ラジアルタービン及び過給機
【課題】ラジアルタービン３１のタービン効率を高めて、ラジアルタービン３１の性能を向上させること。
【解決手段】タービンハウジング３３内におけるタービンインペラ３５とガス排出口６１との間に複数枚のガイド静翼６３が周方向に間隔を置いて配設され、タービン動翼３９の軸方向の長さＬｉに対するタービン動翼３９の後縁３９Ｐからガイド静翼６３の前縁６３Ｆまでの軸方向の長さＬｖの比率（Ｌｖ／Ｌｉ）の比率が３０％〜７０％に設定され、タービン動翼３９の後縁３９Ｐの翼高さＨｉに対するガイド静翼６３の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）が１０％〜４０％に設定されていること。
【解決手段】タービンハウジング３３内におけるタービンインペラ３５とガス排出口６１との間に複数枚のガイド静翼６３が周方向に間隔を置いて配設され、タービン動翼３９の軸方向の長さＬｉに対するタービン動翼３９の後縁３９Ｐからガイド静翼６３の前縁６３Ｆまでの軸方向の長さＬｖの比率（Ｌｖ／Ｌｉ）の比率が３０％〜７０％に設定され、タービン動翼３９の後縁３９Ｐの翼高さＨｉに対するガイド静翼６３の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）が１０％〜４０％に設定されていること。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス等のガスの圧力エネルギーを利用して回転力を発生させるラジアルタービン等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば車両用過給機に用いられるラジアルタービンについて種々の開発が行われており、ラジアルタービンの一般的な構成等について説明すると、次のようになる。
【０００３】
ラジアルタービンは、タービンハウジングを具備しており、タービンハウジングは、内側に、シュラウド（内壁）を有している。また、タービンハウジング内には、タービンインペラが回転可能に設けられており、タービンインペラは、軸心周りに回転可能なホイール、及びホイールの外周面に周方向に間隔を置いて設けられかつ先端縁（外縁）がタービンハウジングのシュラウドに沿うように延びた複数枚のタービン動翼を備えている。なお、ホイールは、車両用過給機におけるベアリングハウジングにベアリングを介して回転可能に設けられたロータ軸（タービン軸）の一端部に連結してある。
【０００４】
タービンハウジングの適宜位置には、エンジンからの排気ガスを取入れるガス取入口が形成されている。また、タービンハウジングの内部には、環状（渦巻き状）のタービンスクロール流路がタービンインペラを囲むように形成されており、タービンスクロール流路は、ガス取入口に連通してある。更に、タービンハウジングにおけるタービンインペラの出口側（下流側）には、排気ガスを排出するガス排出口が形成されている。
【０００５】
従って、ガス取入口から取入れた排気ガスをタービンスクロール流路を経由してタービンインペラの入口側から出口側へ流通させる。これにより、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させて、ロータ軸を回転させることができる。
【０００６】
なお、車両用過給機に用いられるものではないが、特許文献１に示すラジアルタービンにあっては、タービンハウジング内におけるタービンインペラとガス排出口との間に複数枚のガイド静翼が周方向に間隔を置いて配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２６４１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ラジアルタービンの運転状態等に応じて、排気ガスの流量が少なくなると、タービンインペラ（タービン動翼）からの排気ガスの絶対流出角が大きくなり、大きなスワール成分（旋回成分）を持った流れ（排気ガスの流れ）がタービンハウジングのシュラウド側に寄せられることなる。そのため、タービンインペラの下流側（出口側）において、圧力損失（エネルギー損失）が増大して、ラジアルタービンのタービン効率の低下を招くという問題がある。
【０００９】
なお、特許文献１に示すラジアルタービンにあっては、スワール成分を持った流れを整流できるように、タービン動翼の軸方向の長さとタービン動翼の後縁からガイド静翼の前縁までの軸方向の長さとの関係等が設定されているが、これらの関係は十分な解析に基づくものでなく、タービンインペラの下流側における圧力損失の増大を抑えることについて十分な確証が得られていないものである。
【００１０】
そこで、本発明は、前述の課題を解決することができる、新規な構成のラジアルタービン等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の発明者は、前述の問題を解決するため、図４に示すように、タービンハウジング内におけるタービンインペラとガス排出口との間に複数枚のガイド静翼が周方向に間隔を置いて配設されたラジアルタービを解析対象とし、次のような２つのＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）解析を行った。なお、解析対象に係るタービンインペラにおいて、ガイド静翼の前縁における流れ方向に沿った断面形状は半円形状（曲がり形状の一例）になっている。
【００１２】
まず、タービン動翼の後縁の翼高さＨｉに対するガイド静翼の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）を２０％に設定した上で、ガスの流量が小流量の場合（タービンインペラからのガスの絶対流出角が７５度の場合）と、ガスの流量が大流量の場合（タービンインペラからのガスの絶対流出角が１０度の場合）に分けて、タービン動翼の軸方向の長さ（具体的には、タービン動翼における前縁のハブ部から後縁のチップ部までの軸方向の間隔）Ｌｉに対するタービン動翼の後縁からガイド静翼の前縁までの軸方向の長さ（具体的には、タービン動翼の後縁のチップ部からガイド静翼の後縁までの軸方向の長さ）Ｌｖの比率（Ｌｖ／Ｌｉ）をパラメータとして変化させつつ、ガス排出口の評価位置における圧力損失についてＣＦＤ解析（１つ目のＣＦＤ解析）を行った。そして、１つ目のＣＦＤ解析結果として、比率（Ｌｖ／Ｌｉ）とガス排出口の評価位置における圧力損失との関係をまとめると、図５に示すようになる。なお、図５は、 比率（Ｌｖ／Ｌｉ）とガス排出口の評価位置における圧力損失との関係を示す図であって、ガス排出口の評価位置における圧力損失は、無次元化されている。
【００１３】
続いて、比率（Ｌｖ／Ｌｉ）を５０％に設定した上で、ガスの流量が小流量の場合と、ガスの流量が大流量の場合に分けて、タービン動翼の後縁の翼高さＨｉに対するガイド静翼の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）をパラメータとして変化させつつ、ガス排出口の評価位置における圧力損失についてＣＦＤ解析（２つ目のＣＦＤ解析）を行った。そして、２つ目のＣＦＤ解析結果として、比率（Ｈｖ／Ｈｉ）とガス排出口の評価位置における圧力損失との関係をまとめると、図６に示すようになる。なお、図６は、比率（Ｈｖ／Ｈｉ）とガス排出口の評価位置における圧力損失との関係を示す図であって、ガス排出口の評価位置における圧力損失は、無次元化されている。
【００１４】
そして、本願の発明者は、前述のＣＦＤ解析結果に基づいて、タービン動翼の軸方向の長さＬｉに対するタービン動翼の後縁からガイド静翼の前縁までの軸方向の長さＬｖの比率（Ｌｖ／Ｌｉ）が３０％〜７０％に設定され、かつタービン動翼の後縁の翼高さＨｉに対するガイド静翼の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）が１０％〜４０％に設定されていると、ガスの流量が小流量、大流量のいずれの場合でも、ガス排出口の評価位置における圧力損失を十分に低減できるという、新規な知見を得ることができ、本発明を完成するに至った。なお、前述の新規な知見は、タービン動翼の軸方向の長さとタービン動翼の後縁からガイド静翼の前縁までの軸方向の長さとの関係等が適切に設定されることにより、複数枚のガイド静翼によってスワール成分（旋回成分）を持った流れ（排気ガスの流れ）が効率良く整流されたことによるものと考えられる。
【００１５】
本発明の第１の特徴は、ガスの圧力エネルギーを利用して回転力を発生させるラジアルタービンであって、内側にシュラウド（内壁）を有したタービンハウジングと、前記タービンハウジング内に回転可能に設けられ、軸心（タービンインペラの軸心）周りに回転可能なホイール、及び前記ホイールの外周面に間隔を置いて設けられかつ先端縁が前記タービンハウジングの前記シュラウドに沿うように延びた複数枚のタービン動翼を備えたタービンインペラと、を具備し、前記タービンハウジングにガスを取入れるガス取入口が形成され、前記タービンハウジングの内部に前記ガス取入口に連通した環状（渦巻き状）のタービンスクロール流路が前記タービンインペラを囲むように形成され、前記タービンハウジングにおける前記ガイド静翼の出口側にガスを排出するガス排出口が形成され、更に、前記タービンハウジング内における前記タービンインペラと前記ガス排出口の間に周方向に間隔を置いて配設され、ガスの流れを整流する複数枚のガイド静翼と、を具備してあって、前記タービン動翼の軸方向（前記タービンインペラの軸方向）の長さに対する前記タービン動翼の後縁から前記ガイド静翼の前縁までの軸方向の長さの比率は、３０％〜７０％に設定され、前記タービン動翼の後縁の翼高さに対する前記ガイド静翼の翼高さの比率（翼高さ比又は比率）は、１０％〜４０％に設定されているようになっていることを要旨とする。
【００１６】
なお、「タービンハウジングのシュラウド」とは、例えば可変ノズルユニットのシュラウドリング等、前記タービンハウジングの一部に相当する部材の内壁を含む意である。
【００１７】
本発明の第１の特徴によると、前記ガス取入口から取入れたガスを前記タービンスクロール流路を経由して前記タービンインペラの入口側から出口側へ流通させる。これにより、ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させることができる。
【００１８】
そして、前記タービン動翼の軸方向の長さに対する前記タービン動翼の後縁から前記ガイド静翼の前縁までの軸方向の長さの比率が３０％〜７０％に設定され、前記タービン動翼の後縁の翼高さに対する前記ガイド静翼の翼高さの比率が１０％〜４０％に設定されているため、前述の新規な知見を適用すると、前記ラジアルタービンの運転中に、ガスの流量が少なくなって、前記タービンインペラ（前記タービン動翼）からのガスの絶対流出角が大きくなっても、前記タービンインペラの下流側における圧力損失（エネルギー損失）の増大を抑えることができる。
【００１９】
本発明の第２の特徴は、エンジン側に供給される空気を過給する過給機において、第１の特徴からなるラジアルタービンを具備したことを要旨とする。
【００２０】
第２の特徴によると、第１の特徴による作用と同様の作用を奏する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、前記ラジアルタービンの運転中に、前記タービンインペラからのガスの絶対流出角が大きくなっても、前記タービンインペラの下流側における圧力損失の増大を抑えることができるため、前記ラジアルタービンのタービン効率を高めて、前記ラジアルタービンの性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１（ａ）は、図２における矢視部IAの拡大図、図１（ｂ）は、図１（ａ）における矢視部IB-IBに沿った断面図である。
【図２】図２は、図３における矢視部IIの拡大図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る可変容量型過給機を示す断面図である
【図４】図４は、解析対象としてのタービンインペラを示す断面図である。
【図５】図５は、タービン動翼の軸方向の長さに対するタービン動翼の後縁からガイド静翼の前縁までの軸方向の長さの比率と、ガス排出口の評価位置における圧力損失との関係を示す図である。
【図６】図６は、タービン動翼の後縁の翼高さに対するガイド静翼の翼高さの比率と、ガス排出口の評価位置における圧力損失との関係を示す図である。
【図７】図７は、タービン動翼の軸方向の長さに対するタービン動翼の後縁からガイド静翼の前縁までの軸方向の長さの比率と、タービン効率との関係を示す図である。
【図８】図８は、タービン動翼の後縁の翼高さに対するガイド静翼の翼高さの比率と、タービン効率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施形態について図１から図３、及び図７を参照して説明する。なお、図面中、「ＦＦ」は、前方向を指し、「ＦＲ」は、後方向を指してある。
【００２４】
図３に示すように、本発明の実施形態に係る可変容量型の車両用過給機１は、エンジン（図示省略）からの排気ガスのエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給（圧縮）するものである。そして、可変容量型の車両用過給機１の具体的な構成等は、以下のようになる。
【００２５】
可変容量型の車両用過給機１は、ベアリングハウジング３を具備しており、ベアリングハウジング３内には、ラジアルベアリング５及び一対のスラストベアリング７が設けられている。また、複数のベアリング５，７には、前後方向へ延びたタービン軸（ロータ軸）９が回転可能に設けられており、換言すれば、ベアリングハウジング３には、タービン軸９が複数のベアリング５，７を介して回転可能に設けられている。
【００２６】
ベアリングハウジング３の後側には、遠心力を利用して空気を圧縮するコンプレッサ１１が配設されており、コンプレッサ１１の具体的な構成は、次のようになる。
【００２７】
ベアリングハウジング３の前側には、コンプレッサハウジング１３が設けられており、コンプレッサハウジング１３内には、コンプレッサインペラ１５が回転可能に設けられている。そして、コンプレッサインペラ１５の構成要素について説明すると、コンプレッサハウジング１３内には、ホイール１７が設けられており、ホイール１７は、タービン軸９の前端部に固定ナット１９を介して一体的に連結してあって、コンプレッサインペラ１５の軸心（換言すれば、タービン軸９の軸心）Ｃ周りに回転可能である。また、ホイール１７の外周面は、コンプレッサインペラ１５の軸方向から径方向外側に向かって延びている。更に、ホイール１７の外周面には、複数枚のコンプレッサ動翼２１が周方向に間隔を置いて設けられている。
【００２８】
コンプレッサハウジング１３におけるコンプレッサインペラ１５の入口側（コンプレッサハウジング１３の前側）には、空気を取入れる空気取入口２３が形成されており、空気取入口２３は、接続管（図示省略）を介してエアクリーナー（図示省略）に接続可能である。また、ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング１３との間におけるコンプレッサインペラ１５の出口側には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路２５が形成されており、ディフューザ流路２５は、空気取入口２３に連通してある。更に、コンプレッサハウジング１３の内部には、環状（渦巻き状）のコンプレッサスクロール流路２７がコンプレッサインペラ１５を囲むように形成されており、コンプレッサスクロール流路２７は、ディフューザ流路２５に連通してある。そして、コンプレッサハウジング１３の適宜位置には、圧縮された空気を排出する空気排出口２９が形成されており、空気排出口２９は、コンプレッサスクロール流路２７に連通してあって、エンジンの給気マニホールド（図示省略）に接続可能である。
【００２９】
ベアリングハウジング３の後側には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させるラジアルタービン３１が配設されており、ラジアルタービン３１の具体的な構成は、次のようになる。
【００３０】
図２及び図３に示すように、ベアリングハウジング３の後側には、タービンハウジング３３が設けられており、タービンハウジング３３は、内側に、シュラウド（具体的に、後述のシュラウドリングの内壁）Ｓを有している。また、タービンハウジング３３内には、タービンインペラ３５が回転可能に設けられている。そして、タービンインペラ３５の構成要素について説明すると、タービンハウジング３３内には、ホイール３７が設けられており、ホイール３７は、タービン軸９の前端部に一体的に連結してあって、タービンインペラ３５の軸心（換言すれば、タービン軸９の軸心）Ｃ周りに回転可能である。また、ホイール３７の外周面は、タービンインペラ３５の軸方向から径方向外側に向かって延びている。更に、ホイール３７の外周面には、複数枚のタービン動翼３９が周方向に間隔を置いて設けられており、各タービン動翼３９の先端縁（外縁）３９Ｔは、タービンハウジング３３のシュラウドＳに沿うように延びている。
【００３１】
タービンハウジング３３内には、可変ノズルユニット４１がタービンインペラ３５を囲むように配設されている。より具体的には、タービンハウジング３３内におけるタービンインペラ３５の径方向外側（入口側）には、ノズルリング４３が取付リング４５を介して設けられており、ノズルリング４３には、シュラウドリング４７が複数（１つのみ図示）の連結ピン４９を介して一体的かつ前後に離隔して設けられており、ノズルリング４３及びシュラウドリング４７は、タービンハウジング３３の一部に相当するものとして捉えることができる。
【００３２】
ノズルリング４３とシュラウドリング４７との間、換言すれば、タービンハウジング３３内におけるタービンインペラ３５の入口側には、タービンインペラ３５側に供給される排気ガスの流路面積を可変する複数枚の可変ノズル５１が周方向に間隔を置いて配設されており、各可変ノズル５１は、タービンインペラ３５の軸心Ｃに平行な軸心周りに回転可能（揺動可能）である。ここで、複数枚の可変ノズル５１のノズル軸５３は、特開２００９−２４３４３１号公報又は特開２００９−２４３３００号公報に示すように、同期機構５５によって連動連結してあって、アクチュエータ（図示省略）によって同期して回転するものである。
【００３３】
タービンハウジング３３の適宜位置には、排気ガスを取入れるガス取入口５７が形成されており、ガス取入口５７は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング３３の内部には、環状（渦巻き状）のタービンスクロール流路５９が複数枚の可変ノズル５１及びタービンインペラ３５を囲むように形成されており、タービンスクロール流路５９は、ガス取入口５７に連通してある。更に、タービンハウジング３３におけるタービンインペラ３５の出口側（タービンハウジング３３の前側）には、排気ガスを排出するガス排出口６１が形成されており、ガス排出口６１は、タービンスクロール流路５９に連通してあって、接続管（図示省略）を介して排気ガス浄化装置（図示省略）に接続可能である。
【００３４】
続いて、本発明の実施形態に係るラジアルタービン３１の特徴部分について説明する。
【００３５】
複数枚のタービン動翼３９は、特開２００８−１３３７６５号公報に示すように、ラジアル要素に基づいて構成されており、具体的には、タービンインペラ３５の径方向に沿った任意の断面において、タービンインペラ３５の軸心Ｃから放射状（タービンインペラ３５の径方向外側）に延びるように構成されている。
【００３６】
図１（ａ）（ｂ）及び図２に示すように、タービンハウジング３３内におけるタービンインペラ３５とガス排出口６１との間には、排気ガスの流れを整流する複数枚のガイド静翼６３が周方向に間隔を置いて配設されている。また、各ガイド静翼６３の前縁６３Ｆにおける排気ガスの流れ方向に沿った断面形状は、半円形状（曲がり形状の一例）になっている。更に、各ガイド静翼６３の前縁６３Ｆの翼角θａは、３０〜５０度（具体的には、４０度）に設定されており、各ガイド静翼６３の後縁６３Ｐの翼角θｂは、０度に設定されている。なお、各ガイド静翼６３の前縁６３Ｆにおける前記断面形状が曲がり形状になる代わりに、ストレート形状（直線形状）になるようにしても構わなく、各ガイド静翼６３の前縁６３Ｆから後縁６３Ｐにおける排気ガスの流れ方向に沿った断面形状が滑らかな曲線形状を呈するようにしても構わない。
【００３７】
タービン動翼３９の軸方向（タービンインペラ３５の軸方向）の長さ（具体的には、タービン動翼３９における前縁３９Ｆのハブ部から後縁３９Ｐのチップ部までの軸方向の間隔）Ｌｉに対するタービン動翼３９の後縁３９Ｐからガイド静翼６３の前縁６３Ｆまでの軸方向の長さ（具体的には、タービン動翼３９の後縁３９Ｐのチップ部からガイド静翼６３の前縁６３Ｆまでの軸方向の長さ）Ｌｖの比率（Ｌｖ／Ｌｉ）の比率は、３０％〜７０％に設定されている。また、タービン動翼３９の後縁３９Ｐの翼高さＨｉに対するガイド静翼６３の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）は、１０％〜４０％に設定されている。
【００３８】
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。
【００３９】
(i) 本発明の実施形態の通常の作用
ガス取入口５７から取入れた排気ガスをタービンスクロール流路５９を経由してタービンインペラ３５の入口側から出口側（排気ガスの流れ方向から見て上流側から下流側）へ流通させることにより、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させて、タービン軸９及びコンプレッサインペラ１５をタービンインペラ３５と一体的に回転させることができる。これにより、空気取入口２３から取入れた空気を圧縮して、ディフューザ流路２５及びコンプレッサスクロール流路２７を経由して空気排出口２９から排出することができ、エンジンに供給される空気を過給することができる。
【００４０】
ここで、排気ガスの流量が少ない場合（換言すれば、エンジン回転数が低速域にある場合）には、アクチュエータによって複数枚の可変ノズル５１を絞る方向（閉じる方向）へ同期して回転させることにより、タービンインペラ３５側に供給される排気ガスの流路面積（可変ノズル５１のスロート面積）を小さくして、排気ガスの流速を高くして、タービンインペラ３５の仕事量を十分に確保する。一方、排気ガスの流量が多い場合（換言すれば、エンジン回転数が高速域にある場合）には、アクチュエータによって複数枚の可変ノズル５１を開く方向へ同期して回転させることにより、可変ノズル５１のスロート面積を大きくして、タービンインペラ３５側に多くの排気ガスを供給する。これにより、排気ガスの流量の多少に関係なく、タービンインペラ３５によって回転力を十分かつ安定的に発生させることができる。
【００４１】
(ii) 本発明の実施形態の特有の作用
タービン動翼３９の軸方向の長さＬｉに対するタービン動翼３９の後縁から前記ガイド静翼の前縁までの軸方向の長さ６３の前縁６３Ｆまでの軸方向の長さＬｖの比率（Ｌｖ／Ｌｉ）の比率が３０％〜７０％に設定され、タービン動翼３９の後縁３９Ｐの翼高さＨｉに対するガイド静翼６３の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）が１０％〜４０％に設定されているため、前述の新規な知見を適用すると、ラジアルタービン３１の運転中に、排気ガスの流量が少なくなって、タービンインペラ３５（タービン動翼３９）からの排気ガスの絶対流出角が大きくなっても、タービンインペラ３５の下流側における圧力損失（エネルギー損失）の増大を抑えることができる。特に、各ガイド静翼６３の前縁６３Ｆにおける前記断面形状がＦにおける前記断面形状が半円形状になっているため、ガイド静翼６３の前縁６３Ｆに対する排気ガスの衝突損失を低減して、タービンインペラ３５の下流側における圧力損失の増大をより十分に抑えることができる。
【００４２】
(iii)本発明の実施形態の効果
本発明の実施形態によれば、ラジアルタービン３１の運転中に、タービンインペラ３５からのガスの絶対流出角が大きくなっても、タービンインペラ３５の下流側における圧力損失の増大をより十分に抑えることができるため、ラジアルタービン３１のタービン効率を高めて、ラジアルタービン３１の性能を向上させることができる
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、ラジアルタービン３１に適用した技術的思想を、可変ノズルユニット４１を具備していないタービンに適用したり、ラジアル要素に基づいて構成された複数枚のタービン動翼３９に代えて、ラジアル要素に基づいて構成されていない複数枚のタービン動翼（図示省略）を用いたりする等、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、ラジアルタービン３１だけでなく、ラジアルタービン３１を具備した可変容量型の車両用過給機１にも及ぶものである。
【実施例】
【００４３】
本発明の実施例について図７及び図８を参照して説明する。
【００４４】
タービン動翼の後縁の翼高さＨｉに対するガイド静翼の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）を２０％に設定した上で、ガスの流量が小流量の場合において、タービン動翼の軸方向の長さＬｉに対するタービン動翼の後縁からガイド静翼の前縁までの軸方向の長さＬｖの比率（Ｌｖ／Ｌｉ）をパラメータとして変化させつつ、タービン効率についてＣＦＤ解析を行い、そのＣＦＤ解析結果として、比率（Ｌｖ／Ｌｉ）とタービン効率との関係をまとめると、図７に示すようになる。なお、図７におけるタービン効率は、基準のタービン効率に対する比で表している。
【００４５】
同様に、比率（Ｌｖ／Ｌｉ）を５０％に設定した上で、ガスの流量が小流量の場合において、タービン動翼の後縁の翼高さＨｉに対するガイド静翼の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）をパラメータとして変化させつつ、タービン効率についてＣＦＤ解析を行い、そのＣＦＤ解析結果として、比率（Ｈｖ／Ｈｉ）とタービン効率との関係をまとめると、図８に示すようになる。なお、図８におけるタービン効率は、基準のタービン効率に対する比で表している。
【００４６】
これらのＣＦＤ解析結果により、タービン動翼の軸方向の長さＬｉに対するタービン動翼の後縁からガイド静翼の前縁までの軸方向の長さＬｖの比率（Ｌｖ／Ｌｉ）が３０％〜７０％に設定され、かつタービン動翼の後縁の翼高さＨｉに対するガイド静翼の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）が１０％〜４０％に設定されている場合に、ガスの流量が小流量の場合において、タービン効率を向上させることが確認できた。
【符号の説明】
【００４７】
１ 可変容量型の車両用過給機
３ ベアリングハウジング
９ タービン軸
１１ コンプレッサ
１３ コンプレッサハウジング
１５ コンプレッサインペラ
３１ ラジアルタービン
３３ タービンハウジング
Ｓ シュラウド
３５ タービンインペラ
Ｃ タービンインペラの軸心
３７ ホイール
３９ タービン動翼
３９Ｆ タービン動翼の前縁
３９Ｐ タービン動翼の後縁
４１ 可変ノズルユニット
４３ ノズルリング
４７ シュラウドリング
５１ 可変ノズル
５７ ガス取入口
５９ タービンスクロール流路
６１ ガス排出口
６３ ガイド静翼
６３Ｆ ガイド静翼の前縁
６３Ｐ ガイド静翼の後縁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス等のガスの圧力エネルギーを利用して回転力を発生させるラジアルタービン等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば車両用過給機に用いられるラジアルタービンについて種々の開発が行われており、ラジアルタービンの一般的な構成等について説明すると、次のようになる。
【０００３】
ラジアルタービンは、タービンハウジングを具備しており、タービンハウジングは、内側に、シュラウド（内壁）を有している。また、タービンハウジング内には、タービンインペラが回転可能に設けられており、タービンインペラは、軸心周りに回転可能なホイール、及びホイールの外周面に周方向に間隔を置いて設けられかつ先端縁（外縁）がタービンハウジングのシュラウドに沿うように延びた複数枚のタービン動翼を備えている。なお、ホイールは、車両用過給機におけるベアリングハウジングにベアリングを介して回転可能に設けられたロータ軸（タービン軸）の一端部に連結してある。
【０００４】
タービンハウジングの適宜位置には、エンジンからの排気ガスを取入れるガス取入口が形成されている。また、タービンハウジングの内部には、環状（渦巻き状）のタービンスクロール流路がタービンインペラを囲むように形成されており、タービンスクロール流路は、ガス取入口に連通してある。更に、タービンハウジングにおけるタービンインペラの出口側（下流側）には、排気ガスを排出するガス排出口が形成されている。
【０００５】
従って、ガス取入口から取入れた排気ガスをタービンスクロール流路を経由してタービンインペラの入口側から出口側へ流通させる。これにより、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させて、ロータ軸を回転させることができる。
【０００６】
なお、車両用過給機に用いられるものではないが、特許文献１に示すラジアルタービンにあっては、タービンハウジング内におけるタービンインペラとガス排出口との間に複数枚のガイド静翼が周方向に間隔を置いて配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２６４１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、ラジアルタービンの運転状態等に応じて、排気ガスの流量が少なくなると、タービンインペラ（タービン動翼）からの排気ガスの絶対流出角が大きくなり、大きなスワール成分（旋回成分）を持った流れ（排気ガスの流れ）がタービンハウジングのシュラウド側に寄せられることなる。そのため、タービンインペラの下流側（出口側）において、圧力損失（エネルギー損失）が増大して、ラジアルタービンのタービン効率の低下を招くという問題がある。
【０００９】
なお、特許文献１に示すラジアルタービンにあっては、スワール成分を持った流れを整流できるように、タービン動翼の軸方向の長さとタービン動翼の後縁からガイド静翼の前縁までの軸方向の長さとの関係等が設定されているが、これらの関係は十分な解析に基づくものでなく、タービンインペラの下流側における圧力損失の増大を抑えることについて十分な確証が得られていないものである。
【００１０】
そこで、本発明は、前述の課題を解決することができる、新規な構成のラジアルタービン等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の発明者は、前述の問題を解決するため、図４に示すように、タービンハウジング内におけるタービンインペラとガス排出口との間に複数枚のガイド静翼が周方向に間隔を置いて配設されたラジアルタービを解析対象とし、次のような２つのＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）解析を行った。なお、解析対象に係るタービンインペラにおいて、ガイド静翼の前縁における流れ方向に沿った断面形状は半円形状（曲がり形状の一例）になっている。
【００１２】
まず、タービン動翼の後縁の翼高さＨｉに対するガイド静翼の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）を２０％に設定した上で、ガスの流量が小流量の場合（タービンインペラからのガスの絶対流出角が７５度の場合）と、ガスの流量が大流量の場合（タービンインペラからのガスの絶対流出角が１０度の場合）に分けて、タービン動翼の軸方向の長さ（具体的には、タービン動翼における前縁のハブ部から後縁のチップ部までの軸方向の間隔）Ｌｉに対するタービン動翼の後縁からガイド静翼の前縁までの軸方向の長さ（具体的には、タービン動翼の後縁のチップ部からガイド静翼の後縁までの軸方向の長さ）Ｌｖの比率（Ｌｖ／Ｌｉ）をパラメータとして変化させつつ、ガス排出口の評価位置における圧力損失についてＣＦＤ解析（１つ目のＣＦＤ解析）を行った。そして、１つ目のＣＦＤ解析結果として、比率（Ｌｖ／Ｌｉ）とガス排出口の評価位置における圧力損失との関係をまとめると、図５に示すようになる。なお、図５は、 比率（Ｌｖ／Ｌｉ）とガス排出口の評価位置における圧力損失との関係を示す図であって、ガス排出口の評価位置における圧力損失は、無次元化されている。
【００１３】
続いて、比率（Ｌｖ／Ｌｉ）を５０％に設定した上で、ガスの流量が小流量の場合と、ガスの流量が大流量の場合に分けて、タービン動翼の後縁の翼高さＨｉに対するガイド静翼の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）をパラメータとして変化させつつ、ガス排出口の評価位置における圧力損失についてＣＦＤ解析（２つ目のＣＦＤ解析）を行った。そして、２つ目のＣＦＤ解析結果として、比率（Ｈｖ／Ｈｉ）とガス排出口の評価位置における圧力損失との関係をまとめると、図６に示すようになる。なお、図６は、比率（Ｈｖ／Ｈｉ）とガス排出口の評価位置における圧力損失との関係を示す図であって、ガス排出口の評価位置における圧力損失は、無次元化されている。
【００１４】
そして、本願の発明者は、前述のＣＦＤ解析結果に基づいて、タービン動翼の軸方向の長さＬｉに対するタービン動翼の後縁からガイド静翼の前縁までの軸方向の長さＬｖの比率（Ｌｖ／Ｌｉ）が３０％〜７０％に設定され、かつタービン動翼の後縁の翼高さＨｉに対するガイド静翼の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）が１０％〜４０％に設定されていると、ガスの流量が小流量、大流量のいずれの場合でも、ガス排出口の評価位置における圧力損失を十分に低減できるという、新規な知見を得ることができ、本発明を完成するに至った。なお、前述の新規な知見は、タービン動翼の軸方向の長さとタービン動翼の後縁からガイド静翼の前縁までの軸方向の長さとの関係等が適切に設定されることにより、複数枚のガイド静翼によってスワール成分（旋回成分）を持った流れ（排気ガスの流れ）が効率良く整流されたことによるものと考えられる。
【００１５】
本発明の第１の特徴は、ガスの圧力エネルギーを利用して回転力を発生させるラジアルタービンであって、内側にシュラウド（内壁）を有したタービンハウジングと、前記タービンハウジング内に回転可能に設けられ、軸心（タービンインペラの軸心）周りに回転可能なホイール、及び前記ホイールの外周面に間隔を置いて設けられかつ先端縁が前記タービンハウジングの前記シュラウドに沿うように延びた複数枚のタービン動翼を備えたタービンインペラと、を具備し、前記タービンハウジングにガスを取入れるガス取入口が形成され、前記タービンハウジングの内部に前記ガス取入口に連通した環状（渦巻き状）のタービンスクロール流路が前記タービンインペラを囲むように形成され、前記タービンハウジングにおける前記ガイド静翼の出口側にガスを排出するガス排出口が形成され、更に、前記タービンハウジング内における前記タービンインペラと前記ガス排出口の間に周方向に間隔を置いて配設され、ガスの流れを整流する複数枚のガイド静翼と、を具備してあって、前記タービン動翼の軸方向（前記タービンインペラの軸方向）の長さに対する前記タービン動翼の後縁から前記ガイド静翼の前縁までの軸方向の長さの比率は、３０％〜７０％に設定され、前記タービン動翼の後縁の翼高さに対する前記ガイド静翼の翼高さの比率（翼高さ比又は比率）は、１０％〜４０％に設定されているようになっていることを要旨とする。
【００１６】
なお、「タービンハウジングのシュラウド」とは、例えば可変ノズルユニットのシュラウドリング等、前記タービンハウジングの一部に相当する部材の内壁を含む意である。
【００１７】
本発明の第１の特徴によると、前記ガス取入口から取入れたガスを前記タービンスクロール流路を経由して前記タービンインペラの入口側から出口側へ流通させる。これにより、ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させることができる。
【００１８】
そして、前記タービン動翼の軸方向の長さに対する前記タービン動翼の後縁から前記ガイド静翼の前縁までの軸方向の長さの比率が３０％〜７０％に設定され、前記タービン動翼の後縁の翼高さに対する前記ガイド静翼の翼高さの比率が１０％〜４０％に設定されているため、前述の新規な知見を適用すると、前記ラジアルタービンの運転中に、ガスの流量が少なくなって、前記タービンインペラ（前記タービン動翼）からのガスの絶対流出角が大きくなっても、前記タービンインペラの下流側における圧力損失（エネルギー損失）の増大を抑えることができる。
【００１９】
本発明の第２の特徴は、エンジン側に供給される空気を過給する過給機において、第１の特徴からなるラジアルタービンを具備したことを要旨とする。
【００２０】
第２の特徴によると、第１の特徴による作用と同様の作用を奏する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、前記ラジアルタービンの運転中に、前記タービンインペラからのガスの絶対流出角が大きくなっても、前記タービンインペラの下流側における圧力損失の増大を抑えることができるため、前記ラジアルタービンのタービン効率を高めて、前記ラジアルタービンの性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１（ａ）は、図２における矢視部IAの拡大図、図１（ｂ）は、図１（ａ）における矢視部IB-IBに沿った断面図である。
【図２】図２は、図３における矢視部IIの拡大図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る可変容量型過給機を示す断面図である
【図４】図４は、解析対象としてのタービンインペラを示す断面図である。
【図５】図５は、タービン動翼の軸方向の長さに対するタービン動翼の後縁からガイド静翼の前縁までの軸方向の長さの比率と、ガス排出口の評価位置における圧力損失との関係を示す図である。
【図６】図６は、タービン動翼の後縁の翼高さに対するガイド静翼の翼高さの比率と、ガス排出口の評価位置における圧力損失との関係を示す図である。
【図７】図７は、タービン動翼の軸方向の長さに対するタービン動翼の後縁からガイド静翼の前縁までの軸方向の長さの比率と、タービン効率との関係を示す図である。
【図８】図８は、タービン動翼の後縁の翼高さに対するガイド静翼の翼高さの比率と、タービン効率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の実施形態について図１から図３、及び図７を参照して説明する。なお、図面中、「ＦＦ」は、前方向を指し、「ＦＲ」は、後方向を指してある。
【００２４】
図３に示すように、本発明の実施形態に係る可変容量型の車両用過給機１は、エンジン（図示省略）からの排気ガスのエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給（圧縮）するものである。そして、可変容量型の車両用過給機１の具体的な構成等は、以下のようになる。
【００２５】
可変容量型の車両用過給機１は、ベアリングハウジング３を具備しており、ベアリングハウジング３内には、ラジアルベアリング５及び一対のスラストベアリング７が設けられている。また、複数のベアリング５，７には、前後方向へ延びたタービン軸（ロータ軸）９が回転可能に設けられており、換言すれば、ベアリングハウジング３には、タービン軸９が複数のベアリング５，７を介して回転可能に設けられている。
【００２６】
ベアリングハウジング３の後側には、遠心力を利用して空気を圧縮するコンプレッサ１１が配設されており、コンプレッサ１１の具体的な構成は、次のようになる。
【００２７】
ベアリングハウジング３の前側には、コンプレッサハウジング１３が設けられており、コンプレッサハウジング１３内には、コンプレッサインペラ１５が回転可能に設けられている。そして、コンプレッサインペラ１５の構成要素について説明すると、コンプレッサハウジング１３内には、ホイール１７が設けられており、ホイール１７は、タービン軸９の前端部に固定ナット１９を介して一体的に連結してあって、コンプレッサインペラ１５の軸心（換言すれば、タービン軸９の軸心）Ｃ周りに回転可能である。また、ホイール１７の外周面は、コンプレッサインペラ１５の軸方向から径方向外側に向かって延びている。更に、ホイール１７の外周面には、複数枚のコンプレッサ動翼２１が周方向に間隔を置いて設けられている。
【００２８】
コンプレッサハウジング１３におけるコンプレッサインペラ１５の入口側（コンプレッサハウジング１３の前側）には、空気を取入れる空気取入口２３が形成されており、空気取入口２３は、接続管（図示省略）を介してエアクリーナー（図示省略）に接続可能である。また、ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング１３との間におけるコンプレッサインペラ１５の出口側には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路２５が形成されており、ディフューザ流路２５は、空気取入口２３に連通してある。更に、コンプレッサハウジング１３の内部には、環状（渦巻き状）のコンプレッサスクロール流路２７がコンプレッサインペラ１５を囲むように形成されており、コンプレッサスクロール流路２７は、ディフューザ流路２５に連通してある。そして、コンプレッサハウジング１３の適宜位置には、圧縮された空気を排出する空気排出口２９が形成されており、空気排出口２９は、コンプレッサスクロール流路２７に連通してあって、エンジンの給気マニホールド（図示省略）に接続可能である。
【００２９】
ベアリングハウジング３の後側には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させるラジアルタービン３１が配設されており、ラジアルタービン３１の具体的な構成は、次のようになる。
【００３０】
図２及び図３に示すように、ベアリングハウジング３の後側には、タービンハウジング３３が設けられており、タービンハウジング３３は、内側に、シュラウド（具体的に、後述のシュラウドリングの内壁）Ｓを有している。また、タービンハウジング３３内には、タービンインペラ３５が回転可能に設けられている。そして、タービンインペラ３５の構成要素について説明すると、タービンハウジング３３内には、ホイール３７が設けられており、ホイール３７は、タービン軸９の前端部に一体的に連結してあって、タービンインペラ３５の軸心（換言すれば、タービン軸９の軸心）Ｃ周りに回転可能である。また、ホイール３７の外周面は、タービンインペラ３５の軸方向から径方向外側に向かって延びている。更に、ホイール３７の外周面には、複数枚のタービン動翼３９が周方向に間隔を置いて設けられており、各タービン動翼３９の先端縁（外縁）３９Ｔは、タービンハウジング３３のシュラウドＳに沿うように延びている。
【００３１】
タービンハウジング３３内には、可変ノズルユニット４１がタービンインペラ３５を囲むように配設されている。より具体的には、タービンハウジング３３内におけるタービンインペラ３５の径方向外側（入口側）には、ノズルリング４３が取付リング４５を介して設けられており、ノズルリング４３には、シュラウドリング４７が複数（１つのみ図示）の連結ピン４９を介して一体的かつ前後に離隔して設けられており、ノズルリング４３及びシュラウドリング４７は、タービンハウジング３３の一部に相当するものとして捉えることができる。
【００３２】
ノズルリング４３とシュラウドリング４７との間、換言すれば、タービンハウジング３３内におけるタービンインペラ３５の入口側には、タービンインペラ３５側に供給される排気ガスの流路面積を可変する複数枚の可変ノズル５１が周方向に間隔を置いて配設されており、各可変ノズル５１は、タービンインペラ３５の軸心Ｃに平行な軸心周りに回転可能（揺動可能）である。ここで、複数枚の可変ノズル５１のノズル軸５３は、特開２００９−２４３４３１号公報又は特開２００９−２４３３００号公報に示すように、同期機構５５によって連動連結してあって、アクチュエータ（図示省略）によって同期して回転するものである。
【００３３】
タービンハウジング３３の適宜位置には、排気ガスを取入れるガス取入口５７が形成されており、ガス取入口５７は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング３３の内部には、環状（渦巻き状）のタービンスクロール流路５９が複数枚の可変ノズル５１及びタービンインペラ３５を囲むように形成されており、タービンスクロール流路５９は、ガス取入口５７に連通してある。更に、タービンハウジング３３におけるタービンインペラ３５の出口側（タービンハウジング３３の前側）には、排気ガスを排出するガス排出口６１が形成されており、ガス排出口６１は、タービンスクロール流路５９に連通してあって、接続管（図示省略）を介して排気ガス浄化装置（図示省略）に接続可能である。
【００３４】
続いて、本発明の実施形態に係るラジアルタービン３１の特徴部分について説明する。
【００３５】
複数枚のタービン動翼３９は、特開２００８−１３３７６５号公報に示すように、ラジアル要素に基づいて構成されており、具体的には、タービンインペラ３５の径方向に沿った任意の断面において、タービンインペラ３５の軸心Ｃから放射状（タービンインペラ３５の径方向外側）に延びるように構成されている。
【００３６】
図１（ａ）（ｂ）及び図２に示すように、タービンハウジング３３内におけるタービンインペラ３５とガス排出口６１との間には、排気ガスの流れを整流する複数枚のガイド静翼６３が周方向に間隔を置いて配設されている。また、各ガイド静翼６３の前縁６３Ｆにおける排気ガスの流れ方向に沿った断面形状は、半円形状（曲がり形状の一例）になっている。更に、各ガイド静翼６３の前縁６３Ｆの翼角θａは、３０〜５０度（具体的には、４０度）に設定されており、各ガイド静翼６３の後縁６３Ｐの翼角θｂは、０度に設定されている。なお、各ガイド静翼６３の前縁６３Ｆにおける前記断面形状が曲がり形状になる代わりに、ストレート形状（直線形状）になるようにしても構わなく、各ガイド静翼６３の前縁６３Ｆから後縁６３Ｐにおける排気ガスの流れ方向に沿った断面形状が滑らかな曲線形状を呈するようにしても構わない。
【００３７】
タービン動翼３９の軸方向（タービンインペラ３５の軸方向）の長さ（具体的には、タービン動翼３９における前縁３９Ｆのハブ部から後縁３９Ｐのチップ部までの軸方向の間隔）Ｌｉに対するタービン動翼３９の後縁３９Ｐからガイド静翼６３の前縁６３Ｆまでの軸方向の長さ（具体的には、タービン動翼３９の後縁３９Ｐのチップ部からガイド静翼６３の前縁６３Ｆまでの軸方向の長さ）Ｌｖの比率（Ｌｖ／Ｌｉ）の比率は、３０％〜７０％に設定されている。また、タービン動翼３９の後縁３９Ｐの翼高さＨｉに対するガイド静翼６３の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）は、１０％〜４０％に設定されている。
【００３８】
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。
【００３９】
(i) 本発明の実施形態の通常の作用
ガス取入口５７から取入れた排気ガスをタービンスクロール流路５９を経由してタービンインペラ３５の入口側から出口側（排気ガスの流れ方向から見て上流側から下流側）へ流通させることにより、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させて、タービン軸９及びコンプレッサインペラ１５をタービンインペラ３５と一体的に回転させることができる。これにより、空気取入口２３から取入れた空気を圧縮して、ディフューザ流路２５及びコンプレッサスクロール流路２７を経由して空気排出口２９から排出することができ、エンジンに供給される空気を過給することができる。
【００４０】
ここで、排気ガスの流量が少ない場合（換言すれば、エンジン回転数が低速域にある場合）には、アクチュエータによって複数枚の可変ノズル５１を絞る方向（閉じる方向）へ同期して回転させることにより、タービンインペラ３５側に供給される排気ガスの流路面積（可変ノズル５１のスロート面積）を小さくして、排気ガスの流速を高くして、タービンインペラ３５の仕事量を十分に確保する。一方、排気ガスの流量が多い場合（換言すれば、エンジン回転数が高速域にある場合）には、アクチュエータによって複数枚の可変ノズル５１を開く方向へ同期して回転させることにより、可変ノズル５１のスロート面積を大きくして、タービンインペラ３５側に多くの排気ガスを供給する。これにより、排気ガスの流量の多少に関係なく、タービンインペラ３５によって回転力を十分かつ安定的に発生させることができる。
【００４１】
(ii) 本発明の実施形態の特有の作用
タービン動翼３９の軸方向の長さＬｉに対するタービン動翼３９の後縁から前記ガイド静翼の前縁までの軸方向の長さ６３の前縁６３Ｆまでの軸方向の長さＬｖの比率（Ｌｖ／Ｌｉ）の比率が３０％〜７０％に設定され、タービン動翼３９の後縁３９Ｐの翼高さＨｉに対するガイド静翼６３の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）が１０％〜４０％に設定されているため、前述の新規な知見を適用すると、ラジアルタービン３１の運転中に、排気ガスの流量が少なくなって、タービンインペラ３５（タービン動翼３９）からの排気ガスの絶対流出角が大きくなっても、タービンインペラ３５の下流側における圧力損失（エネルギー損失）の増大を抑えることができる。特に、各ガイド静翼６３の前縁６３Ｆにおける前記断面形状がＦにおける前記断面形状が半円形状になっているため、ガイド静翼６３の前縁６３Ｆに対する排気ガスの衝突損失を低減して、タービンインペラ３５の下流側における圧力損失の増大をより十分に抑えることができる。
【００４２】
(iii)本発明の実施形態の効果
本発明の実施形態によれば、ラジアルタービン３１の運転中に、タービンインペラ３５からのガスの絶対流出角が大きくなっても、タービンインペラ３５の下流側における圧力損失の増大をより十分に抑えることができるため、ラジアルタービン３１のタービン効率を高めて、ラジアルタービン３１の性能を向上させることができる
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、例えば、ラジアルタービン３１に適用した技術的思想を、可変ノズルユニット４１を具備していないタービンに適用したり、ラジアル要素に基づいて構成された複数枚のタービン動翼３９に代えて、ラジアル要素に基づいて構成されていない複数枚のタービン動翼（図示省略）を用いたりする等、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、ラジアルタービン３１だけでなく、ラジアルタービン３１を具備した可変容量型の車両用過給機１にも及ぶものである。
【実施例】
【００４３】
本発明の実施例について図７及び図８を参照して説明する。
【００４４】
タービン動翼の後縁の翼高さＨｉに対するガイド静翼の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）を２０％に設定した上で、ガスの流量が小流量の場合において、タービン動翼の軸方向の長さＬｉに対するタービン動翼の後縁からガイド静翼の前縁までの軸方向の長さＬｖの比率（Ｌｖ／Ｌｉ）をパラメータとして変化させつつ、タービン効率についてＣＦＤ解析を行い、そのＣＦＤ解析結果として、比率（Ｌｖ／Ｌｉ）とタービン効率との関係をまとめると、図７に示すようになる。なお、図７におけるタービン効率は、基準のタービン効率に対する比で表している。
【００４５】
同様に、比率（Ｌｖ／Ｌｉ）を５０％に設定した上で、ガスの流量が小流量の場合において、タービン動翼の後縁の翼高さＨｉに対するガイド静翼の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）をパラメータとして変化させつつ、タービン効率についてＣＦＤ解析を行い、そのＣＦＤ解析結果として、比率（Ｈｖ／Ｈｉ）とタービン効率との関係をまとめると、図８に示すようになる。なお、図８におけるタービン効率は、基準のタービン効率に対する比で表している。
【００４６】
これらのＣＦＤ解析結果により、タービン動翼の軸方向の長さＬｉに対するタービン動翼の後縁からガイド静翼の前縁までの軸方向の長さＬｖの比率（Ｌｖ／Ｌｉ）が３０％〜７０％に設定され、かつタービン動翼の後縁の翼高さＨｉに対するガイド静翼の翼高さＨｖの比率（Ｈｖ／Ｈｉ）が１０％〜４０％に設定されている場合に、ガスの流量が小流量の場合において、タービン効率を向上させることが確認できた。
【符号の説明】
【００４７】
１ 可変容量型の車両用過給機
３ ベアリングハウジング
９ タービン軸
１１ コンプレッサ
１３ コンプレッサハウジング
１５ コンプレッサインペラ
３１ ラジアルタービン
３３ タービンハウジング
Ｓ シュラウド
３５ タービンインペラ
Ｃ タービンインペラの軸心
３７ ホイール
３９ タービン動翼
３９Ｆ タービン動翼の前縁
３９Ｐ タービン動翼の後縁
４１ 可変ノズルユニット
４３ ノズルリング
４７ シュラウドリング
５１ 可変ノズル
５７ ガス取入口
５９ タービンスクロール流路
６１ ガス排出口
６３ ガイド静翼
６３Ｆ ガイド静翼の前縁
６３Ｐ ガイド静翼の後縁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの圧力エネルギーを利用して回転力を発生させるラジアルタービンであって、
内側にシュラウドを有したタービンハウジングと、
前記タービンハウジング内に回転可能に設けられ、軸心周りに回転可能なホイール、及び前記ホイールの外周面に間隔を置いて設けられかつ先端縁が前記タービンハウジングの前記シュラウドに沿うように延びた複数枚のタービン動翼を備えたタービンインペラと、を具備し、
前記タービンハウジングにガスを取入れるガス取入口が形成され、前記タービンハウジングの内部に前記ガス取入口に連通した環状のタービンスクロール流路が前記タービンインペラを囲むように形成され、前記タービンハウジングにおける前記ガイド静翼の出口側にガスを排出するガス排出口が形成され、
更に、前記タービンハウジング内における前記タービンインペラと前記ガス排出口の間に周方向に間隔を置いて配設され、ガスの流れを整流する複数枚のガイド静翼と、を具備してあって、
前記タービン動翼の軸方向の長さに対する前記タービン動翼の後縁から前記ガイド静翼の前縁までの軸方向の長さの比率は、３０％〜７０％に設定され、
前記タービン動翼の後縁の翼高さに対する前記ガイド静翼の翼高さの比率は、１０％〜４０％に設定されているようになっていることを特徴とするラジアルタービン。
【請求項２】
前記タービンハウジング内における前記タービンインペラの入口側に周方向に間隔を置いて配設され、前記タービンインペラの軸心に平行な軸心周りに回転可能であって、前記タービンインペラ側に供給されるガスの流路面積を可変する複数枚の可変ノズルと、を具備したことを特徴とする請求項１に記載のラジアルタービン。
【請求項３】
エンジン側に供給される空気を過給する過給機において、
請求項１又は請求項２に記載のラジアルタービンを具備したことを特徴とする過給機。
【請求項１】
ガスの圧力エネルギーを利用して回転力を発生させるラジアルタービンであって、
内側にシュラウドを有したタービンハウジングと、
前記タービンハウジング内に回転可能に設けられ、軸心周りに回転可能なホイール、及び前記ホイールの外周面に間隔を置いて設けられかつ先端縁が前記タービンハウジングの前記シュラウドに沿うように延びた複数枚のタービン動翼を備えたタービンインペラと、を具備し、
前記タービンハウジングにガスを取入れるガス取入口が形成され、前記タービンハウジングの内部に前記ガス取入口に連通した環状のタービンスクロール流路が前記タービンインペラを囲むように形成され、前記タービンハウジングにおける前記ガイド静翼の出口側にガスを排出するガス排出口が形成され、
更に、前記タービンハウジング内における前記タービンインペラと前記ガス排出口の間に周方向に間隔を置いて配設され、ガスの流れを整流する複数枚のガイド静翼と、を具備してあって、
前記タービン動翼の軸方向の長さに対する前記タービン動翼の後縁から前記ガイド静翼の前縁までの軸方向の長さの比率は、３０％〜７０％に設定され、
前記タービン動翼の後縁の翼高さに対する前記ガイド静翼の翼高さの比率は、１０％〜４０％に設定されているようになっていることを特徴とするラジアルタービン。
【請求項２】
前記タービンハウジング内における前記タービンインペラの入口側に周方向に間隔を置いて配設され、前記タービンインペラの軸心に平行な軸心周りに回転可能であって、前記タービンインペラ側に供給されるガスの流路面積を可変する複数枚の可変ノズルと、を具備したことを特徴とする請求項１に記載のラジアルタービン。
【請求項３】
エンジン側に供給される空気を過給する過給機において、
請求項１又は請求項２に記載のラジアルタービンを具備したことを特徴とする過給機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７７３５７（Ｐ２０１２−１７７３５７Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４１８３８（Ｐ２０１１−４１８３８）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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