WO2020174551A1 - ノズルベーン - Google Patents

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WO2020174551A1
WO2020174551A1 PCT/JP2019/007144 JP2019007144W WO2020174551A1 WO 2020174551 A1 WO2020174551 A1 WO 2020174551A1 JP 2019007144 W JP2019007144 W JP 2019007144W WO 2020174551 A1 WO2020174551 A1 WO 2020174551A1
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WO
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nozzle vane
flange portion
exhaust gas
nozzle
outer peripheral
Prior art date
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PCT/JP2019/007144
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English (en)
French (fr)
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豊隆 吉田
ビピン グプタ
祐樹 山田
洋輔 段本
洋二 秋山
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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Publication date
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Priority to DE112019006705.2T priority patent/DE112019006705T5/de
Priority to CN201980092444.3A priority patent/CN113423929B/zh
Priority to JP2021501408A priority patent/JP7165804B2/ja
Priority to US17/430,487 priority patent/US11421546B2/en
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10Final actuators
    • F01D17/12Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/16Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of nozzle vanes
    • F01D17/165Final 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/141Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/24Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/10Stators
    • F05D2240/12Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/128Nozzles
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present disclosure relates to a nozzle vane of a variable capacity turbocharger.
  • variable capacity turbochargers that can change the flow characteristics of exhaust gas by adjusting the opening of the nozzle have been developed for the purpose of improving fuel efficiency.
  • the configuration of such a variable capacity turbocharger is disclosed in Patent Document 1.
  • 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. There is a gap.
  • the nozzle vane is supported by a rotating shaft on at least one of the shroud surface side and the hub surface side, and is configured to change the opening degree of the nozzle by being rotated around the rotating shaft. ..
  • variable capacity turbocharger when the output of the variable capacity turbocharger is low, the opening of the nozzle vane is low, and the influence of the flow of the exhaust gas flowing into the gaps on both sides of the nozzle vane on the performance of the variable capacity turbocharger is relatively large. Is very large.
  • Patent Document 1 has a flange portion at the end of the nozzle vane on the side of the rotating shaft, and flows into the above-mentioned gap where one of the rotating shaft and the flange exists.
  • the flow of exhaust gas is worse than the flow of exhaust gas flowing into the other gap. Therefore, the performance of the variable capacity turbocharger at the time of low output may be deteriorated.
  • Patent Document 1 does not disclose any knowledge for improving the flow of exhaust gas flowing around the rotation axis in the gap on both sides of the nozzle vane.
  • At least one embodiment of the present disclosure aims to provide a nozzle vane capable of improving the flow of exhaust gas around 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, At least one of a shroud-side end surface and a hub-side end surface of the nozzle vane main body, a flange portion formed around a rotation center of the nozzle vane main body portion, The flange portion has a minimum distance R1 with respect to the center of rotation to the outer peripheral edge of the flange portion on the trailing edge side and the suction surface side of the nozzle vane, and the flange portion on the leading edge side and the suction surface side of the flange portion.
  • the shortest distance to the outer peripheral edge is R2
  • the shortest distance to the outer peripheral edge of the flange portion on the front edge side and the pressure surface side of the nozzle vane is R3
  • the shortest distance to the outer peripheral edge of the flange portion on the rear edge side and the pressure surface side is R4
  • the following expression (i) or (ii) is satisfied.
  • the flange portion has an exhaust gas passage side flange surface facing the exhaust gas passage side,
  • the exhaust gas passage side flange surface may have an edge portion formed in a convex arc shape on the exhaust gas passage side.
  • the nozzle vane flows after flowing along the exhaust gas passage side flange surface. It is possible to effectively prevent the flow of the exhaust gas flowing into the gap on the rotating shaft side from being separated when passing through the edge portion of the passage-side flange surface. That is, since it is possible to suppress the generation of turbulence and swirl caused by separation, it is possible to improve the flow of exhaust gas passing through the gap and improve the performance of the variable capacity turbocharger at low output.
  • the flange portion may be formed on an end surface of the nozzle vane body on the hub side.
  • the flange portion may be formed on an end surface of the nozzle vane body on the shroud side.
  • the flange portion may be formed on the hub-side end surface and the shroud end surface of the nozzle vane body.
  • the effect described in (1) or (2) above can be enjoyed in the nozzle vane having the flange portions on the hub-side end surface and the shroud-side end surface of the nozzle vane body.
  • the flange portion may satisfy the following expression (iii). R2>R3...(iii)
  • the flange portion may satisfy the following expression (iv). R2 ⁇ R3...(iv)
  • a nozzle vane that can improve the flow of exhaust gas around the nozzle vane in a 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 showing the shape of the nozzle vane concerning one embodiment, and shows the suction side seen from the rotation axis side and the front edge side. It is a figure for explaining the shape of the nozzle vane concerning one embodiment, and is a perspective view showing the state seen from the nozzle axis side. It is a figure which shows the shape of the nozzle vane which concerns on one Embodiment, (A) is the figure seen from the front edge side, (B) is the figure seen from the suction 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.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II of FIG.
  • 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 to face the nozzle mount 13 with a gap.
  • 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
  • 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 showing the shape of the nozzle vane according to the embodiment, and shows the suction surface as seen from the rotating shaft side and the front edge side.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the shape of the nozzle vane according to the embodiment, and is a perspective view showing a state viewed from the nozzle shaft side.
  • 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.
  • a nozzle vane body 31 rotatably provided, and a flange portion 50 formed around the rotation center C of the nozzle vane body 31 on at least one of the shroud-side end surface 51 and the hub-side end surface 52 of the nozzle vane body 31. I have it.
  • 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 is rotated between the front edge 34 and the rear edge 35 in the cord direction, along a direction 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 nozzle shaft 12 as a moving shaft.
  • the flange portion 50 is generally provided on the hub-side end surface 52 side or the shroud-side end surface 51 side of the nozzle vane body 31 on the side where the link mechanism 15 to the nozzle shaft 12 are arranged, and the link mechanism 15 is housed. It has a function of a lid that prevents the exhaust gas G from flowing into the space.
  • the flange portion 50 in the present disclosure is, for example, as shown in FIG. 4, the flange portion 50 on the trailing edge 35 side and on the suction surface 33 side of the nozzle vane 11 (for example, in the first quadrant) with respect to the rotation center C.
  • R1 is the shortest distance to the outer peripheral edge 58 of the flange 50
  • R2 is the shortest distance to the outer peripheral edge 58 of the flange portion 50 on the front edge 34 side and the negative pressure surface 33 side (for example, in the second quadrant), the front edge 34 side and the nozzle vane 11.
  • R3 is the shortest distance to the outer peripheral edge 58 of the flange portion 50 on the pressure surface 32 side (for example, in the third quadrant), and the flange portion 50 on the rear edge 35 side and the pressure surface 32 side (for example, in the fourth quadrant).
  • the flange portion 50 in the present disclosure sandwiches a surface that is perpendicular to the code direction of the nozzle vane body 31 and that includes the axis of the nozzle shaft 12 (a surface that is perpendicular to the code direction of the nozzle vane body 31 and passes through the Y axis).
  • the front edge 34 side and the rear edge 35 side are formed asymmetrically, and the shortest distance to the outer peripheral edge 58 of the flange portion 50 on the rear edge 35 side is the outer peripheral edge 58 of the flange portion 50 on the front edge 34 side. It is configured to be smaller than the shortest distance of.
  • the negative pressure surface 33 on the trailing edge 35 side or the connection position or the boundary between the pressure surface 32 and the outer peripheral edge 58 of the flange portion 50 has the negative pressure surface 33 on the front edge 34 side or
  • the distance from the rotation center C may be smaller than the connection position or boundary between the pressure surface 32 and the outer peripheral edge 58 of the flange portion 50 (for example, R1 and R2 in FIG. 9 and FIG. 10 described later).
  • connection position or boundary between the negative pressure surface 33 or the pressure surface 32 on the trailing edge 35 side and the outer peripheral edge 58 of the flange portion 50 is such that the negative pressure surface 33 or the pressure surface 32 on the front edge 34 side and the flange portion.
  • the distance from the rotation center C may be larger than the connection position or the boundary of the outer peripheral edge 58 of 50.
  • the rear edge 35 side of the outer peripheral edge 58 has a gentler inclination with respect to the cord direction than the front edge 34 side of the outer peripheral edge 58 thereof. May be formed (see, for example, FIGS. 3, 4 and 5B).
  • the flange portion 50 may be configured such that the outer peripheral edge 58 thereof is continuous with the negative pressure surface 33 or the pressure surface 32 of the nozzle vane body 31 in a smooth curve when viewed in the axial direction of the nozzle shaft 12. That is, the end portions on the front edge 34 side and the rear edge 35 side of the outer peripheral edge 58 of the flange portion 50 on the negative pressure surface 33 side are respectively smooth curved surfaces which are concave toward the exhaust gas passage 16 side which they face. Can be configured to be continuous. Further, the end portions on the front edge 34 side and the rear edge 35 side of the outer peripheral edge 58 of the flange portion 50 on the pressure surface 32 side are respectively smooth curved surfaces which are concave toward the exhaust gas passage 16 side which each faces. Can be configured to be continuous.
  • the exhaust gas G that has flowed from the upstream on the negative pressure surface 33 and passed near the rotation center C is provided on the downstream side of the flange portion 50 with the nozzle shaft 12 (rotation). Since it becomes easy to flow into the gap 18 between the nozzle vane 11 and the shroud surface 41 or the hub surface 43 provided with the moving shaft), the exhaust gas G flow around the rotation center C can be improved. Further, since R4 is smaller than R3, the exhaust gas G flowing into the gap 18 from the negative pressure surface 33 side can be smoothly discharged to the exhaust gas passage 16 on the pressure surface 32 side on the downstream side of the flange portion 50.
  • the flow of the exhaust gas G around the flange portion 50 of the nozzle vane 11 to the nozzle shaft 12 can be improved, so that the performance of the variable capacity turbocharger 1 (particularly, the performance of the variable capacity turbocharger 1 at low output) can be improved. Can be improved.
  • FIG. 5 is a view showing the shape of the nozzle vane according to the embodiment, (A) is a view seen from the front edge side, and (B) is a view seen from the suction surface side.
  • the flange portion 50 has an exhaust gas passage side flange surface 55 facing the exhaust gas passage 16 side, as illustrated in, for example, FIG. 5(A) and FIG. 5(B). ing.
  • the exhaust-gas-passage-side flange surface 55 may have, for example, an edge portion 56 formed in a convex arc shape on the exhaust-gas passage 16 side.
  • the edge portion 56 has no corners (or smoothness), for example, as compared with a conventional flange portion formed in a cylindrical shape or a truncated cone shape having a ridgeline or a boundary where a peripheral surface portion and a bottom surface portion intersect at a predetermined angle.
  • the curved surface forms a convex shape with rounded corners.
  • Such an edge portion 56 is, for example, an end surface of the nozzle vane main body 31 on the side where the nozzle shaft 12 is provided (for example, when the nozzle shaft 12 is provided on the hub surface 43 side, a hub as the nozzle shaft 12 is provided).
  • the side end surface 52 is formed so that the distance from the shroud side end surface 51) is gradually reduced when the nozzle shaft 12 is provided on the shroud surface 41.
  • the edge portion 56 may be formed on at least a part of the outer peripheral edge 58 of the flange portion 50, or may be formed into a smooth curved surface over the entire outer peripheral edge 58 of the flange portion 50. ..
  • the curvature of the edge portion 56 on the front edge 34 side of the flange portion 50 and the curvature of the edge portion 56 on the rear edge 35 side may be the same or different. Further, the curvature of the edge portion 56 may be uniform on the front edge 34 side or the rear edge 35 side, respectively, or may be partially different at arbitrary points, and the respective points are smoothly continuous. You may set arbitrarily so that it may be formed by.
  • 6A and 6B are contour diagrams showing the magnitude of entropy on the pressure surface side of the nozzle vane
  • FIG. 6A shows the case of the nozzle vane according to one embodiment
  • FIG. 6B shows the case of the conventional nozzle vane shown as a comparative example
  • FIG. 7 is a contour diagram showing the pressure around the nozzle vane
  • (A) shows the case of the nozzle vane according to one embodiment
  • (B) shows the case of the conventional nozzle vane shown as a comparative example
  • 8A and 8B are diagrams showing streamlines around the nozzle vane
  • FIG. 8A shows the case of the nozzle vane according to one embodiment
  • FIG. 8B shows the case of the conventional nozzle vane shown as a comparative example.
  • a region P1 located closer to the trailing edge 35 side than the nozzle shaft 12. 6B is lower than the entropy of the area P2 located on the trailing edge 35 side of the nozzle shaft 12 on the pressure surface 32 side of the conventional nozzle vane shown as a comparative example in FIG. 6B.
  • the above shows how much loss occurs in the flow of the exhaust gas G, and the higher the entropy, the greater the loss. Therefore, it can be seen from FIGS. 6A and 6B that the loss of the flow of the exhaust gas G can be significantly reduced by adopting the nozzle vane 11 of the present disclosure including the flange portion 50.
  • FIGS. 7A and 7B on the pressure surface 32 side of the nozzle vane 11 of the present disclosure shown in FIG. 7A, a region located closer to the trailing edge 35 side than the nozzle shaft 12. It can be seen that the pressure of P3 is higher than the pressure of the region P4 located on the trailing edge 35 side of the nozzle shaft 12 on the pressure surface 32 side of the conventional nozzle vane shown as a comparative example in FIG. 7(B). That is, from FIG. 7(A) and FIG. 7(B), by adopting the nozzle vane 11 of the present disclosure including the flange portion 50, the pressure loss of the flow of the exhaust gas G passing around the flange portion 50 is significantly reduced. I see that I can do it.
  • FIGS. 8A and 8B in a region P6 located on the trailing edge 35 side of the nozzle shaft 12 on the pressure surface 32 side of the conventional nozzle vane shown as a comparative example in FIG. 8B. Since there are few (or almost no) streamlines of the flow of the exhaust gas G passing through the region P6, separation occurs in the flow of the exhaust gas G due to the shape of the conventional flange portion, and the flow around the flange portion deteriorates. I understand.
  • the pressure surface 32 side of the nozzle vane 11 of the present disclosure shown in FIG. 8A a streamline indicating the flow of the exhaust gas G passing through the region P5 located on the trailing edge 35 side of the nozzle shaft 12 is formed. It exists effectively. That is, from FIGS. 8A and 8B, by adopting the nozzle vane 11 of the present disclosure including the flange portion 50, the flow of the exhaust gas G passing around the flange portion 50 is significantly improved. I understand.
  • the flange portion 50 is formed on the hub-side end surface 52 of the nozzle vane body 31, as illustrated in, for example, FIGS. 5A and 5B. May be. With this configuration, the nozzle vane 11 having the flange portion 50 on the hub-side end surface 52 of the nozzle vane body 31 can enjoy the effects described in any of the above-described embodiments.
  • the flange portion 50 may be formed on the shroud-side end surface 51 of the nozzle vane body 31.
  • the influence of the flange portion 50 provided on the shroud-side end surface 51 on the flow of the exhaust gas G in the exhaust gas passage 16 is the same as when the flange portion 50 is provided on the hub-side end surface 52 side described above. The description is omitted because it is described.
  • the nozzle vane 11 having the flange portion 50 on the shroud-side end surface 51 of the nozzle vane body 31 has been described in any one of the above embodiments. You can enjoy the effect.
  • FIG. 9 is a perspective view exemplifying the shape of a nozzle vane according to another embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view exemplifying the shape of a nozzle vane according to another embodiment.
  • the flange portion 50 is formed on the hub-side end surface 52 and the shroud-side end surface 51 of the nozzle vane body 31, as illustrated in FIGS. 9 and 10, for example. May be. That is, the flange portion 50 may be provided on each side of the nozzle vane body 31 in the width direction.
  • the nozzle vane having the flange portions on the hub-side end surface 52 and the shroud-side end surface 51 of the nozzle vane body 31 is described in any one of the above embodiments. You can enjoy the effect.
  • the flange portion 50 may satisfy the following expression (iii), as illustrated in FIG. 9, for example. R2>R3...(iii)
  • the shortest distance R2 to the outer peripheral edge 58 of the flange portion 50 on the front edge 34 side and the suction surface 33 side is the front edge 34 side and the nozzle vane 11.
  • the shroud-side end surface 51 and the hub-side end surface 52 are both provided with the flange portions 50 that satisfy the formula (iii). However, the shroud-side end surface 51 or the hub is not shown.
  • the flange portion 50 that satisfies the above formula (iii) may be provided on only one of the side end surfaces 52.
  • the shortest distance R2 to the outer peripheral edge 58 of the flange portion 50 on the front edge 34 side and the negative pressure surface 33 side is set to the outer peripheral edge 58 of the flange portion 50 on the front edge 34 side and the pressure surface 32 side of the nozzle vane 11.
  • R3 shortest distance
  • the flange portion 50 may satisfy the following expression (iv), as illustrated in FIGS. 10 and 11, for example. R2 ⁇ R3...(iv)
  • the shortest distance R2 to the outer peripheral edge 58 of the flange portion 50 on the front edge 34 side and the suction surface 33 side is the front edge 34 side and the nozzle vane 11.
  • the flange portion 50 may be provided on both the shroud-side end surface 51 and the hub-side end surface 52.
  • FIG. 10 the shortest distance R2 to the outer peripheral edge 58 of the flange portion 50 on the front edge 34 side and the suction surface 33 side (for example, the second quadrant) is the front edge 34 side and the nozzle vane 11.
  • the flange portion 50 may be provided on both the shroud-side end surface 51 and the hub-side end surface 52.
  • the flange portion 50 may be provided on only one of the shroud-side end surface 51 and the hub-side end surface 52.
  • the shortest distance R2 to the outer peripheral edge 58 of the flange portion 50 on the front edge 34 side and the negative pressure surface 33 side is set to the outer peripheral edge 58 of the flange portion 50 on the front edge 34 side and the pressure surface 32 side of the nozzle vane 11.
  • the distance is smaller than the shortest distance R3 (R2 ⁇ R3), for example, a state in which the difference between the flow rate of the exhaust gas G flowing into the negative pressure surface 33 and the flow rate of the exhaust gas G flowing into the pressure surface 32 is large (for example, the pressure surface 32).
  • variable displacement turbocharger 1 When the variable displacement turbocharger 1 is operated in the case where the inflow amount of the exhaust gas G on the side is larger than the inflow amount of the exhaust gas G on the negative pressure surface 33 side, the exhaust gas G around the flange portion 50 can be efficiently circulated. it can.
  • the nozzle vane 11 that can improve the flow of the exhaust gas G around the nozzle vane 11 in the variable capacity turbocharger 1.
  • 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 18 Gap 23 Hub 25 Turbine rotor blade 31 Nozzle vane body 32 Pressure surface 33 Negative pressure surface 34 Leading edge 35 Rear edge 41 Shroud surface 43 Hub surface 50 Flange portion 51 Shroud side end surface 52 Hub Side end surface 55 Exhaust gas passage side flange surface 56 Edge portion 58 Outer peripheral edge L code length (nozzle vane body) G Exhaust gas C Rotation center of nozzle vane body

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、前記ノズルベーン本体のシュラウド側端面及びハブ側端面の少なくとも一方において、前記ノズルベーン本体部の回動中心周りに形成されたフランジ部と、を備える。前記フランジ部は、前記回動中心に対して、前記後縁側且つ前記ノズルベーンの負圧面側における前記フランジ部の外周縁までの最短距離をR1、前記前縁側且つ前記負圧面側における前記フランジ部の外周縁までの最短距離をR2、前記前縁側且つ前記ノズルベーンの圧力面側における前記フランジ部の外周縁までの最短距離をR3、前記後縁側且つ前記圧力面側における前記フランジ部の外周縁までの最短距離をR4とした場合、式(i)R1<R2、又は(ii)R4<R3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構成が特許文献1に開示されている。
国際公開第2006/032827号
 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。また、ノズルベーンは、上記シュラウド面側及びハブ面側の少なくとも一方において回動軸に支持されており、この回動軸周りに回動されることでノズルの開度を変化させるように構成される。
 ここで、可変容量ターボチャージャが低出力の際には、ノズルベーンの開度が低く、上記のようなノズルベーンの両サイドの隙間に流れ込む排ガスの流れが可変容量ターボチャージャの性能に与える影響が相対的に大きい。
 この点、特許文献1に開示されたような従来のノズルベーンは、当該ノズルベーンにおける上記回動軸側の端部にフランジ部を有し、回動軸及びフランジ部が存在する一方の上記隙間に流れ込む排ガスの流れが他方の隙間に流れ込む排ガスの流れに比べて悪い。このため、低出力時における可変容量ターボチャージャの性能が低下する虞があった。しかし、特許文献1には、ノズルベーンの両サイドの隙間のうち、回動軸周りに流入する排ガスの流れを改善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周りの排ガスの流れを改善できる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シュラウド側端面及びハブ側端面の少なくとも一方において、前記ノズルベーン本体部の回動中心周りに形成されたフランジ部と、を備え、
 前記フランジ部は、前記回動中心に対して、前記後縁側且つ前記ノズルベーンの負圧面側における前記フランジ部の外周縁までの最短距離をR1、前記前縁側且つ前記負圧面側における前記フランジ部の外周縁までの最短距離をR2、前記前縁側且つ前記ノズルベーンの圧力面側における前記フランジ部の外周縁までの最短距離をR3、前記後縁側且つ前記圧力面側における前記フランジ部の外周縁までの最短距離をR4とした場合に、次式(i)又は(ii)を満たす。
 R1<R2 ・・・(i)
 R4<R3 ・・・(ii)
 上記(1)の構成によれば、R1がR2より小さいことにより、負圧面において上流から流れて回動中心の近傍を通過した排ガスが、フランジ部50の下流側において、上記回動軸が設けられたシュラウド面又はハブ面とノズルベーンとの間の隙間に流れ込み易くなるから、回動中心周りの排ガス流れを改善することができる。また、R4がR3より小さいことにより、負圧面側から隙間に流入した排ガスを、フランジ部50の下流側において圧力面側の排ガス通路に円滑に流出させることができる。このように、ノズルベーンのフランジ部乃至回動軸周りの排ガス流れを改善することができるから、低出力時における可変容量ターボチャージャの性能を向上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、
 前記フランジ部は、前記排ガス通路側に面する排ガス通路側フランジ面を有し、
 前記排ガス通路側フランジ面は、前記排ガス通路側に凸の円弧状に形成されたエッジ部を有していてもよい。
 上記(2)のように、フランジ部における排ガス通路側フランジ面のエッジ部が排ガス通路側に凸の円弧状に形成された構成によれば、排ガス通路側フランジ面に沿って流れた後に、ノズルベーンの回動軸側の隙間に流入する排ガスの流れが、通路側フランジ面のエッジ部を通過する際に剥離することを効果的に抑制することができる。つまり、剥離によって生じる乱流やスワールの発生を抑制することができるから、隙間を通過する排ガスの流れを改善することができ、低出力時における可変容量ターボチャージャの性能を向上させることができる。
(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、
 前記フランジ部は、前記ノズルベーン本体の前記ハブ側端面に形成されていてもよい。
 上記(3)の構成によれば、ノズルベーン本体のハブ側端面にフランジ部を有するノズルベーンにおいて、上記(1)又は(2)で述べた効果を享受することができる。
(4)いくつかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、
 前記フランジ部は、前記ノズルベーン本体の前記シュラウド側端面に形成されていてもよい。
 上記(4)の構成によれば、ノズルベーン本体のシュラウド側端面にフランジ部を有するノズルベーンにおいて、上記(1)又は(2)で述べた効果を享受することができる。
(5)いくつかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、
 前記フランジ部は、前記ノズルベーン本体の前記ハブ側端面及び前記シュラウド端面に形成されていてもよい。
 上記(5)の構成によれば、ノズルベーン本体のハブ側端面及びシュラウド側端面にフランジ部を有するノズルベーンにおいて、上記(1)又は(2)で述べた効果を享受することができる。
(6)いくつかの実施形態では、上記(1)~(5)のいずれか一つの構成において、
 前記フランジ部は、次式(iii)を満たしてもよい。
 R2>R3 ・・・(iii)
 上記(6)の構成によれば、例えば負圧面に流入する排ガスの流量と圧力面に流入する排ガスの流量との差が大きい状態で可変容量ターボチャージャが運転される場合において、フランジ部周りの排ガスを効率的に流通させることができる。
(7)いくつかの実施形態では、上記(1)~(5)のいずれか一つの構成において、
 前記フランジ部は、次式(iv)を満たしてもよい。
 R2<R3 ・・・(iv)
 上記(7)の構成によれば、例えば負圧面に流入する排ガスの流量と圧力面に流入する排ガスの流量との差が大きい状態で可変容量ターボチャージャが運転される場合において、フランジ部周りの排ガスを効率的に流通させることができる。
 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においてノズルベーン周りの排ガスの流れを改善できる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示す斜視図であり、回動軸側且つ前縁側から見た負圧面を示す。 一実施形態に係るノズルベーンの形状を説明するための図であり、ノズル軸側から見た状態を示す斜視図である。 一実施形態に係るノズルベーンの形状を示す図であり、(A)は前縁側から見た図、(B)は負圧面側から見た図である。 ノズルベーンの圧力面側におけるエントロピーの大きさを示すコンター図であり、(A)は一実施形態に係るノズルベーンの場合、(B)は比較例として示す従来のノズルベーンの場合を示す。 ノズルベーン周辺の圧力を示すコンター図であり、(A)は一実施形態に係るノズルベーンの場合を示し、(B)は比較例として示す従来のノズルベーンの場合を示す。 ノズルベーン周辺の流線を示す図であり、(A)は一実施形態に係るノズルベーンの場合を示し、(B)は比較例として示す従来のノズルベーンの場合を示す。 他の実施形態に係るノズルベーンの形状を例示的に示す斜視図である。 他の実施形態に係るノズルベーンの形状を例示的に示す斜視図である。 他の実施形態に係るノズルベーンの形状を例示的に示す斜視図である。
 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2は図1のII-II線に沿った断面図である。
 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に間隔を隔てて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示す斜視図であり、回動軸側且つ前縁側から見た負圧面を示す。図4は一実施形態に係るノズルベーンの形状を説明するための図であり、ノズル軸側から見た状態を示す斜視図である。
 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のシュラウド側端面51及びハブ側端面52の少なくとも一方において、ノズルベーン本体31の回動中心C周りに形成されたフランジ部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、その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)に沿う回動軸としての上記ノズル軸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。
 フランジ部50は、一般に、ノズルベーン本体31におけるハブ側端面52側又はシュラウド側端面51側のうち、上記リンク機構15乃至ノズル軸12が配置されている側に設けられており、リンク機構15が収容されている空間に排ガスGが流入することを防止する蓋の機能を有している。
 そして、本開示におけるフランジ部50は、例えば図4に示すように、回動中心Cに対して、後縁35側且つノズルベーン11の負圧面33側(例えば第1象限とする)におけるフランジ部50の外周縁58までの最短距離をR1、前縁34側且つ負圧面33側(例えば第2象限とする)におけるフランジ部50の外周縁58までの最短距離をR2、前縁34側且つノズルベーン11の圧力面32側(例えば第3象限とする)におけるフランジ部50の外周縁58までの最短距離をR3、後縁35側且つ圧力面32側(例えば第4象限とする)におけるフランジ部50の外周縁58までの最短距離をR4とした場合に、次式(i)又は(ii)を満たすように構成されている。
 R1<R2 ・・・(i)
 R4<R3 ・・・(ii)
 すなわち、本開示におけるフランジ部50は、ノズルベーン本体31のコード方向に垂直な面であってノズル軸12の軸線を含む面(ノズルベーン本体31のコード方向に垂直且つY軸を通る面)を挟んで、前縁34側と後縁35側とが非対称に形成されており、後縁35側におけるフランジ部50の外周縁58までの最短距離が、前縁34側におけるフランジ部50の外周縁58までの最短距離に比べて小さくなるように構成されている。
 上記のように構成されたフランジ部50は、例えば後縁35側における負圧面33又は圧力面32とフランジ部50の外周縁58との接続位置乃至境界が、前縁34側における負圧面33又は圧力面32とフランジ部50の外周縁58との接続位置乃至境界に比べて、回動中心Cからの距離が小さくなるように構成され得る(例えば後述する図9におけるR1,R2、図10におけるR3,R4,図11におけるR1,R2、及びR3,R4参照)。
 一方、フランジ部50は、後縁35側における負圧面33又は圧力面32とフランジ部50の外周縁58との接続位置乃至境界が、前縁34側における負圧面33又は圧力面32とフランジ部50の外周縁58との接続位置乃至境界に比べて、回動中心Cからの距離が大きくなるように構成され得る。この場合、フランジ部50は、例えばノズル軸12の軸線方向視において、その外周縁58の前縁34側よりも外周縁58の後縁35側が、上記コード方向に対して緩やかな傾斜を有するように形成されていてもよい(例えば図3、図4及び図5(B)参照)。
 かかるフランジ部50は、その外周縁58が、ノズル軸12の軸線方向視において、ノズルベーン本体31の負圧面33又は圧力面32とそれぞれ滑らかな曲線で連続するように構成されていてもよい。すなわち、負圧面33側におけるフランジ部50の外周縁58の前縁34側及び後縁35側の端部は夫々、各々が面する排ガス通路16側に向けて凹の滑らかな曲面で負圧面33に連続するように構成され得る。また、圧力面32側におけるフランジ部50の外周縁58の前縁34側及び後縁35側の端部は夫々、各々が面する排ガス通路16側に向けて凹の滑らかな曲面で圧力面32に連続するように構成され得る。
 上述した構成によれば、R1がR2より小さいことにより、負圧面33において上流から流れて回動中心Cの近傍を通過した排ガスGが、フランジ部50の下流側において、上記ノズル軸12(回動軸)が設けられたシュラウド面41又はハブ面43とノズルベーン11との間の隙間18に流れ込み易くなるから、回動中心C周りの排ガスG流れを改善することができる。また、R4がR3より小さいことにより、負圧面33側から隙間18に流入した排ガスGを、フランジ部50の下流側において圧力面32側の排ガス通路16に円滑に流出させることができる。このように、ノズルベーン11のフランジ部50乃至ノズル軸12周りの排ガスG流れを改善することができるから、可変容量ターボチャージャ1の性能(特に、低出力時における可変容量ターボチャージャ1の性能)を向上させることができる。
 続いて、図5は一実施形態に係るノズルベーンの形状を示す図であり、(A)は前縁側から見た図、(B)は負圧面側から見た図である。
 幾つかの実施形態では、上記構成において、例えば図5(A)及び図5(B)に例示するように、フランジ部50は、排ガス通路16側に面する排ガス通路側フランジ面55を有している。この排ガス通路側フランジ面55は、例えば排ガス通路16側に凸の円弧状に形成されたエッジ部56を有していてもよい。
 エッジ部56は、例えば周面部と底面部とが所定の角度で交差する稜線乃至境界を有して円筒状乃至円錐台状に形成された従来のフランジ部に比べて、角がない(或いは滑らかな曲面により角が丸みを帯びた)凸形状に形成される。このようなエッジ部56は、例えば回動中心Cから離れるにつれて、ノズル軸12が設けられている側のノズルベーン本体31の端面(例えばノズル軸12がハブ面43側に設けられている場合はハブ側端面52であり、ノズル軸12がシュラウド面41に設けられている場合はシュラウド側端面51)との距離が漸次小さくなるようにして形成される。
 上記エッジ部56は、フランジ部50の外周縁58の少なくとも一部に形成されていてもよいし、フランジ部50の外周縁58の全周に亘って滑らかな曲面状に形成されていてもよい。
 フランジ部50における前縁34側のエッジ部56の曲率と、同後縁35側のエッジ部56の曲率とは、同じであってもよいし異なっていてもよい。また、エッジ部56の曲率は、例えば前縁34側又は後縁35側において夫々一律であってもよいし、任意の箇所において部分的に異なっていてもよく、夫々の箇所が滑らかに連続して形成され得るように任意に設定してもよい。
 ここで、図6、図7及び図8を参照し、上記構成を有するフランジ部50の作用について説明する。
 図6はノズルベーンの圧力面側におけるエントロピーの大きさを示すコンター図であり、(A)は一実施形態に係るノズルベーンの場合、(B)は比較例として示す従来のノズルベーンの場合を示す。図7はノズルベーン周辺の圧力を示すコンター図であり、(A)は一実施形態に係るノズルベーンの場合を示し、(B)は比較例として示す従来のノズルベーンの場合を示す。図8はノズルベーン周辺の流線を示す図であり、(A)は一実施形態に係るノズルベーンの場合を示し、(B)は比較例として示す従来のノズルベーンの場合を示す。
 まず、図6(A)及び図6(B)を参照すると、図6(A)に示す本開示のノズルベーン11の圧力面32側では、ノズル軸12よりも後縁35側に位置する領域P1のエントロピーが、図6(B)に比較例として示す従来のノズルベーンの圧力面32側におけるノズル軸12より後縁35側に位置する領域P2のエントロピーに比べて低くなっていることがわかる。上記は排ガスGの流れにどの程度の損失が生じているかを示しており、エントロピーが高いほど損失が大きいことを意味する。従って図6(A)及び図6(B)から、上記フランジ部50を備えた本開示のノズルベーン11を採用することで、排ガスGの流れの損失を大幅に低減できることがわかる。
 続いて、図7(A)及び図7(B)を参照すると、図7(A)に示す本開示のノズルベーン11の圧力面32側では、ノズル軸12よりも後縁35側に位置する領域P3の圧力が、図7(B)に比較例として示す従来のノズルベーンの圧力面32側におけるノズル軸12より後縁35側に位置する領域P4の圧力に比べて高いことがわかる。つまり図7(A)及び図7(B)から、上記フランジ部50を備えた本開示のノズルベーン11を採用することで、フランジ部50周辺を通過した排ガスGの流れの圧力損失を大幅に低減できることがわかる。
 そして、図8(A)及び図8(B)を参照すると、図8(B)に比較例として示す従来のノズルベーンの圧力面32側におけるノズル軸12より後縁35側に位置する領域P6では、当該領域P6を通過する排ガスGの流れの流線が少ない(或いは殆どない)ことから、従来のフランジ部の形状により排ガスGの流れに剥離が生じ、フランジ部周辺の流れが悪化していることがわかる。これに対して、図8(A)に示す本開示のノズルベーン11の圧力面32側では、ノズル軸12よりも後縁35側に位置する領域P5を通過する排ガスGの流れを示す流線が有効に存在している。つまり図8(A)及び図8(B)から、上記フランジ部50を備えた本開示のノズルベーン11を採用することで、フランジ部50周辺を通過する排ガスGの流れが大幅に改善されることがわかる。
 このように、フランジ部50における排ガス通路側フランジ面55のエッジ部56が排ガス通路16側に凸の円弧状に形成された構成によれば、排ガス通路側フランジ面55に沿って流れた後に、ノズルベーン11の回動軸であるノズル軸12側の隙間18に流入する排ガスGの流れが、排ガス通路側フランジ面55のエッジ部56を通過する際に剥離することを効果的に抑制することができる。つまり、剥離によって生じる乱流やスワールの発生を抑制することができるから、隙間18を通過する排ガスGの流れを改善することができ、低出力時における可変容量ターボチャージャ1の性能を向上させることができる。
 いくつかの実施形態では、上述したいずれか一つの構成において、例えば図5(A)及び図5(B)に例示するように、フランジ部50は、ノズルベーン本体31のハブ側端面52に形成されていてもよい。
 このように構成すれば、ノズルベーン本体31のハブ側端面52にフランジ部50を有するノズルベーン11において、上記いずれかの実施形態で述べた効果を享受することができる。
 また、いくつかの実施形態では、上述したいずれか一つの構成において、フランジ部50は、ノズルベーン本体31のシュラウド側端面51に形成されていてもよい。なお、このようにシュラウド側端面51に設けられたフランジ部50による、排ガス通路16内の排ガスGの流れに対する影響については、上述したハブ側端面52側にフランジ部50を設けた場合と同様に説明されるため、説明を省略する。
 このようにノズルベーン本体31のシュラウド側端面51にフランジ部50を設けた構成によれば、ノズルベーン本体31のシュラウド側端面51にフランジ部50を有するノズルベーン11において、上記いずれかの実施形態で述べた効果を享受することができる。
 続いて、図9は他の実施形態に係るノズルベーンの形状を例示的に示す斜視図である。図10は他の実施形態に係るノズルベーンの形状を例示的に示す斜視図である。
 いくつかの実施形態では、上述したいずれか一つの構成において、例えば図9及び図10に例示するように、フランジ部50は、ノズルベーン本体31のハブ側端面52及びシュラウド側端面51に形成されていてもよい。
 すなわち、フランジ部50は、ノズルベーン本体31の幅方向における両サイドに夫々設けられていてもよい。
 このようにノズルベーン本体31の両サイドにフランジ部50を設けた構成によれば、ノズルベーン本体31のハブ側端面52及びシュラウド側端面51にフランジ部を有するノズルベーンにおいて、上記いずれかの実施形態で述べた効果を享受することができる。
 いくつかの実施形態では、上述したいずれか一つの構成において、例えば図9に例示するように、フランジ部50は、次式(iii)を満たしてもよい。
 R2>R3 ・・・(iii)
 すなわち、幾つかの実施形態におけるフランジ部50は、前縁34側且つ負圧面33側(例えば第2象限)におけるフランジ部50の外周縁58までの最短距離R2が、前縁34側且つノズルベーン11の圧力面32側(例えば第3象限)におけるフランジ部50の外周縁58までの最短距離R3よりも大きく構成され得る。
 なお、図9に示す例では、シュラウド側端面51及びハブ側端面52の両方に、夫々式(iii)を満たすフランジ部50が設けられた構成例を示しているが、シュラウド側端面51又はハブ側端面52の何れか一方のみに上記式(iii)を満たすフランジ部50が設けられていてもよい。
 このように、前縁34側且つ負圧面33側におけるフランジ部50の外周縁58までの最短距離R2を、前縁34側且つノズルベーン11の圧力面32側におけるフランジ部50の外周縁58までの最短距離R3よりも大きく(R2>R3)した構成によれば、例えば負圧面33に流入する排ガスGの流量と圧力面32に流入する排ガスGの流量との差が大きい状態(例えば負圧面33側の排ガスGの流入量が圧力面32側の排ガスGの流入量より大きい場合)で可変容量ターボチャージャ1が運転される場合において、フランジ部50周りの排ガスGを効率的に流通させることができる。
 いくつかの実施形態では、上述したいずれか一つの構成において、例えば図10及び図11に例示するように、フランジ部50は、次式(iv)を満たしてもよい。
 R2<R3 ・・・(iv)
 すなわち、幾つかの実施形態におけるフランジ部50は、前縁34側且つ負圧面33側(例えば第2象限)におけるフランジ部50の外周縁58までの最短距離R2が、前縁34側且つノズルベーン11の圧力面32側(例えば第3象限)におけるフランジ部50の外周縁58までの最短距離R3よりも小さく構成され得る。
 例えば図10に示す例のように、シュラウド側端面51及びハブ側端面52の両方にフランジ部50が設けられていてもよい。一方、図11に示す例のように、シュラウド側端面51又はハブ側端面52のうちいずれか一方のみにフランジ部50が設けられていてもよい。
 このように、前縁34側且つ負圧面33側におけるフランジ部50の外周縁58までの最短距離R2を、前縁34側且つノズルベーン11の圧力面32側におけるフランジ部50の外周縁58までの最短距離R3よりも小さく(R2<R3)した構成によれば、例えば負圧面33に流入する排ガスGの流量と圧力面32に流入する排ガスGの流量との差が大きい状態(例えば圧力面32側の排ガスGの流入量が負圧面33側の排ガスGの流入量より大きい場合)で可変容量ターボチャージャ1が運転される場合において、フランジ部50周りの排ガスGを効率的に流通させることができる。
 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11周りの排ガスGの流れを改善できるノズルベーン11を提供することができる。
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
18 隙間
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 フランジ部
51 シュラウド側端面
52 ハブ側端面
55 排ガス通路側フランジ面
56 エッジ部
58 外周縁
L コード長(ノズルベーン本体)
G 排ガス
C ノズルベーン本体の回動中心

Claims (7)

  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シュラウド側端面及びハブ側端面の少なくとも一方において、前記ノズルベーン本体部の回動中心周りに形成されたフランジ部と、を備え、
     前記フランジ部は、前記回動中心に対して、前記後縁側且つ前記ノズルベーンの負圧面側における前記フランジ部の外周縁までの最短距離をR1、前記前縁側且つ前記負圧面側における前記フランジ部の外周縁までの最短距離をR2、前記前縁側且つ前記ノズルベーンの圧力面側における前記フランジ部の外周縁までの最短距離をR3、前記後縁側且つ前記圧力面側における前記フランジ部の外周縁までの最短距離をR4とした場合に、次式(i)又は(ii)を満たすノズルベーン。
     R1<R2 ・・・(i)
     R4<R3 ・・・(ii)
  2.  前記フランジ部は、前記排ガス通路側に面する排ガス通路側フランジ面を有し、
     前記排ガス通路側フランジ面は、前記排ガス通路側に凸の円弧状に形成されたエッジ部を有する請求項1に記載のノズルベーン。
  3.  前記フランジ部は、前記ノズルベーン本体の前記ハブ側端面に形成されている
    請求項1又は2に記載のノズルベーン。
  4.  前記フランジ部は、前記ノズルベーン本体の前記シュラウド側端面に形成されている
    請求項1又は2に記載のノズルベーン。
  5.  前記フランジ部は、前記ノズルベーン本体の前記ハブ側端面及び前記シュラウド端面に形成されている
    請求項1又は2に記載のノズルベーン。
  6.  前記フランジ部は、次式(iii)を満たす
     R2>R3 ・・・(iii)
    請求項1~5の何れか一項に記載のノズルベーン。
  7.  前記フランジ部は、次式(iv)を満たす
     R2<R3 ・・・(iv)
    請求項1~5の何れか一項に記載のノズルベーン。
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