JP2016089792A

JP2016089792A - ウェイストゲートバルブ

Info

Publication number: JP2016089792A
Application number: JP2014228493A
Authority: JP
Inventors: 健二村岡; Kenji Muraoka
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2014-11-10
Filing date: 2014-11-10
Publication date: 2016-05-23
Also published as: EP3219950A4; CN107076014A; EP3219950A1; WO2016076206A1; US20170292631A1

Abstract

【課題】流体圧の脈動に追従して脈動を吸収することができるウェイストゲートバルブを提供する。【解決手段】駆動モータ５５によって駆動ギア７０を回転駆動し、駆動ギア７０を回転駆動することによって駆動ギア７０に螺合されるバルブシャフト６５を軸方向に進退させ、バルブシャフト６５を進退させることによってバルブシャフト６５に設けられたバルブ６１をバルブシート６２から移動させて流路８２を開閉させ、バルブ６１を閉方向に向けて付勢するメインスプリング９１を備え、バルブ６１に作用する流体圧力が駆動モータ５５に対し負荷として伝達されるウェイストゲートバルブ６０であって、バルブ６１を開方向に向けて付勢するダンパースプリング９２が設けられる。【選択図】図２

Description

本発明は、ウェイストゲートバルブの技術に関する。

ウェイストゲートバルブは、バルブがバルブシートから移動して流路を開閉する構造のバルブとして公知である（例えば、特許文献１）。ウェイストゲートバルブは、過給機に設けられ、排気ガスの一部を分流させることによりタービンへの排気ガスの流入量を調節するものである。

ところで、排気経路では、排気ガスの排圧が脈動してタービンの効率が低下する場合がある。そこで、排圧の脈動を抑えるべく、ウェイストゲートバルブを排圧の脈動に追従させて排圧の脈動を吸収することが考えられる。以下に、従来のウェイストゲートバルブとしてウェイストゲートバルブ１６０について説明する。

図５を用いて、ウェイストゲートバルブ１６０の構成について説明する。
なお、図５では、ウェイストゲートバルブ１６０の構成を模式的に表している。また、図５では、バルブ１６１が全閉の状態を表している。

ウェイストゲートバルブ１６０は、バルブ１６１と、バルブシート１６２と、バルブシャフト１６５と、駆動ギア１７０と、バルブケーシング１８０と、メインスプリング１９１と、を具備している。

ウェイストゲートバルブ１６０では、駆動モータによって駆動ギア１７０が回転駆動され、駆動ギア１７０が回転駆動することによってバルブシャフト１６５が軸方向に進退され、バルブシャフト１６５が軸方向に進退されることによって、アーム１６７が支点Ｓを中心に回動し、バルブ１６１がバルブシート１６２から移動して流路が開閉される。

このとき、ウェイストゲートバルブ１６０では、上述したように、メインスプリング１９１によって、バルブ１６１、バルブシャフト１６５及び駆動ギア１７０がバルブケーシング１８０に対して上下方向の上側に向けて付勢力Ｆ１によって付勢され、流路を通過する排気ガスの排圧によって作用する力が上下方向の上側に向けて付勢されているため、常時、上下方向の上側に向けて付勢されていることになる。

つまり、ウェイストゲートバルブ１６０では、バルブ１６１が常時、上下方向の上側に向けて付勢されているため、排圧の脈動速度に追従することができない。また、駆動モータによるバルブ１６１の開閉制御では、排圧の脈動速度に追従することができない。

特開２００９−１９７７６５号公報

本発明の解決しようとする課題は、流体圧の脈動に追従して脈動を吸収することができるウェイストゲートバルブを提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、駆動手段によって駆動ギアを回転駆動し、該駆動ギアを回転駆動することによって該駆動ギアに螺合されるバルブシャフトを軸方向に進退させ、該バルブシャフトを進退させることによって該バルブシャフトに設けられたバルブをバルブシートから移動させて流路を開閉させ、該バルブを閉方向に向けて付勢する第一付勢手段を備え、該バルブに作用する流体圧力が前記駆動手段に対し負荷として伝達されるウェイストゲートバルブであって、前記バルブを開方向に向けて付勢する第二付勢手段が設けられるものである。

請求項２においては、請求項１記載のウェイストゲートバルブであって、前記第一付勢手段及び前記第二付勢手段のそれぞれの付勢力は、前記バルブが全開の状態にて前記流路を通過する流体圧が作用する力と該第一付勢手段の付勢力と該第二付勢手段の付勢力とがつり合うように設定されているものである。

本発明のウェイストゲートバルブによれば、流体圧の脈動に追従して脈動を吸収することができる。

エンジンの全体的な構成を示した模式図。ウェイストゲートバルブの構成を示す側面図。同じく模式図。ウェイストゲートバルブの作用を示す模式図。従来のウェイストゲートバルブの構成を示す模式図。

図１を用いて、エンジン１００の構成について説明する。
なお、図１では、エンジン１００の構成をブロック線図にて模式的に表している。また、図１の破線は、電気信号線を表している。

エンジン１００は、本発明のウェイストゲートバルブの実施形態であるウェイストゲートバルブ６０を備えるものである。エンジン１００は、給気経路１０と、排気経路２０と、エンジン本体３０と、過給機４０と、制御手段としてのＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ（以下、ＥＣＵ）５０と、を備えている。エンジン１００は、過給機を備えた直噴式６気筒ディーゼルエンジンとされている。

給気経路１０は、エンジン本体３０に空気を供給する経路であって、給気配管に給気マニホールド１１と、インタークーラー１２と、コンプレッサ４１と、エアクリーナー１４と、を接続して構成されている。

給気マニホールド１１、インタークーラー１２、コンプレッサ４１及びエアクリーナー１４は、外部からエンジン本体３０に向かって、エアクリーナー１４、コンプレッサ４１、インタークーラー１２、給気マニホールド１１の順に配置され、給気配管によって接続されている。

給気マニホールド１１は、エンジン本体３０の各気筒３１・３１・・・に空気を導入するための多岐管である。インタークーラー１２は、コンプレッサ４１の圧縮により温度が上がった空気を冷却する熱交換器である。コンプレッサ４１は、過給機４０の構成部品であって詳しくは後述する。エアクリーナー１４は、不織布等の濾材で給気中に含まれる粉塵などを分離するものである。

排気経路２０は、エンジン本体３０から空気（排気）を排出する経路であって、排気管に排気マニホールド２１と、タービン４２と、を接続して構成されている。排気マニホールド２１、タービン４２は、エンジン本体３０から外部に向かって、排気マニホールド２１、タービン４２の順に配置され、排気管によって接続されている。

排気マニホールド２１は、エンジン本体３０の各気筒３１・３１・・・からの複数の排気管を１つにまとめる多岐管である。タービン４２は、過給機４０の構成部品であって詳しくは後述する。

エンジン本体３０は、シリンダブロック（図示略）と、シリンダヘッド（図示略）と、燃料噴射装置３５と、を備えている。シリンダブロックには、複数（６つ）の気筒３１・３１・・・が形成されている。燃料噴射装置３５は、コモンレールに蓄圧された燃料をインジェクタによって各気筒に噴射する装置である。

過給機４０は、エンジン１００が吸入する空気の圧力を大気圧以上に高める装置である。過給機４０は、コンプレッサ４１と、タービン４２と、を備えている。タービン４２は、排気配管から排出される排気ガスの内部エネルギーを利用して高速回転されるものである。コンプレッサ４１は、タービン４２によって駆動され、圧縮した空気を給気管からエンジン１００に送り込むものである。

バイパス経路４５は、バイパス配管４６によってタービン４２の上流側と下流側とを接続している。バイパス経路４５には、ウェイストゲートバルブ６０が設けられている。ウェイストゲートバルブ６０は、バイパス経路４５を通過する排気流量を制限するものである。

ＥＣＵ５０は、エンジン１００を総合的に電子制御するものである。ＥＣＵ５０は、ウェイストゲートバルブ６０と接続されている。ＥＣＵ５０は、ウェイストゲートバルブ６０を開閉制御して、バイパス経路４５を通過する排気の流量を制御する機能を有している。

図２を用いて、ウェイストゲートバルブ６０の構成について説明する。
なお、図２では、ウェイストゲートバルブ６０の構成を一部断面視かつ側面視として表している。また、以下では図２に示す上下方向に従って説明するものとする。

ウェイストゲートバルブ６０は、駆動手段としての駆動モータ５５と、バルブ６１と、バルブシート６２と、バルブシャフト６５と、駆動ギア７０と、バルブケーシング８０と、第一付勢手段としてのメインスプリング９１と、第二付勢手段としてのダンパースプリング９２と、を具備している。

バルブ６１は、バルブシート６２から移動することによってバルブケーシング８０に形成される流路８２を開閉するものである。バルブ６１は、バルブシャフト６５に軸支されるアーム６７の一端側に固設されている。バルブシート６２は、バルブケーシング８０に形成される流路８２の途上に設けられている。

アーム６７は略Ｌ字形状に構成され、支点Ｓを中心に回動自在に配置されている。アーム６７の一端側は、バルブ６１を支持している。アーム６７の他端側は、バルブシャフト６５の下端部に軸支されている。

バルブケーシング８０には、収納室８１と、流路８２と、が形成されている。収納室８１は、流路８２の上側に形成されている。流路８２は、略Ｌ字形状に形成されている。流路８２の上流側及び下流側には、バイパス配管４６が接続され、バイパス経路４５が構成されている。

バルブシャフト６５は、軸方向に進退することによって、アーム６７を回動してバルブ６１をバルブシート６２から移動させるものである。バルブシャフト６５は、バルブケーシング８０に形成される収納室８１及び流路８２を貫通して配置されている。バルブシャフト６５の中途部には螺旋部６５Ｒ（リードスクリュー）が形成されている。

バルブシャフト６５の上側は、ガイドブッシュ６４を介してバルブケーシング８０を貫通して、バルブケーシング８０から延出されている。バルブシャフト６５の上側先端には、フランジ６３が設けられている。バルブシャフト６５の中途部は、収納室８１にて、螺旋部６５Ｒを駆動ギア７０の螺旋部７０Ｒに螺合させて、駆動ギア７０を貫通して配置されている。

メインスプリング９１は、バルブケーシング８０とフランジ６３との間に介装され、バルブ６１及びバルブシャフト６５をバルブケーシング８０に対して上側に向けて付勢している。

駆動ギア７０は、略円筒形状の内部に螺旋部７０Ｒが形成され、略円筒形状の中途部にギア部が形成されて構成されている。駆動ギア７０は、上下端部のそれぞれがベアリング７５によって収納室８１（バルブケーシング８０）に対して回動可能に支持されている。また、駆動ギア７０は、それぞれのベアリング７５に対して上下方向に摺動可能に構成されている。

駆動ギア７０のギア部は、ピニオン７１と螺合されている。ピニオン７１は、収納室８１にて回動自在に配置されている。ピニオン７１は、駆動ピニオン７２と螺合されている。駆動ピニオン７２は、駆動モータ５５によって駆動されるものである。

ダンパースプリング９２は、ベアリングプレート６６と駆動ギア７０との間に介装され、駆動ギア７０をバルブケーシング８０に対して下側に向けて付勢している。

このような構成とすることで、ウェイストゲートバルブ６０では、駆動モータ５５によって駆動ピニオン７２が回転駆動され、駆動ピニオン７２が回転駆動されることによってピニオン７１を介して駆動ギア７０が回転され、駆動ギア７０が回転されることによってバルブシャフト６５が軸方向に進退され、バルブシャフト６５が軸方向に進退されることによって、アーム６７を回動して、バルブ６１がバルブシート６２から移動して流路８２が開閉される。

なお、ウェイストゲートバルブ６０では、バルブ６１に作用する流体圧力が駆動モータ５５に対し負荷として伝達されるものとする。

図３を用いて、ウェイストゲートバルブ６０の構成について説明する。
なお、図３では、ウェイストゲートバルブ６０の構成を模式的に表している。また、以下では図３に示す上下方向に従って説明するものとする。さらに、図３では、バルブ６１が全閉の状態を表している。

ウェイストゲートバルブ６０は、上述したように、バルブ６１と、バルブシート６２と、バルブシャフト６５と、駆動ギア７０と、バルブケーシング８０と、第一付勢手段としてのメインスプリング９１と、第二付勢手段としてのダンパースプリング９２と、を具備している。

ウェイストゲートバルブ６０では、メインスプリング９１によって、バルブ６１、バルブシャフト６５及び駆動ギア７０がバルブケーシング８０に対して上側に向けて付勢力Ｆ１によって付勢され、ダンパースプリング９２によって、バルブ６１、バルブシャフト６５及び駆動ギア７０がバルブケーシング８０に対して下側に向けて付勢力Ｆ２によって付勢されている。

ここで、メインスプリング９１及びダンパースプリング９２は、バルブ６１が全開の状態にて、バルブ６１に作用する流路８２を通過する排気ガスの排圧によって作用する力と、バルブ６１に作用するメインスプリング９１の付勢力Ｆ１と、バルブ６１に作用するダンパースプリング９２の付勢力Ｆ２と、がつり合うようにそれぞれ荷重とバネ定数が設定されている。

言い換えれば、バルブ６１、バルブシャフト６５及び駆動ギア７０は、全開の状態にて、排気ガスの排圧によって作用する力を含めたバルブ６１に作用する力が全てつり合うように構成されている。

図４を用いて、ウェイストゲートバルブ６０の作用について説明する。
なお、図４では、ウェイストゲートバルブ６０の作用を模式的に表している。また、図４では、バルブ６１が全開の状態を表している。

ウェイストゲートバルブ６０では、バルブ６１、バルブシャフト６５及び駆動ギア７０は、全開の状態にて、排気ガスの排圧によって作用する力を含めたバルブ６１に作用する力が全てつり合うように構成されているため、所定の開度位置にて微小振動可能なように構成されている。

ウェイストゲートバルブ６０では、流路８２を通過する排気ガスの排圧に脈動が発生する場合がある。このとき、ウェイストゲートバルブ６０が微小振動可能なように構成されているため、排圧の脈動に同調してバルブ６１が微小振動して追従し、バルブ６１の微小振動挙動に排圧の脈動が吸収されることになる。

ウェイストゲートバルブ６０の効果について説明する。
ウェイストゲートバルブ６０によれば、排気ガスの脈動に追従して脈動を吸収することができる。

なお、本実施形態では、本発明のウェイストゲートバルブをウェイストゲートバルブ６０とする構成としたがこれに限定されない。本発明のウェイストゲートバルブをＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）とする構成であっても良い。

６０ウェイストゲートバルブ
６１バルブ
６２バルブシート
６５バルブシャフト
７０駆動ギア
８０バルブケーシング
９１メインスプリング（第一付勢手段）
９２ダンパースプリング（第二付勢手段）
１００エンジン

Claims

駆動手段によって駆動ギアを回転駆動し、該駆動ギアを回転駆動することによって該駆動ギアに螺合されるバルブシャフトを軸方向に進退させ、該バルブシャフトを進退させることによって該バルブシャフトに設けられたバルブをバルブシートから移動させて流路を開閉させ、該バルブを閉方向に向けて付勢する第一付勢手段を備え、該バルブに作用する流体圧力が前記駆動手段に対し負荷として伝達されるウェイストゲートバルブであって、
前記バルブを開方向に向けて付勢する第二付勢手段が設けられる、
ウェイストゲートバルブ。
請求項１記載のウェイストゲートバルブであって、
前記第一付勢手段及び前記第二付勢手段のそれぞれの付勢力は、前記バルブが全開の状態にて前記流路を通過する流体圧が作用する力と該第一付勢手段の付勢力と該第二付勢手段の付勢力とがつり合うように設定されている、
ウェイストゲートバルブ。