JPH11257011A - タービンのノズル構造 - Google Patents
タービンのノズル構造Info
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- JPH11257011A JPH11257011A JP10065688A JP6568898A JPH11257011A JP H11257011 A JPH11257011 A JP H11257011A JP 10065688 A JP10065688 A JP 10065688A JP 6568898 A JP6568898 A JP 6568898A JP H11257011 A JPH11257011 A JP H11257011A
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- Japan
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- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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- Supercharger (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ハブ側の相対流入角を減少し、羽根車に対す
る最適な流入角を全幅方向で得るようにする。 【解決手段】 本発明は、羽根車の外周側に複数のノズ
ル羽根９を設け、これらノズル羽根９で羽根車に作動流
体を導くようにしたタービンのノズル構造であって、上
記ノズル羽根９の出口側５のハブ側部分６を羽根車回転
方向Ｒ後方側に曲げ、上記羽根車に流入する作動流体の
ハブ側の流れ角をシュラウド側より小さくしたものであ
る。
る最適な流入角を全幅方向で得るようにする。 【解決手段】 本発明は、羽根車の外周側に複数のノズ
ル羽根９を設け、これらノズル羽根９で羽根車に作動流
体を導くようにしたタービンのノズル構造であって、上
記ノズル羽根９の出口側５のハブ側部分６を羽根車回転
方向Ｒ後方側に曲げ、上記羽根車に流入する作動流体の
ハブ側の流れ角をシュラウド側より小さくしたものであ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用ターボ過
給機等に適用されるタービンのノズル構造に関するもの
である。
給機等に適用されるタービンのノズル構造に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】一般に、自動車用ターボ過給機等のター
ビンにおいては、ノズルにノズル羽根を設け、排ガス等
の作動流体の流れを適宜方向付けて羽根車に導くものが
ある。図７はこの種のタービンの構造を示すもので、
(a),(b) はラジアル形のものを、(c),(d) は斜流形のも
のを示している。羽根車１の外周側にノズル２及び渦巻
室３が設けられ、渦巻室３の作動流体をノズル２に設け
た複数のノズル羽根４で方向付け、羽根車１に導くよう
になっている。図示例はノズル羽根４が固定された固定
ノズルであるが、ノズル２は可変ノズルとされることも
あり、この場合はノズル羽根４が可動とされ、外部から
操作されて流れの向きを制御できる。
ビンにおいては、ノズルにノズル羽根を設け、排ガス等
の作動流体の流れを適宜方向付けて羽根車に導くものが
ある。図７はこの種のタービンの構造を示すもので、
(a),(b) はラジアル形のものを、(c),(d) は斜流形のも
のを示している。羽根車１の外周側にノズル２及び渦巻
室３が設けられ、渦巻室３の作動流体をノズル２に設け
た複数のノズル羽根４で方向付け、羽根車１に導くよう
になっている。図示例はノズル羽根４が固定された固定
ノズルであるが、ノズル２は可変ノズルとされることも
あり、この場合はノズル羽根４が可動とされ、外部から
操作されて流れの向きを制御できる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図示するよ
うに、従来のノズル羽根４は単なる平板状で、一様に一
定の方向を向いており、特に出口側における羽根角度が
一定で、流体の流出方向は一定の向きに制限されてい
た。
うに、従来のノズル羽根４は単なる平板状で、一様に一
定の方向を向いており、特に出口側における羽根角度が
一定で、流体の流出方向は一定の向きに制限されてい
た。
【０００４】このため以下のような問題があった。斜流
形タービンを例に採って説明する。図６に示すように、
羽根車１の入口を、幅方向（流れに垂直な方向）に沿っ
てシュラウド位置ｓ、ハブ位置ｈ、これらの中間位置ｍ
と分けるとする。そしてこれら各位置の流れにより図８
のような速度三角形が得られる。(a) 、(b) 、(c) はそ
れぞれシュラウド位置ｓ、中間位置ｍ、ハブ位置ｈのも
のである。
形タービンを例に採って説明する。図６に示すように、
羽根車１の入口を、幅方向（流れに垂直な方向）に沿っ
てシュラウド位置ｓ、ハブ位置ｈ、これらの中間位置ｍ
と分けるとする。そしてこれら各位置の流れにより図８
のような速度三角形が得られる。(a) 、(b) 、(c) はそ
れぞれシュラウド位置ｓ、中間位置ｍ、ハブ位置ｈのも
のである。
【０００５】図中、ｃは絶対速度、ｕは周速、ｗは相対
速度である。α3 ｓ，α3 ｍ，α3ｈはそれぞれ子午面
Ｐに対して絶対速度ｃがなす流れ角である。ハブ側とシ
ュラウド側とで直径差があるため、周速ｕはハブ側ほど
小さくなる。また流れの一般的特性として、流れが径方
向内側に向かうときには、自由渦流れとなってハブ側ほ
ど周方向速度成分が増加する。つまりハブ側ほど絶対速
度ｃが横に寝てくるのである。一方、ノズル羽根の羽根
角度が一定のため、絶対速度ｃの向きはほぼ一定でα3
ｓ≒α3 ｍ≒α3 ｈの関係が成立する。
速度である。α3 ｓ，α3 ｍ，α3ｈはそれぞれ子午面
Ｐに対して絶対速度ｃがなす流れ角である。ハブ側とシ
ュラウド側とで直径差があるため、周速ｕはハブ側ほど
小さくなる。また流れの一般的特性として、流れが径方
向内側に向かうときには、自由渦流れとなってハブ側ほ
ど周方向速度成分が増加する。つまりハブ側ほど絶対速
度ｃが横に寝てくるのである。一方、ノズル羽根の羽根
角度が一定のため、絶対速度ｃの向きはほぼ一定でα3
ｓ≒α3 ｍ≒α3 ｈの関係が成立する。
【０００６】こういった理由から、特にハブ側で相対流
入角β3 ｈ（相対速度ｗが子午面Ｐとなす角）が大きく
なり、羽根車に対する最適な流入角を全幅方向で得るこ
とが難しく、その羽根の入口部も最適角度に設定するの
が難しかった。
入角β3 ｈ（相対速度ｗが子午面Ｐとなす角）が大きく
なり、羽根車に対する最適な流入角を全幅方向で得るこ
とが難しく、その羽根の入口部も最適角度に設定するの
が難しかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、羽根車の外周
側に複数のノズル羽根を設け、これらノズル羽根で羽根
車に作動流体を導くようにしたタービンのノズル構造で
あって、上記ノズル羽根の出口側のハブ側部分を羽根車
回転方向後方側に曲げ、上記羽根車に流入する作動流体
のハブ側の流れ角をシュラウド側より小さくしたもので
ある。
側に複数のノズル羽根を設け、これらノズル羽根で羽根
車に作動流体を導くようにしたタービンのノズル構造で
あって、上記ノズル羽根の出口側のハブ側部分を羽根車
回転方向後方側に曲げ、上記羽根車に流入する作動流体
のハブ側の流れ角をシュラウド側より小さくしたもので
ある。
【０００８】これによれば、ハブ側において相対流入角
を小さくし、羽根車に対する最適な流入角を容易に得ら
れるようになる。
を小さくし、羽根車に対する最適な流入角を容易に得ら
れるようになる。
【０００９】なお、上記羽根車が斜流形のものであって
もよく、上記ノズル羽根が可動とされてもよい。
もよく、上記ノズル羽根が可動とされてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面に基づいて詳述する。
を添付図面に基づいて詳述する。
【００１１】本実施形態では、図１(a) に示すノズル羽
根９を図７(a),(b) に示すラジアル形タービンに、図１
(b) に示すノズル羽根９を図７(c),(d) に示す斜流形タ
ービンにそれぞれ適用するようになっている。これらノ
ズル羽根９は、図１(a),(b)に示すように、出口側５の
ハブ側部分６を羽根車１の回転方向（Ｒ）後方側に曲
げ、図３に示すように、羽根車１に流入する作動流体の
ハブ側の流れ角α3 ｈ（(c) 図）をシュラウド側の流れ
角α3 ｓ（(a) 図）より小さくするようになっている。
根９を図７(a),(b) に示すラジアル形タービンに、図１
(b) に示すノズル羽根９を図７(c),(d) に示す斜流形タ
ービンにそれぞれ適用するようになっている。これらノ
ズル羽根９は、図１(a),(b)に示すように、出口側５の
ハブ側部分６を羽根車１の回転方向（Ｒ）後方側に曲
げ、図３に示すように、羽根車１に流入する作動流体の
ハブ側の流れ角α3 ｈ（(c) 図）をシュラウド側の流れ
角α3 ｓ（(a) 図）より小さくするようになっている。
【００１２】図２(a),(b) は、図１(a),(b) を幅方向か
らみた図である。
らみた図である。
【００１３】図２に示すように、ノズル羽根９は、シュ
ラウド側７では従来同様に流体流れ方向Ｆに沿う直線状
とされる。しかしながら、ハブ側８に至るほど出口側５
が回転方向（Ｒ）後方側に大きく曲げられ、ハブ側８ほ
ど小なる曲率半径で全体が流体流れ方向Ｆに沿って湾曲
されるようになっている。このようにノズル羽根９は３
次元的にねじられた形状となっている。これにより、ノ
ズル羽根９から流出する流れは、シュラウド側７の流れ
Ｆｓに対し、ハブ側８ほど羽根車１に向かうような流れ
となる（Ｆｈ）。
ラウド側７では従来同様に流体流れ方向Ｆに沿う直線状
とされる。しかしながら、ハブ側８に至るほど出口側５
が回転方向（Ｒ）後方側に大きく曲げられ、ハブ側８ほ
ど小なる曲率半径で全体が流体流れ方向Ｆに沿って湾曲
されるようになっている。このようにノズル羽根９は３
次元的にねじられた形状となっている。これにより、ノ
ズル羽根９から流出する流れは、シュラウド側７の流れ
Ｆｓに対し、ハブ側８ほど羽根車１に向かうような流れ
となる（Ｆｈ）。
【００１４】このノズル羽根９を用いた斜流形タービン
の速度三角形は図３のようになる。この場合、ハブ側８
ほど絶対速度ｃの軸方向ないし子午面Ｐ方向成分が強ま
り、α3 ｓ＞α3 ｍ＞α3 ｈとなる。このように、ハブ
側に至るにつれ周速ｕが小さくなっても、これに合わせ
て流れ角α3 を減少し、相対流入角β3 ｈを小さくでき
る。これによって、ハブ側においても、羽根車に対する
最適な流入角を容易に得られ、ひいては全幅方向の流入
角を最適化でき、羽根車の羽根の入口部も容易に角度設
定できるようになる。またハブ側における反動度を任意
に設定できるようになり、羽根車のエネルギ利用率を向
上し、タービンの効率向上を図ることができる。
の速度三角形は図３のようになる。この場合、ハブ側８
ほど絶対速度ｃの軸方向ないし子午面Ｐ方向成分が強ま
り、α3 ｓ＞α3 ｍ＞α3 ｈとなる。このように、ハブ
側に至るにつれ周速ｕが小さくなっても、これに合わせ
て流れ角α3 を減少し、相対流入角β3 ｈを小さくでき
る。これによって、ハブ側においても、羽根車に対する
最適な流入角を容易に得られ、ひいては全幅方向の流入
角を最適化でき、羽根車の羽根の入口部も容易に角度設
定できるようになる。またハブ側における反動度を任意
に設定できるようになり、羽根車のエネルギ利用率を向
上し、タービンの効率向上を図ることができる。
【００１５】また、かかるノズル羽根９をラジアル形タ
ービンに用いた場合は、羽根の出口角度は一定とし、羽
根車１の周方向上の開口部をずらすことにより、羽根車
１に流入する流れを均一化することができる。そしてノ
ズル羽根９の後流部のウェーキに起因する騒音を低減
し、また、羽根の励振力を軽減し、翼振動の低下を図
れ、効率の向上をもたらすことができる。
ービンに用いた場合は、羽根の出口角度は一定とし、羽
根車１の周方向上の開口部をずらすことにより、羽根車
１に流入する流れを均一化することができる。そしてノ
ズル羽根９の後流部のウェーキに起因する騒音を低減
し、また、羽根の励振力を軽減し、翼振動の低下を図
れ、効率の向上をもたらすことができる。
【００１６】上述の例は固定ノズルの例であるが、これ
は図４、図５に示すような可変ノズルとしてもよい。図
示するように、羽根車１は斜流形のものが用いられる
が、その上流側のノズル１０は曲り流路とされ、ラジア
ル形の渦巻室（図示せず）が組み合わされている。そし
てこのノズル１０に可動のノズル羽根９が設けられる。
ノズル羽根９は、ノズル１０を区画する平行壁１１の間
で回転できるようになっており、シャフト１２に支持さ
れて外部からアクチュエータで操作されるようになって
いる。
は図４、図５に示すような可変ノズルとしてもよい。図
示するように、羽根車１は斜流形のものが用いられる
が、その上流側のノズル１０は曲り流路とされ、ラジア
ル形の渦巻室（図示せず）が組み合わされている。そし
てこのノズル１０に可動のノズル羽根９が設けられる。
ノズル羽根９は、ノズル１０を区画する平行壁１１の間
で回転できるようになっており、シャフト１２に支持さ
れて外部からアクチュエータで操作されるようになって
いる。
【００１７】このようにすると、ノズル羽根９の出口角
度を作動条件に合わせて連続的に変化させられ、特にノ
ズルを絞った作動領域において、流体の流れを極度に大
きくすることがなくなるというメリットがある。
度を作動条件に合わせて連続的に変化させられ、特にノ
ズルを絞った作動領域において、流体の流れを極度に大
きくすることがなくなるというメリットがある。
【００１８】以上、本発明の実施の形態は他にも種々考
えられ、例えばタービンはターボ過給機のものに限られ
ないし、自動車用にも限られない。
えられ、例えばタービンはターボ過給機のものに限られ
ないし、自動車用にも限られない。
【００１９】
【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。
る。
【００２０】（１） 特にハブ側の流れを最適化でき、
流れを全幅方向で最適化できる。
流れを全幅方向で最適化できる。
【００２１】（２） 羽根車の羽根入口部の角度設定が
容易となる。
容易となる。
【００２２】（３） タービン効率を向上できる。
【図１】本発明に係るノズル羽根を示す斜視図で、(a)
図はラジアル形タービンのもの、(b) 図は斜流形タービ
ンのものである。
図はラジアル形タービンのもの、(b) 図は斜流形タービ
ンのものである。
【図２】本発明に係るノズル羽根を示し、幅方向から見
たときの図で、(a),(b) 図はそれぞれ図１(a),(b) 図に
対応する。
たときの図で、(a),(b) 図はそれぞれ図１(a),(b) 図に
対応する。
【図３】図１(b) のノズル羽根を用いた斜流形タービン
の速度三角形で、(a) 図はシュラウド位置のもの、(b)
図は中間位置のもの、(c) 図はハブ位置のものである。
の速度三角形で、(a) 図はシュラウド位置のもの、(b)
図は中間位置のもの、(c) 図はハブ位置のものである。
【図４】本発明の他の実施の形態を示し、子午面で切っ
たときの断面図である。
たときの断面図である。
【図５】図４を右側から見たときのノズル羽根を示す図
である。
である。
【図６】羽根車の各位置を示す図である。
【図７】従来例を示し、(a) 図はラジアル形タービンを
子午面で切ったときの断面図、(b) 図は(a) 図を右側か
ら見た図、(c) 図は斜流形タービンを子午面で切ったと
きの断面図、(d) 図は(c) 図を右側から見た図である。
子午面で切ったときの断面図、(b) 図は(a) 図を右側か
ら見た図、(c) 図は斜流形タービンを子午面で切ったと
きの断面図、(d) 図は(c) 図を右側から見た図である。
【図８】従来の斜流形タービンの速度三角形で、(a) 図
はシュラウド位置のもの、(b)図は中間位置のもの、(c)
図はハブ位置のものである。
はシュラウド位置のもの、(b)図は中間位置のもの、(c)
図はハブ位置のものである。
１ 羽根車 ５ 出口側 ６ ハブ側部分 ９ ノズル羽根 Ｒ 羽根車回転方向 α3 ｈ ハブ側の流れ角 α3 ｓ シュラウド側の流れ角
Claims (3)
- 【請求項１】 羽根車の外周側に複数のノズル羽根を設
け、これらノズル羽根で羽根車に作動流体を導くように
したタービンのノズル構造であって、上記ノズル羽根の
出口側のハブ側部分を羽根車回転方向後方側に曲げ、上
記羽根車に流入する作動流体のハブ側の流れ角をシュラ
ウド側より小さくしたことを特徴とするタービンのノズ
ル構造。 - 【請求項２】 上記羽根車が斜流形のものである請求項
１記載のタービンのノズル構造。 - 【請求項３】 上記ノズル羽根が可動とされる請求項１
又は２記載のタービンのノズル構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10065688A JPH11257011A (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | タービンのノズル構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10065688A JPH11257011A (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | タービンのノズル構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11257011A true JPH11257011A (ja) | 1999-09-21 |
Family
ID=13294207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10065688A Pending JPH11257011A (ja) | 1998-03-16 | 1998-03-16 | タービンのノズル構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11257011A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005059313A3 (en) * | 2003-12-12 | 2005-08-25 | Honeywell Int Inc | Vane and throat shaping for a radial turbine assembly |
| WO2010052911A1 (ja) | 2008-11-05 | 2010-05-14 | 株式会社Ihi | ターボチャージャ |
| JP2011132810A (ja) * | 2009-12-22 | 2011-07-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ラジアルタービンの動翼 |
| WO2012073365A1 (ja) * | 2010-12-02 | 2012-06-07 | トヨタ自動車株式会社 | 過給機付き内燃機関の制御装置 |
| WO2013120449A1 (zh) * | 2012-02-13 | 2013-08-22 | 清华大学 | 对转涡轮复合装置及具有该装置的发动机系统 |
| JPWO2020250635A1 (ja) * | 2019-06-14 | 2020-12-17 | ||
| WO2025191842A1 (ja) * | 2024-03-15 | 2025-09-18 | 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 | 固定翼装置および過給機 |
-
1998
- 1998-03-16 JP JP10065688A patent/JPH11257011A/ja active Pending
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7255530B2 (en) | 2003-12-12 | 2007-08-14 | Honeywell International Inc. | Vane and throat shaping |
| WO2005059313A3 (en) * | 2003-12-12 | 2005-08-25 | Honeywell Int Inc | Vane and throat shaping for a radial turbine assembly |
| US8807926B2 (en) | 2008-11-05 | 2014-08-19 | Ihi Corporation | Turbocharger |
| WO2010052911A1 (ja) | 2008-11-05 | 2010-05-14 | 株式会社Ihi | ターボチャージャ |
| JP2011132810A (ja) * | 2009-12-22 | 2011-07-07 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ラジアルタービンの動翼 |
| WO2012073365A1 (ja) * | 2010-12-02 | 2012-06-07 | トヨタ自動車株式会社 | 過給機付き内燃機関の制御装置 |
| JP5136701B2 (ja) * | 2010-12-02 | 2013-02-06 | トヨタ自動車株式会社 | 過給機付き内燃機関の制御装置 |
| US8627660B2 (en) | 2010-12-02 | 2014-01-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control device for internal combustion engine with supercharger |
| WO2013120449A1 (zh) * | 2012-02-13 | 2013-08-22 | 清华大学 | 对转涡轮复合装置及具有该装置的发动机系统 |
| JPWO2020250635A1 (ja) * | 2019-06-14 | 2020-12-17 | ||
| WO2020250635A1 (ja) * | 2019-06-14 | 2020-12-17 | 株式会社Ihi | 過給機 |
| US11821339B2 (en) | 2019-06-14 | 2023-11-21 | Ihi Corporation | Turbocharger |
| DE112020002877B4 (de) | 2019-06-14 | 2024-10-10 | Ihi Corporation | Turbolader mit Mischströmungsturbine |
| WO2025191842A1 (ja) * | 2024-03-15 | 2025-09-18 | 三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社 | 固定翼装置および過給機 |
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