(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト（１３）に固定されるハブ（２１）の周囲に複数のタービン翼（２２）を有するタービンホイール（８）と、
このタービンホイール（８）の外周にスクロール流路（１９）を形成するタービンハウジング（７）とを備え、
内燃機関（２）より排出される排気ガスが前記スクロール流路（１９）を通って前記タービン翼（２２）に吹き付けられることで前記タービンホイール（８）が回転するターボチャージャ（１）の排気タービン（４）であって、
前記タービンハウジング（７）は、前記スクロール流路（１９）を軸方向の一方側と他方側とに分割して前記一方側に第１スクロール流路（１９ａ）、前記他方側に第２スクロール流路（１９ｂ）を形成し、且つ、前記第１スクロール流路（１９ａ）を通って前記タービン翼（２２）に吹き付けられる排気ガス流量の方が前記第２スクロール流路（１９ｂ）を通って前記タービン翼（２２）に吹き付けられる排気ガス流量より小さく設定され、
前記タービン翼（２２）の入口で前記第１スクロール流路（１９ａ）に対応して軸方向の一方側に設定される前記タービン翼（２２）の迎え角を第１の迎え角（θ１）と呼び、前記第２スクロール流路（１９ｂ）に対応して軸方向の他方側に設定される前記タービン翼（２２）の迎え角を第２の迎え角（θ２）と呼び、前記タービンホイール（８）の回転座標系において半径方向を０°としたときの前記タービン翼（２２）の入口に流入する排気ガスの流入角度を相対流入角度と定義した時に、
前記第１の迎え角（θ１）は、前記第１スクロール流路（１９ａ）を通って前記タービン翼（２２）に吹き付けられる排気ガスの相対流入角度（β）に応じて設定され、前記第２の迎え角（θ２）は、前記第２スクロール流路（１９ｂ）を通って前記タービン翼（２２）に吹き付けられる排気ガスの相対流入角度（β）に応じて設定され、
前記タービンホイール（８）の半径方向に基準線を取り、前記タービン翼（２２）の入口で排気ガスの相対速度が前記基準線に対し前記タービンホイール（８）の回転方向にベクトルを持つ時の前記相対流入角度（β）に応じて設定される前記タービン翼（２２）の迎え角を正の角度で表し、前記排気ガスの相対速度が前記基準線に対し前記タービンホイール（８）の反回転方向にベクトルを持つ時の前記相対流入角度（β）に応じて設定される前記タービン翼（２２）の迎え角を負の角度で表した場合に、前記第１の迎え角（θ１）の平均値が前記第２の迎え角（θ２）の平均値より大きいことを特徴とするターボチャージャの排気タービン。
【請求項２】
シャフト（１３）に固定されるハブ（２１）の周囲に複数のタービン翼（２２）を有するタービンホイール（８）と、
このタービンホイール（８）の外周にスクロール流路（１９）を形成するタービンハウジング（７）とを備え、
内燃機関（２）より排出される排気ガスが前記スクロール流路（１９）を通って前記タービン翼（２２）に吹き付けられることで前記タービンホイール（８）が回転するターボチャージャ（１）の排気タービン（４）であって、
前記タービンハウジング（７）は、前記スクロール流路（１９）を軸方向の一方側と他方側とに分割して前記一方側に第１スクロール流路（１９ａ）、前記他方側に第２スクロール流路（１９ｂ）を形成し、且つ、前記第１スクロール流路（１９ａ）を通って前記タービン翼（２２）に吹き付けられる排気ガス流量の方が前記第２スクロール流路（１９ｂ）を通って前記タービン翼（２２）に吹き付けられる排気ガス流量より小さく設定され、
前記タービン翼（２２）の入口で前記第１スクロール流路（１９ａ）に対応して軸方向の一方側に設定される前記タービン翼（２２）の迎え角を第１の迎え角（θ１）と呼び、前記第２スクロール流路（１９ｂ）に対応して軸方向の他方側に設定される前記タービン翼（２２）の迎え角を第２の迎え角（θ２）と呼び、前記タービンホイール（８）の回転座標系において半径方向を０°としたときの前記タービン翼（２２）の入口に流入する排気ガスの流入角度を相対流入角度と定義した時に、
前記第１の迎え角（θ１）は、前記第１スクロール流路（１９ａ）を通って前記タービン翼（２２）に吹き付けられる排気ガスの相対流入角度（β）に応じて設定され、前記第２の迎え角（θ２）は、前記第２スクロール流路（１９ｂ）を通って前記タービン翼（２２）に吹き付けられる排気ガスの相対流入角度（β）に応じて設定され、
前記タービン翼（２２）は、前記第１の迎え角（θ１）の平均値が正の角度を有し、前記第２の迎え角（θ２）の平均値が負の角度を有することを特徴とするターボチャージャの排気タービン。
【請求項３】
請求項１または２に記載したターボチャージャ（１）の排気タービン（４）において、
排気ガスが吹き付けられる前記タービン翼（２２）の翼端部をリーディングエッジ（２２ａ）と呼ぶ時に、このリーディングエッジ（２２ａ）が直線状に設けられ、軸方向の一方側と他方側との間で前記迎え角（θ１、θ２）が滑らかに変化していることを特徴とするターボチャージャの排気タービン。
【請求項４】
請求項１または２に記載したターボチャージャ（１）の排気タービン（４）において、
排気ガスが吹き付けられる前記タービン翼（２２）の翼端部をリーディングエッジ（２２ａ）と呼ぶ時に、軸方向の一方側と他方側とで前記リーディングエッジ（２２ａ）の周方向位置が異なることを特徴とするターボチャージャの排気タービン。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載したターボチャージャ（１）の排気タービン（４）において、
前記第１スクロール流路（１９ａ）を通って前記タービン翼（２２）に吹き付けられる排気ガスの流れと、前記第２スクロール流路（１９ｂ）を通って前記タービン翼（２２）に吹き付けられる排気ガスの流れとが独立するように、周方向に隣り合う前記タービン翼（２２）同士の間に仕切り板（２３）が設けられていることを特徴とするターボチャージャの排気タービン。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載したターボチャージャ（１）の排気タービン（４）において、
前記タービンホイール（８）より排気ガスが流出する方向と反対側を前記軸方向の一方側と定義し、排気ガスが流出する方向と同じ側を前記軸方向の他方側と定義した時に、
前記軸方向の一方側に形成される前記第１スクロール流路（１９ａ）の方が、前記軸方向の他方側に形成される前記第２スクロール流路（１９ｂ）より容量が小さいことを特徴とするターボチャージャの排気タービン。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載したターボチャージャ（１）の排気タービン（４）において、
前記タービンホイール（８）より排気ガスが流出する方向と反対側を前記軸方向の一方側と定義し、排気ガスが流出する方向と同じ側を前記軸方向の他方側と定義した時に、
前記軸方向の一方側に形成される前記第１スクロール流路（１９ａ）の出口に配置されて排気ガス流量を絞る第１の固定ノズル（２４）と、
前記軸方向の他方側に形成される前記第２スクロール流路（１９ｂ）の出口に配置されて排気ガス流量を絞る第２の固定ノズル（２５）とを有し、
前記第１の固定ノズル（２４）の方が前記第２の固定ノズル（２５）よりスロート面積が小さいことを特徴とするターボチャージャの排気タービン。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載したターボチャージャ（１）の排気タービン（４）において、
排気ガスが吹き付けられる前記タービン翼（２２）の翼端部をリーディングエッジ（２２ａ）と呼び、前記タービンホイール（８）の軸中心から前記タービン翼（２２）のリーディングエッジ（２２ａ）までの距離をタービン半径（ｒ１、ｒ２）と呼ぶ時に、
前記タービン翼（２２）は、前記第１スクロール流路（１９ａ）に対応する軸方向の一方側で前記タービン半径（ｒ１）が大きく形成され、前記第２スクロール流路（１９ｂ）に対応する軸方向の他方側で前記タービン半径（ｒ２）が小さく形成されることを特徴とするターボチャージャの排気タービン。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載したターボチャージャ（１）の排気タービン（４）において、
前記第２スクロール流路（１９ｂ）に導入される排気ガス流量を調整できる流量調整手段（２０）を有することを特徴とするターボチャージャの排気タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量が異なる二つのスクロール流路を有するターボチャージャの排気タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャの排気タービンに関する従来技術として特許文献１が公知である。
同文献１に開示された排気タービンは、タービンハウジングの内部を隔壁により軸方向に分割して流路面積が小さい第１スクロール流路と流路面積が大きい第２スクロール流路とを形成し、且つ、第２スクロール流路の入口を開閉できる可変容量バルブを備えている。
この排気タービンは、例えばエンジンの低速回転域（排気ガス流量が少ない場合）に可変容量バルブを閉弁して第１スクロール流路にのみ排気ガスを集中的に導入し、排気ガス流量が多い高速回転域では可変容量バルブを開弁して第２スクロール流路にも排気ガスを導入することで排気ガス流量に応じたタービン出力を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−１３８２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１の排気タービンは、第１スクロール流路と第２スクロール流路の流路面積が異なる、具体的には第１スクロール流路の流路面積が全体の面積の１／３以下である。この構成では、タービン翼の入口で軸方向に二つの異なる流量及び速度ベクトルが発生し、且つ、タービン翼に流入する排気ガス流れの角度も異なる。このため、例えば、第１スクロール流路と第２スクロール流路の両方に排気ガスが導入される場合に合わせてタービン翼を設計すると、第１スクロール流路にのみ排気ガスが導入される場合に乱流もしくはチョークが発生して圧力損失が大きくなるためタービン効率が低下する問題を生じる。また、流路面積の小さい第１スクロール流路では、流路面積の大きい第２スクロール流路と比較して流路表面の摩擦損失が増大するため、タービン効率が低下する要因となっている。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、タービン効率の低下を抑制できるターボチャージャの排気タービンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に係る本発明は、シャフトに固定されるハブの周囲に複数のタービン翼を有するタービンホイールと、このタービンホイールの外周にスクロール流路を形成するタービンハウジングとを備え、内燃機関より排出される排気ガスがスクロール流路を通ってタービン翼に吹き付けられることでタービンホイールが回転するターボチャージャの排気タービンであって、タービンハウジングは、スクロール流路を軸方向の一方側と他方側とに分割して一方側に第１スクロール流路、他方側に第２スクロール流路を形成し、且つ、第１スクロール流路を通ってタービン翼に吹き付けられる排気ガス流量の方が第２スクロール流路を通ってタービン翼に吹き付けられる排気ガス流量より小さく設定され、タービン翼の入口で第１スクロール流路に対応して軸方向の一方側に設定されるタービン翼の迎え角を第１の迎え角と呼び、第２スクロール流路に対応して軸方向の他方側に設定されるタービン翼の迎え角を第２の迎え角と呼び、タービンホイールの回転座標系において半径方向を０°としたときのタービン翼の入口に流入する排気ガスの流入角度を相対流入角度と定義した時に、第１の迎え角は、第１スクロール流路を通ってタービン翼に吹き付けられる排気ガスの相対流入角度に応じて設定され、第２の迎え角は、第２スクロール流路を通ってタービン翼に吹き付けられる排気ガスの相対流入角度に応じて設定され、前記タービンホイールの半径方向に基準線を取り、前記タービン翼の入口で排気ガスの相対速度が前記基準線に対し前記タービンホイールの回転方向にベクトルを持つ時の前記相対流入角度に応じて設定される前記タービン翼の迎え角を正の角度で表し、前記排気ガスの相対速度が前記基準線に対し前記タービンホイールの反回転方向にベクトルを持つ時の前記相対流入角度に応じて設定される前記タービン翼の迎え角を負の角度で表した場合に、前記第１の迎え角の平均値が前記第２の迎え角の平均値より大きいことを特徴とする。
請求項２に係る本発明は、シャフトに固定されるハブの周囲に複数のタービン翼を有するタービンホイールと、このタービンホイールの外周にスクロール流路を形成するタービンハウジングとを備え、内燃機関より排出される排気ガスがスクロール流路を通ってタービン翼に吹き付けられることでタービンホイールが回転するターボチャージャの排気タービンであって、タービンハウジングは、スクロール流路を軸方向の一方側と他方側とに分割して一方側に第１スクロール流路、他方側に第２スクロール流路を形成し、且つ、第１スクロール流路を通ってタービン翼に吹き付けられる排気ガス流量の方が第２スクロール流路を通ってタービン翼に吹き付けられる排気ガス流量より小さく設定され、タービン翼の入口で第１スクロール流路に対応して軸方向の一方側に設定されるタービン翼の迎え角を第１の迎え角と呼び、第２スクロール流路に対応して軸方向の他方側に設定されるタービン翼の迎え角を第２の迎え角と呼び、タービンホイールの回転座標系において半径方向を０°としたときのタービン翼の入口に流入する排気ガスの流入角度を相対流入角度と定義した時に、第１の迎え角は、第１スクロール流路を通ってタービン翼に吹き付けられる排気ガスの相対流入角度に応じて設定され、第２の迎え角は、第２スクロール流路を通ってタービン翼に吹き付けられる排気ガスの相対流入角度に応じて設定され、タービン翼は、前記第１の迎え角の平均値が正の角度を有し、前記第２の迎え角の平均値が負の角度を有することを特徴とする。
【０００６】
本発明の排気タービンは、第１スクロール流路を通ってタービン翼に吹き付けられる排気ガス流量の方が第２スクロール流路を通ってタービン翼に吹き付けられる排気ガス流量より小さく設定される。このため、タービン翼の入口で第１スクロール流路に対応する軸方向の一方側と第２スクロール流路に対応する軸方向の他方側では、排気ガスの相対流入角度が異なる。
これに対し、タービン翼は、軸方向の一方側と他方側とでそれぞれ排気ガスの相対流入角度に応じて異なる迎え角が設定される。すなわち、軸方向の一方側では、第１スクロール流路を通ってタービン翼に吹き付けられる排気ガスの相対流入角度に応じて第１の迎え角が設定され、軸方向の他方側では、第２スクロール流路を通ってタービン翼に吹き付けられる排気ガスの相対流入角度に応じて第２の迎え角が設定される。これにより、第１スクロール流路を通る排気ガス流量と第２スクロール流路を通る排気ガス流量とが異なる場合に、どちらか一方の排気ガス流量に合わせてタービン翼を設計する特許文献１の従来技術と比較して、タービン翼の設計自由度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１に係るタービンホイールの斜視図である。
【図２】タービン翼に設定される第１の迎え角と第２の迎え角を示す断面図である。
【図３】実施例１に係る排気タービンの断面図である。
【図４】ターボチャージャを含むエンジンの吸排気系を示す全体構成図である。
【図５】排気ガスの速度三角形を示す説明図である。
【図６】第１の迎え角と第２の迎え角との関係を示す説明図である。
【図７】実施例２に係るタービン翼の斜視図である。
【図８】実施例３に係る排気タービンの断面図である。
【図９】実施例４に係る排気タービンの断面図である。
【図１０】実施例５に係る排気タービンの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【０００９】
〔実施例１〕
実施例１のターボチャージャ１は、図４に示すように、エンジン２の排気経路において排気マニホールド３の下流側に配設される排気タービン４と、エンジン２の吸気経路において吸気マニホールド５の上流側に配設される吸気コンプレッサ６とを備える。
排気タービン４は、排気マニホールド３を通じて排気ガスを導入するタービンハウジング７と、このタービンハウジング７の内部に収容されて排気ガスの運動エネルギを回転力に変換するタービンホイール８とを有する。なお、タービンホイール８は、半径方向の外周より流入する排気ガスを軸方向へ吐出するラジアルタービンである。
排気タービン４より下流側の排気経路には、排気ガスに含まれる有害物質を除去する排気浄化装置９および消音装置であるマフラー１０などが配置される。
【００１０】
この排気タービン４には、タービンホイール８に流入する排気ガス流量を調整できるウェイストゲート機構が設けられる。ウェイストゲート機構は、例えば、タービンハウジング７の排気上流側と排気下流側とを連通してタービンホイール８をバイパスする排気バイパス通路１１と、この排気バイパス通路１１を開閉できるウェイストゲートバルブ１２とを有する。ウェイストゲートバルブ１２は、エンジン２に送り込まれる空気の圧力（過給圧）が一定値以上になると開弁する。ウェイストゲートバルブ１２が開弁することにより、排気ガスの一部が排気バイパス通路１１を通ってタービンホイール８の下流側へ流れるため、タービンホイール８に当たる排気ガス流量が減少することで過給圧をコントロールできる。なお、ウェイストゲート機構は、タービンハウジング７に排気バイパス通路１１を形成してウェイストゲートバルブ１２を組み込んだ内蔵型、あるいは排気タービン４とは独立して構成する外付け型でも良い。
【００１１】
吸気コンプレッサ６は、タービンシャフト１３を介してタービンホイール８に連結されるコンプレッサホイール１４と、このコンプレッサホイール１４を内部に収容するコンプレッサハウジング１５とを有する。この吸気コンプレッサ６は、タービンホイール８の回転によってコンプレッサホイール１４が回転することにより、コンプレッサハウジング１５に導入される空気を圧縮して強制的にエンジン２に送り込む。
吸気コンプレッサ６より上流側の吸気経路には、エンジン２が吸入する空気をろ過するエアクリーナ１６が設けられる。一方、吸気コンプレッサ６より下流側の吸気経路には、吸気コンプレッサ６で圧縮された空気を冷却するインタークーラ１７が配設され、インタークーラ１７より下流側に吸気量を調節する電子スロットル装置１８などが配設される。
【００１２】
続いて、本発明に係る排気タービン４の特徴を説明する。
タービンハウジング７は、タービンホイール８の外周に渦巻き状のスクロール流路１９を形成し、図３に示すように、スクロール流路１９が隔壁７ａによって軸方向（図示左右方向）の一方側と他方側とに分割されている。隔壁７ａによって分割されたスクロール流路１９の一方側を第１スクロール流路１９ａ、他方側を第２スクロール流路１９ｂと呼ぶ時に、第１スクロール流路１９ａの方が第２スクロール流路１９ｂより容量が小さく形成される。なお、本発明では、タービンホイール８より排気ガスが流出する方向と反対側（図示左側）を軸方向の一方側と定義し、排気ガスが流出する方向と同じ側（図示右側）を軸方向の他方側と定義する。
【００１３】
第２スクロール流路１９ｂの入口には、第２スクロール流路１９ｂに導入される排気ガス流量を調整することで排気タービン４の容量を可変する可変容量バルブ２０（図４参照）が配設される。この可変容量バルブ２０は、エンジン２の運転状態に応じてバルブ開度が制御される。例えば、低速低負荷運転時にバルブ開度が小さく、高速高負荷運転時にバルブ開度が大きく制御される。可変容量バルブ２０が閉弁して第２スクロール流路１９ｂの入口を閉じると、エンジン２より排出される排気ガスが第１スクロール流路１９ａにのみ導入され、可変容量バルブ２０が開弁して第２スクロール流路１９ｂの入口を開くと、第１スクロール流路１９ａと第２スクロール流路１９ｂの両方に排気ガスが導入される。
【００１４】
タービンホイール８は、図１に示すように、タービンシャフト１３（図４参照）に固定されるハブ２１と、このハブ２１の周囲に設けられる複数枚のタービン翼２２とで構成される。
ハブ２１は、タービンホイール８に対する排気ガスの入口側から出口側へ向かって、タービンホイール８の軸中心と直交する半径方向の高さであるハブ半径が二次曲線的に減少するように設けられる。
【００１５】
タービン翼２２は、第１スクロール流路１９ａに対応する軸方向の一方側と、第２スクロール流路１９ｂに対応する軸方向の他方側とで迎え角が異なる。
迎え角とは、図２に示すように、前縁方向と基準線との成す角である。なお、図２はタービン翼２２の長手方向に沿った断面形状を示すものであり、図３のＩＩａ−ＩＩａ断面、ＩＩｂ−ＩＩｂ断面に相当する。前縁方向とは、タービン翼２２の長手方向に沿った断面における翼厚の中心線（図２に一点鎖線で示す線）のカーブを翼端部で外径方向に伸長した方向である。以下、タービン翼２２の入口側の翼端部をリーディングエッジ２２ａと言う。基準線は、リーディングエッジ２２ａを通ってタービンホイール８の半径方向に伸長した線である。
以下の説明では、軸方向の一方側に設定される迎え角を第１の迎え角θ１と呼び、軸方向の他方側に設定される迎え角を第２の迎え角θ２と呼ぶ。
【００１６】
タービン翼２２の迎え角は、タービン翼２２に吹き付けられる排気ガスの相対流入角度に対応して設定される。すなわち、第１の迎え角θ１は、第１スクロール流路１９ａよりタービン翼２２に吹き付けられる排気ガスの相対流入角度に応じて設定され、第２の迎え角θ２は、第２スクロール流路１９ｂよりタービン翼２２に吹き付けられる排気ガスの相対流入角度に応じて設定される。
排気ガスの相対流入角度とは、タービンホイール８の回転座標系において半径方向を０°としたときのタービン翼２２の入口に流入する排気ガスの流入角度である。すなわち、図５に示す速度三角形において、相対速度ベクトルと基準線との成す角度βである。図中の記号は以下の通りである。
ｃ：排気ガスの絶対速度
ｕ：タービン翼２２の周速度  
ｗ：排気ガスの相対速度
【００１７】
ここで、相対速度ｗが基準線に対しタービンホイール８の回転方向（図中の矢印方向）にベクトルを持つ時の相対流入角度β（図５（ａ）参照）に対するタービン翼２２の迎え角を正の角度で表す。一方、相対速度ｗが基準線に対しタービンホイール８の反回転方向にベクトルを持つ時の相対流入角度β（図５（ｂ）参照）に対するタービン翼２２の迎え角を負の角度で表す。
本発明では、正の角度と負の角度とを比較した場合、角度自体の大きさではなく、正の角度を有する迎え角の方が負の角度を有する迎え角より大きいと定義する。例えば、＋１０度と−３０度では、＋１０度の方が大きいと言う。
上記の定義に基づき、本発明のタービン翼２２は、第１の迎え角θ１の平均値が第２の迎え角θ２の平均値より大きくなるように形成される。
【００１８】
第１の迎え角θ１の平均値が第２の迎え角θ２の平均値より大きくなる幾つかの態様を図６を参照して説明する。なお、図中に示す矢印方向をタービンホイール８の回転方向とした時に、基準線より図示左側を正の角度、図示右側を負の角度とする。
同図（ａ）は第１の迎え角θ１の平均値（以下、迎え角θ１と言う）と第２の迎え角θ２の平均値（以下、迎え角θ２と言う）とが共に正の角度を有する場合。
同図（ｂ）は迎え角θ１と迎え角θ２とが共に負の角度を有する場合であり、迎え角θ１の方が迎え角θ２より負の角度が小さい、つまり、迎え角θ１の方が迎え角θ２より大きい。
【００１９】
同図（ｃ）は迎え角θ１が正の角度を有し、迎え角θ２が角度ゼロの場合である。
同図（ｄ）は迎え角θ１が角度ゼロ、迎え角θ２が負の角度を有する場合である。
同図（ｅ）〜（ｇ）は、迎え角θ１が正の角度を有し、迎え角θ２が負の角度を有する場合であり、いずれも正の角度である迎え角θ１の方が負の角度である迎え角θ２より大きい。なお、同図（ｆ）の場合は、迎え角θ１と迎え角θ２との角度自体の大小関係では、θ１＜θ２であるが、上記の定義により、正の角度を有する迎え角θ１の方が負の角度を有する迎え角θ２より大きい。
【００２０】
上記の図（ｅ）に該当する一例を図１および図２に示す。
図１に示すタービン翼２２は、リーディングエッジ２２ａが軸方向の一方側（図示下側）と他方側とで略直線状に形成され、図２に示すように、基準線に対して正の角度を持つ第１の迎え角θ１の方が負の角度を持つ第２の迎え角θ２より大きく形成されている。なお、図１、図２に付した矢印はタービンホイール８の回転方向を示している。
【００２１】
また、第１の迎え角θ１と第２の迎え角θ２は、軸方向の一方側と他方側との間で明確に変化するのではなく、滑らかに変化している。つまり、軸方向の一方側と他方側との間に角度ゼロの迎え角が存在し、その角度ゼロの迎え角より軸方向の一方側では第１の迎え角θ１がリーディングエッジ２２ａのハブ側へ向かって次第に大きく形成され、軸方向の他方側では第２の迎え角θ２がリーディングエッジ２２ａの反ハブ側へ向かって次第に小さく（負の角度が次第に大きく）形成されている。従って、図１に示すタービン翼２２は、正の角度を持つ第１の迎え角θ１の平均値が負の角度を持つ第２の迎え角θ２の平均値より大きく形成されていると言える。
【００２２】
〔実施例１の作用及び効果〕
１）実施例１の排気タービン４は、第１スクロール流路１９ａの方が第２スクロール流路１９ｂより容量が小さく形成される。このため、第１スクロール流路１９ａに対応する軸方向の一方側と第２スクロール流路１９ｂに対応する軸方向の他方側とでは、タービン翼２２の入口で排気ガスの相対流入角度が異なる。これに対し、タービン翼２２は、軸方向の一方側と他方側とでそれぞれの相対流入角度に応じて異なる迎え角が設定される。具体的には、軸方向の一方側に第１の迎え角θ１、軸方向の他方側に第２の迎え角θ２が設定され、第１の迎え角θ１の平均値の方が第２の迎え角θ２の平均値より大きく設けられる。これにより、軸方向の一方側と他方側とでそれぞれ相対流入角度に適した迎え角を設定できるので、特許文献１の従来技術と比較してタービン翼２２に沿った流れが増えることにより、タービンホイール８内での剥離損失が抑えられてタービン効率を高めることができる。
【００２３】
２）タービン翼２２は、リーディングエッジ２２ａが軸方向の一方側と他方側とで略直線状に形成され、且つ、第１スクロール流路１９ａに対応する軸方向の一方側の方が第２スクロール流路１９ｂに対応する軸方向の他方側より迎え角が大きい。つまり、第１の迎え角θ１の平均値の方が第２の迎え角θ２の平均値より大きいので、その逆の場合（第１の迎え角θ１の平均値の方が第２の迎え角θ２の平均値より小さい場合）と比較してタービン翼２２の製作が容易である。
３）タービン翼２２は、軸方向の一方側と他方側との間に角度ゼロの迎え角が存在し、その角度ゼロの迎え角を挟んで軸方向の一方側では第１の迎え角θ１が次第に大きく形成され、軸方向の他方側では第２の迎え角θ２が次第に小さく形成される。すなわち、第１の迎え角θ１と第２の迎え角θ２とが角度ゼロの迎え角を挟んで滑らかに変化しているので、応力集中が少なく、且つ、製造が容易なタービン翼２２を提供できる。また、迎え角が滑らかに変化しているので、排気ガスの流れも滑らかになり、タービン効率の向上に寄与する。
【００２４】
以下、本発明に係る他の実施例について説明する。
なお、実施例１と共通する部品および同一構成を示すものは、実施例１と同一符号を付与して重複する説明を省略する。
〔実施例２〕
実施例２は、図７に示すように、タービン翼２２のリーディングエッジ２２ａが軸方向の一方側（図示下側）と他方側とで周方向にずれている事例である。具体的には、第１の迎え角θ１を有する軸方向の一方側の方が第２の迎え角θ２を有する軸方向の他方側よりリーディングエッジ２２ａの周方向位置が反回転方向側に形成される。なお、第１の迎え角θ１の平均値が第２の迎え角θ２の平均値より大きく設けられることは実施例１と同じである。
上記の構成によれば、軸方向の一方側と他方側との間で第１の迎え角θ１と第２の迎え角θ２とが明確に変化しているので、第１の迎え角θ１の平均値と第２の迎え角θ２の平均値との角度差をより大きく取ることが可能である。
【００２５】
〔実施例３〕
実施例３は、図８に示すように、タービン翼２２に仕切り板２３を設けた事例である。
仕切り板２３は、第１スクロール流路１９ａを通ってタービン翼２２に吹き付けられる一方側の排気ガスと、第２スクロール流路１９ｂを通ってタービン翼２２に吹き付けられる他方側の排気ガスとが互いに独立した流れとなるように設けられる。つまり、周方向に隣り合うタービン翼２２同士の間をリーディングエッジ２２ａからトレーリングエッジ２２ｂまで延設されている。なお、トレーリングエッジ２２ｂとは、タービン翼２２の出口側の翼端部を言う。
これにより、一方側の排気ガスと他方側の排気ガスとの干渉を低減でき、且つ、一方側と他方側との間で排気ガスが拡散することを抑制できるのでタービン効率が向上する。また、仕切り板２３を設けることで、タービン翼２２に対する補強リブの効果も期待できる。
【００２６】
〔実施例４〕
実施例４は、図９に示すように、第１スクロール流路１９ａおよび第２スクロール流路１９ｂの出口に固定ノズルを配置した事例であり、タービン翼２２の迎え角θは、実施例１または実施例２を適用できる。
固定ノズルは、第１スクロール流路１９ａの出口に配置される第１の固定ノズル２４と、第２スクロール流路１９ｂの出口に配置される第２の固定ノズル２５とを有し、第１の固定ノズル２４と第２の固定ノズル２５との間にノズル板２６が配設される。つまり、ノズル板２６を挟んで軸方向の一方側に第１の固定ノズル２４が配置され、軸方向の他方側に第２の固定ノズル２５が配置される。ノズル板２６は、第１の固定ノズル２４を通過する排気ガスと、第２の固定ノズル２５を通過する排気ガスとが互いに独立した流れとなるように、第１の固定ノズル２４と第２の固定ノズル２５との間を軸方向に区画している。
【００２７】
第１の固定ノズル２４および第２の固定ノズル２５は、それぞれ周方向に複数のノズルベーンが所定の間隔を有して配置され、第１の固定ノズル２４のスロート面積の方が第２の固定ノズル２５のスロート面積より小さく形成される。スロート面積は、周方向に隣り合うノズルベーン同士の間に形成される最小流路面積であり、例えば、第１の固定ノズル２４の方が第２の固定ノズル２５よりノズルベーンの枚数を多くする、あるいは半径方向に対するノズルベーンの傾きを大きくすることでスロート面積を小さくできる。これにより、第１の固定ノズル２４を通過する排気ガス流量の方が第２の固定ノズル２５を通過する排気ガス流量より少なくなる。
【００２８】
上記の構成によれば、第１の固定ノズル２４および第２の固定ノズル２５で排気ガス流量を絞っているので、第１スクロール流路１９ａの容量を第２スクロール流路１９ｂの容量より小さく形成する必要はない。言い換えると、第１スクロール流路１９ａと第２スクロール流路１９ｂとを同等の容量に形成することもできる。これにより、第１スクロール流路１９ａの容量を小さく形成する場合と比較して、タービンハウジング７の表面粗さに起因した摩擦損失を減らすことができるので、タービン効率が向上する。
また、第１の固定ノズル２４と第２の固定ノズル２５との間にノズル板２６を配置しているので、第１の固定ノズル２４を通過する排気ガスと第２の固定ノズル２５を通過する排気ガスとが干渉することなく、第１の固定ノズル２４と第２の固定ノズル２５とで互いに独立した流れを形成できる。
【００２９】
〔実施例５〕
実施例５は、タービン翼２２の第１スクロール流路１９ａに対応する部位と第２スクロール流路１９ｂに対応する部位とでタービン半径が異なる事例である。タービン半径とは、タービンホイール８の軸中心（図１０に一点鎖線で示す位置）からタービン翼２２のリーディングエッジ２２ａまでの距離を言う。
以下、実施例５の具体的な構成を図１０に示す。
タービン翼２２は、第１スクロール流路１９ａに対応する軸方向の一方側でタービン半径が大きく形成され、第２スクロール流路１９ｂに対応する軸方向の他方側でタービン半径が小さく形成される。つまり、第１スクロール流路１９ａに対応する部位のタービン半径をｒ１、第２スクロール流路１９ｂに対応する部位のタービン半径をｒ２とすると、図１０に示すように、ｒ１＞ｒ２の関係が成立している。
【００３０】
上記のような構成とすることで、第１スクロール流路１９ａに対応する軸方向の一方側と第２スクロール流路１９ｂに対応する軸方向の他方側とで、タービン翼２２の入口における排気ガスの相対流入角度を近づけることができる。その結果、乱流もしくはチョークの発生を前述の各実施例よりも更に抑制でき、タービンホイール８内での剥離損失が抑えられるので、タービン効率を高めることができる。
【００３１】
〔変形例〕
実施例１では、軸方向の一方側に第１スクロール流路１９ａを形成し、軸方向の他方側に第２スクロール流路１９ｂを形成しているが、第１スクロール流路１９ａと第２スクロール流路１９ｂとを逆に配置した構成に対して本発明を適用することも可能である。この場合、タービン翼２２は、軸方向の一方側に第２の迎え角θ２が設定され、軸方向の他方側に第１の迎え角θ１が設定されるが、第１の迎え角θ１の平均値の方が第２の迎え角θ２の平均値より大きく設けられることは実施例１と同じである。
また、本発明は、第１スクロール流路１９ａと第２スクロール流路１９ｂの大きさや位置関係が同じであっても適用することができる。この場合、製造ばらつきによる流入角度の差を補正することが可能である。
【００３２】
実施例４では、軸方向の一方側に配置される第１の固定ノズル２４の方が軸方向の他方側に配置される第２の固定ノズル２５よりスロート面積を小さくしているが、第１の固定ノズル２４より第２の固定ノズル２５のスロート面積を小さくした構成に対して本発明を適用することも可能である。この場合、タービン翼２２は、スロート面積の小さい第２の固定ノズル２５に対応する軸方向の他方側に第１の迎え角θ１が設定され、スロート面積の大きい第１の固定ノズル２４に対応する軸方向の一方側に第２の迎え角θ２が設定される。また、第１の迎え角θ１の平均値の方が第２の迎え角θ２の平均値より大きく設けられることは実施例１と同じである。
【符号の説明】
【００３３】
１    ターボチャージャ                  ２    エンジン（内燃機関）
４    排気タービン                      ７    タービンハウジング
８    タービンホイール                １３    タービンシャフト
１９    スクロール流路                  １９ａ  第１スクロール流路
１９ｂ  第２スクロール流路              ２０    可変容量バルブ（流量調整手段）
２１    ハブ                            ２２    タービン翼
２２ａ  タービン翼のリーディングエッジ    β    排気ガスの相対流入角度
θ１  第１の迎え角                      θ２  第２の迎え角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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