JP2010037994A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】バイパス通路の開閉バルブのシール性を向上できる内燃機関を提供すること。
【解決手段】この内燃機関１は、エンジンに過給する過給機を備えている。また、エンジンの排気通路に、タービンをバイパスするバイパス通路６２と、このバイパス通路６２を開閉する開閉バルブ６３とが設けられている。この内燃機関１では、開閉バルブ６３のバルブ本体６３１の接触面６３１ａとバイパス通路６２のポート部６２１の接触面６２１ａとが接触することにより開閉バルブ６３が閉弁する。また、バルブ本体６３１がスライド変位することにより、バルブ本体６３１の接触面６３１ａがポート部６２１の接触面６２１ａに対して略平行に移動してポート部６２１の接触面６２１ａとの距離を変化させる。
【選択図】 図４

Description

この発明は、内燃機関に関し、さらに詳しくは、バイパス通路の開閉バルブのシール性を向上できる内燃機関に関する。

近年の内燃機関は、排気のエネルギーを用いてエンジンの過給を行う過給機と、触媒により排気を浄化する触媒装置とを備えている。また、かかる内燃機関では、触媒装置の暖機を向上させるために、過給機のタービンをバイパスするバイパス通路が排気通路に設けられている。また、このバイパス通路には、その開閉を行う開閉バルブが設けられている。かかる構成を採用する従来の内燃機関として、特許文献１に記載される技術が知られている。

特表２００５−５０９７９１号公報

ここで、上記の構成を有する内燃機関では、一般に、開閉バルブのシール性を向上させるべき課題がある。

この発明は、バイパス通路の開閉バルブのシール性を向上できる内燃機関を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる内燃機関は、前記エンジンの吸気通路上に配置される圧縮機と前記エンジンの排気通路上に配置されるタービンとを有する共に前記エンジンの排気を用いて前記タービンおよび前記圧縮機を駆動して前記エンジンに過給する過給機を備え、且つ、前記排気通路が前記タービンをバイパスするバイパス通路と前記バイパス通路を開閉する開閉バルブとを有する内燃機関であって、前記開閉バルブのバルブ本体の接触面と前記バイパス通路のポート部の接触面とが接触することにより前記開閉バルブが閉弁し、且つ、前記バルブ本体がスライド変位することにより、前記バルブ本体の接触面が前記ポート部の接触面に対して略平行に移動して前記ポート部の接触面との距離を変化させることを特徴とする。

この内燃機関では、開閉バルブのバルブ本体の接触面とバイパス通路のポート部の接触面とが接触することにより開閉バルブが閉弁するので、バルブ本体の接触面とポート部の接触面との密着性が高い。したがって、閉弁時における開閉バルブのシール性が向上する利点がある。

また、この発明にかかる内燃機関は、前記ポート部が前記タービンを収容するタービンハウジングに一体形成されると共に、前記タービンハウジングが、前記バルブ本体を前記タービンハウジングの外壁に沿ってスライド変位させるガイド部を有する。

この内燃機関では、開閉バルブの開閉動作時にて、バルブ本体がガイド部によりガイドされて、タービンハウジングの外壁に沿ってスライド変位する。これにより、バルブ本体が安定的にスライド変位するので、開閉バルブの開閉動作がスムーズに行われる利点がある。

また、この発明にかかる内燃機関は、前記ポート部の接触面が前記バルブ本体のスライド方向に対して所定の傾斜角を有する。

この内燃機関では、開閉バルブの閉弁時にて、バルブ本体がポート部側にスライド変位することにより、バルブ本体の接触面がポート部の接触面に押し付けられる。したがって、バルブ本体の接触面とポート部の接触面との密着性が向上するので、閉弁時における開閉バルブのシール性が向上する利点がある。

また、この発明にかかる内燃機関は、前記バルブ本体の接触面が前記バルブ本体のスライド方向に対して所定の傾斜角を有する。

この内燃機関では、開閉バルブの閉弁時にて、バルブ本体がポート部側にスライド変位することにより、バルブ本体の接触面がポート部の接触面に押し付けられる。したがって、バルブ本体の接触面とポート部の接触面との密着性が向上するので、閉弁時における開閉バルブのシール性が向上する利点がある。

また、この発明にかかる内燃機関は、前記ポート部の接触面および前記バルブ本体の接触面が平面形状を有する。

この実施例では、開閉バルブの閉弁時にて、バルブ本体の接触面とポート部の接触面との密着性が向上する。これにより、閉弁時における開閉バルブのシール性が向上する利点がある。

この発明にかかる内燃機関では、開閉バルブのバルブ本体の接触面とバイパス通路のポート部の接触面とが接触することにより開閉バルブが閉弁するので、バルブ本体の接触面とポート部の接触面との密着性が高い。したがって、閉弁時における開閉バルブのシール性が向上する利点がある。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、この実施例の構成要素には、発明の同一性を維持しつつ置換可能かつ置換自明なものが含まれる。また、この実施例に記載された複数の変形例は、当業者自明の範囲内にて任意に組み合わせが可能である。

図１は、この発明の実施例にかかる内燃機関を示す構成図である。図２および図３は、図１に記載した内燃機関のウエストゲートバルブの配置構成を示す説明図である。図４〜図６は、図２に記載したウエストゲートバルブの具体例を示す説明図である。図７は、図４に記載したウエストゲートバルブの変形例を示す説明図である。

［内燃機関］
この内燃機関１は、エンジン２と、過給機３と、制御系４とを有する（図１参照）。エンジン２は、ピストン２１と、ピストン２１を収容するシリンダ２２と、ピストン２１に連結されるクランクシャフト２３とを有する。このエンジン２は、シリンダ２２内にて混合気を燃焼させてピストン２１を駆動すると共に、このピストン２１の往復運動をクランクシャフト２３の回転運動に変換して動力を発生する。エンジン２の吸気ポート２４には、吸気マニホールドを介して吸気通路（吸気管）５が接続される。また、エンジン２の排気ポート２５には、排気マニホールドを介して排気通路（排気管）６が接続される。このエンジン２では、吸気通路５および吸気ポート２４を介してシリンダ２２内に空気が吸入され、また、排気ポート２５および排気通路６を介してシリンダ２２内の燃焼ガスが排出される。

過給機３は、過給によりエンジン２の高出力化あるいは低燃費化を実現する。この過給機３は、排気通路６上に配置されるタービン３１と、吸気通路５上に配置される圧縮機３２と、タービン３１および圧縮機３２を連結する回転軸３３とを有する。この過給機３では、排気通路６を通る排気ガスによりタービン３１が駆動され、その動力が回転軸３３を介して圧縮機３２に伝達されて圧縮機３２が駆動される。そして、吸気通路５内の空気が圧縮機３２により圧縮されてエンジン２に供給（過給）されることにより、エンジン２の出力が高められる。

また、吸気通路５上には、エアクリーナ５１と、インタークーラ５２と、スロットルバルブ５３と、サージタンク５４とが設置される。エアクリーナ５１は、吸気通路５の入口部に配置されて吸入空気中のゴミや塵などを除去するフィルタである。インタークーラ５２は、過給機３のタービン３１にて圧縮された空気を冷却する装置である。スロットルバルブ５３は、エンジン２に供給される空気量（吸入空気量）を調整する流量調整弁であり、例えば、アクセルペダル（図示省略）の操作により駆動される。サージタンク５４は、吸入空気を一時的に溜めて吸気脈動を抑制するタンクである。また、排気通路６上には、触媒装置６１が配置される。この触媒装置６１は、通過する排気を触媒により浄化する機能を有する。

制御系４は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４１と、各種センサとを有する。各種センサは、例えば、空燃比センサあるいは酸素濃度センサ（Ｏ_２センサ）などのガスセンサ４２、エンジン回転数を検出する回転数センサおよびエンジントルクを検出するトルクセンサ（図示省略）、アクセル開度センサおよび車速センサなどにより構成される。この制御系４では、ＥＣＵ４１が各種センサの計測結果に基づいてエンジン２および過給機３の駆動や後述する開閉バルブ６３の開閉制御を行う。

［バイパス通路］
また、エンジン２の排気通路６には、過給機３のタービン３１をバイパスするバイパス通路６２が設けられる（図１〜図３参照）。このバイパス通路６２は、その入口部をタービン３１の上流側に有すると共に、その出口部をタービン３１の下流側に有する（図１参照）。また、バイパス通路６２は、タービン３１を収容するタービンハウジング３４に一体成形される。また、バイパス通路６２は、タービンハウジング３４の外壁面のうちタービン３１の出口側の壁面に、ポート部（開口部）６２１を有する。

また、バイパス通路６２には、開閉バルブ（ウエストゲートバルブ）６３が設けられる（図２および図３参照）。この開閉バルブ６３は、バルブ本体６３１と、アクチュエータ（図示省略）とを有する。バルブ本体６３１は、バイパス通路６２のポート部６２１に配置されて、このポート部６２１を開閉する。この開閉バルブ６３では、アクチュエータによりバルブ本体６３１が駆動されて、バイパス通路６２（ポート部６２１）の開閉制御が行われる。なお、アクチュエータは、ＥＣＵ４により駆動制御される。

例えば、暖機運転時には、開閉バルブ６３が開弁してバイパス通路６２が開放される（ノーマルオープン）。すると、排気の一部がバイパス通路６２を通ってタービン３１の下流側に抜けるため、高温の排気（タービン３１に熱を奪われていない排気）が触媒装置６１に供給される。これにより、触媒装置６１の暖機が促進されて、排気浄化性能が向上する。一方、定常運転時（過給機３の稼働時）には、開閉バルブ６３が閉弁してバイパス通路６２が閉止される。すると、排気がタービン３１に供給されて過給機３が駆動され、エンジン２に過給が行われる。これにより、エンジン２の出力が向上する。

ここで、暖機運転時から定常運転時への切替時には、過給機３（タービン３１）を効率的に稼働させるために、開閉バルブ６３の開閉動作が迅速に行われることが好ましい（過給機３の過渡レスポンス性の向上）。

そこで、この内燃機関１では、以下の構成が採用される（図４〜図６参照）。すなわち、開閉バルブ６３のバルブ本体６３１の接触面６３１ａとバイパス通路６２のポート部６２１の接触面６２１ａと対向して配置されており、これらの接触面６３１ａ、６２１ａが接触することにより開閉バルブ６３が閉弁する。また、バルブ本体６３１の接触面６３１ａがポート部６２１の接触面６２１ａに対して略平行に移動してポート部６２１の接触面６２１ａとの距離ｄを変化させることにより、開閉バルブ６３の開閉動作が行われる。

かかる構成では、まず、開閉バルブ６３の閉弁状態（バイパス通路６２の閉鎖状態）にて、開閉バルブ６３のバルブ本体６３１の接触面とバイパス通路６２のポート部６２１の接触面とが面接触する。このとき、バルブ本体６３１の接触面６３１ａとポート部６２１の接触面６２１ａとの距離ｄがｄ＝０となる（図４参照）。次に、開閉バルブ６３の開弁時（バイパス通路６２の開通時）には、バルブ本体６３１が一方向にスライド変位して、バルブ本体６３１の接触面６３１ａとポート部６２１の接触面６２１ａとが略平行に開いて距離ｄを広げる。このため、ポート部６２１の開口部全体が一気に開かれる。また、開閉バルブ６３の閉弁時（バイパス通路６２の閉鎖時）には、バルブ本体６３１が逆方向にスライド変位して、バルブ本体６３１の接触面６３１ａとポート部６２１の接触面６２１ａとが略平行に閉じて距離ｄを狭める。そして、これらの接触面６３１ａ、６２１ａが面接触することにより、開閉バルブ６３が閉弁する。このため、ポート部６２１の開口部全体が一気に閉じられる。

［効果］
以上説明したように、この内燃機関１では、（１）開閉バルブ６３のバルブ本体６３１の接触面６３１ａとバイパス通路６２のポート部６２１の接触面６２１ａとが接触することにより開閉バルブ６３が閉弁するので、バルブ本体６３１の接触面６３１ａとポート部６２１の接触面６２１ａとの密着性が高い。したがって、閉弁時における開閉バルブ６３のシール性が向上する利点がある。また、（２）バルブ本体６３１がスライド変位するので、バルブ本体がヒンジ部を支点として開閉動作する構成（図示省略）と比較して、開閉バルブ６３の設置スペースを小さくできる利点がある。また、（３）バルブ本体６３１の接触面６３１ａがポート部６２１の接触面６２１ａに対して略平行に移動してポート部６２１の接触面６２１ａとの距離ｄを変化させるので、開閉バルブ６３の開弁時にてポート部６２１の開口部全体が一気に開き、また、開閉バルブ６３の閉弁時にてポート部６２１の開口部全体が一気に閉じられる。これにより、開閉バルブ６３の開閉動作が迅速に行われて、バイパス通路６２の開閉制御の応答性が向上する利点がある。例えば、バルブ本体が円盤形状を有すると共に所定の回転軸回りに回転変位してバイパス通路の開閉が行われる構成（ロータリーバルブ）では、バルブ本体の接触面とポート部の接触面との距離が一定に維持されつつポート部の開口面積がバルブ本体の回転角度に応じて徐々に変化する。したがって、バイパス通路が徐々に開閉するため、バイパス通路の開閉制御の応答性が低いという問題がある。

［付加的事項］
なお、この内燃機関１では、ポート部６２１がタービン３１を収容するタービンハウジング３４に一体形成されると共に、このタービンハウジング３４がバルブ本体６３１をタービンハウジング３４の外壁に沿ってスライド変位させるガイド部３５を有することが好ましい（図４および図６参照）。かかる構成では、開閉バルブ６３の開閉動作時にて、バルブ本体６３１がガイド部によりガイドされて、タービンハウジング３４の外壁に沿ってスライド変位する。これにより、バルブ本体６３１が安定的にスライド変位するので、開閉バルブ６３の開閉動作がスムーズに行われる利点がある。また、かかるガイド部３５によりバルブ本体６３１が精度良くスライド変位するので、バルブ本体６３１とポート部６２１との接触が適正に行われる。これにより、開閉バルブ６３のシール性が向上する利点がある。

例えば、この実施例では、バイパス通路６２がタービンハウジング３４に一体形成されており、そのポート部６２１がタービン３１の上流側の外壁面に配置されている（図２および図３参照）。また、開閉バルブ６３のバルブ本体６３１をガイドするためのガイド部３５が、タービンハウジング３４の外壁面に形成されている（図５および図６参照）。このガイド部３５は、直線状かつ断面Ｌ字状を有する一対の係止片から成り、タービンハウジング３４の外壁面に沿ってポート部６２１の径方向に延在している。そして、これらの係止片の間にバルブ本体６３１が挟み込まれて配置されている。これにより、バルブ本体６３１は、このガイド部３５に沿ってポート部６２１の径方向にスライド変位できる。

また、この内燃機関１では、ポート部６２１の接触面６２１ａがバルブ本体６３１のスライド方向に対して所定の傾斜角θを有することが好ましい（図４参照）。かかる構成では、開閉バルブ６３の閉弁時にて、バルブ本体６３１がポート部６２１側にスライド変位することにより、バルブ本体６３１の接触面６３１ａがポート部６２１の接触面６２１ａに押し付けられる。したがって、バルブ本体６３１の接触面６３１ａとポート部６２１の接触面６２１ａとの密着性が向上するので、閉弁時における開閉バルブ６３のシール性が向上する利点がある。

同様に、この内燃機関１では、バルブ本体６３１の接触面６３１ａがバルブ本体６３１のスライド方向に対して所定の傾斜角θを有することが好ましい（図４参照）。かかる構成では、開閉バルブ６３の閉弁時にて、バルブ本体６３１がポート部６２１側にスライド変位することにより、バルブ本体６３１の接触面６３１ａがポート部６２１の接触面６２１ａに押し付けられる。したがって、バルブ本体６３１の接触面６３１ａとポート部６２１の接触面６２１ａとの密着性が向上するので、閉弁時における開閉バルブ６３のシール性が向上する利点がある。

特に、上記のように、バルブ本体６３１の接触面６３１ａが傾斜角θを有する構成では、バルブ本体６３１がタービンハウジング３４の外壁面に沿ってスライド変位するときに、バルブ本体６３１の下面とタービンハウジング３４の外壁面との接触面積が小さい。したがって、バルブ本体６３１の下面とタービンハウジング３４の外壁面との摩擦が低減されるので、開閉バルブ６３の開閉動作がスムーズに行われる利点がある、また、開閉バルブ６３の開閉動作に必要な駆動力が小さいという利点がある。また、例えば、ロータリーバルブを有する構成と比較して、排気に起因するカーボンの堆積が抑制されるので、開閉バルブ６３のシール性が適性に維持される利点がある。また、排気による熱変形の影響が小さいという利点がある。

例えば、この実施例では、バイパス通路６２の軸方向断面視にてポート部６２１がテーパ状の断面形状を有することにより、ポート部６２１の接触面６２１ａがバルブ本体６３１のスライド方向に対して所定の傾斜角θを有している（図４参照）。また、バルブ本体６３１の軸方向断面視にてバルブ本体６３１がくさび型形状を有することにより、バルブ本体６３１の接触面６３１ａがバルブ本体６３１のスライド方向に対して所定の傾斜角θを有している。このとき、ポート部６２１の接触面６２１ａの傾斜角θとバルブ本体６３１の接触面６３１ａの傾斜角θとは相等しい。このため、開閉バルブ６３の開閉動作時には、バルブ本体６３１の接触面６３１ａがポート部６２１の接触面６２１ａに対して略平行に移動してポート部６２１の接触面６２１ａとの距離ｄを変化させる。

また、この実施例では、ポート部６２１の接触面６２１ａおよびバルブ本体６３１の接触面６３１ａがそれぞれ平面形状を有している（図４参照）。かかる構成では、開閉バルブ６３の閉弁時にて、バルブ本体６３１の接触面６３１ａとポート部６２１の接触面６２１ａとの密着性が向上する。これにより、閉弁時における開閉バルブ６３のシール性が向上する利点がある。

なお、この実施例では、タービンハウジング３４がシングルエントリ構造を有しており、単一のポート部６２１（バイパス通路６２）のみがタービンハウジング３４に形成されている（図６参照）。しかし、これに限らず、タービンハウジング３４がツインエントリ構造を有する構成では、排気の導入経路に応じて一対のポート部６２１、６２１がそれぞれタービンハウジング３４に形成されても良い（図７参照）。なお、かかる構成では、単一のバルブ本体６３１がガイド部３５を介してスライド可能に配置されて、一対のポート部６２１、６２１を開閉する。

以上のように、この発明にかかる内燃機関点は、バイパス通路の開閉バルブのシール性を向上できる点で有用である。

この発明の実施例にかかる内燃機関を示す構成図である。 図１に記載した内燃機関のウエストゲートバルブの配置構成を示す説明図である。 図１に記載した内燃機関のウエストゲートバルブの配置構成を示す説明図である。 図２に記載したウエストゲートバルブの具体例を示す説明図である。 図２に記載したウエストゲートバルブの具体例を示す説明図である。 図２に記載したウエストゲートバルブの具体例を示す説明図である。 図４に記載したウエストゲートバルブの変形例を示す説明図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ エンジン
２１ ピストン
２２ シリンダ
２３ クランクシャフト
２４ 吸気ポート
２５ 排気ポート
３ 過給機
３１ タービン
３２ 圧縮機
３３ 回転軸
３４ タービンハウジング
３５ ガイド部
４ 制御系
４１ ＥＣＵ
４２ ガスセンサ
５ 吸気通路
５１ エアクリーナ
５２ インタークーラ
５３ スロットルバルブ
５４ サージタンク
６ 排気通路
６１ 触媒装置
６２ バイパス通路
６２１ ポート部
６２１ａ 接触面
６３ 開閉バルブ
６３１ バルブ本体
６３１ａ 接触面

Claims (5)

1. エンジンの吸気通路上に配置される圧縮機と前記エンジンの排気通路上に配置されるタービンとを有する共に前記エンジンの排気を用いて前記タービンおよび前記圧縮機を駆動して前記エンジンに過給する過給機を備え、且つ、前記排気通路が前記タービンをバイパスするバイパス通路と前記バイパス通路を開閉する開閉バルブとを有する内燃機関であって、
   前記開閉バルブのバルブ本体の接触面と前記バイパス通路のポート部の接触面とが接触することにより前記開閉バルブが閉弁し、且つ、前記バルブ本体がスライド変位することにより、前記バルブ本体の接触面が前記ポート部の接触面に対して略平行に移動して前記ポート部の接触面との距離を変化させることを特徴とする内燃機関。
2. 前記ポート部が前記タービンを収容するタービンハウジングに一体形成されると共に、前記タービンハウジングが、前記バルブ本体を前記タービンハウジングの外壁に沿ってスライド変位させるガイド部を有する請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記ポート部の接触面が前記バルブ本体のスライド方向に対して所定の傾斜角を有する請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 前記バルブ本体の接触面が前記バルブ本体のスライド方向に対して所定の傾斜角を有する請求項１〜３のいずれか一つに記載の内燃機関。
5. 前記ポート部の接触面および前記バルブ本体の接触面が平面形状を有する請求項４に記載の内燃機関。

Images