JP2018537615A - 排気タービン式過給機の排気流通部及び排気タービン式過給機の作動方法 - Google Patents

Abstract

本発明は排気タービン式過給機の排気流通部に関し、該排気流通部は第１渦巻形流路（４）と第２渦巻形流路（５）とを備え、それら渦巻形流路は貫通流路として形成された前記排気流通部の中に回転可能に収容されているタービン羽根車への流入路を成すものであり、前記第１渦巻形流路（４）と前記第２渦巻形流路（５）との間に貫流開口（１０）が設けられ、該貫流開口は前記第１渦巻形流路（４）を流れる排気が前記第２渦巻形流路（５）へ溢流するため及び前記第２渦巻形流路（５）を流れる排気が前記第１渦巻形流路（４）へ溢流するための流路であり、前記貫流開口（１０）に可動の閉止弁体部材（９’）が装備されており、該閉止弁体部材は前記貫流開口（１０）の開閉を行うものである。本発明によれば、前記閉止弁体部材（９’）は、前記貫流開口（１０）の流れ断面である第１流れ断面（１１）を、開放断面積増大量漸減特性をもって開くように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は請求項１の前提部分に記載した種類の排気タービン式過給機の排気流通部に関する。更に、本発明は排気タービン式過給機の作動方法に関する。

排気タービン式過給機の排気流通部であって、この排気流通部を通過して流れる気体を制御するための制御装置を備えたものが公知となっており、この排気流通部を通過して流れる気体は概ね排気から成る気体である。貫通流路として形成されたこの排気流通部はバイパス流路を備えており、この排気流通部のタービン羽根車は、この排気流通部の羽根車チャンバの中に回転可能に配設されている。前記バイパス流路は排気流通部を通過して流れる気体をタービン羽根車に通さずに迂回させるための流路であり、前記制御装置はこのバイパス流路を開閉するものである。前記制御装置はこのバイパス流路の流れ断面を開閉する弁体部材を備えている。かかる制御装置により、排気タービン式過給機が然るべき動作点（より具体的には排気流量が大流量となるような動作点）で動作するときに、排気の一部をタービン羽根車に通さずに迂回させることができ、それによって排気タービン式過給機を高効率で動作させることができる。排気タービン式過給機の動作効率は制御装置の開弁動作の動作特性に左右されるため、この開弁動作の動作特性は排気タービン式過給機を装着するエンジンの要求条件に適合したものでなければならない。

特許文献１（ドイツ特許出願公報DE 198 24 913 A1号）には、かかる制御装置を備えた排気タービン式過給機の排気流通部が記載されており、その制御装置の開弁特性は開放断面積増大量累進特性を有するものである。即ち、制御装置の塞止弁体部材の移動量に応じて、その塞止弁体部材の閉弁位置からの移動量が増大するにつれて、排気流通部のバイパス流路の流れ断面の開放断面積の増大量が累進的に変化するように、より具体的には指数関数的に変化するようにしている。こうすることで、同公報に記載されている用途に適合した、開放断面積増大量累進特性を有する開弁特性が得られている。

特許文献２（ＰＣＴ特許出願公報WO 2010/039596 A2号）にも、かかる制御装置を備えた排気タービン式過給機の排気流通部が記載されており、その制御装置の塞止弁体部材も同様に、その塞止弁体部材が閉弁位置から開き始めるときの開弁特性が、流れ断面の開放断面積の増大量が累進的に汎化する開放断面積増大量累進特性を有する開弁特性とされている。

ドイツ特許出願公報DE 198 24 913 A1号 ＰＣＴ特許出願公報WO 2010/039596 A2号

従って本発明の目的は、改良を加えた排気タービン式過給機の排気流通部を提供することにある。本発明の更なる目的は、排気タービン式過給機の作動方法を提供することにある。

本発明によれば、かかる目的が請求項１に記載の特徴を備えた排気タービン式過給機の排気流通部により達成される。また本発明によれば、更なる目的が請求項１３記載の特徴を備えた排気タービン式過給機の作動方法により達成される。従属請求項は本発明の好適且つ重要な構成上の特徴を備えた特に有利な実施の形態を記載したものである。

本発明によれば、排気タービン式過給機の排気流通部は第１渦巻形流路と第２渦巻形流路とを備えており、それら渦巻形流路は貫通流路として形成された前記排気流通部の中に回転可能に収容されているタービン羽根車への流入路を成すものである。前記第１渦巻形流路と前記第２渦巻形流路との間に貫流開口が設けられ、該貫流開口は前記第１渦巻形流路を流れる排気が前記第２渦巻形流路へ溢流するため及び前記第２渦巻形流路を流れる排気が前記第１渦巻形流路へ溢流するための流路である。前記貫流開口に可動の閉止弁体部材が装備されており、該閉止弁体部材は前記貫流開口の開閉を行うものである。前記閉止弁体部材は、前記貫流開口の流れ断面である第１流れ断面を、開放断面積増大量漸減特性をもって開くように構成されている。前記第１渦巻形流路から前記第２渦巻形流路への溢流を生じさせる際には、前記第１流れ断面を、前記閉止弁体部材が閉弁位置にある状態から開放断面積増大量漸減特性をもって開くようにすると有利であることが確かめられている。開放断面積増大量漸減特性を有する開弁動作とすることで得られる利点は、排気タービン式過給機の制御性が向上することであり、それに伴って排気タービン式過給機の反応性も向上する。更に、開放断面積増大量漸減特性を有する開弁動作は、例えばバイパス流路の流れ断面などの、別の流れ断面の開弁動作と協調させるためにも有用である。

前記閉止弁体部材の開弁動作によって、前記第１渦巻形流路から前記第２渦巻形流路への排気の溢流が生じるようにすることで得られるもうひとつの利点は、排気流通部の構造を、各々が一般的な部分渦巻形流路と同様形状の第１渦巻形流路と第２渦巻形流路とを備え、それら２つの渦巻形流路の各々が排気流通部の軸心の周りの１８０°の角度範囲を亘って延在することで、合わせて３６０°の角度範囲に亘って延在するような構造とし得ることにある。これによって、より小型でコンパクトな排気タービン式過給機を構成することが可能となる。

本発明に係る排気流通部の１つの構成例によれば、前記排気流通部は塞止弁体部材を備え、該塞止弁体部材は前記排気流通部のバイパス流路の開閉を行うものである。前記バイパス流路は、貫流流路として形成された前記排気流通部に、前記タービン羽根車を通過せずに迂回するために設けられた流路であり、また、前記バイパス流路は第２流れ断面を有する。かかる構成の利点は、前記第１渦巻形流路から前記第２渦巻形流路へ、及びその逆に前記第２渦巻形流路から前記第１渦巻形流路へ、排気を流通させることが可能なことに加えて、更に、前記排気タービン式過給機が機械的及び熱力学的関連をもって連結されているエンジンが、特に中負荷から高負荷の負荷領域ないし中速度から高速度の回転速度領域で運転されているときに、そのエンジンの排気を、前記タービン羽根車を避けて流通させることも可能なことにある。これによって、前記排気タービン式過給機の動作効率を更に向上させることができる。

本発明に係る排気流通部の別の１つの構成例によれば、前記塞止弁体部材は、前記第２流れ断面を、閉弁位置から中間位置まで、開放断面積増大量漸減特性をもって開くように構成されている。前記タービン羽根車の溢流に関して上述したのと同様に、前記タービン羽根車の駆動に関連して排気をバイパス流路に流すために前記第２流れ断面を開く開弁動作もまた、開放断面積増大量漸減特性を有する開弁動作とすることが有利であることが判明している。前記第２流れ断面のこの開弁動作は、その全行程に亘って、即ち閉弁位置から前記第２流れ断面が全開状態となる第２位置までに亘って、開放断面積増大量漸減特性を有する開弁動作とすることは必ずしも必要とされない。以上の構成とすることで、前記第１流れ断面と前記第２流れ断面の両方の制御性が向上するという利点が得られる。

前記第１流れ断面と前記第２流れ断面の夫々の開弁動作を、いずれも開放断面積増大量漸減特性を有する開弁動作とすることの大きな利点は、排気タービン式過給機をエンジンに装備して作動させているときに、そのエンジンの排気弁の開弁期間を長く取れることにある。それによって、燃焼ガスを新混合気に置き換えるガス交換行程の期間を長く取れるため、掃気機能を向上させることができる。

前記閉止弁体部材も、また前記塞止弁体部材も、それぞれ制御装置によって移動させるようにするとよい。前記閉止弁体部材は、前記第１及び第２渦巻形流路の内圧に応動して自動的に開閉する自動開閉式閉止弁体部材とすることもできるが、しかしながら、制御装置によって移動させることで前記閉止弁体部材を制御可能にしておくことが好ましく、なぜならばそうすることで、タービン羽根車における圧力比に対する操作を動的に行えるようになるからである。最も好ましいのは、前記閉止弁体部材の制御装置と前記塞止弁体部材の制御装置とを、同一の制御装置とすることである。そうすることで、単一の制御装置によって前記閉止弁体部材と前記塞止弁体部材との両方を移動させることが可能となり、もって、排気タービン式過給機をコンパクトに構成することが可能になる。また、更なる利点として、部品点数が減少することから、排気タービン式過給機の製造コストが軽減されるということがある。

特に好適な１つの構成例では、前記塞止弁体部材の移動により前記閉止弁体部材の移動が惹起されるようにしている。こうすることで、前記塞止弁体部材の移動が、前記第１流れ断面を開く開弁動作と前記第２流れ断面を開く開弁動作との両方に、意図する影響を及ぼすようにすることができる。換言するならば、前記閉止弁体部材の移動が前記塞止弁体部材の移動の関数として表されるようにすることができる。これによって、前記第１流れ断面及び前記第２流れ断面の両方の流れ断面の制御を例えばコンピュータ制御などにより行う場合に、その制御が簡明なものとなる。

排気タービン式過給機を更にコンパクトに構成するには、前記閉止弁体部材と前記塞止弁体部材とが同一の弁体部材であるようにする。これは、換言するならば、前記第１流れ断面の開閉と前記第２流れ断面の開閉とを単一の弁体部材で行えるようにするということである。こうすることで、装置１台あたりの部品点数を減じることができるため、排気タービン式過給機をコンパクトに構成し得ることに加えて、排気タービン式過給機の製造コストも低減することができる。

開放断面積増大量漸減特性を有する開弁特性が得られるようにするには、前記塞止弁体部材及び／または前記閉止弁体部材の外形形状を深鍋形とする。この外形形状とすることで、簡明な手段により、前記第１及び第２流れ断面の夫々の開放断面積が、前記塞止弁体部材及び／または前記閉止弁体部材が閉弁位置にある状態から開弁動作が開始された時点で早くも比較的大きな開放断面積となり、また、それら開放断面積が、前記塞止弁体部材及び／または前記閉止弁体部材の所定の移動範囲において、開放断面積増大量漸減特性をもって増大して行くようにすることができる。

別の１つの構成例によれば、前記塞止弁体部材及び／または前記閉止弁体部材は、当該弁体部材の縦方向軸心に沿って並設された第１弁体部分及び第２弁体部分を備えており、開放断面積増大量漸減特性を有する開弁特性を得るために前記第１弁体部分の第１外周面の第１傾斜角を前記第２弁体部分の第２外周面の第２傾斜角より大きくされ、前記第２弁体部分は第２流路壁面に対向している。かかる２つの弁体部分を備えることで、簡明な手段により、開放断面積増大量漸減特性を有する開弁特性が得られる。また、前記塞止弁体部材及び／または前記閉止弁体部材の製造も容易になる。

前記塞止弁体部材及び／または前記閉止弁体部材が閉弁位置にあるときに前記第１流れ断面ないし前記第２流れ断面を閉塞状態にするために、前記塞止弁体部材及び／または前記閉止弁体部材は、前記排気流通部の流路壁面に支持されるように形成された環状面を備えているようにするとよい。更に、前記塞止弁体部材の前記環状面は前記バイパス流路の内部に位置するようにするとよい。そうすることで、前記バイパス流路の中を流れる排気の作用により、前記塞止弁体部材の開弁動作がより容易に行えるようになる。

本発明に係る排気流通部の別の１つの構成例によれば、前記塞止弁体部材及び／または前記閉止弁体部材は、回動軸心を中心として揺動可能な制御装置のレバーアームに取付けられている。回動可能な構成であるため、弁体部材を移動させるために要する力を比較的小さくすることができる。

本発明に係る排気流通部の別の１つの構成例によれば、前記閉止弁体部材は、前記第２流れ断面が少なくとも部分的に開放されたのちに前記貫流開口を開放するように構成されている。この構成により得られる利点は、前記バイパス流路が開放されたのちにはじめて前記第１渦巻形流路及び前記第２渦巻形流路からの溢流が可能になるようにすることができることにある。これによって、タービン羽根車における排気背圧が過大となるためにエンジンがノッキングを生じるという事態を防止することができる。またそれと共に、一方の前記渦巻形流路に熱力学的関連性をもって連結されているシリンダが、エンジンのサイクル行程のうちの吸気行程及び／または燃焼行程にあるときに、溢流排気が当該渦巻形流路の中へ逆流するという事態も防止される。即ち、一方の前記渦巻形流路に接続されているシリンダの排気弁が閉じており、他方の前記渦巻形流路に接続されているシリンダの排気弁が開いているときに、前者の前記渦巻形流路の中へ溢流排気が逆流するのを防止することができるのである。

別の１つの構成例によれば、前記塞止弁体部材及び／または前記閉止弁体部材が少なくとも部分的に前記排気流通部の壁部に受容されるように構成され、及び／または、前記排気流通部の壁部が少なくとも部分的に前記塞止弁体部材及び／または前記閉止弁体部材に受容されるように構成されている。こうすることで、前記塞止弁体部材が閉弁位置にあるときに、一方の前記渦巻形流路から他方の前記渦巻形流路への溢流の発生が確実に阻止されるようにすることができ、また、前記閉止弁体部材が閉弁位置にあるときに、前記バイパス流路の中への流入が確実に阻止されるようにすることができる。更に、特に前記閉止弁体部材と前記塞止弁体部材とが同一形状である場合には、以上の構成とすることで、エンジンの運転状況が前記第１流れ断面より先に前記第２流れ断面が開放されることを必要とするとき、確実にそうなるようにすることができる。

本発明の第２の局面は、貫通流路として形成された排気流通部を備える排気タービン式過給機の作動方法に関するものであり、前記排気流通部には、前記排気流通部の中に回転可能に収容されているタービン羽根車を通過せずに迂回するためのバイパス流路が形成されている。前記バイパス流路は第２流れ断面を有しており、該第２流れ断面は塞止弁体部材によって開閉される。前記第２流れ断面が、前記塞止弁体部材が閉弁位置にあって前記第２流れ断面が全閉状態にある状態から、開放断面積増大量漸減特性をもって開かれるようにしている。

本発明に係る方法によれば、また特に従属請求項１４乃至１７に記載の特徴を併せ備えた場合には、エンジンに装備した排気タービン式過給機の動作効率を特に高効率のものとすることができる。本発明に係る方法によれば、エンジンの運転条件に関して、その排気弁の開弁時間を長く取ることが可能となる。それによって、いわゆる押出作用の減退に関与する排気背圧を低下させることが可能となるため、燃焼ガスを新混合気に交換するエンジンのガス交換をより良好に行えるようになる。そして、エンジンの排気弁の開弁時間をより長く取ることでエンジンの効率を向上させることができるため、エンジンの燃料消費量を低減でき、もって、エンジン排出物の排出量も低減することができる。更に加えて、エンジンのノッキングも大幅に低減することができる。

本発明の更なる利点、特徴、及び細部構成については、以下に示す好適な実施の形態についての説明を参照し、また添付図面を参照することにより明らかとなる。以上の説明中で言及した様々な特徴及びそれら特徴の組合せ、並びに、添付図面に関連した以下の説明中で言及し、及び／または、図面中に示すところの、様々な特徴及びそれら特徴の組合せは、それら説明ないし図面に示した通りの組合せで利用し得るばかりでなく、それとは異なる組合せで利用することもでき、また、個々の特徴を単独で利用することも可能なものであって、そのように特徴を利用した場合でも本発明の範囲から逸脱するものではない

本発明に係る排気タービン式過給機の排気流通部を第１切断面に沿って切断して示した斜視図である。 図１の排気流通部において制御装置が第２位置にある状態を示した図である。 図１の本発明に係る排気流通部を第２切断面に沿って切断して示した斜視図であり制御装置が第１位置にある状態を示した図である。 図３の排気流通部において制御装置が第２位置にある状態を示した図である。 本発明に係る排気タービン式過給機の開弁特性のｓ−Ａ線図である。 本発明に係る排気流通部の塞止弁体部材の第１構成例の斜視図である。 本発明に係る排気流通部の塞止弁体部材の第２構成例の斜視図である。 本発明に係る排気流通部の塞止弁体部材の第３構成例の斜視図である。 本発明に係る排気流通部の塞止弁体部材の第４構成例の斜視図である。 本発明に係る排気流通部の塞止弁体部材の第５構成例の斜視図である。 本発明に係る排気流通部の塞止弁体部材の基本形態を示した図である。

図１に示した本発明に係る排気タービン式過給機２の排気流通部１は、この排気流通部１に気体を流入させるための流入流路３を備えており、流入する気体は概ねエンジン７の排気から成る気体である。排気流通部１は更に、流入流路３の下流側に設けられた、流入してくる流れを整流するための第１渦巻形流路４及び第２渦巻形流路５と、これら渦巻形流路４、５の下流側に設けられた、不図示の流出流路とを備えており、排気はこの流出流路を通って排気流通部１から然るべく排出される。また、２つの渦巻形流路４、５と不図示の流出流路との間に、不図示の羽根車チャンバが形成されており、この羽根車チャンバの中に不図示のタービン羽根車が回転可能に収容されている。

排気流通部１はエンジン７の排気マニホルド６に接続されており、このエンジン７の排気が流入流路３から渦巻形流路４、５へ流入し、タービン羽根車を駆動できるようになっている。

排気タービン式過給機２の動作特性をエンジンの排気の流量に適合した特性（即ちエンジンに適合した特性）とするために、排気流通部１に制御装置８が装備されており、この制御装置８は、第１渦巻形流路４と第２渦巻形流路５との間の連通を断接する（連通状態と遮断状態との間で変化させる）ものである。２つの渦巻形流路４、５の間の連通を断接するために、２つの渦巻形流路４、５の間で気体を流通させるための貫流開口１０が形成されており、この貫流開口１０の中に制御装置８の閉止弁体部材９’が配設されている。

閉止弁体部材９’が図１に示したように、閉弁位置である第１位置にあるときには、第１渦巻形流路４と第２渦巻形流路５とは互いに完全に遮断されて、各々が個別に排気を流しており、このとき、貫流開口１０は閉止弁体部材９’により全閉状態とされている。即ち、エンジンの排気はそれら２つの渦巻形流路４、５の中を流れているが、ただし、排気のうちの第１部分が第１渦巻形流路４の中を流れ、それとは別の第２部分が第２渦巻形流路５の中を流れている。

閉止弁体部材９’が図２に示したように、第２位置にあるときには、貫流開口１０は全開状態にあり、第１渦巻形流路４から第２渦巻形流路５へも、またそれとは逆に第２渦巻形流路５から第１渦巻形流路４へも、排気の溢流が可能な状態となっている。即ち、排気が、一方の渦巻形流路（４または５）から他方の渦巻形流路（５または４）へ、第１流れ断面１１を有する貫流開口１０を通過して溢流できる状態となっている。

排気タービン式過給機の動作効率を排気の流量に対応した最大効率とするために第１流れ断面の開放断面積の調節が必要なときに、閉止弁体部材９’が第１位置と第２位置との間の様々な中間位置に位置付けられて、その開放断面積の調節が行われる。閉止弁体部材９’が第１位置にあって第１流れ断面１１が全閉状態にある状態から、閉止弁体部材９’が第２位置にあって第１流れ断面１１が全開状態にある状態まで、第１流れ断面１１を開いて行くときの開弁動作は、開放断面積増大量漸減特性（弁体部材の移動量が増大するにつれてその移動量の増大に対応した流れ断面の開放断面積の増大量が漸減する特性）を有する開弁動作とすると有利であることが判明した。これは、換言するならば、閉止弁体部材９’の形状を、第１流れ断面１１の開弁動作が、開放断面積増大量漸減特性を有する開弁動作となるような形状とするということでもある。或いはまた、これは、制御装置８の構成を、第１流れ断面１１の開弁動作の動作特性が、開放断面積増大量漸減特性を有する開弁特性となるような構成とするということでもある。

第１流れ断面１１の開弁動作が開放断面積増大量漸減特性を有する開弁動作となるようにするために、閉止弁体部材９’は深鍋形の外形形状１２を有するものとされている。この外形形状１２は基板部１３を含んでおり、この基板部１３の第１板側面１４に弁体部材本体部１５が形成されている。弁体部材本体部１５とは反対側の基板部１３の第２板側面１６には、制御装置８の作動機構１７が固定連結されている。

弁体部材本体部１５の基部の断面である本体部基部断面ＫＱは、第１板側面１４における断面である基板部断面ＰＱより小さくしてあり、これによって弁体部材本体部１５の全周に亘って延在する環状面１８が形成されている。この環状面１８は２つの機能を担うものであり、そのひとつは、閉止弁体部材９’が第１位置にあるときに、貫流開口１０の第１流路壁面１９に当接することで閉止弁体部材９’を支持する機能、もうひとつは、同じく閉止弁体部材９’が第１位置にあるときに、２つの渦巻形流路４、５を封止する封止面としての機能である。

開放断面積増大量漸減特性を有する開弁特性を得るために、弁体部材本体部１５は２つの弁体部分を備えており、即ち、弁体部材本体部１５の縦方向軸心２２に沿って並設された第１弁体部分２０と第２弁体部分２１とを備えている。第１弁体部分２０は基板部１３に固設されており、第２弁体部分２１と基板部１３との間に位置している。第２弁体部分２１は第１弁体部分２０に固設されている。第２弁体部分２１には閉止弁体部材９’の先端面２３が形成されており、この先端面２３は第１弁体部分２０とは反対側に形成されている。

図１１に閉止弁体部材９’の基本形態を示した。この基本形態において、第１弁体部分２０及び第２弁体部分２１の夫々の外周面２４、２５は傾斜面として形成されており、それら外周面２４、２５は、基板部１３から先端面２３へ向かって、弁体部材本体部の縦方向軸心２２に対して傾斜して延在している。第１弁体部分２０の第１外周面２４の第１傾斜角α１は、第２弁体部分２１の第２外周面２５の第２傾斜角α２より大きい。

図１〜図４及び図６に示した第１構成例に係る閉止弁体部材９’及び塞止弁体部材９では、その本体部基部断面ＫＱと基板部断面ＰＱとの両方が楕円形に形成されている。弁体部材本体部１５には幅寸法ＢＲを有する溝部２８が形成されており、この溝部２８は弁体部材の横方向軸心２６の方向に延在するように、また、弁体部材本体部１５の表面に沿って延在するように、そして、先端面２３を横断して延在するようにして形成されている。弁体部材が第１位置にあるときに、第１渦巻形流路４と第２渦巻形流路５との間を確実に封止できるようにするために、第１流路壁面１９に対向している第２流路壁面２９に、溝部２８の中に嵌合する形状の凸形状３０が形成されている。

図７に示した第２構成例では、閉止弁体部材９’の先端面２３が平坦面の形状に形成されている。図８に示した第３構成例と図９に示した第４構成例とはいずれも、閉止弁体部材９’の断面形状を円形状としている。第３構成例では第２弁体部分２１が円錐形状に形成されているのに対し、第４構成例では第２弁体部分２１が部分球面形状に形成されている。

図１０に示した第５構成例の閉止弁体部材９’も深鍋形の外形形状１２を有しており、ただしその先端面２３は角形に形成されているため、第２弁体部分２１の外形形状１２のうちの先端面２３の近傍領域では、その傾斜角が第２弁体部分２１のその他の箇所より大きくなっている。

更に、貫通流路として形成された排気流通部１には、排気流通部１の羽根車チャンバを通過せずに迂回するためのバイパス流路３１が形成されている。バイパス流路３１は第２流れ断面３３を有する流入口３２を備えており、この流入口３２は制御装置８によって、また換言するならば塞止弁体部材９によって、全閉状態、部分閉塞状態、全開状態、部分開放状態とすることが可能である。

制御装置８の塞止弁体部材９（この塞止弁体部材９は閉止弁体部材９’と同一の弁体部材である）が、バイパス流路３１の中に（即ち排気流通部１の中に）回動可能に収容されている。即ち、塞止弁体部材９は、この塞止弁体部材９の回動軸心（即ち揺動軸心）３４を中心として揺動可能な状態でバイパス流路３１の中に（即ち排気流通部１の中に）支持されている。更に換言するならば、塞止弁体部材９は、排気流通部１の中で揺動運動を行える状態で、その中に収容されており、その揺動運動によって流入口３２の流れ断面３３の開放断面積が調節される。

塞止弁体部材９による第２流れ断面３３の開弁動作は、ある程度広範な開弁範囲に亘って開放断面積増大量漸減特性が優れる開弁動作となるようにされている（図４参照）。この開弁動作によれば、第１流れ断面１１が全開状態になるまでは、極めて僅かな流量の排気しか、第２流れ断面３３を通過してバイパス流路３１へ流れることはない。そして、第１流れ断面１１が全開状態になった後にはじめて第２流れ断面３３が全開状態となり、この状態では、第１渦巻形流路４から第２渦巻形流路５への溢流及びその逆の第２渦巻形流路５から第１渦巻形流路４への溢流が生じ得ると共に、タービン羽根車を通過せずに迂回する排気の流れも生じ得る。

塞止弁体部材９を作動させるために、即ち制御装置８を作動させるために、排気流通部１に円筒孔３５が形成されており、この円筒孔３５の中に、第２縦方向軸心３７を有する制御装置８の軸部材３６が回動可能に嵌合されている。軸部材３６と塞止弁体部材９との間に装備されたレバーアーム３８が、それら軸部材３６と塞止弁体部材９とを連結しており、これによって、軸部材３６を回動させることで塞止弁体部材９を揺動させることができるようにしている。

図５に示したのはｓ−Ａ線図であり、塞止弁体部材９ないし閉止弁体部材９’の移動量ｓと、その移動量ｓに応じて変化する第１流れ断面１１ないし第２流れ断面３３の開放断面積ＡＦとの関係を示したものである。尚、移動量ｓと開放断面積ＡＦとはいずれも正規化した値で表されている。移動量ｓは、塞止弁体部材９の開弁角度の関数であると同時に閉止弁体部材９’の開弁角度の関数でもあり、なぜならば、ここでは、閉止弁体部材９’と塞止弁体部材９とが同一の弁体部材だからである。開弁角度の値が０°であることは、塞止弁体部材９が全閉位置にあることに対応すると共に、閉止弁体部材９’が全閉位置にあることにも対応している。

第１曲線Ａは、図面に示した構成例における、閉止弁体部材９’の移動量ｓに対応する第１流れ断面１１の開放断面積の変化を示した曲線である。第２曲線Ｂは、同じく図面に示した構成例における、塞止弁体部材９の移動により変化する第２流れ断面３３の開放断面積の変化を示した曲線である。第３曲線Ｃは、また別の構成例における、第１流れ断面１１の開放断面積の変化を示した曲線である。これら曲線Ａ、Ｂ、Ｃの変化は、制御装置８による開弁動作の動作特性を表している。

第１曲線Ａ及び第３曲線Ｃから分かるように、制御装置８は、第１流れ断面１１の開弁動作における動作特性が、開放断面積増大量漸減特性を有する動作特性となっている。換言するならば、第１流れ断面１１は、閉止弁体部材９’が閉弁位置にあってこの第１流れ断面１１が全閉状態にある状態から、開放断面積増大量漸減特性をもって開かれるようになっている。

また、第２曲線Ｂの変化特性から分かるように、制御装置８は、第２流れ断面３３の開弁動作における動作特性が、開放断面積増大量漸減特性を有する動作特性となっている。換言するならば、第２流れ断面３３もまた、塞止弁体部材９が閉弁位置にあってこの第２流れ断面３３が全閉状態にある状態から、開放断面積増大量漸減特性をもって開かれるようになっている。

曲線Ｃで表される変化特性を有する構成例では、第２流れ断面３３が部分的に開かれた後にはじめて、第１流れ断面１１が開き始めるようにしたものである。第１流れ断面１１が開き始めるときには、塞止弁体部材９の開弁角度が約５°となっているようにすることが好ましい。開弁角度は０°〜３°の範囲内にあるようにすることが特に好ましい。

第１流れ断面１１が開き始めた時点で、第１渦巻形流路４から第２渦巻形流路５への、ないしは逆に第２渦巻形流路５から第１渦巻形流路４への、排気の溢流が発生していることがないようにするためには、第１流れ断面１１の開弁動作が曲線Ａで示したように行われる場合であれば、塞止弁体部材９の移動量が所定移動量ｓ１に達するまで、第１流れ断面１１の開放断面積が第２流れ断面３３の開放断面積より小さく維持されるようにする。また、第１流れ断面１１の開弁動作が曲線Ｃで示したように行われる場合であれば、移動量ｓ１’に達するまで、第１流れ断面１１の開放断面積が第２流れ断面３３の開放断面積より小さく維持されるようにする。

Claims (17)

1. 排気タービン式過給機の排気流通部であって、第１渦巻形流路（４）と第２渦巻形流路（５）とを備え、それら渦巻形流路は貫通流路として形成された前記排気流通部の中に回転可能に収容されているタービン羽根車への流入路を成すものであり、前記第１渦巻形流路（４）と前記第２渦巻形流路（５）との間に貫流開口（１０）が設けられ、該貫流開口は前記第１渦巻形流路（４）を流れる排気が前記第２渦巻形流路（５）へ溢流するため及び前記第２渦巻形流路（５）を流れる排気が前記第１渦巻形流路（４）へ溢流するための流路であり、前記貫流開口（１０）に可動の閉止弁体部材（９’）が装備されており、該閉止弁体部材は前記貫流開口（１０）の開閉を行うものである、排気流通部において、
   前記閉止弁体部材（９’）は前記貫流開口（１０）の流れ断面である第１流れ断面（１１）を、開放断面積増大量漸減特性をもって開くように構成されている、
   ことを特徴とする排気流通部。
2. 前記排気流通部は塞止弁体部材（９）を備え、該塞止弁体部材は前記排気流通部（１）のバイパス流路（３１）の開閉を行うものであり、前記バイパス流路（３１）は、貫流流路として形成された前記排気流通部（１）に、前記タービン羽根車を通過せずに迂回するために設けられた流路であり、前記バイパス流路（３１）は第２流れ断面（３３）を有することを特徴とする請求項１記載の排気流通部。
3. 前記第２流れ断面（３３）は前記塞止弁体部材（９）の開弁動作によって、少なくとも閉弁位置から中間位置までは開放断面積増大量漸減特性をもって開かれるように構成されていることを特徴とする請求項２記載の排気流通部。
4. 前記閉止弁体部材（９’）及び／または前記塞止弁体部材（９）を移動させるために前記排気流通部（１）に制御装置（８）が装備されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の排気流通部。
5. 前記閉止弁体部材（９’）の移動により前記塞止弁体部材（９）の移動が惹起されるように構成されていることを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項記載の排気流通部。
6. 前記閉止弁体部材（９’）と前記塞止弁体部材（９）とは同一の弁体部材であることを特徴とする請求項２乃至５の何れか１項記載の排気流通部。
7. 前記塞止弁体部材（９）及び／または前記閉止弁体部材（９’）は深鍋形の外形形状（１２）を有することを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の排気流通部。
8. 前記塞止弁体部材（９）及び／または前記閉止弁体部材（９’）は、当該弁体部材の縦方向軸心（２２）に沿って並設された第１弁体部分（２０）及び第２弁体部分（２１）を備えており、開放断面積増大量漸減特性を有する開弁特性を得るために前記第１弁体部分（２０）の第１外周面（２４）の第１傾斜角（α１）を前記第２弁体部分（２１）の第２外周面（２５）の第２傾斜角（α２）より大きくされ、前記第２弁体部分（２１）は第２流路壁面（２９）に対向していることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の排気流通部。
9. 前記塞止弁体部材（９）及び／または前記閉止弁体部材（９’）は、前記排気流通部（１）の流路壁面（１９）に支持されるように形成された環状面（１８）を備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項記載の排気流通部。
10. 前記塞止弁体部材（９）及び／または前記閉止弁体部材（９’）は、回動軸心（３４）を中心として揺動可能な制御装置（８、８’）のレバーアーム（３８）に取付けられていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項記載の排気流通部。
11. 前記閉止弁体部材（９’）は、前記第２流れ断面（３３）が少なくとも部分的に開放されたのちに前記貫流開口（１０）を開放するように構成されていることを特徴とする請求項２乃至１０の何れか１項記載の排気流通部。
12. 前記塞止弁体部材（９）及び／または前記閉止弁体部材（９’）が少なくとも部分的に前記排気流通部（１）の壁部に受容されるように構成され、及び／または、前記排気流通部（１）の壁部が少なくとも部分的に前記塞止弁体部材（９）及び／または前記閉止弁体部材（９’）に受容されるように構成されていることを特徴とする請求項１１記載の排気流通部。
13. 貫通流路として形成された排気流通部（１）を備える排気タービン式過給機の作動方法であって、前記排気流通部は第１渦巻形流路（４）と第２渦巻形流路（５）とを備え、それら渦巻形流路は前記排気流通部の中に回転可能に収容されているタービン羽根車への流入路を成すものであり、前記第１渦巻形流路（４）と前記第２渦巻形流路（５）との間に貫流開口（１０）が設けられ、該貫流開口は前記第１渦巻形流路（４）を流れる排気が前記第２渦巻形流路（５）へ溢流するため及び前記第２渦巻形流路（５）を流れる排気が前記第１渦巻形流路（４）へ溢流するための流路であり、前記貫流開口（１０）に可動の閉止弁体部材（９’）が装備されており、該閉止弁体部材は前記貫流開口（１０）の開閉を行うものである、排気タービン式過給機の作動方法において、
    前記貫流開口（１０）の流れ断面である第１流れ断面（１１）が、前記閉止弁体部材（９’）が閉弁位置にある状態から、開放断面積増大量漸減特性をもって開かれる、
    ことを特徴とする方法。
14. 前記排気流通部（１）には、前記タービン羽根車を通過せずに迂回するためのバイパス流路（３１）が形成されており、前記バイパス流路（３１）は第２流れ断面（３３）を有しており、該第２流れ断面（３３）は、塞止弁体部材（９）が閉弁位置にある状態から、該塞止弁体部材（９）の開弁動作によって開かれることを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. 前記第２流れ断面（３３）が、開放断面積増大量漸減特性をもって開かれることを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 前記閉止弁体部材（９’）の移動量が所定移動量（ｓ１、ｓ１’）に達するまで、前記第１流れ断面（１１）が、前記バイパス流路（３１）の流れ断面である前記第２流れ断面（３３）より小さく維持されることを特徴とする請求項１４又は１５記載の方法。
17. 前記第１流れ断面（１１）が前記第２流れ断面（３３）より後に開放されるようにすることを特徴とする請求項１４乃至１６の何れか１項記載の方法。

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