JP4818042B2 - バイパス構造及び排気タービン過給機 - Google Patents

Description

本発明は、排気タービン過給機、及び該排気タービン過給機の構造の一つである排気タービン過給機用バイパス構造に関する。

車両用エンジン、発電用エンジン等のエンジンの分野にあっては、前記エンジンの出力を上げるために、前記エンジンからの排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに吸気される空気を過給する排気タービン過給機が用いられる。

一方、空気の過給圧が過度に高くならないようにするため、前記排気タービン過給機は、前記排気タービン過給機におけるタービンハウジングの入口側から取り入れた排気ガスを前記タービンハウジングの出口側へバイパスさせるバイパス構造を具備している。そして、前記バイパス構造の具体的な構成は、次のようになる。

即ち、前記タービンハウジングの内部には、前記タービンハウジングの入口側と出口側を繋ぐバイパス流路が形成されている。また、前記タービンハウジングにおける前記バイパス流路の近傍には、取付穴が形成されており、前記タービンハウジングの前記取付穴には、ブッシュが一体的に設けられている。

そして、前記ブッシュを前記タービンハウジングに対して強固に固定するため、前記バイパス構造にあっては、次のような所謂抜け止め対策が施されている。即ち、前記ブッシュを前記タービンハウジングの前記取付穴に挿入した状態の下で、前記タービンハウジングの端面側から前記ブッシュの一部を削りつつピン穴を加工する。更に、抜け止め用スプリングピンを前記ピン穴に挿入する。これにより、前記ブッシュを前記タービンハウジングの前記取付穴から抜けないようにすることができる。

また、前記ブッシュには、バルブシャフトが回転可能に設けられており、このバルブシャフトの一端部には、バルブアームの基端部が一体的に連結されており、前記バルブアームは、前記タービンハウジングの内側に位置している。更に、前記バルブシャフトの先端部には、前記バイパス流路の開口部を開閉するウェイストゲートバルブが一体的に設けられている。

前記バルブシャフトの他端部には、リンク板の基端部が一体的に連結されてあって、前記リンク板は、前記タービンハウジングの外側に位置している。また、前記排気タービン過給機におけるコンプレッサハウジングには、前記リンク板を前記バルブシャフトの軸心を中心として回転させるアクチュエータが設けられている。ここで、前記アクチュエータは、前後方向へ移動可能な作動ロッドを備えてあって、前記作動ロッドの先端部は、前記リンク板の先端部に回転自在に連結されている。

従って、空気の過給圧が設定圧に達すると、前記アクチュエータの駆動によって前記リンク板を前記バルブシャフトの軸心を中心として一方向へ回転させて、前記バルブシャフト及び前記バルブアームも前記バルブシャフトの軸心を中心として一方向へ前記リンク板と一体的に回転させて、前記ウェイストゲートバルブによって前記バイパス流路の開口部を開くことができる。これにより、前記タービンハウジングの入口側から取り入れた排気ガスを前記タービンハウジングの出口側へバイパスさせて、前記排気タービン過給機の出力を下げて、空気の過給圧が過度に高くならないようにすることができる。

また、前記ウェイストゲートバルブによって前記バイパス流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って前記リンク板を前記バルブシャフトの軸心を中心として他方向へ回転させて、前記ウェイストゲートバルブによって前記バイパス流路の開口部を閉じておく。

なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１に示すものがある。
特開平１０−１−３０６９号公報

ところで、前述のように、前記バルブ構造に前記ブッシュの抜け止め対策を施すと、前記排気タービン過給機を生産するにあたって、前記ブッシュを前記タービンハウジングの前記取付穴に挿入するブッシュ挿入工程の他に、前記ピン穴を加工するピン穴加工工程、前記抜け止め用スプリングピンを前記ピン穴に挿入するピン挿入工程が必要になる。そのため、前記排気タービン過給機の一連の生産工程数が増え、前記排気タービン過給機の生産時間が長くなって、前記排気タービン過給機の生産性を高めることが困難であると共に、前記排気タービン過給機の生産コストが高くなるという問題がある。

本発明の第１の特徴は、排気タービン過給機におけるタービンハウジングの入口側から取り入れた排気ガスを前記タービンハウジングの出口側へバイパスさせるバイパス構造において、
前記タービンハウジングの内部に形成され、前記タービンハウジングの入口側と出口側を繋ぐバイパス流路と、
オーステナイト系の鋳鋼からなる前記タービンハウジングの一部分であって、両端側に加工面を有し、支持穴を有した軸受パートと、
前記軸受パートの前記支持穴に回転可能に直接的に設けられたバルブシャフトと、
前記バルブシャフトの一端部に基端部が一体的に連結されたバルブアームと、
前記バルブアームの先端部に一体的に設けられ、前記バイパス流路の開口部を開閉するウェイストゲートバルブと、
前記バルブシャフトの他端部に基端部が一体的に連結されたリンク板と、
前記リンク板を前記バルブシャフトの軸心を中心として回転させるアクチュエータと、を具備してあって、
前記バルブアームと前記リンク板とによって前記軸受パートの両加工面を挟持するように構成されたことである。

ここで、本発明の第１の特徴は、オーステナイト系の鋳鋼は、前記排気タービン過給機の稼動時における前記タービンハウジング内と同様の高温環境においても、耐摩耗性及び耐酸化性を十分に発揮することができるという、オーステナイト系の鋳鋼に関しての新規な知見に基づいて、発明されたものである。なお、鋳鋼に関しての新規な知見は、オーステナイト系の鋳鋼に対して温度条件を変更した摩耗試験（オーステナイト系の鋳鋼の試験片同士の摩耗試験）及び酸化試験を行うことによって得られたものである。

本発明の第１の特徴によると、空気の過給圧が設定圧に達して、前記アクチュエータの駆動によって前記リンク板を前記バルブシャフトの軸心を中心として一方向へ回転させると、前記バルブシャフト及び前記バルブアームも前記バルブシャフトの軸心を中心として一方向へ前記リンク板と一体的に回転させて、前記ウェイストゲートバルブによって前記バイパス流路の開口部を開くことができる。これにより、前記タービンハウジングの入口側から取り入れた排気ガスを前記タービンハウジングの出口側へバイパスさせて、前記排気タービン過給機の出力を下げて、空気の過給圧が過度に高くならないようにすることができる。

また、前記ウェイストゲートバルブによって前記バイパス流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って前記リンク板を前記バルブシャフトの軸心を中心として他方向へ回転させることにより、前記ウェイストゲートバルブによって前記バイパス流路の開口部を閉じておく（前記バイパス構造の一般的な作用）。

前記バイパス構造の一般的な作用の他に、オーステナイト系の鋳鋼に関しての新規な知見に基づいて、オーステナイト系の鋳鋼からなる前記タービンハウジングの一部分である前記軸受パートの前記支持穴に、前記バルブシャフトを回転可能に取付けることができる。換言すれば、ブッシュを用いることなく、前記タービンハウジングの一部分に前記バルブシャフトを回転可能に取付けることができる。

また、前記バイパス構造は、前記バルブアームと前記リンク板とによって前記軸受パートの両加工面を挟持するように構成されているため、前記軸受パートの前記支持穴からの排気ガスの漏れを十分に抑えることができる。

本発明の第２の特徴は、エンジンから排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに吸気される空気を過給する排気タービン過給機において、
第１の特徴からなるバイパス構造を具備したことである。

請求項１から請求項４のうちのいずれかの請求項に記載の発明によれば、前記ブッシュを用いることなく、前記タービンハウジングの一部分穴に前記バルブシャフトを回転可能に取付けることができるため、前記排気タービン過給機の一連の生産工程から前記ブッシュに付随する工程（前記ブッシュ挿入工程、前記ピン穴加工工程、前記ピン挿入工程）を省略することができ、前記排気タービン過給機の生産時間を短くして、前記排気タービン過給機の生産性を容易に高めることができると共に、前記排気タービン過給機の生産コストの低下を図ることができる。

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。

ここで、図１は、本発明の実施形態に係わる排気タービン過給機の正面図であって、図２は、本発明の実施形態に係わるバイパス構造の模式図であって、図３は、本発明の実施形態に係わる排気タービン過給機の断面図である。

なお、図面中、「Ｆ」は、前方向を指してあって、「Ｒ」は、後方向を指してあって、「Ｕ」は、上方向を指してあって、「Ｄ」は、下方向を指している。

図３に示すように、本発明の実施形態に係わる排気タービン過給機１は、車両用エンジン、発電用エンジン等のエンジン（図示省略）のシリンダ（図示省略）からの排気ガス３を利用して、前記エンジンの前記シリンダに吸気される空気５を過給するものである。また、排気タービン過給機は、タービンハウジング７と、このタービンハウジング７の後側に一体的に設けられたベアリングハウジング９と、このベアリングハウジング９の後側に一体的に設けられたコンプレッサハウジング１１とを具備している。ここで、タービンハウジング７は、オーステナイト系の鋳鋼からなるものであって、ベアリングハウジング９は、ネズミ鋳鉄からなるものであって、コンプレッサハウジング１１は、アルミニウム合金鋳物からなるものである。

ベアリングハウジング９内には、複数のベアリング１３が設けられており、複数のベアリング１３には、前後方向へ延びたタービン軸１５が回転可能に設けられている。また、タービンハウジング７内には、タービンインペラ１７が配設されており、このタービンインペラ１７の中央部は、タービン軸１５の前端部に一体的に連結されている。更に、コンプレッサハウジング１１内には、コンプレッサインペラ１９がタービンインペラ１７と同軸状に配設されており、このコンプレッサインペラ１９の中央部は、タービン軸１５の後端部に一体的に連結されている。

タービンハウジング７の内部におけるタービンインペラ１７の下側には、排気ガス３を取り入れるタービン入口流路２１が形成されており、このタービン入口流路２１は、前記エンジンの前記シリンダに接続されている。また、タービンハウジング７の内部には、タービンスクロール流路２３がタービンインペラ１７を囲むように形成されており、このタービンスクロール流路２３は、タービン入口流路２１に連通されている。更に、タービンハウジング７の内部におけるタービンインペラ１７の前側には、タービン出口流路２５が形成されており、このタービン出口流路２５は、タービンスクロール流路２３に連通されてあって、排気浄化装置（図示省略）に接続されている。

コンプレッサハウジング１１の内部におけるコンプレッサインペラ１９の後側には、空気５を取り入れるコンプレッサ入口流路２７が形成されており、このコンプレッサ入口流路２７は、エアクリーナー（図示省略）に接続されている。また、コンプレッサハウジング１１の内部には、コンプレッサスクロール流路２９がコンプレッサインペラ１９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２９は、コンプレッサ入口流路２７に連通されている。更に、コンプレッサハウジング１１の内部には、コンプレッサ出口流路（図示省略）が形成されており、このコンプレッサ出口流路は、前記エンジンの前記シリンダに接続されている。

従って、タービン入口流路２１から取り入れた排気ガス３がタービンスクロール流路２３を経由してタービンインペラ１７に送られると、排気ガス３のエネルギーによってタービンインペラ１７を回転駆動させることができ、コンプレッサインペラ１９をタービン軸１５を介して連動して回転駆動させることができる。これにより、コンプレッサ入口流路２７から取り入れた空気５をコンプレッサインペラ１９によって圧縮することができ、換言すれば、前記コンプレッサ出口流路から前記エンジンの前記シリンダへ吸気される空気５を過給することができる。

排気タービン過給機１は、バイパス構造３１を具備しており、このバイパス構造３１は、タービン入口流路２１（タービンハウジング７の入口側）から取り入れた排気ガス３をタービン出口流路２５（タービンハウジング７の出口側）へバイパスさせる構造であって、具体的な構成は次のようになる。

即ち、図１及び図２に示すように、タービンハウジング７の内部には、タービン入口流路２１とタービン出口流路２５を繋ぐバイパス流路３３が形成されている。そして、バイパス構造３１は、前述のようにオーステナイト系の鋳鋼からなるタービンハウジング７の一部分である軸受パート３５を構成要素としており、この軸受パート３５は、バイパス流路３３の近傍に位置している。また、軸受パート３５は、支持穴３５ｈを有してあって、この支持穴３５ｈの内径は、例えば±０．０２５ｍｍ程度の公差に仕上げられている。更に、軸受パート３５は、両端側に、加工面３５ａ，３５ｂを有してあって、加工面３５ａ，３５ｂは、例えばＲａ３．２程度の面粗さに仕上げられている。

軸受パート３５の支持穴３５ｈには、オーステナイト系のステンレス鋼からなるバルブシャフト３７が回転可能に直接的に設けられており、このバルブシャフト３７の外径は、例えば−０．０３６程度の公差に仕上げられている。なお、バルブシャフト３７は、オーステナイト系のステンレス鋼の代わりに、オーステナイト系以外のステンレス鋼又はニッケル合金からなるようにしても差し支えない。

バルブシャフト３７の一端部には、バルブアーム３９の基端部が一体的に連結されており、バルブアーム３９は、タービンハウジング７の内側に位置している。そして、バルブシャフト３７の先端部には、バイパス流路３３の開口部を開閉するウェイストゲートバルブ４１が一体的に設けられている。

バルブシャフト３７の他端部には、リンク板４３の基端部が一体的に連結されてあって、このリンク板４３は、タービンハウジング７の外側に位置している。また、コンプレッサハウジング１１には、リンク板４３をバルブシャフト３７の軸心を中心として回転させるアクチュエータ４５が設けられている。ここで、アクチュエータ４５は、例えば特開平９−１００７２５号公報又は特開２００３−２５４０５１号公報に示すように、ダイヤフラム（図示省略）を内蔵しており、前後方向へ移動可能な作動ロッド４７を備えてあって、作動ロッド４７の先端部（前端部）は、リンク板４３の先端部に回転自在に連結されている。

そして、バイパス構造３１は、バルブアーム３９とリンク板４３とによって軸受パート３５の加工面３５ａ，３５ｂを挟持するように構成されている。

ここで、前述の構成からなるバイパス構造３１は、オーステナイト系の鋳鋼は、排気タービン過給機１の稼動時におけるタービンハウジング７内と同様の高温環境においても、耐摩耗性及び耐酸化性を十分に発揮することができるという、鋳鋼に関しての新規な知見に基づいて、発明されたものである。なお、前記オーステナイト系の鋳鋼に関しての新規な知見は、オーステナイト系の鋳鋼に対して温度条件を変更した摩耗試験（オーステナイト系鋳鋼の試験片同士の摩耗試験）及び酸化試験を行うことによって得られたものである。

次に、実施形態の作用について説明する。

空気５の過給圧が設定圧に達して、アクチュエータ４５の駆動によってリンク板４３をバルブシャフト３７の軸心を中心として一方向へ回転させると、バルブシャフト３７及びバルブアーム３９もバルブシャフト３７の軸心を中心として一方向へリンク板４３と一体的に回転させて、ウェイストゲートバルブ４１によってバイパス流路３３の開口部を開くことができる。これにより、タービン入口流路２１から取り入れた排気ガス３をタービン出口流路２５へバイパスさせて、排気タービン過給機１の出力を下げて、空気５の過給圧が過度に高くならないようにすることができる。

また、ウェイストゲートバルブ４１によってバイパス流路３３の開口部を開いた後に、アクチュエータ４５の駆動によってリンク板４３をバルブシャフト３７の軸心を中心として他方向へ回転させることにより、ウェイストゲートバルブ４１によってバイパス流路３３の開口部を閉じておく（バイパス構造３１の一般的な作用）。

バイパス構造３１の一般的な作用の他に、オーステナイト系の鋳鋼に関しての新規な知見に基づいて、オーステナイト系の鋳鋼からなるタービンハウジング７の一部分である軸受パート３５の支持穴３５ｈに、バルブシャフト３７を回転可能に取付けることができる。換言すれば、ブッシュを用いることなく、タービンハウジング７の一部分にバルブシャフト３７を回転可能に取付けることができる。

また、バイパス構造３１は、バルブアーム３９とリンク板４３とによって軸受パート３５の加工面３５ａ，３５ｂを挟持するように構成されているため、軸受パート３５の支持穴３５ｈからの排気ガス３の漏れを十分に抑えることができる。

以上の如き、本発明の実施形態によれば、前記ブッシュを用いることなく、タービンハウジング７の一部分にバルブシャフト３７を回転可能に取付けることができるため、排気タービン過給機１の一連の生産工程から前記ブッシュに付随する工程（前記ブッシュ挿入工程、前記ピン穴加工工程、前記ピン挿入工程（〔背景技術〕の欄を参照））を省略することができ、排気タービン過給機１の生産時間を短くして、排気タービン過給機１の生産性を容易に高めることができると共に、排気タービン過給機１の生産コストの低下を図ることができる。

なお、本発明を前述の実施形態により説明したが、本発明に包含される権利範囲は、実施形態に限定されないものである。

本発明の実施形態に係わる排気タービン過給機の正面図である。 本発明の実施形態に係わるバイパス構造の模式図である。 本発明の実施形態に係わる排気タービン過給機の断面図である。

符号の説明

１ 排気タービン過給機
３ 排気ガス
５ 空気
７ タービンハウジング
２１ タービン入口流路
２５ タービン出口流路
３１ バイパス構造
３３ バイパス通路
３５ 軸受パート
３５ｈ 支持穴
３７ バルブシャフト
３９ バルブアーム
４１ ウェイストゲートバルブ
４３ リンク板
４５ アクチュエータ

Claims (4)

1. 排気タービン過給機におけるタービンハウジングの入口側から取り入れた排気ガスを前記タービンハウジングの出口側へバイパスさせるバイパス構造において、
   前記タービンハウジングの内部に形成され、前記タービンハウジングの入口側と出口側を繋ぐバイパス流路と、
   オーステナイト系の鋳鋼からなる前記タービンハウジングの一部分であって、両端側に加工面を有し、支持穴を有した軸受パートと、
   前記軸受パートの前記支持穴に回転可能に直接的に設けられたバルブシャフトと、
   前記バルブシャフトの一端部に基端部が一体的に連結されたバルブアームと、
   前記バルブアームの先端部に一体的に設けられ、前記バイパス流路の開口部を開閉するウェイストゲートバルブと、
   前記バルブシャフトの他端部に基端部が一体的に連結されたリンク板と、
   前記リンク板を前記バルブシャフトの軸心を中心として回転させるアクチュエータと、を具備してあって、
   前記バルブアームと前記リンク板とによって前記軸受パートの両加工面を挟持するように構成されたことを特徴とするバイパス構造。
2. 前記バルブシャフトは、ステンレス鋼又はニッケル合金からなることを特徴とする請求項１に記載のバイパス構造。
3. 前記バルブシャフトは、オーステナイト系のステンレス鋼からなることを特徴とする請求項１に記載のバイパス構造。
4. エンジンから排気ガスのエネルギーを利用して、前記エンジンに吸気される空気を過給する排気タービン過給機において、
   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バイパス構造を具備したことを特徴とする排気タービン過給機。

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