JP2013519813A - 排気ガスターボチャージャーのウェイストゲートバルブなどの弁機構用の作動機構 - Google Patents

Abstract

本発明は例えば排気ガスターボチャージャーのウェイストゲートバルブなどの弁機構用の作動機構（１０）に関し、この作動機構は、レバー部材（１２）と、該レバー部材を介して移動操作される弁体部材（１４）とを備え、前記弁体部材は流通開口を閉塞するための閉塞面（１６）を有し、前記レバー部材（１２）と前記弁体部材（１４）とは少なくともそれら部材の各々に設けられた当接面（２０、２２）を介して互いに協働するようにしてあり、それら当接面の各々は、少なくとも前記弁体部材（１４）の軸方向（１８）に対して直交する平面から湾曲した湾曲面として形成されており、以上において、前記湾曲した当接面（２０、２２）は互いに同心的に配置され、それら当接面に共通する中心点（３０）が、少なくとも実質的に前記弁体部材（１４）の前記閉塞面（１６）の表面の高さ位置に位置するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載した種類の、例えば排気ガスターボチャージャーのウェイストゲートバルブなどの弁機構用の作動機構に関する。

ドイツ特許公報第DE 10 2006 022 482 A1号には、内燃機関の排気タービン式過給機（ターボチャージャー）のための排気流量制御用フラップ弁が開示されている。この排気流量制御用フラップ弁は、揺動アームと、この揺動アームに取付けられた弁板部材とを備えており、排気ガスターボチャージャーのタービンハウジングに設けられたバイパス開口に弁板部材が着座することでバイパス開口が閉塞され、バイパス開口から弁板部材が離座することでバイパス開口が開放される。この排気流量制御用フラップ弁の弁板部材を揺動させるために用いられている作動機構は、揺動アームに弁板部材を取付けている取付構造を、バイパス開口に対する弁板部材の相対的な角度が調節されるような構造としたものであり、その取付構造は、揺動アームと弁板部材とが当接する当接領域を凸球面と凹球面とで構成したものである。

ドイツ特許公報第DE 10 2006 022 482 A1号

この公知の排気流量制御用フラップ弁には、大きな摩耗が発生し易く、そのため機能障害を生じるおそれがあるという問題があった。従って本発明の目的は、例えば排気ガスターボチャージャーのウェイストゲートバルブなどの弁機構用の作動機構であって、高度の機能確実性を備えた作動機構を提供することにある。

上記目的は、請求項１に記載した特徴を備えた、例えば排気ガスターボチャージャーのウェイストゲートバルブなどの弁機構用の作動機構により達成される。本発明の好適且つ非自明な修正を加えた有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

本発明に係る弁機構用の作動機構は、例えば排気ガスターボチャージャーのウェイストゲートバルブなどの弁機構を作動させるための弁機構用の作動機構であって、レバー部材と、該レバー部材を介して移動操作される弁体部材とを備え、前記弁体部材は流通開口を閉塞するための閉塞面を有し、前記レバー部材と前記弁体部材とは少なくともそれら部材の各々に設けられた当接面を介して互いに協働するようにしてあり、それら当接面の各々は、少なくとも前記弁体部材の軸方向に対して直交する平面から湾曲した湾曲面として形成されており、以上において、前記湾曲した当接面は互いに同心的に配置され、それら当接面に共通する中心点が、少なくとも実質的に前記弁体部材の前記閉塞面の表面の高さ位置に位置することを特徴とする。

前記当接面の各々が、前記閉塞面から離れる方向へ膨出するように湾曲した湾曲面として形成されており、しかもそれら当接面が、互いに同心的な位置関係にある構成とすることで、前記弁体部材が固着するおそれが払拭ないし低減され、また、それら当接面に大きな摩耗が発生することが防止されるため、この作動機構は高度の機能信頼性を備えたものとなる。また、かかる構成は極めて大きな負荷に耐えることができ、例えば高温や極低温に対する耐性にも優れていることから、非常に長い供用期間に亘ってメンテナンスに要する時間と費用とが低く抑えられ、また、メンテナンスの頻度も低く抑えられる。

本発明に係る作動機構では前記弁体部材が移動可能とされており、即ち、前記当接面どうしが互いに当接した状態で相対的に摺動することにより前記弁体部材が揺動することができ、それによって角度補償がなされるようになっている。この角度補償によって弁機構の流通開口の閉塞状態が極めて良好になると共に、製造誤差や堆積物質の付着に対する補償も行われる。流通開口を閉塞するためには、前記弁体部材が弁座に密着状態で着座する必要があるが、もし製造誤差や堆積物質の付着に対する補償が行われなければ、前記弁体部材の着座の密着状態が毀損されるおそれがあるのである。この角度補償のための前記弁体部材の移動即ち揺動は、各々の前記当接面に共通する中心点である前記共通中心点を中心とした揺動であり、例えば前記弁体部材の弁板部や前記弁体部材それ自体に力が、例えば閉塞力が作用することによって、前記共通中心点を中心とした回転モーメントが発生する。そのため、もし前記共通中心点が前記閉塞面の表面からかなりの離隔距離に位置するならば、そのように作用する力のモーメントの腕の長さが離隔距離に応じて長くなり、ひいては前記共通中心点を中心とした回転モーメントが大きなものとなるために、前記当接面に作用する摩擦力が大となり、それによって前記当接面に大きな摩耗が発生し、また前記弁体部材が固着することによって弁機構が機能障害を生じるおそれがある。

本発明に係る作動機構によれば以上のことが防止される。即ち、本発明に係る作動機構によれば、前記弁体部材が移動即ち揺動していない状態にあるときにも、つまり前記弁体部材が角度補償のなされていない角度位置にあるときにも、複数の前記当接面に共通する前記共通中心点が、少なくとも実質的に前記閉塞面の表面の高さ位置に位置している。更に、本発明に係る作動機構は、前記弁体部材を前記レバー部材に連結する自在継手としての機能を提供しており、それによって製造誤差や堆積物質の付着に対する補償がなされるため、弁機構の閉塞機能が極めて良好なものとなる。また本発明に係る作動機構によれば、製造誤差並びに堆積物質の付着に対する補償を可能にするための構成部材の遊びの大きさを最小限に抑えることができ、それによって弁機構の閉塞機能が更に良好なものとなる。

また、本発明に係る作動機構によれば、前記弁体部材が反作用力で逆方向に回転しようとすることに対する抵抗モーメントを提供する前記当接面が、球面や円錐面などの形状の湾曲面として形成されていることにより、その高度の機能確実性がより一層増強されている。更に、前記当接面が湾曲面として形成されていることにより、この作動機構の容積を小さなものとしつつ、前記当接面の面積を大きく取れるという利点が得られており、これによって摩耗低減効果が更に高められている。

以上に加えて更に、本発明に係る作動機構は騒音特性にも優れており、これは、上述したように遊びの大きさを最小限に抑えることができるため、構成部材のガタ付きによって騒音が発生することが殆どないからである。このことは、本発明に係る作動機構を用いた排気ガスターボチャージャーを装備した自動車の運転快適性に良好な影響をもたらすものであって、それは、本発明に係る作動機構が自動車の乗員が不快と感じる騒音を発生しないからである。

本発明の更なる利点、特徴、及び細部構成については、以下に示す好適な実施の形態についての説明を参照し、また添付図面を参照することにより明らかとなる。以上の説明中で言及した様々な特徴及びそれら特徴の組合せ、並びに、添付図面に関連した以下の説明中で言及し、及び／または、図面中に示す様々な特徴及びそれら特徴の組合せは、それら説明ないし図面に示した通りの組合せで利用し得るばかりでなく、それとは異なる組合せで利用することもでき、また、個々の特徴を単独で利用することも可能なものであって、そのような特徴を利用した場合でも本発明の範囲から逸脱するものではない。

本発明の実施の形態に係る作動機構の断面図である。 本発明の別の実施の形態に係る作動機構の断面図である。 本発明の更に別の実施の形態に係る作動機構の断面図である。 本発明の更に別の実施の形態に係る作動機構の断面図である。 本発明の更に別の実施の形態に係る作動機構の平面図である。 図５に示した本発明の実施の形態に係る作動機構の側面図である。 図５に示した本発明の実施の形態に係る作動機構のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図５に示した本発明の実施の形態に係る作動機構のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

図１に示したのは、排気タービン式過給機（ターボチャージャー）のウェイストゲートバルブを作動させるための弁機構用の作動機構１０であり、このウェイストゲートバルブによって、排気ガスターボチャージャーのタービンの羽根車に作用する圧力を制御することができる。作動機構１０は、レバー部材１２と、このレバー部材１２を介して移動操作される弁体部材１４とを備えている。弁体部材１４は閉塞面１６を有しており、この閉塞面１６によって流通開口を閉塞することができる。更に、弁体部材１４によって、流通開口であるバイパス開口は少なくとも部分的に閉塞され、または少なくとも部分的に開放されることができ、それによって、排気ガスターボチャージャーを装備した内燃機関の排気全量のうち所望量の排気を、羽根車を通過させずにバイパスさせ、もって、その所望量の排気が羽根車に作用せず、羽根車の駆動に関与しないようにするものである。

レバー部材１２と弁体部材１４とは、それら部材の各々に設けられた当接面２０、２２を介して互いに協働するようにしてあり、それら当接面２０、２２は、弁体部材１４の軸方向（図中に矢印１８で示した方向）に対して直交する平面から湾曲した湾曲面として形成されている。それら当接面２０、２２によって一種のボールジョイントが構成されており、このボールジョイントによって弁体部材１４が角度調整のために揺動可能とされている。この弁体部材１４の揺動によって角度補償が行われ、その角度補償により、製造誤差の補償、及び／または、弁体部材１４が着座する弁座への堆積物質の付着に対する補償が行われる。図１に示した弁体部材１４の状態は、この弁体部材１４が中立位置にある状態であり、即ち、角度補償のための移動が行われていない状態、つまり揺動していない状態である。そのため、閉塞面１６に対して直交する方向であって弁体部材１４の軸方向（図中に矢印１８で示した方向）に対して平行な方向に延在している軸２４が、弁体部材１４に一体形成された軸部２８がその中を貫通して延在しているレバー部材１２の貫通孔２６の軸方向と平行になっている。閉塞面１６から離れる方向へ膨出するように湾曲した湾曲面として形成されている当接面２０と当接面２２とは、互いに同心的な位置関係にあり、それら当接面２０、２２に共通する共通中心点３０が、少なくとも実質的に弁体部材１４の閉塞面１６の表面の高さ位置に位置するようにしてある。これによって作動機構１０は、発生摩耗量の小さなものとなっており、また、弁体部材１４の固着が防止されることによって高度の機能信頼性を備えたものとなっている。

図１から明らかなように、弁体部材１４は、連結部材である座金形部材３２を介して連結されており、この座金形部材３２は、リベット接合法及び／または溶接法を用いて弁体部材１４又は軸部２８に接合される。図中に矢印１８で示した方向に応じた軸方向に平行な方向のうち、一方の方向に関しては当接面２０と当接面２２が協働してストッパとしての機能を提供し、その他方の方向に関しては座金形部材３２がストッパとしての機能を提供しており、この構成とすることで、作動機構１０における遊びの大きさを最小限に抑えることができる。座金形部材３２とレバー部材１２とは、それら部材の各々に設けられた当接面３４、３６を介して互いに協働するようにしてあり、それら当接面３４、３６は、閉塞面１６から離れる方向へ膨出するように湾曲した湾曲面として形成されている。尚、座金形部材３２の湾曲面は、図１に示したような球面形状のものとする代わりに、屋根形とすることも可能であることに留意すべきであり、そうした場合には、座金形部材３２とレバー部材１２との当接形態が線接触となる。

作動機構１０を組立てる際には、例えば座金形部材３２と弁体部材１４の軸部２８との嵌め合い公差を締り嵌めとしておき、両者を嵌合した上で、アーク溶接法、加圧溶接法、レーザ溶接法、それにリベット接合法などの、適宜の接合法を適用して座金形部材３２を弁体部材１４の軸部２８に接合する。これによって遊びの大きさを極めて小さなものとすることができるが、実際に遊びの大きさがどれほどになるかは、適用する接合法によって異なる。遊びの大きさが所定の目標値になるようにすることが必要な場合には、軸部２８に肩部を形成するとよく、その場合に、軸部２８を、従って弁体部材１４を鋳造部品として製作するのであれば、その鋳造工程において肩部を形成するようにすればよい。

図２に示したのは別の実施形態に係る作動機構１０であり、図１の作動機構１０に関して上で説明した事項はこの図２の作動機構１０にも略々同様に該当する。

図２の作動機構１０では、連結部材である軸部材３４がレバー部材１２に連結されている。この軸部材３８は、弁体部材１４とは別に形成された部材であって、レバー部材１２の貫通孔２６を貫通して延在し、更に弁体部材１４の嵌合孔に嵌合している。また、弁体部材１４と軸部材３８とは、例えばリベット接合法及び／または溶接法などにより接合される。

図１と比較すると、軸部２８が軸部材３８に置き換えられていることがわかる。

図３に示したのは更に別の実施の形態に係る作動機構１０であり、図１及び図２の作動機構１０に関して上で説明した事項はこの図３の作動機構にも略々同様に該当する。図３の作動機構１０では、弁体部材１４に軸部２８が一体形成されている。軸部２８は、径方向（図中に矢印１８で示した方向）に、閉塞面１６とは反対側へ延出しており、レバー部材１２の貫通孔２６を貫通して突出している。また、軸部２８は、嵌装部である溝部４０を有しており、この溝部４０に座金形部材３２が嵌装されている。

この図３の作動機構１０でも、座金形部材３２は溶接法及び／またはリベット接合法により弁体部材１４に接合され、それによって、前述した他方の方向に関するストッパ部が構成される。

図３の作動機構１０において、当接面２０及び２２は、閉塞面１６へ近付く方向へ膨出するように湾曲した湾曲面として形成され、一方、当接面３４及び３６は、閉塞面１６から離れる方向へ膨出するように湾曲した湾曲面として形成されており、それら湾曲面は互いに同心的な位置関係にある。そして、それら湾曲面に共通する共通中心点３０が、少なくとも実質的に閉塞面１６の表面上に位置するようにしてあり、これによって、発生摩耗量が小さく抑えられ、高度の機能確実性が得られ、更には、遊びの大きさが小さく抑えられてガタ付き音の発生が防止されるようにしている。

また更に、図３から明らかなように、レバー部材１２は、当接面４２及び４４を介して協働するようにしてある。レバー部材１２の当接面４４は、弁体部材１４の径方向（図中に矢印４６で示した方向）に対して直交する平面から湾曲した湾曲面として形成されている。また、この当接面４４は、軸部２８へ（従って弁体部材１４へ）近付く方向へ膨出するように湾曲した湾曲面として形成されている。

図４は本発明の更に別の実施の形態に係る作動機構１０を示した図であり、この作動機構１０は加圧溶接法を用いて製作されるものである。図２の実施の形態と異なる点は、軸部材２８が弁体部材１４の途中までしか嵌入しておらず、貫通していないことである。軸部材２８は弁体部材１４に加圧溶接されている。ただし、加圧溶接に替えてロウ付け法などを用いて接合してもよい。

図５、図６、図７、及び図８は、本発明の更に別の実施の形態に係る作動機構１０の平面図、側面図、及び断面図を示したものである。この作動機構１０は、端面形状を楕円形とした連結軸部材３８を介して接続された円形の弁体部材１４を備えている。この実施の形態において、連結軸部材３８の全体のうちの弁体部材１４に完全に嵌入する部分は、円形の横断面形状を有する形状に形成されており、一方、この連結軸部材３８の全体のうちの（弁体部材１４をレバー部材１２に連結するために）弁体部材１４が連結される部分は、楕円形の外周形状を有する形状に形成されている。この実施の形態では、弁体部材１４の連結構造の形状を球面形とは異なる形状としているため、弁板部材などの弁体部材１４がその長手方向軸を中心として回転することが防止されるという利点が得られている。即ち、もし弁体部材１４が回転したならば、それによって部材どうしが擦れ合うために騒音が発生し、また摩耗が進行するおそれがあるが、この実施の形態によれば、回転防止のための部品を付加することなく弁体部材１４の回転を防止することができるのである。

Claims (8)

1. 例えば排気ガスターボチャージャーのウェイストゲートバルブなどの弁機構用の作動機構であって、レバー部材（１２）と、該レバー部材を介して移動操作される弁体部材（１４）とを備え、前記弁体部材は流通開口を閉塞するための閉塞面（１６）を有し、前記レバー部材（１２）と前記弁体部材（１２）とは少なくともそれら部材の各々に設けられた当接面（２０、２２）を介して互いに協働するようにしてあり、それら当接面の各々は、少なくとも前記弁体部材（１４）の軸方向（１８）に対して直交する平面から湾曲した湾曲面として形成されており、以上において、前記湾曲した当接面（２０、２２）は互いに同心的に配置され、それら当接面に共通する中心点（３０）が、少なくとも実質的に前記弁体部材（１４）の前記閉塞面（１６）の表面の高さ位置に位置することを特徴とする作動機構（１０）。
2. 前記レバー部材（１２）と前記弁体部材（１４）とは、少なくとも１つの連結部材（３２、３８）を介して連結されていることを特徴とする請求項１記載の作動機構（１０）。
3. 前記レバー部材（１２）と前記連結部材（３２、３８）とは、それら部材の各々に設けられた当接面（４２、４４）を介して互いに協働するようにしてあり、それら複数の当接面は、前記軸方向（１８）に対して直交する平面から湾曲した湾曲面として形成されていることを特徴とする請求項２記載の作動機構（１０）。
4. 前記連結部材（３２、３８）は、リベット接合法及び／または溶接法により前記弁体部材（１４）に接合されていることを特徴とする請求項２又は３記載の作動機構（１０）。
5. 前記連結部材（３２、３８）は、実質的に座金形部材（３２）として形成されていることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項記載の作動機構（１０）。
6. 前記座金形部材（３２）は、前記弁体部材（１４）に形成された例えば溝部（４０）などの嵌装部（４０）に少なくとも部分的に嵌装されていることを特徴とする請求項５記載の作動機構（１０）。
7. 前記連結部材（３２、３８）は、実質的に軸部材（３８）として形成されていることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項記載の作動機構（１０）。
8. 前記レバー部材（１２）と前記弁体部材（１４）とは、更に、前記弁体部材（１４）の径方向（４６）に対して直交する平面から湾曲した湾曲面として形成された少なくとも１つの当接面（４４）を介して協働するようにしてあることを特徴とする請求項２乃至７の何れか１項記載の作動機構（１０）。

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