WO2022158165A1 - 可変容量タービンおよび過給機 - Google Patents

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WO2022158165A1
WO2022158165A1 PCT/JP2021/045822 JP2021045822W WO2022158165A1 WO 2022158165 A1 WO2022158165 A1 WO 2022158165A1 JP 2021045822 W JP2021045822 W JP 2021045822W WO 2022158165 A1 WO2022158165 A1 WO 2022158165A1
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WO
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tongue
nozzle vane
nozzle
exhaust gas
vane
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PCT/JP2021/045822
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俊光 田中
ビピン グプタ
直 谷口
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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    • 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
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/026Scrolls for radial machines or engines
    • 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
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/04Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output
    • F02C6/10Gas-turbine plants providing heated or pressurised working fluid for other apparatus, e.g. without mechanical power output supplying working fluid to a user, e.g. a chemical process, which returns working fluid to a turbine of the plant
    • F02C6/12Turbochargers, i.e. plants for augmenting mechanical power output of internal-combustion piston engines by increase of charge pressure
    • 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

Definitions

  • the present disclosure relates to a variable capacity turbine and a supercharger including the variable capacity turbine.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2021-008254 filed with the Japan Patent Office on January 21, 2021, the content of which is incorporated herein.
  • variable displacement exhaust turbocharger equipped with a variable displacement turbine
  • a variable capacity turbine has a plurality of nozzle vanes arranged in a circumferential direction in an exhaust gas flow path for sending from a scroll flow path of the turbine to a turbine rotor.
  • the cross-sectional area of the exhaust gas flow path (the flow path between adjacent nozzle vanes) can be adjusted.
  • the variable capacity turbine adjusts the cross-sectional area of the exhaust gas flow path to change the flow velocity and pressure of the exhaust gas guided to the turbine rotor, thereby enhancing the supercharging effect.
  • Patent Document 1 a notch provided in the center of the blade height direction of the trailing edge of the nozzle vane is used to early discharge the exhaust gas near the middle position of the exhaust gas flow path, thereby reducing the gap flow due to the pressure difference. It is disclosed that
  • the load applied to the nozzle vane changes with the pulsation of the internal combustion engine (engine).
  • a load acting on the nozzle vane narrows the clearance between the vane shaft fixed to the nozzle vane and another member that supports the nozzle vane, and they may come into contact with each other. Frequent contact between the vane shaft and the other member during operation of the variable capacity turbine may cause wear and damage to the vane shaft.
  • Patent Literature 1 does not focus on the problem of suppressing the wear of the vane shaft due to the pulsation of the internal combustion engine (engine).
  • an object of at least one embodiment of the present disclosure is a variable capacity turbine capable of improving the reliability and durability of the variable capacity turbine by suppressing wear of the vane shaft, and a variable capacity turbine.
  • An object of the present invention is to provide a supercharger having a capacity turbine.
  • a variable capacity turbine includes: a turbine rotor; a scroll passage forming portion that forms a scroll passage on the outer peripheral side of the turbine rotor; an exhaust gas passage forming portion forming an exhaust gas passage for guiding exhaust gas from the scroll passage to the turbine rotor; a variable nozzle unit for adjusting the flow of the exhaust gas in the exhaust gas channel;
  • the variable nozzle unit is a plurality of nozzle vanes arranged at intervals in the exhaust gas flow path in the circumferential direction of the turbine rotor; a rotation mechanism configured to rotate the plurality of nozzle vanes about their respective rotation centers;
  • the plurality of nozzle vanes are: , at least one near-tongue nozzle vane located in the near-tongue region and at least one far-tongue nozzle vane located in the far-ton
  • a turbocharger includes: the variable capacity turbine; a centrifugal compressor configured to be driven by the variable capacity turbine.
  • variable capacity turbine capable of improving reliability and durability of the variable capacity turbine by suppressing wear of the vane shaft, and a supercharger provided with the variable capacity turbine is provided.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram that schematically shows the configuration of an internal combustion engine system that includes a turbocharger according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a turbine side of a turbocharger provided with a variable capacity turbine according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a variable nozzle unit according to an embodiment of the present disclosure
  • FIG. It is an explanatory view for explaining arrangement of a nozzle vane in one embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining CFD analysis conditions that simulate pulsation conditions of an internal combustion engine; It is an explanatory view for explaining a load evaluation result of a tongue neighborhood nozzle vane in a comparative example.
  • FIG. 10 illustrates a suction side of a tongue distal nozzle vane in one embodiment.
  • FIG. 11 illustrates a suction surface of a near-tongue nozzle vane in one embodiment.
  • FIG. 11 illustrates a suction surface of a near-tongue nozzle vane in one embodiment.
  • FIG. 11 illustrates a suction surface of a near-tongue nozzle vane in one embodiment.
  • FIG. 10 illustrates a suction side of a tongue distal nozzle vane in one embodiment.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining load evaluation results of the tongue vicinity nozzle vane shown in FIG. 9 ; FIG.
  • FIG. 11 illustrates a suction surface of a near-tongue nozzle vane in one embodiment.
  • FIG. 11 illustrates a suction surface of a near-tongue nozzle vane in one embodiment.
  • FIG. 11 illustrates a suction surface of a near-tongue nozzle vane in one embodiment.
  • FIG. 11 illustrates a suction surface of a near-tongue nozzle vane in one embodiment.
  • FIG. 11 illustrates a suction surface of a near-tongue nozzle vane in one embodiment.
  • FIG. 11 illustrates a suction surface of a near-tongue nozzle vane in one embodiment.
  • FIG. 18 is an explanatory diagram for explaining the load evaluation result of the tongue vicinity nozzle vane shown in FIG. 17 ;
  • FIG. 11 illustrates a suction surface of a near-tongue nozzle vane in one embodiment.
  • expressions that express shapes such as squares and cylinders do not only represent shapes such as squares and cylinders in a geometrically strict sense, but also include irregularities and chamfers to the extent that the same effect can be obtained.
  • the shape including the part etc. shall also be represented.
  • the expressions “comprising”, “including”, or “having” one component are not exclusive expressions excluding the presence of other components.
  • symbol may be attached
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram that schematically shows the configuration of an internal combustion engine system that includes a supercharger according to an embodiment of the present disclosure.
  • an exhaust turbocharger 1A will be described as an example, but the present disclosure is applicable to turbochargers 1 other than the exhaust turbocharger 1A.
  • a supercharger 1 according to some embodiments, as shown in FIG. 1, is driven by the energy of exhaust gas discharged from an internal combustion engine 10 (engine) and configured to compress a fluid (for example, air). including exhaust turbocharger 1A.
  • the turbocharger 1 (exhaust turbocharger 1A) includes a variable capacity turbine 2 and a centrifugal compressor 3 configured to be driven by the variable capacity turbine 2, as shown in FIG.
  • the turbocharger 1 includes a rotating shaft 11, a turbine rotor 21 provided on one side (right side in FIG. 1) of the rotating shaft 11, and a turbine rotor 21 on the other side of the rotating shaft 11 (right side in FIG. 1). left side), a bearing 12 configured to rotatably support the rotating shaft 11, and configured to accommodate these (rotating shaft 11, turbine rotor 21, impeller 31 and bearing 12). and a housing 13 .
  • the housing 13 is configured to house a turbine housing 22 configured to house a turbine rotor 21 , a compressor housing 32 configured to house an impeller 31 , and bearings 12 . and a bearing housing 14 .
  • the variable capacity turbine 2 includes the above-described turbine rotor 21 and the above-described turbine housing 22 .
  • the centrifugal compressor 3 includes the impeller 31 described above and the compressor housing 32 described above.
  • the direction in which the axis LA of the rotating shaft 11 extends is defined as the axial direction X of the rotating shaft 11, and the direction orthogonal to the axis LA is defined as the radial direction Y.
  • the side of the axial direction X where the turbine rotor 21 is positioned with respect to the impeller 31 is the turbine side XT, and the side opposite to the turbine side XT, that is, the side where the impeller 31 is positioned with respect to the turbine rotor 21 is the compressor side XC.
  • the outer side in the radial direction Y may be simply referred to as the outer peripheral side
  • the inner side in the radial direction Y may simply be referred to as the inner peripheral side.
  • the bearing housing 14 is arranged in the axial direction X between the turbine housing 22 and the compressor housing 32 .
  • the bearing 12 is positioned between the turbine rotor 21 and the impeller 31 in the axial direction X and supported by the bearing housing 14 .
  • the bearing housing 14 may be fastened to each of the turbine housing 22 and the compressor housing 32 by fastening members (for example, bolts) not shown.
  • the compressor housing 32 has a gas introduction port 33 for introducing gas thereinto and a gas discharge port 34 for discharging the gas that has passed through the impeller 31 to the outside.
  • the gas introduction port 33 is formed at one end of the turbocharger 1 in the axial direction X (the end on the compressor side XC) and opens toward the compressor side XC.
  • a gas introduction path 35 for introducing gas introduced from outside the compressor housing 32 through a gas introduction port 33 to the impeller 31, and a gas discharge port 34 for discharging the gas that has passed through the impeller 31 to the outside.
  • a spiral scroll channel 37 for discharging is formed.
  • the gas introduction path 35 extends along the axial direction X. As shown in FIG.
  • the scroll passage 37 is formed on the outer peripheral side of the impeller 31 .
  • the compressor housing 32 has a gas introduction passage forming portion 36 forming a gas introduction passage 35 and a scroll passage forming portion 38 forming a scroll passage 37 .
  • the gas introduction port 33 is formed at the upstream end of the gas introduction path forming portion 36
  • the gas discharge port 34 is formed at the downstream end of the scroll flow path forming portion 38 .
  • the impeller 31 is configured to guide the gas introduced along the axial direction X from the compressor side XC outward in the radial direction Y. As shown in FIG.
  • the turbine housing 22 has an exhaust gas introduction port 23 for introducing exhaust gas thereinto and an exhaust gas discharge port 24 for discharging the exhaust gas that has passed through the turbine rotor 21 to the outside.
  • the exhaust gas discharge port 24 is formed at the other end of the supercharger 1 in the axial direction X (the end on the turbine side XT) and opens toward the turbine side XT.
  • a spiral scroll passage 25 for guiding exhaust gas introduced from the outside of the turbine housing 22 through an exhaust gas inlet 23 to the turbine rotor 21, and an exhaust gas outlet 24 through which the exhaust gas passes through the turbine rotor 21. and an exhaust gas discharge path 27 for discharging the exhaust gas to the outside.
  • the exhaust gas discharge passage 27 extends along the axial direction X.
  • the scroll passage 25 is formed on the outer peripheral side of the turbine rotor 21 .
  • the turbine housing 22 has a scroll passage forming portion 26 forming a scroll passage 25 and an exhaust gas discharge passage forming portion 28 forming an exhaust gas discharge passage 27 .
  • the exhaust gas discharge port 24 is formed at the downstream end of the exhaust gas discharge passage forming portion 28 .
  • the turbine rotor 21 is configured to guide the exhaust gas introduced from the outside in the radial direction Y along the axial direction X to the turbine side XT.
  • the turbocharger 1 includes a gas line 15 for guiding gas from the centrifugal compressor 3 to the internal combustion engine 10 and an exhaust gas line 16 for guiding exhaust gas from the internal combustion engine 10 to the variable capacity turbine 2 .
  • the gas line 15 includes a conduit 151 having one side connected to the internal combustion engine 10 and the other side connected to the gas discharge port 34 of the centrifugal compressor 3 .
  • the exhaust gas line 16 includes a conduit 161 having one side connected to the internal combustion engine 10 and the other side connected to the exhaust gas inlet 23 of the variable capacity turbine 2 .
  • the gas that has passed through the impeller 31 of the centrifugal compressor 3 and the scroll passage 37 is guided to the internal combustion engine 10 (engine) through the gas line 15 and is used for combustion in the internal combustion engine 10 .
  • Exhaust gas generated by combustion in the internal combustion engine 10 passes through the exhaust gas line 16 and the scroll flow path 25 of the variable capacity turbine 2 and is guided to the turbine rotor 21 .
  • the turbocharger 1 is configured to rotate the turbine rotor 21 with the energy of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 10 . Since the impeller 31 is mechanically connected to the turbine rotor 21 via the rotating shaft 11 , it rotates in conjunction with the rotation of the turbine rotor 21 . The turbocharger 1 is configured to compress gas passing through the impeller 31 by rotating the impeller 31 , increase the density of the gas, and send the gas to the internal combustion engine 10 .
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view schematically showing a turbine side of a turbocharger provided with a variable capacity turbine according to an embodiment of the present disclosure;
  • the supercharger 1 is schematically shown in cross section along the axis LA of the rotating shaft 11 .
  • the variable capacity turbine 2 as shown in FIG.
  • An exhaust gas passage forming portion 4 forming an exhaust gas passage (nozzle passage) 40 for guiding exhaust gas to the turbine rotor 21, and a variable nozzle unit 5 for adjusting the flow of the exhaust gas in the exhaust gas passage 40.
  • the exhaust gas flow path 40 is formed between the scroll flow path 25 and the turbine rotor 21 so as to surround the turbine rotor 21 (outside in the radial direction Y).
  • the exhaust gas passage forming portion 4 is arranged between a nozzle mount 41 fixed to the housing 13 and the turbine side XT of the nozzle mount 41 , and between the nozzle mount 41 and the exhaust gas passage. a nozzle plate 42 defining 40;
  • the compressor side XC in the exhaust gas flow path 40 may be referred to as the hub side
  • the turbine side XT in the exhaust gas flow path 40 may be referred to as the shroud side.
  • the nozzle mount 41 includes an annular plate portion 43 extending along the circumferential direction of the turbine rotor 21 on the outer peripheral side of the turbine rotor 21 .
  • the nozzle mount 41 has a hub-side flow path surface 44 formed on the turbine-side XT of the annular plate portion 43 .
  • the nozzle mount 41 is fixed to the housing 13 by sandwiching the outer peripheral edge of the annular plate portion 43 between the turbine housing 22 and the bearing housing 14 .
  • the nozzle plate 42 includes an annular plate portion 45 extending along the circumferential direction of the turbine rotor 21 on the outer peripheral side of the turbine rotor 21 and protruding from the inner peripheral edge portion of the annular plate portion 45 along the axial direction X toward the turbine side XT. and a protrusion 46 that The nozzle plate 42 has a shroud-side channel surface 47 formed on the compressor-side XC of the annular plate portion 45, and a shroud-side channel surface 48 connected to the shroud-side channel surface 47 and curved in a convex shape.
  • the shroud surface 48 is formed on the inner peripheral edge of the annular plate portion 45 and has a gap (clearance) between it and the tip of the blade of the turbine rotor 21 .
  • the exhaust gas flow path 40 is defined between a hub-side flow path surface 44 and a shroud-side flow path surface 47 .
  • Each of the hub-side flow path surface 44 and the shroud-side flow path surface 47 extends along a direction intersecting (for example, perpendicular to) the axis LA of the rotating shaft 11 .
  • the shroud-side flow path surface 47 is located closer to the turbine side XT than the hub-side flow path surface 44 and faces the hub-side flow path surface 44 .
  • the exhaust gas flow path forming portion 4 may further include at least one nozzle support 49 that supports the nozzle mount 41 and the nozzle plate 42 in a spaced apart state. At least one nozzle support 49 has one side fixed to the annular plate portion 43 of the nozzle mount 41 and the other side fixed to the annular plate portion 45 of the nozzle plate 42 . The nozzle plate 42 is spaced apart from the nozzle mount 41 in the axial direction X by at least one nozzle support 49 .
  • the at least one nozzle support 49 includes a plurality of nozzle supports 49 each spaced circumferentially of the turbine rotor 21 . That is, the exhaust gas flow path forming portion 4 includes multiple nozzle supports 49 .
  • the exhaust gas introduced into the turbine housing 22 passes through the scroll flow path 25 and then through the exhaust gas flow path 40, and is guided to the turbine rotor 21 to rotate the turbine rotor 21. After passing through the turbine rotor 21 , the exhaust gas is discharged to the outside of the turbine housing 22 through an exhaust gas discharge port 24 after passing through an exhaust gas discharge passage 27 .
  • variable nozzle unit 5 includes a plurality of nozzle vanes 6 arranged at intervals in the circumferential direction of the turbine rotor 21 in the exhaust gas flow path 40 described above, and the plurality of nozzle vanes 6 arranged at respective rotation centers. and a rotation mechanism 51 configured to rotate around the RC.
  • the variable nozzle unit 5 can adjust the channel cross-sectional area of the exhaust gas channel 40 by changing the vane angles of the plurality of nozzle vanes arranged in the exhaust gas channel 40 using the rotation mechanism 51 .
  • the variable capacity turbine 2 can change the flow velocity and pressure of the exhaust gas guided to the turbine rotor 21 by increasing or decreasing the channel cross-sectional area of the exhaust gas channel 40 using the variable nozzle unit 5 . can control the boost pressure of
  • the rotating mechanism 51 includes an annular drive ring 52 that is rotatable along the circumferential direction of the turbine rotor 21 with respect to the nozzle mount 41, a plurality of vane shafts 53, a plurality of lever plates 54; an actuator 55 configured to rotate the drive ring 52 about its axis LC; ), and a controller 57 (controller) configured to control the .
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the variable nozzle unit according to one embodiment of the present disclosure.
  • the variable nozzle unit 5 is schematically shown as viewed from the compressor side XC in the axial direction X.
  • the rotation mechanism 51 includes the same number of vane shafts 53 and lever plates 54 as the number of nozzle vanes 6 included in the variable nozzle unit 5 .
  • One side of the vane shaft 53 is fixed to the nozzle vane 6 and the other side is mechanically connected to one side of the lever plate 54 .
  • the other side of lever plate 54 is mechanically connected to drive ring 52 .
  • Actuator 55 includes an electric motor, an air cylinder, and the like.
  • a drive shaft 56 of actuator 55 is mechanically coupled to drive ring 52 .
  • Each of the plurality of lever plates 54 includes a fitting portion 541 that fits into a fitted portion 521 formed on the drive ring 52 .
  • the fitted portion 521 includes a groove portion 522 formed on the outer peripheral edge portion of the drive ring 52, and the fitting portion 541 is accommodated inside the groove portion 522 and configured to loosely fit into the groove portion 522. .
  • the nozzle mount 41 has a plurality of insertion holes 411 formed at spaced apart positions along the circumferential direction around the axis LA.
  • the nozzle mount 41 has the same number of insertion holes 411 as the nozzle vanes 6 included in the variable nozzle unit 5 .
  • Each of the plurality of vane shafts 53 is rotatably inserted through one of the plurality of insertion holes 411 .
  • An annular internal space 17 is formed inside them by the grooves 141 of the .
  • the drive ring 52 and the plurality of lever plates 54 are accommodated in the internal space 17 formed inside the housing 13 .
  • the drive shaft 56 and the drive ring 52, the drive ring 52 and the lever plate 54, and the lever plate 54 and the vane shaft 53 are connected to each other.
  • the actuator 55 is driven by the controller 57
  • the drive ring 52 is rotated around the axis LC as the drive shaft 56 of the actuator 55 is moved.
  • the plurality of nozzle vanes 6 are rotated about their respective rotation centers RC via the lever plate 54 and the vane shaft 53 in conjunction with the rotation of the drive ring 52, and the blade angle change.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the arrangement of nozzle vanes in one embodiment.
  • FIG. 4 schematically shows a state in which the variable capacity turbine 2 is viewed from the turbine side XT in the axial direction X.
  • Each of the plurality of nozzle vanes 6 (7, 8) is one surface extending between the leading edge 61 (71, 81) and the trailing edge 62 (72, 82) as shown in FIG.
  • the negative pressure surface 60B is located inside in the radial direction Y from the pressure surface 60A.
  • the trailing edge 62 is located downstream of the leading edge 61 in the exhaust gas flow direction.
  • the pressure surfaces 60A and the negative pressure surfaces 60B of the plurality of nozzle vanes 6 may have curved shapes.
  • each of the plurality of nozzle vanes 6 (7, 8) has a hub-side end 63 (73, 83) with a gap (clearance) formed between it and the hub-side flow path surface 44 of the nozzle mount 41 (73, 83). ) and a shroud-side end 64 (74, 84) in which a gap (clearance) is formed between the shroud-side flow path surface 47 of the nozzle plate 42.
  • the scroll passage forming portion 26 has a tongue portion 29 protruding toward the scroll passage 25 in a plane viewed from one side (turbine side XT) in the axial direction X of the rotating shaft 11 as shown in FIG. have.
  • the tongue portion 29 means a connection point between a winding start 261 and a winding end 262 in the scroll flow path forming portion 26 .
  • the exhaust gas passage 40 is positioned near the tongue portion 29 of the scroll passage 25 . It is divided into a region near the tongue 40A and a region far from the tongue 40B, which is a region other than the region near the tongue 40A.
  • the tongue near region 40A is set so that at least the nozzle vanes 6 (7A) closest to the tongue 29 are present in the region, and the tongue distant region 40B is set such that at least the nozzle vanes 6 (8B) farthest from the tongue 29 are present. Set to exist in the region.
  • the plurality of nozzle vanes 6 includes at least one near-tongue nozzle vane 7 located in the near-tongue region 40A and at least one far-tongue nozzle vane 8 located in the far-tongue region 40B.
  • the near tongue nozzle vanes 7 include the above nozzle vanes 7A
  • the far tongue nozzle vanes 8 include the above nozzle vanes 8B.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining CFD analysis conditions that simulate the pulsation conditions of an internal combustion engine. As shown in FIG. 5, the pulsation condition of the internal combustion engine 10 is simulated, and the inlet pressure of the variable capacity turbine 2 increases and decreases between the pressure lower limit value PL and the pressure upper limit value PU during one cycle T1 of the internal combustion engine 10. CFD analysis was performed under such pressure conditions to investigate changes in the load acting on the nozzle vane 6 .
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining the load evaluation result of the nozzle vane near the tongue in the comparative example.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining load evaluation results of a distant tongue nozzle vane in a comparative example.
  • FIG. 8 is an illustration of a suction side of a tongue distal nozzle vane in one embodiment. 6 and 7 have the same shape as the nozzle vane 6 (the distal tongue nozzle vane 8) shown in FIG. , the leading edge 61 (81) and the trailing edge 62 (82) extend from the hub-side end 63 (83) to the shroud-side end 64 (84) along the direction in which the rotation center RC extends. It extends in a straight line.
  • FIG. 6 shows a load VL1 acting on the nozzle vane 7A closest to the tongue portion 29 under the pressure condition of the pressure lower limit PL and a load VL2 acting on the nozzle vane 7A under the pressure condition of the pressure upper limit PU.
  • the direction of action of the load VL2 is opposite to that of the load VL1.
  • FIG. 7 shows a load VL3 acting on the nozzle vane 8B farthest from the tongue 29 under the pressure condition of the pressure lower limit PL and a load VL4 acting on the nozzle vane 7A under the pressure condition of the pressure upper limit PU. .
  • the load VL4 acts in the same direction as the load VL3, and the direction of action is not reversed.
  • the proximal tongue nozzle vane 7 (7A) is affected by pressure fluctuations in the exhaust gas flow path 40 during one cycle of pulsation of the internal combustion engine 10. A reversal of the direction of action of the acting load may occur. If the direction of the load acting on the nozzle vane 6 is reversed within a short period of about one cycle of the pulsation of the internal combustion engine 10, the vane shaft 53 fixed to the nozzle vane 6 is likely to be worn. .
  • FIGS. 9-11 illustrates the suction surface of a near-tongue nozzle vane in one embodiment.
  • a variable capacity turbine 2 (2A) according to some embodiments includes, as shown in FIG. It is provided with an exhaust gas passage forming portion 4 that forms an exhaust gas passage 40 and a variable nozzle unit 5 that includes the plurality of nozzle vanes 6 and the rotation mechanism portion 51 described above.
  • the plurality of nozzle vanes 6 includes at least one near-tongue nozzle vane 7 located in the near-tongue region 40A and at least one far-tongue nozzle vane 8 located in the far-tongue region 40B, as shown in FIG. contains.
  • At least one near-tongue nozzle vane 7 in the variable capacity turbine 2 (2A) has a tongue edge at at least one of the leading edge 71 or the trailing edge 72 of the near-tongue nozzle vane 7, as shown in FIGS. It has a notch 75 cut larger than the leading edge 81 or the trailing edge 82 of the distal nozzle vane 8 .
  • all the near-tongue nozzle vanes 7 positioned in the near-tongue region 40A have a leading edge side notch 76 which is a notch 75 formed in the leading edge 71 and a trailing edge 72 . and a trailing edge side notch 77 which is a notch 75 formed in the .
  • all the near-tongue nozzle vanes 7 located in the near-tongue region 40A have trailing edge side cutouts 77 , and leading edge end 71 has a notch 75 (leading edge side notch 76 ). ) is not formed.
  • the front edge 71 extends from the hub side end 73 to the shroud side end 74 and extends in a straight line along the direction in which the rotation center RC extends. extending in the shape of
  • all of the near-tongue nozzle vanes 7 located in the near-tongue region 40A have leading edge side cutouts 76 and trailing edge end 72 has a notch 75 (trailing edge side notch 77 ). ) is not formed. 11, the trailing edge 72 extends from the hub-side end 73 to the shroud-side end 74 in a straight line along the direction in which the rotation center RC extends. extending in the shape of
  • FIG. 12 illustrates a suction side of a tongue distal nozzle vane in one embodiment.
  • All of the tongue distal nozzle vanes 8 located in the tongue distal region 40B may not have the notches 85 formed in both the leading edge 81 and the trailing edge 82 as shown in FIG.
  • at least one tongue distal nozzle vane 8 located in the tongue distal region 40B has a leading edge side notch 86, which is a notch 85 formed in the leading edge 81, as shown in FIG.
  • At least one of a trailing edge side notch 87 which is a notch 85 formed in the end 82 , may be provided.
  • at least one tongue distal nozzle vane 8 has both a leading edge cutout 86 and a trailing edge cutout 87 .
  • the notch 75 (leading edge side notch 76, trailing edge side notch 77) of the tongue vicinity nozzle vane 7 is indicated by a two-dot chain line. .
  • the leading edge cutout 76 of the near tongue nozzle vane 7 is cut larger than the leading edge cutout 86 of the far tongue nozzle vane 8 .
  • the trailing edge side notch 77 of the near tongue nozzle vane 7 is cut larger than the trailing edge side notch 87 of the far tongue nozzle vane 8 .
  • the size of the trailing edge side cutouts 77 and 87 is determined by the rearmost edge of the trailing edge 62 that has the longest shortest distance from the rotation center RC in a plan view with the negative pressure surface 60B as the front, as shown in FIG.
  • a straight line LR1 passing through the point P1 and parallel to the center of rotation RC is used as a reference, and the area F1 obtained by the sum of the lengths of the trailing edge side notches 77 and 87 from the straight line LR1 in the blade length direction is compared. good too.
  • the size of the notches 76 and 86 on the front edge side is determined by the front edge of the front edge 61, which has the longest shortest distance from the rotation center RC in a plan view with the negative pressure surface 60B as the front, as shown in FIG.
  • a straight line LR2 passing through the point P2 and parallel to the center of rotation RC is used as a reference, and the area F2 obtained from the sum of the lengths of the leading edge side notches 76 and 86 in the blade length direction from the straight line LR2 is compared. good too.
  • the size of the leading edge side notch portions 76, 86 and the trailing edge side notch portions 77, 87 may also be determined by comparing the area F2 and the area F1.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram for explaining the load evaluation result of the nozzle vane near the tongue shown in FIG.
  • the load VL acting on the nozzle vane is evaluated by the ratio of 100% to the maximum load in a certain acting direction (positive direction).
  • the load VL6 acts in the same direction as the load VL5, and the direction of action is not reversed.
  • the number of times the vane shaft 53 fixed to the tongue vicinity nozzle vane 7 collides with another member (nozzle mount 41) can be reduced. Wear of the vane shaft 53 can be suppressed.
  • the trailing edge side notch 77 described above extends in the blade length direction WS from the leading edge end 71 to the trailing edge end 72 of the near-tongue nozzle vane 7, as shown in FIGS.
  • the blade length position PS of the leading edge tip 71 is 0% and the blade length position PS of the trailing edge tip 72 in the blade length direction WS is 100%
  • the blade length position PS is 75% or more and 100% At least a part was formed in the area A1 included in the following range.
  • the above-described region A1 is preferably included in the range of 75% or more and 90% or less of the blade length position PS, and more preferably included in the range of 75% or more and 80% or less of the blade length position PS.
  • the trailing edge side notch 77 is preferably formed over a range in which the blade length position PS is 90% or less, and may be formed over a range in which the blade length position PS is 80% or less. More preferred. In the embodiment shown in FIGS. 9 and 10, at least part of the trailing edge side notch 77 is formed over the range of the blade length position PS from 75% to 100%.
  • the trailing edge side of the nozzle vane 7 near the tongue (in the range where the blade length position is 75% or more and 100% or less) is affected by pressure fluctuations in the exhaust gas flow path 40 during one cycle of pulsation of the internal combustion engine 10.
  • the load changes greatly, and the change in the load on the trailing edge side is one of the causes of the reversal of the direction of the load acting on the nozzle vane 7 near the tongue.
  • the tongue By forming at least a part of the trailing edge side notch 77 on the trailing edge side of the tongue vicinity nozzle vane 7, that is, in the region A1 included in the range of 75% or more and 100% or less of the blade length position, the tongue The reversal of the acting direction of the load acting on the neighboring nozzle vanes 7 can be effectively suppressed.
  • the trailing edge side notch 77 described above extends in the blade height direction WH from the hub side end 73 of the tongue vicinity nozzle vane 7 toward the shroud side end 74.
  • the blade height position PH of the hub side end 73 is 0% and the blade height position PH of the shroud side end 74 in the blade height direction WH is 100%, the blade height position At least a portion was formed in the region A11 having a pH in the range of 15% or more and 85% or less.
  • the above-described region A11 preferably includes a range from 40% to 60% of the blade height position PH of the region A1, and from 20% to 80% of the region A1. It is even more preferred to include a range that spans.
  • at least a part of the trailing edge side notch 77 has a blade length position PS in the range of 75% to 100% and a blade height position PH in the range of 15% to 85%. formed over a range of
  • the central height portion (in the range of 15% or more and 85% or less of the blade height position) on the trailing edge side of the tongue vicinity nozzle vane 7 is the exhaust gas flow path 40 during one cycle of pulsation of the internal combustion engine 10.
  • the load changes greatly due to internal pressure fluctuations, and the change in the load at the center height of the trailing edge side is one of the causes of the reversal of the direction of the load acting on the nozzle vane 7 near the tongue.
  • at least a part of the trailing edge side notch 77 is formed in the height central portion on the trailing edge side of the tongue vicinity nozzle vane 7, that is, in the region A11 in which the blade height position is included in the range of 15% or more and 85% or less.
  • the leading edge side notch 76 described above is at least partly located in the region A2 included in the range of 0% or more and 25% or less of the blade length position PS. was formed.
  • the above-described region A2 is preferably included in the range of the blade length position PS of 10% or more and 25% or less, and more preferably included in the range of the blade length position PS of 20% or more and 25% or less.
  • the leading edge side notch 76 is preferably formed over a range of 10% or more of the blade length position PS, and may be formed over a range of 20% or more of the blade length position PS. More preferred. In the embodiment shown in FIGS. 9 and 11, at least part of the leading edge side notch 76 is formed over the range of the blade length position PS from 0% to 25%.
  • the leading edge side of the tongue vicinity nozzle vane 7 (in the range of 0% or more and 25% or less of the blade length position) is affected by pressure fluctuations in the exhaust gas flow path 40 during one cycle of pulsation of the internal combustion engine 10.
  • the load changes greatly, and the change in the load on the leading edge side is one of the causes of the reversal of the direction of action of the load acting on the tongue vicinity nozzle vane 7 .
  • the tongue By forming at least a part of the leading edge side notch 76 in the leading edge side of the tongue vicinity nozzle vane 7, that is, in the region A2 included in the range of 0% or more and 25% or less of the blade length position, the tongue The reversal of the acting direction of the load acting on the neighboring nozzle vanes 7 can be effectively suppressed.
  • the leading edge side notch 76 described above is included in the range of the blade height position PH of 15% or more and 85% or less of the region A2 described above. At least a portion of the region A21 was formed.
  • the above-described region A21 preferably includes a range from 40% to 60% of the blade height position PH of the region A2, and from 20% to 80% of the region A2. It is even more preferred to include a range that spans.
  • at least a portion of the leading edge side notch 76 has a blade length position PS in the range of 0% to 25% and a blade height position PH in the range of 15% to 85%. formed over a range of
  • the height central portion (in the range of 15% or more and 85% or less of the blade height position) on the leading edge side of the tongue vicinity nozzle vane 7 is the exhaust gas flow path 40 during one cycle of pulsation of the internal combustion engine 10.
  • the load changes greatly due to internal pressure fluctuations, and the change in the load at the center height of the leading edge side is one of the causes of the reversal of the direction of the load acting on the nozzle vane 7 near the tongue.
  • at least a part of the leading edge side notch 76 is formed in the height central portion on the leading edge side of the tongue vicinity nozzle vane 7, that is, in the region A21 included in the range of 15% or more and 85% or less of the blade height position.
  • At least one near-tongue nozzle vane 7 of the above-described variable capacity turbine 2 (2A) has a leading edge side cutout 76 and a trailing edge side cutout 77 . configured to have the same In one embodiment, the area F2 of the leading edge side notch 76 and the area F1 of the trailing edge side notch 77 are the same.
  • leading edge side notch portion 76 and the trailing edge side notch portion 77 satisfy the condition that the blade length position PS is 50% in plan view with the suction surface 60B as the front as shown in FIG. It is configured to be axisymmetric with respect to the virtual line LV to be filled.
  • the torque around the rotation center RC applied to the nozzle vanes 6 is small.
  • the fluid force applied to the front edge side and the trailing edge side of the tongue vicinity nozzle vane 7 can be made uniform. It is possible to reduce the torque around the center of rotation RC applied to the nozzle vanes near the nozzle vanes.
  • the center of rotation RC may be located on the leading edge side of the virtual line LV, or may be located on the trailing edge side of the virtual line LV.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a suction surface of a near-tongue nozzle vane in one embodiment.
  • at least one near-tongue nozzle vane 7 of the variable capacity turbine 2 (2A) described above has a trailing edge cutout 77 larger than a leading edge cutout 76 . was configured to be larger.
  • the area F1 of the trailing cutout 77 is larger than the area F2 of the leading cutout 76 .
  • the trailing edge side cutout portion 77 has a greater effect than the leading edge side notch portion 76 in suppressing the reversal of the direction of action of the load acting on the tongue vicinity nozzle vane 7 . Therefore, by making the trailing edge side cutout portion 77 larger than the leading edge side notch portion 76 of the tongue vicinity nozzle vane 7 , it is possible to effectively suppress the reversal of the acting direction of the load acting on the tongue vicinity nozzle vane 7 .
  • the leading edge side notch 76 described above has a blade height position PH in the range of 0% or more and less than 15% or over 85% and 100% or less. is not formed in the range of
  • the leading edge end 71 extends from the hub side end of the leading edge side notch 76 along the direction opposite to the blade height direction WH in a plan view with the suction surface 60B as the front, as shown in FIGS. and a shroud side 712 extending along the blade height direction WH from the shroud side end of the leading edge side notch 76 .
  • the hub side edge 711 connects to the hub side edge 73 and the shroud side edge 712 connects to the shroud side edge 74 .
  • the trailing edge side notch 77 described above has a blade height position PH in the range of 0% or more and less than 15%, or in the range of 85% or more and 100% or less. is not formed in the range of 9 and 10, the trailing edge 72 extends from the hub-side end of the trailing edge side notch 77 along the direction opposite to the blade height direction WH in a plan view with the suction surface 60B as the front. and a shroud side 722 extending along the blade height direction WH from the shroud side end of the trailing edge side notch 77 .
  • the hub side edge 721 continues to the hub side edge 73
  • the shroud side edge 722 continues to the shroud side edge 74 .
  • At least a portion of the leading edge side notch portion 76 and the trailing edge side notch portion 77 are formed in the range of the blade height position PH of 0% or more and less than 15%.
  • at least a portion may be formed in a range where the blade height position PH exceeds 85% and is 100% or less.
  • at least a portion may be formed in a range where the blade length position PS exceeds 25% and is less than 75%.
  • FIGS. 17-19 illustrates the suction surface of a near-tongue nozzle vane in one embodiment.
  • a variable capacity turbine 2 (2B) according to some embodiments includes, as shown in FIG. It is provided with an exhaust gas passage forming portion 4 that forms an exhaust gas passage 40 and a variable nozzle unit 5 that includes the plurality of nozzle vanes 6 and the rotation mechanism portion 51 described above.
  • the plurality of nozzle vanes 6 includes at least one near-tongue nozzle vane 7 located in the near-tongue region 40A and at least one far-tongue nozzle vane 8 located in the far-tongue region 40B, as shown in FIG. contains.
  • At least one near-tongue nozzle vane 7 in the variable capacity turbine 2 (2B) is arranged in the blade height direction from the hub-side end 73 of the near-tongue nozzle vane 7 to the shroud-side end 74, as shown in FIGS.
  • the maximum length MH1 of WH is shorter than the maximum length MH2 of the tongue portion distal nozzle vane 8 in the blade height direction WH.
  • the blade height position PH of the hub side end 83 in the blade height direction WH from the hub side end 83 of the tongue distal nozzle vane 8 to the shroud side end 84 is set to 0%, and the blade height position PH is 0%.
  • the blade height position PH of the shroud side end 84 in the direction WH is 100%.
  • the near tongue nozzle vanes 7 have a reduced blade height on the shroud side relative to the far tongue nozzle vanes 8 .
  • the tongue vicinity nozzle vane 7 is configured such that the blade height position PH of the shroud-side end 74 is 90% or less, and the gap G2 between the shroud-side end 74 and the shroud-side flow path surface 47 is the tongue distal nozzle vane 8 . bigger than
  • the near-tongue nozzle vanes 7 have a reduced blade height on the hub side with respect to the far-tongue nozzle vanes 8 .
  • the tongue-proximal nozzle vanes 7 are configured such that the blade height position PH of the hub-side end 73 is 10% or more, and the gap G1 between the hub-side end 73 and the hub-side flow path surface 44 is the distance between the tongue-portion distal nozzle vanes 8 . bigger than
  • the near-tongue nozzle vanes 7 have reduced hub-side and shroud-side blade heights relative to the far-tongue nozzle vanes 8 .
  • the tongue vicinity nozzle vane 7 is configured such that the blade height position PH of the shroud side end 74 is 95% or less and the blade height position PH of the hub side end 73 is 5% or more, and the gap G1 and A gap G2 is larger than the tongue distal nozzle vane 8.
  • FIG. 20 is an explanatory diagram for explaining the load evaluation result of the nozzle vane near the tongue shown in FIG.
  • the load VL acting on the nozzle vane is evaluated by the ratio of 100% to the maximum load in a certain acting direction (positive direction).
  • the load variation ⁇ VL2 between the load VL7 and the load VL8 is smaller than the load variation ⁇ VL1 between the load VL1 and the load VL2.
  • the maximum length MH1 of the near-tongue nozzle vanes 7 in the blade-height direction is reduced.
  • the amount of fluctuation in the load acting on the tongue vicinity nozzle vane 7 during one pulsation period of the internal combustion engine 10 can be reduced. Reducing the amount of fluctuation in the load acting on the tongue vicinity nozzle vane 7 can suppress the wear of the vane shaft 53 fixed to the tongue vicinity nozzle vane 7, thereby improving the reliability and durability of the variable capacity turbine 2. be able to.
  • the maximum length MH2 in the blade height direction WH from the hub side end 83 of the tongue distal nozzle vane 8 to the shroud side end 84 is 100%.
  • the at least one near-tongue nozzle vane 7 described above is configured such that the maximum length MH1 of the near-tongue nozzle vane 7 in the blade height direction WH is 90% or less.
  • the maximum length MH1 in the blade-height direction WH of the tongue-proximate nozzle vanes 7 is 90% or less of the maximum length MH2 in the blade-height direction WH of the distal-tongue nozzle vanes 8.
  • the area of the tongue vicinity nozzle vane 7 on the shroud side and the hub side can be reduced (that is, the gaps G1 and G2 are increased), so that the fluid force due to the secondary flow acting on the tongue vicinity nozzle vane 7 can be effectively reduced. It is possible to effectively reduce the fluctuation amount of the load acting on the tongue vicinity nozzle vane 7 during one cycle of pulsation of the internal combustion engine 10 . As a result, wear of the vane shaft 53 fixed to the tongue vicinity nozzle vane 7 can be effectively suppressed.
  • FIG. 21 is a diagram illustrating a suction surface of a near-tongue nozzle vane in one embodiment.
  • the at least one near tongue nozzle vane 7 described above is aligned with the leading edge of the distal tongue nozzle vane 8 at least one of the leading edge 71 or trailing edge 72 as shown in FIG. 81 or the notch 75 cut larger than the trailing edge 82, and the maximum length MH1 in the blade height direction WH of the tongue near nozzle vane 7 is the blade height direction WH of the tongue distal nozzle vane 8. Shorter than the maximum length MH2.
  • fluid force due to secondary flow is applied to the shroud-side and hub-side regions of the nozzle vane 6 .
  • This fluid force fluctuates as the pressure of the variable capacity turbine 2 fluctuates.
  • the regions of the near-tongue nozzle vanes 7 on the shroud side and the hub side can be made smaller.
  • the fluid force due to the secondary flow acting on the nozzle vanes 7 can be reduced.
  • the fluctuation amount of the load acting on the tongue vicinity nozzle vane 7 during one cycle of pulsation of the internal combustion engine 10 can be reduced.
  • the fluctuation amount of the load acting on the near-tongue nozzle vane 7 in this way the wear of the vane shaft 53 fixed to the near-tongue nozzle vane 7 having the notch 75 can be effectively suppressed.
  • the angular position of the tongue 29 about the center of the scroll in the scroll channel 25 is 0°, and the angle downstream of the scroll channel 25 from the tongue 29 is 0°.
  • the tongue vicinity region 40A satisfies the condition of ⁇ 90° ⁇ 90°.
  • the tongue vicinity region 40A preferably satisfies the condition of ⁇ 60° ⁇ 60°. More preferably, the condition ⁇ 45° ⁇ 45° is satisfied.
  • Whether or not the nozzle vane 6 is located in the tongue vicinity region 40A may be determined based on whether or not the rotation center RC of the nozzle vane 6 is located in the tongue vicinity region 40A.
  • the tongue vicinity region 40A satisfying the condition of ⁇ 90° ⁇ 90° of the angular position ⁇ is Due to pressure fluctuations during one cycle of pulsation of the internal combustion engine 10, there is a high possibility that the direction of the load acting on the nozzle vanes 6 in the region will be reversed, so the nozzle vanes 6 in the region are likely to wear out.
  • the notch portion 75 in the nozzle vane 6 positioned in the tongue vicinity region 40A satisfying the above conditions or by shortening the maximum length MH1 in the blade height direction WH the nozzle vane 6 is fixed to the tongue vicinity nozzle vane 7. Wear of the vane shaft 53 can be effectively suppressed.
  • the turbocharger 1 is configured to be driven by the above-described variable capacity turbines 2 (2A, 2B) and variable capacity turbines 2 (2A, 2B), as shown in FIG. and the centrifugal compressor 3 described above.
  • variable capacity turbine 2 since wear of the vane shaft 53 fixed to the tongue vicinity nozzle vane 7 can be suppressed, the reliability and durability of the variable capacity turbine 2 and the supercharger 1 including the variable capacity turbine 2 are improved. can be made The efficiency of the variable capacity turbine 2 is not significantly reduced by providing the notch 75 in the tongue vicinity nozzle vane 7 or by shortening the maximum length MH1 in the blade height direction WH.
  • a variable capacity turbine (2, 2A) according to at least one embodiment of the present disclosure, a turbine rotor (21); a scroll passage forming portion (26) for forming a scroll passage (25) on the outer peripheral side of the turbine rotor (21); an exhaust gas passage forming portion (4) forming an exhaust gas passage (40) for guiding exhaust gas from the scroll passage (25) to the turbine rotor (21); a variable nozzle unit (5) for adjusting the flow of the exhaust gas in the exhaust gas channel (40);
  • the variable nozzle unit (5) is a plurality of nozzle vanes (6) arranged in the exhaust gas flow path (40) at intervals in the circumferential direction of the turbine rotor (21); a rotation mechanism (51) configured to rotate the plurality of nozzle vanes (6) around their respective rotation centers (RC);
  • the exhaust gas flow path (40) is divided into a tongue portion vicinity region (40A) located in the vicinity of the tongue portion (29) of the scroll flow passage (25) and a tongue portion other than the tongue portion vicinity region (
  • the plurality of nozzle vanes (6) When divided into a far region (40B) and a plurality of nozzle vanes (6), the plurality of nozzle vanes (6) includes at least one near-tongue nozzle vane (7) located in the near-tongue region (40A) and the far-tooth region. at least one tongue distal nozzle vane (8) located at (40B); Said at least one near-tongue nozzle vane (7) is in front of said far-tongue nozzle vane (8) at at least one of the leading edge (71) or the trailing edge (72) of said near-tongue nozzle vane (7). It has a notch (75) that is larger than the edge (81) or the trailing edge (82).
  • the present inventors have found that the tongue vicinity nozzle vane (7) has a large load acting on its leading edge side and trailing edge side due to pressure fluctuations in the exhaust gas flow path (40) during one cycle of the pulsation of the internal combustion engine (10). It has been found that the change in the load on the leading edge side and the trailing edge side is one of the causes of the reversal of the acting direction of the load acting on the tongue vicinity nozzle vane (7).
  • the exhaust gas flow path (40 ) can be selectively removed, and reversal of the direction of action of the load acting on the nozzle vane near the tongue (7) can be suppressed.
  • the at least one near-tongue nozzle vane (7) has a trailing notch (77) that is the notch (75) formed in the trailing edge (72) of the near-tongue nozzle vane (7). death,
  • the trailing edge side notch (77) is located at the leading edge (71) in the blade length direction from the leading edge (71) of the tongue vicinity nozzle vane (7) toward the trailing edge (72).
  • the blade length position is included in the range of 75% or more and 100% or less. At least a portion was formed in the region (A1).
  • the trailing edge side of the nozzle vane near the tongue (7) (the blade length position is in the range of 75% or more and 100% or less) is the exhaust gas flow path during one cycle of pulsation of the internal combustion engine (10).
  • the load changes greatly due to the pressure fluctuation in (40), and the change in the load on the trailing edge side is one of the causes of the reversal of the direction of the load acting on the nozzle vane near the tongue (7).
  • at least a part of the trailing edge side notch (77) is formed on the trailing edge side of the tongue vicinity nozzle vane (7), that is, in the region (A1) included in the range of 75% or more and 100% or less of the blade length position.
  • variable capacity turbine (2, 2A) of 2) above The trailing edge side notch (77) is located at the blade height of the hub side end (73) in the blade height direction from the hub side end (73) of the tongue vicinity nozzle vane (7) toward the shroud side end (74).
  • the blade height position is a region included in the range of 15% or more and 85% or less ( A11) was formed at least in part.
  • the center of the height on the trailing edge side of the nozzle vane near the tongue (7) (the blade height position is in the range of 15% or more and 85% or less) is one cycle of pulsation of the internal combustion engine (10).
  • the load changes greatly due to pressure fluctuations in the exhaust gas flow path (40) in the inside, and the change in the load at the center height of the trailing edge side reverses the direction of action of the load acting on the nozzle vane near the tongue (7).
  • the trailing edge side notch (77) is formed in the height central portion of the trailing edge side of the tongue vicinity nozzle vane (7), that is, in the region (A11) included in the range of 15% or more and 85% or less of the blade height position.
  • a variable capacity turbine (2, 2A) according to 2) or 3) above The at least one near tongue nozzle vane (7) has a leading edge side cutout (76) that is the cutout (75) formed in the leading edge (71) of the near tongue nozzle vane (7). death, At least a portion of the leading edge side notch (76) is formed in an area (A2) in which the blade length position is in the range of 0% or more and 25% or less.
  • the leading edge side of the tongue vicinity nozzle vane (7) (the blade length position is in the range of 0% or more and 25% or less) is the exhaust gas flow path during one cycle of pulsation of the internal combustion engine (10).
  • the load changes greatly due to the pressure fluctuation in (40), and the change in the load on the leading edge side is one of the causes of the reversal of the direction of the load acting on the nozzle vane near the tongue (7).
  • at least a part of the leading edge side notch (76) is formed on the leading edge side of the tongue vicinity nozzle vane (7), that is, in the region (A2) included in the range of 0% or more and 25% or less of the blade length position.
  • the leading edge side notch (76) is located at the blade height of the hub side end (73) in the blade height direction from the hub side end (73) of the tongue vicinity nozzle vane (7) to the shroud side end (74).
  • the blade height position is a region included in the range of 15% or more and 85% or less ( A21) was formed at least in part.
  • the height central portion (in the range of 15% or more and 85% or less of the blade height position) on the leading edge side of the nozzle vane near the tongue (7) is pulsation one cycle of the internal combustion engine (10).
  • the load changes greatly due to pressure fluctuations in the exhaust gas flow path (40) inside, and the change in the load at the height center on the leading edge side reverses the direction of action of the load acting on the nozzle vane near the tongue (7). is one of the causes of For this reason, the leading edge side notch (76) is formed in the center of the height of the leading edge side of the tongue vicinity nozzle vane (7), that is, in the area (A21) included in the range of 15% or more and 85% or less of the blade height position.
  • the variable capacity turbine (2) in the variable capacity turbine (2), a high-speed flow flows in from the upstream side of the nozzle vane (6), and the nozzle vane (6) receives fluid force from the surrounding flow. Therefore, in order to keep the nozzle vane (6) at a predetermined angle, it is desirable that the torque around the center of rotation (RC) applied to the nozzle vane (6) is small.
  • the torque around the center of rotation (RC) applied to the nozzle vane (6) is small.
  • the at least one near-tongue nozzle vane (7) is configured such that the trailing cutout (77) is larger in size than the leading cutout (76).
  • the trailing edge side notch (77) has a greater effect of suppressing the reversal of the direction of action of the load acting on the tongue vicinity nozzle vane (7) than the leading edge side notch (76). For this reason, the tongue vicinity nozzle vane (7) has a trailing edge side notch (77) larger than its leading edge side notch (76), so that the direction of load acting on the tongue vicinity nozzle vane (7) is reduced. Reversal can be effectively suppressed.
  • variable capacity turbine (2, 2A) according to any one of 1) to 7) above, wherein
  • the at least one near-tongue nozzle vane (7) has a maximum length (MH1) in the blade height direction from the hub-side end (73) to the shroud-side end (74) of the near-tongue nozzle vane (7). Shorter than the tongue distal nozzle vane (8).
  • a fluid force due to secondary flow is applied to the shroud-side and hub-side regions of the nozzle vane (6).
  • This fluid force fluctuates with pressure fluctuations in the variable capacity turbine (2).
  • the shroud-side and hub-side regions of the near-tongue nozzle vane (7) can be reduced, the fluid force due to the secondary flow acting on the nozzle vane near the tongue (7) can be reduced.
  • variable capacity turbine (2, 2A) of 8) above, When the maximum length (MH2) in the blade height direction from the hub side end (83) to the shroud side end (84) of the tongue distal nozzle vane (8) is 100%, the vicinity of the at least one tongue
  • the nozzle vane (7) was configured such that the maximum length (MH1) in the blade height direction of the tongue vicinity nozzle vane (7) was 90% or less.
  • the maximum length (MH1) in the blade height direction of the nozzle vane near the tongue (7) is set to the maximum length (MH2) in the blade height direction of the far tongue nozzle vane (8).
  • the length by reducing the length to 90% or less, the areas on the shroud side and hub side of the tongue vicinity nozzle vane (7) can be reduced, so the fluid force due to the secondary flow acting on the tongue vicinity nozzle vane (7) can be reduced. It is possible to effectively reduce the fluctuation amount of the load acting on the tongue vicinity nozzle vane (7) during one cycle of pulsation of the internal combustion engine (10). As a result, wear of the vane shaft (53) fixed to the tongue vicinity nozzle vane (7) can be effectively suppressed.
  • variable capacity turbine (2) of any of 1) through 9) above, wherein Regarding the angular position around the center of the scroll in the scroll channel (25), the angular position of the tongue (29) is assumed to be 0°, and from the tongue (29) toward the downstream side of the scroll channel (25) If the angular position ⁇ is defined so that the angle gradually increases, The tongue vicinity region (40A) satisfies the condition of ⁇ 90° ⁇ 90°.
  • the near-tongue region (40A) where the angular position ⁇ satisfies the condition of ⁇ 90° ⁇ 90° is the far-tongue region (40A) where the angular position ⁇ does not satisfy the above condition.
  • 40B there is a high possibility that the direction of the load acting on the nozzle vanes (6) in the region will be reversed due to pressure fluctuations during one cycle of pulsation of the internal combustion engine (10). ) are prone to wear.
  • the notch (75) in the nozzle vane (6) located in the tongue vicinity region (40A) that satisfies the above conditions wear of the vane shaft (53) fixed to the tongue vicinity nozzle vane (7) is reduced. can be effectively suppressed.
  • a variable capacity turbine (2, 2B) according to at least one embodiment of the present disclosure, a turbine rotor (21); a scroll passage forming portion (26) for forming a scroll passage (25) on the outer peripheral side of the turbine rotor (21); an exhaust gas passage forming portion (4) forming an exhaust gas passage (40) for guiding exhaust gas from the scroll passage (25) to the turbine rotor (21); a variable nozzle unit (5) for adjusting the flow of the exhaust gas in the exhaust gas channel (40);
  • the variable nozzle unit (5) is a plurality of nozzle vanes (6) arranged in the exhaust gas flow path (40) at intervals in the circumferential direction of the turbine rotor (21); a rotation mechanism (51) configured to rotate the plurality of nozzle vanes (6) around their respective rotation centers (RC);
  • the exhaust gas flow path (40) is divided into a tongue portion vicinity region (40A) located in the vicinity of the tongue portion (29) of the scroll flow passage (25) and a tongue portion other than the tongue portion vicinity region (
  • the plurality of nozzle vanes (6) When divided into a far region (40B) and a plurality of nozzle vanes (6), the plurality of nozzle vanes (6) includes at least one near-tongue nozzle vane (7) located in the near-tongue region (40A) and the far-tooth region. at least one tongue distal nozzle vane (8) located at (40B); The at least one near-tongue nozzle vane (7) has a maximum length (MH1) in the blade height direction from the hub-side end (73) to the shroud-side end (74) of the near-tongue nozzle vane (7). Shorter than the tongue distal nozzle vane (8).
  • a fluid force due to secondary flow is applied to the shroud-side and hub-side regions of the nozzle vane (6).
  • This fluid force fluctuates with pressure fluctuations in the variable capacity turbine (2).
  • the maximum length of the near-tongue nozzle vane (7) in the blade height direction shorter than that of the far-tongue nozzle vane (8), the area of the near-tongue nozzle vane (7) on the shroud side and the hub side can be reduced. Therefore, the fluid force due to the secondary flow acting on the tongue vicinity nozzle vane (7) can be reduced.
  • the maximum length (MH1) of the tongue near nozzle vane (7) in the blade height direction shorter than that of the tongue distant nozzle vane (8), the tongue near nozzle vane (7) and the tongue distant nozzle vane Compared to the case where the maximum lengths (MH1, MH2) in the blade height direction in (8) are the same, the amount of change in the load acting on the nozzle vane near the tongue (7) during one cycle of pulsation of the internal combustion engine (10) is can be reduced.
  • the fluctuation amount of the load acting on the tongue vicinity nozzle vane (7) it is possible to suppress the wear of the vane shaft (53) fixed to the tongue vicinity nozzle vane (7). Reliability and durability can be improved.
  • a turbocharger (1) according to at least one embodiment of the present disclosure, The variable capacity turbine (2A) according to any one of 1) to 10) above; a centrifugal compressor (3) configured to be driven by the variable capacity turbine (2A).
  • the vane shaft (53) is fixed to the tongue vicinity nozzle vane (7) by providing the notch (75) in the tongue vicinity nozzle vane (7) of the variable capacity turbine (2A).
  • the reliability and durability of the variable capacity turbine (2A) and the supercharger (1) including the variable capacity turbine (2A) can be improved.
  • a turbocharger (1) according to at least one embodiment of the present disclosure, The variable capacity turbine (2B) according to 11) above; a centrifugal compressor (3) configured to be driven by the variable capacity turbine (2B).

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Abstract

可変容量タービンは、タービンロータへ排ガスを導くための排ガス流路における排ガスの流れを調整するための可変ノズルユニットを備える。可変ノズルユニットは、排ガス流路にタービンロータの周方向に間隔をあけて配置される複数のノズルベーンを含む。排ガス流路を、スクロール流路の舌部近傍に位置する舌部近傍領域と、舌部近傍領域以外の領域である舌部遠方領域と、に区分したときに、複数のノズルベーンは、舌部近傍領域に位置する少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーンと、舌部遠方領域に位置する少なくとも1つの舌部遠方ノズルベーンと、を含み、少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーンは、舌部近傍ノズルベーンの前縁端又は後縁端の少なくとも一方において、舌部遠方ノズルベーンの前縁端又は後縁端よりも大きく切りかかれた切欠部を有する。

Description

可変容量タービンおよび過給機
 本開示は、可変容量タービンおよび該可変容量タービンを備える過給機に関する。
 本願は、2021年1月21日に日本国特許庁に出願された特願2021-008254号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 内燃機関(エンジン)の排ガスのエネルギを利用して内燃機関の吸気を過給する排気ターボ過給機として、可変容量タービンを備える可変容量型排気ターボ過給機が知られている(例えば、特許文献1参照)。可変容量タービンは、該タービンのスクロール流路からタービンロータに送るための排ガス流路に複数のノズルベーンが周方向に並んで配置されており、これらのノズルベーンの翼角を外部からアクチュエータにより変化させることで、排ガス流路の流路断面積(隣接するノズルベーン間の流路)を調整できるようになっている。可変容量タービンは、排ガス流路の流路断面積を調整することで、タービンロータに導かれる排ガスの流速や圧力を変化させて過給効果を高めるものである。
 特許文献1には、ノズルベーンの後縁の翼高さ方向の中央部に設けられた切欠部により排ガス流路の中間位置付近の排ガスを早期に排出することで、圧力差に基づく隙間流れを低減させることが開示されている。
特開平11-229815号公報
 ところで、ノズルベーンは、内燃機関(エンジン)の脈動に伴い加えられる荷重が変化する。ノズルベーンに作用する荷重により、ノズルベーンに固定されたベーンシャフトと、ノズルベーンを支持する他部材との間のクリアランスが狭まり、接触することがある。可変容量タービンの運転中にベーンシャフトと上記他部材との接触が頻繁に生じると、ベーンシャフトに摩耗が生じ損傷の原因となる虞がある。
 内燃機関の脈動1周期程度の短期間において、ベーンシャフトに作用する荷重の作用方向が逆転する場合には、上記接触が頻繁に生じてベーンシャフトに摩耗の生じるリスクが高いため、対策を講じる必要がある。特に、スクロール流路の舌部近傍に配置されたノズルベーンは、排ガスの流動時に舌部で生じるウェイク(流動歪み)の影響により、内燃機関の脈動1周期程度の短期間において、ベーンシャフトに作用する荷重の作用方向が逆転することがある。なお、特許文献1は、内燃機関(エンジン)の脈動に伴うベーンシャフトの摩耗を抑制するという課題に着目したものではない。
 上述した事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態の目的は、ベーンシャフトの摩耗を抑制することにより、可変容量タービンの信頼性および耐久性を向上させることができる可変容量タービン、および該可変容量タービンを備える過給機を提供することにある。
 本開示の一実施形態にかかる可変容量タービンは、
 タービンロータと、
 前記タービンロータの外周側にスクロール流路を形成するスクロール流路形成部と、
 前記スクロール流路から前記タービンロータへ排ガスを導くための排ガス流路を形成する排ガス流路形成部と、
 前記排ガス流路における前記排ガスの流れを調整するための可変ノズルユニットと、を備え、
 前記可変ノズルユニットは、
 前記排ガス流路に前記タービンロータの周方向に間隔をあけて配置される複数のノズルベーンと、
 前記複数のノズルベーンを各々の回転中心回りに回動させるように構成された回動機構部と、を含み、
 前記排ガス流路を、前記スクロール流路の舌部近傍に位置する舌部近傍領域と、前記舌部近傍領域以外の領域である舌部遠方領域と、に区分したときに、前記複数のノズルベーンは、前記舌部近傍領域に位置する少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーンと、前記舌部遠方領域に位置する少なくとも1つの舌部遠方ノズルベーンと、を含み、
 前記少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーンは、前記舌部近傍ノズルベーンの前縁端又は後縁端の少なくとも一方において、前記舌部遠方ノズルベーンの前縁端又は後縁端よりも大きく切りかかれた切欠部を有する。
 本開示の一実施形態にかかる過給機は、
 前記可変容量タービンと、
 前記可変容量タービンにより駆動されるように構成された遠心圧縮機と、を備える。
 本開示の少なくとも一実施形態によれば、ベーンシャフトの摩耗を抑制することにより、可変容量タービンの信頼性および耐久性を向上させることができる可変容量タービン、および該可変容量タービンを備える過給機が提供される。
本開示の一実施形態にかかる過給機を備える内燃機関システムの構成を概略的に示す概略構成図である。 本開示の一実施形態にかかる可変容量タービンを備える過給機のタービン側を概略的に示す概略断面図である。 本開示の一実施形態における可変ノズルユニットを説明するための説明図である。 一実施形態におけるノズルベーンの配置を説明するための説明図である。 内燃機関の脈動条件を模擬したCFD解析条件を説明するための説明図である。 比較例における舌部近傍ノズルベーンの荷重評価結果を説明するための説明図である。 比較例における舌部遠方ノズルベーンの荷重評価結果を説明するための説明図である。 一実施形態における舌部遠方ノズルベーンの負圧面を示す図である。 一実施形態における舌部近傍ノズルベーンの負圧面を示す図である。 一実施形態における舌部近傍ノズルベーンの負圧面を示す図である。 一実施形態における舌部近傍ノズルベーンの負圧面を示す図である。 一実施形態における舌部遠方ノズルベーンの負圧面を示す図である。 図9に示される舌部近傍ノズルベーンの荷重評価結果を説明するための説明図である。 一実施形態における舌部近傍ノズルベーンの負圧面を示す図である。 一実施形態における舌部近傍ノズルベーンの負圧面を示す図である。 一実施形態における舌部近傍ノズルベーンの負圧面を示す図である。 一実施形態における舌部近傍ノズルベーンの負圧面を示す図である。 一実施形態における舌部近傍ノズルベーンの負圧面を示す図である。 一実施形態における舌部近傍ノズルベーンの負圧面を示す図である。 図17に示される舌部近傍ノズルベーンの荷重評価結果を説明するための説明図である。 一実施形態における舌部近傍ノズルベーンの負圧面を示す図である。
 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」、「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。
 なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。
(過給機)
 図1は、本開示の一実施形態にかかる過給機を備える内燃機関システムの構成を概略的に示す概略構成図である。以下の各実施形態においては、排気ターボ過給機1Aを例に挙げて説明するが、本開示は、排気ターボ過給機1A以外の過給機1に適用可能である。
 幾つかの実施形態にかかる過給機1は、図1に示されるように、内燃機関10(エンジン)から排出された排ガスのエネルギにより駆動し、流体(例えば、空気)を圧縮するように構成された排気ターボ過給機1Aを含む。過給機1(排気ターボ過給機1A)は、図1に示されるように、可変容量タービン2と、可変容量タービン2により駆動されるように構成された遠心圧縮機3と、を備える。
 過給機1は、図1に示されるように、回転シャフト11と、回転シャフト11の一方側(図1中右側)に設けられたタービンロータ21と、回転シャフト11の他方側(図1中左側)に設けられたインペラ31と、回転シャフト11を回転可能に支持するように構成されたベアリング12と、これら(回転シャフト11、タービンロータ21、インペラ31およびベアリング12)を収容するように構成されたハウジング13と、を備える。
 図示される実施形態では、ハウジング13は、タービンロータ21を収容するように構成されたタービンハウジング22と、インペラ31を収容するように構成されたコンプレッサハウジング32と、ベアリング12を収容するように構成されたベアリングハウジング14と、を含む。可変容量タービン2は、上述したタービンロータ21と、上述したタービンハウジング22と、を備える。遠心圧縮機3は、上述したインペラ31と、上述したコンプレッサハウジング32と、を備える。
 以下、回転シャフト11の軸線LAが延在する方向を回転シャフト11の軸方向Xとし、軸線LAに直交する方向を径方向Yと定義する。軸方向Xのうち、インペラ31に対してタービンロータ21が位置する側をタービン側XTとし、タービン側XTとは反対側、すなわち、タービンロータ21に対してインペラ31が位置する側をコンプレッサ側XCと定義する。また、径方向Yにおける外側を単に外周側、径方向Yにおける内側を単に内周側と表すことがある。
 ベアリングハウジング14は、軸方向Xにおいて、タービンハウジング22とコンプレッサハウジング32との間に配置されている。ベアリング12は、軸方向Xにおいて、タービンロータ21とインペラ31との間に位置し、ベアリングハウジング14に支持されている。ベアリングハウジング14は、タービンハウジング22およびコンプレッサハウジング32の夫々に、不図示の締結部材(例えば、ボルト)により締結されていてもよい。
 コンプレッサハウジング32は、その内部に気体を導入するための気体導入口33と、インペラ31を通過した気体を外部に排出するための気体排出口34と、を有する。気体導入口33は、軸方向Xにおける過給機1の一端部(コンプレッサ側XCの端部)に形成され、コンプレッサ側XCに向かって開口している。
 コンプレッサハウジング32の内部には、気体導入口33を通じてコンプレッサハウジング32の外部から導入された気体をインペラ31に導くための気体導入路35と、気体排出口34を通じてインペラ31を通過した気体を外部に排出するための渦状のスクロール流路37と、が形成されている。気体導入路35は、軸方向Xに沿って延在している。スクロール流路37は、インペラ31の外周側に形成されている。
 コンプレッサハウジング32は、気体導入路35を形成する気体導入路形成部36と、スクロール流路37を形成するスクロール流路形成部38と、を有する。気体導入口33は、気体導入路形成部36の上流端に形成され、気体排出口34は、スクロール流路形成部38の下流端に形成されている。インペラ31は、軸方向Xに沿ってコンプレッサ側XCから導入される気体を径方向Yにおける外側に導くように構成されている。
 タービンハウジング22は、その内部に排ガスを導入するための排ガス導入口23と、タービンロータ21を通過した排ガスを外部に排出するための排ガス排出口24と、を有する。排ガス排出口24は、軸方向Xにおける過給機1の他端部(タービン側XTの端部)に形成され、タービン側XTに向かって開口している。
 タービンハウジング22の内部には、排ガス導入口23を通じてタービンハウジング22の外部から導入された排ガスをタービンロータ21に導くための渦状のスクロール流路25と、排ガス排出口24を通じてタービンロータ21を通過した排ガスを外部に排出するための排ガス排出路27と、が形成されている。排ガス排出路27は、軸方向Xに沿って延在している。スクロール流路25は、タービンロータ21の外周側に形成されている。
 タービンハウジング22は、スクロール流路25を形成するスクロール流路形成部26と、排ガス排出路27を形成する排ガス排出路形成部28と、を有する。排ガス排出口24は、排ガス排出路形成部28の下流端に形成されている。タービンロータ21は、径方向Yにおける外側から導入される排ガスを軸方向Xに沿ってタービン側XTに導くように構成されている。
 過給機1は、遠心圧縮機3から内燃機関10に気体を導くための気体ライン15と、内燃機関10から可変容量タービン2に排ガスを導くための排ガスライン16と、を備える。気体ライン15は、内燃機関10にその一方側が接続され、且つ遠心圧縮機3の気体排出口34にその他方側が接続された管路151を含む。排ガスライン16は、内燃機関10にその一方側が接続され、且つ可変容量タービン2の排ガス導入口23にその他方側が接続された管路161を含む。
 遠心圧縮機3のインペラ31およびスクロール流路37を通過した気体は、気体ライン15を通じて内燃機関10(エンジン)に導かれ、内燃機関10における燃焼に供される。内燃機関10における燃焼により生じた排ガスは、排ガスライン16を通じて可変容量タービン2のスクロール流路25を通過してタービンロータ21に導かれる。
 過給機1は、内燃機関10から排出された排ガスのエネルギにより、タービンロータ21を回転させるように構成さている。インペラ31は、回転シャフト11を介してタービンロータ21に機械的に連結されているため、タービンロータ21の回転に連動して回転する。過給機1は、インペラ31の回転により、インペラ31を通過する気体を圧縮し、上記気体の密度を高めて内燃機関10に送るように構成されている。
(可変容量タービン)
 図2は、本開示の一実施形態にかかる可変容量タービンを備える過給機のタービン側を概略的に示す概略断面図である。図2において過給機1は、回転シャフト11の軸線LAに沿った断面が概略的に示されている。
 可変容量タービン2は、図2に示されるように、上述したタービンロータ21と、タービンロータ21の外周側にスクロール流路25を形成する上述したスクロール流路形成部26と、スクロール流路25からタービンロータ21へ排ガスを導くための排ガス流路(ノズル流路)40を形成する排ガス流路形成部4と、排ガス流路40における排ガスの流れを調整するための可変ノズルユニット5と、を備える。排ガス流路40は、タービンロータ21の周囲(径方向Yにおける外側)を囲むように、スクロール流路25とタービンロータ21との間に形成されている。
(排ガス流路形成部)
 排ガス流路形成部4は、図2に示されるように、ハウジング13に固定されるノズルマウント41と、ノズルマウント41よりもタービン側XTに配置され、且つノズルマウント41との間に排ガス流路40を画定するノズルプレート42と、を含む。以下、排ガス流路40におけるコンプレッサ側XCをハブ側と云い、排ガス流路40におけるタービン側XTをシュラウド側と云うことがある。
 ノズルマウント41は、タービンロータ21の外周側においてタービンロータ21の周方向に沿って延在する環状板部43を含む。ノズルマウント41は、環状板部43のタービン側XTに形成されたハブ側流路面44を有する。図示される実施形態では、ノズルマウント41は、環状板部43の外周縁部が、タービンハウジング22とベアリングハウジング14との間に挟持されることで、ハウジング13に固定されている。
 ノズルプレート42は、タービンロータ21の外周側においてタービンロータ21の周方向に沿って延在する環状板部45と、環状板部45の内周縁部から軸方向Xに沿ってタービン側XTに突出する突出部46と、を含む。ノズルプレート42は、環状板部45のコンプレッサ側XCに形成されたシュラウド側流路面47と、シュラウド側流路面47に連なり凸状に湾曲するシュラウド面48と、を有する。シュラウド面48は、環状板部45の内周縁部に形成されており、タービンロータ21の翼先端との間に隙間(クリアランス)が形成されている。
 排ガス流路40は、ハブ側流路面44とシュラウド側流路面47との間に画定される。ハブ側流路面44およびシュラウド側流路面47の夫々は、回転シャフト11の軸線LAに交差(例えば、直交)する方向に沿って延在している。シュラウド側流路面47は、ハブ側流路面44よりもタービン側XTに位置し、ハブ側流路面44に対向している。
 排ガス流路形成部4は、ノズルマウント41とノズルプレート42とを互いに離間した状態で支持する少なくとも1つのノズルサポート49をさらに含んでいてもよい。少なくとも一つのノズルサポート49は、その一方側がノズルマウント41の環状板部43に固定され、その他方側がノズルプレート42の環状板部45に固定されている。ノズルプレート42は、少なくとも1つのノズルサポート49により、ノズルマウント41から軸方向Xに離間して支持されている。図示される実施形態では、少なくとも1つのノズルサポート49は、タービンロータ21の周方向に夫々が間隔をおいて配置される複数のノズルサポート49を含む。すなわち、排ガス流路形成部4は、複数のノズルサポート49を含む。
 タービンハウジング22の内部に導入された排ガスは、スクロール流路25を通り、その次に排ガス流路40を通った後に、タービンロータ21に導かれて、タービンロータ21を回転させる。タービンロータ21を通過した排ガスは、排ガス排出路27を通った後に、排ガス排出口24からタービンハウジング22の外部に排出される。
(可変ノズルユニット)
 可変ノズルユニット5は、図2に示されるように、上述した排ガス流路40にタービンロータ21の周方向に間隔をあけて配置される複数のノズルベーン6と、複数のノズルベーン6を各々の回転中心RC回りに回動させるように構成された回動機構部51と、を含む。可変ノズルユニット5は、回動機構部51により、排ガス流路40に配置された複数のノズルベーンの翼角を変化させることで、排ガス流路40の流路断面積を調整できる。可変容量タービン2は、可変ノズルユニット5により排ガス流路40の流路断面積を増減させることで、タービンロータ21に導かれる排ガスの流速や圧力を変化させることができ、これにより可変容量タービン2の過給圧を制御できる。
 回動機構部51は、図2に示されるように、ノズルマウント41に対してタービンロータ21の周方向に沿って回転可能に設けられた環状のドライブリング52と、複数のベーンシャフト53と、複数のレバープレート54と、ドライブリング52をその軸線LC回りに回動させるように構成されたアクチュエータ55と、アクチュエータ55の駆動シャフト56の駆動(すなわち、軸線LC回りの周方向に沿った移動量)を制御するように構成されたコントローラ57(制御装置)と、を含む。
 図3は、本開示の一実施形態における可変ノズルユニットを説明するための説明図である。図3において可変ノズルユニット5は、軸方向Xにおけるコンプレッサ側XCから視た状態が概略的に示されている。
 回動機構部51は、図3に示されるように、ベーンシャフト53およびレバープレート54の夫々を、可変ノズルユニット5が含むノズルベーン6の数と同じ数だけ含んでいる。ベーンシャフト53は、その一方側がノズルベーン6に固定され、その他方側がレバープレート54の一方側に機械的に連結されている。レバープレート54の他方側はドライブリング52に機械的に連結されている。アクチュエータ55は、電動モータやエアシリンダなどを含む。アクチュエータ55の駆動シャフト56は、ドライブリング52に機械的に連結されている。
 複数のレバープレート54の夫々は、ドライブリング52に形成された被嵌合部521に嵌合する嵌合部541を含む。被嵌合部521は、ドライブリング52の外周縁部に形成される溝部522を含み、嵌合部541は、溝部522の内部に収容され、溝部522に緩く嵌合するように構成されている。
 図3に示されるように、ノズルマウント41は、軸線LA周りの周方向に沿って互いに間隔をおいた離れた位置に形成された複数の挿通孔411を有する。ノズルマウント41には、可変ノズルユニット5が含むノズルベーン6の数と同じ数だけ挿通孔411が形成されている。複数のベーンシャフト53の夫々は、複数の挿通孔411のうちの一つに回転可能に挿通されている。
 図2に示されるように、ノズルマウント41の環状板部43におけるハブ側流路面44とは反対側(コンプレッサ側XC)に位置する背面412と、ベアリングハウジング14のタービン側XTに形成された環状の溝部141と、によりそれらの内部に環状の内部空間17が形成されている。ドライブリング52および複数のレバープレート54は、ハウジング13の内部に形成された上記内部空間17に収容されている。
 アクチュエータ55から複数のノズルベーン6までの動力伝達経路では、駆動シャフト56とドライブリング52、ドライブリング52とレバープレート54、レバープレート54とベーンシャフト53、の夫々が互いに連結し合うように構成されている。コントローラ57によりアクチュエータ55が駆動されると、アクチュエータ55の駆動シャフト56の移動に伴い、ドライブリング52が軸線LCを回転中心として回動される。ドライブリング52が回動されると、レバープレート54およびベーンシャフト53を介して、複数のノズルベーン6がドライブリング52の回動に連動して各々の回転中心RC回りに回動し、その翼角を変化させる。
 ドライブリング52を周方向における一方側に回転させると、周方向において隣接するノズルベーン6同士が互いに離れる方向に移動し、ノズルベーン6間の排ガス流路40、すなわち、排ガス流路40の流路断面積が大きくなる。また、ドライブリング52を周方向における他方側に回転させると、周方向において隣接するノズルベーン6同士が互いに近づく方向に移動し、ノズルベーン6間の排ガス流路40、すなわち、排ガス流路40の流路断面積が小さくなる。排ガス流路40の流路断面積を大きくする回転方向を開方向とし、排ガス流路40の流路断面積を小さくする回転方向を閉方向とする。
 図4は、一実施形態におけるノズルベーンの配置を説明するための説明図である。図4では、可変容量タービン2を軸方向Xにおけるタービン側XTから視た状態を概略的に示している。
 複数のノズルベーン6(7、8)の夫々は、図4に示されるように、前縁端61(71、81)と後縁端62(72、82)との間に延在する一面である圧力面60A(70A、80A)と、前縁端61と後縁端62との間に延在する他面である負圧面60B(70B、80B)と、を含む翼面60(70、80)を有する。負圧面60Bは、圧力面60Aよりも径方向Yにおける内側に位置している。後縁端62は、前縁端61よりも排ガスの流れ方向における下流側に位置している。なお、複数のノズルベーン6の圧力面60Aや負圧面60Bは、湾曲形状を有していてもよい。
 複数のノズルベーン6(7、8)の夫々は、図2に示されるように、ノズルマウント41のハブ側流路面44との間に隙間(クリアランス)が形成されたハブ側端63(73、83)と、ノズルプレート42のシュラウド側流路面47との間に隙間(クリアランス)が形成されたシュラウド側端64(74、84)と、を有する。
 スクロール流路形成部26は、図4に示されるような、回転シャフト11の軸方向Xにおける一方側(タービン側XT)から視認した平面において、スクロール流路25に向かって突出する舌部29を有する。舌部29は、スクロール流路形成部26における巻き始め261と巻き終わり262との接続点を意味する。
 図4に示されるような、回転シャフト11の軸方向Xにおける一方側(例えば、タービン側XT)から視認した平面において、排ガス流路40を、スクロール流路25の舌部29近傍に位置する舌部近傍領域40Aと、舌部近傍領域40A以外の領域である舌部遠方領域40Bと、に区分する。舌部近傍領域40Aは、少なくとも舌部29に最も近いノズルベーン6(7A)が領域内に存在するように設定され、舌部遠方領域40Bは、少なくとも舌部29に最も遠いノズルベーン6(8B)が領域内に存在するように設定される。
 複数のノズルベーン6は、舌部近傍領域40Aに位置する少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン7と、舌部遠方領域40Bに位置する少なくとも1つの舌部遠方ノズルベーン8と、を含む。舌部近傍ノズルベーン7は、上記ノズルベーン7Aを含み、舌部遠方ノズルベーン8は、上記ノズルベーン8Bを含む。
(ベーンシャフトの摩耗)
 図5は、内燃機関の脈動条件を模擬したCFD解析条件を説明するための説明図である。図5に示されるように、内燃機関10の脈動条件を模擬し、内燃機関10の1周期T1中に圧力下限値PLと圧力上限値PUとの間を可変容量タービン2の入口圧力が増減するような圧力条件下において、CFD解析を行い、ノズルベーン6に作用する荷重の変化を調べた。
 図6は、比較例における舌部近傍ノズルベーンの荷重評価結果を説明するための説明図である。図7は、比較例における舌部遠方ノズルベーンの荷重評価結果を説明するための説明図である。図8は、一実施形態における舌部遠方ノズルベーンの負圧面を示す図である。図6、図7における荷重評価対象であるノズルベーンは、図8に示されるノズルベーン6(舌部遠方ノズルベーン8)と同じ形状になっており、その負圧面60B(80B)を正面とする平面視において、前縁端61(81)および後縁端62(82)の夫々が、ハブ側端63(83)からシュラウド側端64(84)までに亘り、回転中心RCの延在する方向に沿って直線状に延在している。
 図6および図7では、ノズルベーンに作用する荷重VLを或る作用方向(正方向)の最大荷重を100%とする比率で評価している。図6では、圧力下限値PLの圧力条件下に舌部29に最も近いノズルベーン7Aに作用する荷重VL1と、圧力上限値PUの圧力条件下にノズルベーン7Aに作用する荷重VL2と、を示している。荷重VL2は、荷重VL1とは作用方向が逆転している。図7では、圧力下限値PLの圧力条件下に舌部29に最も遠いノズルベーン8Bに作用する荷重VL3と、圧力上限値PUの圧力条件下にノズルベーン7Aに作用する荷重VL4と、を示している。荷重VL4は、荷重VL3と同方向に作用しており、作用方向が逆転していない。このように舌部近傍ノズルベーン7(7A)は、舌部遠方ノズルベーン8(8B)とは異なり、内燃機関10の脈動1周期中における排ガス流路40内の圧力変動により、舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の作用方向の逆転が生じることがある。内燃機関10の脈動1周期程度の短期間において、ノズルベーン6に作用する荷重の作用方向が逆転する場合には、このノズルベーン6に固定されたベーンシャフト53に摩耗が生じるリスクが高くなる虞がある。
(切欠部)
 本発明者らは、鋭意検討の結果、内燃機関10の脈動1周期中における排ガス流路40内の圧力変動により、舌部近傍ノズルベーン7の前縁側や後縁側に作用する荷重が大きく変化しており、前縁側や後縁側における荷重の変化が舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の作用方向の逆転の原因の一つになっていることを見出した。
 図9~図11の夫々は、一実施形態における舌部近傍ノズルベーンの負圧面を示す図である。
 幾つかの実施形態にかかる可変容量タービン2(2A)は、図2に示されるように、上述したタービンロータ21と、上述したスクロール流路25を形成するスクロール流路形成部26と、上述した排ガス流路40を形成する排ガス流路形成部4と、上述した複数のノズルベーン6および回動機構部51を含む可変ノズルユニット5と、を備える。複数のノズルベーン6は、図4に示されるように、舌部近傍領域40Aに位置する少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン7と、舌部遠方領域40Bに位置する少なくとも1つの舌部遠方ノズルベーン8と、を含んでいる。可変容量タービン2(2A)における少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン7は、図9~図11に示されるように、舌部近傍ノズルベーン7の前縁端71又は後縁端72の少なくとも一方において、舌部遠方ノズルベーン8の前縁端81又は後縁端82よりも大きく切りかかれた切欠部75を有する。
 図9に示される実施形態では、舌部近傍領域40Aに位置する全ての舌部近傍ノズルベーン7は、前縁端71に形成された切欠部75である前縁側切欠部76と、後縁端72に形成された切欠部75である後縁側切欠部77と、を有する。
 図10に示される実施形態では、舌部近傍領域40Aに位置する全ての舌部近傍ノズルベーン7は、後縁側切欠部77を有し、前縁端71には切欠部75(前縁側切欠部76)が形成されていない。図10に示されるような、負圧面70Bを正面とする平面視において、前縁端71は、ハブ側端73からシュラウド側端74までに亘り、回転中心RCの延在する方向に沿って直線状に延在している。
 図11に示される実施形態では、舌部近傍領域40Aに位置する全ての舌部近傍ノズルベーン7は、前縁側切欠部76を有し、後縁端72には切欠部75(後縁側切欠部77)が形成されていない。図11に示されるような、負圧面70Bを正面とする平面視において、後縁端72は、ハブ側端73からシュラウド側端74までに亘り、回転中心RCの延在する方向に沿って直線状に延在している。
 図12は、一実施形態における舌部遠方ノズルベーンの負圧面を示す図である。
 舌部遠方領域40Bに位置する全ての舌部遠方ノズルベーン8は、図8に示されるように、前縁端81および後縁端82の両方に切欠部85が形成されていなくてもよい。また、舌部遠方領域40Bに位置する少なくとも1つの舌部遠方ノズルベーン8は、図12に示されるような、前縁端81に形成された切欠部85である前縁側切欠部86、又は後縁端82に形成された切欠部85である後縁側切欠部87、の少なくとも一方を有していてもよい。図12に示される実施形態では、少なくとも1つの舌部遠方ノズルベーン8は、前縁側切欠部86および後縁側切欠部87の両方を有する。
 図12では、切欠部75と切欠部85の大きさを比較するために、舌部近傍ノズルベーン7の切欠部75(前縁側切欠部76、後縁側切欠部77)を二点鎖線で示している。図12に示されるように、舌部近傍ノズルベーン7の前縁側切欠部76は、舌部遠方ノズルベーン8の前縁側切欠部86よりも大きく切りかかれている。舌部近傍ノズルベーン7の後縁側切欠部77は、舌部遠方ノズルベーン8の後縁側切欠部87よりも大きく切りかかれている。
 なお、後縁側切欠部77、87の大小は、図12に示されるような、負圧面60Bを正面とする平面視において、後縁端62のうち回転中心RCからの最短距離が最も長い最後縁点P1を通り回転中心RCに平行な直線LR1を基準とし、後縁側切欠部77、87の上記直線LR1からの翼長さ方向における長さの総和により求められる面積F1を比較することにより求めてもよい。
 また、前縁側切欠部76、86の大小は、図12に示されるような、負圧面60Bを正面とする平面視において、前縁端61のうち回転中心RCからの最短距離が最も長い最前縁点P2を通り回転中心RCに平行な直線LR2を基準とし、前縁側切欠部76、86の上記直線LR2からの翼長さ方向における長さの総和により求められる面積F2を比較することにより求めてもよい。なお、前縁側切欠部76、86と後縁側切欠部77、87の大小についても、面積F2と面積F1を比較することにより求めてもよい。
 図13は、図9に示される舌部近傍ノズルベーンの荷重評価結果を説明するための説明図である。図13では、ノズルベーンに作用する荷重VLを或る作用方向(正方向)の最大荷重を100%とする比率で評価している。上述した圧力下限値PLの圧力条件下に上述した切欠部75を有する舌部近傍ノズルベーン7(7A)に作用する荷重VL5と、上述した圧力上限値PUの圧力条件下にノズルベーン7(7A)に作用する荷重VL6と、を示している。荷重VL6は、荷重VL5と同方向に作用しており、作用方向が逆転していない。このように舌部近傍ノズルベーン7(7A)に切欠部75を設けることで、排ガス流路40を流れる排ガスからの流体力が作用する部分を選択的に取り除くことができる。これにより、舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の作用方向の逆転を抑制できる。
 上記の構成によれば、舌部近傍ノズルベーン7の前縁端71又は後縁端72の少なくとも一方に上記切欠部75を設けることで、排ガス流路40を流れる排ガスからの流体力が作用する部分を選択的に取り除くことができ、舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の作用方向の逆転を抑制できる。舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の作用方向の逆転を抑制することで、舌部近傍ノズルベーン7に固定されたベーンシャフト53が他部材(ノズルマウント41)と衝突する回数を低減できるため、上記ベーンシャフト53の摩耗を抑制できる。
(後縁側切欠部)
 幾つかの実施形態では、上述した後縁側切欠部77は、図9、図10に示されるように、舌部近傍ノズルベーン7の前縁端71から後縁端72に向かう翼長さ方向WSにおける前縁端71の翼長さ位置PSを0%とし、翼長さ方向WSにおける後縁端72の翼長さ位置PSを100%としたときに、翼長さ位置PSが75%以上100%以下の範囲に含まれる領域A1に少なくとも一部が形成された。
 上述した領域A1は、翼長さ位置PSが75%以上90%以下の範囲に含まれることが好ましく、翼長さ位置PSが75%以上80%以下の範囲に含まれることがさらに好ましい。換言すると、後縁側切欠部77は、翼長さ位置PSが90%以下の範囲までに亘り形成されることが好ましく、翼長さ位置PSが80%以下の範囲までに亘り形成されることがさらに好ましい。図9、図10に示される実施形態では、後縁側切欠部77の少なくとも一部は、翼長さ位置PSが75%から100%までの範囲に亘り形成されている。
 上記の構成によれば、舌部近傍ノズルベーン7の後縁側(翼長さ位置が75%以上100%以下の範囲)は、内燃機関10の脈動1周期中における排ガス流路40内の圧力変動により荷重が大きく変化しており、上記後縁側における荷重の変化が舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の作用方向の逆転の原因の一つになっている。このため、舌部近傍ノズルベーン7の後縁側、すなわち、翼長さ位置が75%以上100%以下の範囲に含まれる領域A1に後縁側切欠部77の少なくとも一部を形成することにより、舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の作用方向の逆転を効果的に抑制できる。
 幾つかの実施形態では、上述した後縁側切欠部77は、図9、図10に示されるように、舌部近傍ノズルベーン7のハブ側端73からシュラウド側端74に向かう翼高さ方向WHにおけるハブ側端73の翼高さ位置PHを0%とし、翼高さ方向WHにおけるシュラウド側端74の翼高さ位置PHを100%としたときに、上述した領域A1のうち、翼高さ位置PHが15%以上85%以下の範囲に含まれる領域A11に少なくとも一部が形成された。
 上述した領域A11は、領域A1のうち、翼高さ位置PHが40%から60%までに亘る範囲を含むことが好ましく、領域A1のうち、翼高さ位置PHが20%から80%までに亘る範囲を含むことがさらに好ましい。図9、図10に示される実施形態では、後縁側切欠部77の少なくとも一部は、翼長さ位置PSが75%から100%までの範囲、且つ翼高さ位置PHが15%から85%までの範囲に亘り形成されている。
 上記の構成によれば、舌部近傍ノズルベーン7の後縁側における高さ中央部(翼高さ位置が15%以上85%以下の範囲)は、内燃機関10の脈動1周期中における排ガス流路40内の圧力変動により荷重が大きく変化しており、上記後縁側の高さ中央部における荷重の変化が舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の作用方向の逆転の原因の一つになっている。このため、舌部近傍ノズルベーン7の後縁側の高さ中央部、すなわち、翼高さ位置が15%以上85%以下の範囲に含まれる領域A11に後縁側切欠部77の少なくとも一部を形成することにより、舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の作用方向の逆転を効果的に抑制できる。
(前縁側切欠部)
 幾つかの実施形態では、上述した前縁側切欠部76は、図9、図11に示されるように、翼長さ位置PSが0%以上25%以下の範囲に含まれる領域A2に少なくとも一部が形成された。
 上述した領域A2は、翼長さ位置PSが10%以上25%以下の範囲に含まれることが好ましく、翼長さ位置PSが20%以上25%以下の範囲に含まれることがさらに好ましい。換言すると、前縁側切欠部76は、翼長さ位置PSが10%以上の範囲までに亘り形成されることが好ましく、翼長さ位置PSが20%以上の範囲までに亘り形成されることがさらに好ましい。図9、図11に示される実施形態では、前縁側切欠部76の少なくとも一部は、翼長さ位置PSが0%から25%までの範囲に亘り形成されている。
 上記の構成によれば、舌部近傍ノズルベーン7の前縁側(翼長さ位置が0%以上25%以下の範囲)は、内燃機関10の脈動1周期中における排ガス流路40内の圧力変動により荷重が大きく変化しており、上記前縁側における荷重の変化が舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の作用方向の逆転の原因の一つになっている。このため、舌部近傍ノズルベーン7の前縁側、すなわち、翼長さ位置が0%以上25%以下の範囲に含まれる領域A2に前縁側切欠部76の少なくとも一部を形成することにより、舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の作用方向の逆転を効果的に抑制できる。
 幾つかの実施形態では、上述した前縁側切欠部76は、図9、図11に示されるように、上述した領域A2のうち、翼高さ位置PHが15%以上85%以下の範囲に含まれる領域A21に少なくとも一部が形成された。
 上述した領域A21は、領域A2のうち、翼高さ位置PHが40%から60%までに亘る範囲を含むことが好ましく、領域A2のうち、翼高さ位置PHが20%から80%までに亘る範囲を含むことがさらに好ましい。図9、図11に示される実施形態では、前縁側切欠部76の少なくとも一部は、翼長さ位置PSが0%から25%までの範囲、且つ翼高さ位置PHが15%から85%までの範囲に亘り形成されている。
 上記の構成によれば、舌部近傍ノズルベーン7の前縁側における高さ中央部(翼高さ位置が15%以上85%以下の範囲)は、内燃機関10の脈動1周期中における排ガス流路40内の圧力変動により荷重が大きく変化しており、上記前縁側の高さ中央部における荷重の変化が舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の作用方向の逆転の原因の一つになっている。このため、舌部近傍ノズルベーン7の前縁側の高さ中央部、すなわち、翼高さ位置が15%以上85%以下の範囲に含まれる領域A21に前縁側切欠部76の少なくとも一部を形成することにより、舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の作用方向の逆転を効果的に抑制できる。
(前縁側切欠部と後縁側切欠部の大小関係)
 幾つかの実施形態では、図9に示されるように、上述した上述した可変容量タービン2(2A)の少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン7は、前縁側切欠部76と後縁側切欠部77の大きさが同じになるように構成された。或る実施形態では、前縁側切欠部76の面積F2と後縁側切欠部77の面積F1とが同じになっている。
 図示される実施形態では、前縁側切欠部76と後縁側切欠部77は、図9に示されるような、負圧面60Bを正面とする平面視において、翼長さ位置PSが50%の条件を満たす仮想線LVに対して線対称になるように構成されている。
 上記の構成によれば、可変容量タービン2においては、ノズルベーン6の上流側より高速流の流れが流入し、ノズルベーン6は周囲の流れにより流体力を受ける。このため、ノズルベーン6を所定の角度に保持するためには、ノズルベーン6に加わる回転中心RC周りのトルクは小さいことが望ましい。舌部近傍ノズルベーンの前縁側切欠部76と後縁側切欠部77の大きさを同じにすることにより、舌部近傍ノズルベーン7の前縁側、後縁側の夫々に加わる流体力を均等にできるため、舌部近傍ノズルベーンに加わる回転中心RC周りのトルクを小さなものにすることができる。なお、回転中心RCは、仮想線LVよりも前縁側に位置していてもよいし、仮想線LVよりも後縁側に位置していてもよい。
 図14は、一実施形態における舌部近傍ノズルベーンの負圧面を示す図である。
 幾つかの実施形態では、図14に示されるように、上述した可変容量タービン2(2A)の少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン7は、後縁側切欠部77の大きさが前縁側切欠部76よりも大きくなるように構成された。或る実施形態では、後縁側切欠部77の面積F1が前縁側切欠部76の面積F2よりも大きい。
 上記の構成によれば、後縁側切欠部77は、前縁側切欠部76よりも舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の作用方向の逆転の抑制効果が大きい。このため、舌部近傍ノズルベーン7は、その後縁側切欠部77をその前縁側切欠部76よりも大きくすることで、舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の作用方向の逆転を効果的に抑制できる。
 図15および図16の夫々は、一実施形態における舌部近傍ノズルベーンの負圧面を示す図である。
 幾つかの実施形態では、上述した前縁側切欠部76は、図9、図11に示されるように、翼高さ位置PHが0%以上15%未満の範囲や85%を越えて100%以下の範囲には形成されていない。前縁端71は、図9、図11に示されるような、負圧面60Bを正面とする平面視において、前縁側切欠部76のハブ側端から翼高さ方向WHと逆方向に沿って延在するハブ側辺711と、前縁側切欠部76のシュラウド側端から翼高さ方向WHに沿って延在するシュラウド側辺712と、を有する。ハブ側辺711は、ハブ側端73に連なり、シュラウド側辺712は、シュラウド側端74に連なる。
 幾つかの実施形態では、上述した後縁側切欠部77は、図9、図10に示されるように、翼高さ位置PHが0%以上15%未満の範囲や85%を越えて100%以下の範囲には形成されていない。後縁端72は、図9、図10に示されるような、負圧面60Bを正面とする平面視において、後縁側切欠部77のハブ側端から翼高さ方向WHと逆方向に沿って延在するハブ側辺721と、後縁側切欠部77のシュラウド側端から翼高さ方向WHに沿って延在するシュラウド側辺722と、を有する。ハブ側辺721は、ハブ側端73に連なり、シュラウド側辺722は、シュラウド側端74に連なる。
 なお、前縁側切欠部76および後縁側切欠部77は、図15、図16に示されるように、翼高さ位置PHが0%以上15%未満の範囲に少なくとも一部が形成されていてもよいし、翼高さ位置PHが85%を越えて100%以下の範囲に少なくとも一部が形成されていてもよい。また、図16に示されるように、翼長さ位置PSが25%を超えて75%未満の範囲に少なくとも一部が形成されていてもよい。
(ノズルベーンの翼高さの大小)
 図17~図19の夫々は、一実施形態における舌部近傍ノズルベーンの負圧面を示す図である。
 幾つかの実施形態にかかる可変容量タービン2(2B)は、図2に示されるように、上述したタービンロータ21と、上述したスクロール流路25を形成するスクロール流路形成部26と、上述した排ガス流路40を形成する排ガス流路形成部4と、上述した複数のノズルベーン6および回動機構部51を含む可変ノズルユニット5と、を備える。複数のノズルベーン6は、図4に示されるように、舌部近傍領域40Aに位置する少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン7と、舌部遠方領域40Bに位置する少なくとも1つの舌部遠方ノズルベーン8と、を含んでいる。可変容量タービン2(2B)における少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン7は、図17~図19に示されるように、舌部近傍ノズルベーン7のハブ側端73からシュラウド側端74に向かう翼高さ方向WHの最大長さMH1が前記舌部遠方ノズルベーン8の翼高さ方向WHの最大長さMH2よりも短い。
 図17~図19の夫々では、舌部遠方ノズルベーン8のハブ側端83からシュラウド側端84に向かう翼高さ方向WHにおけるハブ側端83の翼高さ位置PHを0%とし、翼高さ方向WHにおけるシュラウド側端84の翼高さ位置PHを100%としている。
 図17に示される実施形態では、舌部近傍ノズルベーン7は、舌部遠方ノズルベーン8に対してシュラウド側の翼高さが低減されている。舌部近傍ノズルベーン7は、シュラウド側端74の翼高さ位置PHが90%以下になるように構成され、シュラウド側端74とシュラウド側流路面47との間の隙間G2が舌部遠方ノズルベーン8よりも大きい。
 図18に示される実施形態では、舌部近傍ノズルベーン7は、舌部遠方ノズルベーン8に対してハブ側の翼高さが低減されている。舌部近傍ノズルベーン7は、ハブ側端73の翼高さ位置PHが10%以上になるように構成され、ハブ側端73とハブ側流路面44との間の隙間G1が舌部遠方ノズルベーン8よりも大きい。
 図19に示される実施形態では、舌部近傍ノズルベーン7は、舌部遠方ノズルベーン8に対してハブ側およびシュラウド側の翼高さが低減されている。舌部近傍ノズルベーン7は、シュラウド側端74の翼高さ位置PHが95%以下に、且つハブ側端73の翼高さ位置PHが5%以上になるように構成され、上述した隙間G1および隙間G2が舌部遠方ノズルベーン8よりも大きい。
 図20は、図17に示される舌部近傍ノズルベーンの荷重評価結果を説明するための説明図である。図20では、ノズルベーンに作用する荷重VLを或る作用方向(正方向)の最大荷重を100%とする比率で評価している。上述した圧力下限値PLの圧力条件下に最大長さMH1が最大長さMH2よりも短い舌部近傍ノズルベーン7(7A)に作用する荷重VL7と、上述した圧力上限値PUの圧力条件下に最大長さMH1が最大長さMH2よりも短いノズルベーン7(7A)に作用する荷重VL8と、を示している。また、上述した圧力下限値PLの圧力条件下に最大長さMH1と最大長さMH2が同じ舌部近傍ノズルベーン7(7A)に作用する荷重VL1と、上述した圧力上限値PUの圧力条件下に最大長さMH1と最大長さMH2よりが同じノズルベーン7(7A)に作用する荷重VL2と、を併せて示している。荷重VL7と荷重VL8との間の荷重の変動量ΔVL2は、荷重VL1と荷重VL2との間の荷重の変動量ΔVL1よりも低減している。
 上記の構成によれば、ノズルベーン6のシュラウド側およびハブ側の領域には、二次流れによる流体力が加えられる。この流体力は、可変容量タービン2の圧力変動に伴い変動する。舌部近傍ノズルベーン7の翼高さ方向の最大長さMH1を、舌部遠方ノズルベーン8よりも短くすることにより、舌部近傍ノズルベーン7のシュラウド側やハブ側の領域を小さく(すなわち、上記隙間G1やG2を大きく)できるため、舌部近傍ノズルベーン7に作用する上記二次流れによる流体力を低減できる。このため、舌部近傍ノズルベーン7の翼高さ方向の最大長さMH1を、舌部遠方ノズルベーン8よりも短くすることにより、舌部近傍ノズルベーン7と舌部遠方ノズルベーン8の翼高さ方向の最大長さMH1、MH2が同じ場合に比べて、内燃機関10の脈動1周期中に舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の変動量を低減できる。舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の変動量を低減することにより、舌部近傍ノズルベーン7に固定されたベーンシャフト53の摩耗を抑制できるため、可変容量タービン2の信頼性および耐久性を向上させることができる。
 幾つかの実施形態では、図17~図19に示されるように、舌部遠方ノズルベーン8のハブ側端83からシュラウド側端84に向かう翼高さ方向WHの最大長さMH2を100%としたときに、上述した少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン7は、舌部近傍ノズルベーン7の翼高さ方向WHの最大長さMH1が90%以下の長さになるように構成された。
 上記の構成によれば、舌部近傍ノズルベーン7の翼高さ方向WHの最大長さMH1を、舌部遠方ノズルベーン8の翼高さ方向WHの最大長さMH2に対して90%以下の長さにすることにより、舌部近傍ノズルベーン7のシュラウド側やハブ側の領域を小さく(すなわち、上記隙間G1やG2を大きく)できるため、舌部近傍ノズルベーン7に作用する二次流れによる流体力を効果的に低減でき、内燃機関10の脈動1周期中に舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の変動量を効果的に低減できる。これにより、舌部近傍ノズルベーン7に固定されたベーンシャフト53の摩耗を効果的に抑制できる。
 図21は、一実施形態における舌部近傍ノズルベーンの負圧面を示す図である。
 幾つかの実施形態では、上述した少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン7は、図21に示されるように、前縁端71又は後縁端72の少なくとも一方において、舌部遠方ノズルベーン8の前縁端81又は後縁端82よりも大きく切りかかれた切欠部75を有し、且つ舌部近傍ノズルベーン7の翼高さ方向WHの最大長さMH1が前記舌部遠方ノズルベーン8の翼高さ方向WHの最大長さMH2よりも短い。
 上記の構成によれば、ノズルベーン6のシュラウド側およびハブ側の領域には、二次流れによる流体力が加えられる。この流体力は、可変容量タービン2の圧力変動に伴い変動する。舌部近傍ノズルベーン7の翼高さ方向の最大長さMH1を、舌部遠方ノズルベーン8よりも短くすることにより、舌部近傍ノズルベーン7のシュラウド側やハブ側の領域を小さくできるため、舌部近傍ノズルベーン7に作用する二次流れによる流体力を低減できる。上記二次流れによる流体力を低減することで、内燃機関10の脈動1周期中に舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の変動量を低減できる。このように舌部近傍ノズルベーン7に作用する荷重の変動量を低減することにより、上記切欠部75を有する舌部近傍ノズルベーン7に固定されたベーンシャフト53の摩耗を効果的に抑制できる。
 幾つかの実施形態では、図4に示されるように、スクロール流路25におけるスクロール中心周りの角度位置について、舌部29の角度位置を0°とし、舌部29からスクロール流路25の下流側に向かって徐々に角度が大きくなるように角度位置αを定義した場合に、舌部近傍領域40Aは、-90°≦α≦90°の条件を満たす。舌部近傍領域40Aは、好ましくは-60°≦α≦60°の条件を満たす。さらに好ましくは、-45°≦α≦45°の条件を満たす。なお、ノズルベーン6が舌部近傍領域40Aに位置するか否かは、ノズルベーン6の回転中心RCが舌部近傍領域40Aに位置するか否かにより判断するようにしてもよい。
 上記の構成によれば、上記角度位置αが-90°≦α≦90°の条件を満たす舌部近傍領域40Aは、上記角度位置αが上記条件を満たさない舌部遠方領域40Bに比べて、内燃機関10の脈動1周期中における圧力変動により、領域内のノズルベーン6に作用する荷重の作用方向が逆転する可能性が高いため、領域内のノズルベーン6に摩耗が生じ易い。上記条件を満たす舌部近傍領域40Aに位置するノズルベーン6に上記切欠部75を設けたり、翼高さ方向WHの最大長さMH1を短くしたりすることにより、舌部近傍ノズルベーン7に固定されたベーンシャフト53の摩耗を効果的に抑制できる。
 幾つかの実施形態にかかる過給機1は、図2に示されるように、上述した可変容量タービン2(2A、2B)と、可変容量タービン2(2A、2B)により駆動されるように構成された上述した遠心圧縮機3と、を備える。
 上記の構成によれば、舌部近傍ノズルベーン7に固定されたベーンシャフト53の摩耗を抑制できるため、可変容量タービン2、および可変容量タービン2を備える過給機1の信頼性および耐久性を向上させることができる。なお、舌部近傍ノズルベーン7に上記切欠部75を設けたり、翼高さ方向WHの最大長さMH1を短くしたりすることにより、可変容量タービン2の効率が著しく低減することはない。
 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。
 上述した幾つかの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ものである。
1)本開示の少なくとも一実施形態にかかる可変容量タービン(2、2A)は、
 タービンロータ(21)と、
 前記タービンロータ(21)の外周側にスクロール流路(25)を形成するスクロール流路形成部(26)と、
 前記スクロール流路(25)から前記タービンロータ(21)へ排ガスを導くための排ガス流路(40)を形成する排ガス流路形成部(4)と、
 前記排ガス流路(40)における前記排ガスの流れを調整するための可変ノズルユニット(5)と、を備え、
 前記可変ノズルユニット(5)は、
 前記排ガス流路(40)に前記タービンロータ(21)の周方向に間隔をあけて配置される複数のノズルベーン(6)と、
 前記複数のノズルベーン(6)を各々の回転中心(RC)回りに回動させるように構成された回動機構部(51)と、を含み、
 前記排ガス流路(40)を、前記スクロール流路(25)の舌部(29)近傍に位置する舌部近傍領域(40A)と、前記舌部近傍領域(40A)以外の領域である舌部遠方領域(40B)と、に区分したときに、前記複数のノズルベーン(6)は、前記舌部近傍領域(40A)に位置する少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン(7)と、前記舌部遠方領域(40B)に位置する少なくとも1つの舌部遠方ノズルベーン(8)と、を含み、
 前記少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン(7)は、前記舌部近傍ノズルベーン(7)の前縁端(71)又は後縁端(72)の少なくとも一方において、前記舌部遠方ノズルベーン(8)の前縁端(81)又は後縁端(82)よりも大きく切り掛かれた切欠部(75)を有する。
 本発明者らは、舌部近傍ノズルベーン(7)は、内燃機関(10)の脈動1周期中における排ガス流路(40)内の圧力変動により、その前縁側や後縁側に作用する荷重が大きく変化しており、前縁側や後縁側における荷重の変化が舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の作用方向の逆転の原因の一つになっていることを見出した。
 上記1)の構成によれば、舌部近傍ノズルベーン(7)の前縁端(71)又は後縁端(72)の少なくとも一方に上記切欠部(75)を設けることで、排ガス流路(40)を流れる排ガスからの流体力が作用する部分を選択的に取り除くことができ、舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の作用方向の逆転を抑制できる。舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の作用方向の逆転を抑制することで、舌部近傍ノズルベーン(7)に固定されたベーンシャフト(53)が他部材と衝突する回数を低減できるため、上記ベーンシャフト(53)の摩耗を抑制できる。
2)幾つかの実施形態では、上記1)に記載の可変容量タービン(2、2A)であって、
 前記少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン(7)は、前記舌部近傍ノズルベーン(7)の前記後縁端(72)に形成された前記切欠部(75)である後縁側切欠部(77)を有し、
 前記後縁側切欠部(77)は、前記舌部近傍ノズルベーン(7)の前記前縁端(71)から前記後縁端(72)に向かう翼長さ方向における前記前縁端(71)の翼長さ位置を0%とし、前記翼長さ方向における前記後縁端(72)の翼長さ位置を100%としたときに、翼長さ位置が75%以上100%以下の範囲に含まれる領域(A1)に少なくとも一部が形成された。
 上記2)の構成によれば、舌部近傍ノズルベーン(7)の後縁側(翼長さ位置が75%以上100%以下の範囲)は、内燃機関(10)の脈動1周期中における排ガス流路(40)内の圧力変動により荷重が大きく変化しており、上記後縁側における荷重の変化が舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の作用方向の逆転の原因の一つになっている。このため、舌部近傍ノズルベーン(7)の後縁側、すなわち、翼長さ位置が75%以上100%以下の範囲に含まれる領域(A1)に後縁側切欠部(77)の少なくとも一部を形成することにより、舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の作用方向の逆転を効果的に抑制できる。
3)幾つかの実施形態では、上記2)に記載の可変容量タービン(2、2A)であって、
 前記後縁側切欠部(77)は、前記舌部近傍ノズルベーン(7)のハブ側端(73)からシュラウド側端(74)に向かう翼高さ方向における前記ハブ側端(73)の翼高さ位置を0%とし、前記翼高さ方向における前記シュラウド側端(74)の翼高さ位置を100%としたときに、翼高さ位置が15%以上85%以下の範囲に含まれる領域(A11)に少なくとも一部が形成された。
 上記3)の構成によれば、舌部近傍ノズルベーン(7)の後縁側における高さ中央部(翼高さ位置が15%以上85%以下の範囲)は、内燃機関(10)の脈動1周期中における排ガス流路(40)内の圧力変動により荷重が大きく変化しており、上記後縁側の高さ中央部における荷重の変化が舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の作用方向の逆転の原因の一つになっている。このため、舌部近傍ノズルベーン(7)の後縁側の高さ中央部、すなわち、翼高さ位置が15%以上85%以下の範囲に含まれる領域(A11)に後縁側切欠部(77)の少なくとも一部を形成することにより、舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の作用方向の逆転を効果的に抑制できる。
4)幾つかの実施形態では、上記2)又は3)に記載の可変容量タービン(2、2A)であって、
 前記少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン(7)は、前記舌部近傍ノズルベーン(7)の前記前縁端(71)に形成された前記切欠部(75)である前縁側切欠部(76)を有し、
 前記前縁側切欠部(76)は、前記翼長さ位置が0%以上25%以下の範囲に含まれる領域(A2)に少なくとも一部が形成された。
 上記4)の構成によれば、舌部近傍ノズルベーン(7)の前縁側(翼長さ位置が0%以上25%以下の範囲)は、内燃機関(10)の脈動1周期中における排ガス流路(40)内の圧力変動により荷重が大きく変化しており、上記前縁側における荷重の変化が舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の作用方向の逆転の原因の一つになっている。このため、舌部近傍ノズルベーン(7)の前縁側、すなわち、翼長さ位置が0%以上25%以下の範囲に含まれる領域(A2)に前縁側切欠部(76)の少なくとも一部を形成することにより、舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の作用方向の逆転を効果的に抑制できる。
5)幾つかの実施形態では、上記4)に記載の可変容量タービン(2、2A)であって、
 前記前縁側切欠部(76)は、前記舌部近傍ノズルベーン(7)のハブ側端(73)からシュラウド側端(74)に向かう翼高さ方向における前記ハブ側端(73)の翼高さ位置を0%とし、前記翼高さ方向における前記シュラウド側端(74)の翼高さ位置を100%としたときに、翼高さ位置が15%以上85%以下の範囲に含まれる領域(A21)に少なくとも一部が形成された。
 上記5)の構成によれば、舌部近傍ノズルベーン(7)の前縁側における高さ中央部(翼高さ位置が15%以上85%以下の範囲)は、内燃機関(10)の脈動1周期中における排ガス流路(40)内の圧力変動により荷重が大きく変化しており、上記前縁側の高さ中央部における荷重の変化が舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の作用方向の逆転の原因の一つになっている。このため、舌部近傍ノズルベーン(7)の前縁側の高さ中央部、すなわち、翼高さ位置が15%以上85%以下の範囲に含まれる領域(A21)に前縁側切欠部(76)の少なくとも一部を形成することにより、舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の作用方向の逆転を効果的に抑制できる。
6)幾つかの実施形態では、上記4)又は5)に記載の可変容量タービン(2、2A)であって、
 前記少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン(7)は、前記前縁側切欠部(76)と前記後縁側切欠部(77)の大きさが同じになるように構成された。
 上記6)の構成によれば、可変容量タービン(2)においては、ノズルベーン(6)の上流側より高速流の流れが流入し、ノズルベーン(6)は周囲の流れにより流体力を受ける。このため、ノズルベーン(6)を所定の角度に保持するためには、ノズルベーン(6)に加わる回転中心(RC)周りのトルクは小さいことが望ましい。舌部近傍ノズルベーンの前縁側切欠部(76)と後縁側切欠部(77)の大きさを同じにすることにより、舌部近傍ノズルベーン(7)の前縁側、後縁側の夫々に加わる流体力を均等にできるため、舌部近傍ノズルベーンに加わる回転中心(RC)周りのトルクを小さなものにすることができる。
7)幾つかの実施形態では、上記4)又は5)に記載の可変容量タービン(2、2A)であって、
 前記少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン(7)は、前記後縁側切欠部(77)の大きさが前記前縁側切欠部(76)よりも大きくなるように構成された。
 上記7)の構成によれば、後縁側切欠部(77)は、前縁側切欠部(76)よりも舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の作用方向の逆転の抑制効果が大きい。このため、舌部近傍ノズルベーン(7)は、その後縁側切欠部(77)をその前縁側切欠部(76)よりも大きくすることで、舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の作用方向の逆転を効果的に抑制できる。
8)幾つかの実施形態では、上記1)から上記7)までの何れかに記載の可変容量タービン(2、2A)であって、
 前記少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン(7)は、前記舌部近傍ノズルベーン(7)のハブ側端(73)からシュラウド側端(74)に向かう翼高さ方向の最大長さ(MH1)が前記舌部遠方ノズルベーン(8)よりも短い。
 上記8)の構成によれば、ノズルベーン(6)のシュラウド側およびハブ側の領域には、二次流れによる流体力が加えられる。この流体力は、可変容量タービン(2)の圧力変動に伴い変動する。舌部近傍ノズルベーン(7)の翼高さ方向の最大長さ(MH1)を、舌部遠方ノズルベーン(8)よりも短くすることにより、舌部近傍ノズルベーン(7)のシュラウド側やハブ側の領域を小さくできるため、舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する二次流れによる流体力を低減できる。上記二次流れによる流体力を低減することで、内燃機関(10)の脈動1周期中に舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の変動量を低減できる。このように舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の変動量を低減することにより、上記切欠部(75)を有する舌部近傍ノズルベーン(7)に固定されたベーンシャフト(53)の摩耗を効果的に抑制できる。
9)幾つかの実施形態では、上記8)に記載の可変容量タービン(2、2A)であって、
 前記舌部遠方ノズルベーン(8)のハブ側端(83)からシュラウド側端(84)に向かう翼高さ方向の最大長さ(MH2)を100%としたときに、前記少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン(7)は、前記舌部近傍ノズルベーン(7)の前記翼高さ方向の最大長さ(MH1)が90%以下の長さになるように構成された。
 上記9)の構成によれば、舌部近傍ノズルベーン(7)の翼高さ方向の最大長さ(MH1)を、舌部遠方ノズルベーン(8)の翼高さ方向の最大長さ(MH2)に対して90%以下の長さにすることにより、舌部近傍ノズルベーン(7)のシュラウド側やハブ側の領域を小さくできるため、舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する二次流れによる流体力を効果的に低減でき、内燃機関(10)の脈動1周期中に舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の変動量を効果的に低減できる。これにより、舌部近傍ノズルベーン(7)に固定されたベーンシャフト(53)の摩耗を効果的に抑制できる。
10)幾つかの実施形態では、上記1)から上記9)までの何れかに記載の可変容量タービン(2)であって、
 前記スクロール流路(25)におけるスクロール中心周りの角度位置について、前記舌部(29)の角度位置を0°とし、前記舌部(29)から前記スクロール流路(25)の下流側に向かって徐々に角度が大きくなるように角度位置αを定義した場合に、
 前記舌部近傍領域(40A)は、-90°≦α≦90°の条件を満たす。
 上記10)の構成によれば、上記角度位置αが-90°≦α≦90°の条件を満たす舌部近傍領域(40A)は、上記角度位置αが上記条件を満たさない舌部遠方領域(40B)に比べて、内燃機関(10)の脈動1周期中における圧力変動により、領域内のノズルベーン(6)に作用する荷重の作用方向が逆転する可能性が高いため、領域内のノズルベーン(6)に摩耗が生じ易い。上記条件を満たす舌部近傍領域(40A)に位置するノズルベーン(6)に上記切欠部(75)を設けることにより、舌部近傍ノズルベーン(7)に固定されたベーンシャフト(53)の摩耗を効果的に抑制できる。
11)本開示の少なくとも一実施形態にかかる可変容量タービン(2、2B)は、
 タービンロータ(21)と、
 前記タービンロータ(21)の外周側にスクロール流路(25)を形成するスクロール流路形成部(26)と、
 前記スクロール流路(25)から前記タービンロータ(21)へ排ガスを導くための排ガス流路(40)を形成する排ガス流路形成部(4)と、
 前記排ガス流路(40)における前記排ガスの流れを調整するための可変ノズルユニット(5)と、を備え、
 前記可変ノズルユニット(5)は、
 前記排ガス流路(40)に前記タービンロータ(21)の周方向に間隔をあけて配置される複数のノズルベーン(6)と、
 前記複数のノズルベーン(6)を各々の回転中心(RC)回りに回動させるように構成された回動機構部(51)と、を含み、
 前記排ガス流路(40)を、前記スクロール流路(25)の舌部(29)近傍に位置する舌部近傍領域(40A)と、前記舌部近傍領域(40A)以外の領域である舌部遠方領域(40B)と、に区分したときに、前記複数のノズルベーン(6)は、前記舌部近傍領域(40A)に位置する少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン(7)と、前記舌部遠方領域(40B)に位置する少なくとも1つの舌部遠方ノズルベーン(8)と、を含み、
 前記少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーン(7)は、前記舌部近傍ノズルベーン(7)のハブ側端(73)からシュラウド側端(74)に向かう翼高さ方向の最大長さ(MH1)が前記舌部遠方ノズルベーン(8)よりも短い。
 上記11)の構成によれば、ノズルベーン(6)のシュラウド側およびハブ側の領域には、二次流れによる流体力が加えられる。この流体力は、可変容量タービン(2)の圧力変動に伴い変動する。舌部近傍ノズルベーン(7)の翼高さ方向の最大長さを、舌部遠方ノズルベーン(8)よりも短くすることにより、舌部近傍ノズルベーン(7)のシュラウド側やハブ側の領域を小さくできるため、舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する上記二次流れによる流体力を低減できる。このため、舌部近傍ノズルベーン(7)の翼高さ方向の最大長さ(MH1)を、舌部遠方ノズルベーン(8)よりも短くすることにより、舌部近傍ノズルベーン(7)と舌部遠方ノズルベーン(8)の翼高さ方向の最大長さ(MH1、MH2)が同じ場合に比べて、内燃機関(10)の脈動1周期中に舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の変動量を低減できる。舌部近傍ノズルベーン(7)に作用する荷重の変動量を低減することにより、舌部近傍ノズルベーン(7)に固定されたベーンシャフト(53)の摩耗を抑制できるため、可変容量タービン(2)の信頼性および耐久性を向上させることができる。
12)本開示の少なくとも一実施形態にかかる過給機(1)は、
 上記1)から上記10)までの何れかに記載の可変容量タービン(2A)と、
 前記可変容量タービン(2A)により駆動されるように構成された遠心圧縮機(3)と、を備える。
 上記12)の構成によれば、可変容量タービン(2A)の舌部近傍ノズルベーン(7)に切欠部(75)を設けることにより、舌部近傍ノズルベーン(7)に固定されたベーンシャフト(53)の摩耗を抑制できるため、可変容量タービン(2A)、および可変容量タービン(2A)を備える過給機(1)の信頼性および耐久性を向上させることができる。
13)本開示の少なくとも一実施形態にかかる過給機(1)は、
 上記11)に記載の可変容量タービン(2B)と、
 前記可変容量タービン(2B)により駆動されるように構成された遠心圧縮機(3)と、を備える。
 上記13)の構成によれば、可変容量タービン(2B)の舌部近傍ノズルベーン(7)の翼高さ方向の最大長さ(MH1)を短いものにすることにより、舌部近傍ノズルベーン(7)に固定されたベーンシャフト(53)の摩耗を抑制できるため、可変容量タービン(2B)、および可変容量タービン(2B)を備える過給機(1)の信頼性および耐久性を向上させることができる。
1     過給機
1A    排気ターボ過給機
2,2A,2B 可変容量タービン
3     遠心圧縮機
4     排ガス流路形成部
5     可変ノズルユニット
6     ノズルベーン
7,7A  舌部近傍ノズルベーン
8,8B  舌部遠方ノズルベーン
10    内燃機関
11    回転シャフト
12    ベアリング
13    ハウジング
14    ベアリングハウジング
15    気体ライン
16    排ガスライン
17    内部空間
21    タービンロータ
22    タービンハウジング
23    排ガス導入口
24    排ガス排出口
25    スクロール流路
26    スクロール流路形成部
27    排ガス排出路
28    排ガス排出路形成部
29    舌部
31    インペラ
32    コンプレッサハウジング
33    気体導入口
34    気体排出口
35    気体導入路
36    気体導入路形成部
37    スクロール流路
38    スクロール流路形成部
40    排ガス流路
40A   舌部近傍領域
40B   舌部遠方領域
41    ノズルマウント
42    ノズルプレート
43,45 環状板部
44    ハブ側流路面
46    突出部
47    シュラウド側流路面
48    シュラウド面
49    ノズルサポート
51    回動機構部
52    ドライブリング
53    ベーンシャフト
54    レバープレート
55    アクチュエータ
56    駆動シャフト
57    コントローラ
60,70,80 翼面
60A,70A,80A 圧力面
60B,70B,80B 負圧面
61,71,81 前縁端
62,72,82 後縁端
63,73,83 ハブ側端
64,74,84 シュラウド側端
75,85 切欠部
76,86 前縁側切欠部
77,87 後縁側切欠部
A1,A2,A11,A21 領域
F1,F2 面積
G1,G2 隙間
LA,LC 軸線
LR1,LR2 直線
LV    仮想線
P1    最後縁点
P2    最前縁点
PH    翼高さ位置
PL    圧力下限値
PS    翼長さ位置
PU    圧力上限値
RC    回転中心
T1    周期
VL,VL1~VL8 荷重
WH    翼高さ方向
WS    翼長さ方向
X     (回転シャフトの)軸方向
XC    コンプレッサ側
XT    タービン側
Y     (回転シャフトの)径方向

Claims (13)

  1.  タービンロータと、
     前記タービンロータの外周側にスクロール流路を形成するスクロール流路形成部と、
     前記スクロール流路から前記タービンロータへ排ガスを導くための排ガス流路を形成する排ガス流路形成部と、
     前記排ガス流路における前記排ガスの流れを調整するための可変ノズルユニットと、を備え、
     前記可変ノズルユニットは、
     前記排ガス流路に前記タービンロータの周方向に間隔をあけて配置される複数のノズルベーンと、
     前記複数のノズルベーンを各々の回転中心回りに回動させるように構成された回動機構部と、を含み、
     前記排ガス流路を、前記スクロール流路の舌部近傍に位置する舌部近傍領域と、前記舌部近傍領域以外の領域である舌部遠方領域と、に区分したときに、前記複数のノズルベーンは、前記舌部近傍領域に位置する少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーンと、前記舌部遠方領域に位置する少なくとも1つの舌部遠方ノズルベーンと、を含み、
     前記少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーンは、前記舌部近傍ノズルベーンの前縁端又は後縁端の少なくとも一方において、前記舌部遠方ノズルベーンの前縁端又は後縁端よりも大きく切りかかれた切欠部を有する、
    可変容量タービン。
  2.  前記少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーンは、前記舌部近傍ノズルベーンの前記後縁端に形成された前記切欠部である後縁側切欠部を有し、
     前記後縁側切欠部は、前記舌部近傍ノズルベーンの前記前縁端から前記後縁端に向かう翼長さ方向における前記前縁端の翼長さ位置を0%とし、前記翼長さ方向における前記後縁端の翼長さ位置を100%としたときに、翼長さ位置が75%以上100%以下の範囲に含まれる領域に少なくとも一部が形成された、
    請求項1に記載の可変容量タービン。
  3.  前記後縁側切欠部は、前記舌部近傍ノズルベーンのハブ側端からシュラウド側端に向かう翼高さ方向における前記ハブ側端の翼高さ位置を0%とし、前記翼高さ方向における前記シュラウド側端の翼高さ位置を100%としたときに、翼高さ位置が15%以上85%以下の範囲に含まれる領域に少なくとも一部が形成された、
    請求項2に記載の可変容量タービン。
  4.  前記少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーンは、前記舌部近傍ノズルベーンの前記前縁端に形成された前記切欠部である前縁側切欠部を有し、
     前記前縁側切欠部は、前記翼長さ位置が0%以上25%以下の範囲に含まれる領域に少なくとも一部が形成された、
    請求項2又は3に記載の可変容量タービン。
  5.  前記前縁側切欠部は、前記舌部近傍ノズルベーンのハブ側端からシュラウド側端に向かう翼高さ方向における前記ハブ側端の翼高さ位置を0%とし、前記翼高さ方向における前記シュラウド側端の翼高さ位置を100%としたときに、翼高さ位置が15%以上85%以下の範囲に含まれる領域に少なくとも一部が形成された、
    請求項4に記載の可変容量タービン。
  6.  前記少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーンは、前記前縁側切欠部と前記後縁側切欠部の大きさが同じになるように構成された、
    請求項4又は5に記載の可変容量タービン。
  7.  前記少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーンは、前記後縁側切欠部の大きさが前記前縁側切欠部よりも大きくなるように構成された、
    請求項4又は5に記載の可変容量タービン。
  8.  前記少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーンは、前記舌部近傍ノズルベーンのハブ側端からシュラウド側端に向かう翼高さ方向の最大長さが前記舌部遠方ノズルベーンよりも短い、
    請求項1乃至7の何れか1項に記載の可変容量タービン。
  9.  前記舌部遠方ノズルベーンのハブ側端からシュラウド側端に向かう翼高さ方向の最大長さを100%としたときに、前記少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーンは、前記舌部近傍ノズルベーンの前記翼高さ方向の最大長さが90%以下の長さになるように構成された、
    請求項8に記載の可変容量タービン。
  10.  前記スクロール流路におけるスクロール中心周りの角度位置について、前記舌部の角度位置を0°とし、前記舌部から前記スクロール流路の下流側に向かって徐々に角度が大きくなるように角度位置αを定義した場合に、
     前記舌部近傍領域は、-90°≦α≦90°の条件を満たす、
    請求項1乃至9の何れか1項に記載の可変容量タービン。
  11.  タービンロータと、
     前記タービンロータの外周側にスクロール流路を形成するスクロール流路形成部と、
     前記スクロール流路から前記タービンロータへ排ガスを導くための排ガス流路を形成する排ガス流路形成部と、
     前記排ガス流路における前記排ガスの流れを調整するための可変ノズルユニットと、を備え、
     前記可変ノズルユニットは、
     前記排ガス流路に前記タービンロータの周方向に間隔をあけて配置される複数のノズルベーンと、
     前記複数のノズルベーンを各々の回転中心回りに回動させるように構成された回動機構部と、を含み、
     前記排ガス流路を、前記スクロール流路の舌部近傍に位置する舌部近傍領域と、前記舌部近傍領域以外の領域である舌部遠方領域と、に区分したときに、前記複数のノズルベーンは、前記舌部近傍領域に位置する少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーンと、前記舌部遠方領域に位置する少なくとも1つの舌部遠方ノズルベーンと、を含み、
     前記少なくとも1つの舌部近傍ノズルベーンは、前記舌部近傍ノズルベーンのハブ側端からシュラウド側端に向かう翼高さ方向の最大長さが前記舌部遠方ノズルベーンよりも短い、
    可変容量タービン。
  12.  請求項1乃至10の何れか1項に記載の可変容量タービンと、
     前記可変容量タービンにより駆動されるように構成された遠心圧縮機と、を備える、
    過給機。
  13.  請求項11に記載の可変容量タービンと、
     前記可変容量タービンにより駆動されるように構成された遠心圧縮機と、を備える、
    過給機。
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