JP2018091275A

JP2018091275A - 過給機

Info

Publication number: JP2018091275A
Application number: JP2016236846A
Authority: JP
Inventors: 五十嵐　修; Osamu Igarashi; 修五十嵐
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-12-06
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2018-06-14
Also published as: CN108150280A; US20180156105A1; DE102017127084A1

Abstract

【課題】弁体のタービンハウジングへの着座性を確保する機能と、弁体の振動を抑える機能との両立を図ることができる過給機を提供する。
【解決手段】過給機は、タービンホイールを迂回して排気を流すバイパス通路を有するタービンハウジングと、バイパス通路を流れる排気の量を制御するウェイストゲートバルブ６０とを備える。ウェイストゲートバルブ６０は、弁板６２及び弁軸６３を含む弁体６１と、支持孔６８が形成された支持部６５である支持板６７と、シャフト６４と、シャフト６４を回転させる回転機構とを有し、弁体６１は、支持孔６８に弁軸６３が挿通された状態で支持部６５に組付けられていて、シャフト６４の回転に伴って回動する。弁軸６３の軸方向視において、シャフト６４の軸方向における弁軸６３と支持板６７とのクリアランスは、軸方向と直交する直交方向における弁軸６３と支持板６７とのクリアランスよりも小さい。
【選択図】図４

Description

本発明は、過給機に関する。

特許文献１に記載の過給機は、タービンホイールを収容しているタービンハウジングを有している。タービンハウジングには、タービンホイールを迂回して排気を流すためのバイパス通路が形成されている。過給機には、バイパス通路を流れる排気の量を制御するためのウェイストゲートバルブも設けられている。

ウェイストゲートバルブは、弁体と、該弁体を回動させる作動体とを有している。作動体は、タービンハウジングの外から内へ貫通して延びている円柱状のシャフトを有している。シャフトは、タービンハウジングに固定されたブッシュにより回転可能に支持されている。シャフトは、タービンハウジング内に配置されている一端部に、該シャフトの径方向に延びている支持部が連結されている。支持部には、支持孔が形成されている。弁体は、円板状の弁板と該弁板から立設された弁軸とからなる。弁軸は、支持部の支持孔に挿通され、その先端部にワッシャが取り付けられている。ワッシャは支持部から弁軸が抜けることを抑える。このように、弁板とワッシャとの間に支持部が配置され、弁体が作動体に組付けられている。弁軸は断面円形状であり、支持孔は弁軸よりも大径の円形状に形成されている。すなわち、弁軸と支持部との間には所定のクリアランスが設けられており、これにより支持部に対する弁体の傾きが許容されている。

シャフトのタービンハウジング外に配置されている他端部には、該シャフトを回転させる回転機構が連結されている。回転機構がシャフトを回転させると、該シャフトの周方向に弁体が回動する。ウェイストゲートバルブでは、弁体を回動させることでバイパス通路の出口部を閉塞、開放し、バイパス通路を通過する排気の流量を制御する。

特表２０１５‐５００９５５号公報

特許文献１に記載の過給機では、ウェイストゲートバルブの弁軸と支持部との間にクリアランスが設けられている。このクリアランスにより、支持部に対する弁体の傾きが許容され、バイパス通路を閉塞する際の弁体のタービンハウジングへの着座性が高められている。一方で、弁軸と支持部との間にクリアランスが設けられていると、バイパス通路を流れる排気が弁体に衝突することで、該弁体が振動することもある。過給機においては、弁体の着座性確保と振動抑制との両立が望まれている。

上記課題を解決するための過給機は、タービンホイールを迂回して排気を流すバイパス通路を有するタービンハウジングと、前記バイパス通路を流れる排気の量を制御するウェイストゲートバルブとを備える過給機であって、前記ウェイストゲートバルブは、弁板及び同弁板から該弁板の厚さ方向に立設された弁軸を含む弁体と、前記弁軸が挿通される支持孔が形成された支持部と、前記支持部が連結されたシャフトと、前記シャフトを回転させる回転機構とを有し、前記弁体は、前記支持孔に前記弁軸が挿通された状態で前記支持部に組付けられていて、前記シャフトの回転に伴って回動し、前記弁軸の軸方向視において、前記シャフトの軸方向における前記弁軸と前記支持部とのクリアランスは、前記軸方向と直交する直交方向における前記弁軸と前記支持部とのクリアランスよりも小さい。

ウェイストゲートバルブは、弁体をシャフトを中心として回動させてタービンハウジングに当接することでバイパス通路を閉塞する。シャフトは回転機構によって回転動作される際に傾くこともある。シャフトが傾くなどしてその配置が変化すると、弁体が回動したときに、弁板の周縁全体が均等にタービンハウジングに着座せず、その回動軌跡における外周側または内周側の一部がタービンハウジングに片当たりすることもある。上記構成では、シャフトの軸方向における弁軸と支持部とのクリアランスに比して、シャフトの軸方向と直交する直交方向における弁軸と支持部とのクリアランスが大きいため、弁体は、支持部に対してシャフトの軸方向を中心として傾くことが許容されている。そのため、シャフトの配置が変化して弁板の上記一部がタービンハウジングに片当たりする状態であっても、さらにシャフトを回転させて支持部に対して弁体を傾けることにより、弁板の周縁全体をタービンハウジングに着座させることができる。これにより、弁体の着座性を確保できる。

このように、弁板の片当たりが生じている状態から弁板の周縁全体をタービンハウジングに着座した状態にするためには、上記直交方向における弁軸と支持部とのクリアランスを確保する必要がある。一方で、シャフトの軸方向における弁軸と支持部とのクリアランスは、弁体のタービンハウジングへの着座性には影響が少ない。上記構成では、着座性への影響が少ないシャフトの軸方向における弁軸と支持部とのクリアランスを小さくしているため、弁体の着座性を確保しつつ、弁体の支持部に対するシャフトの軸方向への移動を抑制してその移動に起因する振動を抑えることもできる。したがって、上記構成によれば、弁体のタービンハウジングへの着座性を確保する機能と、弁体の振動を抑える機能との両立を図ることができる。

また、上記過給機では、前記支持孔はオーバル形状であって、前記弁軸の断面形状もオーバル形状であることが望ましい。
上記構成では、弁軸と支持部とを曲面同士で接触させることが可能になる。そのため、弁軸や支持部の摩耗を抑えて耐久性向上に貢献できる。

また、上記過給機では、前記弁軸は、前記弁板から前記支持孔を貫通して延びていて、前記支持部から突出している先端部に連結板が連結されており、前記弁板と前記支持部との間、及び前記支持部と前記連結板との間の少なくとも一方には、弾性部材が挟まれていることが望ましい。

上記構成では、弁軸の軸方向に弾性部材が挟まれて配置される。弾性部材はその弾性力によって弁体の傾きを抑える。したがって、上記構成によれば、弁体の振動を抑える機能を高めることができる。

また、上記過給機では、前記タービンハウジングは、前記タービンホイールに排気を導出する第１スクロール通路及び第２スクロール通路を有し、前記バイパス通路は、前記第１スクロール通路の途中から分岐して前記タービンホイールを迂回して排気を流す第１バイパス通路と、前記第２スクロール通路の途中から分岐して前記タービンホイールを迂回して排気を流す第２バイパス通路とを含み、前記第１バイパス通路の開口と前記第２バイパス通路との開口は前記軸方向に並んでいて、前記ウェイストゲートバルブは、１つの前記弁体で前記第１バイパス通路及び前記第２バイパス通路の双方の開口を閉塞、開放することで前記第１バイパス通路及び前記第２バイパス通路を流れる排気の量を制御することが望ましい。

１つの弁体が第１バイパス通路及び第２バイパス通路の双方の開口を閉塞、開放する構成では、第１バイパス通路から排出された排気と第２バイパス通路から排出された排気とが弁体に交互に衝突することがある。そのため、弁体が振動しやすい傾向がある。

上記構成では、第１バイパス通路及び第２バイパス通路の開口をシャフトの軸方向に並べて配置している。このように、弁体の振動を抑える機能が発揮されやすい方向に各開口を配置することによって、弁体の振動を抑える機能をより一層効果的に得ることができる。

過給機の一実施形態の構成を示す斜視図。過給機の断面図。タービンハウジングを出口側から視たときの構成を示す部分断面図。ウェイストゲートバルブの弁軸及び支持部の断面図。図３の５−５線に沿った断面図。シャフトの配置が変化したときの弁体の位置の変化態様を示す断面図。シャフトの配置が変化したときの弁体の回動態様を示す断面図。シャフトの配置が変化したときの弁体の着座態様を示す断面図。第１バイパス通路及び第２バイパス通路を流れる排気の弁体への衝突態様を模式的に示す断面図。弁軸及び貫通孔の変形例を示す断面図。弁軸の他の変形例を示す断面図。弁軸及び貫通孔の他の変形例を示す断面図。

過給機の一実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。なお、本実施形態では、直列４気筒の内燃機関に適用した例を示している。
図１に示すように、過給機は、タービンハウジング１０を有している。タービンハウジング１０は、周方向に延びているスクロール部２０を有している。スクロール部２０には、第１スクロール通路２１及び第２スクロール通路２２が形成されている。スクロール部２０の一端部には、板状の第１フランジ３０が連結されている。第１フランジ３０には、複数の挿通孔３０Ａが形成されている。各挿通孔３０Ａには図示しないボルトが挿通され、該ボルトを図示しないシリンダヘッドのボルト孔に締結することにより、タービンハウジング１０とシリンダヘッドとが組付けられる。第１スクロール通路２１及び第２スクロール通路２２には、シリンダヘッドの排気ポートから排出された排気が流れ込む。シリンダヘッドには、直列に配置された第１気筒♯１〜第４気筒♯４に対応して複数の排気ポートが形成されている。第１スクロール通路２１には、第１気筒♯１と第４気筒♯４に対応して配置された排気ポートから排気が流入する。また、第２スクロール通路２２には、第２気筒♯２と第３気筒♯３に対応して配置された排気ポートから排気が流入する。内燃機関における各気筒の点火順序は、第１気筒♯１、第３気筒♯３、第４気筒♯４、第２気筒♯２の順である。そのため、第１スクロール通路２１と第２スクロール通路２２には交互に排気が流入する。

図２に示すように、スクロール部２０には、タービンホイール１５を収容している収容室２３も設けられている。第１スクロール通路２１及び第２スクロール通路２２は、収容室２３の周囲を周方向に延びていて、その内周部分が収容室２３と連通している。タービンホイール１５には、回転軸４０の一端が連結されている。回転軸４０は、スクロール部２０の一端部（図２の左端部）に連結されているベアリングハウジング４５に挿通されている。ベアリングハウジング４５の内部には収容空間４６が形成されており、該収容空間４６に軸受け４７が配置されている。ベアリングハウジング４５には、タービンホイール１５側の端面から収容空間４６まで延びている連通孔４８も形成されている。連通孔４８は、タービンホイール１５側が拡径されている。回転軸４０は、連通孔４８及び収容空間４６の軸受け４７の内側に挿通されている。回転軸４０が挿通された状態において、回転軸４０の形状と連通孔４８の形状とは同じであり、回転軸４０は連通孔４８の内壁に対して周方向に摺動可能である。回転軸４０は、その一端部（図２の右端部）がベアリングハウジング４５から突出した状態で、収容空間４６に収容された軸受け４７によって回転可能に支持されている。タービンホイール１５は、回転軸４０の軸線Ｃを中心として該回転軸４０と一体に回転する。第１スクロール通路２１及び第２スクロール通路２２からタービンホイール１５に向けて導出された排気の流れは、図２に二点鎖線の矢印で示すように、タービンホイール１５を通過する際に、回転軸４０の軸線Ｃの延伸方向（以下「延伸方向」という。）に向けて指向される。

スクロール部２０において、ベアリングハウジング４５が連結されている一端部とは反対側の他端部（図２の右端部）には、筒状部３１が連結されている。筒状部３１は、楕円筒状をなしており、スクロール部２０の上記他端部の周縁に連結されている。図１に示すように、筒状部３１は、その端部に第２フランジ３２が連結されている。第２フランジ３２には、図示しない排気管が連結される。そのため、第１スクロール通路２１及び第２スクロール通路２２からタービンホイール１５を通過して上記延伸方向に流れた排気は、筒状部３１を通じて排気管に排出される。タービンホイール１５はこうした排気の流動によって回転する。回転軸４０の他端には、図示しないコンプレッサーホイールが連結されている。タービンホイール１５が回転することでコンプレッサーホイールが回転し、吸気通路を流れる吸気を各気筒（♯１〜♯４）に圧送する。なお、図１に示すように、ベアリングハウジング４５に連結されたコンプレッサーハウジング５０にコンプレッサーホイールは収容されている。

図２に示すように、スクロール部２０には、第１スクロール通路２１の途中から分岐した第１バイパス通路２４、及び第２スクロール通路２２の途中から分岐した第２バイパス通路２５も形成されている。第１バイパス通路２４は、第１スクロール通路２１から上記延伸方向（図２の左右方向）に延びていて、その一端部がスクロール部２０の筒状部３１側の端面２６に開口している。すなわち、第１バイパス通路２４は、収容室２３を介さずに第１スクロール通路２１を筒状部３１の内域に連通している。第１バイパス通路２４は、第１スクロール通路２１からタービンホイール１５を迂回して筒状部３１へと排気を流動させる。

第２バイパス通路２５は、第２スクロール通路２２から上記延伸方向に延びていて、その一端部がスクロール部２０の筒状部３１側の端面２６に開口している。すなわち、第２バイパス通路２５は、収容室２３を介さずに第２スクロール通路２２を筒状部３１の内域に連通している。第２バイパス通路２５は、第２スクロール通路２２からタービンホイール１５を迂回して筒状部３１へと排気を流動させる。

図３に示すように、第１バイパス通路２４の開口２４Ａ及び第２バイパス通路２５の開口２５Ａは、半円状に形成されており、それらの直線部分が互いに対向するように配置されている。すなわち、第１バイパス通路２４の開口２４Ａ及び第２バイパス通路２５の開口２５Ａは、全体として円形状をなすように配置されている。

過給機には、第１バイパス通路２４及び第２バイパス通路２５を流れる排気の量を制御するウェイストゲートバルブ６０も設けられている。図２及び図３に示すように、ウェイストゲートバルブ６０は、弁体６１を有している。弁体６１は、円板状の弁板６２と、同弁板６２から該弁板６２の厚さ方向に立設された弁軸６３とからなる。弁板６２は、スクロール部２０の上記端面２６に当接した際に、第１バイパス通路２４及び第２バイパス通路２５の双方の開口２４Ａ，２５Ａを閉塞可能な大きさに設定されている。弁軸６３は、弁体６１の上記端面２６と当接する当接面６２Ａとは反対側の裏面６２Ｂに連結されており、上記端面２６から離間する方向に延びている。

図３に示すように、ウェイストゲートバルブ６０は、シャフト６４と、該シャフト６４に連結された支持部６５とを有している。シャフト６４は、円柱状に形成されていて、タービンハウジング１０の筒状部３１を貫通して延びている。第１バイパス通路２４の開口２４Ａ及び第２バイパス通路２５の開口２５Ａは、シャフト６４の軸方向（図３の左右方向）に並んでいる。シャフト６４は、筒状部３１に固定されたブッシュ５５に挿通されている。シャフト６４は、ブッシュ５５によって回転可能に支持されている。支持部６５は、シャフト６４におけるタービンハウジング１０の内側に配置されている一端部（図３の右端部）に連結されている。支持部６５は、シャフト６４の一端部から該シャフト６４の軸方向と直交する直交方向（図３の下方）に湾曲している扇状の湾曲部６６と、該湾曲部６６の下端に連結された支持板６７とからなる。支持板６７は、正方形板状に形成されている。図２に示すように、支持板６７の中心には、支持孔６８が形成されている。支持孔６８には、弁軸６３が挿通されている。

図４に示すように、弁軸６３の断面は、シャフト６４の軸方向（図４の左右方向）を短手方向とし、該軸方向と直交する直交方向（図４の上下方向）を長手方向とするオーバル形状に形成されている。すなわち、図４に示す弁軸６３の軸方向視において、弁軸６３は、長手方向（図４の上下方向）に延びている一対の縦壁６３Ａと、短手方向（図４の左右方向）に延びている一対の横壁６３Ｂと、四隅に配置されて縦壁６３Ａ及び横壁６３Ｂを連結する湾曲壁６３Ｃとから構成されている。また、支持板６７に形成されている支持孔６８も、シャフト６４の軸方向を短手方向とし、上記直交方向を長手方向とするオーバル形状に形成されている。すなわち、図４に示す弁軸６３の軸方向視において、支持孔６８は、長手方向（図４の上下方向）に延びている一対の縦内壁６８Ａと、短手向（図４の左右方向）に延びている一対の横内壁６８Ｂと、四隅に配置されて縦壁６３Ａ及び横壁６３Ｂを連結する湾曲内壁６８Ｃとから構成されている。支持孔６８における一対の横内壁６８Ｂ間の距離は、弁軸６３における一対の横壁６３Ｂ間の距離よりも長い。一方で、支持孔６８における一対の縦内壁６８Ａ間の距離は、弁軸６３における一対の縦壁６３Ａ間の距離とほぼ等しい。そのため、弁軸６３の軸方向視において、シャフト６４の軸方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ１は、上記直交方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ２よりも小さい（Ｃ１＜Ｃ２）。なお、クリアランスＣ１は、弁軸６３の一方側の縦壁６３Ａと支持孔６８の一方側の縦内壁６８ＡとのクリアランスＣ１ａと、弁軸６３の他方側の縦壁６３Ａと支持孔６８の他方側の縦内壁６８ＡとのクリアランスＣ１ｂとを合わせたクリアランスである（Ｃ１＝Ｃ１ａ＋Ｃ１ｂ）。また、クリアランスＣ２は、弁軸６３の一方側の横壁６３Ｂと支持孔６８の一方側の横内壁６８ＢとのクリアランスＣ２ａと、弁軸６３の他方側の横壁６３Ｂと支持孔６８の他方側の横内壁６８ＢとのクリアランスＣ２ｂとを合わせたクリアランスである（Ｃ２＝Ｃ２ａ＋Ｃ２ｂ）。

図５に示すように、弁軸６３は、支持孔６８を貫通して延びていて、支持板６７から突出している先端部に連結板としてのワッシャ６９が連結されている。ワッシャ６９は環状に形成されている。弁軸６３の先端部には、その全周に亘って凹溝６３Ｄが形成されている。凹溝６３Ｄの外径は、ワッシャ６９の内径と同じである。ワッシャ６９は、凹溝６３Ｄに配置されている。凹溝６３Ｄにワッシャ６９を配置した状態で、弁軸６３の先端をかしめることにより、弁軸６３の先端部にワッシャ６９が連結されている。ワッシャ６９の外径は支持孔６８よりも大きく、ワッシャ６９は支持板６７から弁軸６３が抜けることを抑える。このように、弁板６２とワッシャ６９との間に支持板６７を配置することによって弁体６１が支持板６７に組付けられている。支持板６７とワッシャ６９との間には、弾性部材としての皿ばね７０が配置されている。皿ばね７０は、小径側の端部が支持板６７に当接し、大径側の端部がワッシャ６９に当接している。皿ばね７０は、支持板６７とワッシャ６９とによって挟まれて弾性変形している。皿ばね７０の弾性力によって、弁体６１は、弁板６２の裏面６２Ｂが支持板６７に押しつけられている。これにより、支持板６７の弁板６２側の面と弁板６２の裏面６２Ｂとが面接触している。

図１及び図３に示すように、シャフト６４におけるタービンハウジング１０の外側に配置されている他端部には、該シャフト６４を回転させる回転機構８０が連結されている。回転機構８０は、シャフト６４の他端部が連結されているアーム８１と、アーム８１に支持されているピン９１と、ピン９１に連結されているロッド８６と、ロッド８６を移動させるアクチュエータ８７とを有している。アーム８１は、三角板状に形成されていて、一端部８２に係合孔８３が形成されている。係合孔８３にはシャフト６４が係合されている。図３に示すように、アーム８１の他端部８４には、ピン９１を回転可能に支持するピン孔８５が形成されている。ピン９１は、ピン孔８５を貫通して延びていて、タービンハウジング１０側の一端部とは反対側の他端部（図３の左端部）が拡径されている。ピン９１における一端部（図３の右端部）は、アーム８１とタービンハウジング１０との間に配置されている。ピン９１は、該一端部が、ロッド８６に形成されている係止孔８６Ａに挿通されて係止されている。図１に示すように、ロッド８６は、円柱形状に形成されていて、その途中が折れ曲がった形状を有している。ロッド８６は、全体としてタービンハウジング１０からベアリングハウジング４５側に向かって延びている。

アクチュエータ８７は、ハウジング８８と、該ハウジング８８の内部に収容されている駆動部８９とを有している。ハウジング８８は、有底円筒状に形成されていて、コンプレッサーハウジング５０に組付けられている。円板状の底板９０には、その中心にロッド８６が挿通されている通過孔９０Ａが形成されている。ロッド８６は、通過孔９０Ａを通じてハウジング８８の内部まで延びて駆動部８９に連結されている。駆動部８９は、図１に矢印で示すように、ロッド８６を該ロッド８６が延びている方向に移動させる。アクチュエータ８７がロッド８６をベアリングハウジング４５側に移動させると、アーム８１の他端部８４が一端部８２を中心としてベアリングハウジング４５側（図１のＡ方向）に回転してシャフト６４を回転させる。これにより、弁体６１がタービンハウジング１０のスクロール部２０側に回動する。その結果、図５に示すように弁体６１がタービンハウジング１０のスクロール部２０に当接し、第１バイパス通路２４及び第２バイパス通路２５の双方の開口２４Ａ，２５Ａを閉塞する。これにより、ウェイストゲートバルブ６０が閉弁状態となり、第１スクロール通路２１及び第２スクロール通路２２を流れる排気が全てタービンホイール１５を通過して流れるようになる。一方で、アクチュエータ８７がロッド８６をタービンハウジング１０側に移動させると、図１に示すように、アーム８１の他端部８４が一端部８２を中心としてタービンハウジング１０側（図１のＢ方向）に回転してシャフト６４を回転させる。これにより、弁体６１がタービンハウジング１０のスクロール部２０から離間する方向に回動する。その結果、第１バイパス通路２４及び第２バイパス通路２５の双方の開口２４Ａ，２５Ａが開放され、ウェイストゲートバルブ６０が開弁状態となることで、第１スクロール通路２１及び第２スクロール通路２２を流れる排気の一部がタービンホイール１５を迂回して流れるようになる。このように、過給機では、ウェイストゲートバルブ６０は、１つの弁体６１で第１バイパス通路２４及び第２バイパス通路２５の双方の開口２４Ａ，２５Ａを閉塞、開放することにより、タービンホイール１５を通過する排気の流量を調節して過給圧を制御している。

本実施形態の作用効果について、図６〜図９を参照して説明する。
（１）ウェイストゲートバルブ６０では、シャフト６４を回転させることにより、該シャフト６４に組付けられている弁体６１を回動させる。シャフト６４を回転させる回転機構８０では、ロッド８６をベアリングハウジング４５側に移動させることによってシャフト６４を回転させて弁体６１をスクロール部２０に当接させる。こうした回転機構８０では、ロッド８６を移動させる際の付勢力がシャフト６４にも作用し、シャフト６４がブッシュ５５を中心として傾くこともある。

図６に矢印で示すように、シャフト６４の一端部がこうした付勢力の影響を受けてタービンハウジング１０から離間する側に移動すると、該シャフト６４の一端部に組付けられている弁体６１の位置もタービンハウジング１０から離間する側に変化する。

図７に示すように、こうして弁体６１の位置が変化すると、弁体６１が閉弁方向へ回動したときに、弁板６２の周縁全体が均等にタービンハウジング１０に着座せず、その回動軌跡における外周側の一部（図７の下端部）がタービンハウジング１０に片当たりする。本実施形態では、上記直交方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ２を、シャフト６４の軸方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ１よりも大きくしている。そのため、弁体６１は、支持板６７に対してシャフト６４の軸方向と平行な仮想線Ｌ１を回転中心として傾くことが許容されている。シャフト６４の配置が変化して弁板６２の上記一部がタービンハウジング１０に片当たりする状態であっても、さらにシャフト６４を回転させて、図７に矢印で示すように支持板６７によって弁体６１をタービンハウジング１０側に付勢する。これにより、支持部６５に対して弁体６１を傾けて、弁板６２の周縁全体をタービンハウジング１０に着座させる。

その結果、図８に示すように、弁板６２の周縁全体をタービンハウジング１０に当接させることができ、弁体６１の着座性を確保できる。このように、弁板６２の片当たりが生じている状態から弁板６２の周縁全体をタービンハウジング１０に着座した状態にするためには、上記直交方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ２を確保する必要がある。一方で、シャフト６４の軸方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ１は、弁体６１のタービンハウジング１０への着座性には影響が少ない。本実施形態では、着座性への影響が少ないシャフト６４の軸方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ１を小さくしているため、弁体６１の着座性を確保しつつ、弁体６１の支持部６５に対するシャフト６４の軸方向への移動を抑制してその移動に起因する振動を抑えることもできる。したがって、弁体６１のタービンハウジング１０への着座性を確保する機能と、弁体６１の振動を抑える機能との両立を図ることができる。

（２）支持孔６８をオーバル形状にし、弁軸６３の断面形状もオーバル形状にしている。そのため、弁軸６３が支持板６７に対して傾いたときに、弁軸６３と支持板６７とを曲面同士で接触させることが可能になる。そのため、弁軸６３や支持板６７の摩耗を抑えて耐久性向上に貢献できる。また、弁軸６３がその軸線を中心として回転する際には支持板６７に係止されてその回転が抑制されるため、弁体６１の回り止め機能も兼ねることができる。

（３）支持板６７とワッシャ６９との間に皿ばね７０を挟んでいる。この皿ばね７０は、支持板６７とワッシャ６９とによって挟まれて弾性変形しており、その弾性復帰にかかる付勢力によって、弁体６１の弁板６２の裏面６２Ｂを支持板６７に押しつけている。そのため、ウェイストゲートバルブ６０が開弁している状態において、弁体６１の傾きが抑えられる。したがって、弁体６１の振動を抑える機能を高めることができる。

（４）本実施形態では、ウェイストゲートバルブ６０が１つの弁体６１で第１バイパス通路２４及び第２バイパス通路２５の双方の開口２４Ａ，２５Ａを閉塞、開放している。
図９に一点鎖線の矢印に示すように、ウェイストゲートバルブ６０が開弁しているときには、第１バイパス通路２４及び第２バイパス通路２５から排気が交互に排出される。排出された排気は弁体６１に衝突する。

第１バイパス通路２４の開口２４Ａ及び第２バイパス通路２５の開口２５Ａはシャフト６４の軸方向（図９の上下方向）に並んで配置されている。そのため、図９に矢印で示すように、排気は上記直交方向（図９の奥行き方向）と平行な仮想線Ｌ２を回転中心として、弁体６１を揺動させるように作用する。本実施形態では、シャフト６４の軸方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ１が、上記直交方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ２よりも小さくなっており、上記揺動方向への移動が抑えられている。このように、弁体６１の振動を抑える機能が発揮されやすい方向に各開口２４Ａ，２５Ａを並べて配置することによって、各開口２４Ａ，２５Ａから交互に排気が排出されても、該排気による弁体６１の振動を効果的に抑えることができ、弁体６１の振動を抑える機能をより一層効果的に得ることができる。

上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。
・第１バイパス通路２４の開口２４Ａ及び第２バイパス通路２５の開口２５Ａはシャフト６４の軸方向に並んでいなくてもよい。例えば、第１バイパス通路２４の開口２４Ａ及び第２バイパス通路２５の開口２５Ａの並んでいる方向がシャフト６４の軸方向に対して傾いていてもよい。こうした場合であっても、シャフト６４の軸方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ１を上記直交方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ２よりも小さくすることで、弁体６１の振動を抑えることはできる。

・上記ウェイストゲートバルブ６０では、１つの弁体６１として、弁板６２と、該弁板６２から支持孔６８を貫通して直線状に延びる弁軸６３とを備える構成を示したが、弁体の構成はこれに限らない。例えば、１つの弁体として、第１バイパス通路２４の開口２４Ａを閉塞、開放可能に設けられた第１弁板と、第２バイパス通路２５の開口２５Ａを閉塞、開放可能に設けられた第２弁板と、弁軸とを備える。弁軸は、一端部側の分岐端部が二股に分岐し、分岐した端部が第１弁板及び第２弁板にそれぞれ連結されているとともに、他端部側の合流端部が支持孔６８に挿通されている。こうした構成であっても、ウェイストゲートバルブ６０は、１つの弁体で第１バイパス通路２４及び第２バイパス通路２５の双方の開口２４Ａ，２５Ａを閉塞、開放することが可能である。

・上記ウェイストゲートバルブ６０では、１つの弁体６１で第１バイパス通路２４の開口２４Ａ、及び第２バイパス通路２５の開口２５Ａの双方を閉塞、開放するようにしたが、別々の弁体によって第１バイパス通路２４の開口２４Ａ、及び第２バイパス通路２５の開口２５Ａを閉塞、開放するようにしてもよい。例えば、シャフト６４に２つの支持部を連結し、各支持部に組付けられた弁体によって第１バイパス通路２４の開口２４Ａ、及び第２バイパス通路２５の開口２５Ａをそれぞれ閉塞、開放してもよい。また、第１バイパス通路２４の開口２４Ａを閉塞、開放する弁体を備える第１ウェイストゲートバルブと、第２バイパス通路２５の開口２５Ａを閉塞、開放する弁体を備える第２ウェイストゲートバルブとの２つのウェイストゲートバルブを備えるようにしてもよい。

・第１バイパス通路２４及び第２バイパス通路２５の一方を省略してもよい。
・スクロール部２０に第１スクロール通路２１及び第２スクロール通路２２を備える構成を例に説明したが、スクロール部２０に一つのスクロール通路を設けるようにしてもよい。この場合には、収容室２３を介さずに該スクロール通路と筒状部３１の内域とを連通するバイパス通路を設ける。そして、このバイパス通路の開口を閉塞、開放可能にウェイストゲートバルブを配置する。

・支持板６７とワッシャ６９との間に皿ばね７０を挟んだ構成を採用したが、この構成に加えてまたは代えて、弁板６２と支持板６７との間に皿ばね７０を挟むようにしてもよい。なお、皿ばね７０への熱の影響の観点では、タービンハウジング１０からより遠い位置であって排気からの受熱量が少ない位置、すなわち支持板６７とワッシャ６９との間に皿ばね７０を配置することが好ましい。

・皿ばね７０は、小径側の端部が支持板６７に当接し、大径側の端部がワッシャ６９に当接するように配置したが、大径側の端部が支持板６７に当接し、小径側の端部がワッシャ６９に当接するように配置してもよい。また、弾性部材として２つの皿ばね７０を並べて配置することも可能である。この場合、２つの皿ばね７０の大径側の端部同士を当接させて連結した状態で、弁板６２と支持板６７との間、及び支持板６７とワッシャ６９との間の少なくとも一方に配置することが望ましい。

・弾性部材として、皿ばね７０以外の構成を採用することも可能である。例えば、板ばねやスプリングワッシャなどを採用してもよい。また、弾性部材を省略することも可能である。

・弁軸６３は、支持孔６８を貫通せず、弁板６２から支持孔６８の内部まで延びている構成であってもよい。この場合であっても、例えば弾性を有する環状部材を支持孔６８の内壁に連結し、環状部材に弁軸６３を嵌挿することで、弁体６１を支持板６７に組付けることは可能である。この構成であっても、上記直交方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ２が、シャフト６４の軸方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ１よりも大きければ、ウェイストゲートバルブ６０の閉弁時に環状部材を弾性変形させて、弁体６１を支持板６７に対してシャフト６４の軸方向を中心として傾けることは可能である。

・弁軸６３及び支持孔６８の構成は上述したものに限らない。例えば、弁軸６３の断面形状を、シャフト６４の軸方向を短手方向とし、該軸方向と直交する直交方向を長手方向とするオーバル形状に形成していたが、オーバル形状における長手方向は、上記軸方向であってもよいし、上記直交方向であってもよい。また、支持孔６８のオーバル形状も、その長手方向は、上記軸方向であってもよいし、上記直交方向であってもよい。さらに他の構成として、例えば、図１０〜図１２に示す構成を採用することも可能である。

図１０に示すように、弁軸６３の断面は、シャフト６４の軸方向（図１０の左右方向）を長手方向とし、該軸方向と直交する直交方向（図１０の上下方向）を短手方向とするオーバル形状に形成されている。また、支持板６７に形成されている支持孔６８は、シャフト６４の軸方向及び上記直交方向の長さが等しいオーバル形状に形成されている。支持孔６８における一対の横内壁６８Ｂ間の距離は、弁軸６３における一対の横壁６３Ｂ間の距離よりも長い。一方で、支持孔６８における一対の縦内壁６８Ａ間の距離は、弁軸６３における一対の縦壁６３Ａの距離とほぼ等しい。こうした構成であっても、弁軸６３の軸方向視において、シャフト６４の軸方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ１を、上記直交方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ２よりも小さくすることができる。

また、図１１に示すように、弁軸６３の断面を真円状に構成することも可能である。この構成では、支持孔６８は、シャフト６４の軸方向（図１１の左右方向）を短手方向とし、該軸方向と直交する直交方向（図１１の上下方向）を長手方向とするオーバル形状に形成されている。支持孔６８における一対の横内壁６８Ｂ間の距離は、弁軸６３の直径よりも長く、支持孔６８における一対の縦内壁６８Ａ間の距離は、弁軸６３の直径とほぼ等しい。こうした構成であっても、弁軸６３の軸方向視において、シャフト６４の軸方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ１を、上記直交方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ２よりも小さくすることができる。

さらに、図１２に示すように、弁軸６３の断面を真円状に構成しつつ、支持孔６８を長方形状に形成することも可能である。すなわち、この構成では、支持孔６８は、シャフト６４の軸方向（図１２の左右方向）を短手方向とし、該軸方向と直交する直交方向（図１２の上下方向）を長手方向とする長方形状に形成されている。支持孔６８における一対の横内壁６８Ｂ間の距離は、弁軸６３の直径よりも長く、支持孔６８における一対の縦内壁６８Ａ間の距離は、弁軸６３の直径とほぼ等しい。こうした構成であっても、弁軸６３の軸方向視において、シャフト６４の軸方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ１を、上記直交方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ２よりも小さくすることができる。

また、上記各構成において、支持孔６８における一対の縦内壁６８Ａ間の距離を、弁軸６３における一対の縦壁６３Ａ間の距離または弁軸６３の直径よりも長くしてもよい。すなわち、シャフト６４の軸方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ１は必ずしも０である必要はない。この場合であっても、支持孔６８の縦内壁６８Ａから弁軸６３までの距離よりも、支持孔６８の横内壁６８Ｂから弁軸６３までの距離を長くして、弁軸６３の軸方向視において、シャフト６４の軸方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ１を、上記直交方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ２よりも小さくすればよい。

なお、図１１や図１２に示す構成においては、弁軸６３の一方の縦内壁６８Ａ側の左端と該一方の縦内壁６８ＡとのクリアランスＣ１ａと、弁軸６３の他方の縦内壁６８Ａ側の右端と該他方の縦内壁６８ＡとのクリアランスＣ１ｂとを合わせたクリアランスをシャフト６４の軸方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ１とすればよい。また、弁軸６３の一方の横内壁６８Ｂ側の上端と該一方の横内壁６８ＢとのクリアランスＣ２ａと、弁軸６３の他方の横内壁６８Ｂ側の下端と該他方の横内壁６８ＢとのクリアランスＣ２ｂとを合わせたクリアランスを上記直交方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ２とすればよい。

さらに、弁軸６３を楕円状や多角形状など他の形状に形成することも可能である。こうした場合であっても、弁軸６３の軸方向視において、シャフト６４の軸方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ１が、上記直交方向における弁軸６３と支持部６５とのクリアランスＣ２よりも小さくなるように、支持孔６８を弁軸６３の断面形状に合わせて構成すればよい。

・過給機を直列４気筒の内燃機関に適用した例を示したが、これに限らない。直列６気筒や、Ｖ型の内燃機関などに採用される過給機に上記実施形態と同様の構成を適用することも可能である。

１０…タービンハウジング、１５…タービンホイール、２０…スクロール部、２１…第１スクロール通路、２２…第２スクロール通路、２３…収容室、２４…第１バイパス通路、２４Ａ…開口、２５…第２バイパス通路、２５Ａ…開口、２６…端面、３０…第１フランジ、３０Ａ…挿通孔、３１…筒状部、３２…第２フランジ、４０…回転軸、４５…ベアリングハウジング、４６…収容空間、４７…軸受け、４８…連通孔、５０…コンプレッサーハウジング、５５…ブッシュ、６０…ウェイストゲートバルブ、６１…弁体、６２…弁板、６２Ａ…当接面、６２Ｂ…裏面、６３…弁軸、６３Ａ…縦壁、６３Ｂ…横壁、６３Ｃ…湾曲壁、６３Ｄ…凹溝、６４…シャフト、６５…支持部、６６…湾曲部、６７…支持板、６８…支持孔、６８Ａ…縦内壁、６８Ｂ…横内壁、６８Ｃ…湾曲内壁、６９…ワッシャ（連結板）、７０…皿ばね（弾性部材）、８０…回転機構、８１…アーム、８２…一端部、８３…係合孔、８４…他端部、８５…ピン孔、８６…ロッド、８６Ａ…係止孔、８７…アクチュエータ、８８…ハウジング、８９…駆動部、９０…底壁、９０Ａ…貫通孔、９１…ピン。

Claims

タービンホイールを迂回して排気を流すバイパス通路を有するタービンハウジングと、
前記バイパス通路を流れる排気の量を制御するウェイストゲートバルブと
を備える過給機であって、
前記ウェイストゲートバルブは、弁板及び同弁板から該弁板の厚さ方向に立設された弁軸を含む弁体と、前記弁軸が挿通されている支持孔が形成された支持部と、前記支持部が連結されたシャフトと、前記シャフトを回転させる回転機構とを有し、
前記弁体は、前記支持孔に前記弁軸が挿通された状態で前記支持部に組付けられていて、前記シャフトの回転に伴って回動し、
前記弁軸の軸方向視において、前記シャフトの軸方向における前記弁軸と前記支持部とのクリアランスは、前記軸方向と直交する直交方向における前記弁軸と前記支持部とのクリアランスよりも小さい過給機。
前記支持孔はオーバル形状であって、前記弁軸の断面形状もオーバル形状である
請求項１に記載の過給機。
前記弁軸は、前記弁板から前記支持孔を貫通して延びていて、前記支持部から突出している先端部に連結板が連結されており、
前記弁板と前記支持部との間、及び前記支持部と前記連結板との間の少なくとも一方には、弾性部材が挟まれている
請求項１または２に記載の過給機。
前記タービンハウジングは、前記タービンホイールに排気を導出する第１スクロール通路及び第２スクロール通路を有し、
前記バイパス通路は、前記第１スクロール通路の途中から分岐して前記タービンホイールを迂回して排気を流す第１バイパス通路と、前記第２スクロール通路の途中から分岐して前記タービンホイールを迂回して排気を流す第２バイパス通路とを含み、
前記第１バイパス通路の開口と前記第２バイパス通路との開口は前記軸方向に並んでいて、
前記ウェイストゲートバルブは、１つの前記弁体で前記第１バイパス通路及び前記第２バイパス通路の双方の開口を閉塞、開放することで前記第１バイパス通路及び前記第２バイパス通路を流れる排気の量を制御する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の過給機。