ターボチャージャ
【課題】タービン効率の低下を抑制することができ、かつノズルベーンの開閉角度が制限されることを防止できるターボチャージャを提供する。
【解決手段】ノズルベーン１０の第１の排気導入壁１２ａに対向する端部には、ノズルベーン１０の厚さ方向の幅が中央部よりも拡大された第１の拡幅部１０ｃが設けられ、第１の拡幅部１０ｃの高圧側ＰＳと低圧側ＳＳの少なくとも一方の端部には、排気ノズル８の開閉時に隣接するノズルベーン１０との接触を回避する切欠き部（高圧側切欠き部１０ｄ、低圧側切欠き部１０ｅ）が形成されていることを特徴とする。
【解決手段】ノズルベーン１０の第１の排気導入壁１２ａに対向する端部には、ノズルベーン１０の厚さ方向の幅が中央部よりも拡大された第１の拡幅部１０ｃが設けられ、第１の拡幅部１０ｃの高圧側ＰＳと低圧側ＳＳの少なくとも一方の端部には、排気ノズル８の開閉時に隣接するノズルベーン１０との接触を回避する切欠き部（高圧側切欠き部１０ｄ、低圧側切欠き部１０ｅ）が形成されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ターボチャージャに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、タービンインペラを回転可能に支持する軸受けハウジングと、タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、スクロール流路内からタービンインペラ側に供給される排気ガスの流速および流れ角度を可変とする排気ノズルと、を備えた可変容量型のターボチャージャが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のターボチャージャは、ノズル羽根と平行壁との間の隙間流れを抑制し、タービン効率の低下を抑制するものである。
【０００３】
特許文献１の可変容量型のターボチャージャの排気ノズルは、渦巻室（スクロール流路）と羽根車（タービンインペラ）との間の一対の平行壁（排気導入壁）に、可動のノズル羽根（ノズルベーン）を備えている。そして、排気導入壁に対面するノズルベーンの両端部を中央部より厚肉に形成し、その両端部の端面を排気導入壁に平行に形成している。
これにより、ノズルベーンの厚さ方向の幅を大きくでき、十分なシール長が得られると共に、隙間流れも抑制できる。
【特許文献１】特開平１１−２２９８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のターボチャージャは、ノズルベーンの両端部の厚さ方向の幅が中央部よりも大きく形成されているため、排気ノズルの開閉時に隣接するノズルベーン同士が干渉してノズルベーンの開閉角度が制限されるという課題がある。
【０００５】
図４（ａ）に示すように、特許文献１のターボチャージャは、ノズルベーン１００の開度が十分に大きい場合には、幅が大きく形成されたノズルベーンの端部１００ｅ同士が接触することがない。したがって、ノズルベーン１００の端部１００ｅと双方の排気導入壁との間のシール性を向上させ、タービン効率の低下を防止できるという優れた効果を発揮することができる。
【０００６】
しかし、図４（ｂ）に示すように、ノズルベーン１００の開度が小さくなると、隣接するノズルベーン１００の端部１００ｅ同士が接触してしまう。すると、ノズルベーン１００の開度を十分に小さくすることができず、タービンインペラを回転させる排気ガスの流速が低下して、タービン効率が低下してしまう。
【０００７】
また、図４（ａ）に示すように、ノズルベーン１００の開度が大きくなると、ノズルベーン１００の端部１００ｅとタービンインペラ２とが接触してしまう虞がある。したがって、このような接触を防止するためにノズルベーン１００の開度を十分に大きくすることができず、タービンインペラ２を回転させる排気ガスの流量を制限してしまう。（つまり所定の流量を流すことができない。）
【０００８】
そこで、この発明は、ノズルベーンと排気導入壁との間の隙間を流れる排気ガスの流量を低減してタービン効率の低下を抑制することができ、かつノズルベーンの開閉角度が制限されることを防止できるターボチャージャを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明のターボチャージャは、タービンインペラを回転可能に支持する軸受けハウジングと、前記タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、前記スクロール流路内から前記タービンインペラ側に供給される前記排気ガスの流速および流れ角度を可変とする排気ノズルと、を備えた可変容量型のターボチャージャにおいて、前記排気ノズルは、前記タービンハウジング側に設けられた第１の排気導入壁と、該第１の排気導入壁と対向して前記軸受けハウジング側に設けられた第２の排気導入壁と、前記第１の排気導入壁と前記第２の排気導入壁との間に配置され前記タービンインペラの周囲に回動可能に支持された複数のノズルベーンと、を備え、前記ノズルベーンの前記第１の排気導入壁に対向する端部には、前記ノズルベーンの厚さ方向の幅が中央部よりも拡大された第１の拡幅部が設けられ、前記第１の拡幅部の高圧側と低圧側の少なくとも一方の端部には、前記排気ノズルの開閉時に隣接する前記ノズルベーンとの接触を回避する切欠き部が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のターボチャージャは、前記ノズルベーンの前記第２の排気導入壁に対向する端部には、前記ノズルベーンの厚さ方向の幅が中央部よりも拡大された第２の拡幅部が設けられ、前記第２の拡幅部の前記高圧側と前記低圧側の少なくとも一方の端部には、前記排気ノズルの開閉時に隣接する前記ノズルベーンとの接触を回避する切欠き部が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のターボチャージャは、前記第１の拡幅部の前記幅が、前記第２の拡幅部の前記幅と同等かまたは前記幅よりも大きいことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のターボチャージャは、前記拡幅部は、前記ノズルベーンの低圧側壁面からの突出幅と高圧側壁面からの突出幅とが均等に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のターボチャージャは、前記ノズルベーンは、後縁が前縁よりも前記タービンインペラに近接しかつ前記タービンインペラの回転方向の前方側に位置するように設けられ、前記後縁の前記高圧側に設けられた前記拡幅部には、前記回転方向の前方側に隣接する前記ノズルベーンの前記前縁との接触を回避する高圧側切欠き部が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のターボチャージャは、前記前縁の前記低圧側に設けられた前記拡幅部には、前記回転方向の後方側に隣接する前記ノズルベーンの前記後縁との接触を回避する低圧側切欠き部が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のターボチャージャは、前記後縁の前記低圧側に設けられた前記拡幅部には、前記排気ノズルの内縁の前記タービンインペラ側への侵出を防止する低圧側傾斜部が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のターボチャージャは、前記前縁の前記高圧側に設けられた前記拡幅部には、前記排気ノズルの外縁の前記スクロール流路側への侵出を防止する高圧側傾斜部が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、タービンハウジング側に設けられた第１の排気導入壁に対向するノズルベーンの端部に厚さ方向の幅が中央部よりも拡大された第１の拡幅部が設けられている。そのため、第１の排気導入壁とノズルベーンとの間を流れる排気ガスに対する抵抗を増加させ、第１の排気導入壁とノズルベーンとの隙間を流れる排気ガスを低減することができる。これにより、排気ガスによってタービンインペラをより効率よく回転させ、タービン効率が低下することを防止することができる。
また、拡幅部には、排気ノズルの開閉時に隣接するノズルベーンとの接触を回避する切欠き部が形成されている。そのため、拡幅部と隣接するノズルベーンとが衝突してノズルベーンの開閉角度が制限されることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本実施形態のターボチャージャは、例えば自動車のエンジンの回転数の増減に基づいてタービンインペラに供給する排気ガスの流速および流れ角度を調整可能な可変容量型のターボチャージャである。なお、以下の各図面では、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、部材毎に縮尺を適宜変更している。
図１は、本実施形態のターボチャージャの断面図の部分拡大図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態のターボチャージャ１は、タービンインペラ２を回転可能に支持するベアリングハウジング（軸受けハウジング）３を備えている。ベアリングハウジング３の片側には、複数のボルト４によりタービンハウジング５が一体的に取り付けられている。また、ベアリングハウジング３のタービンハウジング５と反対側には、複数のボルトによりコンプレッサハウジング（図示略）が一体的に取り付けられている。
【００２０】
タービンハウジング５は、タービンインペラ２に排気ガスを供給するスクロール流路５ａと、スクロール流路５ａ内からタービンインペラ２側に供給される排気ガスの流速および流れ角度を調整する排気ノズル８と、を備えている。
スクロール流路５ａには、例えばエンジンのシリンダ等に接続された排気ガス取入口（図示略）が設けられている。
【００２１】
排気ノズル８は、排気ガスの流路を形成する第１の排気導入壁１２ａと第２の排気導入壁１２ｂとを備えている。
第１の排気導入壁１２ａは、タービンインペラ２の周囲にリング状に形成され、タービンハウジング５側に配置されている。
第２の排気導入壁１２ｂは、同様にタービンインペラ２の周囲にリング状に形成され、第１の排気導入壁１２ａに対向してベアリングハウジング３側に配置されている。
第１の排気導入壁１２ａと第２の排気導入壁１２ｂは、連結ピン１３により一体的に連結されている。
【００２２】
また、排気ノズル８は、第１の排気導入壁１２ａと第２の排気導入壁１２ｂとの間に配置された複数のノズルベーン１０を備えている。
ノズルベーン１０は、タービンインペラ２の周囲に均等に配置され、タービンインペラ２の軸２ａと略平行に設けられた支持軸９ａ，９ｂによって回動可能に支持されている。
【００２３】
支持軸９ａ，９ｂは、ノズルベーン１０の第１の排気導入壁１２ａに対向する端部と第２の排気導入壁１２ｂに対向する端部とにそれぞれ固定され、ノズルベーン１０と一体的に設けられている。
第１の排気導入壁１２ａ及び第２の排気導入壁１２ｂには、支持軸９ａ，９ｂを回動可能に支持する支持穴１１ａ，１１ｂが形成されている。
支持軸９ｂは、アクチュエータ（不図示）の動力を支持軸９ｂに伝達して回動させるリンク機構２０に連結されている。
【００２４】
図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ線に沿う排気ノズル８の矢視断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿うノズルベーン１０の矢視断面図である。なお、図２では連結ピン１３の図示を省略している。
図２（ａ）に示すように、ノズルベーン１０は、平面視で後縁１０ａの厚みが薄く前縁１０ｂの厚みが厚い流線型の翼状の形状に形成されている。
【００２５】
ノズルベーン１０は、排気ガスの下流側になる後縁１０ａが、排気ガスの上流側になる前縁１０ｂよりも、タービンインペラ２に近接するように設けられている。また、後縁１０ａが、前縁１０ｂよりもタービンインペラ２の回転方向Ｒの前方側に位置するように設けられている。
【００２６】
図１に示すように、排気ノズル８の外側のスクロール流路５ａ側が排気ガスの高圧側ＰＳとなり、排気ノズル８の内側のタービンインペラ２側が排気ガスの低圧側ＳＳとなる。そのため、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ノズルベーン１０のタービンインペラ２と反対側が排気ガスの高圧側ＰＳとなり、タービンインペラ２側が排気ガスの低圧側ＳＳとなっている。
【００２７】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ノズルベーン１０の第１の排気導入壁１２ａに対向する端部には、ノズルベーン１０の中央部の厚さ方向の幅Ｗｃよりも、ノズルベーン１０の厚さ方向の幅Ｗ１が拡大された第１の拡幅部１０ｃが設けられている。
図２（ａ）に示すように、第１の拡幅部１０ｃの高圧側ＰＳで、ノズルベーン１０の後縁１０ａ側の端部には、後述する高圧側切欠き部（切欠き部）１０ｄが形成されている。同様に、第１の拡幅部１０ｃの低圧側ＳＳで、ノズルベーン１０の前縁１０ｂ側の端部にも、後述する低圧側切欠き部（切欠き部）１０ｅが形成されている。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、ノズルベーン１０の第２の排気導入壁１２ｂに対向する端部には、ノズルベーン１０の中央部の厚さ方向の幅Ｗｃよりも、ノズルベーン１０の厚さ方向の幅Ｗ２が拡大された第２の拡幅部１０ｆが設けられている。
第２の拡幅部１０ｆの高圧側ＰＳで、ノズルベーン１０の後縁１０ａ側の端部には、第１の拡幅部１０ｃと同様の高圧側切欠き部（図示略）が形成されている。同様に、第２の拡幅部１０ｆの低圧側ＳＳで、ノズルベーン１０の前縁１０ｂ側の端部にも、第１の拡幅部１０ｃと同様の低圧側切欠き部（図示略）が形成されている。
【００２９】
ここで、図２（ｂ）に示すように、第１の拡幅部１０ｃの幅Ｗ１は、第２の拡幅部１０ｆの幅Ｗ２よりも大きくなるように形成されている。
また、第１の拡幅部１０ｃは、ノズルベーン１０の低圧側壁面１０ｓからの突出幅Ｗｓ１と、高圧側壁面１０ｐからの突出幅Ｗｐ１と、が均等になるように形成されている。同様に、第２の拡幅部１０ｆは、ノズルベーン１０の低圧側壁面１０ｓからの突出幅Ｗｓ２と、高圧側壁面１０ｐからの突出幅Ｗｐ２と、が均等になるように形成されている。
【００３０】
本実施形態では、突出幅Ｗｐ１の最大値と突出幅Ｗｓ１の最大値とが等しく、かつ突出幅Ｗｐ２の最大値と突出幅Ｗｓ２の最大値とが等しくなっている。
また、第１の拡幅部１０ｃ及び第２の拡幅部１０ｆは、低圧側ＳＳに突出させた面積と高圧側ＰＳに突出させた面積とが略等しくなるように形成してもよい。
【００３１】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、図２（ａ）に示すノズルベーン１０近傍の拡大図である。
図３（ａ）は、排気ノズル８の開度が最大となったときのノズルベーン１０の状態を示している。図３（ｂ）は、ノズルベーンの排気ノズル８の開度が最小となったときのノズルベーン１０の状態を示している。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、本実施形態のノズルベーン１０の後縁１０ａは、排気ノズル８の最大開度において、第２の排気導入壁１２ｂ（図１参照）の内周円（排気ノズル８の内縁）１２ｃと平面視で重なるように設けられている。このとき、内周円１２ｃの接線ＴＬと、ノズルベーン１０の後縁１０ａから前縁１０ｂへ向かう中心線ＣＬとがなす角度を、角度θ１とする。
【００３３】
ここで、ノズルベーン１０の後縁１０ａは、第２の排気導入壁１２ｂの内周円１２ｃのやや外側（第１の排気導入壁１２ａと第２の排気導入壁１２ｂとの間）に設けられていてもよい。
また、ノズルベーン１０は、例えば連結ピン１３等と接触することにより、角度θ１以上の角度に回転することが制限されている。
【００３４】
ノズルベーン１０の後縁１０ａの低圧側ＳＳに設けられた第１の拡幅部１０ｃには、第１の拡幅部１０ｃが内周円１２ｃのタービンインペラ２側へ侵出することを防止する低圧側傾斜部１０ｇが設けられている。
低圧側傾斜部１０ｇは、ノズルベーン１０の中心線ＣＬと、例えば上記の角度θ１をなすように形成されている。
【００３５】
ノズルベーン１０の前縁１０ｂの高圧側ＰＳに設けられた第１の拡幅部１０ｃには、第１の拡幅部１０ｃが排気ノズル８の外縁のスクロール流路５ａ側（図１参照）へ侵出することを防止する高圧側傾斜部１０ｈが設けられている。
高圧側傾斜部１０ｈは、排気ノズル８の最大開度において、例えば排気ノズル８の外縁よりもタービンインペラ２側に設定された所定の外周円１２ｄに沿うように形成されている。ここで、外周円１２ｄは、排気ノズル８の外縁と重なっていてもよい。
【００３６】
図３（ｂ）に示すように、高圧側切欠き部１０ｄは、排気ノズル８の最小開度において、第１の拡幅部１０ｃの高圧側ＰＳがタービンインペラ２の回転方向Ｒの前方側に隣接するノズルベーン１０の前縁１０ｂと接触するのを回避するように設けられている。すなわち、本実施形態では、第１の拡幅部１０ｃを高圧側ＰＳの突出幅Ｗｐ１がノズルベーン１０の後縁１０ａに近づくにつれて徐々に減少するような滑らかな形状に形成している。これにより、回転方向Ｒの後方側に位置するノズルベーン１０の後縁１０ａの高圧側壁面１０ｐが、回転方向Ｒの前方側に位置するノズルベーン１０と接触するようになっている。
【００３７】
また、低圧側切欠き部１０ｅは、排気ノズル８の最小開度において、第１の拡幅部１０ｃの低圧側ＳＳがタービンインペラ２の回転方向Ｒの後方側に隣接するノズルベーン１０の後縁１０ａと接触するのを回避するように設けられている。すなわち、本実施形態では、第１の拡幅部１０ｃを低圧側ＳＳの突出幅Ｗｓ１がノズルベーン１０の前縁１０ｂに近づくにつれて徐々に減少するような滑らかな形状に形成している。これにより、回転方向Ｒの前方側に位置するノズルベーン１０の前縁１０ｂの低圧側壁面１０ｓが、回転方向Ｒの後方側に位置するノズルベーン１０と接触するようになっている。
【００３８】
したがって、本実施形態では、各々のノズルベーン１０は、高圧側切欠き部１０ｄ及び低圧側切欠き部１０ｅにより、排気ノズル８の開閉時に、第１の拡幅部１０ｃと隣接するノズルベーン１０とが接触することを回避するように設けられている。また、排気ノズル８の最小開度において、回転方向Ｒの前方側に位置するノズルベーン１０の低圧側壁面１０ｓと、回転方向Ｒの後方側に位置するノズルベーン１０の高圧側壁面１０ｐと、が接触するよう設けられている。
【００３９】
また、図示は省略するが、本実施形態では、図２（ｂ）に示す第２の排気導入壁１２ｂ側の端部に設けられた第２の拡幅部１０ｆにも、第１の拡幅部１０ｃと同様に、高圧側切欠き部、低圧側切欠き部、高圧側傾斜部、及び低圧側傾斜部が設けられている。
なお、第２の拡幅部１０ｆが第１の拡幅部１０ｃよりも十分に小さく、図３（ａ）に示す排気ノズル８の最大開度において、ノズルベーン１０の低圧側ＳＳに設けられた第２の拡幅部１０ｆが、第２の排気導入壁１２ｂの内周円１２ｃよりもタービンインペラ２側に突出しない場合には、第２の拡幅部１０ｆに低圧側傾斜部を設けなくてもよい。同様に、ノズルベーン１０の高圧側ＰＳに設けられた第２の拡幅部１０ｆが、外周円１２ｄの外側に突出しない場合には、第２の拡幅部１０ｆに高圧側傾斜部を設けなくてもよい。
【００４０】
図１に示すように、ノズルベーン１０の支持軸９ｂを回動させるリンク機構２０は、リンク機構２０及び排気ノズル８を支持する保持部材２１を備えている。保持部材２１は、底部の中央部が開口された深皿状のリング形状に形成され、外縁部が折り曲げられてベアリングハウジング３とタービンハウジング５との間に挟持されている。保持部材２１の内縁部は、連結ピン１３によって第２の排気導入壁１２ｂに固定されている。これにより、保持部材２１は、排気ノズル８をタービンインペラ２の周囲に保持している。
【００４１】
リンク機構２０は、アクチュエータ（図示略）等の動力をリンク部材２２およびリンク板２３等により伝達して支持軸９ｂを回動させ、タービンインペラ２の周囲に配置された複数のノズルベーン１０を連動して回動させるように構成されている。
ベアリングハウジング３のタービンハウジング５と反対側には、上述のようにコンプレッサハウジング（図示略）が取り付けられている。そして、タービンインペラ２の軸２ａのコンプレッサハウジング側には、コンプレッサインペラが軸２ａに一体的に連結されている。
【００４２】
コンプレッサハウジングは、コンプレッサインペラへ供給する空気を取り入れる空気取入口を備えている。また、コンプレッサハウジングには、コンプレッサインペラの周囲に、コンプレッサインペラ側から供給された空気を昇圧する環状のディフューザ流路が設けられている。ディフューザ流路の周囲には、ディフューザ流路の外周部に連通するコンプレッサスクロール流路が形成されている。コンプレッサスクロール流路には、コンプレッサスクロール流路内の空気を、例えばエンジンのシリンダに供給するための空気排出口が設けられている。
【００４３】
以上の構成により、本実施形態のターボチャージャ１は、例えばエンジンのシリンダから排出された排気ガスをタービンハウジング５のスクロール流路５ａに取り込んで、排気ノズル８を介してタービンインペラ２に供給する。これにより、タービンインペラ２が回転して、軸２ａを回転させ、コンプレッサインペラが回転する。
【００４４】
空気取入口から取り入れられ、コンプレッサインペラの回転により圧縮された空気は、ディフューザ流路を通過する過程で動圧エネルギーを静圧に変換し、コンプレッサスクロール流路に供給される。そして、コンプレッサスクロール流路内の昇圧された空気は、空気排出口から、例えばエンジンのシリンダに供給される。
【００４５】
ここで、本実施形態のターボチャージャ１は、例えばエンジンの回転数等に基づいて、タービンインペラ２に供給する排気ガスの流速および流れ角度を調整する排気ノズル８を備えている。排気ノズル８により排気ガスの流速および流れ角度を調整する際には、まず、アクチュエータ等の動力源によりリンク機構２０を駆動して、ノズルベーンの支持軸９ｂを回転させる。すると、複数のノズルベーン１０が、各々の支持軸９ｂを中心として同期して回動する。
【００４６】
このとき、ノズルベーン１０の回転角度を、図３（ａ）に示す最大開度と、図３（ｂ）に示す最小開度との間で調整し、タービンインペラ２に供給する排気ガスの流速および流れ角度を調整することができる。
排気ノズル８の第１の排気導入壁１２ａと第２の排気導入壁１２ｂとの間を通過する排気ガスは、タービンインペラ２の羽根に沿って流れ、流速および流れ角度が調整された状態でタービンインペラ２を図２に示す回転方向Ｒに回転させる。
【００４７】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
本実施形態のターボチャージャ１は、タービンハウジング５側に設けられた第１の排気導入壁１２ａに対向するノズルベーン１０の端部に、中央部の厚さ方向の幅Ｗｃよりも厚さ方向の幅Ｗ１が拡大された第１の拡幅部１０ｃが設けられている。
【００４８】
そのため、第１の拡幅部１０ｃが設けられていない場合と比較して、第１の排気導入壁１２ａとノズルベーン１０との間の隙間Ｓ１を流れる排気ガスに対する抵抗が増加する。隙間Ｓ１を流れる排気ガスに対する抵抗が増加すると、隙間Ｓ１を流れる排気ガスの流量が減少する。これにより、ノズルベーン１０の中央部（第１の拡幅部１０ｃと第２の拡幅部１０ｆとの間）を流れる排気ガスの流量が増加する。
【００４９】
ノズルベーン１０の中央部を通過する排気ガスは、第１の排気導入壁１２ａとノズルベーン１０との間の隙間Ｓ１を通過する排気ガスと比較して、タービンインペラ２がより大きな出力を取り出せるような流速および流れ角度となる。そのため、ノズルベーン１０の中央部を通過する排気ガスを増加させることで、排気ガスのエネルギーをより効率よくタービンインペラ２の回転運動に変換することが可能になる。すなわち、排気ガスによってタービンインペラ２をより効率よく回転させることができる。
したがって、本実施形態のターボチャージャ１によれば、隙間Ｓ１を流れる排気ガスの流量を減少させ、タービン効率が低下することを防止できる。
【００５０】
また、第１の拡幅部１０ｃには、排気ノズル８の開閉時に、隣接するノズルベーン１０との接触を防止する高圧側切欠き部１０ｄ及び低圧側切欠き部１０ｅが形成されている。また、第２の拡幅部１０ｆも同様に形成されている。これにより、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、排気ノズル８の開閉時に、第１の拡幅部１０ｃ及び第２の拡幅部１０ｆが、隣接するノズルベーン１０の第１の拡幅部１０ｃ及び第２の拡幅部１０ｆと干渉することを防止できる。したがって、ノズルベーン１０を最大角度から最小角度までの開閉角度θの範囲で制限なく回転させることができる。
【００５１】
そのため、図４（ｂ）に示す従来のノズルベーン１００のように、隣接するノズルベーン１００と衝突してノズルベーン１００の開閉角度θ´が制限されることを防止できる。これにより、排気ノズル８を、図３（ａ）に示す最大開度から、図３（ｂ）に示す最小開度まで自由に開閉させることができる。
したがって、本実施形態のターボチャージャ１によれば、ノズルベーン１０の開閉角度が隣接するノズルベーン１０との干渉によって制限されることを防止できる。
【００５２】
また、図２（ｂ）に示すように、ノズルベーン１０の第２の排気導入壁１２ｂに対向する端部に、第２の拡幅部１０ｆが設けられている。
そのため、第２の拡幅部１０ｆが設けられていない場合と比較して、第２の排気導入壁１２ｂとノズルベーン１０との隙間Ｓ２を流れる排気ガスに対する抵抗が増加する。隙間Ｓ２を流れる排気ガスに対する抵抗が増加すると、隙間Ｓ２を流れる排気ガスの流量が減少する。これにより、ノズルベーン１０の中央部を流れる排気ガスの流量を増加させて排気ガスの流速を上昇させ、タービン効率を向上させることができる。
【００５３】
また、ノズルベーン１０の第１の拡幅部１０ｃの幅Ｗ１が、第２の拡幅部の幅Ｗ２よりも大きくなっている。
これにより、タービン効率を低下させる第１の排気導入壁１２ａとノズルベーン１０との隙間Ｓ１を流れる排気ガスをより確実に減少させ、タービン効率の低下をより確実に防止できる。
【００５４】
ノズルベーン１０は、回転する際に第１の拡幅部１０ｃ及び第２の拡幅部１０ｆが第１の排気導入壁１２ａ及び第２の排気導入壁１２ｂとそれぞれ摺動する場合がある。
ここで、ノズルベーン１０の第１の拡幅部１０ｃは、低圧側壁面１０ｓからの突出幅Ｗｓ１と高圧側壁面１０ｐからの突出幅Ｗｐ１とが均等に形成されている。また、第２の拡幅部１０ｆも同様に形成されている。
【００５５】
したがって、ノズルベーン１０が第１の排気導入壁１２ａ及び第２の排気導入壁１２ｂと摺動する際に作用する摩擦力を均一にして、ノズルベーン１０を回転させるトルクを均一にすることができる。そして、ノズルベーン１０が第１の排気導入壁１２ａ及び第２の排気導入壁１２ｂに食い込んだり引っ掛かったり（スティック）することが防止できる。
【００５６】
また、ノズルベーン１０は、図２（ａ）に示すように、後縁１０ａが前縁１０ｂよりもタービンインペラ２に近接し、かつ後縁１０ａが前縁１０ｂよりもタービンインペラ２の回転方向Ｒの前方側に位置するように設けられている。
これにより、スクロール流路５ａ側（高圧側ＰＳ）から供給された高圧の排気ガスを、ノズルベーン１０の前縁１０ｂから後縁１０ａの方向に沿って流通させ、タービンインペラ２側（低圧側ＳＳ）へ供給することができる。そして、排気ガスによりタービンインペラ２を回転方向Ｒに回転させることができる。
【００５７】
また、ノズルベーン１０は、後縁１０ａの低圧側ＳＳに設けられた第１の拡幅部１０ｃに、第２の排気導入壁１２ｂの内周円１２ｃよりもタービンインペラ２側への侵出を防止する低圧側傾斜部１０ｇが設けられている。また、第２の拡幅部１０ｆにも同様の低圧側傾斜部が設けられている。
これにより、図１及び図３（ａ）に示すように、排気ノズル８の最大開度において、ノズルベーン１０の第１の拡幅部１０ｃ及び第２の拡幅部１０ｆが、第２の排気導入壁１２ｂの内周円１２ｃよりもタービンインペラ２側に侵出することが防止される。
【００５８】
したがって、本実施形態のターボチャージャ１によれば、ノズルベーン１０の第１の拡幅部１０ｃ及び第２の拡幅部１０ｆが、図４に示す従来のノズルベーン１００のように、タービンインペラ２と干渉することを防止できる。
【００５９】
なお、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、第１の拡幅部の幅と第２の拡幅部の幅は同等であってもよい。上述の実施形態では拡幅部の高圧側と低圧側の双方に切欠き部を形成したが、低圧側切欠き部もしくは高圧側切欠き部のいずれか一方のみを形成するようにしてもよい。また、第２の拡幅部は設けなくてもよい。
【００６０】
また、ノズルベーンの支持軸は、第２の排気導入壁に対向する端部にのみ設け、ノズルベーンを片持ち状に支持してもよい。また、リンク機構を排気ノズルのタービンハウジング側に設ける場合には、ノズルベーンの支持軸を第１の排気導入壁に対向する端部にのみ設け、ノズルベーンを片持ち状に支持してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態におけるターボチャージャの部分拡大断面図である。
【図２】（ａ）は、図１のＡ−Ａ線に沿う排気ノズルの矢視断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿うノズルベーンの矢視断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、図２（ａ）に示すノズルベーン近傍の拡大図である。
【図４】図３に対応する従来のターボチャージャの部分拡大図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ ターボチャージャ、２ タービンインペラ、３ ベアリングハウジング（軸受けハウジング）、５ タービンハウジング、８ 排気ノズル、１０ ノズルベーン、１０ａ 後縁、１０ｂ 前縁、１０ｃ 第１の拡幅部、１０ｄ 高圧側切欠き部（切欠き部）、１０ｅ 低圧側切欠き部（切欠き部）、１０ｆ 第２の拡幅部、１０ｇ 低圧側傾斜部、１０ｈ 高圧側傾斜部、１０ｐ 高圧側壁面、１０ｓ 低圧側壁面、１２ａ 第１の排気導入壁、１２ｂ 第２の排気導入壁、１２ｃ 内周円（排気ノズルの内縁）、１２ｄ 外周円（排気ノズルの外縁）、ＰＳ 高圧側、Ｒ 回転方向、ＳＳ 低圧側、Ｗ１ 幅、Ｗ２ 幅、Ｗｐ１ 突出幅、Ｗｐ２ 突出幅、Ｗｓ１ 突出幅、Ｗｓ２ 突出幅
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ターボチャージャに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、タービンインペラを回転可能に支持する軸受けハウジングと、タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、スクロール流路内からタービンインペラ側に供給される排気ガスの流速および流れ角度を可変とする排気ノズルと、を備えた可変容量型のターボチャージャが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のターボチャージャは、ノズル羽根と平行壁との間の隙間流れを抑制し、タービン効率の低下を抑制するものである。
【０００３】
特許文献１の可変容量型のターボチャージャの排気ノズルは、渦巻室（スクロール流路）と羽根車（タービンインペラ）との間の一対の平行壁（排気導入壁）に、可動のノズル羽根（ノズルベーン）を備えている。そして、排気導入壁に対面するノズルベーンの両端部を中央部より厚肉に形成し、その両端部の端面を排気導入壁に平行に形成している。
これにより、ノズルベーンの厚さ方向の幅を大きくでき、十分なシール長が得られると共に、隙間流れも抑制できる。
【特許文献１】特開平１１−２２９８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のターボチャージャは、ノズルベーンの両端部の厚さ方向の幅が中央部よりも大きく形成されているため、排気ノズルの開閉時に隣接するノズルベーン同士が干渉してノズルベーンの開閉角度が制限されるという課題がある。
【０００５】
図４（ａ）に示すように、特許文献１のターボチャージャは、ノズルベーン１００の開度が十分に大きい場合には、幅が大きく形成されたノズルベーンの端部１００ｅ同士が接触することがない。したがって、ノズルベーン１００の端部１００ｅと双方の排気導入壁との間のシール性を向上させ、タービン効率の低下を防止できるという優れた効果を発揮することができる。
【０００６】
しかし、図４（ｂ）に示すように、ノズルベーン１００の開度が小さくなると、隣接するノズルベーン１００の端部１００ｅ同士が接触してしまう。すると、ノズルベーン１００の開度を十分に小さくすることができず、タービンインペラを回転させる排気ガスの流速が低下して、タービン効率が低下してしまう。
【０００７】
また、図４（ａ）に示すように、ノズルベーン１００の開度が大きくなると、ノズルベーン１００の端部１００ｅとタービンインペラ２とが接触してしまう虞がある。したがって、このような接触を防止するためにノズルベーン１００の開度を十分に大きくすることができず、タービンインペラ２を回転させる排気ガスの流量を制限してしまう。（つまり所定の流量を流すことができない。）
【０００８】
そこで、この発明は、ノズルベーンと排気導入壁との間の隙間を流れる排気ガスの流量を低減してタービン効率の低下を抑制することができ、かつノズルベーンの開閉角度が制限されることを防止できるターボチャージャを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明のターボチャージャは、タービンインペラを回転可能に支持する軸受けハウジングと、前記タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、前記スクロール流路内から前記タービンインペラ側に供給される前記排気ガスの流速および流れ角度を可変とする排気ノズルと、を備えた可変容量型のターボチャージャにおいて、前記排気ノズルは、前記タービンハウジング側に設けられた第１の排気導入壁と、該第１の排気導入壁と対向して前記軸受けハウジング側に設けられた第２の排気導入壁と、前記第１の排気導入壁と前記第２の排気導入壁との間に配置され前記タービンインペラの周囲に回動可能に支持された複数のノズルベーンと、を備え、前記ノズルベーンの前記第１の排気導入壁に対向する端部には、前記ノズルベーンの厚さ方向の幅が中央部よりも拡大された第１の拡幅部が設けられ、前記第１の拡幅部の高圧側と低圧側の少なくとも一方の端部には、前記排気ノズルの開閉時に隣接する前記ノズルベーンとの接触を回避する切欠き部が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明のターボチャージャは、前記ノズルベーンの前記第２の排気導入壁に対向する端部には、前記ノズルベーンの厚さ方向の幅が中央部よりも拡大された第２の拡幅部が設けられ、前記第２の拡幅部の前記高圧側と前記低圧側の少なくとも一方の端部には、前記排気ノズルの開閉時に隣接する前記ノズルベーンとの接触を回避する切欠き部が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のターボチャージャは、前記第１の拡幅部の前記幅が、前記第２の拡幅部の前記幅と同等かまたは前記幅よりも大きいことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のターボチャージャは、前記拡幅部は、前記ノズルベーンの低圧側壁面からの突出幅と高圧側壁面からの突出幅とが均等に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のターボチャージャは、前記ノズルベーンは、後縁が前縁よりも前記タービンインペラに近接しかつ前記タービンインペラの回転方向の前方側に位置するように設けられ、前記後縁の前記高圧側に設けられた前記拡幅部には、前記回転方向の前方側に隣接する前記ノズルベーンの前記前縁との接触を回避する高圧側切欠き部が設けられていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のターボチャージャは、前記前縁の前記低圧側に設けられた前記拡幅部には、前記回転方向の後方側に隣接する前記ノズルベーンの前記後縁との接触を回避する低圧側切欠き部が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のターボチャージャは、前記後縁の前記低圧側に設けられた前記拡幅部には、前記排気ノズルの内縁の前記タービンインペラ側への侵出を防止する低圧側傾斜部が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のターボチャージャは、前記前縁の前記高圧側に設けられた前記拡幅部には、前記排気ノズルの外縁の前記スクロール流路側への侵出を防止する高圧側傾斜部が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、タービンハウジング側に設けられた第１の排気導入壁に対向するノズルベーンの端部に厚さ方向の幅が中央部よりも拡大された第１の拡幅部が設けられている。そのため、第１の排気導入壁とノズルベーンとの間を流れる排気ガスに対する抵抗を増加させ、第１の排気導入壁とノズルベーンとの隙間を流れる排気ガスを低減することができる。これにより、排気ガスによってタービンインペラをより効率よく回転させ、タービン効率が低下することを防止することができる。
また、拡幅部には、排気ノズルの開閉時に隣接するノズルベーンとの接触を回避する切欠き部が形成されている。そのため、拡幅部と隣接するノズルベーンとが衝突してノズルベーンの開閉角度が制限されることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
本実施形態のターボチャージャは、例えば自動車のエンジンの回転数の増減に基づいてタービンインペラに供給する排気ガスの流速および流れ角度を調整可能な可変容量型のターボチャージャである。なお、以下の各図面では、各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、部材毎に縮尺を適宜変更している。
図１は、本実施形態のターボチャージャの断面図の部分拡大図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態のターボチャージャ１は、タービンインペラ２を回転可能に支持するベアリングハウジング（軸受けハウジング）３を備えている。ベアリングハウジング３の片側には、複数のボルト４によりタービンハウジング５が一体的に取り付けられている。また、ベアリングハウジング３のタービンハウジング５と反対側には、複数のボルトによりコンプレッサハウジング（図示略）が一体的に取り付けられている。
【００２０】
タービンハウジング５は、タービンインペラ２に排気ガスを供給するスクロール流路５ａと、スクロール流路５ａ内からタービンインペラ２側に供給される排気ガスの流速および流れ角度を調整する排気ノズル８と、を備えている。
スクロール流路５ａには、例えばエンジンのシリンダ等に接続された排気ガス取入口（図示略）が設けられている。
【００２１】
排気ノズル８は、排気ガスの流路を形成する第１の排気導入壁１２ａと第２の排気導入壁１２ｂとを備えている。
第１の排気導入壁１２ａは、タービンインペラ２の周囲にリング状に形成され、タービンハウジング５側に配置されている。
第２の排気導入壁１２ｂは、同様にタービンインペラ２の周囲にリング状に形成され、第１の排気導入壁１２ａに対向してベアリングハウジング３側に配置されている。
第１の排気導入壁１２ａと第２の排気導入壁１２ｂは、連結ピン１３により一体的に連結されている。
【００２２】
また、排気ノズル８は、第１の排気導入壁１２ａと第２の排気導入壁１２ｂとの間に配置された複数のノズルベーン１０を備えている。
ノズルベーン１０は、タービンインペラ２の周囲に均等に配置され、タービンインペラ２の軸２ａと略平行に設けられた支持軸９ａ，９ｂによって回動可能に支持されている。
【００２３】
支持軸９ａ，９ｂは、ノズルベーン１０の第１の排気導入壁１２ａに対向する端部と第２の排気導入壁１２ｂに対向する端部とにそれぞれ固定され、ノズルベーン１０と一体的に設けられている。
第１の排気導入壁１２ａ及び第２の排気導入壁１２ｂには、支持軸９ａ，９ｂを回動可能に支持する支持穴１１ａ，１１ｂが形成されている。
支持軸９ｂは、アクチュエータ（不図示）の動力を支持軸９ｂに伝達して回動させるリンク機構２０に連結されている。
【００２４】
図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ線に沿う排気ノズル８の矢視断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿うノズルベーン１０の矢視断面図である。なお、図２では連結ピン１３の図示を省略している。
図２（ａ）に示すように、ノズルベーン１０は、平面視で後縁１０ａの厚みが薄く前縁１０ｂの厚みが厚い流線型の翼状の形状に形成されている。
【００２５】
ノズルベーン１０は、排気ガスの下流側になる後縁１０ａが、排気ガスの上流側になる前縁１０ｂよりも、タービンインペラ２に近接するように設けられている。また、後縁１０ａが、前縁１０ｂよりもタービンインペラ２の回転方向Ｒの前方側に位置するように設けられている。
【００２６】
図１に示すように、排気ノズル８の外側のスクロール流路５ａ側が排気ガスの高圧側ＰＳとなり、排気ノズル８の内側のタービンインペラ２側が排気ガスの低圧側ＳＳとなる。そのため、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ノズルベーン１０のタービンインペラ２と反対側が排気ガスの高圧側ＰＳとなり、タービンインペラ２側が排気ガスの低圧側ＳＳとなっている。
【００２７】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、ノズルベーン１０の第１の排気導入壁１２ａに対向する端部には、ノズルベーン１０の中央部の厚さ方向の幅Ｗｃよりも、ノズルベーン１０の厚さ方向の幅Ｗ１が拡大された第１の拡幅部１０ｃが設けられている。
図２（ａ）に示すように、第１の拡幅部１０ｃの高圧側ＰＳで、ノズルベーン１０の後縁１０ａ側の端部には、後述する高圧側切欠き部（切欠き部）１０ｄが形成されている。同様に、第１の拡幅部１０ｃの低圧側ＳＳで、ノズルベーン１０の前縁１０ｂ側の端部にも、後述する低圧側切欠き部（切欠き部）１０ｅが形成されている。
【００２８】
図２（ｂ）に示すように、ノズルベーン１０の第２の排気導入壁１２ｂに対向する端部には、ノズルベーン１０の中央部の厚さ方向の幅Ｗｃよりも、ノズルベーン１０の厚さ方向の幅Ｗ２が拡大された第２の拡幅部１０ｆが設けられている。
第２の拡幅部１０ｆの高圧側ＰＳで、ノズルベーン１０の後縁１０ａ側の端部には、第１の拡幅部１０ｃと同様の高圧側切欠き部（図示略）が形成されている。同様に、第２の拡幅部１０ｆの低圧側ＳＳで、ノズルベーン１０の前縁１０ｂ側の端部にも、第１の拡幅部１０ｃと同様の低圧側切欠き部（図示略）が形成されている。
【００２９】
ここで、図２（ｂ）に示すように、第１の拡幅部１０ｃの幅Ｗ１は、第２の拡幅部１０ｆの幅Ｗ２よりも大きくなるように形成されている。
また、第１の拡幅部１０ｃは、ノズルベーン１０の低圧側壁面１０ｓからの突出幅Ｗｓ１と、高圧側壁面１０ｐからの突出幅Ｗｐ１と、が均等になるように形成されている。同様に、第２の拡幅部１０ｆは、ノズルベーン１０の低圧側壁面１０ｓからの突出幅Ｗｓ２と、高圧側壁面１０ｐからの突出幅Ｗｐ２と、が均等になるように形成されている。
【００３０】
本実施形態では、突出幅Ｗｐ１の最大値と突出幅Ｗｓ１の最大値とが等しく、かつ突出幅Ｗｐ２の最大値と突出幅Ｗｓ２の最大値とが等しくなっている。
また、第１の拡幅部１０ｃ及び第２の拡幅部１０ｆは、低圧側ＳＳに突出させた面積と高圧側ＰＳに突出させた面積とが略等しくなるように形成してもよい。
【００３１】
図３（ａ）及び図３（ｂ）は、図２（ａ）に示すノズルベーン１０近傍の拡大図である。
図３（ａ）は、排気ノズル８の開度が最大となったときのノズルベーン１０の状態を示している。図３（ｂ）は、ノズルベーンの排気ノズル８の開度が最小となったときのノズルベーン１０の状態を示している。
【００３２】
図３（ａ）に示すように、本実施形態のノズルベーン１０の後縁１０ａは、排気ノズル８の最大開度において、第２の排気導入壁１２ｂ（図１参照）の内周円（排気ノズル８の内縁）１２ｃと平面視で重なるように設けられている。このとき、内周円１２ｃの接線ＴＬと、ノズルベーン１０の後縁１０ａから前縁１０ｂへ向かう中心線ＣＬとがなす角度を、角度θ１とする。
【００３３】
ここで、ノズルベーン１０の後縁１０ａは、第２の排気導入壁１２ｂの内周円１２ｃのやや外側（第１の排気導入壁１２ａと第２の排気導入壁１２ｂとの間）に設けられていてもよい。
また、ノズルベーン１０は、例えば連結ピン１３等と接触することにより、角度θ１以上の角度に回転することが制限されている。
【００３４】
ノズルベーン１０の後縁１０ａの低圧側ＳＳに設けられた第１の拡幅部１０ｃには、第１の拡幅部１０ｃが内周円１２ｃのタービンインペラ２側へ侵出することを防止する低圧側傾斜部１０ｇが設けられている。
低圧側傾斜部１０ｇは、ノズルベーン１０の中心線ＣＬと、例えば上記の角度θ１をなすように形成されている。
【００３５】
ノズルベーン１０の前縁１０ｂの高圧側ＰＳに設けられた第１の拡幅部１０ｃには、第１の拡幅部１０ｃが排気ノズル８の外縁のスクロール流路５ａ側（図１参照）へ侵出することを防止する高圧側傾斜部１０ｈが設けられている。
高圧側傾斜部１０ｈは、排気ノズル８の最大開度において、例えば排気ノズル８の外縁よりもタービンインペラ２側に設定された所定の外周円１２ｄに沿うように形成されている。ここで、外周円１２ｄは、排気ノズル８の外縁と重なっていてもよい。
【００３６】
図３（ｂ）に示すように、高圧側切欠き部１０ｄは、排気ノズル８の最小開度において、第１の拡幅部１０ｃの高圧側ＰＳがタービンインペラ２の回転方向Ｒの前方側に隣接するノズルベーン１０の前縁１０ｂと接触するのを回避するように設けられている。すなわち、本実施形態では、第１の拡幅部１０ｃを高圧側ＰＳの突出幅Ｗｐ１がノズルベーン１０の後縁１０ａに近づくにつれて徐々に減少するような滑らかな形状に形成している。これにより、回転方向Ｒの後方側に位置するノズルベーン１０の後縁１０ａの高圧側壁面１０ｐが、回転方向Ｒの前方側に位置するノズルベーン１０と接触するようになっている。
【００３７】
また、低圧側切欠き部１０ｅは、排気ノズル８の最小開度において、第１の拡幅部１０ｃの低圧側ＳＳがタービンインペラ２の回転方向Ｒの後方側に隣接するノズルベーン１０の後縁１０ａと接触するのを回避するように設けられている。すなわち、本実施形態では、第１の拡幅部１０ｃを低圧側ＳＳの突出幅Ｗｓ１がノズルベーン１０の前縁１０ｂに近づくにつれて徐々に減少するような滑らかな形状に形成している。これにより、回転方向Ｒの前方側に位置するノズルベーン１０の前縁１０ｂの低圧側壁面１０ｓが、回転方向Ｒの後方側に位置するノズルベーン１０と接触するようになっている。
【００３８】
したがって、本実施形態では、各々のノズルベーン１０は、高圧側切欠き部１０ｄ及び低圧側切欠き部１０ｅにより、排気ノズル８の開閉時に、第１の拡幅部１０ｃと隣接するノズルベーン１０とが接触することを回避するように設けられている。また、排気ノズル８の最小開度において、回転方向Ｒの前方側に位置するノズルベーン１０の低圧側壁面１０ｓと、回転方向Ｒの後方側に位置するノズルベーン１０の高圧側壁面１０ｐと、が接触するよう設けられている。
【００３９】
また、図示は省略するが、本実施形態では、図２（ｂ）に示す第２の排気導入壁１２ｂ側の端部に設けられた第２の拡幅部１０ｆにも、第１の拡幅部１０ｃと同様に、高圧側切欠き部、低圧側切欠き部、高圧側傾斜部、及び低圧側傾斜部が設けられている。
なお、第２の拡幅部１０ｆが第１の拡幅部１０ｃよりも十分に小さく、図３（ａ）に示す排気ノズル８の最大開度において、ノズルベーン１０の低圧側ＳＳに設けられた第２の拡幅部１０ｆが、第２の排気導入壁１２ｂの内周円１２ｃよりもタービンインペラ２側に突出しない場合には、第２の拡幅部１０ｆに低圧側傾斜部を設けなくてもよい。同様に、ノズルベーン１０の高圧側ＰＳに設けられた第２の拡幅部１０ｆが、外周円１２ｄの外側に突出しない場合には、第２の拡幅部１０ｆに高圧側傾斜部を設けなくてもよい。
【００４０】
図１に示すように、ノズルベーン１０の支持軸９ｂを回動させるリンク機構２０は、リンク機構２０及び排気ノズル８を支持する保持部材２１を備えている。保持部材２１は、底部の中央部が開口された深皿状のリング形状に形成され、外縁部が折り曲げられてベアリングハウジング３とタービンハウジング５との間に挟持されている。保持部材２１の内縁部は、連結ピン１３によって第２の排気導入壁１２ｂに固定されている。これにより、保持部材２１は、排気ノズル８をタービンインペラ２の周囲に保持している。
【００４１】
リンク機構２０は、アクチュエータ（図示略）等の動力をリンク部材２２およびリンク板２３等により伝達して支持軸９ｂを回動させ、タービンインペラ２の周囲に配置された複数のノズルベーン１０を連動して回動させるように構成されている。
ベアリングハウジング３のタービンハウジング５と反対側には、上述のようにコンプレッサハウジング（図示略）が取り付けられている。そして、タービンインペラ２の軸２ａのコンプレッサハウジング側には、コンプレッサインペラが軸２ａに一体的に連結されている。
【００４２】
コンプレッサハウジングは、コンプレッサインペラへ供給する空気を取り入れる空気取入口を備えている。また、コンプレッサハウジングには、コンプレッサインペラの周囲に、コンプレッサインペラ側から供給された空気を昇圧する環状のディフューザ流路が設けられている。ディフューザ流路の周囲には、ディフューザ流路の外周部に連通するコンプレッサスクロール流路が形成されている。コンプレッサスクロール流路には、コンプレッサスクロール流路内の空気を、例えばエンジンのシリンダに供給するための空気排出口が設けられている。
【００４３】
以上の構成により、本実施形態のターボチャージャ１は、例えばエンジンのシリンダから排出された排気ガスをタービンハウジング５のスクロール流路５ａに取り込んで、排気ノズル８を介してタービンインペラ２に供給する。これにより、タービンインペラ２が回転して、軸２ａを回転させ、コンプレッサインペラが回転する。
【００４４】
空気取入口から取り入れられ、コンプレッサインペラの回転により圧縮された空気は、ディフューザ流路を通過する過程で動圧エネルギーを静圧に変換し、コンプレッサスクロール流路に供給される。そして、コンプレッサスクロール流路内の昇圧された空気は、空気排出口から、例えばエンジンのシリンダに供給される。
【００４５】
ここで、本実施形態のターボチャージャ１は、例えばエンジンの回転数等に基づいて、タービンインペラ２に供給する排気ガスの流速および流れ角度を調整する排気ノズル８を備えている。排気ノズル８により排気ガスの流速および流れ角度を調整する際には、まず、アクチュエータ等の動力源によりリンク機構２０を駆動して、ノズルベーンの支持軸９ｂを回転させる。すると、複数のノズルベーン１０が、各々の支持軸９ｂを中心として同期して回動する。
【００４６】
このとき、ノズルベーン１０の回転角度を、図３（ａ）に示す最大開度と、図３（ｂ）に示す最小開度との間で調整し、タービンインペラ２に供給する排気ガスの流速および流れ角度を調整することができる。
排気ノズル８の第１の排気導入壁１２ａと第２の排気導入壁１２ｂとの間を通過する排気ガスは、タービンインペラ２の羽根に沿って流れ、流速および流れ角度が調整された状態でタービンインペラ２を図２に示す回転方向Ｒに回転させる。
【００４７】
次に、この実施の形態の作用について説明する。
本実施形態のターボチャージャ１は、タービンハウジング５側に設けられた第１の排気導入壁１２ａに対向するノズルベーン１０の端部に、中央部の厚さ方向の幅Ｗｃよりも厚さ方向の幅Ｗ１が拡大された第１の拡幅部１０ｃが設けられている。
【００４８】
そのため、第１の拡幅部１０ｃが設けられていない場合と比較して、第１の排気導入壁１２ａとノズルベーン１０との間の隙間Ｓ１を流れる排気ガスに対する抵抗が増加する。隙間Ｓ１を流れる排気ガスに対する抵抗が増加すると、隙間Ｓ１を流れる排気ガスの流量が減少する。これにより、ノズルベーン１０の中央部（第１の拡幅部１０ｃと第２の拡幅部１０ｆとの間）を流れる排気ガスの流量が増加する。
【００４９】
ノズルベーン１０の中央部を通過する排気ガスは、第１の排気導入壁１２ａとノズルベーン１０との間の隙間Ｓ１を通過する排気ガスと比較して、タービンインペラ２がより大きな出力を取り出せるような流速および流れ角度となる。そのため、ノズルベーン１０の中央部を通過する排気ガスを増加させることで、排気ガスのエネルギーをより効率よくタービンインペラ２の回転運動に変換することが可能になる。すなわち、排気ガスによってタービンインペラ２をより効率よく回転させることができる。
したがって、本実施形態のターボチャージャ１によれば、隙間Ｓ１を流れる排気ガスの流量を減少させ、タービン効率が低下することを防止できる。
【００５０】
また、第１の拡幅部１０ｃには、排気ノズル８の開閉時に、隣接するノズルベーン１０との接触を防止する高圧側切欠き部１０ｄ及び低圧側切欠き部１０ｅが形成されている。また、第２の拡幅部１０ｆも同様に形成されている。これにより、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、排気ノズル８の開閉時に、第１の拡幅部１０ｃ及び第２の拡幅部１０ｆが、隣接するノズルベーン１０の第１の拡幅部１０ｃ及び第２の拡幅部１０ｆと干渉することを防止できる。したがって、ノズルベーン１０を最大角度から最小角度までの開閉角度θの範囲で制限なく回転させることができる。
【００５１】
そのため、図４（ｂ）に示す従来のノズルベーン１００のように、隣接するノズルベーン１００と衝突してノズルベーン１００の開閉角度θ´が制限されることを防止できる。これにより、排気ノズル８を、図３（ａ）に示す最大開度から、図３（ｂ）に示す最小開度まで自由に開閉させることができる。
したがって、本実施形態のターボチャージャ１によれば、ノズルベーン１０の開閉角度が隣接するノズルベーン１０との干渉によって制限されることを防止できる。
【００５２】
また、図２（ｂ）に示すように、ノズルベーン１０の第２の排気導入壁１２ｂに対向する端部に、第２の拡幅部１０ｆが設けられている。
そのため、第２の拡幅部１０ｆが設けられていない場合と比較して、第２の排気導入壁１２ｂとノズルベーン１０との隙間Ｓ２を流れる排気ガスに対する抵抗が増加する。隙間Ｓ２を流れる排気ガスに対する抵抗が増加すると、隙間Ｓ２を流れる排気ガスの流量が減少する。これにより、ノズルベーン１０の中央部を流れる排気ガスの流量を増加させて排気ガスの流速を上昇させ、タービン効率を向上させることができる。
【００５３】
また、ノズルベーン１０の第１の拡幅部１０ｃの幅Ｗ１が、第２の拡幅部の幅Ｗ２よりも大きくなっている。
これにより、タービン効率を低下させる第１の排気導入壁１２ａとノズルベーン１０との隙間Ｓ１を流れる排気ガスをより確実に減少させ、タービン効率の低下をより確実に防止できる。
【００５４】
ノズルベーン１０は、回転する際に第１の拡幅部１０ｃ及び第２の拡幅部１０ｆが第１の排気導入壁１２ａ及び第２の排気導入壁１２ｂとそれぞれ摺動する場合がある。
ここで、ノズルベーン１０の第１の拡幅部１０ｃは、低圧側壁面１０ｓからの突出幅Ｗｓ１と高圧側壁面１０ｐからの突出幅Ｗｐ１とが均等に形成されている。また、第２の拡幅部１０ｆも同様に形成されている。
【００５５】
したがって、ノズルベーン１０が第１の排気導入壁１２ａ及び第２の排気導入壁１２ｂと摺動する際に作用する摩擦力を均一にして、ノズルベーン１０を回転させるトルクを均一にすることができる。そして、ノズルベーン１０が第１の排気導入壁１２ａ及び第２の排気導入壁１２ｂに食い込んだり引っ掛かったり（スティック）することが防止できる。
【００５６】
また、ノズルベーン１０は、図２（ａ）に示すように、後縁１０ａが前縁１０ｂよりもタービンインペラ２に近接し、かつ後縁１０ａが前縁１０ｂよりもタービンインペラ２の回転方向Ｒの前方側に位置するように設けられている。
これにより、スクロール流路５ａ側（高圧側ＰＳ）から供給された高圧の排気ガスを、ノズルベーン１０の前縁１０ｂから後縁１０ａの方向に沿って流通させ、タービンインペラ２側（低圧側ＳＳ）へ供給することができる。そして、排気ガスによりタービンインペラ２を回転方向Ｒに回転させることができる。
【００５７】
また、ノズルベーン１０は、後縁１０ａの低圧側ＳＳに設けられた第１の拡幅部１０ｃに、第２の排気導入壁１２ｂの内周円１２ｃよりもタービンインペラ２側への侵出を防止する低圧側傾斜部１０ｇが設けられている。また、第２の拡幅部１０ｆにも同様の低圧側傾斜部が設けられている。
これにより、図１及び図３（ａ）に示すように、排気ノズル８の最大開度において、ノズルベーン１０の第１の拡幅部１０ｃ及び第２の拡幅部１０ｆが、第２の排気導入壁１２ｂの内周円１２ｃよりもタービンインペラ２側に侵出することが防止される。
【００５８】
したがって、本実施形態のターボチャージャ１によれば、ノズルベーン１０の第１の拡幅部１０ｃ及び第２の拡幅部１０ｆが、図４に示す従来のノズルベーン１００のように、タービンインペラ２と干渉することを防止できる。
【００５９】
なお、この発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、第１の拡幅部の幅と第２の拡幅部の幅は同等であってもよい。上述の実施形態では拡幅部の高圧側と低圧側の双方に切欠き部を形成したが、低圧側切欠き部もしくは高圧側切欠き部のいずれか一方のみを形成するようにしてもよい。また、第２の拡幅部は設けなくてもよい。
【００６０】
また、ノズルベーンの支持軸は、第２の排気導入壁に対向する端部にのみ設け、ノズルベーンを片持ち状に支持してもよい。また、リンク機構を排気ノズルのタービンハウジング側に設ける場合には、ノズルベーンの支持軸を第１の排気導入壁に対向する端部にのみ設け、ノズルベーンを片持ち状に支持してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態におけるターボチャージャの部分拡大断面図である。
【図２】（ａ）は、図１のＡ−Ａ線に沿う排気ノズルの矢視断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿うノズルベーンの矢視断面図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、図２（ａ）に示すノズルベーン近傍の拡大図である。
【図４】図３に対応する従来のターボチャージャの部分拡大図である。
【符号の説明】
【００６２】
１ ターボチャージャ、２ タービンインペラ、３ ベアリングハウジング（軸受けハウジング）、５ タービンハウジング、８ 排気ノズル、１０ ノズルベーン、１０ａ 後縁、１０ｂ 前縁、１０ｃ 第１の拡幅部、１０ｄ 高圧側切欠き部（切欠き部）、１０ｅ 低圧側切欠き部（切欠き部）、１０ｆ 第２の拡幅部、１０ｇ 低圧側傾斜部、１０ｈ 高圧側傾斜部、１０ｐ 高圧側壁面、１０ｓ 低圧側壁面、１２ａ 第１の排気導入壁、１２ｂ 第２の排気導入壁、１２ｃ 内周円（排気ノズルの内縁）、１２ｄ 外周円（排気ノズルの外縁）、ＰＳ 高圧側、Ｒ 回転方向、ＳＳ 低圧側、Ｗ１ 幅、Ｗ２ 幅、Ｗｐ１ 突出幅、Ｗｐ２ 突出幅、Ｗｓ１ 突出幅、Ｗｓ２ 突出幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンインペラを回転可能に支持する軸受けハウジングと、前記タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、前記スクロール流路内から前記タービンインペラ側に供給される前記排気ガスの流速および流れ角度を可変とする排気ノズルと、を備えた可変容量型のターボチャージャにおいて、
前記排気ノズルは、前記タービンハウジング側に設けられた第１の排気導入壁と、該第１の排気導入壁と対向して前記軸受けハウジング側に設けられた第２の排気導入壁と、前記第１の排気導入壁と前記第２の排気導入壁との間に配置され前記タービンインペラの周囲に回動可能に支持された複数のノズルベーンと、を備え、
前記ノズルベーンの前記第１の排気導入壁に対向する端部には、前記ノズルベーンの厚さ方向の幅が中央部よりも拡大された第１の拡幅部が設けられ、
前記第１の拡幅部の高圧側と低圧側の少なくとも一方の端部には、前記排気ノズルの開閉時に隣接する前記ノズルベーンとの接触を回避する切欠き部が形成されていることを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】
前記ノズルベーンの前記第２の排気導入壁に対向する端部には、前記ノズルベーンの厚さ方向の幅が中央部よりも拡大された第２の拡幅部が設けられ、
前記第２の拡幅部の前記高圧側と前記低圧側の少なくとも一方の端部には、前記排気ノズルの開閉時に隣接する前記ノズルベーンとの接触を回避する切欠き部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のターボチャージャ。
【請求項３】
前記第１の拡幅部の前記幅が、前記第２の拡幅部の前記幅と同等かまたは前記幅よりも大きいことを特徴とする請求項２記載のターボチャージャ。
【請求項４】
前記拡幅部は、前記ノズルベーンの低圧側壁面からの突出幅と高圧側壁面からの突出幅とが均等に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のターボチャージャ。
【請求項５】
前記ノズルベーンは、後縁が前縁よりも前記タービンインペラに近接しかつ前記タービンインペラの回転方向の前方側に設けられ、
前記後縁の前記高圧側に設けられた前記拡幅部には、前記回転方向の前方側に隣接する前記ノズルベーンの前記前縁との接触を回避する高圧側切欠き部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のターボチャージャ。
【請求項６】
前記前縁の前記低圧側に設けられた前記拡幅部には、前記回転方向の後方側に隣接する前記ノズルベーンの前記後縁との接触を回避する低圧側切欠き部が設けられていることを特徴とする請求項５記載のターボチャージャ。
【請求項７】
前記後縁の前記低圧側に設けられた前記拡幅部には、前記排気ノズルの内縁の前記タービンインペラ側への侵出を防止する低圧側傾斜部が設けられていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のターボチャージャ。
【請求項８】
前記前縁の前記高圧側に設けられた前記拡幅部には、前記排気ノズルの外縁の前記スクロール流路側への侵出を防止する高圧側傾斜部が設けられていることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか一項に記載のターボチャージャ。
【請求項１】
タービンインペラを回転可能に支持する軸受けハウジングと、前記タービンインペラに排気ガスを供給するスクロール流路が形成されたタービンハウジングと、前記スクロール流路内から前記タービンインペラ側に供給される前記排気ガスの流速および流れ角度を可変とする排気ノズルと、を備えた可変容量型のターボチャージャにおいて、
前記排気ノズルは、前記タービンハウジング側に設けられた第１の排気導入壁と、該第１の排気導入壁と対向して前記軸受けハウジング側に設けられた第２の排気導入壁と、前記第１の排気導入壁と前記第２の排気導入壁との間に配置され前記タービンインペラの周囲に回動可能に支持された複数のノズルベーンと、を備え、
前記ノズルベーンの前記第１の排気導入壁に対向する端部には、前記ノズルベーンの厚さ方向の幅が中央部よりも拡大された第１の拡幅部が設けられ、
前記第１の拡幅部の高圧側と低圧側の少なくとも一方の端部には、前記排気ノズルの開閉時に隣接する前記ノズルベーンとの接触を回避する切欠き部が形成されていることを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】
前記ノズルベーンの前記第２の排気導入壁に対向する端部には、前記ノズルベーンの厚さ方向の幅が中央部よりも拡大された第２の拡幅部が設けられ、
前記第２の拡幅部の前記高圧側と前記低圧側の少なくとも一方の端部には、前記排気ノズルの開閉時に隣接する前記ノズルベーンとの接触を回避する切欠き部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のターボチャージャ。
【請求項３】
前記第１の拡幅部の前記幅が、前記第２の拡幅部の前記幅と同等かまたは前記幅よりも大きいことを特徴とする請求項２記載のターボチャージャ。
【請求項４】
前記拡幅部は、前記ノズルベーンの低圧側壁面からの突出幅と高圧側壁面からの突出幅とが均等に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のターボチャージャ。
【請求項５】
前記ノズルベーンは、後縁が前縁よりも前記タービンインペラに近接しかつ前記タービンインペラの回転方向の前方側に設けられ、
前記後縁の前記高圧側に設けられた前記拡幅部には、前記回転方向の前方側に隣接する前記ノズルベーンの前記前縁との接触を回避する高圧側切欠き部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のターボチャージャ。
【請求項６】
前記前縁の前記低圧側に設けられた前記拡幅部には、前記回転方向の後方側に隣接する前記ノズルベーンの前記後縁との接触を回避する低圧側切欠き部が設けられていることを特徴とする請求項５記載のターボチャージャ。
【請求項７】
前記後縁の前記低圧側に設けられた前記拡幅部には、前記排気ノズルの内縁の前記タービンインペラ側への侵出を防止する低圧側傾斜部が設けられていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のターボチャージャ。
【請求項８】
前記前縁の前記高圧側に設けられた前記拡幅部には、前記排気ノズルの外縁の前記スクロール流路側への侵出を防止する高圧側傾斜部が設けられていることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか一項に記載のターボチャージャ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１１２２２３（Ｐ２０１０−１１２２２３Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８４１４１（Ｐ２００８−２８４１４１）
【出願日】平成２０年１１月５日（２００８．１１．５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月５日（２００８．１１．５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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