(57)【要約】ターボチャージャは、タービンホイールと、互いに対向して、前記タービンホイールに流入する排ガスの流路を形成するハブ側壁面及びシュラウド側壁面と、前記シュラウド側壁面に対向するシュラウド側端面および前記ハブ側壁面に対向するハブ側端面を有し、前記流路内において回動可能に設けられたノズルベーンと、を備え、前記ノズルベーンの圧力面は、少なくともシュラウド側において、ベーン高さ方向における前記シュラウド側端面からの距離の増加にともない前記排ガスの下流側に向かって傾いている。
2018116395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンホイールと、
互いに対向して、前記タービンホイールに流入する排ガスの流路を形成するハブ側壁面及びシュラウド側壁面と、
前記シュラウド側壁面に対向するシュラウド側端面および前記ハブ側壁面に対向するハブ側端面を有し、前記流路内において回動可能に設けられたノズルベーンと、を備え、
前記ノズルベーンの圧力面は、少なくともシュラウド側において、ベーン高さ方向における前記シュラウド側端面からの距離の増加にともない前記排ガスの下流側に向かって傾いている
ことを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２】
前記ノズルベーンのキャンバラインの法線方向に沿って前記ノズルベーンの前記圧力面から負圧面に向かってｘ軸をとり、前記ベーン高さ方向に沿って前記ハブ側端面から前記シュラウド側端面に向かってｙ軸をとったとき、前記ノズルベーンの後縁側の前記負圧面の座標（ｘｓ，ｙｓ）と、前記ノズルベーンの前縁側の前記圧力面の座標（ｘｐ，ｙｐ）は、前記シュラウド側端面を含む前記ベーン高さ方向の位置範囲において下記式を満たす
ことを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ。
【数１】
2018116395.tif 000005
【請求項３】
前記ノズルベーンは、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の一方である第１端面と、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の他方である第２端面と、
を有し、
前記ノズルベーンは、前記第２端面に対向する前記ハブ側壁面又は前記シュラウド側壁面の何れか一方に回動可能に支持され、
前記ノズルベーンの後縁側の負圧面は、前記ノズルベーンのキャンバラインの法線方向と前記ベーン高さ方向とを含む断面において、前記第１端面の位置から前記第１端面と前記第２端面との中間位置にかけて凹形状を有する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のターボチャージャ。
【請求項４】
前記ノズルベーンは、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の一方である第１端面と、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の他方である第２端面と、
を有し、
前記ノズルベーンは、前記第２端面に対向する前記ハブ側壁面又は前記シュラウド側壁面の何れか一方に回動可能に支持され、
前記ノズルベーンの前縁側の前記圧力面は、前記ノズルベーンのキャンバラインの法線方向と前記ベーン高さ方向とを含む断面において、前記第１端面の位置から前記第１端面と前記第２端面との中間位置にかけて凹形状を有する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のターボチャージャ。
【請求項５】
前記ノズルベーンは、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の一方である第１端面と、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の他方である第２端面と、
を有し、
前記ノズルベーンは、前記第２端面に対向する前記ハブ側壁面又は前記シュラウド側壁面の何れか一方に回動可能に支持され、
隣り合う前記ノズルベーン間に形成されるスロートは、前記第１端面の位置において、前記第１端面と前記第２端面との中間位置におけるスロート幅よりも狭いスロート幅を有する
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のターボチャージャ。
【請求項６】
前記スロート幅は、前記中間位置に向かうにつれて、前記第１端面の前記位置からの距離とともに単調増加することを特徴とする請求項５に記載のターボチャージャ。
【請求項７】
ターボチャージャのノズルベーンであって、
シュラウド側端面及びハブ側端面を含むベーン本体と、
前記ベーン本体を回動させるための回動軸と、を備え、
前記ベーン本体の圧力面は、少なくとも前記シュラウド側端面を含むベーン高さ方向の位置範囲において、前記ベーン高さ方向における前記シュラウド側端面からの距離の増加にともない前記ベーン本体の圧力面側に向かって傾いている
ことを特徴とするターボチャージャのノズルベーン。
【請求項８】
前記ベーン本体のキャンバラインの法線方向に沿って前記ベーン本体の前記圧力面から負圧面に向かってｘ軸をとり、前記ベーン高さ方向に沿って前記ハブ側端面から前記シュラウド側端面に向かってｙ軸をとったとき、前記ベーン本体の後縁側の前記負圧面の座標（ｘｓ，ｙｓ）と、前記ベーン本体の前縁側の前記圧力面の座標（ｘｐ，ｙｐ）は、前記シュラウド側端面を含む前記ベーン高さ方向の位置範囲において下記式を満たす
ことを特徴とする請求項７に記載のターボチャージャのノズルベーン。
【数２】
2018116395.tif 000006
【請求項９】
前記ベーン本体は、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の一方である第１端面と、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の他方である第２端面と、
を有し、
前記回動軸は、前記第２端面に設けられており、
前記ベーン本体の後縁側の負圧面は、前記ベーン本体のキャンバラインの法線方向と前記ベーン高さ方向とを含む断面において、前記第１端面の位置から前記第１端面と前記第２端面との中間位置にかけて凹形状を有する
ことを特徴とする請求項７又は８に記載のターボチャージャのノズルベーン。
【請求項１０】
前記ベーン本体は、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の一方である第１端面と、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の他方である第２端面と、
を有し、
前記回動軸は、前記第２端面に設けられており、
前記ベーン本体の前縁側の前記圧力面は、前記ベーン本体のキャンバラインの法線方向と前記ベーン高さ方向とを含む断面において、前記第１端面の位置から前記第１端面と前記第２端面との中間位置にかけて凹形状を有する
ことを特徴とする請求項７乃至９の何れか一項に記載のターボチャージャのノズルベーン。
【請求項１１】
請求項７乃至１０の何れか一項に記載のノズルベーンと、
前記ノズルベーンの下流側に位置するタービンホイールと、
を備えることを特徴とするタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ターボチャージャ及びターボチャージャのノズルベーン並びにタービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービン動翼に流入する排ガス流れを調整するノズルベーンを備えたターボチャージャが用いられている。
例えば、特許文献１には、作動ガスが通るスクロールの内側に周方向に配列された複数のノズルベーンを備えたラジアルタービンを採用したターボチャージャが開示されている。このターボチャージャに用いられているノズルベーンは、前縁部及び後縁部において、ノズルベーン幅方向の両端部を、中央部に比べて圧力面側に膨出させた形状を有している。このようなノズルベーンの形状によって、前縁側においては作動ガスの衝突損失を低減し、後縁側においてはノズルから流出する作動ガスの流れを均一化してノズルベーン及び動翼における２次流れ損失を低減するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３７０１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、開度可変のノズルベーンを採用したターボチャージャでは、タービンに流入する排ガス流量が少ない運転条件におけるタービン性能を向上させるために、ノズルベーンの開度が小さいときのノズルスロートからタービン動翼入口までの領域における排ガス流れ特性を改善させることが考えられる。
しかしながら、ノズルベーンの開度が小さい運転条件では、ノズルスロートの幅が狭く、また、ノズルスロートを通過してタービン動翼に向かう排ガスは強い旋回成分を伴って流れるため、上述の領域における排ガス流れを制御することは難しく、ノズルベーンの開度が小さい運転条件においてタービン効率を向上させることが難しい。【０００５】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、ノズルベーンの開度が小さいときのタービン効率を向上可能なターボチャージャ及びターボチャージャのノズルベーン並びに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】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るターボチャージャは、
タービンと、
互いに対向して、前記タービンに流入する排ガスの流路を形成するハブ側壁面及びシュラウド側壁面と、
前記シュラウド側壁面に対向するシュラウド側端面および前記ハブ側壁面に対向するハブ側端面を有し、前記流路内において回動可能に設けられたノズルベーンと、を備え、
前記ノズルベーンの圧力面は、少なくともシュラウド側において、ベーン高さ方向における前記シュラウド側端面からの距離の増加にともない前記排ガスの下流側に向かって傾いている。【０００７】
本発明者の知見によれば、排ガス流量が少なく、ノズルベーンの開度が小さい運転条件では、ノズルベーン間を通過してタービン翼に向かう排ガス流れに遠心力が作用して流れがシュラウド側に偏る傾向となる。この場合、タービンにおける排ガス流れの流速は、ハブ側において比較的小さく、シュラウド側において比較的大きい流速分布となる。このような流速分布を有する流れにおいては、タービン翼を通過後、遠心力が作用しなくなると、一様な流速となるように流れの混合が生じ、このときに混合損失が生じる。また、上述のように排ガスがシュラウド側に偏る傾向となるため、タービン翼のうちシュラウド側においては排ガス流れによって仕事がなされるが、ハブ側ではあまり仕事がなされず、タービンの効率低下の原因となる。
この点、上記（１）の構成では、ノズルベーンの圧力面は、少なくともシュラウド側において、シュラウド側端面からの距離の増加にともない排ガスの下流側に向かって傾いている（すなわち、シュラウド側端面が上流側に位置するように、ノズルベーンの圧力面が傾いている）。このため、排ガス流量が少ない運転条件であっても、タービンに流入する排ガス流れのシュラウド側への偏りが抑制される。このため、タービンに流入する排ガスの流速分布が一様に近づき、タービン翼を通過後に生じ得る混合損失を低減することができるとともに、タービン翼のハブ側からシュラウド側にかけて仕事の偏りを抑制することができる。よって、上記（１）の構成によれば、ノズルベーンの開度が小さい運転条件において、タービン効率を向上させることができる。【０００８】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記ノズルベーンのキャンバラインの法線方向に沿って前記ノズルベーンの前記圧力面から負圧面に向かってｘ軸をとり、前記ベーン高さ方向に沿って前記ハブ側端面から前記シュラウド側端面に向かってｙ軸をとったとき、前記ノズルベーンの後縁側の前記負圧面の座標（ｘｓ，ｙｓ）と、前記ノズルベーンの前縁側の前記圧力面の座標（ｘｐ，ｙｐ）は、前記シュラウド側端面を含む前記ベーン高さ方向の位置範囲において下記式を満たす。
【数１】
2018116395.tif 000003
【０００９】
ノズルベーンの開度が小さい運転条件では、排ガス流路を形成する壁面とノズルベーンとの間に形成されるクリアランスを通る排ガス流れ（クリアランス流れ）と、ノズルベーン間のスロートのうちクリアランス近傍を通過する排ガス流れ（スロート流れ）との相互作用によって渦が生じ、これによりタービン効率が低下することがある。
この点、上記（２）の構成によれば、シュラウド側端面を含むベーン高さ方向（ｙ軸方向）の位置範囲において、ノズルベーンの後縁側の負圧面の傾き（ｄｙｓ／ｄｘｓ）は、ノズルベーンの前縁側の圧力面の傾き（ｄｙｐ／ｄｘｐ）よりも小さい。よって、ノズルベーン間に形成されるスロートは、ノズルベーンのシュラウド側端面の位置において、シュラウド側端面よりもハブ側の位置に比べてスロート幅が狭くなる。
すなわち、スロートは、ノズルベーンのシュラウド側端面の位置において比較的狭いスロート幅を有するので、スロートのシュラウド側を通る排ガス流れを低減することができる。このため、ノズルベーンとシュラウド側壁面との間にクリアランスが形成される場合、スロートのシュラウド側を通過するスロート流れとクリアランス流れとの相互作用により生じる渦を抑制することができる。また、スロートは、シュラウド側端面よりもハブ側の位置において比較的広いスロート幅を有するので、ノズルベーンの開度が小さいときであってもスロート面積を確保することができ、ノズルベーン間を通過する排ガス流量を十分に確保することができる。
よって、上記（２）の構成によれば、ノズルベーンの開度が小さいときであっても、スロートを通る排ガス流量を確保しながら、排ガスのスロート流れとクリアランス流れとの相互作用に起因して生じる渦を低減することができ、ノズルベーンの小開度時におけるタービン効率を向上させることができる。【００１０】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記ノズルベーンは、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の一方である第１端面と、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の他方である第２端面と、
を有し、
前記ノズルベーンは、前記第２端面に対向する前記ハブ側壁面又は前記シュラウド側壁面の何れか一方に回動可能に支持され、
前記ノズルベーンの後縁側の負圧面は、前記ノズルベーンのキャンバラインの法線方向と前記ベーン高さ方向とを含む断面において、前記第１端面の位置から前記第１端面と前記第２端面との中間位置にかけて凹形状を有する。【００１１】
ノズルベーンが第２端面側においてハブ側壁面又はシュラウド側壁面の何れか一方に回動可能に支持される場合、通常、ハブ側壁面又はシュラウド側壁面の他方とノズルベーンの第１端面との間にクリアランスが形成される。
上記（３）の構成では、ノズルベーンの後縁側の負圧面は、第１端面の位置から中間位置にかけて凹形状を有する。このため、ノズルベーン間に形成されるスロートは、クリアランスに面するノズルベーンの第１端面の位置におけるスロート幅が、ノズルベーンの両側の端面（第１端面及び第２端面）の中間位置におけるスロート幅よりも狭くなりやすい。
すなわち、スロートは、ノズルベーンの第１端面側において比較的狭いスロート幅を有するので、スロートの第１端面側を通る排ガス流れを低減することができる。このため、スロート流れとクリアランス流れとの相互作用により生じる渦を抑制できる。また、スロートは、中間位置付近において比較的広いスロート幅を有するので、ノズルベーンの開度が小さいときであってもスロート面積を確保することができ、ノズルベーン間を通過する排ガス流量を十分に確保しやすくなる。
よって、上記（３）の構成によれば、ノズルベーンの開度が小さいときであっても、スロートを通る排ガス流量を確保しながら、排ガスのスロート流れとクリアランス流れとの相互作用に起因して生じる渦を低減することができ、ノズルベーンの小開度時におけるタービン効率を向上させることができる。【００１２】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の構成において、
前記ノズルベーンは、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の一方である第１端面と、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の他方である第２端面と、
を有し、
前記ノズルベーンは、前記第２端面に対向する前記ハブ側壁面又は前記シュラウド側壁面の何れか一方に回動可能に支持され、
前記ノズルベーンの前縁側の前記圧力面は、前記ノズルベーンのキャンバラインの法線方向と前記ベーン高さ方向とを含む断面において、前記第１端面の位置から前記第１端面と前記第２端面との中間位置にかけて凹形状を有する。【００１３】
上記（４）の構成によれば、ノズルベーンの前縁側の圧力面が第１端面の位置から中間位置にかけて凹形状を有するので、上記（１）で述べたように圧力面が傾いている場合であっても、隣り合うノズルベーンの間に形成されるスロートは、中間位置に比べて第１端面の位置において相対的に狭くなりやすい。このため、スロートの第１端面側を通る排ガス流れ（スロート流れ）を低減することができ、クリアランス流れと上述のスロート流れとの相互作用により生じる渦を効果的に抑制することができる。また、上記（４）の構成によれば、ノズルベーンの前縁側の圧力面は、第１端面の位置から中間位置にかけて凹形状を有するので、スロート幅は、第１端面よりも中間位置側の位置において比較的広くなりやすい。よって、ノズルベーンの開度が小さいときであってもスロート面積を確保することができ、スロートにおける適切な排ガス流量を確保することができる。
よって、上記（４）の構成によれば、ノズルベーンの開度が小さいときであっても、スロートを通る排ガス流量を確保しながら、排ガスのスロート流れとクリアランス流れとの相互作用に起因して生じる渦を低減することができ、ノズルベーンの小開度時におけるタービン効率を向上させることができる。【００１４】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の構成において、
前記ノズルベーンは、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の一方である第１端面と、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の他方である第２端面と、
を有し、
前記ノズルベーンは、前記第２端面に対向する前記ハブ側壁面又は前記シュラウド側壁面の何れか一方に回動可能に支持され、
隣り合う前記ノズルベーン間に形成されるスロートは、前記第１端面の位置において、前記第１端面と前記第２端面との中間位置におけるスロート幅よりも狭いスロート幅を有する。【００１５】
上記（５）の構成では、ノズルベーン間に形成されるスロートは、クリアランスに面するノズルベーンの第１端面の位置において、中間位置におけるスロート幅よりも狭いスロート幅を有する。
すなわち、スロートは、ノズルベーンの第１端面側において比較的狭いスロート幅を有するので、スロートの第１端面側を通る排ガス流れを低減することができる。このため、スロート流れとクリアランス流れとの相互作用により生じる渦を抑制することができる。また、スロートは、中間位置付近において比較的広いスロート幅を有するので、ノズルベーンの開度が小さいときであってもスロート面積を確保することができ、ノズルベーン間を通過する排ガス流量を十分に確保することができる。
よって、上記（５）の構成によれば、ノズルベーンの開度が小さいときであっても、スロートを通る排ガス流量を確保しながら、排ガスのスロート流れとクリアランス流れとの相互作用に起因して生じる渦を低減することができ、ノズルベーンの小開度時におけるタービン効率を向上させることができる。【００１６】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）の構成において、
前記スロート幅は、前記中間位置に向かうにつれて、前記第１端面の前記位置からの距離とともに単調増加する。【００１７】
上記（６）の構成によれば、第１端面の位置から中間位置の間では、スロート幅は、第１端面の位置において最も狭く、第１端面から中間位置に向かうにつれて徐々に広くなるので、スロート面積を確保しながら、第１端面側においてスロートを通過する排ガス流れを効果的に低減することができる。よって、スロートを通る排ガス流量を確保しながら、排ガスのスロート流れとクリアランス流れとの相互作用に起因して生じる渦を効果的に低減させることができる。【００１８】
（７）本発明の少なくとも一実施形態に係るターボチャージャのノズルベーンは、
シュラウド側端面及びハブ側端面を含むベーン本体と、
前記ベーン本体を回動させるための回動軸と、を備え、
前記ベーン本体の圧力面は、少なくとも前記シュラウド側端面を含むベーン高さ方向の位置範囲において、前記ベーン高さ方向における前記シュラウド側端面からの距離の増加にともない前記ベーン本体の圧力面側に向かって傾いている。【００１９】
上記（７）の複数のノズルベーンをターボチャージャに設置したときに、ベーン本体の圧力面は、少なくともシュラウド側において、シュラウド側端面からの距離の増加にともない排ガスの下流側に向かって傾いている（すなわち、シュラウド側端面が上流側に位置するように、ベーン本体の圧力面が傾いている）。このため、排ガス流量が少ない運転条件であっても、タービンに流入する排ガス流れのシュラウド側への偏りが抑制される。このため、タービンに流入する排ガスの流速分布が一様に近づき、タービン翼を通過後に生じ得る混合損失を低減することができるとともに、タービン翼のハブ側からシュラウド側にかけて仕事の偏りを抑制することができる。よって、上記（７）の構成によれば、ノズルベーンの開度が小さい運転条件において、タービン効率を向上させることができる。【００２０】
（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、
前記ベーン本体のキャンバラインの法線方向に沿って前記ベーン本体の前記圧力面から負圧面に向かってｘ軸をとり、前記ベーン高さ方向に沿って前記ハブ側端面から前記シュラウド側端面に向かってｙ軸をとったとき、前記ベーン本体の後縁側の前記負圧面の座標（ｘｓ，ｙｓ）と、前記ベーン本体の前縁側の前記圧力面の座標（ｘｐ，ｙｐ）は、前記シュラウド側端面を含む前記ベーン高さ方向の位置範囲において下記式を満たす。
【数２】
2018116395.tif 000004
【００２１】
上記（８）の構成にでは、シュラウド側端面を含むベーン高さ方向（ｙ軸方向）の位置範囲において、ベーン本体の後縁側の負圧面の傾き（ｄｙｓ／ｄｘｓ）は、ベーン本体の前縁側の圧力面の傾き（ｄｙｐ／ｄｘｐ）よりも小さい。よって、上記（８）の複数のノズルベーンをターボチャージャに設置したときにノズルベーン間に形成されるスロートは、ノズルベーンのシュラウド側端面の位置において、シュラウド側端面よりもハブ側の位置に比べてスロート幅が狭くなる。
すなわち、スロートは、ノズルベーンのシュラウド側端面の位置において比較的狭いスロート幅を有するので、スロートのシュラウド側を通る排ガス流れを低減することができる。このため、ノズルベーンとシュラウド側壁面との間にクリアランスが形成される場合、スロートのシュラウド側を通過するスロート流れとクリアランス流れとの相互作用により生じる渦を抑制することができる。また、スロートは、シュラウド側端面よりもハブ側の位置において比較的広いスロート幅を有するので、ノズルベーンの開度が小さいときであってもスロート面積を確保することができ、ノズルベーン間を通過する排ガス流量を十分に確保することができる。
よって、上記（８）の構成によれば、ノズルベーンの開度が小さいときであっても、スロートを通る排ガス流量を確保しながら、排ガスのスロート流れとクリアランス流れとの相互作用に起因して生じる渦を低減することができ、ノズルベーンの小開度時におけるタービン効率を向上させることができる。【００２２】
（９）幾つかの実施形態では、上記（７）又は（８）の構成において、
前記ベーン本体は、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の一方である第１端面と、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の他方である第２端面と、
を有し、
前記回動軸は、前記第２端面に設けられており、
前記ベーン本体の後縁側の負圧面は、前記ベーン本体のキャンバラインの法線方向と前記ベーン高さ方向とを含む断面において、前記第１端面の位置から前記第１端面と前記第２端面との中間位置にかけて凹形状を有する。【００２３】
上記（９）の構成では、ベーン本体の後縁側の負圧面は、第１端面の位置から中間位置にかけて凹形状を有する。このため、上記（９）の複数のノズルベーンをターボチャージャに設置したときにノズルベーン間に形成されるスロートは、クリアランスに面するノズルベーンの第１端面の位置におけるスロート幅が、ノズルベーンの両側の端面（第１端面及び第２端面）の中間位置におけるスロート幅よりも狭くなりやすい。
すなわち、スロートは、ノズルベーンの第１端面側において比較的狭いスロート幅を有するので、スロートの第１端面側を通る排ガス流れを低減することができる。このため、スロート流れとクリアランス流れとの相互作用により生じる渦を抑制できる。また、スロートは、中間位置付近において比較的広いスロート幅を有するので、ノズルベーンの開度が小さいときであってもスロート面積を確保することができ、ノズルベーン間を通過する排ガス流量を十分に確保しやすくなる。
よって、上記（９）の構成によれば、ノズルベーンの開度が小さいときであっても、スロートを通る排ガス流量を確保しながら、排ガスのスロート流れとクリアランス流れとの相互作用に起因して生じる渦を低減することができ、ノズルベーンの小開度時におけるタービン効率を向上させることができる。【００２４】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（７）乃至（９）の何れかの構成において、
前記ベーン本体は、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の一方である第１端面と、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の他方である第２端面と、
を有し、
前記回動軸は、前記第２端面に設けられており、
前記ベーン本体の前縁側の前記圧力面は、前記ベーン本体のキャンバラインの法線方向と前記ベーン高さ方向とを含む断面において、前記第１端面の位置から前記第１端面と前記第２端面との中間位置にかけて凹形状を有する。【００２５】
上記（１０）の構成によれば、ベーン本体の前縁側の圧力面が第１端面の位置から中間位置にかけて凹形状を有する。このため、上記（１０）の複数のノズルベーンをターボチャージャに設置したとき、上記（７）で述べたように圧力面が傾いている場合であっても、隣り合うノズルベーンの間に形成されるスロートは、中間位置に比べて第１端面の位置において相対的に狭くなりやすい。このため、スロートの第１端面側を通る排ガス流れ（スロート流れ）を低減することができ、クリアランス流れと上述のスロート流れとの相互作用により生じる渦を効果的に抑制することができる。また、上記（１０）の構成によれば、ベーン本体の前縁側の圧力面は、第１端面の位置から中間位置にかけて凹形状を有するので、スロート幅は、第１端面よりも中間位置側の位置において比較的広くなりやすい。よって、ノズルベーンの開度が小さいときであってもスロート面積を確保することができ、スロートにおける適切な排ガス流量を確保することができる。
よって、上記（１０）の構成によれば、ノズルベーンの開度が小さいときであっても、スロートを通る排ガス流量を確保しながら、排ガスのスロート流れとクリアランス流れとの相互作用に起因して生じる渦を低減することができ、ノズルベーンの小開度時におけるタービン効率を向上させることができる。【００２６】
（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービンは、
上記（７）乃至（１０）の何れかに記載のノズルベーンと、
前記ノズルベーンの下流側に位置するタービンホイールと、
を備える。【００２７】
上記（１１）の構成によれば、ベーン本体の圧力面は、少なくともシュラウド側において、シュラウド側端面からの距離の増加にともない排ガスの下流側に向かって傾いている（すなわち、シュラウド側端面が上流側に位置するように、ベーン本体の圧力面が傾いている）。このため、排ガス流量が少ない運転条件であっても、タービンに流入する排ガス流れのシュラウド側への偏りが抑制される。このため、タービンに流入する排ガスの流速分布が一様に近づき、タービン翼を通過後に生じ得る混合損失を低減することができるとともに、タービン翼のハブ側からシュラウド側にかけて仕事の偏りを抑制することができる。よって、上記（１１）の構成によれば、ノズルベーンの開度が小さい運転条件において、タービン効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、ノズルベーンの開度が小さいときのタービン効率を向上可能なターボチャージャ及びターボチャージャのノズルベーン並びにタービンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】一実施形態に係るターボチャージャの上半部の要部概略断面図である。
【図２】一実施形態に係るターボチャージャの回転軸方向に沿った概略断面図である。
【図３Ａ】一実施形態に係るノズルベーン（ベーン本体）の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａに示すノズルベーンの前縁側における断面図である。
【図３Ｃ】図３Ａに示すノズルベーンの後縁側における断面図である。
【図４】ターボチャージャにおいて隣り合うノズルベーンの構成を示す図である。
【図５】一実施形態に係る隣り合うノズルベーンのスロートの位置における断面図である。
【図６】一実施形態に係る隣り合うノズルベーンのスロートの位置における断面図である。
【図７】一実施形態に係る隣り合うノズルベーンのスロートの位置における断面図である。
【図８】一実施形態に係る隣り合うノズルベーンのスロートの位置における断面図である。
【図９Ａ】図３Ａに示すノズルベーンの前縁側における断面をｘｙ座標上に示した図である。
【図９Ｂ】図３Ａに示すノズルベーンの後縁側における断面をｘｙ座標上に示した図である。
【図１０】典型的な隣り合うノズルベーンのスロートの位置における断面図である。
【図１１】典型的なターボチャージャの回転軸方向に沿った概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３１】
まず、幾つかの実施形態に係るターボチャージャの全体構成について説明する。
図１は、一実施形態に係るターボチャージャの上半部の要部概略断面図であり、図２は、一実施形態に係るターボチャージャの回転軸Ｏの方向に沿った概略断面図である。
【００３２】
図１及び図２に示すように、ターボチャージャ１は、不図示のエンジンからの排ガスにより回転駆動されるように構成されたタービンホイール６を含むタービン２６と、回転シャフト３を介してタービン２６と接続されたコンプレッサ（不図示）と、を備える。コンプレッサは、タービンホイール６の回転により同軸駆動されて、エンジンへの吸気を圧縮するように構成されている。
【００３３】
なお、図１及び図２に示すタービン２６は、作動流体である排ガスが半径方向に流入する半径流入式軸流タービンであるが、タービン２６の作動方式はこれに限定されない。例えば、幾つかの実施形態では、タービン２６は、作動流体が半径方向及び軸方向の速度成分を有する斜流タービンであってもよい。
【００３４】
タービンホイール６は、回転シャフト３に連結されるハブ４と、ハブ４の外周面に周方向に複数設けられる動翼５とを含む。タービンホイール６はタービンハウジング２に収容されており、タービンホイール６の外周側には、エンジンからの排ガスが導入されるスクロール状流路２８がタービンハウジング２によって形成されている。また、図２に示すように、スクロール状流路２８の内周側には、スクロール状流路２８からタービンホイール６に流入する排ガスの流路７が、タービンハウジング２の壁面のうち互いに対向するハブ側壁面２２、及び、シュラウド側壁面２４によって形成されている。なお、ハブ側壁面２２は、動翼５の内周側（ハブ４に近い側）に位置する壁面であり、シュラウド側壁面２４は、動翼５の外周側（ハブ４から遠い側）に位置する壁面である。
【００３５】
図１及び図２に示す例示的な実施形態において、流路７には、複数のノズルベーン（ベーン本体）１０が回動軸９を介してハブ側壁面２２に回動可能に設けられている。回動軸９が回動することによりノズルベーンの翼角が変化し、これによりノズルベーン１０の開度を調節することができるようになっている。
【００３６】
ノズルベーン１０の回動軸９が設けられるハブ側壁面２２に対向するシュラウド側壁面２４と、ノズルベーン１０との間には、クリアランスＣ（図２参照）が形成される。クリアランスＣは、ノズルベーン１０が壁面に対して円滑に摺動できるような大きさを有するように設けられる。
【００３７】
なお、他の実施形態では、複数のノズルベーン１０は、シュラウド側壁面２４に設けられており、シュラウド側壁面２４に対向するハブ側壁面２２と、ノズルベーン１０との間にクリアランスＣが形成されていてもよい。
あるいは、他の実施形態では、複数のノズルベーン１０は、各ノズルベーン１０のハブ側とシュラウド側の両端面に設けられた回動軸を介して、ハブ側壁面２２とシュラウド側壁面２４の両方に回動可能に支持されていてもよい。この場合、ハブ側壁面２２とノズルベーン１０との間、及び、シュラウド側壁面２４とノズルベーン１０との間の一方又は両方にクリアランスが形成されていてもよい。
【００３８】
上述の構成を有するターボチャージャ１では、スクロール状流路２８を流れた排ガスＧは、ハブ側壁面２２とシュラウド側壁面２４との間に形成される流路７に流れ込み、ノズルベーン１０によって流れ方向が制御されて、タービンホイール６へと流れ込みタービンホイール６を回転駆動する。そして、タービンホイール６で仕事を終えた排ガスは、出口８から外部に排出される。
【００３９】
上述したターボチャージャ１において、複数のノズルベーン１０のうち隣り合うノズルベーン１０の間には、ノズルベーン１０の間の距離が最も短くなる位置にスロート１８（図１参照）が形成される。
以下、幾つかの実施形態に係るノズルベーン１０、及び、ターボチャージャ１において隣り合うノズルベーン１０の間に形成されるスロート１８について、より詳細に説明する。
【００４０】
図３Ａは、一実施形態に係るノズルベーン（ベーン本体）１０の斜視図であり、図３Ｂは、図３Ａに示すノズルベーン１０の前縁側における断面図（図３ＡのＩＩＩ’−ＩＩＩ’に沿った断面図）であり、図３Ｃは図３Ａに示すノズルベーン１０の後縁側における断面図（図３ＡのＩＩＩ’’−ＩＩＩ’’に沿った断面図）である。また、図４は、ターボチャージャ１において隣り合うノズルベーン１０の構成を示す図である。
なお、図３Ｂ及び図３Ｃは、それぞれ、ノズルベーン１０のキャンバラインＬｃ（図３Ａ参照）の法線方向とベーン高さ方向（シュラウド側端面１１とハブ側端面１２とを結ぶ方向）とを含む面に沿った断面図である。
【００４１】
図３Ａ〜図３Ｃに示すように、ノズルベーン（ベーン本体）１０は、該ノズルベーン１０がターボチャージャ１に設置されたときに、シュラウド側壁面２４に面するシュラウド側端面１１と、ハブ側壁面２２に面するハブ側端面１２と、シュラウド側端面１１とハブ側端面１２との間に延在する翼型部と、を含む。また、ノズルベーン１０は、シュラウド側端面１１からハブ側端面１２にかけて、前縁１３と後縁１４とを有する。また、ノズルベーン１０は、前縁１３から後縁１４にかけて延在する圧力面１５と、前縁１３から後縁１４にかけて延在し、圧力面１５に対向する負圧面１６とを有する。
【００４２】
幾つかの実施形態では、ノズルベーン（ベーン本体）１０の圧力面１５は、少なくともシュラウド側端面１１を含むベーン高さ方向の位置範囲において、ベーン高さ方向におけるシュラウド側端面１１からの距離の増加にともないノズルベーン１０の圧力面１５側に向かって（すなわち、ノズルベーン１０の負圧面１６から圧力面１５に向かう方向に）傾いている。
このノズルベーン１０を、図２に示すようにターボチャージャ１の流路７に設置した場合、ノズルベーン１０の圧力面１５は、少なくとも、シュラウド側壁面２４が設けられるシュラウド側において、ベーン高さ方向におけるシュラウド側端面１１からの距離の増加にともない、流路７における排ガスの下流側に向かって傾いている。すなわち、ノズルベーン１０の圧力面１５は、シュラウド側において、シュラウド側端面１１の位置において最も上流側に位置し、シュラウド側端面１１からの距離が増加してハブ側に向かうにつれて、より下流側に位置するようになっている。
【００４３】
例えば、図３Ａ〜図３Ｃに示すように、ノズルベーン（ベーン本体）１０の圧力面１５は、シュラウド側端面１１の位置Ｐｓから、位置Ｐｓとハブ側端面１２の位置Ｐｈとの間の位置Ｐｔまでのベーン高さ方向の位置範囲において、ベーン高さ方向におけるシュラウド側端面１１からの距離ｄの増加にともない、ノズルベーン１０の圧力面１５に向かって（負圧面１６から圧力面１５に向かう方向に）傾いている。
また、図３Ａ〜図３Ｃに示すノズルベーン１０を、図２に示すようにターボチャージャ１の流路７に設置した場合、ノズルベーン１０の圧力面１５は、シュラウド側壁面２４が設けられるシュラウド側において、シュラウド側端面１１の位置Ｐｓから、該位置Ｐｓよりもハブ側に位置する上述の位置Ｐｈにかけて、ベーン高さ方向におけるシュラウド側端面１１からの距離ｄの増加にともない、流路７における排ガスの下流側に向かって傾いている。すなわち、ノズルベーン１０の圧力面１５は、シュラウド側端面１１の位置Ｐｓにおいて最も上流側に位置し、シュラウド側端面１１からの距離ｄが増加してハブ側に向かうにつれて、より下流側に位置するようになっており、シュラウド側端面１１とハブ側端面１２の間の位置Ｐｔにおいて最も下流側に位置する。
【００４４】
ここで、図１１は、典型的なターボチャージャ１’の回転軸方向に沿った概略断面図である。図１１に示すターボチャージャ１’が備えるノズルベーン１０’の圧力面は、ベーン高さ方向においてほとんど傾いておらず、平坦な形状となっている。
典型的なターボチャージャ１’において、排ガス流量が少なく、ノズルベーン１０’の開度が小さい運転条件では、図１１に示すように、ノズルベーン１０’の間を通過してタービン翼（動翼５）に向かう排ガス流れに遠心力が作用して流れがシュラウド側に偏る傾向となる（図１１の部分Ｓを参照）。この場合、タービンホイール６における排ガス流れの流速は、ハブ側（動翼５の内周側）において比較的小さく、シュラウド側（動翼５の外周側）において比較的大きい流速分布となる。このような流速分布を有する流れにおいては、動翼５を通過後、遠心力が作用しなくなると、一様な流速となるように流れの混合が生じ、このときに混合損失が生じる。また、上述のように排ガスがシュラウド側に偏る傾向となるため、動翼５のうちシュラウド側においては排ガス流れによって仕事がなされるが、ハブ側ではあまり仕事がなされず、タービンの効率低下の原因となる。
【００４５】
この点、上述の実施形態に係るノズルベーン１０をターボチャージャ１に設置したときに、ノズルベーン１０の圧力面１５は、少なくともシュラウド側において、シュラウド側端面１１からの距離の増加にともない排ガスの下流側に向かって傾いている（すなわち、シュラウド側端面１１が上流側に位置するように、ノズルベーン１０の圧力面１５が傾いている）。このため、排ガス流量が少ない運転条件であっても、タービンホイール６に流入する排ガス流れのシュラウド側への偏りが抑制される。このため、タービンホイール６に流入する排ガスの流速分布が一様に近づき、動翼５を通過後に生じ得る混合損失を低減することができるとともに、動翼５のハブ側からシュラウド側にかけて仕事の偏りを抑制することができる。よって、上述の実施形態に係るノズルベーン１０によれば、ノズルベーン１０の開度が小さい運転条件において、タービン効率を向上させることができる。
【００４６】
以下の説明において、ノズルベーン１０の両端面のうち、図２に示すように、ノズルベーン１０が回動可能に支持されるハブ側壁面２２に対向するハブ側端面１２が第２壁面であり、クリアランスＣに面する他方のシュラウド側端面１１が第１端面である。
他の実施形態では、ノズルベーン（ベーン本体）１０がシュラウド側壁面２４に回動可能に設けられ、ハブ側壁面２２とノズルベーン１０との間にクリアランスＣが形成されていてもよい。この場合、クリアランスＣに面するハブ側端面１２が第１端面であり、回動軸９が設けられるシュラウド側端面１１が第２端面である。また、この場合、以下の説明において、ハブ側についての説明とシュラウド側についての説明を入れ替えることにより、同様の説明を適用することができる。
【００４７】
図３Ｂに示すように、図３Ａに示すノズルベーン１０では、ベーン高さ方向においてシュラウド側端面１１からハブ側端面１２にかけて、前縁１３側の圧力面１５は凹形状を有する。また、図３Ｃに示すように、図３Ａに示すノズルベーン１０では、ベーン高さ方向においてシュラウド側端面１１からハブ側端面１２にかけて、後縁１４側の負圧面１６は凹形状を有する。
【００４８】
図３Ａ〜図３に示す上述のノズルベーン１０をターボチャージャ１に複数設置した場合、図４に示すように、該複数のノズルベーン１０のうち隣り合うノズルベーン１０Ａ，１０Ｂの間にはスロート１８が形成される。スロート１８は、ノズルベーン１０Ａの後縁１４Ａ側の負圧面１６と、ノズルベーン１０Ｂの前縁１３Ｂ側の圧力面１５Ｂとの間に形成される。また、スロート１８は、隣り合うノズルベーン１０Ａとノズルベーン１０Ｂとの間の距離Ｗが最小となる位置に形成される。
なお、図４に示すノズルベーン１０Ａ，１０Ｂは、それぞれ、上述したノズルベーン（ベーン本体）１０の構成を有し、それぞれ、シュラウド側端面１１Ａ，ｌ１Ｂと、ハブ側端面１２Ａ，１２Ｂと、前縁１３Ａ，１３Ｂと、後縁１４Ａ，１４Ｂと、圧力面１５Ａ，１５Ｂと、負圧面１６Ａ，１６Ｂと、を有する。
【００４９】
図５は、図３Ａ〜図３Ｃに示す形状を有する隣り合うノズルベーン１０Ａ，１０Ｂのスロート１８の位置における断面図（図４のＣ−Ｃに沿った断面図に相当する図）である。
また、図６〜図８は、それぞれ、他の一実施形態に係る隣り合うノズルベーン１０Ａ，１０Ｂのスロート１８の位置における断面図（図４のＣ−Ｃに沿った断面図に相当する図）である。なお、図６〜図８に示すノズルベーン１０Ａ及びノズルベーン１０Ｂは、全体として同じ形状を有していてもよい。
なお、図５〜図８は、それぞれ、ノズルベーン１０のキャンバラインＬｃ（図３Ａ参照）の法線方向とベーン高さ方向（シュラウド側端面１１とハブ側端面１２とを結ぶ方向）とを含む面に沿った断面図である。
【００５０】
以下の説明では、隣り合うノズルベーン１０Ａとノズルベーン１０Ｂとは同一の形状を有することを前提とし、ノズルベーン１０Ａ及び１０Ｂをまとめてノズルベーン１０と表すことがある。
【００５１】
図６及び図７に示すそれぞれのノズルベーン１０（１０Ａ及び１０Ｂ）では、図５に示すノズルベーン１０（すなわち図３Ａ〜図３Ｃに示すノズルベーン１０）と同様に、ベーン高さ方向においてシュラウド側端面１１からハブ側端面１２にかけて、前縁１３側の圧力面１５は凹形状を有し、後縁１４側の負圧面１６は凹形状を有する。
また、図８に示すノズルベーン１０（１０Ａ及び１０Ｂ）では、ベーン高さ方向においてシュラウド側端面１１からハブ側端面１２にかけて、前縁１３側の圧力面１５及び後縁１４側の負圧面１６は、平坦な形状を有する。
【００５２】
図５〜図８に示すそれぞれのノズルベーン１０では、前縁１３側の圧力面１５は、ベーン高さ方向において、第１端面であるシュラウド側端面１１の位置Ｐ１（図３Ｂ及び図３Ｃに示す位置Ｐｓ）において最も上流側に位置し、シュラウド側端面１１からハブ側に向かうにつれて、より下流側に位置するようになっており、第２端面であるハブ側端面１２の位置Ｐ２（図３Ｂ及び図３Ｃに示す位置Ｐｈ）において最も下流側に位置する。
【００５３】
図５及び図６に示すそれぞれのノズルベーン１０では、後縁１４側の負圧面１６は、ベーン高さ方向において、シュラウド側端面１１とハブ側端面１２との中間位置Ｐｍと、ハブ側端面１２（第２端面）の位置Ｐ２との間の位置において、最も圧力面１５側に突出した形状を有する。なお、図６に示すノズルベーン１０は、ハブ側端面１２（第２端面）の位置Ｐ２におけるスロート幅（前縁１３側の圧力面１５と後縁１４側の負圧面１６との間の距離）が、中間位置Ｐｍにおけるスロート幅の半分以下である。
【００５４】
図７及び図８に示すそれぞれのノズルベーン１０では、後縁１４側の負圧面１６は、第１端面であるシュラウド側端面１１の位置Ｐ１（図３Ｂ及び図３Ｃに示す位置Ｐｓ）において最も上流側に位置し、シュラウド側端面１１からハブ側に向かうにつれて、より下流側に位置するようになっており、第２端面であるハブ側端面１２の位置Ｐ２（図３Ｂ及び図３Ｃに示す位置Ｐｈ）において最も下流側に位置する。
【００５５】
幾つかの実施形態では、図５〜図８に示すように、隣り合うノズルベーン１０Ａ，１０Ｂの間に形成されるスロート１８において、シュラウド側端面１１（クリアランスに面する第１端面）の位置Ｐ１におけるスロート幅Ｗ１は、シュラウド側端面１１（第１端面）の位置Ｐ１とハブ側端面（第２端面）の位置Ｐ２との中間位置Ｐｍにおけるスロート幅Ｗｍよりも狭い（すなわち、Ｗ１＜Ｗｍである。）。
【００５６】
ここで、図１０は、典型的な隣り合うノズルベーンのスロートの位置における断面図（図４のＣ−Ｃに沿った断面図に相当する図）である。図１０に示す典型的なノズルベーン１０Ａ’，１０Ｂ’は、それぞれ、シュラウド側端面１１Ａ’，ｌ１Ｂ’と、ハブ側端面１２Ａ’，１２Ｂ’と、前縁１３Ａ’，１３Ｂ’と、後縁１４Ａ’，１４Ｂ’と、圧力面１５Ａ’，１５Ｂ’と、負圧面１６Ａ’，１６Ｂ’と、を有する。
【００５７】
ノズルベーン１０Ａ’の後縁側の負圧面１６Ａ’と、ノズルベーン１０Ｂ’の前縁側の圧力面１５Ｂ’は、それぞれ、シュラウド側端面１１Ａ’，ｌ１Ｂ’からハブ側端面１２Ａ’，１２Ｂ’にかけて平坦な形状を有している。また、ノズルベーン１０Ａ’の後縁側の負圧面１６Ａ’と、ノズルベーン１０Ｂ’の前縁側の圧力面１５Ｂ’は、それぞれ、シュラウド側において、ベーン高さ方向におけるシュラウド側端面１１Ａ’，１１Ｂ’からの距離の増加にともない、実質的に傾いていない。よって、ノズルベーン１０Ａ’の後縁側の負圧面１６Ａ’と、ノズルベーン１０Ｂ’の前縁側の圧力面１５Ｂ’との間に形成されるスロート１８’において、シュラウド側端面１１’（第１端面）の位置Ｐ１におけるスロート幅Ｗ１は、シュラウド側端面１１’（第１端面）の位置Ｐ１とハブ側端面１２’（第２端面）の位置Ｐ２との中間位置Ｐｍにおけるスロート幅Ｗｍとほぼ等しい。
【００５８】
ターボチャージャにおいて、ノズルベーンの開度が小さくしながらある程度の流量を確保する場合、隣り合うノズルベーン間に形成されるスロートには、ある程度のスロート面積を持たせる必要がある。
ここで、ノズルベーンとして図１０に示すような典型的なノズルベーン１０Ａ’，１０Ｂ’を用いる場合、ノズルベーン１０Ａ’，１０Ｂ’の間に形成されるスロート１８’は、クリアランスに面するシュラウド側端面１１’の位置Ｐ１におけるスロート幅Ｗ１と、中間位置Ｐｍにおけるスロート幅Ｗｍとがほぼ同等である。
よって、ノズルベーンの開度が小さい運転条件においても、スロート幅Ｗ１は比較的大きいため、ノズルベーン１０Ａ’，１０Ｂ’の間のスロート１８’のうちクリアランス近傍を通過する排ガス流れ（スロート流れ）はあまり抑制されない。このため、このスロート流れと、排ガス流路を形成する壁面（シュラウド側壁面又はハブ側壁面）とノズルベーン１０Ａ’又は１０Ｂ’との間に形成されるクリアランスを通る排ガス流れ（クリアランス流れ）との相互作用によって渦が生じやすくなり、これによりタービン効率が低下することがある。
【００５９】
この点、図５〜図８に示す実施形態に係るノズルベーン１０Ａ，１０Ｂの間に形成されるスロート１８は、クリアランスに面するシュラウド側端面１１Ａ，１１Ｂの位置Ｐ１におけるスロート幅Ｗ１は、中間位置Ｐｍにおけるスロート幅Ｗｍよりも狭い。
すなわち、スロート１８は、ノズルベーン１０Ａ，１０Ｂのシュラウド側端面１１Ａ，１１Ｂ（第１端面）側において比較的狭いスロート幅Ｗ１を有するので、スロート１８のシュラウド側端面１１Ａ，１１Ｂ側第１端面側（すなわちクリアランス近傍）を通る排ガス流れ（スロート流れ）を低減することができる。このため、スロート流れとクリアランス流れとの相互作用により生じる渦を抑制することができる。また、スロート１８は、中間位置Ｐｍ付近において比較的広いスロート幅Ｗｍを有するので、ノズルベーン１０Ａ，１０Ｂの開度が小さいときであってもスロート面積を確保することができ、ノズルベーン１０Ａ，１０Ｂ間を通過する排ガス流量を十分に確保することができる。
よって、図５〜図８に示すように、シュラウド側端面１１Ａ，１１Ｂ（第１端面）の位置Ｐ１におけるスロート幅Ｗ１を、中間位置Ｐｍにおけるスロート幅Ｗｍよりも狭くるすことにより、ノズルベーン１０Ａ，１０Ｂの開度が小さいときであっても、スロート１８を通る排ガス流量を確保しながら、排ガスのスロート流れとクリアランス流れとの相互作用に起因して生じる渦を低減することができ、ノズルベーン１０Ａ，１０Ｂの小開度時におけるタービン効率を向上させることができる。
【００６０】
幾つかの実施系チアでは、図５〜図８に示すように、ノズルベーン１０Ａ，１０Ｂの間に形成されるスロート１８のスロート幅は、シュラウド側端面１１（第１端面）の位置Ｐ１から中間位置Ｐｍに向かうにつれて、シュラウド側端面１１の位置Ｐ１からの距離とともに単調増加する。
【００６１】
この場合、シュラウド側端面１１（第１端面）の位置Ｐ１から中間位置Ｐｍの間では、スロート幅は、シュラウド側端面１１の位置Ｐ１において最も狭く、シュラウド側端面１１から中間位置Ｐｍに向かうにつれて徐々に広くなるので、スロート面積を確保しながら、クリアランスに面するシュラウド側端面１１（第１端面）側においてスロート１８を通過する排ガス流れを効果的に低減することができる。よって、スロート１８を通る排ガス流量を確保しながら、排ガスのスロート流れとクリアランス流れとの相互作用に起因して生じる渦を効果的に低減させることができる。
【００６２】
幾つかの実施形態では、図５〜図７に示すように、ノズルベーン１０の後縁１４側の負圧面１６は、ノズルベーン１０のキャンバラインのＬｃの法線方向とベーン高さ方向とを含む断面において、少なくともシュラウド側端面１１（第１端面）の位置Ｐ１から中間位置Ｐｍにかけて凹形状を有する。
なお、図５〜図８は、２枚のノズルベーン１０Ａ，１０Ｂのスロート１８の位置における断面図であるため、厳密には、ノズルベーン１０Ａ，１０ＢのキャンバラインＬｃの法線方向を含む断面ではない場合もあるが、ノズルベーン１０Ａ，１０Ｂの開度が小さい領域において、上記断面は、キャンバラインＬｃの法線方向に沿った断面となる。
【００６３】
この場合、ノズルベーン１０の後縁１４側の負圧面１６Ａは、シュラウド側端面１１（第１端面）の位置Ｐ１から中間位置Ｐｍにかけて凹形状を有するので、この負圧面１６Ａとノズルベーン１０Ｂの前縁１３Ｂ側の圧力面１５Ｂとで形成されるスロート１８は、位置Ｐ１におけるスロート幅Ｗ１が中間位置Ｐｍにおけるスロート幅Ｗｍよりも狭くなりやすい。よって、スロート１８を通る排ガス流量を確保しながら、排ガスのスロート流れとクリアランス流れとの相互作用に起因して生じる渦を効果的に低減させることができる。
【００６４】
幾つかの実施形態では、図５〜図７に示すように、ノズルベーン１０の前縁１３側の圧力面１５は、ノズルベーン１０のキャンバラインのＬｃの法線方向とベーン高さ方向とを含む断面において、少なくともシュラウド側端面１１（第１端面）の位置Ｐ１から中間位置Ｐｍにかけて凹形状を有する。
【００６５】
この場合、ノズルベーン１０の前縁１３側の圧力面１５がシュラウド側端面１１（第１端面）の位置Ｐ１から中間位置Ｐｍにかけて凹形状を有するので、上述のように圧力面１５が傾いている場合であっても、隣り合うノズルベーン１０Ａ，１０Ｂの間に形成されるスロート１８は、中間位置Ｐｍに比べてシュラウド側端面１１（第１端面）の位置Ｐ１において相対的に狭くなりやすい。このため、スロート１８のシュラウド側（第１端面側）を通る排ガス流れ（スロート流れ）を低減することができ、クリアランス流れと上述のスロート流れとの相互作用により生じる渦を効果的に抑制することができる。また、この場合、ノズルベーン１０の前縁１３側の圧力面１５は、シュラウド側端面１１（第１端面）の位置Ｐ１から中間位置Ｐｍにかけて凹形状を有するので、スロート幅は、第１端面の位置Ｐ１よりも中間位置Ｐｍ側の位置において比較的広くなりやすい。よって、ノズルベーン１０の開度が小さいときであってもスロート面積を確保することができ、スロートにおける適切な排ガス流量を確保することができる。
よって、ノズルベーン１０の開度が小さいときであっても、スロート１８を通る排ガス流量を確保しながら、排ガスのスロート流れとクリアランス流れとの相互作用に起因して生じる渦を低減することができ、ノズルベーン１０の小開度時におけるタービン効率を向上させることができる。
【００６６】
図９Ａ及び図９Ｂは、図３Ａに示すノズルベーン１０（すなわち図５に示すノズルベーン１０）の前縁１３側における断面及び後縁１４側における断面をそれぞれｘｙ座標上に示した図であり、それぞれ、図３Ｂ及び図３Ｃに相当する図である。図９Ａ及び図９Ｂのｘｙ座標において、ｘ軸は、ノズルベーン１０のキャンバラインＬｃ（図３Ａ参照）の法線方向に沿ってノズルベーン１０の圧力面１５から負圧面１６に向かう軸であり、ｙ軸は、ベーン高さ方向に沿ってハブ側端面１２（第２端面）からシュラウド側端面１１（第１端面）に向かう軸である。
図９Ａにおける直線ＬＴ１Ａは、前縁１３側の圧力面１５の座標（ｘｐ，ｙｐ）のシュラウド側端面１１（第１端面）の位置における傾きを示す直線である。また、図９Ｂにおける直線ＬＴ１Ｂは、後縁１４側の負圧面１６の座標（ｘＳ，ｙＳ）のシュラウド側端面１１（第１端面）の位置における傾きを示す直線である。
【００６７】
幾つかの実施形態では、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、上述のｘｙ座標上で、シュラウド側端面１１（第１端面）を含むベーン高さ方向（ｙ軸方向）の位置範囲において、ノズルベーン１０の後縁１４側の負圧面１６の座標（ｘｓ，ｙｓ）の傾き（ｄｙｓ／ｄｘｓ）（図９Ｂ参照）は、ノズルベーン１０の前縁１３側の圧力面１５の座標（ｘｐ，ｙｐ）の傾き（ｄｙｐ／ｄｘｐ）（図９Ａ参照）よりも小さい。ただし、ノズルベーン１０の後縁１４側の負圧面１６の座標（ｘｓ，ｙｓ）の傾き（ｄｙｓ／ｄｘｓ）は、０よりも大きい。
【００６８】
なお、図示はしないが、図６〜図８に示す実施形態に係るノズルベーン１０についても、図９Ａ及び図９Ｂに示した場合と同様、上述のｘｙ座標上で、シュラウド側端面１１（第１端面）を含むベーン高さ方向（ｙ軸方向）の位置範囲において、ノズルベーン１０の後縁１４側の負圧面１６の座標（ｘｓ，ｙｓ）の傾き（ｄｙｓ／ｄｘｓ）は、ノズルベーン１０の前縁１３側の圧力面１５の座標（ｘｐ，ｙｐ）の傾き（ｄｙｐ／ｄｘｐ）よりも小さく、０よりも大きい。
【００６９】
この場合、ノズルベーン１０間に形成されるスロート１８（図４及び図５〜図８参照）は、クリアランスに面するノズルベーン１０のシュラウド側端面１１（第１端面）の位置において、シュラウド側端面１１よりもハブ側端面１２（第２端面）に近い位置に比べて、スロート幅が狭くなる。
すなわち、スロート１８は、ノズルベーン１０のシュラウド側端面１１（第１端面）の位置において比較的狭いスロート幅を有するので、スロート１８のシュラウド側端面１１（第１端面）側を通る排ガス流れ（スロート流れ）を低減することができる。このため、スロート流れとクリアランス流れとの相互作用により生じる渦を抑制することができる。また、スロート１８は、シュラウド側端面１１よりもハブ側端面１２（第２端面）に近い位置において比較的広いスロート幅を有するので、ノズルベーン１０の開度が小さいときであってもスロート面積を確保することができ、ノズルベーン１０の間を通過する排ガス流量を十分に確保することができる。
よって、ノズルベーン１０の開度が小さいときであっても、スロート１８を通る排ガス流量を確保しながら、排ガスのスロート流れとクリアランス流れとの相互作用に起因して生じる渦を低減することができ、ノズルベーン１０の小開度時におけるタービン効率を向上させることができる。
【００７０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【００７１】
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【符号の説明】
【００７２】
１        ターボチャージャ
２        タービンハウジング
３        回転シャフト
４        ハブ
５        動翼
６        タービンホイール
７        流路
８        出口
９        回動軸
１０，１０Ａ，１０Ｂ  ノズルベーン（ベーン本体）
１１，１１Ａ，１１Ｂ  シュラウド側端面
１２，１２Ａ，１２Ｂ  ハブ側端面
１３，１３Ａ，１３Ｂ  前縁
１４，１４Ａ，１４Ｂ  後縁
１５，１５Ａ，１５Ｂ  圧力面
１６，１６Ａ，１６Ｂ  負圧面
１８      スロート
２２      ハブ側壁面
２４      シュラウド側壁面
２６      タービン
２８      スクロール状流路
Ｃ        クリアランス
Ｇ        排ガス
Ｌｃ      キャンバライン
【図１】
2018116395.tif 000007
【図２】
2018116395.tif 000008
【図３Ａ】
2018116395.tif 000009
【図３Ｂ】
2018116395.tif 000010
【図３Ｃ】
2018116395.tif 000011
【図４】
2018116395.tif 000012
【図５】
2018116395.tif 000013
【図６】
2018116395.tif 000014
【図７】
2018116395.tif 000015
【図８】
2018116395.tif 000016
【図９Ａ】
2018116395.tif 000017
【図９Ｂ】
2018116395.tif 000018
【図１０】
2018116395.tif 000019
【図１１】
2018116395.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月13日(2018.6.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンホイールと、
互いに対向して、前記タービンホイールに流入する排ガスの流路を形成するハブ側壁面及びシュラウド側壁面と、
前記シュラウド側壁面に対向するシュラウド側端面および前記ハブ側壁面に対向するハブ側端面を有し、前記流路内において回動可能に設けられたノズルベーンと、を備え、
前記ノズルベーンの圧力面は、少なくともシュラウド側において、ベーン高さ方向における前記シュラウド側端面からの距離の増加にともない前記排ガスの下流側に向かって傾いているとともに、
前記ノズルベーンのキャンバラインの法線方向に沿って前記ノズルベーンの前記圧力面から負圧面に向かってｘ軸をとり、前記ベーン高さ方向に沿って前記ハブ側端面から前記シュラウド側端面に向かってｙ軸をとったとき、前記ノズルベーンの後縁側の前記負圧面の座標（ｘｓ，ｙｓ）と、前記ノズルベーンの前縁側の前記圧力面の座標（ｘｐ，ｙｐ）は、前記シュラウド側端面を含む前記ベーン高さ方向の位置範囲において下記式を満たす
ことを特徴とするターボチャージャ。
【数１】
2018116395.tif 000021
【請求項２】
前記ノズルベーンは、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の一方である第１端面と、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の他方である第２端面と、
を有し、
前記ノズルベーンは、前記第２端面に対向する前記ハブ側壁面又は前記シュラウド側壁面の何れか一方に回動可能に支持され、
前記ノズルベーンの後縁側の負圧面は、前記ノズルベーンのキャンバラインの法線方向と前記ベーン高さ方向とを含む断面において、前記第１端面の位置から前記第１端面と前記第２端面との中間位置にかけて凹形状を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のターボチャージャ。
【請求項３】
タービンホイールと、
互いに対向して、前記タービンホイールに流入する排ガスの流路を形成するハブ側壁面及びシュラウド側壁面と、
前記シュラウド側壁面に対向するシュラウド側端面および前記ハブ側壁面に対向するハブ側端面を有し、前記流路内において回動可能に設けられたノズルベーンと、を備え、
前記ノズルベーンの圧力面は、少なくともシュラウド側において、ベーン高さ方向における前記シュラウド側端面からの距離の増加にともない前記排ガスの下流側に向かって傾いているとともに、
前記ノズルベーンは、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の一方である第１端面と、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の他方である第２端面と、
を有し、
前記ノズルベーンは、前記第２端面に対向する前記ハブ側壁面又は前記シュラウド側壁面の何れか一方に回動可能に支持され、
前記ノズルベーンの前縁側の前記圧力面は、前記ノズルベーンのキャンバラインの法線方向と前記ベーン高さ方向とを含む断面において、前記第１端面の位置から前記第１端面と前記第２端面との中間位置にかけて凹形状を有する
ことを特徴とするターボチャージャ。
【請求項４】
前記ノズルベーンは、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の一方である第１端面と、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の他方である第２端面と、
を有し、
前記ノズルベーンは、前記第２端面に対向する前記ハブ側壁面又は前記シュラウド側壁面の何れか一方に回動可能に支持され、
隣り合う前記ノズルベーン間に形成されるスロートは、前記第１端面の位置において、前記第１端面と前記第２端面との中間位置におけるスロート幅よりも狭いスロート幅を有する
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のターボチャージャ。
【請求項５】
前記スロート幅は、前記中間位置に向かうにつれて、前記第１端面の前記位置からの距離とともに単調増加することを特徴とする請求項４に記載のターボチャージャ。
【請求項６】
ターボチャージャのノズルベーンであって、
シュラウド側端面及びハブ側端面を含むベーン本体と、
前記ベーン本体を回動させるための回動軸と、を備え、
前記ベーン本体の圧力面は、少なくとも前記シュラウド側端面を含むベーン高さ方向の位置範囲において、前記ベーン高さ方向における前記シュラウド側端面からの距離の増加にともない前記ベーン本体の圧力面側に向かって傾いているとともに、
前記ベーン本体のキャンバラインの法線方向に沿って前記ベーン本体の前記圧力面から負圧面に向かってｘ軸をとり、前記ベーン高さ方向に沿って前記ハブ側端面から前記シュラウド側端面に向かってｙ軸をとったとき、前記ベーン本体の後縁側の前記負圧面の座標（ｘｓ，ｙｓ）と、前記ベーン本体の前縁側の前記圧力面の座標（ｘｐ，ｙｐ）は、前記シュラウド側端面を含む前記ベーン高さ方向の位置範囲において下記式を満たす
ことを特徴とするターボチャージャのノズルベーン。
【数２】
2018116395.tif 000022
【請求項７】
前記ベーン本体は、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の一方である第１端面と、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の他方である第２端面と、
を有し、
前記回動軸は、前記第２端面に設けられており、
前記ベーン本体の後縁側の負圧面は、前記ベーン本体のキャンバラインの法線方向と前記ベーン高さ方向とを含む断面において、前記第１端面の位置から前記第１端面と前記第２端面との中間位置にかけて凹形状を有する
ことを特徴とする請求項６に記載のターボチャージャのノズルベーン。
【請求項８】
ターボチャージャのノズルベーンであって、
シュラウド側端面及びハブ側端面を含むベーン本体と、
前記ベーン本体を回動させるための回動軸と、を備え、
前記ベーン本体の圧力面は、少なくとも前記シュラウド側端面を含むベーン高さ方向の位置範囲において、前記ベーン高さ方向における前記シュラウド側端面からの距離の増加にともない前記ベーン本体の圧力面側に向かって傾いているとともに、
前記ベーン本体は、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の一方である第１端面と、
前記シュラウド側端面又は前記ハブ側端面の他方である第２端面と、
を有し、
前記回動軸は、前記第２端面に設けられており、
前記ベーン本体の前縁側の前記圧力面は、前記ベーン本体のキャンバラインの法線方向と前記ベーン高さ方向とを含む断面において、前記第１端面の位置から前記第１端面と前記第２端面との中間位置にかけて凹形状を有する
ことを特徴とするターボチャージャのノズルベーン。
【請求項９】
請求項６乃至８の何れか一項に記載のノズルベーンと、
前記ノズルベーンの下流側に位置するタービンホイールと、
を備えることを特徴とするタービン。
【国際調査報告】
2018116395.tif 000023
2018116395.tif 000024
2018116395.tif 000025
2018116395.tif 000026