WO2020174550A1 - ノズルベーン - Google Patents

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WO2020174550A1
WO2020174550A1 PCT/JP2019/007142 JP2019007142W WO2020174550A1 WO 2020174550 A1 WO2020174550 A1 WO 2020174550A1 JP 2019007142 W JP2019007142 W JP 2019007142W WO 2020174550 A1 WO2020174550 A1 WO 2020174550A1
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WO
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nozzle vane
fin
fins
nozzle
pressure surface
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PCT/JP2019/007142
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French (fr)
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ビピン グプタ
豊隆 吉田
洋輔 段本
洋二 秋山
ジェイン サンブハブ
Original Assignee
三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社
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Priority to PCT/JP2019/007142 priority patent/WO2020174550A1/ja
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Priority to CN201980092432.0A priority patent/CN113439156B/zh
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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
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F05D2250/90—Variable geometry
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present disclosure relates to a nozzle vane of a variable capacity turbocharger.
  • Patent Document 1 discloses a configuration relating to a nozzle vane of such a variable capacity turbocharger.
  • the nozzle vane of the variable displacement turbocharger is rotatably provided in the exhaust gas passage defined between the shroud surface and the hub surface, and is provided on both sides of the nozzle vane between the shroud surface and the hub surface.
  • the nozzle vanes may move by receiving a force in the rotation axis direction due to the difference in the flow rate or the pressure difference of the exhaust gas flowing into such a gap. Therefore, if the opening of the nozzle vane is changed while the nozzle vane is in contact with the nozzle plate on the shroud surface side, the nozzle mount on the hub surface side, or the like, there is a possibility that abrasion may occur due to friction.
  • Patent Document 1 discloses a configuration in which the valve main body of the nozzle vane is provided with a communication hole that communicates the shroud side and the hub side, thereby reducing the pressure difference generated on both sides of the nozzle vane. There is no disclosure of any knowledge for controlling the force applied to the nozzle vanes due to the pressure difference as desired.
  • At least one embodiment of the present disclosure aims to provide a nozzle vane capable of controlling the force acting in the rotation axis direction of the nozzle vane in a variable capacity turbocharger.
  • a nozzle vane according to at least one embodiment of the present invention A variable capacity turbocharger nozzle vane, A nozzle vane body rotatably provided in an exhaust gas passage defined between the shroud surface and the hub surface, A fin provided on at least one of the pressure surface and the negative pressure surface of the nozzle vane body, the fin being provided within a range of 0.6L from the trailing edge of the nozzle vane body when the cord length of the nozzle vane body is L.
  • the fin satisfies the relationship of 0.3L ⁇ X, where X is the length of the fin along the cord direction.
  • the fins provided on at least one of the pressure surface and the negative pressure surface of the nozzle vane main body intersect the flow of the exhaust gas with respect to the nozzle vane main body.
  • a force in the direction of the rotation axis of the nozzle vane can be applied. That is, since the distance between the shroud surface or the hub surface and the nozzle vane body can be appropriately controlled by appropriately designing the mounting position and the shape of the fins as necessary, the shroud surface or the hub surface and the nozzle vane body can be properly controlled. It is possible to effectively suppress the wear caused on the shroud surface, the hub surface or the nozzle vane main body due to the contact of.
  • the fins within a range of 0.6 L from the trailing edge side where the flow velocity of the exhaust gas is faster than that of the leading edge, and ensuring the fin length X along the cord direction of the nozzle vane body of 0.3 L or more, A force in the direction of the rotation axis can be effectively generated.
  • the fins satisfy the relationship of 0.1 ⁇ (Hmax/X) ⁇ 0.3 when the maximum height of the fins from the pressure surface or the negative pressure surface on which the fins are provided is Hmax. Good.
  • the fins may satisfy a relationship of ⁇ 10° ⁇ 10°, where ⁇ is a deflection angle of the fin with respect to the code direction.
  • the deflection angle of the fins with respect to the flow is too large, pressure loss may increase and the performance of the variable capacity turbocharger may deteriorate.
  • the configuration of (3) above by setting the deflection angle ⁇ of the fin with respect to the flow of the exhaust gas within ⁇ 10°, the exhaust vane main body is given a force in the direction of the rotation axis while It is possible to suppress the pressure loss of the flow.
  • a rear end portion of the fin may be located at the rear edge of the nozzle vane body.
  • the rear end portion of the fin is located at the trailing edge where the flow velocity of the exhaust gas is faster than that at the leading edge, so that the force in the rotation axis direction can be effectively generated. it can.
  • the fin may be arranged such that a rear end of the fin is closer to the hub surface with respect to a front end of the fin.
  • the fins can apply a force toward the shroud surface side to the nozzle vane body.
  • the fin may be arranged such that a rear end of the fin is closer to the shroud surface than a front end of the fin.
  • the fins can apply a force toward the hub surface side to the nozzle vane body.
  • the fins may be arranged along the cord direction.
  • the fins may include first fins arranged on the suction surface of the nozzle vane body.
  • the mounting position of the fin on the nozzle vane body is on the pressure surface or the negative pressure surface of the nozzle vane body.
  • the inventor's earnest research has revealed that the performance of the variable displacement turbocharger is greater when the fins are attached to the pressure surface than when the fins are attached to the suction surface. Therefore, according to the above configuration (8), since the first fins are arranged on the negative pressure surface of the nozzle vane body, the rotary shaft is attached to the nozzle vane body while suppressing the influence on the performance of the variable capacity turbocharger. A force along the line can be appropriately applied.
  • the fins may include second fins arranged on the pressure surface of the nozzle vane body.
  • the fin may include a first fin arranged on the suction surface and a second fin arranged on the pressure surface.
  • the fins are arranged on both the suction surface and the pressure surface. Therefore, for example, when there is no fin, or the fins are arranged only on one of the suction surface and the pressure surface. Compared with the case, in consideration of both the exhaust gas flow on the negative pressure surface side and the exhaust gas flow on the pressure surface side, the force control in the rotation axis direction can be performed more precisely or in a well-balanced manner.
  • a nozzle vane capable of controlling the force of the nozzle vane body in the rotation axis direction of the nozzle vane body in the variable capacity turbocharger.
  • FIG. 1 is a sectional view of a turbine of a variable capacity turbocharger including a nozzle vane according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG. 1. It is a perspective view which illustrates the shape of the nozzle vane concerning one embodiment. It is a figure which illustrates the shape of the nozzle vane which concerns on one Embodiment, and is a top view seen from the negative pressure surface side of the nozzle vane. It is a figure which illustrates the shape of the nozzle vane which concerns on one Embodiment, and is the figure seen from the trailing edge side of a nozzle vane.
  • FIG. It is a figure which shows the exhaust gas flow by the negative pressure surface side of a nozzle vane
  • A is a figure which shows the exhaust gas flow by the negative pressure surface side of the nozzle vane in a comparative example
  • (B) is a negative pressure surface side exhaust gas flow in the nozzle vane which concerns on one Embodiment.
  • FIG. It is a figure which shows the static pressure which acts on the surface of the nozzle vane which concerns on one Embodiment
  • (A) shows the state seen from the shroud side
  • (B) shows the state seen from the hub side.
  • FIG. 1 It is a figure which illustrates the shape of the nozzle vane which concerns on other embodiment, (A) is the side view seen from the shroud side, (B) is the bottom view seen from the pressure side, (C) is seen from the trailing edge side. It is a figure. It is a figure which illustrates the shape of the nozzle vane concerning other embodiments, (A) is a figure seen from the trailing edge side, and (B) is a bottom view seen from the pressure side. It is a figure which illustrates the shape of the nozzle vane concerning other embodiments, (A) is a figure seen from the trailing edge side, and (B) is a bottom view seen from the pressure side.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a variable capacity turbocharger turbine including a nozzle vane according to a first embodiment of the present disclosure.
  • a turbine 2 of a variable capacity turbocharger 1 is provided with a turbine housing 3 in which a spiral turbine scroll 4 is formed, and is rotatable inside the turbine housing 3 in a radial direction of the turbine scroll 4.
  • a turbine wheel 5 provided and a variable nozzle mechanism 6 for controlling the flow passage area of the exhaust gas G flowing from the turbine scroll 4 to the turbine wheel 5 are provided.
  • the turbine wheel 5 includes a hub 23 rotatably supported by the bearing housing 7, and a plurality of moving blades 25 (turbine moving blades) provided on the outer periphery of the hub 23 at intervals in the circumferential direction.
  • the variable nozzle mechanism 6 includes a nozzle 10, a nozzle mount 13 fixed to the bearing housing 7, and a nozzle plate 14 arranged so as to face the nozzle mount 13.
  • a partition wall portion including the turbine housing 3 surrounding the turbine wheel 5 and the nozzle plate 14 is referred to as a shroud
  • a surface of the nozzle plate 14 facing the nozzle mount 13 is a shroud surface 41
  • a nozzle plate in the nozzle mount 13 The surface facing 14 is referred to as a hub surface 43.
  • the nozzle 10 has a plurality of nozzle vanes 11 provided so as to surround the periphery of the turbine wheel 5, and a nozzle shaft 12 fixed to each nozzle vane 11.
  • Each nozzle shaft 12 is rotatably supported by a nozzle mount 13.
  • Each nozzle shaft 12 is connected to an actuator (not shown) via a link mechanism 15, and each nozzle shaft 12 is rotated by the torque given from the actuator, and the nozzle vane 11 is rotated by the rotation of each nozzle shaft 12. It is configured to rotate.
  • an exhaust gas passage 16 through which the exhaust gas G flowing through the turbine scroll 4 flows is formed between the adjacent nozzle vanes 11, 11.
  • the turbine scroll 4 side on the outer peripheral side is on the high pressure side due to the exhaust gas G, and the turbine wheel 5 side on the inner peripheral side is on the low pressure side with the exhaust gas passage 16 interposed therebetween.
  • the exhaust gas G that has passed through the turbine scroll 4 flows into the exhaust gas passage 16 with a constant flow angle. At that time, the pressure is increased on the pressure surface 32 (described later) side of the nozzle vane 11 facing the flow, and conversely, the pressure is reduced on the suction surface 33 (described later) side.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating the shape of the nozzle vane according to the embodiment.
  • the nozzle vane 11 according to at least one embodiment of the present invention is the nozzle vane 11 of the variable capacity turbocharger 1, and the exhaust gas passage defined between the shroud surface 41 and the hub surface 43.
  • the nozzle vane main body 31 is rotatably provided on the nozzle 16, and the fin 50 is provided on at least one of the pressure surface 32 and the negative pressure surface 33 of the nozzle vane main body 31.
  • the nozzle vane body 31 has a blade shape defined by a pressure surface 32, a negative pressure surface 33 facing the side opposite to the pressure surface 32, a leading edge 34 and a trailing edge 35.
  • the nozzle vane main body 31 has the nozzle between the front edge 34 and the rear edge 35 in the cord direction, which is perpendicular to the cord direction and parallel to the front edge 34 or the rear edge 35 (that is, the width direction of the nozzle vane main body 31). It is rotatably supported by the nozzle mount 13 via the shaft 12.
  • the fin 50 according to the present disclosure is provided on the pressure surface 32 or the negative pressure surface 33 of the nozzle vane main body 31 so as to have a longitudinal direction in the cord direction of the nozzle vane main body 31 so as to project.
  • the nozzle vane body 31 and the fins 50 may be integrally formed.
  • the fin 50 is provided within a range of 0.6L from the trailing edge 35 of the nozzle vane body 31.
  • the fin 50 is configured to satisfy the relationship of 0.3L ⁇ X, where X is the length of the fin 50 along the cord direction of the nozzle vane body 31.
  • the fin 50 is arranged at a position relatively on the trailing edge 35 side of the pressure surface 32 or the negative pressure surface 33 of the nozzle vane body 31, and is arranged so as to satisfy the following expression (i). 0 ⁇ X/L ⁇ 0.6 (i)
  • the fins 50 are provided on at least one of the pressure surface 32 and the negative pressure surface 33 of the nozzle vane main body 31, when the exhaust gas G flows through the exhaust gas passage 16, the exhaust gas G is discharged from the nozzle vane main body 31. It is possible to apply a force along the extending direction of the nozzle shaft 12, which is the rotating shaft of the nozzle vane 11, which intersects the flow of the above. That is, by appropriately designing the mounting position and shape of the fins 50 as necessary, the distance between the shroud surface 41 or the hub surface 43 and the nozzle vane body 31 can be appropriately controlled, and thus the shroud surface 41 or the hub.
  • the fin 50 is provided within a range of 0.6 L from the trailing edge 35 side where the flow velocity of the exhaust gas G is faster than that of the leading edge 34, and the length X of the fin 50 along the cord direction of the nozzle vane body 31 is 0.3 L.
  • the fin 50 has a height H from the pressure surface 32 or the suction surface 33 on which the fin 50 is provided, as illustrated in FIG.
  • the maximum value that is, the maximum height of the fin 50
  • Hmax the relationship of the following expression (ii) may be satisfied. 0.1 ⁇ (Hmax/X) ⁇ 0.3 (ii)
  • the position of the top of the fin 50 having the maximum height Hmax in the above cord direction is not particularly limited. That is, the tops of the fins 50 may be arranged on the front end 51 side in the extending range of the fins 50 in the cord direction of the nozzle vane body 31, may be arranged near the center, or may be arranged on the rear side. It may be arranged on the end portion 52 side.
  • the force along the extending direction of the nozzle shaft 12 can be effectively generated from the flow of the exhaust gas G.
  • Hmax smaller than 0.3X, it is possible to suppress the interference between the adjacent nozzle vanes 11 when the variable displacement turbocharger 1 has a low output, that is, when the nozzle vanes 11 have a low opening degree.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the shape of the nozzle vane according to the embodiment, and is a plan view seen from the suction surface side of the nozzle vane.
  • FIG. 5 is a figure which illustrates the shape of the nozzle vane which concerns on one Embodiment, and is the figure seen from the trailing edge side of a nozzle vane.
  • the fin 50 has the following formula (iii) when the deflection angle in the extending direction of the fin 50 with respect to the cord direction of the nozzle vane body 31 is ⁇ . ) May be satisfied. -10° ⁇ 10° (iii)
  • the fin 50 may be formed linearly (in a flat plate shape) along the longitudinal direction thereof.
  • the fin 50 may have a shape that curves in the width direction of the nozzle vane body 31 from the front end portion 51 to the rear end portion 52 thereof.
  • the deflection angle of the portion of the ridgeline of the fin 50 extending in the direction most deviated from the code direction of the nozzle vane main body 31 is -10° ⁇ You may make it satisfy
  • the deflection angle of the fins 50 with respect to the flow is too large, the pressure loss may increase, and the performance of the variable capacity turbocharger 1 may deteriorate.
  • the deflection angle ⁇ in the extending direction of the fin 50 with respect to the code direction of the nozzle vane body 31 is set within the range of ⁇ 10° ⁇ 10° as described above, the fin 50 with respect to the flow of the exhaust gas G is formed.
  • the deflection angle ⁇ of within ⁇ 10° it is possible to suppress the pressure loss of the flow of the exhaust gas G while applying a force in the direction of the rotating shaft 26 to the nozzle vane body 31.
  • the rear end portion 52 of the fin 50 may be located at the rear edge 35 of the nozzle vane body 31, as illustrated in FIGS. 3-5, for example. .. That is, the fin 50 is provided so that the rear end portion 52 is connected to the rear edge 35 of the nozzle vane body 31, and the center of the nozzle vane body 31 in the cord direction from the rear edge 35 of the nozzle vane body 31 toward the front edge 34. It may extend to the vicinity of the part. According to this structure, the rear end portion 52 of the fin 50 is located at the trailing edge 35 where the flow velocity of the exhaust gas G is faster than that of the leading edge 34, so that the force in the extending direction of the nozzle shaft 12 is effective. Can be generated.
  • the fin 50 has a rear end 52 on the hub surface 43 relative to a front end 51 of the fin 50, as illustrated, for example, in FIGS. 4 and 5. They may be arranged close to each other. That is, the fins 50 may be provided so as to be inclined with respect to the cord direction of the nozzle vane main body 31 such that the rear end portion 52 side is arranged closer to the hub surface 43 side than the front end portion 51.
  • FIGS. 6 and 7 show the magnitude of the streamline and the static pressure when the fin 50 is provided on the negative pressure surface 33 of the nozzle vane body 31 so that the rear end portion 52 side is closer to the hub surface 43 than the front end portion 51. Is showing.
  • FIG. 6 is a diagram showing an exhaust gas flow on the negative pressure surface side of a nozzle vane
  • (A) is a diagram showing an exhaust gas flow on the negative pressure surface side of a nozzle vane in a comparative example
  • (B) is a nozzle vane according to one embodiment.
  • 6 is a diagram showing the exhaust gas flow on the negative pressure surface side in FIG.
  • the left side is the shroud surface 41 side
  • the right side is the hub surface 43 side.
  • FIG. 7 is a contour diagram showing static pressure acting on the surface of the nozzle vane according to the embodiment, (A) showing a state viewed from the shroud side, and (B) showing a state viewed from the hub side. Show.
  • the static pressure on the shroud surface 41 side of the fin 50 is lower than that on the hub surface 43 side of the fin 50. Therefore, in such a case, it is understood that a force acting from the hub surface 43 side to the shroud surface 41 side acts on the nozzle vane body 31.
  • the fins 50 can apply a force to the nozzle vane main body 31 toward the shroud surface 41 side.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the shape of a nozzle vane according to another embodiment, and is a plan view seen from the suction surface side of the nozzle vane.
  • the fin 50 has a rear end 52 closer to the shroud surface 41 with respect to a front end 51 of the fin 50. It may be arranged so that. That is, the fins 50 may be provided so as to be inclined with respect to the cord direction of the nozzle vane main body 31 such that the rear end portion 52 side is arranged closer to the shroud surface 41 side than the front end portion 51.
  • the rear end portion 52 of the fin 50 is inclined toward the shroud surface 41 side with respect to the code direction of the nozzle vane body 31, at least a part of the exhaust gas G flowing from the front edge 34 side is changed to the rear edge 35. That is, as it moves downstream, it is guided by the fins 50 toward the shroud surface 41 side. At that time, on the shroud surface 41 side of the fin 50, the flow rate of the exhaust gas G decreases and the pressure relatively increases, while on the hub surface 43 side of the fin 50, the flow rate of the exhaust gas G increases and the pressure relatively decreases. Become. Therefore, the fins 50 can apply a force to the nozzle vane body 31 toward the hub surface 43 side.
  • FIG. 9A and 9B are views illustrating the shape of a nozzle vane according to another embodiment.
  • FIG. 9A is a side view seen from the shroud side
  • FIG. 9B is a bottom view seen from the pressure surface side
  • FIG. 9C is a trailing edge side.
  • FIG. 10A and 10B are views illustrating the shape of a nozzle vane according to another embodiment
  • FIG. 10A is a view seen from the trailing edge side
  • FIG. 10B is a bottom view seen from the pressure surface side.
  • 11A and 11B are diagrams illustrating the shape of a nozzle vane according to another embodiment
  • FIG. 11A is a view seen from the trailing edge side
  • FIG. 11B is a bottom view seen from the pressure surface side.
  • the fin 50 in any one of the configurations described above, as illustrated in, for example, FIGS. 3 to 11B, the fin 50 includes the first fin 50A disposed on the suction surface 33 of the nozzle vane body 31. May be included. That is, each of the plurality of nozzle vanes 11 may have the fins 50 (first fins 50A) only on the negative pressure surface 33 of each nozzle vane 11.
  • the mounting position of the fin 50 to the nozzle vane body 31 is the pressure surface 32 or the negative pressure surface 33 of the nozzle vane body 31.
  • the inventor's earnest research has revealed that the fin 50 mounted on the pressure surface 32 has a greater effect on the performance of the variable capacity turbocharger 1 than the fin 50 mounted on the suction surface 33. did. Therefore, as described above, according to the configuration in which the first fins 50A are arranged on the negative pressure surface 33 of the nozzle vane body 31, while suppressing the influence on the performance of the variable capacity turbocharger 1, the nozzle vane body 31 is provided with nozzles. A force along the extending direction of the shaft 12 can be appropriately applied.
  • the fin 50 may include a second fin 50B arranged on the pressure surface 32 of the nozzle vane body 31. That is, each of the plurality of nozzle vanes 11 may have the fins 50 (second fins 50B) only on the pressure surface 32 of each nozzle vane 11.
  • the influence on the performance of the variable displacement turbocharger 1 is greater than when the fins 50 are attached to the suction surface 33.
  • the force in the extending direction of the nozzle shaft 12 can be varied. It is possible to achieve compatibility with the performance of the capacity turbocharger 1. Therefore, as described above, the configuration in which the second fins 50B are arranged on the pressure surface 32 of the nozzle vane main body 31 improves the design flexibility and imparts a force along the rotating shaft 26 to the nozzle vane main body 31. can do.
  • the fin 50 may include a first fin 50A arranged on the suction surface 33 and a second fin 50B arranged on the pressure surface 32. That is, each of the plurality of nozzle vanes 11 includes the fin 50 (the first fin 50A disposed on the suction surface 33 and the second fin disposed on the pressure surface 32) on each of the suction surface 33 and the pressure surface 32 of each nozzle vane 11. 50B).
  • the first fin 50A and the second fin 50B may be inclined to the same surface side of the hub surface 43 side or the shroud surface 41 side with respect to the code direction of the nozzle vane body 31. , Each may be inclined to different surface sides.
  • the length X of each fin 50 or the height H of each fin 50 in the cord direction of the nozzle vane body 31 is about the same. It may be set to. Alternatively, as described above, considering that the influence of the pressure surface 32 side on the performance of the variable displacement turbocharger 1 is greater than that of the suction surface 33, the second fin 50B disposed on the pressure surface 32 side is considered.
  • the length X or the height H may be formed to be smaller than the length X or the height H of the first fin 50A arranged on the suction surface 33 side.
  • the fins 50 are arranged on both the suction surface 33 and the pressure surface 32, for example, the fins 50 are not provided, or the fins 50 are provided only on one of the suction surface 33 and the pressure surface 32.
  • the force in the extending direction of the nozzle shaft 12 is controlled more accurately in consideration of both the exhaust gas G flow on the negative pressure surface 33 side and the exhaust gas G flow on the pressure surface 32 side. Or it can be performed in a well-balanced manner.
  • the fins 50 extend along the cord direction of the nozzle vane body 31 as illustrated, for example, without limitation in FIGS. 10(A) and 10(B). It may be arranged. That is, the fin 50 may be formed linearly (in a flat plate shape) such that the longitudinal direction thereof is along the cord direction of the nozzle vane body 31.
  • the fins 50 are sandwiched. Since there is a pressure difference between the region where the boss exists and the region where the boss does not exist, a force in the direction along the rotation axis of the nozzle vane body 31 can be applied to the nozzle vane body 31.
  • the nozzle vane 11 capable of controlling the force of the nozzle vane body 31 in the variable capacity turbocharger 1 toward the extending direction of the nozzle shaft 12 of the nozzle vane body 31.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms in which the above-described embodiments are modified and forms in which these forms are combined.
  • Variable capacity turbocharger 2 Turbine 3 Turbine housing (shroud) 4 Turbine scroll 5 Turbine wheel (turbine rotor) 6 Variable nozzle mechanism 7 Bearing housing 10 Nozzle 11 Nozzle vane 12 Nozzle shaft (rotating shaft) 13 Nozzle mount 14 Nozzle plate 15 Link mechanism 16 Exhaust gas passage 23 Hub 25 Turbine rotor blade 31 Nozzle vane body 32 Pressure surface 33 Negative pressure surface 34 Leading edge 35 Trailing edge 41 Shroud surface 43 Hub surface 50 Fin 50A First fin 50B Second fin 51 Front end portion 52 Rear end portion 53 Pressure surface 54 Negative pressure surface H Fin height L Cord length (Nozzle vane body) G exhaust gas

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Abstract

可変容量ターボチャージャのノズルベーンは、シュラウド面とハブ面との間に画定される排ガス通路に回動自在に設けられるノズルベーン本体と、ノズルベーン本体の圧力面又は負圧面の少なくとも一方に設けられたフィンであって、ノズルベーン本体のコード長をＬとした場合に、ノズルベーン本体の後縁から０．６Ｌ以内の範囲に設けられたフィンと、を備えている。フィンは、当該フィンのコード方向に沿う長さをＸとした場合に、０．３Ｌ≦Ｘの関係を満たす。

Description

ノズルベーン
　本開示は、可変容量ターボチャージャのノズルベーンに関する。
　近年、燃費改善を目的として、ノズルの開度を調整することにより排ガスの流れ特性を変化させることのできる可変容量ターボチャージャが種々開発されている。このような可変容量ターボチャージャのノズルベーンに関する構成が特許文献１に開示されている。
米国特許第７０３０５８２６号明細書
　ところで、可変容量ターボチャージャのノズルベーンは、シュラウド面とハブ面との間に画定される排ガス通路に回動自在に設けられており、ノズルベーンの両サイドには上記シュラウド面又はハブ面との間に隙間が存在する。そして、このような隙間に流れ込む排ガスの流量差乃至圧力差により、ノズルベーンは回動軸方向に力を受けて移動することがある。このため、ノズルベーンが、例えばシュラウド面側のノズルプレート、又はハブ面側のノズルマウント等に当接したままノズルベーンの開度が変更されると、摩擦によって摩耗が生じる虞がある。
　この点、特許文献１には、ノズルベーンの弁本体に、シュラウド側とハブ側とを連通する連通孔を設けることにより、ノズルベーンの両サイドに生じる圧力差を緩和する構成が開示されているが、上記圧力差に起因してノズルベーンに加えられる力を所望に応じてコントロールするための知見については何ら開示されていない。
　上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、可変容量ターボチャージャにおいてノズルベーンの回動軸方向に作用する力をコントロール可能なノズルベーンを提供することを目的とする。
（１）本発明の少なくとも１つの実施形態に係るノズルベーンは、
　可変容量ターボチャージャのノズルベーンであって、
　シュラウド面とハブ面との間に画定される排ガス通路に回動自在に設けられるノズルベーン本体と、
　前記ノズルベーン本体の圧力面又は負圧面の少なくとも一方に設けられたフィンであって、前記ノズルベーン本体のコード長をＬとした場合に、前記ノズルベーン本体の後縁から０．６Ｌ以内の範囲に設けられたフィンと、を備え、
　前記フィンは、当該フィンのコード方向に沿う長さをＸとした場合に、０．３Ｌ≦Ｘの関係を満たす。
　上記（１）の構成によれば、ノズルベーン本体の圧力面又は負圧面の少なくとも一方に設けたフィンにより、排ガスが排ガス通路を流れる際には、ノズルベーン本体に対して、排ガスの流れと交差する、上記ノズルベーンの回動軸方向の力を付与することができる。つまり、フィンの取付位置や形状を必要に応じて適切に設計することにより、シュラウド面又はハブ面とノズルベーン本体との距離を適切にコントロールすることができるから、シュラウド面又はハブ面とノズルベーン本体との接触に起因して該シュラウド面、ハブ面又はノズルベーン本体に生じる摩耗を効果的に抑制することができる。さらに、排ガスの流速が前縁に比べて速い後縁側から０．６Ｌ以内の範囲にフィンを設けるとともに、ノズルベーン本体のコード方向に沿うフィンの長さＸを０．３Ｌ以上確保することにより、上記回動軸方向への力を効果的に発生させることができる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
　前記フィンは、前記フィンが設けられた前記圧力面又は前記負圧面からの前記フィンの最大高さをＨｍａｘとした場合に、０．１＜（Ｈｍａｘ／Ｘ）＜０．３の関係を満たしてもよい。
　上記（２）の構成によれば、フィンの最大高さＨｍａｘを０．１Ｘより大きくすることにより、排ガスの流れから上記回動軸方向の力を効果的に発生させることができる。一方、Ｈｍａｘを０．３Ｘより小さくすることで、可変容量ターボチャージャが低出力、すなわちノズルベーンが低開度の際に、隣り合うノズルベーン同士の干渉を抑制することができる。
（３）いくつかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
　前記フィンは、前記コード方向に対する前記フィンの偏向角をαとした場合に、－１０°＜α＜１０°の関係を満たしてもよい。
　流れに対するフィンの偏向角が大きすぎると圧力損失が増大し、可変容量ターボチャージャの性能が低下する虞がある。この点、上記（３）の構成によれば、排ガスの流れに対するフィンの偏向角αを±１０°以内に設定することにより、ノズルベーン本体に対して回動軸方向の力を付与しつつ、排ガスの流れの圧力損失を抑制することができる。
（４）いくつかの実施形態では、上記（１）～（３）のいずれか一つの構成において、
　前記フィンの後端部は、前記ノズルベーン本体の前記後縁に位置していてもよい。
　上記（４）の構成によれば、排ガスの流速が前縁に比べて速い後縁にフィンの後端部が位置することにより、上記回動軸方向への力を効果的に発生させることができる。
（５）いくつかの実施形態では、上記（１）～（４）のいずれか一つの構成において、
　前記フィンは、前記フィンの前端部に対して後端部が前記ハブ面に近くなるように配置されていてもよい。
　上記（５）の構成によれば、前縁側から流入した排ガスの少なくとも一部が、後縁すなわち下流側に移動するに従い、フィンに案内されてハブ面側に向かう。その際、フィンのハブ面側では排ガスの流速が低下して圧力が相対的に高くなる一方、フィンのシュラウド面側では排ガスの流速が上昇して圧力が相対的に低くなる。よって、このフィンにより、ノズルベーン本体に対してシュラウド面側に向かう力を付与することができる。
（６）いくつかの実施形態では、上記（１）～（４）のいずれか一つの構成において、
　前記フィンは、前記フィンの前端部に対して後端部が前記シュラウド面に近くなるように配置されていてもよい。
　上記（６）の構成によれば前縁側から流入した排ガスの少なくとも一部が、後縁すなわち下流側に移動するに従い、フィンに案内されてシュラウド面側に向かうその際、フィンのシュラウド面側では排ガスの流速が低下して圧力が相対的に高くなる一方、フィンのハブ面側では排ガスの流速が上昇して圧力が相対的に低くなる。よって、このフィンにより、ノズルベーン本体に対してハブ面側に向かう力を付与することができる。
（７）いくつかの実施形態では、上記（１）～（４）のいずれか一つの構成において、
　前記フィンは、前記コード方向に沿って配置されていてもよい。
　上記（７）の構成によれば、コード方向に沿って配置されたフィンにより、例えば上記シュラウド面又はハブ面にボス等が存在する場合は、フィンを挟んでボスが存在する領域とボスが存在しない領域とで圧力差が生じるから、ノズルベーン本体に対して該ノズルベーン本体の回動軸に沿う方向の力を付与することができる。
（８）いくつかの実施形態では、上記（１）～（７）のいずれか一つの構成において、
　前記フィンは、前記ノズルベーン本体の前記負圧面に配置された第１フィンを含んでいてもよい。
　ノズルベーン本体に対するフィンの取付位置は該ノズルベーン本体の圧力面又は負圧面がある。この点、本発明者の鋭意研究により、圧力面にフィンを取り付けた場合は、負圧面にフィンを取り付けた場合に比べて可変容量ターボチャージャの性能に対する影響が大きいことが判明した。よって、上記（８）の構成によれば、ノズルベーン本体の負圧面に第１フィンが配置されるから、可変容量ターボチャージャの性能に与える影響を抑制しつつ、ノズルベーン本体に対して回動軸に沿う力を適切に付与することができる。
（９）いくつかの実施形態では、上記（１）～（７）のいずれか一つの構成において、
　前記フィンは、前記ノズルベーン本体の前記圧力面に配置された第２フィンを含んでいてもよい。
　上記（８）で述べたように、圧力面にフィンを取り付けた場合は、負圧面にフィンを取り付けた場合に比べて可変容量ターボチャージャの性能に対する影響が大きいが、例えば負圧面に設ける場合に比べてフィンの最大高さＨｍａｘを低くしたり、コード方向に沿うフィンの長さＸを短くしたりすることにより、上記回動軸方向への力と可変容量ターボチャージャの性能との両立を図ることができる。よって、上記（９）のように、ノズルベーン本体の圧力面に第２フィンが配置された構成により、設計の自由度を向上させつつ、ノズルベーン本体に対して回動軸に沿う力を付与することができる。
（１０）いくつかの実施形態では、上記（１）～（７）のいずれか一つの構成において、
　前記フィンは、前記負圧面に配置された第１フィンと前記圧力面に配置された第２フィンとを含んでいてもよい。
　上記（１０）の構成によれば、負圧面と圧力面との両方にフィンが配置されるから、例えばフィンが無い場合、或いは、負圧面又は圧力面の何れか一方にのみフィンが配置される場合に比べて、負圧面側の排ガス流れ及び圧力面側の排ガス流れの両方を考慮して、上記回動軸方向への力のコントロールをより精密に乃至はバランスよく行うことができる。
　本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、可変容量ターボチャージャにおいてノズルベーン本体が該ノズルベーン本体の回動軸方向に向かう力をコントロール可能なノズルベーンを提供することができる。
本開示の実施形態１に係るノズルベーンを含む可変容量ターボチャージャのタービンの断面図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 一実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する斜視図である。 一実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、ノズルベーンの負圧面側から見た平面図である。 一実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、ノズルベーンの後縁側から見た図である。 ノズルベーンの負圧面側の排ガス流れを示す図であり、（Ａ）は比較例におけるノズルベーンの負圧面側の排ガス流れを示す図、（Ｂ）は一実施形態に係るノズルベーンにおける負圧面側の排ガス流れを示す図である。 一実施形態に係るノズルベーンの表面に作用する静圧を示す図であり、（Ａ）はシュラウド側から見た状態を示す図、（Ｂ）はハブ側から見た状態を示す図である。 他の実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、ノズルベーンの負圧面側から見た平面図である。 他の実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、（Ａ）はシュラウド側から見た側面図、（Ｂ）は圧力面側から見た下面図、（Ｃ）は後縁側から見た図である。 他の実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、（Ａ）は後縁側から見た図、（Ｂ）は圧力面側から見た下面図である。 他の実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、（Ａ）は後縁側から見た図、（Ｂ）は圧力面側から見た下面図である。
　以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。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、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
　先ず、本開示の一実施形態に係るノズルベーンが適用される可変容量ターボチャージャの概略構成について説明する。
　図１は本開示の実施形態１に係るノズルベーンを含む可変容量ターボチャージャのタービンの断面図である。
　図１に示されるように、可変容量ターボチャージャ１のタービン２は、渦巻き状のタービンスクロール４が形成されたタービンハウジング３と、タービンハウジング３内においてタービンスクロール４の径方向内側に回動可能に設けられたタービンホイール５と、タービンスクロール４からタービンホイール５に流通する排ガスＧの流路面積を制御する可変ノズル機構６とを備えている。
　タービンホイール５は、軸受ハウジング７に回転可能に支持されたハブ２３と、ハブ２３の外周に周方向に間隔を隔てて設けられた複数の動翼２５（タービン動翼）とを含む。
　可変ノズル機構６は、ノズル１０と、軸受ハウジング７に固定されたノズルマウント１３と、ノズルマウント１３に対向するように配置されたノズルプレート１４とを備えている。
　なお、本開示において、タービンホイール５を取り囲むタービンハウジング３及びノズルプレート１４を含む隔壁部をシュラウドと称し、ノズルプレート１４における上記ノズルマウント１３との対向面をシュラウド面４１、ノズルマウント１３におけるノズルプレート１４との対向面をハブ面４３と称する。
　ノズル１０は、タービンホイール５の周囲を取り囲むように設けられた複数のノズルベーン１１と、各ノズルベーン１１に固定されたノズル軸１２とを有している。各ノズル軸１２は、ノズルマウント１３に回動可能に支持されている。各ノズル軸１２は、リンク機構１５を介してアクチュエータ（図示せず）に連結されており、アクチュエータから与えられるトルクによって各ノズル軸１２が回動し、各ノズル軸１２の回動によってノズルベーン１１が回動するように構成されている。
　図２に示されるように、隣り合うノズルベーン１１，１１間に、タービンスクロール４を流通した排ガスＧが流通する排ガス通路１６が形成されている。排ガス通路１６を挟んで、外周側のタービンスクロール４側は排ガスＧにより高圧側となり、内周側のタービンホイール５側は低圧側となっている。タービンスクロール４を通過した排ガスＧは、一定の流れ角を伴って排ガス通路１６に流れ込む。その際、流れに面するノズルベーン１１の圧力面３２（後述）側は圧力が上昇し、反対に負圧面３３（後述）側は圧力が低い状態となる。
　続いて、本開示の一実施形態に係るノズルベーン１１について詳しく説明する。
　図３は一実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する斜視図である。図３に例示するように、本発明の少なくとも１つの実施形態に係るノズルベーン１１は、可変容量ターボチャージャ１のノズルベーン１１であって、シュラウド面４１とハブ面４３との間に画定される排ガス通路１６に回動自在に設けられるノズルベーン本体３１と、ノズルベーン本体３１の圧力面３２又は負圧面３３の少なくとも一方に設けられたフィン５０と、を備えている。
　ノズルベーン本体３１は、圧力面３２、該圧力面３２とは反対側に面する負圧面３３、前縁３４及び後縁３５で画定される翼形状を有している。このノズルベーン本体３１は、コード方向における前縁３４と後縁３５との間において、コード方向と垂直且つ前縁３４又は後縁３５と平行な方向（つまりノズルベーン本体３１の幅方向）に沿う上記ノズル軸１２を介してノズルマウント１３に回動可能に支持されている。
　本開示におけるフィン５０は、ノズルベーン本体３１の圧力面３２又は負圧面３３上に、ノズルベーン本体３１のコード方向に長手方向を有して凸設されている。幾つかの実施形態では、ノズルベーン本体３１とフィン５０とが一体に形成されていてもよい。かかるフィン５０は、ノズルベーン本体３１のコード長をＬとした場合に、ノズルベーン本体３１の後縁３５から０．６Ｌ以内の範囲に設けられている。
　さらに、フィン５０は、ノズルベーン本体３１のコード方向に沿う当該フィン５０の長さをＸとした場合に、０．３Ｌ≦Ｘの関係を満たすように構成されている。つまり、フィン５０は、ノズルベーン本体３１の圧力面３２又は負圧面３３のうち、比較的後縁３５側の位置に配置されており、次式（ｉ）を満たすように配置されている。
　０＜Ｘ／Ｌ＜０．６　・・・（ｉ）
　このように、ノズルベーン本体３１の圧力面３２又は負圧面３３の少なくとも一方にフィン５０を設けた構成によれば、排ガスＧが排ガス通路１６を流れる際には、ノズルベーン本体３１に対して、排ガスＧの流れと交差する、上記ノズルベーン１１の回動軸であるノズル軸１２の延在方向に沿う力を付与することができる。つまり、フィン５０の取付位置や形状を必要に応じて適切に設計することにより、シュラウド面４１又はハブ面４３とノズルベーン本体３１との距離を適切にコントロールすることができるから、シュラウド面４１又はハブ面４３とノズルベーン本体３１との接触に起因して該シュラウド面４１、ハブ面４３又はノズルベーン本体３１に生じる摩耗を効果的に抑制することができる。さらに、排ガスＧの流速が前縁３４に比べて速い後縁３５側から０．６Ｌ以内の範囲にフィン５０を設けるとともに、ノズルベーン本体３１のコード方向に沿うフィン５０の長さＸを０．３Ｌ以上確保することにより、上記回動軸２６方向への力を効果的に発生させることができるのである。
　幾つかの実施形態では、上述した構成において、例えば図３に例示するように、フィン５０は、当該フィン５０が設けられた圧力面３２又は負圧面３３からのフィン５０の高さをＨとし、その最大値（つまりフィン５０の最大高さ）をＨｍａｘとした場合に、次式（ｉｉ）の関係を満たしてもよい。
　０．１＜（Ｈｍａｘ／Ｘ）＜０．３　・・・（ｉｉ）
　なお、フィン５０が最大高さＨｍａｘを呈する頂部の上記コード方向における位置は特に限定されない。すなわち、フィン５０の頂部は、ノズルベーン本体３１のコード方向におけるフィン５０の延在範囲のうち、前端部５１側に配されていてもよいし、中央部近傍に配されていてもよいし、後端部５２側に配されていてもよい。
　このように、フィン５０の最大高さＨｍａｘを０．１Ｘより大きく確保した構成によれば、排ガスＧの流れから上記ノズル軸１２の延在方向に沿う力を効果的に発生させることができる。一方、Ｈｍａｘを０．３Ｘより小さくすることで、可変容量ターボチャージャ１が低出力、すなわちノズルベーン１１が低開度の際に、隣り合うノズルベーン１１同士の干渉を抑制することができる。
　図４は一実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、ノズルベーンの負圧面側から見た平面図である。図５は一実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、ノズルベーンの後縁側から見た図である。
　いくつかの実施形態では、例えば図４及び図５に例示するように、フィン５０は、ノズルベーン本体３１のコード方向に対するフィン５０の延在方向の偏向角をαとした場合に、次式（ｉｉｉ）の関係を満たすように構成されていてもよい。
　－１０°＜α＜１０°　・・・（ｉｉｉ）
　この場合、フィン５０は、その長手方向に沿って直線的に（平板状に）形成されていてもよい。或いは、フィン５０は、その前端部５１から後端部５２にかけてノズルベーン本体３１の幅方向に湾曲するような形状を有していてもよい。フィン５０がノズルベーン本体３１の幅方向に湾曲した形状を有する場合、例えばフィン５０の稜線のうちノズルベーン本体３１のコード方向と最もずれた方向に延在する部分の偏向角をαとして－１０°＜α＜１０°を満たすようにしてもよい。
　ここで、流れに対するフィン５０の偏向角が大きすぎると圧力損失が増大し、可変容量ターボチャージャ１の性能が低下する虞がある。この点、上記のようにノズルベーン本体３１のコード方向に対するフィン５０の延在方向の偏向角αを－１０°＜α＜１０°の範囲内とした構成によれば、排ガスＧの流れに対するフィン５０の偏向角αを±１０°以内に設定することにより、ノズルベーン本体３１に対して回動軸２６方向の力を付与しつつ、排ガスＧの流れの圧力損失を抑制することができる。
　いくつかの実施形態では、上記いずれか一つの構成において、例えば図３～図５に例示するように、フィン５０の後端部５２は、ノズルベーン本体３１の後縁３５に位置していてもよい。つまり、フィン５０は、その後端部５２がノズルベーン本体３１の後縁３５に接続するようにして設けられ、ノズルベーン本体３１の後縁３５から前縁３４側に向けてノズルベーン本体３１のコード方向における中央部近傍まで延在していてもよい。
　このように構成すれば、排ガスＧの流速が前縁３４に比べて速い後縁３５にフィン５０の後端部５２が位置することにより、上記ノズル軸１２の延在方向への力を効果的に発生させることができる。
　いくつかの実施形態では、上記いずれか一つの構成において、例えば図４及び図５に例示するように、フィン５０は、当該フィン５０の前端部５１に対して後端部５２がハブ面４３に近くなるように配置されていてもよい。
　つまり、フィン５０は、その後端部５２側が前端部５１よりもハブ面４３側に偏って配置されるようにして、ノズルベーン本体３１のコード方向に対して傾斜して設けられていてもよい。
　ここで、図６及び図７を参照して、ノズルベーン１１に設けたフィン５０による排ガスＧの流れの変化について説明する。図６及び図７は、それぞれ、ノズルベーン本体３１の負圧面３３に、後端部５２側が前端部５１よりハブ面４３に近くなるようにしてフィン５０を設けた場合における流線及び静圧の大きさを示している。
　まず、図６はノズルベーンの負圧面側の排ガス流れを示す図であり、（Ａ）は比較例におけるノズルベーンの負圧面側の排ガス流れを示す図であり、（Ｂ）は一実施形態に係るノズルベーンにおける負圧面側の排ガス流れを示す図である。
　図６（Ａ）及び図６（Ｂ）では、左側がシュラウド面４１側、右側がハブ面４３側となっている。図６（Ａ）示すフィン５０を設けないノズルベーン１１の負圧面３３側では、前縁３４側（すなわち排ガスＧの流れの上流側）から流入する排ガスＧが、ノズルベーン本体３１の幅方向の中央部近傍に流線が集まっており、前縁３４から後縁３５に亘ってノズルベーン本体３１の幅方向の中央部近傍に排ガスＧの主な流れが存在する。一方、図６（Ｂ）に示すように、ノズルベーン本体３１の負圧面３３にフィン５０を設けた場合、後縁３５側ではフィン５０に案内された排ガスＧがハブ面４３側に寄せられて流れていることがわかる。この場合、排ガスＧの流れの変化により、ノズルベーン本体３１にはシュラウド面４１側に向かう力が作用する。
　続いて、図７は一実施形態に係るノズルベーンの表面に作用する静圧を示すコンター図であり、（Ａ）はシュラウド側から見た状態を示し、（Ｂ）はハブ側から見た状態を示す。図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を参照すると、フィン５０のシュラウド面４１側ではフィン５０のハブ面４３側よりも静圧が低くなっている。したがって、このような場合はノズルベーン本体３１に対してハブ面４３側からシュラウド面４１側に向かう力が作用することがわかる。
　このようにノズルベーン本体３１のコード方向に対してフィン５０の後端部５２をハブ面４３側に傾斜させた構成によれば、前縁３４側から流入した排ガスＧの少なくとも一部が、後縁３５すなわち下流側に移動するに従い、フィン５０に案内されてハブ面４３側に向かう。その際、フィン５０のハブ面４３側では排ガスＧの流速が低下して相対的に圧力が高くなる一方、フィン５０のシュラウド面４１側では排ガスＧの流速が上昇して相対的に圧力が低くなる。よって、このフィン５０により、ノズルベーン本体３１に対してシュラウド面４１側に向かう力を付与することができるのである。
　次に、図８は他の実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、ノズルベーンの負圧面側から見た平面図である。
　図８に非限定的に例示するように、いくつかの実施形態では、上記いずれか一つの構成において、フィン５０は、フィン５０の前端部５１に対して後端部５２がシュラウド面４１に近くなるように配置されていてもよい。
　つまり、フィン５０は、その後端部５２側が前端部５１よりもシュラウド面４１側に偏って配置されるようにして、ノズルベーン本体３１のコード方向に対して傾斜して設けられていてもよい。
　このようにノズルベーン本体３１のコード方向に対してフィン５０の後端部５２をシュラウド面４１側に傾斜させた構成によれば前縁３４側から流入した排ガスＧの少なくとも一部が、後縁３５すなわち下流側に移動するに従い、フィン５０に案内されてシュラウド面４１側に向かう。その際、フィン５０のシュラウド面４１側では排ガスＧの流速が低下して圧力が相対的に高くなる一方、フィン５０のハブ面４３側では排ガスＧの流速が上昇して圧力が相対的に低くなる。よって、このフィン５０により、ノズルベーン本体３１に対してハブ面４３側に向かう力を付与することができる。
　図９は他の実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、（Ａ）はシュラウド側から見た側面図、（Ｂ）は圧力面側から見た下面図、（Ｃ）は後縁側から見た図である。図１０は他の実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、（Ａ）は後縁側から見た図、（Ｂ）は圧力面側から見た下面図である。図１１は他の実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、（Ａ）は後縁側から見た図、（Ｂ）は圧力面側から見た下面図である。
　いくつかの実施形態では、上記いずれか一つの構成において、例えば図３～図１１（Ｂ）に例示するように、フィン５０は、ノズルベーン本体３１の負圧面３３に配置された第１フィン５０Ａを含んでいてもよい。
　つまり、複数のノズルベーン１１の各々は、各ノズルベーン１１の負圧面３３のみにフィン５０（第１フィン５０Ａ）を有していてもよい。
　ここで、ノズルベーン本体３１に対するフィン５０の取付位置は該ノズルベーン本体３１の圧力面３２又は負圧面３３がある。この点、本発明者の鋭意研究により、圧力面３２にフィン５０を取り付けた場合は、負圧面３３にフィン５０を取り付けた場合に比べて可変容量ターボチャージャ１の性能に対する影響が大きいことが判明した。よって、上記のように、ノズルベーン本体３１の負圧面３３に第１フィン５０Ａが配置された構成によれば、可変容量ターボチャージャ１の性能に与える影響を抑制しつつ、ノズルベーン本体３１に対してノズル軸１２の延在方向に沿う力を適切に付与することができる。
　いくつかの実施形態では、上記いずれか一つの構成において、例えば図９（Ａ）～図９（Ｃ）、図１０（Ａ）～図１０（Ｂ）、及び図１１（Ａ）～図１１（Ｂ）に例示するように、フィン５０は、ノズルベーン本体３１の圧力面３２に配置された第２フィン５０Ｂを含んでいてもよい。
　つまり、複数のノズルベーン１１の各々は、各ノズルベーン１１の圧力面３２のみにフィン５０（第２フィン５０Ｂ）を有していてもよい。
　上述したように、圧力面３２にフィン５０を取り付けた場合は、負圧面３３にフィン５０を取り付けた場合に比べて可変容量ターボチャージャ１の性能に対する影響が大きいが、例えば負圧面３３に設ける場合に比べてフィン５０の最大高さＨｍａｘを低くしたり、ノズルベーン本体３１のコード方向に沿うフィン５０の長さＸを短くしたりすることにより、上記ノズル軸１２の延在方向への力と可変容量ターボチャージャ１の性能との両立を図ることができる。よって、上記のように、ノズルベーン本体３１の圧力面３２に第２フィン５０Ｂが配置された構成により、設計の自由度を向上させつつ、ノズルベーン本体３１に対して回動軸２６に沿う力を付与することができる。
　いくつかの実施形態では、上記いずれか一つの構成において、フィン５０は、負圧面３３に配置された第１フィン５０Ａと圧力面３２に配置された第２フィン５０Ｂとを含んでいてもよい。
　つまり、複数のノズルベーン１１の各々は、各ノズルベーン１１の負圧面３３及び圧力面３２の各々にフィン５０（負圧面３３に配置された第１フィン５０Ａ、及び圧力面３２に配置された第２フィン５０Ｂ）を有していてもよい。この場合、第１フィン５０Ａと第２フィン５０Ｂとは、ノズルベーン本体３１のコード方向に対して、ハブ面４３側又はシュラウド面４１側のうち、各々が同じ面側に傾斜していてもよいし、各々が異なる面側に傾斜していてもよい。
　なお、圧力面３２と負圧面３３との両方にそれぞれフィン５０を設ける場合、ノズルベーン本体３１のコード方向における各フィン５０の長さＸ、又は各フィン５０の高さＨは、それぞれ同程度の大きさに設定されていてもよい。或いは、上述したように、可変容量ターボチャージャ１の性能に対する圧力面３２側の影響が負圧面３３に比べて影響が大きいことを考慮して、圧力面３２側に配置される第２フィン５０Ｂの長さＸ又は高さＨを、負圧面３３側に配置される第１フィン５０Ａの長さＸ又は高さＨより小さく形成してもよい。
　このように、負圧面３３と圧力面３２との両方にフィン５０が配置された構成によれば、例えばフィン５０が無い場合、或いは、負圧面３３又は圧力面３２の何れか一方にのみフィン５０が配置される場合に比べて、負圧面３３側の排ガスＧ流れ及び圧力面３２側の排ガスＧ流れの両方を考慮して、上記ノズル軸１２の延在方向への力のコントロールをより精密に乃至はバランスよく行うことができる。
　いくつかの実施形態では、上記いずれか一つの構成において、例えば図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に非限定的に例示するように、フィン５０は、ノズルベーン本体３１のコード方向に沿って配置されていてもよい。
　つまり、フィン５０は、その長手方向がノズルベーン本体３１のコード方向に沿うようにして直線的に（平板状に）形成されていてもよい。
　このように、ノズルベーン本体３１のコード方向に沿って配置されたフィン５０を含む構成により、例えば上記シュラウド面４１又はハブ面４３にボス（図示せず）等が存在する場合は、フィン５０を挟んでボスが存在する領域とボスが存在しない領域とで圧力差が生じるから、ノズルベーン本体３１に対して該ノズルベーン本体３１の回動軸に沿う方向の力を付与することができる。
　本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、可変容量ターボチャージャ１においてノズルベーン本体３１が該ノズルベーン本体３１のノズル軸１２の延在方向に向かう力をコントロール可能なノズルベーン１１を提供することができる。
　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更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。
１　可変容量ターボチャージャ
２　タービン
３　タービンハウジング（シュラウド）
４　タービンスクロール
５　タービンホイール（タービンロータ）
６　可変ノズル機構
７　軸受ハウジング
１０　ノズル
１１　ノズルベーン
１２　ノズル軸（回動軸）
１３　ノズルマウント
１４　ノズルプレート
１５　リンク機構
１６　排ガス通路
２３　ハブ
２５　タービン動翼
３１　ノズルベーン本体
３２　圧力面
３３　負圧面
３４　前縁
３５　後縁
４１　シュラウド面
４３　ハブ面
５０　フィン
５０Ａ　第１フィン
５０Ｂ　第２フィン
５１　前端部
５２　後端部
５３　圧力面
５４　負圧面
Ｈ　フィン高さ
Ｌ　コード長（ノズルベーン本体）
Ｇ　排ガス

Claims (10)

  1. 　可変容量ターボチャージャのノズルベーンであって、
    　シュラウド面とハブ面との間に画定される排ガス通路に回動自在に設けられるノズルベーン本体と、
    　前記ノズルベーン本体の圧力面又は負圧面の少なくとも一方に設けられたフィンであって、前記ノズルベーン本体のコード長をＬとした場合に、前記ノズルベーン本体の後縁から０．６Ｌ以内の範囲に設けられたフィンと、を備え、
    　前記フィンは、当該フィンのコード方向に沿う長さをＸとした場合に、０．３Ｌ≦Ｘの関係を満たすノズルベーン。
  2. 　前記フィンは、前記フィンが設けられた前記圧力面又は前記負圧面からの前記フィンの最大高さをＨｍａｘとした場合に、０．１＜（Ｈｍａｘ／Ｘ）＜０．３の関係を満たす
    請求項１に記載のノズルベーン。
  3. 　前記フィンは、前記コード方向に対する前記フィンの偏向角をαとした場合に、－１０°＜α＜１０°の関係を満たす
    請求項１又は２に記載のノズルベーン。
  4. 　前記フィンの後端部は、前記ノズルベーン本体の前記後縁に位置している
    請求項１～３の何れか一項に記載のノズルベーン。
  5. 　前記フィンは、前記フィンの前端部に対して後端部が前記ハブ面に近くなるように配置されている
    請求項１～４の何れか１項に記載のノズルベーン。
  6. 　前記フィンは、前記フィンの前端部に対して後端部が前記シュラウド面に近くなるように配置されている
    請求項１～４の何れか１項に記載のノズルベーン。
  7. 　前記フィンは、前記コード方向に沿って配置されている
    請求項１～４の何れか１項に記載のノズルベーン。
  8. 　前記フィンは、前記ノズルベーン本体の前記負圧面に配置された第１フィンを含む
    請求項１～７の何れか一項に記載のノズルベーン。
  9. 　前記フィンは、前記ノズルベーン本体の前記圧力面に配置された第２フィンを含む
    請求項１～７の何れか一項に記載のノズルベーン。
  10. 　前記フィンは、前記負圧面に配置された第１フィンと前記圧力面に配置された第２フィンとを含む請求項１～７の何れか一項に記載のノズルベーン。
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