JP5987330B2

JP5987330B2 - 過給機

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Publication number: JP5987330B2
Application number: JP2012017901A
Authority: JP
Inventors: 高橋　幸雄; 幸雄高橋; 真一金田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2016-09-07
Anticipated expiration: 2032-01-31
Also published as: CN104081018A; CN104081018B; DE112013000767T5; US9631628B2; US20140321986A1; JP2013155687A; WO2013115206A1

Description

本発明は、タービンインペラに導かれる流体をバイパスさせる流路を開閉するウェイストゲートバルブを備える過給機に関する。

従来、過給機は、例えばエンジン等に接続して出力を高める用途で用いられる。この過給機の過給圧が高くなると、その後の排気ガスの流量や圧力が高まることから、過給機の回転力が高まって、さらに過給圧が高まり、エンジンや過給機が損傷するおそれがある。そこで、過給機の中には、排気ガスの一部をエンジンからタービンの下流にバイパスさせ、タービンハウジングに流入する排気ガスの圧力を抑制するものが普及している。

このような過給機のタービンハウジングには、タービンインペラの上流と下流とを連通するバイパス流路を形成するための貫通孔が設けられ、タービンハウジングの外側には貫通孔に対向してウェイストゲートバルブが配される。ウェイストゲートバルブは、この貫通孔と当接、離隔することでバイパス流路を開閉する。

ウェイストゲートバルブは、アクチュエータによって移動する支持板に取り付けられ、支持板と共に動作する。仮にウェイストゲートバルブと支持板を互いに完全に固定すると、貫通孔が設けられた面に対してウェイストゲートバルブが僅かでも傾斜してしまった場合に、貫通孔を閉塞しようとしても隙間が残って閉塞できない。そこで、特許文献１に示される過給機では、ウェイストゲートバルブと支持板との間に遊びが設けられている。具体的には、ウェイストゲートバルブには、当該ウェイストゲートバルブ本体から突出した突出部が形成されている。また、支持板にはウェイストゲートバルブの本体との対向方向に貫通する挿通孔が設けられている。この挿通孔に突出部を挿通し、ウェイストゲートバルブの本体と支持板との間に遊びを残した状態で、突出部のうち挿通孔から突出する部分をワッシャーなどでかしめている。

しかし、このワッシャーと支持板との間に遊びがあると、エンジン脈動によってウェイストゲートバルブと支持板が接触と離隔を繰り返して騒音が発生してしまう（チャタリング）。そこで、特許文献２に示される過給機では、ウェイストゲートバルブと支持板の間に皿バネを配し、皿バネの付勢力でウェイストゲートバルブと支持板の接触状態を維持し、騒音を抑制している。

特開平１１−０４４２１９号公報ＷＯ２０１０／１３５１０４Ａ２

ところで、上記取付構造では、ウェイストゲートバルブは支持板に対して回転可能となる。この回転動作によるウェイストゲートバルブや突出部と支持板との摩擦音も、騒音の要因となる。特許文献２の構成において、皿バネと、ウェイストゲートバルブや支持板とを溶接できれば回転動作を規制可能となるが、皿バネと、ウェイストゲートバルブや支持板との間には、溶接処理を遂行するのに十分な隙間がない。そのため、ウェイストゲートバルブの回転動作を規制するためのストッパーを別途設けなければならなかった。

本発明の目的は、ウェイストゲートバルブを揺動可能に支持しつつ回転方向には制止することによる騒音抑制効果を、より簡易な機構で実現できる過給機を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の過給機は、一端側にタービンハウジングが固定され、他端側にコンプレッサハウジングが固定されたベアリングハウジングと、タービンハウジング内に収容されるタービンインペラが一端に設けられ、コンプレッサハウジング内に収容されるコンプレッサインペラが他端に設けられたタービン軸と、タービンハウジングに設けられ、タービンインペラに導かれる流体をタービンインペラの上流から下流にバイパスさせる貫通孔と、貫通孔を開閉する当接面が設けられた本体、および本体における当接面の反対側に延在する突出部を有するウェイストゲートバルブと、突出部を挿通孔に挿通させて保持するとともに、移動に伴って貫通孔に対してウェイストゲートバルブを開閉させる支持板と、板バネで構成され、一端が突出部における支持板を挟んで本体と反対側に固定され、他端が支持板のうち、挿通孔の径方向に位置する外側面に固定されて、ウェイストゲートバルブの回転動作を規制するとともに、突出部と、支持板とに対して、それぞれ反対方向に付勢する付勢部と、を備えることを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の他の過給機は、一端側にタービンハウジングが固定され、他端側にコンプレッサハウジングが固定されたベアリングハウジングと、タービンハウジング内に収容されるタービンインペラが一端に設けられ、コンプレッサハウジング内に収容されるコンプレッサインペラが他端に設けられたタービン軸と、タービンハウジングに設けられ、タービンインペラに導かれる流体をタービンインペラの上流から下流にバイパスさせる貫通孔と、貫通孔を開閉する当接面が設けられた本体、および本体における当接面の反対側に延在する突出部を有するウェイストゲートバルブと、突出部を挿通孔に挿通させて保持するとともに、移動に伴って貫通孔に対してウェイストゲートバルブを開閉させる支持板と、一端が本体に固定され、他端が支持板のうち、本体に対向する面以外のいずれかの部位に固定されて、ウェイストゲートバルブの回転動作を規制するとともに、本体と、支持板とに対して、それぞれ反対方向に付勢する付勢部と、を備えることを特徴とする。

前記付勢部は板バネであって、前記付勢部の他端は、前記支持板のうち、前記挿通孔の径方向に位置する外側面に固定されてもよい。

本発明によれば、ウェイストゲートバルブを揺動可能に支持しつつ回転方向には制止することによる騒音抑制効果を、より簡易な機構で実現することができる。

過給機の概略断面図である。過給機の外観斜視図である。ウェイストゲートバルブの支持構造を説明するための概略断面図である。変形例を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、過給機１の概略断面図であり、図２は、過給機１の外観斜視図である。以下では、図１に示す矢印Ｆ方向を過給機１の前側とし、矢印Ｒ方向を過給機１の後側として説明する。図１に示すように、過給機１は、ベアリングハウジング２と、ベアリングハウジング２の前側に締結ボルト３によって連結されるタービンハウジング４と、ベアリングハウジング２の後側に締結ボルト５によって連結されるコンプレッサハウジング６と、が一体化されて形成されている。

ベアリングハウジング２には、過給機１の前後方向に貫通する軸受孔２ａが形成されており、この軸受孔２ａにタービン軸７がベアリングを介して回転自在に支持されている。タービン軸７の前端部（一端）にはタービンインペラ８が一体的に連結されており、このタービンインペラ８がタービンハウジング４内に回転自在に収容されている。また、タービン軸７の後端部（他端）にはコンプレッサインペラ９が一体的に連結されており、このコンプレッサインペラ９がコンプレッサハウジング６内に回転自在に収容されている。

コンプレッサハウジング６には、過給機１の後側に開口するとともに不図示のエアクリーナに接続される吸気口１０が形成されている。また、締結ボルト５によってベアリングハウジング２とコンプレッサハウジング６とが連結された状態では、これら両ハウジング２、６の対向面によって、空気を圧縮して昇圧するディフューザ流路１１が形成される。このディフューザ流路１１は、タービン軸７（コンプレッサインペラ９）の径方向内側から外側に向けて環状に形成されており、上記の径方向内側において、コンプレッサインペラ９を介して吸気口１０に連通している。

また、コンプレッサハウジング６には、ディフューザ流路１１よりもタービン軸７（コンプレッサインペラ９）の径方向外側に位置する環状のコンプレッサスクロール流路１２が設けられている。コンプレッサスクロール流路１２は、不図示のエンジンの吸気口と連通するとともに、ディフューザ流路１１にも連通している。したがって、コンプレッサインペラ９が回転すると、吸気口１０からコンプレッサハウジング６内に流体が吸気されるとともに、当該吸気された流体は、ディフューザ流路１１およびコンプレッサスクロール流路１２で昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。

タービンハウジング４には、過給機１の前側に開口するとともに不図示の排気ガス浄化装置に接続される吐出口１３が形成されている。また、タービンハウジング４には、流路１４と、この流路１４よりもタービン軸７（タービンインペラ８）の径方向外側に位置する環状のタービンスクロール流路１５とが設けられている。タービンスクロール流路１５は、エンジンの排気口から排出される排気ガスが導かれるガス流入口１６（図２に示す）と連通するとともに、上記の流路１４にも連通している。したがって、ガス流入口１６からタービンスクロール流路１５に導かれた排気ガスは、流路１４およびタービンインペラ８を介して吐出口１３に導かれるとともに、その流通過程においてタービンインペラ８を回転させることとなる。そして、上記のタービンインペラ８の回転力は、タービン軸７を介してコンプレッサインペラ９に伝達されることとなり、コンプレッサインペラ９の回転力によって、上記のとおりに、流体が昇圧されてエンジンの吸気口に導かれることとなる。

図２に示すように、タービンハウジング４には、ガス流入口１６とタービンスクロール流路１５（図２中破線で示す）とを結ぶ流路を形成する壁部に、吐出口１３と同一方向に開口する貫通孔２ｂが設けられており、この貫通孔２ｂを介して、ガス流入口１６から流入した流体の一部がタービンインペラ８の下流にバイパス（流出）可能となっている。

ウェイストゲートバルブ１７は、この貫通孔２ｂの縁部に当接して貫通孔２ｂを閉めたり、貫通孔２ｂから離隔して貫通孔２ｂを開いたりする弁である。ウェイストゲートバルブ１７は、アクチュエータ１８の動作に応じて開閉する。

具体的に、アクチュエータ１８は作動部１８ａを有しており、この作動部１８ａに、配管１９を介して、コンプレッサハウジング６内のコンプレッサスクロール流路１２の圧力が伝播している。また、作動部１８ａは、円筒形状のケーシングの内部にダイアフラムとバネが配され、配管１９から伝播した圧力がバネの弾性力を超えると、ダイアフラムが図２に示す矢印Ａの向きに作動する。

そして、上記の作動部１８ａ（ダイアフラム）には、アクチュエータ１８のロッド１８ｂが接続されており、作動部１８ａ（ダイアフラム）が矢印Ａ方向に作動すると、その動作に伴ってロッド１８ｂも矢印Ａ方向に作動する。ロッド１８ｂは、その先端に連結部材２０の一端が軸部１８ｃを中心に回転自在に軸支される。また、連結部材２０の他端は、回転自在に保持されたシャフト２１の一端に固定されている。したがって、ロッド１８ｂが移動すると、連結部材２０がシャフト２１を軸として回転するとともに、この連結部材２０の回転に伴ってシャフト２１が図２に示す矢印Ｂ方向に回転することとなる。シャフト２１の他端には支持板２２を介してウェイストゲートバルブ１７が保持されており、支持板２２がシャフト２１の矢印Ｂ方向の回転に伴って移動すると、ウェイストゲートバルブ１７が貫通孔２ｂを開孔する。

そして、ウェイストゲートバルブ１７の開度が、コンプレッサスクロール流路１２で圧縮された流体の圧力に応じて変化することで、タービンインペラ８の下流側にバイパスされる排気ガスの流量が調整されることとなる。

こうして、ウェイストゲートバルブ１７は、作動部１８ａの作動に伴ってタービンインペラ８に導かれる流体（排気ガス）をバイパスさせる流量を調整し、ガス流入口１６からタービンスクロール流路１５に流入する排気ガスの圧力を抑制し、タービンインペラ８の回転出力を調整する機能を果たす。

図３は、ウェイストゲートバルブ１７の支持構造を説明するための概略断面図である。図３に示すように、ウェイストゲートバルブ１７は支持板２２に取り付けられている。詳細には、ウェイストゲートバルブ１７の本体１７ａは、タービンハウジング４の貫通孔２ｂに接する当接面１７ｂを有し、この本体１７ａにおける当接面１７ｂの反対側の面に突出部１７ｃが固定されている。なお、突出部１７ｃは、本体１７ａと一体形成されてもよい。

支持板２２は、ウェイストゲートバルブ１７の本体１７ａとの対向方向に貫通する挿通孔２２ａを有し、この挿通孔２２ａに、突出部１７ｃを挿通させて保持する。突出部１７ｃのうち、挿通孔２２ａから突出する部分には、挿通孔２２ａより外径の大きいワッシャーなどの締結部材２３が配される。締結部材２３は、本体１７ａと支持板２２との間に遊びを残した状態でかしめられる。

また、本実施形態の過給機１は、付勢部２４を備える。付勢部２４は、バネなどの弾性部材、本実施形態においては板バネで構成される。付勢部２４は、一端が突出部１７ｃに固定され、他端が支持板２２に溶接などで固定される。

具体的に、付勢部２４の一端は、突出部１７ｃにおける支持板２２を挟んで本体１７ａと反対側に固定され、付勢部２４の他端は、支持板２２のうち、本体１７ａに対向する面２２ｂよりも本体１７ａと離隔する位置に固定される。より詳細には、付勢部２４の他端は、支持板２２のうち、挿通孔２２ａの径方向に位置する外側面２２ｃに固定されている。

このように溶接などで固定されることで、付勢部２４は、ウェイストゲートバルブ１７の突出部１７ｃを軸とした回転動作を規制することとなる。

また、付勢部２４は、突出部１７ｃと支持板２２を、それぞれ反対方向に付勢する。付勢部２４は、突出部１７ｃを図３における下方に、支持板２２を図３における上方に、それぞれ付勢する。

このとき、付勢部２４は、無負荷状態よりも開いた状態（引張方向の力がかかった状態）で固定されており、支持板２２は、付勢部２４が閉じる向きに作用する付勢力によって締結部材２３に押し付けられることとなる。

ここでは、付勢部２４が閉じる向きに付勢する構成について説明したが、付勢部２４は、無負荷状態よりも閉じた状態（圧縮方向の力がかかった状態）で固定され、支持板２２は、付勢部２４が開く向きに作用する付勢力によって本体１７ａに押し付けられることとしてもよい。その場合、締結部材２３はなくともよい。

上述したように、本実施形態の過給機１は、付勢部２４が、本体１７ａと支持板２２にそれぞれ端部が溶接などで固定され、本体１７ａおよび支持板２２の双方を、それぞれ反対方向に付勢する。かかる構成により、ウェイストゲートバルブ１７は、回転動作が常に規制される一方で、当該ウェイストゲートバルブ１７の当接面１７ｂが、貫通孔２ｂが設けられた面に対して傾斜して接触した際には、付勢部２４の弾性力に抗して、当接面１７ｂは貫通孔２ｂが設けられた面と平行になる。

こうして、過給機１は、ウェイストゲートバルブ１７によって貫通孔２ｂを確実に閉塞することができる。また、ウェイストゲートバルブ１７が貫通孔２ｂを開いた状態にあるときには、付勢部２４の弾性力によって支持板２２と締結部材２３とが密着状態に維持される。したがって、エンジン等の振動によって、支持板２２に対するウェイストゲートバルブ１７の接触や摩擦に起因する騒音を抑制可能となる。この機構は、付勢部２４を突出部１７ｃと支持板２２に溶接などで固定するといった簡易な構成でよいため、過給機１は安価に製造可能となる。

（第１変形例）
図４は、変形例を説明するための説明図である。特に、図４（ａ）は、第１変形例における図３に対応する断面図を示し、図４（ｂ）は、第２変形例における図３に対応する断面図を示す。

上述した実施形態では、付勢部２４は、一端が突出部１７ｃに固定され、他端が支持板２２に溶接などで固定される場合について説明した。第１変形例では、図４（ａ）に示すように、付勢部３４は、一端が本体１７ａに固定され、他端が支持板２２に固定される。

詳細には、付勢部３４の一端は、本体１７ａに固定され、付勢部３４の他端は、支持板２２のうち、本体１７ａに対向する面２２ｂよりも本体１７ａと離隔する位置と固定される。

このとき、付勢部３４は、無負荷状態よりも閉じた状態で固定されており、支持板２２は、付勢部３４が開く向きに作用する付勢力によって締結部材２３に押し付けられることとなる。

ここでは、付勢部３４が開く向きに付勢する構成について説明したが、付勢部３４は、無負荷状態よりも開いた状態で固定され、支持板２２は、付勢部３４が閉じる向きに作用する付勢力によって本体１７ａに押し付けられることとしてもよい。その場合、締結部材２３はなくともよい。

（第２変形例）
上述した実施形態では、付勢部２４は、板バネで構成される場合について説明した。第２変形例では、図４（ｂ）に示すように、付勢部４４は、コイルバネ、より具体的には円錐バネで構成される。

そして、付勢部４４の一端は、突出部１７ｃにおける支持板２２を挟んで本体１７ａと反対側に固定され、付勢部４４の他端は、支持板２２のうち、本体１７ａに対向する面２２ｂよりも本体１７ａと離隔する位置、詳細には、面２２ｂと反対側の面２２ｄに固定される。

付勢部４４は、無負荷状態よりも図４（ｂ）中、上下方向に圧縮された状態で固定されており、支持板２２は、付勢部４４が伸張する向きに作用する付勢力によって本体１７ａに押し付けられることとなる。

第１変形例および第２変形例に示す構成であっても、上述した実施形態と同様、過給機１は、ウェイストゲートバルブ１７によって貫通孔２ｂを確実に閉塞でき、支持板２２に対するウェイストゲートバルブ１７の接触や摩擦に起因する騒音も抑制する機構を簡易な構成で実現し、安価に製造可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上述した実施形態および変形例では、付勢部の他端は、支持板２２の外側面２２ｃや面２２ｄに固定される場合について説明したが、付勢部の他端が固定される場所は、本体１７ａに対向する面２２ｂ以外のいずれかの部位であればよい。かかる構成により、付勢部の他端を本体１７ａに対向する面２２ｂに固定する場合に比べて、溶接などの固定処理を容易に遂行できる。

本発明は、タービンインペラに導かれる流体をバイパスさせる流路を開閉するウェイストゲートバルブを備える過給機に利用することができる。

１ …過給機
２ …ベアリングハウジング
２ｂ …貫通孔
４ …タービンハウジング
６ …コンプレッサハウジング
７ …タービン軸
８ …タービンインペラ
９ …コンプレッサインペラ
１７ …ウェイストゲートバルブ
１７ａ …本体
１７ｂ …当接面
１７ｃ …突出部
２２ …支持板
２２ａ …挿通孔
２２ｂ …面
２２ｃ …外側面
２２ｄ …面
２４、３４、４４ …付勢部

Claims

一端側にタービンハウジングが固定され、他端側にコンプレッサハウジングが固定されたベアリングハウジングと、
前記タービンハウジング内に収容されるタービンインペラが一端に設けられ、前記コンプレッサハウジング内に収容されるコンプレッサインペラが他端に設けられたタービン軸と、
前記タービンハウジングに設けられ、前記タービンインペラに導かれる流体を該タービンインペラの上流から下流にバイパスさせる貫通孔と、
前記貫通孔を開閉する当接面が設けられた本体、および該本体における該当接面の反対側に延在する突出部を有するウェイストゲートバルブと、
前記突出部を挿通孔に挿通させて保持するとともに、移動に伴って前記貫通孔に対して前記ウェイストゲートバルブを開閉させる支持板と、
板バネで構成され、一端が前記突出部における前記支持板を挟んで前記本体と反対側に固定され、他端が該支持板のうち、前記挿通孔の径方向に位置する外側面に固定されて、前記ウェイストゲートバルブの回転動作を規制するとともに、該突出部と、該支持板とに対して、それぞれ反対方向に付勢する付勢部と、
を備えることを特徴とする過給機。
一端側にタービンハウジングが固定され、他端側にコンプレッサハウジングが固定されたベアリングハウジングと、
前記タービンハウジング内に収容されるタービンインペラが一端に設けられ、前記コンプレッサハウジング内に収容されるコンプレッサインペラが他端に設けられたタービン軸と、
前記タービンハウジングに設けられ、前記タービンインペラに導かれる流体を該タービンインペラの上流から下流にバイパスさせる貫通孔と、
前記貫通孔を開閉する当接面が設けられた本体、および該本体における該当接面の反対側に延在する突出部を有するウェイストゲートバルブと、
前記突出部を挿通孔に挿通させて保持するとともに、移動に伴って前記貫通孔に対して前記ウェイストゲートバルブを開閉させる支持板と、
一端が前記本体に固定され、他端が前記支持板のうち、該本体に対向する面以外のいずれかの部位に固定されて、前記ウェイストゲートバルブの回転動作を規制するとともに、該本体と、該支持板とに対して、それぞれ反対方向に付勢する付勢部と、
を備えることを特徴とする過給機。
前記付勢部は板バネであって、前記付勢部の他端は、前記支持板のうち、前記挿通孔の径方向に位置する外側面に固定されていることを特徴とする請求項２に記載の過給機。