JP7689438B2 - 過給機ガスケーシング及び過給機 - Google Patents

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Description

本開示は、過給機ガスケーシング及び過給機に関する。
過給機では、エンジンの燃焼残渣物がタービンに衝突することによるエロージョン（浸食）が発生する。
特許文献１には、過給機におけるタービンのスクロール流路のエロージョンを抑制するために、流路壁面に衝突する燃焼残渣物を分散させるように、スクロール流路の流路壁面に径方向内側に向けて突出する突出部を設けることが記載されている。
特開平１１－３０３６４２号公報
ところで、タービンの軸方向における同一の位置に複数のスクロール流路を有するダブルスクロール構造のタービンでは、スクロール流路に流入したエンジンの燃焼残渣物がタービンの動翼に衝突しやすくなるため、タービンの動翼のエロージョンが発生しやすい。この点に関して、特許文献１には、ダブルスクロール構造のタービンにおける動翼のエロージョンを抑制するための知見は開示されていない。
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態は、ダブルスクロール構造のタービンにおける動翼のエロージョンを抑制することが可能な過給機ガスケーシング及びこれを備える過給機を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係る過給機ガスケーシングは、
過給機のタービンの過給機ガスケーシングであって、
前記タービンの軸方向における同一の位置に複数のスクロール流路を形成するスクロール部を備え、
前記複数のスクロール流路は、第１スクロール流路を含み、
前記タービンの軸方向に直交する断面において、前記第１スクロール流路の排ガスの入口における前記タービンの回転軸線から最も遠い位置と、前記第１スクロール流路の内周側に形成される舌部の先端の位置とを結ぶ線分の延長線が前記タービンの動翼と交差しないように、前記第１スクロール流路が構成される。
上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係る過給機は、
上記過給機ガスケーシングと、
タービンホイールと、
前記タービンホイールに回転軸を介して連結されたコンプレッサインペラと、
を備える。
本開示の少なくとも一実施形態によれば、ダブルスクロール構造のタービンにおける動翼のエロージョンを抑制することが可能な過給機ガスケーシング及びこれを備える過給機が提供される。
一実施形態に係る過給機２を模式的に示した図である。 図１に示したタービン６における軸方向に直交する断面を模式的に示す図である。 スクロール流路０２４及びスクロール流路２６の各々における微細粒子の軌跡（ＣＦＤ結果）を示す図である。 スクロール流路０２４及びスクロール流路２６の各々における粗大粒子の軌跡（ＣＦＤ結果）を示す図である。 スクロール流路２４及びスクロール流路２６の各々における粗大粒子の軌跡を示す図である。 図２に示すタービン６の構成の一例を模式的に示す断面図である。 図６に示す突起部４０，４２の効果を説明するための模式的な断面図である。 図２に示すタービン６の構成の幾つかの例を説明するための断面図である。 図８におけるＡ１－Ａ１断面の一例及びＡ２－Ａ２断面の一例を示す模式図である。 図８におけるＢ１－Ｂ１断面の他の一例及びＢ２－Ｂ２断面の他の一例を示す模式図である。 図８におけるＣ１－Ｃ１断面の一例及びＣ２－Ｃ２断面の一例を示す模式図である。 図８におけるＡ１－Ａ１断面の他の一例及びＡ２－Ａ２断面の他の一例を示す模式図である。 図８におけるＢ１－Ｂ１断面の他の一例及びＢ２－Ｂ２断面の他の一例を示す模式図である。 図８におけるＣ１－Ｃ１断面の他の一例及びＣ２－Ｃ２断面の他の一例を示す模式図である。
以下、添付図面を参照して本開示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、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。
例えば、「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。
例えば、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。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「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。
図１は、一実施形態に係る過給機２を模式的に示した図である。過給機２は、舶用の過給機であってもよい。
図１に示すように、過給機２は、相互に連結されたコンプレッサ４及びタービン６を備える。コンプレッサ４のコンプレッサインペラ８とタービン６のタービンホイール１０とは回転軸９を介して連結されており、一体的に回転するように構成されている。
タービンホイール１０が不図示のエンジンから排出された排ガスによって駆動されると、タービンホイール１０の回転が回転軸９を介してコンプレッサインペラ８に伝達されてコンプレッサインペラ８が回転し、コンプレッサインペラ８の回転により空気が圧縮される。コンプレッサ４から吐出された圧縮空気は不図示のエンジンに供給される。
以下、タービン６の軸方向すなわち回転軸９の軸方向を単に「軸方向」と記載し、タービン６の周方向すなわち回転軸９の周方向を単に「周方向」と記載し、タービン６の径方向すなわち回転軸９の径方向を単に「径方向」と記載する。また、不図示のエンジンから排出されてタービン６に供給される排ガスを単に「排ガス」と記載する。
図２は、図１に示したタービン６における軸方向に直交する断面を模式的に示す図である。図２に示すように、タービン６は、タービンホイール１０と、複数のノズル翼１２と、ガスケーシング１４（過給機ガスケーシング）とを含む。
タービンホイール１０は、ハブ１６と、ハブ１６の外周面に周方向に間隔を空けて設けられた複数の動翼１８とを含む。
複数のノズル翼１２は、タービンホイール１０の外周側に周方向に間隔を空けて設けられている。
ガスケーシング１４は、タービンホイール１０を収容するホイール収容部２０と、複数のノズル翼１２が配置されるノズル通路部２２と、軸方向における同一の位置に複数のスクロール流路２４，２６を形成するスクロール部２３とを含む。複数のスクロール流路２４，２６は、スクロール流路２４とスクロール流路２６とを含む。このように、タービン６は、軸方向における同一の位置に２つのスクロール流路２４，２６を有する構造であるダブルスクロール構造のタービンである。
ホイール収容部２０は、軸方向に沿って筒状に延在し、タービンホイール１０を通る排ガスをタービン６の排ガス出口に導くように構成されている。
ノズル通路部２２は、スクロール部２３とホイール収容部２０との間に環状の空間を形成している。ノズル通路部２２は、周方向の第１範囲（図示する例示的形態では１８０度の範囲）においてスクロール流路２４とホイール収容部２０とを接続し、周方向のうち第１範囲を除いた範囲である第２範囲（図示する形態では第１範囲を除いた１８０度の範囲）においてスクロール流路２６とホイール収容部２０とを接続する。スクロール流路２４又はスクロール流路２６を通過した排ガスは、ノズル通路部２２に配置された複数のノズル翼１２によってタービンホイール１０に導かれる。
スクロール流路２４とスクロール流路２６とは軸方向における同一の位置において周方向に並んで配置されている。図示する例示的形態では、スクロール流路２４の入口２４ａ（スクロール流路２４の入口側の開口）の位置におけるスクロール流路２４の延在する方向とスクロール流路２６の入口２６ａ（スクロール流路２６の入口側の開口）の位置におけるスクロール流路２６の延在する方向とは１８０度以下（図示する例では９０度程度）の角度をなしている。
図２に示すように、タービン６における軸方向に直交する断面において、スクロール流路２４の排ガスの入口２４ａにおけるタービン６の回転軸線Ｏから最も遠い位置をＰ１、スクロール流路２４の内周側に形成される舌部２５の先端の位置をＱ１、位置Ｐ１と位置Ｑ１とを結ぶ線分Ｌ１を直線状に延長した延長線をＬ１ａとすると、過給機２が組み立てられた状態において延長線Ｌ１ａがタービン６の動翼１８と交差しないように、スクロール流路２４が曲がっている。すなわち、スクロール流路２４の排ガスの入口２４ａからスクロール流路２４の内部を見たときに、入口２４ａからタービン６の動翼１８が見えないようにスクロール流路２４が曲がっている。なお、舌部２５の先端の位置Ｑ１は、スクロール流路２６の下流端とスクロール流路２４とが接続する位置に相当する。
図示する例示的形態では、スクロール流路２４は、直線状に延在する直線状流路部２８と、周方向に沿ってスクロール状に延在するスクロール流路部３０とを含み、直線状流路部２８に形成された排ガスの入口２４ａからスクロール流路２４の内部を見たときに、入口２４ａからタービン６の動翼１８が見えないようにスクロール流路部３０が曲がっている。
また、タービン６における軸方向に直交する断面において、上記延長線Ｌ１ａがノズル翼１２と交差しないようにスクロール流路２４が曲がっている。すなわち、スクロール流路２４の排ガスの入口２４ａからスクロール流路２４の内部を見たときに、入口２４ａからノズル翼１２が見えないようにスクロール流路２４が曲がっている。
図２に示すように、タービン６における軸方向に直交する断面において、スクロール流路２６の排ガスの入口２６ａにおけるタービン６の回転軸線Ｏから最も遠い位置をＰ２、スクロール流路２６の内周側に形成される舌部３２の先端の位置をＱ２、位置Ｐ２と位置Ｑ２とを結ぶ線分Ｌ２の延長線をＬ２ａとすると、過給機２が組み立てられた状態において延長線Ｌ２ａがタービン６の動翼１８と交差しないように、スクロール流路２６が曲がっている。すなわち、スクロール流路２６の排ガスの入口２６ａからスクロール流路２６の内部を見たときに、入口２６ａからタービン６の動翼１８が見えないようにスクロール流路２６が曲がっている。なお、舌部３２の先端の位置Ｑ２は、スクロール流路２４の下流端とスクロール流路２６とが接続する位置に相当する。
図示する例示的形態では、スクロール流路２６は、直線状に延在する直線状流路部３３と、周方向に沿ってスクロール状に延在するスクロール流路部３４とを含み、直線状流路部３３に形成された排ガスの入口２６ａからスクロール流路２６の内部を見たときに、入口２６ａからタービン６の動翼１８が見えないようにスクロール流路部３４が曲がっている。スクロール流路部３４はスクロール流路部３０の外周側に沿って延在してノズル通路部２２に接続する。スクロール流路部３４の下流側端部は、スクロール流路２４の直線状流路部２８の内周側を通ってスクロール流路２４の内周端に接続することで上述の舌部２５を形成する。スクロール流路部３０の下流側端部は、スクロール流路２６のスクロール流路部３４の内周側を通ってスクロール流路部３４の内周端に接続することで上述の舌部３２を形成する。
また、タービン６における軸方向に直交する断面において、上記延長線Ｌ２ａがノズル翼１２と交差しないようにスクロール流路２６が曲がっている。すなわち、スクロール流路２６の排ガスの入口２６ａからスクロール流路２６の内部を見たときに、入口２６ａからノズル翼１２が見えないようにスクロール流路２６が曲がっている。
図２に示すように、タービン６における軸方向に直交する断面において、スクロール流路２４の内壁面３６（スクロール流路２４の流路壁面）は、径方向における外側を向く外向き面部３６ｏと、径方向における内側を向く内向き面部３６ｉとを含む。図２に示す断面において、スクロール流路２４の入口２４ａのうちタービン６の回転軸線Ｏから最も近い位置をＰ３とすると、外向き面部３６ｏは、スクロール流路２４の内壁面３６のうち、位置Ｐ３と位置Ｑ１とを結ぶ部分である。外向き面部３６ｏは、スクロール流路２４の内壁面３６のうち、スクロール流路２４の内周側に位置する壁面に相当する。また、図２に示す断面において、内向き面部３６ｉは、スクロール流路２４の内壁面３６のうち、スクロール流路２４における位置Ｐ１と位置Ｑ２とを結ぶ部分である。内向き面部３６ｉは、スクロール流路２４の内壁面３６のうち、スクロール流路２４の外周側に位置する壁面に相当する。
ここで、内向き面部３６ｉの表面粗さＲａ（内向き面部３６ｉの算術平均粗さ）は、外向き面部３６ｏの表面粗さＲａ（外向き面部３６ｏの算術平均粗さ）よりも大きく、例えば２５μｍ以上であってもよい。
図２に示すように、タービン６における軸方向に直交する断面において、スクロール流路２６の内壁面３８（スクロール流路２６の流路壁面）は、径方向における外側を向く外向き面部３８ｏと、径方向における内側を向く内向き面部３８ｉとを含む。図２に示す断面において、スクロール流路２６の入口２６ａのうちタービン６の回転軸線Ｏから最も近い位置をＰ４とすると、外向き面部３８ｏは、スクロール流路２６の内壁面３８のうち、位置Ｐ４と位置Ｑ２とを結ぶ部分である。外向き面部３８ｏは、スクロール流路２６の内壁面３８のうち、スクロール流路２６の内周側に位置する壁面に相当する。また、図２に示す断面において、内向き面部３８ｉは、スクロール流路２６の内壁面３８のうち、スクロール流路２６における位置Ｐ２と位置Ｑ１とを結ぶ部分である。内向き面部３８ｉは、スクロール流路２６の内壁面３８のうち、スクロール流路２６の外周側に位置する壁面に相当する。
ここで、内向き面部３８ｉの表面粗さＲａ（内向き面部３８ｉの算術平均粗さ）は、外向き面部３８ｏの表面粗さＲａ（外向き面部３８ｏの算術平均粗さ）よりも大きく、例えば２５μｍ以上であってもよい。
ここで、図２に示したガスケーシング１４が奏する効果について、図３に示す構成と対比して説明する。
図３に示す形状のスクロール流路０２４（上記延長線Ｌ１ａがタービン６の動翼１８と交差するように、スクロール流路０２４の入口０２４ａと動翼１８とが直線的に連通しているスクロール流路０２４）をタービン６が備えている場合において、不図示のエンジンの排ガスに含まれる燃焼残渣物のうち数μｍ以下の微細粒子は、図３に示すように、排ガスの流れに追随することで、動翼１８の圧力面（腹面）側に流入して、動翼１８間を通過する。一方、図３に示す構成において、エンジンの排ガスに含まれる燃焼残渣物のうち１０μｍ以上の粗大粒子は、慣性力が大きいために排ガスの流れに追随せず、図４に示すように、タービンホイール１０の動翼１８の負圧面（背面）に衝突してしまうため、動翼１８のエロージョンが発生してしまう。
これに対し、図２に示したガスケーシング１４によれば、上記延長線Ｌ１ａがタービン６の動翼１８と交差しないようにスクロール流路２４が曲がっているため、排ガスに含まれる粗大粒子は、図５の矢印ａ１に示すように、動翼１８に衝突する前にスクロール流路２４の内壁面３６に衝突する。また、本願発明者の知見によれば、スクロール流路２４の内壁面３６に衝突した粗大粒子は、その後に下流に流れても動翼１８のエロージョンに与える影響は限定的であると考えられる。このため、スクロール流路２４に流入した排ガス中の粗大粒子がタービン６の動翼１８に直接衝突することを抑制して、タービン６の動翼１８のエロージョンを抑制することができる。
また、上記延長線Ｌ１ａがタービン６のノズル翼１２と交差しないようにスクロール流路２４が曲がっているため、排ガスに含まれる粗大粒子は、図５の矢印ａ１に示すように、互いに隣接するノズル翼１２の間を通過する前にスクロール流路２４の内壁面３６に衝突する。このため、排ガスに含まれる粗大粒子がノズル翼１２によってタービン６の動翼１８に導かれることを抑制し、タービン６の動翼１８のエロージョンを効果的に抑制することができる。
また、内向き面部３６ｉの表面粗さＲａが、外向き面部３６ｏの表面粗さＲａよりも大きいため、内向き面部３６ｉに衝突した粒子は、下流側に流れるにつれて内向き面部３６ｉとの摩擦により微細化しやすくなる。また、スクロール流路２４の内壁面３６の表面粗さＲａを均等に大きくする場合と比較して、スクロール流路２４での圧力損失の増大を抑制することができる。このため、エンジンの燃焼残渣物に起因するタービン６の動翼１８のエロージョンを効果的に抑制しつつ、スクロール流路２４での圧力損失の増大を抑制することができる。
また、本願発明者の知見によれば、動翼１８のエロージョンに対して大きな影響を及ぼす粒子の直径は５０μｍ程度であると考えられ、内向き面部３６ｉの表面粗さＲａを２５μｍ以上とすることにより、内向き面部３６ｉとの摩擦による粒子の微細化の効果を高めてタービン６の動翼１８のエロージョンを効果的に抑制することができる。
また、図２に示したガスケーシングによれば、上記延長線Ｌ２ａがタービン６の動翼１８と交差しないようにスクロール流路２６が曲がっているため、排ガスに含まれる粗大粒子は、図５の矢印ａ２に示すように、動翼１８に衝突する前にスクロール流路２６の内壁面３８に衝突する。また、本願発明者の知見によれば、スクロール流路２６の内壁面３８に衝突した粗大粒子は、その後に下流に流れても動翼１８のエロージョンに与える影響は限定的であると考えられる。このため、スクロール流路２６に流入した排ガス中の粗大粒子がタービン６の動翼１８に直接衝突することを抑制して、タービン６の動翼１８のエロージョンを抑制することができる。
また、上記延長線Ｌ２ａがタービン６のノズル翼１２と交差しないようにスクロール流路２４が曲がっているため、排ガスに含まれる粗大粒子は、図５の矢印ａ２に示すように、互いに隣接するノズル翼１２の間を通過する前にスクロール流路２６の内壁面３８に衝突する。このため、排ガスに含まれる粗大粒子がノズル翼１２によってタービン６の動翼１８に導かれることを抑制し、タービン６の動翼１８のエロージョンを効果的に抑制することができる。
また、内向き面部３８ｉの表面粗さＲａが、外向き面部３８ｏの表面粗さＲａよりも大きいため、内向き面部３８ｉに衝突した粒子は、下流側に流れるにつれて内向き面部３８ｉとの摩擦により微細化しやすくなる。また、スクロール流路２６の内壁面３８の表面粗さＲａを均等に大きくする場合と比較して、スクロール流路２６での圧力損失の増大を抑制することができる。このため、エンジンの燃焼残渣物に起因するタービン６の動翼１８のエロージョンを効果的に抑制しつつ、スクロール流路２６での圧力損失の増大を抑制することができる。
また、本願発明者の知見によれば、動翼１８のエロージョンに対して大きな影響を及ぼす粒子の直径は５０μｍ程度であると考えられ、内向き面部３８ｉの表面粗さＲａを２５μｍ以上とすることにより、内向き面部３８ｉとの摩擦による粒子の微細化の効果を高めてタービン６の動翼１８のエロージョンを効果的に抑制することができる。
幾つかの実施形態では、上記スクロール流路２４の外向き面部３６ｏは、例えば図６に示すように、径方向における外側に向けて突出する突起部４０を含んでいてもよい。すなわち、上記スクロール流路２４の外向き面部３６ｏは、内向き面部３６ｉに向けて突出する突起部４０を含んでいてもよい。図示する例では、タービン６における軸方向に直交する断面において、突起部４０は三角形状に形成されている。また、突起部４０は、舌部２５の先端の位置Ｑ１よりも上流側に位置する。
また、スクロール流路２４における突起部４０の位置での軸方向と直交する方向の流路幅をＷ１とすると、突起部４０は、流路幅Ｗ１の２０％以上の高さｈ１を有する。図示する例では、流路幅Ｗ１は、スクロール流路２４における突起部４０の先端の位置での軸方向と直交する方向の流路幅である。
このように外向き面部３６ｏに突起部４０を設けることにより、突起部４０が無い場合と比較して、図７の矢印ａ１に示すように、スクロール流路２４の内壁面３６におけるより上流側の位置に粒子を衝突させることができ、内壁面３６からの摩擦力を受ける時間及び距離を増加させることによって粒子の微細化を促進することができる。したがって、動翼１８のエロージョンを効果的に抑制することができる。また、突起部４０の高さｈ１を流路幅Ｗ１の２０％以上とすることにより、流路幅Ｗ１の２０％未満とする場合と比較して、粒子の微細化を促進する効果を高めることができる。
幾つかの実施形態では、上記スクロール流路２６の外向き面部３８ｏは、例えば図６に示すように、径方向における外側に向けて突出する突起部４２を含んでいてもよい。すなわち、上記スクロール流路２６の外向き面部３８ｏは、内向き面部３８ｉに向けて突出する突起部４２を含んでいてもよい。図示する例では、タービン６における軸方向に直交する断面において、突起部４２は三角形状に形成されている。また、突起部４２は、舌部３２の先端の位置Ｑ２よりも上流側に位置する。
また、スクロール流路２６における突起部４２の位置での軸方向と直交する方向の流路幅をＷ２とすると、突起部４２は、流路幅Ｗ２の２０％以上の高さｈ２を有する。図示する例では、流路幅Ｗ２は、スクロール流路２６における突起部４２の先端の位置での軸方向と直交する方向の流路幅である。
このように外向き面部３８ｏに突起部４２を設けることにより、突起部４２が無い場合と比較して、図７の矢印ａ２に示すように、スクロール流路２６の内壁面３８におけるより上流側の位置に粒子を衝突させることができ、内壁面３８からの摩擦力を受ける時間及び距離を増加させることによって粒子の微細化を促進することができる。したがって、動翼１８のエロージョンを効果的に抑制することができる。また、突起部４２の高さｈ２を流路幅Ｗ２の２０％以上とすることにより、流路幅Ｗ２の２０％未満とする場合と比較して、粒子の微細化を促進する効果を高めることができる。
図９Ａは、図２に示したタービン６について、図８に示すＡ１－Ａ１断面の一例及びＡ２－Ａ２断面の一例を示す模式図である。図９Ｂは、図２に示したタービン６について、図８に示すＢ１－Ｂ１断面の一例及びＢ２－Ｂ２断面の一例を示す模式図である。図９Ｃは、図２に示したタービン６について、図８に示すＣ１－Ｃ１断面の一例及びＣ２－Ｃ２断面の一例を示す模式図である。Ａ１－Ａ１断面、Ｂ１－Ｂ１断面、Ｃ１－Ｃ１断面の各々は、スクロール流路２４におけるスクロール流路２４の延在する方向に直交する流路断面を模式的に示している。Ａ２－Ａ２断面、Ｂ２－Ｂ２断面、Ｃ２－Ｃ２断面の各々は、スクロール流路２６におけるスクロール流路２６の延在する方向に直交する流路断面を模式的に示している。
幾つかの実施形態では、図９Ａに示すように、スクロール流路２４の直線状流路部２８は、円形の流路断面を含む。また、図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、スクロール流路２４のスクロール流路部３０は、軸方向における流路高さＨが軸方向に直交する方向（軸方向及びスクロール流路２４の延在する方向の各々に直交する流路幅方向）における流路幅Ｗよりも大きい流路断面を含む。
図９Ｂ及び図９Ｃに示す例では、スクロール流路２４のスクロール流路部３０は、軸方向における流路高さＨが軸方向に直交する方向における流路幅Ｗよりも大きくなるように、楕円形の流路断面を含む。図示する例では、該楕円形の流路断面における長軸が軸方向に沿って延在し、該楕円形の流路断面における短軸が軸方向に直交する方向に沿って延在する。該楕円形の流路断面における長軸が軸方向に平行に延在し、該楕円形の流路断面における短軸が軸方向に直交する方向に延在していてもよい。
また、スクロール流路２４の流路断面は、直線状流路部２８における全体の区間に亘って円形に形成され、スクロール流路部３０における全体の区間に亘って軸方向における流路高さＨが軸方向に直交する方向における流路幅Ｗよりも大きくなるように楕円形に形成されていてもよい。
また、スクロール流路２４は、図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、スクロール流路部３０における下流側に向かうにつれて、軸方向における流路高さＨと軸方向に直交する方向における流路幅Ｗとの比Ｈ／Ｗが大きくなるように形成されていてもよい。
上記のように、スクロール流路２４におけるスクロール流路部３０の流路断面において軸方向の流路高さＨを流路幅Ｗよりも大きくすることにより、スクロール流路２４の内壁面３６における粒子が衝突する部分の寄与度を増加させて、スクロール流路２４の内壁面３６と粒子との摩擦による粒子の微細化を促進し、タービン６の動翼１８のエロージョンを効果的に低減することができる。
また、スクロール流路部３０における下流側に向かうにつれて、軸方向における流路高さＨと軸方向に直交する方向における流路幅Ｗとの比Ｈ／Ｗが大きくなるようにスクロール流路２４を形成することにより、流路形状の変化に起因する圧力損失の増大を抑制しつつ、スクロール流路２４の内壁面３６と粒子との摩擦による粒子の微細化を促進することができる。
幾つかの実施形態では、図９Ａに示すように、スクロール流路２６の直線状流路部３３は、円形の流路断面を含む。また、図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、スクロール流路２６のスクロール流路部３４は、軸方向における流路高さＨが軸方向に直交する方向（軸方向及びスクロール流路２６の延在する方向の各々に直交する流路幅方向）における流路幅Ｗよりも大きい流路断面を含む。図９Ｂ及び図９Ｃに示す例では、スクロール流路２６のスクロール流路部３４は、軸方向における流路高さＨが軸方向に直交する方向における流路幅Ｗよりも大きくなるように、楕円形の流路断面を含む。図示する例では、該楕円形の流路断面における長軸が軸方向に沿って延在し、該楕円形の流路断面における短軸が軸方向に直交する方向に沿って延在する。該楕円形の流路断面における長軸が軸方向に平行に延在し、該楕円形の流路断面における短軸が軸方向に直交する方向に延在していてもよい。
また、スクロール流路２６の流路断面は、図９Ａに示すように、直線状流路部３３における全体の区間に亘って円形に形成され、図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、スクロール流路部３４における全体の区間に亘って軸方向における流路高さＨが軸方向に直交する方向における流路幅Ｗよりも大きくなるように楕円形に形成されていてもよい。
また、スクロール流路２６は、図９Ｂ及び図９Ｃに示すように、スクロール流路部３４における下流側に向かうにつれて、軸方向における流路高さＨと軸方向に直交する方向における流路幅Ｗとの比Ｈ／Ｗが大きくなるように形成されていてもよい。
上記のように、スクロール流路２６におけるスクロール流路部３４の流路断面において軸方向の流路高さＨを流路幅Ｗよりも大きくすることにより、スクロール流路２６の内壁面３８における粒子が衝突する部分の寄与度を増加させて、スクロール流路２６の内壁面３８と粒子との摩擦による粒子の微細化を促進し、タービン６の動翼１８のエロージョンを効果的に低減することができる。
また、スクロール流路部３４における下流側に向かうにつれて、軸方向における流路高さＨと軸方向に直交する方向における流路幅Ｗとの比Ｈ／Ｗが大きくなるようにスクロール流路２６を形成することにより、流路形状の変化に起因する圧力損失の増大を抑制しつつ、スクロール流路２６の内壁面３８と粒子との摩擦による粒子の微細化を促進することができる。
図１０Ａは、図２に示したタービン６について、図８に示すＡ１－Ａ１断面の他の一例及びＡ２－Ａ２断面の他の一例を示す模式図である。図１０Ｂは、図２に示したタービン６について、図８に示すＢ１－Ｂ１断面の他の一例及びＢ２－Ｂ２断面の他の一例を示す模式図である。図１０Ｃは、図２に示したタービン６について、図８に示すＣ１－Ｃ１断面の他の一例及びＣ２－Ｃ２断面の他の一例を示す模式図である。Ａ１－Ａ１断面、Ｂ１－Ｂ１断面、Ｃ１－Ｃ１断面の各々は、スクロール流路２４におけるスクロール流路２４の延在する方向に直交する流路断面を模式的に示している。Ａ２－Ａ２断面、Ｂ２－Ｂ２断面、Ｃ２－Ｃ２断面の各々は、スクロール流路２６におけるスクロール流路２６の延在する方向に直交する流路断面を模式的に示している。
幾つかの実施形態では、図１０Ａに示すように、スクロール流路２４の直線状流路部２８は、円形の流路断面を含む。また、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、スクロール流路２４のスクロール流路部３０は、軸方向における流路高さＨが軸方向に直交する方向（軸方向及びスクロール流路２４の延在する方向の各々に直交する方向）における流路幅Ｗよりも大きい流路断面を含む。図１０Ｂ及び図１０Ｃに示す例では、スクロール流路２４のスクロール流路部３０は、軸方向における流路高さＨが軸方向に直交する方向における流路幅Ｗよりも大きくなるように、長方形（矩形）の流路断面を含む。図示する例では、該長方形の流路断面における長辺が軸方向に沿って延在し、該長方形の流路断面における短辺が軸方向に直交する方向に沿って延在する。該長方形の流路断面における長辺が軸方向に平行に延在し、該長方形の流路断面における短辺が軸方向に直交する方向に延在していてもよい。
また、スクロール流路２４の流路断面は、図１０Ａに示すように、直線状流路部２８における全体の区間に亘って円形に形成され、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、スクロール流路部３０における全体の区間に亘って軸方向における流路高さＨが軸方向に直交する方向における流路幅Ｗよりも大きくなるように形成されていてもよい。
また、スクロール流路２４は、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、スクロール流路部３０における下流側に向かうにつれて、軸方向における流路高さＨと軸方向に直交する方向における流路幅Ｗとの比Ｈ／Ｗが大きくなるように形成されていてもよい。
上記のように、スクロール流路２４におけるスクロール流路部３０の流路断面において軸方向の流路高さＨを流路幅Ｗよりも大きくすることにより、スクロール流路２４の内壁面３６における粒子が衝突する部分の寄与度を増加させて、スクロール流路２４の内壁面３６と粒子との摩擦による粒子の微細化を促進し、タービン６の動翼１８のエロージョンを効果的に低減することができる。
また、スクロール流路部３０における下流側に向かうにつれて、軸方向における流路高さＨと軸方向に直交する方向における流路幅Ｗとの比Ｈ／Ｗが大きくなるようにスクロール流路２４を形成することにより、流路形状の変化に起因する圧力損失の増大を抑制しつつ、スクロール流路２４の内壁面３６と粒子との摩擦による粒子の微細化を促進することができる。
幾つかの実施形態では、図１０Ａに示すように、スクロール流路２６の直線状流路部３３は、円形の流路断面を含む。また、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、スクロール流路２６のスクロール流路部３４は、軸方向における流路高さｈが軸方向に直交する方向（軸方向及びスクロール流路２６の延在する方向の各々に直交する方向）における流路幅Ｗよりも大きい流路断面を含む。図１０Ｂ及び図１０Ｃに示す例では、スクロール流路２６のスクロール流路部３４は、軸方向における流路高さｈが軸方向に直交する方向における流路幅Ｗよりも大きくなるように、長方形の流路断面を含む。図示する例では、該長方形の流路断面における長辺が軸方向に沿って延在し、該長方形の流路断面における短辺が軸方向に直交する方向に沿って延在する。該長方形の流路断面における長辺が軸方向に平行に延在し、該長方形の流路断面における短辺が軸方向に直交する方向に延在していてもよい。
また、スクロール流路２６の流路断面は、図１０Ａに示すように、直線状流路部３３における全体の区間に亘って円形に形成され、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、スクロール流路部３４における全体の区間に亘って軸方向における流路高さｈが軸方向に直交する方向における流路幅Ｗよりも大きくなるように長方形に形成されていてもよい。
また、スクロール流路２６は、図１０Ｂ及び図１０Ｃに示すように、スクロール流路部３４における下流側に向かうにつれて、軸方向における流路高さＨと軸方向に直交する方向における流路幅Ｗとの比Ｈ／Ｗが大きくなるように形成されていてもよい。
上記のように、スクロール流路２６におけるスクロール流路部３４の流路断面において軸方向の流路高さＨを流路幅Ｗよりも大きくすることにより、スクロール流路２６の内壁面３８における粒子が衝突する部分の寄与度を増加させて、スクロール流路２６の内壁面３８と粒子との摩擦による粒子の微細化を促進し、タービン６の動翼１８のエロージョンを効果的に低減することができる。
また、スクロール流路部３４における下流側に向かうにつれて、軸方向における流路高さＨと軸方向に直交する方向における流路幅Ｗとの比Ｈ／Ｗが大きくなるようにスクロール流路２６を形成することにより、流路形状の変化に起因する圧力損失の増大を抑制しつつ、スクロール流路２６の内壁面３８と粒子との摩擦による粒子の微細化を促進することができる。
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。
上記各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。
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る過給機ガスケーシングは、
過給機（例えば上述の過給機２）のタービン（例えば上述のタービン６）の過給機ガスケーシング（例えば上述のガスケーシング１４）であって、
前記タービンの軸方向における同一の位置に複数のスクロール流路（例えば上述のスクロール流路２４及びスクロール流路２６）を形成するスクロール部（例えば上述のスクロール部２３）を備え、
前記複数のスクロール流路は、第１スクロール流路（例えば上述のスクロール流路２４又はスクロール流路２６）を含み、
前記タービンの軸方向に直交する断面において、前記第１スクロール流路の排ガスの入口（例えば上述の入口２４ａ又は２６ａ）における前記タービンの回転軸線から最も遠い位置（例えば上述の位置Ｐ１又はＰ２）と、前記第１スクロール流路の内周側に形成される舌部の先端の位置（例えば上述の位置Ｑ１又はＱ２）とを結ぶ線分の延長線（例えば上述の延長線Ｌ１ａ又はＬ２ａ）が前記タービンの動翼（例えば上述の動翼１８）と交差しないように、前記第１スクロール流路が構成される。
上記（１）に記載の過給機ガスケーシングによれば、上記延長線がタービンの動翼と交差しないように第１スクロール流路が構成されているため、排ガスに含まれる粗大粒子は、動翼に衝突する前に第１スクロール流路の内壁面に衝突する。また、本願発明者の知見によれば、第１スクロール流路の内壁面に衝突した粗大粒子は、その後に下流に流れても動翼のエロージョンに与える影響は限定的であると考えられる。このため、第１スクロール流路に流入した排ガス中に含まれる粗大粒子がタービンの動翼に直接衝突することを抑制して、タービンの動翼のエロージョンを抑制することができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の過給機ガスケーシングにおいて、
前記第１スクロール流路は、前記タービンにおける前記動翼に流れを導くノズル翼（例えば上述のノズル翼１２）と前記延長線とが交差しないように構成される。
上記（２）に記載の過給機ガスケーシングによれば、排ガス中に含まれる粗大粒子は、互いに隣接するノズル翼の間を通過する前に第１スクロール流路の内壁面に衝突する。このため、排ガス中に含まれる粗大粒子がノズル翼によってタービンの動翼に導かれることを抑制し、タービンの動翼のエロージョンを効果的に抑制することができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の過給機ガスケーシングにおいて、
前記第１スクロール流路の内壁面（例えば上述の内壁面３６又は３８）は、
前記タービンの径方向における外側を向く外向き面部（例えば上述の外向き面部３６ｏ又は３８ｏ）と、
前記タービンの径方向における内側を向く内向き面部であって、前記外向き面部よりも表面粗さＲａが大きい内向き面部（例えば上述の内向き面部３６ｉ又は３８ｉ）と、
を含む。
上記（３）に記載の過給機ガスケーシングによれば、内向き面部の表面粗さＲａが、外向き面部の表面粗さよりも大きいため、内向き面部に衝突した粒子は、下流側に流れるにつれて内向き面部との摩擦により微細化しやすくなる。また、第１スクロール流路の内壁面の表面粗さを全体的に大きくする場合と比較して、第１スクロール流路での圧力損失の増大を抑制することができる。このため、エンジンの燃焼残渣物に起因するタービンの動翼のエロージョンを効果的に抑制しつつ、第１スクロール流路での圧力損失の増大を抑制することができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載の過給機ガスケーシングにおいて、
前記内向き面部の表面粗さＲａは、２５μｍ以上である。
本願発明者の知見によれば、動翼のエロージョンに対して大きな影響を及ぼす粒子の直径は５０μｍ程度であると考えられ、上記（４）に記載のように内向き面部の表面粗さＲａを２５μｍ以上とすることにより、内向き面部との摩擦による粒子の微細化の効果を高めてタービンの動翼のエロージョンを効果的に抑制することができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかに記載の過給機ガスケーシングにおいて、
前記第１スクロール流路の内壁面（例えば上述の内壁面３６又は３８）は、
前記タービンの径方向における外側を向く外向き面部（例えば上述の外向き面部３６ｏ又は３８ｏ）と、
前記タービンの径方向における内側を向く内向き面部（例えば上述の内向き面部３６ｉ又は３８ｉ）と、
を含み、
前記外向き面部は、前記径方向における外側に向けて突出する突起部（例えば上述の突起部４０又は４２）を含む。
上記（５）に記載の過給機ガスケーシングによれば、突起部が無い場合と比較して、第１スクロール流路の内壁面におけるより上流側の位置に粒子を衝突させることができ、内壁面からの摩擦力を受ける時間及び距離を増加させることによって粒子の微細化を促進することができる。したがって、動翼のエロージョンを効果的に抑制することができる。
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載の過給機ガスケーシングにおいて、
前記突起部は、前記舌部の先端の位置よりも上流側に位置する。
上記（６）に記載の過給機ガスケーシングによれば、舌部の先端の位置よりも上流側に突起部が無い場合と比較して、第１スクロール流路の内壁面におけるより上流側の位置に粒子を衝突させることができ、内壁面からの摩擦力を受ける時間及び距離を増加させることによって粒子の微細化を促進することができる。したがって、動翼のエロージョンを効果的に抑制することができる。
（７）幾つかの実施形態では、上記（５）又は（６）に記載の過給機ガスケーシングにおいて、
前記突起部は、前記第１スクロール流路における前記軸方向と直交する方向の流路幅（例えば上述の流路幅Ｗ１又はＷ２）の２０％以上の高さ（例えば上述の高さｈ１又はｈ２）を有する。
上記（７）に記載の過給機ガスケーシングによれば、突起部の高さを第１スクロール流路における軸方向と直交する方向の流路幅の２０％未満とする場合と比較して、粒子の微細化を促進する効果を高めることができる。
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかに記載の過給機ガスケーシングにおいて、
前記第１スクロール流路は、前記軸方向の流路高さ（例えば上述の流路高さＨ）が前記軸方向に直交する方向の流路幅（例えば上述の流路幅Ｗ）よりも大きい流路断面を含む。
上記（８）に記載の過給機ガスケーシングによれば、第１スクロール流路の流路断面において軸方向の流路高さを流路幅よりも大きくすることにより、第１スクロール流路の内壁面における粒子が衝突する部分の寄与度を増加させて、第１スクロール流路の内壁面と粒子との摩擦による粒子の微細化を促進し、タービンの動翼のエロージョンを効果的に低減することができる。
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載の過給機ガスケーシングにおいて、
前記流路断面の形状は、楕円形又は矩形である。
上記（９）に記載の過給機ガスケーシングによれば、簡素な形状で上記（８）に記載の効果を得ることができる。
（１０）本開示の少なくとも一実施形態に係る過給機は、
上記（１）乃至（９）の何れかに記載の過給機ガスケーシングと、
タービンホイール（例えば上述のタービンホイール１０）と、
前記タービンホイールに回転軸を介して連結されたコンプレッサインペラ（例えば上述のコンプレッサインペラ８）と、
を備える。
上記（１０）に記載の過給機によれば、上記（１）乃至（９）の何れかに記載の過給機ケーシングを備えるため、タービンの動翼のエロージョンを抑制することができ、過給機の信頼性を向上することができる。
２ 過給機
４ コンプレッサ
６ タービン
８ コンプレッサインペラ
９ 回転軸
１０ タービンホイール
１２ ノズル翼
１４ ガスケーシング
１６ ハブ
１８ 動翼
２０ ホイール収容部
２２ ノズル通路部
２３ スクロール部
２４ 第１スクロール流路
２４ａ 入口
２５ 舌部
２６ 第２スクロール流路
２６ａ 入口
２８ 直線状流路部
３０ スクロール流路部
３２ 舌部
３３ 直線状流路部
３４ スクロール流路部
３６ 内壁面
３６ｉ 内向き面部
３６ｏ 外向き面部
３８ 内壁面
３８ｉ 内向き面部
３８ｏ 外向き面部
４０ 突起部
４２ 突起部

Claims (9)

  1. 過給機のタービンの過給機ガスケーシングであって、
    前記タービンの軸方向における同一の位置に複数のスクロール流路を形成するスクロール部を備え、
    前記複数のスクロール流路は、第１スクロール流路を含み、
    前記タービンの軸方向に直交する断面において、前記第１スクロール流路の排ガスの入口における前記タービンの回転軸線から最も遠い位置と、前記第１スクロール流路の内周側に形成される舌部の先端の位置とを結ぶ線分の延長線が前記タービンの動翼と交差しないように、前記第１スクロール流路が構成され、
    前記第１スクロール流路は、前記タービンにおける前記動翼に流れを導くノズル翼と前記延長線とが交差しないように構成され、
    前記第１スクロール流路は、前記タービンの周方向に沿って延在する第１スクロール流路部を含み、
    前記第１スクロール流路は、前記第１スクロール流路部における下流側に向かうにつれて、前記軸方向における流路高さＨと前記軸方向に直交する方向における流路幅Ｗとの比Ｈ／Ｗが大きくなるように形成された、
    過給機ガスケーシング。
  2. 過給機のタービンの過給機ガスケーシングであって、
    前記タービンの軸方向における同一の位置に複数のスクロール流路を形成するスクロール部を備え、
    前記複数のスクロール流路は、第１スクロール流路を含み、
    前記タービンの軸方向に直交する断面において、前記第１スクロール流路の排ガスの入口における前記タービンの回転軸線から最も遠い位置と、前記第１スクロール流路の内周側に形成される舌部の先端の位置とを結ぶ線分の延長線が前記タービンの動翼と交差しないように、前記第１スクロール流路が構成され、
    前記第１スクロール流路の内壁面は、
    前記タービンの径方向における外側を向く外向き面部と、
    前記タービンの径方向における内側を向く内向き面部であって、前記外向き面部よりも表面粗さＲａが大きい内向き面部と、
    を含む、過給機ガスケーシング。
  3. 前記内向き面部の表面粗さＲａは、２５μｍ以上である、請求項２に記載の過給機ガスケーシング。
  4. 前記第１スクロール流路の内壁面は、
    前記タービンの径方向における外側を向く外向き面部と、
    前記タービンの径方向における内側を向く内向き面部と、
    を含み、
    前記外向き面部は、前記径方向における外側に向けて突出する突起部を含む、請求項１乃至３の何れか１項に記載の過給機ガスケーシング。
  5. 過給機のタービンの過給機ガスケーシングであって、
    前記タービンの軸方向における同一の位置に複数のスクロール流路を形成するスクロール部を備え、
    前記複数のスクロール流路は、第１スクロール流路を含み、
    前記タービンの軸方向に直交する断面において、前記第１スクロール流路の排ガスの入口における前記タービンの回転軸線から最も遠い位置と、前記第１スクロール流路の内周側に形成される舌部の先端の位置とを結ぶ線分の延長線が前記タービンの動翼と交差しないように、前記第１スクロール流路が構成され、
    前記第１スクロール流路の内壁面は、
    前記タービンの径方向における外側を向く外向き面部と、
    前記タービンの径方向における内側を向く内向き面部と、
    を含み、
    前記外向き面部は、前記径方向における外側に向けて突出する突起部を含み、
    前記突起部は、前記舌部の先端の位置よりも上流側に位置する、過給機ガスケーシング。
  6. 前記突起部は、前記第１スクロール流路における前記軸方向と直交する方向の流路幅の２０％以上の高さを有する、請求項４又は５に記載の過給機ガスケーシング。
  7. 前記第１スクロール流路は、前記軸方向の流路高さが前記軸方向に直交する方向の流路高さよりも大きい流路断面を含む、請求項１乃至６の何れか１項に記載の過給機ガスケーシング。
  8. 前記流路断面の形状は、楕円形又は矩形である、請求項７に記載の過給機ガスケーシング。
  9. 請求項１乃至８の何れか１項に記載の過給機ガスケーシングと、
    タービンホイールと、
    前記タービンホイールに回転軸を介して連結されたコンプレッサインペラと、
    を備える、過給機。
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