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技術 タービン及びターボチャージャ

出願人 三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社
発明者 グプタビピン吉田豊隆
出願日 2017年12月20日 (3年5ヶ月経過) 出願番号 2019-559927
公開日 2020年11月19日 (6ヶ月経過) 公開番号 WO2019-123566
状態 特許登録済
技術分野 タービンの細部・装置 過給機
主要キーワード 延在範囲 径方向領域 周方向領域 湾曲形 同軸駆動 ノズルマウント レバープレート 中間流路
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重要な関連分野

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図面 (10)

課題・解決手段

タービンは、タービンインペラと、前記タービンインペラを覆うように設けられ、前記タービンインペラの外周側に位置するスクロール流路を含むハウジングと、排ガス流れ方向において前記スクロール流路の下流側且つ前記タービンインペラの上流側に位置する中間流路に設けられるノズルベーンと、前記ハウジングのうち前記スクロール流路の内周境界画定する内周壁部に対して軸方向に隙間を空けて前記中間流路側に、前記中間流路に面して設けられるプレートと、前記軸方向において前記内周壁部と前記プレートとの間の前記隙間に設けられる少なくとも1つのガイドベーンと、を備え、前記少なくとも1つのガイドベーンは、第1端と、前記第1端に対して、径方向外側かつ周方向において前記排ガス流れ方向の下流側に位置する第2端と、を含む。

概要

背景

タービンインペラに流入する排ガス流れを調整するノズルベーンを備えたターボチャージャが用いられている。
例えば、特許文献1には、作動ガス排ガス)が通るスクロールの内側に周方向に配列された複数のノズルベーンを備えたラジアルタービンを採用したターボチャージャが開示されている。このターボチャージャに用いられているノズルベーンは、前縁部及び後縁部において、ノズルベーン幅方向の両端部を、中央部に比べて圧力面側膨出させた形状を有している。このようなノズルベーンの形状によって、前縁側においては作動ガスの衝突損失を低減し、後縁側においてはノズルから流出する作動ガスの流れを均一化してノズルベーン及び動翼における2次流れ損失を低減するようになっている。

概要

タービンは、タービンインペラと、前記タービンインペラを覆うように設けられ、前記タービンインペラの外周側に位置するスクロール流路を含むハウジングと、排ガス流れ方向において前記スクロール流路の下流側且つ前記タービンインペラの上流側に位置する中間流路に設けられるノズルベーンと、前記ハウジングのうち前記スクロール流路の内周境界画定する内周壁部に対して軸方向に隙間を空けて前記中間流路側に、前記中間流路に面して設けられるプレートと、前記軸方向において前記内周壁部と前記プレートとの間の前記隙間に設けられる少なくとも1つのガイドベーンと、を備え、前記少なくとも1つのガイドベーンは、第1端と、前記第1端に対して、径方向外側かつ周方向において前記排ガス流れ方向の下流側に位置する第2端と、を含む。

目的

本発明の少なくとも一実施形態は、流れの乱れに起因する熱損失又は圧力損失を低減可能なタービン及びターボチャージャを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

タービンインペラと、前記タービンインペラを覆うように設けられ、前記タービンインペラの外周側に位置するスクロール流路を含むハウジングと、排ガス流れ方向において前記スクロール流路の下流側且つ前記タービンインペラの上流側に位置する中間流路に設けられるノズルベーンと、前記ハウジングのうち前記スクロール流路の内周境界画定する内周壁部に対して軸方向に隙間を空けて前記中間流路側に、前記中間流路に面して設けられるプレートと、前記軸方向において前記内周壁部と前記プレートとの間の前記隙間に設けられる少なくとも1つのガイドベーンと、を備え、前記少なくとも1つのガイドベーンは、第1端と、前記第1端に対して、径方向外側かつ周方向において前記排ガス流れ方向の下流側に位置する第2端と、を含むことを特徴とするタービン

請求項2

前記少なくとも1つのガイドベーンは、前記内周壁部又は前記プレートの少なくとも一方の表面から、前記内周壁部又は前記プレートの他方に向かって前記軸方向に突出するように設けられたことを特徴とする請求項1に記載のタービン。

請求項3

前記第1端は、前記隙間の内周側端部に位置し、前記第2端は、前記隙間の外周側端部に位置することを特徴とする請求項1又は2に記載のタービン。

請求項4

前記少なくとも1つのガイドベーンは、前記軸方向に直交する断面内において、前記スクロール流路に向かって凸の湾曲形状を有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載のタービン。

請求項5

前記少なくとも1つのガイドベーンは、前記周方向に沿って配列される複数のガイドベーンを含み、前記複数のガイドベーンのうち少なくとも1つのガイドベーンの前記周方向における長さが、該ガイドベーンよりも前記周方向において前記排ガス流れの上流側に位置するガイドベーンの前記周方向における長さよりも長いことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載のタービン。

請求項6

前記少なくとも1つのガイドベーンの前記軸方向における高さは、前記隙間の前記軸方向における高さの30%以上であ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タービン。

請求項7

前記軸方向に直交する断面において、前記タービンの回転軸を中心として、スクロール舌部の位置における角度を0度とし、周方向における前記排ガス流れの向きを正の角度方向としたとき、前記少なくとも1つのガイドベーンは、220度以上360度以下の範囲内に位置す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タービン。

請求項8

請求項1乃至7の何れか一項に記載のタービンと、前記タービンによって駆動されるように構成された圧縮機と、を備えることを特徴とするターボチャージャ

技術分野

0001

本開示は、タービン及びターボチャージャに関する。

背景技術

0002

タービンインペラに流入する排ガス流れを調整するノズルベーンを備えたターボチャージャが用いられている。
例えば、特許文献1には、作動ガス排ガス)が通るスクロールの内側に周方向に配列された複数のノズルベーンを備えたラジアルタービンを採用したターボチャージャが開示されている。このターボチャージャに用いられているノズルベーンは、前縁部及び後縁部において、ノズルベーン幅方向の両端部を、中央部に比べて圧力面側膨出させた形状を有している。このようなノズルベーンの形状によって、前縁側においては作動ガスの衝突損失を低減し、後縁側においてはノズルから流出する作動ガスの流れを均一化してノズルベーン及び動翼における2次流れ損失を低減するようになっている。

先行技術

0003

特開2013−137017号公報

発明が解決しようとする課題

0004

ところで、本発明者らの鋭意検討の結果、ノズルベーンを備えたターボチャージャの運転中に、スクロール流路を形成するハウジングの壁面と、ノズルベーンが設けられる中間流路を形成するプレートとの間に形成される隙間において、流れの乱れが大きくなり、これにより、流体とハウジングとの間の熱伝達率が大きくなる傾向、あるいは、全圧が低下する傾向があることがわかった。このような熱伝達率の増加及び全圧の低下は、タービンにおける熱損失及び圧力損失の発生を意味する。そこで、タービンにおいて、このような熱損失や圧力損失を低減することが望まれる。

0005

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、流れの乱れに起因する熱損失又は圧力損失を低減可能なタービン及び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

0006

(1)本発明の少なくとも一実施形態に係るタービンは、
タービンインペラと、
前記タービンインペラを覆うように設けられ、前記タービンインペラの外周側に位置するスクロール流路を含むハウジングと、
排ガス流れ方向において前記スクロール流路の下流側且つ前記タービンインペラの上流側に位置する中間流路に設けられるノズルベーンと、
前記ハウジングのうち前記スクロール流路の内周境界画定する内周壁部に対して軸方向に隙間を空けて前記中間流路側に、前記中間流路に面して設けられるプレートと、
前記軸方向において前記内周壁部と前記プレートとの間の前記隙間に設けられる少なくとも1つのガイドベーンと、を備え、
前記少なくとも1つのガイドベーンは、
第1端と、
前記第1端に対して、径方向外側かつ周方向において前記排ガス流れ方向の下流側に位置する第2端と、を含む。

0007

上記(1)の構成によれば、内周壁部とプレートとの間の隙間に、第1端と、該第1端に対して径方向外側かつ周方向において排ガス流れ方向の下流側に位置する第2端と、を含むガイドベーンを設けたので、スクロール流路から上述の隙間に流入しようとする流れが、ガイドベーンによって、径方向外側且つ周方向において排ガス流れ方向の下流側に向かうように案内される。よって、スクロール流路を流れる排ガス流れが、上述の隙間に流入しにくくなるため、該隙間に排ガス流れが流入することによって生じ得る流れの乱れを未然に防ぐことができる。これにより、タービンにおいて、流れの乱れに起因する熱損失又は圧力損失を低減することができる。

0008

(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記少なくとも1つのガイドベーンは、前記内周壁部又は前記プレートの少なくとも一方の表面から、前記内周壁部又は前記プレートの他方に向かって前記軸方向に突出するように設けられる。

0009

上記(2)の構成によれば、ガイドベーンは、軸方向の隙間を形成する内周壁部とプレートとの間において軸方向高さを有するように設けられるので、スクロール流路から該隙間への排ガス流れの流入を効果的に抑制することができる。

0010

(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、
前記第1端は、前記隙間の内周側端部に位置し、
前記第2端は、前記隙間の外周側端部に位置する。

0011

上記(3)の構成によれば、ガイドベーンの第1端が隙間の内周側端部に位置するようにしたので、隙間の内周側領域に排ガスが流入した場合、該排ガス流れをガイドベーンに沿って外周側へと案内しやすい。また、ガイドベーンの第2端が隙間の外周側端部に位置するようにしたので、該隙間よりも外周側に流れるように排ガス流れを案内することができる。よって、スクロール流路から該隙間への排ガス流れの流入を効果的に抑制することができる。

0012

(4)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(3)の何れかの構成において、
前記少なくとも1つのガイドベーンは、前記軸方向に直交する断面内において、前記スクロール流路に向かって凸の湾曲形状を有する。

0013

上記(4)の構成によれば、ガイドベーンが、軸方向に直交する断面内において、スクロール流路に向かって凸の湾曲形状を有するので、スクロール流路からの排ガス流れが隙間内に留まりにくくなるとともに、この排ガス流れを、ガイドベーンに沿って円滑に外周側かつ下流側へと案内することができる。よって、スクロール流路から該隙間への排ガス流れの流入を効果的に抑制することができる。

0014

(5)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れかの構成において、
前記少なくとも1つのガイドベーンは、前記周方向に沿って配列される複数のガイドベーンを含み、
前記複数のガイドベーンのうち少なくとも1つのガイドベーンの前記周方向における長さが、該ガイドベーンよりも前記周方向において前記排ガス流れの上流側に位置するガイドベーンの前記周方向における長さよりも長い。

0015

典型的なタービンでは、上述の溝の径方向長さは、周方向において排ガス流れの下流側に行くほど長くなる。上記(5)の構成では、周方向において排ガス流れの下流側に向かうにつれて、溝の径方向長さの増加に応じてガイドベーンの周方向長さが長くなるようにしたので、各周方向領域に配置されたガイドベーンによって、スクロール流路から該隙間への排ガス流れの流入を効果的に抑制することができる。

0016

(6)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(5)の何れかの構成において、
前記少なくとも1つのガイドベーンの前記軸方向における高さは、前記隙間の前記軸方向における高さの30%以上である。

0017

上記(6)の構成によれば、ガイドベーンの軸方向における高さを、上述の隙間の軸方向における高さの30%以上に設定したので、スクロール流路から該隙間への排ガス流れの流入を効果的に抑制することができる。

0018

(7)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(6)の何れかの構成において、
前記軸方向に直交する断面において、前記タービンの回転軸を中心として、スクロール舌部の位置における角度を0度とし、周方向における前記排ガス流れの向きを正の角度方向としたとき、前記少なくとも1つのガイドベーンは、220度以上360度以下の範囲内に位置する。

0019

本発明者らの知見によれば、スクロール流路の出口付近において、流れの乱れが特に大きくなり、流体とハウジングとの間の熱伝達率が大きくなる傾向、及び、全圧が低下する傾向が大きくなることが分かった。
この点、上記(7)の構成によれば、周方向における上述の角度が220度以上360度以下の範囲内(即ちスクロール流路の出口付近)に、ガイドベーンを設けたので、当該周方向領域において、ガイドベーンによって径方向外側且つ下流側に向かうように排ガス流れが案内される。よって、当該周方向領域において、スクロール流路を流れる排ガス流れが、上述の隙間に流入するのを防ぐことができ、これにより、タービンにおける熱損失又は圧力損失を効果的に低減することができる。

0020

(8)本発明の少なくとも一実施形態に係るターボチャージャは、
上記(1)乃至(7)の何れか一項に記載のタービンと、
前記タービンによって駆動されるように構成された圧縮機と、を備える。

0021

上記(8)の構成によれば、内周壁部とプレートとの間の隙間に、第1端と、該第1端に対して径方向外側かつ周方向において排ガス流れ方向の下流側に位置する第2端と、を含むガイドベーンを設けたので、スクロール流路から上述の隙間に流入しようとする流れが、ガイドベーンによって、径方向外側且つ周方向において排ガス流れ方向の下流側に向かうように案内される。よって、スクロール流路を流れる排ガス流れが、上述の隙間に流入しにくくなるため、該隙間に排ガス流れが流入することによって生じ得る流れの乱れを未然に防ぐことができる。これにより、タービンにおいて、流れの乱れに起因する熱損失又は圧力損失を低減することができる。

発明の効果

0022

本発明の少なくとも一実施形態によれば、流れの乱れに起因する熱損失又は圧力損失を低減可能なタービン及びターボチャージャが提供される。

図面の簡単な説明

0023

一実施形態に係るターボチャージャの回転軸に沿った概略断面図である。
図1の部分的な拡大図である。
図1に示すタービンの回転軸に直交する概略断面図である。
一実施形態に係るガイドベーンの周方向及び軸方向を含む概略断面図である。
一実施形態に係るガイドベーンの周方向及び軸方向を含む概略断面図である。
一実施形態に係るガイドベーンの周方向及び軸方向を含む概略断面図である。
一実施形態に係るガイドベーンの周方向及び軸方向を含む概略断面図である。
一実施形態に係るガイドベーンの周方向及び軸方向を含む概略断面図である。
一実施形態に係るガイドベーンの周方向及び軸方向を含む概略断面図である。

実施例

0024

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。

0025

まず、幾つかの実施形態に係るターボチャージャの全体構成について説明する。
図1は、一実施形態に係るターボチャージャの回転軸Oに沿った概略断面図である。図1に示すように、ターボチャージャ100は、不図示のエンジンからの排ガスにより回転駆動されるように構成されたタービンインペラ4を含むタービン1と、軸受3によって回転可能に支持される回転シャフト2を介してタービン1と接続されたコンプレッサ(不図示)と、を備える。コンプレッサは、タービンインペラ4の回転により同軸駆動されて、エンジンへの吸気を圧縮するように構成されている。

0026

なお、図1に示すタービン1は、作動流体である排ガスが半径方向に流入するラジアルタービンであるが、タービン1の作動方式はこれに限定されない。例えば、幾つかの実施形態では、タービン1は、流入する作動流体が半径方向及び軸方向の速度成分を有する斜流タービンであってもよい。

0027

タービンインペラ4は、該タービンインペラ4を覆うように設けられたハウジング6に収容されており、回転シャフト2に連結されるハブ17と、ハブ17の外周面に周方向に配列される複数の動翼5とを含む。
ハウジング6は、タービンインペラ4の外周側に位置するスクロール流路8と、スクロール流路8の内周側境界9を画定する内周壁部22と、を含む。なお、図1に示すように、ハウジング6は、タービンインペラ4を収容する部分であるタービンハウジング6aと、軸受3を収容する部分である軸受ハウジング6bと、を含んでいてもよい。

0028

タービンインペラ4の外周側には、スクロール流路8からタービンインペラ4へと流入する排ガス流れが通過する中間流路10が形成されている。すなわち、中間流路10は、排ガス流れ方向において、スクロール流路8の下流側かつタービンインペラ4の上流側に位置している。

0029

中間流路10には、タービンインペラ4に流入する排ガス流れを調節するための複数のノズルベーン14が周方向に配列されている。

0030

中間流路10は、ノズルベーン14が取り付けられるノズルマウント16と、タービン1の軸方向(以下、単に「軸方向」ともいう。)においてノズルベーン14を挟んで反対側に設けられたノズルプレート12(本発明のプレート)との間に形成される。ノズルマウント16は、ボルト(不図示)等によって軸受ハウジング6bに固定されている。ノズルマウント16とノズルプレート12との間には、例えば軸方向に延びる柱状部材(不図示)等が設けられており、該柱状部材等によって、ノズルプレート12がノズルマウント16から軸方向に離間して支持されている。ノズルプレート12とハウジング6の内周壁部22との間には、環状のシール部材26が設けられており、スクロール流路8からタービンインペラ4の下流側の空間への排ガスの漏れ(即ちタービンインペラ4を介さない排ガスの漏れ)が抑制されるようになっている。

0031

ノズルベーン14は、ノズルマウント16とノズルプレート12との間に延びる翼型部を含む。
複数のノズルベーン14の各々は、ノズルシャフト20を介してレバープレート18の一端側に連結されている。また、レバープレート18の他端側は、円盤状のドライブリング19に連結されている。
ドライブリング19は、アクチュエータ(不図示)により駆動されて回転軸Oを中心として回転可能になっている。ドライブリング19が回転すると、各レバープレート18が回転し、これに伴い、ノズルシャフト20が、軸方向に沿った回動軸Qを中心として回動して、該ノズルシャフト20を介してノズルベーン14の開度翼角)が変化するように構成されている。

0032

このように構成されるターボチャージャ100のタービン1では、入口流路30(図2参照)から流入してスクロール流路8を流れた排ガス(図1及び図2の矢印G参照)は、ノズルマウント16とノズルプレート12との間の中間流路10に流れ込み、ノズルベーン14によって流れ方向が制御されて、ハウジング6の中心部へと流れる。そして、タービンインペラ4に作用した後に、排気出口7から外部に排出される。
また、ノズルベーン14の開度を、タービン1に流入する排ガス流量に応じて適切に変化させることにより、ハウジング6内の排ガス通路面積を変化させて、タービンインペラ4への排ガスの流速を調節し、良好なタービン効率を得ることができる。

0033

以下、幾つかの実施形態に係るタービン1の特徴について説明する。
図2は、図1の部分的な拡大図であり、図3は、図1に示すタービン1の回転軸Oに直交する概略断面図である。なお、図3は、図1に示す矢印Bの方向にタービン1を視た図であり、説明の簡略化のため、ハウジング6のうちスクロール流路8を含む部分の断面、ノズルプレート12、ノズルベーン14、及び後述するガイドベーン42(42A〜42E)が示されており、タービンインペラ4等の図示を省略している。

0034

図2に示すように、ノズルプレート12(プレート)は、ハウジング6の内周壁部22に対して、軸方向に隙間24を空けて中間流路10側に、該中間流路10に面して設けられる。そして、タービン1は、隙間24に設けられる少なくとも1つのガイドベーン42を含む。図示する実施形態では、図3に示すように、タービン1の隙間24には、複数のガイドベーン42(42A〜42E)が周方向に沿って配列されている。以下、複数のガイドベーン42A〜42Eを、まとめてガイドベーン42と表記する場合がある。
図2及び図3に示すように、ガイドベーン42の各々は、第1端44と、第1端44に対して、径方向外側かつ周方向において排ガス流れ方向の下流側に位置する第2端46と、を含む。

0035

上述の実施形態によれば、内周壁部22とノズルプレート12との間の隙間24に上述のガイドベーン42を設けたので、スクロール流路8から隙間24に流入しようとする排ガスの流れが、ガイドベーン42によって、径方向外側且つ周方向において排ガス流れ方向の下流側に向かうように案内される。よって、スクロール流路8を流れる排ガス流れが隙間24に流入しにくくなるため、該隙間24に排ガス流れが流入することによって生じ得る流れの乱れを未然に防ぐことができる。これにより、タービン1において、流れの乱れに起因する熱損失又は圧力損失を低減することができる。

0036

幾つかの実施形態では、ガイドベーン42は、内周壁部22又はノズルプレート12の少なくとも一方の表面から、内周壁部22又はノズルプレート12の他方に向かって軸方向に突出するように設けられる。

0037

例えば、図2に示す例示的な実施形態では、隙間24は、回転軸Oの直交方向に沿った内周壁部22の表面23と、ノズルプレート12の両側の表面11,13のうち、内周壁部22の表面23に対向する表面11との間に形成されている。そして、ガイドベーン42は、ノズルプレート12の表面11から、内周壁部22に向かって軸方向に突出するように設けられている。

0038

幾つかの実施形態では、ガイドベーン42は、内周壁部22の表面23から、ノズルプレート12に向かって軸方向に突出するように設けられていてもよい。また、幾つかの実施形態では、ガイドベーン42は、内周壁部22の表面23及びノズルプレート12の表面11から軸方向突出するように設けられていてもよい。

0039

この場合、ガイドベーン42は、軸方向の隙間24を形成する内周壁部22とノズルプレート12との間において軸方向高さを有するように設けられるので、スクロール流路8から該隙間24への排ガス流れの流入を効果的に抑制することができる。

0040

ガイドベーン42の軸方向における高さH(図2参照)は、隙間24の軸方向における高さD(図2参照)の30%以上であってもよい。

0041

このように、ガイドベーン42の軸方向における高さHを、隙間24の軸方向における高さDの30%以上に設定することにより、スクロール流路8から隙間24への排ガス流れの流入を効果的に抑制することができる。

0042

幾つかの実施形態では、ガイドベーン42の第1端44は、隙間24の内周側端部24aに位置し、ガイドベーン42の第2端46は、前記隙間24の外周側端部24bに位置する。

0043

例えば、図示する実施形態の場合、図2に示すように、隙間24は、径方向において、内周壁部22の延在範囲に対応した径方向領域に形成されている。したがって、図2及び図3に示すように、隙間24の内周側端部24aは、該隙間24のうち、内周壁部22の表面23の内周側端23aの径方向位置を含む部分であり、隙間24の外周側端部24bは、該隙間24のうち、内周壁部22の表面23の外周側端23bの径方向位置を含む部分である。

0044

このように、ガイドベーン42の第1端44が隙間24の内周側端部24aに位置するようにしたので、隙間24の内周側領域に排ガスが流入した場合、該排ガス流れをガイドベーン42に沿って外周側へと案内しやすい。また、ガイドベーン42の第2端46が隙間24の外周側端部24bに位置するようにしたので、該隙間24よりも外周側に流れるように排ガス流れを案内することができる。よって、スクロール流路8から該隙間24への排ガス流れの流入を効果的に抑制することができる。

0045

幾つかの実施形態では、ガイドベーン42は、軸方向に直交する断面内において、スクロール流路8に向かって凸の湾曲形状を有する。言い換えると、幾つかの実施形態では、ガイドベーン42は、軸方向に直交する断面内において、回転軸Oから径方向外側に向かって視たときに、凹湾曲形状を有する。
例えば、図示する実施形態では、図3に示すように、ガイドベーン42A〜42Eの各々は、スクロール流路8に向かって凸の湾曲形状を有している。

0046

このように、ガイドベーン42が、軸方向に直交する断面内において、スクロール流路8に向かって凸の湾曲形状を有するので、スクロール流路8からの排ガス流れが隙間24内に留まりにくくなるとともに、この排ガス流れを、ガイドベーン42に沿って円滑に外周側かつ下流側へと案内することができる。よって、スクロール流路8から該隙間24への排ガス流れの流入を効果的に抑制することができる。

0047

幾つかの実施形態では、複数のガイドベーン42のうち少なくとも1つのガイドベーン42の周方向における長さが、該ガイドベーン42よりも周方向において排ガス流れの上流側に位置するガイドベーン42の周方向における長さよりも長い。

0048

例えば、図3に示すタービン1において、複数のガイドベーン42A〜42Eのうち、ガイドベーン42Eの周方向における長さLEは、該ガイドベーン42Eよりも上流側に位置するガイドベーン42A〜42Dの周方向における長さLA〜LDよりも長い。なお、図3に示すタービン1では、複数のガイドベーン42A〜42Eは、排ガス流れの下流側に位置するものほど周方向長さが長い。すなわち、複数のガイドベーン42A〜42Eのそれぞれの周方向長さLA〜LEは、LA<LB<LC<LD<LEを満たす。

0049

典型的なタービンでは、上述の隙間24の径方向長さは、周方向において排ガス流れの下流側に向かうほど長くなる。
例えば、図3に示す例示的な実施形態では、内周壁部22の表面23の内周側端23aの径方向位置は、周方向の全域において大きく変化しないのに対し、外周側端23bは、周方向において排ガス流れの下流側に向かうほど径方向外側に位置する。よって、図3に示す実施形態において、隙間24の径方向長さは、周方向において排ガス流れの下流側に向かうほど長くなる。

0050

この点、上述の実施形態では、周方向において排ガス流れの下流側に向かうにつれて、隙間24の径方向長さの増加に応じてガイドベーン42の周方向長さが長くなるようにしたので、各周方向領域に配置されたガイドベーン42によって、スクロール流路8から該隙間24への排ガス流れの流入を効果的に抑制することができる。

0051

幾つかの実施形態では、軸方向に直交する断面において、タービン1の回転軸Oを中心として、スクロール舌部32の位置における角度を0度(図3参照)とし、周方向における排ガス流れの向きを正の角度方向としたとき、少なくとも1つのガイドベーン42は、220度以上360度以下の範囲内に位置する。なお、図3中の斜線で示す範囲R1は、上記角度範囲(220度以上360度以下の範囲)を示し、角度φは、上記範囲内の角度の一例を示す。なお、スクロール舌部32とは、ハウジング6のうち、スクロール流路8を形成するスクロール部の巻き始めと巻き終わりの接続部である。
例えば、図3に示す例示的な実施形態では、複数のガイドベーン42A〜42Eのうち、ガイドベーン42D、42Eが、上記角度範囲R1内に位置する。

0052

本発明者らの知見によれば、スクロール流路8の出口付近において、流れの乱れが特に大きくなり、流体(排ガス)とハウジング6との間の熱伝達率が大きくなる傾向、及び、ハウジング6内の全圧が低下する傾向が大きくなることが分かった。
この点、上述の実施形態では、周方向における上述の角度が220度以上360度以下の範囲R1内(即ちスクロール流路8の出口付近)に少なくとも1つのガイドベーン42を設けたので、当該周方向領域において、ガイドベーン42によって径方向外側且つ下流側に向かうように排ガス流れが案内される。よって、当該周方向領域において、スクロール流路8を流れる排ガス流れが、隙間24に流入するのを防ぐことができ、これにより、タービン1における熱損失又は圧力損失を効果的に低減することができる。

0053

図4A図4Fは、それぞれ、一実施形態に係るガイドベーン42の周方向及び軸方向を含む概略断面図である。
ガイドベーン42の周方向及び軸方向を含む断面の形状は特に限定されず、例えば図4A図4Fに示すように、様々な形状を有していてもよい。

0054

例えば、図4Aに示す実施形態では、ガイドベーン42の軸方向における一端は内周壁部22の表面23に接続されており、他端はノズルプレート12の表面11に接続されている。すなわち、ガイドベーン42は、内周壁部22の表面23及びノズルプレート12の表面11から軸方向に突出するように設けられている。この実施形態では、ガイドベーン42の軸方向における高さHは、隙間24の軸方向における高さDに等しい。

0055

また、図4B図4Fに示す実施形態では、ガイドベーン42の軸方向における一端がノズルプレート12の表面11に接続されており、ガイドベーン42は、ノズルプレート12の表面11から内周壁部22に向かって軸方向に突出するように設けられている。これらの実施形態では、ガイドベーン42の軸方向における高さHは、隙間24の軸方向における高さDよりも小さい。

0056

また、特に図示しないが、他の実施形態では、ガイドベーン42の軸方向における一端が内周壁部22の表面23に接続されており、ガイドベーン42は、内周壁部22の表面23からノズルプレート12に向かって軸方向に突出するように設けられていてもよい。この場合、ガイドベーン42の軸方向における高さHは、隙間24の軸方向における高さDよりも小さい。

0057

図4A図4Dに示す実施形態では、ガイドベーン42の周方向における厚さは、軸方向においてt1で一定である。
幾つかの実施形態では、図4E及び図4Fに示すように、軸方向においてガイドベーン42の周方向における厚さが変化していてもよい。例えば、図4E図4Fに示す実施形態では、ノズルプレート12側の端部においてガイドベーン42の周方向における厚さはt2であり、軸方向において内周壁部22に向かうにつれてガイドベーン42の厚さが減少し、内周壁部22側の端部において該厚さが最小となっている。より具体的には、内周壁部22側の端部におけるガイドベーン42の厚さは、図4Eに示す実施形態ではゼロであり、図4Fに示す実施形態では、t3(ただしt3<t2)である。

0058

ガイドベーン42の軸方向に沿って延びる一対の側面48,49(図4A〜4F参照)の形状は、周方向及び軸方向を含む断面において、直線を含んでいてもよく、曲線を含んでいてもよい。

0059

幾つかの実施形態では、例えば図4A図4B及び図4Eに示すように、一対の側面48,49のうち少なくとも一方は、軸方向に沿って延びる直線を含んでいてもよい。
幾つかの実施形態では、例えば図4D及び図4Eに示すように、一対の側面48,49のうち少なくとも一方は、軸方向に対して傾斜して延びる直線を含んでいてもよい。なお、図4D及び図4Eに示す例示的な実施形態では、一対の側面48,49の少なくとも一方は、軸方向においてノズルプレート12から内周壁部22に向かうにつれて周方向における排ガス流れ上流側に向かって傾斜して延びる直線を含む。他の実施形態では、一対の側面48,49の少なくとも一方は、軸方向においてノズルプレート12から内周壁部22に向かうにつれて周方向における排ガス流れ下流側に向かって傾斜して延びる直線を含んでいてもよい。
幾つかの実施形態では、例えば図4A図4B及び図4Dに示すように、一対の側面48,49は互いに略平行な直線を含んでいてもよい。

0060

幾つかの実施形態では、例えば図4C及び図4Fに示すように、一対の側面48,49のうち少なくとも一方は、周方向において排ガス流れの上流側又は下流側に向かって凸の曲線を含んでいてもよい。なお、図4Cに示す例示的な実施形態では、一対の側面48,49は、それぞれ、周方向において排ガス流れの上流側に向かって凸の曲線を含んでいる。また、図4Fに示す例示的な実施形態では、一対の側面48,49のうち、周方向において下流側に位置する一方の側面48は周方向において排ガス流れの上流側に向かって凸の曲線を含み、他方の側面49は軸方向に沿った直線を含む。

0061

以上、本発明の実施形態について説明したが、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。

0062

本明細書において、「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。
また、本明細書において、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。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「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。

0063

1タービン
2回転シャフト
3軸受
4タービンインペラ
5動翼
6ハウジング
6aタービンハウジング
6b軸受ハウジング
7排気出口
8スクロール流路
9内周側境界
10中間流路
11 表面
12ノズルプレート
13 表面
14ノズルベーン
16ノズルマウント
17 ハブ
18レバープレート
19ドライブリング
20ノズルシャフト
22内周壁部
23 表面
23a 内周側端
23b外周側端
24 隙間
24a 内周側端部
24b 外周側端部
26シール部材
30入口流路
32スクロール舌部
34前縁
36後縁
38圧力面
40負圧面
42,42A〜42Fガイドベーン
44 第1端
46 第2端
48 側面
49 側面
100ターボチャージャ
O回転軸
Q 回動軸

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