可変容量タービン
【課題】ノズルベーンの端面に存在する隙間からの流体漏れを抑制するとともにウェイクの発生を抑制し得る可変容量タービンを提供する。
【解決手段】ノズルマウントおよびノズルプレートによって形成される流体空間と、流体空間に、周方向に間隔を空けて流体空間を区切るように配置され、それぞれノズルマウントに自転可能に軸支持されている複数のノズルベーン２７と、を備え、隣り合うノズルベーン２７で形成される流路断面積を開閉して流出する流体の流量が調整できる可変容量タービンであって、ノズルプレートには、ノズルベーン２７が閉じた位置におけるノズルベーン２７の前縁４０側と隣り合うノズルベーン２７の後縁４２側との間を覆うように、少なくともノズルベーン２７の端面位置よりもノズルベーン２７側に突出したプレート突起部４１が備えられている。
【解決手段】ノズルマウントおよびノズルプレートによって形成される流体空間と、流体空間に、周方向に間隔を空けて流体空間を区切るように配置され、それぞれノズルマウントに自転可能に軸支持されている複数のノズルベーン２７と、を備え、隣り合うノズルベーン２７で形成される流路断面積を開閉して流出する流体の流量が調整できる可変容量タービンであって、ノズルプレートには、ノズルベーン２７が閉じた位置におけるノズルベーン２７の前縁４０側と隣り合うノズルベーン２７の後縁４２側との間を覆うように、少なくともノズルベーン２７の端面位置よりもノズルベーン２７側に突出したプレート突起部４１が備えられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量タービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ラジアルタービンは、回転軸に固定されたハブに複数の遠心翼が固定され、ほぼ平行な環状をしたノズルマウントおよびノズルプレート間を流路として半径方向外周側から内向きに流れる作動流体である空気やガスが、遠心翼に作用してハブを回転させるとともにほぼ軸方向に流出される構成となっている。
円板間の流路には、作動流体を加速する複数のノズルベーンが周方向に間隔を空けて配置されている。
可変容量ラジアルタービンは、このノズルベーンをノズルマウントに軸支させ、この軸回りに自転させて、隣り合うノズルベーンで形成されるスロート空間を開閉して流出する流体の流量、速度等が調整できるものである。
【０００３】
このように、可変容量ラジアルタービンでは、ノズルベーンが自転するので、それに伴ってノズルベーンの端面がノズルマウントおよびノズルプレートに沿って移動する。このため、ノズルベーンの端面がノズルマウントおよびノズルプレートに接触して固定される不具合を防止するために、ノズルベーンの端面とノズルマウントおよびノズルプレートとの間には、隙間を設ける必要がある。
この隙間は、流体の漏れ流路となるので、可変容量ラジアルタービンの効率を低下させる。この低下は、特に、小流量であるノズルベーンが閉じた状態のときに影響が大きくなる。
【０００４】
このノズルベーンが閉じた状態のときに流体の漏れを抑制し、小流量時の効率低下を抑制するものとして、たとえば、特許文献１に示されるものが提案されている。
これは、ノズルベーンが閉じた位置におけるノズルベーンの前縁側と隣り合うノズルベーンの後縁側に板状の突起部を設け、隙間からの流体の漏れを抑制するようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９６０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ノズルベーンが閉じた（ノズルベーンの開度が小さい）状態のときに、スロート空間のスロート幅（ノズルベーン間の距離）に対するノズルベーンの後縁の厚さが相対的に大きくなるので、スロート空間を出た流体の拡幅率が大きくなる。このように拡幅率が大きくなると、大きなウェイクが発生し、可変容量ラジアルタービンの性能が低下する。
特許文献１に示されるものでは、板状の突起部によって流体の漏れは抑制できるが、スロート幅に対する影響は小さく、ウェイクの発生に対する考慮がなされていないので、可変容量ラジアルタービンの性能低下が避けられないという課題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、ノズルベーンの端面に存在する隙間からの流体漏れを抑制するとともにウェイクの発生を抑制し得る可変容量タービン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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様は、間隔を空けて対向して配置された環状の一対の対向面によってドーナツ形状に形成され、外周側から流入する流体を内周側に流出させる流体空間と、該流体空間に、周方向に間隔を空けて該流体空間を区切るように配置され、それぞれ一方の前記対向面に自転可能に軸支持されている複数のノズルベーンと、を備え、該ノズルベーンを前記軸回りに自転させて隣り合う該ノズルベーンで形成されるスロート空間を開閉して流出する流体の流量が調整できる可変容量タービンであって、一対の前記対向面の内、少なくとも一方の前記対向面には、前記ノズルベーンが閉じた位置における前記ノズルベーンの前縁側と隣り合う前記ノズルベーンの後縁側との間を覆うように、少なくとも前記ノズルベーンの端面位置よりも前記ノズルベーン側に突出した突起部が備えられている可変容量タービンである。
【０００９】
本態様によれば、一対の対向面の内、少なくとも一方の対向面には、ノズルベーンが閉じた位置におけるノズルベーンの前縁側と隣り合うノズルベーンの後縁側との間を覆うように突起部が備えられているので、ノズルベーンが閉じた状態では、突起部がノズルベーンに隣り合って存在することになる。突起部は、少なくともノズルベーンの端面位置よりもノズルベーン側に突出しているので、ノズルベーンと対向面との間の隙間を覆うことができる。したがって、突起部は、この隙間からの流体の漏れを抑制できるので、小流量の場合における可変容量タービンの効率低下を抑制することができる。
また、突起部は、ノズルベーンが閉じた位置におけるノズルベーンの前縁側と隣り合うノズルベーンの後縁側との間を覆うように備えられているので、その分ノズルベーンが閉じた状態のときにおけるスロート空間の高さを減少することができる。スロート空間の高さが減少させられると、同一の流量、すなわち、同面積のスロート空間を得る場合に、スロート幅を大きく、すなわち、ノズルベーンの開度を大きくできるので、スロート空間のスロート幅（ノズルベーン間の距離）に対するノズルベーンの後縁の厚さが相対的に小さくできる。これにより、スロート空間を出た流体の拡幅率が小さくなるので、ウェイクの発生を抑制することができ、可変容量ラジアルタービンの性能を向上させることができる。
【００１０】
前記態様では、前記突起部の外周側には、前記突起部に向かい前記ノズルベーンに近づくように形成された外周テーパ面が備えられていてもよい。
【００１１】
このように突起部の外周側には、突起部に向かいノズルベーンに近づくように形成された外周テーパ面が備えられているので、隙間を通って漏れる流体は外周テーパ面を通って突起部に当接することになる。この流体は外周テーパ面を通ってノズルベーン側に、すなわち、突起部先端側に向かって流れるので、突起部で急激に流れが方向変換されることを抑制できる。このため、流体は突起部において急激に方向転換されることが抑制されるので、流体流れの剥離を抑制することができ、損失を低減することができる。
また、突起部の外周側は、ノズルベーンの前縁側部分が移動する範囲であるので、ノズルベーンの開度が効率低下に影響しない程度以上に大きくなると、ノズルベーンと対向面との間隔が大きくなる。ノズルベーンと対向面との間隔が大きくなると、この間隔を通る流体量が多くなるので、ノズルベーンから供給される流体の流量を増加させることができる。
一方、ノズルベーンの開度が小さくなると、ノズルベーンと対向面との間隔が小さくなるので、流体の漏れ量をより小さくすることができ、突起部と相俟って、小流量の場合における可変容量タービンの効率低下をより抑制することができる。
さらに、ノズルベーンと対向面との間隔を連続的に変化させることができるので、外周テーパ面の傾斜度、範囲等を調節することによって流体の流量の制御を容易に行うことができる。
なお、外周テーパ面は、少なくともノズルベーンの前縁側部分が移動する範囲に設けるのが好適である。
【００１２】
前記態様では、前記突起部の内周側には、前記突起部に向かい前記ノズルベーンに近づくように形成された内周テーパ面が備えられていてもよい。
【００１３】
このように突起部の内周側には、突起部に向かいノズルベーンに近づくように形成された内周テーパ面が備えられているので、スロート部の流体は突起部を通って内周テーパ面とノズルベーンとの間隔に漏れ出ることになる。内周テーパ面は突起部側がよりノズルベーン側、すなわち、突起部先端側に位置しているので、突起部から内周テーパ面になめらかに移動する。これにより、突起部を出る流体の流れが急激に方向変換されることを抑制できるので、流体流れの剥離を抑制することができ、損失を低減することができる。
また、突起部の内周側は、ノズルベーンの後縁側部分が移動する範囲であるので、ノズルベーンの開度が効率低下に影響しない程度以上に大きくなると、ノズルベーンと対向面との間隔が大きくなる。ノズルベーンと対向面との間隔が大きくなると、この間隔を通る流体量が多くなるので、ノズルベーンから供給される流体の流量を増加させることができる。
一方、ノズルベーンの開度が小さくなると、ノズルベーンと対向面との間隔が小さくなるので、流体の漏れ量をより小さくすることができ、突起部と相俟って、小流量の場合における可変容量タービンの効率低下をより抑制することができる。
さらに、ノズルベーンと対向面との間隔を連続的に変化させることができるので、外周テーパ面の傾斜度、範囲等を調節することによって流体の流量の制御を容易に行うことができる。
なお、内周テーパ面は、少なくともノズルベーンの後縁側部分が移動する範囲に設けるのが好適である。
【００１４】
前記態様では、前記突起部は、前記ノズルベーンの翼弦方向において前記ノズルベーンの前縁あるいは後縁から前記軸の近傍位置までをカバーするようにされていてもよい。
【００１５】
このようにすると、突起部はノズルベーンの翼弦方向においてノズルベーンの略全範囲をカバーすることができる。したがって、ノズルベーンと対向面との間の隙間を略完全にカバーすることができるので、小流量の場合における可変容量タービンの効率低下をより抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、一対の対向面の内、少なくとも一方の対向面には、ノズルベーンが閉じた位置におけるノズルベーンの前縁側と隣り合うノズルベーンの後縁側との間を覆うように、少なくともノズルベーンの端面位置よりもノズルベーン側に突出した突起部が備えられているので、小流量の場合における可変容量タービンの効率低下を抑制することができる。また、可変容量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】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる可変容量型排気ターボ過給機の可変容量ラジアルタービン側の概略構成を示す部分断面図である。
【図２】図１のノズルベーンの一部を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】ノズルマウント部を示す断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態にかかる可変容量ラジアルタービンのノズルベーンの一部を示す平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図５のＣ−Ｃ断面図である。
【図８】本発明の第三実施形態にかかる可変容量ラジアルタービンのノズルベーンの一部を示す平面図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】図８のＥ−Ｅ断面図である。
【図１１】本発明の第四実施形態にかかる可変容量ラジアルタービンのノズルベーンの一部を示す平面図である。
【図１２】図１１のＦ−Ｆ断面図である。
【図１３】図１１のＧ−Ｇ断面図である。
【図１４】本発明の第五実施形態にかかる可変容量ラジアルタービンのノズルベーンの一部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を用いて詳細に説明する。
［第一実施形態］
以下に、本発明の第一実施例にかかる可変容量ラジアルタービン１を備えた可変容量ターボ過給機について図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態にかかる可変容量型排気ターボ過給機の可変容量ラジアルタービン側の概略構成を示す部分断面図である。図２は、図１のノズルベーンの一部を示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。図４は、ノズルマウント部を示す断面図である。
【００１９】
可変容量ターボ過給機３には、可変容量ラジアルタービン１と、コンプレッサ（図示せず）とが備えられている。
可変容量ラジアルタービン１とコンプレッサとは、軸受ハウジング５を介して連結されている。軸受ハウジング５内には、軸受７に回転支持されたタービンロータ９が挿通されている。
【００２０】
コンプレッサは、タービンロータ９の一端側に取り付けられたコンプレッサホイール（図示せず）と、このコンプレッサホイールを囲んで覆うように設けられたコンプレッサケーシング（図示せず）とを備えている。
一方、可変容量ラジアルタービン１には、タービンロータ９の他端側に取り付けられたタービンホイール１１と、このタービンホイール１１を囲んで覆うように設けられたタービンケーシング１３と、タービンホイール１１に流入する排気ガス（流体）の流路断面積（スロート面積）Ｓを変化させる可変ノズル機構１５とが備えられている。
【００２１】
タービンケーシング１３の内側には、タービンロータ９の回転軸心１７回りにタービンホイール１１の外周を囲むようにスクロール１９が形成されている。このスクロール１９とタービンホイール入口２１とは流体入口流路（流体空間）２３により連通されている。
また、スクロール１９の外周側には概ねスクロール１９の接線方向に沿った排気ガス入口（図示せず）が設けられ、タービンロータ９の回転軸心１７に沿って排気ガス出口２５が設けられている。
【００２２】
可変ノズル機構１５には、図２に示すような断面視翼形状を呈する複数枚のノズルベーン２７と、断面視環形状を呈する一本のノズルマウント（対向面）２９と、断面視環形状を呈する一本のドライブリング３１と、断面視環形状を呈する一本のノズルプレート（対向面）３３とを備えている。
ノズルマウント２９とノズルプレート３３とは、対向して配置され、ドーナツ形状をした流体入口流路２３を形成している。
【００２３】
ノズルベーン２７は、流体入口流路２３に、周方向に沿って等ピッチで配置されており、ノズルベーン２７のノズルマウント２９側の端面に軸３５が設けられている。軸３５は、ノズルマウント２９の端面に回転可能に支持されている。
軸３５の端部には、レバープレート３７の一端が固定されている。レバープレート３７の他端は、ドライブリング３１に固定して取り付けられているドライブピン３９に係合されている。
【００２４】
ドライブリング３１は、タービンケーシング１３に回転可能に支持され、図示を省略したアクチュエータによって回転させられる。ドライブリング３１が回転すると、ドライブピン３９が移動するので、レバープレート３７が移動する。レバープレート３７が移動すると、軸３５が回転し、ノズルベーン２７は軸３５回りに自転する。これにより、ノズルベーン２７の開度が調整される、すなわち、隣り合うノズルベーンによって形成される流路断面積Ｓが調整される。
【００２５】
ノズルプレート３３には、図２および図３に示されるようにプレート突起部（突起部）４１が備えられている。
プレート突起部４１は、図２に示されるように、ノズルベーン２７が閉じた位置におけるノズルベーン２７の前縁４０側と隣り合うノズルベーン２７の後縁４２側との間を全面的に覆うように備えられている。
プレート突起部４１の先端位置は、図３に示されるようにノズルベーン２７の端面位置よりもノズルベーン２７側に突出するように構成されている。
【００２６】
ノズルマウント２９には、図４に示されるようにマウント突起部（突起部）４３が備えられている。
マウント突起部４３は、ノズルベーン２７が閉じた位置におけるノズルベーン２７の前縁４０側と隣り合うノズルベーン２７の後縁４２側との間を全面的に覆うように備えられている。
マウント突起部４３の先端位置は、図４に示されるようにノズルベーン２７の端面位置よりもノズルベーン２７側に突出するように構成されている。
【００２７】
以上のように構成された本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１およびこれを備えた可変容量ターボ過給機の動作について説明する。
エンジン（図示省略）からの排ガスはスクロール１９に入り、スクロール１９の渦巻きに沿って周回しながら流体入口流路２３に流入する。
流体入口流路２３に流入した排ガスはノズルベーン２７によって加速されてタービンホイール１１にその外周側から流入する。この排ガスは、タービンホイール１１の中心側に向かい半径方向に流れてタービンホイール１１に膨張仕事をなした後、軸方向に流出して排気ガス出口２５に案内されて機外に送出される。
【００２８】
このとき、可変容量ラジアルタービンの容量は以下のように制御される。図示しないアクチュエータを作動させてドライブリング３１を回転させると、ドライブピン３９が移動する。ドライブピン３９の移動によって、レバープレート３７が軸３５回りに揺動し、軸３５が回転移動する。軸３５が回転すると、ノズルベーン２７は軸３５回りに自転する。これにより、ノズルベーン２７の翼角が変更され、ノズルベーン２７の開度が調整される。ノズルベーン２７間に形成される流路断面積Ｓが調整され、流量が調整される。
【００２９】
本実施形態によれば、ノズルプレート３３にプレート突起部４１が、ノズルマウント２９にマウント突起部４３が、それぞれノズルベーン２７が閉じた位置におけるノズルベーン２７の前縁４０側と隣り合うノズルベーン２７の後縁４２側との間を覆うように備えられているので、ノズルベーン２７が図２に示されているように閉じた状態では、プレート突起部４１およびマウント突起部４３がノズルベーン２７に隣り合って存在する。
【００３０】
プレート突起部４１およびマウント突起部４３の先端位置は、ノズルベーン２７の端面位置よりもノズルベーン２７側に突出しているので、プレート突起部４１およびマウント突起部４３はノズルベーン２７とノズルプレート３３およびノズルマウント２９との間の隙間を覆うことができる。したがって、プレート突起部４１およびマウント突起部４３は、この隙間からの流体の漏れを抑制できるので、小流量の場合における可変容量ラジアルタービン１の効率低下を抑制することができる。
【００３１】
また、プレート突起部４１およびマウント突起部４３は、ノズルベーン２７が閉じた位置におけるノズルベーン２７の前縁４０側と隣り合うノズルベーン２７の後縁４２側との間を覆うように備えられているので、その分ノズルベーン２７が閉じた状態のときにおける流路断面積Ｓの高さＨを減少させることができる。
図３に示されるように、本実施形態における流路断面積Ｓと同一面積となるプレート突起部４１およびマウント突起部４３がない場合の流路断面積Ｓ１を示している。両者を比べると、流路断面積Ｓの方が高さＨが小さい分、スロート幅Ｂがスロート幅Ｂ１よりも大きくなる。
【００３２】
このように、流路断面積Ｓの高さが減少させられると、同一の流量、すなわち、同面積の流路断面積Ｓを得る場合に、スロート幅Ｂを大きく、すなわち、ノズルベーン２７の開度を大きくできる。
このように、スロート幅Ｂに対するノズルベーン２７の後縁４２の厚さが相対的に小さくできる。これにより、ノズルベーン２７を出た排ガスの拡幅率が小さくなるので、ウェイクの発生を抑制することができ、可変容量ラジアルタービン１の性能を向上させることができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、ノズルプレート３３にプレート突起部４１を、ノズルマウント２９にマウント突起部４３を備えているが、これに限定されるものではなく、プレート突起部４１およびマウント突起部４３のいずれか一方を備えるようにしてもよい。
【００３４】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１を備えた可変容量ターボ過給機について、図５〜図７を用いて説明する。
本実施形態は、ノズルプレート３３の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
【００３５】
図５は、本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１のノズルベーンの一部を示す平面図である。図６は、図５のＢ−Ｂ断面図である。図７は、図５のＣ−Ｃ断面図である。
本実施形態では、ノズルプレート３３には、プレート突起部４１の外周側にプレート突起部４１に向かいノズルベーン２７に近づくように形成された外周テーパ面５１が備えられている。
【００３６】
外周テーパ面５１は、図５に示されるようにノズルベーン２７の開閉に伴いノズルベーン２７の前縁４０側部分が移動する範囲に設けられている。
外周テーパ面５１とプレート突起部４１との境界位置では、外周テーパ面５１はノズルベーン２７に接触しない程度の隙間が設けられている。
マウント突起部４３が備えられている場合、マウント突起部４３の外周側に外周テーパ面５１に相当するテーパ面を備えるようにしてもよい。
【００３７】
このように構成された本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１の作用・効果について説明する。
ノズルプレート３３とノズルベーン２７との隙間を通って漏れる排ガスは外周テーパ面５１を通ってプレート突起部４１に当接することになる。この排ガスは外周テーパ面５１を通ってノズルベーン２７側に、すなわち、プレート突起部４１の先端側に向かって流れるので、プレート突起部４１で急激に流れが方向変換されることを抑制できる。このため、排ガスはプレート突起部４１において急激に方向転換されることが抑制されるので、流体流れの剥離を抑制することができ、損失を低減することができる。
【００３８】
また、外周テーパ面５１は、ノズルベーン２７の前縁４０側部分が移動する範囲であるので、ノズルベーン２７の開度が効率低下に影響しない程度以上に大きくなると、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔が大きくなる。ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔が大きくなると、この間隔を通る流体量が多くなるので、ノズルベーン２７からタービンホイール１１へ供給される排ガスの流量を増加させることができる。
【００３９】
一方、ノズルベーン２７の開度が小さくなると、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔が小さくなるので、排ガスの漏れ量をより小さくすることができ、プレート突起部４１と相俟って、小流量の場合における可変容量ラジアルタービン１の効率低下をより抑制することができる。
さらに、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔を連続的に変化させることができるので、外周テーパ面５１の傾斜度、範囲等を調節することによって排ガスの流量の制御を容易に行うことができる。
【００４０】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１を備えた可変容量ターボ過給機について、図８〜図１０を用いて説明する。
本実施形態は、ノズルプレート３３の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
【００４１】
図８は、本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１のノズルベーンの一部を示す平面図である。図９は、図８のＤ−Ｄ断面図である。図１０は、図８のＥ−Ｅ断面図である。
本実施形態では、ノズルプレート３３には、プレート突起部４１の内周側にプレート突起部４１に向かいノズルベーン２７に近づくように形成された内周テーパ面５３が備えられている。
【００４２】
内周テーパ面５３は、図８に示されるようにノズルベーン２７の開閉に伴いノズルベーン２７の後縁４２側部分が移動する範囲に設けられている。
内周テーパ面５３とプレート突起部４１との境界位置では、内周テーパ面５３はノズルベーン２７に接触しない程度の隙間が設けられている。
マウント突起部４３が備えられている場合、マウント突起部４３の内周側に内周テーパ面５３に相当するテーパ面を備えるようにしてもよい。
【００４３】
このように構成された本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１の作用・効果について説明する。
ノズルプレート３３間の排ガスは、ノズルプレート３３とノズルベーン２７との隙間を通って漏れる。内周テーパ面５３はプレート突起部４１側がよりノズルベーン２７側、すなわち、プレート突起部４１先端側に位置しているので、プレート突起部４１から内周テーパ面５３になめらかに移動する。これにより、プレート突起部４１から隙間を通って出る排ガスの流れが急激に方向変換されることを抑制できるので、排ガス流れの剥離を抑制することができ、損失を低減することができる。
【００４４】
また、内周テーパ面５３は、ノズルベーン２７の後縁４２側部分が移動する範囲であるので、ノズルベーン２７の開度が効率低下に影響しない程度以上に大きくなると、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔が大きくなる。ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔が大きくなると、この間隔を通る流体量が多くなるので、ノズルベーン２７からタービンホイール１１へ供給される排ガスの流量を増加させることができる。
【００４５】
一方、ノズルベーン２７の開度が小さくなると、ノズルベーン２７とノズルプレート３３（内周テーパ面５３）との間隔が小さくなるので、排ガスの漏れ量をより小さくすることができ、プレート突起部４１と相俟って、小流量の場合における可変容量ラジアルタービン１の効率低下をより抑制することができる。
さらに、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔を連続的に変化させることができるので、内周テーパ面５３の傾斜度、範囲等を調節することによって排ガスの流量の制御を容易に行うことができる。
【００４６】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１を備えた可変容量ターボ過給機について、図１１〜図１３を用いて説明する。
本実施形態は、ノズルプレート３３の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
【００４７】
図１１は、本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１のノズルベーンの一部を示す平面図である。図１２は、図１１のＦ−Ｆ断面図である。図１３は、図１１のＧ−Ｇ断面図である。
本実施形態では、第一実施形態の構成に加えて第二実施形態の外周テーパ面５１および第三実施形態の内周テーパ面５３が備えられている。
【００４８】
外周テーパ面５１は、図１１に示されるようにノズルベーン２７の開閉に伴いノズルベーン２７の前縁４０側部分が移動する範囲に設けられている。
内周側テーパ面５３は、図１１に示されるようにノズルベーン２７の開閉に伴いノズルベーン２７の後縁４２側部分が移動する範囲に設けられている。
マウント突起部４３が備えられている場合、マウント突起部４３の外周側に外周テーパ面５１に相当するテーパ面および内周側に内周テーパ面５３を備えるようにしてもよい。
【００４９】
このように構成された本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１の作用・効果については、上述の第二実施形態および第三実施形態のそれらを併せ持っているので、ここでは重複した説明を省略する。
【００５０】
［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１を備えた可変容量ターボ過給機について、図１４を用いて説明する。
本実施形態は、ノズルプレート３３の構成が第四実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第四実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
【００５１】
本実施形態では、プレート突起部４１は、ノズルベーン２７の翼弦方向においてノズルベーン２７の前縁４０あるいは後縁４２から軸３５の近傍位置までをカバーするようにされている。これに伴い外周テーパ面５１および内周テーパ面５３のノズルベーン２７の翼弦方向における長さが長くされている。
マウント突起部４３が備えられている場合、マウント突起部４３は、ノズルベーン２７の翼弦方向においてノズルベーン２７の前縁４０あるいは後縁４２から軸３５の近傍位置までをカバーするようにされていてもよい。
【００５２】
このようにすると、プレート突起部４１はノズルベーン２７の翼弦方向においてノズルベーン２７とノズルプレート３３との隙間から排ガスが洩れる範囲（図１４に点線の矢印で示している。）の略全範囲をカバーすることができる。
したがって、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間の隙間を略完全にカバーすることができるので、小流量の場合における可変容量ラジアルタービン１の効率低下をより抑制することができる。
なお、外周テーパ面５１および内周テーパ面５３を省略してもよいし、外周テーパ面５１および内周テーパ面５３のいずれか一方を省略してもよい。
【００５３】
なお、本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行ってもよい。
たとえば、本実施形態では、可変容量ラジアルタービン１に適用しているが、斜流タービンに適用してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１ 可変容量ラジアルタービン
２３ 流体入口流路
２７ ノズルベーン
２９ ノズルマウント
３３ ノズルプレート
３５ 軸
４０ 前縁
４１ プレート突起部
４２ 後縁
４３ マウント突起部
５１ 外周テーパ面
５３ 内周テーパ面
Ｓ 流路断面積
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変容量タービンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ラジアルタービンは、回転軸に固定されたハブに複数の遠心翼が固定され、ほぼ平行な環状をしたノズルマウントおよびノズルプレート間を流路として半径方向外周側から内向きに流れる作動流体である空気やガスが、遠心翼に作用してハブを回転させるとともにほぼ軸方向に流出される構成となっている。
円板間の流路には、作動流体を加速する複数のノズルベーンが周方向に間隔を空けて配置されている。
可変容量ラジアルタービンは、このノズルベーンをノズルマウントに軸支させ、この軸回りに自転させて、隣り合うノズルベーンで形成されるスロート空間を開閉して流出する流体の流量、速度等が調整できるものである。
【０００３】
このように、可変容量ラジアルタービンでは、ノズルベーンが自転するので、それに伴ってノズルベーンの端面がノズルマウントおよびノズルプレートに沿って移動する。このため、ノズルベーンの端面がノズルマウントおよびノズルプレートに接触して固定される不具合を防止するために、ノズルベーンの端面とノズルマウントおよびノズルプレートとの間には、隙間を設ける必要がある。
この隙間は、流体の漏れ流路となるので、可変容量ラジアルタービンの効率を低下させる。この低下は、特に、小流量であるノズルベーンが閉じた状態のときに影響が大きくなる。
【０００４】
このノズルベーンが閉じた状態のときに流体の漏れを抑制し、小流量時の効率低下を抑制するものとして、たとえば、特許文献１に示されるものが提案されている。
これは、ノズルベーンが閉じた位置におけるノズルベーンの前縁側と隣り合うノズルベーンの後縁側に板状の突起部を設け、隙間からの流体の漏れを抑制するようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９６０１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、ノズルベーンが閉じた（ノズルベーンの開度が小さい）状態のときに、スロート空間のスロート幅（ノズルベーン間の距離）に対するノズルベーンの後縁の厚さが相対的に大きくなるので、スロート空間を出た流体の拡幅率が大きくなる。このように拡幅率が大きくなると、大きなウェイクが発生し、可変容量ラジアルタービンの性能が低下する。
特許文献１に示されるものでは、板状の突起部によって流体の漏れは抑制できるが、スロート幅に対する影響は小さく、ウェイクの発生に対する考慮がなされていないので、可変容量ラジアルタービンの性能低下が避けられないという課題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、ノズルベーンの端面に存在する隙間からの流体漏れを抑制するとともにウェイクの発生を抑制し得る可変容量タービン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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の一態様は、間隔を空けて対向して配置された環状の一対の対向面によってドーナツ形状に形成され、外周側から流入する流体を内周側に流出させる流体空間と、該流体空間に、周方向に間隔を空けて該流体空間を区切るように配置され、それぞれ一方の前記対向面に自転可能に軸支持されている複数のノズルベーンと、を備え、該ノズルベーンを前記軸回りに自転させて隣り合う該ノズルベーンで形成されるスロート空間を開閉して流出する流体の流量が調整できる可変容量タービンであって、一対の前記対向面の内、少なくとも一方の前記対向面には、前記ノズルベーンが閉じた位置における前記ノズルベーンの前縁側と隣り合う前記ノズルベーンの後縁側との間を覆うように、少なくとも前記ノズルベーンの端面位置よりも前記ノズルベーン側に突出した突起部が備えられている可変容量タービンである。
【０００９】
本態様によれば、一対の対向面の内、少なくとも一方の対向面には、ノズルベーンが閉じた位置におけるノズルベーンの前縁側と隣り合うノズルベーンの後縁側との間を覆うように突起部が備えられているので、ノズルベーンが閉じた状態では、突起部がノズルベーンに隣り合って存在することになる。突起部は、少なくともノズルベーンの端面位置よりもノズルベーン側に突出しているので、ノズルベーンと対向面との間の隙間を覆うことができる。したがって、突起部は、この隙間からの流体の漏れを抑制できるので、小流量の場合における可変容量タービンの効率低下を抑制することができる。
また、突起部は、ノズルベーンが閉じた位置におけるノズルベーンの前縁側と隣り合うノズルベーンの後縁側との間を覆うように備えられているので、その分ノズルベーンが閉じた状態のときにおけるスロート空間の高さを減少することができる。スロート空間の高さが減少させられると、同一の流量、すなわち、同面積のスロート空間を得る場合に、スロート幅を大きく、すなわち、ノズルベーンの開度を大きくできるので、スロート空間のスロート幅（ノズルベーン間の距離）に対するノズルベーンの後縁の厚さが相対的に小さくできる。これにより、スロート空間を出た流体の拡幅率が小さくなるので、ウェイクの発生を抑制することができ、可変容量ラジアルタービンの性能を向上させることができる。
【００１０】
前記態様では、前記突起部の外周側には、前記突起部に向かい前記ノズルベーンに近づくように形成された外周テーパ面が備えられていてもよい。
【００１１】
このように突起部の外周側には、突起部に向かいノズルベーンに近づくように形成された外周テーパ面が備えられているので、隙間を通って漏れる流体は外周テーパ面を通って突起部に当接することになる。この流体は外周テーパ面を通ってノズルベーン側に、すなわち、突起部先端側に向かって流れるので、突起部で急激に流れが方向変換されることを抑制できる。このため、流体は突起部において急激に方向転換されることが抑制されるので、流体流れの剥離を抑制することができ、損失を低減することができる。
また、突起部の外周側は、ノズルベーンの前縁側部分が移動する範囲であるので、ノズルベーンの開度が効率低下に影響しない程度以上に大きくなると、ノズルベーンと対向面との間隔が大きくなる。ノズルベーンと対向面との間隔が大きくなると、この間隔を通る流体量が多くなるので、ノズルベーンから供給される流体の流量を増加させることができる。
一方、ノズルベーンの開度が小さくなると、ノズルベーンと対向面との間隔が小さくなるので、流体の漏れ量をより小さくすることができ、突起部と相俟って、小流量の場合における可変容量タービンの効率低下をより抑制することができる。
さらに、ノズルベーンと対向面との間隔を連続的に変化させることができるので、外周テーパ面の傾斜度、範囲等を調節することによって流体の流量の制御を容易に行うことができる。
なお、外周テーパ面は、少なくともノズルベーンの前縁側部分が移動する範囲に設けるのが好適である。
【００１２】
前記態様では、前記突起部の内周側には、前記突起部に向かい前記ノズルベーンに近づくように形成された内周テーパ面が備えられていてもよい。
【００１３】
このように突起部の内周側には、突起部に向かいノズルベーンに近づくように形成された内周テーパ面が備えられているので、スロート部の流体は突起部を通って内周テーパ面とノズルベーンとの間隔に漏れ出ることになる。内周テーパ面は突起部側がよりノズルベーン側、すなわち、突起部先端側に位置しているので、突起部から内周テーパ面になめらかに移動する。これにより、突起部を出る流体の流れが急激に方向変換されることを抑制できるので、流体流れの剥離を抑制することができ、損失を低減することができる。
また、突起部の内周側は、ノズルベーンの後縁側部分が移動する範囲であるので、ノズルベーンの開度が効率低下に影響しない程度以上に大きくなると、ノズルベーンと対向面との間隔が大きくなる。ノズルベーンと対向面との間隔が大きくなると、この間隔を通る流体量が多くなるので、ノズルベーンから供給される流体の流量を増加させることができる。
一方、ノズルベーンの開度が小さくなると、ノズルベーンと対向面との間隔が小さくなるので、流体の漏れ量をより小さくすることができ、突起部と相俟って、小流量の場合における可変容量タービンの効率低下をより抑制することができる。
さらに、ノズルベーンと対向面との間隔を連続的に変化させることができるので、外周テーパ面の傾斜度、範囲等を調節することによって流体の流量の制御を容易に行うことができる。
なお、内周テーパ面は、少なくともノズルベーンの後縁側部分が移動する範囲に設けるのが好適である。
【００１４】
前記態様では、前記突起部は、前記ノズルベーンの翼弦方向において前記ノズルベーンの前縁あるいは後縁から前記軸の近傍位置までをカバーするようにされていてもよい。
【００１５】
このようにすると、突起部はノズルベーンの翼弦方向においてノズルベーンの略全範囲をカバーすることができる。したがって、ノズルベーンと対向面との間の隙間を略完全にカバーすることができるので、小流量の場合における可変容量タービンの効率低下をより抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、一対の対向面の内、少なくとも一方の対向面には、ノズルベーンが閉じた位置におけるノズルベーンの前縁側と隣り合うノズルベーンの後縁側との間を覆うように、少なくともノズルベーンの端面位置よりもノズルベーン側に突出した突起部が備えられているので、小流量の場合における可変容量タービンの効率低下を抑制することができる。また、可変容量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】
【００１７】
【図１】本発明の第一実施形態にかかる可変容量型排気ターボ過給機の可変容量ラジアルタービン側の概略構成を示す部分断面図である。
【図２】図１のノズルベーンの一部を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】ノズルマウント部を示す断面図である。
【図５】本発明の第二実施形態にかかる可変容量ラジアルタービンのノズルベーンの一部を示す平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図５のＣ−Ｃ断面図である。
【図８】本発明の第三実施形態にかかる可変容量ラジアルタービンのノズルベーンの一部を示す平面図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】図８のＥ−Ｅ断面図である。
【図１１】本発明の第四実施形態にかかる可変容量ラジアルタービンのノズルベーンの一部を示す平面図である。
【図１２】図１１のＦ−Ｆ断面図である。
【図１３】図１１のＧ−Ｇ断面図である。
【図１４】本発明の第五実施形態にかかる可変容量ラジアルタービンのノズルベーンの一部を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を、添付図面を用いて詳細に説明する。
［第一実施形態］
以下に、本発明の第一実施例にかかる可変容量ラジアルタービン１を備えた可変容量ターボ過給機について図１〜図４を参照して説明する。
図１は、本発明の第一実施形態にかかる可変容量型排気ターボ過給機の可変容量ラジアルタービン側の概略構成を示す部分断面図である。図２は、図１のノズルベーンの一部を示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。図４は、ノズルマウント部を示す断面図である。
【００１９】
可変容量ターボ過給機３には、可変容量ラジアルタービン１と、コンプレッサ（図示せず）とが備えられている。
可変容量ラジアルタービン１とコンプレッサとは、軸受ハウジング５を介して連結されている。軸受ハウジング５内には、軸受７に回転支持されたタービンロータ９が挿通されている。
【００２０】
コンプレッサは、タービンロータ９の一端側に取り付けられたコンプレッサホイール（図示せず）と、このコンプレッサホイールを囲んで覆うように設けられたコンプレッサケーシング（図示せず）とを備えている。
一方、可変容量ラジアルタービン１には、タービンロータ９の他端側に取り付けられたタービンホイール１１と、このタービンホイール１１を囲んで覆うように設けられたタービンケーシング１３と、タービンホイール１１に流入する排気ガス（流体）の流路断面積（スロート面積）Ｓを変化させる可変ノズル機構１５とが備えられている。
【００２１】
タービンケーシング１３の内側には、タービンロータ９の回転軸心１７回りにタービンホイール１１の外周を囲むようにスクロール１９が形成されている。このスクロール１９とタービンホイール入口２１とは流体入口流路（流体空間）２３により連通されている。
また、スクロール１９の外周側には概ねスクロール１９の接線方向に沿った排気ガス入口（図示せず）が設けられ、タービンロータ９の回転軸心１７に沿って排気ガス出口２５が設けられている。
【００２２】
可変ノズル機構１５には、図２に示すような断面視翼形状を呈する複数枚のノズルベーン２７と、断面視環形状を呈する一本のノズルマウント（対向面）２９と、断面視環形状を呈する一本のドライブリング３１と、断面視環形状を呈する一本のノズルプレート（対向面）３３とを備えている。
ノズルマウント２９とノズルプレート３３とは、対向して配置され、ドーナツ形状をした流体入口流路２３を形成している。
【００２３】
ノズルベーン２７は、流体入口流路２３に、周方向に沿って等ピッチで配置されており、ノズルベーン２７のノズルマウント２９側の端面に軸３５が設けられている。軸３５は、ノズルマウント２９の端面に回転可能に支持されている。
軸３５の端部には、レバープレート３７の一端が固定されている。レバープレート３７の他端は、ドライブリング３１に固定して取り付けられているドライブピン３９に係合されている。
【００２４】
ドライブリング３１は、タービンケーシング１３に回転可能に支持され、図示を省略したアクチュエータによって回転させられる。ドライブリング３１が回転すると、ドライブピン３９が移動するので、レバープレート３７が移動する。レバープレート３７が移動すると、軸３５が回転し、ノズルベーン２７は軸３５回りに自転する。これにより、ノズルベーン２７の開度が調整される、すなわち、隣り合うノズルベーンによって形成される流路断面積Ｓが調整される。
【００２５】
ノズルプレート３３には、図２および図３に示されるようにプレート突起部（突起部）４１が備えられている。
プレート突起部４１は、図２に示されるように、ノズルベーン２７が閉じた位置におけるノズルベーン２７の前縁４０側と隣り合うノズルベーン２７の後縁４２側との間を全面的に覆うように備えられている。
プレート突起部４１の先端位置は、図３に示されるようにノズルベーン２７の端面位置よりもノズルベーン２７側に突出するように構成されている。
【００２６】
ノズルマウント２９には、図４に示されるようにマウント突起部（突起部）４３が備えられている。
マウント突起部４３は、ノズルベーン２７が閉じた位置におけるノズルベーン２７の前縁４０側と隣り合うノズルベーン２７の後縁４２側との間を全面的に覆うように備えられている。
マウント突起部４３の先端位置は、図４に示されるようにノズルベーン２７の端面位置よりもノズルベーン２７側に突出するように構成されている。
【００２７】
以上のように構成された本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１およびこれを備えた可変容量ターボ過給機の動作について説明する。
エンジン（図示省略）からの排ガスはスクロール１９に入り、スクロール１９の渦巻きに沿って周回しながら流体入口流路２３に流入する。
流体入口流路２３に流入した排ガスはノズルベーン２７によって加速されてタービンホイール１１にその外周側から流入する。この排ガスは、タービンホイール１１の中心側に向かい半径方向に流れてタービンホイール１１に膨張仕事をなした後、軸方向に流出して排気ガス出口２５に案内されて機外に送出される。
【００２８】
このとき、可変容量ラジアルタービンの容量は以下のように制御される。図示しないアクチュエータを作動させてドライブリング３１を回転させると、ドライブピン３９が移動する。ドライブピン３９の移動によって、レバープレート３７が軸３５回りに揺動し、軸３５が回転移動する。軸３５が回転すると、ノズルベーン２７は軸３５回りに自転する。これにより、ノズルベーン２７の翼角が変更され、ノズルベーン２７の開度が調整される。ノズルベーン２７間に形成される流路断面積Ｓが調整され、流量が調整される。
【００２９】
本実施形態によれば、ノズルプレート３３にプレート突起部４１が、ノズルマウント２９にマウント突起部４３が、それぞれノズルベーン２７が閉じた位置におけるノズルベーン２７の前縁４０側と隣り合うノズルベーン２７の後縁４２側との間を覆うように備えられているので、ノズルベーン２７が図２に示されているように閉じた状態では、プレート突起部４１およびマウント突起部４３がノズルベーン２７に隣り合って存在する。
【００３０】
プレート突起部４１およびマウント突起部４３の先端位置は、ノズルベーン２７の端面位置よりもノズルベーン２７側に突出しているので、プレート突起部４１およびマウント突起部４３はノズルベーン２７とノズルプレート３３およびノズルマウント２９との間の隙間を覆うことができる。したがって、プレート突起部４１およびマウント突起部４３は、この隙間からの流体の漏れを抑制できるので、小流量の場合における可変容量ラジアルタービン１の効率低下を抑制することができる。
【００３１】
また、プレート突起部４１およびマウント突起部４３は、ノズルベーン２７が閉じた位置におけるノズルベーン２７の前縁４０側と隣り合うノズルベーン２７の後縁４２側との間を覆うように備えられているので、その分ノズルベーン２７が閉じた状態のときにおける流路断面積Ｓの高さＨを減少させることができる。
図３に示されるように、本実施形態における流路断面積Ｓと同一面積となるプレート突起部４１およびマウント突起部４３がない場合の流路断面積Ｓ１を示している。両者を比べると、流路断面積Ｓの方が高さＨが小さい分、スロート幅Ｂがスロート幅Ｂ１よりも大きくなる。
【００３２】
このように、流路断面積Ｓの高さが減少させられると、同一の流量、すなわち、同面積の流路断面積Ｓを得る場合に、スロート幅Ｂを大きく、すなわち、ノズルベーン２７の開度を大きくできる。
このように、スロート幅Ｂに対するノズルベーン２７の後縁４２の厚さが相対的に小さくできる。これにより、ノズルベーン２７を出た排ガスの拡幅率が小さくなるので、ウェイクの発生を抑制することができ、可変容量ラジアルタービン１の性能を向上させることができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、ノズルプレート３３にプレート突起部４１を、ノズルマウント２９にマウント突起部４３を備えているが、これに限定されるものではなく、プレート突起部４１およびマウント突起部４３のいずれか一方を備えるようにしてもよい。
【００３４】
［第二実施形態］
次に、本発明の第二実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１を備えた可変容量ターボ過給機について、図５〜図７を用いて説明する。
本実施形態は、ノズルプレート３３の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
【００３５】
図５は、本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１のノズルベーンの一部を示す平面図である。図６は、図５のＢ−Ｂ断面図である。図７は、図５のＣ−Ｃ断面図である。
本実施形態では、ノズルプレート３３には、プレート突起部４１の外周側にプレート突起部４１に向かいノズルベーン２７に近づくように形成された外周テーパ面５１が備えられている。
【００３６】
外周テーパ面５１は、図５に示されるようにノズルベーン２７の開閉に伴いノズルベーン２７の前縁４０側部分が移動する範囲に設けられている。
外周テーパ面５１とプレート突起部４１との境界位置では、外周テーパ面５１はノズルベーン２７に接触しない程度の隙間が設けられている。
マウント突起部４３が備えられている場合、マウント突起部４３の外周側に外周テーパ面５１に相当するテーパ面を備えるようにしてもよい。
【００３７】
このように構成された本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１の作用・効果について説明する。
ノズルプレート３３とノズルベーン２７との隙間を通って漏れる排ガスは外周テーパ面５１を通ってプレート突起部４１に当接することになる。この排ガスは外周テーパ面５１を通ってノズルベーン２７側に、すなわち、プレート突起部４１の先端側に向かって流れるので、プレート突起部４１で急激に流れが方向変換されることを抑制できる。このため、排ガスはプレート突起部４１において急激に方向転換されることが抑制されるので、流体流れの剥離を抑制することができ、損失を低減することができる。
【００３８】
また、外周テーパ面５１は、ノズルベーン２７の前縁４０側部分が移動する範囲であるので、ノズルベーン２７の開度が効率低下に影響しない程度以上に大きくなると、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔が大きくなる。ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔が大きくなると、この間隔を通る流体量が多くなるので、ノズルベーン２７からタービンホイール１１へ供給される排ガスの流量を増加させることができる。
【００３９】
一方、ノズルベーン２７の開度が小さくなると、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔が小さくなるので、排ガスの漏れ量をより小さくすることができ、プレート突起部４１と相俟って、小流量の場合における可変容量ラジアルタービン１の効率低下をより抑制することができる。
さらに、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔を連続的に変化させることができるので、外周テーパ面５１の傾斜度、範囲等を調節することによって排ガスの流量の制御を容易に行うことができる。
【００４０】
［第三実施形態］
次に、本発明の第三実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１を備えた可変容量ターボ過給機について、図８〜図１０を用いて説明する。
本実施形態は、ノズルプレート３３の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
【００４１】
図８は、本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１のノズルベーンの一部を示す平面図である。図９は、図８のＤ−Ｄ断面図である。図１０は、図８のＥ−Ｅ断面図である。
本実施形態では、ノズルプレート３３には、プレート突起部４１の内周側にプレート突起部４１に向かいノズルベーン２７に近づくように形成された内周テーパ面５３が備えられている。
【００４２】
内周テーパ面５３は、図８に示されるようにノズルベーン２７の開閉に伴いノズルベーン２７の後縁４２側部分が移動する範囲に設けられている。
内周テーパ面５３とプレート突起部４１との境界位置では、内周テーパ面５３はノズルベーン２７に接触しない程度の隙間が設けられている。
マウント突起部４３が備えられている場合、マウント突起部４３の内周側に内周テーパ面５３に相当するテーパ面を備えるようにしてもよい。
【００４３】
このように構成された本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１の作用・効果について説明する。
ノズルプレート３３間の排ガスは、ノズルプレート３３とノズルベーン２７との隙間を通って漏れる。内周テーパ面５３はプレート突起部４１側がよりノズルベーン２７側、すなわち、プレート突起部４１先端側に位置しているので、プレート突起部４１から内周テーパ面５３になめらかに移動する。これにより、プレート突起部４１から隙間を通って出る排ガスの流れが急激に方向変換されることを抑制できるので、排ガス流れの剥離を抑制することができ、損失を低減することができる。
【００４４】
また、内周テーパ面５３は、ノズルベーン２７の後縁４２側部分が移動する範囲であるので、ノズルベーン２７の開度が効率低下に影響しない程度以上に大きくなると、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔が大きくなる。ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔が大きくなると、この間隔を通る流体量が多くなるので、ノズルベーン２７からタービンホイール１１へ供給される排ガスの流量を増加させることができる。
【００４５】
一方、ノズルベーン２７の開度が小さくなると、ノズルベーン２７とノズルプレート３３（内周テーパ面５３）との間隔が小さくなるので、排ガスの漏れ量をより小さくすることができ、プレート突起部４１と相俟って、小流量の場合における可変容量ラジアルタービン１の効率低下をより抑制することができる。
さらに、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間隔を連続的に変化させることができるので、内周テーパ面５３の傾斜度、範囲等を調節することによって排ガスの流量の制御を容易に行うことができる。
【００４６】
［第四実施形態］
次に、本発明の第四実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１を備えた可変容量ターボ過給機について、図１１〜図１３を用いて説明する。
本実施形態は、ノズルプレート３３の構成が第一実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
【００４７】
図１１は、本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１のノズルベーンの一部を示す平面図である。図１２は、図１１のＦ−Ｆ断面図である。図１３は、図１１のＧ−Ｇ断面図である。
本実施形態では、第一実施形態の構成に加えて第二実施形態の外周テーパ面５１および第三実施形態の内周テーパ面５３が備えられている。
【００４８】
外周テーパ面５１は、図１１に示されるようにノズルベーン２７の開閉に伴いノズルベーン２７の前縁４０側部分が移動する範囲に設けられている。
内周側テーパ面５３は、図１１に示されるようにノズルベーン２７の開閉に伴いノズルベーン２７の後縁４２側部分が移動する範囲に設けられている。
マウント突起部４３が備えられている場合、マウント突起部４３の外周側に外周テーパ面５１に相当するテーパ面および内周側に内周テーパ面５３を備えるようにしてもよい。
【００４９】
このように構成された本実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１の作用・効果については、上述の第二実施形態および第三実施形態のそれらを併せ持っているので、ここでは重複した説明を省略する。
【００５０】
［第五実施形態］
次に、本発明の第五実施形態にかかる可変容量ラジアルタービン１を備えた可変容量ターボ過給機について、図１４を用いて説明する。
本実施形態は、ノズルプレート３３の構成が第四実施形態のものと異なるので、ここではこの異なる部分について主として説明し、前述した第一実施形態のものと同じ部分については重複した説明を省略する。
なお、第四実施形態と同じ部材には同じ符号を付している。
【００５１】
本実施形態では、プレート突起部４１は、ノズルベーン２７の翼弦方向においてノズルベーン２７の前縁４０あるいは後縁４２から軸３５の近傍位置までをカバーするようにされている。これに伴い外周テーパ面５１および内周テーパ面５３のノズルベーン２７の翼弦方向における長さが長くされている。
マウント突起部４３が備えられている場合、マウント突起部４３は、ノズルベーン２７の翼弦方向においてノズルベーン２７の前縁４０あるいは後縁４２から軸３５の近傍位置までをカバーするようにされていてもよい。
【００５２】
このようにすると、プレート突起部４１はノズルベーン２７の翼弦方向においてノズルベーン２７とノズルプレート３３との隙間から排ガスが洩れる範囲（図１４に点線の矢印で示している。）の略全範囲をカバーすることができる。
したがって、ノズルベーン２７とノズルプレート３３との間の隙間を略完全にカバーすることができるので、小流量の場合における可変容量ラジアルタービン１の効率低下をより抑制することができる。
なお、外周テーパ面５１および内周テーパ面５３を省略してもよいし、外周テーパ面５１および内周テーパ面５３のいずれか一方を省略してもよい。
【００５３】
なお、本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形を行ってもよい。
たとえば、本実施形態では、可変容量ラジアルタービン１に適用しているが、斜流タービンに適用してもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１ 可変容量ラジアルタービン
２３ 流体入口流路
２７ ノズルベーン
２９ ノズルマウント
３３ ノズルプレート
３５ 軸
４０ 前縁
４１ プレート突起部
４２ 後縁
４３ マウント突起部
５１ 外周テーパ面
５３ 内周テーパ面
Ｓ 流路断面積
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を空けて対向して配置された環状の一対の対向面によってドーナツ形状に形成され、外周側から流入する流体を内周側に流出させる流体空間と、
該流体空間に、周方向に間隔を空けて該流体空間を区切るように配置され、それぞれ一方の前記対向面に自転可能に軸支持されている複数のノズルベーンと、
を備え、
該ノズルベーンを前記軸回りに自転させて隣り合う該ノズルベーンで形成されるスロート空間を開閉して流出する流体の流量が調整できる可変容量タービンであって、
一対の前記対向面の内、少なくとも一方の対向面には、前記ノズルベーンが閉じた位置における前記ノズルベーンの前縁側と隣り合う前記ノズルベーンの後縁側との間を覆うように、少なくとも前記ノズルベーンの端面位置よりも前記ノズルベーン側に突出した突起部が備えられていることを特徴とする可変容量タービン。
【請求項２】
前記突起部の外周側には、前記突起部に向かい前記ノズルベーンに近づくように形成された外周テーパ面が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量タービン。
【請求項３】
前記突起部の内周側には、前記突起部に向かい前記ノズルベーンに近づくように形成された内周テーパ面が備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の可変容量タービン。
【請求項４】
前記突起部は、前記ノズルベーンの翼弦方向において前記ノズルベーンの前縁あるいは後縁から前記軸の近傍位置までをカバーするようにされていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の可変容量タービン。
【請求項１】
間隔を空けて対向して配置された環状の一対の対向面によってドーナツ形状に形成され、外周側から流入する流体を内周側に流出させる流体空間と、
該流体空間に、周方向に間隔を空けて該流体空間を区切るように配置され、それぞれ一方の前記対向面に自転可能に軸支持されている複数のノズルベーンと、
を備え、
該ノズルベーンを前記軸回りに自転させて隣り合う該ノズルベーンで形成されるスロート空間を開閉して流出する流体の流量が調整できる可変容量タービンであって、
一対の前記対向面の内、少なくとも一方の対向面には、前記ノズルベーンが閉じた位置における前記ノズルベーンの前縁側と隣り合う前記ノズルベーンの後縁側との間を覆うように、少なくとも前記ノズルベーンの端面位置よりも前記ノズルベーン側に突出した突起部が備えられていることを特徴とする可変容量タービン。
【請求項２】
前記突起部の外周側には、前記突起部に向かい前記ノズルベーンに近づくように形成された外周テーパ面が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の可変容量タービン。
【請求項３】
前記突起部の内周側には、前記突起部に向かい前記ノズルベーンに近づくように形成された内周テーパ面が備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の可変容量タービン。
【請求項４】
前記突起部は、前記ノズルベーンの翼弦方向において前記ノズルベーンの前縁あるいは後縁から前記軸の近傍位置までをカバーするようにされていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の可変容量タービン。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−７７６６１（Ｐ２０１２−７７６６１Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２２４９６（Ｐ２０１０−２２２４９６）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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