特許 6820161 可変ノズルベーン及び可変容量型ターボチャージャ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6820161

(24)【登録日】2021年1月6日

(45)【発行日】2021年1月27日

(54)【発明の名称】可変ノズルベーン及び可変容量型ターボチャージャ

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/24 20060101AFI20210114BHJP

   F02B 39/00 20060101ALI20210114BHJP

   F01D 17/16 20060101ALI20210114BHJP

   F01D 9/02 20060101ALI20210114BHJP

   F01D 11/02 20060101ALI20210114BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20210114BHJP

【ＦＩ】

   F02B37/24

   F02B39/00 D

   F01D17/16 A

   F01D9/02 101

   F01D11/02

   F01D25/00 M

【請求項の数】17

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-123223(P2016-123223)

(22)【出願日】2016年6月22日

(65)【公開番号】特開2017-227159(P2017-227159A)

(43)【公開日】2017年12月28日

【審査請求日】2019年6月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】星 徹

(72)【発明者】

【氏名】吉田 豊隆

【審査官】 家喜 健太

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／０２６６５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２８６７５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１５２７４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１０２９６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−３２１７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０２２６７１８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 韓国公開特許第１０−２０１２−００４８４３９（ＫＲ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１１２２２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ３７／２４

Ｆ０１Ｄ １１／１０ − １１／２４

Ｆ０１Ｄ ５／００ − ５／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可変容量型ターボチャージャの可変ノズルベーンであって、
前記可変容量型ターボチャージャは、タービンロータと、前記タービンロータの外周側にスクロール流路を形成するスクロール流路形成部と、前記スクロール流路から前記タービンロータへ排ガスを導くための排ガス流路を形成する排ガス流路形成部とを備え、
前記排ガス流路形成部は、前記タービンロータの軸方向において前記可変ノズルベーンの一方側に設けられた一方側壁部と、他方側に設けられた他方側壁部とを含み、
前記可変ノズルベーンは、前記排ガス流路に設けられ、前記一方側壁部と対向する一方側端面と、前記他方側壁部と対向する他方側端面とを含み、
前記一方側端面と前記他方側端面の少なくとも一方には、前記一方側壁部と前記一方側端面との間の隙間、または前記他方側壁部と前記他方側端面との間の隙間を流れるクリアランスフローの一部を循環させる凹部が形成され、
キャンバーラインに沿ったキャンバー方向における前記凹部の寸法は、前記キャンバー方向に直交するキャンバー直交方向における前記凹部の寸法よりも大きく、
前記凹部の上部に設けられた開口から前記クリアランスフローは流入及び流出し、前記凹部の前記一方側端面と前記他方側端面とは、前記クリアランスフローの流入及び流出を防ぐように設けられており、
前記可変ノズルベーンは、前記一方側壁部と前記他方側壁部の何れか一方に片持ち支持され、
前記一方側壁部と前記他方側壁部のうち、前記可変ノズルベーンを片持ち支持する壁部を支持壁部、前記可変ノズルベーンを片持ち支持しない壁部を非支持壁部と称し、
前記一方側端面と前記他方側端面のうち、前記支持壁部に対向する端面を支持壁側端面、前記非支持壁部に対向する端面を非支持壁側端面と称すると、
前記非支持壁側端面は、前記凹部を有し、
前記可変ノズルベーンにおける前記非支持壁部側の端部は、前記非支持壁部側に近づくにつれて翼厚が大きくなるように形成されたテーパ部を含み、
前記テーパ部の負圧面は、前記非支持壁部側に近づくにつれて翼厚が大きくなるように翼高さ方向に対して傾斜したテーパ面を含み、
前記テーパ部の圧力面は、翼高さ方向に平行に形成された、可変ノズルベーン。

【請求項2】

前記凹部は、前縁と後縁の各々に達しないように、前記前縁と前記後縁との間に延在する、請求項１に記載の可変ノズルベーン。

【請求項3】

前記凹部と前記後縁との間隔は、前記凹部と前記前縁との間隔より大きい、請求項２に記載の可変ノズルベーン。

【請求項4】

前記凹部は、後縁側に向かうにつれて前記キャンバー直交方向における前記凹部の幅が増大する前縁側部分と、前記前縁側部分に接続するとともに後縁側に向かうにつれて前記キャンバー直交方向における前記凹部の幅が減少する後縁側部分とを含む、請求項１乃至３の何れか１項に記載の可変ノズルベーン。

【請求項5】

前記凹部は、底面と、前記キャンバーラインに対して圧力面側に設けられた圧力面側側面と、前記キャンバーラインに対して負圧面側に設けられた負圧面側側面とを含む、請求項１乃至４の何れか１項に記載の可変ノズルベーン。

【請求項6】

前記圧力面側側面は、前記圧力面に沿って湾曲しており、前記負圧面側側面は、前記負圧面に沿って湾曲している、請求項５に記載の可変ノズルベーン。

【請求項7】

前記底面と前記圧力面側側面とのなす角度は、９０度以下である、請求項５又は６に記載の可変ノズルベーン。

【請求項8】

前記底面と前記負圧面側側面とのなす角度は、９０度以下である、請求項５乃至７の何れか１項に記載の可変ノズルベーン。

【請求項9】

前記底面と前記圧力面側側面とのなす角度は、９０度未満であり、
前記底面と前記負圧面側側面とのなす角度は、９０度未満である、請求項８に記載の可変ノズルベーン。

【請求項10】

前記底面は、前記圧力面側側面から前記負圧面側側面に向かって下り勾配を有する、請求項５又は６に記載の可変ノズルベーン。

【請求項11】

前記凹部は、前記キャンバー方向に直交する断面として、前記可変ノズルベーンの翼高さＨに対する前記凹部の深さＤの比Ｄ／Ｈが０．１＜Ｄ／Ｈ＜０．２を満たす断面を含む、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の可変ノズルベーン。

【請求項12】

前記凹部は、前記キャンバー方向に直交する断面として、前記凹部の幅Ｗに対する前記凹部の深さＤの比Ｄ／Ｗが０．１＜Ｄ／Ｗ＜０．３５を満たす断面を含む、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の可変ノズルベーン。

【請求項13】

前記テーパ部は、前記可変ノズルベーンのうち翼高さＨの８０％の位置より非支持壁側に設けられた、請求項１乃至１２の何れか１項に記載の可変ノズルベーン。

【請求項14】

前記支持壁側端面の最大翼厚Ｔ１に対する前記非支持壁側端面の最大翼厚Ｔ２の比Ｔ２／Ｔ１は、１．５＜Ｔ２／Ｔ１＜２．５を満たす、請求項１乃至１３の何れか１項に記載の可変ノズルベーン。

【請求項15】

前記可変ノズルベーンは、自動車用の可変容量型ターボチャージャの可変ノズルベーンである、請求項１乃至１４の何れか１項に記載の可変ノズルベーン。

【請求項16】

可変容量型ターボチャージャの可変ノズルベーンであって、
前記可変容量型ターボチャージャは、タービンロータと、前記タービンロータの外周側にスクロール流路を形成するスクロール流路形成部と、前記スクロール流路から前記タービンロータへ排ガスを導くための排ガス流路を形成する排ガス流路形成部とを備え、
前記排ガス流路形成部は、前記タービンロータの軸方向において前記可変ノズルベーンの一方側に設けられた一方側壁部と、他方側に設けられた他方側壁部とを含み、
前記可変ノズルベーンは、前記排ガス流路に設けられ、前記一方側壁部と対向する一方側端面と、前記他方側壁部と対向する他方側端面とを含み、
前記一方側端面と前記他方側端面の少なくとも一方には、凹部が形成され、
キャンバーラインに沿ったキャンバー方向における前記凹部の寸法は、前記キャンバー方向に直交するキャンバー直交方向における前記凹部の寸法よりも大きく、
前記凹部の底面には、前記凹部の内部と外部とを連通するための通路の開口が形成されておらず、
前記可変ノズルベーンは、前記一方側壁部と前記他方側壁部の何れか一方に片持ち支持され、
前記一方側壁部と前記他方側壁部のうち、前記可変ノズルベーンを片持ち支持する壁部を支持壁部、前記可変ノズルベーンを片持ち支持しない壁部を非支持壁部と称し、
前記一方側端面と前記他方側端面のうち、前記支持壁部に対向する端面を支持壁側端面、前記非支持壁部に対向する端面を非支持壁側端面と称すると、
前記非支持壁側端面は、前記凹部を有し、
前記可変ノズルベーンにおける前記非支持壁部側の端部は、前記非支持壁部側に近づくにつれて翼厚が大きくなるように形成されたテーパ部を含み、
前記テーパ部の負圧面は、前記非支持壁部側に近づくにつれて翼厚が大きくなるように翼高さ方向に対して傾斜したテーパ面を含み、
前記テーパ部の圧力面は、翼高さ方向に平行に形成された、
可変ノズルベーン。

【請求項17】

タービンロータと、前記タービンロータの外周側にスクロール流路を形成するスクロール流路形成部と、前記スクロール流路から前記タービンロータへ排ガスを導くための排ガス流路を形成する排ガス流路形成部と、請求項１乃至１６の何れか１項に記載の可変ノズルベーンとを備える可変容量型ターボチャージャ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、可変ノズルベーン及び可変容量型ターボチャージャに関する。

【背景技術】

【0002】

可変容量型ターボチャージャは、タービンハウジング内のスクロール流路からタービンロータへの排ガスの流れを可変ノズルベーンによって調整することで、タービンブレードへの排気ガスの流速や圧力を変化させて過給効果を高めるものである。

【0003】

近年、排ガス規制の強化等によりエンジンの低速域のレスポンス改善が重視され、ターボチャージャの高レスポンス化が望まれている。エンジン加速時には、可変ノズルベーンの開度を小さくして排ガス圧力を上昇させることでタービンロータの回転数が上昇する。ノズルベーンの開度が小さい場合には、ノズルベーンの端面と流路壁とのクリアランスからの漏れ流れ（以下、クリアランスフローという。）の損失が大きく効率が低くなるため、回転数の上昇が遅くなってしまう。

【0004】

一方、ノズルベーンの端面と流路壁とのクリアランスを小さくすればターボチャージャの効率を向上することができるが、クリアランスを小さくし過ぎるとノズルベーンと流路壁とが熱変形によって接触する恐れがある。ノズルベーンと流路壁とが熱変形によって接触すると、ノズルベーンの作動にて摩耗が発生する恐れがある。また、ノズルベーンの作動性へ影響を及ぼす恐れもある。このため、ノズルベーンと流路壁とのクリアランスを小さくすることには限界がある。

【0005】

特許文献１には、クリアランスフローを抑制することを目的とした可変ノズルベーンの構成が開示されている。特許文献１に記載の可変ノズルベーンの両端部は中央部より厚肉に形成されており、また、両端部の端面に凹部が設けられている。特許文献１には、ノズルベーンの端面に設けた凹部によるラビリンスシール効果でクリアランスフローに対するシール性を向上する旨が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１１‐２２９８１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記のように、特許文献１には、可変ノズルベーンにおけるクリアランスフローを抑制するために、可変ノズルベーンの端面に凹部を設けることが記載されている。しかしながら、凹部の具体的な形状については、翼厚方向に沿った断面形状が開示されているに過ぎず、クリアランスフローを効果的に抑制するための凹部の全体形状については開示されていない。

【0008】

本発明は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、クリアランスフローを効果的に抑制可能な可変ノズルベーン及びこれを備える可変容量型ターボチャージャを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る可変ノズルベーンは、可変容量型ターボチャージャの可変ノズルベーンであって、前記可変容量型ターボチャージャは、タービンロータと、前記タービンロータの外周側にスクロール流路を形成するスクロール流路形成部と、前記スクロール流路から前記タービンロータへ排ガスを導くための排ガス流路を形成する排ガス流路形成部とを備え、前記排ガス流路形成部は、前記タービンロータの軸方向において前記可変ノズルベーンの一方側に設けられた一方側壁部と、他方側に設けられた他方側壁部とを含み、前記可変ノズルベーンは、前記排ガス流路に回動可能に設けられ、前記一方側壁部と対向する一方側端面と、前記他方側壁部と対向する他方側端面とを含み、前記一方側端面と前記他方側端面の少なくとも一方には、凹部が形成され、キャンバーラインに沿ったキャンバー方向における前記凹部の寸法は、前記キャンバー方向に直交するキャンバー直交方向における前記凹部の寸法よりも大きい。

【0010】

上記（１）に記載の可変ノズルベーンによれば、可変ノズルベーンにおける凹部が設けられた端面（一方側端面と他方側端面の少なくとも一方）と、当該端面に対向する壁面との間の隙間を流れるクリアランスフローの一部が、当該隙間内で循環流（渦）となり、当該隙間を通過するクリアランスフローの流量を低減することができる。このため、タービン効率を向上することができる。

【0011】

また、キャンバー方向における凹部の寸法がキャンバー直交方向における凹部の寸法よりも大きいため、圧力面側から負圧面側へ上記隙間を通過するクリアランスフローを、キャンバーラインに沿った広範囲に亘って効果的に抑制することができる。

【0012】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記凹部は、前縁と後縁の各々に達しないように、前記前縁と前記後縁との間に延在する。

【0013】

上記（２）に記載の可変ノズルベーンによれば、凹部が前縁又は後縁に達するように設けられている場合と比較して、上記隙間に上記循環流を形成する作用を強めて、クリアランスフローの流量を効果的に低減することができる。

【0014】

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記凹部と前記後縁との間隔は、前記凹部と前記前縁との間隔より大きい。

【0015】

上記（３）に記載の可変ノズルベーンによれば、可変ノズルベーンの後縁側の肉厚を過度に小さくすることなく、上述したクリアランスフローを抑制する効果を得ることができる。すなわち、可変ノズルベーンの後縁側の部分に破損が生じることを抑制しつつ、タービン効率を効果的に向上することができる。

【0016】

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れか１項に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記凹部は、後縁側に向かうにつれて前記キャンバー直交方向における前記凹部の幅が増大する前縁側部分と、前記前縁側部分に接続するとともに後縁側に向かうにつれて前記キャンバー直交方向における前記凹部の幅が減少する後縁側部分とを含む。

【0017】

上記（４）に記載の可変ノズルベーンによれば、可変ノズルベーンにおける凹部の幅をキャンバー方向に適切に変化させることにより、凹部の周縁部の肉厚を確保しつつ、上述したクリアランスフローを抑制する効果を得ることができる。すなわち、凹部の周縁部に破損が生じることを抑制しつつ、タービン効率を効果的に向上することができる。

【0018】

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れか１項に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記凹部は、底面と、前記キャンバーラインに対して圧力面側に設けられた圧力面側側面と、前記キャンバーラインに対して負圧面側に設けられた負圧面側側面とを含む。

【0019】

上記（５）に記載の可変ノズルベーンによれば、可変ノズルベーンにおける凹部が設けられた端面と壁面との間の隙間を流れるクリアランスフローの一部が、圧力面側側面及び負圧面側側面の各々の近傍にそれぞれ循環流を形成して、クリアランスフローの流量を効果的に低減することができる。

【0020】

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記圧力面側側面は、前記圧力面に沿って湾曲しており、前記負圧面側側面は、前記負圧面に沿って湾曲している。

【0021】

上記（６）に記載の可変ノズルベーンによれば、可変ノズルベーンにおける凹部の周縁部の肉厚を確保しつつ、上述したクリアランスフローを抑制する効果を得ることができる。すなわち、凹部の周縁部に破損が生じることを抑制しつつ、タービン効率を効果的に向上することができる。

【0022】

（７）幾つかの実施形態では、上記（５）又は（６）に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記底面と前記圧力面側側面とのなす角度は、９０度以下である。

【0023】

上記（７）に記載の可変ノズルベーンによれば、底面と圧力面側側面とのなす角度が９０度より大きい場合と比較して、圧力面側側面の近傍の循環流を形成する効果を高めて、クリアランスフローの流量を効果的に低減することができる。なお、上記角度が９０度であれば、製造容易性の観点で有利であり、上記角度が９０度未満であれば、圧力面側側面の近傍の循環流を形成する観点で有利である。

【0024】

（８）幾つかの実施形態では、上記（５）乃至（７）の何れか１項に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記底面と前記負圧面側側面とのなす角度は、９０度以下である。

【0025】

上記（８）に記載の可変ノズルベーンによれば、底面と負圧面側側面とのなす角度が９０度より大きい場合と比較して、負圧面側側面の近傍の循環流を形成する効果を高めて、クリアランスフローの流量を効果的に低減することができる。なお、上記角度が９０度であれば、製造容易性の観点で有利であり、上記角度が９０度未満であれば、負圧面側側面の近傍の循環流を形成する観点で有利である。

【0026】

（９）幾つかの実施形態では、上記（５）又は（６）に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記底面は、前記圧力面側側面から前記負圧面側側面に向かって下り勾配を有する。

【0027】

上記（９）に記載の可変ノズルベーンによれば、可変ノズルベーンの凹部に流入したクリアランスフローは、下り勾配を有する底面に沿って負圧面側へ流れるが、負圧面側側面の高さが圧力面側側面の高さよりも高くなるため、凹部からスムーズに流出しにくくなる。

【0028】

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れか１項に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記凹部は、前記キャンバー方向に直交する断面として、前記可変ノズルベーンの翼高さＨに対する前記凹部の深さＤの比Ｄ／Ｈが０．１＜Ｄ／Ｈ＜０．２を満たす断面を含む。

【0029】

上記（１０）に記載の可変ノズルベーンによれば、上記隙間に循環流を形成する作用を強めて、クリアランスフローの流量を効果的に低減することができる。これにより、タービン効率を効果的に向上することができる。

【0030】

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れか１項に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記凹部は、前記キャンバー方向に直交する断面として、前記凹部の幅Ｗに対する前記凹部の深さＤの比Ｄ／Ｗが０．１＜Ｄ／Ｗ＜０．３５を満たす断面を含む。

【0031】

上記（１１）に記載の可変ノズルベーンによれば、上記隙間に循環流を形成する作用を強めて、クリアランスフローの流量を効果的に低減することができる。これにより、タービン効率を効果的に向上することができる。

【0032】

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れか１項に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記可変ノズルベーンは、前記一方側壁部と前記他方側壁部の何れか一方に片持ち支持され、前記一方側壁部と前記他方側壁部のうち、前記可変ノズルベーンを片持ち支持する壁部を支持壁部、前記可変ノズルベーンを片持ち支持しない壁部を非支持壁部と称し、前記一方側端面と前記他方側端面のうち、前記支持壁部に対向する端面を支持壁側端面、前記非支持壁部に対向する端面を非支持壁側端面と称すると、前記非支持壁側端面は、前記凹部を有する。

【0033】

可変ノズルベーンが支持壁部に片持ち支持されている構成では、非支持壁部の壁面と可変ノズルベーンの非支持壁側端面との隙間のクリアランスフローが問題となりやすい。このため、非支持壁側端面に上述した凹部を設けることで、非支持壁側端面と非支持壁部の壁面との間の隙間を流れるクリアランスフローの一部が当該隙間内で循環流となり、当該隙間を通過するクリアランスフローの流量を低減することができる。このため、タービン効率を向上することができる。

【0034】

また、キャンバー方向における凹部の寸法がキャンバー直交方向における凹部の寸法よりも大きいため、圧力面側から負圧面側へ上記隙間を通過するクリアランスフローを、キャンバーラインに沿った広範囲に亘って効果的に抑制することができる。

【0035】

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記可変ノズルベーンにおける前記非支持壁部側の端部は、前記非支持壁部側に近づくにつれて翼厚が大きくなるように形成されたテーパ部を含む。

【0036】

上記（１３）に記載の可変ノズルベーンによれば、可変ノズルベーンにテーパ部が設けられていない場合と比較して、テーパ部を設けることによって、非支持壁側端面と非支持壁部の壁面との隙間の流路長を長くすることができる。このため、当該隙間における圧力面側と負圧面側との圧力勾配が小さくなり、クリアランスフローの流量を低減することができる。

【0037】

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記テーパ部の負圧面は、前記非支持壁部側に近づくにつれて翼厚が大きくなるように翼高さ方向に対して傾斜したテーパ面を含む。

【0038】

上記（１４）に記載の可変ノズルベーンによれば、テーパ部の負圧面が有する上記テーパ面によって、ノズルのスロート部からの流れが非支持壁部の壁面に引き付けられにくくなる。このため、テーパ部が設けられていない場合と比較して、上記スロート部からの流れと上記隙間を流れるクリアランスフローとの混合（衝突）に起因する損失を低減することができる。

【0039】

（１５）幾つかの実施形態では、上記（１４）に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記テーパ部の圧力面は、翼高さ方向に平行に形成される。

【0040】

上記（１５）に記載の可変ノズルベーンによれば、可変ノズルベーンの空力性能の低下を抑制しつつ、上記スロート部からの流れと上記クリアランスフローとの混合に起因する損失を低減することができる。

【0041】

（１６）幾つかの実施形態では、上記（１３）乃至（１４）に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記テーパ部の圧力面は、前記非支持壁部側に近づくにつれて翼厚が大きくなるように翼高さ方向に対して傾斜したテーパ面を含む。

【0042】

上記（１６）に記載の可変ノズルベーンによれば、テーパ部の圧力面に上記テーパ面が設けられていない場合と比較して、非支持壁側端面と非支持壁部の壁面との隙間の流路長を長くすることができる。このため、当該隙間における圧力面側と負圧面側との圧力勾配が小さくなり、クリアランスフローの流量を低減することができる。

【0043】

（１７）幾つかの実施形態では、上記（１３）乃至（１６）に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記テーパ部は、前記ノズルベーンのうち翼高さＨの８０％の位置より非支持壁側に設けられる。

【0044】

翼高さ方向における広範囲で翼厚を大きくすると、可変ノズルベーンの空力性能が大きく低下してしまうため、上記（１７）に記載の範囲にテーパ部を設けることで、空力性能の低下を抑制しつつ、クリアランスフローの流量を低減することができる。

【0045】

（１８）幾つかの実施形態では、上記（１３）乃至（１７）に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記支持壁側端面の最大翼厚Ｔ１に対する前記非支持壁側端面の最大翼厚Ｔ２の比Ｔ２／Ｔ１は、１．５＜Ｔ２／Ｔ１＜２．５を満たす。

【0046】

上記（１８）に記載の可変ノズルベーンによれば、テーパ部が設けられていない場合と比較して、非支持壁側端面と非支持壁部の壁面との隙間の流路長が大幅に拡大されるため、当該隙間における圧力面側と負圧面側との圧力勾配が小さくなり、クリアランスフローの流量を効果的に低減することができる。

【0047】

（１９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１８）に記載の可変ノズルベーンにおいて、前記可変ノズルベーンは、自動車用の可変容量型ターボチャージャの可変ノズルベーンである。

【0048】

上記（１９）に記載の可変ノズルベーンによれば、自動車用の可変容量型ターボチャージャにおける可変ノズルベーンのクリアランスフローを効果的に抑制することができる。

【0049】

（２０）本発明の少なくとも一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャは、タービンロータと、前記タービンロータの外周側にスクロール流路を形成するスクロール流路形成部と、前記スクロール流路から前記タービンロータへ排ガスを導くための排ガス流路を形成する排ガス流路形成部と、上記（１）乃至（１９）の何れか１項に記載の可変ノズルベーンとを備える。

【0050】

上記（２０）に記載の可変容量型ターボチャージャによれば、上記（１）乃至（１９）の何れか１項に記載の可変ノズルベーンを備えるため、クリアランスフローを効果的に抑制し、高いタービン効率を実現することができる。

【発明の効果】

【0051】

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、クリアランスフローを効果的に抑制可能な可変ノズルベーン及びこれを備える可変容量型ターボチャージャが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0052】

【図1】本発明の一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャ１００の回転軸線に沿った概略断面図である。

【図2】一実施形態に係る可変ノズルベーン２（２Ａ）の概略構成を示す斜視図である。

【図3】一実施形態に係る可変ノズルベーン２（２Ａ）の概略構成を示す斜視図である。

【図4】可変ノズルベーン２（２Ａ）の概略断面（非支持壁側端面３２のキャンバーラインに沿ったキャンバー方向に直交する断面）を示す図である。

【図5】可変ノズルベーン２（２Ａ）の概略断面（非支持壁側端面３２のキャンバーラインに沿ったキャンバー方向に直交する断面）の部分拡大図である。

【図6】可変ノズルベーン２（２Ａ）の概略断面（非支持壁側端面３２のキャンバーラインに沿ったキャンバー方向に直交する断面）の部分拡大図である。

【図7】凹部３４の幅Ｗに対する凹部３４の深さＤの比Ｄ／Ｗと、タービン効率との関係を示す図である。

【図8】図２における可変ノズルベーン２（２Ａ）を他方向から視た斜視図である。

【図9】テーパ部が設けられていない可変ノズルベーンにおけるスロート部からの流れＦＤとクリアランスフローＦＥとの関係を示す図である。

【図10】テーパ部が設けられた可変ノズルベーン２（２Ａ）におけるスロート部からの流れＦＤとクリアランスフローＦＥとの関係を示す図である。

【図11】一実施形態に係る可変ノズルベーン２（２Ｂ）の概略構成を示す斜視図である。

【図12】可変ノズルベーン２（２Ｂ）の概略断面を示す図である。

【図13】他の実施形態に係る可変ノズルベーン２の概略断面を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0053】

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。

【0054】

図１は、本発明の一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャ１００の回転軸線に沿った概略断面図である。可変容量型ターボチャージャ１００は、例えば自動車用のターボチャージャである。

【0055】

図１に示すように、可変容量型ターボチャージャ１００は、タービンロータ４と、タービンロータ４の外周側にスクロール流路６を形成するスクロール流路形成部８と、スクロール流路６からタービンロータ４へ排ガスを導くための排ガス流路１０を形成する排ガス流路形成部１２と、排ガス流路１０に設けられた可変ノズルベーン２とを備える。

【0056】

スクロール流路形成部８は、タービンロータ４を収容するタービンハウジング１４によって構成されている。

【0057】

排ガス流路形成部１２は、可変ノズルベーン２を片持ち支持する支持壁部１６と、支持壁部１６に対向して支持壁部１６に平行に設けられ、可変ノズルベーン２を片持ち支持しない非支持壁部１８とを含む。

【0058】

支持壁部１６は、タービンロータ４の軸方向において可変ノズルベーン２に対してスクロール流路６と反対側（軸受ハウジング２０側）に設けられ、タービンロータ４の外周側に径方向に沿って延在する環状プレート（ノズルマウント）によって構成されている。支持壁部１６は、厚さ方向に貫通する貫通孔２２が形成されており、貫通孔２２に挿通された可変ノズルベーン２のシャフト２４を回動可能に支持している。可変ノズルベーン２は、不図示のアクチュエータからの駆動力をシャフト２４に伝達されて回動するよう構成されている。

【0059】

非支持壁部１８は、タービンロータ４の軸方向において可変ノズルベーン２に対してスクロール流路６側（軸受ハウジング２０と反対側）に設けられ、タービンロータ４の外周側に径方向に沿って延在する環状プレート（ノズルプレート）によって構成されている。

【0060】

次に、図２、図３及び図４を用いて可変ノズルベーン２の構成を説明する。図２及び図３は、一実施形態に係る可変ノズルベーン２（２Ａ）の概略構成を示す斜視図である。図４は、可変ノズルベーン２（２Ａ）の概略断面を示す図である。

【0061】

図２、図３及び図４の少なくとも一図に示すように、可変ノズルベーン２は、圧力面２６（背面）と、負圧面２８（腹面）と、支持壁部１６の壁面１７（排ガス流路１０に面した壁面）と対向する支持壁側端面３０と、非支持壁部１８の壁面１９（排ガス流路１０に面した壁面）と対向する非支持壁側端面３２とを含む。また、非支持壁側端面３２には、凹部３４が形成されている。

【0062】

かかる構成では、図５に示すように、可変ノズルベーン２の非支持壁側端面３２と非支持壁部１８の壁面１９との間の隙間Ｃを流れるクリアランスフローの一部が当該隙間Ｃ内で循環流（渦ＦＡ〜ＦＣ）となり、隙間Ｃを通過するクリアランスフローの流量を低減することができる。このため、タービン効率を向上することができる。

【0063】

また、図３に示すように、非支持壁側端面３２のキャンバーラインＣＬに沿ったキャンバー方向における凹部３４の寸法Ａ１は、キャンバー方向に直交するキャンバー直交方向における凹部３４の寸法Ａ２よりも大きい。このため、圧力面２６側から負圧面２８側へ隙間Ｃを通過するクリアランスフローを、キャンバーラインＣＬに沿った広範囲に亘って効果的に抑制することができる。

【0064】

一実施形態では、図２及び図３に示すように、凹部３４は、前縁ＬＥと後縁ＴＥの各々に達しないように、前縁ＬＥと後縁ＴＥとの間に延在する。

【0065】

かかる構成によれば、凹部３４が前縁ＬＥ又は後縁ＴＥに達するように設けられている場合と比較して、上記隙間Ｃに上記循環流を形成する作用を強めて、クリアランスフローの流量を効果的に低減することができる。

【0066】

一実施形態では、図３に示すように、凹部３４と後縁ＴＥとの間隔ｄ１は、凹部３４と前縁ＬＥとの間隔ｄ２より大きい。

【0067】

かかる構成によれば、可変ノズルベーン２の後縁ＴＥ側の肉厚ｔを過度に小さくすることなく、上述したクリアランスフローを抑制する効果を得ることができる。すなわち、可変ノズルベーン２の後縁ＴＥ側の部分に破損が生じることを抑制しつつ、タービン効率を効果的に向上することができる。

【0068】

一実施形態では、図３に示すように、凹部３４は、後縁ＴＥ側に向かうにつれてキャンバー直交方向における凹部３４の幅Ｗが増大する前縁側部分３６と、前縁側部分３６に接続するとともに後縁側に向かうにつれてキャンバー直交方向における凹部３４の幅Ｗが減少する後縁側部分３８とを含む。

【0069】

かかる構成によれば、凹部３４の幅Ｗをキャンバー方向に適切に変化させることにより、凹部３４の周縁部４０の肉厚ｄを確保しつつ、上述したクリアランスフローを抑制する効果を得ることができる。すなわち、凹部３４の周縁部４０に破損が生じることを抑制しつつ、タービン効率を効果的に向上することができる。

【0070】

一実施形態では、例えば図２及び図４に示すように、凹部３４は、底面４２と、キャンバーラインＣＬに対して圧力面２６側に設けられた圧力面側側面４４と、キャンバーラインＣＬに対して負圧面２８側に設けられた負圧面側側面４６とを含む。

【0071】

かかる構成によれば、図５に示すように、非支持壁側端面３２と非支持壁部１８の壁面１９との間の隙間Ｃを流れるクリアランスフローの一部が、圧力面側側面４４及び負圧面側側面４６の各々の近傍にそれぞれ循環流ＦＡ，ＦＣを形成して、クリアランスフローの流量を効果的に低減することができる。

【0072】

一実施形態では、例えば図２に示すように、圧力面側側面４４は、圧力面２６に沿って湾曲しており、負圧面側側面４６は、負圧面２８に沿って湾曲している。

【0073】

かかる構成によれば、凹部３４の周縁部４０の肉厚ｄ（図３参照）を確保しつつ、上述したクリアランスフローを抑制する効果を得ることができる。すなわち、凹部３４の周縁部４０に破損が生じることを抑制しつつ、タービン効率を効果的に向上することができる。

【0074】

一実施形態では、例えば図６に示すように、底面４２と圧力面側側面４４とのなす角度θｐは、９０度以下である。

【0075】

かかる構成によれば、角度θｐが９０度より大きい場合と比較して、図５における圧力面側側面４４の近傍の循環流ＦＡを形成する効果を高めて、クリアランスフローの流量を効果的に低減することができる。なお、角度θｐが９０度であれば、製造容易性の観点で有利であり、角度θｐが９０度未満であれば、圧力面側側面４４の近傍の循環流ＦＡを形成する観点で有利である。

【0076】

一実施形態では、例えば図６に示すように、底面４２と負圧面側側面４６とのなす角度θｓは、９０度以下である。

【0077】

かかる構成によれば、角度θｓが９０度より大きい場合と比較して、図５における負圧面側側面４６の近傍の循環流ＦＣを形成する効果を高めて、クリアランスフローの流量を効果的に低減することができる。なお、角度θｓが９０度であれば、製造容易性の観点で有利であり、角度θｓが９０度未満であれば、負圧面側側面４６の近傍の循環流ＦＣを形成する観点で有利である。

【0078】

一実施形態では、例えば図４に示すように、凹部３４は、キャンバー方向に直交する断面として、凹部３４の幅Ｗに対する凹部３４の深さＤの比Ｄ／Ｗが０．１＜Ｄ／Ｗ＜０．３５を満たす断面を含む。

【0079】

かかる構成によれば、上記隙間Ｃに循環流を形成する作用を強めて、クリアランスフローの流量を効果的に低減することができる。これにより、図７に示すように、タービン効率を効果的に向上することができる。

【0080】

一実施形態では、例えば図３に示すように、凹部３４は、キャンバー方向に直交する断面として、可変ノズルベーン２の翼高さＨに対する凹部３４の深さＤの比Ｄ／Ｈが０．１＜Ｄ／Ｈ＜０．２を満たす断面を含む。

【0081】

かかる構成によれば、上記隙間Ｃに循環流を形成する作用を強めて、クリアランスフローの流量を効果的に低減することができる。これにより、タービン効率を効果的に向上することができる。

【0082】

図８は、図２における可変ノズルベーン２（２Ａ）を他方向から視た斜視図である。
一実施形態では、例えば図４及び図８に示すように、可変ノズルベーン２（２Ａ）は、翼高さ方向（可変ノズルベーン２の回転軸線方向）に沿って設けられた翼厚一定部４８と、翼厚一定部に対して非支持壁部１８側に設けられたテーパ部５０とを含む。テーパ部５０は、可変ノズルベーン２（２Ａ）における非支持壁部１８側の端部５２に設けられており、非支持壁部１８側に近づくにつれて翼厚Ｔが大きくなるように形成されている。

【0083】

かかる構成によれば、可変ノズルベーンにテーパ部５０が設けられていない場合（図９参照）と比較して、上記テーパ部５０を設けることによって、図１０に示すように、非支持壁側端面３２と非支持壁部１８との隙間Ｃの流路長Ｌｐを長くすることができる。このため、隙間Ｃにおける圧力面２６側と負圧面２８側との圧力勾配が小さくなり、クリアランスフローの流量を低減することができる。

【0084】

一実施形態では、図４に示すように、テーパ部５０は、可変ノズルベーン２（２Ａ）のうち翼高さＨの８０％の位置Ｐ１より非支持壁部１８側に設けられている。翼高さ方向における広範囲で翼厚を大きくすると、可変ノズルベーンの空力性能が大きく低下してしまうため、上記の範囲にテーパ部５０を設けることで、空力性能の低下を抑制しつつ、クリアランスフローの流量を低減することができる。

【0085】

一実施形態では、図４及び図８に示すように、テーパ部５０の負圧面２８は、非支持壁部１８側に近づくにつれて翼厚Ｔが大きくなるように翼高さ方向に対して傾斜したテーパ面５４を含む。

【0086】

かかる構成によれば、図１０に示すように、テーパ部５０の負圧面２８が有する上記テーパ面５４によって、ノズルのスロート部（不図示）からの流れＦＤが非支持壁部１８の壁面１９に引き付けられにくくなる。このため、テーパ部５０が設けられていない場合（図９参照）と比較して、上記流れＦＤと上記隙間Ｃを流れるクリアランスフローＦＥとの混合（衝突）に起因する損失を低減することができる。

【0087】

一実施形態では、図４及び図８に示すように、テーパ部５０の圧力面２６は、支持壁側端面３０から非支持壁側端面３２に亘って翼高さ方向に平行に形成されている。

【0088】

かかる構成によれば、可変ノズルベーン２（２Ａ）の空力性能の低下を抑制しつつ、上記流れＦＤとクリアランスフローＦＥとの混合（衝突）に起因する損失を低減することができる。

【0089】

図１１は、一実施形態に係る可変ノズルベーン２（２Ｂ）の概略構成を示す斜視図である。図１２は、図４は、可変ノズルベーン２（２Ｂ）の概略断面を示す図である。以下では、可変ノズルベーン２（２Ｂ）の構成のうち、可変ノズルベーン２（２Ａ）の構成と異なる点について説明する。
一実施形態では、図１１及び図１２に示すように、テーパ部５０の圧力面２６は、非支持壁部１８側に近づくにつれて翼厚Ｔが大きくなるように翼高さ方向に対して傾斜したテーパ面５６を含む。

【0090】

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。

【0091】

例えば、一実施形態では、図１３に示すように、凹部３４の底面４２は、圧力面側側面４４から負圧面側側面４６に向かって下り勾配を有していてもよい。すなわち、凹部３４の底面４２は、圧力面側側面４４から負圧面側側面４６に向かうにつれて、非支持壁部１８の壁面１９との距離ｄ３が大きくなるように傾斜していてもよい。

【0092】

また、例えば、上述した幾つかの形態では、非支持壁側端面３２に凹部３４が設けられた形態を例示したが、支持壁側端面３０と非支持壁側端面３２の少なくとも一方に凹部が設けられていればよい。ただし、可変ノズルベーン２が支持壁部１６に片持ち支持されている形態では、非支持壁部１８の壁面１９と可変ノズルベーン２の非支持壁側端面３２との隙間Ｃのクリアランスフローが問題となりやすいため、非支持壁側端面３２に上述した凹部３４を設けることが望ましい。

【0093】

また、上述した幾つかの実施形態では、可変ノズルベーン２が排ガス流路形成部１２の支持壁部１６に片持ち支持された形態を例示したが、可変ノズルベーンは、排ガス流路形成部に両持ち支持されていてもよい。この場合においても、可変ノズルベーンの少なくとも一方の端面に凹部が形成され、キャンバーラインに沿ったキャンバー方向における凹部の寸法を、キャンバー方向に直交するキャンバー直交方向における凹部の寸法よりも大きくすることにより、クリアランスフローを効果的に抑制することができる。

【符号の説明】

【0094】

２ 可変ノズルベーン
４ タービンロータ
６ スクロール流路
８ スクロール流路形成部
１０ 排ガス流路
１２ 排ガス流路形成部
１４ タービンハウジング
１６ 支持壁部
１７ 壁面
１８ 非支持壁部
１９ 壁面
２０ 軸受ハウジング
２２ 貫通孔
２４ シャフト
２６ 圧力面
２８ 負圧面
３０ 支持壁側端面
３２ 非支持壁側端面
３４ 凹部
３６ 前縁側部分
３８ 縁側部分
４０ 周縁部
４２ 底面
４４ 圧力面側側面
４６ 負圧面側側面
４８ 翼厚一定部
５０ テーパ部
５２ 端部
５４ テーパ面
５６ テーパ面
１００ 可変容量型ターボチャージャ

【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】