多段過給システム
【課題】多段過給システムにおいて、過給機のタービンをバイパスするバイパス流路の開閉を行う排気バイパスバルブ装置の弁体におけるシール性の悪化を防止する。
【解決手段】内燃機関から排出される排気ガスが供給される第１過給機と、当該第１過給機よりも排気ガスの流れの上流側に配置される第２過給機と、内燃機関から排出される排気ガスを第２過給機のタービンをバイパスして第１過給機に供給するバイパス流路の開閉を行う排気バイパスバルブ装置とを備える多段過給システムであって、排気バイパスバルブ装置は、バイパス流路開口を開閉する弁体５１ａと、弁体５１ａがバイパス流路開口を閉鎖する際に弁体５１ａの調心を行う調心手段５２ｄを備える。
【解決手段】内燃機関から排出される排気ガスが供給される第１過給機と、当該第１過給機よりも排気ガスの流れの上流側に配置される第２過給機と、内燃機関から排出される排気ガスを第２過給機のタービンをバイパスして第１過給機に供給するバイパス流路の開閉を行う排気バイパスバルブ装置とを備える多段過給システムであって、排気バイパスバルブ装置は、バイパス流路開口を開閉する弁体５１ａと、弁体５１ａがバイパス流路開口を閉鎖する際に弁体５１ａの調心を行う調心手段５２ｄを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段過給システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、２つ（複数）の過給機を備える二段過給システム（多段過給システム）が提案されている。このような二段過給システムは、容量の異なる２つの過給機を備えており、内燃機関から供給される排気ガスの流量に応じて、２つの過給機に対する排気ガスの供給状態を変化させることで効率的に圧縮空気を生成する。
【０００３】
より詳細には、二段過給システムは、例えば、内燃機関から排出される排気ガスが供給される低圧段過給機（第１過給機）と、当該低圧段過給機よりも上流側に配置される高圧段過給機（第２過給機）と、内燃機関から排出される排気ガスを高圧段過給機のタービンインペラをバイパスして低圧段過給機に供給するバイパス流路の開閉を行う排気バイパスバルブ装置とを備えている。
このような排気バイパスバルブ装置としては、例えば、特許文献２に開示された排気バイパスバルブ装置を応用することができる。
【０００４】
そして、排気バイパスバルブ装置によってバイパス流路を閉鎖する場合には排気ガスが高圧段過給機に供給され、排気バイパスバルブ装置によってバイパス流路を開放する場合には排気ガスが低圧段過給機に供給されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９２０２６号公報
【特許文献２】特表２００２−５０８４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、排気バイパスバルブ装置は、バイパス流路の開閉を直接的に行う弁体を備えており、当該弁体を回動させることによってバイパス流路の開閉を行っている。
このようなバイパス流路の開閉を繰り返し長期間行うと、弁体や当該弁体を支持する支持体とが摺擦することによって磨耗する。そして、このような摩耗による隙間や、元々存在する弁体と支持体との隙間によって、弁体と支持体とが本来あるべき位置関係から僅かに変位する。この結果、バイパス流路を閉じる際の弁体の位置がバイパス流路開口に対して僅かにずれる。
【０００７】
弁体を移動させるアクチュエータの動力は、弁体の位置がバイパス流路開口に対して正規の位置（すなわち作動力中心）に配置されている場合に正確に伝達される。このため、弁体の位置がバイパス流路開口に対して僅かにずれると、アクチュエータの動力が弁体に対して正確に伝わらず弁体のシール性が悪化し、二段過給システムの本来の性能を発揮することができなくなる。
【０００８】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、多段過給システムにおいて、弁体のシール性の悪化を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【００１０】
第１の発明は、内燃機関から排出される排気ガスが供給される第１過給機と、当該第１過給機よりも上記排気ガスの流れの上流側に配置される第２過給機と、上記内燃機関から排出される上記排気ガスを上記第２過給機のタービンインペラをバイパスして上記第１過給機に供給するバイパス流路の開閉を行う排気バイパスバルブ装置とを備える多段過給システムであって、上記排気バイパスバルブ装置が、上記バイパス流路開口を開閉する弁体と、上記弁体が上記バイパス流路開口を閉鎖する際に上記弁体の調心を行う調心手段とを備えるという構成を採用する。
【００１１】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記排気バイパスバルブ装置が、上記弁体が取り付けられる取付部と、当該取付部を回動することによって上記弁体の開閉を行うアクチュエータとを備え、上記調心手段が、上記取付部の表面に設けられると共に上記弁体に当接して上記弁体の案内を行う案内面であるという構成を採用する。
【００１２】
第３の発明は、上記第２の発明において、上記案内面が、曲面とされているという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、調心手段によって、弁体がバイパス流路開口を閉鎖する際に弁体の調心が行われる。
このため、本発明によれば、バイパス流路開口を閉鎖する際に、常に弁体をバイパス流路開口に対して正規の位置に正確に配置することができる。
したがって、本発明によれば、弁体の位置をアクチュエータの作動力中心に合わせて配置することができ、弁体のシール性が悪化することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態における多段過給システムを備えるエンジンシステムの概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における多段過給システムが備える排気バイパスバルブ装置を含む拡大図である。
【図３】本発明の一実施形態における多段過給システムの変形例が備える排気バイパスバルブ装置の弁体及び取付板を含む拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係る多段過給システムの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。また、以下の説明においては、多段過給システムの一例として、２つの過給機を備える二段過給システムについて説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態の二段過給システム１を備えるエンジンシステム１００の概略構成を示す模式図である。
エンジンシステム１００は、車両等に搭載されるものであり、二段過給システム１と、
エンジン１０１（内燃機関）と、インタークーラ１０２と、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）バルブ１０３と、ＥＧＲクーラ１０４と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１０５とを備えている。
【００１７】
二段過給システム１は、エンジン１０１から排出される排気ガスに含まれるエネルギを回転動力として回収し、当該回転動力によってエンジン１０１に供給する圧縮空気を生成するものである。
この二段過給システム１については、本発明の特徴を有するものであり、後に図面を参照して詳説する。
【００１８】
エンジン１０１は、搭載された車両の動力源として機能するものであり、二段過給システム１から供給される圧縮空気と燃料との混合気を燃焼して動力を生成すると共に、混合気の燃焼により発生した排気ガスを二段過給システム１に供給する。
【００１９】
インタークーラ１０２は、二段過給システム１からエンジン１０１に供給される圧縮空気を冷却するものであり、二段過給システム１とエンジン１０１の吸気口との間に配設されている。
【００２０】
ＥＧＲバルブ１０３は、エンジン１０１から排出された排気ガスの一部をエンジン１０１の吸気側に戻す返流流路の開閉を行うものであり、ＥＣＵ１０５によってその開度が調節される。
【００２１】
ＥＧＲクーラ１０４は、返流流路を介してエンジン１０１の吸気側に戻される排気ガスを冷却するものであり、ＥＧＲバルブ１０３の上流側に配置されている。
【００２２】
ＥＣＵ１０５は、エンジンシステム１００の全体を制御するものである。
そして、本エンジンシステム１００においてＥＣＵ１０５は、エンジン１０１の回転数（すなわち排気ガスの流量）に応じて、上述のＥＧＲバルブ１０３と、後述の排気バイパスバルブ装置５を制御する。
【００２３】
このような構成を有するエンジンシステム１００においては、エンジン１０１にて混合気が燃焼された排気ガスが排気されると、排気ガスの一部がＥＧＲクーラ１０４を介してエンジン１０１の吸気側に返送され、排気ガスの多くが二段過給システム１に供給される。そして、二段過給システム１において圧縮空気が生成され、当該圧縮空気がインタークーラ１０２で冷却された後にエンジン１０１に供給される。
【００２４】
次に、二段過給システム１について詳説する。
図１に示すように、二段過給システム１は、低圧段過給機２（第１過給機）と、高圧段過給機３（第２過給機）と、逆止弁４と、排気バイパスバルブ装置５と、ウエストゲートバルブ６とを備えている。
【００２５】
低圧段過給機２は、排気ガスの流れ方向において高圧段過給機３よりも下流側に配置されており、高圧段過給機３よりも大きく構成されている。
この低圧段過給機２は、低圧段コンプレッサ２ａと、低圧段タービン２ｂとを備えている。
そして、低圧段コンプレッサ２ａは、コンプレッサインペラと、当該コンプレッサインペラを囲うと共に内部に空気流路が形成されたコンプレッサハウジングとを備えている。
また、低圧段タービン２ｂは、タービンインペラと、当該タービンインペラを囲うと共に内部に排気ガス流路が形成されたタービンハウジングとを備えている。
そして、コンプレッサインペラとタービンインペラとが軸によって連結され、タービンインペラが排気ガスで回転駆動されることによってコンプレッサインペラが回転駆動されて圧縮空気が生成される。
【００２６】
高圧段過給機３は、排気ガスの流れ方向において低圧段過給機２よりも上流側に配置されている。
この高圧段過給機３は、高圧段コンプレッサ３ａと、高圧段タービン３ｂとを備えている。
そして、高圧段コンプレッサ３ａは、コンプレッサインペラと、当該コンプレッサインペラを囲うと共に内部に空気流路が形成されたコンプレッサハウジングとを備えている。
また、高圧段タービン３ｂは、タービンインペラと、当該タービンインペラを囲うと共に内部に排気ガス流路が形成されたタービンハウジングとを備えている。
そして、コンプレッサインペラとタービンインペラとが軸によって連結され、タービンインペラが排気ガスで回転駆動されることによってコンプレッサインペラが回転駆動されて圧縮空気が生成される。
【００２７】
なお、図２（ａ）に示すように、低圧段タービン２ｂのタービンハウジング２ｃと、高圧段タービン３ｂのタービンハウジング３ｃとは、互いが有するフランジを突き合わせて接合されている。
【００２８】
高圧段タービン３ｂのタービンハウジング３ｃの内部には、高圧段タービン３ｂのタービンインペラを通過した排気ガスを排出する排気流路３ｄと、当該タービンインペラを介さずに低圧段タービン２ｂに供給するためのバイパス流路３ｅとが設けられている。
【００２９】
また、低圧段タービン２ｂのタービンハウジング２ｃの内部には、低圧段タービン２ｂのタービンインペラ２ｄに排気ガスを供給するための供給流路２ｅが設けられている。
【００３０】
そして、低圧段タービン２ｂのタービンハウジング２ｃと高圧段タービン３ｂのタービンハウジング３ｃとが接合されることによって、排気流路３ｄ及びバイパス流路３ｅと供給流路２ｅとが接続される。
【００３１】
図１に戻り、逆止弁４は、高圧段過給機３の高圧段コンプレッサ３ａが駆動されていない場合に、低圧段過給機２の低圧段コンプレッサ２ａから排出された圧縮空気を、高圧段コンプレッサ３ａを介さずにエンジン１０１の吸気側に供給するバイパス流路に設けられている。そして、図１に示すように、逆止弁４は、低圧段コンプレッサ２ａ側からエンジン１０１側への圧縮空気の流れを許容すると共に、エンジン１０１側から低圧段コンプレッサ２ａ側への圧縮空気の逆流を防止するように構成されている。
【００３２】
排気バイパスバルブ装置５は、エンジン１０１から排出される排気ガスを高圧段過給機３のタービンインペラをバイパスして低圧段過給機２に供給するためのバイパス流路３ｅの開閉を行うものである。
そして、排気バイパスバルブ装置５は、図２に示すように、バルブアッセンブリ５１と、取付板５２（取付部）と、アクチュエータ５３とを備えている。
【００３３】
図２（ｂ）は、バルブアッセンブリ５１及び取付板５２との拡大図である。
この図に示すように、バルブアッセンブリ５１は、バイパス流路３ｅ開口を開閉する弁体５１ａと当該弁体５１ａを取付板５２に対して固定する座金５１ｂとが軸部５１ｃを介して連結された構成を有している。
このバルブアッセンブリ５１は、図２（ａ）に示すように、低圧段タービン２ｂのタービンハウジング２ｃと高圧段タービン３ｂのタービンハウジング３ｃとの境界領域において、バイパス流路３ｅ開口を開閉するように回動可能とされている。
【００３４】
弁体５１ａは、下面５１ｄ（閉鎖時にバイパス流路３ｅ開口に接触する側の面）が平面とされ、上面５１ｅが中央から縁部に向けて下降するテーパ面とされている。
また、本実施形態においては、座金５１ｂの中央部に貫通孔が設けられており、弁体５１ａの上面５１ｅ側の中央に設けられた軸部５１ｃが座金５１ｂの貫通孔に挿通されることで、軸部５１ｃの先端が座金５１ｂから突出して配置されている。
そして、軸部５１ｃの先端と座金５１ｂとがカシメにより接合されることによって、軸部５１ｃと座金５１ｂとが固定されている。
【００３５】
取付板５２は、軸部５１ｃが挿通される貫通孔５２ａを有しており、当該貫通孔５２ａに軸部５１ｃが挿通され、弁体５１ａと座金５１ｂとで狭持されている。
そして、取付板５２は、不図示のリンク板アッセンブリを介してアクチュエータ５３からの駆動力が伝達されることによって図２（ａ）に示すように回動される。この取付板５２の回動によってバルブアッセンブリ５１も回動される。
【００３６】
また、取付板５２の貫通孔５２ａの弁体５１ａ側の縁部は、図２（ｂ）に示すように、Ｒ加工されることによって曲面とされている。そして、当該曲面は、弁体５１ａがバイパス流路３ｅ開口を閉鎖する際に弁体５１ａの調心を行う案内面５２ｂとして機能する。
【００３７】
より詳細に説明すると、弁体５１ａは、軸部５１ｃと取付板５２との摩耗や元々存在する軸部５１ｃと取付板５２との間の隙間によって、バイパス流路３ｅ開口の閉鎖時と開放時とで取付板５２との位置関係が僅かに変化する。
つまり、図２（ａ）にて実線で示すバイパス流路３ｅ開口の閉鎖時と、図２（ａ）にて二点差線にて示すバイパス流路３ｅ開口の開放時とで弁体５１ａに作用する重力方向が変化し、これによって弁体５１ａと取付板５２との位置関係が僅かに変化する。
このように、弁体５１ａが取付板５２に対して僅かに移動可能となってしまうことから、バイパス流路３ｅ開口を閉鎖する際に弁体５１ａとバイパス流路３ｅ開口との位置関係が変化し、弁体５１ａの中心位置が図２（ｂ）に示す作動力中心Ｌ（アクチュエータ５３の駆動力が弁体５１ａの周縁全体に均等に作用する位置）から僅かに変位した状態で閉鎖されようとする。
【００３８】
この際、本実施形態においては、取付板５２に設けられた案内面５２ｂが弁体５１ａの上面５１ｅに当接し、弁体５１ａを案内することによって弁体５１ａの中心位置を作動力中心Ｌに一致させることで弁体５１ａが調心される。
例えば、弁体５１ａが図２（ｂ）に示す取付板５２の回動軸Ｌ１寄りに変位していた場合には、回動軸Ｌ１寄りの案内面５２ｂが弁体５１ａのテーパ面とされた上面５１ｅに当接して当該上面５１ｅを下方に押すことによって、弁体５１ａが回動軸Ｌ１から離間する方向に押し出され、これによって弁体５１ａが調心される。
また、弁体５１ａが回動軸Ｌ１から離間する方向に変位していた場合には、回動軸Ｌ１から遠方の案内面５２ｂが弁体５１ａの上面５１ｅに当接して当該上面５１ｅを下方に押すことによって、弁体５１ａが回動軸Ｌ１に近接する方向に押し出され、これによって弁体５１ａが調心される。
【００３９】
図１に戻り、ウエストゲートバルブ６は、高圧段過給機３から排出された排気ガスあるいはバイパス流路３ｅを介して排出された排気ガスの一部を、低圧段過給機２のタービンインペラ２ｄを介することなくバイパスするものであり、ＥＣＵ１０５または低圧段コンプレッサ２ａの過給圧によって開度を調節される。
【００４０】
以上のような本実施形態の二段過給システム１によれば、案内面５２ｂによって、弁体５１ａがバイパス流路３ｅ開口を閉鎖する際に弁体５１ａの調心が行われる。
このため、本実施形態の二段過給システム１によれば、バイパス流路３ｅ開口を閉鎖する際に、常に弁体５１ａをバイパス流路３ｅ開口に対して正規の位置に正確に配置することができる。
したがって、本実施形態の二段過給システム１によれば、弁体５１ａの位置をアクチュエータ５３の作動力中心Ｌに合わせて配置することができ、弁体５１ａのシール性が悪化することを防止することができる。
【００４１】
また、本実施形態の二段過給システム１においては、案内面５２ｂが取付板５２の表面に設けられている。
このため、調心手段として新たな部材を設置することなく、弁体５１ａの調心を行うことができる。
【００４２】
また、本実施形態の二段過給システム１においては、案内面５２ｂが曲面とされている。
このため、弁体５１ａと案内面５２ｂとの間の摩擦抵抗を低減させ、弁体５１ａをスムーズに案内することが可能となる。
【００４３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４４】
例えば、上記実施形態においては、取付板５２の貫通孔５２ａの縁部を案内面５２ｂとする構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図３に示すように、取付板５２に対して弁体５１ａの一部を囲う溝部５２ｃを設け、当該溝部５２ｃの内壁面５２ｄを弁体５１ａの調心を行うための案内面としても良い。
【００４５】
また、上記実施形態においては、案内面５２ｂが曲面である構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、案内面５２ｂが単一の平面や角度の異なる複数の平面によって形成される構成を採用することも可能である。
【００４６】
また、上記実施形態においては、案内面５２ｂすなわち調心手段が取付板５２の表面に設けられている構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、取付板５２に対して別部材を取り付け、当該別部材を調心手段として用いる構成を採用することも可能である。
【００４７】
また、上記実施形態においては、過給機を２つ備える構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、さらに複数の過給機を備える構成を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１……二段過給システム（多段過給システム）、２……低圧段過給機（第１過給機）、２ｃ……タービンハウジング、２ｄ……タービンインペラ、３……高圧段過給機（第２過給機）、３ｃ……タービンハウジング、３ｅ……バイパス流路、５……排気バイパスバルブ装置、５１……バルブアッセンブリ、５１ａ……弁体、５１ｂ……座金、５１ｃ……軸部、５１ｄ……下面、５１ｅ……上面、５２……取付板（取付部）、５２ａ……貫通孔、５２ｂ……案内面（調心手段）、５２ｃ……溝部、５２ｄ……内壁面（調心手段）、１０１……エンジン（内燃機関）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多段過給システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、２つ（複数）の過給機を備える二段過給システム（多段過給システム）が提案されている。このような二段過給システムは、容量の異なる２つの過給機を備えており、内燃機関から供給される排気ガスの流量に応じて、２つの過給機に対する排気ガスの供給状態を変化させることで効率的に圧縮空気を生成する。
【０００３】
より詳細には、二段過給システムは、例えば、内燃機関から排出される排気ガスが供給される低圧段過給機（第１過給機）と、当該低圧段過給機よりも上流側に配置される高圧段過給機（第２過給機）と、内燃機関から排出される排気ガスを高圧段過給機のタービンインペラをバイパスして低圧段過給機に供給するバイパス流路の開閉を行う排気バイパスバルブ装置とを備えている。
このような排気バイパスバルブ装置としては、例えば、特許文献２に開示された排気バイパスバルブ装置を応用することができる。
【０００４】
そして、排気バイパスバルブ装置によってバイパス流路を閉鎖する場合には排気ガスが高圧段過給機に供給され、排気バイパスバルブ装置によってバイパス流路を開放する場合には排気ガスが低圧段過給機に供給されるように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−９２０２６号公報
【特許文献２】特表２００２−５０８４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、排気バイパスバルブ装置は、バイパス流路の開閉を直接的に行う弁体を備えており、当該弁体を回動させることによってバイパス流路の開閉を行っている。
このようなバイパス流路の開閉を繰り返し長期間行うと、弁体や当該弁体を支持する支持体とが摺擦することによって磨耗する。そして、このような摩耗による隙間や、元々存在する弁体と支持体との隙間によって、弁体と支持体とが本来あるべき位置関係から僅かに変位する。この結果、バイパス流路を閉じる際の弁体の位置がバイパス流路開口に対して僅かにずれる。
【０００７】
弁体を移動させるアクチュエータの動力は、弁体の位置がバイパス流路開口に対して正規の位置（すなわち作動力中心）に配置されている場合に正確に伝達される。このため、弁体の位置がバイパス流路開口に対して僅かにずれると、アクチュエータの動力が弁体に対して正確に伝わらず弁体のシール性が悪化し、二段過給システムの本来の性能を発揮することができなくなる。
【０００８】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、多段過給システムにおいて、弁体のシール性の悪化を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。
【００１０】
第１の発明は、内燃機関から排出される排気ガスが供給される第１過給機と、当該第１過給機よりも上記排気ガスの流れの上流側に配置される第２過給機と、上記内燃機関から排出される上記排気ガスを上記第２過給機のタービンインペラをバイパスして上記第１過給機に供給するバイパス流路の開閉を行う排気バイパスバルブ装置とを備える多段過給システムであって、上記排気バイパスバルブ装置が、上記バイパス流路開口を開閉する弁体と、上記弁体が上記バイパス流路開口を閉鎖する際に上記弁体の調心を行う調心手段とを備えるという構成を採用する。
【００１１】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記排気バイパスバルブ装置が、上記弁体が取り付けられる取付部と、当該取付部を回動することによって上記弁体の開閉を行うアクチュエータとを備え、上記調心手段が、上記取付部の表面に設けられると共に上記弁体に当接して上記弁体の案内を行う案内面であるという構成を採用する。
【００１２】
第３の発明は、上記第２の発明において、上記案内面が、曲面とされているという構成を採用する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、調心手段によって、弁体がバイパス流路開口を閉鎖する際に弁体の調心が行われる。
このため、本発明によれば、バイパス流路開口を閉鎖する際に、常に弁体をバイパス流路開口に対して正規の位置に正確に配置することができる。
したがって、本発明によれば、弁体の位置をアクチュエータの作動力中心に合わせて配置することができ、弁体のシール性が悪化することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態における多段過給システムを備えるエンジンシステムの概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における多段過給システムが備える排気バイパスバルブ装置を含む拡大図である。
【図３】本発明の一実施形態における多段過給システムの変形例が備える排気バイパスバルブ装置の弁体及び取付板を含む拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係る多段過給システムの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。また、以下の説明においては、多段過給システムの一例として、２つの過給機を備える二段過給システムについて説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態の二段過給システム１を備えるエンジンシステム１００の概略構成を示す模式図である。
エンジンシステム１００は、車両等に搭載されるものであり、二段過給システム１と、
エンジン１０１（内燃機関）と、インタークーラ１０２と、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）バルブ１０３と、ＥＧＲクーラ１０４と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）１０５とを備えている。
【００１７】
二段過給システム１は、エンジン１０１から排出される排気ガスに含まれるエネルギを回転動力として回収し、当該回転動力によってエンジン１０１に供給する圧縮空気を生成するものである。
この二段過給システム１については、本発明の特徴を有するものであり、後に図面を参照して詳説する。
【００１８】
エンジン１０１は、搭載された車両の動力源として機能するものであり、二段過給システム１から供給される圧縮空気と燃料との混合気を燃焼して動力を生成すると共に、混合気の燃焼により発生した排気ガスを二段過給システム１に供給する。
【００１９】
インタークーラ１０２は、二段過給システム１からエンジン１０１に供給される圧縮空気を冷却するものであり、二段過給システム１とエンジン１０１の吸気口との間に配設されている。
【００２０】
ＥＧＲバルブ１０３は、エンジン１０１から排出された排気ガスの一部をエンジン１０１の吸気側に戻す返流流路の開閉を行うものであり、ＥＣＵ１０５によってその開度が調節される。
【００２１】
ＥＧＲクーラ１０４は、返流流路を介してエンジン１０１の吸気側に戻される排気ガスを冷却するものであり、ＥＧＲバルブ１０３の上流側に配置されている。
【００２２】
ＥＣＵ１０５は、エンジンシステム１００の全体を制御するものである。
そして、本エンジンシステム１００においてＥＣＵ１０５は、エンジン１０１の回転数（すなわち排気ガスの流量）に応じて、上述のＥＧＲバルブ１０３と、後述の排気バイパスバルブ装置５を制御する。
【００２３】
このような構成を有するエンジンシステム１００においては、エンジン１０１にて混合気が燃焼された排気ガスが排気されると、排気ガスの一部がＥＧＲクーラ１０４を介してエンジン１０１の吸気側に返送され、排気ガスの多くが二段過給システム１に供給される。そして、二段過給システム１において圧縮空気が生成され、当該圧縮空気がインタークーラ１０２で冷却された後にエンジン１０１に供給される。
【００２４】
次に、二段過給システム１について詳説する。
図１に示すように、二段過給システム１は、低圧段過給機２（第１過給機）と、高圧段過給機３（第２過給機）と、逆止弁４と、排気バイパスバルブ装置５と、ウエストゲートバルブ６とを備えている。
【００２５】
低圧段過給機２は、排気ガスの流れ方向において高圧段過給機３よりも下流側に配置されており、高圧段過給機３よりも大きく構成されている。
この低圧段過給機２は、低圧段コンプレッサ２ａと、低圧段タービン２ｂとを備えている。
そして、低圧段コンプレッサ２ａは、コンプレッサインペラと、当該コンプレッサインペラを囲うと共に内部に空気流路が形成されたコンプレッサハウジングとを備えている。
また、低圧段タービン２ｂは、タービンインペラと、当該タービンインペラを囲うと共に内部に排気ガス流路が形成されたタービンハウジングとを備えている。
そして、コンプレッサインペラとタービンインペラとが軸によって連結され、タービンインペラが排気ガスで回転駆動されることによってコンプレッサインペラが回転駆動されて圧縮空気が生成される。
【００２６】
高圧段過給機３は、排気ガスの流れ方向において低圧段過給機２よりも上流側に配置されている。
この高圧段過給機３は、高圧段コンプレッサ３ａと、高圧段タービン３ｂとを備えている。
そして、高圧段コンプレッサ３ａは、コンプレッサインペラと、当該コンプレッサインペラを囲うと共に内部に空気流路が形成されたコンプレッサハウジングとを備えている。
また、高圧段タービン３ｂは、タービンインペラと、当該タービンインペラを囲うと共に内部に排気ガス流路が形成されたタービンハウジングとを備えている。
そして、コンプレッサインペラとタービンインペラとが軸によって連結され、タービンインペラが排気ガスで回転駆動されることによってコンプレッサインペラが回転駆動されて圧縮空気が生成される。
【００２７】
なお、図２（ａ）に示すように、低圧段タービン２ｂのタービンハウジング２ｃと、高圧段タービン３ｂのタービンハウジング３ｃとは、互いが有するフランジを突き合わせて接合されている。
【００２８】
高圧段タービン３ｂのタービンハウジング３ｃの内部には、高圧段タービン３ｂのタービンインペラを通過した排気ガスを排出する排気流路３ｄと、当該タービンインペラを介さずに低圧段タービン２ｂに供給するためのバイパス流路３ｅとが設けられている。
【００２９】
また、低圧段タービン２ｂのタービンハウジング２ｃの内部には、低圧段タービン２ｂのタービンインペラ２ｄに排気ガスを供給するための供給流路２ｅが設けられている。
【００３０】
そして、低圧段タービン２ｂのタービンハウジング２ｃと高圧段タービン３ｂのタービンハウジング３ｃとが接合されることによって、排気流路３ｄ及びバイパス流路３ｅと供給流路２ｅとが接続される。
【００３１】
図１に戻り、逆止弁４は、高圧段過給機３の高圧段コンプレッサ３ａが駆動されていない場合に、低圧段過給機２の低圧段コンプレッサ２ａから排出された圧縮空気を、高圧段コンプレッサ３ａを介さずにエンジン１０１の吸気側に供給するバイパス流路に設けられている。そして、図１に示すように、逆止弁４は、低圧段コンプレッサ２ａ側からエンジン１０１側への圧縮空気の流れを許容すると共に、エンジン１０１側から低圧段コンプレッサ２ａ側への圧縮空気の逆流を防止するように構成されている。
【００３２】
排気バイパスバルブ装置５は、エンジン１０１から排出される排気ガスを高圧段過給機３のタービンインペラをバイパスして低圧段過給機２に供給するためのバイパス流路３ｅの開閉を行うものである。
そして、排気バイパスバルブ装置５は、図２に示すように、バルブアッセンブリ５１と、取付板５２（取付部）と、アクチュエータ５３とを備えている。
【００３３】
図２（ｂ）は、バルブアッセンブリ５１及び取付板５２との拡大図である。
この図に示すように、バルブアッセンブリ５１は、バイパス流路３ｅ開口を開閉する弁体５１ａと当該弁体５１ａを取付板５２に対して固定する座金５１ｂとが軸部５１ｃを介して連結された構成を有している。
このバルブアッセンブリ５１は、図２（ａ）に示すように、低圧段タービン２ｂのタービンハウジング２ｃと高圧段タービン３ｂのタービンハウジング３ｃとの境界領域において、バイパス流路３ｅ開口を開閉するように回動可能とされている。
【００３４】
弁体５１ａは、下面５１ｄ（閉鎖時にバイパス流路３ｅ開口に接触する側の面）が平面とされ、上面５１ｅが中央から縁部に向けて下降するテーパ面とされている。
また、本実施形態においては、座金５１ｂの中央部に貫通孔が設けられており、弁体５１ａの上面５１ｅ側の中央に設けられた軸部５１ｃが座金５１ｂの貫通孔に挿通されることで、軸部５１ｃの先端が座金５１ｂから突出して配置されている。
そして、軸部５１ｃの先端と座金５１ｂとがカシメにより接合されることによって、軸部５１ｃと座金５１ｂとが固定されている。
【００３５】
取付板５２は、軸部５１ｃが挿通される貫通孔５２ａを有しており、当該貫通孔５２ａに軸部５１ｃが挿通され、弁体５１ａと座金５１ｂとで狭持されている。
そして、取付板５２は、不図示のリンク板アッセンブリを介してアクチュエータ５３からの駆動力が伝達されることによって図２（ａ）に示すように回動される。この取付板５２の回動によってバルブアッセンブリ５１も回動される。
【００３６】
また、取付板５２の貫通孔５２ａの弁体５１ａ側の縁部は、図２（ｂ）に示すように、Ｒ加工されることによって曲面とされている。そして、当該曲面は、弁体５１ａがバイパス流路３ｅ開口を閉鎖する際に弁体５１ａの調心を行う案内面５２ｂとして機能する。
【００３７】
より詳細に説明すると、弁体５１ａは、軸部５１ｃと取付板５２との摩耗や元々存在する軸部５１ｃと取付板５２との間の隙間によって、バイパス流路３ｅ開口の閉鎖時と開放時とで取付板５２との位置関係が僅かに変化する。
つまり、図２（ａ）にて実線で示すバイパス流路３ｅ開口の閉鎖時と、図２（ａ）にて二点差線にて示すバイパス流路３ｅ開口の開放時とで弁体５１ａに作用する重力方向が変化し、これによって弁体５１ａと取付板５２との位置関係が僅かに変化する。
このように、弁体５１ａが取付板５２に対して僅かに移動可能となってしまうことから、バイパス流路３ｅ開口を閉鎖する際に弁体５１ａとバイパス流路３ｅ開口との位置関係が変化し、弁体５１ａの中心位置が図２（ｂ）に示す作動力中心Ｌ（アクチュエータ５３の駆動力が弁体５１ａの周縁全体に均等に作用する位置）から僅かに変位した状態で閉鎖されようとする。
【００３８】
この際、本実施形態においては、取付板５２に設けられた案内面５２ｂが弁体５１ａの上面５１ｅに当接し、弁体５１ａを案内することによって弁体５１ａの中心位置を作動力中心Ｌに一致させることで弁体５１ａが調心される。
例えば、弁体５１ａが図２（ｂ）に示す取付板５２の回動軸Ｌ１寄りに変位していた場合には、回動軸Ｌ１寄りの案内面５２ｂが弁体５１ａのテーパ面とされた上面５１ｅに当接して当該上面５１ｅを下方に押すことによって、弁体５１ａが回動軸Ｌ１から離間する方向に押し出され、これによって弁体５１ａが調心される。
また、弁体５１ａが回動軸Ｌ１から離間する方向に変位していた場合には、回動軸Ｌ１から遠方の案内面５２ｂが弁体５１ａの上面５１ｅに当接して当該上面５１ｅを下方に押すことによって、弁体５１ａが回動軸Ｌ１に近接する方向に押し出され、これによって弁体５１ａが調心される。
【００３９】
図１に戻り、ウエストゲートバルブ６は、高圧段過給機３から排出された排気ガスあるいはバイパス流路３ｅを介して排出された排気ガスの一部を、低圧段過給機２のタービンインペラ２ｄを介することなくバイパスするものであり、ＥＣＵ１０５または低圧段コンプレッサ２ａの過給圧によって開度を調節される。
【００４０】
以上のような本実施形態の二段過給システム１によれば、案内面５２ｂによって、弁体５１ａがバイパス流路３ｅ開口を閉鎖する際に弁体５１ａの調心が行われる。
このため、本実施形態の二段過給システム１によれば、バイパス流路３ｅ開口を閉鎖する際に、常に弁体５１ａをバイパス流路３ｅ開口に対して正規の位置に正確に配置することができる。
したがって、本実施形態の二段過給システム１によれば、弁体５１ａの位置をアクチュエータ５３の作動力中心Ｌに合わせて配置することができ、弁体５１ａのシール性が悪化することを防止することができる。
【００４１】
また、本実施形態の二段過給システム１においては、案内面５２ｂが取付板５２の表面に設けられている。
このため、調心手段として新たな部材を設置することなく、弁体５１ａの調心を行うことができる。
【００４２】
また、本実施形態の二段過給システム１においては、案内面５２ｂが曲面とされている。
このため、弁体５１ａと案内面５２ｂとの間の摩擦抵抗を低減させ、弁体５１ａをスムーズに案内することが可能となる。
【００４３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００４４】
例えば、上記実施形態においては、取付板５２の貫通孔５２ａの縁部を案内面５２ｂとする構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図３に示すように、取付板５２に対して弁体５１ａの一部を囲う溝部５２ｃを設け、当該溝部５２ｃの内壁面５２ｄを弁体５１ａの調心を行うための案内面としても良い。
【００４５】
また、上記実施形態においては、案内面５２ｂが曲面である構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、案内面５２ｂが単一の平面や角度の異なる複数の平面によって形成される構成を採用することも可能である。
【００４６】
また、上記実施形態においては、案内面５２ｂすなわち調心手段が取付板５２の表面に設けられている構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、取付板５２に対して別部材を取り付け、当該別部材を調心手段として用いる構成を採用することも可能である。
【００４７】
また、上記実施形態においては、過給機を２つ備える構成について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、さらに複数の過給機を備える構成を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１……二段過給システム（多段過給システム）、２……低圧段過給機（第１過給機）、２ｃ……タービンハウジング、２ｄ……タービンインペラ、３……高圧段過給機（第２過給機）、３ｃ……タービンハウジング、３ｅ……バイパス流路、５……排気バイパスバルブ装置、５１……バルブアッセンブリ、５１ａ……弁体、５１ｂ……座金、５１ｃ……軸部、５１ｄ……下面、５１ｅ……上面、５２……取付板（取付部）、５２ａ……貫通孔、５２ｂ……案内面（調心手段）、５２ｃ……溝部、５２ｄ……内壁面（調心手段）、１０１……エンジン（内燃機関）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスが供給される第１過給機と、当該第１過給機よりも前記排気ガスの流れの上流側に配置される第２過給機と、前記内燃機関から排出される前記排気ガスを前記第２過給機のタービンインペラをバイパスして前記第１過給機に供給するバイパス流路の開閉を行う排気バイパスバルブ装置とを備える多段過給システムであって、
前記排気バイパスバルブ装置は、
前記バイパス流路開口を開閉する弁体と、
前記弁体が前記バイパス流路開口を閉鎖する際に前記弁体の調心を行う調心手段と
を備えることを特徴とする多段過給システム。
【請求項２】
前記排気バイパスバルブ装置が、前記弁体が取り付けられる取付部と、当該取付部を回動することによって前記弁体の開閉を行うアクチュエータとを備え、
前記調心手段は、前記取付部の表面に設けられると共に前記弁体に当接して前記弁体の案内を行う案内面である
ことを特徴とする請求項１記載の多段過給システム。
【請求項３】
前記案内面は、曲面とされていることを特徴とする請求項２記載の多段過給システム。
【請求項１】
内燃機関から排出される排気ガスが供給される第１過給機と、当該第１過給機よりも前記排気ガスの流れの上流側に配置される第２過給機と、前記内燃機関から排出される前記排気ガスを前記第２過給機のタービンインペラをバイパスして前記第１過給機に供給するバイパス流路の開閉を行う排気バイパスバルブ装置とを備える多段過給システムであって、
前記排気バイパスバルブ装置は、
前記バイパス流路開口を開閉する弁体と、
前記弁体が前記バイパス流路開口を閉鎖する際に前記弁体の調心を行う調心手段と
を備えることを特徴とする多段過給システム。
【請求項２】
前記排気バイパスバルブ装置が、前記弁体が取り付けられる取付部と、当該取付部を回動することによって前記弁体の開閉を行うアクチュエータとを備え、
前記調心手段は、前記取付部の表面に設けられると共に前記弁体に当接して前記弁体の案内を行う案内面である
ことを特徴とする請求項１記載の多段過給システム。
【請求項３】
前記案内面は、曲面とされていることを特徴とする請求項２記載の多段過給システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１９３３７（Ｐ２０１３−１９３３７Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５３６６０（Ｐ２０１１−１５３６６０）
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１２日（２０１１．７．１２）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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