JP4885105B2 - 流体切換弁装置とこれを備えた排気ガス制御バルブ及びウェストゲートバルブ - Google Patents
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Description
設けられて低圧段過給機への排気ガス量を制御する排気ガス制御バルブ、ウェストゲートバルブ等に適用される流体切換弁装置に関する。
かかる多段過給式排気ターボ過給機をそなえたエンジンにおいては、エンジンの中、低速運転域では高圧段過給機及び低圧段過給機の双方を作動させ2段過給を行なうことにより、エンジンの低速トルクのアップと過渡特性上に有利になる。
エンジンの過給圧及び出力を増加し、また、エンジンの高速運転域では排気ガスを高圧段過給機からバイパスさせて低圧段過給機による1段過給を行なうことで、より高いコンプレッサ効率を使用できることで、マッチングの自由度が高い安定運転を実現させている。
図4において、1は高圧タービン1aと該高圧タービン1aに同軸駆動される高圧コンプレッサ1bとをそなえた高圧段過給機、2は低圧タービン2aと該低圧タービン2aに同軸駆動される低圧コンプレッサ2bとをそなえた低圧段過給機である。
エンジンのシリンダ100からの排気ガスは、排気マニホールド103に集合して、排気管4を通して高圧段過給機1の高圧タービン1aと、一部は排気ガス制御バルブ5を通して及び排気管6及び排気管10を通して低圧段過給機2の低圧タービン2aに送り込まれる。
前記高圧段過給機1においては、高圧タービン1aにより高圧コンプレッサ1bが同軸駆動されて、給気管20、インタークーラ21、給気管22を経て給気マニホールド101からエンジンのシリンダ100に供給される。
また、ウェストゲートバルブ12は、低圧タービン2aのバイパス管11に設けられて、前記低圧タービン2aをバイパスする排気ガス量をコントロールする。
図5において、該排気ガス制御バルブ5は、一端を回転軸52に支持され該回転軸52の軸心52a周りに、支持アーム56を介してW矢印のように回動自在に支持された弁体054と、該弁体054が着座する弁座055とを備えている。
前記弁体054の下面054aは平行で、前記弁体054は前記回転軸52の軸心52a周りの揺動により該弁体054の下面054aと弁座055の底面055aとが当接することにより閉止している。
前記弁体054を開く際には、図示しない排気ガス制御バルブ駆動装置によって、回転軸52を図5の弁座055から離隔するW矢印のように回動させ、支持アーム56を介して弁体054を開く。
図3(A)のB線に示すように、図5のような下面054aの平行弁型の弁体054が、ストレートの弁座055の底面055aに当接する場合には、弁体054の通路面積は弁体の開度にストレートに変化する。
このため、図3(B)のB線に示すように、エンジンの低、中速回転の領域において、バルブによる排気ガス流量の調整範囲が狭く、図3(A)の制御に比べてエンジンの全負荷トルクが低下する。また、高回転数においてはバルブ調整により、2段過給領域から、1段過給領域への切り替えがスムーズにできることからトルクの低下が防止される。
前記弁座は一定深さに形成された側面部と該側面部に連なる底面とにより形成され、前記弁体は底部と該底部の上方に形成される側端面をそなえてなり、前記弁体は該弁体の底部と弁座の底面とが当接し、この当接状態で前記弁体の側端面と弁座の側面部との間に隙間が前記一定深さに亘って形成され、前記回転軸の回動角の増加に従い前記弁体の側端面の下縁が前記一定深さよりも上方に達するまでは、前記弁体の側端面と弁座の側面部との間に隙間が形成されていることを特徴とする(請求項1)。
前記弁体は前記回転軸の軸心周りに前記弁座から離隔する方向に回動自在に支持された支持アームの自由端部に支持された皿状態体に形成されて前記皿状態体の側面を前記側端面に形成し、前記弁体は該弁体の底部と弁座の底面とが当接する弁体の閉時から、前記回転軸の回動により弁体が開き始め、該回動角の増加に従い前記弁体の側端面の下縁が前記一定深さよりも上方に達するまでは前記皿状態体の側端面と弁座の側面部との間に隙間が形成されている(請求項3)。
これにより、弁体のバルブ開度による排気ガス量の調整が容易となり、可変2ステージ制御における高圧段過給機と低圧段過給機との、パワー調整範囲が広く且つ容易になる。
この実施例1は本発明に係る流体切換弁装置を排気ガス制御バルブ5に適用したものである。
図2及び図4において、エンジンのシリンダ100からの排気ガスは、排気マニホールド103に集合し高圧段過給機1に供給される一方、該排気マニホールドケーシング54a内に形成された排気マニホールド103に集合した排気ガスは、前記排気ガス制御バルブ5を通して、低圧入口ケーシング10を通って低圧段過給機2に供給される。該低圧入口ケーシング10は前記排気マニホールドケーシング54aの下面42にボルトで固定されている。前記排気マニホールドケーシング54aには、弁座55が圧入固定されている。
40は前記排気マニホールドケーシング54a内に形成された弁室43のカバーで、複数のボルト41で固定されている。
図1において、該排気ガス制御バルブ5は、一端を回転軸51に支持され該回転軸51の軸心52周りに、支持アーム53を介して回動自在に支持された弁体54と、該弁体54が着座する前記弁座55とを備えている。前記弁体54を開く際には、図示しない排気ガス制御バルブ駆動装置によって、回転軸51を図1の、前記弁座55から離隔する方向、つまり図のV矢印のように回動させ、支持アーム53を介して弁体54を開く。
これにより、前記排気マニホールド103の排気ガスは、弁体54を通って低圧入口ケーシング10への弁室43に抜け、低圧段過給機2に導入される。60はバルブをしめる際に、隙間調整用のプレートである。
前記弁座55は頂面56zから一定深さHに、若干外よりに傾斜されて形成された側面部58と該側面部58に連なる底面56とにより形成される。
また前記弁体54は底部54dと該底部54dの上方に形成され、前記側面部58と前記開き角αだけ傾斜した側端面57をそなえている。
そして、前記弁座55と弁体54とは、図1の弁体54cに表示したように、全閉時には、該弁体54の底部54dと弁座55の底面56とが当接しており、この状態で、前記弁体54の側端面57と弁座55の側面部58との間に、開き角αの微小量の隙間61が、前記一定深さHに亘って形成される。
このときの弁体54の開口面積は、前記隙間61の面積となり、前記弁体54の底部54dと弁座55の底面56とによって形成される開口面積よりも常に小さくなる。
そして、図1の弁体54bのように、前記弁体54の側端面57の下縁57aが前記弁座55の頂面56zよりも、上方にくると前記開き角αの隙間61が開放状態となって、該弁体54の底部54dと弁座55の底面56とによって形成される開口面積となる。
従って、図3(A)のA線に示すように、前記弁体54の開度変化に対して弁体54の通過面積は緩慢に変化することにより、高圧段過給機1から低圧段過給機2への運転の変化が円滑に行われ、図3(B)のA線に示すように、エンジンの全負荷トルクの低下を防止できる。そして、弁体54の全開位置は、図に弁体54sで示す位置となる。
高圧段過給機1の排気ガス量と、該高圧段過給機1をバイパスして低圧段過給機2の低圧タービン2aへ送られる排気ガス量との関係が、前記回転軸51の回動により弁体54が開き始め、該回動角Vの増加に従い該回動角Vの一定値までは前記皿状態体の側端面57と弁座55の側面部58とにより形成される隙間61の通路面積が、前記弁体54の底部54dと弁座55の底面56との接触通路面積よりも小さくなるように規制されることから、弁体54の開度変化に対して弁体54の通過面積を緩慢に変化させることとなり、低圧段過給機2の回転数が除々に増加して行き、低圧段過給機2の1段過給への切換え操作が円滑に行うことができる。
これにより、弁体54のバルブ開度による排気ガス量の調整が容易となり、可変2ステージ制御における高圧段過給機1と低圧段過給機2との、パワー調整範囲が広く且つ容易になる
図4のU部に示されるウェストゲートバルブ12は、前記低圧タービン2aのバイパス管11に設けられて、前記低圧タービン2aをバイパスする排気ガス量をコントロールするもので、かかるウェストゲートバルブ12にも、前記と全く同一構成の流体切換弁装置が適用できる。
即ち、図1の排気ガス制御バルブ5をそっくりウェストゲートバルブ12に置き換えることができ、この場合、排気マニホールドケーシング54aを図4のバイパス管11に置き換え、排気ガスが前記バイパス管11を通るようにし、該バイパス管11を通る排気ガスの流量を、図1の構成を備えたウェストゲートバルブ12により制御する。
そして、前記弁体54は該弁体54の底部54dと弁座55の底面56とが当接する弁体54の閉時から、前記回転軸51の側端面57と弁座55の側面部58とにより形成される隙間61の通路面積が、前記弁体54の底部54dと弁座55の底面56との接触通路面積よりも小さくなるように規制されるので、弁体54の開度変化に対して弁体54の通過面積は緩慢に変化することとなり、弁体54の通過面積の変化が緩慢になって除々に増加して、排気の一部を急激に該低圧過給機2から抽気するのが回避され、低圧過給機2の抽気を緩慢に且つ円滑に行うことできる。
1a 高圧タービン
1b 高圧コンプレッサ
2 低圧段過給機
2a 低圧タービン
2b 低圧コンプレッサ
5 排気ガス制御バルブ
12 ウェストゲートバルブ
51 回転軸
52 軸心
53 支持アーム
54、54s、54b、54c 弁体
54d 底部
55 弁座
56 底面
57 側端面
58 側面
61 隙間
100 シリンダ
103 排気マニホールド
Claims (5)
- 流体通路上に設けられた弁座と、一端を回転軸に支持され該回転軸の軸心周りに前記弁座から離隔する方向に回動自在に支持された弁体とを備えた流体切換弁装置において、
前記弁座は一定深さに形成された側面部と該側面部に連なる底面とにより形成され、前記弁体は底部と該底部の上方に形成される側端面をそなえてなり、前記弁体は該弁体の底部と弁座の底面とが当接し、この当接状態で前記弁体の側端面と弁座の側面部との間に隙間が前記一定深さに亘って形成され、前記回転軸の回動角の増加に従い前記弁体の側端面の下縁が前記一定深さよりも上方に達するまでは、前記弁体の側端面と弁座の側面部との間に隙間が形成されていることを特徴とする流体切換弁装置。 - 請求項1に記載の流体切換弁装置によって構成されるとともに、開度を制御することによって、排気マニホールドから排出される排気ガスの高圧タービンを有する高圧段過給機への排気ガス量と、該高圧段過給機をバイパスして低圧タービンを有する低圧段過給機への排気ガス量とを調整することを特徴とする排気ガス制御バルブ。
- 前記排気ガス制御バルブにおいて、弁座は、排気マニホールドケーシングに直接加工、又は固定され、内部を排気ガス流路に形成された環状のリングからなり、該リングの上面から一定深さに形成された側面部と該側面部に連なる底面とにより形成され、
前記弁体は前記回転軸の軸心周りに前記弁座から離隔する方向に回動自在に支持された支持アームの自由端部に支持された皿状態体に形成されて前記皿状態体の側面を前記側端面に形成し、
前記弁体は該弁体の底部と弁座の底面とが当接する弁体の閉時から、前記回転軸の回動により弁体が開き始め、該回動角の増加に従い前記弁体の側端面の下縁が前記一定深さよりも上方に達するまでは前記皿状態体の側端面と弁座の側面部との間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項2記載の排気ガス制御バルブ。 - 請求項1に記載の流体切換弁装置によって構成されるとともに、排気マニホールドから排出される排気ガスにより駆動されるタービンを有する過給機から、排気の一部を該過給機をバイパスして排気出口に放出することを特徴とするウェストゲートバルブ。
- 前記ウェストゲートバルブにおいて、弁座は、バイパス通路壁に直接加工、又は固定され、内部をバイパス通路に形成された環状のリングからなり、該リングの上面から一定深さに形成された側面部と該側面部に連なる底面とにより形成され、
前記弁体は前記回転軸の軸心周りに前記弁座から離隔する方向に回動自在に支持された支持アームの自由端部に支持された皿状態体に形成されて前記皿状態体の側面を前記側端面に形成し、
前記弁体は該弁体の底部と弁座の底面とが当接する弁体の閉時から、前記回転軸の回動により弁体が開き始め、該回動角の増加に従い前記弁体の側端面の下縁が前記一定深さよりも上方に達するまでは前記皿状態体の側端面と弁座の側面部との間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項4記載のウェストゲートバルブ。
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