JP6201820B2 - ウェイストゲートバルブ機構 - Google Patents

Description

本発明は、過給機のバイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブ機構に関する。

従来、過給機の過給圧を制御するために、タービンハウジングにはタービン室を迂回して排気を流すバイパス通路が設けられている。バイパス通路の出口部には、ウェイストゲートバルブが配設され、このウェイストゲートバルブの開弁量を制御することで、バイパス通路を通過する排気の流量を調節している（例えば、特許文献１など）。

図７に示すように、ウェイストゲートバルブ機構１００は、ウェイストゲートバルブ１１０とアーム１２０とを備えている。ウェイストゲートバルブ１１０は、バイパス通路１３０を閉塞する弁体１１１と同弁体１１１から突出して延びる弁軸１１２とを有している。また、アーム１２０は、支軸１２１と同支軸１２１の径方向に延びる屈曲部１２２とを有している。屈曲部１２２には取り付け孔１２３が設けられ、この取り付け孔１２３にウェイストゲートバルブ１１０の弁軸１１２が挿通されている。弁軸１１２における取り付け孔１２３から突出した部分にはワッシャ１４０が固定され、これによりアーム１２０にウェイストゲートバルブ１１０が組み付けられた状態となっている。

アーム１２０の支軸１２１は、タービンハウジング１５０に設けられた支持孔１５１に挿通されている。支持孔１５１にはブッシュ１６０が嵌合しており、同ブッシュ１６０を介して支軸１２１がタービンハウジング１５０に回転可能に支持されている。支軸１２１においてタービンハウジング１５０の外側に突出した部分には、リンク機構１７０を介してアクチュエータロッド１８０が接続されている。アクチュエータロッド１８０はアクチュエータに接続されている。

図８に示すように、アクチュエータロッド１８０がアクチュエータによって駆動されて軸方向に移動すると、支軸１２１の軸心を中心としてアーム１２０が回動する。こうしてアーム１２０が回動すると、屈曲部１２２がワッシャ１４０を押し上げ、ウェイストゲートバルブ１１０がバイパス通路１３０から離間する方向に回動する。その結果、ウェイストゲートバルブ１１０が開弁状態となり、バイパス通路１３０を通じて排気が排出される。

特開２０１３‐２０４４９５号公報

ところで、こうしたウェイストゲートバルブ機構を備える過給機では、タービンハウジングに挿通されて外側まで延びるアームの支軸を極力短くするために、バイパス通路の出口部からタービンハウジングの壁面までの距離が短くされている。このため、支軸が挿通されている壁面は、特にバイパス通路との距離が近く、図８に矢印で示すようにバイパス通路を通過した高温の排気が吹き付けられることによって過熱されるおそれがある。

本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、タービンハウジングの過熱を抑制できるウェイストゲートバルブ機構を提供することにある。

上記課題を解決するためのウェイストゲートバルブ機構は、過給機のバイパス通路を閉塞する弁体及び同弁体から突出して延びる弁軸を有するウェイストゲートバルブと、過給機のタービンハウジングに回転可能に挿通される支軸及び同支軸に接続されて同支軸の径方向に延びる屈曲部を有するアームと、を備えている。ウェイストゲートバルブの弁軸はアームの屈曲部に形成された取り付け孔に挿通され、弁軸における取り付け孔から突出した部分に同取り付け孔の直径よりも直径の大きなワッシャが固定されてアームにウェイストゲートバルブが組み付けられている。このウェイストゲートバルブ機構では、取り付け孔の直径は、弁軸の直径よりも大きく、ワッシャは、ウェイストゲートバルブがバイパス通路を閉塞しているときに支軸が挿通しているタービンハウジングの壁面に近い部位ほど屈曲部との隙間が大きくなるように、傾けられた状態でウェイストゲートバルブに固定されている。

上記構成において、ウェイストゲートバルブが開弁する際には、アームが支軸の軸心を中心に回動することで、ウェイストゲートバルブに固定されたワッシャと屈曲部との間の隙間が減少する。そして、屈曲部がワッシャと当接することにより、屈曲部とともにウェイストゲートバルブが回動する。上記のように、ワッシャは、支軸が挿通しているタービンハウジングの壁面に近い部位ほど屈曲部との隙間が大きくなるように傾けられた状態でウェイストゲートバルブに固定されているため、ウェイストゲートバルブが開弁する過程でワッシャと屈曲部とが当接すると、ウェイストゲートバルブの弁体は、バイパス通路の出口部に対して傾き、支軸が挿通しているタービンハウジングの壁面から遠い部位から順にバイパス通路の出口部から離間していくこととなる。そして、ワッシャと屈曲部とが面接触する状態になるまでウェイストゲートバルブが開弁したときには、バイパス通路と対向する弁体の底面が、支軸が挿通しているタービンハウジングの壁面とは反対側に向いた状態となる。このため、バイパス通路を通じて流れる排気は、弁体の底面に沿ってタービンハウジングの内側、すなわち支軸が挿通しているタービンハウジングの壁面から離間する方向に向かって流れやすくなる。したがって、上記構成によれば、バイパス通路を通過した高温の排気がタービンハウジングの壁面に吹き付けられにくくなり、タービンハウジングの過熱を抑制することができる。

一実施形態のウェイストゲートバルブ機構の構成を示す断面図。 同実施形態のウェイストゲートバルブ機構におけるウェイストゲートバルブ及びアームの構成を示す上面図。 同実施形態のウェイストゲートバルブ機構における開弁途中のウェイストゲートバルブの状態を示す断面図。 同実施形態のウェイストゲートバルブ機構における全開時のウェイストゲートバルブの状態を示す断面図。 別の実施形態のウェイストゲートバルブ機構の一部の構成を示す断面図。 他の実施形態のウェイストゲートバルブ機構の一部の構成を示す断面図。 従来のウェイストゲートバルブ機構の構成を示す断面図。 従来のウェイストゲートバルブ機構における全開時のウェイストゲートバルブの状態を示す断面図。

以下、ウェイストゲートバルブ機構の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示すように、過給機のタービンハウジング１には、タービン室を迂回して排気を流すためのバイパス通路２が設けられている。また、過給機には、バイパス通路２を通過する排気の流量を制御するウェイストゲートバルブ機構３が設けられている。

ウェイストゲートバルブ機構３は、ウェイストゲートバルブ４とアーム５とを備えている。ウェイストゲートバルブ４は、バイパス通路２の出口部６に配設され、バイパス通路２を閉塞する弁体４１と、同弁体４１から突出して延びる弁軸４２とを有している。

図１及び図２に示すように、ウェイストゲートバルブ４の弁体４１は略円形であり、弁体４１の中心部分に設けられた弁軸４２はその先端側ほど縮径したテーパ形状である。
また、アーム５は、タービンハウジング１の挿通孔７に挿通される支軸５１と、同支軸５１の径方向に延びる屈曲部５２とを有している。タービンハウジング１の挿通孔７にはブッシュ８が嵌合しており、このブッシュ８を介して支軸５１がタービンハウジング１に回転可能に支持されている。また、支軸５１においてタービンハウジング１の外側に突出した部分には、リンク機構を介してアクチュエータロッドが接続され、このアクチュエータロッドがアクチュエータによって駆動されることで支軸５１が回動する。

アーム５の屈曲部５２には、取り付け孔５３が設けられている。取り付け孔５３は、バイパス通路２の出口部６側に位置する部位ほど直径が拡径したテーパ形状である。この取り付け孔５３には弁軸４２が挿通されている。弁軸４２における取り付け孔５３から突出した部分には、取り付け孔５３の直径よりも直径の大きなワッシャ９が固定されている。これにより、アーム５にウェイストゲートバルブ４が組み付けられた状態となっている。なお、図１に示すように、取り付け孔５３の内周面と弁軸４２の外周面の傾斜角度はほぼ等しく、取り付け孔５３の直径は、弁軸４２の直径よりも大きくなっている。これにより、弁軸４２の外周面と取り付け孔５３の内周面との間には隙間が生じている。

また、ワッシャ９は、弁体４１から垂直に延びる弁軸４２に対して傾いた状態で固定されており、ウェイストゲートバルブ４がバイパス通路２を閉塞しているときにアーム５の屈曲部５２に対して傾いた状態になる。より詳細には、支軸５１が挿通しているタービンハウジング１の壁面１０に近い部位ほど屈曲部５２との隙間が大きくなるように傾けられた状態でワッシャ９がウェイストゲートバルブ４の弁軸４２に固定されている。なお、図１に示すように、ウェイストゲートバルブ４がバイパス通路２を閉塞しているときの屈曲部５２の上面とワッシャ９の下面とのなす角度をワッシャ９の傾斜角度θとする。

また、図２に示すように、弁体４１には、弁軸４２と同方向に突出して屈曲部５２の側方まで延びる板状のストッパ１１が設けられている。このストッパ１１と屈曲部５２とが当接することにより、弁軸４２を中心とする弁体４１の回転が規制される。

次に、図３及び図４を参照して、本実施形態のウェイストゲートバルブ機構３の作用について説明する。
ウェイストゲートバルブ４が開弁する際には、アクチュエータによってアクチュエータロッドが駆動され、アーム５が支軸５１の軸心を中心に回動する。このため、ウェイストゲートバルブ４に固定されたワッシャ９と屈曲部５２との間の隙間が減少して屈曲部５２がワッシャ９と当接する。そして、屈曲部５２がワッシャ９と当接した状態で更に屈曲部５２が回動することで屈曲部５２とともにウェイストゲートバルブ４が回動する。

本実施形態では、ワッシャ９は、ウェイストゲートバルブ４がバイパス通路２を閉塞している状態においてタービンハウジング１の壁面１０に近い部位ほど屈曲部５２との隙間が大きくなるように傾けられた状態でウェイストゲートバルブ４に固定されている。

このため、図３に示すように、ウェイストゲートバルブ４が開弁する過程でワッシャ９と屈曲部５２とが当接すると、ウェイストゲートバルブ４の弁体４１は、バイパス通路２の出口部６に対して傾き、タービンハウジング１の壁面１０から遠い部位から順にバイパス通路２の出口部６から離間していくこととなる。

そして、図４に示すように、ワッシャ９と屈曲部５２とが面接触する状態になるまでウェイストゲートバルブ４が開弁したときには、ウェイストゲートバルブ４の弁体４１がバイパス通路２の出口部６に対して傾く。なお、このときの出口部６に対する弁体４１の傾斜角度は、図４に示すように上記傾斜角度θと等しい角度になる。これにより、バイパス通路２と対向する弁体４１の底面が、支軸５１が挿通している壁面１０とは反対側に向いた状態になる。このため、同図４に矢印で示すように、バイパス通路２を通じて流れる排気は、弁体４１の底面に沿ってタービンハウジング１の内側、すなわち支軸５１が挿通している壁面１０から離間する方向に向かって流れやすくなる。

また、ウェイストゲートバルブ４を閉弁させるときには、アクチュエータによってアクチュエータロッドを駆動して、ウェイストゲートバルブ４を開弁させるときとは逆方向にアーム５を回動させる。こうしてアーム５を回動させると、アーム５の屈曲部５２は、バイパス通路２の出口部６に近接する方向に回動し、図１に示すように弁体４１をバイパス通路２の出口部６に当接させる。

ここで、取り付け孔５３の直径とウェイストゲートバルブ４の弁軸４２の直径との差は、ウェイストゲートバルブ４を閉弁させる際に、取り付け孔５３の内周面が弁軸４２を案内し、弁体４１がバイパス通路２の出口部６と対向して同出口部６を閉塞することができるように設定されている。このため、バイパス通路２を確実に閉塞することができるようになる。

以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）ウェイストゲートバルブ４を開弁させたときに、弁体４１が支軸５１の挿通している壁面１０とは反対側に向いた状態になるため、バイパス通路２を通過した高温の排気がタービンハウジング１の壁面１０に吹き付けられにくくなり、タービンハウジング１の過熱を抑制することができる。

（２）弁体４１にストッパ１１が設けられているため、弁体４１の回転が規制され、ウェイストゲートバルブ４が開弁したときに、弁体４１の底面をタービンハウジング１の壁面１０とは反対側により確実に向けることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。
・上記実施形態では、弁体４１にストッパ１１を設ける例を説明したが、ワッシャ９が弁体４１に対して回転不能に固定されているなら、ワッシャ９にストッパを設けるようにしてもよい。こうした場合には、ワッシャ９の下面に屈曲部５２側に突出するストッパを形成するとともに、屈曲部５２の上面にこのストッパと嵌合する溝を設けるようにすればよい。こうした構成によっても、上記（１）及び（２）と同様の効果を得ることができる。

・上記実施形態では、弁軸４２及び取り付け孔５３をテーパ形状にした例を説明したが、こうした構成を図５及び図６に示すように変更してもよい。なお、図５及び図６に示す例では、ウェイストゲートバルブ４及びアーム５の屈曲部５２の構成が上記実施形態と異なっている。

図５に示す例では、弁軸４２がテーパ形状にされている一方で、取り付け孔５３は円柱状に形成されている。
また、図６に示す例では、弁軸４２が円柱状に形成されている一方で、取り付け孔５３は弁体４１に近い部位ほど縮径したテーパ形状にされている。

こうした構成であっても、ウェイストゲートバルブ４が開弁するときに弁軸４２と取り付け孔５３との間に隙間が生じ、ウェイストゲートバルブ４の傾斜が許容される。したがって、上記（１）と同様の効果を得ることができる。また、図５及び図６に示す例では、取り付け孔５３における弁体４１に最も近接する部位の直径と、弁軸４２における弁体４１と接続された部分の直径との差がウェイストゲートバルブ４を閉弁させる際に、取り付け孔５３の内周面が弁軸４２を案内し、弁体４１がバイパス通路２の出口部６と対向して同出口部６を閉塞できるように設定されている。したがって、こうした構成によっても、バイパス通路２を確実に閉塞することができるようになる。

・上記実施形態において、ウェイストゲートバルブ４が開弁しているときに、バイパス通路２を通過した排気がタービンハウジング１の出口部に向かって流れるようにワッシャ９の傾斜角度θを調節すれば、バイパス通路２を通過した排気がタービンハウジング１に滞留することなく排出されやすくなる。このため、排気の熱がタービンハウジング１に奪われてしまうことを抑制することができ、高温の排気を触媒に供給することができるようになる。したがって、こうした構成によれば、触媒の暖機性を向上させることもできるようになる。

・上記実施形態において、ワッシャ９とアーム５の屈曲部５２との間の隙間に板ばねを設けるようにしてもよい。こうした構成によれば、板ばねの付勢力により屈曲部５２と弁体４１との間の隙間が解消されるため、アーム５に対するウェイストゲートバルブ４のがたつきを抑えることができるようになる。

１…タービンハウジング、２…バイパス通路、３…ウェイストゲートバルブ機構、４…ウェイストゲートバルブ、４１…弁体、４２…弁軸、５…アーム、５１…支軸、５２…屈曲部、５３…取り付け孔、６…出口部、７…挿通孔、８…ブッシュ、９…ワッシャ、１０…壁面、１１…ストッパ、１００…ウェイストゲートバルブ機構、１１０…ウェイストゲートバルブ、１１１…弁体、１１２…弁軸、１２０…アーム、１２１…支軸、１２２…屈曲部、１３０…バイパス通路、１４０…ワッシャ、１５０…タービンハウジング、１５１…支持孔、１６０…ブッシュ、１７０…リンク機構、１８０…アクチュエータロッド。

Claims (1)

1. 過給機のバイパス通路を閉塞する弁体及び同弁体から突出して延びる弁軸を有するウェイストゲートバルブと、
   前記過給機のタービンハウジングに回転可能に挿通される支軸及び同支軸に接続されて同支軸の径方向に延びる屈曲部を有するアームと、を備え、
   前記ウェイストゲートバルブの弁軸が、前記アームの屈曲部に形成された取り付け孔に挿通され、前記弁軸における前記取り付け孔から突出した部分に同取り付け孔の直径よりも直径の大きなワッシャが固定されて前記アームに前記ウェイストゲートバルブが組み付けられているウェイストゲートバルブ機構であって、
   前記取り付け孔の直径は、前記弁軸の直径よりも大きく、
   前記ワッシャは、前記ウェイストゲートバルブが前記バイパス通路を閉塞しているときに前記支軸が挿通している前記タービンハウジングの壁面に近い部位ほど前記屈曲部との隙間が大きくなるように、傾けられた状態で前記ウェイストゲートバルブに固定されている
   ウェイストゲートバルブ機構。