説明

ウェイストゲートバルブ及び過給機

【課題】収容壁39の第1支持穴59の内周面とステム45の外周面との間の隙間からの排気ガスの漏れを十分に抑えると共に、ウェイストゲートバルブ43の動作不良の発生を十分に防止する。
【解決手段】ステム45の基端部側は、収容壁39に貫通して形成した第1支持穴59に回転可能に直接的に支持され、ステム45の先端部は、タービンハウジング27の内壁面における第1支持穴59に対向する箇所に形成した第2支持穴61に回転可能に支持されていること。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両用過給機等の過給機におけるタービンハウジング内に流入したガスをタービンハウジングの出口側へバイパスするためのバイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブ等に関する。
【背景技術】
【0002】
車両用過給機(過給機の一例)による空気の過給圧(圧縮空気の圧力)の過度の上昇を抑えるために、通常、車両用過給機におけるタービンハウジングの内部には、流入した排気ガスをタービンハウジングの出口側へバイパスするためのバイパス通路(バイパス穴)が形成される共に、タービンハウジングの適宜位置には、バイパス通路の開口部を開閉するウェイストゲートバルブが設けられている。ここで、タービンハウジングにおけるガス排出口の径方向外側には、収容壁が外方向へ突出して形成されており、この収容壁は、内部に、バイパス通路に連通可能な収容室を有している。そして、ウェイストゲートバルブの一般的な構成等は、次のようになる。
【0003】
収容壁に貫通して形成した支持穴には、ステムがブッシュを介して回転可能に支持されており、このステムの基端部は、タービンハウジングの外側へ突出してある。また、ステムの先端部には、取付部材が一体的に設けられており、この取付部材は、収容室に位置している。
【0004】
取付部材の先端部には、バイパス通路の開口部の周縁に当接離隔可能な弁体が一体的に設けられており、この弁体は、車両用過給機のコンプレッサの圧力(コンプレッサインペラの出口側の圧力)が設定圧に達するまでは、バイパス通路の開口部の周縁に当接した状態にある。また、ステムの基端部には、リンク部材が一体的に設けられており、このリンク部材は、アクチュエータの駆動によりステムの軸心周りに正逆方向へ揺動するようになっている。
【0005】
従って、車両用過給機の運転中に、コンプレッサの圧力が設定圧に達すると、アクチュエータの駆動によりリンク部材を正方向(一方向)へ揺動させて、ステムを正方向へ回転させることにより、弁体を正方向へ取付部材と一体的に揺動させて、バイパス通路の開口部の周縁から離隔させる。これにより、バイパス通路の開口部を開いて、タービンハウジング内に流入した排気ガスをタービンハウジングの出口側へバイパス通路を経由してバイパスすることができる。
【0006】
また、コンプレッサの圧力が設定圧未満になると、アクチュエータの駆動によりリンク部材を逆方向(他方向)へ揺動させて、ステムを逆方向へ回転させることにより、弁体を逆方向へ取付部材と一体的に揺動させて、バイパス通路の開口部の周縁に当接させる。これにより、バイパス通路の開口部を閉じて、ウェイストゲートバルブを元の状態に復帰させることができる。
【0007】
なお、本発明に関連する先行技術として特許文献1及び特許文献2に示すものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開2009−236088号公報
【特許文献2】特開2008−101589号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ところで、車両用過給機の運転中、通常、バイパス通路の開口部を開閉する頻度(回数)が多く、車両用過給機の累積使用時間が長くなると、それに伴い、ブッシュとステムとの間の摺動部の摩耗が増加する傾向にある。そのため、ブッシュの内周面とステムの外周面との間の隙間から排気ガスがタービンハウジングの外側へ漏れ易くなると共に、ウェイストゲートバルブの動作不良を招くおそれがある。
【0010】
そこで、本発明は、前述の問題を解決することができる、新規な構成のウェイストゲートバルブ等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】
【0011】
本発明の第1の特徴は、タービンハウジングの内部に流入したガスを前記タービンハウジングの出口側へバイパスするためのバイパス通路(バイパス穴)が形成され、前記タービンハウジングにおけるガス排出口の径方向外側に収容壁が外方向へ突出して形成され、前記収容壁が内部に前記バイパス通路に連通可能な収容室を有した過給機に用いられ、前記バイパス通路の開口部を開閉するウェイストゲートバルブにおいて、前記タービンハウジングに回転可能に設けられ、一部分(中間部)が前記収容室に位置してあって、基端部(一端部)が前記収容壁の外側(前記タービンハウジングの外側)へ突出したステム(バルブ軸)と、前記ステムにおける前記収容室に位置する部分に一体的に設けられた取付部材と、前記取付部材に一体的に設けられ、前記バイパス通路の開口部の周縁に当接離隔可能な弁体と、前記ステムの基端部に一体的に設けられ、アクチュエータの駆動により前記ステムの軸心周りに正逆方向へ揺動するリンク部材と、を具備し、前記ステムの基端部側(基端部付近)は、前記収容壁に貫通して形成した第1支持穴に回転可能に支持され、前記ステムの先端部は、前記タービンハウジングの内壁面(前記収容壁の内壁面を含む)における前記第1支持穴に対向する箇所に形成した第2支持穴に回転可能に支持されていることを要旨とする。
【0012】
なお、「第1支持穴に回転可能に支持され」とは、第1支持穴に直接的に回転可能に支持されたことの他に、第1支持穴にブッシュを介して間接的に回転可能に支持されたことを含む意である。同様に、「第2支持穴に回転可能に支持され」とは、第2支持穴に直接的に回転可能に支持されたことの他に、第2支持穴にブッシュを介して間接的に回転可能に支持されたことを含む意である。
【0013】
本発明の第1の特徴によると、前記アクチュエータの駆動により前記リンク部材を正方向(一方向)へ揺動させて、前記ステムを正方向へ回転させることにより、前記弁体を正方向へ前記取付部材と一体的に揺動させて、前記バイパス通路の開口部の周縁から離隔させる。これにより、前記バイパス通路の開口部を開いて、前記タービンハウジング内に流入したガスを前記タービンハウジングの出口側へ前記バイパス通路を経由してバイパスすることができる。
【0014】
また、前記バイパス通路の開口部を開いた後に、前記アクチュエータの駆動により前記リンク部材を逆方向(他方向)へ揺動させて、前記ステムを逆方向へ回転させることにより、前記弁体を逆方向へ前記取付部材と一体的に揺動させて、前記バイパス通路の開口部の周縁に当接させる。これにより、前記バイパス通路の開口部を閉じて、前記ウェイストゲートバルブを元の状態に復帰させることができる。
【0015】
前述の作用の他に、前記ステムの基端部側が前記収容壁の前記第1支持穴に回転可能に支持され、前記ステムの先端部が前記タービンハウジングの前記第2支持穴に回転可能に支持されているため、前記ステムが前記タービンハウジングに対して両持ち支持されることなり、前記ステムの回転動作を安定させることができる。これにより、前記過給機の累積使用時間が長くなっても、前記収容壁の前記第1支持穴と前記ステムとの間の摺動部の摩耗、及び前記タービンハウジングの前記第2支持穴と前記ステムとの間の摺動部の摩耗を低減することができる。
【0016】
なお、「前記収容壁の前記第1支持穴と前記ステムとの間の摺動部」とは、前記ステムの基端側が前記収容壁の前記第1支持穴にブッシュを介して間接的に回転可能に支持されている場合に、前記ブッシュと前記ステムとの間の摺動部を含む意である。同様に、「前記タービンハウジングの前記第2支持穴と前記ステムとの間」とは、前記ステムの先端部が前記タービンハウジングの前記第2支持穴にブッシュを介して間接的に回転可能に支持されている場合に、前記ブッシュと前記ステムとの間の摺動部を含む意である。
【0017】
本発明の第2の特徴は、エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジン側に供給される空気を過給する過給機において、第1の特徴からなるウェイストゲートバルブを具備したことを要旨とする。
【0018】
第2の特徴によると、第1の特徴による作用と同様の作用を奏する。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、前記過給機の累積使用時間が長くなっても、前記収容壁の前記第1支持穴と前記ステムとの間の摺動部の摩耗、及び前記タービンハウジングの前記第2支持穴と前記ステムとの間の摺動部の摩耗を低減できるため、前記収容壁の前記第1支持穴の内周面と前記ステムの外周面との間の隙間から前記タービンハウジングの外側へガスが漏れることを十分に抑えると共に、前記ウェイストゲートバルブの動作不良の発生を十分に防止することができる。
【0020】
なお、「前記収容壁の前記第1支持穴の内周面と前記ステムの外周面との間の隙間」とは、前記ステムの基端側が前記収容壁の前記第1支持穴にブッシュを介して間接的に回転可能に支持されている場合に、前記ブッシュの内周面と前記ステムの外周面との間の隙間を含む意である。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】図1は、図2におけるI-I線に沿った断面図である。
【図2】図2は、本発明の実施形態に係る車両用過給機におけるタービンの側面図である。
【図3】図3は、本発明の実施形態に係る車両用過給機の側断面図である。
【図4】図4は、本発明の別の実施形態に係るウェイストゲートバルブを説明する図であって、図1に相当する図である。
【図5】図5は、図4におけるV-V線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
(実施形態)
本発明の実施形態について図1から図3を参照して説明する。なお、図面中、「F」は、前方向を指し、「R」は、後方向を指してある。
【0023】
図3に示すように、本発明の実施形態に係る車両用過給機1は、エンジン(図示省略)からの排気ガス(ガスの一例)のエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給(圧縮)するものである。そして、車両用過給機1の具体的な構成等は、以下のようになる。
【0024】
車両用過給機1は、ベアリングハウジング3を具備しており、ベアリングハウジング3内には、一対のラジアルベアリング5及び一対のスラストベアリング7が設けられている。また、複数のベアリング5,7には、前後方向へ延びたロータ軸(タービン軸)9が回転可能に設けられており、換言すれば、ベアリングハウジング3には、ロータ軸9が複数のベアリング5,7を介して回転可能に設けられている。
【0025】
ベアリングハウジング3の後側には、遠心力を利用して空気を圧縮するコンプレッサ11が配設されており、コンプレッサ11の具体的な構成は、次のようになる。
【0026】
ベアリングハウジング3の後側には、コンプレッサハウジング13が設けられている。また、コンプレッサハウジング13内には、コンプレッサインペラ15が回転可能に設けられており、このコンプレッサインペラ15は、ロータ軸9の後端部(一端部)に同心上に一体的に連結されている。
【0027】
コンプレッサハウジング13におけるコンプレッサインペラ15の入口側(コンプレッサハウジング13の後側)には、空気を取入れる空気取入口17が形成されており、この空気取入口17は、空気を浄化するエアクリーナー(図示省略)に接続可能である。また、ベアリングハウジング3とコンプレッサハウジング13との間におけるコンプレッサインペラ15の出口側には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路19が形成されている。更に、コンプレッサハウジング13の内部には、渦巻き状のコンプレッサスクロール流路21がコンプレッサインペラ15を囲むように形成されており、このコンプレッサスクロール流路21は、ディフューザ流路19に連通してある。そして、コンプレッサハウジング13の外壁の適宜位置には、圧縮された空気を排出する空気排出口23が形成されており、この空気排出口23は、コンプレッサスクロール流路21に連通してあって、エンジンの給気マニホールド(図示省略)に接続可能である。
【0028】
ベアリングハウジング3の前側には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力(回転トルク)を発生させるタービン25が配設されており、このタービン25の具体的な構成は、次のようになる。
【0029】
ベアリングハウジング3の前側には、タービンハウジング27が設けられている。また、タービンハウジング27内には、タービンインペラ29が回転可能に設けられており、このタービンインペラ29は、ロータ軸9の前端部(他端部)に同心上に一体的に連結されている。
【0030】
タービンハウジング27の外壁の適宜位置には、排気ガスを取入れるガス取入口31が形成されており、このガス取入口31は、エンジンの排気マニホールド(図示省略)に接続可能である。また、タービンハウジング27の内部におけるタービンインペラ29の入口側には、渦巻き状のタービンスクロール流路33が形成されており、このタービンスクロール流路33は、ガス取入口31に連通してある。更に、タービンハウジング27におけるタービンインペラ29の出口側(タービンハウジング27の前側)には、排気ガスを排出するガス排出口35が形成されており、このガス排出口35は、タービンスクロール流路33に連通してあって、接続管(図示省略)を介して排気ガス浄化装置(図示省略)に接続可能である。
【0031】
図1及び図2に示すように、タービンハウジング27の内部には、流入した排気ガスをタービンハウジング27の出口側へバイパスするためのバイパス通路(バイパス穴)37が形成されている。また、タービンハウジング27におけるガス排出口35の径方向外側には、収容壁39が外方向へ突出して形成されており、この収容壁39は、内部に、バイパス通路37に連通可能な収容室41を有している。そして、タービンハウジング27の適宜位置には、バイパス通路37の開口部を開閉するウェイストゲートバルブ43が設けられており、本発明の実施形態の要部であるウェイストゲートバルブ43の具体的な構成は、次のようになる。
【0032】
タービンハウジング27には、ステム(バルブ軸)45が回転可能に設けられている。また、ステム45の一部分(中間部)は、収容室41に位置してあって、ステム45の基端部(一端部)は、収容壁39の外側(タービンハウジング27の外側)へ突出してある。
【0033】
ステム45における収容室41に位置する部分(ステム45の中間部)には、取付部材47が溶接によって一体的に設けられている。また、取付部材47は、ステム45に一体的に取付られた筒状の取付基部49と、この取付基部49に一体的に設けられた取付舌部51とを備えている。
【0034】
取付部材47の取付舌部51(取付部材47の先端部)には、弁体53がカシメによって一体的に設けられており、この弁体53は、タービンハウジング27の内壁面におけるバイパス通路37の開口部の周縁に当接離隔可能である。また、弁体53は、コンプレッサインペラ15の出口側の圧力が設定圧に達するまでは、バイパス通路37の開口部の周縁に当接した状態にある。
【0035】
ステム45の基端部には、リンク板(リンク部材)55が溶接によって一体的に設けられており、このリンク板55は、アクチュエータ57の駆動によりステム45の軸心周りに正逆方向へ揺動するようになっている。ここで、アクチュエータ57は、例えば特開平10−103069号公報、特開2008−25442号公報等に示すように、ダイヤフラム(図示省略)を内蔵した公知の構成からなるものであって、コンプレッサインペラ15の出口側の圧力が設定圧に達するとリンク板55を正方向(一方向)へ揺動させると共に、コンプレッサインペラ15の出口側の圧力が設定圧未満になるとリンク板55を逆方向(他方向)へ揺動させるようになっている。
【0036】
ステム45の基端部側(基端部付近)は、収容壁39に貫通して形成した第1支持穴59に回転可能に直接的に支持されている。なお、ステム45の基端側が収容壁39の第1支持穴59に回転可能に直接的に支持される代わりに、ブッシュを介して回転可能に間接的に支持されるようにしても構わない。
【0037】
ステム45の先端部は、タービンハウジング27の内壁面における第1支持穴59に対向する箇所に形成した第2支持穴61に回転可能に支持されている。なお、ステム45の先端部がタービンハウジング27の第2支持穴61に回転可能に直接的に設けられる代わりに、ブッシュを介して回転可能に間接的に設けられるようにしても構わない。
【0038】
続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。
【0039】
ガス取入口31から取入れた排気ガスをタービンスクロール流路33を経由してタービンインペラ29の入口側から出口側へ流通させることにより、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力(回転トルク)を発生させて、ロータ軸9及びコンプレッサインペラ15をタービンインペラ29と一体的に回転させることができる。これにより、空気取入口17から取入れた空気を圧縮して、ディフューザ流路19及びコンプレッサスクロール流路21を経由して空気排出口23から排出することができ、エンジンに供給される空気を過給することができる。
【0040】
車両用過給機1の運転中に、アクチュエータ57の駆動によりリンク板55を正方向(一方向)へ揺動させて、ステム45を正方向へ回転させることにより、弁体53を正方向へ取付部材47と一体的に揺動させて、バイパス通路37の開口部の周縁から離隔させる。これにより、バイパス通路37の開口部を開いて、タービンハウジング27内に流入した排気ガスをタービンハウジング27の出口側へバイパス通路37を経由してバイパスすることができる。
【0041】
また、バイパス通路37の開口部を開いた後に、アクチュエータ57の駆動によりリンク板55を逆方向(他方向)へ揺動させて、ステム45を逆方向へ回転させることにより、弁体53を逆方向へ取付部材47と一体的に揺動させて、バイパス通路37の開口部の周縁に当接させる。これにより、バイパス通路37の開口部を閉じて、ウェイストゲートバルブ43を元の状態に復帰させることができる。
【0042】
前述の作用の他に、ステム45の基端部側が収容壁39の第1支持穴59に回転可能に支持され、ステム45の先端部がタービンハウジング27の第2支持穴61に回転可能に支持されているため、ステム45がタービンハウジング27に対して両持ち支持されることなり、ステム45の回転動作を安定させることができる。これにより、車両用過給機1の累積使用時間が長くなっても、収容壁39の第1支持穴59とステム45との間の摺動部の摩耗、及びタービンハウジング27の第2支持穴61とステム45との間の摺動部の摩耗を低減することができる。
【0043】
また、ステム45の基端部側が収容壁39の第1支持穴59に直接的に回転可能に支持され、ステム45の先端部がタービンハウジング27の第2支持穴61に直接的に回転可能に支持されてあっても、前述のようにステム45の回転動作を安定させることができるため、ステム45の基端部側及び先端部を回転可能に支持するブッシュをウェイストゲートバルブ43の構成要素から省略することができる。
【0044】
従って、本発明の実施形態によれば、車両用過給機1の累積使用時間が長くなっても、収容壁39の第1支持穴59とステム45との間の摺動部の摩耗、及びタービンハウジング27の第2支持穴61とステム45との間の摺動部の摩耗を低減できるため、収容壁39の第1支持穴59の内周面とステム45の外周面との間の隙間からタービンハウジング27の外側へ排気ガスが漏れることを十分に抑えると共に、ウェイストゲートバルブ43の動作不良の発生を十分に防止することができる。
【0045】
また、ブッシュをウェイストゲートバルブ43の構成要素から省略できるため、ウェイストゲートバルブ43の部品点数の削減して、ウェイストゲートバルブ43の構成の簡略化を図ることができる。
【0046】
(別の実施形態)
本発明の別の実施形態について図4及び図5を参照して説明する。なお、図面中、「F」は、前方向を指し、「R」は、後方向を指してある。
【0047】
図4及び図5に示すように、本発明の別の実施形態に係るウェイストゲートバルブ63は、バイパス通路37の開口部を開閉するものであって、本発明の実施形態に係るウェイストゲートバルブ43と同様の構成を有している。以下、ウェイストゲートバルブ63の構成のうち、ウェイストゲートバルブ43の構成と異なる部分についてのみ簡単に説明する。
【0048】
ステム45の基端部側は、収容壁39の先端側に貫通して形成した第1支持穴65に直接的に回転可能に支持されている。なお、ステム45の基端側が収容壁39の第1支持穴65に回転可能に直接的に支持される代わりに、ブッシュを介して回転可能に間接的に支持されるようにしても構わない。
【0049】
ステム45の先端部は、収容壁39の先端側の内壁面における第1支持穴65に対向する箇所に形成した第2支持穴67に回転可能に支持されている。なお、ステム45の先端部がタービンハウジング27の第2支持穴67に回転可能に直接的に支持される代わりに、ブッシュを介して回転可能に間接的に支持されるようにしても構わない。
【0050】
そして、本発明の別の実施形態によれば、ステム45の基端部側が収容壁39の先端側の第1支持穴65に直接的に回転可能に支持され、ステム45の先端部が収容壁39の先端側の第2支持穴67に回転可能に支持されているため、ステム45の基端部側及び先端部をガス排出口35から十分に離隔させて、ステム45の基端部側及び先端部の高温化を抑えることができる。これにより、収容壁39の先端側の第1支持穴65とステム45との間の摺動部の凝着摩耗、及び収容壁39の先端側の第2支持穴61とステム45との間の摺動部の凝着摩耗を十分に低減でき、前述の本発明の実施形態の効果をより高めることができる。
【0051】
なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、適宜の変更を行うことにより、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。
【符号の説明】
【0052】
1 車両用過給機
3 ベアリングハウジング
9 ロータ軸
11 コンプレッサ
13 コンプレッサハウジング
15 コンプレッサインペラ
25 タービン
27 タービンハウジング
29 タービンインペラ
31 ガス取入口
33 タービンスクロール流路
35 ガス排出口
37 バイパス通路
39 収容壁
41 収容室
43 ウェイストゲートバルブ
45 ステム
47 取付部材
53 弁体
55 リンク板
57 アクチュエータ
59 第1支持穴
61 第2支持穴
63 ウェイストゲートバルブ
65 第1支持穴
67 第2支持穴

【特許請求の範囲】
【請求項1】
タービンハウジングの内部に流入したガスを前記タービンハウジングの出口側へバイパスするためのバイパス通路が形成され、前記タービンハウジングにおけるガス排出口の径方向外側に収容壁が外方向へ突出して形成され、前記収容壁が内部に前記バイパス通路に連通可能な収容室を有した過給機に用いられ、
前記バイパス通路の開口部を開閉するウェイストゲートバルブにおいて、
前記タービンハウジングに回転可能に設けられ、一部分が前記収容室に位置してあって、基端部が前記収容壁の外側へ突出したステムと、
前記ステムにおける前記収容室に位置する部分に一体的に設けられた取付部材と、
前記取付部材に一体的に設けられ、前記バイパス通路の開口部の周縁に当接離隔可能な弁体と、
前記ステムの基端部に一体的に設けられ、アクチュエータの駆動により前記ステムの軸心周りに正逆方向へ揺動するリンク部材と、を具備し、
前記ステムの基端部側は、前記収容壁に貫通して形成した第1支持穴に回転可能に支持され、前記ステムの先端部は、前記タービンハウジングの内壁面における前記第1支持穴に対向する箇所に形成した第2支持穴に回転可能に支持されていることを特徴とするウェイストゲートバルブ。
【請求項2】
前記ステムの基端部側は、前記収容壁の先端側に貫通して形成した前記第1支持穴に回転可能に支持され、前記ステムの先端部は、前記収容壁の先端側の内壁面における前記第1支持穴に対向する箇所に形成した前記第2支持穴に回転可能に支持されていることを特徴とする請求項1に記載のウェイストゲートバルブ。
【請求項3】
前記ステムの基端部側は、前記収容壁の前記第1支持穴に直接的に回転可能に支持され、前記ステムの先端部は、前記タービンハウジングの前記第2支持穴に直接的に回転可能に支持されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のウェイストゲートバルブ。
【請求項4】
エンジンからのガスのエネルギーを利用して、前記エンジン側に供給される空気を過給する過給機において、
請求項1から請求項3のうちのいずれかの請求項に記載のウェイストゲートバルブを具備したことを特徴とする過給機。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2013−15103(P2013−15103A)
【公開日】平成25年1月24日(2013.1.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−149323(P2011−149323)
【出願日】平成23年7月5日(2011.7.5)
【出願人】(000000099)株式会社IHI (5,014)
【Fターム(参考)】