JPWO2017168646A1

JPWO2017168646A1 - 可変容量型ターボチャージャ

Info

Publication number: JPWO2017168646A1
Application number: JP2018507949A
Authority: JP
Inventors: 横山　隆雄; 隆雄横山; 星　徹; 徹星; 東條　正希; 正希東條
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: EP3954882A1; WO2017168646A1; EP3421754B1; EP3421754A1; CN109312658A; JP6694950B2; US11092068B2; CN109312658B; EP3421754A4; EP3954882B1; US20200123966A1

Abstract

タービンロータと、タービンロータの外周側に形成されるスクロール流路からタービンロータへの排ガスの流れを調整するための可変ノズル機構と、を備える可変容量型ターボチャージャであって、可変ノズル機構は、スクロール流路からタービンロータへ排ガスを導くための排ガス流路に設けられるノズルベーンと、排ガス流路のうちタービンロータの軸方向における一方側の流路壁を形成するとともにノズルベーンを回動可能に片持ち支持する支持壁と、排ガス流路のうち軸方向における他方側の流路壁を形成する非支持壁と、を含み、ノズルベーンにおける非支持壁側の端面のうち圧力面側の縁部は、直線状に形成された非支持壁側直線状部を有する。

Description

本開示は、可変容量型ターボチャージャに関する。

可変容量型ターボチャージャは、タービンハウジング内のスクロール流路からタービンロータへの排ガスの流れを可変ノズル機構によって調整することで、タービンブレードへの排気ガスの流速や圧力を変化させて過給効果を高めるものである。

近年、排ガス規制の強化等によりエンジンの低速域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、可変ノズル機構におけるノズルベーンの開度を小さくして排ガス圧力を上昇させることでタービンロータの回転数が上昇する。ノズルベーンの開度が小さい場合には、図２１に示すように、ノズルベーンの端面と流路壁とのクリアランスからの漏れ流れ（以下、クリアランスフローという。）の損失が大きく効率が低くなるため、回転数の上昇が遅くなってしまう。

一方、ノズルベーンの端面と流路壁とのクリアランスを小さくすれば効率は向上するが、クリアランスを小さくし過ぎるとノズルベーンがスティックする（固着して回動しなくなる）。これは、流路壁の周囲部品が排ガスで熱変形するためである。

特許文献１には、クリアランスフローを抑制することを目的とした可変ノズル機構が開示されている。特許文献１に記載の可変ノズル機構では、ノズルベーンの両端部が中央部より厚肉に形成されており、また、両端部の端面が流路壁に平行に形成されている。特許文献１には、このようにノズルベーンの端面の厚さ方向の寸法を大きくすることによって、十分なシール長が得られるとともに、クリアランスフローを抑制できる旨が記載されている。

特開平１１―２２９８１５号公報

ところで、本願発明者の知見によれば、可変容量ターボチャージャにおいて、可変ノズル機構のノズルベーンが隣接する流路壁の一方に片持ち支持されている場合、当該ターボチャージャの運転時に、ノズルベーンが排ガスの流体力によって微小角度傾斜して、クリアランスフローが増大することがある。

この点、特許文献１には、排ガスの流体力によるノズルベーンの傾斜に起因するクリアランスフローを抑制するための知見については開示されていない。

本発明は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、ノズルベーンの傾斜時におけるクリアランスフローを抑制可能な可変容量型ターボチャージャを提供することである。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャは、タービンロータと、前記タービンロータの外周側に形成されるスクロール流路から前記タービンロータへの排ガスの流れを調整するための可変ノズル機構と、を備える可変容量型ターボチャージャであって、前記可変ノズル機構は、前記スクロール流路から前記タービンロータへ前記排ガスを導くための排ガス流路に設けられるノズルベーンと、前記排ガス流路のうち前記タービンロータの軸方向における一方側の流路壁を形成するとともに前記ノズルベーンを回動可能に片持ち支持する支持壁と、前記排ガス流路のうち前記軸方向における他方側の流路壁を形成する非支持壁と、を含み、前記ノズルベーンにおける前記非支持壁側の端面のうち圧力面側の縁部は、直線状に形成された非支持壁側直線状部を有する。

上記（１）に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、ノズルベーンにおける非支持壁側の端面のうち圧力面側の縁部が、直線状に形成された非支持壁側直線状部を有するため、ノズルベーンが流体力で傾斜したときに、ノズルベーンの非支持壁側の端面と非支持壁とのクリアランスを均一に小さくすることができる。これにより、ノズルベーンの非支持壁側の端面と非支持壁との間を流れるクリアランスフローを抑制し、クリアランスフローによる損失を低減することができる。特に、ノズルベーンの開度が小さいときのタービン性能を向上することができる。また、ノズルベーンが傾斜していないときのノズルベーンの非支持壁側の端面と非支持壁とのクリアランスは確保できるため、ノズルベーンのスティックの発生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）に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記非支持壁側直線状部は、前記圧力面側の前記縁部のうち、前記ノズルベーンの後縁からのコード方向距離が前記ノズルベーンのコード長の１／４となる位置を含む範囲に形成される。

上記（２）に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、翼厚が小さくクリアランスフローが問題となりやすい後縁側を含む範囲に非支持壁側直線状部が形成されるため、ノズルベーンの非支持壁側の端面と非支持壁との間のクリアランスフロー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）に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記非支持壁側直線状部の長さは、前記ノズルベーンのコード長の半分以上である。

上記（３）に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、圧力面側の縁部のうちコード方向における大部分に非支持壁側直線状部が設けられるため、ノズルベーンの非支持壁側の端面と非支持壁との間のクリアランスフローを効果的に抑制することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れか１項に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記ノズルベーンにおける前記非支持壁側の端部は、前記ノズルベーンの圧力面側に突出する非支持壁側リブ状部を含み、前記非支持壁側直線状部は、前記非支持壁側リブ状部に形成される。

上記（４）に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、非支持壁側直線状部を形成するように非支持壁側リブ状部を設けることで、ノズルベーンの翼高さ方向における中央位置での翼プロファイルは空力性能に優れた形状を維持しつつ、非支持壁側直線状部によるクリアランスフローの低減効果を得ることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れか１項に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記ノズルベーンにおける前記非支持壁側の端部は、前記ノズルベーンにおける前記非支持壁側の端面と前記圧力面とを接続する非支持壁側傾斜面を含み、前記非支持壁側傾斜面は、前記非支持壁に近づくにつれて前記ノズルベーンの負圧面との距離が小さくなるように傾斜しており、前記非支持壁側直線状部は、前記非支持壁側傾斜面と前記非支持壁側の前記端面との境界位置に形成される。

上記（５）に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、非支持壁側傾斜面と非支持壁側の端面との境界位置に非支持壁側直線状部が形成されるため、ノズルベーンが流体力で傾斜したときに、ノズルベーンの支持壁側の端面と支持壁とのクリアランスを均一に小さくすることができる。これにより、ノズルベーンの支持壁側の端面と支持壁との間を流れるクリアランスフローを抑制し、クリアランスフローによる損失を低減することができる。特に、ノズルベーンの開度が小さいときのタービン性能を向上することができる。また、ノズルベーンが傾斜していないときのノズルベーンの支持壁側の端面と支持壁とのクリアランスは確保できるため、ノズルベーンのスティックの発生を抑制することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れか１項に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記ノズルベーンにおける前記支持壁側の端面のうち負圧面側の縁部は、直線状に形成された支持壁側直線状部を有する。

上記（６）に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、ノズルベーンにおける支持壁側の端面のうち負圧面側の縁部が、直線状に形成された支持壁側直線状部を有するため、ノズルベーンが流体力で傾斜したときに、ノズルベーンの支持壁側の端面と支持壁とのクリアランスを均一に小さくすることができる。これにより、ノズルベーンの支持壁側の端面と支持壁との間を流れるクリアランスフローを抑制し、クリアランスフローによる損失を低減することができる。特に、ノズルベーンの開度が小さいときのタービン性能を向上することができる。また、ノズルベーンが傾斜していないときのノズルベーンの支持壁側の端面と支持壁とのクリアランスは確保できるため、ノズルベーンのスティックの発生を抑制することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記支持壁側直線状部と前記非支持壁側直線状部とは、平行に形成される。

上記（７）に記載によれば、平行に形成された支持壁と非支持壁について、ノズルベーンの非支持壁側の端面と非支持壁１８とのクリアランスと、ノズルベーンの支持壁側の端面と支持壁とのクリアランスと、の両方を均一に小さくすることができる。これにより、ノズルベーンの非支持壁側の端面と非支持壁との間を流れるクリアランスフローと、ノズルベーンの支持壁側の端面と支持壁との間を流れるクリアランスフローと、の両方を効果的に抑制し、クリアランスフローによる損失を効果的に低減することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（６）又は（７）に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記支持壁側直線状部は、前記ノズルベーンの後縁からのコード方向距離が前記ノズルベーンのコード長の１／４となる位置を含む範囲に形成される。

上記（８）に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、翼厚が小さくクリアランスフローが問題となりやすい後縁側を含む範囲に支持壁側直線状部が形成されるため、ノズルベーンの支持壁側の端面と支持壁との間のクリアランスフローを効果的に抑制することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（６）乃至（８）の何れか１項に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記支持壁側直線状部の長さは、前記ノズルベーンのコード長の半分以上である。

上記（９）に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、負圧面側の縁部のうちコード方向における大部分に支持壁側直線状部が設けられるため、ノズルベーンの支持壁側の端面と支持壁との間のクリアランスフローを効果的に抑制することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（６）乃至（９）の何れか１項に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記非支持壁側直線状部は、前記支持壁側直線状部より長い。

上記（１０）に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、ノズルベーンの傾斜時において、クリアランスフローが問題となりやすい非支持壁側でクリアランスを均一に小さくする効果を高めることで、簡素な構成でクリアランスフローによる損失を効果的に低減することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（６）乃至（１０）の何れか１項に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記ノズルベーンにおけるにおける前記支持壁側の端部は、前記ノズルベーンの負圧面側に突出する支持壁側リブ状部を含み、前記支持壁側直線状部は、前記支持壁側リブ状部に形成される。

上記（１１）に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、支持壁側直線状部を形成するように支持壁側リブ状部を設けることで、ノズルベーンの翼高さ方向における中央位置での翼プロファイルは空力性能に優れた形状を維持しつつ、支持壁側直線状部を設けたことによるクリアランスフローの低減効果を得ることができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（６）乃至（１０）に記載の可変容量型ターボチャージャにおいて、前記ノズルベーンにおける前記支持壁側の端部は、前記ノズルベーンにおける前記支持壁側の端面と前記圧力面とを接続する支持壁側傾斜面を含み、前記支持壁側傾斜面は、前記支持壁に近づくにつれて前記ノズルベーンの圧力面との距離が小さくなるように傾斜しており、前記支持壁側直線状部は、前記支持壁側傾斜面と前記支持壁側の前記端面との境界位置に形成される。

上記（１２）に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、支持壁側傾斜面と支持壁側の端面との境界位置に支持壁側直線状部が形成されるため、ノズルベーンが流体力で傾斜したときに、ノズルベーンの支持壁側の端面と支持壁とのクリアランスを均一に小さくすることができる。これにより、ノズルベーンの支持壁側の端面と支持壁との間を流れるクリアランスフローを抑制し、クリアランスフローによる損失を低減することができる。特に、ノズルベーンの開度が小さいときのタービン性能を向上することができる。また、ノズルベーンが傾斜していないときのノズルベーンの支持壁側の端面と支持壁とのクリアランスは確保できるため、ノズルベーンのスティックの発生を抑制することができる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、ノズルベーンの傾斜時におけるクリアランスフローを抑制可能な可変容量型ターボチャージャが提供される。

本発明の一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャ１００の回転軸線に沿った概略断面図である。一実施形態に係るノズルベーン１４（１４Ａ）の概略斜視図である。ノズルベーン１４（１４Ａ）の翼高さ方向における中央位置での翼プロファイル３６を示す図である。ノズルベーン１４（１４Ａ）の非支持壁１８側の端面３８の形状を示す図である。ノズルベーン１４（１４Ａ）の支持壁１６側の端面５４の形状を示す図である。図３のＡ−Ａ線断面を示しており、ノズルベーン１４（１４Ａ）が流体力によって傾斜していない状態を示す図である。図３のＢ−Ｂ線断面を示しており、ノズルベーン１４（１４Ａ）が流体力によって傾斜していない状態を示す図である。図３のＡ−Ａ線断面を示しており、ノズルベーン１４（１４Ａ）が流体力によって傾斜した状態を示す図である。図３のＢ−Ｂ線断面を示しており、ノズルベーン１４（１４Ａ）が流体力によって傾斜した状態を示す図である。一実施形態に係るノズルベーン１４（１４Ｂ）の概略斜視図である。ノズルベーン１４（１４Ｂ）の翼高さ方向における中央位置での翼プロファイル３６を示す図である。ノズルベーン１４（１４Ｂ）の非支持壁１８側の端面３８の形状を示す図である。ノズルベーン１４（１４Ｂ）の支持壁１６側の端面５４の形状を示す図である。図１１のＡ−Ａ線断面を示しており、ノズルベーン１４（１４Ｂ）が流体力によって傾斜していない状態を示す図である。図１１のＢ−Ｂ線断面を示しており、ノズルベーン１４（１４Ｂ）が流体力によって傾斜していない状態を示す図である。図１１のＡ−Ａ線断面を示しており、ノズルベーン１４（１４Ｂ）が流体力によって傾斜した状態を示す図である。図１１のＢ−Ｂ線断面を示しており、ノズルベーン１４（１４Ｂ）が流体力によって傾斜した状態を示す図である。支持壁側傾斜面６８を説明するための図である。一実施形態に係るノズルベーン１４（１４Ｃ）の概略斜視図である。ノズルベーン１４（１４Ｃ）の翼高さ方向における中央位置での翼プロファイル３６を示す図である。クリアランスフローを説明するための図である。

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。
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、本発明の一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャ１００の回転軸線に沿った概略断面図である。

可変容量型ターボチャージャ１００は、不図示のコンプレッサと同軸に設けられたタービンロータ２と、タービンロータ２を収容し、タービンロータ２の外周側にスクロール流路４を形成するタービンハウジング６と、タービンロータ２を回転可能に支持する軸受８を収容し、タービンハウジング６に連結された軸受ハウジング１０と、タービンハウジング６と軸受ハウジング１０の間に設けられ、スクロール流路４からタービンロータ２への排ガスの流れを調整するための可変ノズル機構１２とを備えている。

以下では、特記しない限り、タービンロータ２の軸方向を単に「軸方向」といい、タービンロータ２の径方向を単に「径方向」といい、タービンロータ２の周方向を単に「周方向」ということとする。

可変ノズル機構１２は、複数のノズルベーン１４、支持壁１６（ノズルマウント）、非支持壁１８（ノズルプレート）、複数のレバープレート２０、ドライブリング２２、複数のノズルサポート２４を備えている。

複数のノズルベーン１４は、スクロール流路４からタービンロータ２へ排ガスを導くための排ガス流路２６に周方向に間隔を空けて設けられている。

支持壁１６は、タービンロータ２の外周側に設けられた環状のプレート部材であり、排ガス流路２６のうち軸方向における一方側（図示する形態では軸受ハウジング１０側）の流路壁２８を形成する。支持壁１６には、複数のノズルベーン１４の軸部１５をそれぞれ回動可能に片持ち支持するための複数の支持穴３０（貫通穴）が設けられている。

非支持壁１８は、タービンロータ２の外周側に支持壁１６と対向して設けられる環状のプレートである。非支持壁１８は、排ガス流路２６のうち軸方向における他方側（図示する形態では軸受ハウジング１０と反対側）の流路壁３２を形成しており、ノズルベーン１４の各々を支持していない。また、非支持壁１８は、タービンロータ２のブレードのチップ側端に隙間を介して対向するシュラウド壁３４を流路壁３２の下流側に形成する。支持壁１６と非支持壁１８とは、複数のノズルサポート２４によって連結されている。

タービンロータ２の背面と軸受ハウジング１０との間には、排ガス流路２６からタービンロータ２へ流れる排ガスが支持壁１６の内周側を通って支持壁１６の裏側（排ガス流路２６と反対側）へ漏れないように、バックプレート２３が設けられている。バックプレート２３は、軸方向における一端側で支持壁１６に当接し、軸方向における他端側で軸受ハウジング１０に当接するよう設けられている。

かかる可変ノズル機構１２では、不図示のアクチュエータから伝達される駆動力によってドライブリング２２が回転駆動される。ドライブリング２２が回動すると、ドライブリング２２に係合しているレバープレート２０がノズルベーン１４の軸部１５を回動させ、その結果、ノズルベーン１４が回動して該ノズルベーン１４の翼角が変化し、スクロール流路４からタービンロータ２への排ガスの流れが調整される。

図２は、一実施形態に係るノズルベーン１４（１４Ａ）の概略斜視図である。図３は、ノズルベーン１４（１４Ａ）の翼高さ方向における中央位置での翼プロファイル３６を示す図である。図４は、ノズルベーン１４（１４Ａ）の非支持壁１８側の端面３８の形状を示す図である。図５は、ノズルベーン１４（１４Ａ）の支持壁１６側の端面５４の形状を示す図である。なお、図２及び図５では、ノズルベーン１４の軸部１５の表示を便宜的に省略している。図６は、図３のＡ−Ａ線断面を示しており、ノズルベーン１４（１４Ａ）が流体力によって傾斜していない状態を示す図である。図７は、図３のＢ−Ｂ線断面を示しており、ノズルベーン１４（１４Ａ）が流体力によって傾斜していない状態を示す図である。図８は、図３のＡ−Ａ線断面を示しており、ノズルベーン１４（１４Ａ）が流体力によって傾斜した状態を示す図である。図９は、図３のＢ−Ｂ線断面を示しており、ノズルベーン１４（１４Ａ）が流体力によって傾斜した状態を示す図である。

一実施形態では、例えば図２、図４、図６及び図７に示すように、ノズルベーン１４（１４Ａ）における非支持壁１８側の端面３８のうち圧力面４２側の縁部４４は、直線状に形成された非支持壁側直線状部４６を有する。

かかる構成によれば、ノズルベーン１４（１４Ａ）における非支持壁１８側の端面３８のうち圧力面４２側の縁部４４が、直線状に形成された非支持壁側直線状部４６を有するため、ノズルベーン１４が流体力で傾斜したとき（図８及び図９参照）に、非支持壁側直線状部４６の全長に亘って、ノズルベーン１４の非支持壁１８側の端面３８と非支持壁１８とのクリアランスを均一に小さくすることができる。これにより、ノズルベーン１４の非支持壁１８側の端面３８と非支持壁１８との間を流れるクリアランスフローを抑制し、クリアランスフローによる損失を低減することができる。特に、ノズルベーン１４の開度が小さいときのタービン性能を向上することができる。また、図６及び図７に示すように、ノズルベーン１４が傾斜していないときのノズルベーン１４の非支持壁１８側の端面３８と非支持壁１８とのクリアランスは確保できるため、ノズルベーン１４のスティックの発生を抑制することができる。

一実施形態では、例えば図４に示すように、非支持壁側直線状部４６は、圧力面４２側の縁部４４のうち、ノズルベーン１４の後縁４８からのコード方向距離ｘがノズルベーン１４のコード長Ｃの１／４となる位置Ｐを含む範囲に形成される。図示する例示的形態では、非支持壁側直線状部４６は、圧力面４２側の縁部４４の全体に亘って形成される。

かかる構成によれば、翼厚が小さくクリアランスフローが問題となりやすい後縁４８側を含む範囲に非支持壁側直線状部４６が形成されるため、ノズルベーン１４の非支持壁１８側の端面３８と非支持壁１８との間のクリアランスフローを効果的に抑制することができる。

一実施形態では、例えば図４に示すように、非支持壁側直線状部４６の長さＬは、ノズルベーン１４のコード長Ｃ（ベーン長）の半分以上である。図示する例示的形態では、長さＬはコード長Ｃと等しくなっている。

かかる構成によれば、圧力面４２側の縁部４４のうちコード方向における大部分に非支持壁側直線状部４６が設けられるため、ノズルベーン１４の非支持壁１８側の端面３８と非支持壁１８との間のクリアランスフローを効果的に抑制することができる。

一実施形態では、例えば図２、図６及び図７に示すように、ノズルベーン１４における非支持壁１８側の端部５０は、ノズルベーン１４の圧力面４２側に突出する非支持壁側リブ状部５２を含み、非支持壁側直線状部４６は、非支持壁側リブ状部５２の先端に形成される。

かかる構成によれば、非支持壁側直線状部４６を形成するように非支持壁側リブ状部５２を設けることで、図３に示すようにノズルベーン１４の翼高さ方向における中央位置での翼プロファイルは空力性能に優れた形状を維持しつつ、非支持壁側直線状部４６によるクリアランスフローの低減効果を得ることができる。

一実施形態では、例えば図２及び図３に示すように、非支持壁側リブ状部５２は、ノズルベーン１４の回転軸線方向視において、非支持壁側直線状部４６がノズルベーン１４の圧力面４２への接線上に延在するように突設されている。

かかる構成によれば、非支持壁側リブ状部５２を過度に大きくすることなく簡素な構成で、非支持壁側直線状部４６によるクリアランスフローの低減効果を得ることができる。

一実施形態では、例えば図２、図５〜図７に示すように、ノズルベーン１４における支持壁１６側の端面５４のうち負圧面５６側の縁部５８は、直線状に形成された支持壁側直線状部６０を有する。

かかる構成によれば、ノズルベーン１４における支持壁１６側の端面５４のうち負圧面５６側の縁部５８が、直線状に形成されているため、図８及び図９に示すようにノズルベーン１４が流体力で傾斜したときに、ノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６とのクリアランスを均一に小さくすることができる。これにより、ノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６との間を流れるクリアランスフローを抑制し、クリアランスフローによる損失を低減することができる。特に、ノズルベーン１４の開度が小さいときのタービン性能を向上することができる。また、図６及び図７に示すように、ノズルベーン１４が傾斜していないときのノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６とのクリアランスは確保できるため、ノズルベーン１４のスティックの発生を抑制することができる。

なお、図８及び図９に示す例示的な形態では、ノズルベーン１４が流体力で傾斜したときに、非支持壁側直線状部４６が非支持壁１８に当接するよりも前に、支持壁側直線状部６０が支持壁１６に当接するように構成されている。このため、ノズルベーン１４の回動中心と支持壁側直線状部６０との距離によって、ノズルベーン１４の傾斜に伴うノズルベーン１４全体の軸方向移動量を設定することができる。また、ノズルベーン１４の回動中心と非支持壁側直線状部４６との距離によって、ノズルベーン１４が傾斜した状態におけるノズルベーン１４の非支持壁１８側の端面５４と非支持壁１８とのクリアランス量を設定することができる。

一実施形態では、例えば図２に示すように、支持壁側直線状部６０と非支持壁側直線状部４６とは、平行に形成される。

かかる構成によれば、例えば図８及び図９に示すように、平行に形成された支持壁１６と非支持壁１８について、ノズルベーン１４の非支持壁１８側の端面３８と非支持壁１８とのクリアランスと、ノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６とのクリアランスと、の両方を均一に小さくすることができる。これにより、ノズルベーン１４の非支持壁１８側の端面３８と非支持壁１８との間を流れるクリアランスフローと、ノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６との間を流れるクリアランスフローと、の両方を効果的に抑制し、クリアランスフローによる損失を効果的に低減することができる。

一実施形態では、例えば図５に示すように、支持壁側直線状部６０は、ノズルベーン１４の後縁４８からのコード方向距離ｘがノズルベーン１４のコード長Ｃの１／４となる位置Ｐを含む範囲に形成される。

かかる構成によれば、翼厚が小さくクリアランスフローが問題となりやすい後縁４８側に支持壁側直線状部６０が形成されるため、ノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６との間のクリアランスフローを効果的に抑制することができる。

一実施形態では、例えば図５において、支持壁側直線状部６０の長さＭは、ノズルベーン１４のコード長Ｃ（ベーン長）の半分以上である。図示する例示的形態では、図示する例示的形態では、０．８Ｃ＜Ｍ＜Ｃが満たされている。

かかる構成によれば、負圧面５６側の縁部５８のうちコード方向における大部分に支持壁側直線状部６０が設けられるため、ノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６との間のクリアランスフローを効果的に抑制することができる。

一実施形態では、例えば図４及び図５において、非支持壁側直線状部４６の長さＬは、支持壁側直線状部６０の長さＭより大きい。

かかる構成によれば、ノズルベーン１４の傾斜時において、クリアランスフローが問題となりやすい非支持壁１８側でクリアランスを均一に小さくする効果を高めることで、簡素な構成でクリアランスフローによる損失を効果的に低減することができる。

一実施形態では、例えば図２に示すように、ノズルベーン１４における支持壁１６側の端部６２は、ノズルベーン１４の負圧面５６側に突出する支持壁側リブ状部６４を含み、支持壁側直線状部６０は、支持壁側リブ状部６４の先端に形成される。

かかる構成によれば、支持壁側直線状部６０を形成するように支持壁側リブ状部６４を設けることで、図３に示すようにノズルベーン１４の翼高さ方向における中央位置での翼プロファイルは空力性能に優れた形状を維持しつつ、支持壁側直線状部６０を設けたことによるクリアランスフローの低減効果を得ることができる。

一実施形態では、例えば図２及び図３に示すように、支持壁側リブ状部６４は、ノズルベーン１４の回転軸線方向視において、支持壁側直線状部６０がノズルベーン１４の負圧面５６への接線上に延在するように突設されている。

かかる構成によれば、支持壁側リブ状部６４を過度に大きくすることなく簡素な構成で、支持壁側直線状部６０によるクリアランスフローの低減効果を得ることができる。

図１０は、一実施形態に係るノズルベーン１４（１４Ｂ）の概略斜視図である。図１１は、ノズルベーン１４（１４Ｂ）の翼高さ方向における中央位置での翼プロファイル３６を示す図である。図１２は、ノズルベーン１４（１４Ｂ）の非支持壁１８側の端面３８の形状を示す図である。図１３は、ノズルベーン１４（１４Ｂ）の支持壁１６側の端面５４の形状を示す図である。図１４は、図１１のＡ−Ａ線断面を示しており、ノズルベーン１４（１４Ｂ）が流体力によって傾斜していない状態を示す図である。図１５は、図１１のＢ−Ｂ線断面を示しており、ノズルベーン１４（１４Ｂ）が流体力によって傾斜していない状態を示す図である。図１６は、図１１のＡ−Ａ線断面を示しており、ノズルベーン１４（１４Ｂ）が流体力によって傾斜した状態を示す図である。図１７は、図１１のＢ−Ｂ線断面を示しており、ノズルベーン１４（１４Ｂ）が流体力によって傾斜した状態を示す図である。

一実施形態では、例えば図１０及び図１５に示すように、ノズルベーン１４における非支持壁１８側の端部５０は、ノズルベーン１４における非支持壁１８側の端面３８と圧力面４２とを接続する非支持壁側傾斜面６６を含み、非支持壁側傾斜面６６は、非支持壁１８に近づくにつれてノズルベーン１４の負圧面５６との距離が小さくなるように傾斜しており、非支持壁側直線状部４６は、非支持壁側傾斜面６６と非支持壁１８側の端面３８との境界位置に形成される。図示する例示的形態では、非支持壁側傾斜面６６は、平面である。

かかる構成においても、非支持壁側傾斜面６６と非支持壁１８側の端面３８との境界位置に非支持壁側直線状部４６が形成されるため、図１６及び図１７に示すようにノズルベーン１４が流体力で傾斜したときに、ノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６とのクリアランスを均一に小さくすることができる。これにより、ノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６との間を流れるクリアランスフローを抑制し、クリアランスフローによる損失を低減することができる。特に、ノズルベーン１４の開度が小さいときのタービン性能を向上することができる。また、図１６及び図１７に示すように、ノズルベーン１４が傾斜していないときのノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６とのクリアランスは確保できるため、ノズルベーン１４のスティックの発生を抑制することができる。

一実施形態では、例えば図１２に示すように、非支持壁側直線状部４６は、圧力面４２側の縁部４４のうち、ノズルベーン１４の後縁４８からのコード方向距離ｘがノズルベーン１４のコード長Ｃの１／４となる位置Ｐを含む範囲に形成される。図示する例示的形態では、非支持壁側直線状部４６は、圧力面４２側の縁部４４の全体に亘って形成される。

かかる構成によれば、図４についての上述の説明と同様に、ノズルベーン１４の非支持壁１８側の端面３８と非支持壁１８との間のクリアランスフローを後縁４８側で効果的に抑制することができる。

一実施形態では、例えば図１２に示すように、非支持壁側直線状部４６の長さＬは、ノズルベーン１４のコード長Ｃ（ベーン長）の半分以上である。図示する例示的形態では、０．８Ｃ＜Ｌ＜Ｃが満たされている。

一実施形態では、例えば図１０、図１３〜図１５に示すように、ノズルベーン１４における支持壁１６側の端面５４のうち負圧面５６側の縁部５８は、直線状に形成された支持壁側直線状部６０を有する。

かかる構成によれば、ノズルベーン１４における支持壁１６側の端面５４のうち負圧面５６側の縁部５８は、直線状に形成されているため、図１６及び図１７に示すようにノズルベーン１４が流体力で傾斜したときに、ノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６とのクリアランスを均一に小さくすることができる。これにより、ノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６との間を流れるクリアランスフローを抑制し、クリアランスフローによる損失を低減することができる。特に、ノズルベーン１４の開度が小さいときのタービン性能を向上することができる。また、図１４及び図１５に示すように、ノズルベーン１４が傾斜していないときのノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６とのクリアランスは確保できるため、ノズルベーン１４のスティックの発生を抑制することができる。

一実施形態では、例えば図１０において、支持壁側直線状部６０と非支持壁側直線状部４６とは、平行に形成される。

かかる構成によれば、図１６及び図１７に示すように、ノズルベーン１４が傾斜したときに、平行に形成された支持壁１６と非支持壁１８について、ノズルベーン１４の非支持壁１８側の端面３８と非支持壁１８とのクリアランスと、ノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６とのクリアランスと、の両方を均一に小さくすることができる。これにより、ノズルベーン１４の非支持壁１８側の端面３８と非支持壁１８との間を流れるクリアランスフローと、ノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６との間を流れるクリアランスフローと、の両方を効果的に抑制し、クリアランスフローによる損失を効果的に低減することができる。

一実施形態では、例えば図１３に示すように、支持壁側直線状部６０は、ノズルベーン１４の後縁４８からのコード方向距離ｘがノズルベーン１４のコード長Ｃの１／４となる位置Ｐを含む範囲に形成される。

かかる構成によれば、図５についての上述の説明と同様に、ノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６との間のクリアランスフローを後縁４８側で効果的に抑制することができる。

一実施形態では、例えば図１３において、支持壁側直線状部６０の長さＭは、ノズルベーン１４のコード長Ｃ（ベーン長）の半分以上である。

一実施形態では、例えば図１２及び図１３において、非支持壁側直線状部４６の長さＬは、支持壁側直線状部６０の長さＭより大きい。

一実施形態では、例えば図１０、図１４及び図１５に示すように、ノズルベーン１４における支持壁１６側の端部６２は、ノズルベーン１４の負圧面５６側に突出する支持壁側リブ状部６４を含み、支持壁側直線状部６０は、支持壁側リブ状部６４の先端に形成される。

かかる構成によれば、支持壁側直線状部６０を形成するように支持壁側リブ状部６４を設けることで、図１１に示すようにノズルベーン１４の翼高さ方向における中央位置での翼プロファイルは空力性能に優れた形状を維持しつつ、支持壁側直線状部６０を設けたことによるクリアランスフローの低減効果を得ることができる。

本発明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。

例えば、図１５等では、ノズルベーン１４が非支持壁側傾斜面６６を有する例を示したが、一実施形態では、図１８に示すように、ノズルベーン１４が支持壁側傾斜面６８を有していてもよい。図１８に示す形態では、ノズルベーン１４における支持壁１６側の端部６２は、ノズルベーン１４における支持壁１６側の端面５４と負圧面５６とを接続する支持壁側傾斜面６８を含み、支持壁側傾斜面６８は、支持壁１６に近づくにつれてノズルベーン１４の圧力面４２との距離が小さくなるように傾斜している。また、支持壁側直線状部６０は、支持壁側傾斜面６８と支持壁１６側の端面５４との境界位置に形成されている。

かかる構成においても、ノズルベーン１４が流体力で傾斜したときに、ノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６とのクリアランスを均一に小さくすることができる。これにより、ノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６との間を流れるクリアランスフローを抑制し、クリアランスフローによる損失を低減することができる。特に、ノズルベーン１４の開度が小さいときのタービン性能を向上することができる。また、ノズルベーン１４が傾斜していないときのノズルベーン１４の支持壁１６側の端面５４と支持壁１６とのクリアランスは確保できるため、ノズルベーン１４のスティックの発生を抑制することができる。ただし、図に示した形態よりも、図に示したように支持壁側リブ状部を設ける方が、ノズルベーン１４の傾斜自体を抑制する観点で望ましい。

また、図２及び図３等に示した例示的形態では、非支持壁側リブ状部５２は、ノズルベーン１４の回転軸線方向視において、非支持壁側直線状部４６がノズルベーン１４の圧力面４２への接線上に延在するように突設された。しかしながら、本発明はこれに限らず、例えば図１９及び図２０に示すように、非支持壁側リブ状部５２は、ノズルベーン１４の回転軸線方向視において、非支持壁側直線状部４６がノズルベーン１４の圧力面４２から離間した直線上に延在するように突設されてもよい。

また、図２及び図３等に示した例示的形態では、支持壁側リブ状部６４は、ノズルベーン１４の回転軸線方向視において、支持壁側直線状部６０がノズルベーン１４の負圧面５６への接線上に延在するように突設された。しかしながら、本発明はこれに限らず、例えば図１９及び図２０に示すように、支持壁側リブ状部６４は、ノズルベーン１４の回転軸線方向視において、支持壁側直線状部６０がノズルベーン１４の負圧面５６から離間した直線上に延在するように突設されてもよい。

また、上述した各形態では、ノズルベーン１４は、排ガス流路２６のうち軸方向における軸受ハウジング１０側の流路壁２８に片持ち支持された。しかしながら、本発明はこれに限らず、ノズルベーン１４は、排ガス流路２６のうち軸方向における軸受ハウジング１０と反対側の流路壁３２に片持ち支持されてもよい。すなわち、ノズルベーンを回動可能に片持ち支持する支持壁は、排ガス流路のうち軸方向における軸受ハウジングと反対側の流路壁であってもよい。

２タービンロータ
４スクロール流路
６タービンハウジング
８軸受
１０軸受ハウジング
１２可変ノズル機構
１４ノズルベーン
１５軸部
１６支持壁
１８非支持壁
２０レバープレート
２２ドライブリング
２３バックプレート
２４ノズルサポート
２６排ガス流路
２８流路壁
３０支持穴
３２流路壁
３４シュラウド壁
３６翼プロファイル
３８端面
４２圧力面
４４縁部
４６非支持壁側直線状部
４８縁
５０端部
５２非支持壁側リブ状部
５４端面
５６負圧面
５８縁部
６０支持壁側直線状部
６２端部
６４支持壁側リブ状部
６６非支持壁側傾斜面
６８支持壁側傾斜面
１００可変容量型ターボチャージャ
Ｃコード長
Ｐ位置
ｘコード方向距離

Claims

タービンロータと、前記タービンロータの外周側に形成されるスクロール流路から前記タービンロータへの排ガスの流れを調整するための可変ノズル機構と、を備える可変容量型ターボチャージャであって、
前記可変ノズル機構は、
前記スクロール流路から前記タービンロータへ前記排ガスを導くための排ガス流路に設けられるノズルベーンと、
前記排ガス流路のうち前記タービンロータの軸方向における一方側の流路壁を形成するとともに前記ノズルベーンを回動可能に片持ち支持する支持壁と、
前記排ガス流路のうち前記軸方向における他方側の流路壁を形成する非支持壁と、
を含み、
前記ノズルベーンにおける前記非支持壁側の端面のうち圧力面側の縁部は、直線状に形成された非支持壁側直線状部を有する、可変容量型ターボチャージャ。
前記非支持壁側直線状部は、前記圧力面側の前記縁部のうち、前記ノズルベーンの後縁からのコード方向距離が前記ノズルベーンのコード長の１／４となる位置を含む範囲に形成された、請求項１に記載の可変容量型ターボチャージャ。
前記非支持壁側直線状部の長さは、前記ノズルベーンのコード長の半分以上である、請求項１又は２に記載の可変容量型ターボチャージャ。
前記ノズルベーンにおける前記非支持壁側の端部は、前記ノズルベーンの圧力面側に突出する非支持壁側リブ状部を含み、
前記非支持壁側直線状部は、前記非支持壁側リブ状部の先端部に形成された、請求項１乃至３の何れか１項に記載の可変容量型ターボチャージャ。
前記ノズルベーンにおける前記非支持壁側の端部は、前記ノズルベーンにおける前記非支持壁側の端面と前記圧力面とを接続する非支持壁側傾斜面を含み、
前記非支持壁側傾斜面は、前記非支持壁に近づくにつれて前記ノズルベーンの負圧面との距離が小さくなるように傾斜しており、
前記非支持壁側直線状部は、前記非支持壁側傾斜面と前記非支持壁側の前記端面との境界位置に形成された、請求項１乃至３の何れか１項に記載の可変容量型ターボチャージャ。
前記ノズルベーンにおける前記支持壁側の端面のうち負圧面側の縁部は、直線状に形成された支持壁側直線状部を有する、請求項１乃至５の何れか１項に記載の可変容量型ターボチャージャ。
前記支持壁側直線状部と前記非支持壁側直線状部とは、平行に形成された、請求項６に記載の可変容量型ターボチャージャ。
前記支持壁側直線状部は、前記ノズルベーンの後縁からのコード方向距離が前記ノズルベーンのコード長の１／４となる位置を含む範囲に形成された、請求項６又は７に記載の可変容量型ターボチャージャ。
前記支持壁側直線状部の長さは、前記ノズルベーンのコード長の半分以上である、請求項６乃至８の何れか１項に記載の可変容量型ターボチャージャ。
前記非支持壁側直線状部は、前記支持壁側直線状部より長い、請求項６乃至９の何れか１項に記載の可変容量型ターボチャージャ。
前記ノズルベーンにおけるにおける前記支持壁側の端部は、前記ノズルベーンの負圧面側に突出する支持壁側リブ状部を含み、
前記支持壁側直線状部は、前記支持壁側リブ状部に形成された、請求項６乃至１０の何れか１項に記載の可変容量型ターボチャージャ。
前記ノズルベーンにおける前記支持壁側の端部は、前記ノズルベーンにおける前記支持壁側の端面と前記圧力面とを接続する支持壁側傾斜面を含み、
前記支持壁側傾斜面は、前記支持壁に近づくにつれて前記ノズルベーンの圧力面との距離が小さくなるように傾斜しており、
前記支持壁側直線状部は、前記支持壁側傾斜面と前記支持壁側の前記端面との境界位置に形成された、請求項６乃至１０の何れか１項に記載の可変容量型ターボチャージャ。