JP2018028284A - ウエストゲートバルブ装置 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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。
・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)
- 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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