特許 7661607 可変ノズル装置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】

(24)【登録日】2025-04-04

(45)【発行日】2025-04-14

(54)【発明の名称】可変ノズル装置及び可変容量型ターボチャージャ

(51)【国際特許分類】

   F01D 17/16 20060101AFI20250407BHJP

   F02B 37/24 20060101ALI20250407BHJP

【ＦＩ】

F01D17/16 A

F02B37/24

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2024502353

(86)(22)【出願日】2022-02-25

(86)【国際出願番号】 JP2022007768

(87)【国際公開番号】W WO2023162115

(87)【国際公開日】2023-08-31

【審査請求日】2024-04-17

(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

【審査官】村山 美保

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－０９６０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０７７６６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１６７１８１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｄ １７／１６

Ｆ０２Ｂ ３７／２４

(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装置であって、
第１環状部材と、
前記第１環状部材に対向して設けられ、前記ターボチャージャのタービンホイールの外周側に形成されるスクロール流路から前記タービンホイールに排ガスを導くための排ガス流路を前記第１環状部材との間に形成する第２環状部材と、
前記第１環状部材の周方向に間隔を空けて前記排ガス流路に設けられた回動可能な複数の可変ノズルベーンと、
前記第１環状部材と前記第２環状部材との間隔を保持するように前記排ガス流路に設けられたスペーサ部材であって、前記第１環状部材および前記第２環状部材の少なくとも一方に固定されているとともに、前記周方向において隣接する一対の前記可変ノズルベーンの間に配置されたスペーサ部材と、
前記排ガス流路における前記周方向に沿った前記排ガスの流れの下流側を前記周方向における下流側と定義し、前記複数の可変ノズルベーンのうち前記周方向における前記スペーサ部材の下流側に隣り合う前記可変ノズルベーンを下流側可変ノズルベーンと定義すると、前記排ガス流路における前記スペーサ部材と前記下流側可変ノズルベーンとの間の位置に固定された固定ベーンと、
を備える、可変ノズル装置。

【請求項2】

前記固定ベーンの前縁は、前記第１環状部材の径方向における前記スペーサ部材の外側端よりも、前記径方向における外側に位置する、請求項１に記載の可変ノズル装置。

【請求項3】

前記固定ベーンの後縁は、前記第１環状部材の径方向における前記スペーサ部材の内側端によりも、前記径方向における内側に位置する、請求項１又は２に記載の可変ノズル装置。

【請求項4】

前記スペーサ部材は円柱状のサポートピンであり、
前記固定ベーンのベーン長は、前記サポートピンの直径よりも大きい、請求項１乃至３の何れか１項に記載の可変ノズル装置。

【請求項5】

前記固定ベーンのベーン長は、前記可変ノズルベーンのベーン長よりも小さい、請求項１乃至４の何れか１項に記載の可変ノズル装置。

【請求項6】

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、
第１環状部材と、
前記第１環状部材に対向して設けられ、前記ターボチャージャのタービンホイールの外周側に形成されるスクロール流路から前記タービンホイールに排ガスを導くための排ガス流路を前記第１環状部材との間に形成する第２環状部材と、
前記第１環状部材の周方向に間隔を空けて前記排ガス流路に設けられた回動可能な複数の可変ノズルベーンと、
前記第１環状部材と前記第２環状部材との間隔を保持するように前記排ガス流路に設けられたスペーサ部材と、
前記排ガス流路における前記周方向に沿った前記排ガスの流れの下流側を前記周方向における下流側と定義し、前記複数の可変ノズルベーンのうち前記周方向における前記スペーサ部材の下流側に隣り合う前記可変ノズルベーンを下流側可変ノズルベーンと定義すると、前記排ガス流路における前記スペーサ部材と前記下流側可変ノズルベーンとの間の位置に固定された固定ベーンと、
を備え、
前記スペーサ部材は、前記第１環状部材の径方向において前記可変ノズルベーンの回動中心よりも外側に位置する、可変ノズル装置。

【請求項7】

前記第１環状部材の軸方向に直交する断面において、前記固定ベーンの前縁と前記固定ベーンの後縁との中点は、前記第１環状部材の径方向において、前記可変ノズルベーンの回動中心よりも外側に位置する、請求項１乃至６の何れか１項に記載の可変ノズル装置。

【請求項8】

前記固定ベーンの後縁は、前記第１環状部材の径方向における前記可変ノズルベーンの回動中心よりも外側の位置、又は、前記第１環状部材の径方向における前記可変ノズルベーンの回動中心と同一の位置、に位置する、請求項７に記載の可変ノズル装置。

【請求項9】

前記第１環状部材は、前記可変ノズルベーンを回動可能に支持しており、
前記固定ベーンは、前記第１環状部材における前記排ガス流路側の面から前記第２環状部材側に突出するように設けられた、請求項１乃至８の何れか１項に記載の可変ノズル装置。

【請求項10】

前記第１環状部材は、前記可変ノズルベーンを回動可能に支持しており、
前記固定ベーンは、前記第２環状部材における前記排ガス流路側の面から前記第１環状部材側に突出するように設けられた、請求項１乃至８の何れか１項に記載の可変ノズル装置。

【請求項11】

前記可変ノズル装置は、前記第１環状部材の軸方向において互いに対向するように設けられた一対の前記固定ベーンを含む、請求項１乃至１０の何れか１項に記載の可変ノズル装置。

【請求項12】

前記スペーサ部材は、前記第１環状部材と前記第２環状部材のうち一方のみに固定された、請求項１乃至１１の何れか１項に記載の可変ノズル装置。

【請求項13】

前記下流側可変ノズルベーンにおける全開時の翼角をα、前記固定ベーンの翼角をβとした場合に、α－４５°＜β＜α＋４５°を満たす、請求項１乃至１２の何れか１項に記載の可変ノズル装置。

【請求項14】

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、
第１環状部材と、
前記第１環状部材に対向して設けられ、前記ターボチャージャのタービンホイールの外周側に形成されるスクロール流路から前記タービンホイールに排ガスを導くための排ガス流路を前記第１環状部材との間に形成する第２環状部材と、
前記排ガス流路の周方向に間隔を空けて前記排ガス流路に設けられた回動可能な複数の可変ノズルベーンと、
前記第１環状部材と前記第２環状部材との間隔を保持するように前記排ガス流路に設けられたスペーサ部材と、
を備え、
前記スペーサ部材は、前記第１環状部材の径方向において前記可変ノズルベーンの回動中心よりも外側に位置し、前記第１環状部材と前記第２環状部材のうち一方のみに固定され、翼形状を有する、可変ノズル装置。

【請求項15】

請求項１乃至１４の何れか１項に記載の可変ノズル装置と、
前記タービンホイールと、
前記タービンホイールを収容するケーシングと、
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、可変ノズル装置及び可変容量型ターボチャージャに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、可変容量型ターボチャージャの可変ノズル装置が開示されている。この可変ノズル装置は、タービンのスクロール流路からタービンホイールに排ガスを導くための排ガス流路を形成する一対の環状部材と、排ガス流路に設けられた複数の可変ノズルベーンと、一対の環状部材の間隔を保持するためのスペーサ部材とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第１０３５８９３５号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本願発明者の鋭意検討の結果、可変容量型ターボチャージャの可変ノズル装置において、スペーサ部材が複数の可変ノズルベーンの間に配置される場合に、このスペーサ部材の下流側の可変ノズルベーンには、あるノズル開度において負のベーントルク、すなわち可変ノズルベーンを閉じる方向の空力トルクが発生していることが判明した。

【0005】

図９は、スペーサ部材としてのサポートピン０１５からウェイク(wake)Ｗが発生している様子を示しており、このウェイクＷは、複数の可変ノズルベーン０１６のうち周方向におけるサポートピン０１５の下流側に隣り合う可変ノズルベーン０１６Ｄの圧力面の静圧を低下させる（図１０の上側参照）。これにより、サポートピン０１５の下流側の可変ノズルベーン０１６Ｄでは、可変ノズルベーン０１６Ｄを開く方向のトルクが減少し、圧力面の静圧（図１０の上側参照）と負圧面の静圧（図１０の下側参照）とに基づく全体の空力トルクが負になる。図１１では、サポートピンの下流側の可変ノズルベーン０１６Ｄの空力トルクがある翼角の範囲において０以下となることが示されている。

【0006】

これらの可変ノズルベーン０１６Ｄがアクチュエータの故障時に負の空力トルクにより閉じてしまうと、これにより流れが加速されてタービン回転数の上昇やエンジンのオーバーブーストを引き起こす可能性があるため、エンジンにとって好ましくない。

【0007】

上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態は、スペーサ部材から生じるウェイクの影響を低減可能な可変ノズル装置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を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係る可変ノズル装置は、
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、
第１環状部材と、
前記第１環状部材に対向して設けられ、前記ターボチャージャのタービンホイールの外周側に形成されるスクロール流路から前記タービンホイールに排ガスを導くための排ガス流路を前記第１環状部材との間に形成する第２環状部材と、
前記第１環状部材の周方向に間隔を空けて前記排ガス流路に設けられた回動可能な複数の可変ノズルベーンと、
前記第１環状部材と前記第２環状部材との間隔を保持するように前記排ガス流路に設けられたスペーサ部材と、
前記排ガス流路における前記周方向に沿った前記排ガスの流れの下流側を前記周方向における下流側と定義し、前記複数の可変ノズルベーンのうち前記周方向における前記スペーサ部材の下流側に隣り合う前記可変ノズルベーンを下流側可変ノズルベーンと定義すると、前記排ガス流路における前記スペーサ部材と前記下流側可変ノズルベーンとの間の位置に固定された固定ベーンと、
を備える。

【0009】

上記目的を達成するため、本開示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、
上記可変ノズル装置と、
前記タービンホイールと、
前記タービンホイールを収容するケーシングと、
を備える。

【発明の効果】

【0010】

本開示の少なくとも一実施形態によれば、スペーサ部材から生じるウェイクの影響を低減可能な可変ノズル装置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】

【0011】

【図1】一実施形態に係る可変容量型ターボチャージャの回転軸線に沿った断面の一部を示す概略断面図である。

【図2】図１に示した可変ノズル装置におけるＡ－Ａ断面（軸方向に直交する断面）の一例を示す概略断面図である。

【図3】図２に示した可変ノズル装置におけるＢ－Ｂ断面の一例を示す概略断面図である。

【図4】図２に示した可変ノズル装置におけるＢ－Ｂ断面の他の一例を示す概略断面図である。

【図5】図２に示した可変ノズル装置におけるＢ－Ｂ断面の更に他の一例を示す概略断面図である。

【図6】図２に示した可変ノズル装置におけるＢ－Ｂ断面の更に他の一例を示す概略断面図である。

【図7】可変ノズル装置の変形例を説明するための概略断面図である。

【図8A】スペーサ部材の断面形状の他の一例を示す図である。

【図8B】スペーサ部材の断面形状の更に他の一例を示す図である。

【図9】ターボチャージャのタービンの内部におけるマッハ数を示す図であり、円柱状のスペーサ部材であるサポートピンからウェイクが発生している様子を示している。

【図10】サポートピンの下流側に隣接する可変ノズルベーンにおける圧力面と負圧面の静圧分布を示す図である。

【図11】複数の可変ノズルベーンのうちサポートピンの下流側に隣接する可変ノズルベーンとその他の可変ノズルベーンについて、各可変ノズルベーンの回転軸の周りのトルクと翼角との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して本開示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、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。

【0013】

（可変容量型ターボチャージャ）
図１は、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Ｏに沿った断面の一部を示す概略断面図である。以下、可変容量型ターボチャージャ１００を単にターボチャージャ１００と記載する。

【0014】

ターボチャージャ１００は、不図示のコンプレッサと同軸に設けられたタービンホイール２と、タービンホイール２を収容するタービンケーシング４と、タービンホイール２を回転可能に支持する不図示の軸受を収容する軸受ケーシング６と、タービンケーシング４と軸受ケーシング６の間に設けられた可変ノズル装置８とを備えている。

【0015】

タービンケーシング４には、タービンホイール２の外周側にスクロール流路１０が形成されており、不図示のエンジンからの排ガスは、スクロール流路１０を通った後に可変ノズル装置８を介してタービンホイール２に供給される。

【0016】

（可変ノズル装置）
可変ノズル装置８は、第１環状部材１２（ノズルマウント）、第２環状部材１４（ノズルプレート）、複数のサポートピン１５、複数の可変ノズルベーン１６、複数のレバープレート１８、ドライブリング２０及び複数の固定ベーン２２を備えている。

【0017】

第１環状部材１２は、タービンホイール２の回転軸線Ｏを中心としてタービンホイール２の外周側に設けられる環状のプレートであり、複数の可変ノズルベーン１６を回動可能に支持する。第１環状部材１２には、第１環状部材１２の軸方向に貫通する支持穴３０（貫通穴）が周方向に間隔を空けて複数形成されており、支持穴３０の各々は、可変ノズルベーン１６の軸部１６ａをそれぞれ回動可能に支持している。

【0018】

以下、「軸方向」とは、特記しない限り第１環状部材１２の軸方向を意味し、「径方向」とは、特記しない限り第１環状部材１２の径方向を意味し、「周方向」とは、特記しない限り第１環状部材１２の周方向を意味することとする。なお、第１環状部材１２の軸方向は、タービンホイール２の軸方向、第２環状部材１４の軸方向及びドライブリング２０の軸方向に一致する。第１環状部材１２の径方向は、タービンホイール２の径方向、第２環状部材１４の径方向及びドライブリング２０の径方向に一致する。第１環状部材１２の周方向は、タービンホイール２の周方向、第２環状部材１４の周方向及びドライブリング２０の周方向に一致する。

【0019】

第２環状部材１４は、タービンホイール２の回転軸線Ｏを中心としてタービンホイール２の外周側に設けられる環状のプレートであり、第１環状部材１２に対向して設けられる。第２環状部材１４は、スクロール流路１０からタービンホイール２に排ガスを導くための環状の排ガス流路２４を第１環状部材１２との間に形成する。

【0020】

複数のサポートピン１５は、第１環状部材１２と第２環状部材１４の間の排ガス流路２４に周方向に間隔を空けて設けられる。複数のサポートピン１５の各々は、第１環状部材１２と第２環状部材１４のうち少なくとも一方に固定されている。複数のサポートピン１５の各々は、第１環状部材１２と第２環状部材１４との間隔を保持するためのスペーサ部材として機能する。複数のサポートピン１５は同一の形状及び同一の寸法を有していてもよく、以下では、サポートピン１５についての説明は、特記しないかぎりサポートピン１５の各々についての説明である。

【0021】

複数の可変ノズルベーン１６は、第１環状部材１２と第２環状部材１４の間の排ガス流路２４に周方向に間隔を空けて配置される。可変ノズルベーン１６の各々は、第１環状部材１２の支持穴３０に回動可能に支持されている。可変ノズル装置８は、複数の可変ノズルベーン１６の翼角を変化させることにより排ガス流路２４の流路面積を調節するよう構成されている。複数の可変ノズルベーン１６は、同一の形状及び同一の寸法を有していてもよく、以下では、可変ノズルベーン１６についての説明は、特記しないかぎり可変ノズルベーン１６の各々についての説明である。

【0022】

かかる可変ノズル装置８では、不図示のアクチュエータから伝達される駆動力によってドライブリング２０が回転駆動される。ドライブリング２０が回動すると、ドライブリング２０に係合しているレバープレート１８が可変ノズルベーン１６の軸部１６ａを回動させ、その結果、可変ノズルベーン１６が回動して可変ノズルベーン１６の翼角が変化する。

【0023】

図２は、図１に示した可変ノズル装置８におけるＡ－Ａ断面（軸方向に直交する断面）の一例を示す概略断面図である。

【0024】

図２に示す例では、複数のサポートピン１５は、３つのサポートピン１５からなり、周方向に１２０度間隔で配置されている。サポートピン１５の各々は、径方向において可変ノズルベーン１６の各々の回動中心Ｃよりも外側に位置する。

【0025】

ここで、図２に示すように、排ガス流路２４における周方向に沿った排ガスの流れの下流側（タービンホイール２の回転方向ｒにおける下流側）を周方向における下流側と定義し、複数の可変ノズルベーン１６のうち周方向におけるサポートピン１５の下流側に隣り合う可変ノズルベーン１６を下流側可変ノズルベーン１６Ｄと定義すると、固定ベーン２２は、排ガス流路２４におけるサポートピン１５と下流側可変ノズルベーン１６Ｄとの間の位置に固定される。

【0026】

図２に示す例では、複数の固定ベーン２２は、３つの固定ベーン２２からなり、周方向に１２０度間隔で配置される。複数の固定ベーン２２は、複数のサポートピン１５にそれぞれ対応するように、排ガス流路２４におけるサポートピン１５と下流側可変ノズルベーン１６Ｄとの間の位置に固定される。複数の固定ベーン２２は、同一の形状、同一の寸法及び同一の翼角を有していてもよく、以下では、固定ベーン２２についての説明は、特記しないかぎり固定ベーン２２の各々についての説明である。

【0027】

図２に示す例では、固定ベーン２２のベーン長Ｌ１は、サポートピン１５の直径Ｄよりも大きく、固定ベーン２２の前縁２２ＬＥは、径方向におけるサポートピン１５の外側端１５ｅよりも径方向における外側に位置し、固定ベーン２２の後縁２２ＴＥは、径方向におけるサポートピン１５の内側端１５ｉよりも径方向における内側に位置する。

【0028】

また、固定ベーン２２のベーン長Ｌ１は、可変ノズルベーン１６のベーン長Ｌ０よりも小さい。なお、固定ベーン２２のベーン長Ｌ１とは、固定ベーン２２における前縁２２ＬＥと後縁２２ＴＥとの距離であり、可変ノズルベーン１６のベーン長Ｌ０とは、可変ノズルベーン１６における前縁１６ＬＥと後縁１６ＴＥとの距離である。

【0029】

また、図２に示す断面において、固定ベーン２２の前縁２２ＬＥと固定ベーン２２の後縁２２ＴＥとの中点Ｍは、径方向において可変ノズルベーン１６の回動中心Ｃよりも外側に位置する。また、図２に示す断面において、固定ベーン２２の後縁２２ＴＥは、径方向における可変ノズルベーン１６の回動中心Ｃよりも外側の位置、又は、径方向における可変ノズルベーンの回動中心Ｃと同一の位置に位置する。

【0030】

なお、固定ベーン２２の翼角を小さくし過ぎると、固定ベーン２２と下流側可変ノズルベーン１６Ｄとの間隔によっては、下流側可変ノズルベーン１６Ｄの回動時に下流側可変ノズルベーン１６Ｄの前縁１６ＬＥと固定ベーン２２とが干渉する場合があり、固定ベーン２２の翼角を大きくしすぎると固定ベーン２２自体からウェイクが発生する恐れがある。このため、下流側可変ノズルベーン１６Ｄの回動時における下流側可変ノズルベーン１６Ｄの前縁１６ＬＥと固定ベーン２２との干渉を回避しつつ固定ベーン２２自体からのウェイクの発生を抑制する観点から、下流側可変ノズルベーン１６Ｄにおける全開時（開度が最大である時）の翼角をα、固定ベーン２２の翼角をβとした場合に、α－４５°＜β＜α＋４５°を満たすことが好ましく、α－３０°＜β＜α＋３０°を満たすことがより好ましく、α－１５°＜β＜α＋１５°を満たすことがより好ましい。なお、翼角とは、対象とする翼における前縁と後縁を結ぶ直線が前縁の位置における周方向の接線方向に対してなす角度である。

【0031】

以下、図２に示す構成が奏する効果について説明する。
上記可変ノズル装置８によれば、サポートピン１５と下流側可変ノズルベーン１６Ｄとの間の位置に固定ベーン２２を設けることにより、サポートピン１５から発生したウェイクが下流側可変ノズルベーン１６Ｄに到達することを固定ベーン２２によって抑制することができる。これにより、ウェイクの影響を低減し、下流側可変ノズルベーン１６Ｄに作用するトルクの方向が下流側可変ノズルベーン１６Ｄを開く方向から下流側可変ノズルベーン１６Ｄを閉じる方向に反転することを抑制することができる。したがって、複数の可変ノズルベーン１６を回動させるための不図示のアクチュエータの故障時等において、下流側可変ノズルベーン１６Ｄが閉じてしまうことを抑制し、タービン回転数（タービンホイール２の回転数）の過度の上昇や不図示のエンジンのオーバーブースト等が生じるリスクを低減することができる。

【0032】

また、固定ベーン２２の前縁縁２２ＬＥが径方向におけるサポートピン１５の外側端１５ｅよりも径方向における外側に位置し、固定ベーン２２の後縁２２ＴＥが径方向におけるサポートピン１５の内側端１５ｉよりも径方向における内側に位置するため、サポートピン１５から発生したウェイクが下流側可変ノズルベーン１６Ｄに到達することを効果的に抑制することができる。

【0033】

また、固定ベーン２２のベーン長Ｌ１がサポートピン１５の直径Ｄよりも大きいため、サポートピン１５から発生したウェイクが下流側可変ノズルベーン１６Ｄに到達することを効果的に抑制することができる。

【0034】

また、固定ベーン２２のベーン長Ｌ１が可変ノズルベーン１６のベーン長Ｌ０よりも小さいため、固定ベーン２２に起因する排ガス流路２４の流路抵抗の増大を抑制しつつ、サポートピン１５から発生したウェイクがサポートピン１５の下流側の下流側可変ノズルベーン１６Ｄに到達することを固定ベーン２２によって抑制することができる。

【0035】

また、サポートピン１５が径方向において可変ノズルベーン１６の回動中心Ｃよりも外側に位置するため、サポートピン１５が可変ノズルベーン１６の回動中心Ｃよりも径方向における内側に位置する場合と比較して、サポートピン１５が排ガス流路２４の流れに与える影響がタービンホイール２に及ぶことを抑制し、タービン効率の低下を抑制することができる。

【0036】

また、軸方向に直交する上記Ａ－Ａ断面において、固定ベーン２２の前縁２２ＬＥと固定ベーン２２の後縁２２ＴＥとの中点Ｍは、径方向において可変ノズルベーン１６の回動中心Ｃよりも外側に位置する。このため、上記中点Ｍが径方向における可変ノズルベーン１６の回動中心Ｃよりも内側に位置する場合と比較して、固定ベーン２２が排ガス流路２４の流れに与える影響がタービンホイール２に及ぶことを抑制し、タービン効率の低下を抑制することができる。

【0037】

また、固定ベーン２２の後縁２２ＴＥは、第１環状部材１２の径方向における可変ノズルベーン１６の回動中心Ｃよりも外側の位置、又は、第１環状部材１２の径方向における可変ノズルベーン１６の回動中心Ｃと同一の位置に位置する。このため、固定ベーン２２の後縁２２ＴＥを可変ノズルベーン１６の回動中心Ｃよりも径方向における内側に配置する場合よりも、固定ベーン２２が排ガス流路２４の流れに与える影響がタービンホイール２に及ぶことを抑制することができ、タービン効率の低下を抑制することができる。

【0038】

図３は、図２に示した可変ノズル装置８におけるＢ－Ｂ断面の一例を示す概略断面図である。
幾つかの実施形態では、例えば図３に示すように、固定ベーン２２は、第１環状部材１２における排ガス流路２４側の面１２ａ（第１環状部材１２における第２環状部材１４に対向する面）から第２環状部材１４側に突出するように、第１環状部材１２と一体的に設けられてもよい。

【0039】

図３に示す例では、サポートピン１５の一端側は、第１環状部材１２に形成された貫通穴３６に挿通されており、貫通穴３６に圧入等により固定されることにより第１環状部材１２に固定されている。サポートピン１５の他端側は、第２環状部材１４に形成された貫通穴３８に挿通されており、貫通穴３８に圧入等により固定されることにより第２環状部材１４に固定されている。サポートピン１５は、第１環状部材１２に軸方向に当接する円柱状の当接部１５ａと、第２環状部材１４に軸方向に当接する円柱状の当接部１５ｂと、当接部１５ａと当接部１５ｂとを接続する円柱状の本体部１５ｃとを含む。本体部１５ｃの直径は当接部１５ａの直径及び当接部１５ｂの直径の各々よりも小さい。また、軸方向における固定ベーン２２の高さＨ１及び軸方向における可変ノズルベーン１６の高さＨ２の各々は、軸方向における本体部１５ｃの長さＨ３よりも長い。なお、図２に示したサポートピン１５の直径Ｄとは、図３に示す例では本体部１５ｃの直径を意味する。

【0040】

図３に示す構成によれば、サポートピン１５から発生したウェイクが下流側可変ノズルベーン１６Ｄに到達することを、第１環状部材１２から突出する固定ベーン２２によって抑制することができる。また、固定ベーン２２を第１環状部材１２と第２環状部材１４のうち第１環状部材１２のみに設けることにより、後述する図５に示す構成よりも固定ベーン２２の寸法精度の観点において寸法管理が容易である。

【0041】

図４は、図２に示した可変ノズル装置８におけるＢ－Ｂ断面の他の一例を示す概略断面図である。図４に示す構成において、図３に示した構成と共通の符号は、特記しない限り図３に示した構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。

【0042】

幾つかの実施形態では、例えば図４に示すように、固定ベーン２２は、第２環状部材１４における排ガス流路２４側の面１４ａ（第２環状部材１４における第１環状部材１２に対向する面）から第１環状部材１２側に突出するように、第２環状部材１４と一体的に設けられてもよい。

【0043】

図４に示す構成によれば、サポートピン１５から発生したウェイクが下流側可変ノズルベーン１６Ｄに到達することを、第２環状部材１４から突出する固定ベーン２２によって抑制することができる。また、固定ベーン２２を第１環状部材１２と第２環状部材１４のうち第２環状部材１４のみに設けることにより、後述する図５に示す構成よりも固定ベーン２２の寸法精度の観点において寸法管理が容易である。

【0044】

図５は、図２に示した可変ノズル装置８におけるＢ－Ｂ断面の更に他の一例を示す概略断面図である。図５に示す構成において、図３に示した構成と共通の符号は、特記しない限り図３に示した構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。

【0045】

幾つかの実施形態では、例えば図５に示すように、可変ノズル装置８は、軸方向において互いに対向するように設けられた一対の固定ベーン２２ａ，２２ｂを含む。この場合、固定ベーン２２ａは、第１環状部材１２における排ガス流路２４側の面１２ａから第２環状部材１４側に突出するように、第１環状部材１２と一体的に設けられ、固定ベーン２２ｂは、第２環状部材１４における排ガス流路２４側の面１４ａから第１環状部材１２側に突出するように、第２環状部材１４と一体的に設けられる。軸方向における固定ベーン２２ａの高さＨ１ａと軸方向における固定ベーン２２ｂの高さＨ１ｂの合計（Ｈ１ａ＋Ｈ１ｂ）は、軸方向における本体部１５ｃの長さＨ３よりも大きい。

【0046】

図５に示す構成によれば、サポートピン１５から発生したウェイクが下流側可変ノズルベーン１６Ｄに到達することを、第１環状部材１２及び第２環状部材１４からそれぞれ突出する固定ベーン２２ａ及び固定ベーン２２ｂによって抑制することができる。

【0047】

図６は、図２に示した可変ノズル装置８におけるＢ－Ｂ断面の更に他の一例を示す概略断面図である。図６に示す構成において、図３に示した構成と共通の符号は、特記しない限り図３に示した構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。

【0048】

幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、サポートピン１５は、第１環状部材１２と第２環状部材１４のうち一方のみに固定されていてもよい。図６に示す例では、サポートピン１５の一端側は、第１環状部材１２に形成された貫通穴３６に挿通されており、貫通穴３６に圧入等により固定されることにより第１環状部材１２に固定されている。サポートピン１５の他端側は、第２環状部材１４に固定されていない。この場合、第２環状部材１４は、タービンハウジング４に支持（固定）されていてもよい。

【0049】

図６に示す構成によれば、第１環状部材１２と第２環状部材１４の両方にサポートピン１５が固定される場合と比較して、サポートピン１５における熱変形時の歪みを軽減することができる。その結果、サポートピン１５の厚みを小さくすることができ、サポートピン１５から生じるウェイクのサイズを低減することができる。なお、ポートピン１５は第１環状部材１２と第２環状部材１４のうち第２環状部材１４のみに固定されてもよい。

【0050】

本開示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。

【0051】

例えば、幾つかの実施形態では、例えば図７に示すように、可変ノズル装置８は、上述の固定ベーン２２を備えていなくてもよい。図７に示す構成において、図３に示した構成と共通の符号は、特記しない限り図３に示した構成と同様の構成を示すものとし、説明を省略する。

【0052】

図７に示す例では、サポートピン１５の一端側は、第１環状部材１２に形成された貫通穴３６に挿通されており、貫通穴３６に圧入等により固定されることにより第１環状部材１２に固定されている。サポートピン１５の他端側は、第２環状部材１４に固定されていない。この場合、第２環状部材１４は、タービンハウジング４に支持（固定）されていてもよい。

【0053】

このように、第１環状部材１２と第２環状部材１４のうち一方のみにサポートピン１５が固定されることにより、第１環状部材１２と第２環状部材１４の両方にサポートピン１５が固定される場合と比較して、サポートピン１５における熱変形時の歪みを軽減することができる。その結果、サポートピン１５の厚みを小さくすることができ、サポートピン１５から生じるウェイクのサイズを低減することができる。

【0054】

また、上述した幾つかの実施形態では第１環状部材と第２環状部材との間隔を保持するように排ガス流路に設けられたスペーサ部材の例として、サポートピンを例示したが、スペーサ部材の形状はサポートピンのような円柱形状に限らない。スペーサ部材がウェイクを生じる形状であれば、本開示に係る固定ベーンを設けることにより、ウェイクが下流側可変ノズルベーンに与える影響を低減することができる。例えば、図７に示した例では、第１環状部材１２と第２環状部材１４のうち一方のみにスペーサ部材としてのサポートピン１５が固定されることにより、サポートピン１５の厚みを上述のように小さくすることができるため、サポートピン１５を翼形状としてもよい。これにより、サポートピン１５から生じるウェイクのサイズを低減することができる。この場合、翼形状は、例えば図８Ａに示すように軸方向に直交する断面形状が直線に沿った形状であってもよいし、図８Ｂに示すように曲線に沿って湾曲した形状であってもよい。

【0055】

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。

【0056】

（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る可変ノズル装置は、
可変容量型ターボチャージャ（例えば上述の可変容量型ターボチャージャ１００）の可変ノズル装置（例えば上述の可変ノズル装置８）であって、
第１環状部材（例えば上述の第１環状部材１２）と、
前記第１環状部材に対向して設けられ、前記ターボチャージャのタービンホイール（例えば上述のタービンホイール２）の外周側に形成されるスクロール流路（例えば上述のスクロール流路１０）から前記タービンホイールに排ガスを導くための排ガス流路（例えば上述の排ガス流路２４）を前記第１環状部材との間に形成する第２環状部材（例えば上述の第２環状部材１４）と、
前記第１環状部材の周方向に間隔を空けて前記排ガス流路に設けられた回動可能な複数の可変ノズルベーン（例えば上述の複数の可変ノズルベーン１６）と、
前記第１環状部材と前記第２環状部材との間隔を保持するように前記排ガス流路に設けられたスペーサ部材（例えば上述のサポートピン１５）と、
前記排ガス流路における前記周方向に沿った前記排ガスの流れの下流側を前記周方向における下流側と定義し、前記複数の可変ノズルベーンのうち前記周方向における前記スペーサ部材の下流側に隣り合う前記可変ノズルベーンを下流側可変ノズルベーン（例えば上述の下流側可変ノズルベーン１６Ｄ）と定義すると、前記排ガス流路における前記スペーサ部材と前記下流側可変ノズルベーンとの間の位置に固定された固定ベーン（例えば上述の固定ベーン２２）と、
を備える。

【0057】

上記（１）に記載の可変ノズル装置によれば、スペーサ部材と下流側可変ノズルベーンとの間の位置に固定ベーンを設けることにより、スペーサ部材から発生したウェイクが下流側可変ノズルベーンに到達することを固定ベーンによって抑制することができる。これにより、ウェイクの影響を低減し、下流側可変ノズルベーンに作用するトルクの方向が開方向から閉方向に反転することを抑制することができる。したがって、可変ノズルベーンを回動させるためのアクチュエータの故障時等に可変ノズルベーンが閉じてしまうことを抑制し、タービン回転数の過度の上昇やエンジンのオーバーブースト等が生じるリスクを低減することができる。

【0058】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の可変ノズル装置において、
前記固定ベーンの前縁（例えば上述の前縁２２ＬＥ）は、前記第１環状部材の径方向における前記スペーサ部材の外側端（例えば上述の外側端１５ｅ）よりも、前記径方向における外側に位置する。

【0059】

上記（２）に記載の可変ノズル装置によれば、スペーサ部材から発生したウェイクが下流側可変ノズルベーンに到達することを効果的に抑制することができる。

【0060】

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の可変ノズル装置において、
前記固定ベーンの後縁（例えば上述の後縁２２ＴＥ）は、前記第１環状部材の径方向における前記スペーサ部材の内側端（例えば上述の内側端１５ｉ）によりも、前記径方向における内側に位置する。

【0061】

上記（３）に記載の可変ノズル装置によれば、スペーサ部材から発生したウェイクが下流側可変ノズルベーンに到達することを効果的に抑制することができる。

【0062】

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかに記載の可変ノズル装置において、
前記スペーサ部材は円柱状のサポートピン（例えば上述のサポートピン１５）であり、
前記固定ベーンのベーン長（例えば上述のベーン長Ｌ１）は、前記サポートピンの直径（例えば上述の直径Ｄ）よりも大きい。

【0063】

上記（４）に記載の可変ノズル装置によれば、スペーサ部材から発生したウェイクが下流側可変ノズルベーンに到達することを効果的に抑制することができる。

【0064】

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかに記載の可変ノズル装置において、
前記固定ベーンのベーン長（例えば上述のベーン長Ｌ１）は、前記可変ノズルベーンのベーン長（例えば上述のベーン長Ｌ０）よりも小さい。

【0065】

上記（５）に記載の可変ノズル装置によれば、スペーサ部材から発生したウェイクがスペーサ部材の下流側の下流側可変ノズルベーンに到達することを固定ベーンによって抑制しつつ、固定ベーンに起因する排ガス流路の流路抵抗の増大を抑制することができる。

【0066】

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかに記載の可変ノズル装置において、
前記スペーサ部材は、前記第１環状部材の径方向において前記可変ノズルベーンの回動中心（例えば上述の回動中心Ｃ）よりも外側に位置する。

【0067】

上記（６）に記載の可変ノズル装置によれば、スペーサ部材が可変ノズルベーンの回動中心よりも径方向における内側に位置する場合と比較して、スペーサ部材が排ガス流路の流れに与える影響がタービンホイールに及ぶことを抑制し、タービン効率の低下を抑制することができる。

【0068】

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れかに記載の可変ノズル装置において、
前記第１環状部材の軸方向に直交する断面（例えば上述のＡ－Ａ断面）において、前記固定ベーンの前縁と前記固定ベーンの後縁との中点（例えば上述の中点Ｍ）は、前記第１環状部材の径方向において、前記可変ノズルベーンの回動中心（例えば上述の回動中心Ｃ）よりも外側に位置する。

【0069】

上記（７）に記載の可変ノズル装置によれば、上記中点の位置が径方向における可変ノズルベーンの回動中心よりも内側に位置する場合と比較して、固定ベーンが排ガス流路の流れに与える影響がタービンホイールに及ぶことを抑制することができる。

【0070】

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れかに記載の可変ノズル装置において、
前記固定ベーンの後縁（例えば上述の後縁２２ＴＥ）は、前記第１環状部材の径方向における前記可変ノズルベーンの回動中心（例えば上述の回動中心Ｃ）よりも外側の位置、又は、前記第１環状部材の径方向における前記可変ノズルベーンの回動中心と同一の位置、に位置する。

【0071】

上記（８）に記載の可変ノズル装置によれば、固定ベーンの後縁を可変ノズルベーンの回動中心よりも径方向における内側に配置する場合よりも、固定ベーンが排ガス流路の流れに与える影響がタービンホイールに及ぶことを抑制することができる。

【0072】

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかに記載の可変ノズル装置において、
前記第１環状部材は、前記可変ノズルベーンを回動可能に支持しており、
前記固定ベーンは、前記第１環状部材における前記排ガス流路側の面（例えば上述の面１２ａ）から前記第２環状部材側に突出するように設けられる。

【0073】

上記（９）に記載の可変ノズル装置によれば、スペーサ部材から発生したウェイクが下流側可変ノズルベーンに到達することを、第１環状部材から突出する固定ベーンによって抑制することができる。また、固定ベーンを第１環状部材と第２環状部材のうち第１環状部材のみに設ける場合には、下記（１１）に記載の構成よりも固定ベーンの寸法精度の観点において寸法管理が容易である。

【0074】

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかに記載の可変ノズル装置において、
前記第１環状部材は、前記可変ノズルベーンを回動可能に支持しており、
前記固定ベーンは、前記第２環状部材における前記排ガス流路側の面（例えば上述の面１４ａ）から前記第１環状部材側に突出するように設けられる。

【0075】

上記（１０）に記載の可変ノズル装置によれば、スペーサ部材から発生したウェイクが下流側可変ノズルベーンに到達することを、第２環状部材から突出する固定ベーンによって抑制することができる。また、固定ベーンを第１環状部材と第２環状部材のうち第２環状部材のみに設ける場合には、下記（１１）に記載の構成よりも固定ベーンの寸法精度の観点において寸法管理が容易である。

【0076】

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）の何れかに記載の可変ノズル装置において、
前記可変ノズル装置は、前記第１環状部材の軸方向において互いに対向するように設けられた一対の前記固定ベーン（例えば上述の一対の固定ベーン２２ａ，２２ｂ）を含む。

【0077】

上記（１１）に記載の可変ノズル装置によれば、スペーサ部材から発生したウェイクが下流側可変ノズルベーンに到達することを、第１環状部材と第２環状部材の各々から突出する固定ベーンによって抑制することができる。

【0078】

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れかに記載の可変ノズル装置において、
前記スペーサ部材は、前記第１環状部材と前記第２環状部材のうち一方のみに固定される。

【0079】

上記（１２）に記載の可変ノズル装置によれば、第１環状部材と第２環状部材の両方にスペーサ部材が固定される場合と比較して、スペーサ部材における熱変形時の歪みを軽減することができる。その結果、スペーサ部材の厚みを小さくすることができ、スペーサ部材から生じるウェイクのサイズを低減することができる。

【0080】

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１２）の何れかに記載の可変ノズル装置において、
前記下流側可変ノズルベーンにおける全開時の翼角をα、前記固定ベーンの翼角をβとした場合に、α－４５°＜β＜α＋４５°を満たす。

【0081】

上記（１２）に記載の可変ノズル装置によれば、下流側可変ノズルベーンの回動時における下流側可変ノズルベーンの前縁と固定ベーンとの干渉を回避しつつ固定ベーン自体からのウェイクの発生を抑制することができる。

【0082】

（１４）本開示の少なくとも一実施形態に係る可変ノズル装置は、
可変容量型ターボチャージャ（例えば上述の可変容量型ターボチャージャ１００）の可変ノズル装置（例えば上述の可変ノズル装置８）であって、
第１環状部材（例えば上述の第１環状部材１２）と、
前記第１環状部材に対向して設けられ、前記ターボチャージャのタービンホイール（例えば上述のタービンホイール２）の外周側に形成されるスクロール流路（例えば上述のスクロール流路１０）から前記タービンホイールに排ガスを導くための排ガス流路（例えば上述の排ガス流路２４）を前記第１環状部材との間に形成する第２環状部材（例えば上述の第２環状部材１４）と、
前記排ガス流路の周方向に間隔を空けて前記排ガス流路に設けられた回動可能な複数の可変ノズルベーン（例えば上述の複数の可変ノズルベーン１６）と、
前記第１環状部材と前記第２環状部材との間隔を保持するように前記排ガス流路に設けられたスペーサ部材（例えば上述のサポートピン１５）と、
を備え、
前記スペーサ部材は、前記第１環状部材の径方向において前記可変ノズルベーンの回動中心（例えば上述の回動中心Ｃ）よりも外側に位置し、前記第１環状部材と前記第２環状部材のうち一方のみに固定され、翼形状を有する。

【0083】

上記（１４）に記載の可変ノズル装置によれば、スペーサ部材が可変ノズルベーンの回動中心よりも径方向における内側に位置する場合と比較して、スペーサ部材が排ガス流路の流れに与える影響がタービンホイールに及ぶことを抑制することができる。また、第１環状部材と第２環状部材の両方にスペーサ部材が固定される場合と比較して、スペーサ部材における熱変形時の歪みを軽減することができる。その結果、スペーサ部材の厚みを小さくすることができ、スペーサ部材から生じるウェイクのサイズを低減することができる。また、スペーサ部材が翼形状を有することにより、スペーサ部材から生じるウェイクのサイズを効果的に低減することができる。

【0084】

（１５）本開示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、
上記（１）乃至（１４）の何れかに記載の可変ノズル装置と、
前記タービンホイールと、
前記タービンホイールを収容するケーシング（例えば上述のタービンケーシング４）と、
を備える。

【0085】

上記（１５）に記載の可変ノズル装置によれば、上記（１）乃至（１４）の何れかに記載の可変ノズル装置を備えるため、スペーサ部材から発生したウェイクが下流側可変ノズルベーンに到達することを固定ベーンによって抑制することができる。これにより、ウェイクの影響を低減し、下流側可変ノズルベーンに作用するトルクの方向が開方向から閉方向に反転することを抑制することができる。したがって、可変ノズルベーンを回動させるためのアクチュエータの故障時等に可変ノズルベーンが閉じてしまうことを抑制し、タービン回転数の過度の上昇やエンジンのオーバーブースト等が生じるリスクを低減することができる。

【符号の説明】

【0086】

２ タービンホイール
４ タービンケーシング
６ 軸受ケーシング
８ 可変ノズル装置
１０ スクロール流路
１２ 第１環状部材
１２ａ 排ガス流路側の面
１４ 第２環状部材
１４ａ 排ガス流路側の面
１５ サポートピン
１５ａ，１５ｂ 当接部
１５ｃ 本体部
１５ｅ 外側端
１５ｉ 内側端
１６ 可変ノズルベーン
１６ａ 軸部
１６ＬＥ 前縁
１６ＴＥ 後縁
１６Ｄ 下流側可変ノズルベーン
１８ レバープレート
２０ ドライブリング
２２，２２ａ，２２ｂ 固定ベーン
２２ＬＥ 前縁
２２ＴＥ 後縁
２４ 排ガス流路
３０ 支持穴
３６，３８ 貫通穴
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8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】