JP7396254B2 - ターボチャージャ - Google Patents

Description

本発明は、ターボチャージャに関する。

特許文献１に記載のターボチャージャは、タービンホイール、タービンハウジング、ウェイストゲートバルブ、及びリンク機構を備えている。タービンハウジングはタービンホイールを収容している。タービンハウジングは、バイパス通路を区画している。バイパス通路は、タービンホイールよりも排気上流側及び排気下流側をバイパスしている。タービンハウジングは、ウェイストゲートバルブが閉状態のときに当該ウェイストゲートバルブに接触する弁座面を備えている。また、タービンハウジングは、当該タービンハウジングの壁を貫通する貫通孔を備えている。

ウェイストゲートバルブは、バイパス通路を開閉する。ウェイストゲートバルブは、シャフト、及び弁体を備えている。シャフトは、貫通孔を貫通しているとともにタービンハウジングに回転可能に支持されている。弁体は、シャフトにおけるタービンハウジングの内部側の端からシャフトの径方向に延びている。弁体は、ウェイストゲートバルブが閉状態の場合に、弁座面に向かい合う平面のバルブ面を備えている。シャフト及び弁体は、一体成形物である。

リンク機構は、シャフトにおけるタービンハウジングの外部側の端に連結している。リンク機構は、アクチュエータからの駆動力をウェイストゲートバルブに伝達する。ウェイストゲートバルブは、リンク機構からの駆動力に基づきバイパス通路を開閉する。また、ウェイストゲートバルブが閉状態の場合に、リンク機構は、シャフトにおけるタービンハウジングの外部側の端に対してバルブ面から弁座面に向かう力を付与する。

さらに、バルブ面は、シャフトの中心軸に対して傾いている。具体的には、バルブ面は、シャフトの中心軸に沿う方向のうち、タービンハウジングの外部側から内部側に向かうほど、シャフトの中心軸から離れるように傾斜している。

特開２０２０－０８４９２３号公報

特許文献１のようなターボチャージャでは、上記のとおり弁体のバルブ面が傾斜しているため、ウェイストゲートバルブが閉状態の場合に、リンク機構からの力を受けて貫通孔に対してシャフトが傾いても、バルブ面と弁座面との間に大きな隙間が生じることは防げる。しかしながら、リンク機構からの力の方向によっては、依然として、バルブ面と弁座面との間に隙間が生じることがある。

上記課題を解決するためのターボチャージャは、排気の流れにより回転するタービンホイールと、前記タービンホイールを収容するとともに前記タービンホイールよりも排気上流側及び排気下流側をバイパスするバイパス通路を区画するタービンハウジングと、前記バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、アクチュエータからの駆動力を前記ウェイストゲートバルブに伝達するリンク機構と、を備え、前記タービンハウジングは、前記ウェイストゲートバルブが閉状態の場合に前記ウェイストゲートバルブに接触する平面の弁座面と、前記タービンハウジングの壁を貫通する貫通孔と、を有し、前記ウェイストゲートバルブは、前記貫通孔を貫通しているとともに前記タービンハウジングに回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトにおける前記タービンハウジングの内部側の端から前記シャフトの径方向に延びる弁体と、を有し、前記弁体は、前記ウェイストゲートバルブが閉状態の場合に、前記弁座面に向かい合う平面のバルブ面を有し、前記シャフト及び前記弁体が一体成形物であるターボチャージャであって、前記ウェイストゲートバルブが閉状態の場合に、前記リンク機構が前記シャフトにおける前記タービンハウジングの外部側の端に付与する力の向きを第１方向とし、前記シャフトの中心軸に沿う方向であって前記タービンハウジングの外部側から内部側へと向かう方向を第１シャフト方向としたとき、前記第１方向は、前記貫通孔の中心軸に沿う方向から視て前記弁座面に対して傾斜しており、前記弁座面は、前記貫通孔の中心軸と平行であり、前記シャフトの中心軸と平行であり且つ前記バルブ面の重心を含む断面視で、前記バルブ面における前記第１シャフト方向側の端は、前記重心から視て、前記シャフトの中心軸に直交する方向において前記第１方向側に位置しており、前記シャフトの中心軸と前記貫通孔の中心軸とが一致している場合であって前記ウェイストゲートバルブが閉状態の場合での、前記シャフトの中心軸と直交し且つ前記バルブ面の重心を含む断面視で、前記バルブ面のうち、前記弁座面に沿う方向において前記第１方向とは反対側の端は、前記重心から視て、前記弁座面に直交方向する方向において前記第１方向側に位置している。

上記のターボチャージャでは、ウェイストゲートバルブが閉状態の場合において、シャフトにおけるタービンハウジングの外部側の端に第１方向の力が作用する。すると、シャフトにおけるタービンハウジングの外部側の端が第１方向に、シャフトにおけるタービンハウジングの内部側の端が第１方向とは反対方向に位置するように、貫通孔の中心軸に対してシャフトの中心軸が傾く。上記構成では、バルブ面は、シャフトの中心軸が延びる方向に対して傾斜しているのみならず、シャフトの中心軸に直交する方向においても傾斜している。すなわち、第１方向が弁座面に対して傾斜しているのに合わせて、バルブ面も傾斜している。これにより、弁座面に対して傾斜する第１方向の力がシャフトに作用したとしても、バルブ面と弁座面との間に隙間が生じることを抑制できる。

上記構成において、前記バルブ面においては環状溝が窪んでおり、前記環状溝は、前記ウェイストゲートバルブが閉状態の場合に前記バイパス通路を取り囲むように、前記バルブ面上を延びていてもよい。

上記構成によれば、ウェイストゲートバルブが閉状態の場合に、環状溝の内面と弁座面との間に空隙が生じる。仮に、バルブ面と弁座面との間に隙間が生じている場合、排気が漏れる流路上に上記空隙が存在することになる。そして、この空隙においては流路断面積が急激に大きくなるため、排気の流れが乱されて、排気の流通抵抗が大きくなる。これにより、バルブ面と弁座面との間に隙間が生じていたとしても、環状溝によって区画される空隙により、漏れ出る排気の量を抑制できる。

上記構成において、前記ウェイストゲートバルブは、前記バルブ面から突出する凸部を備え、前記ウェイストゲートバルブが閉状態の場合に、前記凸部は、前記バイパス通路に挿入されてもよい。

上記構成によれば、ウェイストゲートバルブが閉状態の場合において、バルブ面と弁座面との間に排気が至る際には、凸部の外周面とパイパス通路の内周面との間を介して流通する。すなわち、凸部の存在により、バルブ面と弁座面との間に至るまでの排気の流路断面積を小さくできる。したがって、凸部が設けられていない構成に比べて、バルブ面と弁座面との間へと至る排気の量を抑制できる。

上記構成において、前記凸部の先端面においては凹部が窪んでおり、前記凹部の内面の少なくとも一部は、曲面であってもよい。
上記構成によれば、ウェイストゲートバルブが閉状態の場合に、凹部の内面に衝突した排気の一部が曲面に案内されることにより、下流から上流へと向かって吹き返される。この吹き返しの排気によって、上流から下流への排気の流れが弱められるので、ウェイストゲートバルブを開こうとする排気の力を弱めることができる。

上記構成において、前記タービンハウジングには、前記弁座面に開口する前記バイパス通路が複数区画されており、前記弁体は、前記バルブ面に対して窪んだ窪みを有し、前記窪みは、前記弁体のうち、前記ウェイストゲートバルブが閉状態の場合に複数のバイパス通路に挟まれた箇所に向かい合う箇所に、位置していてもよい。

上記構成においては、弁体のうち、複数のバイパス通路に挟まれていて排気による熱の影響を受けやすい弁座面の箇所に向かい合う箇所に窪みが存在する。そのため、上記構成によれば、排気の熱の影響を受けて弁座面が熱膨張したとしても、弁座面のうちバイパス通路に挟まれた箇所のみが、バルブ面と接触することを抑制できる。

第１実施形態にかかる内燃機関の概略図。 同実施形態にかかるターボチャージャの正面図。 同実施形態にかかるタービンハウジングの周辺構成を示す断面図。 同実施形態にかかるウェイストゲートバルブの周辺構成を示す断面図。 同実施形態にかかるウェイストゲートバルブの部分断面を含む正面図。 同実施形態にかかるウェイストゲートバルブの部分断面を含む右側面図。 同実施形態にかかるウェイストゲートバルブの底面図。 同実施形態にかかるウェイストゲートバルブの周辺構成を示す説明図。 同実施形態にかかるウェイストゲートバルブの周辺構成を示す説明図。 第２実施形態にかかるウェイストゲートバルブの正面図。 同実施形態にかかるウェイストゲートバルブの右側面図。 同実施形態にかかるウェイストゲートバルブの底面図。 同実施形態にかかるウェイストゲートバルブの周辺構成を示す説明図。 同実施形態にかかるタービンハウジングの周辺構成を示す説明図。

＜第１実施形態＞
＜内燃機関の概略構成＞
以下、本発明の第１実施形態を図１～図９にしたがって説明する。先ず、本発明のターボチャージャ２０が適用された車両の内燃機関１０の概略構成について説明する。

図１に示すように、内燃機関１０は、吸気通路１１、気筒１２、排気通路１３、触媒１５、及びターボチャージャ２０を備えている。吸気通路１１は、内燃機関１０の外部からの吸気を導入する。気筒１２は、吸気通路１１に接続している。気筒１２は、燃料と吸気とを混合して燃焼させる。排気通路１３は、気筒１２に接続している。排気通路１３は、気筒１２からの排気を排出する。触媒１５は、排気通路１３の途中に位置している。触媒１５は、排気通路１３を流通する排気を浄化する。

ターボチャージャ２０は、コンプレッサハウジング３０、ベアリングハウジング５０、タービンハウジング６０、コンプレッサホイール７０、連結シャフト８０、及びタービンホイール９０を備えている。

コンプレッサハウジング３０は、吸気通路１１の途中に取り付けられている。タービンハウジング６０は、排気通路１３における触媒１５よりも上流の部分に取り付けられている。ベアリングハウジング５０は、コンプレッサハウジング３０及びタービンハウジング６０にそれぞれ固定されており、コンプレッサハウジング３０及びタービンハウジング６０を接続している。このように、ターボチャージャ２０は、吸気通路１１及び排気通路１３に跨って設けられている。

タービンハウジング６０は、タービンホイール９０を収容している。ベアリングハウジング５０は、連結シャフト８０を収容している。ベアリングハウジング５０は、図示しないベアリングを介して回転可能に連結シャフト８０を支持している。連結シャフト８０の第１端は、タービンホイール９０に接続している。コンプレッサハウジング３０は、コンプレッサホイール７０を収容している。コンプレッサホイール７０は、連結シャフト８０の第２端に接続している。すなわち、コンプレッサホイール７０は、連結シャフト８０を介してタービンホイール９０に連結している。

タービンホイール９０がタービンハウジング６０の内部の排気の流通により回転すると、連結シャフト８０を介してコンプレッサホイール７０が共に回転する。そして、コンプレッサホイール７０が回転することにより、コンプレッサハウジング３０の内部の吸気が圧縮される。

＜ターボチャージャの構成＞
次に、ターボチャージャ２０の具体的な構成について説明する。
図２に示すように、タービンハウジング６０は、円弧部６０Ａ、筒状部６０Ｂ、及びフランジ部６０Ｃを備えている。筒状部６０Ｂは、略円筒形状になっている。筒状部６０Ｂは、概ねタービンホイール９０の回転中心である回転軸線９０Ａに沿って延びている。円弧部６０Ａは、筒状部６０Ｂの外周を取り囲むように延びており、略円弧形状になっている。フランジ部６０Ｃは、円弧部６０Ａの上流端に位置している。フランジ部６０Ｃは、排気通路１３におけるタービンハウジング６０よりも上流側の部分に固定されている。

図３に示すように、タービンハウジング６０は、排気が流通する空間として、２つのスクロール通路６１、収容空間６２、排出通路６３、及び２つのバイパス通路６４を区画している。なお、図３では、１つのバイパス通路６４を図示している。各スクロール通路６１は、円弧部６０Ａ及び筒状部６０Ｂの内部に位置している。スクロール通路６１は、タービンホイール９０を取り囲むように円弧状に延びている。スクロール通路６１の上流端は、タービンハウジング６０よりも上流側の排気通路１３に接続している。スクロール通路６１の下流端は、収容空間６２に接続している。２つのスクロール通路６１は、互いに略平行に延びている。収容空間６２は、筒状部６０Ｂの内部空間のうち、タービンホイール９０が位置している空間である。収容空間６２は、排出通路６３に接続している。排出通路６３は、筒状部６０Ｂの内部空間のうち、ベアリングハウジング５０とは反対側の端、すなわち図３における上端を含む一部の空間である。排出通路６３の下流端は、タービンハウジング６０よりも下流側の排気通路１３に接続している。各バイパス通路６４は、円弧部６０Ａ及び筒状部６０Ｂの内部に位置している。各バイパス通路６４は、スクロール通路６１と排出通路６３とを接続する。すなわち、バイパス通路６４は、タービンホイール９０よりも排気上流側及び排気下流側をバイパスする。

図４に示すように、タービンハウジング６０は、弁座面６６、及び貫通孔６９を備えている。弁座面６６は、排出通路６３を区画するタービンハウジング６０の内壁面のうち、２つのバイパス通路６４の開口縁を取り囲む平面である。すなわち、各バイパス通路６４は、弁座面６６に開口している。タービンハウジング６０の内面のうち、弁座面６６を含む一部は、他の箇所に対して隆起している。図９に示すように、各バイパス通路６４の開口縁の形状は、略半円形状である。また、各バイパス通路６４は互いに並んでいる。したがって、弁座面６６に直交する方向から視たときに、２つのバイパス通路６４の開口縁を合わせた形状は、全体として円形状である。

図４に示すように、貫通孔６９は、タービンハウジング６０の壁を貫通している。貫通孔６９は、タービンハウジング６０の壁のうち排出通路６３を区画する部分に位置している。貫通孔６９の中心軸６９Ａに沿う方向から視たときに、当該貫通孔６９は、略真円形状である。貫通孔６９の中心軸６９Ａは、弁座面６６と平行になっている。

図２及び図４に示すように、ターボチャージャ２０は、ウェイストゲートバルブ１１０、ブッシュ１２０、リンク機構１３０、及びアクチュエータ１４０を備えている。図４に示すように、ブッシュ１２０の形状は、略円筒形状である。ブッシュ１２０の外径は、貫通孔６９の内径と略同じである。ブッシュ１２０は、貫通孔６９の内部に位置している。

図４に示すように、ウェイストゲートバルブ１１０は、シャフト１１１、及び弁体１１２を備えている。シャフト１１１の形状は、略円柱形状である。シャフト１１１の外径は、ブッシュ１２０の内径よりもわずかに小さくなっている。シャフト１１１は、ブッシュ１２０に挿通されている。すなわち、シャフト１１１は、タービンハウジング６０の貫通孔６９を貫通している。タービンハウジング６０は、ブッシュ１２０を介してシャフト１１１を回転可能に支持している。

図６に示すように、弁体１１２は、接続部１１３、及び弁本体１１４を備えている。接続部１１３は、シャフト１１１から当該シャフト１１１の径方向に延びている。図４に示すように、接続部１１３は、シャフト１１１におけるタービンハウジング６０の内部側の端、すなわち図４におけるシャフト１１１の右端に位置している。図６に示すように、弁本体１１４は、接続部１１３におけるシャフト１１１の径方向外側の端に接続している。図７に示すように、弁本体１１４の形状は、略円板形状である。また、弁本体１１４のうち、接続部１１３とは反対の面、すなわち図７における紙面手前の面は、バルブ面１１６として機能する。バルブ面１１６は、平面である。バルブ面１１６は、ウェイストゲートバルブ１１０が閉状態である場合に、弁座面６６と向かい合う。ウェイストゲートバルブ１１０は、シャフト１１１及び弁体１１２が一体成形された一体成形物である。なお、ウェイストゲートバルブ１１０は、例えば鋳造により一体成形されている。

図２に示すように、リンク機構１３０は、リンクアーム１３１、及びリンクロッド１３２を備えている。リンクアーム１３１の形状は、略長板形状である。リンクアーム１３１の第１端、すなわち図２におけるリンクアーム１３１の右端を含む端部は、シャフト１１１におけるタービンハウジング６０の外部側の端に連結している。リンクアーム１３１は、シャフト１１１の径方向に延びている。リンクロッド１３２の形状は、略棒状である。リンクロッド１３２の第１端、すなわち図２におけるリンクロッド１３２の上側の端を含む端部は、リンクアーム１３１の第２端、すなわち図２におけるリンクアーム１３１の左端を含む端部に連結している。すなわち、リンクロッド１３２は、リンクアーム１３１及びシャフト１１１の連結中心から径方向に離れた部分に連結している。

図２に示すように、アクチュエータ１４０は、コンプレッサハウジング３０に固定されている。アクチュエータ１４０は、リンクロッド１３２の第２端、すなわち図２におけるリンクロッド１３２の下端に連結している。アクチュエータ１４０は、リンク機構１３０に駆動力を伝達する。そして、リンク機構１３０は、アクチュエータ１４０からの駆動力をウェイストゲートバルブ１１０に伝達することにより、バイパス通路６４を開閉する。

具体的には、ウェイストゲートバルブ１１０が開状態から閉状態になる際には、アクチュエータ１４０の駆動力により、リンクロッド１３２が、第１端から第２端に向かう方向、すなわち図２における概ね下方向に運動する。すると、リンクアーム１３１は、リンクロッド１３２の運動を回転運動に変換して、シャフト１１１の周方向の第１回転方向、すなわち図２における反時計回り方向に回転する。そして、ウェイストゲートバルブ１１０は、シャフト１１１の周方向の第１回転方向に回転する。すると、ウェイストゲートバルブ１１０のバルブ面１１６が、タービンハウジング６０の弁座面６６に接触する。したがって、ウェイストゲートバルブ１１０が閉状態の場合、タービンハウジング６０の弁座面６６にウェイストゲートバルブ１１０のバルブ面１１６が向かい合うことにより、バイパス通路６４の下流端はウェイストゲートバルブ１１０のバルブ面１１６に覆われる。なお、本実施形態において、ウェイストゲートバルブ１１０のバルブ面１１６が、タービンハウジング６０の弁座面６６に接触してウェイストゲートバルブ１１０がそれ以上閉側に回転できなくなる状態が閉状態である。

一方、ウェイストゲートバルブ１１０が閉状態から開状態になる際には、アクチュエータ１４０の駆動力により、リンクロッド１３２が、第２端から第１端に向かう方向、すなわち図２における概ね上方向に運動する。すると、リンクアーム１３１は、リンクロッド１３２の運動を回転運動に変換して、シャフト１１１の周方向の第２回転方向、すなわち図２における時計回り方向に回転する。そして、ウェイストゲートバルブ１１０は、シャフト１１１の周方向の第２回転方向に回転する。すると、ウェイストゲートバルブ１１０のバルブ面１１６が、タービンハウジング６０の弁座面６６から離間する。したがって、ウェイストゲートバルブ１１０が開状態の場合、バイパス通路６４の下流端はウェイストゲートバルブ１１０のバルブ面１１６に覆われない。

＜リンク機構から作用する力＞
次に、リンク機構１３０から作用する力について説明する。
以下では、ウェイストゲートバルブ１１０が閉状態の場合に、リンク機構１３０がシャフト１１１におけるタービンハウジング６０の外部側の端に付与する力の向きを第１方向Ｌ１と呼称し、第１方向Ｌ１の反対方向を第２方向Ｌ２と呼称する。

図２に示すように、弁座面６６を含む仮想平面を弁座仮想平面６６Ｚとする。ウェイストゲートバルブ１１０が閉状態の場合において、貫通孔６９の中心軸６９Ａに沿う方向から視たときに、リンクロッド１３２の軸線１３２Ａは、弁座仮想平面６６Ｚと交差している。このとき、リンクロッド１３２の軸線１３２Ａと弁座仮想平面６６Ｚとがなす鋭角の角度の一例は、約５５°である。その結果、図８に示すように、第１方向Ｌ１は、貫通孔６９の中心軸６９Ａに沿う方向から視たときに、弁座面６６に対して傾斜している。リンクロッド１３２からの第１方向Ｌ１の力は、リンクアーム１３１によって回転運動に変換され、シャフト１１１に伝わる。しかし、ウェイストゲートバルブ１１０が閉状態の場合には、シャフト１１１はそれ以上回転することができない。したがって、シャフト１１１には、リンクアーム１３１を介して、リンクロッド１３２が運動する方向と略同じ方向、すなわち第１方向Ｌ１の力が作用する。

＜バルブ面の構成＞
次に、バルブ面１１６の構成について具体的に説明する。
以下では、シャフト１１１の中心軸１１１Ａに沿う方向のうち、タービンハウジング６０の外部側から内部側に向かう方向を第１シャフト方向Ｓ１と呼称し、第１シャフト方向Ｓ１の反対方向を第２シャフト方向Ｓ２と呼称する。

図５に示すように、シャフト１１１の中心軸１１１Ａと貫通孔６９の中心軸６９Ａとが一致している場合であってウェイストゲートバルブ１１０が閉状態の場合を仮定する。また、この仮定の下で、シャフト１１１の中心軸１１１Ａと平行であり、且つ、バルブ面１１６の重心１１６Ｃを含む断面で視たとする。このとき、バルブ面１１６は、第１シャフト方向Ｓ１に向かうほど、第１方向Ｌ１側に、すなわち図５における下方に位置するように傾斜している。したがって、バルブ面１１６における第１シャフト方向Ｓ１の端１１６Ｄは、重心１１６Ｃから視て、シャフト１１１の中心軸１１１Ａに直交する方向において第１方向Ｌ１側に位置している。

なお、図５の断面において、バルブ面１１６とシャフト１１１の中心軸１１１Ａとがなす鋭角の角度は、実際には例えば０．１～１°程度である。図５では、バルブ面１１６とシャフト１１１の中心軸１１１Ａとがなす鋭角の角度を誇張して図示している。また、図７に示すように、重心１１６Ｃは、バルブ面１１６における幾何中心である。

さらに、図６に示すように、シャフト１１１の中心軸１１１Ａと貫通孔６９の中心軸６９Ａとが一致している場合であってウェイストゲートバルブ１１０が閉状態の場合を仮定する。また、この仮定の下で、シャフト１１１の中心軸１１１Ａに直交し、且つ、バルブ面１１６の重心１１６Ｃを含む断面で視たとする。このとき、バルブ面１１６は、弁座面６６に対して傾斜している。具体的には、バルブ面１１６は、弁座面６６に沿う方向において第２方向Ｌ２側ほど、すなわち図６における右側ほど、弁座面６６に直交する方向の第１方向Ｌ１側に、すなわち図６における下方に位置するように傾斜している。したがって、バルブ面１１６のうち、弁座面６６に沿う方向において第２方向Ｌ２側の端１１６Ｅは、重心１１６Ｃから視て、弁座面６６に直交する方向において第１方向Ｌ１側に位置している。

なお、図６の断面において、バルブ面１１６と弁座面６６とがなす鋭角の角度は、実際には例えば０．１～１°程度である。図６では、バルブ面１１６と弁座面６６とがなす鋭角の角度を誇張して図示している。

弁座面６６に直交する方向を高さ方向としたとき、上記のようにバルブ面１１６が傾斜している結果、バルブ面１１６からシャフト１１１の中心軸１１１Ａまでの高さ方向の距離が、バルブ面１１６の箇所毎に異なっている。具体的には、上述の例と同様に、シャフト１１１の中心軸１１１Ａと貫通孔６９の中心軸６９Ａとが一致している場合であってウェイストゲートバルブ１１０が閉状態の場合を仮定する。このとき、バルブ面１１６のうち高さ方向の中心軸１１１Ａまでの距離が最も大きい最高点１１６Ａは、バルブ面１１６のうち、弁座面６６に直交する方向において最も第１方向Ｌ１側に位置している。図７に示すように、最高点１１６Ａは、バルブ面１１６の外周縁のうち、バルブ面１１６の端１１６Ｄとバルブ面１１６の端１１６Ｅとの間に位置している。また、バルブ面１１６のうち高さ方向の中心軸１１１Ａまでの距離が最も小さい最低点１１６Ｂは、バルブ面１１６のうち、弁座面６６に直交する方向において最も第２方向Ｌ２側に位置している。図７に示すように、最低点１１６Ｂは、バルブ面１１６の外周縁のうち、重心１１６Ｃを挟んで最高点１１６Ａとは１８０度反対の箇所に位置している。

＜本実施形態の作用＞
図８において実線矢印で示すように、ウェイストゲートバルブ１１０が閉状態の場合に、シャフト１１１におけるタービンハウジング６０の外部側の端に第１方向Ｌ１の力、すなわち図８における右下側に向かう力が作用する。すると、シャフト１１１におけるタービンハウジング６０の外部側の端が第１方向Ｌ１に、シャフト１１１におけるタービンハウジング６０の内部側の端が第２方向Ｌ２に位置するように、貫通孔６９の中心軸６９Ａに対してシャフト１１１の中心軸１１１Ａが傾く。その結果、貫通孔６９に対するシャフト１１１の傾きに伴って、弁座面６６に対して弁体１１２が傾く。具体的には、弁体１１２のうち重心１１６Ｃの近傍部分に比べて、弁体１１２のうち最高点１１６Ａの近傍部分が弁座面６６に対して離れるように傾く。

この点、シャフト１１１の中心軸１１１Ａと貫通孔６９の中心軸６９Ａとが一致している場合であってウェイストゲートバルブ１１０が閉状態の場合を仮定したときに、予めバルブ面１１６は傾斜している。

具体的には、図５に示すように、シャフト１１１の中心軸１１１Ａと平行であり、且つ、バルブ面１１６の重心１１６Ｃを含む断面で視たとする。このとき、バルブ面１１６における第１シャフト方向Ｓ１の端１１６Ｄは、重心１１６Ｃから視て、シャフト１１１の中心軸１１１Ａに直交する方向において第１方向Ｌ１側に位置している。したがって、第１方向Ｌ１の力に起因した貫通孔６９の中心軸６９Ａに対するシャフト１１１の中心軸１１１Ａの傾きのうち、弁座面６６に直交する方向、すなわち図８における上下方向の傾きを見越して、バルブ面１１６は、シャフト１１１の中心軸１１１Ａが延びる方向に対して傾斜している。さらに、図６に示すように、シャフト１１１の中心軸１１１Ａに直交し、且つ、バルブ面１１６の重心１１６Ｃを含む断面で視たとする。このとき、バルブ面１１６のうち、弁座面６６に沿う方向において第２方向Ｌ２側の端１１６Ｅは、重心１１６Ｃから視て、弁座面６６に直交する方向において第１方向Ｌ１側に位置している。したがって、第１方向Ｌ１の力に起因した貫通孔６９の中心軸６９Ａに対するシャフト１１１の中心軸１１１Ａの傾きのうち、弁座面６６に沿う方向、すなわち図８における左右方向の傾きを見越して、バルブ面１１６は、シャフト１１１の中心軸１１１Ａに直交する方向においても傾斜している。このように、バルブ面１１６は、シャフト１１１の中心軸１１１Ａが延びる方向に対して傾斜しているのみならず、シャフト１１１の中心軸１１１Ａに直交する方向においても傾斜している。

＜本実施形態の効果＞
（１－１）上記のとおり、弁座面６６に対して傾斜する第１方向Ｌ１の力に起因して、弁体１１２のうち重心１１６Ｃの近傍部分に比べて、弁体１１２のうち最高点１１６Ａの近傍部分が弁座面６６に対して離れるように傾いても、その傾きを見越して傾斜したバルブ面１１６により、弁座面６６に対してバルブ面１１６が傾斜することが抑制される。このように弁座面６６に対してバルブ面１１６が傾斜することが抑制されることにより、バルブ面１１６が弁座面６６に面接触しやすく、ウェイストゲートバルブ１１０が閉状態の場合に、バルブ面１１６と弁座面６６との間に隙間が生じることを抑制できる。

＜第２実施形態＞
＜ウェイストゲートバルブの構成＞
以下、本発明の第２実施形態を図１０～図１４にしたがって説明する。第２実施形態において、ターボチャージャ２０は、ウェイストゲートバルブ１１０に代えて、ウェイストゲートバルブ２１０を備える点が異なる。第２実施形態では、ウェイストゲートバルブ２１０に関して、第１実施形態との相違点を中心に説明し、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付して、説明を省略又は簡略化する。

図１０に示すように、ウェイストゲートバルブ２１０の弁本体１１４は、環状溝２２１、２つの凸部２２２、２つの凹部２２３、及び窪み２２４を備えている。環状溝２２１は、バルブ面１１６から窪んでいる。図１２に示すように、環状溝２２１の形状は、バルブ面１１６の外周縁に沿ってバルブ面１１６上を延びる略円環形状である。環状溝２２１は、バルブ面１１６の外周縁よりも僅かに径方向内側であって、当該バルブ面１１６の外周縁の近傍に位置している。したがって、図１３に示すように、環状溝２２１は、ウェイストゲートバルブ２１０が閉状態の場合に、２つのバイパス通路６４を取り囲むように、バルブ面１１６上を延びている。

図１０に示すように、凸部２２２は、バルブ面１１６から突出している。図１２に示すように、バルブ面１１６に直交する方向から視たときに、凸部２２２の形状は、略半円形状である。凸部２２２は、バイパス通路６４の開口形状よりも僅かに小さい。ウェイストゲートバルブ２１０が閉状態の場合に、凸部２２２は、バイパス通路６４と同じ箇所に位置している。したがって、図１３に示すように、ウェイストゲートバルブ２１０が閉状態の場合に、凸部２２２は、バイパス通路６４に挿入される。

図１１に示すように、凸部２２２は、傾斜部２２２Ａ、及び平行部２２２Ｂを備えている。傾斜部２２２Ａは、凸部２２２のうち、シャフト１１１の中心軸１１１Ａに近い一部分、すなわち図１１における左側の一部分である。傾斜部２２２Ａの先端面、すなわち図１１における下面は、バルブ面１１６に対して傾斜している。具体的には、傾斜部２２２Ａの先端面は、シャフト１１１の中心軸１１１Ａに近いほど、バルブ面１１６に対する突出量が小さくなるように傾斜している。

平行部２２２Ｂは、凸部２２２のうち、傾斜部２２２Ａ以外の一部分、すなわち図１１における右側の一部分である。平行部２２２Ｂの先端面、すなわち図１１における下面は、バルブ面１１６と平行になっている。平行部２２２Ｂにおけるバルブ面１１６に対する突出量は、傾斜部２２２Ａにおける平行部２２２Ｂに近い端の突出量と同じになっている。

図１１に示すように、凹部２２３は、傾斜部２２２Ａの先端面、及び平行部２２２Ｂの先端面から窪んでいる。凹部２２３におけるシャフト１１１の中心軸１１１Ａから遠い端、すなわち図１１における右端は、平行部２２２Ｂにおけるシャフト１１１の中心軸１１１Ａから遠い端の近傍に位置している。凹部２２３におけるシャフト１１１の中心軸１１１Ａに近い端、すなわち図１１における左端は、傾斜部２２２Ａのうち、平行部２２２Ｂに近い部分に位置している。図１２に示すように、バルブ面１１６に直交する方向から視たときに、凹部２２３の縁の全域は、凸部２２２の縁よりも内側に位置している。図１３に示すように、弁体１１２を断面視したとき、凹部２２３の底面のうちの縁を含む一部の領域は、曲面になっている。

図１０に示すように、窪み２２４は、バルブ面１１６に対して窪んでいる。図１２に示すように、バルブ面１１６に直交する方向から視たときに、窪み２２４は、バルブ面１１６のうち、２つの凸部２２２に挟まれた箇所の略全域に亘って位置している。窪み２２４のうち、シャフト１１１の中心軸１１１Ａに近い端、すなわち図１２における上端は、環状溝２２１におけるシャフト１１１の中心軸１１１Ａに近い部分の近傍に位置している。また、窪み２２４のうち、シャフト１１１の中心軸１１１Ａから遠い端、すなわち図１２における下端は、環状溝２２１におけるシャフト１１１の中心軸１１１Ａから遠い部分の近傍に位置している。

上述したように、ウェイストゲートバルブ２１０が閉状態の場合に、凸部２２２は、バイパス通路６４に挿入される。したがって、図１３に示すように、ウェイストゲートバルブ２１０が閉状態の場合に、窪み２２４は、弁本体１１４のうち、弁座面６６において２つのバイパス通路６４に挟まれた箇所に向かい合う箇所に位置している。

なお、本実施形態において、ウェイストゲートバルブ２１０の弁本体１１４が、環状溝２２１、２つの凸部２２２、２つの凹部２２３、及び窪み２２４を備えている結果、図１２に示すように、バルブ面１１６の形状は、全体として円環形状である。

第１実施形態と同様に、バルブ面１１６は、平面である。さらに、第１実施形態と同様に、バルブ面１１６は、傾斜している。すなわち、シャフト１１１の中心軸１１１Ａと平行であり、且つ、バルブ面１１６の重心１１６Ｃを含む断面視で、バルブ面１１６は、第１シャフト方向Ｓ１に向かうほど、第１方向Ｌ１側に位置するように傾斜している。また、シャフト１１１の中心軸１１１Ａに直交し、且つ、バルブ面１１６の重心１１６Ｃを含む断面視で、バルブ面１１６は、弁座面６６に沿う方向において第２方向Ｌ２側ほど、弁座面６６に直交する方向の第１方向Ｌ１側に位置するように傾斜している。

＜本実施形態の作用＞
図１３において実線矢印で示すように、ウェイストゲートバルブ２１０が閉状態の場合であっても、排気の圧力によってウェイストゲートバルブ２１０ががたつくなどして、バルブ面１１６と弁座面６６との間に隙間が生じることがある。このとき、バルブ面１１６と弁座面６６との隙間を介して、バイパス通路６４から排出通路６３へと排気が漏れ出る。

＜本実施形態の効果＞
本実施形態では、上記の（１－１）の効果に加えて、以下の（２－１）～（２－５）の効果がある。

（２－１）ウェイストゲートバルブ２１０は環状溝２２１を備えているため、ウェイストゲートバルブ２１０が閉状態の場合に、環状溝２２１の内面と弁座面６６との間に空隙が生じる。そのため、仮に、バルブ面１１６と弁座面６６との間に隙間が生じている場合、排気が漏れる流路上に上記の空隙が存在することになる。そして、排気が漏れる流路のうち、この空隙においては流路断面積が急激に大きくなるため、排気の流れが乱されて、排気の流通抵抗が大きくなる。これにより、バルブ面１１６と弁座面６６との間に隙間が生じていても、環状溝２２１によって区画される空隙により、漏れ出る排気の量を抑制できる。

（２－２）本実施形態では、ウェイストゲートバルブ２１０が閉状態の場合に、ウェイストゲートバルブ２１０の凸部２２２がタービンハウジング６０のバイパス通路６４に挿入される。そのため、ウェイストゲートバルブ２１０が閉状態の場合に、バルブ面１１６と弁座面６６との隙間に排気が至る際には、凸部２２２の外周面とバイパス通路６４の内周面との間を介して流通する。すなわち、凸部２２２の存在により、バルブ面１１６と弁座面６６との間に至るまでの排気の流路断面積を小さくできる。その結果、バルブ面１１６と弁座面６６との間へと至る排気の量を抑制できる。

（２－３）ウェイストゲートバルブ２１０は、凹部２２３を備えている。また、凹部２２３の底面のうちの縁を含む一部の領域は、曲面になっている。そのため、図１３において二点鎖線矢印で示すように、ウェイストゲートバルブ２１０が閉状態の場合に、上流から下流へと流通する排気が凹部２２３の中央部に衝突すると、その排気が外側に流れる。すると、その排気は、凹部２２３の曲面に案内されることにより下流から上流へと吹き返される。このように吹き返される排気により、バイパス通路６４において上流から下流への排気の流れが弱められるので、ウェイストゲートバルブ２１０を開こうとする排気の力を弱めることができる。その結果、バルブ面１１６と弁座面６６との間に隙間が生じることを抑制できるし、仮に隙間が生じた場合でも、その隙間を介して漏れ出る排気の量を抑制できる。

（２－４）タービンハウジング６０の壁のうち、２つのバイパス通路６４に挟まれる箇所は、２つのバイパス通路６４を流通する排気の熱の影響を受けやすい。そのため、弁座面６６のうち、２つのバイパス通路６４に挟まれる箇所は、例えば弁座面６６の外周部分に比べて熱膨張の影響が大きい。

この点、ウェイストゲートバルブ１１０が閉状態の場合に、弁体１１２のうち、弁座面６６において２つのバイパス通路６４に挟まれる箇所に向かい合う箇所に窪み２２４が存在する。そのため、排気の熱を受けて弁座面６６が上記のように熱膨張したとしても、弁座面６６のうち２つのバイパス通路６４に挟まれる箇所のみが、バルブ面１１６に接触することを抑制できる。その結果、バルブ面１１６の外周部分と弁座面６６の外周部分との間に隙間が生じることを抑制できる。

（２－５）図１４において実線矢印で示すように、ウェイストゲートバルブ２１０が開状態の場合に、バイパス通路６４からの排気の一部は、ウェイストゲートバルブ２１０のうち、バルブ面１１６から突出した凸部２２２に衝突する。このように、凸部２２２に対する排気の衝突により排気の流通が乱れると、排気通路１３を流通する排気全体の流れが乱されることになるため、排気の速やかな流通の妨げとなる。また、排気の流れが乱されることにより、排気による触媒１５の暖機効果が期待どおりに得られない可能性もある。

この点、傾斜部２２２Ａの先端面は、シャフト１１１の中心軸１１１Ａに近いほど、すなわちバイパス通路６４に近いほど、バルブ面１１６に対する突出量が小さくなるように傾斜している。これにより、バイパス通路６４を流通した排気が、凸部２２２の側面に衝突せず、概ね傾斜部２２２Ａの先端面に沿って流通する。その結果、バイパス通路６４を流通した排気の流通が乱れることを抑制できる。

＜変更例＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

「第１方向について」
・上記第１実施形態及び第２実施形態において、第１方向Ｌ１は、上記実施形態の例に限らない。例えば、図８を参照して説明すると、第１方向Ｌ１は、図８における左下方向、図８における左上方向、図８における右上方向、といった方向でもよい。これらのように、貫通孔６９の中心軸６９Ａに沿う方向から視て、第１方向Ｌ１は、弁座面６６に対して傾斜していればよい。このように弁座面６６に対して第１方向Ｌ１が傾斜していれば、本件技術を適用することによりバルブ面１１６と弁座面６６との間に隙間が生じることを抑制できる。

具体例として、第１方向が図８における左下に向かっている場合のバルブ面１１６の構成について説明する。この場合、バルブ面１１６における第１シャフト方向Ｓ１の端１１６Ｄは、重心１１６Ｃから視て、シャフト１１１の中心軸１１１Ａに直交する方向において第１方向側に位置している。また、バルブ面１１６のうち、弁座面６６に沿う方向において第２方向側の端は、重心１１６Ｃから視て、弁座面６６に直交する方向において第１方向側に位置している。

「環状溝について」
・上記第２実施形態において、環状溝２２１の数は変更できる。例えば、ウェイストゲートバルブ２１０は、２つのバイパス通路６４に対応して２つの環状溝２２１を備えていてもよい。この構成では、ウェイストゲートバルブ２１０が閉状態の場合に、２つの環状溝２２１の一方は、２つのバイパス通路６４の一方を取り囲むように、バルブ面１１６上を延びている。さらに、ウェイストゲートバルブ２１０が閉状態の場合に、２つの環状溝２２１の他方は、２つのバイパス通路６４の他方を取り囲むように、バルブ面１１６上を延びている。なお、この構成では、２つの環状溝２２１を採用するにあたって、窪み２２４の形状を変更したり、窪み２２４を省略したりすればよい。また、例えば、バルブ面１１６上において、同心円状に複数の環状溝２２１が設けられていてもよい。

・上記第２実施形態において、環状溝２２１を省略してもよい。
「凸部について」
・上記第２実施形態において、凸部２２２の形状は変更できる。例えば、凸部２２２は、傾斜部２２２Ａを備えていなくてもよく、バルブ面１１６に対する凸部２２２全体の突出量が同じになっていてもよい。

・上記第２実施形態において、凸部２２２の数は変更できる。例えば、ウェイストゲートバルブ２１０が閉状態の場合に、２つのバイパス通路６４のうち一方を介して漏れ出る排気の量が、２つのバイパス通路６４の他方に比べて多いことがある。この場合、ウェイストゲートバルブ２１０は、２つのバイパス通路６４のうち一方に挿入される凸部２２２のみを備えていてもよい。また、例えば、全ての凸部２２２を省略してもよい。

「凹部について」
・上記第２実施形態において、凹部２２３の数は変更できる。例えば、２つの凸部２２２のうちの一方のみに凹部２２３が設けられていてもよい。また、例えば、１つの凸部２２２に対して複数の凹部２２３が設けられていてもよい。さらに、例えば、全ての凹部２２３を省略してもよい。

・凹部２２３は、必ずしも凸部２２２に設けられていなくてもよい。例えば、凸部２２２を採用していない場合には、バルブ面１１６に対して窪んだ凹部２２３を採用してもよい。

・凹部２２３の形状は変更してもよい。例えば、凹部２２３は、半球形状になるように窪んでいてもよい。すなわち、凹部２２３の内面の全域が曲面になっていてもよい。また、例えば、凹部２２３の内面は、曲面になっていなくてもよい。この構成であっても、凹部２２３の存在により、凹部２２３に衝突した排気の一部は、下流から上流へと吹き返すことができ得る。

「窪みについて」
・上記第２実施形態において、窪み２２４の形状は変更できる。例えば、窪み２２４は、バルブ面１１６のうち、２つの凸部２２２に挟まれた箇所の一部のみに設けられていてもよい。この構成においても、ウェイストゲートバルブ１１０が閉状態の場合に、弁座面６６のうち、窪み２２４に向かい合う箇所が膨張したときの悪影響を抑制できる。

・上記第２実施形態において、窪み２２４を省略してもよい。例えば、弁座面６６における熱膨張が比較的に小さいのであれば、窪み２２４を省略しても、その影響は小さい。
「その他の構成について」
・上記第１実施形態及び第２実施形態において、バイパス通路６４の数は変更できる。例えば、バイパス通路６４は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。なお、この場合、バイパス通路６４の数に合わせて、凸部２２２の数、凹部２２３の数、及び窪み２２４の数を変更すればよい。また、バイパス通路６４が１つの場合、窪み２２４は、省略すればよい。

Ｌ１…第１方向
Ｌ２…第２方向
Ｓ１…第１シャフト方向
Ｓ２…第２シャフト方向
１０…内燃機関
２０…ターボチャージャ
６０…タービンハウジング
６１…スクロール通路
６４…バイパス通路
６６…弁座面
６９…貫通孔
６９Ａ…中心軸
９０…タービンホイール
１１０…ウェイストゲートバルブ
１１１…シャフト
１１１Ａ…中心軸
１１２…弁体
１１６…バルブ面
１１６Ａ…最高点
１１６Ｂ…最低点
１１６Ｃ…重心
１２０…ブッシュ
１３０…リンク機構
１４０…アクチュエータ
２１０…ウェイストゲートバルブ
２２１…環状溝
２２２…凸部
２２３…凹部
２２４…窪み

Claims (3)

1. 排気の流れにより回転するタービンホイールと、
   前記タービンホイールを収容するとともに前記タービンホイールよりも排気上流側及び排気下流側をバイパスするバイパス通路を区画するタービンハウジングと、
   前記バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、
   アクチュエータからの駆動力を前記ウェイストゲートバルブに伝達するリンク機構と、を備え、
   前記タービンハウジングは、前記ウェイストゲートバルブが閉状態の場合に前記ウェイストゲートバルブに接触する平面の弁座面と、前記タービンハウジングの壁を貫通する貫通孔と、を有し、
   前記ウェイストゲートバルブは、前記貫通孔を貫通しているとともに前記タービンハウジングに回転可能に支持されたシャフトと、前記シャフトにおける前記タービンハウジングの内部側の端から前記シャフトの径方向に延びる弁体と、を有し、
   前記弁体は、前記ウェイストゲートバルブが閉状態の場合に、前記弁座面に向かい合う平面のバルブ面を有し、
   前記シャフト及び前記弁体が一体成形物であるターボチャージャであって、
   前記ウェイストゲートバルブが閉状態の場合に、前記リンク機構が前記シャフトにおける前記タービンハウジングの外部側の端に付与する力の向きを第１方向とし、
   前記シャフトの中心軸に沿う方向であって前記タービンハウジングの外部側から内部側へと向かう方向を第１シャフト方向としたとき、
   前記第１方向は、前記貫通孔の中心軸に沿う方向から視て前記弁座面に対して傾斜しており、
   前記弁座面は、前記貫通孔の中心軸と平行であり、
   前記シャフトの中心軸と平行であり且つ前記バルブ面の重心を含む断面視で、前記バルブ面における前記第１シャフト方向側の端が、前記重心から視て、前記シャフトの中心軸に直交する方向において前記第１方向側に位置するように、前記シャフトの中心軸に対して前記バルブ面が傾斜しており、
   前記シャフトの中心軸と前記貫通孔の中心軸とが一致している場合であって前記ウェイストゲートバルブが閉状態の場合での、前記シャフトの中心軸と直交し且つ前記バルブ面の重心を含む断面視で、前記バルブ面のうち、前記弁座面に沿う方向において前記第１方向とは反対側の端が、前記重心から視て、前記弁座面に直交方向する方向において前記第１方向側に位置するように、前記弁座面に対して前記バルブ面が傾斜しており、
   前記タービンハウジングには、前記弁座面に開口する前記バイパス通路が複数区画されており、
   前記弁体は、前記バルブ面に対して窪んだ窪みを有し、
   前記窪みは、前記弁体のうち、前記ウェイストゲートバルブが閉状態の場合に複数の前記バイパス通路に挟まれた箇所に向かい合う箇所に、位置しており、
   前記バルブ面においては環状溝が窪んでおり、
   前記環状溝は、前記ウェイストゲートバルブが閉状態の場合に複数の前記バイパス通路及び前記窪みを取り囲むように前記バルブ面上を延びており、且つ、前記窪みに接続していない
   ターボチャージャ。
2. 前記ウェイストゲートバルブは、前記バルブ面から突出する凸部を備え、
   前記ウェイストゲートバルブが閉状態の場合に、前記凸部は、前記バイパス通路に挿入される
   請求項１に記載のターボチャージャ。
3. 前記凸部の先端面においては凹部が窪んでおり、
   前記凹部の内面の少なくとも一部は、曲面である
   請求項２に記載のターボチャージャ。