JP6670924B2 - 過給機および内燃機関 - Google Patents

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Description

この発明は、過給機および内燃機関に関する。
本願は、2016年2月29日に米国に出願された米国特許仮出願第62/300926号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
エンジンの過給を行う過給機であるターボチャージャーは、排気ガスを利用してタービンを駆動する。ターボチャージャーは、過給圧が高くなり過ぎることによる破損を防ぐため、排気ガスを迂回させるウェストゲート機構を有している。ウェストゲート機構は、ウェストゲートバルブを開放することで、タービンを介さずに排気ガスを系外に流すことができる。これにより、タービンに流入する排気ガスの流量を、ウェストゲートバルブの開度に応じて低減することができる(例えば特許文献1を参照)。ウェストゲート機構としては、フラップ式のウェストゲートバルブを用いる場合が多い。
独国特許出願公開第10 2013 002 894号明細書
しかし、前述の過給機では、排気ガスの効率的な利用の点で改善が要望されていた。
本発明の一態様は、上述した事情に鑑みたものであって、排気ガスを効率よく利用することができる過給機および内燃機関を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、排気ガスにより駆動されるタービンに通じる第1排気導入通路から前記排気ガスを導く第1流路を有する第1導入部と、前記タービンに通じる第2排気導入通路から前記排気ガスを導く第2流路を有する第2導入部と、前記第1流路および前記第2流路を通して前記排気ガスが導入されるチャンバーと、前記チャンバー内の排気ガスを系外に導く1または複数の導出流路を有する導出部と、前記チャンバーに収容された弁部材と、を備え、前記チャンバーは、前記第1流路に通じる第1導入ポートと、前記第2流路に通じる第2導入ポートと、前記導出流路に通じる1または複数の導出ポートと、を有し、前記チャンバー内の、前記弁部材の主面側にガスが流通可能な主流通空間が確保され、前記弁部材は、軸線を中心に回転自在であって、前記軸線周りの回転位置に応じて前記第1導入ポート、前記第2導入ポートおよび前記導出ポートを開閉可能であり、前記第1導入ポート、前記第2導入ポートおよび前記導出ポートのうち開放した2以上のポートを、前記主流通空間を通じて連通可能である、過給機を提供する。
前記弁部材は、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートとを、前記主流通空間を通じて連通可能であることが好ましい。
前記弁部材は、前記第1導入ポートおよび前記第2導入ポートと、前記導出ポートとを前記主流通空間を通じて連通可能であることが好ましい。
前記チャンバーは、前記軸線を中心軸とする円筒面である内周面を有し、前記弁部材は、前記主面とは反対側の背面として、前記軸線を中心軸とする円柱面である外周面を有し、前記弁部材の外周面には、ガスが流通可能な副流通空間を形成する切欠きが形成され、前記切欠きは、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートのうちいずれか一方と、前記導出ポートとを前記副流通空間を通じて連通可能であることが好ましい。
前記弁部材は、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートのうちいずれか一方と前記導出ポートとを前記主流通空間を通じて連通させるとともに、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートのうち他方と前記導出ポートとを前記副流通空間を通じて連通可能であることが好ましい。
前記複数の導出ポートは、第1導出ポートおよび第2導出ポートを含み、前記弁部材は、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートのうちいずれか一方と前記第1導出ポートとを前記主流通空間を通じて連通させるとともに、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートのうち他方と前記第2導出ポートとを前記副流通空間を通じて連通可能であることが好ましい。
前記過給機は、前記弁部材の主面に、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートのうち少なくともいずれか一方から前記導出ポートに流れるガスの流れ抵抗を調整するガイド凸部が形成されていてもよい。
前記過給機は、前記弁部材の主面に、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートのうち少なくともいずれか一方の一部を覆うことによって、そのポートからのガスの流量を調整する調整凸部が形成されていてもよい。
本発明の一態様は、排気ガスを導く第1流路を有する第1導入部と、排気ガスを導く第2流路を有する第2導入部と、前記第1流路および前記第2流路を通して前記排気ガスが導入されるチャンバーと、前記チャンバー内の排気ガスを系外に導く1または複数の導出流路を有する導出部と、前記チャンバーに収容された弁部材と、を備え、前記チャンバーは、前記第1流路に通じる第1導入ポートと、前記第2流路に通じる第2導入ポートと、前記導出流路に通じる1または複数の導出ポートと、を有し、前記チャンバー内の、前記弁部材の主面側にガスが流通可能な主流通空間が確保され、前記弁部材は、軸線を中心に回転自在であって、前記軸線周りの回転位置に応じて前記第1導入ポート、前記第2導入ポートおよび前記導出ポートを開閉可能であり、前記第1導入ポート、前記第2導入ポートおよび前記導出ポートのうち開放した2以上のポートを、前記主流通空間を通じて連通可能である、内燃機関を提供する。
本発明の一態様によれば、排気ガスを効率よく利用することができる。
第1実施形態に係る過給機の基本構造を示す図である。 第1実施形態に係る過給機の一部の概略構成を示す斜視図である。 第1実施形態に係る過給機の一部の概略構成を示す平面図である。 第1実施形態に係る過給機を模式的に示す断面図である。 第1実施形態に係る過給機の一部を示す斜視図である。 第1実施形態に係る過給機の一部を示す斜視図である。 第1実施形態に係る過給機のウェストゲートバルブを示す斜視図である。 第1実施形態に係る過給機の一部を模式的に示す断面図である。 第1実施形態に係る過給機の一部を模式的に示す断面図である。 第1実施形態に係る過給機の一部を模式的に示す断面図である。 第2実施形態に係る過給機の一部を模式的に示す断面図である。 第2実施形態に係る過給機の一部を模式的に示す断面図である。 第2実施形態に係る過給機の一部を模式的に示す断面図である。 第2実施形態に係る過給機の一部を模式的に示す断面図である。 第3実施形態に係る過給機の一部を模式的に示す断面図である。 第3実施形態に係る過給機の一部を模式的に示す断面図である。 第3実施形態に係る過給機の一部を模式的に示す断面図である。 第3実施形態に係る過給機の一部を模式的に示す断面図である。 第3実施形態に係る過給機の具体例の一部の概略構成を示す断面図である。 第3実施形態に係る過給機の具体例の一部の概略構成を示す断面図である。 第1実施形態に係る過給機の弁部材の第1変形例を模式的に示す断面図である。 前図の弁部材を示す斜視図である。 第1実施形態に係る過給機の弁部材の第2変形例を有する過給機を示す斜視図である。 第1実施形態に係る過給機の弁部材の第3変形例を有する過給機を示す断面図である。 前図の弁部材を示す斜視図である。 図24の過給機を示す断面図である。 図24の過給機を示す断面図である。 第4実施形態に係る過給機の一部の概略構成を示す斜視図である。 実施形態に係る内燃機関の一部の概略構成を示す図である。
(第1実施形態)
実施形態の過給機は、例えば、内燃機関としてレシプロエンジン(以下、単にエンジンと称する)を駆動源として有した自動車等の車両に搭載されている。この過給機は、エンジンの排気ガスを利用して吸気を圧縮する、いわゆるターボチャージャーである。前記エンジンは、1または複数(例えば4つ)のシリンダーを有する。
図1は、第1実施形態に係る過給機の基本構造を示す図である。
図1に示すように、過給機1は、コンプレッサー部2と、タービン部3と、軸受部4と、ウェストゲート機構5(ロータリー弁装置)と、備えている。
コンプレッサー部2は、エアクリーナー(図示せず)から導入された吸気を圧縮して、エンジン6のシリンダー7に送り込む。コンプレッサー部2は、コンプレッサーホイール8と、コンプレッサーハウジング9とを備えている。
コンプレッサーホイール8は、その軸線O1を中心に回転する。コンプレッサーホイール8は、その遠心力により、軸線O1方向から流入する吸気Aを、軸線を中心とした径方向の内側から外側に向かって圧縮しながら流す。コンプレッサーホイール8により圧縮された圧縮空気Bは、軸線O1を中心とする径方向において、コンプレッサーホイール8の外側に向かって排出される。
コンプレッサーハウジング9は、ホイール収容部10と、コンプレッサー導入部11と、コンプレッサー排出部12と、を備えている。ホイール収容部10は、コンプレッサーホイール8が回転可能な状態で外側から覆っている。コンプレッサー導入部11は、ホイール収容部10に対してコンプレッサーホイール8の回転中心の近くで連通している。コンプレッサー導入部11は、ホイール収容部10に対して軸線O1方向に吸気Aを導入する導入通路13を形成している。コンプレッサー排出部12は、コンプレッサーホイール8の径方向の外側でホイール収容部10と連通している。コンプレッサー排出部12は、インテークマニホールド14に接続されている。コンプレッサー排出部12は、圧縮空気Bを、インテークマニホールド14を介してエンジン6のシリンダー7へ導入する排出通路15を形成している。
タービン部3は、タービンホイール16(タービン)と、タービンハウジング17とを備えている。
タービンホイール16は、エンジン6から排出される排気ガスCの熱エネルギーの一部を回収して、その軸線O2回りに回転する。
タービンハウジング17は、タービンホイール収容部19と、排気導入部20と、排気排出部21と、を備えている。
タービンホイール収容部19は、タービンホイール16を、タービンホイール16が回転可能な状態で外側から覆っている。
排気導入部20は、エンジン6の排気ガスをタービンホイール収容部19へ導入する排気導入通路(高圧側の通路)20aを形成する。
タービンホイール収容部19は、タービンホイール16の径方向外側で排気導入部20と連通している。
排気排出部21は、コンプレッサーホイール8の回転中心の近くでタービンホイール収容部19に連通する排気排出通路(低圧側の通路)21aを形成する。
軸受部4は、回転軸18と、軸受ハウジング(図示せず)と、を備えている。
回転軸18は、タービンホイール16の回転を、コンプレッサーホイール8に伝達する。回転軸18は、その第一端部18aにタービンホイール16が固定され、その第二端部18bにコンプレッサーホイール8が固定されている。
軸受ハウジングは、回転軸18を外側から覆う。この軸受ハウジングは、回転軸18を回転自在に支持する軸受(図示せず)を有している。この軸受としては、例えば、すべり軸受や、転がり軸受などが例示できる。軸受ハウジングには、上述したコンプレッサーハウジング9およびタービンハウジング17がそれぞれ固定される。
ウェストゲート機構5は、タービンホイール16に向けて供給される排気ガスの流量を調整する。言い換えれば、ウェストゲート機構5は、余分な排気ガスを、タービンホイール収容部19を介さずに排気排出部21に流す。
図2は、過給機1の一部の概略構成を示す斜視図である。図3は、過給機1の一部の概略構成を示す平面図である。図4は、過給機1の一部を模式的に示す断面図であり、詳しくは、ウェストゲートバルブの軸線に直交する断面を模式的に示す図である。図5および図6は、過給機1の一部を示す斜視図である。
図2〜図4に示すように、排気導入部20は、渦巻き状に形成された第1排気導入部20Aと、渦巻き状に形成された第2排気導入部20Bとを有する。
第1排気導入部20Aは、第1排気導入通路20a1を形成する。第1排気導入部20Aは、例えば、エンジンの4つのシリンダーのうち第1シリンダーおよび第4シリンダー(図示略)からの排気ガスが導入される。
第2排気導入部20Bは、第2排気導入通路20a2を形成する。第2排気導入部20Bは、例えば、エンジンの4つのシリンダーのうち第2シリンダーおよび第3シリンダー(図示略)からの排気ガスが導入される。図2および図3に示すように、第2排気導入部20Bは、第1排気導入部20Aの径方向(タービンホイール16の径方向)の内方側に、第1排気導入部20Aに並んで設けられている。
過給機1は、2つの渦巻き状の排気導入部20A,20Bが径方向に並んで設けられた構造、いわゆる「ダブルスクロール」型の構造を有する過給機である。
図4〜図6に示すように、ウェストゲート機構5は、第1導入部31と、第2導入部32と、チャンバー23と、ウェストゲートバルブ24(弁部材)と、ウェストゲート導出部33(導出部)とを備えている。
図4に示すように、第1導入部31は、第1流路31aを形成する。第1導入部31は、第1排気導入部20Aとチャンバー23とに接続されている。第1導入部31は、第1排気導入通路20a1からの排気ガスを、第1流路31aを通してチャンバー23に導くことができる。
第2導入部32は、第2流路32aを形成する。第2導入部32は、第2排気導入部20Bとチャンバー23とに接続されている。第2導入部32は、第2排気導入通路20a2からの排気ガスを、第2流路32aを通してチャンバー23に導くことができる。
ウェストゲート導出部33は、導出流路33aを形成する。ウェストゲート導出部33は、チャンバー23と排気排出部21(図1参照)とに接続されている。ウェストゲート導出部33は、チャンバー23からの排気ガスを、導出流路33aを通して排気排出部21に導くことができる。
第1導入部31、第2導入部32、チャンバー23およびウェストゲート導出部33は、図1に示す排気導入部20と排気排出部21とを、タービンホイール収容部19を経由することなく連通させるバイパス路を形成する。
図4に示すように、チャンバー23は、軸線O3を中心軸とする円筒状に形成されている。チャンバー23は、ウェストゲートバルブ24を収容する収容空間25を有する。チャンバー23の内周面23aは、その軸線O3に直交する断面が円形に形成されている。すなわち、内周面23aは軸線O3を中心軸とする円筒面である。
なお、チャンバーの内周面は、軸線に直交する断面の少なくとも一部が円弧状に形成されていればよい。
チャンバー23は、第1導入ポート26、第2導入ポート27および導出ポート28を有している。第1導入ポート26、第2導入ポート27および導出ポート28は、それぞれ軸線O3方向に長い長孔とされている。第1導入ポート26と、第2導入ポート27と、導出ポート28とは、軸線O3周りの方向に異なる位置に形成されている。
第1導入ポート26には第1導入部31が接続されている。これにより、チャンバー23の収容空間25は、第1導入ポート26、第1流路31aを通して、第1排気導入部20Aの第1排気導入通路20a1に連通されている。
第2導入ポート27には第2導入部32が接続されている。これにより、チャンバー23の収容空間25は、第2導入ポート27、第2流路32aを通して、第2排気導入部20Bの第2排気導入通路20a2に連通されている。
導出ポート28には、ウェストゲート導出部33が接続されている。これにより、チャンバー23の収容空間25は、導出ポート28、導出流路33aを通して、排気排出部21の排気排出通路21a(図1参照)に連通されている。
ウェストゲートバルブ24は、チャンバー23の収容空間25に収容されている。ウェストゲートバルブ24は、チャンバー23によって軸線O4周りに回転可能に支持されている。ウェストゲートバルブ24は、後述するように、第1導入ポート26と、第2導入ポート27と、導出ポート28とのうち2以上の間の連通および非連通を切り替える。チャンバー23は、ウェストゲートバルブ24の弁箱として機能する。
図7は、ウェストゲートバルブ24を示す斜視図である。図7に示すように、ウェストゲートバルブ24は、弁本体29と、駆動突出部30とを有している。
弁本体29は、概略、軸線O4を中心軸とする円柱状である。弁本体29の外径は、チャンバー23の内径より僅かに小さい。弁本体29の側部には、流通凹部35が形成されている。流通凹部35内の空間を主流通空間36という。流通凹部35の底面を主面35aという。主面35aは、軸線O4に沿う平面であり、弁本体29の径方向に対して垂直な面である。主流通空間36は、主面35a側に確保された空間である。
図4に示すように、主面35aを通り、軸線O4に直交する弁本体29の断面は、直線状の主面35aと、円弧状の外周面29aとからなる弓形である。外周面29aは、主面35aに対して反対側の面、すなわち背面である。
図7に示すように、駆動突出部30は、弁本体29の軸線O4方向における2つの端面34のうち、一方の端面34に形成されている。駆動突出部30は、弁本体29の軸線O4の延長線に沿って端面34から突出している。
ウェストゲートバルブ24は、例えば、アクチュエータ(図示略)の動力により駆動突出部30を駆動させることによって、軸線O4周りに回転させることができる。
次に、図8〜図10を参照して、過給機1の動作について説明する。図8〜図10は、過給機1の一部を模式的に示す断面図である。
図8〜図10に示すように、ウェストゲートバルブ24は、軸線O4周りに回転自在であり、軸線O4周りの回転位置に応じて、第1導入ポート26、第2導入ポート27および導出ポート28のうち1または2以上を開閉可能である。以下、詳しく説明する。
図8に示すように、ウェストゲートバルブ24が第1位置P1にあるときには、流通凹部35の開放部が第1導入ポート26と重なることにより、第1導入ポート26は開放される。これにより、第1導入部31の第1流路31aと主流通空間36とは連通される。第1位置P1では、第2導入ポート27および導出ポート28は流通凹部35の開放部とは重ならないため、第2導入ポート27および導出ポート28は弁本体29の外周面29aによって閉止される。
ウェストゲートバルブ24が第1位置P1にあるときには、第1流路31aと第2流路32aとは分離されている。そのため、エンジン6の低回転時におけるタービン部3(図1参照)の出力を高めることができる。
図9に示すように、ウェストゲートバルブ24が第2位置P2にあるときには、流通凹部35の開放部が第1導入ポート26および第2導入ポート27と重なることにより、第1導入ポート26および第2導入ポート27は開放される。これにより、第1導入ポート26と第2導入ポート27とは主流通空間36を介して連通される。そのため、第1導入部31の第1流路31aと、第2導入部32の第2流路32aとは連通される。
第2位置P2では、導出ポート28は流通凹部35の開放部とは重ならないため、導出ポート28は弁本体29の外周面29aによって閉止される。そのため、主流通空間36は導出流路33aとは連通しない。よって、主流通空間36内の排気ガスは導出流路33aから排出されることはない。
第1位置P1から第2位置P2に移行する過程では、流通凹部35の開放部と第2導入ポート27との重なりが徐々に大きくなるため、第1流路31aと第2流路32aとを連通する流路の断面積(言い換えれば、弁開度)は徐々に大きくなる。
ウェストゲートバルブ24が第2位置P2にあるときには、第1流路31aと第2流路32aとは連通されている。2つの導入部(第1導入部31および第2導入部32)の流路(第1流路31aおよび第2流路32a)が連通されるため、エンジン6の高回転時におけるタービン部3(図1参照)の出力を高めることができる。
図10に示すように、ウェストゲートバルブ24が第3位置P3にあるときには、流通凹部35の開放部は第1導入ポート26および第2導入ポート27に加えて、導出ポート28の一部とも重なる。そのため、第1導入ポート26、第2導入ポート27および導出ポート28は開放される。これにより、第1導入ポート26および第2導入ポート27は、主流通空間36を介して導出ポート28と連通される。そのため、第1導入部31の第1流路31aおよび第2導入部32の第2流路32aは、ウェストゲート導出部33の導出流路33aと連通される。
第2位置P2から第3位置P3に移行する過程では、流通凹部35の開放部と導出ポート28との重なりが徐々に大きくなるため、第1流路31aおよび第2流路32aと、導出流路33aとを連通する流路の断面積(言い換えれば、弁開度)は徐々に大きくなる。
ウェストゲートバルブ24が第3位置P3にあるときには、第1流路31aと第2流路32aとが連通されることに加えて、流路31a,32aと導出流路33aとが連通される。そのため、第1排気導入通路20a1および第2排気導入通路20a2(図4参照)内の排気ガスを、主流通空間36、導出ポート28、導出流路33a、および排気排出通路21aを通して系外に排出することができる。よって、タービン部3(図1参照)の出力を調節し、過給圧を調整することができる。
前述のとおり、図8に示すように、過給機1は、エンジン6(図1参照)の回転数が低く、排気ガスの流量が少ない状態において、ウェストゲートバルブ24を第1位置P1とすることにより、第1流路31aと第2流路32aとを分離することができる。そのため、エンジン6(図1参照)の低回転時におけるタービン部3(図1参照)の出力を高めることができる。
図9に示すように、エンジン6の回転数が高くなり、排気ガスの流量が多くなった場合、ウェストゲートバルブ24を第2位置P2とすることにより、第1流路31aと第2流路32aとを連通させることができる。これにより、ダブルスクロール型(図2および図3参照)を採用するにもかかわらず、エンジン6(図1参照)が高回転のときにタービン部3の効率を高めることができる。
図10に示すように、過給圧力が高くなりすぎてしまった場合には、ウェストゲートバルブ24を第3位置P3とし、排気ガスの一部を導出流路33a、排気排出通路21a(図1参照)を通して系外に排出することができる。これにより、過給圧を調整すると共に、タービン部3の入口圧力を低減することが可能となる。
このように、過給機1は、1つのウェストゲート機構5によって、第1流路31aと第2流路32aとの連通(図9参照)と、排気ガスの排出(図10参照)との両方が可能となる。そのため、装置構造を簡略化し、装置の小型化およびコスト低減を図ることができる。したがって、過給機1では、簡略な構造でありながら、前述のように排気ガスを効率よく利用することができる。
過給機1では、チャンバー23内で軸線O4周りに回転可能なウェストゲートバルブ24を使用する。そのため、フラップ式のウェストゲートバルブを用いる過給機に比べて、バルブ開閉に伴う騒音を低減できる。また、ウェストゲートバルブ24は、軸線O4周りの回転によってポートを開閉するため、ウェストゲートバルブ24の偏摩耗が起こりにくい。ウェストゲートバルブ24は、バルブ動作の制御性の点でも、フラップ式のウェストゲートバルブに比べて優れている。
(第2実施形態)
図11は、第2実施形態に係る過給機101の一部を模式的に示す断面図であり、詳しくは、ウェストゲートバルブ124の軸線に直交する断面を模式的に示す図である。以下、既出の実施形態との共通構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
過給機101は、ウェストゲートバルブ124の弁本体129の外周面129aに、切欠き130が形成されている点で、図8等に示す第1実施形態の過給機1と異なる。
切欠き130は、ウェストゲートバルブ124の軸線O4に直交する断面が湾曲凹状となる内面130aを有する。内面130aの断面形状は、例えば円弧状、楕円弧状などである。内面130aの断面形状は、切欠き130内にガスが流通可能であれば特に限定されず、矩形状、V字状などでもよい。切欠き130は、軸線O4方向に沿って形成されている。切欠き130の内部空間である副流通空間131は、ガスが流通可能である。
次に、図11〜図14を参照して、過給機101の動作について説明する。
図11に示すように、ウェストゲートバルブ124が第1位置P4にあるときには、流通凹部35の開放部が第1導入ポート26と重なることにより、第1導入ポート26は開放される。第2導入ポート27および導出ポート28は弁本体29の外周面29aによって閉止される。そのため、エンジン6の低回転時におけるタービン部3(図1参照)の出力を高めることができる。
図12に示すように、ウェストゲートバルブ124が第2位置P5にあるときには、流通凹部35の開放部は、第1導入ポート26、および導出ポート28の一部と重なる。そのため、第1導入ポート26、および導出ポート28の一部は流通凹部35により開放される。これにより、第1導入ポート26は、主流通空間36を介して導出ポート28と連通される。そのため、第1導入部31の第1流路31aは、主流通空間36を介してウェストゲート導出部33の導出流路33aと連通される。
第2位置P5では、切欠き130の開放部が第2導入ポート27の一部および導出ポート28の一部と重なることにより、第2導入ポート27の一部および導出ポート28の一部は切欠き130により開放される。これにより、第2導入ポート27と導出ポート28とは副流通空間131を介して連通される。そのため、第2導入部32の第2流路32aと、ウェストゲート導出部33の導出流路33aとは連通される。
第2位置P5では、流通凹部35の開放部は第2導入ポート27とは重ならず、かつ切欠き130の開放部は第1導入ポート26とは重ならないため、第1導入ポート26と、第2導入ポート27とは連通していない。
ウェストゲートバルブ124が第2位置P5にあるときには、第1流路31aと導出流路33aとが主流通空間36を介して連通されるため、第1排気導入通路20a1(図4参照)内の排気ガスを、第1流路31a、主流通空間36、導出ポート28、導出流路33a、および排気排出通路21a(図1参照)を通して系外に排出することができる。また、第2流路32aと導出流路33aとが副流通空間131を介して連通されるため、第2排気導入通路20a2(図4参照)内の排気ガスを、第2流路32a、副流通空間131、導出ポート28、導出流路33a、および排気排出通路21a(図1参照)を通して系外に排出することができる。
第2位置P5では、排気ガスを導出流路33aに流すことができるため、タービン部3の出力を調節し、過給圧を調整することができる。
これに加え、第2位置P5では、第1導入ポート26と第2導入ポート27とが連通しない状態で、第1流路31aおよび第2流路32aからの排気ガスを導出流路33aに導くことができる。これにより、導出流路33aに導かれる排気ガスの量を多くすることができるため、下流側にある触媒(図示略)を効率よく加温し、前記触媒の活性化を促すことができる。
図13に示すように、ウェストゲートバルブ124が第3位置P6にあるときには、流通凹部35の開放部が第1導入ポート26および第2導入ポート27と重なることにより、第1導入ポート26および第2導入ポート27は開放される。これにより、第1導入ポート26と第2導入ポート27とは主流通空間36を介して連通される。そのため、第1導入部31の第1流路31aと、第2導入部32の第2流路32aとは連通される。
第3位置P6では、導出ポート28は弁本体29の外周面29aによって閉止される。そのため、主流通空間36は導出流路33aとは連通しない。よって、主流通空間36内の排気ガスは導出流路33aから排出されることはない。
第3位置P6では、第1流路31aと第2流路32aとが連通されているため、エンジン6の高回転時におけるタービン部3の出力を高めることができる。
図14に示すように、ウェストゲートバルブ124が第4位置P7にあるときには、第1導入ポート26、第2導入ポート27および導出ポート28は流通凹部35により開放される。これにより、第1導入ポート26および第2導入ポート27は、主流通空間36を介して導出ポート28と連通される。
ウェストゲートバルブ124が第4位置P7にあるときには、第1流路31aと第2流路32aとが連通されることに加えて、流路31a,32aと導出流路33aとが連通される。そのため、第1排気導入通路20a1および第2排気導入通路20a2(図4参照)内の排気ガスを、主流通空間36、導出ポート28、導出流路33a、および排気排出通路21a(図1参照)を通して系外に排出することができる。よって、エンジン6の高回転時におけるタービン部3の出力を高めることができる。さらに、タービン部3(図1参照)の出力を調節し、過給圧を調整することができる。
過給機101では、上述のように、図12に示す第2位置P5において、第1導入ポート26と第2導入ポート27とが連通しない状態で、第1流路31aおよび第2流路32aからの排気ガスを導出流路33aに導くことができる。これにより、導出流路33aに導かれる排気ガスの量を多くすることができるため、下流側にある触媒(図示略)を効率よく加温し、前記触媒の活性化を促すことができる。
(第3実施形態)
図15は、第3実施形態に係る過給機201の一部を模式的に示す断面図であり、詳しくは、ウェストゲートバルブ124の軸線に直交する断面を模式的に示す図である。以下、既出の実施形態との共通構成については同じ符号を付してその説明を省略する。
過給機201は、ウェストゲート導出部33に代えて、2つのウェストゲート導出部133A,133B、すなわち第1ウェストゲート導出部133Aおよび第2ウェストゲート導出部133Bを有する点で、図11等に示す第2実施形態の過給機101と異なる。第1ウェストゲート導出部133Aは、導出ポート28の一部(第1導出ポート28A)に接続される。第2ウェストゲート導出部133Bは、導出ポート28の他部(第2導出ポート28B)に接続される。第1ウェストゲート導出部133Aは、第1導出流路133Aaを形成する。第2ウェストゲート導出部133Bは、第2導出流路133Baを形成する。第1導出流路133Aaと第2導出流路133Baとは互いに独立している。
次に、図15〜図18を参照して、過給機201の動作について説明する。
図15に示すように、ウェストゲートバルブ124が第1位置P8にあるときには、第1導入ポート26は流通凹部35により開放される。第2導入ポート27および導出ポート28は弁本体29の外周面29aによって閉止される。
図16に示すように、ウェストゲートバルブ124が第2位置P9にあるときには、第1導入ポート26、および導出ポート28の一部(第1導出ポート28A)は流通凹部35により開放される。これにより、第1導入ポート26は、主流通空間36を介して導出ポート28の一部(第1導出ポート28A)と連通される。そのため、第1導入部31の第1流路31aは、主流通空間36を介して第1ウェストゲート導出部133Aの第1導出流路133Aaと連通される。
第2位置P9では、第2導入ポート27、および導出ポート28の他部(第2導出ポート28B)は切欠き130により開放される。これにより、第2導入ポート27は、導出ポート28は、副流通空間131を介して導出ポート28の他部(第2導出ポート28B)と連通される。そのため、第2導入部32の第2流路32aは、副流通空間131を介して第2ウェストゲート導出部133Bの第2導出流路133Baと連通される。第2位置P9では、第1導入ポート26と、第2導入ポート27とは連通していない。
ウェストゲートバルブ124が第2位置P9にあるときには、第1流路31aと第1導出流路133Aaとが主流通空間36を介して連通されるため、第1排気導入通路20a1(図4参照)内の排気ガスを、主流通空間36、導出ポート28(第1導出ポート28A)、第1導出流路133Aa、および排気排出通路21a(図1参照)を通して系外に排出することができる。また、第2流路32aと第2導出流路133Baとが副流通空間131を介して連通されるため、第2排気導入通路20a2(図4参照)内の排気ガスを、副流通空間131、導出ポート28(第2導出ポート28B)、第2導出流路133Ba、および排気排出通路21a(図1参照)を通して系外に排出することができる。
第2位置P9では、タービン部3の出力を調節し、過給圧を調整することができる。
第2位置P9においては、第1導入ポート26と第2導入ポート27とが連通しない状態で、第1流路31aおよび第2流路32aからの排気ガスを、それぞれ導出流路133Aa,133Baに導くことができる。導出流路133Aa,133Baは互いに独立しているため、2つの導出流路133Aa,133Ba間の漏れ流れを防ぎ、排気ガスの排出量を増やすことができる。よって、排気ガスによって下流側の触媒(図示略)をさらに効率よく加温し、前記触媒の活性化を促すことができる。
図17に示すように、ウェストゲートバルブ124が第3位置P10にあるときには、第1導入ポート26および第2導入ポート27は開放される。これにより、第1導入ポート26と第2導入ポート27とは主流通空間36を介して連通されるため、第1導入部31の第1流路31aと、第2導入部32の第2流路32aとは連通される。
第3位置P10では、導出ポート28は弁本体29の外周面29aによって閉止される。
第3位置P10では、第1流路31aと第2流路32aとは連通されているため、エンジン6の高回転時におけるタービン部3の出力を高めることができる。
図18に示すように、ウェストゲートバルブ124が第4位置P11にあるときには、第1導入ポート26、第2導入ポート27および導出ポート28は流通凹部35により開放される。これにより、第1導入ポート26および第2導入ポート27は、主流通空間36を介して導出ポート28と連通される。
ウェストゲートバルブ124が第4位置P11にあるときには、第1流路31aと第2流路32aとが連通されることに加えて、流路31a,32aと導出流路133Aa,133Baとが連通される。そのため、第1排気導入通路20a1および第2排気導入通路20a2(図4参照)内の排気ガスを、主流通空間36、導出ポート28、導出流路133Aa,133Ba、および排気排出通路21a(図1参照)を通して系外に排出することができる。よって、エンジン6の高回転時におけるタービン部3の出力を高めることができる。さらに、タービン部3(図1参照)の出力を調節し、過給圧を調整することができる。
過給機201では、上述のように、図16に示す第2位置P9において、第1導入ポート26と第2導入ポート27とが連通しない状態で、第1流路31aおよび第2流路32aからの排気ガスを、それぞれ導出流路133Aa,133Baに導くことができる。導出流路133Aa,133Baは互いに独立しているため、2つの導出流路133Aa,133Ba間の漏れ流れを防ぎ、排気ガスの排出量を増やすことができる。よって、排気ガスによって下流側の触媒(図示略)をさらに効率よく加温し、前記触媒の活性化を促すことができる。
図19および図20は、過給機201の具体例の一部の概略構成を示す断面図である。
図19に示すように、過給機201は、第1ウェストゲート導出部133Aおよび第2ウェストゲート導出部133Bを有する。第1ウェストゲート導出部133Aは、導出ポート28の一部(第1導出ポート28A)に接続される。第2ウェストゲート導出部133Bは、導出ポート28の他部(第2導出ポート28B)に接続される。
この図では、ウェストゲートバルブ124は第1位置P8にある(図15参照)。第1導入ポート26は流通凹部35により開放される。第2導入ポート27および導出ポート28は弁本体29の外周面29aによって閉止される。
図20に示すように、ウェストゲートバルブ124が第2位置P9(図16参照)にあるときには、第1導入ポート26、および導出ポート28の一部(第1導出ポート28A)は流通凹部35により開放される。第2導入ポート27、および導出ポート28の他部(第2導出ポート28B)は切欠き130により開放される。第2位置P9では、第1導入ポート26と、第2導入ポート27とは連通していない。そのため、第1流路31aと第1導出流路133Aaとが主流通空間36を介して連通され、かつ、第2流路32aと第2導出流路133Baとが副流通空間131を介して連通される。
図21は、第1実施形態に係る過給機1のウェストゲートバルブ24の第1変形例であるウェストゲートバルブ24Aを模式的に示す断面図である。図21は、軸線O4に直交する断面を示す図である。図22は、ウェストゲートバルブ24Aを示す斜視図である。
図21および図22に示すように、ウェストゲートバルブ24Aは、弁本体29Aの主面35aに、ガイド凸部37が形成されている点で、図7および図8に示すウェストゲートバルブ24と異なる。
図22に示すように、ガイド凸部37は、主面35aから突出して形成されている。ガイド凸部37は、軸線O4方向にわたって一定の突出高さとされている。
図21に示すように、ガイド凸部37の、軸線O4に直交する断面は、頂点37aから、主面35aの両側縁35a1,35a2に向かって徐々に高さを減じる形状である。ガイド凸部37の頂点37aを含む稜線37bから、主面35aの一方の側縁35a1に至る面をガイド面38という。ガイド面38は、軸線O4に直交する断面が湾曲凹状となる面である。ガイド面38の断面形状は、例えば円弧状、楕円弧状などである。
図21では、ウェストゲートバルブ24Aの軸線O4周りの位置(周方向位置)は、第1導入ポート26、第2導入ポート27および導出ポート28が流通凹部35により開放される位置である。ガイド面38は、ウェストゲートバルブ24Aの径方向に対し傾斜している。図21に示す位置において、ウェストゲートバルブ24Aのガイド面38の傾斜方向は、径方向外方に行くほど主面35aに対する突出高さを減じつつ、導出ポート28に近づく方向である。
この構成により、第1導入ポート26および第2導入ポート27から主流通空間36に流入した排気ガスは、ガイド凸部37のガイド面38の影響を受けつつ、導出ポート28に向かう。例えば、第1導入ポート26から主流通空間36に流入した排気ガスの一部は、稜線37bから側縁35a1に向かってガイド面38に沿って流れることにより流れを整えられつつ、導出ポート28に向かう。そのため、前記排気ガスは、流れ抵抗が小さくなり、スムーズに導出ポート28に向かって流れる。ガイド凸部37は、第2導入ポート27から導出ポート28に流れる排気ガスの流れ抵抗にも影響を及ぼす。このように、ガイド凸部37は、第1導入ポート26と第2導入ポート27の少なくとも一方から導出ポート28に流れる排気ガスの流れ抵抗を調整することができる。よって、第1導入ポート26から流入する排気ガスの流量、第2導入ポート27から流入する排気ガスの流量、および、これらの流量の比率を調整することができる。
図23は、第1実施形態に係る過給機1のウェストゲートバルブ24の第2変形例であるウェストゲートバルブ24Bを示す斜視図である。
図23に示すように、ウェストゲートバルブ24Bは、弁本体29Bにガイド凸部37Bが形成されている。ウェストゲートバルブ24Bは、ガイド凸部37Bが、軸線O4に沿う一方向に徐々に突出高さを減じる点で、図22に示すウェストゲートバルブ24Aと異なる。
ウェストゲートバルブ24Bは、ガイド凸部37Bの形状に応じて、排気ガスの流れを整える効果を調整することができる。
図24は、第1実施形態に係る過給機1のウェストゲートバルブ24の第3変形例であるウェストゲートバルブ24Cを有する過給機を示す断面図である。図25は、ウェストゲートバルブ24Cを示す斜視図である。図26は、ウェストゲートバルブ24Cを有する過給機を示す断面図であり、図24のI−I断面図である。図27は、ウェストゲートバルブ24Cを有する過給機を示す断面図であり、図24のII−II断面図である。
図24および図25に示すように、ウェストゲートバルブ24Cは、弁本体29Cの主面35aに、調整凸部40が形成されている点で、図7および図8に示すウェストゲートバルブ24と異なる。調整凸部40は、主面35aのうち、長さ方向(軸線O4に沿う方向)の一部、詳しくは軸線O4に沿う方向の一方の端部を含む領域に形成されている。
図27に示すように、軸線O4に直交する調整凸部40の断面は、円弧状の外周面40aと、湾曲凹状の内面40bとを有する形状である。外周面40aは、軸線O4を中心軸とする円柱面であって、弁本体29Cの外周面29Caから連続して形成されている。内面40bは、主面35aの一方の側縁35a1から他方の側縁に向かって徐々に高さを増す形状である。内面40bは、軸線O4に直交する断面が湾曲凹状となる面である。内面40bの断面形状は、例えば円弧状、楕円弧状などである。
図25に示すように、ウェストゲートバルブ24Cの弁本体29Cのうち、調整凸部40が形成された部分を第1部分29C1といい、調整凸部40が形成されていない部分を第2部分29C2という。
図26に示すように、ウェストゲートバルブ24Cは、第2部分29C2において、第1導入ポート26が主流通空間36を介して導出ポート28と連通し、第2導入ポート27が副流通空間131を介して導出ポート28と連通する位置をとることができる。この際、図27に示すように、ウェストゲートバルブ24Cは、第1部分29C1においては、調整凸部40の外周面40aが第1導入ポート26の一部を覆う。そのため、第1導入ポート26からチャンバー23(主流通空間36)へのガスの流入量を調整することができる。
ウェストゲートバルブ24Cは、調整凸部40の外周面40aが第2導入ポート27の一部を覆う位置に配置すれば、第2導入ポート27からチャンバー23(主流通空間36)へのガスの流入量を調整することができる。
なお、調整凸部は、第1導入ポートと第2導入ポートの両方について一部を覆うことができるように形成することもできる。この構成によれば、第1導入ポートおよび第2導入ポートからチャンバーへのガスの流入量を調整することができる。
(第4実施形態)
図28は、第4実施形態に係る過給機301の一部の概略構成を示す斜視図である。
過給機301の排気導入部320は、渦巻き状に形成された第1排気導入部320Aと、渦巻き状に形成された第2排気導入部320Bとを有する。第1排気導入部320Aと第2排気導入部320Bとは、軸方向(タービンホイール16の軸方向)に並んで設けられている。
過給機301は、2つの渦巻き状の排気導入部320A,320Bが軸方向に並んで設けられた構造、いわゆる「ツインスクロール」型の構造を有する過給機である。
過給機301は、過給機1(図2参照)と同様に、ウェストゲート機構5(図1参照)を設けることができる。ウェストゲート機構5は、例えば、第1導入部31(図4参照)が第1排気導入部320Aに接続され、第2導入部32(図4参照)が第2排気導入部320Bに接続される。
図29は、実施形態に係る内燃機関400の一部の概略構成を示す図である。
図29に示すように、内燃機関400は、エンジン406と、第1導入部431と、第2導入部432と、チャンバー23と、バルブ24(弁部材)と、ウェストゲート導出部433と、過給機401とを備えている。
第1導入部431は第1流路431aを形成する。第1導入部431には、第1導入管路441および第4導入管路444が接続されている。第1導入管路441には、エンジン406の4つのシリンダーのうち第1シリンダー(図示略)が接続されており、第4導入管路444には第4シリンダー(図示略)が接続されている。
第2導入部432は第2流路432aを形成する。第2導入部432には、第2導入管路442および第3導入管路443が接続されている。第2導入管路442には、エンジン406の4つのシリンダーのうち第2シリンダー(図示略)が接続されており、第3導入管路443には第3シリンダー(図示略)が接続されている。
ウェストゲート導出部433は、導出流路433aを形成する。
内燃機関400は、エンジン406から第1流路431aおよび第2流路432aを通して導かれた排気ガスを、チャンバー23、導出流路433aを通して系外に排出することができる。
内燃機関400では、バルブ24を第1位置P1(図8参照)、第2位置P2(図9参照)、および第3位置P3(図10参照)のうちいずれかに配置させることによって、排気ガスの流れを調整することができる。
以上、本発明の詳細について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、図4等に示す過給機1は、2つの導入部(第1導入部31および第2導入部32)を有するが、実施形態の過給機では、導入部の数は2以上の任意の数であればよい。
図12に示す過給機101では、第1導入ポート26が主流通空間36を介して導出ポート28と連通可能であり、第2導入ポート27が副流通空間131を介して導出ポート28と連通可能である。実施形態の過給機は、逆に、第1導入ポートが副流通空間131を介して導出ポートと連通可能であり、第2導入ポートが主流通空間を介して導出ポートと連通可能であってもよい。
前記弁部材は、第1導入ポートを開閉可能に構成することができる。
前記弁部材は、第1導入ポート、第2導入ポートおよび導出ポートのうち任意の2以上のポートを主流通空間を通して連通可能とすることができる。例えば、3つのポート(第1導入ポート、第2導入ポートおよび導出ポート)のうち第1導入ポートと導出ポートとを連通可能としてもよいし、第2導入ポートと導出ポートとを連通可能としてもよい。
1,101,201,301 過給機
16 タービンホイール(タービン)
20a1 第1排気導入通路
20a2 第2排気導入通路
23 チャンバー
23a 内周面
24,24A〜24C ウェストゲートバルブ(弁部材)
26 第1導入ポート
27 第2導入ポート
28 導出ポート
28A 第1導出ポート
28B 第2導出ポート
29a,129a 外周面
31 第1導入部
31a 第1流路
32 第2導入部
32a 第2流路
33 ウェストゲート導出部(導出部)
33a 導出流路
35a 主面
36 主流通空間
130 切欠き
131 副流通空間
133A 第1ウェストゲート導出部(導出部)
133Aa 第1導出流路
133B 第2ウェストゲート導出部(導出部)
133Ba 第2導出流路
400 内燃機関

Claims (6)

  1. 排気ガスにより駆動されるタービンに通じる第1排気導入通路から前記排気ガスを導く第1流路を有する第1導入部と、
    前記タービンに通じる第2排気導入通路から前記排気ガスを導く第2流路を有する第2導入部と、
    前記第1流路および前記第2流路を通して前記排気ガスが導入されるチャンバーと、
    前記チャンバー内の排気ガスを系外に導く1または複数の導出流路を有する導出部と、
    前記チャンバーに収容された弁部材と、を備え、
    前記チャンバーは、前記第1流路に通じる第1導入ポートと、前記第2流路に通じる第2導入ポートと、前記導出流路に通じる1または複数の導出ポートと、を有し、
    前記チャンバー内の、前記弁部材の主面側にガスが流通可能な主流通空間が確保され、 前記弁部材は、軸線を中心に回転自在であって、前記軸線周りの回転位置に応じて前記第1導入ポート、前記第2導入ポートおよび前記導出ポートを開閉可能であり、前記第1導入ポート、前記第2導入ポートおよび前記導出ポートのうち開放した2以上のポートを、前記主流通空間を通じて連通可能であり、
    前記チャンバーは、前記軸線を中心軸とする円筒面である内周面を有し、
    前記弁部材は、前記主面とは反対側の背面として、前記軸線を中心軸とする円柱面である外周面を有し、
    前記弁部材の外周面には、ガスが流通可能な副流通空間を形成する切欠きが形成され、
    前記弁部材は、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートのうちいずれか一方と前記導出ポートとを前記主流通空間を通じて連通させるとともに、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートのうち他方と前記導出ポートとを前記副流通空間を通じて連通させることができ、
    前記弁部材の主面に、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートのうち少なくともいずれか一方の、前記軸線方向の一部を覆うことによって、そのポートからのガスの流量を調整する調整凸部が形成されている、過給機。
  2. 前記弁部材は、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートとを、前記主流通空間を通じて連通可能である、請求項1に記載の過給機。
  3. 前記弁部材は、前記第1導入ポートおよび前記第2導入ポートと、前記導出ポートとを前記主流通空間を通じて連通可能である、請求項1または2に記載の過給機。
  4. 前記複数の導出ポートは、第1導出ポートおよび第2導出ポートを含み、
    前記弁部材は、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートのうちいずれか一方と前記第1導出ポートとを前記主流通空間を通じて連通させるとともに、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートのうち他方と前記第2導出ポートとを前記副流通空間を通じて連通可能である、請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の過給機。
  5. 前記弁部材の主面に、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートのうち少なくともいずれか一方から前記導出ポートに流れるガスの流れ抵抗を調整するガイド凸部が形成されている、請求項1〜のうちいずれか1項に記載の過給機。
  6. 排気ガスを導く第1流路を有する第1導入部と、
    排気ガスを導く第2流路を有する第2導入部と、
    前記第1流路および前記第2流路を通して前記排気ガスが導入されるチャンバーと、
    前記チャンバー内の排気ガスを系外に導く1または複数の導出流路を有する導出部と、
    前記チャンバーに収容された弁部材と、を備え、
    前記チャンバーは、前記第1流路に通じる第1導入ポートと、前記第2流路に通じる第2導入ポートと、前記導出流路に通じる1または複数の導出ポートと、を有し、
    前記チャンバー内の、前記弁部材の主面側にガスが流通可能な主流通空間が確保され、 前記弁部材は、軸線を中心に回転自在であって、前記軸線周りの回転位置に応じて前記第1導入ポート、前記第2導入ポートおよび前記導出ポートを開閉可能であり、前記第1導入ポート、前記第2導入ポートおよび前記導出ポートのうち開放した2以上のポートを、前記主流通空間を通じて連通可能であり、
    前記チャンバーは、前記軸線を中心軸とする円筒面である内周面を有し、
    前記弁部材は、前記主面とは反対側の背面として、前記軸線を中心軸とする円柱面である外周面を有し、
    前記弁部材の外周面には、ガスが流通可能な副流通空間を形成する切欠きが形成され、
    前記弁部材は、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートのうちいずれか一方と前記導出ポートとを前記主流通空間を通じて連通させるとともに、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートのうち他方と前記導出ポートとを前記副流通空間を通じて連通させることができ、
    前記弁部材の主面に、前記第1導入ポートと前記第2導入ポートのうち少なくともいずれか一方の、前記軸線方向の一部を覆うことによって、そのポートからのガスの流量を調整する調整凸部が形成されている、内燃機関。
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