JP2014088805A

JP2014088805A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2014088805A
Application number: JP2012238785A
Authority: JP
Inventors: Masato Sawashita; 真人澤下
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2014-05-15
Anticipated expiration: 2032-10-30
Also published as: JP6066664B2

Abstract

【課題】ウエストゲートバルブの駆動アクチェータが故障等して排気管の内圧が異常上昇した場合に圧力を逃がす安全手段を、簡単な構造で実現する。
【解決手段】電動アクチェータ１３の動力は、ロッド１４，アーム１５，１６、レバー部材１２を介してウエストゲートバルブ１０に伝えられる。ロッド１４は、基部２３とコイルばね２２と先端部２４とで構成されている。通常時には、コイルばね２２は弾性変形せずに、ウエストゲートバルブ１０は電動アクチェータ１２で開閉操作される。ウエストゲートバルブ１０が閉じた状態で電動アクチェータ１３が故障すると、コイルばね２２を引き伸ばすことでウエストゲートバルブ１０が開き回動して、排気ガスがバイパス通路８に逃げる。これにより、内圧の異常上昇を防止して安全性を確保できる。ロッド１４の一部をコイルばね２２に変えるだけであるため、構造は簡単である。
【選択図】図１

Description

本願発明は、排気ターボ過給機を備えた内燃機関に関するものである。

近年の内燃機関には、高出力を得るため排気ターボ過給機を備えていることが多いが、排気ターボ過給機は必要に応じて駆動されており、そこで、排気ターボ過給機のタービンに流れる排気ガスの量を制御するため、排気ガス通路のうちタービンの手前にバイパス通路を設けて、バイパス通路に流れる排気ガスの量をウエストゲートバルブで制御するようになっている。

そして、ウエストゲートバルブの開閉操作は、吸気圧等に連動して自動制御されるタイプと、電動モータ等の遠隔操作式アクチェータで制御される場合とがあり、アクチェータを使用するとウエストゲートバルブをきめ細かく制御できる利点があるが、例えばウエストゲートバルブが閉じた状態でアクチェータが故障した場合に、排気ガスを逃がす手段がなくなって排気管の圧力が異常上昇したり、タービンが過回転して吸気の制御の支障をきたしたりするおそれがある。

このようにアクチェータが故障した場合の措置として、特許文献１には、吸気系に安全弁を設けて、吸気系が過剰な圧力になったら安全弁を開くことで、吸気系の圧力を下げることが記載されている。

実開昭６２−７６２５２号のマイクロフィルム

特許文献１は、吸気系が過過給になることは阻止できるが、わざわざ安全弁を設けなければならないためコストが嵩む問題がある。また、排気ガスを逃がすものではないため、排気通路の圧力が異常上昇する現象は防止できないのであり、従って、抜本的な解決策にはなっていないと云える。

本願発明はかかる現状に鑑み成されたものであり、安全装置としての機能に優れつつコストアップも抑制できる装置を提供せんとするものである。

本願発明は、過給機のタービンに向けて流れる排気ガスの量を制御するウエストゲートバルブと、前記ウエストゲートバルブを開閉駆動するためのアクチェータと、前記アクチェータの動力を前記ウエストゲートバルブに伝える連動部材とを有している構成において、前記連動部材を、前記アクチェータが駆動停止した状態で前記ウエストゲートバルブに所定の力が作用したら当該連動部材が弾性変形してウエストゲートバルブの開き動が許容されるように弾性体で構成しており、かつ、前記連動部材は、前記アクチェータが駆動する状態では弾性変形することなく動力を前記ウエストゲートバルブに伝える弾性強度になっている。

連動部材として、例えばコイルばねや板ばね、トーションバー等のばね体を使用できる。どのように変形させるかは、ウエストゲートバルブやアクチェータの態様に応じて設定したらよい。

本願発明では、ウエストゲートバルブが閉じたままアクチェータが故障しても、タービンの上流側が予め設定した危険圧力になると、連動部材が弾性変形することでウエストゲートバルブが開いて、排気ガスがバイパス通路から下流側に放出される。このため、排気通路が異常な高圧になることを防止して、内燃機関の安全運転を維持できる。すなわち、排気ガスを強制的に逃がすものであるため、安全装置としての機能に優れている。しかも、連動部材そのものが安全装置として機能する（換言すると、ウエストゲートバルブ自体が安全弁として機能する）ため、構造が簡単でコストアップを抑制できる。

実施形態を示す図で、（Ａ）は平断面図、（Ｂ）は駆動機構を表示した平面図、（Ｃ）は作用を示す部分図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。排気ターボ過給機１は排気ガス通路（排気管）２に介挿されており、排気ガス通路２に固定されたハウジング３を備えている。ハウジング３の内部には、入口４と出口５とを直交させた状態で排気ガス通路６が空いていると共に、排気ガスで駆動されるタービン７が回転自在に保持されている。排気ガスは、タービン７に半径方向外側から当たって軸方向に抜けていく。敢えて述べるまでもないが、タービン７は回転軸８の一端部に固定されており、回転軸８の他端部にはコンプレッサ翼が固定されている。

ハウジング３には、排気ガスをタービン７に導かずに出口５にリークさせるバイパス通路９が形成されており、バイパス通路９の入り口部にウエストゲートバルブ１０を設けている。ウエストゲートバルブ１０は、その一端部を中心にして回動するように支軸１１でハウジング３に連結されている。なお、ウエストゲートバルブ１０はバタフライ弁方式にしてもよいのであり、この場合は、支軸１１はウエストゲートバルブ１０の中央部に固定されることになる。

支軸１１はハウジング３の上に突出しており、支軸１１の突出端部にレバー部材１２の一端部が固定されている。従って、レバー部材１２を回動させるとウエストゲートバルブ１０も一緒に回動する。レバー部材１２は、ハウジング３にブラケット（図示せず）を介して固定された電動アクチェータ１３で回動操作される。

電動アクチェータ１３は前後動（水平動）するロッド１４を備えており、ロッド１４の前後動が第１アーム１５及び第２アーム１６の回動を介してレバー部材１２の回動に変換される。第１アーム１５はレバー部材１２と平行に延びており、レバー部材１２に遠い一端部がハウジング３に第１ピン１７で回動自在に連結され、他端部にロッド１４の先端が第２ピン１８で相対動可能に連結されている。第１アーム１４には第２ピン１７が嵌まるピン穴１９が空いているが、ピン穴１９は第１アーム１５の長手方向に長い長穴になっている。このため、第１アーム１５の回動が許容されている。

第２アーム１６もレバー部材１２と同じ方向に長い形態であり、その一端部１６ａと他端部１５６とが第１アーム１５及びレバー部材１２に向いて突出した平面視コ字形に形成されている。一端部１６ａは第１アーム１５に固定されて、他端部１６ｂは第３ピン２０でレバー部材１２に相対動自在に連結されている。第３ピン２０は第２アーム１６に固定されており、レバー部材１２には第３ピン２０が嵌まるピン穴２１が空いているが、ピン穴２１をレバー部材１２の長手方向に長い長穴とすることにより、第２アーム１６とレバー部材１２との相対回動を許容している。

なお、第１アーム１５を使用せずに、第２アーム１６をロッド１４で直接に回動させることも可能である。また、第１及び第２のアーム１５，１６を使用せずに、レバー部材１２をロッド１４で直接に回動させることも可能である。

電動アクチェータ１３におけるロッド１４の中途部は、コイルばね２２で構成されている。すなわち、ロッド１４を、電動アクチェータ１３のケーシングに入り込んだ基部２３と、基部２３の先端に固定されたコイルばね２２と、コイルばね２２の先端に固定された先端部２４とで構成している。コイルばね２２は、無荷重状態でコイルが密着している線間密着引っ張りばねが使用されている。もとより、無荷重状態で線間に隙間が空いているばねを使用することも可能である。

本実施形態では、ロッド１４、第１及び第２のアーム１５，１６、レバー部材１２が請求項に記載した連動部材を構成しており、このうちのロッド１４の一部を弾性体たるコイルばね２２で構成している。そして、コイルばね２２のばね力は、通常の状態では伸び変形することなくアーム１５，１６及びレバー部材１２を回動させることができる強さに設定されている。従って、電動アクチェータ１３を駆動してロッド１４を前後動させることにより、ウエストゲートバルブ１０を開閉操作することができる。

そして、何らかの理由で電動アクチェータ１３が故障し、ウエストゲートバルブ１０が閉じた状態でハウジング３の入口４のあたりの内圧が異常に高くなると、（Ｃ）に示すように、コイルばね２２を引き伸ばすことでウエストゲートバルブ１０が開き動する。従って、コイルばね２２は、ウエストゲートバルブ１０に殆ど抵抗が掛かっていない状態では伸び変形せずに、ウエストゲートバルブ１０に設定値以上の押圧力が作用すると伸び変形する強さに設定されている。

このように、ロッド１４の一部をコイルばね２２に置き換えるだけの簡単な構造で安全機能を発揮するため（つまり、ウエストゲートバルブ１０自体が安全弁として機能するため）、コストを抑制しつつ高い安全性を確保できるのである。実施形態のようにコイルばね２２として線間密着ばねを使用すると、ウエストゲートバルブ１０の開き動を応答性よく行える利点がある。

なお、本実施形態の、第１アーム１５と第２アーム１６とロッド１４とのうちのいずれかをばね鋼等の弾性体で構成し、その曲がり変形によってウエストゲートバルブ１０の開き回動を許容することも可能である。

弾性体としてコイルばねを使用する場合、圧縮コイルばねを使用して、圧縮変形でウエストゲートバルブの開き回動を許容してもよい。更に、ウエストゲートバルブが回動式の場合、回動支軸とアクチェータの回転軸と同心の中間軸で連結し、中間軸をねじり変形可能なトーション体とすることで、ウエストゲートバルブの開き回動を許容することも可能である。

また、ウエストゲートバルブの開閉方式は回動式には限らず、スライド式（シャッター式）や、厚さ方向に移動するスイング式など、様々な駆動態様を採用できる。弾性体からなる連動部材をどのように変形させるかも、ウエストゲートバルブの開閉方式やアクチェータの駆動方式等を勘案して適宜設定したらよい。

電動アクチェータとしては、電動モータや電磁シリンダなどを採用できる。これらアクチェータは、実施形態のように排気ターボ過給機のハウジングに取り付けてもよいし、排気ターボ過給機とは別の部材（例えばシリンダヘッドやシリンダブロック）にブラケット等を介して取り付けてもよい。ユニット化による取り扱いの容易化という点では、アクチェータも排気ターボ過給機のハウジングに取り付けるのが好ましいと云える。

本願発明は、内燃機関の排気ターボ過給機に実際に適用できて機能を発揮する。従って、産業上利用できる。

１排気ターボ過給機
２排気通路
３排気ターボ過給機を構成するハウジング
６排気ガス通路
７タービン
８バイパス通路
１０ウエストゲートバルブ
１２レバー部材
１３電動アクチェータ
１４ロッド
１５，１６アーム
２２弾性体の一例としてのコイルばね
２３ロッドの基部
２４ロッドの先端部

Claims

過給機のタービンに向けて流れる排気ガスの量を制御するウエストゲートバルブと、前記ウエストゲートバルブを開閉駆動するためのアクチェータと、前記アクチェータの動力を前記ウエストゲートバルブに伝える連動部材とを有しており、
前記連動部材を、前記アクチェータが駆動停止した状態で前記ウエストゲートバルブに所定の力が作用したら当該連動部材が弾性変形してウエストゲートバルブの開き動が許容されるように弾性体で構成しており、かつ、前記連動部材は、前記アクチェータが駆動する状態では弾性変形することなく動力を前記ウエストゲートバルブに伝える弾性強度になっている、
内燃機関。