(57)【要約】タービンは、タービンインペラと、前記タービンインペラを覆うように設けられ、前記タービンインペラの外周側に位置するスクロール流路及び前記スクロール流路の内周側境界を画定する内周壁部を含むハウジングと、排ガス流れ方向において前記スクロール流路の下流側且つ前記タービンインペラの上流側に位置する中間流路に設けられる複数のノズルベーンと、前記内周壁部に対して軸方向に隙間を空けて前記中間流路側に、前記中間流路に面して設けられるプレートと、を備え、前記プレートは、前記中間流路と前記隙間とを連通させる少なくとも１つの貫通孔を有し、前記少なくとも１つの貫通孔は、前記プレートのうち前記中間流路に対向する面上において、前記複数のノズルベーンのうち少なくとも１つの負圧面に対して径方向外側の位置に開口する。
2019123565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンインペラと、
前記タービンインペラを覆うように設けられ、前記タービンインペラの外周側に位置するスクロール流路及び前記スクロール流路の内周側境界を画定する内周壁部を含むハウジングと、
排ガス流れ方向において前記スクロール流路の下流側且つ前記タービンインペラの上流側に位置する中間流路に設けられる複数のノズルベーンと、
前記内周壁部に対して軸方向に隙間を空けて前記中間流路側に、前記中間流路に面して設けられるプレートと、
を備え、
前記プレートは、前記中間流路と前記隙間とを連通させる少なくとも１つの貫通孔を有し、
前記少なくとも１つの貫通孔は、前記プレートのうち前記中間流路に対向する面上において、前記複数のノズルベーンのうち少なくとも１つの負圧面に対して径方向外側の位置に開口する
タービン。
【請求項２】
前記複数のノズルベーンは、前記中間流路内において周方向に配列されるとともに、前記軸方向に沿って延びる回動軸の周りを回動可能に設けられ、
前記周方向に隣接する一対のノズルベーンの各々のコード方向がなす角度をＡとし、前記複数のノズルベーンの各々の開度が最大であるときの前記角度をＡ１としたとき、
前記角度Ａが０．５×Ａ１以上となるノズルベーンの大開度域の少なくとも一部において、前記少なくとも１つの貫通孔は、前記面上において、前記負圧面に対して径方向外側の位置に開口する
請求項１に記載のタービン。
【請求項３】
前記複数のノズルベーンは、前記軸方向に沿った回動軸の周りを回動可能に設けられ、
前記少なくとも１つの貫通孔は、前記プレートの前記面上において、前記少なくとも１つのノズルベーンの前記回動軸よりも周方向において前記排ガス流れ方向の上流側の位置に開口する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のタービン。
【請求項４】
前記複数のノズルベーンは、前記中間流路内において周方向に配列されるとともに、前記軸方向に沿った回動軸の周りを回動可能に設けられ、
前記周方向に隣接する一対のノズルベーンの各々のコード方向がなす角度をＡとし、前記複数のノズルベーンの開度が最大であるときの前記角度をＡ１としたとき、
前記角度Ａが０．７５×Ａ１となる前記複数のノズルベーンの開度において、前記少なくとも１つの貫通孔と前記少なくとも１つのノズルベーンの前記負圧面との間の径方向における距離Ｌが前記少なくとも１つの貫通孔の直径Ｄ以下である
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ビン。
【請求項５】
前記複数のノズルベーンは、前記中間流路内において周方向に配列されるとともに、前記軸方向に沿った回動軸の周りを回動可能に設けられ、
前記複数のノズルベーンの各々の開度が最大であるときに、前記少なくとも１つの貫通孔の少なくとも一部は、前記プレートの前記面において、前記少なくとも１つのノズルベーンから前記径方向の外側にずれて位置する
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ビン。
【請求項６】
前記軸方向に直交する断面において、前記タービンの回転軸を中心として、スクロール舌部の位置における角度を０度とし、周方向における前記排ガス流れの向きを正の角度方向としたとき、前記少なくとも１つの貫通孔は、２２０度以上３６０度以下の範囲内に位置する
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のタービン。
【請求項７】
前記軸方向を含む断面において、前記少なくとも１つの貫通孔は、前記少なくとも１つのノズルベーンの前記負圧面の延在方向に沿って延びている
ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のタービン。
【請求項８】
前記軸方向を含む断面において、前記負圧面は、前記軸方向に対して傾斜して延在し、前記少なくとも１つの貫通孔は、前記負圧面の前記軸方向に対する傾斜方向に沿って延びている
ことを特徴とする請求項７に記載のタービン。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項に記載のタービンと、
前記タービンによって駆動されるように構成された圧縮機と、を備える
ことを特徴とするターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、タービン及びターボチャージャに関する。
【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。【０００３】
例えば、特許文献１には、タービンインペラの外周側に設けられる流れ空間（スクロール流路）からタービンインペラへ流入する排ガスが通る流れ空間（中間流路）にガイドベーン（ノズルベーン）が設けられたターボチャージャが開示されている。上述の中間流路は、ガイドベーンを支持する翼支持リングと、該翼支持リングに向き合うように配置されるカバーディスクとの間に形成されている。ガイドベーンは、翼支持リングを貫通する翼支持ピンを介して翼支持リングに回転可能に取り付けられている。また、翼支持リングとともに中間流路を形成するカバーディスクには、翼支持ピンの延長線上に、該翼支持ピンと同じ方向に延びる貫通孔が設けられている。これにより、カバーディスクの両側の圧力差（すなわち、スクロール流路と中間流路の圧力差）に起因する力を、ガイドベーンを介して翼支持ピンに対して与えることで、翼支持ピンに作用する力を相殺し、ガイドベーン等の摩耗を抑制するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０２７２８４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、本発明者らの鋭意検討の結果、ノズルベーンを備えたターボチャージャの運転中に、ハウジング内部で圧力分布が生じ、特に、スクロール流路を形成するハウジングの壁面と、ノズルベーンが設けられる中間流路を形成するプレートとの間に形成される隙間の圧力が比較的大きくなるのに対し、ノズルベーンの負圧面近傍の圧力が低くなることがわかった。上述の隙間とノズルベーンの負圧面近傍との間の圧力差は、タービンにおける圧力損失の原因となり得るため、この圧力差を低減することが望まれる。【０００６】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、ハウジング内部の圧力分布に起因する圧力損失を低減可能なタービン及びターボチャージャ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】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るタービンは、
タービンインペラと、
前記タービンインペラを覆うように設けられ、前記タービンインペラの外周側に位置するスクロール流路及び前記スクロール流路の内周側境界を画定する内周壁部を含むハウジングと、
排ガス流れ方向において前記スクロール流路の下流側且つ前記タービンインペラの上流側に位置する中間流路に設けられる複数のノズルベーンと、
前記内周壁部に対して軸方向に隙間を空けて前記中間流路側に、前記中間流路に面して設けられるプレートと、
を備え、
前記プレートは、前記中間流路と前記隙間とを連通させる少なくとも１つの貫通孔を有し、
前記少なくとも１つの貫通孔は、前記プレートのうち前記中間流路に対向する面上において、前記複数のノズルベーンのうち少なくとも１つの負圧面に対して径方向外側の位置に開口する。【０００８】
タービンの運転中、ハウジングの内周壁部と、中間流路を形成するプレートとの間の隙間は比較的高圧となる一方、中間流路に設けられたノズルベーンの負圧面近傍には、比較的低圧の領域が形成される場合がある。この場合、ノズルベーン負圧面近傍と上述の隙間との圧力差に起因して、上述の隙間からプレートの外周端を経由してノズルベーンの負圧面へ向かう乱れを伴う流れが生じることがある。このような乱れを伴う流れは圧力損失の原因となり得る。
この点、上記（１）の構成によれば、上述の中間流路と隙間とを連通させるとともに、中間流路側においてノズルベーンの負圧面に対して径方向外側の位置に開口する貫通孔をプレートに設けたので、該貫通孔を介して、中間流路のノズルベーンの負圧面近傍と、隙間とが均圧化される。よって、ノズルベーンの負圧面近傍と隙間との間の圧力差に起因する、隙間からプレートの外周端を経由してノズルベーンの負圧面へ向かう乱れを伴う流れが抑制されるので、タービンにおける圧力損失を低減することができる。
また、ノズルベーンの負圧面近傍と隙間との間に上述の圧力差がある場合、この圧力差に起因してノズルベーンがプレートに向かって傾斜し、ノズルベーンとプレートとの間で摩擦が生じることがある。この点、上記（１）の構成によれば、上述の貫通孔を介して中間流路と隙間とが均圧化されるので、上述の圧力差に起因するノズルベーンの傾斜を抑制することができ、ノズルベーンとプレートとの間の摩耗を抑制することができる。【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記複数のノズルベーンは、前記中間流路内において周方向に配列されるとともに、前記軸方向に沿って延びる回動軸の周りを回動可能に設けられ、
前記周方向に隣接する一対のノズルベーンの各々のコード方向がなす角度をＡとし、前記複数のノズルベーンの各々の開度が最大であるときの前記角度をＡ１としたとき、
前記角度Ａが０．５×Ａ１以上となるノズルベーンの大開度域の少なくとも一部において、前記少なくとも１つの貫通孔は、前記面上において、前記負圧面に対して径方向外側の位置に開口する。【００１０】
本発明者らの知見によれば、タービン運転中に生じ得るノズルベーン負圧面近傍と隙間との圧力差は、ノズルベーンの開度が比較的大きいときに大きくなり、該圧力差に起因する圧力損失が顕著になることが分かった。
この点、上記（２）の構成では、上述の角度Ａが０．５×Ａ１以上となるノズルベーンの大開度域の少なくとも一部において、貫通孔は、プレートのうち中間流路に対向する面上において、ノズルベーンの負圧面に対して径方向外側の位置に開口するようにしたので、ノズルベーンの大開度域において、該貫通孔を介して、中間流路のノズルベーンの負圧面近傍と、隙間とを確実に均圧化させることができる。よって、上述の圧力差に起因する隙間からプレートの外周端を経由してノズルベーンの負圧面へ向かう乱れを伴う流れを抑制して、タービンにおける圧力損失をより効果的に低減することができる。【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、
前記複数のノズルベーンは、前記軸方向に沿った回動軸の周りを回動可能に設けられ、
前記少なくとも１つの貫通孔は、前記プレートの前記面上において、前記少なくとも１つのノズルベーンの前記回動軸よりも周方向において前記排ガス流れ方向の上流側の位置に開口する。【００１２】
上記（３）の構成によれば、上述の貫通孔は、プレートのうち中間流路に対向する面上において、ノズルベーンの回動軸よりも周方向において排ガス流れ方向の上流側の位置に開口するようにしたので、ノズルベーンの開度が大きくなるときに、貫通孔の上述の面上での開口がノズルベーンの負圧面に近づきやすい。よって、上述の圧力差に起因する隙間からプレートの外周端を経由してノズルベーンの負圧面へ向かう乱れを伴う流れを抑制して、タービンにおける圧力損失をより効果的に低減することができる。【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの構成において、
前記複数のノズルベーンは、前記中間流路内において周方向に配列されるとともに、前記軸方向に沿った回動軸の周りを回動可能に設けられ、
前記周方向に隣接する一対のノズルベーンの各々のコード方向がなす角度をＡとし、前記複数のノズルベーンの開度が最大であるときの前記角度をＡ１としたとき、
前記角度Ａが０．７５×Ａ１となる前記複数のノズルベーンの開度において、前記少なくとも１つの貫通孔と前記少なくとも１つのノズルベーンの前記負圧面との間の径方向における距離Ｌが前記少なくとも１つの貫通孔の直径Ｄ以下である。【００１４】
上記（４）の構成によれば、上述の角度Ａが０．７５×Ａ１となるノズルベーンの開度において、貫通孔とノズルベーンの負圧面との間の径方向における距離Ｌが該貫通孔の直径Ｄ以下となるように設定したので、ノズルベーンの大開度域（例えば、上述の角度Ａが０．５×Ａ１以上である開度域）において、貫通孔と、ノズルベーンの負圧面とが比較的近くに位置することとなる。よって、ノズルベーンの大開度域において、中間流路のうちノズルベーン負圧面近傍の領域と、上述の隙間とを、貫通孔を介して連通させることができ、該貫通孔を介して、中間流路のノズルベーンの負圧面近傍と隙間とをより円滑に均圧化させることができる。よって、ノズルベーンの負圧面近傍と隙間との間の圧力差に起因する、隙間からプレートの外周端を経由してノズルベーンの負圧面へ向かう乱れを伴う流れをより効果的に抑制することができる。【００１５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの構成において、
前記複数のノズルベーンは、前記中間流路内において周方向に配列されるとともに、前記軸方向に沿った回動軸の周りを回動可能に設けられ、
前記複数のノズルベーンの各々の開度が最大であるときに、前記少なくとも１つの貫通孔の少なくとも一部は、前記プレートの前記面において、前記少なくとも１つのノズルベーンから前記径方向の外側にずれて位置する。【００１６】
上記（５）の構成によれば、ノズルベーンの開度が最大であるときに（即ち、上述の角度ＡがＡ１であるときに）、貫通孔の少なくとも一部は、プレートの中間流路に対向する面において、ノズルベーンから径方向の外側にずれて位置する。すなわち、ノズルベーンの開度が最大となり、ノズルベーンの負圧面が最も貫通孔に近づくときであっても、該貫通孔のプレートの上述の面における開口が、ノズルベーンによって閉じられない。
よって、ノズルベーンの開度が最大であるときであっても、中間流路のうちノズルベーンの負圧面近傍の領域と隙間とを、貫通孔を介して確実に連通させることができる。これにより、該貫通孔を介して、中間流路のノズルベーンの負圧面近傍と隙間とを均圧化させることができ、ノズルベーンの負圧面近傍と隙間との間の圧力差に起因する、隙間からノズルプレートの外周端を経由してノズルベーンの負圧面へ向かう乱れを伴う流れをより効果的に抑制することができる。【００１７】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかの構成において、
前記軸方向に直交する断面において、前記タービンの回転軸を中心として、スクロール舌部の位置における角度を０度とし、周方向における前記排ガス流れの向きを正の角度方向としたとき、前記少なくとも１つの貫通孔は、２２０度以上３６０度以下の範囲内に位置する。【００１８】
本発明者らの知見によれば、スクロール流路の出口付近において、ノズルベーン負圧面近傍と上述の隙間との圧力差が特に大きくなる傾向があり、タービンにおける圧力損失の要因となり得る乱れを伴う流れが生じやすい。
この点、上記（６）の構成によれば、周方向における上述の角度が２２０度以上３６０度以下の範囲内（即ちスクロール流路の出口付近）に、上述の貫通孔を設けたので、当該周方向領域において、該貫通孔を介して、中間流路のノズルベーンの負圧面近傍と隙間とが均圧化される。よって、ノズルベーンの負圧面近傍と隙間との間の圧力差に起因する、隙間からプレートの外周端を経由してノズルベーンの負圧面へ向かう乱れを伴う流れを効果的に抑制して、タービンにおける圧力損失を効果的に低減することができる。【００１９】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかの構成において、
前記軸方向を含む断面において、前記少なくとも１つの貫通孔は、前記少なくとも１つのノズルベーンの前記負圧面の延在方向に沿って延びている。【００２０】
上記（７）の構成によれば、貫通孔を、ノズルベーンの負圧面の延在方向に沿って延びるように形成したので、貫通孔から中間流路に流入する流れの乱れを低減することができる。よって、タービンにおける圧力損失をより効果的に低減することができる。【００２１】
（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、
前記軸方向を含む断面において、前記負圧面は、前記軸方向に対して傾斜して延在し、前記少なくとも１つの貫通孔は、前記負圧面の前記軸方向に対する傾斜方向に沿って延びている。【００２２】
上記（８）の構成によれば、ノズルベーンの負圧面が軸方向に対して傾斜している場合に、該負圧面の傾斜方向に沿うように貫通孔を傾斜させて形成したので、上記（７）で述べた効果を得ることができる。【００２３】
（９）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、
上記（１）乃至（８）の何れかに記載のタービンと、
前記タービンによって駆動されるように構成された圧縮機と、を備える。【００２４】
上記（９）の構成によれば、上述の中間流路と隙間とを連通させるとともに、中間流路側においてノズルベーンの負圧面に対して径方向外側の位置に開口する貫通孔をプレートに設けたので、該貫通孔を介して、中間流路のノズルベーンの負圧面近傍と隙間とが均圧化される。よって、ノズルベーンの負圧面近傍と隙間との間の圧力差に起因する、隙間からプレートの外周端を経由してノズルベーンの負圧面へ向かう乱れを伴う流れが抑制されるので、タービンにおける圧力損失を低減することができる。
また、ノズルベーンの負圧面近傍と隙間との間に上述の圧力差がある場合、この圧力差に起因してノズルベーンがプレートに向かって傾斜し、ノズルベーンとプレートとの間で摩擦が生じることがある。この点、上記（９）の構成によれば、上述の貫通孔を介して中間流路と隙間とが均圧化されるので、上述の圧力差に起因するノズルベーンの傾斜を抑制することができ、ノズルベーンとプレートとの間の摩耗を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、ハウジング内部の圧力分布に起因する圧力損失を低減可能なタービン及びターボチャージャが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】一実施形態に係るターボチャージャの回転軸に沿った概略断面図である。
【図２】図１に示すタービンの回転軸に直交する概略断面図である。
【図３】図２の部分的な拡大図であり、周方向に隣接する一対のノズルベーン及びその周辺を示したものである。
【図４】図３に示すタービンの軸方向に沿った断面図である。
【図５】図３に対応する図であり、ノズルベーンの開度が最大であるときを示す図である。
【図６】典型的なタービンの軸方向に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
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回転軸Ｏに沿った概略断面図である。図１に示すように、ターボチャージャ１００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インペラ４を含むタービン１と、軸受３によって回転可能に支持される回転シャフト２を介してタービン１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、タービンインペラ４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。
【００２９】
なお、図１に示すタービン１は、作動流体である排ガスが半径方向に流入するラジアルタービンであるが、タービン１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１は、流入する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。
【００３０】
タービンインペラ４は、該タービンインペラ４を覆うように設けられたハウジング６に収容されており、回転シャフト２に連結されるハブ１７と、ハブ１７の外周面に周方向に配列される複数の動翼５とを含む。
ハウジング６は、タービンインペラ４の外周側に位置するスクロール流路８と、スクロール流路８の内周側境界９を画定する内周壁部２２と、を含む。なお、図１に示すように、ハウジング６は、タービンインペラ４を収容する部分であるタービンハウジング６ａと、軸受３を収容する部分である軸受ハウジング６ｂと、を含んでいてもよい。
【００３１】
タービンインペラ４の外周側には、スクロール流路８からタービンインペラ４へと流入する排ガス流れが通過する中間流路１０が形成されている。すなわち、中間流路１０は、排ガス流れ方向において、スクロール流路８の下流側かつタービンインペラ４の上流側に位置している。
【００３２】
図２は、図１に示すタービン１の回転軸Ｏに直交する概略断面図である。なお、図２は、図１に示す矢印Ｂの方向にタービン１を視た図であり、説明の簡略化のため、ハウジング６のうちスクロール流路８を含む部分の断面、ノズルプレート１２、及び、ノズルベーン１４が示されており、タービンインペラ４等の図示を省略している。
【００３３】
図１及び図２に示すように、中間流路１０には、タービンインペラ４に流入する排ガス流れを調節するための複数のノズルベーン１４が周方向に配列されている。
【００３４】
中間流路１０は、ノズルベーン１４が取り付けられるノズルマウント１６と、タービン１の軸方向（以下、単に「軸方向」ともいう。）においてノズルベーン１４を挟んで反対側に設けられたノズルプレート１２（本発明のプレート）との間に形成される。ノズルマウント１６は、ボルト（不図示）等によって軸受ハウジング６ｂに固定されている。ノズルマウント１６とノズルプレート１２との間には、例えば軸方向に延びる柱状部材（不図示）等が設けられており、該柱状部材等によって、ノズルプレート１２がノズルマウント１６から軸方向に離間して支持されている。ノズルプレート１２とハウジング６の内周壁部２２との間には、環状のシール部材２６が設けられており、スクロール流路８からタービンインペラ４の下流側の空間への排ガスの漏れ（即ちタービンインペラ４を介さない排ガスの漏れ）が抑制されるようになっている。
【００３５】
ノズルベーン１４は、ノズルマウント１６とノズルプレート１２との間に延びる前縁３４及び後縁３６（図２参照）を有する翼型部を含む。また、ノズルベーン１４は、前縁３４から後縁３６にかけて延在する圧力面３８及び負圧面４０を含む。軸方向に直交する断面（図１参照）において、負圧面４０は、圧力面３８よりも径方向外側に位置する。
【００３６】
複数のノズルベーン１４の各々は、ノズルシャフト２０を介してレバープレート１８の一端側に連結されている。また、レバープレート１８の他端側は、円盤状のドライブリング１９に連結されている。
ドライブリング１９は、アクチュエータ（不図示）により駆動されて回転軸Ｏを中心として回転可能になっている。ドライブリング１９が回転すると、各レバープレート１８が回転し、これに伴い、ノズルシャフト２０が、軸方向に沿った回動軸Ｑを中心として回動して、該ノズルシャフト２０を介してノズルベーン１４の開度（翼角）が変化するように構成されている。
【００３７】
このように構成されるターボチャージャ１００のタービン１では、入口流路３０（図２参照）から流入してスクロール流路８を流れた排ガス（図１及び図２の矢印Ｇ参照）は、ノズルマウント１６とノズルプレート１２との間の中間流路１０に流れ込み、ノズルベーン１４によって流れ方向が制御されて、ハウジング６の中心部へと流れる。そして、タービンインペラ４に作用した後に、排気出口７から外部に排出される。
また、ノズルベーン１４の開度を、タービン１に流入する排ガス流量に応じて適切に変化させることにより、ハウジング６内の排ガス通路面積を変化させて、タービンインペラ４への排ガスの流速を調節し、良好なタービン効率を得ることができる。
【００３８】
以下、幾つかの実施形態に係るタービン１の特徴について説明する。
図１及び図２に示すように、ノズルプレート１２（プレート）は、ハウジング６の内周壁部２２に対して、軸方向に隙間２４を空けて中間流路１０側に、該中間流路１０に面して設けられる。該ノズルプレート１２には、中間流路１０と隙間２４とを連通させる少なくとも１つの貫通孔２８が形成されている。そして、この貫通孔２８は、ノズルプレート１２のうち中間流路１０に対向する面１３上において、複数のノズルベーン１４のうち少なくとも１つ（以下、「貫通孔２８に対応するノズルベーン１４」等ともいう。）の負圧面４０に対して径方向外側の位置に開口する。
【００３９】
なお、本実施形態では、図２に示すように、複数のノズルベーン１４の各々に対応して１つずつ貫通孔２８が設けられているが（すなわち、ノズルベーン１４の枚数と同数の貫通孔２８がノズルプレート１２に形成されている）、他の実施形態では、複数のノズルベーン１４のうちの一部に対応して１つずつ貫通孔２８が設けられていてもよい（すなわち、貫通孔２８の数はノズルベーン１４よりも少なくてもよい）。
【００４０】
ここで、図６は、典型的なタービン１’の軸方向に沿った断面図である。図６に示すタービン１’は、基本的には図１に示すタービン１と同様の構成を有するが、ノズルプレート１２に上述の貫通孔２８が設けられていない点で図１に示すタービン１と異なる。
【００４１】
タービン１，１’の運転中、ハウジング６の内周壁部２２と、中間流路１０を形成するノズルプレート１２との間の隙間２４は比較的高圧（図６の領域ＰＨ）となる一方、中間流路１０に設けられたノズルベーン１４の負圧面４０近傍には、比較的低圧の領域ＰＬが形成される場合がある（図６参照）。この場合、ノズルベーン１４の負圧面４０近傍と隙間２４との圧力差に起因して、上述の隙間２４からノズルプレート１２の外周端を経由してノズルベーンの負圧面へ向かう乱れを伴う流れＳ（図６参照）が生じることがある。このような乱れを伴う流れは圧力損失の原因となり得る。
この点、上述の実施形態に係るタービン１では、中間流路１０と隙間２４とを連通させるとともに、中間流路１０側においてノズルベーン１４の負圧面４０に対して径方向外側の位置に開口する貫通孔２８をプレートに設けたので、該貫通孔２８を介して、中間流路１０のノズルベーン１４の負圧面４０近傍と隙間２４とが均圧化される。よって、ノズルベーン１４の負圧面４０近傍と隙間２４との間の圧力差に起因する、隙間２４からノズルプレート１２の外周端を経由してノズルベーン１４の負圧面４０へ向かう乱れを伴う流れ（図６参照）が抑制されるので、タービン１における圧力損失を低減することができる。
【００４２】
また、ノズルベーン１４の負圧面４０の近傍と隙間２４との間に上述の圧力差がある場合、図６に示すように、この圧力差に起因した力Ｆがノズルベーン１４に作用してノズルベーン１４がノズルプレート１２に向かって傾斜し、ノズルベーン１４とノズルプレート１２との間で摩擦が生じることがある。
この点、上述の実施形態に係るタービン１では、上述の貫通孔２８を介して中間流路１０と隙間２４とが均圧化されるので、上述の圧力差に起因するノズルベーン１４の傾斜を抑制することができ、ノズルベーン１４とノズルプレート１２との間の摩耗を抑制することができる。
【００４３】
図３は、図２の部分的な拡大図であり、周方向に隣接する一対のノズルベーン１４及びその周辺を示したものである。図４は、図３に示すタービン１の軸方向に沿った断面図であり、すなわち、図１の部分的な拡大図である。図５は、図３に対応する一対のノズルベーン１４及びその周辺を示す図であり、ノズルベーン１４の開度が最大であるときを示す図である。
【００４４】
ここで、ノズルベーン１４の開度は、周方向に隣接する一対のノズルベーン１４の各々のコード方向（前縁３４と後縁３６とを結ぶ方向）がなす角度Ａに対応し、角度Ａが大きいほど、ノズルベーン１４の開度が大きい。図５には、ノズルベーン１４の開度が最大のときの周方向に隣接する一対のノズルベーン１４が示されており、このとき、これらの一対のノズルベーンのコード方向がなす角度ＡはＡ１である。なお、図３及び図５中の直線Ｌｃは、ノズルベーン１４のコード方向の直線である。
【００４５】
幾つかの実施形態では、上述の角度Ａが０．５×Ａ１以上となるノズルベーン１４の大開度域の少なくとも一部において、貫通孔２８は、例えば図４に示すように、ノズルプレート１２の中間流路１０に対向する面１３上においてノズルベーン１４の負圧面４０に対して径方向外側の位置に開口する。すなわち、例えば図３〜図４及び図５に示すように、貫通孔２８の面１３上における開口２８ａの少なくとも一部は、ノズルベーン１４の負圧面４０よりも径方向外側に位置する。
【００４６】
本発明者らの知見によれば、タービンの運転中に生じ得るノズルベーン１４の負圧面４０近傍と隙間２４との圧力差（図６参照）は、ノズルベーン１４の開度が比較的大きいときに大きくなり、該圧力差に起因する圧力損失が顕著になることが分かった。
この点、上述の実施形態では、上述の角度Ａが０．５×Ａ１以上となるノズルベーン１４の大開度域の少なくとも一部において、貫通孔２８が、ノズルプレート１２の面１３上において、ノズルベーン１４の負圧面４０に対して径方向外側の位置に開口するようにしたので、ノズルベーン１４の大開度域において、該貫通孔２８を介して、中間流路１０のノズルベーン１４の負圧面４０近傍と隙間２４とを確実に均圧化させることができる。よって、上述の圧力差に起因する隙間２４からノズルプレート１２の外周端を経由してノズルベーン１４の負圧面４０へ向かう乱れを伴う流れＳ（図６参照）を抑制して、タービン１における圧力損失をより効果的に低減することができる。
【００４７】
幾つかの実施形態では、例えば図３及び図５に示すように、貫通孔２８は、ノズルプレート１２の面１３上において、該貫通孔２８に対応するノズルベーン１４の回動軸Ｑよりも周方向において排ガス流れ方向の上流側の位置に開口する。すなわち、貫通孔２８の面１３上における開口２８ａは、ノズルベーン１４の回動軸Ｑを通る径方向の直線ＬＲ（図３及び図５参照）よりも周方向において排ガス流れの上流側に位置する。
【００４８】
この場合、上述の貫通孔２８は、ノズルプレート１２のうち中間流路１０に対向する面１３上において、ノズルベーン１４の回動軸Ｑよりも周方向において排ガス流れ方向の上流側の位置に開口するようにしたので、ノズルベーン１４の開度が大きくなるときに、貫通孔２８の面１３上での開口２８ａがノズルベーン１４の負圧面４０に近づきやすい。よって、上述の圧力差に起因する隙間２４からノズルプレート１２の外周端を経由してノズルベーン１４の負圧面４０へ向かう乱れを伴う流れ（図６参照）を抑制して、タービン１における圧力損失をより効果的に低減することができる。
【００４９】
幾つかの実施形態では、上述の角度Ａが０．７５×Ａ１となる複数のノズルベーン１４の開度において、貫通孔２８と該貫通孔２８に対応するノズルベーン１４の負圧面４０との間の径方向における距離Ｌ（図３及び図４参照）が、該貫通孔２８の直径Ｄ（図３参照）以下である。
【００５０】
この場合、上述の角度Ａが０．７５×Ａ１となるノズルベーン１４の開度において、貫通孔２８とノズルベーン１４の負圧面４０との間の径方向における距離Ｌが該貫通孔２８の直径Ｄ以下となるように設定したので、ノズルベーン１４の大開度域（例えば、上述の角度Ａが０．５×Ａ１以上である開度域）において、貫通孔２８と、ノズルベーン１４の負圧面４０とが比較的近くに位置することとなる。よって、ノズルベーン１４の大開度域において、中間流路１０のうちノズルベーン１４の負圧面４０近傍の領域と、隙間２４とを貫通孔２８を介して連通させることができ、該貫通孔２８を介して、中間流路１０のノズルベーン１４の負圧面４０近傍と隙間２４とをより円滑に均圧化させることができる。よって、ノズルベーン１４の負圧面４０近傍と隙間２４との間の圧力差に起因する、隙間２４からノズルプレート１２の外周端を経由してノズルベーン１４の負圧面４０へ向かう乱れを伴う流れＳ（図６参照）をより効果的に抑制することができる。
【００５１】
幾つかの実施形態では、複数のノズルベーン１４の各々の開度が最大であるときに（図５参照）、貫通孔２８の少なくとも一部は、ノズルプレート１２の面１３において、該貫通孔２８に対応するノズルベーン１４から径方向の外側にずれて位置する。すなわち、貫通孔２８の面１３上における開口２８ａは、少なくとも部分的に、ノズルベーン１４の負圧面４０よりも径方向外側に位置する。
【００５２】
この場合、ノズルベーン１４の開度が最大であるときに（即ち、上述の角度ＡがＡ１であるときに）、貫通孔２８の少なくとも一部は、ノズルプレート１２の中間流路１０に対向する面１３において、ノズルベーン１４から径方向の外側にずれて位置する。すなわち、ノズルベーン１４の開度が最大となり、ノズルベーン１４の負圧面４０が最も貫通孔２８に近づくときであっても、該貫通孔２８のノズルプレート１２の上述の面１３における開口２８ａが、ノズルベーン１４によって閉じられない。
よって、ノズルベーン１４の開度が最大であるときであっても、中間流路１０のうちノズルベーン１４の負圧面４０近傍の領域と、隙間２４とを、貫通孔２８を介して確実に連通させることができる。これにより、該貫通孔２８を介して、中間流路１０のノズルベーン１４の負圧面４０近傍と隙間２４とを均圧化させることができ、ノズルベーン１４の負圧面４０近傍と隙間２４との間の圧力差に起因する、隙間２４からノズルプレート１２の外周端を経由してノズルベーン１４の負圧面４０へ向かう乱れを伴う流れＳ（図６参照）をより効果的に抑制することができる。
【００５３】
幾つかの実施形態では、例えば図４に示すように、軸方向を含む断面において、貫通孔２８は、該貫通孔２８に対応するノズルベーン１４の負圧面４０の延在方向に沿って延びている。
また、幾つかの実施形態では、例えば図４に示すように、軸方向を含む断面において、ノズルベーン１４の負圧面４０は、軸方向に対して傾斜して延在しており、貫通孔２８は、該負圧面４０の軸方向に対する傾斜方向に沿って延びている。
【００５４】
なお、図４に示す例示的な実施形態では、軸方向を含む断面において、ノズルベーン１４の負圧面４０は、ノズルプレート１２（シュラウド側）からノズルマウント１６（ハブ側）に向かうにつれて、径方向内側に近づくように傾斜している。
【００５５】
この場合、貫通孔２８を、ノズルベーン１４の負圧面４０の延在方向に沿って延びるように形成したので、貫通孔２８から中間流路１０に流入する流れの乱れを低減することができる。よって、タービンにおける圧力損失をより効果的に低減することができる。
【００５６】
幾つかの実施形態では、軸方向を含む断面におけるノズルベーン１４の負圧面４０の軸方向に対する角度θ１（図４参照）と、貫通孔２８の軸方向に対する角度θ２（図４参照）とは、｜θ１−θ２｜≦２０°を満たしていてもよい。
【００５７】
この場合、上述の角度θ１と角度θ２との差を小さくしたので、貫通孔２８が、ノズルベーン１４の負圧面４０の延在方向に沿って延びるように形成される。よって、貫通孔２８から中間流路１０に流入する流れの乱れを低減することができ、タービンにおける圧力損失をより効果的に低減することができる。
【００５８】
幾つかの実施形態では、軸方向に直交する断面において、タービン１の回転軸Ｏを中心として、スクロール舌部３２の位置における角度を０度（図２参照）とし、周方向における排ガス流れの向きを正の角度方向としたとき、少なくとも１つの貫通孔２８は、２２０度以上３６０度以下の範囲内に位置する。なお、図２中の斜線で示す範囲Ｒ１は、上記角度範囲（２２０度以上３６０度以下の範囲）を示し、角度φは、上記範囲内の角度の一例を示す。
なお、スクロール舌部３２とは、ハウジング６のうち、スクロール流路８を形成するスクロール部の巻き始めと巻き終わりの接続部である。
【００５９】
本発明者らの知見によれば、スクロール流路８の出口付近（スクロールの巻き終わり付近）において、ノズルベーン１４の負圧面４０近傍と隙間２４との圧力差が特に大きくなる傾向があり、タービン１における圧力損失の要因となり得る乱れを伴う流れＳ（図６参照）が生じやすい。
この点、上述の実施形態では、周方向における上述の角度が２２０度以上３６０度以下の範囲Ｒ１内（即ちスクロール流路８の出口付近）に少なくとも１つの貫通孔２８を設けたので、当該周方向領域において、該貫通孔２８を介して、中間流路１０のノズルベーン１４の負圧面４０近傍と隙間２４とが均圧化される。よって、ノズルベーン１４の負圧面４０近傍と隙間２４との間の圧力差に起因する、隙間２４からノズルプレート１２の外周端を経由してノズルベーン１４の負圧面４０へ向かう乱れを伴う流れを効果的に抑制して、タービン１における圧力損失を効果的に低減することができる。
【００６０】
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。
【００６１】
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】
【００６２】
１      タービン
２      回転シャフト
３      軸受
４      タービンインペラ
５      動翼
６      ハウジング
６ａ    タービンハウジング
６ｂ    軸受ハウジング
７      排気出口
８      スクロール流路
９      内周側境界
１０    中間流路
１２    ノズルプレート
１３    面
１４    ノズルベーン
１６    ノズルマウント
１７    ハブ
１８    レバープレート
１９    ドライブリング
２０    ノズルシャフト
２２    内周壁部
２４    隙間
２６    シール部材
２８    貫通孔
２８ａ  開口
３０    入口流路
３２    スクロール舌部
３４    前縁
３６    後縁
３８    圧力面
４０    負圧面
１００  ターボチャージャ
【図１】
2019123565.tif 000003
【図２】
2019123565.tif 000004
【図３】
2019123565.tif 000005
【図４】
2019123565.tif 000006
【図５】
2019123565.tif 000007
【図６】
2019123565.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月11日(2018.6.11)
【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】
タービンインペラと、
前記タービンインペラを覆うように設けられ、前記タービンインペラの外周側に位置するスクロール流路及び前記スクロール流路の内周側境界を画定する内周壁部を含むハウジングと、
排ガス流れ方向において前記スクロール流路の下流側且つ前記タービンインペラの上流側に位置する中間流路に設けられる複数のノズルベーンと、
前記内周壁部に対して軸方向に隙間を空けて前記中間流路側に、前記中間流路に面して設けられるプレートと、
を備え、
前記プレートは、前記中間流路と前記隙間とを連通させる少なくとも１つの貫通孔を有し、
前記少なくとも１つの貫通孔は、前記プレートのうち前記中間流路に対向する面上において、前記複数のノズルベーンのうち少なくとも１つの負圧面に対して径方向外側の位置に開口し、
前記複数のノズルベーンは、前記軸方向に沿った回動軸の周りを回動可能に設けられ、
前記少なくとも１つの貫通孔は、前記プレートの前記面上において、前記少なくとも１つのノズルベーンの前記回動軸よりも周方向において前記排ガス流れ方向の上流側の位置に開口する
タービン。
【請求項２】
前記複数のノズルベーンは、前記中間流路内において周方向に配列されるとともに、前記軸方向に沿って延びる回動軸の周りを回動可能に設けられ、
前記周方向に隣接する一対のノズルベーンの各々のコード方向がなす角度をＡとし、前記複数のノズルベーンの各々の開度が最大であるときの前記角度をＡ１としたとき、
前記角度Ａが０．５×Ａ１以上となるノズルベーンの大開度域の少なくとも一部において、前記少なくとも１つの貫通孔は、前記面上において、前記負圧面に対して径方向外側の位置に開口する
請求項１に記載のタービン。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
前記複数のノズルベーンは、前記中間流路内において周方向に配列されるとともに、前記軸方向に沿った回動軸の周りを回動可能に設けられ、
前記周方向に隣接する一対のノズルベーンの各々のコード方向がなす角度をＡとし、前記複数のノズルベーンの開度が最大であるときの前記角度をＡ１としたとき、
前記角度Ａが０．７５×Ａ１となる前記複数のノズルベーンの開度において、前記少なくとも１つの貫通孔と前記少なくとも１つのノズルベーンの前記負圧面との間の径方向における距離Ｌが前記少なくとも１つの貫通孔の直径Ｄ以下である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のタービン。
【請求項５】
前記複数のノズルベーンは、前記中間流路内において周方向に配列されるとともに、前記軸方向に沿った回動軸の周りを回動可能に設けられ、
前記複数のノズルベーンの各々の開度が最大であるときに、前記少なくとも１つの貫通孔の少なくとも一部は、前記プレートの前記面において、前記少なくとも１つのノズルベーンから前記径方向の外側にずれて位置する
ことを特徴とする請求項１、２又は４の何れか一項に記載のタービン。
【請求項６】
前記軸方向に直交する断面において、前記タービンの回転軸を中心として、スクロール舌部の位置における角度を０度とし、周方向における前記排ガス流れの向きを正の角度方向としたとき、前記少なくとも１つの貫通孔は、２２０度以上３６０度以下の範囲内に位置する
ことを特徴とする請求項１、２、４又は５の何れか一項に記載のタービン。
【請求項７】
前記軸方向を含む断面において、前記少なくとも１つの貫通孔は、前記少なくとも１つのノズルベーンの前記負圧面の延在方向に沿って延びている
ことを特徴とする請求項１、２、４乃至６の何れか一項に記載のタービン。
【請求項８】
前記軸方向を含む断面において、前記負圧面は、前記軸方向に対して傾斜して延在し、前記少なくとも１つの貫通孔は、前記負圧面の前記軸方向に対する傾斜方向に沿って延びている
ことを特徴とする請求項７に記載のタービン。
【請求項９】
請求項１、２、４乃至８の何れか一項に記載のタービンと、
前記タービンによって駆動されるように構成された圧縮機と、を備える
ことを特徴とするターボチャージャ。
【国際調査報告】
2019123565.tif 000009
2019123565.tif 000010
2019123565.tif 000011