(57)【要約】【課題】半径流入式の軸流又は斜流タービンにおいて、動翼への境界層の流入に起因したタービン性能の低下を抑制し、タービン効率を向上させる。【解決手段】半径流入式タービンは、前縁のシュラウド側端よりも前縁のハブ側端の方が径方向の内側に位置する動翼を有するタービンホイールと、スクロール部、および、スクロール部から径方向の内側に向かう作動流体の流れを軸方向に沿った向きに変向するためのベンド部を有するハウジングと、を備える。タービンホイールは、動翼をバイパスする少なくとも一つの貫通穴を有する。【選択図】図２
2018115560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前縁のシュラウド側端よりも前記前縁のハブ側端の方が径方向の内側に位置する動翼を有するタービンホイールと、
スクロール部、および、前記スクロール部から前記径方向の内側に向かう作動流体の流れを軸方向に沿った向きに変向するためのベンド部を有するハウジングと、を備え、
前記タービンホイールは、前記動翼をバイパスする少なくとも一つの貫通穴を有する
ことを特徴とする半径流入式タービン。
【請求項２】
前記スクロール部からの前記作動流体は、静翼を介さずに前記動翼に直接流入するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の半径流入式タービン。
【請求項３】
前記少なくとも一つの貫通穴は、前記タービンホイールのディスク部の上流側端面と、前記ディスク部の上流側端面に対向する前記ハウジングの端面との間の隙間を介して、前記ベンド部における前記作動流体の主流流路に連通する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の半径流入式タービン。
【請求項４】
前記ディスク部の前記上流側端面から前記ハウジングの前記端面に向かって軸方向に突出するフィン部をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の半径流入式タービン。
【請求項５】
前記フィン部は、軸方向断面において、前記ベンド部を形成する前記ハウジングのハブ側の内壁面の延長線に沿って延在する外周面を有する環状フィンである
ことを特徴とする請求項４に記載の半径流入式タービン。
【請求項６】
前記動翼をバイパスするように、前記半径流入式タービンの入口側から出口側に前記作動流体を流すためのウェイストゲート流路と、
前記ウェイストゲート流路に設けられるウェイストゲートバルブと、
をさらに備え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半径流入式タービン。
【請求項７】
前記ベンド部に流入する前記作動流体の流量に対する、前記少なくとも一つの貫通穴を介した前記作動流体の吸込み流量の比が、０．０１以上０．０４以下であ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半径流入式タービン。
【請求項８】
前記少なくとも一つの貫通穴は、上流側から下流側に向かって半径方向外側にずれるように前記軸方向に対して斜めに延在していることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の半径流入式タービン。
【請求項９】
前記ハウジングは、前記ベンド部を形成する前記ハウジングのハブ側の内壁面に開口する少なくとも一つのハウジング内部流路を有し、
前記少なくとも一つのハウジング内部流路は、前記少なくとも一つの貫通穴に連通していることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の半径流入式タービン。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の半径流入式タービンと、
前記半径流入式タービンを駆動するためのコンプレッサと、
を備えることを特徴とする過給機。
【請求項１１】
前縁のシュラウド側端よりも前記前縁のハブ側端の方が径方向の内側に位置する動翼を有するタービンホイールと、前記タービンホイールの回転軸に連結されるコンプレッサホイールと、を備える過給機の組み立て方法であって、
前記タービンホイールのディスク部に設けられた複数の貫通穴に、固定治具の複数の回り止め部をそれぞれ係合させるステップと、
前記回転軸に前記コンプレッサホイールを組み付けるステップと、
前記固定治具の前記複数の回り止め部をそれぞれ前記ディスク部の前記複数の貫通穴に係合させた状態で、締結部材の第１ねじ部を前記回転軸の端部に形成された第２ねじ部に螺合させることで、前記回転軸に組み付けた前記コンプレッサホイールを前記回転軸に締結するステップと、
を備えることを特徴とする過給機の組み立て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半径流入式タービン、過給機及び過給機の組み立て方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車用のターボチャージャー等では、各種エンジンから排出される排出エネルギーの動力回収が行われており、エンジンから排出された中低温、高温、低圧又は高圧の作動流体から回収したエネルギーが回転動力に変換されて過給に用いられる。このような排出エネルギーの動力回収に用いられるタービンは種々開示されており、例えば、特許文献１には、静翼を持たない半径流入式の軸流タービンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１４４５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１では、スクロールとベンド流れを考慮した動翼ディスクの形状について何ら言及されていない。しかし、例えば、自動車用ターボチャージャー等、スクロールと動翼とを組み合わせたタービンであって静翼を用いない半径流入式の軸流タービン又は斜流タービンの場合、ベンド部のハブで作動流体の境界層が発達し、この発達した境界層が動翼に流入すると、タービン性能が著しく低下するという問題がある。
【０００５】
上述した問題に鑑み、本発明の少なくとも一実施形態は、動翼への境界層の流入に起因したタービン性能の低下を抑制し、タービン効率を向上させ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半径流入式タービンは、
前縁のシュラウド側端よりも前記前縁のハブ側端の方が径方向の内側に位置する動翼を有するタービンホイールと、
スクロール部、および、前記スクロール部から前記径方向の内側に向かう作動流体の流れを軸方向に沿った向きに変向するためのベンド部を有するハウジングと、を備え、
前記タービンホイールは、前記動翼をバイパスする少なくとも一つの貫通穴を有する。
【０００７】
半径流入式の軸流又は斜流タービン（動翼前縁のシュラウド側端よりも動翼前縁のハブ側端の方が半径方向内側に位置するタービン）では、スクロール部から動翼に向かって作動流体がベンド部を流れる際、ベンド部を形成するハウジング内壁面のうちハブ側の壁面の近傍で境界層が発達する。この発達した境界層が動翼に流入すると、タービン性能を著しく低下させる。
この点、上記（１）の構成によれば、動翼をバイパスする少なくとも一つの貫通穴をタービンホイールに設けたので、動翼の上流側においてハブ側壁面近傍にて発達した境界層を、貫通穴を介して動翼の下流側に吸い出すことにより、境界層の厚さを低減できる。これにより、動翼への境界層の流入に起因したタービン性能の低下を抑制し、タービン効率を向上させることができる。
【０００８】
（２）いくつかの実施形態では、上記（１）に記載の半径流入式タービンにおいて、
前記スクロール部からの前記作動流体は、静翼を介さずに前記動翼に直接流入するように構成される。
【０００９】
上記（２）の構成のように、静翼を介さずに作動流体が動翼に直接流入する場合、ベンド部を形成するハブ側のハウジング内壁面において、境界層が発達しやすい。この点、上記（１）で述べたように、タービンホイールに貫通穴を設けることで、動翼の上流側においてハブ側壁面近傍にて発達した境界層を動翼下流側に吸い出して、動翼への境界層の流入を抑制できる。よって、静翼を介さずに作動流体が動翼に直接流入する半径流入式タービンにおいて、タービン効率を効果的に向上させることができる。
【００１０】
（３）いくつかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の半径流入式タービンにおいて、
前記少なくとも一つの貫通穴は、前記タービンホイールのディスク部の上流側端面と、前記ディスク部の上流側端面に対向する前記ハウジングの端面との間の隙間を介して、前記ベンド部における前記作動流体の主流流路に連通する。
【００１１】
上記（３）の構成によれば、上記（１）で述べた貫通孔がタービンホイールのディスク部に設けられる。そして、静止部であるハウジングの端面と、この端面に対向するタービンホイールのディスク部の上流側端面との間に必然的に存在する隙間を介して、ベンド部を形成するハウジング内壁面のうちハブ側の壁面の近傍で発達する境界層を動翼の下流側に吸い出すことができる。これにより、動翼への境界層の流入に起因したタービン性能の低下を抑制し、タービン効率を向上させることができる。
【００１２】
（４）いくつかの実施形態では、上記（３）に記載の半径流入式タービンにおいて、
前記ディスク部の前記上流側端面から前記ハウジングの前記端面に向かって軸方向に突出するフィン部をさらに備える。
【００１３】
上記（４）の構成によれば、ディスク部の上流側端面から軸方向に突出したフィン部を設けることで、ディスク部とハウジングとの間の半径方向に沿った隙間に吸い込まれる流れを整流するとともに、当該隙間から主流流路への逆流を防止することができる。よって、貫通穴による境界層の吸出しに起因した上述の技術的メリット（境界層の厚さ低減効果）を効果的に享受でき、タービン効率の向上を図ることができる。
【００１４】
（５）いくつかの実施形態では、上記（４）に記載の半径流入式タービンにおいて、
前記フィン部は、軸方向断面において、前記ベンド部を形成する前記ハウジングのハブ側の内壁面の延長線に沿って延在する外周面を有する環状フィンである。
【００１５】
上記（５）の構成によれば、ハウジングの端面と、この端面に対向するタービンホイールのディスク部の上流側端面との間に吸い込んだ上記境界層の作動流体を整流化することができるため、タービン効率を向上させることができる。また、作動流体の整流化により貫通孔を小径とすることが可能となるため、タービンホイール及びそのディスク部の強度上の信頼性を向上させることができる。
【００１６】
（６）いくつかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れか一つに記載の半径流入式タービンにおいて、
前記動翼をバイパスするように、前記半径流入式タービンの入口側から出口側に前記作動流体を流すためのウェイストゲート流路と、
前記ウェイストゲート流路に設けられるウェイストゲートバルブと、
をさらに備える。
【００１７】
上記（６）の構成によれば、ウェイストゲート流路に設けられたウェイストゲートバルブの開度を調整することにより、動翼を通過する作動流体の流量を調節可能である。一方で、ウェイストゲート流路を介して動翼をバイパスする作動流体は、本来は動翼の回転に用いられることが望ましく、動翼をバイパスしてタービンの出口側に作動流体を流すことはタービン効率の低下につながる。
この点、上記（６）の構成では、上記（１）で述べたように、動翼の上流側においてハブ側壁面近傍にて発達した境界層を貫通穴経由で動翼の下流側に吸い出すことができるため、境界層の厚さを低減してタービン効率を向上させることができる。つまり、本願発明者による鋭意検討の結果、タービン効率の向上に寄与せずウェイストゲート流路を介して半径流入式タービンの出口側に流されていた作動流体の少なくとも一部を、タービンホイールに設けた貫通孔を介して動翼をバイパスする構成とすることにより、動翼への境界層の流入に起因したタービン性能の低下を抑制し、タービン効率を向上させることができるのである。
【００１８】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れか一つに記載の半径流入式タービンにおいて、
前記ベンド部に流入する前記作動流体の流量に対する、前記少なくとも一つの貫通穴を介した前記作動流体の吸込み流量の比が、０．００５以上０．０４以下である。
【００１９】
上記（１）で述べたように、貫通穴を介して作動流体を吸込むことにより、境界層の厚さが低減され、タービン効率が向上する。一方、貫通穴を介して吸い込まれる作動流体は動翼をバイパスするから、その分だけ、動翼に対してなされる仕事は減少する。このため、高いタービン効率を実現し得る作動流体の吸込み流量の範囲が存在する。
本発明者らの鋭意検討の結果、貫通穴を介した作動流体の吸込み流量の主流流量（ベンド部に流入する作動流体の流量）に対する比を上記（７）で述べた範囲内に設定することで、タービン効率を効果的に向上させることができることが明らかになった。
なお、ウェイストゲートバルブを備えたタービンの場合、上記比を１％前後（例えば０．００５以上０．０１５以下）に設定すれば、ウェイストゲートバルブの閉時においても、動翼を通過する作動流体の流量減少に伴う出力低下を抑制可能であるため望ましい。
【００２０】
（８）いくつかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れか一つに記載の半径流入式タービンにおいて、
前記少なくとも一つの貫通穴は、上流側から下流側に向かって半径方向外側にずれるように前記軸方向に対して斜めに延在している。
【００２１】
タービンホイールの回転に伴うポンピング作用により、タービンホイールに設けた貫通穴のうち半径方向内側の開口から半径方向外側の開口に向けて作動流体を送る効果が得られる。したがって、上記（８）の構成によれば、タービンホイールに設けられた貫通穴を通る作動流体に対して、該作動流体を上流側から下流側に向けて送る力が作用する。このため、ベンド部を形成するハブ側のハウジング内壁面に形成される作動流体の境界層を、貫通穴を介してより円滑に動翼の下流側に案内することができるため、タービン効率の向上が図られる。また、上記のポンピング作用により、貫通穴を小径としても該貫通穴を通る作動流体の流量を確保することが可能となるため、タービンホイールの強度上の信頼性を向上させることができる。
【００２２】
（９）いくつかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れか一つに記載の半径流入式タービンにおいて、
前記ハウジングは、前記ベンド部を形成する前記ハウジングのハブ側の内壁面に開口する少なくとも一つのハウジング内部流路を有し、
前記少なくとも一つのハウジング内部流路は、前記少なくとも一つの貫通穴に連通している。
【００２３】
上記（９）の構成によれば、貫通穴に連通するハウジング内部流路を、ハウジングのハブ側の内壁面に開口するように設けたことにより、ベンド部において発達初期の境界層を吸い出して貫通穴に案内することができる。これにより、タービン効率の向上が図られる。
【００２４】
（１０）本発明の少なくとも一実施形態に係る過給機は、
上記（１）乃至（９）の何れか一つに記載の半径流入式タービンと、
前記半径流入式タービンを駆動するためのコンプレッサと、
を備える。
【００２５】
上記（１０）の構成によれば、動翼をバイパスする少なくとも一つの貫通穴をタービンホイールに設け、動翼の上流側においてハブ側壁面近傍にて発達した境界層を貫通穴経由で動翼の下流側に吸い出すことにより、境界層の厚さを低減し、これにより、動翼への境界層の流入に起因したタービン性能の低下を抑制し、タービン効率を向上させた過給機を得ることができる。
【００２６】
（１１）本発明の少なくとも一実施形態に係る過給機の組み立て方法は、
前縁のシュラウド側端よりも前記前縁のハブ側端の方が径方向の内側に位置する動翼を有するタービンホイールと、前記タービンホイールの回転軸に連結されるコンプレッサホイールと、を備える過給機の組み立て方法であって、
前記タービンホイールのディスク部に設けられた複数の貫通穴に、固定治具の複数の回り止め部をそれぞれ係合させるステップと、
前記回転軸に前記コンプレッサホイールを組み付けるステップと、
前記固定治具の前記複数の回り止め部をそれぞれ前記ディスク部の前記複数の貫通穴に係合させた状態で、締結部材の第１ねじ部を前記回転軸の端部に形成された第２ねじ部に螺合させることで、前記回転軸に組み付けた前記コンプレッサホイールを前記回転軸に締結するステップと、
を備える。
【００２７】
上記（１１）の方法によれば、タービンホイールに設けた貫通穴に固定治具の回り止め部を挿入することで、タービンホイールの軸とコンプレッサホイールとをねじ止めを容易に行うことができる。したがって、過給機の組み立て性の向上を図ることができる。特に、過給機が小型であればタービンホイールも小さく、その組み立ての作業性が耐久性や信頼性にも影響するため、上記（１１）の組み立て方法は小型の過給機の組み立て時に有益となる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、半径流入式の軸流又は斜流タービンにおいて、動翼への境界層の流入に起因したタービン性能の低下を抑制し、タービン効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】一実施形態に係る過給機の構成を示す概略図である。
【図２】一実施形態に係る半径流入式タービンを示す概略図である。
【図３】一実施形態におけるタービンホイールのディスク部を軸方向から見た図である。
【図４Ａ】一実施形態におけるフィンを示す概略図である。
【図４Ｂ】一実施形態におけるフィンを示す概略図である。
【図５】一実施形態に係る過給機の構成を示す概略図である。
【図６】作動流体の主流量に対する吸込み流量比とタービンの出力向上量との関係を示す図である。
【図７】一実施形態における貫通孔を示す概略図である。
【図８】一実施形態におけるハウジング内部流路を示す概略図である。
【図９】他の実施形態におけるハウジング内部流路の構成例を示す概略図である。
【図１０】一実施形態に係る過給機の組み立て方法を示すフローチャートである。
【図１１】一実施形態に係る過給機の組み立て方法を示す模式図である。
【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。
例えば、「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。
例えば、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。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「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。
【００３１】
図１は、一実施形態に係る過給機の構成を示す概略図である。図２は、一実施形態に係る半径流入式タービンを示す概略図である。図３は、一実施形態におけるタービンホイールのディスク部を軸方向から見た図である。
図１及び図２に示すように、幾つかの実施形態に係る過給機１は、半径流入式タービン２と、該半径流入式タービン２を駆動するためのコンプレッサ４０と、を備えている。
半径流入式タービン２は、ピストン１０１及びシリンダ（図示省略）を備えたエンジン１００の排気側に配置されており、エンジン１００からの排気エネルギーを利用して回転駆動される。コンプレッサ４０は、エンジン１００の給気側に配置されており、タービンシャフト２８（回転軸）を介して半径流入式タービン２と同軸回転可能に連結されている。そして、エンジン１００の排気を作動流体として半径流入式タービン２が回転されると、その回転力を用いてコンプレッサ４０が回転し、エンジン１００内に給気（過給）を行うようになっている。
【００３２】
図２に示すように、一実施形態に係る半径流入式タービン２（タービン）は、上記タービンシャフト２８を中心軸として回転可能なタービンホイール２０と、該タービンホイール２０を格納するハウジング１０とを備える。
タービンホイール２０は、略円柱状のディスク部２５と、ディスク部２５の外周に放射状に形成された複数の動翼２１とを備える。動翼２１は、前縁２２のシュラウド側端２３よりも前縁２２のハブ側端２４の方が径方向の内側に位置するようになっている。
ハウジング１０は、スクロール部５、および、該スクロール部５からタービンホイール２０の径方向の内側に向かう作動流体の流れをタービンホイール２０の軸方向に沿った向きに変向するためのベンド部６を有する。
幾つかの実施形態において、タービンホイール２０は、動翼２１をバイパスする少なくとも一つの貫通穴２６を有する。例えば、図３には、タービンホイール２０の周方向に均等な間隔を置いて５つの貫通穴２６が設けられた例を示す。他の実施形態では、５つに限定されず、任意の数の貫通穴２６を設けてもよい。図２及び図３に例示的に示す実施形態において、貫通穴２６は、タービンシャフト２８の軸方向に沿ってタービンホイール２０に穿設されている。
【００３３】
ここで、半径流入式の軸流タービン又は斜流タービン（すなわち、動翼２１の前縁２２のシュラウド側端よりも動翼２１の前縁２２のハブ側端の方が半径方向内側に位置するタービン）では、スクロール部５から動翼２１に向かって作動流体がベンド部６を流れる際、ベンド部６を形成するハウジング１０内壁面のうちハブ側の壁面の近傍で境界層３２が発達する。この発達した境界層３２が動翼２１に流入すると、タービン性能を著しく低下させることとなる。
この点、幾つかの実施形態では、動翼２１をバイパスする少なくとも一つの貫通穴２６をタービンホイール２０に設けることで、動翼２１の上流側においてハブ側壁面２７近傍にて発達した境界層３２を、貫通穴２６を介して動翼２１の下流側に吸い出すことにより、境界層３２の厚さを低減できる。これにより、動翼２１への境界層３２の流入に起因したタービン性能の低下を抑制し、タービン効率を向上させることができるようになっている。
【００３４】
いくつかの実施形態において、半径流入式タービン２は、スクロール部５からの作動流体が静翼（図示省略）を介さずに動翼２１に直接流入するように構成される。このように、静翼を介さずにスクロール部５からの作動流体が動翼２１に直接流入する場合、ベンド部６を形成するハブ側のハウジング１０内壁面において、境界層３２が発達しやすい。この点、上述したように、タービンホイール２０に貫通穴２６を設けることで、動翼２１の上流側においてハブ側壁面２７近傍にて発達した境界層３２を動翼２１の下流側に吸い出して、動翼２１への境界層３２の流入を抑制できる。よって、静翼を介さずに作動流体が動翼２１に直接流入する半径流入式タービン２において、タービン効率を効果的に向上させることができる。
【００３５】
いくつかの実施形態において、半径流入式タービン２は、少なくとも一つの貫通穴２６が、タービンホイール２０のディスク部２５の上流側端面２５Ａと、ディスク部２５の上流側端面２５Ａに対向するハウジング端面１１との間の隙間１６を介して、ベンド部６における作動流体の主流流路３０に連通するように構成されてもよい。
このように、静止部であるハウジング１０の端面（ハウジング端面１１）と、このハウジング端面１１に対向するタービンホイール２０のディスク部２５の上流側端面２５Ａとの間に必然的に存在する隙間１６を介して、ベンド部６を形成するハウジング内壁面のうちハブ側壁面２７の近傍で発達する境界層３２を動翼２１の下流側に吸い出すことができる。これにより、動翼２１への境界層３２の流入に起因したタービン性能の低下を抑制し、タービン効率を向上させることができる。
【００３６】
図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ一実施形態におけるフィンを示す概略図である。図４Ａに示すように、いくつかの実施形態において、半径流入式タービン２は、ディスク部２５の上流側端面２５Ａからハウジング１０の端面（ハウジング端面１１）に向かって軸方向に突出するフィン部２５Ｃをさらに備えてもよい。このフィン部２５Ｃのハウジング端面１１側への突出量は、半径方向外側に向かうにつれて増加する。
この構成によれば、ディスク部２５の上流側端面２５Ａから軸方向に突出したフィン部２５Ｃを設けることで、ディスク部２５とハウジング１０との間の半径方向に沿った隙間１６に吸い込まれる流れを整流するとともに、当該隙間１６から主流流路３０への逆流を防止することができる。よって、貫通穴２６による境界層３２の吸出しに起因した上述の技術的メリット（境界層３２の厚さ低減効果）を効果的に享受でき、タービン効率の向上を図ることができる。
【００３７】
図４Ｂに示すように、いくつかの実施形態において、フィン部２５Ｃは、軸方向断面において、ベンド部６を形成するハウジング１０のハブ側の内壁面の延長線に沿って延在する外周面を有する環状フィン２５Ｃであってもよい。
この構成によれば、ハウジング端面１１と、このハウジング端面１１に対向するタービンホイール２０のディスク部２５の上流側端面２５Ａとの間に吸い込んだ上記境界層３２の作動流体を整流化することができるため、タービン効率を向上させることができる。また、作動流体の整流化により貫通穴２６を小径としても作動流体の境界層３２を、該貫通穴２６を介してタービンホイール２０の下流側に導くことができる。したがって、貫通穴２６を小径とすることが可能となるため、タービンホイール２０及びそのディスク部２５の強度上の信頼性を向上させることができる。
【００３８】
図５は、一実施形態に係る過給機１の構成を示す概略図である。図５に示すように、いくつかの実施形態において、半径流入式タービン２は、動翼２１をバイパスするように、半径流入式タービン２の入口側から出口側に作動流体を流すためのウェイストゲート流路７を備えていてもよい。さらに、半径流入式タービン２は、ウェイストゲート流路７に設けられるウェイストゲートバルブ８を備えていてもよい。この構成によれば、ウェイストゲート流路７に設けられたウェイストゲートバルブ８の開度を調整することにより、動翼２１を通過する作動流体の流量を調節可能である。一方で、ウェイストゲート流路７を介して動翼２１をバイパスする作動流体は、本来は動翼２１の回転に用いられることが望ましい。したがって、動翼２１をバイパスして半径流入式タービン２の出口側に作動流体を流すことはタービン効率の低下につながる。
この点、上記の構成では、動翼２１の上流側においてハブ側壁面２７近傍にて発達した境界層３２を貫通穴２６経由で動翼２１の下流側に吸い出すことができる。これにより、境界層３２の厚さを低減してタービン効率を向上させることができる。つまり、本願発明者による鋭意検討の結果、タービン効率の向上に寄与せずウェイストゲート流路７を介して半径流入式タービン２の出口側に流されていた作動流体の少なくとも一部を、タービンホイール２０に設けた貫通穴２６を介して動翼２１をバイパスする構成とすることにより、動翼２１への境界層３２の流入に起因したタービン性能の低下を抑制し、タービン効率を向上させることができることが判明したものである。
【００３９】
図６は、作動流体の主流量に対する貫通穴２６への吸込み流量比とタービンの出力向上量との関係を示す図である。図６に示すように、タービンの出力向上量は、作動流体の主流量に対する吸込み流量比が概ね０．０２〜０．０３（２〜３％）付近でピークとなる。幾つかの実施形態において、半径流入式タービン２は、ベンド部６に流入する作動流体の流量に対する、少なくとも一つの貫通穴２６を介した作動流体の吸込み流量の比が、０．００５以上０．０４以下であってもよい。
【００４０】
上述したように、貫通穴２６を介して作動流体を吸込むことにより、境界層３２の厚さが低減され、タービン効率が向上する。一方、貫通穴２６を介して吸い込まれる作動流体は動翼２１をバイパスすることになる。したがって、動翼２１をバイパスした作動流体の分だけ、動翼２１に対してなされる仕事が減少する。このため、高いタービン効率を実現し得る作動流体の吸込み流量の範囲が存在する。
この点、貫通穴２６を介した作動流体の吸込み流量の主流流量（ベンド部６に流入する作動流体の流量）に対する比を上記の範囲内（０．００５以上０．０４以下）に設定することで、タービン効率を効果的に向上させることができる。
なお、ウェイストゲートバルブ８を備えた半径流入式タービン２の場合、上記比を１％前後（例えば０．００５以上０．０１５以下）に設定してもよい。このようにすれば、ウェイストゲートバルブ８の閉時においても、動翼２１を通過する作動流体の流量減少に伴う出力低下を抑制可能であるため望ましい。
【００４１】
図７は、一実施形態における貫通孔を示す概略図である。図７に示すように、いくつかの実施形態では、上記半径流入式タービン２において、少なくとも一つの貫通穴２６は、上流側から下流側に向かって半径方向の外側にずれるように、軸方向に対して斜めに延在していてもよい。すなわち、タービンホイール２０の回転に伴うポンピング作用により、タービンホイール２０に設けた貫通穴２６のうち半径方向内側の開口から半径方向外側の開口に向けて作動流体を送る効果が得られる。したがって、上記の構成によれば、タービンホイール２０に設けられた貫通穴２６を通る作動流体に対して、該作動流体を上流側から下流側に向けて送る力が作用する。このため、ベンド部６を形成するハブ側のハウジング内壁面（ハブ側壁面２７）に形成される作動流体の境界層３２を、貫通穴２６を介してより円滑に動翼２１の下流側に案内することができるため、タービン効率の向上が図られる。また、上記のポンピング作用により、貫通穴２６を小径としても該貫通穴２６を通る作動流体の流量を確保することが可能となるため、タービンホイール２０の強度上の信頼性を向上させることができる。
【００４２】
図８は、一実施形態におけるハウジング内部流路１４を示す概略図である。図８に示すように、いくつかの実施形態において、ハウジング１０は、ベンド部６を形成するハウジング１０のハブ側壁面２７に開口する少なくとも一つのハウジング内部流路１４を有していてもよい。ハウジング内部流路１４は、少なくとも一つの貫通穴２６に連通していてもよい。この構成によれば、貫通穴２６に連通するハウジング内部流路１４を、ハウジング１０のハブ側壁面２７に開口するように設けたことにより、ベンド部６において発達初期の境界層３２を吸い出して貫通穴２６に案内することができる。これにより、タービン効率の向上が図られる。
【００４３】
図８に示す例示的な実施形態では、ハウジング内部流路１４は半径方向に沿ってハウジング１０の内部を延在しており、ハウジング１０内のハブ側壁面２７に一端が開口するとともに、ハウジング１０とタービンシャフト２８との間に形成されるキャビティ６０に他端が開口している。キャビティ６０は、ディスク部２５の上流側端面２５Ａに対向するハウジング端面１１との間の隙間１６に連通している。このため、ハウジング内部流路１４を介してキャビティ６０内に吸い出された流体は、隙間１６を介して貫通穴２６に導かれるようになっている。
また、タービンシャフト２８には軸シール部７０が設けられており、ハウジング１０とタービンシャフト２８との間のキャビティ６０からの流体の漏れが抑制されるようになっている。なお、ハウジング内部流路１４を介してキャビティ６０内に取り込まれた作動流体の一部は、軸シール部７０に向かって流れる（図８参照）。
【００４４】
図９は、他の実施形態におけるハウジング内部流路の構成例を示す概略図である。
他の実施形態では、図９に示すように、ハウジング内部流路１４は、半径方向に沿ってハウジング１０の内部を延在する第１部分１４Ａと、軸方向に沿って延在して第１部分１４Ａと隙間１６とを連通させる第２部分１４Ｂと、を含む。この場合、境界層３２は、ハウジング内部流路１４の第１部分１４Ａ及び第２部分１４Ｂを通過し、隙間１６を介して貫通穴２６に導かれる。
【００４５】
上述した幾つかの実施形態によれば、動翼２１をバイパスする少なくとも一つの貫通穴２６をタービンホイール２０に設け、動翼２１の上流側においてハブ側壁面２７近傍にて発達した境界層３２を貫通穴２６経由で動翼２１の下流側に吸い出すことにより、境界層３２の厚さを低減し、これにより、動翼２１への境界層３２の流入に起因したタービン性能の低下を抑制し、タービン効率を向上させた過給機１を得ることができる。
【００４６】
なお、高反動度で半径流入式タービン２を使用する場合はタービン側への軸方向圧力（スラスト）が大きくなることが考えられる。この点、上述した幾つかの実施形態で示したように、タービンホイール２０のディスク部２５に貫通穴２６を設けることで、反動度を低下させることが可能であり、これによって、スラスト力の低減を図ることができる。
【００４７】
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の少なくとも一実施形態に係る過給機１の組み立て方法について説明する。図１０は、一実施形態に係る過給機の組み立て方法を示すフローチャートである。図１１は、一実施形態に係る過給機１の組み立て方法を示す模式図である。
発明の少なくとも一実施形態に係る過給機１の組み立て方法は、前縁２２のシュラウド側端２３よりも前縁２２のハブ側端２４の方が径方向の内側に位置する動翼２１を有するタービンホイール２０と、タービンシャフト２８（タービンホイール２０の回転軸）に連結されるコンプレッサホイール４１と、を備える過給機１の組み立て方法である。
図１０に示すように、上記方法は、タービンホイール２０のディスク部２５に設けられた複数の貫通穴２６に、固定治具５０の複数の回り止め部５１をそれぞれ係合させる工程（ステップＳ１）と、回転軸であるタービンシャフト２８にコンプレッサホイール４１を組み付ける工程（ステップＳ２）と、固定治具５０の複数の回り止め部５１をそれぞれディスク部２５の複数の貫通穴２６に係合させた状態で、締結部材５２の第１ねじ部５３をタービンシャフト２８の端部に形成された第２ねじ部５４に螺合させることで、タービンシャフト２８に組み付けたコンプレッサホイール４１をタービンシャフト２８に締結する工程（ステップＳ３）と、を備える。
【００４８】
上記の方法によれば、タービンホイール２０に設けた貫通穴２６に固定治具５０の回り止め部５１を挿入することで、タービンホイール２０の軸とコンプレッサホイール４１とを容易にねじ止めすることができる。したがって、過給機１の組み立て性の向上を図ることができる。特に、過給機１が小型であればタービンホイール２０も小さく、その組み立ての作業性が耐久性や信頼性にも影響するため、上記の組み立て方法は小型の過給機１の組み立て時に有益となる。
【００４９】
本発明は上述した幾つかの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。
【符号の説明】
【００５０】
１  過給機
２  半径流入式タービン（タービン）
４  シュラウド
５  スクロール部
６  ベンド部
７  ウェイストゲート流路
８  ウェイストゲートバルブ
１０  ハウジング
１１  ハウジング端面
１４  ハウジング内部流路
１６  隙間
２０  タービンホイール
２１  動翼
２２  前縁
２３  シュラウド側端
２４  ハブ側端
２５  ディスク部
２５Ａ  上流側端面
２５Ｂ  下流側端面
２５Ｃ  環状フィン（フィン部）
２６  貫通穴
２７  ハブ側壁面
２８  タービンシャフト（回転軸）
３０  主流流路
３２  境界層
４０  コンプレッサ
４１  コンプレッサホイール
５０  固定治具
５１  回り止め部
５２  締結部材
５３  第１ねじ部
５４  第２ねじ部
６０  キャビティ
７０  軸シール部
１００  エンジン（内燃機関）
１０１  ピストン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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