JP5799616B2 - ウェイストゲートバルブ及び過給機 - Google Patents

Description

本発明は、車両用過給機等の過給機におけるタービンハウジング内に流入したガスをタービンハウジングの出口側へバイパスするためのバイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブ等に関する。

車両用過給機（過給機の一例）による空気の過給圧（圧縮空気の圧力）の過度の上昇を抑えるために、通常、車両用過給機におけるタービンハウジングの内部には、流入した排気ガスをタービンハウジングの出口側へバイパスするためのバイパス通路（バイパス穴）が形成される共に、タービンハウジングの適宜位置には、バイパス通路の開口部を開閉するウェイストゲートバルブが設けられている。そして、ウェイストゲートバルブの一般的な構成等は、次のようになる。

タービンハウジングに貫通して形成した支持穴には、ステムがブッシュを介して間接的に回転可能に支持されおり、このステムの基端部は、タービンハウジングの外側へ突出してある。また、ステムの先端部には、取付部材が一体的に設けられている。

取付部材の先端部には、バイパス通路の開口部の周縁に当接離隔可能な弁体が一体的に設けられており、この弁体は、車両用過給機のコンプレッサの圧力（コンプレッサインペラの出口側の圧力）が設定圧に達するまでは、バイパス通路の開口部の周縁に当接した状態にある。また、ステムの基端部には、リンク部材が一体的に設けられており、このリンク部材は、アクチュエータの駆動によりステムの軸心周りに正逆方向へ揺動するようになっている。

従って、車両用過給機の運転中に、コンプレッサの圧力が設定圧に達すると、アクチュエータの駆動によりリンク部材を正方向（一方向）へ揺動させて、ステムを正方向へ回転させることにより、弁体を正方向へ取付部材と一体的に揺動させて、バイパス通路の開口部の周縁から離隔させる。これにより、バイパス通路の開口部を開いて、タービンハウジング内に流入した排気ガスをタービンハウジングの出口側へバイパス通路を経由してバイパスすることができる。

また、コンプレッサの圧力が設定圧未満になると、アクチュエータの駆動によりリンク部材を逆方向（他方向）へ揺動させて、ステムを逆方向へ回転させることにより、弁体を逆方向へ取付部材と一体的に揺動させて、バイパス通路の開口部の周縁に当接させる。これにより、バイパス通路の開口部を閉じて、ウェイストゲートバルブを元の状態に復帰させることができる。

なお、本発明に関連する先行技術として特許文献１及び特許文献２に示すものがある。

特開２００９−２３６０８８号公報 特開２００８−１０１５８９号公報

ところで、近年、タービンハウジング内に供給される排気ガスの圧力は高くなる傾向にあり、それに伴い、ブッシュの内周面とステムの外周面との間の隙間から排気ガスの漏れ易くなり、ウェイストゲートバルブのシール性能を高めることが急務になっている。

そこで、本発明は、前述の課題を解決することができる、新規な構成のウェイストゲートバルブ等を提供することを目的とする。

第１の本発明は、タービンハウジングの内部に流入したガスを前記タービンハウジングの出口側へバイパスするためのバイパス通路（バイパス穴）が形成された過給機に用いられ、前記バイパス通路の開口部を開閉するウェイストゲートバルブにおいて、前記タービンハウジングに貫通して形成した支持穴に回転可能に支持され、基端部（一端部）が前記タービンハウジングの外側へ突出したステム（バルブ軸）と、前記ステムに設けられた取付部材と、前記取付部材に設けられ、前記バイパス通路の開口部の周縁に当接離隔可能な弁体と、前記ステムの基端部に設けられ、アクチュエータの駆動により前記ステムの軸心周りに正逆方向へ揺動するリンク部材と、を具備し、前記取付部材における前記支持穴側の端縁に環状の段部が形成され、前記取付部材の前記段部の外周面にシールリングがその弾性力（シールリングの弾性力）によって圧接して設けられ、前記シールリングは、前記取付部材の前記段部に対して前記ステムの軸方向の移動が許容され、かつガスの圧力によって前記タービンハウジングの内壁面における前記支持穴の周縁を圧接するようになっている。

なお、「支持穴に回転可能に支持され」とは、支持穴に直接的に回転可能に支持されたことの他に、支持穴にブッシュを介して間接的に回転可能に支持されたことを含む意である。

第１の本発明の構成によると、前記アクチュエータの駆動により前記リンク部材を正方向（一方向）へ揺動させて、前記ステムを正方向へ回転させることにより、前記弁体を正方向へ前記取付部材と一体的に揺動させて、前記バイパス通路の開口部の周縁から離隔させる。これにより、前記バイパス通路の開口部を開いて、前記タービンハウジング内に流入したガスを前記タービンハウジングの出口側へ前記バイパス通路を経由してバイパスすることができる。

また、前記バイパス通路の開口部を開いた後に、前記アクチュエータの駆動により前記リンク部材を逆方向（他方向）へ揺動させて、前記ステムを逆方向へ回転させることにより、前記弁体を逆方向へ前記取付部材と一体的に揺動させて、前記バイパス通路の開口部の周縁に当接させる。これにより、前記バイパス通路の開口部を閉じて、前記ウェイストゲートバルブを元の状態に復帰させることができる。

前述の作用の他に、前記取付部材の前記段部の外周面に前記シールリングがその弾性力によって圧接して設けられ、前記シールリングがガスの圧力によって前記タービンハウジングの内壁面における前記支持穴の周縁を圧接するようになっているため、前記タービンハウジングの前記支持穴の内周面と前記ステムの外周面との間にシール部材（前記シールリング以外のシールリングを含む）を介在させなくても、前記シールリングによって前記タービンハウジングの前記支持穴の内周面と前記ステムの外周面との間をシールすることができる。

なお、前記タービンハウジングの前記支持穴の内周面と前記ステムの外周面との間」とは、前記ステムが前記タービンハウジングの前記支持穴にブッシュを介して間接的に回転可能に支持されている場合において、前記ブッシュの内周面と前記ステムの外周面との間のことを含む意である。

第２の本発明は、エンジンからのガスのエネルギーを利用して、前記エンジン側に供給される空気を過給する過給機において、第１の本発明の構成からなるウェイストゲートバルブを具備した。

第２の本発明の構成によると、第１の本発明の構成による作用と同様の作用を奏する。

本発明よれば、前記タービンハウジングの前記支持穴の内周面と前記ステムの外周面との間に前記シール部材を介在させなくても、前記シールリングによって前記タービンハウジングの前記支持穴の内周面と前記ステムの外周面との間をシールできるため、前記ウェイストゲートバルブの組付（組立）の容易性を維持しつつ、前記タービンハウジングの前記支持穴の内周面と前記ステムの外周面との間の隙間からガスが前記タービンハウジングの外側に漏れることを十分に防止して、前記ウェイストゲートバルブのシール性能を高めることができる。

図１は、図３におけるI-I線に沿った断面図である。 図２は、図１における矢視部IIの拡大図である。 図３は、本発明の実施形態に係る車両用過給機におけるタービンの側面図である。 図４は、本発明の実施形態に係る車両用過給機の側断面図である。

本発明の実施形態について図１から図４を参照して説明する。なお、図面中、「Ｆ」は、前方向を指し、「Ｒ」は、後方向を指してある。

図３に示すように、本発明の実施形態に係る車両用過給機１は、エンジン（図示省略）からの排気ガス（ガスの一例）のエネルギーを利用して、エンジンに供給される空気を過給（圧縮）するものである。そして、車両用過給機１の具体的な構成等は、以下のようになる。

車両用過給機１は、ベアリングハウジング３を具備しており、ベアリングハウジング３内には、一対のラジアルベアリング５及び一対のスラストベアリング７が設けられている。また、複数のベアリング５，７には、前後方向へ延びたロータ軸（タービン軸）９が回転可能に設けられており、換言すれば、ベアリングハウジング３には、ロータ軸９が複数のベアリング５，７を介して回転可能に設けられている。

ベアリングハウジング３の後側には、遠心力を利用して空気を圧縮するコンプレッサ１１が配設されており、コンプレッサ１１の具体的な構成は、次のようになる。

ベアリングハウジング３の後側には、コンプレッサハウジング１３が設けられている。また、コンプレッサハウジング１３内には、コンプレッサインペラ１５が回転可能に設けられており、このコンプレッサインペラ１５は、ロータ軸９の後端部（一端部）に同心上に一体的に連結されている。

コンプレッサハウジング１３におけるコンプレッサインペラ１５の入口側（コンプレッサハウジング１３の後側）には、空気を取入れる空気取入口１７が形成されており、この空気取入口１７は、空気を浄化するエアクリーナー（図示省略）に接続可能である。また、ベアリングハウジング３とコンプレッサハウジング１３との間におけるコンプレッサインペラ１５の出口側には、圧縮された空気を昇圧する環状のディフューザ流路１９が形成されている。更に、コンプレッサハウジング１３の内部には、渦巻き状のコンプレッサスクロール流路２１がコンプレッサインペラ１５を囲むように形成されており、このコンプレッサスクロール流路２１は、ディフューザ流路１９に連通してある。そして、コンプレッサハウジング１３の外壁の適宜位置には、圧縮された空気を排出する空気排出口２３が形成されており、この空気排出口２３は、コンプレッサスクロール流路２１に連通してあって、エンジンの給気マニホールド（図示省略）に接続可能である。

ベアリングハウジング３の後側には、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させるタービン２５が配設されており、このタービン２５の具体的な構成は、次のようになる。

ベアリングハウジング３の後側には、タービンハウジング２７が設けられている。また、タービンハウジング２７内には、タービンインペラ２９が回転可能に設けられており、このタービンインペラ２９は、ロータ軸９の前端部（他端部）に同心上に一体的に連結されている。

タービンハウジング２７の外壁の適宜位置には、排気ガスを取入れるガス取入口３１が形成されており、このガス取入口３１は、エンジンの排気マニホールド（図示省略）に接続可能である。また、タービンハウジング２７の内部におけるタービンインペラ２９の入口側には、渦巻き状のタービンスクロール流路３３が形成されており、このタービンスクロール流路３３は、ガス取入口３１に連通してある。更に、タービンハウジング２７におけるタービンインペラ２９の出口側（タービンハウジング２７の前側）には、排気ガスを排出するガス排出口３５が形成されており、このガス排出口３５は、タービンスクロール流路３３に連通してあって、接続管（図示省略）を介して排気ガス浄化装置（図示省略）に接続可能である。

タービンハウジング２７の内部には、流入した排気ガスをタービンハウジング２７の出口側へバイパスするためのバイパス通路（バイパス穴）３７が形成されており、タービンハウジング２７の適宜位置には、バイパス通路３７の開口部を開閉するウェイストゲートバルブ３９が設けられている。そして、本発明の実施形態の要部であるウェイストゲートバルブ３９の具体的な構成は、次のようになる。

タービンハウジング２７に貫通して形成した支持穴４１には、ステム（バルブ軸）４３が回転可能に直接的に支持されおり、このステム４３の基端部は、タービンハウジング２７の外側へ突出してある。なお、ステム４３がタービンハウジング２７の支持穴４１に回転可能に直接的に支持される代わりに、ブッシュを介して回転可能に間接的に支持されるようにしても構わない。

ステム４３には、取付部材４５が溶接によって一体的に設けられており、この取付部材４５は、バイパス通路３７の開口部に対向する領域に位置してある。また、取付部材４５は、ステム４３に一体的に取付られた筒状の取付ベース４７と、この取付ベース４７に一体的に設けられた取付タング４９とを備えている。

取付部材４５の取付タング４９（取付部材４５の先端部）には、弁体５１がカシメによって一体的に設けられており、この弁体５１は、タービンハウジング２７の内壁面におけるバイパス通路３７の開口部の周縁に当接離隔可能である。また、弁体５１は、コンプレッサインペラ１５の出口側の圧力が設定圧に達するまでは、バイパス通路３７の開口部の周縁に当接した状態にある。

ステム４３の基端部には、リンク板（リンク部材）５３が溶接によって一体的に設けられており、このリンク板５３は、アクチュエータ５５の駆動によりステム４３の軸心周りに正逆方向へ揺動するようになっている。ここで、アクチュエータ５５は、例えば特開平１０−１０３０６９号公報、特開２００８−２５４４２号公報等に示すように、ダイヤフラム（図示省略）を内蔵した公知の構成からなるものであって、コンプレッサインペラ１５の出口側の圧力が設定圧に達するとリンク板５３を正方向（一方向）へ揺動させると共に、コンプレッサインペラ１５の出口側の圧力が設定圧未満になるとリンク板５３を逆方向（他方向）へ揺動させるようになっている。

取付ベース４７における支持穴４１側の端縁には、環状の段部５７が形成されており、この取付ベース４７段部５７の外周面には、シールリング５９がその弾性力（シールリング５９の弾性力）によって圧接して設けられている。また、シールリング５９は、取付ベース４７の段部５７に対して軸方向（ステム４３の軸方向）の移動が許容されており、排気ガスの圧力によってタービンハウジング２７の内壁面における支持穴４１の周縁を圧接するようになっている。

続いて、本発明の実施形態の作用及び効果について説明する。

ガス取入口３１から取入れた排気ガスをタービンスクロール流路３３を経由してタービンインペラ２９の入口側から出口側へ流通させることにより、排気ガスの圧力エネルギーを利用して回転力（回転トルク）を発生させて、ロータ軸９及びコンプレッサインペラ１５をタービンインペラ２９と一体的に回転させることができる。これにより、空気取入口１７から取入れた空気を圧縮して、ディフューザ流路１９及びコンプレッサスクロール流路２１を経由して空気排出口２３から排出することができ、エンジンに供給される空気を過給することができる。

車両用過給機１の運転中に、アクチュエータ５５の駆動によりリンク板５３を正方向（一方向）へ揺動させて、ステム４３を正方向へ回転させることにより、弁体５１を正方向へ取付部材４５と一体的に揺動させて、バイパス通路３７の開口部の周縁から離隔させる。これにより、バイパス通路３７の開口部を開いて、タービンハウジング２７内に流入した排気ガスをタービンハウジング２７の出口側へバイパス通路３７を経由してバイパスすることができる。

また、バイパス通路３７の開口部を開いた後に、アクチュエータ５５の駆動によりリンク板５３を逆方向（他方向）へ揺動させて、ステム４３を逆方向へ回転させることにより、弁体５１を逆方向へ取付部材４５と一体的に揺動させて、バイパス通路３７の開口部の周縁に当接させる。これにより、バイパス通路３７の開口部を閉じて、ウェイストゲートバルブ３９を元の状態に復帰させることができる。

前述の作用の他に、取付ベース４７の段部５７の外周面にシールリング５９がその弾性力によって圧接して設けられ、シールリング５９が排気ガスの圧力によってタービンハウジング２７の内壁面における支持穴４１の周縁を圧接するようになっているため、タービンハウジング２７の支持穴４１の内周面とステム４３の外周面との間にシール部材（シールリング５９以外のシールリングを含む）を介在させなくても、シールリング５９によってタービンハウジング２７の支持穴４１の内周面とステム４３の外周面との間をシールすることができる。

また、ステム４３がタービンハウジング２７の支持穴４１に直接的に回転可能に支持されてあっても、前述のように、シールリング５９によってタービンハウジング２７の支持穴４１の内周面とステム４３の外周面との間をシールすることができるため、ステム４３を回転可能に支持するブッシュをウェイストゲートバルブ３９の構成要素から省略することができる。

従って、本発明の実施形態によれば、タービンハウジング２７の支持穴４１の内周面とステム４３の外周面との間にシール部材を介在させなくても、シールリング５９によってタービンハウジング２７の支持穴４１の内周面とステム４３の外周面との間をシールすることができるため、ウェイストゲートバルブ３９の組付の容易性を維持しつつ、タービンハウジング２７の支持穴４１の内周面とステム４３の外面との間の隙間から排気ガスがタービンハウジング２７の外側に漏れることを十分に防止して、ウェイストゲートバルブ３９のシール性能を高めることができる。

また、ブッシュをウェイストゲートバルブ３９の構成要素から省略できるため、ウェイストゲートバルブ３９の部品点数の削減して、ウェイストゲートバルブ３９の構成の簡略化を図ることができる。

なお、本発明は、前述の実施形態の説明に限られるものではなく、適宜の変更を行うことにより、種々の態様で実施可能である。また、本発明に包含される権利範囲は、これらの実施形態に限定されないものである。

１ 車両用過給機
３ ベアリングハウジング
９ ロータ軸
１１ コンプレッサ
１３ コンプレッサハウジング
１５ コンプレッサインペラ
２５ タービン
２７ タービンハウジング
２９ タービンインペラ
３１ ガス取入口
３３ タービンスクロール流路
３５ ガス排出口
３７ バイパス通路
３９ ウェイストゲートバルブ
４１ 支持穴
４３ ステム
４５ 取付部材
４７ 取付ベース
４９ 取付タング
５１ 弁体
５３ リンク板
５５ アクチュエータ
５７ 段部
５９ シールリング

Claims (3)

1. タービンハウジングの内部に流入したガスを前記タービンハウジングの出口側へバイパスするためのバイパス通路が形成された過給機に用いられ、前記バイパス通路の開口部を開閉するウェイストゲートバルブにおいて、
   前記タービンハウジングに貫通して形成した支持穴に回転可能に支持され、基端部が前記タービンハウジングの外側へ突出したステムと、
   前記ステムに設けられた取付部材と、
   前記取付部材に設けられ、前記バイパス通路の開口部の周縁に当接離隔可能な弁体と、
   前記ステムの基端部に設けられ、アクチュエータの駆動により前記ステムの軸心周りに正逆方向へ揺動するリンク部材と、を具備し、
   前記取付部材における前記支持穴側の端縁に環状の段部が形成され、前記取付部材の前記段部の外周面にシールリングがその弾性力によって圧接して設けられ、前記シールリングは、前記取付部材の前記段部に対して前記ステムの軸方向の移動が許容され、かつガスの圧力によって前記タービンハウジングの内壁面における前記支持穴の周縁を圧接するようになっている、ウェイストゲートバルブ。
2. 前記ステムは、前記タービンハウジングの前記支持穴に回転可能に直接的に支持されている、請求項１に記載のウェイストゲートバルブ。
3. エンジンからのガスのエネルギーを利用して、前記エンジン側に供給される空気を過給する過給機において、
   請求項１又は請求項２に記載のウェイストゲートバルブを具備した、過給機。

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