JP2773440B2 - ウエストゲートバルブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関のターボチャー
ジャ等に装着され、過給気制御のため排気をバイパスす
るウエストゲートバルブに関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関に装着されるターボチャージャ
には、一般に過給圧の過上昇を抑えるために排気ガスの
一部を排気タービンをバイパスさせるウエストゲートバ
ルブが設けられている。このウエストゲートバルブはタ
ーボチャージャのタービンハウジング内部に配置されて
おり、通常、圧力応動型アクチュエータと、アクチュエ
ータからの駆動力を伝達するロッドと、ロッド先端に設
けられ揺動するアームと、このアームに取り付けられる
バルブフラッパ（弁体）とによって構成されている。

【０００３】図５は一般的なウエストゲートバルブのバ
ルブフラッパ装着部分を示したものである。即ち、この
装着法ではまず、フランジの付いたショートピン50をア
ーム51に対してその上方から挿入し、さらにその先端を
バルブフラッパ52の中央穴52ａに通し、バルブフラッパ
52の端面52ｂから突出したショートピン50の先端部分50
ａをスピニング加工後、カシメ処理を施すことにより、
ショートピン50とバルブフラッパ52とを固定している。

【０００４】しかしながら、上述したバルブフラッパ固
定法は、ショートピン50とバルブフラッパ52との固定部
分が高温の排気ガスに直接露出することに加えて、ウエ
ストゲートバルブ作動時、図中下方からの排気圧力（白
矢印）を受け、矢印で示したような曲げモーメントを受
けるため、最終的にバルブフラッパが熱変形する恐れが
ある。

【０００５】ウエストゲートバルブの上述した問題点に
対処するべく、図６に示すようなウエストゲートバルブ
も提案されている（実開昭63−118337号）。このウエス
トゲートバルブは、平板状の弁体部60ａと該弁体部60ａ
に対して垂直に延びる弁軸部60ｂとから成るバルブフラ
ッパ60を有しており、アーム61への装着に当たっては、
バルブフラッパ弁軸部60ｂをアーム61の下方より挿入
し、アーム61上部より突出した部分においてワッシャ62
等により固定する方法を採用しており、固定部をバルブ
フラッパ弁体部60ａより離れさせ高温の排気ガスに曝さ
れないようにしており、更にウエストゲートバルブ作動
時、下方からの排気ガスの流れによって必要以上にバル
ブフラッパ60が傾斜しないように移動規制のための凸部
60ｃをバルブフラッパ60に形成している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで上述したよう
なウエストゲートバルブにおいては一般に、ウエストゲ
ートバルブ閉弁の際の着座性（即ち排気ガスのシール
性）や組み付け性の観点から、バルブフラッパ60の弁軸
部60ｂとアーム61の貫通穴との間に僅かなガタ（間隙）
63を有してバルブフラッパ60が装着されるようになって
いる。その結果、ウエストゲートバルブ作動時におい
て、バルブフラッパ60に対して図５で示したような曲げ
モーメントがかかると、バルブフラッパ60はアーム61に
対して傾斜することとなり、アーム61の貫通穴のエッジ
61ａとバルブフラッパ60の弁軸部60ｂとが接触する。即
ちバルブフラッパ弁軸部60のつけ根部分にはこの接触と
曲げモーメントからのかなりの応力がかかることとな
り、この部分でのバルブフラッパ60の信頼性に乏しい。
本発明はウエストゲートバルブ作動に伴って上記バルブ
フラッパがアームと接触しても、局部的にその耐久性が
損なわれることのないようなウエストゲートバルブを提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば平板状の弁体部と該弁体部に対して
垂直に延びる弁軸部とから成るバルブフラッパの上記弁
軸部を、基端部を中心として揺動するアームの先端に形
成された貫通穴に対し、間隙を以て枢着したウエストゲ
ートバルブにおいて、上記弁軸部の外周面を、その縦断
面輪郭線がバルブフラッパ軸線に対して傾斜するように
テーパ付けると共に、弁軸部のテーパ付けられた外周面
部分に対面する上記アームの貫通穴の内周面部分を、上
記テーパに対して相補するようにテーパ状に形成したこ
とを特徴とするウエストゲートバルブが提供される。

【０００８】

【作用】ウエストゲートバルブ作動時、アームに対して
バルブフラッパが傾斜しても、弁軸部の外周面部分は、
そのテーパ形状に起因して、アームの貫通穴の内周面部
分に対して線接触するため、弁軸部と弁体部の境界への
荷重集中が緩和される。

【０００９】

【実施例】図面を参照しながら本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明によるウエストゲートバルブの縦断面
を示しており、図中１はバルブフラッパ、２は図示しな
いアクチュエータよりロッドを介して揺動されるアー
ム、３はバルブフラッパ１をアーム２に装着するために
使用されるプレートワッシャである。

【００１０】図示するようにバルブフラッパ１は、平板
状の弁体部４と、弁体部１に対してバルブフラッパ軸線
Ａに沿って垂直に延びる弁軸部５とから成り、弁軸部５
は、ロッドとの連結部分となる基端部６を中心として揺
動するアーム２の先端に形成された貫通穴７に図で下方
より挿入される。尚、弁体部４の平面形状は図示しない
排気ガスの噴出口形状に対応して、随時適当な形状（円
形や矩形）をとり得る。

【００１１】図２は図１の部分的拡大図である。この図
からも明らかなように、バルブフラッパ１の上記弁軸部
５はその先端部付近において、階段状に縮径形成されて
おり、更にその先端エッジは面取り加工が施され、所
謂、バルブフラッパ装着の際の溶加剤充填のための溶加
剤収納部８を形成する。

【００１２】一方、アーム２の貫通穴７は、バルブフラ
ッパ弁軸部５と同様に、その端面２ａ近傍において階段
状に膨径形成され、プレートワッシャ３の収納部が形成
される。しかして、バルブフラッパ１のアーム２への固
定に当たっては、バルブフラッパ１を貫通穴７に下方よ
り挿入した後、アーム２に対するバルブフラッパ１の相
対的位置を、例えばアーム下端面２ｂと弁体部４の間隙
９の値で管理することによりこれを所定値に保持し、次
いでプレートワッシャ３を弁軸部５の縮径部５ａにはめ
込み、プレートワッシャ３の下端面３ａを貫通穴７の段
付き部７ａに突き当て、以てプレートワッシャ３の内周
面３ｂとバルブフラッパ１の弁軸縮径部５ａとによって
画成された溶加剤収納部８に溶加剤10を溶かし込み、プ
レートワッシャ３とバルブフラッパ１を固着する。即
ち、本実施例におけるプレートワッシャ３はバルブフラ
ッパ１の下方脱落を阻止するために設けられるものであ
って、アーム２に対してプレートワッシャ３は固定され
ない。

【００１３】上述したプレートワッシャ接合部を含み、
貫通穴７の内径は軸線Ａ方向いずれの位置においてもバ
ルブフラッパ１の弁軸部５の外径より若干大きく設定さ
れる。即ち、バルブフラッパ１とアーム２とがプレート
ワッシャ３を介して連結された状態では、貫通穴７の内
周面２ｃと弁軸部５の外周面５ｂとの間には間隙11が形
成されることになる。

【００１４】更に本実施例によれば、バルブフラッパ１
に関しては、弁体部４に近い弁軸部外周面５ｂの一部
を、その縦断面輪郭線（図１、図２に示される線）がバ
ルブフラッパ軸線Ａに対して所定角度（例えば１〜10
度）傾斜するようにテーパ付けされる。即ち具体的に
は、弁軸部５は弁体部４との接続部分からプレートワッ
シャ３に向かってその径が徐々に減少するように形成さ
れる。そしてアーム２の貫通穴７に関しては、以上のよ
うにテーパ付けられた弁軸部外周面５ｂ（部分）に対面
する内周面２ｃ（部分）が、同様にその縦断面輪郭線が
バルブフラッパ軸線Ａに対して前出の外周面傾斜と同様
に傾斜するように、換言すれば、弁軸部５のテーパに対
して相補するように形成される。尚、本実施例ではプレ
ートワッシャ３の外方に位置する貫通穴内周面部分２ｄ
もプレートワッシャ傾斜時の逃げ部確保のためテーパ付
けされる。

【００１５】この結果、ウエストゲートバルブ作動の際
のアーム２に対するバルブフラッパ１接触形態は、図３
に示すようにテーパ付けられた弁軸部外周面５ｂと貫通
穴内周面２ｃとの所謂、線接触となり、従来のウエスト
ゲートバルブに比べて当り面積が増大するため、ウエス
トゲートバルブ作動時バルブフラッパ１やアーム２に対
する局部応力集中度合いが緩和され、この部分での受圧
力が軽減かつ分散化される。又、このバルブフラッパ弁
軸部５のテーパ付けは、テーパ付けられていない弁軸部
５の他の部分に比べて、より肉厚部分となるため更に耐
久性が向上することになる。尚、本実施例によれば、ア
ーム２の貫通穴内周面とバルブフラッパ１の弁軸部外周
面のテーパ化に伴って、前述したアーム・バルブフラッ
パ組付けの際の相対的位置決めを、バルブフラッパ上下
に伴って変化する間隙11の大きさで管理することもでき
る。

【００１６】以上本発明の一実施例を説明したが、ウエ
ストゲートバルブの耐久性向上のためには上述したバル
ブフラッパ、アームのテーパ化に加えて、これら構成要
素を形成する材料の設定においても充分考慮されること
が好ましい。例えば、バルブフラッパに関しては従来、
オーステナイト系ステンレス材を使用するものもあった
が、高温クリープ強度が高いオーステナイト系鋳鋼材で
も良く、また温度変化が生じても間隙が変化することの
ないようにバルブフラッパやアーム、プレートワッシャ
等を総て同一の材料に統一し、以てバルブフラッパのス
イング角を温度変化に因らず一定にして接合部分の耐久
性を確保するようにしても良い。

【００１７】以上説明した実施例はバルブフラッパ及び
アーム双方の一部をテーパ化したものであるが、更にプ
レートワッシャの耐久性も考慮し、図４の（ａ）に示す
ようにプレートワッシャ３の外周面３ｃも貫通穴膨径部
に対応してほぼ同一角度にテーパ状形成して、バルブフ
ラッパ１が傾斜してもアーム２に対してプレートワッシ
ャ３が点接触することのないようにし、ウエストゲート
バルブ作動時、アームからの受圧力を軽減・分散するよ
うにしても良い。また図４の（ｂ）に示すようにプレー
トワッシャ３との接合部分を除くバルブフラッパ弁軸部
の外周面５ｂ部分とアーム貫通穴７の内周面２ｃ部分を
全てテーパ状にしても良い。

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、バ
ルブフラッパの弁軸部外周面とアームの貫通穴内周面の
テーパ化により、バルブフラッパ傾斜時の接触面積が増
加し、この部分への荷重集中が緩和され耐久性が向上す
る。即ち、この耐久性向上に伴い、２次的効果として、
このウエストゲートバルブを備えるターボチャージャの
高過給圧化が可能となり、出力向上が図れる。あるいは
高排気温での信頼性、耐久性が得られるため、高速での
燃費が改善される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるウエストゲートバルブの部分的縦
断面図である。

【図２】図１の部分的拡大断面図である。

【図３】本発明のウエストゲートバルブにおいてバルブ
フラッパがアームに対して傾斜した状態をしめす図であ
る。

【図４】図１に示す実施例の耐久性を更に高めた２つの
変形実施例を示す各断面図であり、（ａ）はプレートワ
ッシャの外周面をテーパ状にし、（ｂ）はプレートワッ
シャとの接合部分を除くバルブフラッパ弁軸部の外周面
部分とアーム貫通穴の内周面部分を全てテーパ状にした
実施例を示す図である。

【図５】一般的な従来ウエストゲートバルブのバルブフ
ラッパ装着状態を示す図である。

【図６】バルブフラッパ固定部を排気ガス噴出部とは逆
側に配置した従来ウエストゲートバルブの構造を示す図
である。

【符号の説明】

１…バルブフラッパ ２…アーム ２ｃ…貫通穴内周面 ３…プレートワッシャ ４…弁体部 ５…弁軸部 ５ｂ…弁軸部外周面 ６…基端部 ７…貫通穴 ９，11…間隙 Ａ…バルブフラッパ軸線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭63−86344（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−171631（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02B 37/18

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状の弁体部と該弁体部に対して垂直
   に延びる弁軸部とから成るバルブフラッパの上記弁軸部
   を、基端部を中心として揺動するアームの先端に形成さ
   れた貫通穴に対し、間隙を以て枢着したウエストゲート
   バルブにおいて、弁軸部の外周面を、その縦断面輪郭線がバルブフラッパ
   軸線に対して傾斜するようにバルブフラッパ側に向かっ
   て拡がるようにテーパ付け、 アームの貫通穴の、弁軸部の上記テーパ付けられた外周
   面部分に対面する、内周面部分を、上記テーパに対して
   相補するようにテーパ状に形成し、 アームの貫通穴の、バルブフラッパと反対側の、端面近
   傍を、外側に向かって拡がるように膨径形成した、 ことを特徴とするウエストゲートバルブ。