JP6045207B2

JP6045207B2 - ウェストゲートバルブを備えたターボチャージャ

Info

Publication number: JP6045207B2
Application number: JP2012133315A
Authority: JP
Inventors: 大志中川; ハーツェマ・ティム; ソーケスト・マインダート; ボス・マルク
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2032-06-12
Also published as: JP2013256897A

Description

本発明は、内燃機関の排ガスにより駆動される排気タービンへの排ガス通路から、該排気タービンをバイパスさせて排ガス出口通路に通じる排気バイパス通路を開閉するウェストゲートバルブを備えたターボチャージャに関する。

内燃機関（以後「エンジン」と称す）の排ガスによって駆動される排気ターボチャージャにおいては、排気タービンへの排ガスを排ガス通路から排気タービンをバイパスさせて排ガス出口通路に通じる排ガスバイパス通路を開閉するウェストゲートバルブを備え、エンジンの排ガス量が過大のときは、該ウェストゲートバルブを開いて排ガスの一部を、排気タービンをバイパスさせて排ガス出口通路に逃がすように制御して、排ガス流量を適正流量に保持して過給圧力が過大になることを防止している。また、該ウェストゲートバルブを設けることに伴って低負荷時の排ガス流量の作動点を上昇させて、エンジンの高出力化を図っている。

排気ターボチャージャのウェストゲートバルブに関して、特開２００９−２３６０８８号公報（特許文献１）が知られている。
この特許文献１に示されたウェストゲートバルブについて図９を参照して説明する。図９（Ａ）はウェストゲートバルブ駆動部の縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
図９（Ａ）、（Ｂ）において、０１００は排気タービンで次のように構成されている。
０１はタービンケーシングで内部に排ガスタービン０２（図示省略）を備えている。
０３はウェストゲートバルブで、図示省略したエンジンから排ガス通路０６を通って排ガスタービン０２に供給される排ガスを、排ガスタービン０２の上流の排ガス通路０６から分岐し、排ガスタービン０２をバイパスして排ガスバイパス通路０５に流し、排ガス出口通路０５ａに連通させている。０４はエンジンからの排ガス入口フランジである。

ウェストゲートバルブ０３のバルブヘッド０３ａは、往復運動することにより排ガスバイパス通路０５のシート部０５ｂを閉塞し、開放時には図９（Ｂ）のように、排ガス通路０６の排ガスが排ガス出口通路０５ａへと矢印のように流れる。
ウェストゲートバルブ０３のバルブヘッド０３ａには、Ｌ字状の支軸０８の端部０８ｂがリベット０８ｃによって固定されている。支軸０８の回動部は、タービンケーシング０１に固定されたブッシュ０７に回動自在に嵌合されている。

０９はアームで、支軸０８の軸端部にカシメ０９ａ等により固定されている。アーム０９の一端部にはアクチュエータ（図示省略）への連結部０１３を備えている。
従って、アクチュエータによる連結部０１３の往復運動により、支軸０８をその軸心０８ａ中心に回動させ、かかる支軸０８の軸心０８ａの回動によって、バルブヘッド０３ａがシート部０５ｂを開閉する。

また、他に実開平７−１０４３４号公報（特許文献２）も知られており、この該特許文献２には、閉弁制御により、操作ロッドが後退位置にある時、バネで付勢されたロックレバーはそのカム面が揺動レバーの基端部周面に形成したカム面に対し、接線方向から楔状にくい込んで圧接し、揺動レバーと共に揺動アームの揺動を強固にロックする。
これにより、ウェストゲートバルブの弁体は所定の閉弁位置に強固に保持される技術開示がなされている。

特開２００９−２３６０８８号公報実開平７−１０４３４号公報

しかし、特許文献１では図９に示すように、ウェストゲートバルブ０３は、エンジンからの排ガス通路０６を通って排ガスタービン０２に供給される排ガスを、排ガスタービン０２の上流の排ガス通路０６から分岐して、排ガスタービン０２をバイパスして排ガスバイパス通路０５に流し、排ガス出口通路０５ａに連通させている。
そして、該ウェストゲートバルブ０３の駆動は、アクチュエータへの連結部０１３の往復運動により、タービンケーシング０１に固定されたブッシュ０７に回動自在に嵌合されている支軸０８をその軸心０８ａの周りに回動させ、かかる支軸０８の軸心０８ａ周りの回動によって、ウェストゲートバルブ０３のバルブヘッド０３ａがシート部０５ｂを開閉する。
従って、アクチュエータへの往復運動は、バルブヘッド０３ａが支軸０８の軸心０８ａ周りの回動運動に変わって、シート部０５ｂを開閉するので、支軸０８には曲げモーメントと捩れが発生し、特に、支軸０８とブッシュ０７との嵌合部の両端部には部分的に高圧接触摺動部が発生し、当該部が他の嵌合部より多く磨耗する所謂、偏磨耗が発生し易い。

更に、高温の排ガスに晒されるブッシュ０７と支軸０８との回動嵌合部は、潤滑が困難なため、無潤滑の状態で稼動しており、回動嵌合部はウェストゲートバルブ０３の作動回数の増加に伴い、磨耗が発生し易い状態にある。
かかる無潤滑の状態に加えて、近年のエンジンの高過給化に伴い、図９（Ｂ）のＸ矢視に示すようなエンジン振動や、エンジン排ガスの脈動に伴う振動が増加しており、このため、ウェストゲートバルブの全作動域において、ブッシュ０７と支軸０８との回動嵌合部の磨耗対策が必須となる。

また、特許文献２においても、アクチュエータの往復運動を、回転運動に変換して支軸周りにウェストゲートバルブの弁体は回動する構造であるため、前記のように回動摺動部の偏磨耗の発生が生じやすく、弁体の開閉作動にガタを生じる問題を有している。

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、アクチュエータの往復運動を、回転運動に変換せず、往復運動によって直接ウェストゲートバルブの弁体を開閉するようにして、回動摺動部に生じる偏磨耗等によるガタの発生を無くし、バルブヘッドの開閉動作が滑らかに行われると共に、シート部からの排ガス洩れを減少させて、ウェストゲートバルブの耐久性および性能向上を図り、ターボチャージャの信頼性を向上することを目的とする。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、ウェストゲートバルブを備えたターボチャージャにかかる発明は、内燃機関の排気系路に配設されたターボチャージャの排気タービンを収納するタービンハウジングのスクロール部上流側に形成される排ガス導入部に、ウェストゲートバルブが配設され、前記ウェストゲートバルブは、前記排気タービンに流れる排ガスの一部を、前記排気タービンをバイパスさせて排ガス出口通路に流す排ガスバイパス通路と、該排ガスバイパス通路から前記排ガス出口通路へ通じる開口部に形成されるバルブシート部と、該バルブシート部を閉塞又は開放させるバルブヘッド、および該バルブヘッドから前記バルブシート部を含む面に対し直角方向に延在した軸部を有したポペットバルブと、前記軸部を支軸する軸受部と、ターボチャージャのコンプレッサハウジング側に装着され、前記バルブヘッドとは反対側の前記軸部の端部と連結して前記ポペットバルブを前記軸部の軸線に沿って摺動させるアクチュエータと、を備え、
さらに、前記軸部は前記排ガスバイパス通路を貫通して前記コンプレッサハウジング側に延びて配設されると共に、前記軸部の前記軸受部と嵌合する部分を径方向に膨出した拡径部に形成し、該拡径部の軸方向端面を前記排ガスバイパス通路に面して配設したことを特徴とする。

本発明によれば、排ガスを排ガス出口通路へ流す開口部の閉塞又は開放を、ポペットバルブを軸線方向に摺動させる構造によって行うようにしたので、摺動時、軸部に曲げモーメントが発生しないので、軸部と軸受部との間に部分的に高圧接触摺動の発生が無く、従って、偏磨耗が発生しないので、バルブヘッドの開閉動作が滑らかに行われると共に、当該部からの排ガス洩れを減少させることができる。
更に、バルブヘッドがバルブシート部を含む面に対し、直角方向に移動する構造なので、バルブシート部を含む面と、バルブヘッドとの平行が保たれ、排ガス流量制御が容易となる。

また、本発明は、前記軸部は前記排ガス通路を貫通して配設されると共に、前記軸部の前記軸受部と嵌合する部分を径方向に膨出した拡径部に形成し、該拡径部の軸方向端面を前記排ガス通路に面して配設することを特徴とする。

このような構成により、ポペットバルブの軸部と軸受部とが嵌合する部分を径方向に膨出した拡径部を排ガス通路に面して設けたので、バルブヘッドの裏面に作用する排ガスの与圧と、拡径部のバルブヘッドに対向した側に作用する排ガスの与圧とが軸線方向において、反対方向に作用するため、ポペットバルブを操作するアクチュエータの操作力が軽減され、アクチュエータの小型化が可能となり、内燃機関への搭載性（レイアウト上）向上および、コスト低減が可能となる。
また、本発明において好ましくは、前記拡径部の軸方向の一方端面に前記排ガスバイパス通路の排ガス圧力が作用し、その反対側端面に前記排ガス出口通路の排ガス圧力が作用し、前記バルブシート部の閉塞時に前記アクチュエータの操作力に対して前記バルブシート部への前記バルブヘッドの押圧力を補助するように構成するとよい。

また、本発明において好ましくは、前記拡径部を軸支する第１軸受部と、該第１軸受部の前記バルブヘッドと反対側位置に前記第１軸受部と間隔を有して配設された第２軸受部と、前記第１軸受部と前記第２軸受部との間に前記排ガス出口通路と連通した連通路に通じる空間部とを備えるとよい。

このような構成により、第１軸受部と第２軸受部との間に、排ガス出口通路と連通した空間部を配設したので、拡径部の一端側に排ガス通路の与圧、拡径部の他端側に排ガス出口通路の排ガスの与圧が夫々作用するので、拡径部の両端部における圧力差が小さくなり、当該部における軸線方向への排ガスの漏れが少なくなる。

また、本発明において好ましくは、前記軸部の拡径部は前記バルブヘッドと反対方向に縮径したテーパ形状に形成され、前記軸受部には前記テーパ形状に対向したテーパ形状受部が形成されるとよい。

このような構成により、拡径部と軸受部との接触部をテーパ形状にしたので、接触部の面積増大により軸部における排ガスの洩れを低減させることができる。

また、参考例として、前記ポペットバルブと該ポペットバルブを軸支する軸受部とを前記排ガス出口通路側に配設する。

このような構成により、排ガス出口通路を流れる排ガス圧力Ｐ４（図２）は、排ガス通路を流れる排ガス圧Ｐ３より低くなるので、ポペットバルブを軸支する軸受部からの排ガス漏れがほとんど無く、特別な漏れ対策を必要としないため、軸受部構造の簡素化およびコスト低減が可能となる。

また、参考例として、前記軸受部の前記排ガス通路と反対側に前記軸部を覆うように連結され、前記ターボチャージャのコンプレッサから吐出された給気通路に連通する連通配管を配設する。

このような構成により、コンプレッサ側からの給気圧力Ｐ２（図７）を軸受部に与圧させることで、当該部からの排ガス漏れを防止することができる。

また、本発明において好ましくは、前記バルブヘッド又は、前記軸部に設けられて、排ガスバイパス通路を流れる排ガス流によって前記ポペットバルブを前記軸線に沿って回動させるバルブ回転部材を配設するとよい。

このような構成により、バルブヘッドの排ガス通路に軸線に沿って回動させるバルブ回転部材を配設したので、排ガスが排ガス通路から排ガスバイパス通路を流れる際に、排ガスがバルブ回転部材に当接して、ポペットバルブを軸線に沿って回動させることにより、バルブシート部とバルブヘッドとの当接位置を変化させて、偏当たりを無くして、シール面のシール性能維持を図ることができる。

また、本発明は前述のようなウェストゲートバルブを備えたターボチャージャを特徴とするものであり、前述したウェストゲートバルブの作用効果を有したターボチャージャを得ることができ、ターボチャージャの信頼性を向上することができる。

本発明によれば、排ガスを排ガスバイパス通路へ流すウェストゲートバルブのシート部の閉塞又は開放を、ポペットバルブを軸線方向に摺動させる構造によって行うようにしたので、摺動時、軸部における曲げモーメントの発生を防止して、軸部と軸受部との間における部分的に高圧接触摺動の発生を無くし、偏磨耗を防止して、バルブヘッドの開閉動作が滑らかに行われると共に、当該部からの排ガス洩れを減少させることができる。
更に、バルブヘッド（バルブシート部閉塞部）がバルブシート部の開口した面に対し、平行面を維持した状態で軸部の軸線方向に移動する構造なので、バルブシート部を含む面と、バルブヘッドとの平行が保たれ、排ガス流量制御が容易となる。

本発明の第１実施形態に係るターボチャージャの外観概要図を示す。図１のウェストゲートバルブの要部断面図を示す。本発明の第１参考例に係るウェストゲートバルブの要部断面図を示す。本発明の第２実施形態に係るウェストゲートバルブの要部断面図を示す。本発明の第３実施形態に係るウェストゲートバルブの要部断面図を示す。本発明の第２参考例に係るウェストゲートバルブの要部断面図を示す。本発明の第３参考例に係るウェストゲートバルブの要部断面図を示す。本発明の第４実施形態に係るポペットバルブの回転部材で（Ａ）はポペットバルブのバルブヘッドの側面図，（Ｂ）は（Ａ）のＺ矢視図を示す。（Ａ）は従来技術の排気ターボチャージャの排気タービンにおけるウェストゲートバルブ周辺の構造を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。
但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るターボチャージャの外観概要図を示し、１はターボチャージャ全体を示し、該ターボチャージャ１はエンジン(図示省略)の排気マニホールドに排ガス入口フランジ２１によって取付けられている。排気マニホールドからの排ガスは、タービンハウジング２内に収納された排気タービン(図示省略)を駆動し、排気管からターボチャージャ１外に排出される。
３はコンプレッサハウジングで、内部にコンプレッサインペラ（図示省略）が収納され、前記排気タービンと同軸に結合されている。コンプレッサは排気タービンの駆動力によって駆動され、エアクリーナで埃、水分等を除去された空気を圧縮して、給気管３１を介して給気通路へ吐出する。
６はアクチュエータで、コンプレッサで圧縮された給気圧力Ｐ２が閾値Ｐ１以上になると、排気タービンへ導入される排ガス量を減少させるため、排ガスの一部を排気タービンに対しバイパスさせるウェストゲートバルブ５を作動するための駆動源である。
そして、タービンハウジング２のスクロール部（図示省略）上流側に位置した排ガス導入部２２には本願発明のウェストゲートバルブ５（図２参照）が配設されており、ウェストゲートバルブ５はエンジンからの排ガス量が多くなると、排ガスの一部をバイパスさせて、排気タービンへ導入される排ガス量を減少させ、コンプレッサから吐出される給気圧力Ｐ２（過給圧）が閾値Ｐ１以上にならないように排ガスバイパス通路５４から排ガス出口通路５５に導出させるバルブである。

図２は図１のウェストゲートバルブ５の要部断面図を示す。
タービンハウジング２には排ガス入口フランジ２１から連通した排ガス導入部２２が形成され、排ガス導入部２２にはウェストゲートバルブ５が併設されている。
排ガス導入部２２には、分岐部２３ａが設けられており、該分岐部２３ａによってタービンハウジング２内のスクロール部に排ガスを導く排ガス通路２４と、ウェストゲートバルブ５に連通するバイパス導入路２３ｂとに分岐している。

そして、ウェストゲートバルブ５は、分岐部２３ａからバイパス導入路２３ｂによって導かれた排ガスを排ガスバイパス通路５４に導入する排ガスバイパス通路入口５４ａと、排気管（図示省略）に連通した排ガス出口通路５５と、エンジンからの排ガス量が多くなると、排ガスの一部を排ガス出口通路５５側にバイパスさせる排ガスバイパス通路５４と、該排ガスバイパス通路５４を開閉するポペットバルブ５１と、該ポペットバルブ５１が着座するバルブハウジング５２と、ポペットバルブ５１の軸部５１ｂに与圧する与圧通路５８とで構成されている。

バルブハウジング５２は、排ガスバイパス通路５４から排ガス出口通路５５に連通する開口部が形成され、ポペットバルブ５１が着座するバルブシート部５２ａと、ポペットバルブ５１の軸部５１ｂを該軸部５１ｂの軸線Ｌ方向へ摺動自在に軸支して、ウェストゲートバルブ５に固定された軸受部７とで構成されている。
また、コンプレッサハウジング３側には、アダプタ６３を介して装着され、ポペットバルブ５１をコンプレッサの吐出給気圧力Ｐ２に基づいて軸線Ｌ方向に駆動して、バルブシート部５２ａを開閉するアクチュエータ６と、該アクチュエータ６の連結杵６１とポペットバルブ５１の軸部５１ｂの端部とを連結する連結スリーブ６２とが配設されている。

ポペットバルブ５１はバルブシート部５２ａの開口部を開閉するバルブヘッド５１ａと、軸部５１ｂを有し、該軸部５１ｂの中間部に径方向に膨出した拡径部５１ｃを有している。
軸受部７は軸部５１ｂの拡径部５１ｃを軸支する第１軸受部７２と、細い部分（膨出していない部分）を軸支する第２軸受部７３とが一体的に形成されている。
そして、軸受部７には、第１軸受部７２内を拡径部５１ｃが軸線Ｌ方向に作動（移動）する範囲の外側と第２軸受部７３とで囲繞された空間部７４が形成され、該空間部７４には排ガス出口通路に連通した与圧通路５８に通じる連通孔７１が配設されている。
尚、本実施形態において、排ガス入口フランジ２１に連結された軸受部７は第１軸受部７２と第２軸受部７３とを一体的に形成したが、分離した状態でもよく、即ち、排ガス出口通路５５の排ガス圧力Ｐ４が拡径部５１ｃの第２軸受部７３側に与圧するようになっていれば同様の効果を得ることができる。（この第１軸受部７２と第２軸受部７３とが分離した場合、与圧通路５８が連通孔７１を兼ねることになる。）

本実施形態におけるウェストゲートバルブ５の作動を説明する。
エンジンの運転が始まりエンジン負荷が小さい時は、エンジンの排気マニホールドから排出された排ガスは排ガス導入部２２に導かれる。
エンジン負荷が小さい場合、給気通路の給気圧力Ｐ２が閾値Ｐ１を越えていないので、アクチュエータ６は作動しない。従って、ポペットバルブ５１のバルブヘッド５１ａはバルブシート部５２ａを閉塞した状態を維持する。
従って、排ガスは分岐部２３ａの排気タービン入口２３から排ガス通路２４を通ってタービンハウジング２内のスクロール部に導入されて排気タービンを駆動する。該排気タービンと同軸的に結合されたコンプレッサは駆動されて圧縮した給気を給気通路へ吐出する。
排気タービンを駆動した排ガスはターボチャージャ１外に排出される。

エンジン負荷が大きくなり、エンジンの排気マニホールドから排出された排ガス量が多くなると、排気タービン入口２３からタービンハウジング２内に導入される排ガス量が多くなり、排気タービンの駆動力が強くなり、コンプレッサから吐出される給気圧力Ｐ２が高くなり、エンジンから排出される排ガス量も更に多くなる。
給気圧力Ｐ２が閾値Ｐ１を超えると、アクチュエータ６が作動し、バルブヘッド５１ａをバルブシート部５２ａから離し、排ガスを排ガスバイパス通路５４から排ガス出口通路５５に流す。
バルブヘッド５１ａは軸部５１ｂが軸受部７に軸線Ｌ方向に摺動可能に軸支されているので、バルブシート部５２ａの開口部を含む面に対し直角方向へ平行面を維持した状態で開閉動作する。

また、本実施形態において、ポペットバルブ５１の拡径部５１ｃの排ガスバイパス通路５４側に臨む端面には排ガス圧Ｐ３が与圧し、その反対側端面には、排ガス出口通路５５の排ガス圧力Ｐ４が連通孔７１を介して設けられた空間部７４に導入され、導入された排ガス圧力Ｐ４によって与圧されている。
尚、排ガス圧力Ｐ４は排気タービンを駆動した後に膨張するので、排ガス通路５３の排ガス圧Ｐ３よりは圧力が低くなっている。
夫々の圧力には、Ｐ３＞Ｐ４＞Ｐ０（大気圧）の関係がある。
そのため、アクチュエータ６の操作力に対し、バルブシート部５２ａへのバルブヘッド５１ａの押圧力を、拡径部５１ｃの排ガスバイパス通路５４側に臨む端面に与圧する排ガス圧Ｐ３が補助し、バルブシート部５２ａからバルブヘッド５１ａを開放させる時は空間部７４の排ガス出口通路５５に連通した排ガス圧力Ｐ４が作用して操作力を補助する。
従って、アクチュエータ６の操作出力を小さくでき、アクチュエータ６の外観形状も小さくなりエンジンへの搭載性が向上すると共に、軽量、コスト低減等の効果が得られる。

また、ポペットバルブ５１の軸部５１ｂ（含む拡径部５１ｃ）と軸受部７との嵌合は、高温の排ガスに晒され且つ、潤滑剤がないため隙間を大きくしてある。
従って、第１軸受部７２と第２軸受部７３との間に、排ガス出口通路５５に連通し、且つ、囲繞された空間部７４を配設することにより、拡径部５１ｃの一端側に排ガス通路５３の排ガス圧Ｐ３が与圧し、拡径部５１ｃの他端側（第２軸受部７３側）に排ガス出口通路５５の排ガス圧力Ｐ４が与圧するので、拡径部の両端部における圧力差が小さくなり、当該部における軸線方向への排ガスの漏れ量を少なくすることができる。

更に、排ガスを排ガスバイパス通路５４から排ガス出口通路５５に流すバルブシート部５２ａの開口部の閉塞又は、開放はポペットバルブ５１を軸線Ｌ方向に摺動させる構造なので、摺動時、軸部５１ｂに曲げモーメントが発生しないので、軸部５１ｂと軸受部７との間に部分的に高圧接触摺動の発生が生じ難く、従って、偏磨耗が発生しないので、バルブヘッド５１ａによるバルブシート部５２ａの開閉動作が滑らかに行われると共に、軸部５１ｂと軸受部７との嵌合隙間からの排ガス洩れを減少させることができる。
また、アクチュエータ６の駆動量（軸線方向への移動量）は給気圧力Ｐ２の大きさに比例して駆動され、バルブヘッド（バルブシート部閉塞部）５１ａがバルブシート部５２ａの開口した面に対し、平行面を維持した状態で軸部５１ｂの軸線Ｌ方向に移動するので、排ガスの排ガスバイパス通路５４から排ガス出口通路５５への流量制御が従来の回転アーム式（図９）に比べ容易になる。

（第１参考例）
第１参考例を図３に示すウェストゲートバルブの要部断面図に基づいて説明する。この第１参考例は、第１実施形態に対して軸部５１ｂの拡径部５１ｃを有さない構造である。
尚、第１実施形態と同じものは同一の符号を付して説明は省略する。
図３に示す８はターボチャージャを示し、タービンハウジング２には排ガス入口フランジ２１から連通した排ガス導入部２２が形成され、排ガス導入部２２にはウェストゲートバルブ８１が併設されている。
排ガス導入部２２には、分岐部２３ａが設けられており、該分岐部２３ａによってタービンハウジング２内のスクロール部に排ガスを導く排ガス通路２４と、ウェストゲートバルブ８１に連通するバイパス導入路２３ｂとに分岐している。
そして、ウェストゲートバルブ８１は、分岐部２３ａからバイパス導入路２３ｂによって導かれた排ガスを排ガスバイパス通路５４に導入する排ガスバイパス通路入口５４ａと、排気管（図示省略）に連通した排ガス出口通路５５と、エンジンからの排ガス量が多くなると、排ガスの一部を排ガス出口通路５５側にバイパスさせる排ガスバイパス通路５４と、該排ガスバイパス通路５４を開閉するポペットバルブ８３と、該ポペットバルブ８３が着座するバルブハウジング５２と、で構成されている。

バルブハウジング５２は、排ガスバイパス通路５４の排ガスを排ガス出口通路５５に流す開口部に形成され、ポペットバルブ８３が着座するバルブシート部５２ａと、ポペットバルブ８３の軸部８３ｂを該軸部８３ｂの軸線Ｌ方向へ摺動自在に軸支してウェストゲートバルブ８１に固定された軸受部８２とで構成されている。
そして、コンプレッサハウジング３側にアダプタ６３を介して装着され、ポペットバルブ８３を軸線Ｌ方向に駆動してバルブシート部５２ａを開閉するアクチュエータ６と、該アクチュエータ６の連結杵６１とポペットバルブ８３の軸部８３ｂの端部とを連結する連結スリーブ６２が配設されている。

ポペットバルブ８３はバルブシート部５２ａの開口部を開閉するバルブヘッド８３ａと、軸部８３ｂとを有している。
そして、軸受部８２はウェストゲートバルブ８１内に配設され、バルブヘッド８３ａと対向した面は排ガスバイパス通路５４に臨んだ状態になっている。
尚、本参考例におけるウェストゲートバルブ８１の作動は第１実施形態と同じなので、説明は省略する。

従って、第１参考例によると、排ガスを、排ガスバイパス通路５４を介して排ガス出口通路５５へ流す開口部の閉塞又は、開放はポペットバルブ８３を軸線Ｌ方向に摺動させる構造なので、摺動時、軸部８３ｂに曲げモーメントが発生しないので、軸部８３ｂと軸受部８２との間に部分的に高圧接触摺動の発生が無く、そのため、偏磨耗を防止して、バルブヘッド８３ａの開閉動作が滑らかに行われると共に、当該部からの排ガス洩れを減少させることができる。
また、アクチュエータ６の駆動量（軸線Ｌ方向への移動量）は給気圧力Ｐ２の大きさに比例して駆動され、バルブヘッド（バルブシート部閉塞部）８３ａがバルブシート部５２ａの開口した面に対し、平行面を維持した状態で軸部８３ｂの軸線Ｌ方向に移動するので、排ガスの排ガスバイパス通路５４への流量制御が従来のアーム式（図９）に比べ容易になる。
以上の作用効果は、第１実施形態と同様であるが、第１参考例によると、軸部５１ｂの拡径部５１ｃを有さないため、軸部５１ｂの構造が簡単化して軽量化できるとともに、軸受部８２を軸方向に長く設けることができるため、軸部５１ｂの軸方向支持が安定する。

（第２実施形態）
第２実施形態を図４に示すウェストゲートバルブの要部断面図に基づいて説明する。
この第２実施形態は、第１実施形態では拡径部５１ｃの第２軸受部７３側に空間部７４が形成された構造であったが、空間部７４を形成せずに、軸部９２ｂに第１実施形態の拡径部５１ｃより長い拡径部９２ｃを形成したものである。
尚、第１実施形態と同じものは同一の符号を付して説明は省略する。

図４に示す９はターボチャージャを示し、タービンハウジング２には排ガス入口フランジ２１から連通した排ガス導入部２２が形成され、該排ガス導入部２２にはウェストゲートバルブ９１が併設されている。
排ガス導入部２２には、分岐部２３ａが設けられており、該分岐部２３ａによってタービンハウジング２内のスクロール部に排ガスを導く排ガス通路２４と、ウェストゲートバルブ９１に連通するバイパス導入路２３ｂとに分岐している。
そして、ウェストゲートバルブ９１は、分岐部２３ａからバイパス導入路２３ｂによって導かれた排ガスを排ガスバイパス通路５４に導入する排ガスバイパス通路入口５４ａと、排気管（図示省略）に連通した排ガス出口通路５５と、エンジンからの排ガス量が多くなると、排ガスの一部を排ガス出口通路５５側にバイパスさせる排ガスバイパス通路５４と、該排ガスバイパス通路５４を開閉するポペットバルブ９２と、該ポペットバルブ９２が着座するバルブハウジング５２と、該ポペットバルブ９２の軸部９２ｃに与圧する与圧通路５８とで構成されている。

バルブハウジング５２は、排ガスバイパス通路５４の排ガスを排ガス出口通路５５に流す開口部が形成され、ポペットバルブ９２が着座するバルブシート部５２ａと、ポペットバルブ９２の軸部９２ｂを該軸部９２ｂの軸線Ｌ方向へ摺動自在に軸支してウェストゲートバルブ９１に固定された軸受部９４とで構成されている。
そして、コンプレッサハウジング３側にアダプタ６３を介して装着され、ポペットバルブ９２をコンプレッサの吐出給気圧力Ｐ２によって、軸線方向に駆動してバルブシート部５２ａを開閉するアクチュエータ６と、該アクチュエータ６の連結杵６１とポペットバルブ９２の軸部９２ｂを連結する連結スリーブ６２とが配設されている。

ポペットバルブ９２はバルブシート部５２ａの開口部を開閉するバルブヘッド９２ａと、軸部９２ｂとを有している。軸部９２ｂは、該軸部９２ｂの軸線Ｌ方向中間部に径方向に膨出した拡径部９２ｃを有している。拡径部９２ｃはバルブヘッド９２ａと対向した面が排ガスバイパス通路５４に臨んで配設され、ウェストゲートバルブ９１に取付けられた軸受部９４に拡径部９２ｃが軸線Ｌに沿って摺動自在に支軸されている。
拡径部９２ｃは該拡径部９２ｃの中間部が与圧通路５８に臨んだ状態に配設されている。
尚、本実施形態におけるウェストゲートバルブ９１の作動は第１実施形態と同じなので、説明は省略する。

従って、第２実施形態によると、拡径部９２ｃのバルブヘッド９２ａと対向した面は排ガスバイパス通路５４に臨んだ状態に配設されているので、拡径部９２ｃの端面に排ガスバイパス通路５４の排ガス圧Ｐ３が与圧するので、バルブヘッド９２ａがバルブシート部５２ａを閉塞維持するためのアクチュエータ６の操作力が軽減できる。
また、拡径部９２ｃの中間部が与圧通路５８に臨んでいるため、バルブハウジング５２と拡径部９２ｃとの嵌合隙間に排気タービンを駆動した排ガスの排ガス圧力Ｐ４が与圧して、排ガス通路５３側からの排ガスの漏れを減少させる効果を有する。
その他、偏磨耗防止による効果は、前記第１施形態と同じなので、説明は省略するが、第２実施形態によると、第１実施形態のように空間部７４を形成せずに軸部９２ｂに対して第１実施形態の拡径部５１ｃより長い拡径部９２ｃを形成したため、軸部９２ｂの剛性を増大でき、軸部５２ｂの軸方向の移動が安定する。

（第３実施形態）
第３実施形態を図５に示すウェストゲートバルブの要部断面図に基づいて説明する。この第３実施形態は、第１参考例の軸部８３ｂにテーパ状に形成された円錐部（拡径部）１０２ｃが配設されている。尚、第１実施形態と同じものは同一の符号を付して説明は省略する。

図５に示す１０はターボチャージャを示し、タービンハウジング２には排ガス入口フランジ２１から連通した排ガス導入部２２が形成され、該排ガス導入部２２にはウェストゲートバルブ１０１が併設されている。
排ガス導入部２２には、分岐部２３ａが設けられており、該分岐部２３ａによってタービンハウジング２内のスクロール部に排ガスを導く排ガス通路２４とバイパス導入路２３ｂとに分岐している。
そして、ウェストゲートバルブ１０１は、分岐部２３ａからバイパス導入路２３ｂによって導かれた排ガスを排ガスバイパス通路５４に導入する排ガスバイパス通路入口５４ａと、排気管（図示省略）に連通した排ガス出口通路５５と、エンジンからの排ガス量が多くなると、排ガスの一部を排ガス出口通路５５側にバイパスさせる排ガスバイパス通路５４と、該排ガスバイパス通路５４を開閉するポペットバルブ１０２と、該ポペットバルブ１０２が着座するバルブハウジング５２と、の開口部にポペットバルブ１０２と、で構成されている。

バルブハウジング５２は、排ガスバイパス通路５４から排ガス出口通路５５へ連通する開口部が形成され、ポペットバルブ１０２が着座するバルブシート部５２ａと、ポペットバルブ１０２の軸部１０２ｂを該軸部１０２ｂの軸線Ｌ方向へ摺動自在に軸支してウェストゲートバルブ１０１に固定された軸受部１０３とで構成されている。
コンプレッサハウジング３側にアダプタ６３を介して装着され、ポペットバルブ１０２をコンプレッサの吐出給気圧力Ｐ２に基づいて、軸線Ｌ方向に駆動してバルブシート部５２ａを開閉するアクチュエータ６と、該アクチュエータ６の連結杵６１とポペットバルブ１０２の軸部１０２ｂを連結する連結スリーブ６２とが配設されている。

ポペットバルブ１０２はバルブシート部５２ａを開閉するバルブヘッド１０２ａと、軸部１０２ｂとを有している。
そして、軸部１０２ｂには、該軸部１０２ｂの軸線方向中間部に径方向に拡径すると共に、バルブヘッド１０２ａと反対方向に縮径したテーパ状に形成された円錐部（拡径部）１０２ｃが配設されている。
軸受部１０３はウェストゲートバルブ１０１に固着され、バルブヘッド１０２ａと対向した面は、排ガス通路５３に臨んでいると共に、前記円錐部１０２ｃに対向した円錐受面１０３ａが形成されている。
尚、本第３実施形態におけるウェストゲートバルブ１０１の作動は第１実施形態と同じなので、説明は省略する。

第３実施形態によると、軸受部１０３の円錐受面１０３ａと軸部１０２ｂの円錐部１０２ｃとの組合せ構成にすることにより、軸受部１０３とポペットバルブ１０２との嵌合隙間（軸部の熱膨張を見込んだ隙間）を大きくしても、当該隙間による排ガス通路５３からの排ガス漏れを防止できる。
その他の偏磨耗防止による効果は、第１実施形態と同じなので、説明は省略する。

（第２参考例）
第２参考例を図６に示すウェストゲートバルブの要部断面図に基づいて説明する。この第２参考例は、ポペットバルブ１１２と該ポペットバルブ１１２を軸支する軸受部２６とを排ガス出口通路５５側に配設されている。尚、第１実施形態と同じものは同一の符号を付して説明は省略する。

図６に示す１１はターボチャージャを示し、タービンハウジング２には排ガス入口フランジ２１から連通した排ガス導入部２２が形成され、該排ガス導入部２２にはウェストゲートバルブ１１１が併設されている。
排ガス導入部２２には、分岐部２３ａが設けられており、該分岐部２３ａによってタービンハウジング２内のスクロール部に排ガスを導く排ガス通路２４と、ウェストゲートバルブ１１１に連通するバイパス導入路２３ｂとに分岐している。
そして、ウェストゲートバルブ１１１は、分岐部２３ａからバイパス導入路２３ｂによって導かれた排ガスを排ガスバイパス通路５４に導入する排ガスバイパス通路入口５４ａと、排気管（図示省略）に連通した排ガス出口通路５５と、エンジンからの排ガス量が多くなると、排ガスの一部を排ガス出口通路５５側にバイパスさせる排ガスバイパス通路５４と、該排ガスバイパス通路５４を開閉するポペットバルブ１１２と、該ポペットバルブ１１２が着座するバルブハウジング１１３と、で構成されている。

バルブハウジング１１３は、排ガスバイパス通路５４から排ガス出口通路５５に連通する開口部が形成され該ポペットバルブ１１２が着座するバルブシート部１１３ａを有している。
そして、バルブシート部１１３ａの開閉機構は、排ガス出口通路５５側からバルブシート部１１３ａを開閉すると共に、ポペットバルブ１１２の軸部１１２ｂを該軸部１１２ｂの軸線Ｌ方向へ摺動自在に軸支して、ウェストゲートバルブ１１１に連結された排気管２５に固着した軸受部２６と、エンジンに取付ブラケット２７を介して取付けられ、ポペットバルブ１１２をコンプレッサの吐出給気圧力Ｐ２に基づいて、軸線Ｌ方向に駆動してバルブシート部１１３ａの開閉動作を行うアクチュエータ６と、該アクチュエータ６の連結杵６１とポペットバルブ１１２の軸部１１２ｂを連結する連結スリーブ６２とで構成されている。

第２参考例によると、軸受部２６は排気管２５に取付けられているので、排気管２５内を流れる排ガス圧は排ガス出口通路５５に比べ下がっており、バルブハウジング５２内の各軸受より軸受部２６と軸部１１２ｂとの嵌合隙間を小さくでき、排ガス洩れを減少することができる。

（第３参考例）
第３参考例を図７に示すウェストゲートバルブの要部断面図に基づいて説明する。この第３参考例は、第１参考例（図３）に対し、連通管１２１で軸受部８２とアクチュエータ６間のポペットバルブ８３の軸部と連結杵６１を外嵌して、且つ機密を有して外嵌し、ターボチャージャ１２のコンプレッサからの給気通路に連通するホース（連通配管）１２１ｃを配設したものである。
尚、第１実施形態及び第１参考例と同じものは同一の符号を付して説明は省略する。

図７に示す１２はターボチャージャを示し、該ターボチャージャ１２のタービンハウジング２には排ガス入口フランジ２１から連通した排ガス導入部２２が形成され、該排ガス導入部２２にはウェストゲートバルブ８１が併設されている。

ウェストゲートバルブ８１は、排ガスバイパス通路入口５４ａと、排ガス出口通路５５と、排ガスバイパス通路５４と、バルブハウジング５２と、ポペットバルブ８３と、軸受部１２５とで構成されている。
コンプレッサハウジング３側にアダプタ６３と、アクチュエータ６と、連結杵６１と、連結スリーブ６２とが配設されている。

尚、本参考例におけるウェストゲートバルブ８１の作動は第１参考例と同じなので、説明は省略する。

そして、軸受部１２５とアクチュエータ６間には、ポペットバルブ８３の軸部８３ｂと、アクチュエータ６の連結杵６１と、夫々を連結する連結スリーブ６２とを外嵌して、内部を気密に保持する連通管１２１が配設されている。連通管１２１は軸受部８２とアクチュエータ６に気密を有して固定された円筒部１２１ａと、該円筒部１２１ａの軸線方向中間部に分岐し円筒部１２１ａと一体的に形成された分岐管１２１ｂと、該分岐管１２１ｂ端部に外嵌して給気通路に連通したホース１２１ｃと、分岐管１２１ｂ端部に外嵌したホース１２１ｃを固定する固定バンド１２１ｄとを備えた連通管１２１が配設されている。

第３参考例によると、排ガスの熱による焼付き対策として、ポペットバルブ８３の軸部８３ｂと、軸受部８２との嵌合隙間を大きくしても、給気通路の給気圧力Ｐ２が連通管１２１内に与圧されているので、排ガス通路５３内の排ガスがターボチャージャ１２外に排出されるのを確実に防止できる。

（第４実施形態）
第４実施形態を図８に基づいて説明する。この第４実施形態は、排ガスバイパス通路５４を流れる排ガス流によってポペットバルブ５１を軸線Ｌに沿って回動させる翼部１５ｃ（回転部材）を設けたものである。
図８はポペットバルブ５１の回転部材を示し、（Ａ）はポペットバルブのバルブヘッドの側面図，（Ｂ）は（Ａ）のＺ矢視図を示す。
図８（Ａ）はポペットバルブ１５を示したものでバルブヘッド部１５ａ部と、軸部１５ｂである。バルブヘッド部１５ａと軸部１５ｂとの連結部に回転部材である翼部１５ｃが配設されている。翼部１５ｃには、排ガスの流れにより軸部１５ｂの軸線Ｌ周りに回動力を生起させる傾斜面１５ｄが設けられている。
そして、図２を利用して、図２のポペットバルブ５１を本実施形態のポペットバルブ１５に置換えて説明する。コンプレッサから吐出される給気圧力Ｐ２が上昇して、ウェストゲートバルブ５が作動すると、ポペットバルブ１５（図２では５１）がバルブシート部５２ａから離れて、右側（図２の状態において）に移動すると、排ガスバイパス通路５４の排ガスはバルブシート部５２ａの開口部から排ガス出口通路５５に排出されていく。
この際に、排ガスはポペットバルブ１５の回転部材である翼部１５ｃの傾斜面１５ｄに当接して矢印Ｒの方向に回転力を生起させ、ポペットバルブ１５は軸部１５ｂの軸線Ｌを中心に回動する。
尚、本実施形態では、翼部１５ｃをバルブヘッド部１５ａと軸部１５ｂの連結部に配設したが、軸部に配設しても同様の効果を得ることができる。

第４実施形態によると、バルブヘッドの排ガス通路に臨んだ面に、バルブヘッドの周方向に傾斜した面を有する翼部１５ｃを複数配設したので、排ガスバイパス通路５４から排ガス出口通路５５へ流れる際に、排ガスが翼部１５ｃの傾斜面１５ｄに当接して、ポペットバルブを軸線Ｌの周りに回動させることにより、シールとバルブヘッドとの当接部を変化させて、偏当たりをなくし、シール面のシール性能維持が図れる。

エンジンの排気制御バルブ（ウェストゲートバルブ）を備えた排気タービンにおいて、該バルブの弁体を移動制御する支軸と軸受あるいはタービンケーシングとの回動嵌合部の偏磨耗を防止して、排気制御バルブの確実な操作を可能とする排気制御バルブを備えた排気タービン構造に用いられるとよい。

１、８、９，１０，１１ターボチャージャ
２タービンハウジング
３コンプレッサハウジング
５、８１，９１、１０１，１１１ウェストゲートバルブ
６アクチュエータ
７，２６、８２、９４，１０３，１２５軸受部
２２排ガス導入部
２３排気タービン入口
２５排気管
１５、５１、８３，９２、１０２、１１２ポペットバルブ
５２、１１３バルブハウジング
５３排ガス通路
５４排ガスバイパス通路
５５排ガス出口通路
７１連通孔（連通路）
７４空間部
１２１連通管
１５ａ、５１ａ、８３ａ，９２ａ、１０２ａ，１１２ａバルブヘッド
１５ｂ、５１ｂ、８３ｂ、９２ｂ、１０２ｂ、１１２ｂ軸部
１５ｃ翼部（回転部材）
１５ｄ傾斜面
５１ｃ、９２ｃ拡径部
５２ａ，１１３ａバルブシート部
１０２ｃ円錐部（拡径部）
１０３ａ円錐受面
Ｌ軸線

Claims

内燃機関の排気系路に配設されたターボチャージャの排気タービンを収納するタービンハウジングのスクロール部上流側に形成される排ガス導入部に、ウェストゲートバルブが配設され、
前記ウェストゲートバルブは、
前記排気タービンに流れる排ガスの一部を、前記排気タービンをバイパスさせて排ガス出口通路に流す排ガスバイパス通路と、
該排ガスバイパス通路から前記排ガス出口通路へ通じる開口部に形成されるバルブシート部と、
該バルブシート部を閉塞又は開放させるバルブヘッド、および該バルブヘッドから前記バルブシート部を含む面に対し直角方向に延在した軸部を有したポペットバルブと、
前記軸部を支軸する軸受部と、
ターボチャージャのコンプレッサハウジング側に装着され、前記バルブヘッドとは反対側の前記軸部の端部と連結して前記ポペットバルブを前記軸部の軸線に沿って摺動させるアクチュエータと、を備え、
さらに、前記軸部は前記排ガスバイパス通路を貫通して前記コンプレッサハウジング側に延びて配設されると共に、前記軸部の前記軸受部と嵌合する部分を径方向に膨出した拡径部に形成し、該拡径部の軸方向端面を前記排ガスバイパス通路に面して配設したことを特徴とするウェストゲートバルブを備えたターボチャージャ。
前記拡径部の軸方向の一方端面に前記排ガスバイパス通路の排ガス圧力が作用し、その反対側端面に前記排ガス出口通路の排ガス圧力が作用し、前記バルブシート部の閉塞時に前記アクチュエータの操作力に対して前記バルブシート部への前記バルブヘッドの押圧力を補助するように構成したことを特徴とする請求項１記載のウェストゲートバルブを備えたターボチャージャ。
前記拡径部を軸支する第１軸受部と、該第１軸受部の前記バルブヘッドと反対側位置に前記第１軸受部と間隔を有して配設された第２軸受部と、前記第１軸受部と前記第２軸受部との間に前記排ガス出口通路と連通した連通路に通じる空間部とを備えたことを特徴とする請求項１記載のウェストゲートバルブを備えたターボチャージャ。
前記軸部の拡径部は前記バルブヘッドと反対方向に縮径したテーパ形状に形成され、前記軸受部には前記テーパ形状に対向したテーパ形状受部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のウェストゲートバルブを備えたターボチャージャ。
前記バルブヘッド又は、前記軸部に設けられて、前記排ガスバイパス通路を流れる排ガス流によって前記ポペットバルブを前記軸線に沿って回動させるバルブ回転部材を設けたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のウェストゲートバルブを備えたターボチャージャ。
内燃機関の排気系路に配設されたターボチャージャの排気タービンを収納するタービンハウジングのスクロール部上流側に形成される排ガス導入部に、ウェストゲートバルブが配設され、
前記ウェストゲートバルブは、
前記排気タービンに流れる排ガスの一部を、前記排気タービンをバイパスさせて排ガス出口通路に流す排ガスバイパス通路と、
該排ガスバイパス通路から前記排ガス出口通路へ通じる開口部に形成されるバルブシート部と、
該バルブシート部を閉塞又は開放させるバルブヘッド、および該バルブヘッドから前記バルブシート部を含む面に対し直角方向に延在した軸部を有したポペットバルブと、
前記軸部を支軸する軸受部と、
ターボチャージャのコンプレッサハウジング側に装着され、前記バルブヘッドとは反対側の前記軸部の端部と連結して前記ポペットバルブを前記軸部の軸線に沿って摺動させるアクチュエータと、を備え、
さらに、前記軸部は前記排ガスバイパス通路を貫通して前記コンプレッサハウジング側に延びて配設されると共に、前記軸部の前記軸受部と嵌合する部分を径方向に膨出した拡径部に形成し、該拡径部の軸方向の一方端面に前記排ガスバイパス通路の排ガス圧力が作用し、その反対側端面に前記排ガス出口通路の排ガス圧力が作用し、前記バルブシート部の閉塞時に前記アクチュエータの操作力に対して前記バルブシート部への前記バルブヘッドの押圧力を補助するように構成したことを特徴とするウェストゲートバルブを備えたターボチャージャ。