CN104145098A - 可变流量阀机构以及车辆用增压器 - Google Patents

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加藤毅彦
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Abstract

本发明提供可变流量阀机构以及车辆用增压器。在废气门阀(37)中，在阀(57)的阀轴(63)的轴向的垫圈(65)和安装舌片(53)之间设有向阀轴(63)的轴心方向能够伸缩的螺旋弹簧(67)，螺旋弹簧(67)由耐热合金或陶瓷构成，在安装舌片(53)的表面以包围螺旋弹簧(67)的方式由沉孔加工形成有环状的防护壁(69)。

Description

可变流量阀机构以及车辆用增压器
技术领域
本发明涉及对气体流路的开口部进行打开和关闭的可变流量阀机构等，该气体流路的开口部用于使向车辆用增压器的涡轮机叶轮侧供给的排出气体的流量可变。
背景技术
作为防止车辆用增压器的增压压力的过度上升的对策，通常在车辆用增压器的涡轮机壳体的内部形成有旁通通路(气体流路之一)。旁通通路使排出气体的一部分绕过涡轮机叶轮。换言之，旁通通路使向涡轮机叶轮侧供给的排出气体的流量可变。在气体流路、涡轮机壳体的适当位置设有废气门阀(可变流量阀机构之一)。废气门阀对旁通通路的开口部进行打开和关闭。并且，废气门阀的一般的结构等如下。
在贯通形成于涡轮机壳体的外壁上的支撑孔以能够旋转的方式支撑有阀杆，该阀杆的基端部(一端部)向涡轮机壳体的外侧突出。另外，在阀杆的基端部一体地设有连杆部件，该连杆部件通过驱动器的驱动而绕阀杆的轴心向正反方向摆动。
在阀杆的前端部(另一端部)一体地设有安装部件，在该安装部件上贯通形成有安装孔。并且，在安装部件的安装孔以嵌合方式设有阀，允许该阀的相对于安装部件的晃动(移动及摆动)。另外，阀具备与旁通通路的开口部侧的阀座能够抵接或分离的阀主体、以及一体形成于阀主体的中央且与安装部件的安装孔嵌合的阀轴。在此，在车辆用增压器的压缩机叶轮的出口侧的压力达到设定压力之前，阀主体处于与旁通通路的开口部侧的阀座抵接的状态，允许阀相对于安装部件的晃动，由此确保阀主体相对于旁通通路的开口部侧的阀座的随动性(密合性)。并且，在阀轴的前端部一体地设有用于使阀相对于安装部件不能脱离的作为止动件的垫圈。
因此，在车辆用增压器的运转中，若压缩机叶轮的出口侧的压力达到设定压力，则通过驱动器的驱动使连杆部件向正方向(一个方向)摆动，从而使阀杆向正方向旋转，从而使阀向正方向摆动而使阀主体从旁通通路的开口部侧的阀座分离。由此，利用废气门阀打开旁通通路的开口部，使排出气体的一部分绕过涡轮机叶轮，从而能够减少向涡轮机叶轮侧供给的排出气体的流量。
另外，若压缩机叶轮的出口侧的压力未满设定压力，则通过驱动器的驱动使连杆部件向反方向(另一方向)摆动，从而使阀杆向反方向旋转，使阀向反方向摆动而使阀主体与旁通通路的开口部侧的阀座抵接。由此，利用废气门阀关闭旁通通路的开口部，从而能够使废气门阀恢复到原来的状态。
此外，作为与本发明相关的现有技术有专利文献1及专利文献2所示的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－236088号公报
专利文献2：日本特开2008－101589号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，如上所述，由于允许阀相对于安装部件的晃动，因此在压缩机叶轮的出口侧的压力达到设定压力之前，尽管确保阀主体相对于旁通通路的开口部侧的阀座的随动性，但如果压缩机叶轮的出口侧的压力达到设定压力而由废气门阀打开旁通通路的开口部，则阀因来自发动机的排出气体的脉动压力、发动机的振动等而振动。因此，阀及垫圈与安装部件碰撞，产生所谓震颤音，存在难以将行驶中的车辆的静音性确保到高水平的问题。
此外，阀的振动引起的问题不仅发生在设置于涡轮机壳体上的废气门阀，而且在增压器中所使用的其他可变流量阀机构中也同样发生。
因此，本发明的目的在于提供一种能够解决上述问题的、具有新的结构的可变流量阀机构等。
用于解决课题的方案
本发明的第一方案的主旨是一种可变流量阀机构，其用于增压器，该增压器在涡轮机壳体的内部或者在以与上述涡轮机壳体连通的状态连接的连接体的内部形成有用于使向涡轮机叶轮侧供给的排出气体的流量可变的气体流路，上述可变流量阀机构对上述气体流路的开口部进行打开和关闭，其特征在于，具备：阀杆，其以能够旋转的方式支撑在贯通形成于上述涡轮机壳体或上述连接体的外壁上的支撑孔中，基端部(一端部)向上述涡轮机壳体或上述连接体的外侧突出；连杆部件，其一体地设置在上述阀杆的基端部，通过驱动器的驱动而绕上述阀杆的轴心向正反方向摆动；安装部件，其一体地设置在上述阀杆上，且贯通形成有安装孔；阀，其以与上述安装部件的上述安装孔嵌合的方式设置，允许该阀相对于上述安装部件的晃动(移动以及摆动)，上述阀具备与气体流路的开口部侧的阀座能够抵接或分离的阀主体、以及一体形成于上述阀主体的中央且与上述安装部件的上述安装孔嵌合的阀轴；止动件，其一体地设置于上述阀轴的前端部，且用于使上述阀相对于上述安装部件不能脱离；以及螺旋弹簧，其设置在上述阀轴上的上述止动件和上述安装部件之间、以及上述阀轴上的上述安装部件和上述阀主体之间的至少任一个之间，且向上述阀轴的轴心方向能够伸缩，在上述止动件、上述安装部件、以及上述阀主体中的至少任一个上以包围上述螺旋弹簧的方式形成有防护壁(保护壁)。
在此，在本申请的说明书以及权利要求范围内，“气体流路”是包含用于使排出气体的一部分绕过涡轮机叶轮的旁通通路的意思，“可变流量阀机构”是包含对旁通通路的开口部进行打开和关闭的废气门阀的意思。另外，“以与涡轮机壳体连通的状态连接的连接体”是包含以与涡轮机壳体的气体导入口或气体排出口连通的状态连接的配管、歧管、外壳等的意思。
本发明的第二方案的主旨是一种车辆用增压器，利用来自发动机的排出气体的能量对供给到上述发动机的空气进行增压，其特征在于，具备第一方案所述的可变流量阀机构。
本发明的效果如下。
根据本发明，提高上述螺旋弹簧的耐弹力减弱性的同时，能够充分降低在上述气体流路的开口部打开的状态下的上述阀的振动，因此不产生震颤音或使其极小，从而能够将行驶中的车辆的静音性确保到高水平。
附图说明
图1(a)是本发明的实施方式的废气门阀的俯视图，图1(b)是沿图1(a)的IB-IB线的剖视图。
图2是沿图3的II-II线的剖视图。
图3是本发明的实施方式的车辆用增压器的一部分的主视图。
图4是本发明的实施方式的车辆用增压器的正剖视图。
图5(a)是本发明的实施方式的变形例1的废气门阀的剖视图，图5(b)是本发明的实施方式的变形例2的废气门阀的剖视图。
图6是本发明的实施方式的变形例3的废气门阀的剖视图。
具体实施方式
参照图1至图4对本发明的实施方式进行了说明。此外，如附图所示，“L”表示左方向，“R”表示右方向。
如图4所示，本实施方式的车辆用增压器1利用来自发动机(省略图示)排出气体的能量对供给到向发动机的空气进行增压(压缩)。并且，车辆用增压器1的具体的结构等如下。
车辆用增压器1具备轴承壳体3，在轴承壳体3内设有一对径向轴承5以及一对推力轴承7。另外，在多个轴承5、7上以能够旋转的方式设有向左右方向延伸的转子轴(涡轮轴)9，换言之，在轴承壳体3中经由多个轴承5、7以能够旋转的方式设有转子轴9。
在轴承壳体3的右侧设有压缩机壳体11。另外，在压缩机壳体11内，以能够旋转的方式设有利用离心力对空气进行压缩的压缩机叶轮13，该压缩机叶轮13在转子轴9的右端部(一端部)在同心上一体地连结。
在压缩机壳体11的压缩机叶轮13的入口侧(压缩机壳体11的右侧)形成有用于导入空气的空气导入口(空气导入通路)15，该空气导入口15能够与净化空气的空气过滤器(省略图示)连接。另外，在轴承壳体3和压缩机壳体11之间的压缩机叶轮13的出口侧形成有使压缩后的空气升压的环状的扩压流路17。并且，在压缩机壳体11的内部以包围压缩机叶轮13的方式形成有涡旋状的压缩机涡旋流路19，该压缩机涡旋流路19与扩压流路17连通。并且，在压缩机壳体11的外壁的适当位置形成有用于排出压缩后的空气的空气排出口(空气排出通路)21，该空气排出口21与压缩机涡旋流路19连通，能够与发动机的进气歧管(省略图示)连接。
在轴承壳体3的左侧设有涡轮机壳体23。另外，在涡轮机壳体23内以能够旋转的方式设有涡轮机叶轮25，该涡轮机叶轮25利用排出气体的压力能产生旋转力(转矩)，该涡轮机叶轮25在转子轴9的左端部(另一端部)在同心上一体地连结。
如图2至图4所示，在涡轮机壳体23的外壁的适当位置形成有用于导入排出气体的气体导入口(气体导入通路)27，该气体导入口27能够与发动机的排气歧管(省略图示)连接。另外，在涡轮机壳体23的内部的涡轮机叶轮25的入口侧形成有涡旋状的涡轮机涡旋流路29，该涡轮机涡旋流路29与气体导入口27连通。并且，在涡轮机壳体23的涡轮机叶轮25的出口侧(涡轮机壳体23的左侧)形成有用于将排出气体排出的气体排出口(气体排出通路)31，该气体排出口31与涡轮机涡旋流路29连通。并且，在涡轮机壳体23的气体排出口31的径向外侧形成有用于将排出气体排出的气体排出口(气体排出通路)33，气体排出口31以及气体排出口33经由连接管(省略图示)能够与净化排出气体的催化剂(省略图示)连接。此外，气体排出口31以及气体排出口33相当于涡轮机壳体23的出口。
在涡轮机壳体23的内部形成有旁通通路(气体流路之一)35，该旁通通路35用于使从气体导入口27导入的排出气体的一部分绕过涡轮机叶轮25而向气体排出口33侧导出，换言之，使向涡轮机叶轮25侧供给的排出气体的流量可变。另外，在涡轮机壳体23的适当位置设有对旁通通路35的开口部进行打开和关闭的废气门阀(可变流量阀机构之一)37。并且，作为本实施方式的主要部分的废气门阀37的具体的结构如下。
如图1(a)(b)以及图2所示，在贯通涡轮机壳体23而形成的支撑孔39上经由衬套43以能够旋转的方式支撑有阀杆(旋转轴)41，该阀杆41的基端部向涡轮机壳体23的外侧突出。另外，在阀杆41的基端部通过焊接等一体地设有连杆部件(连杆板)45，该连杆部件45通过驱动器47的驱动而绕阀杆41的轴心向正反方向摆动。在此，驱动器47例如如日本特开平10－103069号公报、日本特开2008－25442号公报等所示，由内装隔膜(省略图示)的公知结构构成，若压缩机叶轮13的出口侧的压力达到设定压力，则使连杆部件45向正方向(一个方向)摆动，并且若压缩机叶轮13的出口侧的压力未满设定压力，则连杆部件45向反方向(另一方向)摆动。
在阀杆41上通过焊接等一体地设有安装部件(安装板)49，该安装部件49位于涡轮机壳体23内。另外，安装部件49具备一体地安装在阀杆41上的安装套筒51、以及一体地设置在安装套筒51上的安装舌片53，在安装舌片53上贯通形成有安装孔55。
在安装舌片53(安装部件49)的安装孔55以嵌合方式设有阀57，允许该阀57相对于安装部件49的晃动(移动及摆动)。另外，阀57具备能够与旁通通路35的开口部侧的阀座59抵接或分离的阀主体61、以及一体形成于阀主体61的中央且与安装部件49的安装孔55嵌合的阀轴63。在此，在压缩机叶轮13的出口侧的压力达到设定压力之前，阀主体61处于与旁通通路35的开口部侧的阀座59抵接的状态，允许阀57相对于安装部件49的晃动，由此确保阀主体61相对于旁通通路35的开口部侧的阀座59的随动性(密合性)。并且，在阀轴63的前端部通过铆接或焊接等一体地设有用于使阀57相对于安装部件49不能脱离的环状的作为止动件的垫圈65。
在阀轴63的轴向的垫圈65和安装舌片53之间设有向阀轴63的轴心方向能够伸缩的螺旋弹簧67，该螺旋弹簧67由Ni基超合金、Ni－Co系超合金等耐热合金或氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)等陶瓷构成。另外，在安装舌片53的表面(在图1(b)为下侧面)以包围螺旋弹簧67的方式由沉孔加工形成有环状的防护壁(保护壁)69。
接着，对本实施方式的作用及效果进行说明。
从气体导入口27导入的排出气体经由涡轮机涡旋流路29从涡轮机叶轮25的入口侧向出口侧流通，由此利用排出气体的压力能产生旋转力(转矩)，从而能够使转子轴9及压缩机叶轮13与涡轮机叶轮25一体地旋转。由此，能够压缩从空气导入口15导入的空气并经由扩压流路17及压缩机涡旋流路19从空气排出口21排出，从而能够对供给到发动机的空气进行增压。
在车辆用增压器1的运转中，若压缩机叶轮13的出口侧的压力达到设定压力，则通过驱动器47的驱动使连杆部件45向正方向(一个方向)摆动，使阀杆41向正方向旋转，从而使阀57向正方向摆动，使阀主体61从旁通通路35的开口部侧的阀座59离开。由此，能够利用废气门阀37打开旁通通路35的开口部，使从气体导入口27导入的排出气体的一部分绕过涡轮机叶轮25，减少向涡轮机叶轮25侧供给的排出气体的流量。
另外，在打开了旁通通路35的开口部之后，若压缩机叶轮13的出口侧的压力未满设定压力，则通过驱动器47的驱动使连杆部件45向反方向(另一方向)摆动，使阀杆41向反方向旋转，从而使阀57向反方向摆动，使阀主体61与旁通通路35的开口部侧的阀座59抵接。由此，能够利用废气门阀37关闭旁通通路35的开口部，使废气门阀37恢复到原来的状态。
在此，在阀轴63的轴向的垫圈65和安装舌片之间设有向阀轴63的轴心方向能够伸缩的螺旋弹簧67。因此，发挥由螺旋弹簧67得到的衰减作用，能够充分降低在旁通通路35的开口部打开的状态下的阀57的振动。
另外，在安装舌片53的表面以包围螺旋弹簧67的方式由沉孔加工形成有环状的防护壁69，因此在确保螺旋弹簧67的设置空间的基础上，在车辆用增压器的运转中，能够抑制螺旋弹簧67直接暴露于燃烧气体中，提高螺旋弹簧67的耐弹力减弱性(即、针对弹性劣化的耐受性)。
因此，根据本实施方式，由于能够提高螺旋弹簧67的耐弹力减弱性的同时，能够充分降低在打开旁通通路35的开口部的状态下的阀57的振动，能够不产生震颤音或者使其极小，从而能够将行驶中的车辆的静音性确保到高水平。
参照图5(a)(b)及图6对本实施方式的变形例进行说明。
如图5(a)所示，在本实施方式的变形例1的废气门阀37A中，代替在安装舌片53的表面(在图5(a)中为上侧面)形成环状的防护壁69(参照图1(b))，而在垫圈65的背面(在图5(a)中为下侧面)以包围螺旋弹簧67的方式形成有环状的防护壁71。
如图5(b)及图6所示，在本实施方式的变形例2、3的废气门阀37B、37C中，代替在阀轴63的轴向的垫圈65和安装舌片53之间设有螺旋弹簧67(参照图1(b))，而在阀轴63的安装舌片53和阀主体61之间设置在阀轴63的轴心方向上能够伸缩的螺旋弹簧73，该螺旋弹簧73由Ni基超合金、Ni－Co系超合金等耐热合金或氮化硅(Si3N4)、碳化硅(SiC)等陶瓷构成。
如图5(b)所示，在本实施方式的变形例2的废气门阀37B中，代替在安装舌片53的表面(在图5(b)中为上侧面)形成环状的防护壁69(参照图1(b))，而在安装舌片53的背面(在图5(b)中为下侧面)以包围螺旋弹簧73的方式由沉孔加工形成环状的防护壁75。
如图6所示，在本实施方式的变形例3的废气门阀37C中，代替在安装舌片53的表面(在图6中为上侧面)形成环状的防护壁69(参照图1(b))，而在阀主体61的表面(在图6中为上侧面)以包围螺旋弹簧73的方式由沉孔加工形成环状的防护壁77。
此外，在代替本实施方式的废气门阀37而使用了变形例1～3的废气门阀37A～37C的情况下，也起到与上述相同的作用及效果。另外，也可以在本实施方式的废气门阀37及其变形例1的废气门阀37A上追加变形例2、3的废气门阀37B、37C的螺旋弹簧73，或者追加变形例2的废气门阀37B的防护壁75或变形例3的废气门阀37C的防护壁77。
本发明并不限于上述的实施方式及其变形例的说明，例如，代替在涡轮机壳体23的适当位置设有对旁通通路35进行打开和关闭的废气门阀37，而在以与涡轮机壳体23的气体导入口27连通的状态连接的排气歧管(省略图示)的适当位置设置对形成于排气歧管的旁通通路(省略图示)的开口部进行打开和关闭的废气门阀(省略图示)等，进行这样的其他、适当的变更，能够以各种方式实施。
本发明所包含的权利范围并不限定于这些实施方式。即、本申请的可变流量阀机构并不限定于上述的废气门阀37等，也能够适用于例如日本实开昭61-33923号公报及日本特开2001－263078号公报等所示那样，相对于在涡轮机壳体(省略图示)内形成的多个涡轮机涡旋流路(省略图示)中的任一个涡轮机涡旋流路来切换排出气体的供给状态和供给停止状态的切换阀机构(省略图示)。另外，本申请的可变流量阀机构也能够适用于例如日本特开2010－209688号公报、日本特开2011－106358号公报等所示那样，相对于多级涡轮机壳体(省略图示)中的任一级涡轮机壳体来切换排出气体的供给状态和供给停止状态的切换阀机构(省略图示)。因此，本申请的可变流量阀机构也可以根据使用该可变流量阀机构的装置来用于增加向涡轮机叶轮侧供给的排出气体的流量。另外，本申请的可变流量阀机构的驱动器并不限定于使用了隔膜的上述驱动器47，也可以是使用了马达的电动驱动器、液压驱动的驱动器等。
产业上的可利用性
根据本发明，能够充分降低在气体流路的开口部打开了的状态下的阀的振动，因此能够防止震颤音的产生或降低震颤音。因此，能够提供可提高行驶中的车辆的静音性的可变流量阀机构以及增压器。

Claims (4)

1.一种可变流量阀机构，其用于增压器，该增压器在涡轮机壳体的内部或者在以与上述涡轮机壳体连通的状态连接的连接体的内部形成有用于使向涡轮机叶轮侧供给的排出气体的流量可变的气体流路，上述可变流量阀机构对上述气体流路的开口部进行打开和关闭，其特征在于，具备：
阀杆，其以能够旋转的方式支撑在贯通形成于上述涡轮机壳体或上述连接体的外壁上的支撑孔中，基端部向上述涡轮机壳体或上述连接体的外侧突出；
连杆部件，其一体地设置在上述阀杆的基端部，通过驱动器的驱动而绕上述阀杆的轴心向正反方向摆动；
安装部件，其一体地设置在上述阀杆上，且贯通形成有安装孔；
阀，其以与上述安装部件的上述安装孔嵌合的方式设置，允许该阀相对于上述安装部件的晃动，上述阀具备与气体流路的开口部侧的阀座能够抵接或分离的阀主体、以及一体形成于上述阀主体的中央且与上述安装部件的上述安装孔嵌合的阀轴；
止动件，其一体地设置于上述阀轴的前端部，且用于使上述阀相对于上述安装部件不能脱离；以及
螺旋弹簧，其设置在上述阀轴上的上述止动件和上述安装部件之间、以及上述阀轴上的上述安装部件和上述阀主体之间的至少任一个之间，且向上述阀轴的轴心方向能够伸缩，
在上述止动件、上述安装部件、以及上述阀主体中的至少任一个上以包围上述螺旋弹簧的方式形成有防护壁。
2.根据权利要求1所述的可变流量阀机构，其特征在于，
上述螺旋弹簧由耐热合金或陶瓷构成。
3.根据权利要求1或2所述的可变流量阀机构，其特征在于，
上述气体流路是用于使排出气体的一部分绕过上述涡轮机叶轮的旁通通路。
4.一种车辆用增压器，利用来自发动机的排出气体的能量对供给到上述发动机的空气进行增压，其特征在于，
具备权利要求1～3任一项中所述的可变流量阀机构。
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