JP6167186B2 - ウェイストゲートバルブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ターボチャージャによる過給エンジンにおいて排ガスの一部を分流させることにより、タービンへの排ガスの流入量を調整するウェイストゲートバルブ装置に関する。

特許文献１には、タービンをバイパスするウェイストゲート流路を入口側から出口側に向けて拡開するテーパ形状とするとともに、ウェイストゲート流路の出口を閉塞する弁体（ウェイストゲートバルブ）にウェイストゲート流路の閉塞時にウェイストゲート流路の入口側壁面と同一面となる高さの突起を設けたウェイストゲートバルブ装置が記載されている。このウェイストゲートバルブ装置によれば、弁体がウェイストゲート流路を閉塞した場合に、突起の上面がウェイストゲート流路の入口側壁面と同一となり、タービンの入口側の排ガス流れの乱れを抑制できる。また、ウェイストゲート流路を入口側から出口側に向けて拡開するテーパ形状としたので、弁体がわずかに開いた状態でも、突起側面とウェイストゲート流路の内周面との間隙が大きくなり、ウェイストゲート流路の開口面積を大きくできる。

特許文献２には、タービンをバイパスするウェイストゲート流路の出口側に、流路断面積が漸次拡大するようにテーパ部が設けられたウェイストゲートバルブ装置が記載されている。このウェイストゲートバルブ装置によれば、テーパ部と弁体（ウェイストゲートバルブ）との間にタービンをバイパスする排ガスの流れを加速させる圧力低下領域が形成され、弁体への作用力、特にモーメントを低減できる。

特許文献３には、ウェイストゲート流路の出口を閉塞する弁体（ウェイストゲートバルブ）のウェイストゲート流路に臨む面（着座側の面）に断面＋状に形成された突起を設けたウェイストゲートバルブ装置が記載されている。このウェイストゲートバルブ装置によれば、ウェイストゲート流路の出口をわずかに開いた弁体と弁座（出口）との間（隙間）を流れる排ガス流の流れが乱れることにより、弁体と弁座との隙間内で発生する負圧をきわめて小さくできる。

実開平４−９５６２６号公報 特開２００９−２０３８３５号公報 実開昭６０−７８９４１号公報

しかしながら、上記した特許文献１〜３に記載されたウェイストゲートバルブ装置は、弁体がわずかに開いた時（以下、「微開時」という）の流量を十分に抑制することができなかった。また、弁体を開く時に作用する荷重も大きく、流量制御性に課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、微開時における流量制御性が良好なウェイストゲートバルブ装置を提供することを目的とする。

本発明は、排ガスがタービンをバイパスするウェイストゲート流路が設けられたタービンハウジングと、前記ウェイストゲート流路の出口を開閉するウェイストゲートバルブと、により構成され、前記ウェイストゲートバルブは、前記ウェイストゲート流路の出口を開閉する弁体と、前記弁体が前記ウェイストゲート流路の出口を閉塞した場合に前記ウェイストゲート流路に収容される突起と、を有するウェイストゲートバルブ装置であって、前記ウェイストゲート流路は、前記ウェイストゲートバルブの全開時における排ガスの最大流量を確保しつつ、前記タービンを経由した排ガスが合流する合流部に対する前記ウェイストゲート流路の流路断面積比を０．２以下とし、さらに、前記ウェイストゲート流路の出口に流路断面積が拡大する拡開部を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、ウェイストゲート流路を流れる排ガスの流量が増加するのでその増加分だけウェイストゲート流路の流路断面積を小さくできる。これにより、ウェイストゲートバルブの微開時における排ガス流量の流量制御性が良好になる。

本発明の一態様では、前記ウェイストゲート流路の流路径Ｄ_１は、前記合流部の流路径Ｄ_２との関係において下記の数式１を満たすことが好ましい。

このようにすれば、加工の精度が確保でき、更に、合流部に対するウェイストゲート流路の流路断面積比が好適なものとなる。

また、本発明の一態様では、前記拡開部の出口径Ｄ_３は、前記ウェイストゲート流路の流路径Ｄ_１との関係において下記の数式２を満たすことが好ましい。

このようにすれば、ウェイストゲート流路に対する拡開部の出口の流路断面積比が好適なものとなる。

また、本発明の一態様では、前記突起は、前記ウェイストゲートバルブを開放した場合に前記ウェイストゲートバルブを支持する軸に近い側の領域で前記ウェイストゲート流路を流れる排ガスの圧力を受ける受圧部と、前記軸に遠い側の領域で前記ウェイストゲート流路を流れる排ガスの流れを抑制する抑制部と、を有することが好ましい。
このようにすれば、ウェイストゲートバルブを開放した場合に受圧部がウェイストバルブを支持する軸に近い側の領域で排ガスの圧力を受け、抑制部が軸に遠い側の領域で排ガスの流れを抑制できる。

また、本発明の一態様では、前記受圧部は、前記軸に近い側の領域に形成され、前記抑制部は、前記軸に遠い側の領域に形成されることが好ましい。
このようにすれば、軸に近い側の領域で受圧部が排ガスの圧力を受け、軸に遠い側で抑制部が排ガスの流れを抑制できる。

また、本発明の一態様では、前記受圧部は、前記抑制部との間に凹部を形成する円弧状に形成されることが好ましい。
このようにすれば、排ガスの圧力を凹部で効率的に受けることができる。

本発明の一態様では、前記突起は、前記ウェイストゲート流路を流れる排ガスを受け入れる凹部を有することが好ましい。
このようにすれば、排ガスの圧力を凹部で効率的に受けることができる。

本発明の一態様では、前記突起の基部は、前記拡開部の内周に沿って拡大する拡大部を有することが好ましい。
このようにすれば、突起と弁体との間に応力集中が生じることを回避できる。

本発明の一態様では、前記弁体の着座する側の外周端部は、曲面形状であることが好ましい。
このようにすれば、ウェイストゲート流路を流れた排ガスが弁体の外周端部をスムースに流れることになり、ウェイストゲートバルブに作用する荷重を低減できる。

本発明の一態様では、前記弁体は、前記ウェイストゲート流路を開閉する先端部と基部との間に前記先端部を撓ませる弾性変形部を有することが好ましい。
このようにすれば、ウェイストゲートバルブがウェイストゲート流路の出口を閉塞した場合に、弁体の先端部が撓み、ウェイストゲートバルブのシール性を確保できる。

本発明の一態様では、前記ウェイストゲートバルブが固定された駆動軸と、前記駆動軸を支承するブッシュと、を備え、前記ブッシュの内周面にテーパ面を形成することが好ましい。
このようにすれば、駆動軸がブッシュに片当たりする状態を解消でき、エッジ面圧の発生を防ぐことができる。

本発明の一態様では、一端に前記ウェイストゲートバルブが固定された駆動軸と、前記駆動軸を支承するブッシュと、前記駆動軸の他端に設けられたレバーピンと、前記レバーピンに連結されたロッドが設けられたアクチュエータと、を備え、前記ウェイストゲートバルブに作用する圧力方向と前記アクチュエータの作動方向とが一致するように、前記レバーピンと前記アクチュエータとを配置することが好ましい。
このようにすれば、ウェイストゲートバルブに作用する排ガスの圧力方向とアクチュエータの作動方向とが一致する。これにより、駆動軸がブッシュ内で傾くことを防止できる。これにより、排ガスが駆動軸とブッシュとの間に設けられたクリアランスを通りタービンハウジングの外部に漏れるのを抑制できる。

以上説明したように、本発明によれば、ウェイストゲート流路を流れる排ガスの圧力損失が低減されるので、その分排ガスの流量が増加する。したがって、排ガスの流量が増加する分だけウェイストゲート流路の流路断面積を小さくできる。これにより、ウェイストゲートバルブの微開時における流量制御性が良好なものにできる。

本発明の実施の形態に係るウェイストゲートバルブ装置を説明するための概念図である。 流路拡大の解析モデルを示す図である。 面積比と実験式の係数αとの関係を示す図である。 面積比と実験式の係数βとの関係を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るウェイストゲートバルブ装置を示す模式図である。 図５に示したウェイストゲートバルブ装置におけるウェイストゲートバルブの開度とウェイストゲート流路を流れる排ガスの質量流量との関係を示す図である。 図５に示したウェイストゲートバルブ装置におけるウェイストゲートバルブの開度とウェイストゲートバルブを支承する軸に作用する荷重との関係を示す図である。 本発明の実施の形態２に係るウェイストゲートバルブ装置を示す模式図である。 図８に示したウェイストゲートバルブを示す模式図である。 本発明の実施の形態３に係るウェイストゲートバルブ装置を示す模式図である。 図１０に示したウェイストゲートバルブを示す模式図である。 本発明の実施の形態４に係るウェイストゲートバルブ装置を示す模式図である。 図１２に示したウェイストゲートバルブを示す模式図である。 本発明の実施の形態５に係るウェイストゲートバルブ装置を示す模式図である。 本発明の実施の形態６に係るウェイストゲートバルブ装置を示す模式図である。 図１５に示したウェイストゲートバルブを示す模式図である。 本発明の実施の形態７に係るウェイストゲートバルブ装置を示す模式図である。 本発明の実施の形態８に係るウェイストゲートバルブ装置を示す模式図である。 本発明の実施の形態９に係るウェイストゲートバルブ装置を示す模式図である。 本発明の実施の形態１０に係るウェイストゲートバルブ装置を示す模式図である。 駆動軸と駆動軸を支承するブッシュを示す模式図である。 本発明の実施の形態１１に係るウェイストゲートバルブ装置を示す模式図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係るウェイストゲートバルブ装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。尚、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係るウェイストゲートバルブを説明するための概念図である。図２は、流路拡大のモデルを示す図である。また、図３は、面積比と実験式の係数αとの関係を示す図であり、図４は、面積比と実験式の係数βとの関係を示す図である。

ウェイストゲートバルブ装置１は、ターボチャージャによる過給エンジンにおいて排ガスの一部を分流させることにより、タービンへの排ガスの流入量を調整するものである。図１に示すように、ウェイストゲートバルブ装置１は、排ガスがタービン（図示せず）をバイパスするウェイストゲート流路２が設けられたタービンハウジング３と、ウェイストゲート流路２を開閉するウェイストゲートバルブ４とにより構成される。ウェイストゲートバルブ４は、レバー５を介して駆動軸６に固定され、駆動軸６の中心を通る軸線を中心に旋回することにより、ウェイストゲート流路２が開閉される。これにより、ウェイストゲートバルブ４を開いた状態で、駆動軸６に近い側で流路が狭く、駆動軸６から遠い側で流路が広くなる。また、本実施の形態に係るウェイストゲートバルブ４は、ウェイストゲート流路２の出口を開閉する弁体７と、弁体７がウェイストゲート流路２の出口を閉塞した場合にウェイストゲート流路２に収容される突起８とを有している。

ウェイストゲート流路２を流れた排ガスはウェイストゲート流路２の下流においてタービンを流れた排ガスと合流するため、ウェイストゲート流路２を流れる排ガスの流路断面積は急拡大する。排ガスの流路断面積の急拡大は圧力損失の要因となることが知られているが、これに関する知見が日本機械学会の「ガス体の管内高速流動に関する調査研究分科会研究報告書（１９７８）」に示されている。

これによれば、図２に示すように、流路急拡大の圧力損失のパラメータとして拡大面圧Ｐ_ｆが提案されている。拡大面圧Ｐ_ｆは、流路が急拡大であればあるほど小さい値となり、この値（拡大面圧Ｐ_ｆ）が小さい値となるほど排ガスの流れを乱すことになり、圧力損失は大きくなる。拡大面圧Ｐ_ｆは、下記の実験式（数式３）で表される。

ところで、数式１に示すように、拡大面圧Ｐ_ｆは、係数α、係数βの影響を受ける。図３及び図４に示すように、実験式の係数αと係数βは、面積比ψによって変化し、面積比ψ（Ａ_１／Ａ_２）＝０．２２以下で急激に変化する。したがって、拡大面圧Ｐ_ｆは、面積比ψが０．２２以下において大きく変化することになる。

一方、面積比ψ（Ａ_１／Ａ_２）が０．２２であるウェイストゲート流路２の出口に拡開部２Ａを設け、流路を拡大しても、面積比ψ（Ａ_３／Ａ_２）が０．２２以上となるので、図１に示すように、流路拡大の効果（圧力損失を低減する）は低減される。

また、加工の精度を考慮して、直径で０．５ｍｍの拡大を最小とし、面積比の差を０．０２（Ａ_１／Ａ_２−Ａ_３／Ａ_２）以上確保すると、Ａ_２に対するＡ_１の閾値は、下記の数式４により定められる。

尚、ここで、数式４の如く０．２とし、０．２２としなかったのは、図３及び図４に示すように、変曲点の位置が０．２２であり、急激な変化領域の面積比の差、約１割（０．２２×０．１＝０．０２）を差し引いたことによる。

数式４を流路直径に換算すると、直径Ｄ_１は下記の数式５により求められる。

ここで、Ａ_１＝（Ｄ_１／２）＾２×π、Ａ_２＝（Ｄ_２／２）＾２×π、Ａ_３＝（Ｄ_３／２）＾２×πであるから、
Ａ_１／Ａ_２≦０．２→Ｄ_１≦０．４４７Ｄ_２
Ａ_３／Ａ_２≦０．２２→Ｄ_３≦０．４６９Ｄ_２
Ｄ_３−Ｄ_１≧（０．４６９―０．４４７）Ｄ_２
Ｄ_３−Ｄ_１≧０．０２２×Ｄ_２
Ｄ_３−Ｄ_１≧０．０２２×Ｄ_１／０．４４７
Ｄ_３―Ｄ_１≧０．０４９Ｄ_１
これにより、Ｄ_１に対する拡開部２Ａの出口径Ｄ_３の関係性（拡大幅）は、下記の数式６により表される。

また、図３及び図４に示すように、変曲点における面積比ψ（Ａ_１／Ａ_２）が０．２２であることから流路直径に換算すると、Ｄ_１／Ｄ_２＝０．４６９となり、Ｄ_１＝０．４６９Ｄ_２と表すことができる。また、上述したように、加工の精度を考慮し、拡大幅の最小を０．５ｍｍとするため、ウェイストゲート流路２の径Ｄ_１はさらに０．５ｍｍ小さいものとなる。これにより、ウェイストゲート流路２の径Ｄ_１は、下記の数式７を満たすことが求められる。

以上要約すると、ウェイストゲート流路２の径Ｄ_１＜合流部の径Ｄ_２となるウェイストゲートバルブ装置１において、ウェイストゲート流路２の径Ｄ_１がＤ_１≦０．４７Ｄ_２−０．５を満たし、拡開部２Ａの出口径Ｄ_３がＤ_３≧１．０４９Ｄ_１を満たす場合に流路の急拡大が抑制され、圧力損失が低減される。したがって、圧力損失の低減により増加した流量の分だけウェイストゲート流路２の径Ｄ_１を小さくできる。これにより、ウェイストゲート流路２の径Ｄ_１を小さくした分だけウェイストゲートバルブ装置１の流量制御特性が良好となる。

［実施の形態１］
図５は、本発明の実施の形態１に係るウェイストゲートバルブ装置を示す模式図である。また、図６は、図５に示したウェイストゲートバルブ装置におけるウェイストゲートバルブの開度とウェイストゲート流路を流れる排ガスの質量流量との関係を示す図であり、図７は、図５に示したウェイストゲートバルブ装置におけるウェイストゲートバルブの開度とウェイストゲートバルブを支承する軸に作用する荷重との関係を示す図である。

図５に示すように、本発明の実施の形態１であるウェイストゲートバルブ装置１１は、タービン（図示せず）をバイパスするウェイストゲート流路１２が設けられたタービンハウジング１３と、ウェイストゲート流路１２を開閉するウェイストゲートバルブ１４とにより構成される。ウェイストゲートバルブ１４は、レバー１５を介して駆動軸１６に固定され、駆動軸１６の中心を通る軸線を中心に旋回することにより、ウェイストゲート流路１２は開閉される。これにより、ウェイストゲートバルブ１４を開いた状態で、駆動軸１６に近い側で流路が狭く、駆動軸１６に遠い側で広くなる。

ウェイストゲート流路１２の径Ｄ_１は、ウェイストゲートバルブ１４の全開時における排ガスの最大流量を確保しつつ、上述した数式７を満たすもので、例えば、ウェイストゲート流路１２を流れた排ガスとタービンを流れた排ガスとが合流する合流部の径Ｄ_２（図１参照）が１００ｍｍである場合には、ウェイストゲート流路１２の径Ｄ_１は、４４．６ｍｍ以下、例えば、４０ｍｍに設定される。したがって、本実施の形態１に係るウェイストゲート流路１２の径Ｄ_１は従前のものよりも小さくなるが、ウェイストゲートバルブ１４を駆動する駆動軸１６は従前のものと同じ位置に設置される。これにより、ウェイストゲート流路１２の位置は駆動軸１６に近づくことになる。

ウェイストゲート流路１２の出口には、拡開部１２Ａが設けられている。拡開部１２Ａは、ウェイストゲート流路１２の流路断面積を拡大するためのもので、拡開部１２Ａの出口径Ｄ_３は、上述した数式６を満たすもので、例えば、ウェイストゲート流路１２の径Ｄ_１が４０ｍｍである場合には、拡開部１２Ａの出口径Ｄ_３は、４１．９６ｍｍ以上、例えば、４２ｍｍに設定される。これにより、拡開部１２Ａは、図５に示すように漸次拡開される。尚、図５に示す例では、断面において曲線（Ｒ）をなすように漸次拡開されるが、これに限られるものではなく、断面において斜線をなすように漸次拡開されてもよい。

また、本発明の実施の形態１に係るウェイストゲートバルブ１４は、ウェイストゲート流路１２の出口を開閉する弁体１７と、弁体１７がウェイストゲート流路１２を閉塞した場合にウェイストゲート流路１２に収容される突起１８とを備える。弁体１７は、ウェイストゲート流路１２の出口（拡開部１２Ａの出口）を閉塞するのに十分な大きさを有する円盤状に形成されている。突起１８は、円錐台状に形成され、上述したように、弁体１７がウェイストゲート流路１２の出口を閉塞した場合にウェイストゲート流路１２に収容される一方、弁体１７がウェイストゲート流路１２を開いた場合にもウェイストゲート流路１２を流れた排ガスの流れの中に残り、微開時における排ガスの流量制御性を良好なものとする。したがって、突起１８の大きさは、ウェイストゲート流路１２の径Ｄ_１に合わせて設定されるが、ウェイストゲート流路１２に収容できる範囲で大きなものとすることにより、ウェイストゲートバルブ１４の微開時における流量制御性が良好なものとなる。

また、ウェイストゲートバルブ１４とウェイストゲートバルブ１４を駆動する駆動軸１６とは、従前のものと同様、レバー１５で接続されているが、ウェイストゲート流路１２が駆動軸１６に近づいた分だけ従前のものよりも短く形成されている。

本発明の実施の形態であるウェイストゲートバルブ装置１１は、ウェイストゲート流路１２の径Ｄ_１が上述した数式７を満たすとともに、ウェイストゲート流路１２の出口径Ｄ_３が上述した数式６を満たすことにより、圧力損失を低減できる。したがって、圧力損失の低減により増加した流量の分だけウェイストゲート流路１２の径Ｄ_１を小さくできる。これにより、図６に示すように、ウェイストゲート流路１２の径Ｄ_１を小さくした分だけウェイストゲートバルブ装置１１の微開時における流量制御特性が良好となる。また、弁体１７がウェイストゲート流路１２の出口を閉塞した場合にウェイストゲート流路１２に収容される一方、弁体１７がウェイストゲート流路１２を開いた場合にも排ガス流れの中に残る突起１８を備えるので、微開時における流量制御特性は相乗的に良好なものとなる。さらに、レバー１５が従前のものよりも短くて済むので、図７に示すように、レバー１５に作用する荷重が従前のものよりも小さなものとなり、流量制御特性はこれによっても良好なものとなる。

［実施の形態２］
図８は、本発明の実施の形態２に係るウェイストゲートバルブ装置を示す模式図であり、図９は、図８に示したウェイストゲートバルブを示す模式図である。本発明の実施の形態２であるウェイストゲートバルブ装置は、上述した本発明の実施の形態１であるウェイストゲートバルブ装置１１とウェイストゲートバルブ２４の突起２８Ａ，２８Ｂを除いて異なるところはない。したがって、本発明の実施の形態１であるウェイストゲートバルブ装置１１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図８及び図９に示すように、本発明の実施の形態２であるウェイストゲートバルブ装置２１は、ウェイストゲートバルブ２４に受圧部（第１の突起２８Ａ）と抑制部（第２の突起２８Ｂ）とを有する。

受圧部は、ウェイストゲートバルブ２４を開いた場合にウェイストゲートバルブ２４の駆動軸側に多めに圧力を受けるためのものである。本実施の形態２に係る受圧部は、図８に示すように、ウェイストゲートバルブ２４においてウェイストゲート流路１２に臨む面の駆動軸１６に近い側の領域に設けられた第１の突起２８Ａにより構成されている。第１の突起２８Ａは、抑制部（第２の突起２８Ｂ）との間に凹部を形成するように設けられ、図９に示すように、ウェイストゲート流路側から見た場合に円弧状に視認される。受圧部（第１の突起２８Ａ）は、ウェイストゲート流路１２を流れた排ガスの抵抗となることにより、ウェイストゲート２４の駆動軸側に圧力が作用する。

抑制部は、ウェイストゲートバルブ２４の微開時における流量変化量を抑制するためのものである。本実施の形態２に係る抑制部は、図８に示すように、ウェイストゲートバルブ２４においてウェイストゲート流路１２に臨む面の駆動軸１６に遠い側に設けられた第２の突起２８Ｂにより構成されている。第２の突起２８Ｂは、図９に示すように、ウェイストゲート流路側から見た場合に円錐台を略半分にした形状として視認される。第２の突起２８Ｂの高さは、ウェイストゲート流路径Ｄ_１の半分以下に設定されている。これは、第２の突起２８Ｂの高さがウェイストゲート流路径Ｄ_１の半分よりも大きいとウェイストゲートバルブ２４を開いた時にレバー１５に作用する荷重が過大となるためである。図８に示すように、第２の突起２８Ｂは、ウェイストゲートバルブ２４がウェイストゲート流路１２を開いた場合にもウェイストゲート流路１２を流れた排ガスの中に残り、ウェイストゲートバルブ２４の微開時における流量制御性を良好なものとする。

本発明の実施の形態２であるウェイストゲートバルブ装置２１は、ウェイストゲートバルブ２４を開いた場合にウェイストゲートバルブ２４の駆動軸側に圧力を多めに作用させることができるとともに、ウェイストゲートバルブ２４の微開時における流量変化量を抑制できる。これにより、排ガスの流量制御性を良好なものとすることができる。

［実施の形態３］
図１０は、本発明の実施の形態３に係るウェイストゲートバルブ装置を示す模式図であり、図１１は、図１０に示したウェイストゲートバルブを示す模式図である。本発明の実施の形態３であるウェイストゲートバルブ装置３１は、上述した本発明の実施の形態１であるウェイストゲートバルブ装置１１とウェイストゲートバルブ３４の突起３８を除いて異なるところはない。したがって、本発明の実施の形態１であるウェイストゲートバルブ装置１１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図１０及び図１１に示すように、本発明の実施の形態であるウェイストゲートバルブ装置３１は、ウェイストゲートバルブ３４に受圧部と抑制部とが一体となった突起３８を有する。

受圧部は、ウェイストゲートバルブ３４を開いた場合にウェイストゲートバルブ３４の駆動軸に多めに圧力を受けるためのものである。本発明の実施の形態３に係る突起３８において駆動軸１６に近い側が受圧部を構成する。受圧部は、図１１に示すように、ウェイストゲート流路側から見た場合に円柱を半分にした形状として視認される。

抑制部は、ウェイストゲートバルブ３４の微開時における流量変化量を抑制するためのものである。本実施の形態４に係る突起３８において駆動軸１６に遠い側が抑制部を構成する。抑制部は、図１１に示すように、ウェイストゲート流路側から見た場合に円錐台を半分にした形状として視認される。

突起３８の高さはウェイストゲート流路径Ｄ_１の半分以下に設定されている。これは、突起３８の高さがウェイストゲート流路径Ｄ_１の半分よりも大きいと、ウェイストゲートバルブ３４を開いたときにレバー１５に作用する荷重が過大となるためである。図１０に示すように、突起３８は、ウェイストゲートバルブ３４がウェイストゲート流路１２の出口を開いた場合にもウェイストゲート流路１２を流れた排ガスの中に残り、微開時における流量制御性が良好なものとなる。

本発明の実施の形態３であるウェイストゲートバルブ装置３１は、ウェイストゲートバルブ３４を開いた場合にウェイストゲートバルブ３４の駆動軸側に圧力を多めに作用させることができるとともに、ウェイストゲートバルブ３４の微開時における流量制御性を良好なものとすることができる。

［実施の形態４］
図１２は、本発明の実施の形態４に係るウェイストゲートバルブ装置を示す模式図であり、図１３は、図１２に示したウェイストゲートバルブを示す模式図である。本発明の実施の形態４であるウェイストゲートバルブ装置４１は、上述した本発明の実施の形態１であるウェイストゲートバルブ装置１１とウェイストゲートバルブ４４の突起４８Ａ，４８Ｂを除いて異なるところはない。したがって、本発明の実施の形態１であるウェイストゲートバルブ装置１１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図１２及び図１３に示すように、本発明の実施の形態４であるウェイストゲートバルブ装置４１は、ウェイストゲートバルブ４４に受圧部（第１の突起４８Ａ）と抑制部（第２の突起４８Ｂ）とを有する。

受圧部は、ウェイストゲートバルブ４４を開いた場合にウェイストゲートバルブ４４の駆動軸側に多めに圧力を受けるためのものである。本発明の実施の形態３に係る受圧部は、図１２に示すように、ウェイストゲートバルブ４４においてウェイストゲート流路１２に臨む面の近い側の領域に設けられた第１の突起４８Ａにより構成されている。第１の突起４８Ａは、抑制部（第２の突起４８Ｂ）との間に凹部を形成するように設けられ、図１３に示すように、ウェイストゲート流路側から見た場合に円弧状に視認される。受圧部（第１の突起４８Ａ）は、ウェイストゲート流路１２を流れた排ガスの抵抗となることにより、ウェイストゲート２４の駆動軸側に圧力が作用する。

抑制部は、ウェイストゲートバルブ４４の微開時における流量変化量を抑制するためのものである。本実施の形態４に係る抑制部は、図１２に示すように、ウェイストゲートバルブ４４においてウェイストゲート流路１２に臨む面の駆動軸１６から遠い側に設けられた第２の突起４８Ｂにより構成されている。第２の突起４８Ｂは、ウェイストゲートバルブ４４の中心を通る水平線を境に第１の突起４８Ａと対称に形成されている。したがって、第２の突起４８Ｂは、図１３に示すように、ウェイストゲート流路側から見た場合に円弧状に視認される。第２の突起４８Ｂの高さは、ウェイストゲート流路径Ｄ_１の半分以下に設定されている。これは、第２の突起４８Ｂの高さがウェイストゲート流路径Ｄ_１の半分よりも大きいと、ウェイストゲートバルブ４４を開いたときにレバー１５に作用する荷重が過大となるためである。図１３に示すように、第２の突起４８Ｂは、ウェイストゲートバルブ４４がウェイストゲート流路１２を開いた場合にもウェイストゲート流路１２を流れた排ガスの中に残り、微開時における流量制御性が良好なものとする。

本発明の実施の形態４であるウェイストゲートバルブ装置４１は、ウェイストゲートバルブ４４を開いた場合にウェイストゲートバルブ４４の駆動軸側に圧力を多めに作用させることができるとともに、ウェイストゲートバルブ４４の微開時における流量制御性を良好なものとすることができる。また、第２の突起４８Ｂは、ウェイストゲートバルブ４４の中心を通る水平線を境に第１の突起４８Ａと対称に形成されているので、ウェイストゲートバルブ４４の上下を考慮せずにウェイストゲートバルブ４４をレバー１５に組み付けることができる。

［実施の形態５］
図１４は、本発明の実施の形態５に係るウェイストゲートバルブ装置を示す模式図である。本発明の実施の形態５であるウェイストゲートバルブ装置５１は、上述した本発明の実施の形態１であるウェイストゲートバルブ装置１１とウェイストゲートバルブ５４の弁体５７を除いて異なるところはない。したがって、本発明の実施の形態１であるウェイストゲートバルブ装置１１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図１４に示すように、本発明の実施の形態５であるウェイストゲートバルブ装置５１は、ウェイストゲートバルブ５４に作用する荷重を減じるもので、弁体５７の着座する側の外周端部５７ａが曲面形状に形成されている。これにより、ウェイストゲート流路１２を流れた排ガスは、弁体５７の着座する側の外周端部５７ａに沿って流れることなり、ウェイストゲートバルブ５４に作用する荷重が減じられる。

本発明の実施の形態５であるウェイストゲートバルブ装置５１は、ウェイストゲートバルブ５４に作用する荷重を減じることができる。これにより、本発明の実施の形態であるウェイストゲートバルブ装置５１は、ウェイストゲートバルブ５４の微開時における流量制御性を良好なものとすることができる。

［実施の形態６］
図１５は、本発明の実施の形態６であるウェイストゲートバルブ装置を示す模式図であり、図１６は、図１５に示したウェイストゲートバルブを示す模式図である。本発明の実施の形態６であるウェイストゲートバルブ装置６１は、上述した本発明の実施の形態１であるウェイストゲートバルブ装置１１とウェイストゲートバルブ６４の突起６８を除いて異なるところはない。したがって、本発明の実施の形態１であるウェイストゲートバルブ装置１１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図１５及び図１６に示すように、本発明の実施の形態６であるウェイストゲートバルブ装置６１は、本発明の実施の形態１であるウェイストゲートバルブ装置１１と同様、ウェイストゲート流路１２に臨む面に突起６８が設けられている。本発明の実施の形態６に係る突起６８は、上述した本発明の実施の形態に係る突起６８に更に凹部６８ａが形成されている。

本発明の実施の形態６であるウェイストゲートバルブ装置６１は、ウェイストゲートバルブ６４を上述した実施の形態１であるウェイストゲートバルブ装置１１に係るウェイストゲートバルブ１４よりも軽くできる。また、凹部６８ａにより偏流が生じるため、ウェイストゲートバルブ６４の微開時における流量制御特性を向上できる。

［実施の形態７］
図１７は、本発明の実施の形態７であるウェイストゲートバルブ装置を示す模式図である。本発明の実施の形態７であるウェイストゲートバルブ装置７１は、上述した本発明の実施の形態１であるウェイストゲートバルブ装置１１とウェイストゲートバルブ７４の突起７８を除いて異なるところはない。したがって、本発明の実施の形態１であるウェイストゲートバルブと同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図１７に示すように、本発明の実施の形態７であるウェイストゲートバルブ装置７１は、本発明の実施の形態１であるウェイストゲートバルブ装置１１と同様、ウェイストゲート流路１２に臨む面に突起７８が設けられている。本発明の実施の形態７に係る突起７８は、上述した本発明の実施の形態１に係る突起１８の基部が拡大部の内周に沿って拡大する拡大部７８ａを有する。

本発明の実施の形態７であるウェイストゲートバルブ装置７１は、弁体１７と突起７８との境界部分に応力が集中する事態を回避することができる。

［実施の形態８］
図１８は、本発明の実施の形態８であるウェイストゲートバルブ装置を示す模式図である。図１８に示すように、本発明の実施の形態８であるウェイストゲートバルブ装置８１は、上述した本発明の実施の形態１であるウェイストゲートバルブ装置１１において、ウェイストゲートバルブ８４（弁体８７）はレバー８５に剛に固定されている。

本発明の実施の形態８であるウェイストゲートバルブ装置８１は、排ガスの漏れが少ない状態でウェイストゲートバルブ８４がチャタリング（微細な非常に速い機械的振動）する事態を防止できる。

［実施の形態９］
図１９は、本発明の実施の形態９であるウェイストゲートバルブ装置を示す模式図である。図１９に示すように、本発明の実施の形態９であるウェイストゲートバルブ装置９１は、ウェイストゲートバルブ９４のシール性（密閉性）の向上を目的としたもので、弁体９７には、ウェイストゲート流路１２を開閉する先端部９７Ａとレバー９５に取り付けられる基部９７Ｂとの間に弾性変形部を有する。本実施の形態９に係る弾性変形部は、スリット９７Ｃで構成されている。これにより、弁体９７の先端部９７Ａの剛性が低下され、ウェイストゲートバルブ９４がウェイストゲート流路１２を閉塞した場合に弁体１７の先端部９７Ａが撓むことになる（弾性変形）。

上述した本発明の実施の形態９であるウェイストゲートバルブ装置９１は、ウェイストゲートバルブ９４がウェイストゲート流路１２を閉塞した場合に弁体９７の先端部９７Ａが撓み、ウェイストゲートバルブ９４のシール性が確保される。

［実施の形態１０］
図２０は、本発明の実施の形態１０であるウェイストゲートバルブ装置を示す模式図であり、図２１は、駆動軸と駆動軸を支承するブッシュを示す模式図である。図２０に示すように、ウェイストゲートバルブ装置１０１は、タービンをバイパスするウェイストゲート流路が設けられたタービンハウジング（図示せず）と、ウェイストゲート流路を開閉するウェイストゲートバルブ１０４とにより構成される。ウェイストゲートバルブ１０４は、レバー１０５を介して駆動軸１０６の一端に固定され、駆動軸１０６の中心を通る軸線を中心に旋回することによりウェイストゲート流路は開閉される。駆動軸１０６の他端にはレバーピン１６１が設けられ、アクチュエータ１０９に設けられたロッド１９１が連結されている。これによりアクチュエータ１０９を駆動すると、ロッド１９１及びレバーピン１６１を介して駆動軸１０６が旋回し、ウェイストゲートバルブ１０４はウェイストゲート流路を開閉する。

ところで、本発明の実施の形態１０であるウェイストゲートバルブ装置１０１は、駆動軸１０６を支承するブッシュ１６２に駆動軸１０６が片当たりしないように、テーパ面１６３が設けられている。具体的には、図２１に示すように、駆動軸１０６が傾いても駆動軸１０６がテーパ面１６３で接するように、上下方向中央で内周が狭くなり、上下方向上方及び下方で内周が広くなるように形成してある。また、駆動軸１０６の上下方向中央に細くなる段部１６４を設け、狭くなる内周で駆動軸１０６が削られる事態を防いでいる。

本発明の実施の形態１０であるウェイストゲートバルブ装置１０１は、駆動軸１０６を支承するブッシュ１６２に駆動軸１０６が片当たりする状態を解消することができ、エッジ面圧の発生を防ぐことができる。

［実施の形態１１］
図２２は、本発明の実施の形態１１であるウェイストゲートバルブ装置を示す模式図である。図２２に示すように、ウェイストゲートバルブ装置１１１は、タービンをバイパスするウェイストゲートバルブ流路が設けられたタービンハウジング（図示せず）と、ウェイストゲート流路を開閉するウェイストゲートバルブ１１４とにより構成される。ウェイストゲートバルブ１１４は、レバー１１５を介して駆動軸１１６の一端に固定され、駆動軸１１６は、タービンハウジングに設けられたブッシュ１１６２に支承される。これにより、ウェイストゲートバルブ１１４は、駆動軸１１６の中心を通る軸線を中心に旋回することにより、ウェイストゲート流路を開閉する。駆動軸１１６の他端にはレバーピン１１６１が設けられ、アクチュエータ１１９に設けられたロッド１１９１が連結されている。レバーピン１１６１とアクチュエータ１１９とは、ウェイストゲートバルブ１１４に作用する排ガスの圧力方向とアクチュエータ１１９の作動方向とが一致するように配置されている。具体的には、図２２に示すように、レバーピン１１６１とアクチュエータ１１９とは、アクチュエータ１１９がロッド１１９１を押し出した時にウェイストゲートバルブ１１４がウェイストゲート流路を閉鎖するように配置される。

このように、アクチュエータ１１９がロッド１１９１を押し出した時にウェイストゲートバルブ１１４がウェイストゲート流路を閉鎖するようにレバーピン１１６１とアクチュエータ１１９１が配置されると、ウェイストゲートバルブ１１４に作用する排ガスの圧力方向とアクチュエータ１１９の作動方向とが一致する。これにより、駆動軸１１６１がブッシュ内で傾くことを防止できる。これにより、排ガスが駆動軸１１６とブッシュ１１６２との間に設けられたクリアランスを通りタービンハウジングの外部に漏れるのを抑制できる。

上述したように、本発明の実施の形態１であるウェイストゲートバルブ１１４は、ウェイストゲートバルブ１１４に作用する排ガスの圧力方向とアクチュエータ１１９の作動方向とが一致するので、駆動軸１１６がブッシュ内で傾くことを防止できる。これにより、排ガスが駆動軸１１６とブッシュ１１６２の間に設けられたクリアランスを通りタービンハウジングの外部に漏れることはない。また、これにより、駆動軸１１６とブッシュ１１６２の接触面積が増大し、駆動軸１１６の摩耗低減にも効果を発揮できる。

以上説明したように、本発明であるウェイストゲートバルブ装置は微開時における流量制御特性を良好なものとすることができるので、ターボチャージャによる過給エンジンにおいて排ガスの一部を分流させることによりタービンへの排ガスの流入量を調整するウェイストゲートバルブ装置に好適である。

１ ウェイストゲートバルブ装置
２ ウェイストゲート流路
２Ａ 拡開部
３ タービンハウジング
４ ウェイストゲートバルブ
５ レバー
６ 駆動軸
７ 弁体
８ 突起
Ｄ_１ ウェイストゲート流路の径
Ｄ_２ 合流部の流路径
Ｄ_３ ウェイストゲート流路の出口径
Ｐ_ｆ 拡大面圧
１１ ウェイストゲートバルブ装置
１２ ウェイストゲート流路
１２Ａ 拡開部
１３ タービンハウジング
１４ ウェイストゲートバルブ
１５ レバー
１６ 駆動軸
１７ 弁体
１８ 突起
２１ ウェイストゲートバルブ装置
２４ ウェイストゲートバルブ
２８Ａ 第１の突起
２８Ｂ 第２の突起
３１ ウェイストゲートバルブ装置
３４ ウェイストゲートバルブ
３８ 突起
４１ ウェイストゲートバルブ装置
４４ ウェイストゲートバルブ
４８Ａ 第１の突起（受圧部）
４８Ｂ 第２の突起（抑制部）
５１ ウェイストゲートバルブ装置
５４ ウェイストゲートバルブ
５７ 弁体
５７ａ 外周
６１ ウェイストゲートバルブ装置
６４ ウェイストゲートバルブ
６８ 突起
６８ａ 凹部
７１ ウェイストゲートバルブ装置
７４ ウェイストゲートバルブ
７８ 突起
７８ａ 拡大部
８１ ウェイストゲートバルブ装置
８４ ウェイストゲートバルブ
８５ レバー
８７ 弁体
９１ ウェイストゲートバルブ装置
９４ ウェイストゲートバルブ
９５ レバー
９７ 弁体
９７Ａ 先端部
９７Ｂ 基部
９７Ｃ スリット
１０１ ウェイストゲートバルブ装置
１０４ ウェイストゲートバルブ
１０５ レバー
１０６ 駆動軸
１６１ レバーピン
１６２ ブッシュ
１６３ テーパ面
１６４ 段部
１０９ アクチュエータ
１９１ ロッド
１１１ ウェイストゲートバルブ装置
１１４ ウェイストゲートバルブ
１１５ レバー
１１６ 駆動軸
１１６１ レバーピン
１１６２ ブッシュ
１１９ アクチュエータ
１１９１ ロッド

Claims (10)

1. 排ガスがタービンをバイパスするウェイストゲート流路が設けられたタービンハウジングと、
   前記ウェイストゲート流路の出口を開閉するウェイストゲートバルブと、
   により構成され、
   前記ウェイストゲートバルブは、
   前記ウェイストゲート流路の出口を開閉する弁体と、
   前記弁体が前記ウェイストゲート流路の出口を閉塞した場合に前記ウェイストゲート流路に収容される突起と、
   を有するウェイストゲートバルブ装置であって、
   前記ウェイストゲート流路は、前記ウェイストゲートバルブの全開時における排ガスの最大流量を確保しつつ、
   前記タービンを経由した排ガスが合流する合流部に対する前記ウェイストゲート流路の流路断面積比を０．２以下とし、
   さらに、前記ウェイストゲート流路の出口に、断面において曲線をなすように漸次拡開され、流路断面積が漸次拡大する拡開部を設け、
   前記突起は、
   前記ウェイストゲートバルブを開放した場合に前記ウェイストゲートバルブを支持する軸に近い側の領域で前記ウェイストゲート流路を流れる排ガスの圧力を受ける受圧部と、
   前記軸に遠い側の領域で前記ウェイストゲート流路を流れる排ガスの流れを抑制する抑制部と、
   を有し、
   前記ウェイストゲート流路側から見た場合に、前記受圧部は、前記抑制部との間に凹部を形成し円弧状に形成されたことを特徴とするウェイストゲートバルブ装置。
2. 前記ウェイストゲート流路の流路径Ｄ_１は、前記合流部の流路径Ｄ_２との関係において下記の数式１を満たすことを特徴とする請求項１に記載のウェイストゲートバルブ装置。
   

   
3. 前記拡開部の出口径Ｄ_３は、前記ウェイストゲート流路の流路径Ｄ_１との関係において下記の数式２を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のウェイストゲートバルブ装置
   

   
4. 前記抑制部は、円錐台を半分にした形状に形成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のウェイストゲートバルブ装置。
5. 前記ウェイストゲート流路側から見た場合に、前記抑制部は、円弧状に形成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のウェイストゲートバルブ装置。
6. 前記突起の基部は、前記拡開部の内周に沿って拡大する拡大部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のウェイストゲートバルブ装置。
7. 前記弁体の着座する側の外周端部は、曲面形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のウェイストゲートバルブ装置。
8. 前記弁体は、
   前記ウェイストゲート流路を開閉する先端部と基部との間に前記先端部を撓ませる弾性変形部を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のウェイストゲートバルブ装置。
9. 前記ウェイストゲートバルブが固定された駆動軸と、
   前記駆動軸を支承するブッシュと、
   を備え、
   前記ブッシュの内周面にテーパ面を形成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のウェイストゲートバルブ装置。
10. 一端に前記ウェイストゲートバルブが固定された駆動軸と、
    前記駆動軸を支承するブッシュと、
    前記駆動軸の他端に設けられたレバーピンと、
    前記レバーピンに連結されたロッドが設けられたアクチュエータと、
    を備え、
    前記ウェイストゲートバルブに作用する圧力方向と前記アクチュエータの作動方向とが一致するように、前記レバーピンと前記アクチュエータとを配置したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のウェイストゲートバルブ装置。

Images