂにおいても前記ハブ側位置と同様の位置関係に設定することが望ましく、すなわち、図３に示すようにシュラウド座標でθ'ａ＜θ'ｂの関係を有し、ハブ側だけでなくシュラウド側においても同様の位置関係に設定することによって、動翼の圧力面で受けた作動ガスを圧力面に沿って動翼の回転中心軸方向に流れの向きを、より効率よく変更できるようになる。

なお、比較例においては、図３の前縁シュラウド位置Ｓｃは、前縁シュラウド座標θ'ｃの位置であり、本発明と逆の関係になっている（θ'ｂ＜θ'ｃ）。本発明の関係に形成することによって、前縁シュラウド位置を前縁の傾斜角度を大きく取ることができる位置に設定できる。

また、本発明において好ましくは、前記シュラウド側端部とハブ側端部と結ぶ動翼の前縁が略直線形状に形成されているとよい。
このように、直線形状とすることによって、翼高さ方向の負荷が均等となり、不要な二次流れの発生を抑制できる。

また、本発明において好ましくは、前記シュラウド側端部とハブ側端部と結ぶ動翼の前縁が動翼の回転方向に向かって突出した湾曲形状に形成されているとよい。
このように、動翼の前縁が動翼の回転方向に向かって突出した湾曲形状とすることによって、流量の配分から考えると中央部分が多いことから、前縁の中央部分の作動ガスを動翼の回転中心線方向に沿って後方へ排出することによって、作動ガスを出口方向に効率的に排出するため、負圧面側への漏れ流れを抑制する効果が得られやすい。

前記湾曲形状は、ハブ側は大きい傾斜角度でハブ面に沿うように傾斜し、シュラウド側がそれより小さい傾斜角度で傾斜する関係となっているとよい。
前縁ハブ側が大きい傾斜角度になっており、シュラウド側がそれより小さい傾斜角度になっている関係であるため、衝突角が大きくなるハブ側の損失を効果的に低減できる。
この前縁ハブ側が大きい傾斜角度になるのは、ハブ側は作動ガスが出口方向に転向しにくく、主流（絶対流速Ｃ（図７〜９参照））の半径方向流速が早いため衝突角が大きくなるからである。

また、本発明において好ましくは、前記シュラウド側端部とハブ側端部と結ぶ動翼の前縁が、ハブ側は動翼の回転方向に向かって突出し、且つシュラウド側は回転方向とは逆方向に突出して、前縁全体として略Ｓ字形状に形成されているとよい。

このように、略Ｓ字形状になっているため、前記のように衝突角が大きくなるハブ側においては大きい傾斜角度でハブ面に繋がるため衝突損失を低減できるとともに、シュラウド側には、回転方向と逆方向に突出するため、シュラウド側の外周縁のクリアランスへの流れ込みを抑制でき、負圧面側への流れ込みを抑制できる

また、本発明において好ましくは前記スクロールの内周側にはタービンの円周方向に沿って等間隔に複数枚のノズルベーンが配設され、該ノズルベーンの翼角を変化せしめる可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機に適用されるとよい。

このように、可変容量型排気ターボ過給機に適用されて、可変ノズルベーンを最大に絞った低Ｕ／Ｃ０の流れ場においても、動翼の前縁に生じる流入ガスの衝突損失を低減してタービン効率を向上することができる。

本発明によれば、可変容量型排気ターボ過給機の可変ノズル機構を絞るように作動して低Ｕ／Ｃ０の低速度比の流れ場であっても、動翼の前縁に生じる流入ガスの衝突損失を低減してタービン効率を向上することができる。

本発明の第１実施形態に係る動翼の形状を示す要部斜視図である。 第２実施形態に係る動翼の形状を示す斜視図である。 第２実施形態の変形例を示す斜視図である。 第３実施形態に係る動翼の形状を示す要部斜視図であり、全体形状の概要を示す。 第３実施形態の前縁の詳細形状を示す。 第４実施形態に係る動翼の形状を示す要部斜視図であり、全体形状の概要を示す。 第４実施形態の前縁の詳細形状を示す。 第５実施形態に係る動翼の形状を示す要部斜視図であり、全体形状の概要を示す。 第５実施形態の前縁の詳細形状を示す。 一般的な動翼への低Ｕ／Ｃ０時における作動ガスの流入状態を示す速度三角形である。 一般的な動翼へのピーク効率Ｕ／Ｃ０時における作動ガスの流入状態を示す速度三角形である。 一般的な動翼における衝突損失を示す説明図である。 ラジアルタービンを用いた可変容量型排気ターボ過給機の一部構成断面図である。 図１０ＡのＡ−Ａ断面図である。 従来技術を示す説明図であり、動翼の子午面形状を示す。 従来技術を示す図１１Ａにおける各断面形状を示す。

以下、本発明に係る実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（第１実施形態）
図１を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
まず、図１０Ａ、図１０Ｂを参照して、ラジアルタービン１を用いた可変容量型排気ターボ過給機３について説明する。図において、タービンケーシング５内には渦巻状のスクロール７が形成されるとともに内周側にはガス出口通路９が形成され、また、図示しないコンプレッサが設けられたコンプレッサケーシングとタービンケーシング５と軸受ハウジング１１が形成されている。

タービンロータ１３は、ロータシャフト１５の端部に固定されたハブ１７と、該ハブ１７の外周に円周方向等間隔に固着された複数枚の動翼５０からなっている。また、ロータシャフト１５のタービンロータ１３と反対側には図示しないコンプレッサが連結されている。
また、ロータシャフト１５の反対側には図示しないコンプレッサが連結されている。軸受ハウジング１１にはロータシャフト１５を支持する軸受２１が設けられている。ロータシャフト１５およびハブ１７は回転中心線２３を中心に回転するようになっている。

また、スクロール７の内周側にはタービンロータ１３の円周方向に沿って等間隔に複数枚のノズルベーン２５が配設されている。ノズルベーン２５は、可変ノズル機構２７によりその翼角を変化せしめられるようになっている。

かかるラジアルタービン１を備えた可変ノズル機構付き可変容量型排気ターボ過給機３の作動時において、内燃機関（図示省略）からの排ガスは前記スクロール７に入り、該スクロール７内の渦巻きに沿って周回しながらノズルベーン２５に流入する。

そして、該排ガスは、前記ノズルベーン２５の翼間を流通して、複数枚の動翼５０の外周側の入口端面から該動翼５０間に流入し、タービンロータ１３中心側に向かい半径方向に流れて該タービンロータ１３に膨張仕事をなした後、軸方向に流出してガス出口通路９から機外に送出されるようになっている。

かかる可変容量型排気ターボ過給機３においては、エンジン加速時にノズルベーン２５を閉じて、流量を絞り流速を高めるようになっている。

図１に示すように、第１実施形態においては、動翼５０は、ハブ１７の面上に複数枚周方向に等間隔で立設されており、各動翼５０は、作動ガスの排ガスが流入する前縁５１と、動翼５０間を通過して、ロータシャフト１５の回転中心線２３方向に排ガスを排出してガス出口通路９に導く後縁５３と、タービンケーシング５シュラウド部の内周に沿って近接して回転する外周縁部５５とを有している。

そして、図１において、動翼５０は、ハブ１７の面上にハブ接合ライン５０ａに沿って接合している。本発明ではこのハブ接合ライン５０ａの前縁端部側に位置する前縁ハブ位置Ｐａが次のように、位置されている。
動翼５０の前縁５１のハブ側端部である前縁ハブ位置Ｐａは、比較例の動翼のハブ１７の面上の前縁ハブ位置Ｐｃよりタービンロータ１３の回転方向の手前側（上流側）に位置している。これによって、前縁５１の傾斜角度Ｅを、比較例の略直角方向（Ｅ≒０）に対して傾斜した形状とすることができる。

すなわち、前縁シュラウド位置Ｓｃと、前縁ハブ位置Ｐａとを結ぶ直線が、前縁シュラウド位置Ｓｃからハブ１７の面上に回転中心線２３方向に下ろした直線に対して、動翼５０の径方向視において一定範囲の傾斜角度Ｅを有して傾斜している。この動翼５０の径方向視とは、図１０のＢ方向視である。

比較例においては、図１の符号５１'で示すようにハブ面に対して略垂直方向に立設されて設けられているが、本発明はタービンロータ１３の回転方向に寝た傾斜した形状となっている。傾斜角度Ｅとしては、一定範囲の３０°〜７０°の範囲にあることが望ましい。特に好ましくは、４０°〜６０°の範囲が好ましい。

このようにＥ＝３０°〜７０°の範囲で傾斜させることによって、傾斜形状の圧力面側５１ａで受けた作動ガスは、動翼５０の回転中心線２３方向に流されて該作動ガスを後縁５３からガス出口通路９に排出しやすくするので、比較例の略垂直に立設して形成される前縁部形状では、圧力面側で受けた作動ガスをそのまま受け止めることで、圧力面側３１ら負圧面側２９（図７参照）へ回り込む漏れ流れや、圧力面側３１のよどみ圧力や、負圧面側に過大な剥離を発生せしめて衝突損失を増大させていたが、これが抑制される。

なお、前述の３０°未満であると比較例と同様に、圧力面側で受けた作動ガスをそのまま受け止めることと同等となり、衝突損失の増大の抑制効果が得られ難く、また、７０°を超える傾斜であると、隣接する動翼との動翼間の流路が確保し難くなり、大流量側の制御時に流量を確保し難くなるので、３０°〜７０°の範囲、特に４０°〜６０°の範囲が望ましい。

以上のように、第１実施形態の動翼５０の形状によると、タービンケーシング５内の渦巻状のスクロール７で形成された排ガスの旋回流は、可変容量型排気ターボ過給機３のノズルベーン２５間を通過し、ラジアルタービン１の動翼５０の前縁５１に衝突するように流入する。
ノズルベーン２５が絞られている場合には、排ガス流量が絞られて、流速が高められ、複数の動翼５０の前縁５１に、図７に示すように、低Ｕ／Ｃ０時のように動翼５０の圧力面側５１ａから流入するが、前縁５１の傾斜形状の傾斜面でタービンロータ１３の中心側に向かい半径方向に流れる流れを、動翼５０の回転中心線２３方向（軸方向）に流して、排ガスは後縁５３からガス出口通路９に排出される。

従って、圧力面側５１ａから負圧面側５１ｂへ回り込む漏れ流れを抑えて、負圧面側５１ｂに過大な剥離を発生せしめて衝突損失を増大させることを抑制でき、また、圧力面側５１ａのよどみ圧力を低下させ衝突損失の増大を抑制することができる。その結果、流入ガスの衝突損失を低減してタービン効率を向上することができる。

（第２実施形態）
図２、３を参照して、第２実施形態について説明する。
前記第１実施形態は、前縁５１の形状を前縁シュラウド位置Ｓｃと、前縁ハブ位置Ｐａとを結ぶ直線の傾斜によって特徴付けたものであるのに対して、第２実施形態は、さらに、動翼６０のハブ１７上面との接続位置を示すハブ接合ライン６０ａにおける前縁６１側と、後縁６３側との位置関係によって特徴付けるものである。

図２に示すように、複数の動翼６０のハブ１７上面の前縁６１を連ねて形成される前縁ハブ円６５上における前縁ハブ位置Ｐａと、動翼６０の回転中心線２３とを連結する線分ｍ１が、複数の動翼６０のハブ１７上面の後縁６３を連ねて形成される後縁ハブ円６７上における後縁ハブ位置Ｐｂと、動翼６０の回転中心線２３とを連結する線分ｍ２より、動翼６０の回転中心線２３回りにおいて、動翼６０の回転方向Ｒの手前側に位置されている。

すなわち、図２に示すように、前縁ハブ位置Ｐａを示す前縁ハブ座標θａが、後縁ハブ位置Ｐｂを示す後縁ハブ座標θｂより動翼６０の回転方向Ｒの手前側に存在する（θａ＜θｂ）ように設けられている。

比較例においては、図２に示すように、前縁ハブ位置Ｐｃを示す前縁ハブ座標θｃが、後縁ハブ位置Ｐｂを示す後縁ハブ座標θｂより動翼６０の回転方向Ｒ側に存在する（θｂ＜θｃ）ように設けられている。

本実施形態のように前縁ハブ座標θａが、後縁ハブ座標θｂより動翼６０の回転方向Ｒの手前側に存在する（θａ＜θｂ）ように設けられていることによって、前縁６１の傾斜角度を、適正な角度としての３０°〜７０°のように傾斜させて（寝かせて）動翼６０を形成することができる。

また、前縁ハブ座標θａが、後縁ハブ座標θｂより動翼６０の回転方向Ｒの手前側に存在する（θａ＜θｂ）ように設けられていることによって、動翼６０の転向角を適切に押さえることができる。
すなわち、図２の矢印Ｈで示すように、動翼６０の圧力面側６１ａ（紙面の裏側）に沿って動翼６０の回転中心線２３方向に流れるように作動ガスの流れの向きを変更する角度である転向角を、適切に押さえることができる。
転向角が大きい場合には、翼の負荷が増大し、二次流れや漏れ損失を発生させ、タービン効率が低下する。なお、転向角とは、主流（相対流速W）の旋回速度成分と子午面成分がなす角度が、前縁から後縁にわたって変化する量をいう。

転向角が適切に押さえられるため、圧力面側６１ａに衝突した排ガスは回転中心線２３方向への流れに効率よく転向して後縁６３側に流されるので、圧力面側６１ａから負圧面６１ｂ側への、動翼６０の外周縁側のクリアランス（チップクリアランス）からの流れ込みを抑制できる。

さらに、図３に示すように、動翼６０のシュラウド側の外周縁部を連続する外周縁部ライン６０ｂについても、前記ハブ接合ライン６０ａと同様の関係に設定するとよい。
すなわち、複数の動翼６０のシュラウド側の前縁６１を連ねて形成される前縁シュラウド円７５上における前縁シュラウド位置Ｓａと、動翼６０の回転中心線２３とを連結する線分ｍ３が、記複数の動翼６０のシュラウド側の後縁６３を連ねて形成される後縁シュラウド円６８上における後縁シュラウド位置Ｓｂと、動翼６０の回転中心線２３とを連結する線分ｍ４に対して、前記動翼６０の回転中心線２３回りにおいて、動翼６０の回転方向Ｒの手前側に位置させるものである（θ'ａ＞θ'ｂ）。

このように、シュラウド側の外周縁部ライン６０ｂの前縁６１及び後縁６３の位置においても前記ハブ接合ライン６０ａの位置関係と同様の位置関係に設定することが望ましく、ハブ側だけでなくシュラウド側においても同様の位置関係に設定することによって、動翼６０の圧力面側６１ａで受けた作動ガスを圧力面に沿って動翼６０の回転中心線２３の軸方向へ向きに変向させることができ、損失増加を抑制できる。

（第３実施形態）
図４を参照して、第３実施形態について説明する。
第３実施形態は、第１実施形態の動翼５０、または第２実施形態の動翼６０の前縁５１、６１の形状を略直線形状にするものである。
図４のように、前縁シュラウド位置Ｓａ、Ｓｃと前縁ハブ位置Ｐａとを結ぶ線分が略直線形状に形成されている。
このように、直線形状とすることによって、動翼５０、６０の翼高さ方向の負荷が均等となり、不要な二次流れの発生を抑制できる。

（第４実施形態）
図５を参照して、第４実施形態について説明する。
第４実施形態は、第１実施形態の動翼５０、または第２実施形態の動翼６０の前縁５１、６１の形状を湾曲形状８２にするものである。
図５のように、前縁シュラウド位置Ｓａ、Ｓｃと前縁ハブ位置Ｐａとを結ぶ線分が、動翼８０の前縁８１が回転方向Ｒに向かって突出した湾曲形状８２に形成されている。

このように、動翼８０の前縁８１が、動翼８０の回転方向Ｒに向かって突出した湾曲形状８２とすることによって、流量の配分から考えると中央部分が多いことから、前縁８１の中央部分の作動ガスを動翼８０の回転中心線２３の方向に沿って後方へ排出することによって、作動ガスを出口方向に効率的に排出することができ、圧力面側８１ａから負圧面側８１ｂへの漏れ流れを抑制する効果が得られやすい。

また、湾曲形状８２であるため、前縁のハブ１７の上面側Ｋ１では大きな傾斜角度を有してハブ面に沿った形状になり、シュラウド側Ｋ２では、それより小さい傾斜角度の関係となる。
このため、特に衝突角が大きくなるハブ側の損失低減に適している。すなわち、ハブ側は作動ガスが出口方向に転向しにくく、主流（絶対流速Ｃ）の半径方向流速が早いため衝突角が大きくなるが、ハブ１７の上面側を大きく傾斜してハブ面に沿った形状にすることで、損失低減効果を高めることができる。

（第５実施形態）
図６を参照して、第５実施形態について説明する。
第５実施形態は、第１実施形態の動翼５０、または第２実施形態の動翼６０の前縁５１、６１の形状を略Ｓ字形状９２にするものである。
図６のように、前縁シュラウド位置Ｓａ、Ｓｃと前縁ハブ位置Ｐａとを結ぶ線分が、ハブ１７側は動翼９０の回転方向Ｒに向かって突出し、且つシュラウド側は回転方向Ｒとは逆方向に突出して、前縁９１全体として略Ｓ字形状９２に形成されている。

このように、略Ｓ字形状９２になっているため、衝突角が大きくなるハブ１７側においては大きい傾斜角度でハブ面に繋がるため衝突損失を低減できるとともに、シュラウド側には、回転方向Ｒと逆方向に突出するため、シュラウド側の外周縁部５５（図１０ａ）に形成されるクリアランスへの流れ込みを抑制でき、負圧面９０ｂ側への流れ込みを抑制できる

本発明によれば、可変容量型排気ターボ過給機の可変ノズル機構を絞るように作動して低Ｕ／Ｃ０の低速度比の流れ場であっても、動翼の前縁に生じる流入ガスの衝突損失を低減してタービン効率を向上することができるため、可変ノズル機構を備えた可変容量型排気ターボ過給機への適用技術として有用である。

１ ラジアルタービン
３ 可変容量型排気ターボ過給機
５ タービンケーシング
７ スクロール
１３ タービンロータ
１５ ロータシャフト
１７ ハブ
１９、５０、６０、８０、９０ 動翼
２３ 回転中心線
２５ ノズルベーン
２７ 可変ノズル機構
５１、６１、８１、９１ 前縁
６０ａ ハブ接合ライン
６０ｂ 外周縁部ライン
６５ 前縁ハブ円
６７ 後縁ハブ円
６８ 後縁シュラウド円
７５ 前縁シュラウド円
Ｐａ 前縁ハブ位置（前縁のハブ側端部）
Ｐｂ 後縁ハブ位置
Ｓａ、Ｓｃ 前縁シュラウド位置（前縁のシュラウド側端部）
Ｓｂ 後縁シュラウド位置
Ｒ 動翼の回転方向
Ｅ 前縁の傾斜角度

Claims (6)

1. 作動ガスをタービンケーシング内に形成された渦巻状のスクロールから該スクロールの内側に位置するタービンロータの動翼へと半径方向に流入させて該動翼に作用させた後軸方向に流出させることにより該タービンロータを回転駆動するように構成されたラジアルタービン動翼において、
   前記スクロールの内周側にはタービンの円周方向に沿って等間隔に複数枚のノズルベーンが配設され、該ノズルベーンの翼角を変化せしめる可変ノズル機構を備え、
   前記動翼の前縁であってハブの面上に位置するハブ側端部が、前縁のシュラウド側端部より動翼回転方向手前側に位置して形成され、前記シュラウド側端部とハブ側端部と結ぶ直線が、前記前縁のシュラウド側端部からハブ面上に回転軸方向に下ろした直線に対して、前記動翼の径方向視において、３０°〜７０°の範囲内の角度を有して傾斜し、
   複数の動翼のハブ面上の前縁を連ねて形成される前縁ハブ円上における前縁ハブ位置と、動翼の回転中心線とを連結する線分が、前記複数の動翼のハブ面上の後縁を連ねて形成される後縁ハブ円上における後縁ハブ位置と、動翼の回転中心線とを連結する線分より、前記動翼の回転中心線回りにおいて、動翼の回転方向の手前側に位置することを特徴とするラジアルタービン動翼。
2. 複数の動翼のシュラウド側の前縁を連ねて形成される前縁シュラウド円上における前縁シュラウド位置と、動翼の回転中心線とを連結する線分が、前記複数の動翼のシュラウド側の後縁を連ねて形成される後縁シュラウド円上における後縁シュラウド位置と、動翼の回転中心線とを連結する線分に対して、前記動翼の回転中心線回りにおいて、動翼の回転方向の手前側に位置することを特徴とする請求項１記載のラジアルタービン動翼。
3. 前記シュラウド側端部とハブ側端部と結ぶ動翼の前縁が、動翼の径方向視において略直線形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のラジアルタービン動翼。
4. 前記シュラウド側端部とハブ側端部と結ぶ動翼の前縁が、動翼の径方向視において動翼の回転方向に向かって突出した湾曲形状に形成されていること特徴とする請求項１記載のラジアルタービン動翼。
5. 前記湾曲形状は、ハブ側は大きい傾斜角度でハブ面に沿うように傾斜し、シュラウド側がそれより小さい傾斜角度で傾斜する関係となっていることを特徴とする請求項４記載のラジアルタービン動翼。
6. 前記シュラウド側端部とハブ側端部と結ぶ動翼の前縁が、ハブ側は動翼の回転方向に向かって突出し、且つシュラウド側は回転方向とは逆方向に突出して、前縁全体として略Ｓ字形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のラジアルタービン動翼。

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