JP7148706B2 - ノズルベーン - Google Patents
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Description
本開示は、可変容量ターボチャージャのノズルベーンに関する。
近年、燃費改善を目的として、ノズルの開度を調整することにより排ガスの流れ特性を変化させることのできる可変容量ターボチャージャが種々開発されている。このような可変容量ターボチャージャのノズルベーンに関する構成が特許文献1に開示されている。
ところで、可変容量ターボチャージャのノズルベーンは、シュラウド面とハブ面との間に画定される排ガス通路に回動自在に設けられており、ノズルベーンの両サイドには上記シュラウド面又はハブ面との間に隙間が存在する。そして、このような隙間に流れ込む排ガスの流量差乃至圧力差により、ノズルベーンは回動軸方向に力を受けて移動することがある。このため、ノズルベーンが、例えばシュラウド面側のノズルプレート、又はハブ面側のノズルマウント等に当接したままノズルベーンの開度が変更されると、摩擦によって摩耗が生じる虞がある。
この点、特許文献1には、ノズルベーンの弁本体に、シュラウド側とハブ側とを連通する連通孔を設けることにより、ノズルベーンの両サイドに生じる圧力差を緩和する構成が開示されているが、上記圧力差に起因してノズルベーンに加えられる力を所望に応じてコントロールするための知見については何ら開示されていない。
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも1つの実施形態は、可変容量ターボチャージャにおいてノズルベーンの回動軸方向に作用する力をコントロール可能なノズルベーンを提供することを目的とする。
(1)本発明の少なくとも1つの実施形態に係るノズルベーンは、
可変容量ターボチャージャのノズルベーンであって、
シュラウド面とハブ面との間に画定される排ガス通路に回動自在に設けられるノズルベーン本体と、
前記ノズルベーン本体の圧力面又は負圧面の少なくとも一方に設けられたフィンであって、前記ノズルベーン本体のコード長をLとした場合に、前記ノズルベーン本体の後縁から0.6L以内の範囲に設けられたフィンと、を備え、
前記フィンは、当該フィンのコード方向に沿う長さをXとした場合に、0.3L≦Xの関係を満たす。
可変容量ターボチャージャのノズルベーンであって、
シュラウド面とハブ面との間に画定される排ガス通路に回動自在に設けられるノズルベーン本体と、
前記ノズルベーン本体の圧力面又は負圧面の少なくとも一方に設けられたフィンであって、前記ノズルベーン本体のコード長をLとした場合に、前記ノズルベーン本体の後縁から0.6L以内の範囲に設けられたフィンと、を備え、
前記フィンは、当該フィンのコード方向に沿う長さをXとした場合に、0.3L≦Xの関係を満たす。
上記(1)の構成によれば、ノズルベーン本体の圧力面又は負圧面の少なくとも一方に設けたフィンにより、排ガスが排ガス通路を流れる際には、ノズルベーン本体に対して、排ガスの流れと交差する、上記ノズルベーンの回動軸方向の力を付与することができる。つまり、フィンの取付位置や形状を必要に応じて適切に設計することにより、シュラウド面又はハブ面とノズルベーン本体との距離を適切にコントロールすることができるから、シュラウド面又はハブ面とノズルベーン本体との接触に起因して該シュラウド面、ハブ面又はノズルベーン本体に生じる摩耗を効果的に抑制することができる。さらに、排ガスの流速が前縁に比べて速い後縁側から0.6L以内の範囲にフィンを設けるとともに、ノズルベーン本体のコード方向に沿うフィンの長さXを0.3L以上確保することにより、上記回動軸方向への力を効果的に発生させることができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記フィンは、前記フィンが設けられた前記圧力面又は前記負圧面からの前記フィンの最大高さをHmaxとした場合に、0.1<(Hmax/X)<0.3の関係を満たしてもよい。
前記フィンは、前記フィンが設けられた前記圧力面又は前記負圧面からの前記フィンの最大高さをHmaxとした場合に、0.1<(Hmax/X)<0.3の関係を満たしてもよい。
上記(2)の構成によれば、フィンの最大高さHmaxを0.1Xより大きくすることにより、排ガスの流れから上記回動軸方向の力を効果的に発生させることができる。一方、Hmaxを0.3Xより小さくすることで、可変容量ターボチャージャが低出力、すなわちノズルベーンが低開度の際に、隣り合うノズルベーン同士の干渉を抑制することができる。
(3)いくつかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、
前記フィンは、前記コード方向に対する前記フィンの偏向角をαとした場合に、-10°<α<10°の関係を満たしてもよい。
前記フィンは、前記コード方向に対する前記フィンの偏向角をαとした場合に、-10°<α<10°の関係を満たしてもよい。
流れに対するフィンの偏向角が大きすぎると圧力損失が増大し、可変容量ターボチャージャの性能が低下する虞がある。この点、上記(3)の構成によれば、排ガスの流れに対するフィンの偏向角αを±10°以内に設定することにより、ノズルベーン本体に対して回動軸方向の力を付与しつつ、排ガスの流れの圧力損失を抑制することができる。
(4)いくつかの実施形態では、上記(1)~(3)のいずれか一つの構成において、
前記フィンの後端部は、前記ノズルベーン本体の前記後縁に位置していてもよい。
前記フィンの後端部は、前記ノズルベーン本体の前記後縁に位置していてもよい。
上記(4)の構成によれば、排ガスの流速が前縁に比べて速い後縁にフィンの後端部が位置することにより、上記回動軸方向への力を効果的に発生させることができる。
(5)いくつかの実施形態では、上記(1)~(4)のいずれか一つの構成において、
前記フィンは、前記フィンの前端部に対して後端部が前記ハブ面に近くなるように配置されていてもよい。
前記フィンは、前記フィンの前端部に対して後端部が前記ハブ面に近くなるように配置されていてもよい。
上記(5)の構成によれば、前縁側から流入した排ガスの少なくとも一部が、後縁すなわち下流側に移動するに従い、フィンに案内されてハブ面側に向かう。その際、フィンのハブ面側では排ガスの流速が低下して圧力が相対的に高くなる一方、フィンのシュラウド面側では排ガスの流速が上昇して圧力が相対的に低くなる。よって、このフィンにより、ノズルベーン本体に対してシュラウド面側に向かう力を付与することができる。
(6)いくつかの実施形態では、上記(1)~(4)のいずれか一つの構成において、
前記フィンは、前記フィンの前端部に対して後端部が前記シュラウド面に近くなるように配置されていてもよい。
前記フィンは、前記フィンの前端部に対して後端部が前記シュラウド面に近くなるように配置されていてもよい。
上記(6)の構成によれば前縁側から流入した排ガスの少なくとも一部が、後縁すなわち下流側に移動するに従い、フィンに案内されてシュラウド面側に向かうその際、フィンのシュラウド面側では排ガスの流速が低下して圧力が相対的に高くなる一方、フィンのハブ面側では排ガスの流速が上昇して圧力が相対的に低くなる。よって、このフィンにより、ノズルベーン本体に対してハブ面側に向かう力を付与することができる。
(7)いくつかの実施形態では、上記(1)~(4)のいずれか一つの構成において、
前記フィンは、前記コード方向に沿って配置されていてもよい。
前記フィンは、前記コード方向に沿って配置されていてもよい。
上記(7)の構成によれば、コード方向に沿って配置されたフィンにより、例えば上記シュラウド面又はハブ面にボス等が存在する場合は、フィンを挟んでボスが存在する領域とボスが存在しない領域とで圧力差が生じるから、ノズルベーン本体に対して該ノズルベーン本体の回動軸に沿う方向の力を付与することができる。
(8)いくつかの実施形態では、上記(1)~(7)のいずれか一つの構成において、
前記フィンは、前記ノズルベーン本体の前記負圧面に配置された第1フィンを含んでいてもよい。
前記フィンは、前記ノズルベーン本体の前記負圧面に配置された第1フィンを含んでいてもよい。
ノズルベーン本体に対するフィンの取付位置は該ノズルベーン本体の圧力面又は負圧面がある。この点、本発明者の鋭意研究により、圧力面にフィンを取り付けた場合は、負圧面にフィンを取り付けた場合に比べて可変容量ターボチャージャの性能に対する影響が大きいことが判明した。よって、上記(8)の構成によれば、ノズルベーン本体の負圧面に第1フィンが配置されるから、可変容量ターボチャージャの性能に与える影響を抑制しつつ、ノズルベーン本体に対して回動軸に沿う力を適切に付与することができる。
(9)いくつかの実施形態では、上記(1)~(7)のいずれか一つの構成において、
前記フィンは、前記ノズルベーン本体の前記圧力面に配置された第2フィンを含んでいてもよい。
前記フィンは、前記ノズルベーン本体の前記圧力面に配置された第2フィンを含んでいてもよい。
上記(8)で述べたように、圧力面にフィンを取り付けた場合は、負圧面にフィンを取り付けた場合に比べて可変容量ターボチャージャの性能に対する影響が大きいが、例えば負圧面に設ける場合に比べてフィンの最大高さHmaxを低くしたり、コード方向に沿うフィンの長さXを短くしたりすることにより、上記回動軸方向への力と可変容量ターボチャージャの性能との両立を図ることができる。よって、上記(9)のように、ノズルベーン本体の圧力面に第2フィンが配置された構成により、設計の自由度を向上させつつ、ノズルベーン本体に対して回動軸に沿う力を付与することができる。
(10)いくつかの実施形態では、上記(1)~(7)のいずれか一つの構成において、
前記フィンは、前記負圧面に配置された第1フィンと前記圧力面に配置された第2フィンとを含んでいてもよい。
前記フィンは、前記負圧面に配置された第1フィンと前記圧力面に配置された第2フィンとを含んでいてもよい。
上記(10)の構成によれば、負圧面と圧力面との両方にフィンが配置されるから、例えばフィンが無い場合、或いは、負圧面又は圧力面の何れか一方にのみフィンが配置される場合に比べて、負圧面側の排ガス流れ及び圧力面側の排ガス流れの両方を考慮して、上記回動軸方向への力のコントロールをより精密に乃至はバランスよく行うことができる。
本開示の少なくとも1つの実施形態によれば、可変容量ターボチャージャにおいてノズルベーン本体が該ノズルベーン本体の回動軸方向に向かう力をコントロール可能なノズルベーンを提供することができる。
以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
先ず、本開示の一実施形態に係るノズルベーンが適用される可変容量ターボチャージャの概略構成について説明する。
図1は本開示の実施形態1に係るノズルベーンを含む可変容量ターボチャージャのタービンの断面図である。
図1に示されるように、可変容量ターボチャージャ1のタービン2は、渦巻き状のタービンスクロール4が形成されたタービンハウジング3と、タービンハウジング3内においてタービンスクロール4の径方向内側に回動可能に設けられたタービンホイール5と、タービンスクロール4からタービンホイール5に流通する排ガスGの流路面積を制御する可変ノズル機構6とを備えている。
図1は本開示の実施形態1に係るノズルベーンを含む可変容量ターボチャージャのタービンの断面図である。
図1に示されるように、可変容量ターボチャージャ1のタービン2は、渦巻き状のタービンスクロール4が形成されたタービンハウジング3と、タービンハウジング3内においてタービンスクロール4の径方向内側に回動可能に設けられたタービンホイール5と、タービンスクロール4からタービンホイール5に流通する排ガスGの流路面積を制御する可変ノズル機構6とを備えている。
タービンホイール5は、軸受ハウジング7に回転可能に支持されたハブ23と、ハブ23の外周に周方向に間隔を隔てて設けられた複数の動翼25(タービン動翼)とを含む。
可変ノズル機構6は、ノズル10と、軸受ハウジング7に固定されたノズルマウント13と、ノズルマウント13に対向するように配置されたノズルプレート14とを備えている。
なお、本開示において、タービンホイール5を取り囲むタービンハウジング3及びノズルプレート14を含む隔壁部をシュラウドと称し、ノズルプレート14における上記ノズルマウント13との対向面をシュラウド面41、ノズルマウント13におけるノズルプレート14との対向面をハブ面43と称する。
ノズル10は、タービンホイール5の周囲を取り囲むように設けられた複数のノズルベーン11と、各ノズルベーン11に固定されたノズル軸12とを有している。各ノズル軸12は、ノズルマウント13に回動可能に支持されている。各ノズル軸12は、リンク機構15を介してアクチュエータ(図示せず)に連結されており、アクチュエータから与えられるトルクによって各ノズル軸12が回動し、各ノズル軸12の回動によってノズルベーン11が回動するように構成されている。
なお、本開示において、タービンホイール5を取り囲むタービンハウジング3及びノズルプレート14を含む隔壁部をシュラウドと称し、ノズルプレート14における上記ノズルマウント13との対向面をシュラウド面41、ノズルマウント13におけるノズルプレート14との対向面をハブ面43と称する。
ノズル10は、タービンホイール5の周囲を取り囲むように設けられた複数のノズルベーン11と、各ノズルベーン11に固定されたノズル軸12とを有している。各ノズル軸12は、ノズルマウント13に回動可能に支持されている。各ノズル軸12は、リンク機構15を介してアクチュエータ(図示せず)に連結されており、アクチュエータから与えられるトルクによって各ノズル軸12が回動し、各ノズル軸12の回動によってノズルベーン11が回動するように構成されている。
図2に示されるように、隣り合うノズルベーン11,11間に、タービンスクロール4を流通した排ガスGが流通する排ガス通路16が形成されている。排ガス通路16を挟んで、外周側のタービンスクロール4側は排ガスGにより高圧側となり、内周側のタービンホイール5側は低圧側となっている。タービンスクロール4を通過した排ガスGは、一定の流れ角を伴って排ガス通路16に流れ込む。その際、流れに面するノズルベーン11の圧力面32(後述)側は圧力が上昇し、反対に負圧面33(後述)側は圧力が低い状態となる。
続いて、本開示の一実施形態に係るノズルベーン11について詳しく説明する。
図3は一実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する斜視図である。図3に例示するように、本発明の少なくとも1つの実施形態に係るノズルベーン11は、可変容量ターボチャージャ1のノズルベーン11であって、シュラウド面41とハブ面43との間に画定される排ガス通路16に回動自在に設けられるノズルベーン本体31と、ノズルベーン本体31の圧力面32又は負圧面33の少なくとも一方に設けられたフィン50と、を備えている。
図3は一実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する斜視図である。図3に例示するように、本発明の少なくとも1つの実施形態に係るノズルベーン11は、可変容量ターボチャージャ1のノズルベーン11であって、シュラウド面41とハブ面43との間に画定される排ガス通路16に回動自在に設けられるノズルベーン本体31と、ノズルベーン本体31の圧力面32又は負圧面33の少なくとも一方に設けられたフィン50と、を備えている。
ノズルベーン本体31は、圧力面32、該圧力面32とは反対側に面する負圧面33、前縁34及び後縁35で画定される翼形状を有している。このノズルベーン本体31は、コード方向における前縁34と後縁35との間において、コード方向と垂直且つ前縁34又は後縁35と平行な方向(つまりノズルベーン本体31の幅方向)に沿う上記ノズル軸12を介してノズルマウント13に回動可能に支持されている。
本開示におけるフィン50は、ノズルベーン本体31の圧力面32又は負圧面33上に、ノズルベーン本体31のコード方向に長手方向を有して凸設されている。幾つかの実施形態では、ノズルベーン本体31とフィン50とが一体に形成されていてもよい。かかるフィン50は、ノズルベーン本体31のコード長をLとした場合に、ノズルベーン本体31の後縁35から0.6L以内の範囲に設けられている。
さらに、フィン50は、ノズルベーン本体31のコード方向に沿う当該フィン50の長さをXとした場合に、0.3L≦Xの関係を満たすように構成されている。つまり、フィン50は、ノズルベーン本体31の圧力面32又は負圧面33のうち、比較的後縁35側の位置に配置されており、次式(i)を満たすように配置されている。
0<X/L<0.6 ・・・(i)
さらに、フィン50は、ノズルベーン本体31のコード方向に沿う当該フィン50の長さをXとした場合に、0.3L≦Xの関係を満たすように構成されている。つまり、フィン50は、ノズルベーン本体31の圧力面32又は負圧面33のうち、比較的後縁35側の位置に配置されており、次式(i)を満たすように配置されている。
0<X/L<0.6 ・・・(i)
このように、ノズルベーン本体31の圧力面32又は負圧面33の少なくとも一方にフィン50を設けた構成によれば、排ガスGが排ガス通路16を流れる際には、ノズルベーン本体31に対して、排ガスGの流れと交差する、上記ノズルベーン11の回動軸であるノズル軸12の延在方向に沿う力を付与することができる。つまり、フィン50の取付位置や形状を必要に応じて適切に設計することにより、シュラウド面41又はハブ面43とノズルベーン本体31との距離を適切にコントロールすることができるから、シュラウド面41又はハブ面43とノズルベーン本体31との接触に起因して該シュラウド面41、ハブ面43又はノズルベーン本体31に生じる摩耗を効果的に抑制することができる。さらに、排ガスGの流速が前縁34に比べて速い後縁35側から0.6L以内の範囲にフィン50を設けるとともに、ノズルベーン本体31のコード方向に沿うフィン50の長さXを0.3L以上確保することにより、上記回動軸26方向への力を効果的に発生させることができるのである。
幾つかの実施形態では、上述した構成において、例えば図3に例示するように、フィン50は、当該フィン50が設けられた圧力面32又は負圧面33からのフィン50の高さをHとし、その最大値(つまりフィン50の最大高さ)をHmaxとした場合に、次式(ii)の関係を満たしてもよい。
0.1<(Hmax/X)<0.3 ・・・(ii)
0.1<(Hmax/X)<0.3 ・・・(ii)
なお、フィン50が最大高さHmaxを呈する頂部の上記コード方向における位置は特に限定されない。すなわち、フィン50の頂部は、ノズルベーン本体31のコード方向におけるフィン50の延在範囲のうち、前端部51側に配されていてもよいし、中央部近傍に配されていてもよいし、後端部52側に配されていてもよい。
このように、フィン50の最大高さHmaxを0.1Xより大きく確保した構成によれば、排ガスGの流れから上記ノズル軸12の延在方向に沿う力を効果的に発生させることができる。一方、Hmaxを0.3Xより小さくすることで、可変容量ターボチャージャ1が低出力、すなわちノズルベーン11が低開度の際に、隣り合うノズルベーン11同士の干渉を抑制することができる。
図4は一実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、ノズルベーンの負圧面側から見た平面図である。図5は一実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、ノズルベーンの後縁側から見た図である。
いくつかの実施形態では、例えば図4及び図5に例示するように、フィン50は、ノズルベーン本体31のコード方向に対するフィン50の延在方向の偏向角をαとした場合に、次式(iii)の関係を満たすように構成されていてもよい。
-10°<α<10° ・・・(iii)
いくつかの実施形態では、例えば図4及び図5に例示するように、フィン50は、ノズルベーン本体31のコード方向に対するフィン50の延在方向の偏向角をαとした場合に、次式(iii)の関係を満たすように構成されていてもよい。
-10°<α<10° ・・・(iii)
この場合、フィン50は、その長手方向に沿って直線的に(平板状に)形成されていてもよい。或いは、フィン50は、その前端部51から後端部52にかけてノズルベーン本体31の幅方向に湾曲するような形状を有していてもよい。フィン50がノズルベーン本体31の幅方向に湾曲した形状を有する場合、例えばフィン50の稜線のうちノズルベーン本体31のコード方向と最もずれた方向に延在する部分の偏向角をαとして-10°<α<10°を満たすようにしてもよい。
ここで、流れに対するフィン50の偏向角が大きすぎると圧力損失が増大し、可変容量ターボチャージャ1の性能が低下する虞がある。この点、上記のようにノズルベーン本体31のコード方向に対するフィン50の延在方向の偏向角αを-10°<α<10°の範囲内とした構成によれば、排ガスGの流れに対するフィン50の偏向角αを±10°以内に設定することにより、ノズルベーン本体31に対して回動軸26方向の力を付与しつつ、排ガスGの流れの圧力損失を抑制することができる。
いくつかの実施形態では、上記いずれか一つの構成において、例えば図3~図5に例示するように、フィン50の後端部52は、ノズルベーン本体31の後縁35に位置していてもよい。つまり、フィン50は、その後端部52がノズルベーン本体31の後縁35に接続するようにして設けられ、ノズルベーン本体31の後縁35から前縁34側に向けてノズルベーン本体31のコード方向における中央部近傍まで延在していてもよい。
このように構成すれば、排ガスGの流速が前縁34に比べて速い後縁35にフィン50の後端部52が位置することにより、上記ノズル軸12の延在方向への力を効果的に発生させることができる。
このように構成すれば、排ガスGの流速が前縁34に比べて速い後縁35にフィン50の後端部52が位置することにより、上記ノズル軸12の延在方向への力を効果的に発生させることができる。
いくつかの実施形態では、上記いずれか一つの構成において、例えば図4及び図5に例示するように、フィン50は、当該フィン50の前端部51に対して後端部52がハブ面43に近くなるように配置されていてもよい。
つまり、フィン50は、その後端部52側が前端部51よりもハブ面43側に偏って配置されるようにして、ノズルベーン本体31のコード方向に対して傾斜して設けられていてもよい。
つまり、フィン50は、その後端部52側が前端部51よりもハブ面43側に偏って配置されるようにして、ノズルベーン本体31のコード方向に対して傾斜して設けられていてもよい。
ここで、図6及び図7を参照して、ノズルベーン11に設けたフィン50による排ガスGの流れの変化について説明する。図6及び図7は、それぞれ、ノズルベーン本体31の負圧面33に、後端部52側が前端部51よりハブ面43に近くなるようにしてフィン50を設けた場合における流線及び静圧の大きさを示している。
まず、図6はノズルベーンの負圧面側の排ガス流れを示す図であり、(A)は比較例におけるノズルベーンの負圧面側の排ガス流れを示す図であり、(B)は一実施形態に係るノズルベーンにおける負圧面側の排ガス流れを示す図である。
図6(A)及び図6(B)では、左側がシュラウド面41側、右側がハブ面43側となっている。図6(A)示すフィン50を設けないノズルベーン11の負圧面33側では、前縁34側(すなわち排ガスGの流れの上流側)から流入する排ガスGが、ノズルベーン本体31の幅方向の中央部近傍に流線が集まっており、前縁34から後縁35に亘ってノズルベーン本体31の幅方向の中央部近傍に排ガスGの主な流れが存在する。一方、図6(B)に示すように、ノズルベーン本体31の負圧面33にフィン50を設けた場合、後縁35側ではフィン50に案内された排ガスGがハブ面43側に寄せられて流れていることがわかる。この場合、排ガスGの流れの変化により、ノズルベーン本体31にはシュラウド面41側に向かう力が作用する。
図6(A)及び図6(B)では、左側がシュラウド面41側、右側がハブ面43側となっている。図6(A)示すフィン50を設けないノズルベーン11の負圧面33側では、前縁34側(すなわち排ガスGの流れの上流側)から流入する排ガスGが、ノズルベーン本体31の幅方向の中央部近傍に流線が集まっており、前縁34から後縁35に亘ってノズルベーン本体31の幅方向の中央部近傍に排ガスGの主な流れが存在する。一方、図6(B)に示すように、ノズルベーン本体31の負圧面33にフィン50を設けた場合、後縁35側ではフィン50に案内された排ガスGがハブ面43側に寄せられて流れていることがわかる。この場合、排ガスGの流れの変化により、ノズルベーン本体31にはシュラウド面41側に向かう力が作用する。
続いて、図7は一実施形態に係るノズルベーンの表面に作用する静圧を示すコンター図であり、(A)はシュラウド側から見た状態を示し、(B)はハブ側から見た状態を示す。図7(A)及び図7(B)を参照すると、フィン50のシュラウド面41側ではフィン50のハブ面43側よりも静圧が低くなっている。したがって、このような場合はノズルベーン本体31に対してハブ面43側からシュラウド面41側に向かう力が作用することがわかる。
このようにノズルベーン本体31のコード方向に対してフィン50の後端部52をハブ面43側に傾斜させた構成によれば、前縁34側から流入した排ガスGの少なくとも一部が、後縁35すなわち下流側に移動するに従い、フィン50に案内されてハブ面43側に向かう。その際、フィン50のハブ面43側では排ガスGの流速が低下して相対的に圧力が高くなる一方、フィン50のシュラウド面41側では排ガスGの流速が上昇して相対的に圧力が低くなる。よって、このフィン50により、ノズルベーン本体31に対してシュラウド面41側に向かう力を付与することができるのである。
次に、図8は他の実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、ノズルベーンの負圧面側から見た平面図である。
図8に非限定的に例示するように、いくつかの実施形態では、上記いずれか一つの構成において、フィン50は、フィン50の前端部51に対して後端部52がシュラウド面41に近くなるように配置されていてもよい。
つまり、フィン50は、その後端部52側が前端部51よりもシュラウド面41側に偏って配置されるようにして、ノズルベーン本体31のコード方向に対して傾斜して設けられていてもよい。
図8に非限定的に例示するように、いくつかの実施形態では、上記いずれか一つの構成において、フィン50は、フィン50の前端部51に対して後端部52がシュラウド面41に近くなるように配置されていてもよい。
つまり、フィン50は、その後端部52側が前端部51よりもシュラウド面41側に偏って配置されるようにして、ノズルベーン本体31のコード方向に対して傾斜して設けられていてもよい。
このようにノズルベーン本体31のコード方向に対してフィン50の後端部52をシュラウド面41側に傾斜させた構成によれば前縁34側から流入した排ガスGの少なくとも一部が、後縁35すなわち下流側に移動するに従い、フィン50に案内されてシュラウド面41側に向かう。その際、フィン50のシュラウド面41側では排ガスGの流速が低下して圧力が相対的に高くなる一方、フィン50のハブ面43側では排ガスGの流速が上昇して圧力が相対的に低くなる。よって、このフィン50により、ノズルベーン本体31に対してハブ面43側に向かう力を付与することができる。
図9は他の実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、(A)はシュラウド側から見た側面図、(B)は圧力面側から見た下面図、(C)は後縁側から見た図である。図10は他の実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、(A)は後縁側から見た図、(B)は圧力面側から見た下面図である。図11は他の実施形態に係るノズルベーンの形状を例示する図であり、(A)は後縁側から見た図、(B)は圧力面側から見た下面図である。
いくつかの実施形態では、上記いずれか一つの構成において、例えば図3~図11(B)に例示するように、フィン50は、ノズルベーン本体31の負圧面33に配置された第1フィン50Aを含んでいてもよい。
つまり、複数のノズルベーン11の各々は、各ノズルベーン11の負圧面33のみにフィン50(第1フィン50A)を有していてもよい。
いくつかの実施形態では、上記いずれか一つの構成において、例えば図3~図11(B)に例示するように、フィン50は、ノズルベーン本体31の負圧面33に配置された第1フィン50Aを含んでいてもよい。
つまり、複数のノズルベーン11の各々は、各ノズルベーン11の負圧面33のみにフィン50(第1フィン50A)を有していてもよい。
ここで、ノズルベーン本体31に対するフィン50の取付位置は該ノズルベーン本体31の圧力面32又は負圧面33がある。この点、本発明者の鋭意研究により、圧力面32にフィン50を取り付けた場合は、負圧面33にフィン50を取り付けた場合に比べて可変容量ターボチャージャ1の性能に対する影響が大きいことが判明した。よって、上記のように、ノズルベーン本体31の負圧面33に第1フィン50Aが配置された構成によれば、可変容量ターボチャージャ1の性能に与える影響を抑制しつつ、ノズルベーン本体31に対してノズル軸12の延在方向に沿う力を適切に付与することができる。
いくつかの実施形態では、上記いずれか一つの構成において、例えば図9(A)~図9(C)、図10(A)~図10(B)、及び図11(A)~図11(B)に例示するように、フィン50は、ノズルベーン本体31の圧力面32に配置された第2フィン50Bを含んでいてもよい。
つまり、複数のノズルベーン11の各々は、各ノズルベーン11の圧力面32のみにフィン50(第2フィン50B)を有していてもよい。
つまり、複数のノズルベーン11の各々は、各ノズルベーン11の圧力面32のみにフィン50(第2フィン50B)を有していてもよい。
上述したように、圧力面32にフィン50を取り付けた場合は、負圧面33にフィン50を取り付けた場合に比べて可変容量ターボチャージャ1の性能に対する影響が大きいが、例えば負圧面33に設ける場合に比べてフィン50の最大高さHmaxを低くしたり、ノズルベーン本体31のコード方向に沿うフィン50の長さXを短くしたりすることにより、上記ノズル軸12の延在方向への力と可変容量ターボチャージャ1の性能との両立を図ることができる。よって、上記のように、ノズルベーン本体31の圧力面32に第2フィン50Bが配置された構成により、設計の自由度を向上させつつ、ノズルベーン本体31に対して回動軸26に沿う力を付与することができる。
いくつかの実施形態では、上記いずれか一つの構成において、フィン50は、負圧面33に配置された第1フィン50Aと圧力面32に配置された第2フィン50Bとを含んでいてもよい。
つまり、複数のノズルベーン11の各々は、各ノズルベーン11の負圧面33及び圧力面32の各々にフィン50(負圧面33に配置された第1フィン50A、及び圧力面32に配置された第2フィン50B)を有していてもよい。この場合、第1フィン50Aと第2フィン50Bとは、ノズルベーン本体31のコード方向に対して、ハブ面43側又はシュラウド面41側のうち、各々が同じ面側に傾斜していてもよいし、各々が異なる面側に傾斜していてもよい。
なお、圧力面32と負圧面33との両方にそれぞれフィン50を設ける場合、ノズルベーン本体31のコード方向における各フィン50の長さX、又は各フィン50の高さHは、それぞれ同程度の大きさに設定されていてもよい。或いは、上述したように、可変容量ターボチャージャ1の性能に対する圧力面32側の影響が負圧面33に比べて影響が大きいことを考慮して、圧力面32側に配置される第2フィン50Bの長さX又は高さHを、負圧面33側に配置される第1フィン50Aの長さX又は高さHより小さく形成してもよい。
つまり、複数のノズルベーン11の各々は、各ノズルベーン11の負圧面33及び圧力面32の各々にフィン50(負圧面33に配置された第1フィン50A、及び圧力面32に配置された第2フィン50B)を有していてもよい。この場合、第1フィン50Aと第2フィン50Bとは、ノズルベーン本体31のコード方向に対して、ハブ面43側又はシュラウド面41側のうち、各々が同じ面側に傾斜していてもよいし、各々が異なる面側に傾斜していてもよい。
なお、圧力面32と負圧面33との両方にそれぞれフィン50を設ける場合、ノズルベーン本体31のコード方向における各フィン50の長さX、又は各フィン50の高さHは、それぞれ同程度の大きさに設定されていてもよい。或いは、上述したように、可変容量ターボチャージャ1の性能に対する圧力面32側の影響が負圧面33に比べて影響が大きいことを考慮して、圧力面32側に配置される第2フィン50Bの長さX又は高さHを、負圧面33側に配置される第1フィン50Aの長さX又は高さHより小さく形成してもよい。
このように、負圧面33と圧力面32との両方にフィン50が配置された構成によれば、例えばフィン50が無い場合、或いは、負圧面33又は圧力面32の何れか一方にのみフィン50が配置される場合に比べて、負圧面33側の排ガスG流れ及び圧力面32側の排ガスG流れの両方を考慮して、上記ノズル軸12の延在方向への力のコントロールをより精密に乃至はバランスよく行うことができる。
いくつかの実施形態では、上記いずれか一つの構成において、例えば図10(A)及び図10(B)に非限定的に例示するように、フィン50は、ノズルベーン本体31のコード方向に沿って配置されていてもよい。
つまり、フィン50は、その長手方向がノズルベーン本体31のコード方向に沿うようにして直線的に(平板状に)形成されていてもよい。
つまり、フィン50は、その長手方向がノズルベーン本体31のコード方向に沿うようにして直線的に(平板状に)形成されていてもよい。
このように、ノズルベーン本体31のコード方向に沿って配置されたフィン50を含む構成により、例えば上記シュラウド面41又はハブ面43にボス(図示せず)等が存在する場合は、フィン50を挟んでボスが存在する領域とボスが存在しない領域とで圧力差が生じるから、ノズルベーン本体31に対して該ノズルベーン本体31の回動軸に沿う方向の力を付与することができる。
本開示の少なくとも1つの実施形態によれば、可変容量ターボチャージャ1においてノズルベーン本体31が該ノズルベーン本体31のノズル軸12の延在方向に向かう力をコントロール可能なノズルベーン11を提供することができる。
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更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。
1 可変容量ターボチャージャ
2 タービン
3 タービンハウジング(シュラウド)
4 タービンスクロール
5 タービンホイール(タービンロータ)
6 可変ノズル機構
7 軸受ハウジング
10 ノズル
11 ノズルベーン
12 ノズル軸(回動軸)
13 ノズルマウント
14 ノズルプレート
15 リンク機構
16 排ガス通路
23 ハブ
25 タービン動翼
31 ノズルベーン本体
32 圧力面
33 負圧面
34 前縁
35 後縁
41 シュラウド面
43 ハブ面
50 フィン
50A 第1フィン
50B 第2フィン
51 前端部
52 後端部
53 圧力面
54 負圧面
H フィン高さ
L コード長(ノズルベーン本体)
G 排ガス
2 タービン
3 タービンハウジング(シュラウド)
4 タービンスクロール
5 タービンホイール(タービンロータ)
6 可変ノズル機構
7 軸受ハウジング
10 ノズル
11 ノズルベーン
12 ノズル軸(回動軸)
13 ノズルマウント
14 ノズルプレート
15 リンク機構
16 排ガス通路
23 ハブ
25 タービン動翼
31 ノズルベーン本体
32 圧力面
33 負圧面
34 前縁
35 後縁
41 シュラウド面
43 ハブ面
50 フィン
50A 第1フィン
50B 第2フィン
51 前端部
52 後端部
53 圧力面
54 負圧面
H フィン高さ
L コード長(ノズルベーン本体)
G 排ガス
Claims (10)
- 可変容量ターボチャージャのノズルベーンであって、
シュラウド面とハブ面との間に画定される排ガス通路に回動自在に設けられるノズルベーン本体と、
前記ノズルベーン本体の圧力面又は負圧面の少なくとも一方に設けられたフィンであって、前記ノズルベーン本体のコード長をLとした場合に、前記ノズルベーン本体の後縁から0.6L以内の範囲に設けられたフィンと、を備え、
前記フィンは、当該フィンのコード方向に沿う長さをXとした場合に、0.3L≦Xの関係を満たすノズルベーン。 - 前記フィンは、前記フィンが設けられた前記圧力面又は前記負圧面からの前記フィンの最大高さをHmaxとした場合に、0.1<(Hmax/X)<0.3の関係を満たす
請求項1に記載のノズルベーン。 - 前記フィンは、前記コード方向に対する前記フィンの偏向角をαとした場合に、-10°<α<10°の関係を満たす
請求項1又は2に記載のノズルベーン。 - 前記フィンの後端部は、前記ノズルベーン本体の前記後縁に位置している
請求項1~3の何れか一項に記載のノズルベーン。 - 前記フィンは、前記フィンの前端部に対して後端部が前記ハブ面に近くなるように配置されている
請求項1~4の何れか1項に記載のノズルベーン。 - 前記フィンは、前記フィンの前端部に対して後端部が前記シュラウド面に近くなるように配置されている
請求項1~4の何れか1項に記載のノズルベーン。 - 前記フィンは、前記コード方向に沿って配置されている
請求項1~4の何れか1項に記載のノズルベーン。 - 前記フィンは、前記ノズルベーン本体の前記負圧面に配置された第1フィンを含む
請求項1~7の何れか一項に記載のノズルベーン。 - 前記フィンは、前記ノズルベーン本体の前記圧力面に配置された第2フィンを含む
請求項1~7の何れか一項に記載のノズルベーン。 - 前記フィンは、前記負圧面に配置された第1フィンと前記圧力面に配置された第2フィンとを含む請求項1~7の何れか一項に記載のノズルベーン。
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