DE112015003961T5

DE112015003961T5 - Variabler Strömungsratenventilmechanismus und Turbolader

Info

Publication number: DE112015003961T5
Application number: DE112015003961.9T
Authority: DE
Inventors: Jaemin HUH; Yutaka UNEURA
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2014-08-29
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2017-05-18
Anticipated expiration: 2035-07-24
Also published as: JP2016050525A; JP6520021B2; CN106536891A; US10215089B2; WO2016031448A1; CN106536891B; DE112015003961B4; US20170122192A1

Abstract

In einem Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate ist ein Ventil in ein Befestigungsloch eines Befestigungselementes eingesetzt. Das Ventil ermöglicht ein Spiel mit dem Befestigungselement und hat einen Ventilkörper, der mit einer Ventilfläche versehen ist. Eine Ventilwelle ist in der Mitte eines Kopfabschnittes des Ventilkörpers einstückig ausgebildet. Ein Stopperelement ist an einem Führungsendabschnitt der Ventilwelle vorgesehen. Eine Blattfeder ist an der Ventilwelle vorgesehen. Die Blattfeder hat einen zurückgefalteten Abschnitt, der durch einen Biegevorgang ausgebildet ist. Ein Einführloch ist in einem Endabschnitt der Blattfeder ausgebildet. Ein Ausschnittabschnitt ist in einem anderen Endabschnitt der Blattfeder ausgebildet. Der eine Endabschnitt der Blattfeder ist an dem Befestigungselement fixiert und der andere Endabschnitt der Blattfeder ist an den Kopfabschnitt des Ventilkörpers gedrückt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen variablen Strömungsratenventilmechanismus (Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate) und dergleichen, der eine Öffnung eines Gaskanals mit variabler Strömungsrate öffnet und schließt, um eine Strömungsrate eines Abgases einzustellen, das zu einer Turbinenradseite in einem Turbolader wie beispielsweise einem Kraftfahrzeugturbolader geliefert wird.
HINTERGRUND DES STANDES DER TECHNIK
In einem Turbinengehäuse eines Fahrzeugturboladers ist ein Bypasskanal, der bewirkt, dass ein Teil eines Abgases ein Turbinenrad umgeht, üblicherweise als eine Gegenmaßnahme ausgebildet zum Unterdrücken eines übermäßigen Ansteigens eines Verstärkungsdrucks durch den Fahrzeugturbolader. Darüber hinaus ist ein Wastegateventil, das so aufgebaut ist, dass es eine Öffnung (eine Öffnung an einer Auslassseite) des Bypasskanals öffnet und schließt, an einer geeigneten Position des Turbinengehäuses vorgesehen. Hierbei ist der Bypasskanal einer von Gaskanälen mit variabler Strömungsrate, der so aufgebaut ist, dass er eine Strömungsrate des Abgases einstellt, das zu der Turbinenradseite geliefert wird, während das Wastegateventil eines von Ventilmechanismen mit variabler Strömungsrate ist, das so aufgebaut ist, dass es die Öffnung des Gaskanals mit variabler Strömungsrate öffnet und schließt. Hierbei ist ein allgemeiner Aufbau und dergleichen des Wastegateventils, das einer der Ventilmechanismen mit variabler Strömungsrate ist, wie folgt.
Ein Stützloch ist in durchdringender Weise in einem Außenwandabschnitt des Turbinengehäuses ausgebildet. Ein Schaft (eine Drehwelle) ist in diesem Stützloch in einer solchen Weise gestützt, dass er in einer Vorwärtsrichtung und Rückwärtsrichtung drehbar ist. Ein Basisendabschnitt (ein Endabschnitt) des Schaftes ragt von dem Außenwandabschnitt des Turbinengehäuses nach außen vor. Ein Basisendabschnitt (ein Endabschnitt) eines Verbindungselementes ist mit dem Basisendabschnitt des Schaftes einstückig verbunden. Das Verbindungselement wird durch einen Aktuator so angetrieben, dass es in der Vorwärtsrichtung und Rückwärtsrichtung um eine Wellenmitte des Schaftes schwenkt.
Ein Basisendabschnitt eines Befestigungselementes ist mit einem Führungsendabschnitt (anderer Endabschnitt) des Schaftes einstückig verbunden. Ein Befestigungsloch ist in einem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes durchdringend ausgebildet. Darüber hinaus sitzt ein Ventil in dem Befestigungsloch des Befestigungselementes. Das Ventil ermöglicht ein Spiel (inklusive einer neigenden und geringfügigen Bewegung) mit dem Befestigungselement. Das Ventil hat: einen Ventilkörper (einen Ventilkörperabschnitt), der mit einer Ventilfläche versehen ist, die dazu in der Lage ist, mit einem Ventilsitz an dem Umfang der Öffnung des Bypasskanals in Kontakt zu gelangen und außer Kontakt zu gelangen; und eine Ventilwelle, die als ein Ventilverbindungselement (ein Ventilverbindungsabschnitt) dient, die an einem Kopfabschnitt (an der entgegengesetzten Seite von der Ventilfläche) des Ventilkörpers einstückig vorgesehen ist und in dem Befestigungsloch des Befestigungselementes eingesetzt ist und mit diesem verbunden ist. Ein Anhalteelement (ein Stopper) zum Verhindern eines Lösens des Ventils von dem Befestigungselement ist an einem Führungsendabschnitt der Ventilwelle einstückig vorgesehen.
Hierbei wird, wenn der Verstärkungsdruck einen voreingestellten Druck erreicht, das Verbindungselement durch den Aktuator so angetrieben, dass es in der Vorwärtsrichtung schwenkt. Somit schwenkt das Ventil in der Vorwärtsrichtung (eine Öffnungsrichtung) durch den Schaft und das Befestigungselement, wodurch die Öffnung des Bypasskanals geöffnet wird. Wenn der Verstärkungsdruck bis unterhalb des voreingestellten Drucks abfällt, nachdem die Öffnung des Bypasskanals geöffnet worden ist, wird das Verbindungselement durch den Aktuator so angetrieben, dass es in der Rückwärtsrichtung schwenkt. Somit schwenkt das Ventil in der Rückwärtsrichtung (eine Schließrichtung) durch den Schaft und dergleichen, wodurch die Öffnung des Bypasskanals geschlossen wird. Indem ein Spiel zwischen dem Befestigungselement und dem Ventil gestattet wird, hat die Ventilfläche des Ventilkörpers ein besseres Einpassvermögen an dem Ventilsitz (einen besseren Kontakt mit dem Ventilsitz) beim Schließen der Öffnung des Bypasskanals, wodurch eine Betriebsstabilität (Zuverlässigkeit) des Wastegateventils sichergestellt wird.
Die in den Patentdokumenten 1 bis 3 offenbarten Technologien repräsentieren den Stand der Technik, der sich auf die vorliegende Erfindung bezieht.
STAND DER TECHNIK
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2013-155687
Patentdokument 2: offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2009-236088
Patentdokument 3: offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2008-101589

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Wie dies vorstehend erwähnt ist, ist es, um die Betriebsstabilität des Wastegateventils sicherzustellen, mitunter erforderlich, dass das Wastegateventil ein Spiel mit dem Befestigungselement gestatten soll. Außerdem ergeben sich Pulsationen des Abgases (Abgaspulsation) von der Verbrennungsmotorseite, Pulsationen von der Aktuatorseite und dergleichen, wenn der Fahrzeugturbolader in Betrieb ist. Aus diesem Grund können, wenn das Ventil das Spiel mit dem Befestigungselement gestattet, diese Pulsationen möglicherweise einen Schwingungskontakt (Kontakt aufgrund von Schwingungen) zwischen dem Ventil und den Ventilsitz in der Nähe des Schaftes verursachen, wenn beispielsweise die Öffnung des Bypasskanals mit dem Öffnen beginnt oder unmittelbar bevor die Öffnung das Schließen vollendet. In diesem Fall ergibt sich ein Problem dahingehend, dass eine Erzeugung eines Klappergeräusches (ein Kontaktgeräusch aufgrund der Schwingungen) von dem Wastegateventil den ruhigen Betrieb des Wastegateventils verschlechtern kann.
Hierbei gibt es, wie dies in Patentdokument 1 gezeigt ist, ein Wastegateventil, das eine Blattfeder hat, die mit einem zurückgefalteten Abschnitt an seiner mittleren Seite versehen ist. Ein Ende der Blattfeder ist durch Schweißen an einem Ventilkörper und dergleichen fixiert, während ein anderes Ende der Blattfeder durch Schweißen an dem Befestigungselement fixiert ist. Demgemäß kann die Anzahl an Verbindungspositionen (Fixierpositionen) durch das Schweißen und dergleichen bei dem Wastegateventil zunehmen. Als eine Folge kann dieser Aufbau die Zusammenbauleistung des Wastegateventils aufgrund von derartigen Gründen beeinflussen, dass eine verlängerte Produktionszeit beim Zusammenbau des Wastegateventils aufgewendet wird.
Das vorstehend erwähnte Problem tritt in gleicher Weise in dem Fall auf, bei dem ein Turbolader wie beispielsweise ein Fahrzeugturbolader mit einem anderen Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate außer dem Wastegateventil ausgestattet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate zu schaffen, der beispielsweise dazu in der Lage ist, den ruhigen Betrieb des Turboladers zu verbessern, indem Klappergeräusch von dem Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate reduziert werden, während ein Einfluss auf das Zusammenbauvermögen (die Zusammenbauleistung) des Ventilmechanismus mit der variablen Strömungsrate unterdrückt wird.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate, der in einem Turbolader angewendet wird, der mit einem Gaskanal mit variabler Strömungsrate versehen ist, um eine Strömungsrate eines Abgases einzustellen, das zu einer Turbinenradseite zu liefern ist, wobei der Gaskanal mit variabler Strömungsrate im Inneren eines Turbinengehäuses oder im Inneren eines Verbindungselementes ausgebildet ist, das mit dem Turbinengehäuse in einem Kommunikationszustand mit dem Turbinengehäuse verbunden ist, wobei der Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate so aufgebaut ist, dass er eine Öffnung des Gaskanals mit variabler Strömungsrate (eine Öffnung an der Auslassseite) öffnet und schließt, wobei der Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate Folgendes aufweist: einen Schaft, der durch entweder das Turbinengehäuse oder einen Außenwandabschnitt des Verbindungsstückes (Verbindungselementes) gestützt ist; ein Verbindungselement mit einem Basisendabschnitt, der mit einem Basisendabschnitt des Schaftes einstückig verbunden ist und so aufgebaut ist, dass es durch einen Aktuator angetrieben wird, um in einer Vorwärtsrichtung und einer Rückwärtsrichtung um eine Wellenmitte des Schaftes geschwenkt zu werden; ein Befestigungselement, das mit dem Schaft einstückig verbunden ist; ein Ventil mit einem Ventilkörper (einen Ventilkörperabschnitt), der an dem Befestigungselement angebracht ist, wobei der Ventilkörper eine Ventilfläche hat, die dazu in der Lage ist, mit einem Ventilsitz an dem Umfang der Öffnung des Gaskanals mit variabler Strömungsrate in Kontakt zu gelangen und außer Kontakt zu gelangen, und einem Ventilverbindungselement (einen Ventilverbindungsabschnitt), das an dem Ventilkörper vorgesehen ist und mit dem Befestigungselement verbunden ist; ein Stopperelement, das an dem Ventilverbindungselement angebracht ist; und eine Blattfeder mit einem zurückgefalteten Abschnitt, der an einer mittleren Seite (eine mittlere Seite zwischen einem Endabschnitt und einem anderen Endabschnitt) vorgesehen ist, einem Ausschnittabschnitt und einem Einführloch, die jeweils an zwei Endabschnitten (der eine Endabschnitt und der andere Endabschnitt) ausgebildet sind und so aufgebaut sind, dass sie ein Einführen des Ventilverbindungselementes ermöglichen, wobei ein Endabschnitt der Blattfeder an einem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes fixiert oder angedrückt ist und ein anderer Endabschnitt der Blattfeder an einem Kopfabschnitt des Ventilkörpers gedrückt ist, oder ansonsten der eine Endabschnitt an dem Stopperelement fixiert oder angedrückt ist und der andere Endabschnitt an dem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes gedrückt ist, und die Blattfeder den Ventilkörper oder das Stopperelement in eine Richtung einer Wellenmitte des Ventilverbindungselementes vorspannt (eine Richtung weg von dem Befestigungselement).
Hierbei soll in der Beschreibung und den Ansprüchen der vorliegenden Erfindung der Ausdruck „Turbolader“ nicht nur einen Einzelstufenturbolader sondern auch einen Mehrstufenturbolader (mit einer Niedrigdruckstufe und einer Hochdruckstufe) umfassen. Der Ausdruck „Verbindungselement, das mit dem Turbinengehäuse in einem Kommunikationszustand mit dem Turbinengehäuse verbunden ist“ soll ein Rohr, einen Krümmer, ein Gehäuse und dergleichen umfassen, die jeweils mit der Gaseinleitöffnung oder der Gasabgabeöffnung des Turbinengehäuses in einem Kommunikationszustand mit dem Turbinengehäuse verbunden sind. Der Ausdruck „Gaskanal mit variabler Strömungsrate“ soll den Bypasskanal umfassen, der beispielsweise bewirkt, dass ein Teil des Abgases das Turbinenrad umgeht. Der Ausdruck „Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate“ soll das Wastegateventil umfassen, das beispielsweise die Öffnung des Bypasskanals öffnet und schließt. Der Ausdruck „vorgesehen“ soll einen Zustand eines direkten Vorsehens und auch einen Zustand eines durch ein anderes Element erfolgendes indirektes Vorsehen oder Ausbilden umfassen. Der Ausdruck „ausgebildet“ soll einen Zustand eines einstückigen Ausbildens umfassen. Der Ausdruck „gestützt“ soll einen Zustand eines direkten Stützens oder Abstützens und auch einen Zustand umfassen, bei dem indirekt durch ein anderes Element gestützt oder abgestützt wird. Der Ausdruck „verbunden“ soll einen Zustand eines direkten Verbindens und auch einen Zustand umfassen, bei dem indirekt durch ein anderes Elements verbunden ist. Der Ausdruck „gedrückt“ bedeutet das Verwirklichen eines Kontaktes in einem Druckaufbringzustand.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, während der Turbolader in Betrieb ist, das Verbindungselement durch den Aktuator angetrieben, um in der Vorwärtsrichtung zu schwenken. Somit schwenkt das Ventil in der Vorwärtsrichtung durch den Schaft und das Befestigungselement, wodurch die Öffnung des Gaskanals mit variabler Strömungsrate geöffnet wird. Als eine Folge kann, wenn der Gaskanal mit variabler Strömungsrate beispielsweise der Bypasskanal ist, die Strömungsrate des Abgases, das zu der Turbinenradseite geliefert wird, reduziert werden.
Außerdem wird, nachdem die Öffnung des Gaskanals mit variabler Strömungsrate geöffnet worden ist, das Verbindungselement durch den Aktuator angetrieben, um in der Rückwärtsrichtung zu schwenken. Somit schwenkt das Ventil in der Rückwärtsrichtung durch den Schaft und das Befestigungselement, wodurch die Öffnung des Gaskanals mit variabler Strömungsrate geschlossen wird. Als eine Folge kann, wenn der Gaskanal mit variabler Strömungsrate der Bypasskanal beispielsweise ist, die Strömungsrate des Abgases, das zu der Turbinenradseite zu liefern ist, erhöht werden (gewöhnlicher Betrieb des Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate).
Die Blattfeder spannt den Ventilkörper oder das Anhalteelement (Stopper) in der Richtung der Wellenmitte des Ventilverbindungselementes vor. Somit wird eine freie Bewegung (inklusive einem freien Neigen und Schwenken) des Ventils relativ zu dem Befestigungselement eingeschränkt, während das Ventil ein Spiel mit dem Befestigungselement erlaubt. Als eine Folge ist es, wenn der Turbolader in Betrieb ist, möglich, einen Schwingungskontakt (einen Kontakt aufgrund von Schwingungen) zwischen dem Ventil und dem Ventilsitz in der Nähe des Schaftes zu unterdrücken, wobei dieser Kontakt auf Pulsationen des Abgases (Abgaspulsation) von der Verbrennungsmotorseite, Pulsationen von der Aktuatorseite und dergleichen zurückführbar ist, wenn die Öffnung des Gaskanals mit variabler Strömungsrate mit dem Öffnen beginnt oder unmittelbar bevor die Öffnung beispielsweise das Schließen vollendet.
Der eine Endabschnitt der Blattfeder ist an dem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes fixiert oder an diesem gedrückt, und der andere Endabschnitt der Blattfeder wird gegen den Kopfabschnitt des Ventilkörpers gedrückt. Ansonsten ist der eine Endabschnitt der Blattfeder an dem Stopperelement (Halteelement) fixiert oder an diesem gedrückt, und der andere Endabschnitt der Blattfeder wird gegen den Führungsendabschnitt des Befestigungselementes gedrückt. Somit ist es möglich, eine Zunahme bei der Anzahl an Verbindungspositionen (Fixierpositionen) durch ein Schweißen und dergleichen bei dem Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate zu unterdrücken. Außerdem sind der Ausschnittabschnitt und das Einführloch an den beiden Endabschnitten der Blattfeder jeweils ausgebildet. Die Ventilwelle ist in den Ausschnittabschnitt und das Einführloch eingeführt. Somit kann die Blattfeder mit Leichtigkeit an der Ventilwelle angebracht werden (charakteristischer Betrieb des Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate).
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, dass bei einem Turbolader, der so aufgebaut ist, dass er Luft, die zu einem Verbrennungsmotor zu liefern ist, unter Verwendung von Energie eines Abgases von dem Verbrennungsmotor auflädt, der Turbolader den Ventilmechanismus mit der variablen Strömungsrate gemäß dem ersten Aspekt hat.
Der zweite Aspekt liefert den gleichen Betrieb wie der Betrieb des ersten Aspektes.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, wenn die Öffnung des Kanals mit der variablen Strömungsrate damit beginnt, sich zu öffnen, oder unmittelbar bevor die Öffnung das Schließen vollendet, möglich, das Auftreten eines Schwingungskontaktes zwischen dem Ventil und dem Ventilsitz in der Nähe des Schaftes zu verhindern, das auf Pulsationen des Abgases von der Verbrennungsmotorseite und dergleichen zurückzuführen ist. In dieser Weise ist es möglich, das Klappergeräusch (ein Kontaktgeräusch aufgrund der Schwingungen) von dem Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate zu reduzieren, und somit den ruhigen Betrieb des Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate oder anders ausgedrückt den ruhigen Betrieb des Turboladers zu verbessern. Außerdem kann die Blattfeder mit Leichtigkeit an der Ventilwelle angebracht werden, während die Erhöhung der Anzahl an Verbindungspositionen durch Schweißen und dergleichen an dem Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate vermieden wird. Dies ermöglicht es, zu vermeiden, dass die beim Zusammenbau des Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate verbrachte Zeit verlängert wird, und somit einen Einfluss auf die Zusammenbauleistung des Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate zu vermeiden. Anders ausgedrückt kann gemäß der vorliegenden Erfindung der ruhige Betrieb des Turboladers verbessert werden durch Verringern des Klappergeräusches von dem Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate, während der Einfluss auf die Zusammenbauleistung des Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate vermieden wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1(a) und 1(b) zeigen vergrößerte Querschnittsansichten entlang einer Linie I-I in 2, wobei 1(a) eine Ansicht eines Zustandes zeigt, bei dem eine Öffnung eines Bypasskanals geschlossen ist, und 1(b) eine Ansicht entweder eines Zustandes, bei dem die Öffnung des Bypasskanals mit dem Öffnen beginnt, oder einen Zustand zeigt, der unmittelbar vor dem vollendeten Schließen der Öffnung vorliegt.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes, der anhand des Pfeiles II in 4 gezeigt ist, wobei der Aufbau der umgebenden Teile inklusive einem Wastegateventil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Blattfeder in dem Wastegateventil gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 5.
5 zeigt eine ausschnittartige Ansicht von vorn des Fahrzeugturboladers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Schnittansicht von vorn des Fahrzeugturboladers gemäß dem Ausführungsbeispiel (das erste Ausführungsbeispiel) der vorliegenden Erfindung.
Die 7(a) und 7(b) zeigen Querschnittsansichten eines abgewandelten Beispiels des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei 7(a) eine Ansicht eines Zustandes zeigt, bei dem die Öffnung des Bypasskanals geschlossen ist, und 7(b) entweder einen Zustand, bei dem die Öffnung des Bypasskanals mit dem Öffnen beginnt, oder einen Zustand zeigt, der unmittelbar nach dem Vollenden des Schließens der Öffnung sich ergibt.
Die 8(a) und 8(b) zeigen vergrößerte Querschnittsansichten entlang der Linie VIII-VIII in 9, wobei 8(a) eine Ansicht eines Zustandes zeigt, bei dem die Öffnung des Bypasskanals geschlossen ist, und 8(b) eine Ansicht entweder eines Zustandes, bei dem die Öffnung des Bypasskanals mit dem Öffnen beginnt, oder einen Zustand zeigt, der sich unmittelbar nach dem Vollenden des Schließens der Öffnung ergibt.
9 zeigt eine Ansicht eines Aufbaus der umgebenden Teile inklusive einem Wastegateventil gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Befestigungselementes bei dem Wastegateventil gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Hierbei zeigt in den Zeichnungen „L“ eine nach links weisende Richtung und „R“ zeigt eine nach rechts weisende Richtung.
Erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
Wie dies in 6 gezeigt ist, ist ein Turbolader (ein Beispiel von Turboladern) 1 eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel (erstes Ausführungsbeispiel) der vorliegenden Erfindung so aufgebaut, dass er Luft, die zu einem (nicht gezeigten) Verbrennungsmotor zu liefern ist, unter Verwendung von Energie eines Abgases von dem Verbrennungsmotor auflädt (komprimiert). Hierbei sind ein spezifischer Aufbau und andere Merkmale des Fahrzeugturboladers 1 nachstehend beschrieben.
Der Fahrzeugturbolader 1 hat ein Lagergehäuse 3. Ein Paar an Radiallagern 5 und ein Paar an Axiallagern 7 sind im Inneren des Lagergehäuses 3 vorgesehen. Außerdem ist eine Rotorwelle (eine Turbinenwelle) 9, die sich in einer nach rechts und nach links weisenden Richtung erstreckt, an den vielen Lagern 5 und 7 drehbar vorgesehen. Anders ausgedrückt ist die Rotorwelle 9 an dem Lagergehäuse 3 durch die vielen Lager 5 und 7 drehbar vorgesehen.
Ein Kompressorgehäuse 11 ist an einer rechten Seite des Lagergehäuses 3 vorgesehen. Ein Kompressorrad 13, das so aufgebaut ist, dass es die Luft unter Verwendung einer Zentrifugalkraft komprimiert, ist im Inneren des Kompressorgehäuses 11 drehbar vorgesehen. Das Kompressorrad 13 ist konzentrisch mit einem rechten Endabschnitt der Rotorwelle 9 verbunden und einstückig mit diesem.
Eine Lufteinleitöffnung (ein Lufteinleitkanal) 15 zum Einleiten der Luft ist an einer Einlassseite (eine stromabwärtige Seite unter Betrachtung einer Hauptströmungsrichtung der Luft) des Kompressorrades 13 in dem Kompressorgehäuse 11 ausgebildet. Die Lufteinleitöffnung 15 ist mit einer (nicht gezeigten) Luftreinigungseinrichtung verbunden, die so aufgebaut ist, dass sie die Luft reinigt. Ein ringartiger Diffuserkanal 17, der so aufgebaut ist, dass er die komprimierte Luft verstärkt, ist an einer Auslassseite (eine stromabwärtige Seite unter Betrachtung in der Hauptströmungsrichtung der Luft) des Kompressorrades 13 ausgebildet, die sich zwischen dem Lagergehäuse 3 und dem Kompressorgehäuse 11 befindet. Ein Kompressorspiralkanal 19 hat eine Spiralform und ist im Inneren des Kompressorgehäuses 11 in einer derartigen Weise ausgebildet, dass er das Kompressorrad 13 umgibt. Der Kompressorspiralkanal 19 steht mit dem Diffuserkanal 17 in Kommunikation. Außerdem ist eine Luftabgabeöffnung (ein Luftabgabekanal) 21 zum Abgeben der komprimierten Luft an einer geeigneten Position des Kompressorgehäuses 11 ausgebildet. Die Luftabgabeöffnung 21 steht mit dem Kompressorspiralkanal 19 in Kommunikation und ist mit einem (nicht gezeigten) Lufteinlasskrümmer des Verbrennungsmotors verbunden.
Ein Turbinengehäuse 23 ist an einer linken Seite des Lagergehäuses 3 vorgesehen. Ein Turbinenrad 25, das so aufgebaut ist, dass es eine Drehkraft (ein Drehmoment) unter Verwendung der Druckenergie des Abgases erzeugt, ist im Inneren des Turbinengehäuses 23 drehbar vorgesehen. Das Turbinenrad 25 ist konzentrisch zu einem linken Endabschnitt der Rotorwelle 9 verbunden und einstückig mit diesem.
Wie dies in den 4 bis 6 gezeigt ist, ist eine Gaseinleitöffnung (ein Gaseinleitkanal) 27 zum Einleiten des Abgases an einer geeigneten Position des Turbinengehäuses 23 ausgebildet. Die Gaseinleitöffnung 27 ist mit einem (nicht gezeigten) Abgaskrümmer des Verbrennungsmotors verbunden. Ein Turbinenspiralkanal 29 hat eine Spiralform und ist an einer Einlassseite (eine stromabwärtige Seite unter Betrachtung einer Hauptströmungsrichtung des Abgases) des Turbinenrades 25 im Inneren des Turbinengehäuses 23 ausgebildet. Außerdem ist eine Gasauslassöffnung (ein Gasauslasskanal) 31 zum Abgeben des Abgases an einer Auslassseite (eine stromabwärtige Seite unter Betrachtung der Hauptströmungsrichtung des Abgases) des Turbinenrades 25 in dem Turbinengehäuse 23 ausgebildet. Die Gasabgabeöffnung 31 ist mit einem (nicht gezeigten) Katalysator zum Reinigen des Abgases durch ein (nicht gezeigtes) Verbindungsrohr und dergleichen verbunden.
Wie dies in den 1(a), 1(b), 2 und 4 gezeigt ist, ist ein Bypasskanal (einer von Gaskanälen mit variabler Strömungsrate) 33 an einem Innenwandabschnitt 23i an der Seite der Gasauslassöffnung 31 des Turbinengehäuses 23 ausgebildet, um zu bewirken, dass ein Teil des Abgases, das von der Gaseinleitöffnung 27 eingeleitet wird, zu der Seite der Gasauslassöffnung 31 herausgeführt wird, während das Turbinenrad 25 umgangen wird (Bypass). Anders ausgedrückt ist der Bypasskanal 33 ausgebildet, um eine Strömungsrate des zu der Seite des Turbinenrades 25 zu liefernden Abgases einzustellen. Ein Wastegateventil (einer von Ventilmechanismen mit variabler Strömungsrate) 35 ist an einer geeigneten Position des Turbinengehäuses 23 vorgesehen. Das Wastegateventil 35 öffnet und schließt eine Öffnung (eine Öffnung an einer Auslassseite) 33a des Bypasskanals 33. Nachstehend ist ein spezifischer Aufbau des Wastegateventils 35 wie folgt beschrieben.
Ein Stützloch 37 ist in durchdringender Weise in einem Außenwandabschnitt 23o des Turbinengehäuses 23 ausgebildet. Eine Buchse (ein Lager) 39 sitzt in Presspassung in dem Stützloch 37. Ein Schaft (eine Drehwelle) 41 ist durch die Buchse 39 in einer derartigen Weise gestützt, dass er in der Vorwärtsrichtung und der Rückwärtsrichtung drehbar ist. Anders ausgedrückt ist der Schaft 41 in dem Stützloch 37 des Turbinengehäuses 23 so gestützt, dass er in der Vorwärtsrichtung und der Rückwärtsrichtung durch die Buchse 39 drehbar ist. Ein Basisendabschnitt (ein Endabschnitt) des Schaftes 41 ragt von dem Außenwandabschnitt 23o des Turbinengehäuses 23 nach außen vor.
Ein Basisendabschnitt (ein Endabschnitt) eines Verbindungselementes (eine Verbindungsplatte) 43 ist durch Kehlnahtschweißen oder dergleichen mit dem Basisendabschnitt des Schaftes 41 einstückig verbunden. Das Verbindungselement 43 wird durch einen Aktuator 45 so angetrieben, dass es in der Vorwärtsrichtung und der Rückwärtsrichtung um eine Wellenmitte des Schaftes 41 schwenkt. Der Aktuator 45 hat eine Betätigungsstange 47, die in der nach rechts und nach links weisenden Richtung hin- und hergehend bewegbar ist. Ein Führungsendabschnitt der Betätigungsstange 47 ist mit einem Führungsendabschnitt (anderer Endabschnitt) des Verbindungselementes 43 durch einen Verbindungsstift 49, einen Stopperring 51 und dergleichen drehbar verbunden. Hierbei ist der Aktuator 45 ein Membranaktuator wie er beispielsweise in den japanischen offengelegten Patentanmeldungen JP Hei 10-103069 , JP 2008-25442 und dergleichen offenbart ist. Hierbei kann der Basisendabschnitt des Verbindungselementes 43 mit dem Basisendabschnitt des Schaftes 41 durch TIG-Schweißen, Laserstrahlschweißen, Gesenkschmieden und dergleichen anstelle eines Kehlnahtschweißens einstückig verbunden sein. Ein elektronisch gesteuerter elektrischer Aktuator oder ein hydraulisch angetriebener Hydraulikaktuator können als der Aktuator 45 anstelle des Membranaktuators angewendet werden.
Ein Basisendabschnitt eines Befestigungselementes (eine Befestigungsplatte) 53 ist durch Kehlnahtschweißen oder dergleichen an einem Führungsendabschnitt (anderer Endabschnitt) des Schaftes 41 einstückig verbunden. Das Befestigungselement 53 befindet sich im Inneren des Turbinengehäuses 23. Außerdem ist ein Befestigungsloch 55 mit entweder einer Doppel-D-Form oder einer kreisartigen Form in durchdringender Weise in einem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes 53 ausgebildet. Hierbei kann der Basisendabschnitt des Befestigungselementes 53 mit dem Führungsendabschnitt des Schaftes 41 durch TIG-Schweißen, Laserstrahlschweißen, Gesenkschmieden und dergleichen anstelle des Kehlnahtschweißens einstückig verbunden sein.
Ein Ventil 57 ist in das Befestigungsloch 55 des Befestigungselementes 53 eingesetzt. Das Ventil 57 ermöglicht ein Spiel (inklusive einer neigenden und geringfügigen Bewegung) mit dem Befestigungselement 53. Darüber hinaus hat das Ventil 57 einen Ventilkörper (einen Ventilkörperabschnitt) 61, der mit einer Ventilfläche 61f in einer kreisartigen Form versehen ist, die mit einem Ventilsitz 59 an dem Umfang der Öffnung 33a des Bypasskanals 33 in Kontakt gelangen kann und außer Kontakt gelangen kann. Ein Kopfabschnitt (ein Bereich an der entgegengesetzten Seite von der Ventilfläche 61f) 61h des Ventilkörpers 61 nimmt eine konische kegelstumpfartige Form ein. Eine Ventilwelle 63 mit einem Querschnitt in einer kreisartigen Form, die als ein Ventilverbindungselement (ein Ventilverbindungsabschnitt) dient, ist in der Mitte des Kopfabschnittes 61h des Ventilkörpers 61 einstückig ausgebildet. Die Ventilwelle 63 ist in das Befestigungsloch 55 des Befestigungselementes 53 eingesetzt und somit mit diesem verbunden. Indem ein Spiel zwischen dem Befestigungselement 53 und dem Ventil 57 ermöglicht wird, wird das Einsetzvermögen (Kontakt) der Ventilfläche 61f des Ventilkörpers 61 verbessert, wodurch die Betriebsstabilität (Zuverlässigkeit) des Wastegateventils 35 sichergestellt wird. Als ein Beispiel ist ein ringartiges Stopperelement (ein Stopper) 65 zum Verhindern eines Entfernens (Lösens) des Ventils 57 von dem Befestigungselement 53 an einem Führungsende der Ventilwelle 53 durch Kehlnahtschweißen einstückig vorgesehen. Das Stopperelement 65 muss nicht immer eine ringartige Form einnehmen. Das Stopperelement 65 kann mit dem Führungsendanschnitt der Ventilwelle 63 durch TIG-Schweißen, Laserstrahlschweißen, Gesenkschmieden und dergleichen anstelle eines Kehlnahtschweißens einstückig verbunden sein. Anstelle dass die Ventilwelle 63 in der Mitte des Kopfabschnittes 61h des Ventilkörpers 61 einstückig ausgebildet ist und das Stopperelement 65 an dem Führungsendabschnitt der Ventilwelle 63 durch Kehlnahtschweißen und dergleichen einstückig vorgesehen ist, kann die Ventilwelle 63 in der Mitte des Kopfabschnittes 61h des Ventilkörpers 61 durch Gesenkschmieden und dergleichen einstückig vorgesehen sein und kann das Stopperelement 65 an dem Führungsendabschnitt der Ventilwelle 63 einstückig ausgebildet sein. Während die kreisartige Ventilfläche 61f des Ventilköpers 61 als ein Beispiel beschrieben ist, kann die Ventilfläche 61f zu einer beliebigen anderen Form außer der kreisartigen Form so geändert werden wie beispielsweise eine quadratische Form (viereckige Form) und eine ovale Form anstelle des Ausbildens der Ventilfläche 61f zu der kreisartigen Form. Während der kreisartige Querschnitt der Ventilwelle 63 als ein Beispiel beschrieben ist, kann der Querschnitt zu einer beliebigen anderen Form außer der kreisartigen Form so geändert werden wie beispielsweise eine quadratische Form (viereckige Form) anstelle des Ausbildens des Querschnittes zu der kreisartigen Form. Anstelle dass die Ventilwelle 63, die als das Ventilverbindungselement dient, an dem Kopfabschnitt 61h des Ventilkörpers 61 einstückig ausgebildet ist, kann ein anderes (nicht gezeigtes) Ventilverbindungselement mit dem Ventilkörper 61 in einer solchen Weise vorgesehen sein, dass es den Ventilkörper 61 durchdringt, und das andere Ventilelement kann mit dem Befestigungselement 53 verbunden sein. Obwohl die Ventilwelle 63 in dem Befestigungsloch 55 des Befestigungselementes 53 als ein Beispiel sitzt und somit mit diesem verbunden ist, kann die Art und Weise zum Verbinden der Ventilwelle 63 mit dem Befestigungsloch 55 des Befestigungselementes 53 geeignet innerhalb des Bereiches geändert werden, bei dem ein Spiel zwischen dem Befestigungselement 53 und dem Ventil 57 gestattet ist.
Wie dies in den 1(a), 1(b) und 3 gezeigt ist, ist die Ventilwelle 63 mit einer Blattfeder 67 versehen, die den Ventilkörper 61 in einer Richtung vorspannt zum Bewegen des Ventilkörpers 61 weg von dem Befestigungselement 53 (in der Richtung der Wellenmitte der Ventilwelle 63). Die Blattfeder 67 hat einen zurückgefalteten Abschnitt 67t an ihrer Mittelseite (an einer Mittelseite zwischen einem Endabschnitt und einem anderen Endabschnitt von ihr), der beispielsweise durch Pressformen hergestellt ist, und sie hat eine U-Form unter Betrachtung von der Seite. Außerdem ist der eine Endabschnitt der Blattfeder 67 zwischen dem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes 53 und dem Stopperelement 65 angeordnet. Ein Einführloch 69 zum Ermöglichen eines Einführens der Ventilwelle 63 ist an dem einen Endabschnitt der Blattfeder 67 ausgebildet (in durchdringender Weise ausgebildet). Der andere Endabschnitt der Blattfeder 67 befindet sich zwischen dem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes 53 und dem Kopfabschnitt 61h des Ventilkörpers 61. Ein U-förmiger Ausschnittabschnitt 71 zum Ermöglichen eines Einführens der Ventilwelle 63 ist an dem anderen Endabschnitt der Blattfeder 67 ausgebildet. Der eine Endabschnitt der Blattfeder 67 ist an dem Befestigungselement 53 durch TIG-Schweißen, Laserstrahlschweißen und dergleichen fixiert. Der andere Endabschnitt der Blattfeder 67 ist zu dem Kopfabschnitt 61h des Ventilkörpers 61 durch eine elastische Kraft der Blattfeder 67 gedrückt. Obwohl die Blattfeder 67 unter Betrachtung von der Seite beispielsweise die U-Form hat, kann die Form (inklusive der Form unter Betrachtung von der Seite) der Blattfeder 67 zu einer beliebigen Form innerhalb des Bereiches geändert werden, bei dem der Effekt der vorliegenden Erfindung erzielt werden kann. Beispielweise kann der zurückgefaltete Abschnitt 67t zu einer gefalteten Form ausgebildet sein. In der Blattfeder 67 muss lediglich entweder das Einführloch 69 oder der U-förmige Ausschnittabschnitt 71 an jedem der beiden Endabschnitte der Blattfeder 67 ausgebildet sein. Anstelle des Ausbildens des Einführlochs 69 in dem einen Endabschnitt der Blattfeder 67, kann ein U-förmiger Ausschnittabschnitt (nicht gezeigt) zum Ermöglichen eines Einführens der Ventilwelle 63 ausgebildet sein. Anstelle des Ausbildens des U-förmigen Ausschnittabschnittes 71 an dem anderen Endabschnitt der Blattfeder 67, kann ein (nicht gezeigtes) Einführloch zum Ermöglichen eines Einführens der Ventilwelle 63 in diesem ausgebildet sein. Was das Material der Blattfeder 67 anbelangt, so wird ein wärmewiderstandsfähiges Metallmaterial wie beispielsweise eine Legierung auf der Basis von Ni-Co und rostfreier Stahl im Hinblick auf das Wärmewiderstandsvermögen, die Federkonstante und dergleichen der Blattfeder 67 gewählt. Eine wärmewiderstandsfähige Beschichtung kann auf den Oberflächen der Blattfeder 67 aufgetragen sein. In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Ausschnittabschnitt 71 zu der U-Form als ein Beispiel ausgebildet. Jedoch kann der Ausschnittabschnitt 71 zu einer beliebigen Form wie beispielsweise einer viereckigen Form (quadratische Form) anstelle der U-Form geändert werden. Eine Vielzahl an (nicht gezeigten) Haltevorsprüngen kann so ausgebildet sein, dass sie einander an einer Eingangsseite des Ausschnittabschnittes 71 gegenüberstehen. In diesem Fall wird die Größe jedes Vorsprungs so festgelegt, dass eine Haltekraft im Hinblick auf ein Maß eines Außendurchmessers der Ventilwelle 63, der Federkonstante der Blattfeder 67 und dergleichen sichergestellt wird.
Nachstehend sind der Betrieb und der Effekt des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das von der Gaseinleitöffnung 27 eingeleitete Abgas strömt von der Einlassseite zu der Auslassseite des Turbinenrades 25 über den Turbinenspiralkanal 29. Somit wird die Drehkraft (das Drehmoment) erzeugt durch Anwenden der Druckenergie des Abgases, wodurch die Rotorwelle 9 und das Kompressorrad 13 einstückig mit dem Turbinenrad 25 gedreht werden. Als eine Folge ist es möglich, die von der Lufteinleitöffnung 15 eingeleitete Luft zu komprimieren, die komprimierte Luft von der Luftabgabeöffnung 21 über den Diffuserkanal 17 und den Kompressorspiralkanal 19 abzugeben, und somit die zu dem Verbrennungsmotor gelieferte Luft aufzuladen (normaler Betrieb des Fahrzeugturboladers 1).
Wenn ein Verstärkungsdruck (ein Druck an der Auslassseite des Kompressorrades 13) einen voreingestellten Druck erreicht, während der Fahrzeugturbolader 1 in Betrieb ist, wird das Verbindungselement 43 durch den Aktuator 45 so angetrieben, dass es in der Vorwärtsrichtung schwenkt, und der Schaft 41 wird in der Vorwärtsrichtung gedreht. Somit schwenkt das Ventil 57 in der Vorwärtsrichtung (eine Öffnungsrichtung), wodurch eine Öffnung des Bypasskanals 33 geöffnet wird. Als eine Folge kann die Strömungsrate des zu der Seite des Turbinenrades 25 gelieferten Abgases reduziert werden, indem bewirkt wird, dass ein Teil des von der Gaseinleitöffnung 27 eingeleiteten Abgases das Turbinenrad 25 umgeht.
Außerdem wird, wenn der Verstärkungsdruck bis unter den voreingestellten Druck abfällt, nachdem die Öffnung des Bypasskanals 33 geöffnet worden ist, das Verbindungselement 43 durch den Aktuator 45 so angetrieben, dass es in der Rückwärtsrichtung schwenkt, und der Schaft 41 wird in der Rückwärtsrichtung gedreht. Somit schwenkt das Ventil 57 in der Rückwärtsrichtung (eine Schließrichtung), wodurch die Öffnung des Bypasskanals 33 geschlossen wird. Als eine Folge kann die Strömungsrate des zu der Seite des Turbinenrades 25 gelieferten Abgases erhöht werden, indem die Strömung des Abgases in dem Bypasskanal 33 unterbrochen wird (normaler Betrieb des Wastegateventils 35).
Die Blattfeder 67 spannt den Ventilkörper 61 in einer Richtung vor, in der der Ventilkörper 61 von dem Befestigungselement 53 weg bewegt wird. Somit wird eine freie Bewegung (inklusive einem freien Neigen und Schwenken) des Ventils 57 relativ zu dem Befestigungselement 53 eingeschränkt, während das Ventil 57 ein Spiel mit dem Befestigungselement 53 gestattet. Als eine Folge ist es, während der Fahrzeugturbolader 1 in Betrieb ist, möglich, einen Schwingungskontakt (einen Kontakt aufgrund von Schwingungen) zwischen dem Ventil 57 und dem Ventilsitz 59 in der Nähe des Schaftes 41 zu unterdrücken, wobei der Kontakt auf Pulsationen des Abgases (Abgaspulsation) von der Verbrennungsmotorseite, Pulsationen von der Seite des Aktuators 45 und dergleichen zurückgeführt wird, wenn beispielsweise die Öffnung 33a des Bypasskanals 33 mit dem Öffnen beginnt oder unmittelbar bevor die Öffnung 33a das Schließen beendet.
Der eine Endabschnitt der Blattfeder 67 ist an dem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes 53 fixiert, und der andere Endabschnitt der Blattfeder 67 ist an den Kopfabschnitt 61h des Ventilkörpers 61 gedrückt. Somit ist es möglich, eine Zunahme der Anzahl an Verbindungspositionen (Fixierpositionen) durch das Schweißen und dergleichen bei dem Wastegateventil 35 zu vermeiden. Das Einführloch 69 und der U-förmige Ausschnittabschnitt 71 zum Ermöglichen des Einführens der Ventilwelle 63 sind an den beiden Endabschnitten (der eine Endabschnitt und der andere Endabschnitt) der Blattfeder 67 jeweils ausgebildet. Somit kann die Blattfeder 67 mit Leichtigkeit an der Ventilwelle 63 angebracht werden. Der eine Endabschnitt der Blattfeder 67 ist zwischen dem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes 53 und dem Stopperelement 65 angeordnet, während der andere Endabschnitt der Blattfeder 67 zwischen dem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes 53 und dem Kopfabschnitt 61h des Ventilkörpers 61 angeordnet ist. Demgemäß kann die Blattfeder 67 an der Ventilwelle 63 angebracht werden, ohne eine signifikante Änderung des Designs (charakteristischer Betrieb des Wastegateventils 35) mit sich zu bringen.
Daher ist es gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung möglich, den Schwingungskontakt zwischen dem Ventil 57 und dem Ventilsitz 59 in der Nähe des Schaftes 41 zu vermeiden, wobei der Kontakt auf die Pulsationen des Abgases von der Verbrennungsmotorseite und dergleichen zurückführbar ist, wenn der Fahrzeugturbolader 1 in Betrieb ist. In dieser Weise ist es möglich, ein Klappergeräusch (Kontaktgeräusch aufgrund der Schwingungen) von dem Wastegateventil 35 zu reduzieren, und somit den ruhigen Betrieb des Wastegateventils 35 oder anders ausgedrückt den ruhigen Betrieb des Fahrzeugturboladers 1 zu verbessern. Außerdem kann die Blattfeder 67 mit Leichtigkeit an der Ventilwelle 63 angebracht werden, während die Zunahme der Anzahl an Verbindungspositionen durch das Schweißen und dergleichen bei dem Wastegateventil 35 vermieden wird, ohne signifikant das Design zu ändern. Dies ermöglicht es, zu vermeiden, dass die Zusammenbauzeit des Wastegateventils 35 verlängert wird, und somit einen Einfluss auf die Zusammenbauleistung des Wastegateventils 35 zu unterdrücken. Anders ausgedrückt kann gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der ruhige Betrieb des Fahrzeugturboladers 1 verbessert werden, indem das Klappergeräusch von dem Wastegateventil 35 reduziert wird, während der Einfluss auf die Zusammenbauleistung des Wastegateventils 35 unterdrückt wird.
Abgewandeltes Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels
Wie dies in den 7(a) und 7(b) gezeigt ist, ist in einem abgewandelten Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung anstelle des Aufbaus, bei dem der eine Endabschnitt der Blattfeder 67 zwischen dem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes 53 und dem Stopperelement 65 angeordnet ist und an dem Befestigungselement 53 fixiert ist (siehe 1(a)), der eine Endabschnitt der Blattfeder 67 zwischen dem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes 53 und dem Kopfabschnitt 61h des Ventilkörpers 61 angeordnet und wird zu dem Befestigungselement 53 durch die elastische Kraft der Blattfeder 67 gedrückt. Hier sind von den vielen Bauteilen des abgewandelten Beispiels des ersten Ausführungsbeispiels jene, die den Bauteilen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, anhand der gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnet.
Das abgewandelte Beispiel des ersten Ausführungsbeispiels erzielt zudem den gleichen Betrieb und die gleichen Effekte wie das erste Ausführungsbeispiel.
Obgleich die Darstellung weggelassen wurde, kann anstelle des Aufbaus, bei dem der eine Endabschnitt der Blattfeder 67 an dem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes 53 fixiert oder angedrückt ist und der andere Endabschnitt der Blattfeder 67 zu dem Kopfabschnitt 61h des Ventilkörpers 61 gedrückt ist, der eine Endabschnitt der Blattfeder 67 an dem Stopperelement 65 fixiert oder angedrückt werden und der andere Endabschnitt der Blattfeder 67 kann an dem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes 53 gedrückt werden. In dem letztgenannten Fall spannt die Blattfeder 67 das Stopperelement 65 in einer Richtung vor, in der sich das Stopperelement 65 von dem Befestigungselement 53 weg bewegt (in der Richtung der Wellenmitte der Ventilwelle 63).
Zweites Ausführungsbeispiel
Wie dies in den 8(a), 8(b) und 9 gezeigt ist, ist in einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Fahrzeugturbolader 1 mit einem anderen Wastegateventil 73 anstelle dem Wastegateventil 35 (sh. 1) ausgestattet. Das Wastegateventil 73 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel hat einen ähnlichen Aufbau wie das Wastegateventil 35 des ersten Ausführungsbeispiels. Nachstehend sind lediglich die Abschnitte des Aufbaus des Wastegateventils 73 beschrieben, die sich von jenen des Wastegateventils 35 unterscheiden. Hierbei sind von den vielen Bauteilen des zweiten Ausführungsbeispiels jene, die den Bauteilen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, anhand der gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen bezeichnet.
Wie dies in den 8(a), 8(b) und 10 gezeigt ist, ist ein Basisendabschnitt eines Befestigungselementes 75 durch Kehlnahtschweißen oder dergleichen mit dem Führungsendabschnitt des Schaftes 41 einstückig verbunden. Das Befestigungselement 75 hat einen zurückgefalteten Abschnitt 75t an seiner mittleren Seite, der beispielsweise durch Pressformen hergestellt ist. Ein Einführloch 77 zum Einführen der Ventilwelle 63, die als das Ventilverbindungselement (der Ventilverbindungsabschnitt) dient, ist an einem Endabschnitt (ein Führungsendabschnitt) des Befestigungselementes 75 ausgebildet. Der eine Endabschnitt des Befestigungselementes 75 ist an das Stopperelement 65 durch eine elastische Kraft des Befestigungselementes 75 gedrückt. Ein U-förmiger Ausschnittabschnitt 79 zum Ermöglichen eines Einführens der Ventilwelle 63 ist in einem anderen Endabschnitt (anderer Führungsendabschnitt) des Befestigungselementes 75 ausgebildet. Der andere Endabschnitt des Befestigungselementes 75 ist an den Kopfabschnitt 61h des Ventilkörpers 61 durch die elastische Kraft des Befestigungselementes 75 gedrückt. Das Befestigungselement 75 hat eine Funktion als eine Blattfeder, die den Ventilkörper 61 in einer Richtung vorspannt, in der der Ventilkörper 61 sich von dem einen Endabschnitt des Befestigungselementes 75 weg bewegt (in der Richtung der Wellenmitte der Ventilwelle 63). Hierbei kann der eine Endabschnitt des Befestigungselementes 75 durch Kehlnahtschweißen oder dergleichen an dem Stopperelement 65 fixiert sein, anstatt dass er an das Stopperelement 65 gedrückt wird. Ein (nicht gezeigter) Haltevorsprung kann an einer Eingangsseite des U-förmigen Ausschnittabschnittes 79 des Befestigungselementes 75 ausgebildet sein. Anstelle des Ausbildens des Einführloches 77 an dem einen Endabschnitt des Befestigungselementes 75 kann ein U-förmiger (nicht gezeigter) Ausschnittabschnitt in diesem ausgebildet sein zum Ermöglichen eines Einführens der Ventilwelle 63. Anstelle des Ausbildens des U-förmigen Ausschnittabschnittes 79 an dem anderen Endabschnitt des Befestigungselementes 75 kann ein (nicht gezeigtes) Einführloch in diesem ausgebildet sein zum Ermöglichen eines Einführens der Ventilwelle 63. Was das Material des Befestigungselementes 75 anbelangt, so wird wärmewiderstandsfähiges Metallmaterial wie beispielsweise eine Legierung auf der Basis von Ni-Co und rostfreier Stahl im Hinblick auf den Wärmewiderstand, die Federkonstante und dergleichen des Befestigungselementes 75 gewählt. Eine wärmewiderstandsfähige Beschichtung kann an Oberflächen des Befestigungselementes 75 aufgetragen sein.
Nachstehend sind der Betrieb und der Effekt des zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das Befestigungselement 75 spannt den Ventilkörper 61 in einer Richtung vor, in der der Ventilkörper 61 sich von dem einen Endabschnitt des Befestigungselementes 75 weg bewegt. Somit ist eine freie Bewegung des Ventils 57 relativ zu dem einen Endabschnitt des Befestigungselementes 75 eingeschränkt, während das Ventil 57 ein Spiel mit dem Befestigungselement 75 ermöglicht. Als eine Folge ist es möglich, einen Schwingungskontakt zwischen dem Ventil 57 und dem Ventilsitz 59 in der Nähe des Schaftes 41 zu vermeiden, wobei der Kontakt auf Pulsationen des Abgases von der Verbrennungsmotorseite, Pulsationen von der Seite des Aktuators 45 und dergleichen zurückführbar ist, während der Fahrzeugturbolader 1 in Betrieb ist, oder genauer gesagt, wenn die Öffnung 33a des Bypasskanals 33 mit dem Öffnen beginnt oder unmittelbar bevor die Öffnung 33 vollständig schließt.
Das Befestigungselement 75 hat die Funktion als Blattfeder. Somit ist es möglich, eine Zunahme der Anzahl an Bauteilen des Wastegateventils 73 zu vermeiden.
Daher ist es gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung möglich, den Schwingungskontakt zwischen dem Ventil 57 und dem Ventilsitz 59 in der Nähe des Schaftes 41 zu vermeiden, wobei der Kontakt auf die Pulsationen des Abgases von der Verbrennungsmotorseite und dergleichen zurückgeführt wird, wenn der Turbolader 1 des Kraftfahrzeugs in Betrieb ist. In dieser Weise ist es möglich, ein Klappergeräusch von dem Wastegateventil 73 zu reduzieren, und somit den ruhigen Betrieb des Wastegateventils 73 oder anders ausgedrückt den ruhigen Betrieb des Fahrzeugturboladers 1 zu verbessern. Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, die Zunahme der Anzahl an Bauteilen des Wastegateventils 73 zu vermeiden. Dies ermöglicht es, einen Einfluss auf die Zusammenbauleistung des Wastegateventils 73 zu vermeiden. Anders ausgedrückt kann das zweite Ausführungsbeispiel die gleichen Effekte wie das erste Ausführungsbeispiel erzielen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht lediglich auf die vorstehend erläuterte Beschreibung der Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann auch in anderen nachstehend erwähnten Aspekten ausgeführt werden.
Beispielsweise kann anstatt, dass das Wastegateventil 35, das so aufgebaut ist, dass es die Öffnung 33a des Bypasskanals 30 öffnet und schließt, an der geeigneten Position in dem Turbinengehäuse 23 vorgesehen wird, ein (nicht gezeigtes) Wastegateventil, das so aufgebaut ist, dass es eine Öffnung eines (nicht gezeigten) Bypasskanals öffnet und schließt, der in einem (nicht gezeigten) Abgaskrümmer ausgebildet ist, der in dem Zustand verbunden ist, in dem er mit dem Gaseinleitöffnung 27 des Turbinengehäuses 23 in Kommunikation steht, an einer geeigneten Position des Abgaskrümmers vorgesehen werden. Außerdem können, obwohl sowohl der zurückgefaltete Abschnitt 67t der Blattfeder 67 als auch der zurückgefaltete Abschnitt 75t des Befestigungselementes 75 beispielsweise durch Pressformen hergestellt ist, irgendwelche beliebigen Herstellmodi inklusive einem Ausbilden durch ein Verbinden wie beispielsweise ein Schweißen von zwei Federbauelementen (nicht gezeigt) angewendet werden, die die Blattfeder 67 oder das Befestigungselement 75 ausbilden. Nichtsdestotrotz kann als eine Folge des Herstellens des zurückgefalteten Abschnittes 67t der Blattfeder 67 und dergleichen, indem eine Metallplatte einem Pressformen ausgesetzt wird, der zurückgefaltete Abschnitt 67t der Blattfeder 67 und dergleichen mit Leichtigkeit so hergestellt werden, dass die Herstellbarkeit der Blattfeder 67 und dergleichen verbessert werden kann.
Außerdem sind die durch die vorliegende Erfindung mit sich gebrachten Schutzrechte nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Genauer gesagt ist der Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate der vorliegenden Erfindung nicht auf das vorstehend beschriebene Wastegateventil 35 beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise auch auf einen (nicht gezeigten) Schaltventilmechanismus anwendbar, der so aufgebaut ist, dass er ein Schalten für einen bestimmten Turbinenspiralkanal von mehreren (nicht gezeigten) Turbinenspiralkanälen ausführt, die in einem (nicht gezeigten) Turbinengehäuse ausgebildet sind, wobei das Schalten zwischen einem Zustand, bei dem ein Abgas zu dem bestimmten Turbinenspiralkanal geliefert wird und einem Zustand vorgenommen wird, bei dem die Lieferung des Abgases zu diesem angehalten ist, wie dies in der veröffentlichten registrierten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung JP Sho 61-33923 , der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung JP 2001-263078 und dergleichen gezeigt ist. Außerdem ist die vorliegende Erfindung beispielsweise auch auf einen (nicht gezeigten) Schaltventilmechanismus anwendbar, der so aufgebaut ist, dass er ein Schalten für ein Turbinengehäuse bei einer bestimmten Stufe von vielen Stufen von (nicht gezeigten) Turbinengehäusen ausführt, wobei das Schalten zwischen einem Zustand, bei dem ein Abgas zu dem Turbinengehäuse bei einem bestimmten Zustand geliefert wird, und einem Zustand erfolgt, bei dem die Lieferung des Abgases zu diesem angehalten ist, wie dies in den japanischen veröffentlichten Patentanmeldungen JP 2010-209688 , JP 2011-106358 und dergleichen gezeigt ist.

Claims

Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate, der in einem Turbolader angewendet wird, der mit einem Gaskanal mit variabler Strömungsrate versehen ist, um eine Strömungsrate eines Abgases einzustellen, das zu einer Turbinenradseite zu liefern ist, wobei der Gaskanal mit variabler Strömungsrate im Inneren eines Turbinengehäuses oder im Inneren eines Verbindungselementes ausgebildet ist, das mit dem Turbinengehäuse in einem Kommunikationszustand mit dem Turbinengehäuse verbunden ist, wobei der Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate so aufgebaut ist, dass er eine Öffnung des Gaskanals mit variabler Strömungsrate öffnet und schließt, wobei der Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate Folgendes aufweist: einen Schaft, der durch entweder das Turbinengehäuse oder einen Außenwandabschnitt des Verbindungsstückes (Verbindungselementes) gestützt ist; ein Verbindungselement mit einem Basisendabschnitt, der mit einem Basisendabschnitt des Schaftes einstückig verbunden ist und so aufgebaut ist, dass es durch einen Aktuator angetrieben wird, um in einer Vorwärtsrichtung und einer Rückwärtsrichtung um eine Wellenmitte des Schaftes geschwenkt zu werden; ein Befestigungselement, das mit dem Schaft einstückig verbunden ist; ein Ventil mit einem Ventilkörper, der an dem Befestigungselement angebracht ist, wobei der Ventilkörper eine Ventilfläche hat, die dazu in der Lage ist, mit einem Ventilsitz an dem Umfang der Öffnung des Gaskanals mit variabler Strömungsrate in Kontakt zu gelangen und außer Kontakt zu gelangen, und einem Ventilverbindungselement, das an dem Ventilkörper vorgesehen ist und mit dem Befestigungselement verbunden ist; ein Stopperelement, das an dem Ventilverbindungselement angebracht ist; und eine Blattfeder mit einem zurückgefalteten Abschnitt, der an einer mittleren Seite vorgesehen ist, einem Ausschnittabschnitt und einem Einführloch, die jeweils an zwei Endabschnitten ausgebildet sind und so aufgebaut sind, dass sie ein Einführen des Ventilverbindungselementes ermöglichen, wobei ein Endabschnitt der Blattfeder an einem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes fixiert oder angedrückt ist und ein anderer Endabschnitt der Blattfeder an einem Kopfabschnitt des Ventilkörpers gedrückt ist, oder ansonsten der eine Endabschnitt an dem Stopperelement fixiert oder angedrückt ist und der andere Endabschnitt an dem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes gedrückt ist, und die Blattfeder den Ventilkörper oder das Stopperelement in eine Richtung einer Wellenmitte des Ventilverbindungselementes vorspannt.
Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate gemäß Anspruch 1, wobei der eine Endabschnitt der Blattfeder zwischen dem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes und dem Stopperelement angeordnet ist, und der andere Endabschnitt der Blattfeder zwischen dem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes und dem Kopfabschnitt des Ventilkörpers angeordnet ist.
Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate, der in einem Turbolader angewendet wird, der mit einem Gaskanal mit variabler Strömungsrate versehen ist, um eine Strömungsrate eines Abgases einzustellen, das zu einer Turbinenradseite zu liefern ist, wobei der Gaskanal mit variabler Strömungsrate im Inneren eines Turbinengehäuses oder im Inneren eines Verbindungsstückes ausgebildet ist, das mit dem Turbinengehäuse in einem Kommunikationszustand mit dem Turbinengehäuse verbunden ist, wobei der Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate so aufgebaut ist, dass er eine Öffnung des Gaskanals mit variabler Strömungsrate öffnet und schließt, wobei der Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate Folgendes aufweist: einen Schaft, der durch entweder das Turbinengehäuse oder einen Außenwandabschnitt des Verbindungsstückes gestützt ist; ein Verbindungselement mit einem Basisendabschnitt, der mit einem Basisendabschnitt des Schaftes einstückig verbunden ist und so aufgebaut ist, dass er durch einen Aktuator angetrieben wird, um in einer Vorwärtsrichtung oder einer Rückwärtsrichtung um eine Wellenmitte des Schaftes geschwenkt zu werden; einem Befestigungselement, das mit dem Schaft einstückig verbunden ist; einem Ventil mit einem Ventilkörper, der an dem Befestigungselement angebracht ist, wobei der Ventilkörper eine Ventilfläche hat, die dazu in der Lage ist, mit einem Ventilsitz an dem Umfang der Öffnung des Gaskanals mit variabler Strömungsrate in Kontakt gebracht zu werden und außer Kontakt gebracht zu werden, und einem Ventilverbindungselement, das an dem Ventilkörper vorgesehen ist und mit dem Befestigungselement verbunden ist; und einem Stopperelement, das an dem Ventilverbindungselement angebracht ist, wobei das Befestigungselement einen zurückgefalteten Abschnitt hat, der an einer mittleren Seite vorgesehen ist, ein Ausschnittabschnitt und ein Einführloch an beiden Endabschnitten des Befestigungselementes jeweils ausgebildet sind, um ein Einführen des Ventilverbindungselementes zu ermöglichen, ein Endabschnitt des Befestigungselementes an dem Stopperelement fixiert oder angedrückt ist und der andere Endabschnitt des Befestigungselementes an einen Kopfabschnitt des Ventilkörpers gedrückt ist, und das Befestigungselement eine Funktion als eine Blattfeder hat, zum Vorspannen des Ventilkörpers in eine Richtung einer Wellenmitte des Ventilverbindungselementes.
Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate, der in einem Turbolader angewendet wird, der mit einem Gaskanal mit variabler Strömungsrate versehen ist, um eine Strömungsrate eines Abgases einzustellen, das zu einer Turbinenradseite zu liefern ist, wobei der Gaskanal mit variabler Strömungsrate im Inneren eines Turbinengehäuses oder im Inneren eines Verbindungsstückes ausgebildet ist, das mit dem Turbinengehäuse in einem Kommunikationszustand mit dem Turbinengehäuse verbunden ist, wobei der Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate so aufgebaut ist, dass er eine Öffnung des Gaskanals mit variabler Strömungsrate öffnet und schließt, wobei der Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate Folgendes aufweist: einen Schaft, der durch entweder das Turbinengehäuse oder einen Außenwandabschnitt des Verbindungsstückes gestützt ist; ein Befestigungselement, das mit dem Schaft einstückig verbunden ist; ein Ventil mit einem Ventilkörper, der an dem Befestigungselement angebracht ist und so aufgebaut ist, dass er die Öffnung des Gaskanals mit variabler Strömungsrate öffnet und schließt, und einem Ventilverbindungselement, das an dem Ventilkörper vorgesehen ist und mit dem Befestigungselement verbunden ist; einem Stopperelement, das an dem Ventilverbindungselement angebracht ist; und einer Blattfeder mit einem zurückgefalteten Abschnitt, der an einer mittleren Seite vorgesehen ist, einem Ausschnittabschnitt und einem Einführloch, die an beiden Endabschnitten jeweils ausgebildet sind und so aufgebaut sind, dass sie ein Einführen des Ventilverbindungselementes ermöglichen, wobei ein Endabschnitt der Blattfeder an einem Führungsendabschnitt des Befestigungselementes fixiert oder angedrückt ist und ein anderer Endabschnitt der Blattfeder an einem Kopfabschnitt des Ventilkörpers gedrückt ist, oder ansonsten der eine Endabschnitt an dem Stopperelement fixiert oder angedrückt ist und der andere Endabschnitt an den Führungsendabschnitt des Befestigungselementes gedrückt ist, und die Blattfeder entweder den Ventilkörper oder das Stopperelement in einer Richtung einer Wellenmitte des Ventilverbindungselementes vorspannt.
Turbolader, der so aufgebaut ist, dass er zu einem Verbrennungsmotor gelieferte Luft unter Verwendung von Energie eines Abgases von dem Verbrennungsmotor auflädt, mit: dem Ventilmechanismus mit variabler Strömungsrate gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4.