WO2022054561A1 - タービンホイール、タービン及びターボチャージャ - Google Patents

タービンホイール、タービン及びターボチャージャ Download PDF

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徹 星
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    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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

  • Centrifugal type or mixed flow type turbines have a scroll part for inflowing exhaust gas from the radial direction (see, for example, Patent Document 1).
  • At least one embodiment of the present disclosure is intended to suppress a decrease in turbine efficiency in view of the above circumstances.
  • the turbine wheel according to at least one embodiment of the present disclosure is A turbine wheel that is connected to a rotating shaft and rotated around the axis.
  • a hub having a hub surface inclined with respect to the axis in a cross section along the axis,
  • a plurality of wings provided on the hub surface and Equipped with The turbine wheel includes a plurality of flow paths formed between two adjacent blades.
  • the area of the throat portion of the throat expansion flow path, which is at least one of the plurality of flow paths, is defined as Aen.
  • the turbine according to at least one embodiment of the present disclosure includes a turbine wheel having the configuration of (1) above.
  • the turbocharger according to at least one embodiment of the present disclosure includes a turbine having the configuration of (2) above.
  • expressions such as “same”, “equal”, and “homogeneous” that indicate that things are in the same state not only represent exactly the same state, but also have tolerances or differences to the extent that the same function can be obtained. It shall also represent the existing state.
  • the expression representing a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape not only represents a shape such as a quadrangular shape or a cylindrical shape in a geometrically strict sense, but also an uneven portion or a chamfer within the range where the same effect can be obtained. It shall also represent the shape including the part and the like.
  • the expressions “equipped”, “equipped”, “equipped”, “included”, or “have” one component are not exclusive expressions excluding the existence of other components.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a turbocharger 1 according to some embodiments.
  • the turbocharger 1 according to some embodiments is an exhaust turbocharger for supercharging the intake air of an engine mounted on a vehicle such as an automobile.
  • the turbocharger 1 rotatably accommodates a turbine wheel 3 and a compressor wheel 4 connected with a rotor shaft 2 as a rotating shaft, a casing (turbine housing) 5 rotatably accommodating the turbine wheel 3, and a compressor wheel 4. It has a casing (compressor housing) 6.
  • the turbine housing 5 includes a scroll portion 7 having a scroll flow path 7a inside.
  • the compressor housing 6 includes a scroll portion 8 having a scroll flow path 8a inside.
  • the turbine 30 according to some embodiments includes a turbine wheel 3 and a casing 5.
  • the compressor 40 according to some embodiments includes a compressor wheel 4 and a casing 6.
  • FIG. 2 is a perspective view of the appearance of the turbine wheel 3 according to some embodiments.
  • the turbine wheel 3 according to some embodiments is an impeller that is connected to a rotor shaft (rotating shaft) 2 and rotated around a rotating shaft line AXw.
  • the turbine wheel 3 according to some embodiments has a hub 31 having a hub surface 32 inclined with respect to the rotation axis AXw in a cross section along the rotation axis AXw, and a plurality of blades (moving blades) provided on the hub surface 32. It has wings) 33.
  • the turbine wheel 3 shown in FIGS. 1 and 2 is a radial turbine, it may be a mixed flow turbine.
  • the arrow R indicates the rotation direction of the turbine wheel 3.
  • a plurality of blades 33 are provided at intervals in the circumferential direction of the turbine wheel 3.
  • a throat portion 35 having the smallest flow path area of the flow path formed between two blades 33 adjacent to each other in the circumferential direction is formed (FIG. 5 described later). reference).
  • the throat portion 35 is formed on the ventral side of the blade 33 in a region 36 on the leading edge 36 side of the trailing edge 37 of the blade.
  • the compressor wheel 4 has the same configuration as the turbine wheel 3 according to some embodiments. That is, the compressor wheel 4 according to some embodiments is an impeller that is connected to the rotor shaft (rotating shaft) 2 and rotated around the rotating shaft line AXw.
  • the compressor wheel 4 according to some embodiments has a hub 41 having a hub surface 42 inclined with respect to the rotation axis AXw in a cross section along the rotation axis AXw, and a plurality of blades (moving blades) provided on the hub surface 42. Wings) 43 and. A plurality of blades 43 are provided at intervals in the circumferential direction of the compressor wheel 4.
  • the exhaust gas which is a working fluid, flows from the leading edge 36 of the turbine wheel 3 toward the trailing edge 37.
  • the turbine wheel 3 is rotated, and the compressor wheel 4 of the compressor 40 connected via the rotor shaft 2 is rotated.
  • the intake air flowing in from the inlet portion 40a of the compressor 40 is compressed by the compressor wheel 4 in the process of flowing from the leading edge 46 to the trailing edge 47 of the compressor wheel 4.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the scroll portion 7 of the turbine 30 according to some embodiments, and is a schematic cross-sectional view in a cross section orthogonal to the rotation axis AXw.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining a velocity triangle when the inflow angle ⁇ of the exhaust gas at the leading edge 36 of the turbine wheel 3 is close to the ideal inflow angle.
  • FIG. 4B is a diagram for explaining a velocity triangle when the inflow angle ⁇ of the exhaust gas at the leading edge 36 of the turbine wheel 3 deviates from the ideal inflow angle.
  • the velocity triangle shown in FIG. 4A is formed by the rotational speed vector U of the turbine wheel 3, the absolute velocity vector C of the exhaust gas, and the relative velocity vector W of the exhaust gas when viewed from the turbine wheel 3.
  • the velocity triangle shown in FIG. 4B is formed by the rotational speed vector U of the turbine wheel 3, the absolute velocity vector C'of the exhaust gas, and the relative velocity vector W of the exhaust gas when viewed from the turbine wheel 3.
  • the inflow angle ⁇ of the exhaust gas at the leading edge 36 of the turbine wheel 3 is the angle difference between the extending direction of the camber line CL of the blade 33 at the leading edge 36 and the relative velocity vector W.
  • the inflow angle ⁇ 'of the exhaust gas at the leading edge 36 of the turbine wheel 3 is the angle difference between the extending direction of the camber line CL of the blade 33 at the leading edge 36 and the relative velocity vector W.
  • the lower surface of the wing 33 in the drawing is the pressure surface PS
  • the upper surface in the drawing is the negative pressure surface SS.
  • the arc of the alternate long and short dash line is the locus Loc of the leading edge 36 that moves by the rotation of the turbine wheel 3.
  • the turbine housing 5 has a tongue portion 71 that separates the scroll flow path 7a from the flow path 9 radially outside the scroll flow path 7a.
  • the closer the inflow angle ⁇ of the exhaust gas at the leading edge 36 of the turbine wheel 3 is to the ideal inflow angle the better the aerodynamic performance of the turbine 30.
  • the inflow angle ⁇ of the exhaust gas at the leading edge 36 of the turbine wheel 3 may deviate from the ideal inflow angle, which may lead to a decrease in the efficiency of the turbine 30.
  • FIGS. 5 and 6 are schematic development views of the turbine wheel 3 according to some embodiments. Note that FIG. 5 shows a region where the blade pitch P of two adjacent blades 33 is constant. FIG. 6 is a development view including a region in which the blade pitch is partially expanded. As shown in FIGS. 5 and 6, an exhaust gas flow path 12 is formed between two blades 33 adjacent to each other along the circumferential direction of the turbine wheel 3.
  • the turbine wheel 3 according to some embodiments includes a plurality of flow paths 12 formed between two adjacent blades 33.
  • Each of the plurality of flow paths 12 has a throat portion 35 which is a portion where the area of the cross section (flow path area) of the flow path 12 is minimized when viewed along the direction in which the exhaust gas flows.
  • the dashed ellipse indicates the approximate position of the throat portion 35.
  • the flow rate of the turbine 30 depends on the area A of the throat portion 35 (the area of the flow path in the throat portion 35), and increases as the area A of the throat portion 35 increases. Therefore, in order to suppress the decrease in the absolute velocity of the exhaust gas due to the above-mentioned wake, it is conceivable to increase the amount of exhaust gas flowing through the flow path 12 by expanding the area A of the throat portion 35 in some of the flow paths 12.
  • the area Aen of the throat portion 35A of the throat expansion flow path 12A which is at least one of the plurality of flow paths 12, is set with respect to the plurality of flow paths 12.
  • the throat portion 35 is intentionally made larger than the average area Aave.
  • the area Aen of the throat portion 35A of the throat expansion flow path 12A is set so as to satisfy the relationship of Aen / Aave> 1.01.
  • the average area Aave is an average value of the flow path areas in the throat portions 35 and 35A of all the flow paths 12 including the throat expansion flow path 12A.
  • the area Aen of the throat portion 35A in the throat enlarged flow path 12A exceeds 1.01 times the average area Aave of the throat portion 35 for the plurality of flow paths 12.
  • the manufacturing error of the area A of the throat portion 35 is less than 1% of the average area Ave of the throat portion 35. Therefore, the area Aen of the throat portion 35A in the throat expansion flow path 12A is intentionally made larger than the average area Aave of the throat portions 35 for the plurality of flow paths 12, so that the area Aen of the average area Aave is 1. It will exceed 01 times.
  • the exhaust gas easily flows through the throat expansion flow path 12A. Therefore, even if the wake described above occurs, it is possible to suppress a decrease in the absolute velocity of the exhaust gas, and it is possible to suppress the inflow angle ⁇ of the exhaust gas at the leading edge 36 of the turbine wheel 3 from deviating from the ideal inflow angle. This makes it possible to suppress a decrease in the efficiency of the turbine 30 in the turbine 30 including the turbine wheel 3 according to some embodiments.
  • the blade pitch of two adjacent blades 33 forming the throat expansion flow path 12A is Pen
  • the average value of the blade pitch Ps of the plurality of blades 33 is Pave.
  • the average value Pave is an average value of all blade pitches P including the blade pitch Pen of two adjacent blades 33 forming the throat expansion flow path 12A.
  • FIG. 7 is a schematic development view of the turbine wheel 3 according to another embodiment.
  • the blade thickness in the region forming the throat portion 35A in at least one of the two adjacent blades 33 forming the throat expansion flow path 12A is Ten, and the throat portions for the plurality of blades 33.
  • the average value of the blade thickness T in the region forming 35 is Tave
  • the relationship of Ten ⁇ Tave may be satisfied.
  • Tave is the average value of the blade thickness T in the region forming the throat portions 35 and 35A for all the blades 33 including the two adjacent blades 33 forming the throat expansion flow path 12A. .. That is, in the turbine wheel 3 shown in FIG.
  • the blade thickness Ten in the region forming the throat portion 35A is set to the other blade.
  • the area Aen of the throat portion 35A is made larger than the average area Aave.
  • the area Aen of the throat portion in the throat expansion flow path can be made larger than the average area Aave relatively easily.
  • the blade thickness of one blade 33A of the two adjacent blades 33 forming the throat expansion flow path 12A is reduced as a whole from the leading edge 36 to the trailing edge 37.
  • the blade thickness may be reduced only in the region forming the throat portion 35A.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the turbine wheel 3 according to still another embodiment.
  • the span distance between the hub surface 32 in the throat portion 35A of the throat expansion flow path 12A and the tip end 34 of the blade 33 on the meridional surface of the turbine wheel 3 is set to Hen.
  • the average value of the span distance H between the hub surface 32 in the throat portion 35 for the plurality of flow paths 12 and the tip end 34 of the blade 33 is defined as Have. Then, the relationship of Hen> Have may be satisfied.
  • the average value Have is the average value of the span distance H between the hub surface 32 and the tip end 34 of the blade 33 in all the throat portions 35 and 35A including the throat portion 35A of the throat expansion flow path 12A.
  • the area A of the throat portion 35 can be changed by changing the span distance H between the hub surface 32 of the throat portion 35 and the tip end 34 of the blade 33.
  • the hub surface 32 in the throat portion 35A of the throat expansion flow path 12A is recessed in the radial direction of the turbine wheel 3 with respect to the hub surface 32 in the throat portion 35 of the other flow path 12. ing.
  • the span distance Hen in the throat portion 35A of the throat expansion flow path 12A is made larger than the average value Have of the span distance H, and the area Aen of the throat portion 35A is increased.
  • the at least one throat expansion flow path 12A may include a plurality of throat expansion flow paths 12A.
  • the appropriate value for the number of installed throat expansion channels 12A varies depending on, for example, the specifications of the turbocharger 1 and the specifications of the engine to be combined. If the turbine wheel 3 according to some of the above-described embodiments includes a plurality of throat expansion flow paths 12A, it is better to provide a plurality of throat expansion flow paths 12A instead of one to further reduce the efficiency of the turbine 30. It is effective when it can be suppressed.
  • the plurality of throat expansion flow paths 12A may be arranged discretely. Whether it is better to arrange the plurality of throat expansion flow paths 12A continuously or discretely along the circumferential direction depends on, for example, the specifications of the turbocharger 1 and the specifications of the engine to be combined. In the turbine wheel 3 according to some of the above-described embodiments, if the plurality of throat expansion flow paths 12A are arranged discretely, it is effective when it is better to arrange the plurality of throat expansion flow paths 12A discretely. ..
  • the plurality of throat expansion flow paths 12A may be continuously arranged. As described above, whether it is better to arrange a plurality of throat expansion flow paths 12A continuously along the circumferential direction or to arrange them discretely depends on, for example, the specifications of the turbocharger 1 and the engine to be combined. It depends on the specifications. In the turbine wheel 3 according to some of the above-described embodiments, if the plurality of throat expansion flow paths 12A are arranged continuously, it is effective when it is preferable to continuously arrange the plurality of throat expansion flow paths 12A. be.
  • the turbine 30 according to some of the above-described embodiments includes any of the turbine wheels 3 according to some of the above-mentioned embodiments, it is possible to suppress a decrease in the efficiency of the turbine 30. Further, since the turbocharger 1 according to some of the above-described embodiments includes the turbine 30 according to some of the above-mentioned embodiments, the performance of the turbocharger 1 can be improved.
  • the present disclosure is not limited to the above-mentioned embodiment, and includes a form in which the above-mentioned embodiment is modified and a form in which these forms are appropriately combined.
  • the turbine wheel 3 is a turbine wheel 3 connected to a rotating shaft (rotor shaft 2) and rotated around an axis (rotating axis AXw), and is an axis (rotating).
  • a hub 31 having a hub surface 32 inclined with respect to the axis (rotational axis AXw) in a cross section along the axis AXw), and a plurality of wings 33 provided on the hub surface 32 are provided.
  • the turbine wheel 3 includes a plurality of flow paths 12 formed between two adjacent blades 33, and is a throat portion 35A of a throat expansion flow path 12A which is at least one flow path 12 among the plurality of flow paths 12.
  • the area is Aen and the average area of the throat portions 35 for the plurality of flow paths 12 is Aave, the relationship of Aen / Aave> 1.01 is satisfied.
  • the absolute speed of the exhaust gas decreases, and the inflow angle of the exhaust gas at the leading edge of the turbine wheel is ideal. It may move away from the inflow angle and reduce the efficiency of the turbine.
  • the exhaust gas easily flows through the throat expansion flow path 12A. Therefore, even if the wake described above occurs, it is possible to suppress a decrease in the absolute velocity of the exhaust gas, and it is possible to suppress the inflow angle ⁇ of the exhaust gas at the leading edge 36 of the turbine wheel 3 from deviating from the ideal inflow angle. As a result, in the turbine 30 provided with the turbine wheel 3 according to the configuration (1) above, it is possible to suppress a decrease in the efficiency of the turbine 30.
  • the blade pitches of two adjacent blades 33 forming the throat expansion flow path 12A are Pen, and the average value of the blade pitch Ps for the plurality of blades 33.
  • Pen the average value of the blade pitch Ps for the plurality of blades 33.
  • the throat expansion is relatively easy by making the blade pitch Pen of the two adjacent blades 33 forming the throat expansion flow path 12A larger than the average value Pave of the blade pitch P.
  • the area Aen of the throat portion 35A in the flow path 12A can be made larger than the average area Aave.
  • the area Aen of the throat portion 35A in the throat expansion flow path 12A can be made larger than the average area Aave relatively easily.
  • the area A of the throat portion 35 can be changed by changing the span distance H between the hub surface 32 of the throat portion 35 and the tip end 34 of the blade 33. Therefore, by making the span distance Hen between the hub surface 32 and the tip end 34 in the throat portion 35A of the throat expansion flow path 12A larger than the average value Have of the span distance H, it is relatively easy to use the throat expansion flow path 12A.
  • the area Aen of the throat portion 35A can be made larger than the average area Aave.
  • At least one throat expansion channel 12A may include a plurality of throat expansion channels 12A.
  • the appropriate value for the number of installed throat expansion channels 12A varies depending on, for example, the specifications of the turbocharger 1 and the specifications of the engine to be combined. According to the configuration of (5) above, it is effective to provide a plurality of throat expansion flow paths 12A instead of one when it is possible to further suppress a decrease in the efficiency of the turbine 30.
  • the plurality of throat expansion flow paths 12A may be arranged discretely.
  • Whether it is better to arrange the plurality of throat expansion flow paths 12A continuously or discretely along the circumferential direction depends on, for example, the specifications of the turbocharger 1 and the specifications of the engine to be combined. According to the configuration of (6) above, it is effective when it is preferable to arrange a plurality of throat expansion flow paths 12A discretely.
  • the plurality of throat expansion flow paths 12A may be continuously arranged.
  • throat expansion flow paths 12A continuously along the circumferential direction As described above, whether it is better to arrange a plurality of throat expansion flow paths 12A continuously along the circumferential direction or to arrange them discretely depends on, for example, the specifications of the turbocharger 1 and the engine to be combined. It depends on the specifications. According to the configuration of (7) above, it is effective when it is preferable to continuously arrange a plurality of throat expansion flow paths 12A.
  • the turbine 30 includes a turbine wheel 3 having any of the above configurations (1) to (7).
  • the turbocharger 1 according to at least one embodiment of the present disclosure includes a turbine 30 having the configuration of (8) above.

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  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

少なくとも一実施形態に係るタービンホイールは、回転軸に連結されて軸線の周りに回転されるタービンホイールであって、軸線に沿った断面において、軸線に対して傾斜するハブ面を有するハブと、ハブ面に設けられた複数の翼と、を備える。タービンホイールは、隣り合う２つの前記翼の間に形成される流路を複数含み、複数の流路の内の少なくとも１つの流路であるスロート拡大流路のスロート部の面積をＡｅｎ、複数の流路についてのスロート部の平均面積をＡａｖｅ、とした場合に、Ａｅｎ／Ａａｖｅ＞１．０１の関係を満たす。

Description

タービンホイール、タービン及びターボチャージャ
　本開示は、タービンホイール、タービン及びターボチャージャに関する。本願は、２０２０年９月１０日に日本国特許庁に出願された特願２０２０－１５２４２５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　遠心式、又は斜流式のタービンでは、半径方向から排ガスを流入させるためのスクロール部を有している（例えば特許文献１参照）。
特開２０１８－１２３８０２号公報
　スクロール部を設ける場合、その構造上、舌部を設ける必要がある。そのため、排ガスの流動時に舌部の表面に境界層が発達して、ウェイク（低速領域）が発生し、速度が小さい排ガスがタービンに流入することでタービンの効率の低下を招くおそれがある。
　本開示の少なくとも一実施形態は、上述の事情に鑑みて、タービンの効率の低下を抑制することを目的とする。
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係るタービンホイールは、
　回転軸に連結されて軸線の周りに回転されるタービンホイールであって、
　前記軸線に沿った断面において、前記軸線に対して傾斜するハブ面を有するハブと、
　前記ハブ面に設けられた複数の翼と、
を備え、
　前記タービンホイールは、隣り合う２つの前記翼の間に形成される流路を複数含み、
　前記複数の流路の内の少なくとも１つの流路であるスロート拡大流路のスロート部の面積をＡｅｎ、
　前記複数の流路についてのスロート部の平均面積をＡａｖｅ、とした場合に、
　Ａｅｎ／Ａａｖｅ＞１．０１の関係を満たす。
（２）本開示の少なくとも一実施形態に係るタービンは、上記（１）の構成のタービンホイールを備える。
（３）本開示の少なくとも一実施形態に係るターボチャージャは、上記（２）の構成のタービンを備える。
　本開示の少なくとも一実施形態によれば、タービンの効率の低下を抑制できる。
幾つかの実施形態に係るターボチャージャの一例を示す断面図である。 幾つかの実施形態に係るタービンホイールの外観の斜視図である。 幾つかの実施形態に係るタービンのスクロール部について説明するための図である。 速度三角形について説明するための図である。 速度三角形について説明するための図である。 幾つかの実施形態に係るタービンホイールの模式的な展開図である。 幾つかの実施形態に係るタービンホイールの模式的な展開図である。 他の実施形態に係るタービンホイールの模式的な展開図である。 さらに他の実施形態に係るタービンホイールの模式的な断面図である。
　以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
（ターボチャージャ１の全体構成）
　図１は、幾つかの実施形態に係るターボチャージャ１の一例を示す断面図である。
　幾つかの実施形態に係るターボチャージャ１は、例えば自動車などの車両に搭載されるエンジンの吸気を過給するための排気ターボ過給機である。
　ターボチャージャ１は、ロータシャフト２を回転軸として連結されたタービンホイール３及びコンプレッサホイール４と、タービンホイール３を回転自在に収容するケーシング（タービンハウジング）５と、コンプレッサホイール４を回転自在に収容するケーシング（コンプレッサハウジング）６とを有する。また、タービンハウジング５は、内部にスクロール流路７ａを有するスクロール部７を含む。コンプレッサハウジング６は、内部にスクロール流路８ａを有するスクロール部８を含む。
　幾つかの実施形態に係るタービン３０は、タービンホイール３と、ケーシング５とを備える。幾つかの実施形態に係るコンプレッサ４０は、コンプレッサホイール４と、ケーシング６とを備える。
（タービンホイール３）
　図２は、幾つかの実施形態に係るタービンホイール３の外観の斜視図である。
　幾つかの実施形態に係るタービンホイール３は、ロータシャフト（回転軸）２に連結されて回転軸線ＡＸｗの周りに回転される羽根車である。幾つかの実施形態に係るタービンホイール３は、回転軸線ＡＸｗに沿った断面において、回転軸線ＡＸｗに対して傾斜するハブ面３２を有するハブ３１と、ハブ面３２に設けられた複数の翼（動翼）３３とを有する。なお、図１、２に示したタービンホイール３はラジアルタービンであるが、斜流タービンであってもよい。図２において、矢印Ｒはタービンホイール３の回転方向を示す。翼３３は、タービンホイール３の周方向に間隔をあけて複数設けられる。
　幾つかの実施形態に係るタービンホイール３では、周方向で隣り合う２つの翼３３の間に形成される流路の流路面積が最も小さくなるスロート部３５が形成されている（後述する図５参照）。なお、幾つかの実施形態に係るタービンホイール３では、スロート部３５は、翼３３の腹側において、翼の後縁３７よりも前縁３６側の領域に形成されている。
　なお、斜視図による図示は省略するが、幾つかの実施形態に係るコンプレッサホイール４も、幾つかの実施形態に係るタービンホイール３と同様の構成を有している。すなわち、幾つかの実施形態に係るコンプレッサホイール４は、ロータシャフト（回転軸）２に連結されて回転軸線ＡＸｗの周りに回転される羽根車である。幾つかの実施形態に係るコンプレッサホイール４は、回転軸線ＡＸｗに沿った断面において、回転軸線ＡＸｗに対して傾斜するハブ面４２を有するハブ４１と、ハブ面４２に設けられた複数の翼（動翼）４３とを有する。翼４３は、コンプレッサホイール４の周方向に間隔をあけて複数設けられる。
　このように構成されるターボチャージャ１では、作動流体である排ガスは、タービンホイール３の前縁３６から後縁３７に向かって流れる。これにより、タービンホイール３は、回転させられるとともに、ロータシャフト２を介して連結されたコンプレッサ４０のコンプレッサホイール４が回転させられる。これにより、コンプレッサ４０の入口部４０ａから流入した吸気は、コンプレッサホイール４の前縁４６から後縁４７に向かって流れる過程でコンプレッサホイール４によって圧縮される。
（舌部７１で生じるウェイクの影響について）
　図３は、幾つかの実施形態に係るタービン３０のスクロール部７について説明するための図であり、回転軸線ＡＸｗに直交する断面における模式的な断面図である。
　図４Ａは、タービンホイール３の前縁３６における排ガスの流入角度βが理想的な流入角度に近いときの速度三角形について説明するための図である。
　図４Ｂは、タービンホイール３の前縁３６における排ガスの流入角度βが理想的な流入角度から離れてしまったときの速度三角形について説明するための図である。
　図４Ａに示す速度三角形は、タービンホイール３の回転速度ベクトルＵと、排ガスの絶対速度ベクトルＣと、タービンホイール３から見たときの排ガスの相対速度ベクトルＷとによって形成される。
　図４Ｂに示す速度三角形は、タービンホイール３の回転速度ベクトルＵと、排ガスの絶対速度ベクトルＣ’と、タービンホイール３から見たときの排ガスの相対速度ベクトルＷとによって形成される。
　図４Ａに示す速度三角形において、タービンホイール３の前縁３６における排ガスの流入角度βは、前縁３６における翼３３のキャンバーラインＣＬの延在方向と相対速度ベクトルＷとの角度差である。
　図４Ｂに示す速度三角形において、タービンホイール３の前縁３６における排ガスの流入角度β’は、前縁３６における翼３３のキャンバーラインＣＬの延在方向と相対速度ベクトルＷとの角度差である。
　なお、図４Ａ及び図４Ｂにおいて、翼３３の図示下方の面が圧力面ＰＳであり、図示上方の面が負圧面ＳＳである。
　また、図４Ａ及び図４Ｂにおいて、１点鎖線の円弧は、タービンホイール３の回転によって移動する前縁３６の軌跡Ｌｏｃである。
　幾つかの実施形態では、タービンハウジング５は、スクロール流路７ａとスクロール流路７ａよりも径方向外側の流路９とを仕切る舌部７１を有する。
　一般的にタービン３０では、タービンホイール３の前縁３６における排ガスの流入角度βが理想的な流入角度に近いほどタービン３０の空力性能が向上する。しかし、排ガスの流動時に舌部７１の表面に境界層が発達して、ウェイク（低速領域）が発生すると、排ガスの絶対速度が低下して排ガスの絶対速度ベクトルＣの大きさが小さくなる。そのため、タービンホイール３の前縁３６における排ガスの流入角度βが理想的な流入角度から離れ、タービン３０の効率低下を招くおそれがある。
　図５及び図６は、幾つかの実施形態に係るタービンホイール３の模式的な展開図である。なお、図５では、隣り合う２つの翼３３の翼ピッチＰが一定となる領域について示している。図６では、一部翼ピッチが拡大された領域を含んだ展開図である。
　図５及び図６に示すように、タービンホイール３の周方向に沿って隣り合う２つの翼３３の間には、排ガスの流路１２が形成されている。幾つかの実施形態に係るタービンホイール３は、隣り合う２つの翼３３の間に形成される流路１２を複数含んでいる。複数の流路１２のそれぞれは、排ガスの流れる方向に沿って見たときの流路１２の断面の面積（流路面積）が最小となる部位であるスロート部３５を有する。
　図５及び図６では、破線の楕円によってスロート部３５が存在するおおよその位置を示している。
　一般的にタービン３０の流量は、スロート部３５の面積Ａ（スロート部３５における流路面積）に依存し、スロート部３５の面積Ａが大きくなるほど増加する。そこで、上述したウェイクによる排ガスの絶対速度の低下を抑制するため、一部の流路１２においてスロート部３５の面積Ａを拡大することで、流路１２を流れる排ガス量を増やすことが考えられる。
　そこで、幾つかの実施形態に係るタービンホイール３では、複数の流路１２の内の少なくとも１つの流路１２であるスロート拡大流路１２Ａのスロート部３５Ａの面積Ａｅｎを複数の流路１２についてのスロート部３５の平均面積Ａａｖｅよりも意図的に大きくしている。具体的には、幾つかの実施形態に係るタービンホイール３では、Ａｅｎ／Ａａｖｅ＞１．０１の関係を満たすように、スロート拡大流路１２Ａのスロート部３５Ａの面積Ａｅｎを設定した。
　なお、上記平均面積Ａａｖｅは、スロート拡大流路１２Ａを含むすべての流路１２のスロート部３５、３５Ａにおける流路面積の平均値である。
　上記の構成では、スロート拡大流路１２Ａにおけるスロート部３５Ａの面積Ａｅｎは、複数の流路１２についてのスロート部３５の平均面積Ａａｖｅの１．０１倍を超えている。
　一般的にスロート部３５の面積Ａの製造上の誤差は、スロート部３５の平均面積Ａａｖｅの１％未満である。そのため、スロート拡大流路１２Ａにおけるスロート部３５Ａの面積Ａｅｎは、複数の流路１２についてのスロート部３５の平均面積Ａａｖｅよりも意図的に大きくなるようにすることで、上記平均面積Ａａｖｅの１．０１倍を超えることとなる。
　上述した幾つかの実施形態に係るタービンホイール３によれば、スロート拡大流路１２Ａを排ガスが流れ易くなる。そのため、上述したようなウェイクが発生しても、排ガスの絶対速度の低下を抑制でき、タービンホイール３の前縁３６における排ガスの流入角度βが理想的な流入角度から離れることを抑制できる。これにより、幾つかの実施形態に係るタービンホイール３を備えるタービン３０において、タービン３０の効率の低下を抑制できる。
（翼ピッチによりスロート部３５Ａの面積Ａｅｎを大きくする場合）
　幾つかの実施形態に係るタービンホイール３では、スロート拡大流路１２Ａを形成する隣り合う２つの翼３３の翼ピッチをＰｅｎ、複数の翼３３についての翼ピッチＰの平均値をＰａｖｅ、とした場合に、Ｐｅｎ＞Ｐａｖｅの関係を満たすようにしてもよい。
　なお、上記平均値Ｐａｖｅは、スロート拡大流路１２Ａを形成する隣り合う２つの翼３３の翼ピッチＰｅｎを含むすべての翼ピッチＰの平均値である。
　これにより、スロート拡大流路１２Ａを形成する隣り合う２つの翼３３の翼ピッチＰｅｎを上記翼ピッチＰの平均値Ｐａｖｅよりも大きくすることで、比較的容易にスロート拡大流路１２Ａにおけるスロート部３５Ａの面積Ａｅｎを上記平均面積Ａａｖｅよりも大きくすることができる。
（翼厚Ｔによりスロート部３５Ａの面積Ａｅｎを大きくする場合）
　図７は、他の実施形態に係るタービンホイール３の模式的な展開図である。
　図７に示すタービンホイール３では、スロート拡大流路１２Ａを形成する隣り合う２つの翼３３の少なくとも何れか一方におけるスロート部３５Ａを形成する領域における翼厚をＴｅｎ、複数の翼３３についてのスロート部３５を形成する領域における翼厚Ｔの平均値をＴａｖｅ、とした場合に、Ｔｅｎ＜Ｔａｖｅの関係を満たすようにしてもよい。
　なお、上記平均値をＴａｖｅは、スロート拡大流路１２Ａを形成する隣り合う２つの翼３３を含むすべての翼３３についての、スロート部３５、３５Ａを形成する領域における翼厚Ｔの平均値である。
　すなわち、図７に示すタービンホイール３では、スロート拡大流路１２Ａを形成する隣り合う２つの翼３３の少なくとも何れか一方の翼３３Ａにおいて、スロート部３５Ａを形成する領域における翼厚Ｔｅｎを他の翼３３の翼厚Ｔよりも小さくすることで、スロート部３５Ａの面積Ａｅｎを上記平均面積Ａａｖｅよりも大きくしている。
　これにより、比較的容易にスロート拡大流路におけるスロート部の面積Ａｅｎを上記平均面積Ａａｖｅよりも大きくすることができる。
　なお、図７に示すタービンホイール３のように、スロート拡大流路１２Ａを形成する隣り合う２つの翼３３の一方の翼３３Ａの翼厚を前縁３６から後縁３７まで全体的に小さくしてもよく、スロート部３５Ａを形成する領域だけ翼厚を小さくしてもよい。
（ハブ面形状の変更によりスロート部３５Ａの面積Ａｅｎを大きくする場合）
　図８は、さらに他の実施形態に係るタービンホイール３の模式的な断面図である。
　図８に示すタービンホイール３では、タービンホイール３の子午面において、スロート拡大流路１２Ａのスロート部３５Ａにおけるハブ面３２と、翼３３のチップ端３４とのスパン距離をＨｅｎとする。タービンホイール３の子午面において、複数の流路１２についてのスロート部３５におけるハブ面３２と、翼３３のチップ端３４とのスパン距離Ｈの平均値をＨａｖｅ、とする。そして、Ｈｅｎ＞Ｈａｖｅの関係を満たすようにしてもよい。
　なお、上記平均値Ｈａｖｅは、スロート拡大流路１２Ａのスロート部３５Ａを含むすべてのスロート部３５、３５Ａにおける、ハブ面３２と翼３３のチップ端３４とのスパン距離Ｈの平均値である。
　図８に示すタービンホイール３では、スロート部３５におけるハブ面３２と翼３３のチップ端３４とのスパン距離Ｈを変更することでスロート部３５の面積Ａを変更できる。例えば、図８に示すタービンホイール３では、スロート拡大流路１２Ａのスロート部３５Ａにおけるハブ面３２を他の流路１２のスロート部３５におけるハブ面３２よりもタービンホイール３の径方向内側に凹ませている。これにより、スロート拡大流路１２Ａのスロート部３５Ａにおける上記スパン距離Ｈｅｎをスパン距離Ｈの平均値Ｈａｖｅよりも大きくして、スロート部３５Ａの面積Ａｅｎを大きくしている。
　このように、スロート拡大流路１２Ａのスロート部３５Ａにおけるハブ面３２とチップ端３４とのスパン距離Ｈｅｎを上記スパン距離Ｈの平均値Ｈａｖｅよりも大きくすることで、比較的容易にスロート拡大流路１２Ａにおけるスロート部３５Ａの面積Ａｅｎを上記平均面積Ａａｖｅよりも大きくすることができる。
（スロート拡大流路１２Ａの配置について）
　上述した幾つかの実施形態に係るタービンホイール３において、少なくとも１つのスロート拡大流路１２Ａは、複数のスロート拡大流路１２Ａを含んでいてもよい。
　スロート拡大流路１２Ａの設置数の適した値は、例えばターボチャージャ１の仕様や、組み合わせるエンジンの仕様によって異なる。
　上述した幾つかの実施形態に係るタービンホイール３において、複数のスロート拡大流路１２Ａを含んでいれば、スロート拡大流路１２Ａを１つではなく複数設けた方がタービン３０の効率の低下をより抑制できる場合に有効である。
　上述した幾つかの実施形態に係るタービンホイール３において、複数のスロート拡大流路１２Ａは、離散的に配置されていてもよい。
　複数のスロート拡大流路１２Ａを周方向に沿って連続的に配置した方がよいか、離散的に配置した方がよいかは、例えばターボチャージャ１の仕様や、組み合わせるエンジンの仕様によって異なる。
　上述した幾つかの実施形態に係るタービンホイール３において、複数のスロート拡大流路１２Ａを離散的に配置すれば、複数のスロート拡大流路１２Ａを離散的に配置した方がよい場合に有効である。
　上述した幾つかの実施形態に係るタービンホイール３において、複数のスロート拡大流路１２Ａは、連続的に配置されていてもよい。
　上述したように、複数のスロート拡大流路１２Ａを周方向に沿って連続的に配置した方がよいか、離散的に配置した方がよいかは、例えばターボチャージャ１の仕様や、組み合わせるエンジンの仕様によって異なる。
　上述した幾つかの実施形態に係るタービンホイール３において、複数のスロート拡大流路１２Ａは、連続的に配置すれば、複数のスロート拡大流路１２Ａを連続的に配置した方がよい場合に有効である。
　上述した幾つかの実施形態に係るタービン３０では、上述した幾つかの実施形態に係るタービンホイール３の何れかを備えるので、タービン３０の効率の低下を抑制できる。
　また、上述した幾つかの実施形態に係るターボチャージャ１では、上述した幾つかの実施形態に係るタービン３０を備えるので、ターボチャージャ１の性能を向上できる。
　本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
　上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係るタービンホイール３は、回転軸（ロータシャフト２）に連結されて軸線（回転軸線ＡＸｗ）の周りに回転されるタービンホイール３であって、軸線（回転軸線ＡＸｗ）に沿った断面において、軸線（回転軸線ＡＸｗ）に対して傾斜するハブ面３２を有するハブ３１と、ハブ面３２に設けられた複数の翼３３と、を備える。タービンホイール３は、隣り合う２つの翼３３の間に形成される流路１２を複数含み、複数の流路１２の内の少なくとも１つの流路１２であるスロート拡大流路１２Ａのスロート部３５Ａの面積をＡｅｎ、複数の流路１２についてのスロート部３５の平均面積をＡａｖｅ、とした場合に、Ａｅｎ／Ａａｖｅ＞１．０１の関係を満たす。
　一般的にタービンでは、タービンホイールの前縁における排ガスの流入角度が理想的な流入角度に近いほどタービンの空力性能が向上する。しかし、排ガスの流動時に舌部の表面に境界層が発達して、ウェイク（低速領域）が発生すると、排ガスの絶対速度が低下して、タービンホイールの前縁における排ガスの流入角度が理想的な流入角度から離れ、タービンの効率低下を招くおそれがある。
　上記（１）の構成によれば、スロート拡大流路１２Ａを排ガスが流れ易くなる。そのため、上述したようなウェイクが発生しても、排ガスの絶対速度の低下を抑制でき、タービンホイール３の前縁３６における排ガスの流入角度βが理想的な流入角度から離れることを抑制できる。これにより、上記（１）の構成によるタービンホイール３を備えるタービン３０において、タービン３０の効率の低下を抑制できる。
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、スロート拡大流路１２Ａを形成する隣り合う２つの翼３３の翼ピッチをＰｅｎ、複数の翼３３についての翼ピッチＰの平均値をＰａｖｅ、とした場合に、Ｐｅｎ＞Ｐａｖｅの関係を満たすようにしてもよい。
　上記（２）の構成によれば、スロート拡大流路１２Ａを形成する隣り合う２つの翼３３の翼ピッチＰｅｎを上記翼ピッチＰの平均値Ｐａｖｅよりも大きくすることで、比較的容易にスロート拡大流路１２Ａにおけるスロート部３５Ａの面積Ａｅｎを上記平均面積Ａａｖｅよりも大きくすることができる。
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、スロート拡大流路１２Ａを形成する隣り合う２つの翼３３の少なくとも何れか一方におけるスロート部３５Ａを形成する領域における翼厚をＴｅｎ、複数の翼３３についてのスロート部３５を形成する領域における翼厚Ｔの平均値をＴａｖｅ、とした場合に、Ｔｅｎ＜Ｔａｖｅの関係を満たすようにしてもよい。
　上記（３）の構成によれば、比較的容易にスロート拡大流路１２Ａにおけるスロート部３５Ａの面積Ａｅｎを上記平均面積Ａａｖｅよりも大きくすることができる。
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、タービンホイール３の子午面において、スロート拡大流路１２Ａのスロート部３５Ａにおけるハブ面３２と、翼３３のチップ端３４とのスパン距離をＨｅｎとする。タービンホイール３の子午面において、複数の流路１２についてのスロート部３５におけるハブ面３２と、翼３３のチップ端３４とのスパン距離の平均値をＨａｖｅ、とする。そして、Ｈｅｎ＞Ｈａｖｅの関係を満たすようにしてもよい。
　上記（４）の構成では、スロート部３５におけるハブ面３２と翼３３のチップ端３４とのスパン距離Ｈを変更することでスロート部３５の面積Ａを変更できる。したがって、スロート拡大流路１２Ａのスロート部３５Ａにおけるハブ面３２とチップ端３４とのスパン距離Ｈｅｎを上記スパン距離Ｈの平均値Ｈａｖｅよりも大きくすることで、比較的容易にスロート拡大流路１２Ａにおけるスロート部３５Ａの面積Ａｅｎを上記平均面積Ａａｖｅよりも大きくすることができる。
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、少なくとも１つのスロート拡大流路１２Ａは、複数のスロート拡大流路１２Ａを含んでいてもよい。
　スロート拡大流路１２Ａの設置数の適した値は、例えばターボチャージャ１の仕様や、組み合わせるエンジンの仕様によって異なる。
　上記（５）の構成によれば、スロート拡大流路１２Ａを１つではなく複数設けた方がタービン３０の効率の低下をより抑制できる場合に有効である。
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、複数のスロート拡大流路１２Ａは、離散的に配置されていてもよい。
　複数のスロート拡大流路１２Ａを周方向に沿って連続的に配置した方がよいか、離散的に配置した方がよいかは、例えばターボチャージャ１の仕様や、組み合わせるエンジンの仕様によって異なる。
　上記（６）の構成によれば、複数のスロート拡大流路１２Ａを離散的に配置した方がよい場合に有効である。
（７）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、複数のスロート拡大流路１２Ａは、連続的に配置されていてもよい。
　上述したように、複数のスロート拡大流路１２Ａを周方向に沿って連続的に配置した方がよいか、離散的に配置した方がよいかは、例えばターボチャージャ１の仕様や、組み合わせるエンジンの仕様によって異なる。
　上記（７）の構成によれば、複数のスロート拡大流路１２Ａを連続的に配置した方がよい場合に効果的である。
（８）本開示の少なくとも一実施形態に係るタービン３０は、上記（１）乃至（７）の何れかの構成のタービンホイール３を備える。
　上記（８）の構成によれば、タービン３０の効率の低下を抑制できる。
（９）本開示の少なくとも一実施形態に係るターボチャージャ１は、上記（８）の構成のタービン３０を備える。
　上記（９）の構成によれば、ターボチャージャ１の性能を向上できる。
１　ターボチャージャ
２　回転軸（ロータシャフト）
３　タービンホイール
５　ケーシング（タービンハウジング）
１２　流路
１２Ａ　スロート拡大流路
３０　タービン
３１　ハブ
３２　ハブ面
３３、３３Ａ　翼（動翼）
３４　チップ端
３５、３５Ａ　スロート部
３６　前縁
３７　後縁

Claims (9)

  1. 　回転軸に連結されて軸線の周りに回転されるタービンホイールであって、
    　前記軸線に沿った断面において、前記軸線に対して傾斜するハブ面を有するハブと、
    　前記ハブ面に設けられた複数の翼と、
    を備え、
    　前記タービンホイールは、隣り合う２つの前記翼の間に形成される流路を複数含み、
    　前記複数の流路の内の少なくとも１つの流路であるスロート拡大流路のスロート部の面積をＡｅｎ、
    　前記複数の流路についてのスロート部の平均面積をＡａｖｅ、とした場合に、
    　Ａｅｎ／Ａａｖｅ＞１．０１の関係を満たす、
    タービンホイール。
  2. 　前記スロート拡大流路を形成する前記隣り合う２つの前記翼の翼ピッチをＰｅｎ、
    　前記複数の翼についての翼ピッチの平均値をＰａｖｅ、とした場合に、
    　Ｐｅｎ＞Ｐａｖｅの関係を満たす、
    請求項１に記載のタービンホイール。
  3. 　前記スロート拡大流路を形成する前記隣り合う２つの前記翼の少なくとも何れか一方における前記スロート部を形成する領域における翼厚をＴｅｎ、
    　前記複数の翼についての前記スロート部を形成する領域における翼厚の平均値をＴａｖｅ、とした場合に、
    　Ｔｅｎ＜Ｔａｖｅの関係を満たす、
    請求項１又は２に記載のタービンホイール。
  4. 　前記タービンホイールの子午面において、
    　前記スロート拡大流路の前記スロート部における前記ハブ面と、前記翼のチップ端とのスパン距離をＨｅｎ、
    　前記複数の流路についての前記スロート部における前記ハブ面と、前記翼のチップ端とのスパン距離の平均値をＨａｖｅ、とした場合に、
    　Ｈｅｎ＞Ｈａｖｅの関係を満たす、
    請求項１乃至３の何れか一項に記載のタービンホイール。
  5. 　前記少なくとも１つのスロート拡大流路は、複数のスロート拡大流路を含む、
    請求項１乃至４の何れか一項に記載のタービンホイール。
  6. 　前記複数のスロート拡大流路は、離散的に配置されている、
    請求項５に記載のタービンホイール。
  7. 　前記複数のスロート拡大流路は、連続的に配置されている、
    請求項５に記載のタービンホイール。
  8. 　請求項１乃至７の何れか一項に記載のタービンホイール、
    を備えるタービン。
  9. 　請求項８に記載のタービン、
    を備えるターボチャージャ。
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