WO2024166274A1 - タービン及びターボチャージャ - Google Patents

Abstract

タービンは、スクロール流路を有する第１ハウジングと、タービンホイールと、スクロール流路からタービンホイールに向かうガス流路に面する流路面を有する環状の第１板部、及び、第１板部の流路面から突出する少なくとも１つの固定ノズルベーン、を含むノズルリングと、ノズルリングよりもタービンホイールの軸方向における後端側に配置される第２ハウジングと、第２ハウジングとノズルリングの間に配置され、ノズルリングを上記軸方向における先端側に付勢する付勢装置を備え、付勢装置は、上記軸方向においてタービンホイールの背面に隙間を挟んで対向する先端側対向面を有し、ノズルリングにおける固定ノズルベーンが存在する径方向位置においてノズルリングを付勢する。

Description

タービン及びターボチャージャ

　本開示は、タービン及びターボチャージャに関する。

　過給機のタービンでは、スクロール流路からタービンホイールに向かう流路に固定ノズルが配置されることがある。特許文献１には、固定ノズルが固定ノズルを支持する環状のノズルリングと一体となっており、ノズルリングの外周端部をタービンケーシングと軸受台により挟持することで、固定ノズルが支持される支持構造が開示されている。

特開２０１５－１１０９２４号公報

　上記ノズルリングは、外周端部が比較的温度の低い軸受台に接触しているのに対して、内周端部が比較的温度の高い排ガスに曝されている。これにより、ノズルリングの内外周に生じる温度分布により、ノズルリングに比較的高い熱応力が生じ、ノズルリングの熱疲労損傷を招く虞がある。

　ところで、タービンに上記ノズルリングを支持するバネ部材を配置することがあるが、タービンに導入される排ガスの温度変化に追従できずに、ノズルリングにバネ部材の付勢力が作用しないことがある。

　上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態は、タービンの運転中に継続してノズルリングを支持できるとともに、ノズルリングに生じる熱応力を低減できるタービン及びターボチャージャを提供することを目的とする。

　本開示の少なくとも一実施形態に係るタービンは、
　　スクロール流路を有する第１ハウジングと、
　前記スクロール流路の内周側に設けられるタービンホイールと、
　前記スクロール流路と前記タービンホイールとの間の径方向位置に配置され、前記スクロール流路から前記タービンホイールに向かうガス流路に面する流路面を有する環状の第１板部、及び、前記第１板部の前記流路面から突出する少なくとも１つの固定ノズルベーン、を含むノズルリングと、
　前記ノズルリングよりも前記タービンホイールの軸方向における後端側に配置される第２ハウジングと、
　前記第２ハウジングと前記ノズルリングの間に配置され、前記ノズルリングを前記タービンホイールの前記軸方向における先端側に付勢するように構成された付勢装置と、を備え、
　前記付勢装置は、前記タービンホイールの前記軸方向において前記タービンホイールの背面に隙間を挟んで対向する先端側対向面を有し、且つ前記ノズルリングにおける前記少なくとも１つの固定ノズルベーンが存在する径方向位置において前記ノズルリングを付勢するように構成された。

　本開示の少なくとも一実施形態に係るターボチャージャは、
　前記タービンと、
　前記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、タービンの運転中に継続してノズルリングを支持できるとともに、ノズルリングに生じる熱応力を低減できるタービン及びターボチャージャが提供される。

本開示の一実施形態に係るタービンの軸線に沿った概略断面図である。 本開示の一実施形態に係るタービンのノズルリングを軸方向の一方側から視た概略図である。 比較例に係るタービンの軸線に沿った概略断面図である。 本開示の一実施形態に係るタービンに導入される作動流体の温度変化を説明するための説明図である。 比較例に係るタービンのノズルリングに加えられる付勢力の変化を説明するための説明図である。 本開示の一実施形態に係るタービンのノズルリングに加えられる付勢力の変化を説明するための説明図である。 本開示の一実施形態に係るタービンの軸線に沿った概略断面図である。 本開示の一実施形態に係るタービンの軸線に沿った概略断面図である。 本開示の一実施形態に係るタービンの軸線に沿った概略断面図である。 本開示の一実施形態に係るタービンの軸線に沿った概略断面図である。 本開示の一実施形態に係るタービンの軸線に沿った概略断面図である。 本開示の一実施形態に係るタービンの軸線に沿った概略断面図である。 本開示の一実施形態に係るターボチャージャの概略図である。

　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。

（タービン）
　図１は、本開示の一実施形態に係るタービン２の軸線ＬＡに沿った概略断面図である。幾つかの実施形態に係るタービン２は、図１に示されるように、第１ハウジング（タービンハウジング）３と、タービンホイール４と、ノズルリング５と、第２ハウジング（軸受ハウジング）６と、付勢装置７と、を備える。第２ハウジング６は、例えば、ボルト１１等の締結部材を介して第１ハウジング３に取り付けられている。第２ハウジング６は、第１ハウジング３との間にタービンホイール４を回転可能に収容するように構成されている。ノズルリング５及び付勢装置７は、第１ハウジング３と第２ハウジング６との間に収容されている。

　以下、タービンホイール４の軸線ＬＡが延在する方向をタービンホイール４（タービン２）の軸方向とし、軸線ＬＡに直交する方向をタービンホイール４（タービン２）の径方向とし、軸線ＬＡ回りの周方向をタービンホイール４（タービン２）の周方向とする。タービンホイール４（タービン２）の軸方向において第２ハウジング６に対して第１ハウジング３が位置する側（図１中右側）を先端側と定義し、第１ハウジング３に対して第２ハウジング６が位置する側（上記先端側とは反対側、図１中左側）を後端側と定義する。

（タービンホイール）
　タービンホイール４は、タービンホイール４の外周側（径方向における外側）から導入される作動流体（例えば、不図示の内燃機関から排出された排ガス）をタービンホイール４の軸方向に沿ってタービンホイール４の先端側に導くように構成されている。

　タービンホイール４は、図１に示されるように、略円錐台形状のハブ４１と、ハブ４１の外周面に設けられた複数のタービン翼４２と、を含む。複数のタービン翼４２の夫々は、軸線ＬＡ周りの周方向に互いに間隔を開けて配置されている。ハブ４１や複数のタービン翼４２は、軸線ＬＡを中心として回転シャフト１２と一体的に回転可能に設けられている。複数のタービン翼４２の各々は、第１ハウジング３の内面であるシュラウド面３１に対して、所定の隙間を存して配置される。図示される実施形態では、タービンホイール４は、タービン翼４２の外周を囲む環状部材を含まないオープンタイプのインペラからなる。

（スクロール流路、作動流体排出流路）
　第１ハウジング３の内部には、タービンホイール４を回転させるための作動流体をタービンホイール４に導くためのスクロール流路３２と、タービンホイール４を通過した作動流体を第１ハウジング３（タービン２）の外部に排出するための作動流体排出流路３３が形成されている。換言すると、第１ハウジング３は、スクロール流路３２及び作動流体排出流路３３を有する。スクロール流路３２は、タービンホイール４の外周側に設けられ、タービンホイール４の周方向に沿って延在する渦巻状の流路からなる。作動流体排出流路３３は、タービンホイール４の軸方向に沿ってタービンホイール４から先端側に向かって延在している。

　第１ハウジング３と第２ハウジング６とが締結されることで、第１ハウジング３と第２ハウジング６の間に、スクロール流路３２と作動流体排出流路３３とを繋ぐ内部空間３４が形成される。タービンホイール４は、内部空間３４において第１ハウジング３及び第２ハウジング６に対して回転可能に収容されている。タービンホイール４は、スクロール流路３２の内周側（径方向における内側）に設けられる。

　タービン２の作動流体は、タービン２の外部からスクロール流路３２を介してタービンホイール４に導かれ、タービンホイール４を回転駆動させる。タービンホイール４を回転駆動させた作動流体は、作動流体排出流路３３を介して第１ハウジング３（タービン２）の外部に排出される。

（ノズルリング、作動流体流路）
　ノズルリング５は、図１に示されるように、環状の第１板部５１と、少なくとも１つの固定ノズルベーン５２と、を含む。第１板部５１は、スクロール流路３２とタービンホイール４との間の径方向位置に配置される。第１板部５１は、他部材（図１では、第１ハウジング３）との間に、スクロール流路３２からタービンホイール４に向かう作動流体流路３４Ａを形成するようになっている。

　スクロール流路３２は、タービンホイール４の外周側（径方向における外側）に設けられる渦状流路からなる。この渦状流路は、タービンホイール４の外周側を囲むように、タービンホイール４の周方向に沿って延在している。作動流体流路３４Ａは、タービンホイール４の外周側を囲むように、タービンホイール４の径方向においてスクロール流路３２とタービンホイール４との間に設けられる。具体的には、上述した内部空間３４におけるタービンホイール４よりも外周側に形成される。

　第１板部５１は、図１に示されるように、第１板部５１の厚さ方向（タービンホイール４の軸方向）における一方側に作動流体流路３４Ａに面する環状の流路面５１１を有し、第１板部５１の厚さ方向における他方側（流路面５１１とは反対側）に環状の第１背面５１２を有する。

　図２は、本開示の一実施形態に係るタービン２のノズルリング５を軸方向の一方側から視た概略図である。図１及び図２に示されるように、上述した少なくとも１つの固定ノズルベーン５２は、第１板部５１の流路面５１１から突出している。図示される実施形態では、上述した少なくとも１つの固定ノズルベーン５２は、タービンホイール４の周方向に互いに間隔をあけて配置された複数の固定ノズルベーン５２を含む。

　複数の固定ノズルベーン５２の各々は、第１板部５１と一体的に形成され、その軸方向における一端部である基端部５２１が流路面５１１に接続されている。これにより、複数の固定ノズルベーン５２の各々は、流路面５１１に固定されている。複数の固定ノズルベーン５２の各々は、第１板部５１に接続される基端部５２１とは反対側（軸方向の他端部）に形成された先端側端面５２２と、前縁５２３と、後縁５２４と、前縁５２３から後縁５２４までに亘り夫々が延在する内側翼面５２５及び外側翼面５２６と、を有する。

　複数の固定ノズルベーン５２の各々は、その後縁５２４がその前縁５２３よりもタービンホイール４の径方向における内側に設けられる。複数の固定ノズルベーン５２の各々は、前縁５２３、後縁５２４、内側翼面５２５及び外側翼面５２６により作動流体流路３４Ａに面する翼面が構成される。

　図１に示される実施形態では、上述した第１板部５１は、上述した複数の固定ノズルベーン５２よりもタービンホイール４の軸方向における後端側に位置している。

　図１に示される実施形態では、第１ハウジング３は、シュラウド面３１の外周端からタービンホイール４の径方向における外側に向かって延在するハウジング側流路面３５を有する。ハウジング側流路面３５は、タービンホイール４の周方向に沿って延在する環状面からなる。ハウジング側流路面３５は、タービンホイール４の軸方向において第１板部５１の流路面５１１に作動流体流路３４Ａを挟んで対向している。作動流体流路３４Ａは、ハウジング側流路面３５及び流路面５１１により形成される。

（付勢装置）
　図１に示されるように、第２ハウジング６は、ノズルリング５よりもタービンホイール４の軸方向における後端側に配置される。第２ハウジング６は、タービンホイール４の軸方向における先端側の端面６１と、端面６１よりもタービンホイール４の軸方向における後端側においてタービンホイール４の径方向における外側に突出する外方突出部６２と、を有する。付勢装置７は、第２ハウジング６とノズルリング５の間に配置され、ノズルリング５をタービンホイール４の軸方向における先端側に付勢するように構成されている。

　付勢装置７は、図１に示されるように、タービンホイール４の軸方向においてタービンホイール４の背面４３に隙間を挟んで対向する先端側対向面７１を有する。先端側対向面７１とタービンホイール４の背面４３の間に形成される上記隙間は、先端側対向面７１と背面４３とを非接触とし、付勢装置７を配置可能な最小限の隙間ではなく、タービンホイール４の背面４３から先端側対向面７１への熱伝達を阻害できるような、遮熱機能を発揮できる程度の隙間である。付勢装置７は、ノズルリング５における上述した少なくとも１つの固定ノズルベーン５２が存在する径方向位置においてノズルリング５を付勢するように構成されている。ノズルリング５を付勢する付勢装置７の付勢力をＦ１とする。該付勢力Ｆ１が、上述した少なくとも１つの固定ノズルベーン５２が存在する径方向位置に作用するようになっている。

　図２に示されるように、ノズルリング５の軸心Ａを原点とし、複数の固定ノズルベーン５２のうち、最も径方向における外側に位置する前縁５２３を通過する仮想円を外周側仮想円ＶＣ１と定義し、ノズルリング５の軸心Ａを原点とし、複数の固定ノズルベーン５２のうち、最も径方向における内側に位置する後縁５２４を通過する仮想円を内周側仮想円ＶＣ２と定義する。上述した少なくとも１つの固定ノズルベーン５２が存在する径方向位置とは、外周側仮想円ＶＣ１よりもタービンホイール４の径方向における内側、且つ内周側仮想円ＶＣ２よりもタービンホイール４の径方向における外側を意味する。

　図１に示される実施形態では、付勢装置７により付勢されたノズルリング５は、複数の固定ノズルベーン５２の各々の先端側端面５２２がハウジング側流路面３５に当接するようになっている。第１ハウジング３は、ハウジング側流路面３５のみがノズルリング５の上記軸方向に沿った移動を抑制するようになっている。

　具体的には、第１ハウジング３は、スクロール流路３２の上記軸方向における後端側に面する後方側スクロール流路面を有し、タービンホイール４の径方向における内側に向かって延在する内方突出部３６を有する。ノズルリング５の第１板部５１の外周端部５３は、内方突出部３６の内周端部よりもタービンホイール４の径方向における内側に位置する。付勢装置７により付勢されたノズルリング５は、タービンホイール４の軸方向に沿って移動しても内方突出部３６により移動が抑制されないようになっている。

　図３は、比較例に係るタービン０２の軸線ＬＡに沿った概略断面図である。比較例に係るタービン０２は、図３に示されるように、上述した第１ハウジング３と、上述したタービンホイール４と、上述したノズルリング５と、上述した第２ハウジング６と、バックプレート０７と、環状のシールリング０８と、を備える。

　比較例に係るタービン０２では、ノズルリング５の第１板部５１の外周端部５３が、第１ハウジング３の内方突出部３６と第２ハウジング６の外方突出部６２に挟持され、その変形が抑制されている。第１板部５１の外周端部５３は、比較的温度の低い第２ハウジング６に接触している。これに対して、第１板部５１の内周端部は、比較的温度の高い作動流体（排ガス）に曝されている。これにより、第１板部５１の内外周に生じる温度分布により、第１板部５１に比較的高い熱応力が生じ、第１板部５１の熱疲労損傷を招く虞がある。

　第１板部５１の外周端部５３を内方突出部３６と外方突出部６２に挟持させる構造にするためには、第１板部５１の外径を大きなものとする必要があり、これにより部品コストが高くなる虞がある。

　比較例に係るタービン０２では、バックプレート０７の付勢力は、上述した少なくとも１つの固定ノズルベーン５２が存在する径方向位置には作用していない。比較例に係るタービン０２では、上述したハウジング側流路面３５に形成された環状の凹部３７に挿入された環状のシールリング０８が複数の固定ノズルベーン５２に当接する環状板を介して、複数の固定ノズルベーン５２をタービンホイール４の軸方向における後端側に付勢するようになっている。ノズルリング５を付勢する環状のシールリング０８の付勢力をＦ０とする。

　図４は、本開示の一実施形態に係るタービン２に導入される作動流体の温度変化を説明するための説明図である。図５は、比較例に係るタービン２のノズルリング５に加えられる付勢力Ｆ０の変化を説明するための説明図である。図６は、本開示の一実施形態に係るタービン２のノズルリング５に加えられる付勢力Ｆ１の変化を説明するための説明図である。図４～図６では、時間Ｔ（Ｔ１～Ｔ４）を横軸にしている。図４では、タービン２に導入される作動流体（排ガス）の温度（入口温度）ＧＴを縦軸にしている。図５では、付勢力Ｆ０を縦軸とし、図６では、付勢力Ｆ１を縦軸としている。

　図４に示されるように、温度ＧＴは、タービン２の運転中に時間経過に伴い変化し、比較的高温となる高温時間帯と比較的低温となる低温時間帯とが存在する。図５に示されるように、温度ＧＴが高温から低温への移行時において、付勢力Ｆ０が効果的に作用しない虞がある。第１ハウジング３に比べてノズルリング５の方が先に冷えるために、第１板部５１とハウジング側流路面３５との隙間が大きくなり、環状のシールリング０８のバネ力が作用しないことがある。図６に示されるように、温度ＧＴが高温から低温への移行時を含むタービン２の運転中に付勢力Ｆ１が継続して作用するようになっている。付勢力Ｆ１が作用することで、第１ハウジング３とノズルリング５のクリアランスを削減し、クリアランスフローを低減することで、タービン２の性能向上が図れる。

　幾つかの実施形態に係るタービン２は、図１に示されるように、上述した第１ハウジング３と、上述したタービンホイール４と、上述したノズルリング５と、上述した第２ハウジング６と、上述した付勢装置７と、を備える。

　上記の構成によれば、付勢装置７によりノズルリング５を支持する構造とすることで、比較的温度の低い第２ハウジング６にノズルリング５が接触して、ノズルリング５に温度分布が生じることを抑制できるため、ノズルリング５に生じる熱応力を低減できる。また、付勢装置７により、少なくとも１つの固定ノズルベーン５２が存在する径方向位置においてノズルリング５を付勢することで、タービン２の運転中に付勢装置７の付勢力がノズルリング５に対して継続的に作用するため、タービン２の運転中に継続してノズルリング５を支持できる。

　上記の構成によれば、付勢装置７は、タービンホイール４の背面に隙間を挟んで対向する先端側対向面７１により、タービンホイール４の背面に面する空間から第２ハウジング側への入熱を抑制できる。付勢装置７に遮熱機能を持たせることで、タービン２の部品点数の増加を抑制できる。

　図７～図１２の各々は、本開示の一実施形態に係るタービン２の軸線ＬＡに沿った概略断面図である。図７～図１２に示される実施形態に係るタービン２も、図１に示される実施形態に係るタービン２において説明した作用効果と同様の作用効果を奏するものである。図７～図１２に示される実施形態に係るタービン２は、上述した第１ハウジング３と、上述したタービンホイール４と、上述したノズルリング５と、上述した第２ハウジング６と、上述した付勢装置７と、を備える。

　幾つかの実施形態では、図１、図７～図１０に示されるように、上述した第１板部５１は、少なくとも１つの固定ノズルベーン５２よりも軸方向における後端側に位置し、第１板部５１の流路面５１１とは反対側の面である第１背面５１２が付勢装置７により付勢される。上記の構成によれば、付勢装置７により少なくとも１つの固定ノズルベーン５２が付勢される場合に比べて、付勢力が作用する面積を大きなものとすることができる。これにより、タービン２の運転中に付勢装置７の付勢力をノズルリング５に対して継続的に安定して作用させることができる。

　幾つかの実施形態では、図１１及び図１２に示されるように、上述した第１板部５１は、少なくとも１つの固定ノズルベーン５２よりも軸方向における前端側に位置し、少なくとも１つの固定ノズルベーン５２の第１板部５１に接続される基端部５２１とは反対側に形成された先端側端面５２２が付勢装置７により付勢される。

　図１１及び図１２に示される実施形態では、第１ハウジング３に環状の凹部３８が形成されている。環状の凹部３８に第１板部５１が挿入され、環状の凹部３８の底面に第１板部５１の第１背面５１２が当接するようになっている。第１板部５１は、環状の凹部３８に挿入されることで、流路面５１１がシュラウド面３１の外周端に連なるようになっている。

　上記の構成によれば、第１板部５１を少なくとも１つの固定ノズルベーン５２よりも前端側に配置することで、比較的温度の低い第２ハウジング６にノズルリング５が接触して、ノズルリング５に温度分布が生じることを抑制できるため、ノズルリング５に生じる熱応力を低減できる。

　幾つかの実施形態では、上述した付勢装置７は、図１に示されるように、第１付勢部材（皿バネ）８１を含む。第１付勢部材８１は、上述した先端側対向面７１と、先端側対向面７１よりも外周側において第１板部５１の第１背面５１２に当接する当接部７２と、を有する環状に形成されている。第１付勢部材８１は、第１板部５１を軸方向における先端側に付勢するように構成されている。当接部７２は、上述した少なくとも１つの固定ノズルベーン５２が存在する径方向位置に設けられる。

　図示される実施形態では、第１付勢部材８１は、内周端部が上述した第２ハウジング６の端面６１に当接するようになっており、タービンホイール４の軸方向に沿った弾性力を発揮するようになっている。この弾性力が上述した付勢力として作用するようになっている。

　上記の構成によれば、第１付勢部材８１に上述した遮熱機能とノズルリング５を付勢する付勢機能とを持たせることで、比較例に係るタービン０２に比べて、タービン２の部品点数を削減できるため、タービン２のコストダウンが図れる。

　幾つかの実施形態では、上述した付勢装置７は、図７～図１０に示されるように、遮熱板９と、第２付勢部材８２と、を含む。遮熱板９は、上述した先端側対向面７１と、先端側対向面７１よりも外周側において第１板部５１の第１背面５１２に当接する当接面７２Ａと、を有する。遮熱板９は、円板状に形成され、その厚さ方向の一方側（軸方向の前端側）の前端側面９１が、先端側対向面７１と当接面７２Ａとを含む。第２付勢部材８２は、第２ハウジング６と遮熱板９の間に配置され、遮熱板９を軸方向における先端側に付勢するように構成されている。当接面７２Ａは、上述した少なくとも１つの固定ノズルベーン５２が存在する径方向位置に設けられる。

　上記の構成によれば、遮熱板９に上述した遮熱機能を持たせ、第２付勢部材８２に上述した付勢機能を持たせる。この場合には、遮熱板９が遮熱機能を発揮して第２付勢部材８２への入熱を抑制することで、第２付勢部材８２の熱による疲労や損傷、付勢機能の低下を抑制できる。これにより、タービン２の運転中に付勢装置７の付勢力をノズルリング５に対して継続的に安定して作用させることができる。

　幾つかの実施形態では、図７～図１０に示されるように、上述した第２ハウジング６は、遮熱板９の当接面７２Ａ（前端側面９１）とは反対側の面である第２背面９２との間に隙間を挟んで対向する後端側対向面６１Ａを有する。後端側対向面６１Ａは、上述した端面６１の一部である。幾つかの実施形態では、上述した第２付勢部材８２は、図７及び図８に示されるように、遮熱板９の第２背面９２及び第２ハウジング６の後端側対向面６１Ａの夫々に当接する皿バネ８４、８４Ａを含む。

　図７に示される実施形態では、皿バネ８４は、外周端部が遮熱板９の第２背面９２に当接し、内周端部が第２ハウジング６の後端側対向面６１Ａに当接するようになっている。図８に示される実施形態では、皿バネ８４Ａは、内周端部が遮熱板９の第２背面９２に当接し、外周端部が第２ハウジング６の後端側対向面６１Ａに当接するようになっている。皿バネ８４、８４Ａは、タービンホイール４の軸方向に沿った弾性力を発揮するようになっている。この弾性力が遮熱板９を介して上述した付勢力として作用するようになっている。

　上記の構成によれば、遮熱板９は、皿バネ８４、８４Ａの弾性力により付勢され、当接面７２Ａにおいてノズルリング５を付勢するようになっている。ノズルリング５を付勢する付勢機能を比較的安価な皿バネ８４、８４Ａに発揮させることで、タービン２のコストダウンが図れる。

　幾つかの実施形態では、上述した第２付勢部材８２は、図９及び図１０に示されるように、環状の弾性シール部材８５、８５Ａを含む。環状の弾性シール部材８５、８５Ａは、遮熱板９の第２背面９２に当接する第１付勢板部８５１と、第２ハウジング６の後端側対向面６１Ａに当接する第２付勢板部８５２と、第１付勢板部８５１の外周端部と第２付勢板部８５２の外周端部とを接続する接続部８５３と、を含む。

　図９に示される実施形態では、弾性シール部材８５は、断面形状がＣ字状に形成されたＣリングからなる。図１０に示される実施形態では、弾性シール部材８５Ａは、断面形状がＥ字状に形成されたＥリングからなる。弾性シール部材８５、８５Ａは、タービンホイール４の軸方向に沿った弾性力を発揮するようになっている。この弾性力が遮熱板９を介して上述した付勢力として作用するようになっている。

　上記の構成によれば、遮熱板９は、弾性シール部材８５、８５Ａの弾性力により付勢され、当接面７２Ａにおいてノズルリング５を付勢するようになっている。ノズルリング５を付勢する付勢機能を比較的安価な弾性シール部材８５、８５Ａに発揮させることで、タービン２のコストダウンが図れる。

　幾つかの実施形態では、上述した付勢装置７は、図１１及び図１２に示されるように、第３付勢部材（皿バネ）８３、８３Ａを含む。第３付勢部材８３、８３Ａは、上述した先端側対向面７１と、先端側対向面７１よりも外周側において少なくとも１つの固定ノズルベーン５２の先端側端面５２２に当接する当接部７２Ｂと、を有する。第３付勢部材８３、８３Ａは、少なくとも１つの固定ノズルベーン５２を軸方向における先端側に付勢するように構成されている。当接部７２Ｂは、上述した少なくとも１つの固定ノズルベーン５２が存在する径方向位置に設けられる。

　図１１及び図１２に示される実施形態では、第３付勢部材８３、８３Ａは、第２ハウジング６の端面６１に当接する内周側環状板部８３１と、内周側環状板部８３１よりも外周側且つ上記軸方向における先端側に位置し、少なくとも１つの固定ノズルベーン５２の先端側端面５２２に当接する外周側環状板部８３３と、内周側環状板部８３１の外周端に一端が接続され、外周側環状板部８３３の内周端に他端が接続された環状の接続板部８３２と、を少なくとも含む。

　内周側環状板部８３１及び外周側環状板部８３３の各々は、上記軸方向に直交する方向に沿って延在する。内周側環状板部８３１は、上述した先端側対向面７１を有する。外周側環状板部８３３は、上述した当接部７２Ｂを有する。接続板部８３２は、外周端から内周端に向かうにつれて上記軸方向の前端側に傾斜している。

　上記の構成によれば、第３付勢部材８３、８３Ａに上述した遮熱機能とノズルリング５を付勢する付勢機能とを持たせることで、比較例に係るタービン０２に比べて、タービン２の部品点数を削減できるため、タービン２のコストダウンが図れる。

　図１１に示される実施形態では、第３付勢部材８３は、外周側環状板部８３３から上記軸方向の後端側に延在する環状の後端側延在部８３４と、後端側延在部８３４の後端側の端から上記径方向における外側に向かって突出する環状の外方突板部８３５と、をさらに含む。外方突板部８３５は、第１ハウジング３の内方突出部３６と第２ハウジング６の外方突出部６２に挟持されるようになっている。外方突板部８３５を第１ハウジング３及び第２ハウジング６に挟持させることで、第３付勢部材８３の姿勢を安定させることで、ガイドリングに付勢力を安定して発揮させることができる。

　図１２に示される実施形態では、第３付勢部材８３Ａは、上述した後端側延在部８３４と、上述した環状の外方突板部８３５と、を含まない。第３付勢部材８３Ａは、第３付勢部材８３よりも構造が簡単であり、外径を小さくできるため、コストダウンが図れる。

　図１３は、本開示の一実施形態に係るターボチャージャ１の概略図である。幾つかの実施形態に係るターボチャージャ１は、図１３に示されるように、上述したタービン２と、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１３と、を備える。遠心圧縮機１３は、コンプレッサインペラ１４を含み、ターボチャージャ１は、タービンホイール４が一端側に連結され、且つコンプレッサインペラ１４が他端側に連結される上述した回転シャフト１２をさらに備える。例えば、エンジン１５からの排ガスによりタービンホイール４が回転駆動する。コンプレッサインペラ１４は、タービンホイール４の回転駆動に連動して回転駆動し、エンジン１５に送られる流体（例えば、空気等）を圧縮するようになっている。上記の構成によれば、上述したタービン２を備えるターボチャージャ１の信頼性を向上させることができる。

　本明細書において、「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。
　また、本明細書において、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。
　また、本明細書において、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。

　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係るタービン（２）は、
　スクロール流路（３２）を有する第１ハウジング（３）と、
　前記スクロール流路（３２）の内周側に設けられるタービンホイール（４）と、
　前記スクロール流路（３２）と前記タービンホイール（４）との間の径方向位置に配置され、前記スクロール流路（３２）から前記タービンホイール（４）に向かうガス流路（３４Ａ）に面する流路面（５１１）を有する環状の第１板部（５１）、及び、前記第１板部（５１）の前記流路面（５１１）から突出する少なくとも１つの固定ノズルベーン（５２）、を含むノズルリング（５）と、
　前記ノズルリング（５）よりも前記タービンホイール（４）の軸方向における後端側に配置される第２ハウジング（６）と、
　前記第２ハウジング（６）と前記ノズルリング（５）の間に配置され、前記ノズルリング（５）を前記タービンホイール（４）の前記軸方向における先端側に付勢するように構成された付勢装置（７）と、を備え、
　前記付勢装置（７）は、前記タービンホイール（４）の前記軸方向において前記タービンホイール（４）の背面に隙間を挟んで対向する先端側対向面（７１）を有し、且つ前記ノズルリング（５）における前記少なくとも１つの固定ノズルベーン（５２）が存在する径方向位置において前記ノズルリング（５）を付勢するように構成された。

　上記１）の構成によれば、付勢装置（７）によりノズルリング（５）を支持する構造とすることで、比較的温度の低い第２ハウジング（６）にノズルリング（５）が接触して、ノズルリング（５）に温度分布が生じることを抑制できるため、ノズルリング（５）に生じる熱応力を低減できる。また、付勢装置（７）により、少なくとも１つの固定ノズルベーン（５２）が存在する径方向位置においてノズルリング（５）を付勢することで、タービン（２）の運転中に付勢装置（７）の付勢力がノズルリング（５）に対して継続的に作用するため、タービン（２）の運転中に継続してノズルリング（５）を支持できる。

　上記１）の構成によれば、付勢装置（７）は、タービンホイール（４）の背面に隙間を挟んで対向する先端側対向面（７１）により、タービンホイール（４）の背面に面する空間から第２ハウジング側への入熱を抑制できる。付勢装置（７）に遮熱機能を持たせることで、タービン（２）の部品点数の増加を抑制できる。

２）幾つかの実施形態では、上記１）に記載のタービン（２）であって、
　前記第１板部（５１）は、前記少なくとも１つの固定ノズルベーン（５２）よりも前記軸方向における前記後端側に位置し、前記第１板部（５１）の前記流路面（５１１）とは反対側の面である第１背面（５１２）が前記付勢装置（７）により付勢される。

　上記２）の構成によれば、付勢装置（７）により少なくとも１つの固定ノズルベーン（５２）が付勢される場合に比べて、付勢力が作用する面積を大きなものとすることができる。これにより、タービン（２）の運転中に付勢装置（７）の付勢力をノズルリング（５）に対して継続的に安定して作用させることができる。

３）幾つかの実施形態では、上記１）に記載のタービン（２）であって、
　前記第１板部（５１）は、前記少なくとも１つの固定ノズルベーン（５２）よりも前記軸方向における前端側に位置し、前記少なくとも１つの固定ノズルベーン（５２）の前記第１板部（５１）に接続される基端部（５２１）とは反対側に形成された先端側端面（５２２）が前記付勢装置（７）により付勢される。

　上記３）の構成によれば、第１板部（５１）を少なくとも１つの固定ノズルベーン（５２）よりも前端側に配置することで、比較的温度の低い第２ハウジング（６）にノズルリング（５）が接触して、ノズルリング（５）に温度分布が生じることを抑制できるため、ノズルリング（５）に生じる熱応力を低減できる。

４）幾つかの実施形態では、上記２）に記載のタービン（２）であって、
　前記付勢装置（７）は、
　前記先端側対向面（７１）と、前記先端側対向面（７１）よりも外周側において前記第１板部（５１）の前記第１背面（５１２）に当接する当接部（７２）と、を有し、前記第１板部（５１）を前記軸方向における前記先端側に付勢するように構成された第１付勢部材（８１）を含む。

　上記４）の構成によれば、第１付勢部材（８１）に上述した遮熱機能とノズルリング（５）を付勢する付勢機能とを持たせることで、比較例に係るタービン（０２）に比べて、タービン（２）の部品点数を削減できるため、タービン（２）のコストダウンが図れる。

５）幾つかの実施形態では、上記２）に記載のタービン（２）であって、
　前記付勢装置（７）は、
　前記先端側対向面（７１）と、前記先端側対向面（７１）よりも外周側において前記第１板部（５１）の前記第１背面（５１２）に当接する当接面（７２Ａ）と、を有する遮熱板（９）と、
　前記第２ハウジング（６）と前記遮熱板（９）の間に配置され、前記遮熱板（９）を前記軸方向における前記先端側に付勢するように構成された第２付勢部材（８２）と、を含む。

　上記５）の構成によれば、遮熱板（９）に上述した遮熱機能を持たせ、第２付勢部材（８２）に上述した付勢機能を持たせる。この場合には、遮熱板（９）が遮熱機能を発揮して第２付勢部材（８）への入熱を抑制することで、第２付勢部材（８２）の熱による疲労や損傷、付勢機能の低下を抑制できる。これにより、タービン（２）の運転中に付勢装置（７）の付勢力をノズルリング（５）に対して継続的に安定して作用させることができる。

６）幾つかの実施形態では、上記３）に記載のタービン（２）であって、
　前記付勢装置（７）は、
　前記先端側対向面（７１）と、前記先端側対向面（７１）よりも外周側において前記少なくとも１つの固定ノズルベーン（５２）の前記先端側端面（５２２）に当接する当接部（７２Ｂ）と、を有し、前記少なくとも１つの固定ノズルベーン（５２）を前記軸方向における前記先端側に付勢するように構成された第３付勢部材（８３、８３Ａ）を含む。

　上記６）の構成によれば、第３付勢部材（８３、８３Ａ）に上述した遮熱機能とノズルリング（５）を付勢する付勢機能とを持たせることで、比較例に係るタービン（０２）に比べて、タービン（２）の部品点数を削減できるため、タービン（２）のコストダウンが図れる。

７）幾つかの実施形態では、上記５）に記載のタービン（２）であって、
であって、
　前記第２ハウジング（６）は、前記遮熱板（９）の前記当接面（７２Ａ）とは反対側の面である第２背面（９２）との間に隙間を挟んで対向する後端側対向面（６１Ａ）を有し、
　前記第２付勢部材（８２）は、前記遮熱板（９）の前記第２背面（９２）及び前記第２ハウジング（６）の前記後端側対向面（６１Ａ）の夫々に当接する皿バネ（８４、８４Ａ）を含む。

　上記７）の構成によれば、遮熱板（９）は、皿バネ（８４、８４Ａ）の弾性力により付勢され、当接面（７２Ａ）においてノズルリング（５）を付勢するようになっている。ノズルリング（５）を付勢する付勢機能を比較的安価な皿バネ（８４、８４Ａ）に発揮させることで、タービン（２）のコストダウンが図れる。

８）幾つかの実施形態では、上記５）に記載のタービン（２）であって、
　前記第２ハウジング（６）は、前記遮熱板（９）の前記当接面（７２Ａ）とは反対側の面である第２背面（９２）との間に隙間を挟んで対向する後端側対向面（６１Ａ）を有し、
　前記第２付勢部材（８２）は、
　前記遮熱板（９）の前記第２背面（９２）に当接する第１付勢板部（８５１）と、
　前記第２ハウジング（６）の前記後端側対向面（６１Ａ）に当接する第２付勢板部（８５２）と、
　前記第１付勢板部（８５１）の外周端部と前記第２付勢板部（８５２）の外周端部とを接続する接続部（８５３）と、を含む環状の弾性シール部材（８５、８５Ａ）を含む。

　上記８）の構成によれば、遮熱板（９）は、弾性シール部材（８５、８５Ａ）の弾性力により付勢され、当接面（７２Ａ）においてノズルリング（５）を付勢するようになっている。ノズルリング（５）を付勢する付勢機能を比較的安価な弾性シール部材（８５、８５Ａ）に発揮させることで、タービン（２）のコストダウンが図れる。

９）本開示の少なくとも一実施形態に係るターボチャージャ（１）は、
　上記１）から８）までの何れかに記載のタービン（２）と、
　前記タービン（２）により駆動されるように構成された遠心圧縮機（１３）と、を備える。

　上記９）の構成によれば、タービン（２）を備えるターボチャージャ（１）の信頼性を向上させることができる。

１　　　　　ターボチャージャ
２，０２　　タービン
３　　　　　第１ハウジング
４　　　　　タービンホイール
５　　　　　ノズルリング
６　　　　　第２ハウジング
７　　　　　付勢装置
９　　　　　遮熱板
１２　　　　回転シャフト
１３　　　　遠心圧縮機
１４　　　　コンプレッサインペラ
３１　　　　シュラウド面
３２　　　　スクロール流路
３３　　　　作動流体排出流路
３４　　　　内部空間
３４Ａ　　　作動流体流路
３５　　　　ハウジング側流路面
３６　　　　内方突出部
３７，３８　環状の凹部
４１　　　　ハブ
４２　　　　タービン翼
４３　　　　背面
５１　　　　第１板部
５２　　　　固定ノズルベーン
５３　　　　外周端部
６１　　　　端面
６１Ａ　　　後端側対向面
６２　　　　外方突出部
７１　　　　先端側対向面
７２，７２Ｂ　当接部
７２Ａ　　　当接面
８１　　　　第１付勢部材
８２　　　　第２付勢部材
８３，８３Ａ　第３付勢部材
８４，８４Ａ　皿バネ
８５，８５Ａ　弾性シール部材
９１　　　　前端側面
９２　　　　第２背面
Ａ　　　　　軸心
Ｆ０，Ｆ１　付勢力
ＧＴ　　　　温度
ＬＡ　　　　軸線
Ｔ　　　　　時間
ＶＣ１　　　外周側仮想円
ＶＣ２　　　内周側仮想円

Claims (9)

1. 　スクロール流路を有する第１ハウジングと、
   　前記スクロール流路の内周側に設けられるタービンホイールと、
   　前記スクロール流路と前記タービンホイールとの間の径方向位置に配置され、前記スクロール流路から前記タービンホイールに向かうガス流路に面する流路面を有する環状の第１板部、及び、前記第１板部の前記流路面から突出する少なくとも１つの固定ノズルベーン、を含むノズルリングと、
   　前記ノズルリングよりも前記タービンホイールの軸方向における後端側に配置される第２ハウジングと、
   　前記第２ハウジングと前記ノズルリングの間に配置され、前記ノズルリングを前記タービンホイールの前記軸方向における先端側に付勢するように構成された付勢装置と、を備え、
   　前記付勢装置は、前記タービンホイールの前記軸方向において前記タービンホイールの背面に隙間を挟んで対向する先端側対向面を有し、且つ前記ノズルリングにおける前記少なくとも１つの固定ノズルベーンが存在する径方向位置において前記ノズルリングを付勢するように構成された、
   タービン。
2. 　前記第１板部は、前記少なくとも１つの固定ノズルベーンよりも前記軸方向における前記後端側に位置し、前記第１板部の前記流路面とは反対側の面である第１背面が前記付勢装置により付勢される、
   請求項１に記載のタービン。
3. 　前記第１板部は、前記少なくとも１つの固定ノズルベーンよりも前記軸方向における前端側に位置し、前記少なくとも１つの固定ノズルベーンの前記第１板部に接続される基端部とは反対側に形成された先端側端面が前記付勢装置により付勢される、
   請求項１に記載のタービン。
4. 　前記付勢装置は、
   　前記先端側対向面と、前記先端側対向面よりも外周側において前記第１板部の前記第１背面に当接する当接部と、を有し、前記第１板部を前記軸方向における前記先端側に付勢するように構成された第１付勢部材を含む、
   請求項２に記載のタービン。
5. 　前記付勢装置は、
   　前記先端側対向面と、前記先端側対向面よりも外周側において前記第１板部の前記第１背面に当接する当接面と、を有する遮熱板と、
   　前記第２ハウジングと前記遮熱板の間に配置され、前記遮熱板を前記軸方向における前記先端側に付勢するように構成された第２付勢部材と、を含む、
   請求項２に記載のタービン。
6. 　前記付勢装置は、
   　前記先端側対向面と、前記先端側対向面よりも外周側において前記少なくとも１つの固定ノズルベーンの前記先端側端面に当接する当接部と、を有し、前記少なくとも１つの固定ノズルベーンを前記軸方向における前記先端側に付勢するように構成された第３付勢部材を含む、
   請求項３に記載のタービン。
7. 　前記第２ハウジングは、前記遮熱板の前記当接面とは反対側の面である第２背面との間に隙間を挟んで対向する後端側対向面を有し、
   　前記第２付勢部材は、前記遮熱板の前記第２背面及び前記第２ハウジングの前記後端側対向面の夫々に当接する皿バネを含む、
   請求項５に記載のタービン。
8. 　前記第２ハウジングは、前記遮熱板の前記当接面とは反対側の面である第２背面との間に隙間を挟んで対向する後端側対向面を有し、
   　前記第２付勢部材は、
   　前記遮熱板の前記第２背面に当接する第１付勢板部と、
   　前記第２ハウジングの前記後端側対向面に当接する第２付勢板部と、
   　前記第１付勢板部の外周端部と前記第２付勢板部の外周端部とを接続する接続部と、を含む環状の弾性シール部材を含む、
   請求項５に記載のタービン。
9. 　請求項１乃至８の何れか１項に記載のタービンと、
   　前記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、
   を備えるターボチャージャ。

Images