JP2018028284A - ウエストゲートバルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タービンハウジングと駆動アームとの間に配設されている皿ばねの周方向における一部分の摩耗が他の部分よりも進んでしまうことを抑制できるウエストゲートバルブ装置を提供する。
【解決手段】ウエストゲートバルブ装置４０は、連通用開口２８ａを閉塞するバルブ４３と進退移動するロッド４２とを備える。ロッド４２とバルブ４３とを繋ぐリンク機構４４は、ロッド４２に連結されている駆動アーム５１と、第１端部５４１にバルブ４３が連結され、第２端部５４２に駆動アーム５１が連結されるリンクシャフト５４とを有する。タービンハウジング２６の側壁２６１と駆動アーム５１との間に皿ばね６２が設けられる。そして、ロッド４２が第１の方向の一方側に移動すると、駆動アーム５１が回転し、バルブ４３が連通用開口２８ａに接近する側、すなわち第１の方向における他方側に変位する。
【選択図】図４

Description

本発明は、過給器を有する内燃機関のウエストゲートバルブ装置に関する。

内燃機関に設けられる過給器は、内部にタービンホイールが収容されているタービンハウジングを備えており、このタービンハウジング内にはタービンホイールを迂回するためのバイパス通路が区画形成されていることがある。このバイパス通路の上流端は、排気通路におけるタービンホイールよりも上流側に接続されている一方、バイパス通路の下流端は、排気通路におけるタービンホイールよりも下流側に接続されている。

特許文献１には、このようなウエストゲートバルブ装置の一例が開示されている。このようなウエストゲートバルブ装置は、電動モータなどの駆動源と、駆動源の出力軸に駆動連結されているロッドと、バルブと、ロッドとバルブとを繋ぐリンク機構とを備えている。そして、駆動源の駆動によって、バイパス通路の上流端に設けられている連通用開口がバルブによって閉塞されると、同バイパス通路に排気が流入しないようになる。一方、同連通用開口からバルブを離間させると、バイパス通路に排気が流入するようになる。このとき、連通用開口がバルブによって閉塞されない範囲で駆動源の駆動を制御することにより、排気通路からバイパス通路への排気の流入量を調整することが可能である。

なお、リンク機構として、例えば図７に示すように、ロッドに連結されているとともにタービンハウジング１００の外側に配置される駆動アーム２０１と、バルブ２０２及び駆動アーム２０１の双方に連結されるリンクシャフト２０３とを備えた機構が採用されることがある。なお、リンクシャフト２０３の両端部のうち、バルブ２０２を支持する側の端部を第１端部２０３１といい、駆動アーム２０１に連結されている側の端部を第２端部２０３２というものとする。このようなリンク機構では、バイパス通路とタービンハウジング１００外とを連通する挿通孔１０１が同タービンハウジング１００の側壁に設けられており、同挿通孔１０１内をリンクシャフト２０３が挿通することとなる。

そして、図７に示すようなリンク機構を備えるウエストゲートバルブ装置では、リンク機構でのがたつきの発生を抑制するために、タービンハウジング１００の側壁と駆動アーム２０１との間に皿ばね２１２が配設されることがある。

特開２００６−２７４８３３号公報

ところで、図７に示すようなリンク機構を備えるウエストゲートバルブ装置では、バルブ２０２には、連通用開口から離間させる方向への荷重が排気通路を流れる排気から加わることとなる。この場合、図７に白抜き矢印で示すように、リンクシャフト２０３の第１端部２０３１にも、上記荷重がバルブ２０２を介して加わることとなる。また、このような状況下で駆動源から駆動力が出力されている場合、同駆動力が、リンクシャフト２０３の第２端部２０３２に入力されることとなる。

このとき、リンクシャフト２０３の第１端部２０３１に加わる荷重の向きと、リンクシャフト２０３の第２端部２０３２に入力される駆動力との向きとが異なっていると、上記挿通孔１０１内で、図８に示すようにリンクシャフト２０３が傾いてしまう。このようにリンクシャフト２０３が傾くと、皿ばね２１２の周方向における一部分に、リンクシャフト２０３の傾斜に起因する荷重が加わり、同皿ばね２１２の周方向における一部分の摩耗が他の部分よりも進んでしまう。

本発明の目的は、タービンハウジングと駆動アームとの間に配設されている皿ばねの周方向における一部分の摩耗が他の部分よりも進んでしまうことを抑制できるウエストゲートバルブ装置を提供することにある。

上記課題を解決するためのウエストゲートバルブ装置は、過給器のタービンホイールを収容するハウジングの内部に、同タービンホイールを迂回するバイパス通路が区画形成されている内燃機関のウエストゲートバルブ装置である。このウエストゲートバルブ装置は、バイパス通路の内部に配置されるとともに、排気通路におけるタービンホイールよりも上流側と同バイパス通路とを繋ぐ連通用開口を閉塞するバルブと、駆動源の駆動によって第１の方向に進退移動するロッドと、ロッドとバルブとを繋ぐリンク機構と、を備えている。リンク機構は、ハウジングの外部に設けられており且つロッドに連結されている駆動アームと、一端部にバルブが連結されているとともに、他端部に駆動アームが連結されているリンクシャフトと、を有している。また、ハウジングの側壁には、バイパス通路と同ハウジング外とを連通するとともにリンクシャフトが挿通する挿通孔が設けられ、当該側壁と駆動アームとの間には、リンクシャフトの外周側に配置されている環状のバネ部材が設けられている。また、バルブは、第１の方向における一方側に変位すると連通用開口から離れる一方、第１の方向における他方側に変位すると連通用開口に接近するものである。そして、リンク機構は、ロッドが第１の方向における一方側に移動すると、駆動アーム及びリンクシャフトが同リンクシャフトを中心に回転し、バルブが第１の方向における他方側に変位して連通用開口に接近するように構成されている。

上記構成によれば、バルブによって連通用開口を閉塞する場合、又は、バルブを連通用開口に接近させて排気通路からバイパス通路への排気の流入量を減少させる場合、駆動源の駆動によって、ロッドが第１の方向における一方側に移動する。すると、ロッドに連結されている駆動アーム及びリンクシャフトがリンクシャフトを中心に回転し、バルブが第１の方向における他方側に変位する。

この場合、駆動アームとバルブとを繋ぐリンクシャフトの両端部のうち、バルブが連結されている側の端部（以下、「第１端部」ともいう。）には、排気通路から連通用開口を介してバイパス通路に流入しようとする排気による荷重、又は連通用開口を介してバイパス通路に流入した排気による荷重が加わることとなる。この荷重は、バルブに対し、連通用開口からバルブを離間させる方向、すなわち第１の方向における一方側に作用する。また、リンクシャフトの両端部のうち、駆動アーム側の端部（以下、「第２端部」ともいう。）には、第１の方向における一方側への力である上記駆動力が入力されている。

すなわち、上記構成によれば、バルブを連通用開口に接近させることで同連通用開口を介したバイパス通路への排気の流入量を減少させる際にリンクシャフトの第２端部に入力される駆動力の向きと、リンクシャフトの第１端部に作用する上記荷重の向きとが異なっていない。そのため、ハウジングの側壁に設けられている挿通孔内でリンクシャフトが傾きにくくなる。その結果、ハウジングの側壁と駆動アームとの間に位置する皿ばねの周方向の一部分に荷重が集中的に加わることが抑制される。したがって、皿ばねの周方向における一部分の摩耗が他の部分よりも進んでしまうことを抑制できるようになる。

実施形態のウエストゲートバルブ装置を備える内燃機関を示す模式図。 同ウエストゲートバルブ装置と、同内燃機関に設けられている過給器のタービンの部分断面とを示す図。 同ウエストゲートバルブ装置と、同内燃機関に設けられている過給器のタービンの部分断面とを示す図。 同ウエストゲートバルブ装置の一部と、同タービンのタービンハウジングの断面形状とを示す図。 同ウエストゲートバルブ装置の一部を示す斜視図。 同ウエストゲートバルブ装置の作用図。 従来において、ウエストゲートバルブ装置の一部とその周辺とを模式的に示す断面図。 従来のウエストゲートバルブ装置において、挿通孔内でリンクシャフトが傾いている様子を示す作用図。

以下、ウエストゲートバルブ装置の一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
図１には、排気駆動式の過給器２０と、本実施形態のウエストゲートバルブ装置４０とを備える内燃機関１０が図示されている。図１に示すように、内燃機関１０は、吸入空気を燃焼室１１に供給するための吸気通路１２と、燃焼室１１から排出される排気が流動する排気通路１３とを備えている。

過給器２０は、吸気通路１２に設けられているコンプレッサ２１と、排気通路１３に設けられているタービン２５とを備えている。コンプレッサ２１には、コンプレッサハウジング２２と、コンプレッサハウジング２２内に収容されているコンプレッサインペラ２３とが設けられている。また、タービン２５には、タービンハウジング２６と、タービンハウジング２６内に収容されているタービンホイール２７とが設けられており、このタービンホイール２７は、連結シャフト２９を介して一体回転可能な状態でコンプレッサインペラ２３に連結されている。そのため、排気通路１３を流れる排気がタービンホイール２７に吹き付けられると、タービンホイール２７及びコンプレッサインペラ２３が一体回転し、吸気通路１２を流れる吸入空気が加圧された状態で燃焼室１１に導入されるようになっている。

また、タービンハウジング２６の内部には、タービンホイール２７を迂回するためのバイパス通路２８が区画形成されている。バイパス通路２８の上流端は、排気通路１３におけるタービンホイール２７よりも上流側、より具体的にはタービンハウジング２６内におけるタービンホイール２７よりも上流側に接続されている。一方、バイパス通路２８の下流端は、排気通路１３におけるタービンホイール２７よりも下流側、より具体的にはタービンハウジング２６内におけるタービンホイール２７よりも下流側に接続されている。すなわち、タービンハウジング２６の内部のうち、タービンホイール２７が収容されている空間は、排気通路１３の一部として機能している。

なお、バイパス通路２８の上流端には連通用開口２８ａが設けられており、バイパス通路２８にはこの連通用開口２８ａを介して排気通路１３から排気が流入するようになっている。

次に、図１〜図５を参照し、本実施形態のウエストゲートバルブ装置４０について説明する。
図１に示すように、ウエストゲートバルブ装置４０は、アクチュエータ４１と、アクチュエータ４１からの出力によって進退移動するロッド４２と、連通用開口２８ａを閉塞するバルブ４３と、ロッド４２とバルブ４３とを繋ぐリンク機構４４とを備えている。

図２及び図３に示すように、バルブ４３は、バイパス通路２８内に配置されており、図２における左右方向である第１の方向Ｘに変位可能となっている。図２では、バルブ４３が連通用開口２８ａを閉塞しており、このように連通用開口２８ａを閉塞することができるバルブ４３の位置のことを「閉塞位置」ともいう。そして、バルブ４３が閉塞位置から第１の方向Ｘにおける一方側（図２及び図３では右側）に変位すると、図３に示すように連通用開口２８ａが解放され、排気通路１３にバイパス通路２８が連通することとなる。

すなわち、本実施形態では、バルブ４３が第１の方向Ｘにおける一方側（図２及び図３では右側）に変位すると、バルブ４３が連通用開口２８ａから離間し、連通用開口２８ａを介したバイパス通路２８内への排気の流入量が増大するようになっている。一方、バルブ４３が第１の方向Ｘにおける他方側（図２及び図３では左側）に変位すると、バルブ４３が連通用開口２８ａに接近し、連通用開口２８ａを介したバイパス通路２８内への排気の流入量が減少するようになっている。

アクチュエータ４１には、駆動源の一例である電動モータ４１１と、電動モータ４１１の回転運動を直線運動に変換してロッド４２に出力する変換部４１２とが設けられている。そして、ロッド４２は、アクチュエータ４１から駆動力が入力されると、第１の方向Ｘに進退移動するようになっている。

図４及び図５に示すように、リンク機構４４は、ロッド４２の先端に回動可能な状態で連結されている駆動アーム５１と、支持ピン５２によってバルブ４３に固定されている揺動アーム５３と、駆動アーム５１と揺動アーム５３とに連結されているリンクシャフト５４とを有している。駆動アーム５１はタービンハウジング２６の外部に配置されており、駆動アーム５１の基端部がロッド４２に連結されている。一方、駆動アーム５１の先端部に、リンクシャフト５４が連結されている。

リンクシャフト５４は、ロッド４２が進退移動する方向でもある第１の方向Ｘとはほぼ直交する方向である第２の方向Ｙに延伸している。そして、リンクシャフト５４の両端部のうち、図４における右端部である第１端部５４１に、揺動アーム５３が連結されており、図４における左端部である第２端部５４２に駆動アーム５１が連結されている。

なお、揺動アーム５３は、タービンハウジング２６の内部、より具体的にはバイパス通路２８内に配置されている。そのため、図４に示すように、タービンハウジング２６の側壁２６１には、バイパス通路２８とタービンハウジング２６の外部とを連通する連通孔２６２が設けられており、この連通孔２６２内には、筒状のブッシュ６１が圧入されている。そして、このブッシュ６１の内側の空間である側壁２６１の挿通孔６１１をリンクシャフト５４が挿通している。また、このようにブッシュ６１を含むタービンハウジング２６の側壁２６１と駆動アーム５１との間には、円環状のバネ部材としての皿ばね６２が配設されている。

そして、電動モータ４１１の駆動によってロッド４２が図２及び図３における左方に移動すると、駆動アーム５１が図３に示すようにロッド４２によって引っ張られる。すると、リンク機構４４（すなわち、駆動アーム５１、リンクシャフト５４及び揺動アーム５３）が、リンクシャフト５４を中心に、図２及び図３における反時計回り方向に回転する。すると、揺動アーム５３に連結されているバルブ４３が、図４における紙面手前側、すなわち連通用開口２８ａから離間する方向に変位する。

反対に、電動モータ４１１の駆動によってロッド４２が図２及び図３における右方に移動すると、駆動アーム５１が図２に示すようにロッド４２によって押される。すると、リンク機構４４（すなわち、駆動アーム５１、リンクシャフト５４及び揺動アーム５３）が、リンクシャフト５４を中心に、図２及び図３における時計回り方向に回転する。すると、揺動アーム５３に連結されているバルブ４３が、図４における紙面奥手側、すなわち連通用開口２８ａに接近する方向に変位する。

次に、図６を参照し、本実施形態のウエストゲートバルブ装置４０の作用を効果とともに説明する。なお、図６では、説明理解の便宜上、リンクシャフト５４の大きさに対してブッシュ６１の大きさが誇張して描かれている。

バルブ４３を連通用開口２８ａに接近させるべく電動モータ４１１が駆動している場合、駆動アーム５１の基端部が図６における上方に変位する。そのため、駆動アーム５１が連結されているリンクシャフト５４の第２端部５４２には、図中上方への駆動力が入力されている。

このとき、リンク機構４４の回転によってバルブ４３が連通用開口２８ａに接近するように変位している。そのため、図６に白抜き矢印で示すように、バルブ４３には、連通用開口２８ａを介して排気通路１３からバイパス通路２８内に流入しようとする排気、又は、連通用開口２８ａを介して排気通路１３からバイパス通路２８内に流入した排気から図中上方への荷重が付与される。すなわち、揺動アーム５３を介してバルブ４３を支持するリンクシャフト５４の第１端部５４１には、当該排気から図中上方への荷重が付与されることとなる。

つまり、バルブ４３を連通用開口２８ａに接近させるために駆動力がリンクシャフト５４に入力されている場合、第１端部５４１に付与される荷重の向きと、第２端部５４２に入力される当該駆動力の向きとが同じである。そのため、図６に示すように、挿通孔６１１内でリンクシャフト５４が傾きにくくなる。すなわち、ブッシュ６１の中心軸の延伸方向（図中左右方向）に対するリンクシャフト５４の延伸方向とのずれが生じにくくなる。

その結果、タービンハウジング２６と駆動アーム５１との間に配置されている皿ばね６２の周方向の一部に荷重が集中して加わることが抑制される。そのため、皿ばね６２の周方向における一部分の摩耗が他の部分よりも進んでしまうことを抑制できる。したがって、当該皿ばね６２によるリンク機構４４でのがたつきの抑制効果を持続させやすくすることができる。

なお、上記実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・ウエストゲートバルブ装置は、電動モータ４１１の駆動によって、バルブ４３を連通用開口２８ａに接近させるべく、又はバルブ４３によって連通用開口２８ａを閉塞させるべくリンク機構を作動させた際に、リンクシャフト５４の第１端部５４１に付与される荷重の向きとリンクシャフト５４の第２端部５４２に入力される上記駆動力の向きとが一致しているのであれば、上記実施形態で説明した構成以外のものであってもよい。

１０…内燃機関、１３…排気通路、２０…過給器、２６…タービンハウジング、２６１…側壁、２７…タービンホイール、２８…バイパス通路、２８ａ…連通用開口、４０…ウエストゲートバルブ装置、４１１…電動モータ、４２…ロッド、４４…リンク機構、４３…バルブ、５１…駆動アーム、５４…リンクシャフト、５４１…第１端部、５４２…第２端部、６１１…挿通孔、６２…皿ばね。

Claims (1)

1. 過給器のタービンホイールを収容するハウジングの内部に、同タービンホイールを迂回するバイパス通路が区画形成されている内燃機関のウエストゲートバルブ装置であって、
   前記バイパス通路の内部に配置されるとともに、排気通路における前記タービンホイールよりも上流側と同バイパス通路とを繋ぐ連通用開口を閉塞するバルブと、駆動源の駆動によって第１の方向に進退移動するロッドと、前記ロッドと前記バルブとを繋ぐリンク機構と、を備え、
   前記リンク機構は、前記ハウジングの外部に設けられており且つ前記ロッドに連結されている駆動アームと、一端部に前記バルブが連結されているとともに、他端部に前記駆動アームが連結されているリンクシャフトと、を有し、
   前記ハウジングの側壁には、前記バイパス通路と同ハウジング外とを連通するとともに前記リンクシャフトが挿通する挿通孔が設けられ、前記側壁と前記駆動アームとの間には、前記リンクシャフトの外周側に配置されている環状のバネ部材が設けられており、
   前記リンク機構は、前記ロッドが前記第１の方向における一方側に移動すると、前記駆動アーム及び前記リンクシャフトが同リンクシャフトを中心に回転し、前記バルブが前記第１の方向における他方側に変位して前記連通用開口に接近するように構成されている
   ウエストゲートバルブ装置。

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