JP6358690B2 - 排気流量制御弁、およびこれを備える2段過給システム - Google Patents
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Description
また、エンジンの高速運転域において、エンジンがオーバーブーストを起こす虞がある場合には、高圧段過給機と低圧段過給機の間に配置されている低圧段タービンバイパスバルブ(ウェイストゲートバルブ)の開度を調整することで、低圧段過給機に供給される排気ガスの流量を減少させるような制御が行われる。
排気流路を流れる排気ガスの流量を制御するための排気流量制御弁であって、
弁棒と、
前記弁棒を軸として回動する平板状の弁体と、
前記排気流路の一部を内部に画定する筒状の弁ハウジングであって、
前記弁体の開度が0度である閉弁状態において、前記弁体の外周部が当接する、前記排気流路の軸方向と交差する方向に沿って延在する弁座シート面、及び
前記弁体の開度が0度より大きい開弁状態において、前記弁体の前記外周部との間に前記排気ガスが通過する通過領域を画定する、前記排気流路の前記軸方向に沿って延在する流路面、
が内周面に形成されている弁ハウジングと、を備え、
前記弁体が前記全閉状態にあるときの前記弁体に最も近接する前記流路面の所定位置から、前記流路面の端部までの水平距離をL、
前記弁体が前記全閉状態にあるときの、前記弁体と前記流路面との最短距離をH1、
前記弁体が、前記弁体と前記流路面の前記端部との離間距離が最短となる所定の開弁状態にあるときの、前記弁体と前記流路面の前記端部との最短距離をH2、
とした場合に、式(1)及び(2)を満たすように構成される。
H1≦H2 ・・・(1)
0<H2/L<0.40・・・(2)
幾つかの実施形態では、0<H2/L<0.25を満たすように構成される。このように構成することで、上記実施形態と比べて、排気ガスの流量をさらに微細に制御することが出来る。
幾つかの実施形態では、0<H2/L<0.20を満たすように構成される。このように構成することで、上記実施形態と比べて、排気ガスの流量をさらにより微細に制御することが出来る。
エンジンと、
前記エンジンから排出される排気ガスが導入される排気マニホールドと、
前記排気マニホールドから排出される前記排気ガスが流れる排気系統と、
前記排気マニホールドから排出される前記排気ガスにより駆動するように構成された高圧段タービンを有する高圧段過給機と、
前記高圧段過給機よりも前記排気系統の下流側に配置され、前記高圧段過給機から排出される前記排気ガスによって駆動するように構成された低圧段タービンを有する低圧段過給機と、
上記(1)から(13)に記載の排気流量制御弁と、を備える2段過給システムであって、
前記排気系統は、前記高圧段タービンを迂回して、前記排気マニホールドと前記高圧段タービンの下流側とを接続する高圧側バイパス流路を含み、
前記排気流量制御弁は、前記高圧側バイパス流路を流れる前記排気ガスの流量を制御するように構成される。
エンジンと、
前記エンジンから排出される排気ガスが導入される排気マニホールドと、
前記排気マニホールドから排出される前記排気ガスが流れる排気系統と、
前記排気マニホールドから排出される前記排気ガスにより駆動するように構成された高圧段タービンを有する高圧段過給機と、
前記高圧段過給機よりも前記排気系統の下流側に配置され、前記高圧段過給機から排出される前記排気ガスによって駆動するように構成された低圧段タービンを有する低圧段過給機と、
上記(1)から(13)に記載の排気流量制御弁と、を備える2段過給システムであって、
前記排気系統は、前記低圧段タービンを迂回して、前記高圧段タービンの下流側と前記低圧段タービンの下流側とを接続する低圧側バイパス流路を含み、
前記排気流量制御弁は、前記低圧側バイパス流路を流れる前記排気ガスの流量を制御するように構成される。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
また、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する場合がある。
本発明の一実施形態にかかる排気流量制御弁1は、排気流路を流れる排気ガスの流量を制御するための排気流量制御弁であって、図1に示すように、弁棒2と、弁体3と、弁ハウジング4とを備えている。
弁体3は、平板状の部材であり、弁棒2に固定され、弁棒2を軸として回動するように構成されている。
弁ハウジング4は、排気流路の一部をその内部に画定する筒状の部材であって、その内周面には、弁座シート面41と流路面42とが形成されている。
流路面42は、図2〜図5に示すように、弁体3の開度が0度より大きい開弁状態(例えば、図2〜図5において符号Bで示した状態)において、弁体3の外周部31との間に排気ガスが通過する通過領域Rを画定する面であり、排気流路の軸方向ADに沿って延在している。
また、図示した実施形態では、流路面42は、排気流路の軸方向ADに対して平行な方向に延在しているが、流路面42の延在方向はこれに限定されない。少なくとも、排気流路の軸方向ADと流路面42の延在方向とのなす角度が、0度(平行)〜45度の範囲は、本発明の範囲に含まれる。
0<H2/L<0.40・・・(2)
図7に示すように、本発明の一実施形態では、最短距離H1が小さく設定されているため、そのグラフgの傾きの平均値H2/Lも比較形態と比べて小さい。これに対して比較形態では、最短距離H1´が大きく設定されているため、そのグラフg´の傾きの平均値H2´/L´も本発明の一実施形態と比べて大きくなっている。
さらに、本発明者らが検討したところでは、0<H2/L<0.25を満たすように構成されることで、上記実施形態よりも、排気ガスの流量をより微細に制御することが出来る。
さらに、本発明者らが検討したところでは、0<H2/L<0.20を満たすように構成されることで、上記実施形態よりも、排気ガスの流量をさらにより微細に制御することが出来る。
ここで、「凹み部」とは、図8に示すように、弁棒2の中心軸線CL1に対して直交する方向の断面視において、全閉状態において弁体3のシート面311を通過する仮想線Ibと、全閉状態において流路面42から最短距離H1だけ離間する弁体3の先端31aを通過し、且つ、仮想線Ibに対して直交する方向に延伸する仮想線Iaとで画定される仮想形状に対して凹んだ位置にある部分を指す。
幾つかの実施形態では、図2、図3、図5、及び図9の(a)、(b)に示すように、上述した凹み部312が、外周部31に形成されたR形状からなる。
このような実施形態によれば、開弁状態において通過領域Rを通過する排気ガスがR形状に沿って滑らかに流れるため、排気ガスの圧力損失を小さくすることが出来る。
図示した実施形態では、回動中心Oは、中心線CL3よりも距離dvだけ一方側に位置している。
図示した実施形態では、回動中心Oは、一方側の弁体3(3A)の厚み方向における中心線CL2aよりもdh1だけ下流側に位置し、且つ、他方側の弁体3(3B)の厚み方向における中心線CL2bよりもdh2だけ上流側に位置している。
本発明の一実施形態にかかる2段過給システム10は、図10に示すように、エンジン11と、エンジン11から排出される排気ガスが導入される排気マニホールド12と、排気マニホールド12から排出される排気ガスが流れる排気系統13と、排気マニホールド12から排出される排気ガスにより駆動するように構成された高圧段タービン141を有する高圧段過給機14と、高圧段過給機14よりも排気系統13の下流側に配置され、高圧段過給機14から排出される排気ガスによって駆動するように構成された低圧段タービン151を有する低圧段過給機15と、上述した実施形態にかかる排気流量制御弁1とを備える。
そして、上述した排気系統13は、高圧段タービン141を迂回して、排気マニホールド12と高圧段タービン141の下流側とを接続する高圧側バイパス流路132を含む。そして、上述した排気流量制御弁1は、高圧側バイパス流路132を流れる排気ガスの流量を制御する高圧段タービンバイパスバルブ(排気フロー制御バルブ)17として構成される。
本発明の一実施形態にかかるタービン過給機は、図12〜図15に示すように、例えば、高圧段タービン141と、高圧段タービン141を収容する高圧段タービンハウジング141hと、高圧段タービン141に供給される排気ガスの流量を制御するための高圧段タービンバイパスバルブ17とを備える、2段過給システム10における高圧段過給機14である。
2 弁棒
3 弁体
31 外周部
311 シート面
312 凹み部
313 側面
4 弁ハウジング
41 弁座シート面
42 流路面
42a 所定位置
42b 端部
4A 着座部
4Aa 一端面
4B 本体部
4Ba ボルト孔
4Bb バイパス開口
4Bc 接続流路開口
10 過給システム
11 エンジン
12 排気マニホールド
13 排気系統
131 低圧側バイパス流路
132 第2バイパス流路
133〜136 排気流路
14 高圧段過給機
141 高圧段タービン
141h 高圧段タービンハウジング
141ha 入口フランジ部
141hb 出口フランジ部
141ho 開口端
141hs 内周壁面
141hs1 平坦面
141hs2 段部
141hs3 拡幅部
141hs4 テーパー面
142 高圧段コンプレッサ
142h 高圧段コンプレッサハウジング
15 低圧段過給機
151 低圧段タービン
151h 低圧段タービンハウジング
151ha 入口フランジ部
151hb 出口フランジ部
151ho 開口端
151hs 内周壁面
151hs1 平坦面
151hs2 段部
151hs3 拡幅部
151hs4 テーパー面
152 低圧段コンプレッサ
152h 低圧段コンプレッサハウジング
16 低圧段タービンバイパスバルブ(ウェイストゲートバルブ)
16A 低圧段アクチュエータ
17 高圧段タービンバイパスバルブ(排気フロー制御バルブ)
17A 高圧段アクチュエータ
18 吸気系統
181〜185 吸気流路
186 吸気マニホールド
187 エアクーラ
188 インタークーラ
19 コンプレッサバイパス弁
R 通過領域
Claims (14)
- 排気流路を流れる排気ガスの流量を制御するための排気流量制御弁であって、
弁棒と、
前記弁棒を軸として回動する平板状の弁体と、
前記排気流路の一部を内部に画定する筒状の弁ハウジングであって、
前記弁体の開度が0度である閉弁状態において、前記弁体の外周部が当接する、前記排気流路の軸方向と交差する方向に沿って延在する弁座シート面、及び
前記弁体の開度が0度より大きい開弁状態において、前記弁体の前記外周部との間に前記排気ガスが通過する通過領域を画定する、前記排気流路の前記軸方向に沿って延在する流路面、
が内周面に形成されている弁ハウジングと、を備え、
前記弁体の前記外周部には、前記弁体の厚み方向における中心線よりも前記弁座シート面と当接するシート面側に、前記弁棒の中心軸線に対して直交する方向の断面視において、前記閉弁状態において前記弁体の前記シート面を通過する仮想線Ibと、前記閉弁状態において前記流路面から最短距離だけ離間する前記弁体の先端を通過し、且つ、前記仮想線Ibに対して直交する方向に延伸する仮想線Iaとで画定される仮想形状に対して凹んだ位置にある凹み部が形成されており、
前記弁体が前記閉弁状態にあるときの、前記弁体と前記流路面との最短距離をH1とした場合に、
前記最短距離H1は、前記弁体の前記外周部に前記凹み部が形成されていないと仮想した場合に、前記弁体が回動すると前記弁体の前記外周部の隅部が前記流路面と接触するような距離である
排気流量制御弁。 - 前記弁体の前記外周部には、前記弁体の厚み方向における中心線よりも前記弁座シート面と当接するシート面側に凹み部が形成されており、
前記凹み部の深さをdとした場合に、H1≦dの関係が成立するように構成される
請求項1に記載の排気流量制御弁。 - 前記凹み部が、前記外周部に形成されたR形状からなる
請求項2に記載の排気流量制御弁。 - 前記凹み部が、前記外周部に形成された平坦形状からなる
請求項2に記載の排気流量制御弁。 - 前記弁体が前記閉弁状態から前記開弁状態に移行するときに、前記弁体の前記外周部が前記排気流路の下流側に向かって回動する側を一方側、前記弁体の前記外周部が前記排気流路の上流側に向かって回動する側を他方側、とした場合に、
前記他方側に位置する前記弁体の前記外周部は、前記弁体の厚み方向における中心線よりも前記シート面と反対側がR形状に形成されている
請求項2から4の何れか一項に記載の排気流量制御弁。 - 前記流路面が、前記弁棒の中心軸線に対して直交する方向の断面視において、前記弁体が前記閉弁状態にあるときに前記弁体との距離が前記最短距離H1となる所定位置から前記流路面の端部に至るまで、前記排気流路の前記軸方向に対して平行な平行面からなる
請求項1から5の何れか一項に記載の排気流量制御弁。 - 前記流路面が、前記弁棒の中心軸線に対して直交する方向の断面視において、前記弁体が前記閉弁状態にあるときに前記弁体との距離が前記最短距離H1となる所定位置から前記流路面の端部に向かって外向きに直線状に延在する、前記排気流路の前記軸方向に対して傾斜する傾斜面からなる
請求項1から5の何れか一項に記載の排気流量制御弁。 - 前記流路面が、前記弁棒の中心軸線に対して直交する方向の断面視において、前記弁体が前記閉弁状態にあるときに前記弁体との距離が前記最短距離H1となる所定位置から前記流路面の端部に向かって内向きに曲線状に延在する曲面からなる
請求項1から5の何れか一項に記載の排気流量制御弁。 - 前記流路面が、前記弁体が前記閉弁状態から前記所定の開弁状態に至るまでの間、前記弁体と前記流路面との最短距離が一定距離に維持されるように構成される
請求項8に記載の排気流量制御弁。 - 前記弁棒の中心軸線に対して直交する方向の断面視において、前記弁体の回動中心が、前記弁体の高さ方向における中心線に対して偏心するように構成される
請求項1から9の何れか一項に記載の排気流量制御弁。 - 前記弁体が前記閉弁状態から前記開弁状態に移行するときに、前記弁体の前記外周部が前記排気流路の下流側に向かって回動する側を一方側、前記弁体の前記外周部が前記排気流路の上流側に向かって回動する側を他方側、とした場合に、
前記弁体の回動中心が、前記弁体の高さ方向における中心線よりも前記一方側に位置するように構成される
請求項10に記載の排気流量制御弁。 - 前記弁体が前記閉弁状態から前記開弁状態に移行するときに、前記弁体の前記外周部が前記排気流路の下流側に向かって回動する側を一方側、前記弁体の前記外周部が前記排気流路の上流側に向かって回動する側を他方側、とした場合に、
前記弁棒の中心軸線に対して直交する方向の断面視において、前記弁体の回動中心は、前記一方側の弁体の厚み方向における中心線よりも前記排気流路の下流側に位置し、且つ、前記他方側の弁体の厚み方向における中心線よりも前記排気流路の上流側に位置するように構成される
請求項1から11の何れか一項に記載の排気流量制御弁。 - エンジンと、
前記エンジンから排出される排気ガスが導入される排気マニホールドと、
前記排気マニホールドから排出される前記排気ガスが流れる排気系統と、
前記排気マニホールドから排出される前記排気ガスにより駆動するように構成された高圧段タービンを有する高圧段過給機と、
前記高圧段過給機よりも前記排気系統の下流側に配置され、前記高圧段過給機から排出される前記排気ガスによって駆動するように構成された低圧段タービンを有する低圧段過給機と、
請求項1から12の何れか一項に記載の排気流量制御弁と、を備える2段過給システムであって、
前記排気系統は、前記高圧段タービンを迂回して、前記排気マニホールドと前記高圧段タービンの下流側とを接続する高圧側バイパス流路を含み、
前記排気流量制御弁は、前記高圧側バイパス流路を流れる前記排気ガスの流量を制御するように構成される
2段過給システム。 - エンジンと、
前記エンジンから排出される排気ガスが導入される排気マニホールドと、
前記排気マニホールドから排出される前記排気ガスが流れる排気系統と、
前記排気マニホールドから排出される前記排気ガスにより駆動するように構成された高圧段タービンを有する高圧段過給機と、
前記高圧段過給機よりも前記排気系統の下流側に配置され、前記高圧段過給機から排出される前記排気ガスによって駆動するように構成された低圧段タービンを有する低圧段過給機と、
請求項1から12の何れか一項に記載の排気流量制御弁と、を備える2段過給システムであって、
前記排気系統は、前記低圧段タービンを迂回して、前記高圧段タービンの下流側と前記低圧段タービンの下流側とを接続する低圧側バイパス流路を含み、
前記排気流量制御弁は、前記低圧側バイパス流路を流れる前記排気ガスの流量を制御するように構成される
2段過給システム。
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