JP7008789B2 - 半径流入式タービン及びターボチャージャー - Google Patents
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Description
スクロール流路と、
前記スクロール流路の径方向内側に設けられるタービンホイールと、
前記スクロール流路と前記タービンホイールとの間の径方向位置にて、前記スクロール流路から前記タービンホイールに向かう流路上に設けられる複数の可変ノズルベーンと、
複数の前記可変ノズルベーンの各々を回動可能に支持するノズルマウントと、
前記ノズルマウントに対向して配置され、前記ノズルマウントとともに前記流路を形成するノズルプレートと、
前記複数の可変ノズルベーンの径方向外側において、前記可変ノズルベーンのベーン高さよりも小さい高さ範囲にて前記ノズルプレートに設けられたスワール生成部材と、
を備え、
前記スワール生成部材における前記ノズルマウント側の端部の位置が、軸方向において、前記可変ノズルベーンにおける前記ノズルマウント側の端部の位置よりも前記ノズルマウントから離れている。
この点に関し、上記(1)の構成によれば、可変ノズルベーンの径方向外側すなわち上流側においてノズルプレートに設けられたスワール生成部材により、該スワール生成部材の径方向内側すなわち下流側の流路ではノズルプレート側に渦が形成され、この渦によって可変ノズルベーンの圧力面と負圧面との圧力差を低減することができる。これにより、可変ノズルベーンとノズルプレートとの隙間を通るクリアランスフローを効果的に低減することができるから、低開度状態におけるタービン効率の低下を効果的に抑制することができる。さらに、スワール生成部材におけるノズルマウント側の端部の位置が、軸方向において、可変ノズルベーンにおけるノズルマウント側の端部の位置よりもノズルマウントから離れていることにより、スクロール流路からタービンホイールに向かう流路に占めるスワール生成部材の断面積を可能な限り小さく構成することができるから、高開度状態において流路に与える影響を低く抑えつつ、低開度状態におけるタービン効率の低下を抑制できるという本開示に特有の効果を享受することができる。
前記スワール生成部材は、前記流路に向かって突出する凸状に形成される。
前記スワール生成部材は、前記タービンホイールの回転軸方向に沿って前記可変ノズルベーンの1/4以下の高さを有する。
前記スワール生成部材は、前記流路から後退する凹状に形成される。
前記スワール生成部材は、前記可変ノズルベーンの枚数をnとして、低開度状態における前記可変ノズルベーンのコードの前記流路の上流側への延長線と、前記スワール生成部材の半径方向位置との交点を基準に±(360°/n)/2の範囲に配置される。
前記ノズルプレートに加締められ、前記流路に向けて突設されたサポートピンをさらに備え、
前記スワール生成部材は、前記タービンホイールの前記径方向において前記サポートピンより外側に配置される。
前記スワール生成部材が翼型に形成される。
前記可変ノズルベーンは、ハブ側に配置された前記ノズルマウントに支持されている。
前記可変ノズルベーンは、シュラウド側に配置された前記ノズルマウントに支持されている。
上記(1)乃至(9)の何れか一つに記載の半径流入式タービンと、
前記半径流入式タービンにより駆動されるコンプレッサと、
を備える。
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。
図1及び図2に示すように、幾つかの実施形態に係るターボチャージャー1は、半径流入式タービン2と、該半径流入式タービン2によって駆動されるコンプレッサ3と、を備えている。
タービンホイール22は、回転軸の周方向に沿って放射状に形成された複数の動翼22Aを有している。
ハウジング21は、スクロール部21A、および、該スクロール部21Aからタービンホイール22の径方向の内側に向かう作動流体の流れをタービンホイール22の軸方向Xに沿った向きに変向するためのベンド部21Bを有する。
スワール生成部材30は、可変ノズルベーン23よりも径方向の外側に配置されている。このスワール生成部材30におけるノズルマウント24側端部30Aの位置は、軸方向Xにおいて、可変ノズルベーン23におけるノズルマウント24側の端部23Dの位置よりもノズルマウント24から離れて配置されるように構成されている。
このように構成すれば、ノズルマウント24がハブ側に配置された半径流入式タービン2において、上記何れか一つの実施形態で述べた効果を享受することができる。
2 半径流入式タービン
3 コンプレッサ
5 タービン軸
21 ハウジング
21A スクロール部
21B ベンド部
22 タービンホイール
22A 動翼(インペラ)
23 可変ノズルベーン
23A 回動軸
23B 負圧面
23C 軸方向端面
24 ノズルマウント
25 ノズルプレート
26 スクロール流路
26A 流路
30 スワール生成部材
30A ノズルマウント側端部
40 サポートピン
100 エンジン(内燃機関)
101 ピストン
C 延長線
P 交点
F1 作動流体(排ガス)
F2 クリアランスフロー
H ベーン高さ
S 渦(スワール)
X 軸方向
Claims (11)
- スクロール流路と、
前記スクロール流路の径方向内側に設けられるタービンホイールと、
前記スクロール流路と前記タービンホイールとの間の径方向位置にて、前記スクロール流路から前記タービンホイールに向かう流路上に設けられる複数の可変ノズルベーンと、
複数の前記可変ノズルベーンの各々を回動可能に支持するノズルマウントと、
前記ノズルマウントに対向して配置され、前記ノズルマウントとともに前記流路を形成するノズルプレートと、
前記複数の可変ノズルベーンの径方向外側において、前記可変ノズルベーンのベーン高さよりも小さい高さ範囲にて前記ノズルプレートに設けられたスワール生成部材と、
を備え、
前記スワール生成部材における前記ノズルマウント側の端部の位置が、軸方向において、前記可変ノズルベーンにおける前記ノズルマウント側の端部の位置よりも前記ノズルマウントから離れており、
前記スワール生成部材は、前記複数の可変ノズルベーンのうち、該スワール生成部材によって生成される渦が作用する一つの可変ノズルベーンに対して、低開度状態における前記一つの可変ノズルベーンのコードを通る直線に沿った方向に関して前記流路の上流側に設けられる
ことを特徴とする半径流入式タービン。 - 前記スワール生成部材は、前記流路に向かって突出する凸状に形成される
請求項1に記載の半径流入式タービン。 - 前記スワール生成部材は、前記タービンホイールの回転軸方向に沿って前記可変ノズルベーンの1/4以下の高さを有する
請求項2に記載の半径流入式タービン。 - 前記スワール生成部材は、前記流路から後退する凹状に形成される
請求項1に記載の半径流入式タービン。 - 前記スワール生成部材は、前記可変ノズルベーンの枚数をnとして、前記低開度状態における前記可変ノズルベーンのコードの前記流路の上流側への延長線と、前記スワール生成部材の半径方向位置との交点を基準に±(360°/n)/2の範囲に配置される
請求項1~4の何れか一項に記載の半径流入式タービン。 - 前記ノズルプレートに加締められ、前記流路に向けて突設されたサポートピンをさらに備え、
前記スワール生成部材は、前記タービンホイールの前記径方向において前記サポートピンより外側に配置される
請求項1~5の何れか一項に記載の半径流入式タービン。 - 前記スワール生成部材が翼型に形成された
請求項1~6の何れか一項に記載の半径流入式タービン。 - 前記可変ノズルベーンは、ハブ側に配置された前記ノズルマウントに支持されている
請求項1~7の何れか一項に記載の半径流入式タービン。 - 前記可変ノズルベーンは、シュラウド側に配置された前記ノズルマウントに支持されている
請求項1~7の何れか一項に記載の半径流入式タービン。 - 前記スワール生成部材は、前記複数の可変ノズルベーンの前記低開度状態において、前記一つの可変ノズルベーンに対して周方向にて隣り合う他の可変ノズルベーンが占める周方向範囲内に位置する
請求項1~9の何れか一項に記載の半径流入式タービン。 - 請求項1~10の何れか一項に記載の半径流入式タービンと、
前記半径流入式タービンにより駆動されるコンプレッサと、
を備えたターボチャージャー。
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