WO2011108331A1

WO2011108331A1 - ウエストゲートバルブ装置

Info

Publication number: WO2011108331A1
Application number: PCT/JP2011/052105
Authority: WO
Inventors: 八十島　健
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2010-03-01
Filing date: 2011-02-02
Publication date: 2011-09-09
Also published as: US20120312010A1; CN102472159A; EP2444626A1; KR20120014934A; JP2011179401A

Abstract

ウエストゲートバルブ１００の弁体が排気出口通路１８ｓ側から排気バイパス通路５側に向けて移動し、排気バイパス通路５の周囲に形成された弁座部１２のシート座面１２ａに当接したときにウエストゲートバルブ１００を全閉とするように構成されたウエストゲートバルブ装置において、前記ウエストゲートバルブ１００の弁体１の前記シート座面１２ａに当接する側に、排ガスの通路面積を縮小するように一定高さの突起部２が設けられたことを特徴とする。

Description

ウエストゲートバルブ装置

　本発明は、エンジンからの排気ガスにより駆動される排気タービンへの排気通路から、該排気タービンをバイパスさせて排気ガス出口通路に通ずる排気バイパス通路を開閉するウエストゲートバルブ装置に関する。

　比較的小型の排気ターボ過給機においては、排気ガスにより駆動される排気タービンへの排気通路から、該排気タービンをバイパスさせて排気ガス出口通路に通ずる排気バイパス通路を開閉するウエストゲートバルブを備え、エンジンの排気ガス量が過大のときは該ウエストゲートバルブを開いて排気ガスの一部を、排気タービンをバイパスさせて排気ガス出口通路に逃がすように制御して、排気ガス流量を適正流量に保持するとともに、これに伴い低負荷時の排気ガス流量の作動点を上昇させることにより、エンジンの高出力化をなしている。

　図１８は、従来の排気ターボ過給機の排気タービンにおけるウエストゲートバルブ周辺の構造の１例を示し、図１８（Ａ）はウエストゲートバルブ駆動部の縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ―Ａ断面図である。
　図１８（Ａ）、（Ｂ）において、２００は排気タービンで次のように構成されている。
１はタービンケーシングで内部にタービン（内容は図示省略）２を備えている。
　１００はウエストゲートバルブで、図示を省略したエンジンから排気ガス通路１１を通って前記タービン２に供給される排気ガスを、前記タービン２の上流の排気ガス通路１１から分岐し、前記タービン２をバイパスして排気バイパス通路５に流し、排気出口通路１８ｓに連通させている。４はエンジンからの排気ガス入口フランジである。

　前記ウエストゲートバルブ１００の弁体０１は、往復動することにより前記排気バイパス通路５の弁座部１２を開閉し、開弁時には、図１８（Ｂ）のように、排気ガス通路１１から排気バイパス通路５の排気ガス（バイパス流）が排気出口通路１８ｓへと、矢印のように流れる。
　前記ウエストゲートバルブ１００の弁体０１には、Ｌ字状の支軸８の端部８ｂがリベット８ｃにより固定されている。前記支軸８の回動部は、前記タービンケーシング１に固定されたブッシュ７に回動自在に嵌合されている。

　９はアームで、前記支軸８の軸端部にかしめ９ａ等により固定されている。該アーム９の一端部には、図示しないアクチュエータへの連結部１３を備えている。従って、前記アクチュエータによる該連結部１３の往復動により、前記支軸８をその軸心８ａの周りに回動させ、かかる支軸８の軸心８ａ周りの回動によって、前記弁体０１が弁座部１２に着脱しながら該弁体０１を開閉する。

　また、図１９に示す特許文献１（特開２００９－９２０２６号公報）においては、同公報と同一の符号で説明すると、ウエストゲートバルブ５は、シリンダヘッドに回動自在な支持軸５１に根本部を支持されたアーム５３を備え、該アーム５３の自由端部に、扁平状の弁体５４ｓを、該支持軸５１の軸心５２回りに回動自在に支持している。
　そして、前記扁平状の弁体５４ｓの底面５４ｄを、支持軸５１の軸心５２回りの回動によって弁座部５５の当接面５６に着脱することにより、該ウエストゲートバルブ５の開閉を行っている。１０３は排気ガスバイパス通路である。

特開２００９－９２０２６号公報

　図１８及び図１９（特許文献１）に示すような、扁平状の弁体０１、５４ｓを備えたウエストゲートバルブにおいては、図２０に示すように、バルブ開度（弁体の開度）と、（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比：Ｘ（％）は、図２０のＢ線のように、バルブ開度（弁体の開度）の増加に従い、前記通過流量比：Ｘ（％）はバルブ開度に比例的に増加するのが、理想である。

　しかしながら、図１８及び図１９（特許文献１）に示すウエストゲートバルブは、支持軸の部分を回転自在に支持したアームの自由端部に、扁平状の弁体を、該支持軸の軸心回りに揺動自在に支持している、つまり支持軸周りの揺動式の弁体であるため、図２０のＣ線に示すように、バルブ開度が小さいときに（概ね０～２０°）、前記通過流量比Ｘが急激に増加する。
　つまり、かかる揺動式の弁体を備えたウエストゲートバルブは、バルブ開度が極めて小さい（概ね０～２０°）、つまりウエストゲートバルブが全閉に近い状態でも、ウエストゲートバルブを通して排気通路側に流れる可能性があり、かかるウエストゲートバルブの流量特性では、排気タービンの応答性をコントロールすることが困難となり、排気タービンの応答性の制御ができない。

　本発明はかかる従来技術の課題に鑑みてなされたもので、揺動式の弁体を備えたウエストゲートバルブにおいて、特にバルブ開度が極めて小さい部分で、通過流量比をバルブ開度に比例的に増加するように近づけて、排気タービンの応答性の制御をウエストゲートバルブの全開度においてスムーズになし得るようにした、ウエストゲートバルブ装置を提供することを目的とする。

　本発明はかかる目的を達成するもので、エンジンからの排気ガスにより駆動される排気タービンに接続される排気通路から、前記排気タービンをバイパスさせて排気出口通路に通ずる排気バイパス通路と、支持軸回りに回動可能にされた支持アームの自由端部に取り付けられて該支持アームの揺動により前記排気バイパス通路と排気出口通路との間を開閉する弁体を有するウエストゲートバルブとを備え、前記ウエストゲートバルブの弁体が弁座部のシート座面に当接したときに前記ウエストゲートバルブを全閉とするように構成されたウエストゲートバルブ装置において、前記ウエストゲートバルブの弁体の前記シート座面に当接する側に、排ガスの通路面積を縮小するように一定高さの突起部が設けられたことを特徴とする。

　かかる発明によれば、揺動式の弁体を備えたウエストゲートバルブにおいて、ウエストゲートバルブの弁体のシート座面に当接する側に排ガスの通路面積を縮小するように一定高さの突起部が設けられたので、例えば、ウエストゲートバルブの弁体の排気バイパス通路側つまり上流側に、一定高さを有する突起部を設けた場合には、弁体の排ガス上流側に設けた前記突起部が、ウエストゲートバルブの、特に、バルブ開度が極めて小さい部分（概ね０～２０°）で排ガス流量の増加を抑制できて、排ガス流量の通過流量の急激な増加を抑えることができる。

　従って、揺動式の弁体を備えたウエストゲートバルブであって、前記突起部の設置によりバルブ開度が極めて小さい部分（概ね０～２０°）からバルブ開度が大きくなる部分の全体で、弁体の通過排ガスの通過流量比を、バルブ開度の増加に従い略比例的に増加されることができ、排気タービンの応答性の制御をウエストゲートバルブの全開度においてスムーズになし得るようにできる。
　よって、図１８及び図１９（特許文献１）に示すような従来の揺動式の弁体を備えたウエストゲートバルブのように、バルブ開度が極めて小さくウエストゲートバルブが全閉に近い状態でも、ウエストゲートバルブを通して排気通路側に流れる可能性があり、このような流量特性では、排気タービンの応答性をコントロールすることが困難となり、排気タービンの応答性の制御ができない、という問題の発生を阻止できる。

　また、かかる発明において、前記突起部は、外郭線部とシート面との角度θ１を有する第１の円錐体を前記弁体に接続し、外郭線部と前記シート面との角度θ２が前記第１の円錐体よりも小さい第２の円錐体を前記第１の円錐体の端部に接続して、２段の円錐状体に構成する。
　このような構成において、微細な流量調整を行うためには、突起部の外郭線部とシート面との角度θ１、θ２を大きくしなければならないが、突起部の端部が図１のような軌跡を描くため、突起部の高さは排ガス通路穴部との干渉の関係から制限される。

　突起部の外郭線部とシート面との角度を大きくした方が微細な流量調整が可能になるが、突起部の外郭線部とシート面との角度を大きくすると図１に示すような軌跡を描くため突起部の高さが低くなる。従って、突起部の外郭線部とシート面との角度が８０°を超えるとバルブ開度θ５が１７°開くときには、突起の効果が無くなる（図２（Ｃ））。

　また、突起部の外郭線部とシート面との角度が３０°より小さい場合には、流量調整の効果も薄く開度１７°までしか突起部の効果が継続しない（図２（Ｂ））。
　従って、円錐体の突起部の外郭線部とシート面との角度θ１は８０°以下、３０°以上とする。

　ただし、この例では、第１の円錐体と第２の円錐体とを結合した２段で突起部を形成するので、前記角度θは、３０°＜θ＜９０°の範囲に取れる。
　かかる角度θ範囲の場合の、バルブ開度（弁体の開度）と、（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比：Ｘ（％）は、図２（Ａ）のＡ線のとおりで、前記通過流量比：Ｘ（％）がバルブ開度に比例的に増加する理想線Ｂに近づく。
　従って、前記の第１の円錐体と第２の円錐体とを結合して突起部を形成することにより、広いバルブ開度つまり３０°＜θ＜９０°で、突起部の流量調整効果を得ることができる。

　また、かかる発明において、前記突起部は、前記支持アームの揺動中心と前記突起部の先端間の距離（Ｌ１）と、前記支持アームの揺動中心と前記突起部の最長点間の距離（Ｌ２）と、前記支持アームの揺動中心と排ガス通路穴部の開口端間の距離（Ｌ３）としたとき、Ｌ３＞Ｌ１で且つＬ３＞Ｌ２のように構成するため、突起部が排ガス通路穴部の開口縁に接触するのを、回避できる。

　また、かかる発明において、下記の５ケースについては、角度が変化しても、開度に応じて突起部が排ガス通路穴部に対して並行になるように形成したもので、このように形成すれば、弁体が円弧状に動く場合でも、任意の排ガス通路面積を得ることが容易である。
　（１）前記突起部は、前記弁体に、厚さが半径方向に直状に変化する円柱体を複数個連結して、且つ弁体の開放時に前記円柱体が弁穴部と緩衝しないように前記突起部は、前記弁体に、厚さが半径方向に直状に変化する円柱体を複数個連結して、且つ弁体の開放時に前記円柱体が弁穴部と緩衝しないように円柱体を傾斜させて重ね合わせて配置する。
　（２）前記突起部は、半球状に形成され根本部を前記弁体に固定する。
　（３）前記突起部は、先端部が尖った円錐台状に形成され根本大径部を前記弁体に固定する。
　（４）前記突起部は、先端部を平滑面に形成した円錐台状に形成され根本大径部を前記弁体に固定する。
　（５）前記突起部は、半球状の歪面に形成されて根本部を前記弁体に固定する。

　また、かかる発明において、前記突起部は、内部が空洞状に形成されたことにより、突起部と弁体とを合わせた重量が軽量化される。これにより、応答性が向上するとともに、内部を空洞状にして軽量にしたので破損も起こりにくい。また、突起部と弁体との駆動力を低減できる。
　また、突起部のみを弁体から外して取付け、分解可能であり、突起部及び弁体の分解組立及び交換が容易である。

　また、かかる発明において、前記弁体と突出部とを板金で一体に形成したため、単に突起部を別途作成して取り付ける場合よりも、弁体と突出部の重量が軽量化される。これにより、応答性が向上するとともに、一体形成のため破損も起こりにくい。また、駆動力を低減できるとともに、製作コストも安価である。

　また、かかる発明において、前記弁体が熱伸びを生じても突起部と弁体との結合部が排ガス通路穴部に接触しないように、突起部と弁体との結合部と排ガス通路穴部との間に隙間が設定されるため、すなわち、熱伸びの分だけ上乗せして、突起部外径と排ガス通路穴部の内径との間に隙間が大きく形成されることにより、熱伸びによって突起部外径と排ガス通路穴部とが接触するのを回避できる。

　また、かかる発明において、前記弁体の熱伸び量分、予め熱伸び方向と反対方向に偏心させて前記弁体に対して突起部を設置している。このようにすれば、熱伸びを考慮して、熱伸び前の段階で、弁体との結合部を予め熱伸び方向とは反対方向にずらして弁体中心に対して偏心して結合するため、熱伸びによって突起部外径と排ガス通路穴部とが接触するのを回避できる。

　また、かかる発明において、前記突起部の根本部と弁体との結合部に対応する、前記弁座部の排ガス通路穴部の開口端を全周に亘って面取りしたため、かかる面取りにより固着物を挟み込む力を開放して、固着物の付着を防止できる。

　また、前記弁体は繰り返し弁座部のシート座面に衝突するため、弁体の外周部と弁座部のシート座面の内周部とが衝激的に接触する。かかる問題点に対処するため、次の手段を用いる。

　即ち、かかる発明において、前記突起部を備えた弁体の上部に、該弁体の全周を覆う外蓋を設け、外蓋と弁体とを固定して一体にした外蓋付き弁体に構成し、該外蓋に前記支持アームが取り付けられたことを特徴とする。このようにすれば、突起部を備えた弁体の上部に弁体の全周を覆う外蓋を設けて、両者を一体にした外蓋付き弁体に構成したので、弁体の強度が向上するとともに、弁体を支持する支持アームからの開閉力が弁体の中心ではなく、外蓋付き弁体の当たり面の上部に力を分散するようにでき、外蓋付き弁体には、外周寄りに均一な力が作用するようになり、弁体の変形を防止してシール性を向上できる。

　また、かかる発明において、前記突起部を備えた弁体の上部に、該弁体の径方向に伸びて径方向両端部で固定された外蓋を設け、該外蓋に前記支持アームが取り付けられたことを特徴とする。このようにすれば、突起部を備えた弁体の上部に弁体の径方向に伸びて径方向両端部で固定された外蓋を設け、該外蓋に支持アームが取り付けられるため、弁体を支持する支持アームからの開閉力が弁体の中心ではなく、径方向両端部の位置に力を分散するようにでき、弁体の曲げ強度を向上して変形、つまり弁体周囲が開くような変形を防止するとともに、シール性を向上できる。

　また、かかる発明において、前記突起部を備えた弁体の上部に、該弁体の径方向に４方に伸びて周部の４箇所で固定された外蓋を設け、該外蓋に前記支持アームが取り付けられたことを特徴とする。このようにすれば、弁体を支持する支持アームからの開閉力が弁体の中心ではなく、弁体の径方向に４方に伸びて周部の４箇所で力を分散するようにでき、弁体の曲げ強度を向上して変形、つまり弁体周囲が開くような変形を防止するともに、シール性を向上できる。

　本発明によれば、揺動式の弁体を備えたウエストゲートバルブであって、ウエストゲートバルブの弁体のシート座面に当接する側に、排ガスの通路面積を縮小するように一定高さの突起部を設置することによりバルブ開度が極めて小さい部分（概ね０～２０°）からバルブ開度が大きくなる部分の全体で、弁体の通過排ガスの通過流量比をバルブ開度の増加に略比例的に増加されることができる。
　これにより、排気タービンの応答性の制御をウエストゲートバルブの全開度においてスムーズになし得るようにできる。

本発明の第１実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。（Ａ）は前記第１実施形態におけるバルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比の関係線図である。（Ｂ）、（Ｃ）はウエストゲートバルブの２つの例を示す縦断面図である。本発明の第２実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。（Ａ）は本発明の第３実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。（Ｂ）は第３実施形態におけるバルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比の関係線図である。（Ａ）は本発明の第４実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。（Ｂ）は第４実施形態におけるバルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比の関係線図である。（Ａ）は本発明の第５実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。（Ｂ）は第５実施形態におけるバルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比の関係線図である。（Ａ）は本発明の第６実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。（Ｂ）は第６実施形態におけるバルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比の関係線図である。（Ａ）は本発明の第７実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。（Ｂ）は第７実施形態におけるバルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比の関係線図である。本発明の第８実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。本発明の第９実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。（Ａ）は本発明の第１０、１１実施形態におけるウエストゲートバルブ取付け部の正面図である。（Ｂ）は第１０実施形態のウエストゲートバルブの縦断面図、（Ｃ）は第１１実施形態のウエストゲートバルブの縦断面図である。本発明の第１２実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｃ１）、（Ｃ２）は（Ａ）におけるＷ部拡大図である。本発明の第１３～１６実施形態の説明用のウエストゲートバルブの縦断面図である。本発明の第１３実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。（Ａ）は本発明の第１４実施形態におけるウエストゲートバルブ取付け部の正面図である。（Ｂ）は（Ａ）のＹ－Ｙ断面図である。（Ａ）は本発明の第１５実施形態におけるウエストゲートバルブ取付け部の正面図である。（Ｂ）は（Ａ）のＵ－Ｕ断面図である。（Ａ）は本発明の第１６実施形態におけるウエストゲートバルブ取付け部の正面図である。（Ｂ）は（Ａ）のＶ－Ｖ断面図である。従来技術にかかる（Ａ）はウエストゲートバルブ駆動部の縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ―Ａ断面図である。従来技術にかかる特許文献１のウエストゲートバルブの縦断面図である。一般的な、バルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比の関係線図である。

　以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

（第１実施形態）
　図１は本発明の第１実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。図２の（Ａ）は前記第１実施形態におけるバルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比の関係線図である。図２の（Ｂ）、（Ｃ）はウエストゲートバルブの２つの例を示す縦断面図である。
　このウエストゲートバルブ１００については、図１８に示すように、図示を省略したエンジンから排気ガス通路１１を通って前記タービン２に供給される排気ガスを、前記タービン２の上流の排気ガス通路１１から分岐し、前記タービン２をバイパスして排気バイパス通路５に流し、さらに該ウエストゲートバルブ１００を介して、排気出口通路１８ｓに連通している。

　即ち、前記ウエストゲートバルブ１００においては、その弁体１が往復動することにより前記排気バイパス通路５の弁座部１２を開閉し、開弁時には、図１８（Ｂ）のように、排気ガス通路１１から排気バイパス通路５に分岐された排気ガスを、該排気バイパス通路５から排気ガス出口通路１８へと、図１の矢印Ｓのように流している。

　図１において、前記ウエストゲートバルブ１００は、アクチュエータを備えた駆動部に連結された連結ピン１５に、連結アーム１６を介して連結された支持軸１４を備えている。
前記弁体１は、前記支持軸１４の回りに円弧状に回動する支持アーム３の自由端部に固定されて、該支持アーム３の揺動により前記排気バイパス通路５と排気出口通路１８ｓとの間を開閉している。そして、前記支持アーム３の揺動により、排気バイパス通路５の周囲に形成された弁座部１２のシート座面１２ａに、弁体１のシート面１ａが当接したときに、前記ウエストゲートバルブ１００は全閉となる。

　図１において、前記弁体１の下面（シート面１ａ）には、２段の円錐台体に構成された突起部２が固定されている。該突起部２は、外郭線部と前記シート面１ａとの傾斜角度θ１を有する第１の円錐体２ａを前記弁体１の下面即ちシート面１ａに接続し、外郭線部と前記シート面１ａとの傾斜角度θ２が前記第１の円錐体２ａよりも小さい第２の円錐体２ｂを前記第１の円錐体２ａの端部に接続し、先端部２ｙを扁平にカットして２段の円錐台体に構成している。

　前記第１の円錐体２ａの傾斜角度θ１と第２の円錐体２ｂの傾斜角度θ２は、次のようにして設定する。
　前記のような、２段の円錐台体からなる突起部２を備えた構成において、微細な流量調整を行うためには、突起部２の外郭線部と弁体１のシート面１ａとの角度θ１、θ２を大きくしなければならないが、突起部２の端部が図１のような円弧状の軌跡を描くため、突起部２の高さは排ガス通路穴部５ｓとの干渉の関係から制限される。

　突起部２の外郭線部とシート面１ａとの角度を大きくした方が微細な流量調整が可能になるが、突起部２の外郭線部とシート面１ａとの角度を大きくすると図１に示すような軌跡を描くため突起部２の高さが低くなる。従って、図２（Ｃ）に示すように、突起部２の外郭線部とシート面１ａとの角度θ３が８０°を超えるとバルブ開度θ５が１７°開くときには、突起部２の流量調整効果が無くなる。

　また、図２（Ｂ）に示すように、突起部２の外郭線部とシート面１ａとの角度が３０°より小さい場合には、流量調整の効果も薄く開度１７°までしか突起部２の流量調整効果が継続しない。
　従って、円錐体の突起部２の外郭線部とシート面との角度θ１は８０°以下、３０°以上とする。

　ただし、この例では、図１のように第１の円錐体２ａと第２の円錐体２ｂとを結合して突起部２を形成するので、前記傾斜角度θ（θ１、θ２）は、３０°＜θ＜９０°の範囲を取れる。
　かかる角度θ（θ１、θ２）範囲の場合の、バルブ開度（弁体の開度）と、（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比：Ｘ（％）は、図２（Ａ）のＡ線のとおりであり、前記通過流量比：Ｘ（％）がバルブ開度に比例的に増加する理想線Ｂにほぼ近づく。
　従って、前記第１の円錐体２ａと第２の円錐体２ｂとを結合して突起部２を形成することにより、広いバルブ開度つまり、傾斜角度θ１、θ２は３０°（θ２）＜θ＜９０°（θ１）に限定すれば、突起部２の流量調整効果を得ることができる。

　次に、かかる構成からなる前記第１実施形態の作用、効果について説明する。

　図１において、第１の円錐体２ａと第２の円錐体２ｂを結合した２段の円錐台体からなる突起部２を結合した弁体１を備えたウエストゲートバルブ１００が、その全閉位置から、支持アーム３のＱ方向の揺動によって、弁体１のシート面１ａと弁座部１２のシート座面１２ａとが離れることにより開く。

　かかる、ウエストゲートバルブ１００の微小開度によって、図１の流線Ｓのように排気バイパス通路５内の排ガスが排気出口通路１８ｓへと流れる。
　かかる、揺動式の弁体１を備えたウエストゲートバルブ１００においては、ウエストゲートバルブ１００のバルブ開度の小さいときには、弁体１の排気バイパス通路５側つまり上流側に、第１の円錐体２ａと第２の円錐体２ｂを結合した２段の円錐台体からなる突起部２を結合した弁体１を設けたので、図２（Ａ）のように、バルブ開度（弁体の開度）と、（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比：Ｘ（％）が、図２（Ａ）のＡ線の通りとなり、前記通過流量比：Ｘ（％）がバルブ開度に比例的に増加する理想線Ｂにほぼ近づくことができる。
　即ち、第１の円錐体２ａと第２の円錐体２ｂを結合した２段の円錐台体からなる突起部２を結合した弁体１を設けることにより、バルブ開度が極めて小さい部分（概ね０～２０°）で排ガス流量の増加を抑制できて、排ガス流量の通過流量の急激な増加を抑えることができる。

　従って、揺動式の弁体１を備えたウエストゲートバルブ１００であって、前記第１の円錐体２ａと第２の円錐体２ｂを結合した２段の円錐台体からなる突起部２を結合した弁体１の、設置により、バルブ開度が極めて小さい部分（概ね０～２０°）からバルブ開度が大きくなる部分の全体で、弁体１の通過する排ガスの通過流量比Ｘ（％）をバルブ開度の増加に比例的に増加されることができ、排気タービンの応答性の制御をウエストゲートバルブ１００の全開度においてスムーズになし得ることができる。

（第２実施形態）
　　図３は本発明の第２実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。
　この第２実施形態においては、前記突起部２は、前記支持アーム３の揺動中心１４ｅと前記突起部２の先端Ａ間の距離Ｌ１と、前記支持アーム３の揺動中心１４ｅと前記突起部２の最長点Ｃ間の距離Ｌ２と、前記支持アーム３の揺動中心１４ｅと排ガス通路穴部５ｓの開口端間の距離Ｌ３としたとき、Ｌ３＞Ｌ１で且つＬ３＞Ｌ２のように構成する。
　その他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

　かかる第２実施形態によれば、前記突起部２が排ガス通路穴部５ｓ内を運動するときに、揺動中心１４ｅと排ガス通路穴部５ｓの開口端間の距離Ｌ３としたとき、Ｌ３＞Ｌ１で且つＬ３＞Ｌ２（Ｌ１，Ｌ２は突起部の各部と支持アームの揺動中心との距離）とすれば、突起部２が排ガス通路穴部５ｓの開口縁に接触するのを、回避できる。

　次に、以下の第３実施形態、第４実施形態、第５実施形態、第６実施形態、第７実施形態は、角度が変化しても、開度に応じて突起部２が排ガス通路穴部５ｓに対して並行になるように形成したもので、このように形成すれば、弁体１が円弧状に動く場合でも、任意の排ガス通路面積を得ることが容易である。

（第３実施形態）
　図４（Ａ）は本発明の第３実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。（Ｂ）は第３実施形態におけるバルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比の関係線図である。
　この第３実施形態においては、前記突起部２は、前記弁体１に、厚さがｔ１～ｔ２、厚さがｔ３～ｔ４、厚さがｔ５～ｔ６のように半径方向に直状に変化する円柱体２ｅ、２ｆ、２ｇを複数個（この例では３個）連結して、且つ弁体１の開放時に前記各円柱体２ｅ、２ｆ、２ｇが排ガス通路穴部５ｓと干渉しないように円柱体を傾斜させて重ね合わせて配置している。
　その他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

　かかる第３実施形態における、バルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比Ｘ（％）を図４（Ｂ）に示す。図（Ｂ）のように、前記Ｘ（％）が、Ａ線の通りとなり、通過流量比：Ｘ（％）をバルブ開度に比例的に増加する理想線Ｂに近づけることができる。なおこの理想線Ｂは実施形態のように弁体１を支持アーム３によって揺動（スイング）するタイプではなく、軸方向に、つまり、排ガス通路穴部５ｓの軸方向にスライドするタイプの弁体の場合における通貨流量比を示している（図８の第７実施形態まで同様である）。

（第４実施形態）
　図５（Ａ）は本発明の第４実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。（Ｂ）は第４実施形態におけるバルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比Ｘの関係線図である。
　この第４実施形態においては、前記突起部２は、半球状に形成され根本部を前記弁体１のシート面１ａに固定している。
　その他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

　かかる第４実施形態における、バルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比Ｘ（％）を図５（Ｂ）に示す。図５（Ｂ）のように、前記Ｘ（％）が、Ａ線の通りとなり、通過流量比：Ｘ（％）をバルブ開度に比例的に増加する理想線Ｂにほぼ近づけることができる。

（第５実施形態）
　図６（Ａ）は本発明の第５実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。（Ｂ）は第５実施形態におけるバルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比Ｘの関係線図である。
　この第５実施形態においては、前記突起部２は、先端部２ｔが尖った円錐台状に形成され根本大径部を前記弁体１のシート面１ａに固定している。
　その他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

　かかる第５実施形態における、バルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比Ｘ（％）を図６（Ｂ）に示す。図６（Ｂ）のように、前記Ｘ（％）が、Ａ線の通りとなり、通過流量比：Ｘ（％）をバルブ開度に比例的に増加する理想線Ｂに近づけることができる。

（第６実施形態）
　図７（Ａ）は本発明の第６実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。（Ｂ）は第６実施形態におけるバルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比Ｘの関係線図である。
　この第６実施形態においては、図７（Ａ）のように、前記突起部２は、先端部を平滑面２ｐに形成した円錐台状に形成され根本大径部を前記弁体１のシート面１ａに固定している。
　その他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

　かかる第６実施形態における、バルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比Ｘ（％）を図７（Ｂ）に示す。図７（Ｂ）のように、前記Ｘ（％）が、Ａ線の通りとなり、通過流量比：Ｘ（％）をバルブ開度に比例的に増加する理想線Ｂに近づけることができる。

（第７実施形態）
　図８（Ａ）は本発明の第７実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。（Ｂ）は第７実施形態におけるバルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比Ｘの関係線図である。
　この第７実施形態においては、前記突起部２は、半球状の歪面２ｑに形成されて根本部を前記弁体１のシート面１ａに固定している。
　その他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

　かかる第７実施形態における、バルブ開度と（Ｗ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）通過流量とＷ／Ｇ（ウエストゲートバルブ）全開時の通過流量）との比Ｘ（％）を図８（Ｂ）に示す。図８（Ｂ）のように、前記Ｘ（％）が、Ａ線の通りとなり、通過流量比：Ｘ（％）をバルブ開度に比例的に増加する理想線Ｂに近づけることができる。

（第８実施形態）
　図９は本発明の第８実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。
　この第８実施形態においては、前記突起部２は、前記弁体１から前記排気バイパス通路５側への突出部２ｈを設け、該突出部２ｈの内部に空洞部２ｓを形成している。そして、前記突出部２ｈの根本部２ｍは前記弁体１の下面に螺合（該弁体１と一体でも良く、あるいはロウ付けでもよい）している。
　その他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

　かかる第８実施形態によれば、突出部２ｈの内部に空洞部２ｓを形成することにより、突起部２と弁体１とを合わせた重量が軽量化される。これにより、応答性が向上するとともに、内部を軽量にしたので破損も起こりにくい。また、突起部２と弁体１との駆動力を低減できる。
　また、突起部２のみを弁体１から外して取付け、分解可能であり、突起部２及び弁体１の分解組立及び交換が容易である。

（第９実施形態）
　図１０は本発明の第９実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。
　この第９実施形態においては、前記突起部２は、前記弁体１と、該弁体１から排気バイパス通路５側へ突出する突出部位２ｒ、つまり突起部２を板金で一体に形成している。該突起部２の裏側には補強の板３ｓが設けられている。
　その他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

　かかる第９実施形態によれば、弁体１から排気バイパス通路５側へ突出する突出部位２ｒを板金で一体に形成することにより、単に突起部２を設けた場合よりも、弁体１と突出部位２ｒの重量が軽量化される。
　これにより、応答性が向上するとともに、弁体１と突出部位２ｒを板金で一体に形成したので破損も起こりにくい。また、弁体１との駆動力を低減できるとともに、弁体１と突出部位２ｒを板金で一体に形成したので、製作コストも安価である。

（第１０実施形態）
　図１１（Ａ）は本発明の第１０、１１実施形態におけるウエストゲートバルブ取付け部の正面図である。（Ｂ）は第１０実施形態のウエストゲートバルブの縦断面図である。
　この第１０実施形態においては、弁体１が熱伸びを生じても突起部２と弁体１との結合部が、排ガス通路穴部５２ｓに接触しないように、突起部２と弁体１との結合部と排ガス通路穴部５２ｓの内径との間に隙間が大きく形成されることにより、すなわち、熱伸びの分だけ上乗せして、突起部２の外径ｆと排ガス通路穴部５２ｓの内径との間に隙間ｅが設定されている。
　その他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

　かかる第１０実施形態によれば、熱伸び方向ＸまたはＹへの熱伸びの分だけ、突起部２の外径ｆと排ガス通路穴部５ｓの内径との間に隙間ｅを大きくとることにより、熱伸びによる突起部２と排ガス通路穴部５とが、接触するのを回避できる。

（第１１実施形態）
　図１１（Ａ）は本発明の第１０、１１実施形態におけるウエストゲートバルブ取付け部の正面図である。（Ｃ）は第１１実施形態のウエストゲートバルブの縦断面図である。
　この第１１実施形態においては、前記突起部２は、弁体１の熱伸び方向Ｘにおける該突起部２と前記弁体１との結合部を、予め熱伸び方向ＸまたはＹとは反対方向にずらして弁体１中心に対してｅだけ偏心して結合する（２０は突起部２の中心、３０は弁体１の中心）。これにより、突起部２の外周側は、ｇ１、ｇ２の異なる隙間となる。
　その他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

　かかる第１１実施形態によれば、熱伸びを考慮して、熱伸び前の段階で、弁体１と突起部２との結合部を予め熱伸び方向ＸまたはＹとは反対方向にずらして弁体１の中心に対して、突起部２をｅだけ偏心して結合すれば、熱伸びＸまたはＹにより偏心した突起部２の外径と排ガス通路穴部５２ｓとが接触するのを回避できる。

（第１２実施形態）
　図１２は本発明の第１２実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。（Ｂ１）、（Ｂ２）、（Ｃ１）、（Ｃ２）は（Ａ）におけるＷ部拡大図である。
　この第１２実施形態においては、前記突起部２の根本部と弁体１との結合部に対応する、前記弁座部１２のシート座面１２ａの排ガス通路穴部５２ｓの開口端を全周に亘って面取り１２ｔを形成する。
　その他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

　前記突起部２の根本部と弁体１との結合部に対応する、前記弁座部１２のシート座面１２ａの全周に亘って面取り１２ｔを形成すれば、弁体１が円弧運動すると、図１２（Ｂ１）のように、突起部２の根本部と弁座部１２の排ガス通路穴部５ｓの交差部で固着物Ｋを挟み込む方向に力Ｆが働くが（図１２（Ｂ２））、図１２（Ｃ１）のように、前記弁座部１２のシート座面１２ａの全周に亘って面取り１２ｔを形成すれば、図１２（Ｃ２）のようにかかる面取り１２ｔにより固着物Ｋを挟み込む力Ｆ１を開放して、固着物Ｋの付着を防止できる。

　前記ウエストゲートバルブ１００においては、図１３のように、中央の支持点に荷重Ｆ２が掛かると、弁体１は撓み、弁座部１２の角部と弁体１の下面との接触部２ｚに大きな面圧が作用する。以下の第１３実施形態、第１４実施形態、第１５実施形態、第１６実施形態は、かかる接触部２ｚの大きな面圧に対する対処策である。

（第１３実施形態）
　図１４は本発明の第１３実施形態におけるウエストゲートバルブの縦断面図である。
　この第１３実施形態においては、第１２実施形態と同じく、前記突起部２の根本部と弁体１との結合部に対応する、前記弁座部１２のシート座面１２ａの全周に亘って面取り１２ｔを形成し、さらに該弁体１の背部に該弁体１を覆う外蓋４９を設置している。中央の支持点には、荷重Ｆ２が作用している。
　その他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
　かかる第１３実施形態によれば、前記面取り１２ｔにより、弁座部１２の角部と弁体１の下面との接触部２ｚにかかる面圧を低減できる。

（第１４実施形態）
　図１５（Ａ）は本発明の第１４実施形態におけるウエストゲートバルブ取付け部の正面図である。（Ｂ）は図１５（Ａ）のＹ－Ｙ断面図である。
　この第１４実施形態においては、前記突起部２を備えた弁体１の上部に、該弁体１の全周を覆う外蓋５０を設け、外蓋５０と弁体１とを一体にした外蓋付き弁体６０に構成している。かかる外蓋５０と弁体１とは、４箇所のねじ５０ａで結合している。また、前記外蓋５０には、空気抜き用の穴５０ｂが開口している。中央の支持点には、荷重Ｆ２が作用している。
　その他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

　かかる第１４実施形態によれば、突起部２を備えた弁体１の上部に、弁体１の全周を覆う外蓋５０を設けて、両者を一体にした外蓋付き弁体６０に構成したので、弁体１の強度が向上するとともに、弁体１を支持する点を弁体１の中心ではなく、外蓋付き弁体６０の当たり面の上部に力を分散する（力Ｆ１を４箇所に分散）ようにしたので、外蓋付き弁体６０には、外周寄りの均一な力Ｆ１で受けることができる。従って、弁体の変形を防止してシール性を向上できる。

（第１５実施形態）
　図１６（Ａ）は本発明の第１５実施形態におけるウエストゲートバルブ取付け部の正面図である。（Ｂ）は図１６（Ａ）のＵ－Ｕ断面図である。
　この第１５実施形態においては、前記突起部２を備えた弁体１の上部に、該弁体１の径方向に伸びて径方向の両端部２箇所で固定された外蓋５１を設け、該外蓋５１に前記支持アーム３が取り付けられ、該外蓋５１と弁体１とを一体にした外蓋付き弁体６１に構成している。かかる外蓋５１と弁体１とは、２箇所のねじ５０ａで結合している。
　その他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

　かかる第１５実施形態によれば、突起部２を備えた弁体１の上部に弁体１の径方向に伸びて径方向を覆う外蓋５１を設け、該外蓋５１と弁体１とを一体にした外蓋付き弁体６１に構成し、また外蓋付き弁体６１の当たり面の外周に力を分散する（力Ｆ１を２箇所に分散）ようにしたので、支持アーム３からの開閉力が弁体の中心ではなく、径方向両端部の位置に力を分散するようにでき、弁体の曲げ強度を向上して変形、つまり弁体周囲が開くような変形、つまり弁体１の周囲が開くような変形を防止するとともに、シール性を向上できる。

（第１６実施形態）
　図１７（Ａ）は本発明の第１６実施形態におけるウエストゲートバルブ取付け部の正面図である。（Ｂ）は図１７（Ａ）のＶ－Ｖ断面図である。
　この第１６実施形態においては、前記突起部２を備えた弁体１の上部に、該弁体１の径方向に４方に伸びて周部の４箇所で固定された外蓋５２を設け、該外蓋５２に前記支持アーム３が取り付けられ、該外蓋５２と弁体１とを一体にした外蓋付き弁体６２に構成している。かかる外蓋５２と弁体１とは、４箇所のねじ５０ａで結合している。
　その他の構成は、前記第１実施形態と同一であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

　かかる第１６実施形態によれば、突起部２を備えた弁体１の上部に、弁体１の外周部を覆う４方形状の外蓋５２を設け、該外蓋５２と弁体１とを一体にした外蓋付き弁体６２に構成し、また外蓋付き弁体６２の当たり面の外周に力を分散する（力Ｆ１を４箇所に分散）ようにしたので、支持アーム３からの開閉力が弁体の中心ではなく、弁体１の径方向に４方に伸びて周部の４箇所で力を分散するようにでき、弁体１の曲げ強度を向上して変形、つまり弁体１の周囲が開くような変形を防止するともに、シール性を向上できる。

　本発明によれば、揺動式の弁体を備えたウエストゲートバルブにおいて、特にバルブ開度が極めて小さい部分で、通過流量比をバルブ開度に比例的に増加するように近づけて、排気タービンの応答性の制御をウエストゲートバルブの全開度においてスムーズになし得るようにした、ウエストゲートバルブを提供できる。

Claims

　エンジンからの排気ガスにより駆動される排気タービンに接続される排気通路から、前記排気タービンをバイパスさせて排気出口通路に通ずる排気バイパス通路と、支持軸回りに回動可能にされた支持アームの自由端部に取り付けられて該支持アームの揺動により前記排気バイパス通路と排気出口通路との間を開閉する弁体を有するウエストゲートバルブとを備え、前記ウエストゲートバルブの弁体が弁座部のシート座面に当接したときに前記ウエストゲートバルブを全閉とするように構成されたウエストゲートバルブ装置において、
　前記ウエストゲートバルブの弁体の前記シート座面に当接する側に、排ガスの通路面積を縮小するように一定高さの突起部が設けられたことを特徴とするウエストゲートバルブ装置。
　前記突起部は、外郭線部とシート面との角度θ１を有する第１の円錐体を前記弁体に接続し、外郭線部と前記シート面との角度θ２が前記第１の円錐体よりも小さい第２の円錐体を前記第１の円錐体の端部に接続して、２段の円錐状体に構成されたことを特徴とする請求項１記載のウエストゲートバルブ装置。
　前記突起部は、前記支持アームの揺動中心と前記突起部の先端間の距離（Ｌ１）と、前記支持アームの揺動中心と前記突起部の最長点間の距離（Ｌ２）と、前記支持アームの揺動中心と排ガス通路穴部の開口端間の距離（Ｌ３）としたとき、
　Ｌ３＞Ｌ１で且つＬ３＞Ｌ２のように構成したことを特徴とする請求項１記載のウエストゲートバルブ装置。
　前記突起部は、前記弁体に、厚さが半径方向に直状に変化する円柱体を複数個連結して、且つ弁体の開放時に前記円柱体が弁穴部と緩衝しないように円柱体を傾斜させて重ね合わせて配置したことを特徴とする請求項１記載のウエストゲートバルブ装置。
　前記突起部は、半球状に形成され根本部を前記弁体に固定したことを特徴とする請求項１記載のウエストゲートバルブ装置。
　前記突起部は、先端部が尖った円錐台状に形成され根本大径部を前記弁体に固定したことを特徴とする請求項１記載のウエストゲートバルブ装置。
　前記突起部は、先端部を平滑面に形成した円錐台状に形成され根本大径部を前記弁体に固定したことを特徴とする請求項１記載のウエストゲートバルブ装置。
　前記突起部は、半球状の歪面に形成されて根本部を前記弁体に固定したことを特徴とする請求項１記載のウエストゲートバルブ装置。
　前記突起部は、内部が空洞状に形成されたことを特徴とする請求項１記載のウエストゲートバルブ装置。
　前記弁体と突出部とを板金で一体に形成したことを特徴とする請求項１記載のウエストゲートバルブ装置。
　前記弁体が熱伸びを生じても突起部と弁体との結合部が排ガス通路穴部に接触しないように、突起部と弁体との結合部と排ガス通路穴部との間に隙間が設定されることを特徴とする請求項１記載のウエストゲートバルブ装置。
　前記弁体の熱伸び量分、予め熱伸び方向と反対方向に偏心させて前記弁体に対して突起部を設置したことを特徴とする請求項１記載のウエストゲートバルブ装置。
　前記突起部の根本部と弁体との結合部に対応する、前記弁座部の排ガス通路穴部の開口端を全周に亘って面取りしたことを特徴とする請求項１記載のウエストゲートバルブ装置。
　前記突起部を備えた弁体の上部に、該弁体の全周を覆う外蓋を設け、外蓋と弁体とを固定して一体にした外蓋付き弁体に構成し、該外蓋に前記支持アームが取り付けられたことを特徴とする請求項１記載のウエストゲートバルブ装置。
　前記突起部を備えた弁体の上部に、該弁体の径方向に伸びて径方向両端部で固定された外蓋を設け、該外蓋に前記支持アームが取り付けられたことを特徴とする請求項１記載のウエストゲートバルブ装置。
　前記突起部を備えた弁体の上部に、該弁体の径方向に４方に伸びて周部の４箇所で固定された外蓋を設け、該外蓋に前記支持アームが取り付けられたことを特徴とする請求項１記載のウエストゲートバルブ装置。