可変流量ラジアルタービン
【課題】タービンホイールにガスが流入する主流路と副流路とが設け、これらの主流路及び副流路のうち、少なくとも副流路に流量を調整可能なノズルを設けた可変流量ラジアルタービンにおいて、副流路に流れが無い場合に主流路の流れの損失を抑えること。
【解決手段】スクロール室１４からタービンホイール１２を回転可能に収容するタービンホイール室１３に至るガス流路が主流路１６と副流路２４とで構成され、副流路２４に設けられた第２ノズル３２により副流路の流量を調整する流量調整機構４０を備え、第２ノズル３２は、翼断面形状を有して周方向に等間隔で並ぶように配置され、全閉時において翼前縁部３２ａと隣接の第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂとが接触する又は接触する程度に近接し第２ノズル３２の翼負圧面はタービンケーシング１１のシュラウド部１７の内壁面若しくはその他タービンホイール室１３の内壁面の一部を構成するように配置される。
【解決手段】スクロール室１４からタービンホイール１２を回転可能に収容するタービンホイール室１３に至るガス流路が主流路１６と副流路２４とで構成され、副流路２４に設けられた第２ノズル３２により副流路の流量を調整する流量調整機構４０を備え、第２ノズル３２は、翼断面形状を有して周方向に等間隔で並ぶように配置され、全閉時において翼前縁部３２ａと隣接の第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂとが接触する又は接触する程度に近接し第２ノズル３２の翼負圧面はタービンケーシング１１のシュラウド部１７の内壁面若しくはその他タービンホイール室１３の内壁面の一部を構成するように配置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャ用のラジアルタービン、工場排熱や地熱などの排圧を膨脹させて動力を得る排熱回収用のエキスパンションタービン、ガスタービン用のラジアルタービン等のラジアルタービンであって、流量制御や回転加速度の向上を狙って可変容量機構が設けられた可変容量ラジアルタービンに関する。
なお、本発明においては、ラジアルタービンには、タービンへの流入ガスが径方向に対して傾斜して流入する所謂斜流タービンも含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
図１９はラジアルタービンの一般的な構造を示す子午面形状である。
タービンケーシング２０１内に収容されたタービンホイール２０２は、回転軸２０３と、この回転軸２０３に一体に形成されたハブ２０４と、このハブ２０４の外周に設けられたタービン翼２０５とを備え、タービンケーシング２０１内に形成されたカタツムリ状のスクロール室２０６により回転軸心２０３周りの速度を持った流れが作られ、タービンホイール２０２周りに旋回する。
【０００３】
更に、第１ノズル２０８によりその旋回が加速され、タービンホイール２０２の入口周りに大きな速度で旋回する流れが作られる。そして、その流れの旋回のエネルギーがタービンホイール２０２により回転動力に変換される。
【０００４】
上記構造に対して流量制御や回転加速度の向上を狙った対策例として、タービンホイール２０２を覆うシュラウド２１０に副流路２１１を設け、この副流路２１１に第２ノズル２１２を設置し、この第２ノズル２１２によって副流路２１１の流量調節を行う手法が知られている（例えば特許文献１〜特許文献３参照）。
【０００５】
この手法は、タービンホイール入口２１４の圧力をタービンホイール出口２１５近傍でタービンホイール入口２１４に比べて圧力が低くなった領域に導き、この大きな圧力差によりタービンホイール入口２１４の第１ノズル２０８の出口の流速に比べて高速の流れを作り、その高速流をタービンホイール出口２１５近傍のタービン翼２０５に衝突させ、その衝突の力でタービンホイール２０２を回転させる力を大きくする手法である。
【０００６】
また、図２２に示すように、図１９と同様の主流路と副流路とを備える斜流タービンが知られている（特許文献４参照。）。
この形態では副流路のノズル出口は、斜流タービンホイールの入口である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２３８９３号公報
【特許文献２】特開２００７−２３８９４号公報
【特許文献３】特開２００７−５１７１６９号公報
【特許文献４】特開２００９−２８１１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図２０に上記の特許文献１〜特許文献３のメカニズムを説明する。
まず、タービンホイール２０２の入口領域の半径内向きの流れに注目し、Ａ−Ａ断面のタービン翼２０５の前縁の速度三角形について説明する。
タービン翼２０５の前縁の周速Ｖａ１は半径と回転数で決まる。流入ガスは第１ノズル２０８（図１９参照）で加速される。周速Ｖａ１と第１ノズル２０８で加速された流速Ｖａ２からタービン翼２０５の前縁における相対流速Ｖａ３が決まる。
この相対流速Ｖａ３は、流れのベクトルからタービン翼２０５の前縁にほぼ無衝突に入るように設計され、入口の衝突損失は小さくなる。
【０００９】
一方、第２ノズル２１２からの流れによるＢ−Ｂ断面の速度三角形について説明する。
周速Ｖｂ１は半径と回転数とで決まるので、タービン翼２０５の前縁の周速Ｖａ１に比べて半径比で小さくなる。流入ガスは、第２ノズル２１２で加速される。周速Ｖｂ１と第２ノズル２１２で加速された流速Ｖｂ２からタービン翼２０５のシュラウド側における相対流速Ｖｂ３が決まる。
【００１０】
タービンホイール入口２１４（図１９参照）に設けられた第１ノズル２０８の速度三角形では、第１ノズル２０８で加速された流れは、その旋回成分がタービンホイール２０２の回転周速と同等の速度になるように設計される。
その第１ノズル２０８からタービンホイール２０２に流入した流れは、タービンホイール２０２にエネルギーを与え、タービンホイール入口２１４とタービンホイール出口２１５（図１９参照）との中間部分のＢ−Ｂ断面では圧力が低下している。
【００１１】
その領域に第２ノズル２１２を設けることにより、第２ノズル２１２の流れを加速する圧力差は、第１ノズル２０８の場合のタービンホイール入口２１４とタービンホイール出口２１５との圧力差に比べて拡大し、その結果、第２ノズル２１２で加速された流れは、第１ノズル２０８の出口の流れよりもより高速になる。
一方、タービンホイール２０２の回転周速は半径比で低下する。その結果、第２ノズル２１２で加速された流れの旋回成分は、上記の２つの作用によりタービンホイール２０２の回転周速より大きくなる。
【００１２】
この流れがタービンホイール２０２に流入する時、この旋回速度の差によりタービンホイール２０２を旋回させる力が大きくなり、タービンホイール２０２の回転加速度が増加する。しかし、この第２ノズル２１２に固定ノズルを設置した場合、この副流路２１１の第２ノズル２１２に流れを流さない場合には、第１ホイール２０８側の主流路の流れの損失が増加するという課題を有する。
【００１３】
図２１を参照して第２ノズル２１２に流れが無い場合の損失増加について説明する。
第２ノズル２１２のスロート２１７の下流部でノズル出口半径且つタービンホイールシュラウド半径までの領域を半開放部２２０（ハッチングを施した部分である。）と呼ぶ。
【００１４】
この第２ノズル２１２に流れが無い場合には、タービンホイール２０２から見ると、この領域はタービン翼２０５の先端とタービンケーシング２０１（図１９参照）の隙間である翼先端クリアランスと同様に、第２ノズル２１２の翼圧力面２２２と隣の第２ノズル２１２の翼負圧面２２３との間の漏れを増加し、翼圧力面２２２と翼負圧面２２３との翼面圧力差を増加させる作用を及ぼし、これらを合わせて所謂「漏れ損失」の増加が生じる。
【００１５】
特に、第２ノズル２１２の半開放部２２０の漏れ損失の効果は、タービンホイール２０２の翼先端クリアランスに換算すると、半開放部２２０の半径方向の幅と翼先端クリアランスの比に相当し、それを考慮すると、第２ノズル２１２の半開放部２２０の漏れ損失は、翼先端クリアランスの漏れ損失に比べ、１桁大きいクリアランスに相当し、これによる漏れ損失は１桁大きい値になる、という課題がある。
【００１６】
図２２に示すように、特許文献４の斜流タービン２３０は、斜流タービンホイール２３１と、この斜流タービンホイール２３１を回転可能に収容するケーシング２３２とを備える。
【００１７】
斜流タービンホイール２３１は、回転軸２３５と、この回転軸２３５に固定されたハブ２３６と、このハブ２３６の外周面に設けられた複数枚のタービン翼２３７とからなる。
なお、符号２３８はタービンホイール入口、２３９はタービンホイール出口である。
ケーシング２３２は、ガス流れを加速させるスクロール室２４１と、斜流タービンホイール２３１のタービン翼２３７を覆うシュラウド部２４２と、スクロール室２４１をシュラウド側空間２４３及びハブ側空間２４４に分割するスクロール分割壁２４６とが形成されている。
【００１８】
シュラウド側空間２４３の出口にシュラウド側流路２５１が形成され、このシュラウド側流路２５１に第１ノズル２５３が設けられ、また、ハブ側空間２４４の出口にハブ側流路２５５が形成され、このハブ側流路２５５に第２ノズル２５６が設けられている。
【００１９】
上記特許文献４の斜流タービン２３０では、副流路としてのハブ側流路２５５に流れが無い場合には、特許文献１〜特許文献３と類似した影響により損失が増加するという課題がある。
【００２０】
これを説明すると、図１９〜図２１の場合には、シュラウド２１０から排気ガスが流入する構造のため、副流路２１１からの流れが無い時には、本来、流れをシュラウド２１０に沿って流すべき場所に流路が形成され、翼先端クリアランスが大きくなったことに相当する。
以上の特許文献１〜特許文献４に説明したように、副流路に流れが発生しない場合には損失が大きくなるという課題は共通である。
【００２１】
本発明の目的は、タービンホイールにガスが流入する主流路と副流路とが設けられ、これらの主流路及び副流路のうち、少なくとも副流路に流量を調整可能なノズルを設けた可変流量ラジアルタービンにおいて、副流路に流れが無い場合に主流路の流れの損失を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、かかる目的を達成するため、タービンケーシングに設けられたスクロール室からタービンホイールを回転可能に収容するタービンホイール室に至るガス流路が主流路と副流路とで構成され、前記主流路に第１ノズルが設けられ、前記副流路に第２ノズルが設けられるとともに、該第２ノズルにより前記副流路を開閉することで副流路の流量を調整する流量調整機構を備え、前記第２ノズルは、翼断面形状を有して周方向に等間隔で並ぶように配置され、全閉時において翼前縁部と隣接の第２ノズルの翼後縁部とが接触する又は接触する程度に近接し、全閉時において前記第２ノズルの翼負圧面は前記タービンケーシングの前記シュラウド部の内壁面の一部若しくはその他タービンホイール室の内壁面の一部を構成するように配置されることを特徴とする。
【００２３】
かかる発明によれば、第２ノズルの全閉時に、第２ノズルの翼負圧面形状がタービンケーシング内面とほぼ相似な形状となり、タービンホイールの翼先端クリアランスの大きさを、第２ノズルを設置しない状態にほぼ近似することができる。
【００２４】
また、第２ノズルの全閉時には、第２ノズルの翼負圧面がケーシングの第２ノズル出口のスリット部に蓋をする状態となるので、従来のようなタービン翼先端の半開放部が原因となって発生するクリアランスによる漏れ損失の増加がなくなり、従来のタービンと同等の漏れ損失を維持することができる。
【００２５】
また、第２ノズルが開の状態では、第２ノズルを流す必要のある流量だけ流せるようにノズルの角度とスロート面積を変更でき、可変ノズルの作用を行うことができる。
【００２６】
また、本発明において好ましくは、前記第２ノズルは前記流量調整機構を構成する回動支持部に固定され、この回動支持部は、前記タービンケーシング内面と近接するようにタービンケーシング内に回動自在に配置されるとともに、前記第２ノズルの翼先端は、対向する前記タービンケーシングの壁面に接する程度に近接しているとよい。
【００２７】
このように第２ノズルが固定された回動支持部および第２ノズルの翼先端は、タービンケーシングの壁面と近接状態にあるため、タービンケーシングの壁面とは極小の隙間をもって回動できるようになっている。従って、第２ノズルが全閉時には、タービンケーシングの壁面との隙間は極小となるため、漏れを極力抑えて第２ノズルを設置しない状態にほぼ近似することができるようになる。また、開時においても第２ノズルで加速される流れに影響することが極小に抑えられる。
【００２８】
また、本発明において好ましくは、前記回動支持部または第２ノズル近傍のタービンケーシング内面には、第２ノズルの出口流れに対してタービンホイールの軸方向流れ成分を与える軸方向流生成部が形成されているとよい。
【００２９】
このように軸方向流生成部によってタービンホイールの軸方向流れ成分を与えるので、すなわち、タービンホイールの出口方向への流れを与えるので、第１ノズルによる主流と第２ノズルによる流れとが滑らかに合流して、これら２つの流れの合流による損失を防止することができる。
【００３０】
また、本発明において好ましくは、前記回動支持部のノズル前縁側は円弧形状で形成され、隣接する回動支持部材のノズル後縁側は前記前縁側の円弧形状に沿う円弧形状で形成され、全閉時に隣接する回動支持部間に一定の極小隙間が形成されるとよい。
【００３１】
このように、全閉時に隣接する回動支持部間に一定の極小隙間が形成されることで、隣り合う回動支持部間の漏れを極力抑えることができ、前述したように第２ノズルを設置しない状態にほぼ近似することができるようになる。また、開時においても第２ノズルで加速される流れに影響することが極小に抑えられる。
【００３２】
また、本発明において好ましくは、前記回動支持部は回動軸に固定され、該回動軸の中心と前記タービンホイールの回転軸の中心とを結ぶ線分より前記第２ノズルの翼後縁部は全閉状態で周方向の下流側に所定値長さ以下張り出したオフセット部を形成するとよい。
【００３３】
このように、第２ノズルの翼後縁部が、全閉状態で回動軸の中心と前記タービンホイールの回転軸の中心とを結ぶ線分より下流側に張り出したオフセット部を形成し、かつ張り出し長さを所定値より短くすることによって、第２ノズルの開時にそのオフセット部が、タービン翼の先端とタービンケーシングの内壁との隙間をより狭めるため、タービン翼の翼先端クリアランスの漏れ損失を抑えることができる。
【００３４】
また、本発明において好ましくは、全閉時において翼前縁部と隣接の第２ノズルの翼後縁部とがタービンホイールの軸方向からみて重なるように接触する又は接触する程度に近接されるとともに、開時において翼後縁部と隣接の翼の負圧面との間で形成されるスロート面積を翼開度に応じて変化可能に構成されるとよい。
【００３５】
このように、全閉時における翼前縁部と隣接の第２ノズルの翼後縁部との接触が重なるように接触されることによって、閉時における漏れ防止の効果と、開時における隣接する第２ノズルの負圧面との間に形成されるスロート面積を翼の角度に応じて確保に変更できるようになる。
従って、タービン翼先端の半開放部が原因となって発生するクリアランスによる漏れ損失の防止、およびタービンホイール室に流入するガス流の流量制御が確実化する。
【００３６】
また、本発明において好ましくは、前記主流路が前記タービンホイール室の最外周入口に対向するように設けられた流路であり、前記副流路がラジアルタービンのタービンホイールの外周を覆うシュラウド部に形成された流路であり、該幅流路に前記第２ノズルが設けられるとよい。
このように幅流路をシュラウド部に設け、該幅流路に第２ノズルを設置することで、漏れ抑制機能を有する第２ノズルによって、主流路からの流れの損失を抑えた可変容量ラジアルタービンを得ることができる。
【００３７】
また、前記主流路が前記タービンホイール室の最外周入口に対向するように設けられガス流路であり、前記幅流路が斜流型のタービンのハブ側に形成された流路であり、該幅流路に前記第２ノズルが設けられるとよい。
このように斜流型のタービンのハブ側に幅流路を形成し、該幅流路に第２ノズルを設置することで、漏れ抑制機能を有する第２ノズルによって、主流路からの流れの損失を抑えた斜流型のタービンを備えた可変容量ラジアルタービンを得ることができる。
【００３８】
また、本発明において好ましくは、前記タービンホイールのタービン翼が上流側翼と下流側翼とに分割されるとともに、前記上流側翼の後縁部と前記下流側翼の前縁部が周方向にずれ、かつ子午面形状において重なり合う構造からなり、該重なり合う領域に前記第２ノズルの出口が設けられるとよい。
【００３９】
このように、重なり合う部分に第２ノズルからのガスを流入するので、上流側翼と下流側翼とが同枚数の場合であれば、その重なり合う部分では翼枚数が２倍になり第２ノズルからの流れは、２倍の翼枚数で受け止められるので、従来技術の全翼（フルブレード）タイプの構造に比べて、タービンホイールの重量を増大させることなく翼面負荷を低減でき、圧力に変換される際の圧力損失が低減されて旋回流れのエネルギーを回転動力に効率よく変換できるようになる。
【発明の効果】
【００４０】
以上記載のごとく本発明によれば、流量調整機構を備える第２ノズルは、翼断面形状を有して周方向に等間隔で並ぶように配置され、全閉時において翼前縁部と隣接の第２ノズルの翼後縁部とが接触する又は接触する程度に近接し、全閉時において前記第２ノズルの翼負圧面は前記タービンケーシングの前記シュラウド部の内壁面の一部若しくはその他タービンホイール室の内壁面の一部を構成するように配置されるので、タービンホイールの翼先端クリアランスの大きさを、第２ノズルを設置しない状態にほぼ近似することができる。
また、第２ノズルの全閉時には、第２ノズルの翼負圧面がケーシングの第２ノズル出口のスリット部に蓋をする状態となるので、従来のようなタービン翼先端の半開放部が原因となって発生するクリアランスによる漏れ損失の増加を抑えることができる。
その結果、タービンホイールにガスが流入する主流路と副流路とが設けられ、これらの主流路及び副流路のうち、少なくとも副流路に流量を調整可能なノズルを設けた可変流量ラジアルタービンにおいて、副流路に流れが無い場合であっても主流路の流れの損失を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第１実施形態）の断面図である。
【図２】図１の２−２線断面図（第１実施形態）である。
【図３】本発明に係る第２ノズル及びその周辺を示す斜視図（第１実施形態）である。
【図４】本発明に係る第２ノズルの要部正面図（第１実施形態）である。
【図５】本発明に係る第２ノズルの要部断面図（第１実施形態）である。
【図６】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第１実施形態）の説明図である。
【図７】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第１実施形態）の説明図である。
【図８】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第１実施形態）の説明図である。
【図９】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第２実施形態）の断面図である。
【図１０】図９の１０−１０線断面図である。
【図１１】本発明に係る第２ノズル及びその周囲を示す要部断面図である。
【図１２】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第２実施形態）の説明図である。
【図１３】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第２実施形態の変形例）の断面図である。
【図１４】図１３の１４−１４線断面図（第２実施形態の変形例）である。
【図１５】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第３実施形態）の断面図である。
【図１６】図１５の１６−１６線断面図である。
【図１７】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第３実施形態）の説明図である。
【図１８】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第３実施形態）の説明図である。
【図１９】従来のラジアルタービンに第２ノズルを設置したラジアルタービンの子午面形状を示す断面図である。
【図２０】従来のラジアルタービンのタービンホイール入口の速度三角形と第２ノズルからタービンホイールに流入する入口の速度三角形を示す説明図である。
【図２１】従来のラジアルタービンに第２ノズルを設置したラジアルタービンを説明する作用図である。
【図２２】従来の斜流タービンを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００４３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図８を参照して説明する。
図１に示す可変容量ラジアルタービン１０は、車両用エンジンの過給機（ターボチャージャ）に用いられるものであり、タービンケーシング１１と、このタービンケーシング１１内に回転可能に支持されて収納されたタービンホイール１２とを備える。
【００４４】
タービンケーシング１１は、排気ガス導入口(不図示)から渦巻き状に延びるとともに通路断面積がタービンホイール１２を回転可能に収容するタービンホイール室１３側へいくにつれて次第に減少する排気ガス通路としてのスクロール室１４と、このスクロール室１４からタービンホイール入口１５までの間に設けられた第１ガス流出口１６と、タービンホイール１２の外周側を覆うシュラウド部１７と、このシュラウド部１７から径外方に延びる中間内壁２１及び中間外壁２２と、これらの中間内壁２１及び中間外壁２２のぞれぞれの間に形成された環状通路２３と、この環状通路２３に連通するとともにシュラウド部１７を貫通してタービンホイール１２に臨む第２ガス流出口２４とが形成されている。なお、符号２６はスクロール室１４と環状通路２３とを連通させる連通路である。
【００４５】
第１ガス流出口１６には第１ノズル３１が配置され、第２ガス流出口２４には周方向に並べられてノズル開度調整機構４０により開度調整可能な複数の第２ノズル３２が配置されている。
【００４６】
ノズル開度調整機構４０は、各第２ノズル３２に一体成形された回動支持部４１と、各回動支持部４１に一端が取付けられるとともに中間外壁２２に回動自在に支持された回動軸４２と、各回動軸４２の他端に取付けられた開度調整レバー４３と、各開度調整レバー４３に連結された単一のドライブプレート(不図示)と、このドライブプレートを回転駆動させるアクチュエータ(不図示)とからなる。
【００４７】
タービンホイール１２は、回転軸５１と、この回転軸５１に一体成形されたハブ５２と、このハブ５２の外周面に形成された複数枚のタービン翼５３とからなる。
タービン翼５３は、タービンホイール入口１５からハブ５２の中間部まで設けられた上流側翼５６と、ハブ５２の中間部からタービンホイール出口１８まで設けられた下流側翼５７とによって構成され、上流側翼５６と下流側翼５７とは周方向において位相がずれるとともに、同枚数配置されている。
【００４８】
更に、上流側翼５６の後縁部５６ａと下流側翼５７の前縁部５７ａとは、ハブ５２の子午面形状において重なり合うように配置されている。即ち、符号Ｓで示す領域において重なり合うように配置されている。
【００４９】
また、上流側翼５６の後縁部５６ａと下流側翼５７の前縁部５７ａとは、周方向において、均等な間隔になるように、上流側翼５６，５６の各後縁部５６ａ，５６ａ間の中央に下流側翼５７の前縁部５７ａが配置されている。
【００５０】
従って、重なり合う領域Ｓにおいては、領域Ｓ以外の領域に対して翼枚数が周方向に等間隔に２倍設けられる関係になっている。
そして、第２ガス流出口２４に設けられた第２ノズル３２の出口２５が、この重なり合う領域Ｓに臨んでいる。
【００５１】
図２は図１の２−２線断面図であり、第２ガス流出口２４に翼断面形状の複数の第２ノズル３２が全閉の状態で周方向に等間隔で並ぶように配置されている。
第２ノズル３２において、符号３２ａは翼前縁部、３２ｂは翼後縁部、３２ｃは翼圧力面、３２ｄは翼負圧面である。また、符号４１ａは第２ノズル３２が開くときの回動支持部４１における先端の軌跡である。
【００５２】
図３は図２の第２ノズル３２，３２を紙面裏側から見た斜視図であり、第２ノズル３２は、翼前縁部３２ａと隣の翼後縁部３２ｂとが接触する又は接触する程度に近接して閉状態になっている。
【００５３】
第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂは、回動軸支持部４１の後面４１ｂよりも排気ガスの流れの下流側へ突出している。
回動支持部４１は、回動軸４２を取付けるために回動軸取付部４１ｃが形成され、この回動軸取付部４１ｃと第２ノズル３２との間に第２ノズル３２の翼圧力面３２ｃに沿って延びる支持部溝４１ｄが形成されている。
【００５４】
上記支持部溝４１ｄを形成したことで、支持部溝４１ｄの底を形成する底壁４１ｅの板厚ｔ１は、第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂの板厚ｔ２と同等になっている。
この結果、回動支持部４１のガス流路面にタービンホイール１５(図１参照)の軸方向に傾斜する傾斜面を形成する、即ち、支持部溝４１ｄの底壁（軸方向流生成部）４１ｅの表面を傾斜させることで傾斜面を形成することができ、第２ノズル３２の出口２５（図１参照）の流れに軸方向成分を与えることができる。
【００５５】
また、回動支持部４１の底壁４１ｅの板厚ｔ１を第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂの板厚ｔ２と同等にすることにより、回動支持部４１の表面の凹凸をより小さくして回動支持部４１の後流を小さくすることができ、後流による圧力損失の発生を抑えることができる。
【００５６】
図４は第２ノズル３２が閉状態にあることを示している。即ち、第２ノズル３２は、翼前縁部３２ａと隣の翼後縁部３２ｂとが接触する又は接触する程度に近接して配置されている。
【００５７】
第２ノズル３２の翼負圧面３２ｄは、第２ノズル３２が全閉時にタービンケーシング１１（図１参照）のシュラウド面（図５参照）の一部を構成するように、回転軸５１（図１参照）が延びる方向（軸方向）から見て円弧状に形成されている。
【００５８】
このように、第２ノズル３２の翼負圧面３２ｄの形状が、タービンケーシング１１のシュラウド面とほぼ相似な形状となり、タービンホイール１５の翼先端クリアランスの大きさを、第２ノズル３２を設置しない状態にほぼ近似することができる。
【００５９】
以上より、第２ノズル３２の全閉時には、第２ノズル３２の翼負圧面３２ｄがタービンケーシング１１における第２ノズル３２のスリット状にされた出口２５（図１参照）に蓋をするので、従来のような、タービンホイールにおけるタービン翼先端側に出来る半開放部２２０（図２１参照）が原因となって発生するクリアランス大による漏れ損失の増加がなくなり、副流路を有してないタービンと同等の漏れ損失を維持することができる。
第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂと隣の第２ノズル３２の翼前縁部３２ａとは、接触又は接触する程度に近接して配置されることで、第２ノズル３２の全閉時には、第２ノズル３２の翼圧力面３２ｃ側とタービンケーシング１１の内側（詳しくは、第２ノズル３２の出口２５側）とを連通する隙間断面積がより小さくなる。
【００６０】
従って、第２ノズル３２が回動して、第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂがタービンケーシング１１（詳しくは、シュラウド部１７（図１参照））の内面半径より大きくなり、タービンホイール１２のタービン翼５３（図１参照）とのクリアランスが、拡大し、第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂは、タービン翼５３との接触を防止することができる。
【００６１】
また、回動支持部４１における第２ノズル３２の翼前縁部３２ａ側は、円弧状の面４１ｇで構成され、また、回動軸支持部４１における第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂ側の面４１ｈがほぼ円弧状の形状を有し、全閉時に、これらの２つの面４１ｇ，４１ｈは接触する程度に近接して隙間が小さくなっている。
【００６２】
これにより、第２ノズル３２の全閉時には、隣接する第２ノズル間の隙間を流れる流れそのものが少なくなるとともに、この第１実施形態の構造（以下に示す（１）〜（５）の構造）によりタービンホイール１２側に流れ出る流れの量がより一層少なく抑えられ、一方、第２ノズル３２を開いた際には、翼前縁部３２ａに流入する流れが翼前縁部３２ａ近傍で淀み圧力が高くなるので、（１）〜（５）の構造の各隙間にわずかな流れは生じるが、いずれの開度でも隣り合う２つの第２ノズル３２の隙間の漏れ流れが第２ノズル３２で加速される流れにほとんど影響しないようにすることができる。
【００６３】
図５に示すように、第２ノズル３２は、回動支持部４１に一体成形されているが、回動支持部４１とは別体に形成され且つ回動支持部４１の側面に接合等で固定されていてもよい。
回動支持部４１は、タービンケーシング１１内に且つタービンケーシング１１の内面（詳しくは、中間外壁２２の内面２２ａ）と接触又は接触する程度に近接して回動自在に配置されている。
【００６４】
また、第２ノズル３２の翼先端３２ｅと対向する第２ガス流出口２４の中間内壁２１側の内面２４ａは、タービンホイール１２の軸方向にほぼ直交する環状面２４ｂと、この環状面２４ｂからタービンホイール１２側へ且つ斜め内方に延びる環状テーパ面２４ｃとからなる。
【００６５】
第２ノズル３２の翼先端３２ｅは、対向する環状面２４ｂに接する程度に近接している。
環状テーパ面２４ｃとシュラウド部１７の中間内壁２１側の内径面１７ａとは、断面が鋭角を成すリング状の鋭角部（軸方向流生成部）２７を形成している。
【００６６】
鋭角部２７は、第２ノズル３２の翼先端３２ｅの回動の軌跡をなす面よりも回動支持部４１側へ凸に形成され、この鋭角部２７に対向するように、第２ノズル３２の翼負圧面３２ｄと翼先端３２ｅとの角部に面取り３２ｇが形成されている。
上記鋭角部２７の環状テーパ面２４ｃと第２ノズル３２の面取り３２ｇとは、第２ノズル３２の全閉時には接触又は接触する程度に近接している。
【００６７】
以上に述べた可変容量ラジアルタービン１０の作用を次に説明する。
図２に示したように、第２ノズル３２が全閉の状態では、図７に示すように、エンジンからの排ガスは、スクロール室１４に流れ、このスクロール室１４で旋回流が形成され、白抜き矢印Ａで示すように、第１ガス流出口１６の第１ノズル３１を介してタービンホイール入口１５からタービンホイール室１３に流入し、矢印Ｂで示すように、タービンホイール１２の軸方向に向きを変えながらタービンホイール１２に回転力を与え、タービンホイール出口１８から流出する。
【００６８】
更に、図６に示すように、第２ノズル３２が開状態になると、排ガスは、スクロール室１４（図７参照）から白抜き矢印Ｄ，Ｅで示すように、連通路２６、環状通路２３、第２ガス流出口２４の第２ノズル３２を介してタービンホイール室１３（図１参照）に流入する、詳しくは、図７の矢印Ｊで示すように、タービンホイール１２の領域Ｓに流入し、タービンホイール１２に回転力を与えた後にタービンホイール出口１８から流出する。
【００６９】
第２ノズル３２が開状態のときには、排ガスの流れは周方向に加速されてタービンホイール室１３に流入するが、図５に示したように、第２ガス流出口２４の環状テーパ面２４ｃとシュラウド部１７の内径面１７ａとは鋭角を成すことにより、図７において、第２ノズル３２の出口２５の流れに軸方向成分を与えることができる。
従って、第１ノズル３１による主流と第２ノズル３２による副流とが滑らかに合流するので、これら２つの流れの合流による損失を防止することができる。
【００７０】
また、第２ノズル３２が開状態では、第２ノズル３２に必要なガス流量だけ流せるように第２ノズル３２の角度とスロート断面積を変更でき、可変ノズルとして作用させることができる。
更に、図６に示したように、第２ノズル３２の全開時には、回動軸４２に回動軸取付部４１ｃと第２ノズル３２の翼前縁部３２ａとが第２ノズル３２によるガスの流れの方向にほぼ連なることにより、回動軸取付部４１ｃが第２ノズル３２で加速される流れに損失を増加させることがない。
【００７１】
図８（ａ）に示すように、回転軸５１の軸線５１ａとノズル開度調整機構４０の回動軸４２の中心軸としての軸線４２ａとを結ぶ線分６０に対して、軸線４２ａと第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂとを結ぶ線分６１が成す角度をθとする（例えば、θ＝１５°）。また、線分６０と全閉時の第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂの翼端との距離をオフセット量ｅとする。この時のタービンホイール１２と第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂとの隙間はＣ１である。なお、オフセット量ｅの第２ノズル３２の翼後縁部分をオフセット部ｆ（図８（ａ）参照）という。
【００７２】
図８（ｂ）は、図８（ａ）の状態から第２ノズル３２が開き、第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂ（又は線分６１（図８（ａ）参照））が線分６０に重なった状態を示している。即ち、第２ノズル３２が角度θだけ回動した状態である。
この結果、第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂはタービンホイール１２に近づき、タービンホイール１２と第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂとの隙間はＣ２（＜Ｃ１）になっている。
【００７３】
例えば、第２ノズル３２が更に角度θだけ回動して全開になるとすると、第２ノズル３２は角度２θ回動したときに最大の隙間がＣ１となる。
仮に、第２ノズル３２が全閉時に、翼後縁部３２ｂが線分６０上又は線分６０よりも図の右方に有る場合には、タービンホイール１２と第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂとの隙間は、第２ノズル３２が開くにつれて大きくなるだけである。
【００７４】
このように、本第１実施形態では、第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂの位置を、全閉時から全開時の途中で線分６０を横切るように設定することで、タービンホイール１２と第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂとの最大隙間をより小さくすることができ、好ましくは、全閉時から全開時までの開度の中央で翼後縁部３２ｂを線分６０に重なるようにすることで、上記最大隙間を最小にする。
更に、この構造により、図５において環状テーパ面２４ｃと内径面のクリアランスを接触しない範囲で最小に維持することができ、すき間からの流れがノズルの流れＥに及ぼす影響が少なくなり、損失が小さくできる。
【００７５】
隙間Ｃ１が規定のタービンホイール翼先端クリアランスであるとすると、Ｄｅ＝（Ｃ１−Ｃ２）はタービンホイール翼先端クリアランスの減少量であり、この減少量Ｄｅは、大きくてもＤｅ≦０．５Ｃ１が好ましい。
オフセット量ｅがプラス側ではノズル後縁がケーシング内径以下になることがないので、タービンホイール翼との接触はなく、その数値を制約するものではない。
【００７６】
以上に述べた第１実施形態のラジアルタービン１０（特に第２ノズル３２）の特徴を以下に列挙する。
（１）第２ノズル３２は、翼断面形状を有して周方向に等間隔で並ぶように配置され、全閉時において翼前縁部３２ａと隣接の第２ノズルの翼後縁部３２ｂとが接触する又は接触する程度に近接し、全閉時において前記第２ノズルの翼負圧面３２ｄはタービンケーシング１１のシュラウド部１７の内壁面の一部若しくはその他タービンホイール室１２の内壁面の一部を構成するように配置される。
【００７７】
これによって、第２ノズル３２の全閉時に、第２ノズル３２の翼負圧面３２形状がタービンケーシング１１内面とほぼ相似な形状となり、タービンホイール１２の翼先端クリアランスの大きさを、第２ノズルを設置しない状態にほぼ近似することができる。
【００７８】
また、第２ノズル３２の全閉時には、第２ノズル３２の翼負圧面がケーシングの第２ノズル出口のスリット部に蓋をする状態となるので、従来の構造の第２ノズルにおいてタービン翼先端のすき間や回動支持部のすき間による漏れ流れが原因となって発生する漏れ損失の増加を抑制できる。
また、第２ノズルが開の状態では、第２ノズルを流す必要のある流量だけ流せるようにノズルの角度とスロート面積を変更でき、可変ノズルの作用を行うことができる。
【００７９】
（２）第２ノズル３２は流量調整機構４０を構成する回動支持部４１に固定され、この回動支持部４１は、タービンケーシング１１内面と近接するようにタービンケーシング１１内に回動自在に配置されるとともに、第２ノズル３２の翼先端は、対向するタービンケーシング１１の壁面に接する程度に近接している。
【００８０】
これによって、第２ノズル３２が全閉時には、タービンケーシング１１の壁面との隙間は極小のため、漏れを極力抑えて第２ノズル３２を設置しない状態にほぼ近似することができるようになる。また、開時においても第２ノズル３２で加速される流れに影響することが極小に抑えられる。
【００８１】
（３）回動支持部４１または第２ノズル３２近傍のタービンケーシング１１内面には、第２ノズル３２の出口流れに対してタービンホイール１２の軸方向流れ成分を与える鋭角部２７、支持部溝４１ｄの底壁４１ｅ（軸方向流生成部）が形成されている。
【００８２】
このような鋭角部２７、底壁４１ｅによって、タービンホイール１２の軸方向流れ成分を与えるので、すなわち、タービンホイール１２の出口方向への流れを与えるので、第１ノズル３１による主流と第２ノズル３２による流れとが滑らかに合流して、これら２つの流れの合流による損失を防止することができる。
【００８３】
（４）回動支持部４１のノズル前縁側は円弧形状で形成され、隣接する回動支持部材４１のノズル後縁側は前記前縁側の円弧形状に沿う円弧形状で形成され、全閉時に隣接する回動支持部４１、４１間に一定の極小隙間が形成される。
【００８４】
全閉時に隣接する回動支持部４１、４１間に一定の極小隙間が形成されることで、隣り合う回動支持部間の漏れを極力抑えることができ、前述したように第２ノズル３２を設置しない状態にほぼ近似することができるようになる。また、開時においても第２ノズル３２で加速される流れに影響することが極小に抑えられる。
【００８５】
（５）回動支持部４１は回動軸４２に固定され、該回動軸４２の中心とタービンホイール１２の回転軸の中心とを結ぶ線分より前記第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂの翼端は全閉状態で周方向の下流側に所定値長さｅ以下に張り出したオフセット部ｆを形成する。
【００８６】
このように、第２ノズル３２の翼後縁部分にオフセット部ｆを形成し、かつ張り出し長さが所定値より短くすることによって、第２ノズル３２の開時にタービンホイール１２と第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂとの最大隙間をより小さくすることができ、好ましくは、全閉時から全開時までの開度の中央で翼後縁部３２ｂを線分６０に重なるようにすることで、上記最大隙間を最小にする。
【００８７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について図９〜図１４を参照して説明する。第２実施形態において、第１実施形態と同一構成については同一符号を付して説明は省略する。
図９、図１０に示すように、可変容量ラジアルタービン７０は、第２ガス流出口２４に、周方向に並べられてノズル開度調整機構７１により開度調整可能な複数の第２ノズル７２が配置されている。なお、第２ノズル７２において、符号７２ａは翼前縁部、７２ｂは翼後縁部、７２ｃは翼圧力面、７２ｄは翼負圧面、７２ｅは翼先端である。
【００８８】
第２ノズル７２の全閉時には、第２ノズル７２の翼負圧面７２ｄがタービンケーシング１１の第２ノズル７２の出口７７のスリット部に蓋をするので、従来のようなタービン翼の先端の半開放部２２０（図２１参照）が原因となって発生するクリアランスによる漏れ損失の増加が本実施形態では無くなり、従来のタービンと同等の漏れ損失を維持することができる。
また、第２ノズル７２が開状態では、第２ノズル７２に必要な流量だけ流せるように第２ノズル７２の角度とスロート断面積を変更でき、可変ノズルとして作用させることができる。
【００８９】
ノズル開度調整機構７１は、各第２ノズル７２に一体成形された（又は別体とされて固定された）回動支持部７４と、各回動支持部７４に一端が取付けられた回動軸４２と、開度調整レバー４３と、単一のドライブプレート(不図示)と、アクチュエータ(不図示)とからなる。
【００９０】
第２ノズル７２は、タービンホイール１２の軸方向から見たときに、翼前縁部７２ａが回動軸４２に重なるように翼の長さ（翼前縁部７２ａから翼後縁部７２ｂまでの長さ）が第１実施形態の第２ノズル３２に対して長く形成された構成部品である。
【００９１】
図１１に示すように、回動支持部７４において、第２ノズル７２が設けられるノズル流路側面７４ａは、第２ノズル７２の翼前縁部７２ａが回動により描く平面に平行に構成された平面である。
【００９２】
また、回動支持部７４の半径方向内側のタービンケーシング１１（詳しくはシュラウド部１７）に、回動支持部７４を内側から覆うとともに、第２ノズル７２の全閉時に、回動支持部７４と接触又は接触する程度の隙間を持って近接し且つ断面形状が鋭角に突出するケーシング突出部１７ｄが形成され、このケーシング突出部１７ｄを縁に有する第２ノズル７２のスリット出口７７をシュラウド部１７に形成してもよい。
【００９３】
以上に述べた可変容量ラジアルタービン７０の作用を次に説明する。
図１２に示すように、第２ノズル７２を開くと、第２ノズル７２の翼の長さが長いため、第２ノズル７２の翼後縁部７２ｂと隣の第２ノズル７２の翼圧力面７２ａとの間にスロート７８が形成され、このスロート７８を通ってガスが矢印で示すように流れる。
【００９４】
第１実施形態では、図６に示したように、第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂと隣の第２ノズル３２の翼前縁部３２ａとの間にスロート３３が形成され、移動する翼前縁部３２ａと翼後縁部３２ｂとで構成されるスロート３３を流れるガス流れの方向が、ノズル角度の変化（ノズル翼の角度変化）以上に大きく変化する傾向を示す。
【００９５】
これに対して図１２に示した第２実施形態では、第２ノズル７２の翼後縁部７２ｂと隣の第２ノズル７２の翼負圧面７２ｃとで長いスロート７８が形成されるので、ノズル翼負圧面の角度はノズル角度の変化と一致するため、スロート７８を流れるガス流れの方向をノズル翼の角度変化と等しくすることができる。
【００９６】
更に、第１実施形態における第２ノズル３２から流出する流れの角度がノズル翼角度よりも大きくなると、第２ノズル３２から流出する流れの旋回成分が小さくなるので、タービンホイール１２を回転させるトルクが小さくなることがあるが、第２実施形態ではこれを改善することができる。
【００９７】
図１３及び図１４は図９〜図１２に示した第２実施形態に小変更を施した、第２実施形態の変形例を示している。
図１３、図１４に示す可変容量ラジアルタービン７５では、回動支持部７４のノズル流路側面７４ａと第２ノズル７２の翼圧力面７２ｃとのコーナー部に滑らかな凸部（軸方向流生成部）７６が設けられている点が図９〜図１２に示したラジアルタービン７０と異なる。
【００９８】
このように凸部７６を設けることで、図１３に矢印Ｋで示すように、スリット出口７７の流れにタービンホイール１２の回転軸５１が延びる方向の成分、即ち軸方向成分を作ることができ、タービンホイール１２を流れるガス流れとの衝突による損失を低減することができる。
【００９９】
なお、第１実施形態、第２実施形態共に上流側翼５６と下流側翼５７から構成されたタービンホイール１２を有するラジアルタービンに適用した例を示したが、従来のラジアルタービンや斜流タービン、すなわちタービン翼が上流側翼５６と下流側翼５７とに分割されていない全翼タイプのラジアルタービンや斜流タービンのシュラウドに第２ノズルを設けてもよいことは勿論である。
【０１００】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について図１５〜図１８を参照して説明する。第３実施形態において、第１実施形態、第２実施形態と同一構成については同一符号を付して説明は省略する。
図１５に示すように、斜流タービン８０は、車両用過給機（ターボチャージャ）に用いられるものであり、排気ガスのエネルギーを回転力に変換する斜流タービンホイール８１と、この斜流タービンホイール８１を回転可能に収容するケーシング８２とを備える。
【０１０１】
斜流タービンホイール８１は、回転軸８５と、この回転軸８５に固定されたハブ８６と、このハブ８６の外周面の周方向に等間隔で設けられた複数枚のタービン翼８７とからなる。なお、符号８８はタービンホイール入口、８９はタービンホイール出口である。
【０１０２】
ケーシング８２は、エンジンから導入された排気ガスを加速させるスクロール室９１と、斜流タービンホイール８１のタービン翼８７を覆うシュラウド部９２と、スクロール室９１をシュラウド側空間９３及びハブ側空間９４に分割するスクロール分割壁９６とが形成されている。
【０１０３】
シュラウド側空間９３の内面において、スクロール分割壁９６の一方の面であるシュラウド側分割壁面９３ａと、このシュラウド側分割壁面９３ａに対向するシュラウド側壁面９３ｂとの間にシュラウド側流入路１０１が形成され、このシュラウド側流入路１０１に、翼面が回転軸８５とほぼ平行に形成された翼型の第１ノズル１０３が周方向に複数並べられて配置されている。
【０１０４】
また、ハブ側空間９４の内面において、スクロール分割壁９６の他方の面であるハブ側分割壁面９４ａと、このハブ側分割壁面９４ａに対向するハブ側壁面９４ｂとの間にハブ側流入路１０５が形成され、このハブ側流入路１０５に、周方向に並べられた複数の翼型の第２ノズル１０６と、この第２ノズル１０６の開度を調整するノズル開度調整機構１１０の一部とが設けられている。
【０１０５】
ノズル開度調整機構１１０は、各第２ノズル１０６に一体成形された（又は別体にされて第２ノズル１０６に固定された）回動支持部１１１と、各回動支持部１１１に一端が取付けられるとともにケーシング８２のハブ側壁９７に回動自在に支持された回動軸１１２と、各回動軸１１２の他端に取付けられた開度調整レバー１１３と、各開度調整レバー１１３に連結された単一のドライブプレート(不図示)と、このドライブプレートを回転駆動させるアクチュエータ(不図示)とからなる。
【０１０６】
回動軸１１２は、斜流タービンホイール８１の回転軸８５と平行に配置され、回動支持部１１１は、回動軸１１２により回転軸８５に垂直な平面上で回動される。
第２ノズル１０６は、回動軸１１２から半径内側に離れた位置で回動支持部１１１に支持される。
【０１０７】
第２ノズル１０６が回動支持部１１１に支持される部分では、回動支持部１１１の流路側の面１１１ａ及びケーシング８２に対向する面１１１ｂが斜流タービンホイール８１のハブ８６のホイール入口での傾斜角度とほぼ同じ角度で傾斜している。
【０１０８】
第２ノズル１０６は、斜流タービンホイール８１のハブ８６のホイール入口での傾斜にほぼ垂直な方向に翼高さＨを有し、第２ノズル１０６の翼先端１０６ｅは、回動軸１１２に垂直な面で構成され、第２ノズル１０６の翼先端１０６ｅに対向するようにケーシング８２（詳しくはスクロール分割壁９６のハブ側分割壁面９４ａ）の流路壁面９４ｄが円板状に構成され、回動に伴って翼先端１０６ｅとケーシング８２の流路壁面９４ｄのクリアランスは一定に保たれる。
【０１０９】
図１５〜図１７は第２ノズル１０６が全閉の状態を示している。なお、第２ノズル１０６において、符号１０６ａは翼前縁部、１０６ｂは翼後縁部、１０６ｃは翼圧力面、１０６ｄは翼負圧面である。
【０１１０】
図１６、図１７に示すように、第２ノズル１０６の全閉時に、第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂと隣の第２ノズル１０６の翼前縁部１０６ａとが接触する、又は接触する程度に近接している。
また、第２ノズル１０６の全閉時には、第２ノズル１０６の翼負圧面１０６ｄを連ねてなる面がほぼ円錐面となるように、第２ノズルの翼負圧面１０６ｄは、翼後縁部１０６ｂの子午線からなる円錐面で構成してもよい。
【０１１１】
図１７に示すように、第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂの位置と回動軸１１２の関係に関して、回動支持部１１１は回動軸１１２に固定され、その回動軸１１２は、その回動の中心軸としての軸線１１２ａと斜流タービンホイール８１の回転軸８５の軸線８５ａとを結ぶ半径線（線分）６０から第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂの翼端までの距離をオフセット量ｅと呼ぶときに、このオフセット量ｅによる第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂが回動軸１１２に対して、第２ノズル１０６を開く方向を正とした時に、第２ノズル１０６の回動角度換算で±１５度以内を目安としてもよい。
【０１１２】
この場合、オフセット量ｅがマイナスの時には、第２ノズル１０６を全閉近傍で回動した場合に、第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂが内径側に小さくなる領域があるが、図１５において、第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂと斜流タービンホイール８１の前縁、即ち、タービンホイール入口８８は、タービンホイール翼先端クリアランスに比べて少なくとも数倍の間隔を設けられるので、オフセット量ｅの位置関係と、回動軸１１２と第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂとの長さの関係を、指定する必要は無いが、第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂがほぼ同一半径で移動できるので、（±１５°以内に設定すれば、回動軸１１２と第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂとの長さの３％の範囲で回転軸１１２に対して半径位置が小さい側に変化するに留まる）、回動支持部１１１の背面である面１１１ｂの隙間の変化を小さくすることができる。
【０１１３】
以上に述べた斜流タービン８０の作用を次に説明する。
図１８に示すように、回動軸１１２を矢印Ｍの向きに回動させると、回動支持部１１１と共に第２ノズル１０６が回動し、開状態となる。
この結果、ノズルスロート幅δのスロート１１５が形成され、白抜き矢印Ｎ，Ｐで示すように、ガス流れが発生し、第２ノズル１０６を介して斜流タービン８１に流入する。
【０１１４】
以上の図１５〜図１８で説明した第３実施形態では、損失が発生するメカニズムが、第１実施形態及び第２実施形態と異なるので、第２ノズル１０６から流出するガス流れの量の最小値を０以上に設定し、その開度以上で可変開度に調整できるようにしても良い。
また、第１実施形態に対する第２実施形態の関係のように、第２ノズル１０６の翼前縁部１０６ａは、翼後縁部１０６ｂ側と隣の第２ノズル１０６の翼前縁部１０６ａ側とが接する位置より更に上流に延在しても良い。
【０１１５】
更に、第２ノズル１０６のスロート断面積を０とする全閉時を含む開度変化を行える、可変ノズルを構成することができる。
上記した斜流タービンホイール８１の場合には、ノズル出口半径が、第１実施形態及び第２実施形態のように、ラジアルタービンシュラウドから流れを挿入する場合に比べて、図６に示したタービンホイール入口の半径Ｒｉｈがシュラウド半径Ｒｄよりも小さくできるので、図２にて説明した原理により、図１５において、より高い流速で副流路の第２ノズル１０６から斜流タービンホイール８１に流れを挿入することができる。
【０１１６】
このような斜流タービン８０の可変ノズル構造により、最小流量０以上の広い範囲で、且つ高速に流れを斜流タービンホイール８１に流入させることにより、回転加速度を高くすることができる。
そして、最小流量を０以上のある小流量で設定し、それ以上の範囲で運用すれば、インシデンス損失が増加しない範囲で可変流量を実現できる。
【０１１７】
尚、本発明の構造を、通常の単一のノズルを有する可変流量タービン（あるいは可変容量タービン）に用いてもよい。
また、第３実施形態で示した斜流タービンについては、ラジアルタービンに対してノズルに流入するガス流れの方向が異なるのみであり、ここでは、構造的にラジアルタービンの技術分野に含まれるものとしている。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明は、タービンホイールにガスが流入する主流路と副流路とが設けられた可変流量ラジアルタービンに好適である。
【符号の説明】
【０１１９】
１０，７０，７５ 可変容量ラジアルタービン
１１ タービンケーシング
１２ タービンホイール
１３ タービンホイール室
１４，９１ スクロール室
１６ 主流路（第１ガス流出口）
１７，９２ シュラウド部
２４ 副流路（第２ガス流出口）
３１，１０３ 第１ノズル
３２，７２，１０６ 第２ノズル
３２ａ，７２ａ，１０６ａ 翼前縁部
３２ｂ，７２ｂ，１０６ｂ 翼後縁部
３２ｃ，７２ｃ，１０６ｃ 翼圧力面
３２ｄ，７２ｄ，１０６ｄ 翼負圧面
３２ｅ，７２ｅ，１０６ｅ 翼先端
４０，７１，１１０ 流量調整機構（ノズル開度調整機構）
４１，７４，１１１ 回動支持部
４２，８５，１１２ 回動軸
４２ａ，８５ａ，１１２ａ 中心軸（軸線）
５１，８５ 回転軸
５６ 上流側翼
５７ 下流側翼
６０ 線分
８０ 斜流タービン
８１ 斜流タービンホイール
ｅ オフセット量
θ 所定回動角度（角度）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャ用のラジアルタービン、工場排熱や地熱などの排圧を膨脹させて動力を得る排熱回収用のエキスパンションタービン、ガスタービン用のラジアルタービン等のラジアルタービンであって、流量制御や回転加速度の向上を狙って可変容量機構が設けられた可変容量ラジアルタービンに関する。
なお、本発明においては、ラジアルタービンには、タービンへの流入ガスが径方向に対して傾斜して流入する所謂斜流タービンも含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
図１９はラジアルタービンの一般的な構造を示す子午面形状である。
タービンケーシング２０１内に収容されたタービンホイール２０２は、回転軸２０３と、この回転軸２０３に一体に形成されたハブ２０４と、このハブ２０４の外周に設けられたタービン翼２０５とを備え、タービンケーシング２０１内に形成されたカタツムリ状のスクロール室２０６により回転軸心２０３周りの速度を持った流れが作られ、タービンホイール２０２周りに旋回する。
【０００３】
更に、第１ノズル２０８によりその旋回が加速され、タービンホイール２０２の入口周りに大きな速度で旋回する流れが作られる。そして、その流れの旋回のエネルギーがタービンホイール２０２により回転動力に変換される。
【０００４】
上記構造に対して流量制御や回転加速度の向上を狙った対策例として、タービンホイール２０２を覆うシュラウド２１０に副流路２１１を設け、この副流路２１１に第２ノズル２１２を設置し、この第２ノズル２１２によって副流路２１１の流量調節を行う手法が知られている（例えば特許文献１〜特許文献３参照）。
【０００５】
この手法は、タービンホイール入口２１４の圧力をタービンホイール出口２１５近傍でタービンホイール入口２１４に比べて圧力が低くなった領域に導き、この大きな圧力差によりタービンホイール入口２１４の第１ノズル２０８の出口の流速に比べて高速の流れを作り、その高速流をタービンホイール出口２１５近傍のタービン翼２０５に衝突させ、その衝突の力でタービンホイール２０２を回転させる力を大きくする手法である。
【０００６】
また、図２２に示すように、図１９と同様の主流路と副流路とを備える斜流タービンが知られている（特許文献４参照。）。
この形態では副流路のノズル出口は、斜流タービンホイールの入口である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２３８９３号公報
【特許文献２】特開２００７−２３８９４号公報
【特許文献３】特開２００７−５１７１６９号公報
【特許文献４】特開２００９−２８１１９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図２０に上記の特許文献１〜特許文献３のメカニズムを説明する。
まず、タービンホイール２０２の入口領域の半径内向きの流れに注目し、Ａ−Ａ断面のタービン翼２０５の前縁の速度三角形について説明する。
タービン翼２０５の前縁の周速Ｖａ１は半径と回転数で決まる。流入ガスは第１ノズル２０８（図１９参照）で加速される。周速Ｖａ１と第１ノズル２０８で加速された流速Ｖａ２からタービン翼２０５の前縁における相対流速Ｖａ３が決まる。
この相対流速Ｖａ３は、流れのベクトルからタービン翼２０５の前縁にほぼ無衝突に入るように設計され、入口の衝突損失は小さくなる。
【０００９】
一方、第２ノズル２１２からの流れによるＢ−Ｂ断面の速度三角形について説明する。
周速Ｖｂ１は半径と回転数とで決まるので、タービン翼２０５の前縁の周速Ｖａ１に比べて半径比で小さくなる。流入ガスは、第２ノズル２１２で加速される。周速Ｖｂ１と第２ノズル２１２で加速された流速Ｖｂ２からタービン翼２０５のシュラウド側における相対流速Ｖｂ３が決まる。
【００１０】
タービンホイール入口２１４（図１９参照）に設けられた第１ノズル２０８の速度三角形では、第１ノズル２０８で加速された流れは、その旋回成分がタービンホイール２０２の回転周速と同等の速度になるように設計される。
その第１ノズル２０８からタービンホイール２０２に流入した流れは、タービンホイール２０２にエネルギーを与え、タービンホイール入口２１４とタービンホイール出口２１５（図１９参照）との中間部分のＢ−Ｂ断面では圧力が低下している。
【００１１】
その領域に第２ノズル２１２を設けることにより、第２ノズル２１２の流れを加速する圧力差は、第１ノズル２０８の場合のタービンホイール入口２１４とタービンホイール出口２１５との圧力差に比べて拡大し、その結果、第２ノズル２１２で加速された流れは、第１ノズル２０８の出口の流れよりもより高速になる。
一方、タービンホイール２０２の回転周速は半径比で低下する。その結果、第２ノズル２１２で加速された流れの旋回成分は、上記の２つの作用によりタービンホイール２０２の回転周速より大きくなる。
【００１２】
この流れがタービンホイール２０２に流入する時、この旋回速度の差によりタービンホイール２０２を旋回させる力が大きくなり、タービンホイール２０２の回転加速度が増加する。しかし、この第２ノズル２１２に固定ノズルを設置した場合、この副流路２１１の第２ノズル２１２に流れを流さない場合には、第１ホイール２０８側の主流路の流れの損失が増加するという課題を有する。
【００１３】
図２１を参照して第２ノズル２１２に流れが無い場合の損失増加について説明する。
第２ノズル２１２のスロート２１７の下流部でノズル出口半径且つタービンホイールシュラウド半径までの領域を半開放部２２０（ハッチングを施した部分である。）と呼ぶ。
【００１４】
この第２ノズル２１２に流れが無い場合には、タービンホイール２０２から見ると、この領域はタービン翼２０５の先端とタービンケーシング２０１（図１９参照）の隙間である翼先端クリアランスと同様に、第２ノズル２１２の翼圧力面２２２と隣の第２ノズル２１２の翼負圧面２２３との間の漏れを増加し、翼圧力面２２２と翼負圧面２２３との翼面圧力差を増加させる作用を及ぼし、これらを合わせて所謂「漏れ損失」の増加が生じる。
【００１５】
特に、第２ノズル２１２の半開放部２２０の漏れ損失の効果は、タービンホイール２０２の翼先端クリアランスに換算すると、半開放部２２０の半径方向の幅と翼先端クリアランスの比に相当し、それを考慮すると、第２ノズル２１２の半開放部２２０の漏れ損失は、翼先端クリアランスの漏れ損失に比べ、１桁大きいクリアランスに相当し、これによる漏れ損失は１桁大きい値になる、という課題がある。
【００１６】
図２２に示すように、特許文献４の斜流タービン２３０は、斜流タービンホイール２３１と、この斜流タービンホイール２３１を回転可能に収容するケーシング２３２とを備える。
【００１７】
斜流タービンホイール２３１は、回転軸２３５と、この回転軸２３５に固定されたハブ２３６と、このハブ２３６の外周面に設けられた複数枚のタービン翼２３７とからなる。
なお、符号２３８はタービンホイール入口、２３９はタービンホイール出口である。
ケーシング２３２は、ガス流れを加速させるスクロール室２４１と、斜流タービンホイール２３１のタービン翼２３７を覆うシュラウド部２４２と、スクロール室２４１をシュラウド側空間２４３及びハブ側空間２４４に分割するスクロール分割壁２４６とが形成されている。
【００１８】
シュラウド側空間２４３の出口にシュラウド側流路２５１が形成され、このシュラウド側流路２５１に第１ノズル２５３が設けられ、また、ハブ側空間２４４の出口にハブ側流路２５５が形成され、このハブ側流路２５５に第２ノズル２５６が設けられている。
【００１９】
上記特許文献４の斜流タービン２３０では、副流路としてのハブ側流路２５５に流れが無い場合には、特許文献１〜特許文献３と類似した影響により損失が増加するという課題がある。
【００２０】
これを説明すると、図１９〜図２１の場合には、シュラウド２１０から排気ガスが流入する構造のため、副流路２１１からの流れが無い時には、本来、流れをシュラウド２１０に沿って流すべき場所に流路が形成され、翼先端クリアランスが大きくなったことに相当する。
以上の特許文献１〜特許文献４に説明したように、副流路に流れが発生しない場合には損失が大きくなるという課題は共通である。
【００２１】
本発明の目的は、タービンホイールにガスが流入する主流路と副流路とが設けられ、これらの主流路及び副流路のうち、少なくとも副流路に流量を調整可能なノズルを設けた可変流量ラジアルタービンにおいて、副流路に流れが無い場合に主流路の流れの損失を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、かかる目的を達成するため、タービンケーシングに設けられたスクロール室からタービンホイールを回転可能に収容するタービンホイール室に至るガス流路が主流路と副流路とで構成され、前記主流路に第１ノズルが設けられ、前記副流路に第２ノズルが設けられるとともに、該第２ノズルにより前記副流路を開閉することで副流路の流量を調整する流量調整機構を備え、前記第２ノズルは、翼断面形状を有して周方向に等間隔で並ぶように配置され、全閉時において翼前縁部と隣接の第２ノズルの翼後縁部とが接触する又は接触する程度に近接し、全閉時において前記第２ノズルの翼負圧面は前記タービンケーシングの前記シュラウド部の内壁面の一部若しくはその他タービンホイール室の内壁面の一部を構成するように配置されることを特徴とする。
【００２３】
かかる発明によれば、第２ノズルの全閉時に、第２ノズルの翼負圧面形状がタービンケーシング内面とほぼ相似な形状となり、タービンホイールの翼先端クリアランスの大きさを、第２ノズルを設置しない状態にほぼ近似することができる。
【００２４】
また、第２ノズルの全閉時には、第２ノズルの翼負圧面がケーシングの第２ノズル出口のスリット部に蓋をする状態となるので、従来のようなタービン翼先端の半開放部が原因となって発生するクリアランスによる漏れ損失の増加がなくなり、従来のタービンと同等の漏れ損失を維持することができる。
【００２５】
また、第２ノズルが開の状態では、第２ノズルを流す必要のある流量だけ流せるようにノズルの角度とスロート面積を変更でき、可変ノズルの作用を行うことができる。
【００２６】
また、本発明において好ましくは、前記第２ノズルは前記流量調整機構を構成する回動支持部に固定され、この回動支持部は、前記タービンケーシング内面と近接するようにタービンケーシング内に回動自在に配置されるとともに、前記第２ノズルの翼先端は、対向する前記タービンケーシングの壁面に接する程度に近接しているとよい。
【００２７】
このように第２ノズルが固定された回動支持部および第２ノズルの翼先端は、タービンケーシングの壁面と近接状態にあるため、タービンケーシングの壁面とは極小の隙間をもって回動できるようになっている。従って、第２ノズルが全閉時には、タービンケーシングの壁面との隙間は極小となるため、漏れを極力抑えて第２ノズルを設置しない状態にほぼ近似することができるようになる。また、開時においても第２ノズルで加速される流れに影響することが極小に抑えられる。
【００２８】
また、本発明において好ましくは、前記回動支持部または第２ノズル近傍のタービンケーシング内面には、第２ノズルの出口流れに対してタービンホイールの軸方向流れ成分を与える軸方向流生成部が形成されているとよい。
【００２９】
このように軸方向流生成部によってタービンホイールの軸方向流れ成分を与えるので、すなわち、タービンホイールの出口方向への流れを与えるので、第１ノズルによる主流と第２ノズルによる流れとが滑らかに合流して、これら２つの流れの合流による損失を防止することができる。
【００３０】
また、本発明において好ましくは、前記回動支持部のノズル前縁側は円弧形状で形成され、隣接する回動支持部材のノズル後縁側は前記前縁側の円弧形状に沿う円弧形状で形成され、全閉時に隣接する回動支持部間に一定の極小隙間が形成されるとよい。
【００３１】
このように、全閉時に隣接する回動支持部間に一定の極小隙間が形成されることで、隣り合う回動支持部間の漏れを極力抑えることができ、前述したように第２ノズルを設置しない状態にほぼ近似することができるようになる。また、開時においても第２ノズルで加速される流れに影響することが極小に抑えられる。
【００３２】
また、本発明において好ましくは、前記回動支持部は回動軸に固定され、該回動軸の中心と前記タービンホイールの回転軸の中心とを結ぶ線分より前記第２ノズルの翼後縁部は全閉状態で周方向の下流側に所定値長さ以下張り出したオフセット部を形成するとよい。
【００３３】
このように、第２ノズルの翼後縁部が、全閉状態で回動軸の中心と前記タービンホイールの回転軸の中心とを結ぶ線分より下流側に張り出したオフセット部を形成し、かつ張り出し長さを所定値より短くすることによって、第２ノズルの開時にそのオフセット部が、タービン翼の先端とタービンケーシングの内壁との隙間をより狭めるため、タービン翼の翼先端クリアランスの漏れ損失を抑えることができる。
【００３４】
また、本発明において好ましくは、全閉時において翼前縁部と隣接の第２ノズルの翼後縁部とがタービンホイールの軸方向からみて重なるように接触する又は接触する程度に近接されるとともに、開時において翼後縁部と隣接の翼の負圧面との間で形成されるスロート面積を翼開度に応じて変化可能に構成されるとよい。
【００３５】
このように、全閉時における翼前縁部と隣接の第２ノズルの翼後縁部との接触が重なるように接触されることによって、閉時における漏れ防止の効果と、開時における隣接する第２ノズルの負圧面との間に形成されるスロート面積を翼の角度に応じて確保に変更できるようになる。
従って、タービン翼先端の半開放部が原因となって発生するクリアランスによる漏れ損失の防止、およびタービンホイール室に流入するガス流の流量制御が確実化する。
【００３６】
また、本発明において好ましくは、前記主流路が前記タービンホイール室の最外周入口に対向するように設けられた流路であり、前記副流路がラジアルタービンのタービンホイールの外周を覆うシュラウド部に形成された流路であり、該幅流路に前記第２ノズルが設けられるとよい。
このように幅流路をシュラウド部に設け、該幅流路に第２ノズルを設置することで、漏れ抑制機能を有する第２ノズルによって、主流路からの流れの損失を抑えた可変容量ラジアルタービンを得ることができる。
【００３７】
また、前記主流路が前記タービンホイール室の最外周入口に対向するように設けられガス流路であり、前記幅流路が斜流型のタービンのハブ側に形成された流路であり、該幅流路に前記第２ノズルが設けられるとよい。
このように斜流型のタービンのハブ側に幅流路を形成し、該幅流路に第２ノズルを設置することで、漏れ抑制機能を有する第２ノズルによって、主流路からの流れの損失を抑えた斜流型のタービンを備えた可変容量ラジアルタービンを得ることができる。
【００３８】
また、本発明において好ましくは、前記タービンホイールのタービン翼が上流側翼と下流側翼とに分割されるとともに、前記上流側翼の後縁部と前記下流側翼の前縁部が周方向にずれ、かつ子午面形状において重なり合う構造からなり、該重なり合う領域に前記第２ノズルの出口が設けられるとよい。
【００３９】
このように、重なり合う部分に第２ノズルからのガスを流入するので、上流側翼と下流側翼とが同枚数の場合であれば、その重なり合う部分では翼枚数が２倍になり第２ノズルからの流れは、２倍の翼枚数で受け止められるので、従来技術の全翼（フルブレード）タイプの構造に比べて、タービンホイールの重量を増大させることなく翼面負荷を低減でき、圧力に変換される際の圧力損失が低減されて旋回流れのエネルギーを回転動力に効率よく変換できるようになる。
【発明の効果】
【００４０】
以上記載のごとく本発明によれば、流量調整機構を備える第２ノズルは、翼断面形状を有して周方向に等間隔で並ぶように配置され、全閉時において翼前縁部と隣接の第２ノズルの翼後縁部とが接触する又は接触する程度に近接し、全閉時において前記第２ノズルの翼負圧面は前記タービンケーシングの前記シュラウド部の内壁面の一部若しくはその他タービンホイール室の内壁面の一部を構成するように配置されるので、タービンホイールの翼先端クリアランスの大きさを、第２ノズルを設置しない状態にほぼ近似することができる。
また、第２ノズルの全閉時には、第２ノズルの翼負圧面がケーシングの第２ノズル出口のスリット部に蓋をする状態となるので、従来のようなタービン翼先端の半開放部が原因となって発生するクリアランスによる漏れ損失の増加を抑えることができる。
その結果、タービンホイールにガスが流入する主流路と副流路とが設けられ、これらの主流路及び副流路のうち、少なくとも副流路に流量を調整可能なノズルを設けた可変流量ラジアルタービンにおいて、副流路に流れが無い場合であっても主流路の流れの損失を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第１実施形態）の断面図である。
【図２】図１の２−２線断面図（第１実施形態）である。
【図３】本発明に係る第２ノズル及びその周辺を示す斜視図（第１実施形態）である。
【図４】本発明に係る第２ノズルの要部正面図（第１実施形態）である。
【図５】本発明に係る第２ノズルの要部断面図（第１実施形態）である。
【図６】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第１実施形態）の説明図である。
【図７】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第１実施形態）の説明図である。
【図８】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第１実施形態）の説明図である。
【図９】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第２実施形態）の断面図である。
【図１０】図９の１０−１０線断面図である。
【図１１】本発明に係る第２ノズル及びその周囲を示す要部断面図である。
【図１２】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第２実施形態）の説明図である。
【図１３】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第２実施形態の変形例）の断面図である。
【図１４】図１３の１４−１４線断面図（第２実施形態の変形例）である。
【図１５】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第３実施形態）の断面図である。
【図１６】図１５の１６−１６線断面図である。
【図１７】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第３実施形態）の説明図である。
【図１８】本発明に係る可変流量ラジアルタービン（第３実施形態）の説明図である。
【図１９】従来のラジアルタービンに第２ノズルを設置したラジアルタービンの子午面形状を示す断面図である。
【図２０】従来のラジアルタービンのタービンホイール入口の速度三角形と第２ノズルからタービンホイールに流入する入口の速度三角形を示す説明図である。
【図２１】従来のラジアルタービンに第２ノズルを設置したラジアルタービンを説明する作用図である。
【図２２】従来の斜流タービンを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【００４３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図８を参照して説明する。
図１に示す可変容量ラジアルタービン１０は、車両用エンジンの過給機（ターボチャージャ）に用いられるものであり、タービンケーシング１１と、このタービンケーシング１１内に回転可能に支持されて収納されたタービンホイール１２とを備える。
【００４４】
タービンケーシング１１は、排気ガス導入口(不図示)から渦巻き状に延びるとともに通路断面積がタービンホイール１２を回転可能に収容するタービンホイール室１３側へいくにつれて次第に減少する排気ガス通路としてのスクロール室１４と、このスクロール室１４からタービンホイール入口１５までの間に設けられた第１ガス流出口１６と、タービンホイール１２の外周側を覆うシュラウド部１７と、このシュラウド部１７から径外方に延びる中間内壁２１及び中間外壁２２と、これらの中間内壁２１及び中間外壁２２のぞれぞれの間に形成された環状通路２３と、この環状通路２３に連通するとともにシュラウド部１７を貫通してタービンホイール１２に臨む第２ガス流出口２４とが形成されている。なお、符号２６はスクロール室１４と環状通路２３とを連通させる連通路である。
【００４５】
第１ガス流出口１６には第１ノズル３１が配置され、第２ガス流出口２４には周方向に並べられてノズル開度調整機構４０により開度調整可能な複数の第２ノズル３２が配置されている。
【００４６】
ノズル開度調整機構４０は、各第２ノズル３２に一体成形された回動支持部４１と、各回動支持部４１に一端が取付けられるとともに中間外壁２２に回動自在に支持された回動軸４２と、各回動軸４２の他端に取付けられた開度調整レバー４３と、各開度調整レバー４３に連結された単一のドライブプレート(不図示)と、このドライブプレートを回転駆動させるアクチュエータ(不図示)とからなる。
【００４７】
タービンホイール１２は、回転軸５１と、この回転軸５１に一体成形されたハブ５２と、このハブ５２の外周面に形成された複数枚のタービン翼５３とからなる。
タービン翼５３は、タービンホイール入口１５からハブ５２の中間部まで設けられた上流側翼５６と、ハブ５２の中間部からタービンホイール出口１８まで設けられた下流側翼５７とによって構成され、上流側翼５６と下流側翼５７とは周方向において位相がずれるとともに、同枚数配置されている。
【００４８】
更に、上流側翼５６の後縁部５６ａと下流側翼５７の前縁部５７ａとは、ハブ５２の子午面形状において重なり合うように配置されている。即ち、符号Ｓで示す領域において重なり合うように配置されている。
【００４９】
また、上流側翼５６の後縁部５６ａと下流側翼５７の前縁部５７ａとは、周方向において、均等な間隔になるように、上流側翼５６，５６の各後縁部５６ａ，５６ａ間の中央に下流側翼５７の前縁部５７ａが配置されている。
【００５０】
従って、重なり合う領域Ｓにおいては、領域Ｓ以外の領域に対して翼枚数が周方向に等間隔に２倍設けられる関係になっている。
そして、第２ガス流出口２４に設けられた第２ノズル３２の出口２５が、この重なり合う領域Ｓに臨んでいる。
【００５１】
図２は図１の２−２線断面図であり、第２ガス流出口２４に翼断面形状の複数の第２ノズル３２が全閉の状態で周方向に等間隔で並ぶように配置されている。
第２ノズル３２において、符号３２ａは翼前縁部、３２ｂは翼後縁部、３２ｃは翼圧力面、３２ｄは翼負圧面である。また、符号４１ａは第２ノズル３２が開くときの回動支持部４１における先端の軌跡である。
【００５２】
図３は図２の第２ノズル３２，３２を紙面裏側から見た斜視図であり、第２ノズル３２は、翼前縁部３２ａと隣の翼後縁部３２ｂとが接触する又は接触する程度に近接して閉状態になっている。
【００５３】
第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂは、回動軸支持部４１の後面４１ｂよりも排気ガスの流れの下流側へ突出している。
回動支持部４１は、回動軸４２を取付けるために回動軸取付部４１ｃが形成され、この回動軸取付部４１ｃと第２ノズル３２との間に第２ノズル３２の翼圧力面３２ｃに沿って延びる支持部溝４１ｄが形成されている。
【００５４】
上記支持部溝４１ｄを形成したことで、支持部溝４１ｄの底を形成する底壁４１ｅの板厚ｔ１は、第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂの板厚ｔ２と同等になっている。
この結果、回動支持部４１のガス流路面にタービンホイール１５(図１参照)の軸方向に傾斜する傾斜面を形成する、即ち、支持部溝４１ｄの底壁（軸方向流生成部）４１ｅの表面を傾斜させることで傾斜面を形成することができ、第２ノズル３２の出口２５（図１参照）の流れに軸方向成分を与えることができる。
【００５５】
また、回動支持部４１の底壁４１ｅの板厚ｔ１を第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂの板厚ｔ２と同等にすることにより、回動支持部４１の表面の凹凸をより小さくして回動支持部４１の後流を小さくすることができ、後流による圧力損失の発生を抑えることができる。
【００５６】
図４は第２ノズル３２が閉状態にあることを示している。即ち、第２ノズル３２は、翼前縁部３２ａと隣の翼後縁部３２ｂとが接触する又は接触する程度に近接して配置されている。
【００５７】
第２ノズル３２の翼負圧面３２ｄは、第２ノズル３２が全閉時にタービンケーシング１１（図１参照）のシュラウド面（図５参照）の一部を構成するように、回転軸５１（図１参照）が延びる方向（軸方向）から見て円弧状に形成されている。
【００５８】
このように、第２ノズル３２の翼負圧面３２ｄの形状が、タービンケーシング１１のシュラウド面とほぼ相似な形状となり、タービンホイール１５の翼先端クリアランスの大きさを、第２ノズル３２を設置しない状態にほぼ近似することができる。
【００５９】
以上より、第２ノズル３２の全閉時には、第２ノズル３２の翼負圧面３２ｄがタービンケーシング１１における第２ノズル３２のスリット状にされた出口２５（図１参照）に蓋をするので、従来のような、タービンホイールにおけるタービン翼先端側に出来る半開放部２２０（図２１参照）が原因となって発生するクリアランス大による漏れ損失の増加がなくなり、副流路を有してないタービンと同等の漏れ損失を維持することができる。
第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂと隣の第２ノズル３２の翼前縁部３２ａとは、接触又は接触する程度に近接して配置されることで、第２ノズル３２の全閉時には、第２ノズル３２の翼圧力面３２ｃ側とタービンケーシング１１の内側（詳しくは、第２ノズル３２の出口２５側）とを連通する隙間断面積がより小さくなる。
【００６０】
従って、第２ノズル３２が回動して、第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂがタービンケーシング１１（詳しくは、シュラウド部１７（図１参照））の内面半径より大きくなり、タービンホイール１２のタービン翼５３（図１参照）とのクリアランスが、拡大し、第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂは、タービン翼５３との接触を防止することができる。
【００６１】
また、回動支持部４１における第２ノズル３２の翼前縁部３２ａ側は、円弧状の面４１ｇで構成され、また、回動軸支持部４１における第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂ側の面４１ｈがほぼ円弧状の形状を有し、全閉時に、これらの２つの面４１ｇ，４１ｈは接触する程度に近接して隙間が小さくなっている。
【００６２】
これにより、第２ノズル３２の全閉時には、隣接する第２ノズル間の隙間を流れる流れそのものが少なくなるとともに、この第１実施形態の構造（以下に示す（１）〜（５）の構造）によりタービンホイール１２側に流れ出る流れの量がより一層少なく抑えられ、一方、第２ノズル３２を開いた際には、翼前縁部３２ａに流入する流れが翼前縁部３２ａ近傍で淀み圧力が高くなるので、（１）〜（５）の構造の各隙間にわずかな流れは生じるが、いずれの開度でも隣り合う２つの第２ノズル３２の隙間の漏れ流れが第２ノズル３２で加速される流れにほとんど影響しないようにすることができる。
【００６３】
図５に示すように、第２ノズル３２は、回動支持部４１に一体成形されているが、回動支持部４１とは別体に形成され且つ回動支持部４１の側面に接合等で固定されていてもよい。
回動支持部４１は、タービンケーシング１１内に且つタービンケーシング１１の内面（詳しくは、中間外壁２２の内面２２ａ）と接触又は接触する程度に近接して回動自在に配置されている。
【００６４】
また、第２ノズル３２の翼先端３２ｅと対向する第２ガス流出口２４の中間内壁２１側の内面２４ａは、タービンホイール１２の軸方向にほぼ直交する環状面２４ｂと、この環状面２４ｂからタービンホイール１２側へ且つ斜め内方に延びる環状テーパ面２４ｃとからなる。
【００６５】
第２ノズル３２の翼先端３２ｅは、対向する環状面２４ｂに接する程度に近接している。
環状テーパ面２４ｃとシュラウド部１７の中間内壁２１側の内径面１７ａとは、断面が鋭角を成すリング状の鋭角部（軸方向流生成部）２７を形成している。
【００６６】
鋭角部２７は、第２ノズル３２の翼先端３２ｅの回動の軌跡をなす面よりも回動支持部４１側へ凸に形成され、この鋭角部２７に対向するように、第２ノズル３２の翼負圧面３２ｄと翼先端３２ｅとの角部に面取り３２ｇが形成されている。
上記鋭角部２７の環状テーパ面２４ｃと第２ノズル３２の面取り３２ｇとは、第２ノズル３２の全閉時には接触又は接触する程度に近接している。
【００６７】
以上に述べた可変容量ラジアルタービン１０の作用を次に説明する。
図２に示したように、第２ノズル３２が全閉の状態では、図７に示すように、エンジンからの排ガスは、スクロール室１４に流れ、このスクロール室１４で旋回流が形成され、白抜き矢印Ａで示すように、第１ガス流出口１６の第１ノズル３１を介してタービンホイール入口１５からタービンホイール室１３に流入し、矢印Ｂで示すように、タービンホイール１２の軸方向に向きを変えながらタービンホイール１２に回転力を与え、タービンホイール出口１８から流出する。
【００６８】
更に、図６に示すように、第２ノズル３２が開状態になると、排ガスは、スクロール室１４（図７参照）から白抜き矢印Ｄ，Ｅで示すように、連通路２６、環状通路２３、第２ガス流出口２４の第２ノズル３２を介してタービンホイール室１３（図１参照）に流入する、詳しくは、図７の矢印Ｊで示すように、タービンホイール１２の領域Ｓに流入し、タービンホイール１２に回転力を与えた後にタービンホイール出口１８から流出する。
【００６９】
第２ノズル３２が開状態のときには、排ガスの流れは周方向に加速されてタービンホイール室１３に流入するが、図５に示したように、第２ガス流出口２４の環状テーパ面２４ｃとシュラウド部１７の内径面１７ａとは鋭角を成すことにより、図７において、第２ノズル３２の出口２５の流れに軸方向成分を与えることができる。
従って、第１ノズル３１による主流と第２ノズル３２による副流とが滑らかに合流するので、これら２つの流れの合流による損失を防止することができる。
【００７０】
また、第２ノズル３２が開状態では、第２ノズル３２に必要なガス流量だけ流せるように第２ノズル３２の角度とスロート断面積を変更でき、可変ノズルとして作用させることができる。
更に、図６に示したように、第２ノズル３２の全開時には、回動軸４２に回動軸取付部４１ｃと第２ノズル３２の翼前縁部３２ａとが第２ノズル３２によるガスの流れの方向にほぼ連なることにより、回動軸取付部４１ｃが第２ノズル３２で加速される流れに損失を増加させることがない。
【００７１】
図８（ａ）に示すように、回転軸５１の軸線５１ａとノズル開度調整機構４０の回動軸４２の中心軸としての軸線４２ａとを結ぶ線分６０に対して、軸線４２ａと第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂとを結ぶ線分６１が成す角度をθとする（例えば、θ＝１５°）。また、線分６０と全閉時の第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂの翼端との距離をオフセット量ｅとする。この時のタービンホイール１２と第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂとの隙間はＣ１である。なお、オフセット量ｅの第２ノズル３２の翼後縁部分をオフセット部ｆ（図８（ａ）参照）という。
【００７２】
図８（ｂ）は、図８（ａ）の状態から第２ノズル３２が開き、第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂ（又は線分６１（図８（ａ）参照））が線分６０に重なった状態を示している。即ち、第２ノズル３２が角度θだけ回動した状態である。
この結果、第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂはタービンホイール１２に近づき、タービンホイール１２と第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂとの隙間はＣ２（＜Ｃ１）になっている。
【００７３】
例えば、第２ノズル３２が更に角度θだけ回動して全開になるとすると、第２ノズル３２は角度２θ回動したときに最大の隙間がＣ１となる。
仮に、第２ノズル３２が全閉時に、翼後縁部３２ｂが線分６０上又は線分６０よりも図の右方に有る場合には、タービンホイール１２と第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂとの隙間は、第２ノズル３２が開くにつれて大きくなるだけである。
【００７４】
このように、本第１実施形態では、第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂの位置を、全閉時から全開時の途中で線分６０を横切るように設定することで、タービンホイール１２と第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂとの最大隙間をより小さくすることができ、好ましくは、全閉時から全開時までの開度の中央で翼後縁部３２ｂを線分６０に重なるようにすることで、上記最大隙間を最小にする。
更に、この構造により、図５において環状テーパ面２４ｃと内径面のクリアランスを接触しない範囲で最小に維持することができ、すき間からの流れがノズルの流れＥに及ぼす影響が少なくなり、損失が小さくできる。
【００７５】
隙間Ｃ１が規定のタービンホイール翼先端クリアランスであるとすると、Ｄｅ＝（Ｃ１−Ｃ２）はタービンホイール翼先端クリアランスの減少量であり、この減少量Ｄｅは、大きくてもＤｅ≦０．５Ｃ１が好ましい。
オフセット量ｅがプラス側ではノズル後縁がケーシング内径以下になることがないので、タービンホイール翼との接触はなく、その数値を制約するものではない。
【００７６】
以上に述べた第１実施形態のラジアルタービン１０（特に第２ノズル３２）の特徴を以下に列挙する。
（１）第２ノズル３２は、翼断面形状を有して周方向に等間隔で並ぶように配置され、全閉時において翼前縁部３２ａと隣接の第２ノズルの翼後縁部３２ｂとが接触する又は接触する程度に近接し、全閉時において前記第２ノズルの翼負圧面３２ｄはタービンケーシング１１のシュラウド部１７の内壁面の一部若しくはその他タービンホイール室１２の内壁面の一部を構成するように配置される。
【００７７】
これによって、第２ノズル３２の全閉時に、第２ノズル３２の翼負圧面３２形状がタービンケーシング１１内面とほぼ相似な形状となり、タービンホイール１２の翼先端クリアランスの大きさを、第２ノズルを設置しない状態にほぼ近似することができる。
【００７８】
また、第２ノズル３２の全閉時には、第２ノズル３２の翼負圧面がケーシングの第２ノズル出口のスリット部に蓋をする状態となるので、従来の構造の第２ノズルにおいてタービン翼先端のすき間や回動支持部のすき間による漏れ流れが原因となって発生する漏れ損失の増加を抑制できる。
また、第２ノズルが開の状態では、第２ノズルを流す必要のある流量だけ流せるようにノズルの角度とスロート面積を変更でき、可変ノズルの作用を行うことができる。
【００７９】
（２）第２ノズル３２は流量調整機構４０を構成する回動支持部４１に固定され、この回動支持部４１は、タービンケーシング１１内面と近接するようにタービンケーシング１１内に回動自在に配置されるとともに、第２ノズル３２の翼先端は、対向するタービンケーシング１１の壁面に接する程度に近接している。
【００８０】
これによって、第２ノズル３２が全閉時には、タービンケーシング１１の壁面との隙間は極小のため、漏れを極力抑えて第２ノズル３２を設置しない状態にほぼ近似することができるようになる。また、開時においても第２ノズル３２で加速される流れに影響することが極小に抑えられる。
【００８１】
（３）回動支持部４１または第２ノズル３２近傍のタービンケーシング１１内面には、第２ノズル３２の出口流れに対してタービンホイール１２の軸方向流れ成分を与える鋭角部２７、支持部溝４１ｄの底壁４１ｅ（軸方向流生成部）が形成されている。
【００８２】
このような鋭角部２７、底壁４１ｅによって、タービンホイール１２の軸方向流れ成分を与えるので、すなわち、タービンホイール１２の出口方向への流れを与えるので、第１ノズル３１による主流と第２ノズル３２による流れとが滑らかに合流して、これら２つの流れの合流による損失を防止することができる。
【００８３】
（４）回動支持部４１のノズル前縁側は円弧形状で形成され、隣接する回動支持部材４１のノズル後縁側は前記前縁側の円弧形状に沿う円弧形状で形成され、全閉時に隣接する回動支持部４１、４１間に一定の極小隙間が形成される。
【００８４】
全閉時に隣接する回動支持部４１、４１間に一定の極小隙間が形成されることで、隣り合う回動支持部間の漏れを極力抑えることができ、前述したように第２ノズル３２を設置しない状態にほぼ近似することができるようになる。また、開時においても第２ノズル３２で加速される流れに影響することが極小に抑えられる。
【００８５】
（５）回動支持部４１は回動軸４２に固定され、該回動軸４２の中心とタービンホイール１２の回転軸の中心とを結ぶ線分より前記第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂの翼端は全閉状態で周方向の下流側に所定値長さｅ以下に張り出したオフセット部ｆを形成する。
【００８６】
このように、第２ノズル３２の翼後縁部分にオフセット部ｆを形成し、かつ張り出し長さが所定値より短くすることによって、第２ノズル３２の開時にタービンホイール１２と第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂとの最大隙間をより小さくすることができ、好ましくは、全閉時から全開時までの開度の中央で翼後縁部３２ｂを線分６０に重なるようにすることで、上記最大隙間を最小にする。
【００８７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について図９〜図１４を参照して説明する。第２実施形態において、第１実施形態と同一構成については同一符号を付して説明は省略する。
図９、図１０に示すように、可変容量ラジアルタービン７０は、第２ガス流出口２４に、周方向に並べられてノズル開度調整機構７１により開度調整可能な複数の第２ノズル７２が配置されている。なお、第２ノズル７２において、符号７２ａは翼前縁部、７２ｂは翼後縁部、７２ｃは翼圧力面、７２ｄは翼負圧面、７２ｅは翼先端である。
【００８８】
第２ノズル７２の全閉時には、第２ノズル７２の翼負圧面７２ｄがタービンケーシング１１の第２ノズル７２の出口７７のスリット部に蓋をするので、従来のようなタービン翼の先端の半開放部２２０（図２１参照）が原因となって発生するクリアランスによる漏れ損失の増加が本実施形態では無くなり、従来のタービンと同等の漏れ損失を維持することができる。
また、第２ノズル７２が開状態では、第２ノズル７２に必要な流量だけ流せるように第２ノズル７２の角度とスロート断面積を変更でき、可変ノズルとして作用させることができる。
【００８９】
ノズル開度調整機構７１は、各第２ノズル７２に一体成形された（又は別体とされて固定された）回動支持部７４と、各回動支持部７４に一端が取付けられた回動軸４２と、開度調整レバー４３と、単一のドライブプレート(不図示)と、アクチュエータ(不図示)とからなる。
【００９０】
第２ノズル７２は、タービンホイール１２の軸方向から見たときに、翼前縁部７２ａが回動軸４２に重なるように翼の長さ（翼前縁部７２ａから翼後縁部７２ｂまでの長さ）が第１実施形態の第２ノズル３２に対して長く形成された構成部品である。
【００９１】
図１１に示すように、回動支持部７４において、第２ノズル７２が設けられるノズル流路側面７４ａは、第２ノズル７２の翼前縁部７２ａが回動により描く平面に平行に構成された平面である。
【００９２】
また、回動支持部７４の半径方向内側のタービンケーシング１１（詳しくはシュラウド部１７）に、回動支持部７４を内側から覆うとともに、第２ノズル７２の全閉時に、回動支持部７４と接触又は接触する程度の隙間を持って近接し且つ断面形状が鋭角に突出するケーシング突出部１７ｄが形成され、このケーシング突出部１７ｄを縁に有する第２ノズル７２のスリット出口７７をシュラウド部１７に形成してもよい。
【００９３】
以上に述べた可変容量ラジアルタービン７０の作用を次に説明する。
図１２に示すように、第２ノズル７２を開くと、第２ノズル７２の翼の長さが長いため、第２ノズル７２の翼後縁部７２ｂと隣の第２ノズル７２の翼圧力面７２ａとの間にスロート７８が形成され、このスロート７８を通ってガスが矢印で示すように流れる。
【００９４】
第１実施形態では、図６に示したように、第２ノズル３２の翼後縁部３２ｂと隣の第２ノズル３２の翼前縁部３２ａとの間にスロート３３が形成され、移動する翼前縁部３２ａと翼後縁部３２ｂとで構成されるスロート３３を流れるガス流れの方向が、ノズル角度の変化（ノズル翼の角度変化）以上に大きく変化する傾向を示す。
【００９５】
これに対して図１２に示した第２実施形態では、第２ノズル７２の翼後縁部７２ｂと隣の第２ノズル７２の翼負圧面７２ｃとで長いスロート７８が形成されるので、ノズル翼負圧面の角度はノズル角度の変化と一致するため、スロート７８を流れるガス流れの方向をノズル翼の角度変化と等しくすることができる。
【００９６】
更に、第１実施形態における第２ノズル３２から流出する流れの角度がノズル翼角度よりも大きくなると、第２ノズル３２から流出する流れの旋回成分が小さくなるので、タービンホイール１２を回転させるトルクが小さくなることがあるが、第２実施形態ではこれを改善することができる。
【００９７】
図１３及び図１４は図９〜図１２に示した第２実施形態に小変更を施した、第２実施形態の変形例を示している。
図１３、図１４に示す可変容量ラジアルタービン７５では、回動支持部７４のノズル流路側面７４ａと第２ノズル７２の翼圧力面７２ｃとのコーナー部に滑らかな凸部（軸方向流生成部）７６が設けられている点が図９〜図１２に示したラジアルタービン７０と異なる。
【００９８】
このように凸部７６を設けることで、図１３に矢印Ｋで示すように、スリット出口７７の流れにタービンホイール１２の回転軸５１が延びる方向の成分、即ち軸方向成分を作ることができ、タービンホイール１２を流れるガス流れとの衝突による損失を低減することができる。
【００９９】
なお、第１実施形態、第２実施形態共に上流側翼５６と下流側翼５７から構成されたタービンホイール１２を有するラジアルタービンに適用した例を示したが、従来のラジアルタービンや斜流タービン、すなわちタービン翼が上流側翼５６と下流側翼５７とに分割されていない全翼タイプのラジアルタービンや斜流タービンのシュラウドに第２ノズルを設けてもよいことは勿論である。
【０１００】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について図１５〜図１８を参照して説明する。第３実施形態において、第１実施形態、第２実施形態と同一構成については同一符号を付して説明は省略する。
図１５に示すように、斜流タービン８０は、車両用過給機（ターボチャージャ）に用いられるものであり、排気ガスのエネルギーを回転力に変換する斜流タービンホイール８１と、この斜流タービンホイール８１を回転可能に収容するケーシング８２とを備える。
【０１０１】
斜流タービンホイール８１は、回転軸８５と、この回転軸８５に固定されたハブ８６と、このハブ８６の外周面の周方向に等間隔で設けられた複数枚のタービン翼８７とからなる。なお、符号８８はタービンホイール入口、８９はタービンホイール出口である。
【０１０２】
ケーシング８２は、エンジンから導入された排気ガスを加速させるスクロール室９１と、斜流タービンホイール８１のタービン翼８７を覆うシュラウド部９２と、スクロール室９１をシュラウド側空間９３及びハブ側空間９４に分割するスクロール分割壁９６とが形成されている。
【０１０３】
シュラウド側空間９３の内面において、スクロール分割壁９６の一方の面であるシュラウド側分割壁面９３ａと、このシュラウド側分割壁面９３ａに対向するシュラウド側壁面９３ｂとの間にシュラウド側流入路１０１が形成され、このシュラウド側流入路１０１に、翼面が回転軸８５とほぼ平行に形成された翼型の第１ノズル１０３が周方向に複数並べられて配置されている。
【０１０４】
また、ハブ側空間９４の内面において、スクロール分割壁９６の他方の面であるハブ側分割壁面９４ａと、このハブ側分割壁面９４ａに対向するハブ側壁面９４ｂとの間にハブ側流入路１０５が形成され、このハブ側流入路１０５に、周方向に並べられた複数の翼型の第２ノズル１０６と、この第２ノズル１０６の開度を調整するノズル開度調整機構１１０の一部とが設けられている。
【０１０５】
ノズル開度調整機構１１０は、各第２ノズル１０６に一体成形された（又は別体にされて第２ノズル１０６に固定された）回動支持部１１１と、各回動支持部１１１に一端が取付けられるとともにケーシング８２のハブ側壁９７に回動自在に支持された回動軸１１２と、各回動軸１１２の他端に取付けられた開度調整レバー１１３と、各開度調整レバー１１３に連結された単一のドライブプレート(不図示)と、このドライブプレートを回転駆動させるアクチュエータ(不図示)とからなる。
【０１０６】
回動軸１１２は、斜流タービンホイール８１の回転軸８５と平行に配置され、回動支持部１１１は、回動軸１１２により回転軸８５に垂直な平面上で回動される。
第２ノズル１０６は、回動軸１１２から半径内側に離れた位置で回動支持部１１１に支持される。
【０１０７】
第２ノズル１０６が回動支持部１１１に支持される部分では、回動支持部１１１の流路側の面１１１ａ及びケーシング８２に対向する面１１１ｂが斜流タービンホイール８１のハブ８６のホイール入口での傾斜角度とほぼ同じ角度で傾斜している。
【０１０８】
第２ノズル１０６は、斜流タービンホイール８１のハブ８６のホイール入口での傾斜にほぼ垂直な方向に翼高さＨを有し、第２ノズル１０６の翼先端１０６ｅは、回動軸１１２に垂直な面で構成され、第２ノズル１０６の翼先端１０６ｅに対向するようにケーシング８２（詳しくはスクロール分割壁９６のハブ側分割壁面９４ａ）の流路壁面９４ｄが円板状に構成され、回動に伴って翼先端１０６ｅとケーシング８２の流路壁面９４ｄのクリアランスは一定に保たれる。
【０１０９】
図１５〜図１７は第２ノズル１０６が全閉の状態を示している。なお、第２ノズル１０６において、符号１０６ａは翼前縁部、１０６ｂは翼後縁部、１０６ｃは翼圧力面、１０６ｄは翼負圧面である。
【０１１０】
図１６、図１７に示すように、第２ノズル１０６の全閉時に、第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂと隣の第２ノズル１０６の翼前縁部１０６ａとが接触する、又は接触する程度に近接している。
また、第２ノズル１０６の全閉時には、第２ノズル１０６の翼負圧面１０６ｄを連ねてなる面がほぼ円錐面となるように、第２ノズルの翼負圧面１０６ｄは、翼後縁部１０６ｂの子午線からなる円錐面で構成してもよい。
【０１１１】
図１７に示すように、第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂの位置と回動軸１１２の関係に関して、回動支持部１１１は回動軸１１２に固定され、その回動軸１１２は、その回動の中心軸としての軸線１１２ａと斜流タービンホイール８１の回転軸８５の軸線８５ａとを結ぶ半径線（線分）６０から第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂの翼端までの距離をオフセット量ｅと呼ぶときに、このオフセット量ｅによる第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂが回動軸１１２に対して、第２ノズル１０６を開く方向を正とした時に、第２ノズル１０６の回動角度換算で±１５度以内を目安としてもよい。
【０１１２】
この場合、オフセット量ｅがマイナスの時には、第２ノズル１０６を全閉近傍で回動した場合に、第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂが内径側に小さくなる領域があるが、図１５において、第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂと斜流タービンホイール８１の前縁、即ち、タービンホイール入口８８は、タービンホイール翼先端クリアランスに比べて少なくとも数倍の間隔を設けられるので、オフセット量ｅの位置関係と、回動軸１１２と第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂとの長さの関係を、指定する必要は無いが、第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂがほぼ同一半径で移動できるので、（±１５°以内に設定すれば、回動軸１１２と第２ノズル１０６の翼後縁部１０６ｂとの長さの３％の範囲で回転軸１１２に対して半径位置が小さい側に変化するに留まる）、回動支持部１１１の背面である面１１１ｂの隙間の変化を小さくすることができる。
【０１１３】
以上に述べた斜流タービン８０の作用を次に説明する。
図１８に示すように、回動軸１１２を矢印Ｍの向きに回動させると、回動支持部１１１と共に第２ノズル１０６が回動し、開状態となる。
この結果、ノズルスロート幅δのスロート１１５が形成され、白抜き矢印Ｎ，Ｐで示すように、ガス流れが発生し、第２ノズル１０６を介して斜流タービン８１に流入する。
【０１１４】
以上の図１５〜図１８で説明した第３実施形態では、損失が発生するメカニズムが、第１実施形態及び第２実施形態と異なるので、第２ノズル１０６から流出するガス流れの量の最小値を０以上に設定し、その開度以上で可変開度に調整できるようにしても良い。
また、第１実施形態に対する第２実施形態の関係のように、第２ノズル１０６の翼前縁部１０６ａは、翼後縁部１０６ｂ側と隣の第２ノズル１０６の翼前縁部１０６ａ側とが接する位置より更に上流に延在しても良い。
【０１１５】
更に、第２ノズル１０６のスロート断面積を０とする全閉時を含む開度変化を行える、可変ノズルを構成することができる。
上記した斜流タービンホイール８１の場合には、ノズル出口半径が、第１実施形態及び第２実施形態のように、ラジアルタービンシュラウドから流れを挿入する場合に比べて、図６に示したタービンホイール入口の半径Ｒｉｈがシュラウド半径Ｒｄよりも小さくできるので、図２にて説明した原理により、図１５において、より高い流速で副流路の第２ノズル１０６から斜流タービンホイール８１に流れを挿入することができる。
【０１１６】
このような斜流タービン８０の可変ノズル構造により、最小流量０以上の広い範囲で、且つ高速に流れを斜流タービンホイール８１に流入させることにより、回転加速度を高くすることができる。
そして、最小流量を０以上のある小流量で設定し、それ以上の範囲で運用すれば、インシデンス損失が増加しない範囲で可変流量を実現できる。
【０１１７】
尚、本発明の構造を、通常の単一のノズルを有する可変流量タービン（あるいは可変容量タービン）に用いてもよい。
また、第３実施形態で示した斜流タービンについては、ラジアルタービンに対してノズルに流入するガス流れの方向が異なるのみであり、ここでは、構造的にラジアルタービンの技術分野に含まれるものとしている。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明は、タービンホイールにガスが流入する主流路と副流路とが設けられた可変流量ラジアルタービンに好適である。
【符号の説明】
【０１１９】
１０，７０，７５ 可変容量ラジアルタービン
１１ タービンケーシング
１２ タービンホイール
１３ タービンホイール室
１４，９１ スクロール室
１６ 主流路（第１ガス流出口）
１７，９２ シュラウド部
２４ 副流路（第２ガス流出口）
３１，１０３ 第１ノズル
３２，７２，１０６ 第２ノズル
３２ａ，７２ａ，１０６ａ 翼前縁部
３２ｂ，７２ｂ，１０６ｂ 翼後縁部
３２ｃ，７２ｃ，１０６ｃ 翼圧力面
３２ｄ，７２ｄ，１０６ｄ 翼負圧面
３２ｅ，７２ｅ，１０６ｅ 翼先端
４０，７１，１１０ 流量調整機構（ノズル開度調整機構）
４１，７４，１１１ 回動支持部
４２，８５，１１２ 回動軸
４２ａ，８５ａ，１１２ａ 中心軸（軸線）
５１，８５ 回転軸
５６ 上流側翼
５７ 下流側翼
６０ 線分
８０ 斜流タービン
８１ 斜流タービンホイール
ｅ オフセット量
θ 所定回動角度（角度）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンケーシングに設けられたスクロール室からタービンホイールを回転可能に収容するタービンホイール室に至るガス流路が主流路と副流路とで構成され、
前記主流路に第１ノズルが設けられ、前記副流路に第２ノズルが設けられるとともに、該第２ノズルにより前記副流路を開閉することで副流路の流量を調整する流量調整機構を備え、
前記第２ノズルは、翼断面形状を有して周方向に等間隔で並ぶように配置され、全閉時において翼前縁部と隣接の第２ノズルの翼後縁部とが接触する又は接触する程度に近接し、全閉時において前記第２ノズルの翼負圧面は前記タービンケーシングの前記シュラウド部の内壁面の一部若しくはその他タービンホイール室の内壁面の一部を構成するように配置されることを特徴とする可変流量ラジアルタービン。
【請求項２】
前記第２ノズルは前記流量調整機構を構成する回動支持部に固定され、この回動支持部は、前記タービンケーシング内面と近接するようにタービンケーシング内に回動自在に配置されるとともに、前記第２ノズルの翼先端は、対向する前記タービンケーシングの壁面に接する程度に近接していることを特徴とする請求項１記載の可変流量ラジアルタービン。
【請求項３】
前記回動支持部または第２ノズル近傍のタービンケーシング内面には、第２ノズルの出口流れに対してタービンホイールの軸方向流れ成分を与える軸方向流生成部が形成されていることを特徴とする請求項２記載の可変容量ラジアルタービン。
【請求項４】
前記回動支持部のノズル前縁側は円弧形状で形成され、隣接する回動支持部材のノズル後縁側は前記前縁側の円弧形状に沿う円弧形状で形成され、全閉時に隣接する回動支持部間に一定の極小隙間が形成されることを特徴とする請求項２記載の可変容量ラジアルタービン。
【請求項５】
前記回動支持部は回動軸に固定され、該回動軸の中心と前記タービンホイールの回転軸の中心とを結ぶ線分より前記第２ノズルの翼後縁部は全閉状態で周方向の下流側に所定値長さ以下張り出したオフセット部を形成していることを特徴とする請求項２記載の可変容量ラジアルタービン。
【請求項６】
全閉時において翼前縁部と隣接の第２ノズルの翼後縁部とがタービンホイールの軸方向からみて重なるように接触する又は接触する程度に近接されるとともに、開時において翼後縁部と隣接の翼の負圧面との間で形成されるスロート面積を翼開度に応じて変化可能に構成されることを特徴とする請求項１記載の可変流量ラジアルタービン。
【請求項７】
前記主流路が前記タービンホイール室の最外周入口に対向するように設けられる流路であり、前記副流路が前記タービンホイールの外周を覆うシュラウド部に形成される流路であり、該幅流路に前記第２ノズルが設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の可変流量ラジアルタービン。
【請求項８】
前記主流路が前記タービンホイール室の最外周入口に対向するように設けられガス流路であり、前記幅流路が斜流型のタービンのハブ側に形成された流路であり、該幅流路に前記第２ノズルが設けられることを特徴とする請求項１〜６記載のいずれか１項記載の可変流量ラジアルタービン。
【請求項９】
前記タービンホイールのタービン翼が上流側翼と下流側翼とに分割されるとともに、前記上流側翼の後縁部と前記下流側翼の前縁部が周方向にずれ、かつ子午面形状において重なり合う構造からなり、該重なり合う領域に前記第２ノズルの出口が設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の可変容量ラジアルタービン。
【請求項１】
タービンケーシングに設けられたスクロール室からタービンホイールを回転可能に収容するタービンホイール室に至るガス流路が主流路と副流路とで構成され、
前記主流路に第１ノズルが設けられ、前記副流路に第２ノズルが設けられるとともに、該第２ノズルにより前記副流路を開閉することで副流路の流量を調整する流量調整機構を備え、
前記第２ノズルは、翼断面形状を有して周方向に等間隔で並ぶように配置され、全閉時において翼前縁部と隣接の第２ノズルの翼後縁部とが接触する又は接触する程度に近接し、全閉時において前記第２ノズルの翼負圧面は前記タービンケーシングの前記シュラウド部の内壁面の一部若しくはその他タービンホイール室の内壁面の一部を構成するように配置されることを特徴とする可変流量ラジアルタービン。
【請求項２】
前記第２ノズルは前記流量調整機構を構成する回動支持部に固定され、この回動支持部は、前記タービンケーシング内面と近接するようにタービンケーシング内に回動自在に配置されるとともに、前記第２ノズルの翼先端は、対向する前記タービンケーシングの壁面に接する程度に近接していることを特徴とする請求項１記載の可変流量ラジアルタービン。
【請求項３】
前記回動支持部または第２ノズル近傍のタービンケーシング内面には、第２ノズルの出口流れに対してタービンホイールの軸方向流れ成分を与える軸方向流生成部が形成されていることを特徴とする請求項２記載の可変容量ラジアルタービン。
【請求項４】
前記回動支持部のノズル前縁側は円弧形状で形成され、隣接する回動支持部材のノズル後縁側は前記前縁側の円弧形状に沿う円弧形状で形成され、全閉時に隣接する回動支持部間に一定の極小隙間が形成されることを特徴とする請求項２記載の可変容量ラジアルタービン。
【請求項５】
前記回動支持部は回動軸に固定され、該回動軸の中心と前記タービンホイールの回転軸の中心とを結ぶ線分より前記第２ノズルの翼後縁部は全閉状態で周方向の下流側に所定値長さ以下張り出したオフセット部を形成していることを特徴とする請求項２記載の可変容量ラジアルタービン。
【請求項６】
全閉時において翼前縁部と隣接の第２ノズルの翼後縁部とがタービンホイールの軸方向からみて重なるように接触する又は接触する程度に近接されるとともに、開時において翼後縁部と隣接の翼の負圧面との間で形成されるスロート面積を翼開度に応じて変化可能に構成されることを特徴とする請求項１記載の可変流量ラジアルタービン。
【請求項７】
前記主流路が前記タービンホイール室の最外周入口に対向するように設けられる流路であり、前記副流路が前記タービンホイールの外周を覆うシュラウド部に形成される流路であり、該幅流路に前記第２ノズルが設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の可変流量ラジアルタービン。
【請求項８】
前記主流路が前記タービンホイール室の最外周入口に対向するように設けられガス流路であり、前記幅流路が斜流型のタービンのハブ側に形成された流路であり、該幅流路に前記第２ノズルが設けられることを特徴とする請求項１〜６記載のいずれか１項記載の可変流量ラジアルタービン。
【請求項９】
前記タービンホイールのタービン翼が上流側翼と下流側翼とに分割されるとともに、前記上流側翼の後縁部と前記下流側翼の前縁部が周方向にずれ、かつ子午面形状において重なり合う構造からなり、該重なり合う領域に前記第２ノズルの出口が設けられることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項記載の可変容量ラジアルタービン。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１３−１１２６０（Ｐ２０１３−１１２６０Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４６０６３（Ｐ２０１１−１４６０６３）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【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２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【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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