特許 7293489 可変ノズル装置及びタービン、並びにターボチャージャ

(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】

(24)【登録日】2023-06-09

(45)【発行日】2023-06-19

(54)【発明の名称】可変ノズル装置及びタービン、並びにターボチャージャ

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/24 20060101AFI20230612BHJP

   F01D 17/16 20060101ALI20230612BHJP

【ＦＩ】

F02B37/24

F01D17/16 A

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022501399

(86)(22)【出願日】2020-02-17

(86)【国際出願番号】 JP2020005989

(87)【国際公開番号】W WO2021166021

(87)【国際公開日】2021-08-26

【審査請求日】2022-08-08

(73)【特許権者】

【識別番号】316015888

【氏名又は名称】三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】グプタ ビピン

(72)【発明者】

【氏名】吉田 豊隆

(72)【発明者】

【氏名】中原 優也

(72)【発明者】

【氏名】段本 洋輔

(72)【発明者】

【氏名】秋山 洋二

【審査官】津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－８０１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭４１－１１４８４（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】実開昭６２－１８０６３４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／０２２３０３９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ３７／２４

Ｆ０２Ｂ ３９／００

Ｆ０１Ｄ １７／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

可変容量型のターボチャージャの可変ノズル装置であって、
ノズルマウントと、
前記ノズルマウントと対向して配置され、前記ノズルマウントとの間に環状のノズル流路を形成するノズルプレートと、
前記ノズル流路の周方向に所定の間隔をあけてそれぞれ支軸を中心として回動可能に設けられた複数の可変ノズルベーンと、を備え、
前記ノズルプレートは、前記ノズルマウントに対向する第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを貫通する少なくとも一つの貫通孔を含み、
前記少なくとも一つの貫通孔は、前記第１面において前記支軸よりも径方向の内側に形成された第１開口と、前記第２面において前記第１開口よりも前記径方向の外側又は前記第１開口と前記径方向の同位置に形成された第２開口と、を有するとともに、
前記少なくとも一つの貫通孔は、前記周方向に沿って延在する一つの環状流路を含む、
可変ノズル装置。

【請求項2】

前記少なくとも一つの貫通孔は、前記周方向に間隔をあけて設けられた複数の貫通孔を含む、
請求項１に記載の可変ノズル装置。

【請求項3】

前記少なくとも一つの貫通孔は、前記ノズルプレートの前記第２開口の開口面積よりも前記第１開口の開口面積を小にして形成されている、
請求項１又は２に記載の可変ノズル装置。

【請求項4】

可変容量型のターボチャージャの可変ノズル装置であって、
ノズルマウントと、
前記ノズルマウントと対向して配置され、前記ノズルマウントとの間に環状のノズル流路を形成するノズルプレートと、
前記ノズル流路の周方向に所定の間隔をあけてそれぞれ支軸を中心として回動可能に設けられた複数の可変ノズルベーンと、を備え、
前記ノズルプレートは、前記ノズルマウントに対向する第１面と、前記第１面から前記ノズル流路に対して進退可能に構成されたスライド部材と、を含み、
前記スライド部材は、前記ノズル流路に面する一面と、前記一面と反対側の他面とを含むとともに、前記一面に作用する圧力と、前記他面に作用する圧力との圧力差に応じて進退するように構成されている、
可変ノズル装置。

【請求項5】

前記スライド部材の前記一面は、前記径方向の内側に向かうに連れて前記ノズルマウントとの距離が小さくなるように構成されたテーパ面を有する、
請求項４に記載の可変ノズル装置。

【請求項6】

一端側が前記スライド部材の前記他面に固定され、他端側が静止部材に固定されたバネ部材をさらに備える、
請求項４又は５に記載の可変ノズル装置。

【請求項7】

前記スライド部材の進退量を規定するストッパをさらに備える、
請求項４乃至６の何れか１項に記載の可変ノズル装置。

【請求項8】

回転軸と、
前記回転軸の一端側に設けられたタービンホイールと、
請求項１乃至７の何れか１項に記載の可変ノズル装置と、を備える、
タービン。

【請求項9】

請求項８に記載のタービンを備える、
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、可変ノズル装置及びタービン、並びにターボチャージャに関する。

【背景技術】

【0002】

タービン回転数、タービン出力を可変とすることができ、あるいはエンジンの出力変化に対する高い応答性能を確保できるなどの大きな利点を有することから、自動車用エンジンに搭載されるターボチャージャや、発電用エンジンに用いられるエキスパンションタービン、小型ガスタービンなどに、タービンに導入する排ガスの流量調整装置を備えたラジアルタービンや斜流タービンが多用されている。

【0003】

ラジアルタービンや斜流タービンを備えたターボチャージャは、例えば、エンジンからの排ガス（作動流体）によってタービンを回転駆動させるとともに、タービンと同軸で連結したコンプレッサを回転駆動させて吸気を圧縮し、この圧縮した吸気をエンジンに供給するように構成されている。

【0004】

一方、排ガスの流量調整装置は、タービンハウジングによってタービンホイールの外周側に画定された環状のノズル流路に、周方向に複数のノズルベーンを並設して構成されている。

【0005】

また、排ガスの流量調整装置には、アクチュエータの駆動によって回動し、閉動時に隣り合う一方のノズルベーンの前縁と他方のノズルベーンの後縁とが重なって流路を閉じるように設けられた複数の可変ノズルベーンを備え、各可変ノズルベーンの回動量によって排ガスの流路の大きさ、すなわち、排ガスの流量を任意に調整できるように構成した可変ノズル装置を備えたものがある。

【0006】

このような可変ノズル装置を有する可変容量型のターボチャージャ／タービンは、エンジンの負荷変動に合わせた運転が可能であり、特に、低負荷時のレスポンス性能に優れる。

【0007】

しかしながら、可変容量ターボチャージャは、可変ノズル（可変ノズルベーン）の開度が小さいとき、タービン効率がピーク点、すなわち、ノズル開度が中開度域付近のときと比べて低下することが知られている。ノズル開度が小開度域のときのタービン効率は、レスポンス性能に大きく影響するため、小開度域でタービン効率を向上させることが求められている。

【0008】

ここで、可変ノズル６が小開度域のとき、タービン動翼１３に流れ込む排ガス（作動流体Ｇ）は、ノズル開度が小さいために強い旋回成分をもつ一方、径方向内側に向かう流速成分は小さい（図１１）。このため、図１１に示すように、従来の可変容量ターボチャージャ（可変ノズル装置１００）では、可変ノズル６の小開度域において、動翼１３に流入する排ガスＧがもつ旋回成分に起因した遠心力により、排ガスＧがシュラウド（シュラウド部３０）側の内面３１側に押し付けられやすい。そして、排ガスＧがシュラウド側に押し付けられると、動翼１３の出口において、排ガスＧの流れはシュラウド側に偏り、シュラウド側で流速が大きく、ハブ（タービンハブ１２）側の内面３２側で流速が小さくなり、結果、動翼１３の下流側で流速不均衡を解消するように排ガスＧの流れが広がり、混合損失が起こりやすくなってしまう。

【0009】

これに対し、特許文献１には、排ガスの流れのシュラウド側への偏りを抑制するためにシュラウド側の内面にハブ側の内面に向けて突出する突出部を設けたタービン、ターボチャージャが開示されている。

【0010】

このように突出部を備えて構成した特許文献１のタービン、ターボチャージャにおいては、排ガスが突出部に沿って流れることでハブ側の内面側に寄せられ、シュラウド側への排ガスの偏り、すなわち、排ガスの偏流が抑制される。これにより、動翼出口での不均衡な流れが緩和され、混合損失が低減し、タービン効率を向上することが可能になる。よって、可変ノズルの大開度域における最大流量確保というメリットに加え、可変ノズルが小開度域のときのタービン効率向上というメリットも享受できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【文献】国際公開第２０１６／０３１０１７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかしながら、特許文献１に開示されたタービン、ターボチャージャでは、前述の通り、突出部を備えることによって、可変ノズルが小開度域のとき、排ガスの流れをハブ側に寄せ、シュラウド側への排ガスの偏流を抑制できるが、可変ノズルが大開度域のときには、突出部が抵抗となって排ガスの流体エネルギー損失が生じ、タービン効率が低下するおそれがあり、この点で改善の余地が残されていた。

【0013】

本開示は、上記事情に鑑み、可変ノズルが小開度域、大開度域の全域において、作動流体の流体エネルギー損失を低減し、より効果的にタービン効率の向上を図ることを可能にする可変ノズル装置及びタービン、並びに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】

【0014】

本開示の一態様の可変ノズル装置は、可変容量型ターボチャージャの可変ノズル装置であって、ノズルマウントと、前記ノズルマウントと対向して配置され、前記ノズルマウントとの間に環状のノズル流路を形成するノズルプレートと、前記ノズル流路の周方向に所定の間隔をあけてそれぞれ支軸を中心として回動可能に設けられた複数の可変ノズルベーンと、を備え、前記ノズルプレートは、前記ノズルマウントに対向する第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを貫通する少なくとも一つの貫通孔を含み、前記少なくとも一つの貫通孔は、前記第１面において前記支軸よりも径方向の内側に形成された第１開口と、前記第２面において前記第１開口よりも前記径方向の外側又は前記第１開口と前記径方向の同位置に形成された第２開口と、を有する。

【0015】

本開示の一態様の可変ノズル装置は、可変容量型ターボチャージャの可変ノズル装置であって、ノズルマウントと、前記ノズルマウントと対向して配置され、前記ノズルマウントとの間に環状のノズル流路を形成するノズルプレートと、前記ノズル流路の周方向に所定の間隔をあけてそれぞれ支軸を中心として回動可能に設けられた複数の可変ノズルベーンと、を備え、前記ノズルプレートは、前記ノズルマウントに対向する第１面と、前記第１面から前記ノズル流路に対して進退可能に構成されたスライド部材と、を含み、前記スライド部材は、前記ノズル流路に面する一面と、前記一面と反対側の他面とを含むとともに、前記一面に作用する圧力と、前記他面に作用する圧力との圧力差に応じて進退するように構成されている。

【0016】

本開示の一態様のタービンは、回転軸と、回転軸の一端側に設けられたタービンホイールと、上記の何れかの可変ノズル装置と、を備える。

【0017】

本開示の一態様のターボチャージャは、上記のタービンを備える。

【発明の効果】

【0018】

本開示の一態様の可変ノズル装置及びタービン、並びにターボチャージャによれば、可変ノズル（可変ノズルベーン）が小開度域、大開度域の全域において、作動流体の流体エネルギー損失を低減し、より効果的にタービン効率の向上を図ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態、第２実施形態のタービン、ターボチャージャを示す断面図である。

【図2】第１実施形態の可変ノズル装置、タービン、ターボチャージャを示す軸線方向（作動流体の流れ方向下流側）から見た断面図である。

【図3】第１実施形態の可変ノズル装置を示す断面図である。

【図4】第１実施形態の可変ノズル装置を示す断面図である。

【図5】第１実施形態の可変ノズル装置、タービン、ターボチャージャの変更例を示す軸線方向（作動流体の流れ方向下流側）から見た断面図である。

【図6】第２実施形態の可変ノズル装置の位置を示す断面図である。

【図7】第２実施形態の可変ノズル装置を示す断面図である。

【図8】第２実施形態の可変ノズル装置の変更例を示す断面図である。

【図9】第２実施形態の可変ノズル装置のノズルプレート（ノズルプレート本体部）の変更例を示す軸線方向（作動流体の流れ方向下流側）から見た図である。

【図10】第２実施形態の可変ノズル装置のスライド部材の変更例を示す軸線方向（作動流体の流れ方向下流側）から見た図である。

【図11】従来の可変ノズル装置（タービン、ターボチャージャ）を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

（第１実施形態）
以下、図１から図５、図１１を参照し、第１実施形態に係る可変ノズル装置及びタービン、並びにターボチャージャについて説明する。

【0021】

（ターボチャージャ）
本実施形態のターボチャージャは、エンジンから排出される作動流体（排ガス）のエネルギーを利用してエンジンの出力を向上させるターボ装置であり、エンジンから排出される排ガスによってタービンを回転駆動させ、これにより、タービンと同軸で連結されているコンプレッサを回転駆動させて吸気を圧縮し、この圧縮した吸気をエンジンに供給するものである。

【0022】

具体的に、本実施形態のターボチャージャ１は、図１に示すように、ラジアルタービン２あるいは斜流タービン（以下、タービンという）を備えている。

【0023】

（タービン）
タービン２は、図１、図２に示すように、ターボチャージャ１の軸線О１周りに回転するタービンホイール３と、タービンホイール３を収容しつつ、タービンホイール３の軸線О１中心の外周側に環状のノズル流路４を形成するタービンハウジング５と、タービンホイール３の径方向外側のノズル流路４内に設けられ、タービンホイール３の周方向に所定の間隔をあけて配された複数の可変ノズルベーン６を含む流量調整装置（作動流体（本実施形態では排ガスＧ）の流量調整機構）７と、を備えている。

【0024】

タービンホイール３は、ベアリングハウジング８に収容したジャーナル軸受９，１０によって回転可能に軸支された回転軸１１の一端側に、互いの軸線О１を同軸上に配して一体に設けられた截頭錐状で略円錐台状のタービンハブ１２と、タービンハブ１２の周面に軸線О１中心の周方向に所定の間隔をあけて設けられた複数のタービン動翼１３と、を備えている。

【0025】

回転軸１１の他端側には、截頭錐状で略円錐台状のコンプレッサハブ１４が一体に設けられ、このコンプレッサハブ１４の周面には、周方向に所定の間隔をあけて複数のコンプレッサ動翼１５が設けられている。

【0026】

これらコンプレッサハブ１４とコンプレッサ動翼１５とによってコンプレッサホイール１６が構成され、このコンプレッサホイール１６は、コンプレッサハウジング１７に軸線О１周りに回転可能に収容されている。

【0027】

本実施形態において、タービンハウジング５の内部には、ノズル流路４に連通し、タービンハウジング５の外部から導入された作動流体Ｇをノズル流路４に向けて流通させるスクロール流路１８と、ノズル流路４に連通しつつ軸線О１に沿って延在し、タービンホイール３を駆動させた作動流体Ｇを流通させてタービンハウジング５の外部に導出するための管状の排気流路１９と、が設けられている。

【0028】

（可変ノズル装置）
一方、本実施形態のターボチャージャ１は、可変容量型のターボチャージャであり、流量調整装置７が可変ノズル装置２０を備えて構成されている。

【0029】

可変ノズル装置２０は、図１１に示した従来の可変ノズル装置１００と同様、ノズルマウント２１と、ノズルマウント２１と対向して配置され、ノズルマウント２１との間に環状のノズル流路４を形成するノズルプレート２２と、ノズル流路４の周方向に所定の間隔をあけてそれぞれ支軸Ｏ２を中心として回動可能に設けられた複数の可変ノズルベーン６と、複数の可変ノズルベーン６を回動させるノズル回動機構２３と、備えている。

【0030】

ノズルプレート２２は、図３、図４（図１、図１１参照）に示すように、ノズルマウント２１に対向する第１面３３を有するノズルプレート本体部３４と、ハブ側の内面３２と対向する内面３１を有するシュラウド部３０とを備えて形成されている。

【0031】

そして、本実施形態の可変ノズル装置２０は、ノズルプレート本体部３４の第１面３３と、第１面３３と反対側の第２面３５とを貫通する貫通孔３６を備えて構成されている。

【0032】

また、本実施形態の貫通孔３６は、ノズルプレート本体部３４の第１面３３に開口する第１開口３６ａが可変ノズルベーン６の支軸Ｏ２よりも径方向の内側に形成され、第２面３５に開口する第２開口３６ｂが第１開口３６ａよりも径方向の外側に形成されている。これにより、この貫通孔３６は、ノズルプレート本体部３４の第２面３５側から第１面３３側に向けて斜めに穿設されている。
なお、第２開口３６ｂは第１開口３６ａと径方向の同位置に形成されていてもよい。

【0033】

さらに、本実施形態では、図２に示すように、複数の貫通孔３６が、軸線Ｏ１中心の周方向に間隔をあけて設けられている。複数の貫通孔３６はそれぞれ、複数の可変ノズルベーン６のそれぞれと一対で、各可変ノズルベーン６の径方向内側に位置するように設けられている。

【0034】

さらに、貫通孔３６は、第２開口３６ｂの開口面積よりも第１開口３６ａの開口面積を小にして形成されていてもよい。

【0035】

そして、本実施形態の可変ノズル装置２０及びタービン２、並びにターボチャージャ１では、ノズル回動機構２３の駆動によって複数の可変ノズルベーン６を回動させ、ノズル開度を変えることにより、エンジンから排出され、スクロール流路１８からノズル流路４に流れてタービンホイール３に供給される作動流体Ｇの流量を変えることを調節することができる。

【0036】

このとき、可変ノズルベーン６の開度が小さい小開度域であるほど、可変ノズルベーン６を間に、高圧側で作動流体Ｇの流れ方向上流側（スクロール流路１８側）と、低圧側で作動流体Ｇの流れ方向下流側との圧力差が大きくなる（図１１参照）。

【0037】

これに対し、本実施形態の可変ノズル装置２０及びタービン２、並びにターボチャージャ１は、ノズルプレート本体部３４の第１面３３から第２面３５に貫通する貫通孔３６が設けられ、この貫通孔３６が第１面３３に開口する第１開口３６ａを可変ノズルベーン６の支軸Ｏ２よりも径方向の内側に、第２面３５に開口する第２開口３６ｂを第１開口３６ａよりも径方向の外側に配置して形成されている。

【0038】

これにより、本実施形態の可変ノズル装置２０及びタービン２、並びにターボチャージャ１においては、図４（図１１参照）に示すように、高圧（Ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）側で作動流体Ｇの流れ方向上流側（スクロール流路１８側）と、低圧（Ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）側で作動流体Ｇの流れ方向下流側との圧力差によって、貫通孔３６を作動流体ｇ（Ｇ）が流れ、スクロール流路１８の作動流体ｇ（Ｇ）が貫通孔３６の第１開口３６ａから可変ノズルベーン６の支軸Ｏ２よりも径方向の内側のノズル流路４に噴射される。

【0039】

そして、複数の可変ノズルベーン６を通じてノズル流路４をタービンホイール３に向けて流れる作動流体Ｇに貫通孔３６から噴射した作動流体ｇが合流することで、従来の可変ノズル装置１００のように第１面３３に突出部を設けなくても、作動流体Ｇの流れがハブ側の内面３２側に寄せられ、シュラウド側への作動流体Ｇの偏り、すなわち、作動流体Ｇの偏流を抑制することができる。

【0040】

また、可変ノズルベーン６の開度が小さい小開度域であるほど、高圧側で作動流体Ｇの流れ方向上流側と、低圧側で作動流体Ｇの流れ方向下流側との圧力差が大きくなるため、言い換えれば、可変ノズルベーン６の大開度域よりも中開度域、中開度域よりも小開度域の方が前記圧力差が大きくなるため、可変ノズルベーン６の開度が小さくなるほど、貫通孔３６から噴射される作動流体ｇの噴出力（噴射速度）を大きくすることができる。

【0041】

これにより、シュラウド側への作動流体Ｇの大きな偏流が発生する可変ノズルベーン６の小開度域では、効果的に作動流体Ｇの偏流を抑制することができ、偏流が生じない可変ノズルベーン６の大開度域では、貫通孔３６から出た作動流体ｇが作動流体Ｇの流れを阻害することなく、流体エネルギー損失が生じることを抑制できる。

【0042】

したがって、本実施形態の可変ノズル装置２０及びタービン２、並びにターボチャージャ１によれば、ノズルプレート本体部３４の第１面３３から第２面３５に貫通する貫通孔３６が設けられ、この貫通孔３６が第１開口３６ａを可変ノズルベーン６の支軸Ｏ２よりも径方向の内側に、第２面３５に開口する第２開口３６ｂを第１開口３６ａよりも径方向の外側に配置して形成されていることによって、タービン動翼１３の出口での作動流体Ｇの不均衡な流れが緩和され、混合損失が低減し、タービン効率を向上することが可能になる。

【0043】

よって、可変ノズルベーン６の大開度域における最大流量確保というメリットに加え、可変ノズルベーン６が小開度域のときのタービン効率向上というメリットを確実に享受できる。言い換えれば、可変ノズルベーン６が小開度域、大開度域の全域において、作動流体Ｇの流体エネルギー損失を低減し、より効果的にタービン効率の向上を図ることが可能になる。

【0044】

なお、貫通孔３６の第２開口３６ｂが第１開口３６ａと径方向の同位置に形成されていても、上記と同様の作用効果を得ることが可能である。

【0045】

また、図２に示すように、複数の貫通孔３６が、軸線Ｏ１中心の周方向に間隔をあけて設けられ、それぞれの貫通孔３６から作動流体ｇが噴射されることで、可変ノズルベーン６の小開度域において、タービンホイール３に流れる周方向全体の作動流体Ｇの偏流を効果的に抑制することが可能になる。このとき、複数の貫通孔３６がそれぞれ、複数の可変ノズルベーン６のそれぞれと一対で、各可変ノズルベーン６の径方向内側に配置されていれば、より効果的に、タービンホイール３に流れる周方向全体の作動流体Ｇの偏流を抑制することができる。

【0046】

さらに、貫通孔３６が、その第２開口３６ｂの開口面積よりも第１開口３６ａの開口面積を小にして形成されていれば、第１開口３６ａから噴射される作動流体ｇの噴出力（噴射速度）を高めることができ、可変ノズルベーン６の小開度域において、タービンホイール３に流れる作動流体Ｇの偏流を、より一層効果的に抑制することが可能になる。

【0047】

以上、本開示の可変ノズル装置及びタービン、並びにターボチャージャの第１実施形態について説明したが、上記の第１実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【0048】

例えば、図５に示すように、貫通孔３６は、周方向に沿って延在する一つの環状流路を備えて形成されていてもよい。この場合には、周方向全体に延びる第１開口３６ａから作動流体ｇが噴射されるため、可変ノズルベーン６の小開度域において、タービンホイール３に流れる周方向全体の作動流体Ｇの偏流を、好適に抑制することが可能になる。

【0049】

また、第１実施形態の構成、変更例と、後述の第２実施形態の構成、変更例とを組み合わせるなどして、相乗的な作用効果を奏功できるようにしてもよい。

【0050】

（第２実施形態）
次に、図１、図６から図１０、図１１を参照し、第２実施形態に係る可変ノズル装置及びタービン、並びにターボチャージャについて説明する。ここで、本実施形態の可変ノズル装置及びタービン、並びにターボチャージャは、第１実施形態の可変ノズル装置及びタービン、並びにターボチャージャに対して可変ノズル装置の構成が異なり、他の構成は同様である。よって、本実施形態では、第１実施形態と同様の構成に対して同一符号を付すなどし、その詳細な説明を省略する。

【0051】

（可変ノズル装置）
本実施形態の可変ノズル装置４０は、図６、図７（図１、図１１参照）に示すように、第１実施形態と同様、ノズルマウント２１と、ノズルプレート本体部３４及びシュラウド部３０を有してなるノズルプレート２２と、複数の可変ノズルベーン６と、を備えている。

【0052】

一方、可変ノズル装置４０は、第１実施形態と異なり、例えば図６のＳ部で示す部位に、スライド部材４２を備えて構成されている。

【0053】

具体的に、本実施形態の可変ノズル装置４０は、図７に示すように、ノズルプレート２２のノズルプレート本体部３４が、ノズルマウント２１に対向する第１面３３と、第１面３３からノズル流路４に対して進退可能に構成されたスライド部材４２と、を備えている。そして、スライド部材４２は、ノズル流路４に面する一面４２ａと、一面４２ａと反対側の他面４２ｂとを備え、一面４２ａに作用する圧力と、他面４２ｂに作用する圧力との圧力差に応じて進退するように構成されている。

【0054】

また、本実施形態の可変ノズル装置４０は、ノズルプレート本体部３４に、スライド部材４２と第２面３５との間に、第２面３５に開口する貫通孔４３で第２面３５の側のスクロール流路１８に連通する連通空間４４が設けられている。連通空間４４には、一端をノズルプレート本体部３４などの静止部材４１に、他端をスライド部材４２の他面４２ｂにそれぞれ接続し、スライド部材４２を連通空間４４の内部側、すなわち、ノズルプレート本体部３４の第２面３５の側に付勢するバネ部材などの付勢部材４５が配設されている。

【0055】

これにより、本実施形態の可変ノズル装置４０においては、図７（図１１参照）に示すように、高圧（Ｈｉｇｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）側で作動流体Ｇの流れ方向上流側（スクロール流路１８側）の圧力が貫通孔４３を通じて連通空間４４に伝達され、スライド部材４２の他面４２ｂに作用し、低圧（Ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）側で作動流体Ｇの流れ方向下流側（ノズル流路４側）の圧力がスライド部材４２の一面４２ａに作用する。また、スライド部材４２には、付勢部材４５の付勢力が作用する。

【0056】

そして、本実施形態のスライド部材４２は、一面４２ａに作用する圧力と他面４２ｂに作用する圧力の圧力差に応じてスライド（進出）し、この圧力差が大きい可変ノズルベーン６の小開度域において、圧力差の大きさに応じた突出量で、一面４２ａ側が第１面３３からノズル流路４の内側に突出する。

【0057】

すなわち、本実施形態のスライド部材４２は、例えば、ノズルプレート本体部３４の第１面３３の側と第２面３５の側の圧力差がある程度小さい可変ノズルベーン６の中開度域、大開度域では、付勢部材４５の付勢力の作用により、一面４２ａ側が第１面３３と近い位置（同一面上を含む）に配され、この退避状態で保持される。

【0058】

よって、可変ノズルベーン６の中開度域、大開度域においては、スライド部材４２が第１面３３から突出せず、従来の可変ノズル装置１００の突出部のように、スライド部材４２が抵抗となって流体エネルギー損失が生じ、タービン効率が低下することはない。

【0059】

一方、可変ノズルベーン６の小開度域では、前記圧力差が大きくなり、連通空間４４内の圧力が上昇してスライド部材４２の他面４２ｂを押圧する力が相対的に大きくなって、スライド部材４２がスライド（進出）し、その一面４２ａ側がノズルプレート本体部３４の第１面３３からノズル流路４内に突出する。

【0060】

これにより、可変ノズルベーン６の小開度域において、突出したスライド部材４２の一面４２ａに沿って作動流体Ｇが流れ、この作動流体Ｇの流れがハブ側へ寄せられる。よって、シュラウド側への作動流体Ｇの偏流が抑制され、タービン動翼１３の出口での不均衡な流れが緩和されるとともに混合損失が低減し、タービン効率を向上することが可能になる。

【0061】

したがって、本実施形態の可変ノズル装置４０及びタービン２、並びにターボチャージャ１によれば、可変ノズルベーン６の大開度域における最大流量確保というメリットに加え、可変ノズルベーン６が小開度域のときのタービン効率向上というメリットも享受でき、可変ノズルベーン６の小開度域、大開度域のいずれであっても、好適に作動流体Ｇの流体エネルギー損失の発生を抑え、効果的にタービン効率の向上を図ることが可能になる。

【0062】

また、本実施形態の可変ノズル装置４０及びタービン２、並びにターボチャージャ１においては、図７に示すように、スライド部材４２の一面４２ａが、径方向の内側に向かうに連れてノズルマウント２１との距離が小さくなるように構成されたテーパ面４２ｃを有することが好ましい。
この場合には、可変ノズルベーン６の小開度域において、突出したスライド部材４２の一面４２ａのテーパ面４２ｃに沿って、作動流体Ｇを滑らかに流すことができ、突出したスライド部材４２によって作動流体Ｇの流れを乱し、流体エネルギー損失が生じることを抑制できる。

【0063】

さらに、本実施形態の可変ノズル装置４０及びタービン２、並びにターボチャージャ１においては、付勢部材４５を設け、スライド部材４２に付勢力が作用するようにしている。これにより、前記圧力差の大きさに応じた突出量でスライド部材４２を突出させることができ、且つ前記圧力差が小さくなるとともにスライド部材４２を付勢部材４５の付勢力によって自動的で好適に退避させることができる。

【0064】

以上、本開示の可変ノズル装置及びタービン、並びにターボチャージャの第２実施形態について説明したが、上記の第１実施形態、第２実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の構成、変更例を組み合わせるなど、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【0065】

例えば、第１実施形態、第２実施形態の構成、変更例を適宜選択的に組み合わせてもよい。この場合には、より一層効果的に、場合によっては相乗的に、動翼インシデンス特性の改善効果、タービン効率の向上効果を得ることが可能になる。

【0066】

さらに、例えば、図８から図１０に示すように、ノズルプレート２２（ノズルプレート本体部３４）とスライド部材４２に、互いに嵌合し、ノズルプレート２２に対してスライド部材４２をスライド移動可能で、且つノズルプレート２２の第１面３３を基準に進退可能に支持する係合部４６（係合凸部４６ａ、係合凹部４６ｂ）を設けて構成してもよい。

【0067】

この場合には、スライド部材４２の一面４２ａと他面４２ｂにそれぞれ、低圧の第１面３３の側の圧力と高圧の第２面３５の側の圧力とがそれぞれ直接的に作用し、これら圧力の圧力差に応じてスライド部材４２を自動的にスライドさせることができる。これにより、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能になり、動翼インシデンス特性の改善、タービン効率の向上を図ることが可能になる。

【0068】

また、この場合には、係合部４６をＴ型にするなどして形成すれば、スライド部材４２が軸線Ｏ１周りの径方向及び周方向の正逆に移動しないように構成することができる。

【0069】

さらに、ストッパ４７を設ければ、スライド部材４２の突出量及び退避量、すなわち、スライド部材４２の進退量を規制することができ、好適にスライド部材４２の位置制御を行うことができる。

【0070】

さらに、本実施形態の可変ノズル装置４０においては、ノズルプレート本体部３４の第１面３３の側の第１圧力、すなわち、可変ノズルベーン６の支軸Ｏ２よりも径方向内側部分の低圧側の第１圧力をＰ１、第２面３５の側の高圧側の第２圧力をＰ２、予め設定した第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２の圧力差の閾値をＰ３としたとき、スライド部材４２が、Ｐ２－Ｐ１＞Ｐ３の状態で第１面３３からノズルマウント２１側（ノズル流路４内）に突出し、Ｐ２－Ｐ１≦Ｐ３の状態で第１面３３から第２面３５までの間に退避して収まるように構成してもよい。

【0071】

すなわち、スライド部材４２をスライドさせる構成によって、動翼インシデンス特性の改善、タービン効率の向上を図ることが可能であれば、必ずしも本実施形態の構成に限定する必要はない。

【0072】

最後に、上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

【0073】

（１）一の態様に係る可変ノズル装置（第１実施形態の可変ノズル装置２０）は、可変容量型のターボチャージャ（第１実施形態のターボチャージャ１）の可変ノズル装置であって、ノズルマウント（第１実施形態のノズルマウント２１）と、ノズルマウントと対向して配置され、ノズルマウントとの間に環状のノズル流路（第１実施形態のノズル流路４）を形成するノズルプレート（第１実施形態のノズルプレート２２）と、ノズル流路の周方向に所定の間隔をあけてそれぞれ支軸（第１実施形態の支軸Ｏ２）を中心として回動可能に設けられた複数の可変ノズルベーン（第１実施形態の可変ノズルベーン６）と、を備え、ノズルプレートは、ノズルマウントに対向する第１面（第１実施形態の第１面３３）と、第１面と反対側の第２面（第１実施形態の第２面３５）とを貫通する少なくとも一つの貫通孔（第１実施形態の貫通孔３６）を含み、少なくとも一つの貫通孔は、第１面において支軸よりも径方向の内側に形成された第１開口（第１実施形態の第１開口３６ａ）と、第２面において第１開口よりも径方向の外側又は第１開口と径方向の同位置に形成された第２開口（第１実施形態の第２開口３６ｂ）と、を有する。

【0074】

本開示の可変ノズル装置によれば、複数の可変ノズルベーンを通じてノズル流路をタービンホイールに向けて流れる作動流体に貫通孔から噴射した作動流体が合流することで、作動流体の流れがハブ側の内面側に寄せられ、シュラウド側への作動流体の偏り、すなわち、作動流体の偏流を抑制することができる。

【0075】

また、可変ノズルベーンの開度が小さい小開度域であるほど、高圧側で作動流体の流れ方向上流側と、低圧側で作動流体の流れ方向下流側との圧力差が大きくなるため、言い換えれば、可変ノズルベーンの大開度域よりも中開度域、中開度域よりも小開度域の方が前記圧力差が大きくなるため、可変ノズルベーンの開度が小さくなるほど、貫通孔から噴射される作動流体の噴出力（噴射速度）を大きくすることができる。

【0076】

これにより、シュラウド側への作動流体の大きな偏流が発生する可変ノズルベーンの小開度域では、効果的に作動流体の偏流を抑制することができ、偏流が生じない（大きな偏流が生じない）可変ノズルベーンの大開度域では、貫通孔から出た作動流体が作動流体の流れを阻害することなく、流体エネルギー損失が生じることを抑制できる。

【0077】

よって、可変ノズルベーンが小開度域、大開度域の全域において、作動流体の流体エネルギー損失を低減し、より効果的にタービン効率の向上を図ることが可能になる。

【0078】

（２）別の態様に係る可変ノズル装置は、（１）に記載の可変ノズル装置であって、少なくとも一つの貫通孔は、周方向に間隔をあけて設けられた複数の貫通孔を含む。

【0079】

本開示の可変ノズル装置によれば、複数の貫通孔が、周方向に間隔をあけて設けられ、それぞれの貫通孔から作動流体が噴射されることで、可変ノズルベーンの小開度域において、タービンホイールに流れる周方向全体の作動流体の偏流を効果的に抑制することが可能になる。

【0080】

（３）別の態様に係る可変ノズル装置は、（１）に記載の可変ノズル装置であって、少なくとも一つの貫通孔は、周方向に沿って延在する一つの環状流路を含む。

【0081】

本開示の可変ノズル装置によれば、貫通孔が周方向に沿って延在する一つの環状流路を備えて形成されているので、周方向全体に延びる第１開口から作動流体が噴射される。このため、可変ノズルベーンの小開度域において、タービンホイールに流れる周方向全体の作動流体の偏流を、好適に抑制することが可能になる。

【0082】

（４）別の態様に係る可変ノズル装置は、（１）乃至（３）の何れかに記載の可変ノズル装置であって、少なくとも一つの貫通孔は、ノズルプレートの前記第２開口の開口面積よりも第１開口の開口面積を小にして形成されている。

【0083】

本開示の可変ノズル装置によれば、貫通孔が、その第２開口の開口面積よりも第１開口の開口面積を小にして形成されているので、第１開口から噴射される作動流体の噴出力（噴射速度）を高めることができ、可変ノズルベーンの小開度域において、タービンホイールに流れる作動流体の偏流を、より一層効果的に抑制することが可能になる。

【0084】

（５）一の態様に係る可変ノズル装置（第２実施形態の可変ノズル装置４０）は、可変容量型のターボチャージャ（第２実施形態のターボチャージャ１）の可変ノズル装置であって、ノズルマウント（第２実施形態のノズルマウント２１）と、ノズルマウントと対向して配置され、ノズルマウントとの間に環状のノズル流路（第２実施形態のノズル流路４）を形成するノズルプレート（第２実施形態のノズルプレート２２）と、ノズル流路の周方向に所定の間隔をあけてそれぞれ支軸（第２実施形態の支軸Ｏ２）を中心として回動可能に設けられた複数の可変ノズルベーン（第２実施形態の可変ノズルベーン６）と、を備え、ノズルプレートは、ノズルマウントに対向する第１面（第２実施形態の第１面３３）と、第１面からノズル流路に対して進退可能に構成されたスライド部材（第２実施形態のスライド部材４２）と、を含み、スライド部材は、ノズル流路に面する一面（第２実施形態の一面４２ａ）と、一面と反対側の他面（第２実施形態の他面４２ｂ）とを含むとともに、一面に作用する圧力と、他面に作用する圧力との圧力差に応じて進退するように構成されている。

【0085】

本開示の可変ノズル装置によれば、第１面の側と第２面の側の圧力差がある程度小さい可変ノズルベーンの中開度域、大開度域では、一面側が第１面と近い位置（同一面上を含む）に配され、この退避状態で保持される。これにより、可変ノズルベーンの中開度域、大開度域においては、スライド部材が第１面から突出せず、スライド部材が抵抗となって流体エネルギー損失が生じ、タービン効率が低下することはない。

【0086】

一方、可変ノズルベーンの小開度域では、前記圧力差が大きくなり、スライド部材の他面を押圧する力が相対的に大きくなって、スライド部材がスライド（進出）し、その一面側が第１面からノズル流路内に突出する。これにより、可変ノズルベーンの小開度域において、突出したスライド部材の一面に沿って作動流体が流れ、この作動流体の流れがハブ側へ寄せられる。よって、シュラウド側への作動流体の偏流が抑制され、タービン動翼の出口での不均衡な流れが緩和されるとともに混合損失が低減し、タービン効率を向上することが可能になる。

【0087】

したがって、シュラウド側への作動流体の大きな偏流が発生する可変ノズルベーンの小開度域では、効果的に作動流体の偏流を抑制することができ、偏流が生じない（大きな偏流が生じない）可変ノズルベーンの大開度域では、貫通孔から出た作動流体が作動流体の流れを阻害することなく、流体エネルギー損失が生じることを抑制できる。

【0088】

よって、可変ノズルベーンが小開度域、大開度域の全域において、作動流体の流体エネルギー損失を低減し、より効果的にタービン効率の向上を図ることが可能になる。

【0089】

（６）別の態様に係る可変ノズル装置は、（５）に記載の可変ノズル装置であって、スライド部材の一面は、径方向の内側に向かうに連れてノズルマウントとの距離が小さくなるように構成されたテーパ面（第２実施形態のテーパ面４２ｃ）を有する。

【0090】

本開示の可変ノズル装置によれば、可変ノズルベーンの小開度域において、突出したスライド部材の一面のテーパ面に沿って、作動流体を滑らかに流すことができ、突出したスライド部材によって作動流体の流れを乱し、流体エネルギー損失が生じることを抑制できる。

【0091】

（７）別の態様に係る可変ノズル装置は、（５）又は（６）に記載の可変ノズル装置であって、一端側がスライド部材の他面に固定され、他端側が静止部材（第２実施形態の静止部材４１（タービンハウジング５、ノズルプレート２２）に固定されたバネ部材（第２実施形態の付勢部材４５）をさらに備える。

【0092】

本開示の可変ノズル装置によれば、バネ部材を設け、スライド部材に付勢力が作用するようにしたので、前記圧力差の大きさに応じた突出量でスライド部材を突出させることができ、且つ前記圧力差が小さくなるとともにスライド部材をバネ部材の付勢力によって自動的で好適に退避させることができる。

【0093】

（８）別の態様に係る可変ノズル装置は、（５）乃至（７）に記載の可変ノズル装置であって、スライド部材の進退量を規定するストッパ（第２実施形態のストッパ４７）をさらに備える。

【0094】

本開示の可変ノズル装置によれば、ストッパを設けることにより、スライド部材の突出量及び退避量、すなわち、スライド部材の進退量を規制することができ、好適にスライド部材の位置制御を行うことができる。

【0095】

（９）一の態様に係るタービン（第１実施形態、第２実施形態のタービン２）は、回転軸（第１実施形態、第２実施形態の回転軸１１）と、回転軸の一端側に設けられたタービンホイール（第１実施形態、第２実施形態のタービンホイール３）と、（１）乃至（８）の何れかに記載の可変ノズル装置と、を備える。

【0096】

本開示のタービンによれば、（１）乃至（８）の何れかに記載の可変ノズル装置の作用効果を奏功するタービンを提供することができる。

【0097】

（１０）一の態様に係るターボチャージャ（第１実施形態、第２実施形態のターボチャージャ１）は、（９）に記載のタービンを備える。

【0098】

本開示のターボチャージャによれば、（９）に記載のタービン、可変ノズル装置の作用効果を奏功するターボチャージャを提供することができる。

【符号の説明】

【0099】

１ ターボチャージャ
２ タービン
３ タービンホイール
４ ノズル流路
５ タービンハウジング（静止部材）
６ 可変ノズルベーン
１１ 回転軸
１２ タービンハブ
１３ タービン動翼
２０ 可変ノズル装置
２１ ノズルマウント
２２ ノズルプレート
３０ シュラウド部
３３ 第１面
３４ ノズルプレート本体部
３５ 第２面
３６ 貫通孔
３６ａ 第１開口
３６ｂ 第２開口
４０ 可変ノズル装置
４２ スライド部材
４１ 静止部材
４２ａ 一面
４２ｂ 他面
４２ｃ テーパ面
４３ 貫通孔
４４ 連通空間
４５ 付勢部材（バネ部材）
１００ 従来の可変ノズル装置
Ｇ、ｇ 作動流体（排ガス）
Ｏ１ 軸線
Ｏ２ 支軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】