CN104169540A - 阀 - Google Patents

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Abstract

一种阀，该阀被设置在内燃机的排气流路的中途并释放排气，具有：阀座，向所述排气流路开口；阀体，具有与所述阀座相接并对所述开口闭阀的圆锥面或球面；移动机构，使所述阀体向与所述开口交叉的方向移动；施力机构，向与所述开口交叉的方向对所述阀体施力，所述施力机构利用所述移动机构控制向抑制所述阀体振动方向的施力，所述阀体的振动是由通过所述内燃机的转速和气缸数决定的排气脉动频率的振动产生的。

Description

阀
技术领域
本发明涉及被设置在内燃机的排气流路的中途并切换排气路径的阀。
本申请基于2012年2月28日在日本提出的特愿2012-041382号主张优先权，并将其内容援引于此。
背景技术
以往公知的是，作为车辆用四冲程发动机等的发动机，具有利用被排气驱动的排气涡轮的涡轮增压器。
在具有该排气涡轮增压器的发动机的排气系统中设置有排气闸阀(阀)。排气闸阀从向排气涡轮供给发动机排气的通路，使一部分旁通并进行导向排气出口通路的排气旁通流路的开闭。排气闸阀是在排气的流量大时，即，在发动机的转速高时进行开阀。通过排气闸阀的开阀，使朝向排气涡轮流动的排气的一部分旁通。由此，限制向排气涡轮供给过剩的排气，将增压量(发动机输出)抑制在合理的范围。
图6A及图6B表示搭载了以往的阀的排气涡轮增压器的排气涡轮。图6A是关键部位的主视图，图6B是关键部位的剖视图。
在图6A及图6B中，1表示排气涡轮的涡轮外壳，2表示设置在涡轮外壳1的内部的涡轮，3表示排气闸阀。排气闸阀3对设置在排气流路4的上游侧的开口5进行开闭。通过排气闸阀3的开阀，使排气流路4和排气出口通路6连通。由此，从发动机(省略图示)通过排气流路4被供给到涡轮2的排气流入排气出口通路6，从涡轮2旁通。
排气闸阀3具有阀体7、臂8和驱动部9。阀体7对开口5进行开闭。在闭阀时，阀体7以环绕开口5的周围的方式与阀座5a紧密接触。臂8支承阀体7。驱动部9使臂8以支点P转动而使阀体7向与开口5交叉的方向移动。
省略驱动部9的具体结构。驱动部9作为未图示的驱动源使用促动器等。驱动部9是在发动机主体为规定转速以下(例如，3000rpm～round/min＝转/分)时经由臂8使阀体7闭阀。驱动部9是在发动机主体为规定转速以上时借助臂8使阀体7开阀(例如，参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009-236088号公报
发明内容
发明要解决的问题
近年来，发动机的小型化进一步发展。具体来说，气缸数更少的发动机的采用和在低输出时使一部分的气缸停止的运用的技术。由此，发动机的低转速时的振动处于增加的倾向。上述阀的阀体7与阀座5a的开口5紧密接触，并且阀体7的形状是大致圆板状，从而阀体7和阀座5a的接触面积大。由此，关于该振动增加的倾向，在上述阀中，存在对于由发动机主体的转速和气缸数决定的排气脉动以外的振动容易发生共振的问题。
这样的阀体7的振动尤其容易在发动机主体的转速低的闭阀时发生。阀体7的振动成为该闭阀时的伴随与阀座5a的接触而产生磨损、破损、噪音的原因。由此，存在有损阀体7的耐久性的问题。
解决问题的方案
本发明的目的是提供能够提高阀体的耐久性的阀。
根据本发明的第一方式，阀是被设置在内燃机的排气流路的中途并释放排气的阀，具有：阀座，向所述排气流路开口；阀体，具有与所述阀座相接并对所述开口闭阀的圆锥面或球面；移动机构，使所述阀体向与所述开口交叉的方向移动；施力机构，向与所述开口交叉的方向对所述阀体施力，所述施力机构利用所述移动机构控制向抑制所述阀体振动方向的施力，所述阀体的振动是由通过所述内燃机的转速和气缸数决定的排气脉动频率的振动产生的。
根据上述阀，阀座向排气流路开口，具有圆锥面或球面的阀体与阀座相接并对开口闭阀。移动机构使阀体向与开口交叉的方向移动。施力机构向与开口交叉的方向对阀体施力。设定施力，以控制成抑制由内燃机的转速和气缸数决定的排气脉动频率的振动产生的阀体振动的方向。由此，在内燃机的旋转过程中，能够抑制因排气脉动频率的振动而产生阀体共振。因此，能够提高阀体的耐久性。
在上述阀中，所述移动机构也可以根据由所述内燃机的转速变化产生的排气脉动频率控制所述施力机构的施力。
根据上述阀，根据由内燃机的转速变化产生的排气脉动的频率改变施力机构的施力。由此，能够在宽的转速范围内抑制阀体的共振。因此，能够提高阀体及该阀体所接触的阀座的耐久性。
在上述阀中，所述排气流路也可以通过与所述内燃机的气缸数相应的排气路径合流成一个排气流路。所述阀座也可以被设置在合流之后的所述一个排气流路的中途。所述施力机构也可以是向闭阀方向对所述阀体施力的弹簧部件，并设定抑制所述阀体振动的弹簧常数，所述阀体的振动是由在所述阀体与所述阀座紧密接触的闭阀时的通过所述内燃机的转速和气缸数决定的排气脉动频率的振动产生的。所述移动机构也可以在所述内燃机的转速比规定转速更低时使所述阀体向抑制施加于所述阀体的由排气脉动频率的振动产生的所述阀体的振动的方向移动。
根据上述阀，排气流路通过与内燃机的气缸数相应的排气路径合流成一个排气流路。在合流之后的一个排气流路的中途设置阀座。通过向闭阀方向对阀体施力的弹簧部件构成施力机构，并且该弹簧常数被设定成抑制阀体与阀座紧密接触的闭阀时的由内燃机的规定转速和气缸数决定的排气脉动频率的振动所产生的阀体振动。内燃机的转速比规定转速更低时，移动机构使阀体向抑制施加于阀体的由排气脉动频率的振动产生的阀体振动的方向移动。由此，能够进一步抑制阀体的共振。因此，能够提高阀体的耐久性。
发明的效果
根据上述阀，能够使阀对流路的封闭变得可靠，并且能够提高阀体及阀座的耐久性。
附图说明
图1是搭载了本发明的第一实施方式的阀的发动机的给排气系统的说明图。
图2A是搭载了本发明的第一实施方式的阀的排气涡轮增压器的排气涡轮的关键部位的主视图。
图2B是搭载了本发明的第一实施方式的阀的排气涡轮增压器的排气涡轮的关键部位的剖视图。
图3A是表示能够作为本发明的第一实施方式的阀的施力机构使用的弹簧部件的一例的关键部位的说明图。
图3B是表示能够作为本发明的第一实施方式的阀的施力机构使用的弹簧部件的其他例的关键部位的说明图。
图3C是表示排气脉动频率和阀体的固有频率之间的关系的图线。
图4A是表示四气缸四冲程发动机的情况下的发动机转速和阀体的关系的比较的图线。
图4B是表示两气缸四冲程发动机的情况下的发动机转速和阀体的关系的比较的图线。
图5A是表示本发明的第一实施方式的阀的阀座的变形例的关键部位的剖视图。
图5B是表示本发明的第一实施方式的阀的阀体的变形例的关键部位的剖视图。
图6A是搭载了以往的阀的排气涡轮增压器的排气涡轮的关键部位的主视图。
图6B是搭载了以往的阀的排气涡轮增压器的排气涡轮的关键部位的剖视图。
具体实施方式
关于本发明的第一实施方式的阀，参照附图进行说明。此外，以下所示的实施方式是本发明的阀的优选具体例。还有附加了技术上优选的各种限定的情况，但只要不是特别限定本发明的记载，本发明的技术范围就不被这些方式限定。以下所示的实施方式中的构成要素能够适当地置换成已有的构成要素等。而且，能够进行包含与其他已有的构成要素的组合在内的各种变化。因此，以下所示的实施方式的记载并不限定权利要求书记载的发明内容。
图1是搭载了本发明的第一实施方式的阀的发动机的给排气系统的说明图。图2A及图2B表示搭载了本实施方式的阀的排气涡轮增压器的排气涡轮的一例。图2A是排气涡轮的主要部位的主视图，图2B是关键部位的剖视图。图3A、图3B及图3C表示阀的施力机构和弹簧常数的关系。图3A是表示弹簧部件的一例的关键部位的说明图。图3B是表示弹簧部件的其他例的关键部位的说明图。图3C是表示排气脉动频率和阀体的固有频率之间的关系的图线。图4A及图4B表示发动机转速、阀体和气缸数的关系的比较。图4A是四气缸四冲程发动机的情况下的比较图线，图4B是两气缸四冲程发动机的情况下的比较图线。图5A及图5B表示本实施方式的变形例。图5A是表示阀座的变形例的关键部位的剖视图，图5B是表示阀体的变形例的关键部位的剖视图。
在图1中，在发动机10的发动机主体11上连接有进气歧管12和排气歧管13。进气歧管12将进气分配给各气缸。排气歧管13使来自各气缸的排气合流。
在所述进气歧管12上设置有涡轮增压器20的压缩机21。压缩机21通过同轴地连结的排气涡轮22被驱动。在所述进气歧管12和压缩机21之间的进气路径14上设置有中冷器15。中冷器15对于被所述压缩机21压缩而温度上升的吸入空气和大气进行热交换。在所述进气路径14的比所述中冷器15更靠下游侧设置有槽阀16。槽阀16调整在所述进气路径14内流通的吸入空气的流量来调整所述发动机10的输出。
在供通过所述排气歧管13合流的排气流动的排气流路17的下游侧设置有所述排气涡轮22。该排气涡轮22通过从所述发动机10排出并从所述排气流路17被供给的排气被驱动。在所述排气流路17上设置有旁通流路18。旁通流路18直接连接所述排气涡轮22的排气入口侧和排气出口侧而使所述排气涡轮22旁通(迂回)。通过排气闸阀30相对于排气流路17开闭旁通流路18。
根据所述结构，来自所述发动机主体11的排气通过所述排气歧管13集合，并通过所述排气流路17被送入所述涡轮增压器20的排气涡轮22。通过该排气涡轮22将排气转换成运动(旋转)能量。
通过该排气涡轮22的驱动使压缩机21旋转，对供气加压。被加压的供气经由进气路径14、中冷器15、供气管58从进气歧管12被供给到发动机主体11。
这里，打开排气闸阀30使旁通流路18与排气流路17连通。该情况下，来自发动机主体11的排气在旁通流路18中流动并旁通(迂回)排气涡轮22。由此，能够防止涡轮增压器20的过旋转。
所述排气闸阀30的开闭是通过例如压缩机21的出口压被控制的。即，被检测的出口压成为预先设定的阈值以上时，打开排气闸阀30，另外，成为预先设定的阈值以下时，关闭排气闸阀30。通过这样的控制，通过旁通排气涡轮22地排出排气，能够防止涡轮增压器20的过旋转。此外，能够将涡轮增压器20的转速、发动机10的转速、排气的压力、流量等大致与涡轮增压器的旋转连动而进行变化的各种的测定值用于所述排气闸阀30的开闭控制。
如图2A及图2B所示，所述排气涡轮22被设置在涡轮外壳23上。涡轮外壳23形成了排气流路17的一部分。在涡轮外壳23的上游侧设置有具有与旁通流路18连通的开口19的阀座19a。
所述排气闸阀30具有阀体31、臂32和驱动部33。阀体31开闭所述开口19。阀体31在闭阀时与所述阀座19a的开口19的周缘部紧密接触。臂32支承阀体31。驱动部33使臂32转动而使所述阀体31向与开口19交叉的方向移动。所述阀体31相对于臂32能够沿其转动的切线方向移动地被支承。而且，阀体31相对于臂32，通过压缩盘簧34朝向阀座19a被施力。
所述阀体31采用了朝向所述排气流路17尖细地形成的大致圆锥形状的结构。阀体31的外周与开口19的内周抵接(理想的是线接触)，由此，关闭开口19。阀体31从开口19远离，由此打开开口19。
省略所述驱动部33的具体结构。驱动部33使用通过磁力、空气压等进行旋转动作的公知的回转促动器。驱动部33以支点P为中心使臂32转动。所述驱动部33与臂32协作地作为移动机构发挥功能。具体来说，驱动部33是在发动机主体为规定转速以下(例如，3000rpm)时使臂32转动而使阀体31闭阀。另外，驱动部33是在发动机主体为规定转速以上时使臂32转动而使阀体31开阀。
如图3A所示，所述盘簧34是在所述阀体31为闭阀状态下以与阀座19a相接的状态成为压缩状态而使阀体31与阀座19a紧密接触。此外，作为施力机构，如图3B所示，也可以将所述臂32自身作成板簧35，以便从旁通流路18朝向排气流路17对所述阀体31施力。或者，也可以在所述臂32的前端设置板簧35而使该板簧35支承阀体31。
此时，这些盘簧34和板簧35的弹簧常数被设定成抑制因排气脉动频率的振动产生的所述阀体31的振动的弹簧常数。排气脉动频率是通过所述阀体31与阀座19a紧密接触的闭阀时的所述发动机主体11的规定转速和气缸数(在图1中，四气缸)决定的。具体来说，如图3C所示，所述阀体31的固有频率比排气脉动频率低(图3C的√2以上的区域)，由此能够抑制阀体31的振动。
在上述结构中，更具体的情况如下所述。如图4A所示，所述发动机主体11是四气缸四冲程发动机的情况下，该发动机转速为1000[rpm]的情况下的排气脉动频率是
1000[rpm]/60×4[气缸]/2＝33[Hz]。
此外，由于四冲程的爆燃是每两冲程一次，所以除以2。将该发动机转速(1000[rpm])以上假定为常用转速的情况下的阀体31的固有振动值优选为
33[Hz]/√2＝23[Hz]以下。
由此，能够使阀固有值比常用转速区域或阀开状态时的所述发动机主体11的转速区域的排气脉动频率充分地小。由此，能够抑制由所述阀体31的排气脉动的频率产生的固有的振动。
同样地，如图4B所示，所述发动机主体11是两气缸四冲程发动机的情况下，该发动机转速为1000[rpm]的情况下的排气脉动频率是
1000[rpm]/60/min×2[气缸]/2＝17[Hz]。
将该发动机转速(1000[rpm])以上假定为常用转速的情况下的所述阀体31的固有振动值优选为
17[Hz]/√2＝12[Hz]以下。
此外，如图3B所示地使用板簧35的情况下，通过该板簧35的挠曲使阀体31进行圆弧运动。由此，存在阀体31相对于阀座19a倾斜的可能性。
因此，如图5A所示，阀座19a的形状也可以采用使其周缘部(角部)朝向旁通流路18扩开的截面锥形。另外，阀体31的形状也可以如图5B所示地采用朝向排气流路17尖细地形成的大致半球面形状。
所述发动机主体11进行每分0～1万几千[rpm]的旋转。所述阀体31是在其转速为规定转速以下(例如，3000[rpm])时对开口19闭阀。因此，所述阀体31在0～规定转速的宽范围内受到排气振动。尤其，其转速越小，由排气产生的振动越大。
因此，利用驱动所述阀体31的驱动部33，与其发动机转速对应地使阀体31的固有频率变化。由此，能够更可靠地抑制因排气脉动频率的振动发生共振。
例如，在所述阀体31关闭开口19的闭阀状态下，发动机主体11也在低转速区域中工作。此时，所述阀体31的固有频率小(弹簧常数小)时，不能应对排气的静压。由此，使用电磁弹簧等使弹簧常数增大而使驱动部33的促动器工作，将阀体31进一步向闭阀方向压抵等，通过这样的方法，所述阀体31能够确保闭阀状态的同时，难以发生共振。此时，例如，以规定转速以下的多个阶段(例如，1000[rpm]单位或500[rpm]单位)设定弹簧常数或压紧力，以表格方式存储于未图示的存储介质。能够利用公知的传感器监视所述发动机主体11的转速，控制驱动部33，以得到与转速的阶段相应地存储在存储介质的弹簧常数、压紧力。
另一方面，在所述阀体31打开开口19的开阀状态下，所述发动机主体11在高转速区域中工作。此时，阀体31的固有频率和排气脉动频率接近时，可能发生共振。由此，通过充分降低阀体31的弹簧常数(降低固有频率)，能够抑制振动。
像这样，根据本实施方式的排气闸阀30，具有圆锥面或球面的阀体31与阀座19a相接并对开口19闭阀。驱动部33使阀体31沿与开口19交叉的方向移动。盘簧34或板簧35沿移动方向对阀体31施力。设定盘簧34或板簧35的施力(具体来说，弹簧常数)，以便控制成能够抑制由发动机主体11的转速和气缸数决定的排气脉动频率的振动产生的阀体31振动的方向。通过这样的结构，能够抑制因发动机主体11进行驱动时的排气脉动频率的振动使阀体31发生共振。因此，能够提高阀体31的耐久性。
也可以根据由发动机主体11的转速变化产生的排气脉动的频率，调整盘簧34或板簧35的施力，由此，根据阀体31的振动频率，改变阀体31的固有频率。
而且，也可以通过与发动机主体11的气缸数相应的排气路径使排气流路17合流成一个排气流路17。也可以在合流之后的一个排气流路17的中途设置阀座19a。也可以构成作为向闭阀方向对阀体31施力的弹簧部件的盘簧34或板簧35，并且设定其弹簧常数，以抑制阀体31与阀座19a紧密接触的闭阀时的由发动机主体11的规定转速和气缸数决定的排气脉动频率的振动产生阀体31的振动。发动机主体11的转速变得比规定次数更低时，驱动部33也可以使阀体31向抑制施加于阀体31的由排气脉动频率的振动产生的阀体31的振动方向移动。根据上述结构，能够进一步抑制阀体31的共振。因此，能够提高阀体31的耐久性。
在本实施方式的阀中，公开了适用于排气闸阀30的结构。但是，当然能够适用于内燃机整体的排气系统。另外，在上述实施方式中，以四气缸四冲程发动机或两气缸四冲程发动机的情况进行了说明。但不限于此，当然能够应对近年来的伴随小型化产生的气缸数的缩小化(两气缸化)等，还能够应对转子发动机，并能够应对由怠速停止产生的临时的驱动气缸数的停止控制等。
工业实用性
根据上述阀，能够使阀对流路的封闭变得可靠，并且能够提高阀体及阀座的耐久性。
附图标记的说明
10 发动机
11 发动机主体(内燃机)
17 排气流路
18 旁通流路
19 开口
19a 阀座
30 排气闸阀(阀)
31 阀体
32 臂(移动机构)
33 驱动部(移动机构)
34 盘簧(施力机构)
35 板簧(施力机构)

Claims (3)

1.一种阀，被设置在内燃机的排气流路的中途并释放排气，其特征在于，具有：
阀座，向所述排气流路开口；
阀体，具有与所述阀座相接并对所述开口闭阀的圆锥面或球面；
移动机构，使所述阀体向与所述开口交叉的方向移动；
施力机构，向与所述开口交叉的方向对所述阀体施力，
所述施力机构利用所述移动机构控制向抑制所述阀体振动的方向施力，所述阀体的振动是由通过所述内燃机的转速和气缸数决定的排气脉动频率的振动产生的。
2.如权利要求1所述的阀，其特征在于，
所述移动机构根据由所述内燃机的转速变化产生的排气脉动频率控制所述施力机构的施力。
3.如权利要求1所述的阀，其特征在于，
所述排气流路通过与所述内燃机的气缸数相应的排气路径而合流成一个排气流路，
所述阀座被设置在合流之后的所述一个排气流路的中途，
所述施力机构是向闭阀方向对所述阀体施力的弹簧部件，并设定抑制所述阀体振动的弹簧常数，所述阀体的振动是由在所述阀体与所述阀座紧密接触的闭阀时的通过所述内燃机的规定转速和气缸数决定的排气脉动频率的振动产生的，
在所述内燃机的转速比规定转速更低时，所述移动机构使所述阀体向抑制施加于所述阀体的由排气脉动频率的振动所产生的所述阀体振动的方向移动。
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