JP7034260B2 - ウェストゲートバルブ - Google Patents

Description

本発明は、ターボチャージャーによる過給エンジンの排気ガス流路に設けられて、排気ガスの一部を分流させることにより、タービンへの排気ガスの流入量を調整するウェストゲートバルブに係り、特に、弁体を支持する取付板から、弁体に対しオフセットしかつ弁体の中心軸と略直交する方向に回動軸が延出して、全体が平面視略Ｌ字形状に形成されたウェストゲートバルブに関する。

エンジンの性能を向上して低燃費化するために、排気タービン過給機が知られている。そして、排気タービン過給機では、排気ガス入り口から導入されたエンジンの排気ガスが、タービンハウジングに備えたタービンインぺラを回転させた後、排気ガス出口部から排気ガス流路に排出されるように構成されている。

下記特許文献１には、エンジンに供給される過給圧を調節するために、排気ガス入り口部3と排気ガス出口部8との間に延びるバイパス流路10にウェストゲートバルブ11を設け、例えば、過給圧が設定値を越えたときに、ウェストゲートバルブ11を開き、タービンインぺラ4に導かれる排気ガスの一部をバイパス流路10から排気ガス流路9に導くことで、過給圧が過大となることが防止されている。

詳しくは、ウェストゲートバルブ11は、弁体12を支持する取付板17から、弁体12に対しオフセットしかつ弁体12の中心軸と略直交する方向に回動軸13が延出して、全体が平面視略Ｌ字形状に形成されている。ウェストゲートバルブ11の回動軸13は、バイパス流路10を貫通してタービンハウジング1の外部に導かれ、アクチュエータ16によって回動される。弁体12は、弁座面10ａに当接するように配置され、回動軸13の回動により弁体12が弁座面10ａから離間して、バルブ11が開かれる。

また、ウェストゲートバルブ11は、例えば、回動軸13がアーク溶接により取付板17に固定され、取付ピン23と座金24を介して弁体12が取付板17に抜け出さないようにカシメ固定されて構成されている。

特開2013-2431号公報（段落００１６～００２１、図１，２，３参照）

しかし、ウェストゲートバルブ11は、高温の排気ガスにさらされるため、弁体12は勿論、回動軸13，取付板17，座金24などのバルブ構成部材の全てが耐熱合金製で、耐熱温度が高い合金ほど高価で、それだけバルブ11の単価も高くなる。

また、回動軸13がアーク溶接によって取付板17に固定されているが、アーク溶接は溶接ビードの発生を伴うため、取付板17に回動軸13挿入用の嵌合穴19を設け、嵌合穴19形成壁に設けた溶接穴21に溶接ビードが形成されるように構成されている。

このように、取付板17は、嵌合穴19，溶接穴21を設ける分、大型となる。このため、第１には、バルブ11が高コストとなることに加えて、バルブ11の重量が嵩むことによるエンジンの総重量の増加にもつながる。第２には、タービンハウジング1内の排気ガス流路9(バイパス流路10)に設けるバルブ配置スペースが大きく、バイパス流路10を備えた排気ガス流路9を設計する上での制約となる。

本発明は、前記した従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、回動軸本体を固相接合によって取付板に固定することで、取付板のコンパクト化によるコストの削減し，重量の軽減およびバイパス流路を備えた排気ガス流路設計上の制約の緩和を達成できるウェストゲートバルブを提供することにある。

前記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、
弁体を支持する取付板から、前記弁体に対しオフセットしかつ前記弁体の中心軸と略直交する方向に回動軸が延出して、全体が平面視略Ｌ字形状に形成されたウェストゲートバルブにおいて、
前記回動軸は、前記取付板の側部に固相接合された回動軸本体で構成されたことを特徴とする。

（作用）取付板の側部に回動軸本体の一端部を固相接合（例えば、摩擦圧接や抵抗溶接）することで、取付板から延出する回動軸を構成できる。固相接合は、同種金属間の固定は勿論、異種金属間の固定にも適用でき、加工時間が短く、品質（接合強度）が一定で、接合面に沿って発生するバリも少ないため、バリを除去する後処理も簡単である。

なお、固相接合とは、接合部材を溶融することなく固相(固体)状態のまま加熱し軟化させ、さらに加圧して接着する接合方法で、本願発明において、固相接合には、摩擦圧接と抵抗溶接が含まれる。

また、摩擦圧接とは、接合する部材同士を高速で磨り合わせ、その時に生じる摩擦熱によって部材を軟化させると同時に、圧力を加えて、接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する方法である。

一方、抵抗溶接とは、接合する部材同士を重ね合わせ、接合する箇所を電極で挟み、所定圧力を加えて電流を流し、接合部位の接触抵抗に発生するジュール熱で軟化した接合面を接合する方法である。

先行特許文献では、回動軸を取付板にアーク溶接するため、取付板には回動軸嵌合穴や溶接ビード用の溶接穴が必要で、それだけ取付板が大型となる。

然るに、本願発明では、取付板の側部に回動軸本体を固相接合すればよく、高価な耐熱性金属で構成する取付板をコンパクト化できる。このため、第１には、ウェストゲートバルブのコストが削減されるとともに、総重量も軽減される。第２には、ウェストゲートバルブは、タービンハウジング内の排気ガス流路（バイパス流路）の弁座面近傍に配置されるが、バルブの配置スペースが小さくなることで、バイパス流路を備えた排気ガス流路を設計する上での制約が緩和される。

また、排気ガス流路内に配置されて、排気ガスに直接さらされる弁体や取付板と比べて、タービンハウジングに設けた貫通孔に支承される回動軸は、取付板から伝達される熱をタービンハウジングに放熱する分、弁体や取付板に要求されるほどの耐熱性は要求されない。

このため、例えば、耐熱性金属で構成した弁体や取付板よりも耐熱性の低い金属で回動軸本体を構成することで、回動軸本体が安価となる分、ウェストゲートバルブのコストがさらに削減される。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のウェストゲートバルブにおいて、
前記回動軸は、前記回動軸本体と、前記取付板の側部に突出形成された前記回動軸本体と略同一径の凸条部で構成されたことを特徴とする。

（作用）固相接合（例えば、摩擦圧接）する、取付板側の凸条部と回動軸本体とが略同一径に形成されているので、両者を固相接合（例えば、摩擦圧接）する際、両者の当接面に効率よく摩擦熱が発生して、該当接面の外周に沿ってバリが発生し、該当接面がスムーズに固相接合（例えば、摩擦圧接）される。

また、取付板の側部に突出形成された凸条部と該凸条部に固相接合された回動軸本体が協働して、取付板から延出する回動軸、即ち、タービンハウジングに設けた貫通孔に支承される回動軸を構成する。

取付板から延出する回動軸は、取付板から伝達される熱の一部をタービンハウジングに放熱する分、弁体や取付板に要求されるほどの耐熱性は要求されないが、回動軸における取付板に近い領域では、取付板の温度（高温）に近い温度（高温）となる。

然るに、請求項２では、回動軸における取付板に近い領域は、取付板の側部に突出形成された凸条部で構成されており、即ち、取付板を構成する金属と同じ耐熱性金属で構成されており、回動軸の取付板に近い領域における耐熱性（熱の影響による機械的強度の低下）が問題となることはない。

一方、回動軸における取付板から遠い領域では、回動軸における取付板に近い領域（取付板に突出形成された凸条部）が取付板から伝達された熱をタービンハウジングに放熱する分、回動軸における取付板に近い領域（取付板の側部に突出形成された凸条部）ほどの高温とはならず、回動軸における取付板に近い領域（取付板の側部に突出形成された凸条部）に要求されるほどの耐熱性は要求されない。従って、弁体や取付板を構成する耐熱性金属よりも耐熱性の低い金属で回動軸本体を構成したとしても、熱の影響を受けて回動軸本体の機械的強度が低下するおそれはない、即ち、回動軸本体の耐熱性が問題となることはない。

また、例えば、排気タービン過給機の特性によって、排気ガス流路（バイパス流路）を流れる排気ガスの温度が異なるが、排気ガスの温度が高い場合は、弁体および取付板を耐熱性に優れた金属で構成することは勿論、回動軸本体もある程度の耐熱性に優れた金属で構成することが必要である。しかし、耐熱性金属で構成した取付板に形成する凸条部の突出長さを大きくすれば、取付板を構成する金属よりも耐熱性の低い金属で構成した回動軸本体への熱の影響を抑制できる。即ち、凸条部の突出長さを調整することで、回動軸本体を構成する耐熱性金属を種々選択できる。

一方、排気ガスの温度が比較的低い場合は、耐熱性金属で構成した取付板に形成する凸条部の突出長さを小さく（耐熱性の低い金属で構成した回動軸本体の長さを大きく）することで、取付板に設ける凸条部の加工（例えば、取付板の鍛造）が容易となるとともに、取付板および回動軸本体を構成する耐熱性金属の選択肢が広がり、ウェストゲートバルブのコストのさらなる削減も可能となる。

このように、排気タービン過給機の特性（排気ガスの温度）とウェストゲートバルブのコストパフォーマンスに応じて、取付板に形成する凸条部の突出長さを調整することで、取付板および回動軸本体を構成する耐熱性金属を適宜選択することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載のウェストゲートバルブにおいて、前記回動軸本体は、中空パイプで構成されたことを特徴とする。

（作用）取付板がコンパクト化されることに加えて、回動軸本体が中空で軽量化される分、ウェストゲートバルブの重量が大幅に軽減される。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載のウェストゲートバルブにおいて、
前記回動軸本体は、排気タービン過給機のタービンハウジングを貫通して、該回動軸本体の中空部が前記タービンハウジング外に開口することを特徴とする。

（作用）タービンハウジング外に開口する回動軸本体（中空パイプ）の中空部には、タービンハウジング外の空気の対流が発生する。このため、回動軸本体は、取付板から伝達された熱をタービンハウジングに放熱し、さらに、中空部に発生する空気の対流にも放熱するので、回動軸本体には、弁体や取付板に要求されるほどの耐熱性はいっそう要求されない。したがって、耐熱性金属で構成した弁体や取付板よりも耐熱性の低い金属で回動軸本体を構成したとしても、回動軸の本体の耐熱性が問題となるおそれは全くない。

請求項５に係る発明は、請求項１～４のいずれかに記載のウェストゲートバルブにおいて、
前記弁体は、鍛造により成形された前記取付板に、取付ピンと座金を介して抜け出さないようにカシメ固定されたことを特徴とする。

（作用）ウェストゲートバルブを製造するには、取付板の鍛造工程、回動軸本体の固相接合（例えば、摩擦圧接）工程、バリ取り工程、取付板への貫通孔形成工程を経て、取付板の側部から回動軸が延出して全体が平面視略Ｌ字形状に形成されたバルブ中間構造体を製造し、最後に、バルブ中間構造体の取付板（の貫通孔）に弁体をカシメ固定する工程を行う。

特に、取付板の鍛造工程において、弁体をカシメ固定するための貫通孔に対応する凹部（薄肉部）を成形しておくことで、固相接合（例えば、摩擦圧接）工程後のバリ取り工程に引き続いて行う、取付板への貫通孔形成工程では、取付板に成形された凹部（薄肉部）を貫通させる作業が簡単となる。

請求項６に係る発明は、請求項１～４のいずれかに記載のウェストゲートバルブにおいて、
前記弁体と前記取付板は、鍛造またはロストワックス鋳造により一体的に成形されたことを特徴とする。

（作用）弁体と取付板は、鍛造またはロストワックス鋳造により一体的に成形されており、それだけウェストゲートバルブを構成する部品点数が少ない。

また、弁体と取付板を一体的に成形する工程、回動軸本体の固相接合（例えば、摩擦圧接）工程およびバリ取り工程を経ることで、弁体を支持する取付板の側部から回動軸が延出して全体が平面視略Ｌ字形状に形成されたウェストゲートバルブを製造できる。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、回動軸本体が固相接合により取付板に固定されているので、回動軸がアーク溶接により取付板に固定されている従来のウェストゲートバルブと比べて、取付板のコンパクト化によるウェストゲートバルブのコストの削減，重量の軽減およびバイパス流路を備えた排気ガス流路設計上の制約の緩和を達成できるウェストゲートバルブが提供される。

第１の実施形態に係るウェストゲートバルブを備えた排気タービン過給機の側面図である。 同排気タービン過給機の正面図である。 同排気タービン過給機の背面図である。 排気ガス流路とバイパス流路を示す断面図（図２に示す線IV-IVに沿う断面図）である。 第１の実施形態に係るウェストゲートバルブの正面斜視図である。 同ウェストゲートバルブの分解斜視図である。 取付板に突出形成された凸条部を示す斜視図である。 （ａ）同ウェストゲートバルブの正面図、（ｂ）同ウェストゲートバルブの平面図である。 同ウェストゲートバルブの縦断面図（図８に示す線IX-IXに沿う断面図）である。 タービンハウジングに配設されたウェストゲートバルブを示す断面図である。 （ａ）は鍛造工程によって製造された取付板の斜視図、（ｂ）は同取付板の縦断面図(図１０（ａ）に示す線X-Xに沿う拡大断面図)である。 第２の実施形態に係るウェストゲートバルブで、タービンハウジングに配設されたウェストゲートバルブを示す断面図である。 第３の実施形態に係るウェストゲートバルブで、タービンハウジングに配設されたウェストゲートバルブを示す断面図である。 第４の実施形態に係るウェストゲートバルブで、タービンハウジングに配設されたウェストゲートバルブを示す断面図である。 同ウェストゲートバルブの正面分解斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１～４は、本発明のウェストゲートバルブを備えた排気タービン過給機の実施例を示し、排気タービン過給機については、先行特許文献１（特開2013-2431号公報）と同じ構造である。詳しくは、図１は、同排気タービン過給機の側面図、図２は、同排気タービン過給機の正面図、図３は、同排気タービン過給機の背面図、図４は、排気ガス流路とバイパス流路を示す断面図（図２に示す線IV-IVに沿う断面図）である。また、図５～１０は、第１の実施形態に係るウェストゲートバルブ５０を示す図である。

これらの図において、符号１は、排気タービン過給機１００のタービンハウジングで、タービンハウジング１には、エンジンの排気マニホールドからの排気ガスが、タービンスクロール部２の排気ガス入口部３（図４参照）に導かれており、タービンスクロール部２に供給される排気ガスによって、タービンインペラ４（図４参照）が回転される。

圧縮機ハウジング５の圧縮機スクロール６内には、タービンインペラ４と同軸の圧縮機インペラ（図示せず）が設けられており、圧縮機インペラの回転により軸中心の空気取入口７ａから取り入れた空気を圧縮し、圧縮された空気が圧縮空気取出口７ｂからエンジンに供給されて、エンジンを過給する。

図４に示すように、タービンインペラ４を駆動した排気ガスは、排気ガス出口部８から排気ガス流路９に排出される。また、エンジンに供給される圧縮空気の過給圧を制御するために、排気ガス入口部３と排気ガス出口部８との間には、排気ガスをバイパスさせるバイパス流路１０が設けられている。

そして、バイパス流路１０の排気ガス流路９への円形開口部１０ｂの周縁部には、円環状の弁座面１０ａが形成され、開口部１０ｂ（弁座面１０ａ）の近傍下流側には、弁座面１０ａに当接して開口部１０ｂの開閉、即ち、バイパス流路１０の開閉を行う弁体５６を備えたウェストゲートバルブ５０が設けられている。エンジンへの過給圧が設定値を越えると、ウェストゲートバルブ５０は、弁体５６が弁座面１０ａから離間する方向（図４の下方向）に移動して、排気ガスの一部がタービンインペラ４をバイパスしてバイパス流路１０から排気ガス流路９に送られる。

ウェストゲートバルブ５０は、図５～１０に示すように、弁体５６を支持する正面視略矩形状の取付板５２から、弁体５６に対しオフセットして延出する回動軸５８を備えた構造で、回動軸５８は、図１０に示すように、タービンハウジング１形成壁を貫通する円パイプ形状の軸受け１３Ａに支承されて、タービンハウジング１の外部に他端部５８ａが露出している。軸受け１３Ａは、タービンハウジング１形成壁の貫通孔１ａに圧入固定されている。回動軸５８の外側端部（他端部）５８ａには、図１，２，１０に示すように、回動レバー１４がクランク状に固定され、回動レバー１４の揺動先端部１４ａには、圧縮機ハウジング５に固定されたアクチュエータ１６の進退ロッド１６ａの先端部が駆動ピン１５を介して連結されている。

このため、図１の矢印Ａに示す方向に、アクチュエータ１６の駆動により進退ロッド１６ａが進退動作することで、回動レバー１４が図１の矢印Ｂ方向に揺動し、回動レバー１４に固定されている回動軸５８が軸受け１３Ａに対し周方向に回動する。即ち、アクチュエータ１６の駆動により、図５符号Ｃに示すように、ウェストゲートバルブ５０が軸受け１３Ａ周りに揺動（回動）して、開口部１０ｂ（弁座面１０ａ）に対する弁体５６の開閉動作を行う。

なお、軸受け１３Ａとバルブ５０の取付板５２，回動レバー１４との間には、図１０に示すように、微小の隙間Ｓ１，Ｓ２（例えば、Ｓ１＋Ｓ２＝1mm）が設けられて、ウェストゲートバルブ５０と軸受け１３Ａ間には軸方向のガタ（例えば、１mm）が存在するが、排気ガス流路９（バイパス流路１０）に設けた円環状の弁座面１０ａに対し弁体５６のシ ール面５６ａが大きく形成されて、このガタを吸収できる（図４参照）。

アクチュエータ１６は、例えば、空気駆動によるダイヤフラム式駆動装置で構成され、圧縮空気の過給圧が設定値を越えたときに、ウェストゲートバルブ５０を開いて、排気ガスの一部をタービンインペラ４をバイパスさせて、排気ガス入口部３から排気ガス流路９に排出する（図４参照）。

次に、図５～１０を参照して、ウェストゲートバルブ５０の構造を詳しく説明する。

ウェストゲートバルブ５０は、弁体５６を支持する正面視略矩形状の取付板５２と、摩擦圧接により取付板５２の側部に接合（固定）されて、弁体５６に対しオフセットしかつ弁体５６の中心軸Ｏと直交する方向に延出する回動軸５８を備え、全体が平面視略Ｌ字形状（図５，８（ａ）参照）に形成されている。

そして、図５の矢印Ｃに示すように、バルブ５０が回動中心軸Ｌの周りに回動することで、弁体５６が弁座面１０ａ（開口部１０ｂ）に対し開閉動作する。

図８（ａ），（ｂ）に示すように、取付板５２における回動軸５８の延出する側には、回動軸５８に対し直交する円盤形状の膨出部５２ａが形成され、膨出部５２ａの端面から円柱状の回動軸５８が延出している。

回動軸５８は、後述する摩擦圧接工程により、膨出部５２ａの端面に僅かに突出する凸条部５３（図６，７参照）の先端面に、回動軸本体５８Ａの一端面が摩擦圧接により接合一体化されることで、構成されている。なお、図５，８，１０の符号５９は、両部材５３，５８Ａ間の接合部（接合面）を示す。

また、取付板５２における膨出部５２ａ形成側と反対側は、下方に延びる扁平な板状に形成されるとともに、その上側縁部５２ｂは、図８（ａ）の一点差線で示すように、上側縁直角コーナ部を直角三角形状に切り欠いた「とさか状」に形成されて、取付板５２の排気ガス流路９内へ突出量が小さくなるように構成されている。

即ち、図２,４に示すように、排気ガス出口部８からタービンハウジング１の正面に向う排気ガス流路９に対し、バイパス流路１０は、排気タービン過給機を正面視して、排気ガス流路９の右斜め下方に隣接して該排気ガス流路９と平行に設けられて、円環状の弁座面１０ａの形成された開口部１０ｂを介して排気ガス流路９に連通している。

そして、ウェストゲートバルブ５０は、その弁体５６のシール面５６ａが弁座面１０ａに密着し、その回動軸５８がバイパス流路１０と略直交する水平方向（図２，４の左右方向）に配設されることで、取付板５２における膨出部５２ａ形成側と反対側が排気ガス流路９内に突出している。然るに、排気ガス流路９内に突出する取付板５２の上側縁部５２ｂが、前記したように、上側縁直角コーナ部を直角三角形状に切り欠いた「とさか状」に形成されることで、取付板５２の排気ガス流路９内へ突出量が小さく、ウェストゲートバルブ５０の取付板５２によって排気ガス流路９の断面積が狭められることがない。

また、取付板５２の円盤形状の下方領域５２ｃには、貫通孔５４が設けられ、この貫通孔５４に、取付ピン５６ｃと座金５７を介して弁体５６が抜け出さないようにカシメ固定されている。

詳しくは、弁体５６は、平坦なシール面５６ａの背面側に、取付板５２の貫通孔５４に貫通できる貫通軸５６ｂが突出形成され、貫通軸５６ｂの先端には、座金５７の貫通孔５７ａに嵌合できる取付ピン５６ｃが突出形成されている。そして、図９に示すように、弁体５６の貫通軸５６ｂを取付板５２の貫通孔５４に貫通させ、更に、取付ピン５６ｃに座金５７を嵌合させて、座金５７の貫通孔５７ａから突出した取付ピン５６ｃの先端をカシメ加工してカシメ部５６ｃ'を形成することで、弁体５６は、座金５７を介して、取付板５２の貫通孔５４に対し抜け止めされた形態に取り付けられる。なお、取付ピン５６ｃが突出する側の、座金５７の貫通孔５７ａ周縁部には、テーパ状面取り部５７ｂ（図９参照）が形成されて、カシメ部５６ｃ'と座金５７間の密着面積が拡大されて、弁体５６の抜け止め強度が高められている。

また、ウェストゲートバルブ５０は、図４に示すように、タービンハウジング１内の排気ガス流路９（バイパス流路１０）に設けた弁座面１０ａ近傍に配置されて、高温の排気ガスにさらされる。なお、排気タービン過給機の仕様によっては、排気ガス流路９（バイパス流路１０）内の排気ガスの温度が1000度以上になることもあるが、この実施例では、排気タービン過給機の仕様（排気ガスの最大温度900度）に対応できるように、ウェストゲートバルブ５０が高Ni合金NCF751（耐熱温度950度）で構成されている。即ち、取付板５２，弁体５６，座金５７および回動軸５８は、全て高Ni合金NCF751で構成されている。 なお、実施例において、排気ガスの温度や排気タービン過給機を構成する金属部材の耐熱 温度の単位「度」は、全て摂氏（℃）で示されている。

次に、ウェストゲートバルブ５０を製造する工程について説明する。

ウェストゲートバルブ５０を製造するには、取付板５２の鍛造工程、回動軸本体５８Ａの摩擦圧接工程、バリ取り工程、取付板５２への貫通孔５４形成工程を経て、取付板５２の側部から回動軸５８が延出して全体が平面視略Ｌ字形状に形成されたバルブ中間構造体Ｕ(図示せず)を製造し、最後に、バルブ中間構造体Ｕの取付板５２（の貫通孔５４）に弁体５６をカシメ固定する工程を行う。

取付板５２の鍛造工程では、取付板５２の側部に凸条部５３を成形するが、凸条部５３の突出長さが僅かである分、鍛造工程での凸条部５３の成形は容易である。

また、取付板５２の鍛造工程において、弁体５６をカシメ固定するための貫通孔５４に対応する凹部（薄肉部）５４ｂ（図１１参照）を成形しておくことで、摩擦圧接工程後のバリ取り工程に引き続いて行う、取付板５２への貫通孔形成工程が簡単となる。即ち、取付板５２に形成された凹部（薄肉部）５４ｂの底面の肉厚が小さい分、凹部（薄肉部）５４ｂを開口させる貫通孔５４形成作業が簡単となる。

また、回動軸本体５８Ａを取付板５２の側部に接合する摩擦圧接工程は、公知（周知）の摩擦圧接装置を用いて、取付板５２の側部に突出形成された凸条部５３と回動軸本体５８Ａとを、水平方向同軸上に正対するように配置し、所定速度で回転している回動軸本体５８Ａに対し、取付板５２を回動軸本体５８Ａに接近する方向に移動して、取付板５２側の凸条部５３と回動軸本体５８Ａ間の当接面を加圧することで、取付板５２側の凸条部５３に回動軸本体５８Ａを摩擦圧接により接合（固定）する。

取付板５２側の凸条部５３と回動軸本体５８Ａ間の接合部（接合面）５９の外周には、バリが発生しているので、摩擦圧接工程後のバリ取り工程でバリを除去する。

次いで、貫通孔形成工程において、取付板５２に設けられている貫通孔５４に対応する凹部（薄肉部）５４ｂに孔開け加工を施す。なお、バリ取り工程において、孔開け加工を行ってもよい。

以上の工程を経ることで、取付板５２の側部から回動軸５８が延出して全体が平面視略Ｌ字形状に形成されたバルブ中間構造体Ｕが製造される。そして、最後に、バルブ中間構造体Ｕの取付板５２（の貫通孔５４）に、取付ピン５６ｃと座金５７を介して弁体５６をカシメ固定する工程を行うことで、図５，８に示すウェストゲートバルブ５０が完成する。

このように、本実施形態のウェストゲートバルブ５０の回動軸５８は、取付板５２の側部に僅かに突出形成された凸条部５３と、この凸条部５３に摩擦圧接により接合（固定）された回動軸本体５８Ａで構成されているが、摩擦圧接による接合では、接合部（接合面）５９の接合強度にバラツキがほとんどないことが特徴である。このため、製造されたウェストゲートバルブ５０の回動軸本体５８Ａの接合強度が常に一定で、それだけウェストゲートバルブ５０の品質を保証できる。

さらに、本実施態様のウェストゲートバルブ５０では、回動軸本体５８Ａを取付板５２の凸条部５３に摩擦圧接により接合（固定）するため、高価な高Ni合金NCF751製の取付板５２をコンパクト化できる。このため、第１には、ウェストゲートバルブ５０のコストを削減できるとともに、総重量も軽減できる。第２には、ウェストゲートバルブ５０は、タービンハウジング１内の排気ガス流路９（バイパス流路１０）に設けた弁座面１０ａ近傍に配置されるが、バルブ５０の配置スペースが小さくなることで、バイパス流路１０を備えた排気ガス流路９を設計する上での制約が緩和される。

図１２は、第２の実施形態に係るウェストゲートバルブ５０Ａを示し、タービンハウジング１に配設された状態を示す図である。

ウェストゲートバルブ５０Ａの回動軸５８、即ち、取付板５２の側方に延出する回動軸５８が、取付板５２の側部に突出形成された凸条部５３Ａと、凸条部５３Ａに摩擦圧接により接合された、凸条部５３Ａと同一径の回動軸本体５８Ｂによって構成されている。換言すれば、取付板５２の側部に突出形成された凸条部５３Ａと、凸条部５３Ａに接合された回動軸本体５８Ｂが協働して、タービンハウジング１に設けた軸受け１３Ａに支承される回動軸５８を構成する。なお、凸条部５３Ａは、前記した第１の実施形態のウェストゲートバルブ５０の取付板５２に形成されている凸条部５３よりも、その突出長さＬ１が大きい。

また、排気ガスに直接さらされる弁体５６および取付板５２は、高Ni合金NCF751（耐熱温度950度）で構成され、一方、取付板５２から遠い領域である回動軸本体５８Ｂは、ステンレス鋼（耐熱温度850度）で構成されている。

即ち、取付板５２から延出する回動軸５８は、取付板５２から伝達された熱をタービンハウジング１に放熱する分、弁体５６や取付板５２に要求されるほどの耐熱性は要求されないが、回動軸５８における取付板５２に近い領域では、排気ガスの熱が伝達されて、取付板５２の温度（高温）に近い温度（高温）となる。

このため、回動軸５８における取付板５２に近い領域は、取付板５２の側部に突出形成された凸条部５３Ａで構成されており、即ち、耐熱性に優れた高Ni合金NCF751（耐熱温度950度）で構成されている。一方、回動軸５８における取付板５２から遠い領域である回 動軸本体５８Ｂに伝達される排気ガスの熱は、途中で凸条部５３Ａからタービンハウジング１に放熱される分、低下しており、回動軸５８における取付板５２に近い領域（凸条部５３Ａ）ほどの高温にはならないことから、高温の影響で機械的強度が低下するおそれがない。したがって、高Ni合金NCF751よりも安価なステンレス鋼（耐熱温度850度）で回動 軸本体５８Ｂを構成することで、ウェストゲートバルブ５０の単価の削減が図られている。

図１３は、第３の実施形態に係るウェストゲートバルブ５０Ｂを示し、タービンハウジング１に配設された状態を示す図である。

ウェストゲートバルブ５０Ｂの回動軸５８は、高Ni合金NCF751（耐熱温度950度）で構成した取付板５２の側部に突出形成された凸条部５３と、凸条部５３に摩擦圧接により接合（固定）されたステンレス鋼（耐熱温度850度）で構成した中空パイプ形状の回動軸本体５８Ｃで構成されている。

そして、回動軸５８は、タービンハウジング１に設けた軸受け１３Ａに支承されるとともに、タービンハウジング１を貫通し、回動軸５８を構成する回動軸本体５８Ｃの中空部がタービンハウジング１外に開口している。

回動軸本体５８Ｃが中空で軽量である分、ウェストゲートバルブ５０Ｂの総重量がそれだけ軽減されている。

また、タービンハウジング１外に開口する回動軸本体（中空パイプ）５８Ｃの中空部には、タービンハウジング１外の空気の対流が発生する。このため、回動軸本体５８Ｃは、取付板５２から伝達された熱を軸受け１３Ａを介してタービンハウジング１に放熱し、さらに、中空部に発生する空気の対流にも放熱するので、回動軸本体５８Ｃには、弁体５６や取付板５２に要求されるほどの耐熱性が要求されない。

即ち、高Ni合金NCF751（耐熱温度950度）で構成した弁体５６や取付板５２よりも耐熱性の低い金属で回動軸本体５８Ｃを構成したとしても、回動軸５８の耐熱性が問題となるおそれは全くない。したがって、本実施形態では、回動軸本体５８Ｃを高Ni合金NCF751よりも安価なステンレス鋼（耐熱温度850度）で構成することで、ウェストゲートバルブ５０Ｂの単価の削減が図られている。

図１４，１５は、本発明の第４の実施形態に係るウェストゲートバルブ５０Ｃを示し、図１４は同ウェストゲートバルブ５０Ｃの正面図、図１５は同ウェストゲートバルブ５０Ｃの正面分解斜視図である。

ウェストゲートバルブ５０Ｃは、弁体５６Ａと円柱形状の取付板５２Ａとが一体的に形 成されており、弁体５６Ａを支持する取付板５２Ａの側部から、弁体５６Ａに対しオフセットしかつ弁体５６Ａの中心軸Ｏと直交する方向に回動軸５８が延出して、全体が平面視略Ｌ字形状に形成されている。

円柱形状の取付板５２Ａから延出する回動軸５８は、取付板５２Ａの側部に突出形成された凸条部５３Ｂと、摩擦圧接により凸条部５３Ｂに接合（固定）された回動軸本体５８Ｄで構成されている。凸条部５３Ｂと回動軸本体５８Ｄは、同一径に形成されている。

弁体５６Ａのシール面５６ａ１は、排気ガス流路９（バイパス流路１０）側に設けられている円環状の弁座面１０ａと当接できる連続する曲面で形成されている。弁体５６Ａのシール面５６ａ１の背面側には、弁体５６Ａを軽量化するための凹部５６Ａ１が設けられている。

また、取付板５２Ａにおける凸条部５３Ｂ形成側と反対側には、図１４，１５の一点差線で示すように、上側縁直角コーナ部を直角三角形状に切り欠いた傾斜上側縁部５２Ａ１が設けられており、第１の実施形態のウェストゲートバルブ５０の取付板５２の「とさか状」に形成された上側縁部５２ｂ（図８（ａ）参照）と同様、排気ガス流路９内に突出する取付板５２Ａによって排気ガス流路９の断面積が狭められることがない。

また、ウェストゲートバルブ５０Ｃを構成する、取付板５２Ａ付き弁体５６Ａ、および回動軸本体５８Ｄは、いずれも高Ni合金713c（耐熱温度1050度）で構成されて、排気ガス流路９（バイパス流路１０）内の排気ガスの温度が1000度以上となる、排気タービン過給機の仕様に適用できるように構成されている。

また、回動軸本体５８Ｄは、凸条部５３Ｂの突出長相当だけ取付板５２Ａから遠くに位置するため、高Ni合金713cよりも耐熱温度の低い高Ni合金NCF751（耐熱温度950度）で構成してもよい。また、回動軸本体５８Ｄを中空パイプ（図１３参照）で構成して、回動軸５８（回動軸本体５８Ｄ）の放熱性を高めるようにしてもよい。

この実施形態では、ウェストゲートバルブ５０Ｃを構成する部品点数が少なく、それだけウェストゲートバルブ５０Ｃの構成が簡潔である。

しかし、高Ni合金713cを鍛造することは困難であることから、取付板５２Ａ付き弁体５６Ａを製造するには、ロストワックス鋳造に限られるため、ウェストゲートバルブ５０Ｃの製造単価が高くなることは、避けられない。

なお、排気ガスの温度が900度である排気タービン過給機の仕様には、ウェストゲート バルブ５０Ｃを耐熱合金である高Ni合金NCF751（耐熱温度950度）で構成することも可能である。そして、ウェストゲートバルブ５０Ｃを高Ni合金NCF751で構成する場合は、取付板５２Ａ付き弁体５６Ａの鍛造工程、回動軸本体５８Ｄの摩擦圧接工程、バリ取り工程を行うことで、ウェストゲートバルブ５０Ｃを製造できる。即ち、第１の実施形態のウェストゲートバルブ５０の製造工程中、取付板５２への貫通孔５４形成工程および取付板５２に弁体５６をカシメ固定する工程が不要で、それだけ製造工程数が少なく、短時間でウェストゲートバルブ５０Ｃを製造できる。

前記した第１～第３の実施形態では、取付板５２に設けた貫通孔５４に、弁体５６が取付ピン５６ｃと座金５７を介して抜け出さないようにカシメ固定されているが、この第４の実施形態に係るウェストゲートバルブ５０Ｃでは、図１４，１５に示すように、弁体５６Ａと取付板５２Ａが鍛造またはロストワックス鋳造により一体的に成形されており、それだけウェストゲートバルブ５０Ｃを構成する部品点数が少ない。

また、前記した第１～第４の実施形態では、いずれも、回動軸本体が取付板の側部に摩擦圧接により接合（固定）されることで、取付板の側部から回動軸が延出するように構成されているが、回動軸本体が摩擦圧接以外の固相接合、例えば、抵抗溶接により取付板の側部に接合（固定）される構造であってもよい。

そして、回動軸本体を取付板の側部に接合する抵抗溶接工程は、公知（周知）の抵抗溶接装置を用いて、例えば、取付板５２の側部に突出形成された凸条部５３と回動軸本体５８Ａとを、例えば、水平方向同軸上に当接するように配置し、両部材５２，５８Ａを電極で挟み、所定圧力を加えて電流を流すことで、取付板５２側の凸条部５３に回動軸本体５８Ａを抵抗溶接により接合（固定）する。

１ タービンハウジング
９ 排気ガス流路
１０ バイパス流路
１０ａ 弁座面
１０ｂ バイパス流路の排気ガス流路への開口部
１３Ａ 軸受け
１４ 回動レバー
５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ ウェストゲートバルブ
５２，５２Ａ 取付板
５２ｂ 取付板のとさか状上縁部
５２Ａ１ 取付板の傾斜上側縁部
５２ｃ 円盤状下方領域
５３，５３Ａ，５３Ｂ 凸条部
５４ 貫通孔
５６ 弁体
５６Ａ 取付板付き弁体
Ｏ 弁体の中心軸
５６ａ，５６ａ１ 弁体のシール面
５６ｃ 取付ピン
５７ 座金
５８ 回動軸
５８Ａ，５８Ｂ，５８Ｃ，５８Ｄ 回動軸本体
５９ 接合面

Claims (6)

1. 弁体を支持する取付板から、前記弁体に対しオフセットしかつ前記弁体の中心軸と略直交する方向に回動軸が延出して、全体が平面視略Ｌ字形状に形成され、前記回動軸が排気タービン過給機のタービンハウジングに設けた貫通孔に支承されたウェストゲートバルブにおいて、
   前記回動軸は、前記取付板の側部に突出形成された凸条部と、前記凸条部に固相接合された回動軸本体で構成され、
   前記弁体および取付板は、前記タービンハウジング内の排気ガスの最大温度に対応する耐熱性に優れた金属で構成され、
   前記回動軸本体は、前記取付板を構成する金属よりも耐熱性の低い金属で構成され、
   前記排気ガスの最大温度および前記回動軸本体を構成する金属の耐熱性に基づいて、前記凸条部の突出長が設定されたことを特徴とするウェストゲートバルブ。
2. 前記凸条部は、前記回動軸本体と略同一径に形成され、
   前記回動軸は、前記貫通孔を構成する円パイプ状の軸受けに支承されて、その延出先端部が前記タービンハウジングの外部に露出することを特徴とする請求項１に記載のウェストゲートバルブ。
3. 前記回動軸本体は、中空パイプで構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載のウェストゲートバルブ。
4. 前記回動軸本体は、前記タービンハウジングを貫通して、該回動軸本体の中空部が前記タービンハウジング外に開口することを特徴とする請求項３に記載のウェストゲートバルブ。
5. 前記弁体は、鍛造により成形された前記取付板に、取付ピンと座金を介して抜け出さないようにカシメ固定されたことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のウェストゲートバルブ。
6. 前記弁体と前記取付板は、鍛造またはロストワックス鋳造により一体的に成形されたことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載のウェストゲートバルブ。

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