WO2012043125A1 - 可変容量タービン - Google Patents

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WO2012043125A1
WO2012043125A1 PCT/JP2011/069817 JP2011069817W WO2012043125A1 WO 2012043125 A1 WO2012043125 A1 WO 2012043125A1 JP 2011069817 W JP2011069817 W JP 2011069817W WO 2012043125 A1 WO2012043125 A1 WO 2012043125A1
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WO
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nozzle
nozzle vane
variable capacity
plate
fluid
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/069817
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English (en)
French (fr)
Inventor
横山　隆雄
鈴木　浩
幹 恵比寿
豊隆 吉田
Original Assignee
三菱重工業株式会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes for radial flow, i.e. the vanes turning around axes which are essentially parallel to the rotor centre line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10—Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12—Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/24—Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers

Definitions

  • the present invention relates to a variable capacity turbine.
  • a plurality of centrifugal blades are fixed to a hub fixed to a rotating shaft, and air that is a working fluid that flows inwardly from the outer peripheral side in the radial direction using a substantially parallel annular nozzle mount and nozzle plate as a flow path.
  • the gas and the gas act on the centrifugal blade to rotate the hub and flow out substantially in the axial direction.
  • a plurality of nozzle vanes that accelerate the working fluid are arranged at intervals in the circumferential direction.
  • the variable capacity radial turbine is a device that can adjust the flow rate, speed, etc. of the fluid flowing out by opening and closing the throat space formed by the adjacent nozzle vanes by rotating the nozzle vanes on the nozzle mount and rotating them around this axis. is there.
  • the nozzle vane rotates, and accordingly, the end face of the nozzle vane moves along the nozzle mount and the nozzle plate. For this reason, it is necessary to provide a gap between the end face of the nozzle vane and the nozzle mount and the nozzle plate in order to prevent a problem that the end face of the nozzle vane is fixed in contact with the nozzle mount and the nozzle plate. Since this gap serves as a fluid leakage path, the efficiency of the variable displacement radial turbine is reduced. This drop is particularly affected when the nozzle vane, which has a small flow rate, is closed.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-228707 has been proposed as one that suppresses fluid leakage when the nozzle vane is in a closed state and suppresses a decrease in efficiency at a small flow rate.
  • a plate-like protrusion is provided on the rear edge side of the nozzle vane adjacent to the front edge side of the nozzle vane at the position where the nozzle vane is closed so as to suppress fluid leakage from the gap.
  • an object of the present invention is to provide a variable capacity turbine capable of suppressing fluid leakage from a gap existing on an end face of a nozzle vane and suppressing generation of a wake.
  • a fluid space that is formed into a donut shape by a pair of annular facing surfaces that are arranged to face each other with a gap therebetween, and that allows fluid flowing in from the outer peripheral side to flow out to the inner peripheral side
  • a plurality of nozzle vanes that are arranged in the fluid space so as to divide the fluid space at intervals in the circumferential direction and are rotatably supported on one of the opposing surfaces, the nozzle vanes around the axis
  • a variable capacity turbine capable of adjusting the flow rate of the fluid flowing out by opening and closing the throat space formed by the adjacent nozzle vanes, and at least one of the opposing surfaces includes: At least the end face position of the nozzle vane so as to cover between the front edge side of the nozzle vane at the position where the nozzle vane is closed and the rear edge side of the adjacent nozzle vane.
  • a variable capacity turbine projection which projects remote nozzle vane side is provided
  • At least one of the pair of facing surfaces is provided with the protrusion so as to cover the front edge side of the nozzle vane and the rear edge side of the adjacent nozzle vane at the position where the nozzle vane is closed. Therefore, in a state where the nozzle vane is closed, the protrusion is present adjacent to the nozzle vane. Since the protrusion protrudes toward the nozzle vane side at least from the end face position of the nozzle vane, it is possible to cover the gap between the nozzle vane and the facing surface. Therefore, since the protrusion can suppress fluid leakage from the gap, it is possible to suppress a decrease in efficiency of the variable capacity turbine in the case of a small flow rate.
  • the protrusion is provided so as to cover between the front edge side of the nozzle vane at the position where the nozzle vane is closed and the rear edge side of the adjacent nozzle vane, the height of the throat space when the nozzle vane is closed correspondingly. Can be reduced.
  • the throat width can be increased, that is, the opening degree of the nozzle vane can be increased in order to obtain a throat space having the same flow rate, that is, the same area.
  • the thickness of the trailing edge of the nozzle vane relative to the distance between them can be made relatively small.
  • an outer peripheral tapered surface formed so as to approach the nozzle vane toward the protrusion may be provided on the outer peripheral side of the protrusion.
  • the outer peripheral side of the protrusion is provided with an outer peripheral tapered surface formed so as to approach the nozzle vane toward the protrusion, so that the fluid leaking through the gap passes through the outer peripheral tapered surface and hits the protrusion. Will be in touch. Since this fluid flows through the outer peripheral tapered surface toward the nozzle vane, that is, toward the tip of the protrusion, it is possible to suppress a sudden change in direction of the flow at the protrusion. For this reason, since it is suppressed that the fluid is suddenly changed in direction at the protrusion, separation of the fluid flow can be suppressed and loss can be reduced.
  • the outer peripheral side of the protrusion is a range in which the front edge side portion of the nozzle vane moves
  • the interval between the nozzle vane and the opposing surface increases when the opening degree of the nozzle vane becomes larger than the degree that does not affect the efficiency reduction.
  • the amount of fluid passing through this interval increases, so that the flow rate of the fluid supplied from the nozzle vane can be increased.
  • the opening of the nozzle vane is reduced, the gap between the nozzle vane and the facing surface is reduced, so that the amount of fluid leakage can be further reduced, and in combination with the protrusion, the variable capacity turbine in the case of a small flow rate The efficiency reduction can be further suppressed.
  • the flow rate of the fluid can be easily controlled by adjusting the inclination, range, etc. of the outer peripheral tapered surface.
  • it is suitable to provide an outer peripheral taper surface in the range which the front edge side part of a nozzle vane moves at least.
  • an inner peripheral taper surface formed so as to face the protrusion and approach the nozzle vane may be provided on the inner peripheral side of the protrusion.
  • the inner peripheral side of the protrusion is provided with an inner peripheral taper surface that is formed so as to approach the nozzle vane toward the protrusion, so that the fluid in the throat portion passes through the protrusion and the inner peripheral taper surface. Leakage will occur at intervals with the nozzle vanes. Since the inner peripheral taper surface is located closer to the nozzle vane side, that is, the front end side of the protrusion, the inner peripheral taper surface moves smoothly from the protrusion to the inner peripheral taper surface. Thereby, since it can suppress that the flow of the fluid which exits a projection part changes direction rapidly, peeling of a fluid flow can be suppressed and loss can be reduced.
  • the interval between the nozzle vane and the facing surface increases when the opening degree of the nozzle vane becomes larger than the degree that does not affect the efficiency reduction.
  • the amount of fluid passing through this interval increases, so that the flow rate of the fluid supplied from the nozzle vane can be increased.
  • the opening of the nozzle vane is reduced, the gap between the nozzle vane and the facing surface is reduced, so that the amount of fluid leakage can be further reduced, and in combination with the protrusion, the variable capacity turbine in the case of a small flow rate The efficiency reduction can be further suppressed.
  • the flow rate of the fluid can be easily controlled by adjusting the inclination, range, etc. of the outer peripheral tapered surface.
  • it is suitable to provide an inner peripheral taper surface in the range which the rear edge side part of a nozzle vane moves at least.
  • the protrusion may cover a position from the front edge or the rear edge of the nozzle vane to a position near the shaft in the chord direction of the nozzle vane.
  • the projection can cover substantially the entire range of the nozzle vane in the chord direction of the nozzle vane. Therefore, since the gap between the nozzle vane and the facing surface can be covered almost completely, it is possible to further suppress the efficiency reduction of the variable capacity turbine in the case of a small flow rate.
  • At least one end face position of the nozzle vane covers at least one of the pair of opposing faces so as to cover a space between the front edge side of the nozzle vane and the rear edge side of the adjacent nozzle vane at the position where the nozzle vane is closed.
  • the protrusion that protrudes further toward the nozzle vane is provided, it is possible to suppress a decrease in efficiency of the variable capacity turbine in the case of a small flow rate. Moreover, the performance of the variable capacity radial turbine can be improved.
  • FIG. 6 is a sectional view taken along line BB in FIG. 5.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
  • FIG. 9 is a sectional view taken along the line DD of FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line EE in FIG. 8.
  • FIG. 12 is a sectional view taken along line FF in FIG. 11. It is GG sectional drawing of FIG.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a schematic configuration of a variable capacity radial turbine side of a variable capacity exhaust turbocharger according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing a part of the nozzle vane of FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the nozzle mount portion.
  • the variable capacity turbocharger 3 includes a variable capacity radial turbine 1 and a compressor (not shown).
  • the variable displacement radial turbine 1 and the compressor are connected via a bearing housing 5.
  • a turbine rotor 9 that is rotatably supported by a bearing 7 is inserted into the bearing housing 5.
  • the compressor includes a compressor wheel (not shown) attached to one end side of the turbine rotor 9 and a compressor casing (not shown) provided so as to surround and cover the compressor wheel.
  • the variable capacity radial turbine 1 flows into the turbine wheel 11 attached to the other end side of the turbine rotor 9, the turbine casing 13 provided so as to surround and cover the turbine wheel 11, and the turbine wheel 11.
  • a variable nozzle mechanism 15 that changes a flow passage cross-sectional area (throat area) S of exhaust gas (fluid) is provided.
  • a scroll 19 is formed around the rotation axis 17 of the turbine rotor 9 so as to surround the outer periphery of the turbine wheel 11.
  • the scroll 19 and the turbine wheel inlet 21 communicate with each other through a fluid inlet channel (fluid space) 23.
  • an exhaust gas inlet (not shown) is provided along the tangential direction of the scroll 19 on the outer peripheral side of the scroll 19, and an exhaust gas outlet 25 is provided along the rotational axis 17 of the turbine rotor 9. .
  • the variable nozzle mechanism 15 has a plurality of nozzle vanes 27 having a sectional view blade shape as shown in FIG. 2, a single nozzle mount (opposing surface) 29 having a sectional view ring shape, and a sectional view ring shape.
  • One drive ring 31 and one nozzle plate (opposing surface) 33 having an annular shape in cross section are provided.
  • the nozzle mount 29 and the nozzle plate 33 are arranged to face each other and form a fluid inlet channel 23 having a donut shape.
  • the nozzle vanes 27 are arranged in the fluid inlet channel 23 at an equal pitch along the circumferential direction, and a shaft 35 is provided on the end face of the nozzle vane 27 on the nozzle mount 29 side.
  • the shaft 35 is rotatably supported on the end face of the nozzle mount 29.
  • One end of a lever plate 37 is fixed to the end of the shaft 35.
  • the other end of the lever plate 37 is engaged with a drive pin 39 fixedly attached to the drive ring 31.
  • the drive ring 31 is rotatably supported by the turbine casing 13 and is rotated by an actuator (not shown).
  • the drive pin 39 moves, so that the lever plate 37 moves.
  • the lever plate 37 moves, the shaft 35 rotates and the nozzle vane 27 rotates around the shaft 35. Thereby, the opening degree of the nozzle vane 27 is adjusted, that is, the flow path cross-sectional area S formed by the adjacent nozzle vanes is adjusted.
  • the nozzle plate 33 is provided with a plate projection (projection) 41 as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the plate protrusion 41 is provided so as to cover the entire area between the front edge 40 side of the nozzle vane 27 and the rear edge 42 side of the adjacent nozzle vane 27 at the position where the nozzle vane 27 is closed. ing.
  • the tip position of the plate protrusion 41 is configured to protrude to the nozzle vane 27 side from the end face position of the nozzle vane 27.
  • the nozzle mount 29 is provided with a mount projection (projection) 43 as shown in FIG.
  • the mount projection 43 is provided so as to cover the entire area between the front edge 40 side of the nozzle vane 27 and the rear edge 42 side of the adjacent nozzle vane 27 at the position where the nozzle vane 27 is closed.
  • the tip position of the mount projection 43 is configured to protrude to the nozzle vane 27 side from the end face position of the nozzle vane 27.
  • variable displacement radial turbine 1 configured as described above and the variable displacement turbocharger including the same will be described.
  • Exhaust gas from the engine enters the scroll 19 and flows into the fluid inlet channel 23 while circling along the spiral of the scroll 19.
  • the exhaust gas flowing into the fluid inlet channel 23 is accelerated by the nozzle vane 27 and flows into the turbine wheel 11 from the outer peripheral side.
  • the exhaust gas flows in the radial direction toward the center side of the turbine wheel 11 and performs expansion work on the turbine wheel 11, then flows in the axial direction, is guided to the exhaust gas outlet 25, and is sent out of the machine.
  • the capacity of the variable capacity radial turbine is controlled as follows.
  • the drive pin 39 moves.
  • the lever plate 37 swings around the shaft 35 and the shaft 35 rotates.
  • the nozzle vane 27 rotates around the shaft 35.
  • the flow path cross-sectional area S formed between the nozzle vanes 27 is adjusted, and the flow rate is adjusted.
  • the plate protrusion 41 and the mount protrusion 43 Since the tip positions of the plate protrusion 41 and the mount protrusion 43 protrude toward the nozzle vane 27 from the end face position of the nozzle vane 27, the plate protrusion 41 and the mount protrusion 43 are connected to the nozzle vane 27, the nozzle plate 33 and the nozzle mount 29. The gap between the two can be covered. Therefore, since the plate protrusion 41 and the mount protrusion 43 can suppress fluid leakage from the gap, it is possible to suppress a decrease in efficiency of the variable capacity radial turbine 1 when the flow rate is small.
  • the plate protrusion 41 and the mount protrusion 43 are provided so as to cover between the front edge 40 side of the nozzle vane 27 and the rear edge 42 side of the adjacent nozzle vane 27 at the position where the nozzle vane 27 is closed. Accordingly, the height H of the channel cross-sectional area S when the nozzle vane 27 is closed can be reduced. As shown in FIG. 3, there is shown a channel cross-sectional area S ⁇ b> 1 when there is no plate projection 41 and mount projection 43 having the same area as the channel cross-sectional area S in this embodiment. Comparing the two, the throat width B is larger than the throat width B1 because the channel cross-sectional area S is smaller in height H.
  • the throat width B is increased, that is, the opening degree of the nozzle vane 27, when obtaining the same flow rate, that is, the channel cross-sectional area S of the same area. Can be increased.
  • the thickness of the trailing edge 42 of the nozzle vane 27 with respect to the throat width B can be made relatively small. Thereby, since the expansion ratio of the exhaust gas that has exited the nozzle vane 27 is reduced, the occurrence of wake can be suppressed, and the performance of the variable displacement radial turbine 1 can be improved.
  • the nozzle plate 33 includes the plate protrusion 41 and the nozzle mount 29 includes the mount protrusion 43.
  • the present invention is not limited to this, and the plate protrusion 41 and the mount protrusion 43 are not limited thereto. Either one may be provided.
  • variable capacity turbocharger including the variable capacity radial turbine 1 according to the second embodiment of the present invention
  • the configuration of the nozzle plate 33 is different from that of the first embodiment. Therefore, the different parts will be mainly described here, and the same parts as those of the first embodiment described above will not be repeated.
  • symbol is attached
  • FIG. 5 is a plan view showing a part of the nozzle vanes of the variable displacement radial turbine 1 according to the present embodiment.
  • 6 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
  • the nozzle plate 33 is provided with an outer peripheral tapered surface 51 formed on the outer peripheral side of the plate protrusion 41 so as to face the plate protrusion 41 and approach the nozzle vane 27.
  • the outer peripheral tapered surface 51 is provided in a range where the front edge 40 side portion of the nozzle vane 27 moves as the nozzle vane 27 opens and closes. At the boundary position between the outer peripheral tapered surface 51 and the plate protrusion 41, a gap is provided so that the outer peripheral tapered surface 51 does not contact the nozzle vane 27.
  • a taper surface corresponding to the outer periphery taper surface 51 may be provided on the outer periphery side of the mount protrusion 43.
  • variable displacement radial turbine 1 Operations and effects of the variable displacement radial turbine 1 according to the present embodiment configured as described above will be described.
  • the exhaust gas that leaks through the gap between the nozzle plate 33 and the nozzle vane 27 passes through the outer peripheral tapered surface 51 and comes into contact with the plate protrusion 41. Since the exhaust gas flows through the outer peripheral tapered surface 51 toward the nozzle vane 27, that is, toward the tip end side of the plate protrusion 41, it is possible to suppress a sudden change in direction of the flow at the plate protrusion 41. For this reason, since the exhaust gas is prevented from being suddenly changed in direction at the plate projection 41, separation of the fluid flow can be suppressed, and loss can be reduced.
  • the outer peripheral tapered surface 51 is a range in which the front edge 40 side portion of the nozzle vane 27 moves, if the opening degree of the nozzle vane 27 becomes larger than the degree that does not affect the efficiency reduction, the distance between the nozzle vane 27 and the nozzle plate 33 is increased. Becomes larger. When the interval between the nozzle vane 27 and the nozzle plate 33 is increased, the amount of fluid passing through this interval is increased, so that the flow rate of the exhaust gas supplied from the nozzle vane 27 to the turbine wheel 11 can be increased.
  • the opening degree of the nozzle vane 27 is reduced, the interval between the nozzle vane 27 and the nozzle plate 33 is reduced, so that the amount of exhaust gas leakage can be further reduced. In this case, the efficiency reduction of the variable capacity radial turbine 1 can be further suppressed. Furthermore, since the interval between the nozzle vane 27 and the nozzle plate 33 can be continuously changed, the flow rate of the exhaust gas can be easily controlled by adjusting the inclination, range, etc. of the outer peripheral tapered surface 51.
  • variable capacity turbocharger including the variable capacity radial turbine 1 according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the configuration of the nozzle plate 33 is different from that of the first embodiment. Therefore, the different parts will be mainly described here, and the same parts as those of the first embodiment described above will not be repeated.
  • symbol is attached
  • FIG. 8 is a plan view showing a part of the nozzle vanes of the variable displacement radial turbine 1 according to the present embodiment.
  • 9 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line EE of FIG.
  • the nozzle plate 33 is provided with an inner peripheral tapered surface 53 formed on the inner peripheral side of the plate protrusion 41 so as to face the plate protrusion 41 and approach the nozzle vane 27.
  • the inner peripheral tapered surface 53 is provided in a range in which the rear edge 42 side portion of the nozzle vane 27 moves as the nozzle vane 27 opens and closes. At the boundary position between the inner peripheral tapered surface 53 and the plate projection 41, a gap is provided so that the inner peripheral tapered surface 53 does not contact the nozzle vane 27.
  • a taper surface corresponding to the inner peripheral taper surface 53 may be provided on the inner peripheral side of the mount protrusion 43.
  • the inner peripheral taper surface 53 is a range in which the rear edge 42 side portion of the nozzle vane 27 moves, if the opening degree of the nozzle vane 27 becomes larger than the level that does not affect the efficiency reduction, the nozzle vane 27 and the nozzle plate 33 are not affected. The interval becomes larger. When the interval between the nozzle vane 27 and the nozzle plate 33 is increased, the amount of fluid passing through this interval is increased, so that the flow rate of the exhaust gas supplied from the nozzle vane 27 to the turbine wheel 11 can be increased.
  • the opening degree of the nozzle vane 27 is reduced, the interval between the nozzle vane 27 and the nozzle plate 33 (inner peripheral tapered surface 53) is reduced, so that the amount of exhaust gas leakage can be further reduced. Therefore, it is possible to further suppress a decrease in efficiency of the variable capacity radial turbine 1 in the case of a small flow rate. Furthermore, since the interval between the nozzle vane 27 and the nozzle plate 33 can be continuously changed, the flow rate of the exhaust gas can be easily controlled by adjusting the inclination, range, etc. of the inner peripheral tapered surface 53. .
  • variable capacity turbocharger equipped with a variable capacity radial turbine 1 will be described with reference to FIGS.
  • the configuration of the nozzle plate 33 is different from that of the first embodiment. Therefore, the different parts will be mainly described here, and the same parts as those of the first embodiment described above will not be repeated.
  • symbol is attached
  • FIG. 11 is a plan view showing a part of the nozzle vanes of the variable displacement radial turbine 1 according to the present embodiment.
  • 12 is a cross-sectional view taken along the line FF in FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line GG in FIG.
  • the outer peripheral tapered surface 51 of the second embodiment and the inner peripheral tapered surface 53 of the third embodiment are provided.
  • the outer peripheral tapered surface 51 is provided in a range in which the front edge 40 side portion of the nozzle vane 27 moves as the nozzle vane 27 opens and closes.
  • the inner peripheral side tapered surface 53 is provided in a range in which the rear edge 42 side portion of the nozzle vane 27 moves as the nozzle vane 27 opens and closes.
  • variable displacement radial turbine 1 Since the operations and effects of the variable displacement radial turbine 1 according to the present embodiment configured as described above are the same as those of the second embodiment and the third embodiment described above, redundant description is omitted here. .
  • variable capacity turbocharger including the variable capacity radial turbine 1 according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the configuration of the nozzle plate 33 is different from that of the fourth embodiment. Therefore, the different parts will be mainly described here, and the same parts as those of the first embodiment described above will not be repeated.
  • symbol is attached
  • the plate projection 41 covers the front edge 40 or the rear edge 42 of the nozzle vane 27 to the position near the shaft 35 in the chord direction of the nozzle vane 27. Accordingly, the lengths of the outer peripheral tapered surface 51 and the inner peripheral tapered surface 53 in the chord direction of the nozzle vane 27 are increased.
  • the mount protrusion 43 may cover the nozzle vane 27 from the front edge 40 or the rear edge 42 to the position near the shaft 35 in the chord direction of the nozzle vane 27. Good.
  • the plate protrusion 41 covers substantially the entire range in which exhaust gas leaks from the gap between the nozzle vane 27 and the nozzle plate 33 in the direction of the chord of the nozzle vane 27 (shown by dotted arrows in FIG. 14). can do. Therefore, since the gap between the nozzle vane 27 and the nozzle plate 33 can be covered almost completely, it is possible to further suppress a reduction in efficiency of the variable displacement radial turbine 1 in the case of a small flow rate.
  • the outer peripheral tapered surface 51 and the inner peripheral tapered surface 53 may be omitted, or one of the outer peripheral tapered surface 51 and the inner peripheral tapered surface 53 may be omitted.
  • the present invention is not limited to the embodiment described above, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.
  • the present embodiment is applied to the variable displacement radial turbine 1, it may be applied to a mixed flow turbine.

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Abstract

　ノズルマウントおよびノズルプレートによって形成される流体空間と、流体空間に、周方向に間隔を空けて流体空間を区切るように配置され、それぞれノズルマウントに自転可能に軸支持されている複数のノズルベーン（２７）と、を備え、隣り合うノズルベーン（２７）で形成される流路断面積を開閉して流出する流体の流量が調整できる可変容量タービンであって、ノズルプレートには、ノズルベーン（２７）が閉じた位置におけるノズルベーン（２７）の前縁（４０）側と隣り合うノズルベーン（２７）の後縁（４２）側との間を覆うように、少なくともノズルベーン（２７）の端面位置よりもノズルベーン（２７）側に突出したプレート突起部（４１）が備えられている。

Description

可変容量タービン
　本発明は、可変容量タービンに関するものである。
　ラジアルタービンは、回転軸に固定されたハブに複数の遠心翼が固定され、ほぼ平行な環状をしたノズルマウントおよびノズルプレート間を流路として半径方向外周側から内向きに流れる作動流体である空気やガスが、遠心翼に作用してハブを回転させるとともにほぼ軸方向に流出される構成となっている。
　円板間の流路には、作動流体を加速する複数のノズルベーンが周方向に間隔を空けて配置されている。
　可変容量ラジアルタービンは、このノズルベーンをノズルマウントに軸支させ、この軸回りに自転させて、隣り合うノズルベーンで形成されるスロート空間を開閉して流出する流体の流量、速度等が調整できるものである。
　このように、可変容量ラジアルタービンでは、ノズルベーンが自転するので、それに伴ってノズルベーンの端面がノズルマウントおよびノズルプレートに沿って移動する。このため、ノズルベーンの端面がノズルマウントおよびノズルプレートに接触して固定される不具合を防止するために、ノズルベーンの端面とノズルマウントおよびノズルプレートとの間には、隙間を設ける必要がある。
　この隙間は、流体の漏れ流路となるので、可変容量ラジアルタービンの効率を低下させる。この低下は、特に、小流量であるノズルベーンが閉じた状態のときに影響が大きくなる。
　このノズルベーンが閉じた状態のときに流体の漏れを抑制し、小流量時の効率低下を抑制するものとして、たとえば、特許文献１に示されるものが提案されている。
　これは、ノズルベーンが閉じた位置におけるノズルベーンの前縁側と隣り合うノズルベーンの後縁側に板状の突起部を設け、隙間からの流体の漏れを抑制するようにしたものである。
特開２０１０－９６０１８号公報
　ところで、ノズルベーンが閉じた（ノズルベーンの開度が小さい）状態のときに、スロート空間のスロート幅（ノズルベーン間の距離）に対するノズルベーンの後縁の厚さが相対的に大きくなるので、スロート空間を出た流体の拡幅率が大きくなる。このように拡幅率が大きくなると、大きなウェイクが発生し、可変容量ラジアルタービンの性能が低下する。
　特許文献１に示されるものでは、板状の突起部によって流体の漏れは抑制できるが、スロート幅に対する影響は小さく、ウェイクの発生に対する考慮がなされていないので、可変容量ラジアルタービンの性能低下が避けられないという課題がある。
　本発明は、このような事情に鑑み、ノズルベーンの端面に存在する隙間からの流体漏れを抑制するとともにウェイクの発生を抑制し得る可変容量タービンを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
　すなわち、本発明の一態様は、間隔を空けて対向して配置された環状の一対の対向面によってドーナツ形状に形成され、外周側から流入する流体を内周側に流出させる流体空間と、該流体空間に、周方向に間隔を空けて該流体空間を区切るように配置され、それぞれ一方の前記対向面に自転可能に軸支持されている複数のノズルベーンと、を備え、該ノズルベーンを前記軸回りに自転させて隣り合う該ノズルベーンで形成されるスロート空間を開閉して流出する流体の流量が調整できる可変容量タービンであって、一対の前記対向面の内、少なくとも一方の前記対向面には、前記ノズルベーンが閉じた位置における前記ノズルベーンの前縁側と隣り合う前記ノズルベーンの後縁側との間を覆うように、少なくとも前記ノズルベーンの端面位置よりも前記ノズルベーン側に突出した突起部が備えられている可変容量タービンである。
　本態様によれば、一対の対向面の内、少なくとも一方の対向面には、ノズルベーンが閉じた位置におけるノズルベーンの前縁側と隣り合うノズルベーンの後縁側との間を覆うように突起部が備えられているので、ノズルベーンが閉じた状態では、突起部がノズルベーンに隣り合って存在することになる。突起部は、少なくともノズルベーンの端面位置よりもノズルベーン側に突出しているので、ノズルベーンと対向面との間の隙間を覆うことができる。したがって、突起部は、この隙間からの流体の漏れを抑制できるので、小流量の場合における可変容量タービンの効率低下を抑制することができる。
　また、突起部は、ノズルベーンが閉じた位置におけるノズルベーンの前縁側と隣り合うノズルベーンの後縁側との間を覆うように備えられているので、その分ノズルベーンが閉じた状態のときにおけるスロート空間の高さを減少することができる。スロート空間の高さが減少させられると、同一の流量、すなわち、同面積のスロート空間を得る場合に、スロート幅を大きく、すなわち、ノズルベーンの開度を大きくできるので、スロート空間のスロート幅（ノズルベーン間の距離）に対するノズルベーンの後縁の厚さが相対的に小さくできる。これにより、スロート空間を出た流体の拡幅率が小さくなるので、ウェイクの発生を抑制することができ、可変容量ラジアルタービンの性能を向上させることができる。
　前記態様では、前記突起部の外周側には、前記突起部に向かい前記ノズルベーンに近づくように形成された外周テーパ面が備えられていてもよい。
　このように突起部の外周側には、突起部に向かいノズルベーンに近づくように形成された外周テーパ面が備えられているので、隙間を通って漏れる流体は外周テーパ面を通って突起部に当接することになる。この流体は外周テーパ面を通ってノズルベーン側に、すなわち、突起部先端側に向かって流れるので、突起部で急激に流れが方向変換されることを抑制できる。このため、流体は突起部において急激に方向転換されることが抑制されるので、流体流れの剥離を抑制することができ、損失を低減することができる。
　また、突起部の外周側は、ノズルベーンの前縁側部分が移動する範囲であるので、ノズルベーンの開度が効率低下に影響しない程度以上に大きくなると、ノズルベーンと対向面との間隔が大きくなる。ノズルベーンと対向面との間隔が大きくなると、この間隔を通る流体量が多くなるので、ノズルベーンから供給される流体の流量を増加させることができる。
　一方、ノズルベーンの開度が小さくなると、ノズルベーンと対向面との間隔が小さくなるので、流体の漏れ量をより小さくすることができ、突起部と相俟って、小流量の場合における可変容量タービンの効率低下をより抑制することができる。
　さらに、ノズルベーンと対向面との間隔を連続的に変化させることができるので、外周テーパ面の傾斜度、範囲等を調節することによって流体の流量の制御を容易に行うことができる。
　なお、外周テーパ面は、少なくともノズルベーンの前縁側部分が移動する範囲に設けるのが好適である。
　前記態様では、前記突起部の内周側には、前記突起部に向かい前記ノズルベーンに近づくように形成された内周テーパ面が備えられていてもよい。
　このように突起部の内周側には、突起部に向かいノズルベーンに近づくように形成された内周テーパ面が備えられているので、スロート部の流体は突起部を通って内周テーパ面とノズルベーンとの間隔に漏れ出ることになる。内周テーパ面は突起部側がよりノズルベーン側、すなわち、突起部先端側に位置しているので、突起部から内周テーパ面になめらかに移動する。これにより、突起部を出る流体の流れが急激に方向変換されることを抑制できるので、流体流れの剥離を抑制することができ、損失を低減することができる。
　また、突起部の内周側は、ノズルベーンの後縁側部分が移動する範囲であるので、ノズルベーンの開度が効率低下に影響しない程度以上に大きくなると、ノズルベーンと対向面との間隔が大きくなる。ノズルベーンと対向面との間隔が大きくなると、この間隔を通る流体量が多くなるので、ノズルベーンから供給される流体の流量を増加させることができる。
　一方、ノズルベーンの開度が小さくなると、ノズルベーンと対向面との間隔が小さくなるので、流体の漏れ量をより小さくすることができ、突起部と相俟って、小流量の場合における可変容量タービンの効率低下をより抑制することができる。
　さらに、ノズルベーンと対向面との間隔を連続的に変化させることができるので、外周テーパ面の傾斜度、範囲等を調節することによって流体の流量の制御を容易に行うことができる。
　なお、内周テーパ面は、少なくともノズルベーンの後縁側部分が移動する範囲に設けるのが好適である。
　前記態様では、前記突起部は、前記ノズルベーンの翼弦方向において前記ノズルベーンの前縁あるいは後縁から前記軸の近傍位置までをカバーするようにされていてもよい。
　このようにすると、突起部はノズルベーンの翼弦方向においてノズルベーンの略全範囲をカバーすることができる。したがって、ノズルベーンと対向面との間の隙間を略完全にカバーすることができるので、小流量の場合における可変容量タービンの効率低下をより抑制することができる。
　本発明によると、一対の対向面の内、少なくとも一方の対向面には、ノズルベーンが閉じた位置におけるノズルベーンの前縁側と隣り合うノズルベーンの後縁側との間を覆うように、少なくともノズルベーンの端面位置よりもノズルベーン側に突出した突起部が備えられているので、小流量の場合における可変容量タービンの効率低下を抑制することができる。また、可変容量ラジアルタービンの性能を向上させることができる。
本発明の第一実施形態にかかる可変容量型排気ターボ過給機の可変容量ラジアルタービン側の概略構成を示す部分断面図である。 図１のノズルベーンの一部を示す平面図である。 図２のＡ－Ａ断面図である。 ノズルマウント部を示す断面図である。 本発明の第二実施形態にかかる可変容量ラジアルタービンのノズルベーンの一部を示す平面図である。 図５のＢ－Ｂ断面図である。 図５のＣ－Ｃ断面図である。 本発明の第三実施形態にかかる可変容量ラジアルタービンのノズルベーンの一部を示す平面図である。 図８のＤ－Ｄ断面図である。 図８のＥ－Ｅ断面図である。 本発明の第四実施形態にかかる可変容量ラジアルタービンのノズルベーンの一部を示す平面図である。 図１１のＦ－Ｆ断面図である。 図１１のＧ－Ｇ断面図である。 本発明の第五実施形態にかかる可変容量ラジアルタービンのノズルベーンの一部を示す平面図である。
　以下、本発明の実施形態を、添付図面を用いて詳細に説明する。
［第一実施形態］
　以下に、本発明の第一実施例にかかる可変容量ラジアルタービン１を備えた可変容量ターボ過給機について図１～図４を参照して説明する。
　図１は、本発明の第一実施形態にかかる可変容量型排気ターボ過給機の可変容量ラジアルタービン側の概略構成を示す部分断面図である。図２は、図１のノズルベーンの一部を示す平面図である。図３は、図２のＡ－Ａ断面図である。図４は、ノズルマウント部を示す断面図である。
　可変容量ターボ過給機３には、可変容量ラジアルタービン１と、コンプレッサ（図示せず）とが備えられている。
　可変容量ラジアルタービン１とコンプレッサとは、軸受ハウジング５を介して連結されている。軸受ハウジング５内には、軸受７に回転支持されたタービンロータ９が挿通されている。
　コンプレッサは、タービンロータ９の一端側に取り付けられたコンプレッサホイール（図示せず）と、このコンプレッサホイールを囲んで覆うように設けられたコンプレッサケーシング（図示せず）とを備えている。
　一方、可変容量ラジアルタービン１には、タービンロータ９の他端側に取り付けられたタービンホイール１１と、このタービンホイール１１を囲んで覆うように設けられたタービンケーシング１３と、タービンホイール１１に流入する排気ガス（流体）の流路断面積（スロート面積）Ｓを変化させる可変ノズル機構１５とが備えられている。
　タービンケーシング１３の内側には、タービンロータ９の回転軸心１７回りにタービンホイール１１の外周を囲むようにスクロール１９が形成されている。このスクロール１９とタービンホイール入口２１とは流体入口流路（流体空間）２３により連通されている。
　また、スクロール１９の外周側には概ねスクロール１９の接線方向に沿った排気ガス入口（図示せず）が設けられ、タービンロータ９の回転軸心１７に沿って排気ガス出口２５が設けられている。
　可変ノズル機構１５には、図２に示すような断面視翼形状を呈する複数枚のノズルベーン２７と、断面視環形状を呈する一本のノズルマウント（対向面）２９と、断面視環形状を呈する一本のドライブリング３１と、断面視環形状を呈する一本のノズルプレート（対向面）３３とを備えている。
　ノズルマウント２９とノズルプレート３３とは、対向して配置され、ドーナツ形状をした流体入口流路２３を形成している。
　ノズルベーン２７は、流体入口流路２３に、周方向に沿って等ピッチで配置されており、ノズルベーン２７のノズルマウント２９側の端面に軸３５が設けられている。軸３５は、ノズルマウント２９の端面に回転可能に支持されている。
　軸３５の端部には、レバープレート３７の一端が固定されている。レバープレート３７の他端は、ドライブリング３１に固定して取り付けられているドライブピン３９に係合されている。
　ドライブリング３１は、タービンケーシング１３に回転可能に支持され、図示を省略したアクチュエータによって回転させられる。ドライブリング３１が回転すると、ドライブピン３９が移動するので、レバープレート３７が移動する。レバープレート３７が移動すると、軸３５が回転し、ノズルベーン２７は軸３５回りに自転する。これにより、ノズルベーン２７の開度が調整される、すなわち、隣り合うノズルベーンによって形成される流路断面積Ｓが調整される。
　ノズルプレート３３には、図２および図３に示されるようにプレート突起部（突起部）４１が備えられている。
　プレート突起部４１は、図２に示されるように、ノズルベーン２７が閉じた位置におけるノズルベーン２７の前縁４０側と隣り合うノズルベーン２７の後縁４２側との間を全面的に覆うように備えられている。
　プレート突起部４１の先端位置は、図３に示されるようにノズルベーン２７の端面位置よりもノズルベーン２７側に突出するように構成されている。
　ノズルマウント２９には、図４に示されるようにマウント突起部（突起部）４３が備えられている。
　マウント突起部４３は、ノズルベーン２７が閉じた位置におけるノズルベーン２７の前縁４０側と隣り合うノズルベーン２７の後縁４２側との間を全面的に覆うように備えられている。
　マウント突起部４３の先端位置は、図４に示されるようにノズルベーン２７の端面位置よりもノズルベーン２７側に突出するように構成されている。
　以上のように構成された本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１およびこれを備えた可変容量ターボ過給機の動作について説明する。
　エンジン（図示省略）からの排ガスはスクロール１９に入り、スクロール１９の渦巻きに沿って周回しながら流体入口流路２３に流入する。
　流体入口流路２３に流入した排ガスはノズルベーン２７によって加速されてタービンホイール１１にその外周側から流入する。この排ガスは、タービンホイール１１の中心側に向かい半径方向に流れてタービンホイール１１に膨張仕事をなした後、軸方向に流出して排気ガス出口２５に案内されて機外に送出される。
　このとき、可変容量ラジアルタービンの容量は以下のように制御される。図示しないアクチュエータを作動させてドライブリング３１を回転させると、ドライブピン３９が移動する。ドライブピン３９の移動によって、レバープレート３７が軸３５回りに揺動し、軸３５が回転移動する。軸３５が回転すると、ノズルベーン２７は軸３５回りに自転する。これにより、ノズルベーン２７の翼角が変更され、ノズルベーン２７の開度が調整される。ノズルベーン２７間に形成される流路断面積Ｓが調整され、流量が調整される。
　本実施形態によれば、ノズルプレート３３にプレート突起部４１が、ノズルマウント２９にマウント突起部４３が、それぞれノズルベーン２７が閉じた位置におけるノズルベーン２７の前縁４０側と隣り合うノズルベーン２７の後縁４２側との間を覆うように備えられているので、ノズルベーン２７が図２に示されているように閉じた状態では、プレート突起部４１およびマウント突起部４３がノズルベーン２７に隣り合って存在する。
　プレート突起部４１およびマウント突起部４３の先端位置は、ノズルベーン２７の端面位置よりもノズルベーン２７側に突出しているので、プレート突起部４１およびマウント突起部４３はノズルベーン２７とノズルプレート３３およびノズルマウント２９との間の隙間を覆うことができる。したがって、プレート突起部４１およびマウント突起部４３は、この隙間からの流体の漏れを抑制できるので、小流量の場合における可変容量ラジアルタービン１の効率低下を抑制することができる。
　また、プレート突起部４１およびマウント突起部４３は、ノズルベーン２７が閉じた位置におけるノズルベーン２７の前縁４０側と隣り合うノズルベーン２７の後縁４２側との間を覆うように備えられているので、その分ノズルベーン２７が閉じた状態のときにおける流路断面積Ｓの高さＨを減少させることができる。
　図３に示されるように、本実施形態における流路断面積Ｓと同一面積となるプレート突起部４１およびマウント突起部４３がない場合の流路断面積Ｓ１を示している。両者を比べると、流路断面積Ｓの方が高さＨが小さい分、スロート幅Ｂがスロート幅Ｂ１よりも大きくなる。
　このように、流路断面積Ｓの高さが減少させられると、同一の流量、すなわち、同面積の流路断面積Ｓを得る場合に、スロート幅Ｂを大きく、すなわち、ノズルベーン２７の開度を大きくできる。
　このように、スロート幅Ｂに対するノズルベーン２７の後縁４２の厚さが相対的に小さくできる。これにより、ノズルベーン２７を出た排ガスの拡幅率が小さくなるので、ウェイクの発生を抑制することができ、可変容量ラジアルタービン１の性能を向上させることができる。
　なお、本実施形態では、ノズルプレート３３にプレート突起部４１を、ノズルマウント２９にマウント突起部４３を備えているが、これに限定されるものではなく、プレート突起部４１およびマウント突起部４３のいずれか一方を備えるようにしてもよい。
［第二実施形態］
　次に、本発明の第二実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１を備えた可変容量ターボ過給機について、図５～図７を用いて説明する。
　本実施形態は、ノズルプレート３３の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
　なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
　図５は、本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１のノズルベーンの一部を示す平面図である。図６は、図５のＢ－Ｂ断面図である。図７は、図５のＣ－Ｃ断面図である。
　本実施形態では、ノズルプレート３３には、プレート突起部４１の外周側にプレート突起部４１に向かいノズルベーン２７に近づくように形成された外周テーパ面５１が備えられている。
　外周テーパ面５１は、図５に示されるようにノズルベーン２７の開閉に伴いノズルベーン２７の前縁４０側部分が移動する範囲に設けられている。
　外周テーパ面５１とプレート突起部４１との境界位置では、外周テーパ面５１はノズルベーン２７に接触しない程度の隙間が設けられている。
　マウント突起部４３が備えられている場合、マウント突起部４３の外周側に外周テーパ面５１に相当するテーパ面を備えるようにしてもよい。
　このように構成された本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１の作用・効果について説明する。
　ノズルプレート３３とノズルベーン２７との隙間を通って漏れる排ガスは外周テーパ面５１を通ってプレート突起部４１に当接することになる。この排ガスは外周テーパ面５１を通ってノズルベーン２７側に、すなわち、プレート突起部４１の先端側に向かって流れるので、プレート突起部４１で急激に流れが方向変換されることを抑制できる。このため、排ガスはプレート突起部４１において急激に方向転換されることが抑制されるので、流体流れの剥離を抑制することができ、損失を低減することができる。
　また、外周テーパ面５１は、ノズルベーン２７の前縁４０側部分が移動する範囲であるので、ノズルベーン２７の開度が効率低下に影響しない程度以上に大きくなると、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔が大きくなる。ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔が大きくなると、この間隔を通る流体量が多くなるので、ノズルベーン２７からタービンホイール１１へ供給される排ガスの流量を増加させることができる。
　一方、ノズルベーン２７の開度が小さくなると、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔が小さくなるので、排ガスの漏れ量をより小さくすることができ、プレート突起部４１と相俟って、小流量の場合における可変容量ラジアルタービン１の効率低下をより抑制することができる。
　さらに、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔を連続的に変化させることができるので、外周テーパ面５１の傾斜度、範囲等を調節することによって排ガスの流量の制御を容易に行うことができる。
［第三実施形態］
　次に、本発明の第三実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１を備えた可変容量ターボ過給機について、図８～図１０を用いて説明する。
　本実施形態は、ノズルプレート３３の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
　なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
　図８は、本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１のノズルベーンの一部を示す平面図である。図９は、図８のＤ－Ｄ断面図である。図１０は、図８のＥ－Ｅ断面図である。
　本実施形態では、ノズルプレート３３には、プレート突起部４１の内周側にプレート突起部４１に向かいノズルベーン２７に近づくように形成された内周テーパ面５３が備えられている。
　内周テーパ面５３は、図８に示されるようにノズルベーン２７の開閉に伴いノズルベーン２７の後縁４２側部分が移動する範囲に設けられている。
　内周テーパ面５３とプレート突起部４１との境界位置では、内周テーパ面５３はノズルベーン２７に接触しない程度の隙間が設けられている。
　マウント突起部４３が備えられている場合、マウント突起部４３の内周側に内周テーパ面５３に相当するテーパ面を備えるようにしてもよい。
　このように構成された本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１の作用・効果について説明する。
　ノズルプレート３３間の排ガスは、ノズルプレート３３とノズルベーン２７との隙間を通って漏れる。内周テーパ面５３はプレート突起部４１側がよりノズルベーン２７側、すなわち、プレート突起部４１先端側に位置しているので、プレート突起部４１から内周テーパ面５３になめらかに移動する。これにより、プレート突起部４１から隙間を通って出る排ガスの流れが急激に方向変換されることを抑制できるので、排ガス流れの剥離を抑制することができ、損失を低減することができる。
　また、内周テーパ面５３は、ノズルベーン２７の後縁４２側部分が移動する範囲であるので、ノズルベーン２７の開度が効率低下に影響しない程度以上に大きくなると、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔が大きくなる。ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔が大きくなると、この間隔を通る流体量が多くなるので、ノズルベーン２７からタービンホイール１１へ供給される排ガスの流量を増加させることができる。
　一方、ノズルベーン２７の開度が小さくなると、ノズルベーン２７とノズルプレート３３（内周テーパ面５３）との間隔が小さくなるので、排ガスの漏れ量をより小さくすることができ、プレート突起部４１と相俟って、小流量の場合における可変容量ラジアルタービン１の効率低下をより抑制することができる。
　さらに、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔を連続的に変化させることができるので、内周テーパ面５３の傾斜度、範囲等を調節することによって排ガスの流量の制御を容易に行うことができる。
［第四実施形態］
　次に、本発明の第四実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１を備えた可変容量ターボ過給機について、図１１～図１３を用いて説明する。
　本実施形態は、ノズルプレート３３の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
　なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
　図１１は、本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１のノズルベーンの一部を示す平面図である。図１２は、図１１のＦ－Ｆ断面図である。図１３は、図１１のＧ－Ｇ断面図である。
　本実施形態では、第一実施形態の構成に加えて第二実施形態の外周テーパ面５１および第三実施形態の内周テーパ面５３が備えられている。
　外周テーパ面５１は、図１１に示されるようにノズルベーン２７の開閉に伴いノズルベーン２７の前縁４０側部分が移動する範囲に設けられている。
　内周側テーパ面５３は、図１１に示されるようにノズルベーン２７の開閉に伴いノズルベーン２７の後縁４２側部分が移動する範囲に設けられている。
　マウント突起部４３が備えられている場合、マウント突起部４３の外周側に外周テーパ面５１に相当するテーパ面および内周側に内周テーパ面５３を備えるようにしてもよい。
　このように構成された本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１の作用・効果については、上述の第二実施形態および第三実施形態のそれらを併せ持っているので、ここでは重複した説明を省略する。
［第五実施形態］
　次に、本発明の第五実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１を備えた可変容量ターボ過給機について、図１４を用いて説明する。
　本実施形態は、ノズルプレート３３の構成が第四実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
　なお、第四実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
　本実施形態では、プレート突起部４１は、ノズルベーン２７の翼弦方向においてノズルベーン２７の前縁４０あるいは後縁４２から軸３５の近傍位置までをカバーするようにされている。これに伴い外周テーパ面５１および内周テーパ面５３のノズルベーン２７の翼弦方向における長さが長くされている。
　マウント突起部４３が備えられている場合、マウント突起部４３は、ノズルベーン２７の翼弦方向においてノズルベーン２７の前縁４０あるいは後縁４２から軸３５の近傍位置までをカバーするようにされていてもよい。
　このようにすると、プレート突起部４１はノズルベーン２７の翼弦方向においてノズルベーン２７とノズルプレート３３との隙間から排ガスが洩れる範囲（図１４に点線の矢印で示している。）の略全範囲をカバーすることができる。
　したがって、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間の隙間を略完全にカバーすることができるので、小流量の場合における可変容量ラジアルタービン１の効率低下をより抑制することができる。
　なお、外周テーパ面５１および内周テーパ面５３を省略してもよいし、外周テーパ面５１および内周テーパ面５３のいずれか一方を省略してもよい。
　なお、本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行ってもよい。
　たとえば、本実施形態では、可変容量ラジアルタービン１に適用しているが、斜流タービンに適用してもよい。
　１　可変容量ラジアルタービン
　２３　流体入口流路
　２７　ノズルベーン
　２９　ノズルマウント
　３３　ノズルプレート
　３５　軸
　４０　前縁
　４１　プレート突起部
　４２　後縁
　４３　マウント突起部
　５１　外周テーパ面
　５３　内周テーパ面
　Ｓ　流路断面積

Claims (4)

  1. 　間隔を空けて対向して配置された環状の一対の対向面によってドーナツ形状に形成され、外周側から流入する流体を内周側に流出させる流体空間と、
    　該流体空間に、周方向に間隔を空けて該流体空間を区切るように配置され、それぞれ一方の前記対向面に自転可能に軸支持されている複数のノズルベーンと、
    を備え、
    　該ノズルベーンを前記軸回りに自転させて隣り合う該ノズルベーンで形成されるスロート空間を開閉して流出する流体の流量が調整できる可変容量タービンであって、
    　一対の前記対向面の内、少なくとも一方の対向面には、前記ノズルベーンが閉じた位置における前記ノズルベーンの前縁側と隣り合う前記ノズルベーンの後縁側との間を覆うように、少なくとも前記ノズルベーンの端面位置よりも前記ノズルベーン側に突出した突起部が備えられている可変容量タービン。
  2. 　前記突起部の外周側には、前記突起部に向かい前記ノズルベーンに近づくように形成された外周テーパ面が備えられている請求項１に記載の可変容量タービン。
  3. 　前記突起部の内周側には、前記突起部に向かい前記ノズルベーンに近づくように形成された内周テーパ面が備えられている請求項１または２に記載の可変容量タービン。
  4. 　前記突起部は、前記ノズルベーンの翼弦方向において前記ノズルベーンの前縁あるいは後縁から前記軸の近傍位置までをカバーするようにされている請求項１から３のいずれか１項に記載の可変容量タービン。
PCT/JP2011/069817 2010-09-30 2011-08-31 可変容量タービン WO2012043125A1 (ja)

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