WO2016038860A1 - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

　バルブ装置は、回動操作されるバルブアーム（１２）と、バルブアーム（１２）の先に支持される開閉バルブ（１３）とを備え、開閉バルブ（１３）によって排気ガスの通過孔（９、３１）を開閉する。開閉バルブ（１３）は、略円板状を呈して閉弁時に通過孔（９、３１）の周囲のバルブシート（Ａ）に着座する弁体（１６）と、バルブアーム（１２）に支持されるバルブ側組付部（１８）とを備える。弁体（１６）のうち、閉弁時にバルブシート（Ａ）に接する面をシール面（Ｂ）とし、閉弁時にバルブアーム（１２）と開閉バルブ（１３）が接する接触面のうち、最もシール面（Ｂ）に近い面を閉弁時接触面（Ｃ）とし、シール面（Ｂ）から閉弁時接触面（Ｃ）までの厚み寸法をｈｘとし、弁体（１６）の厚み寸法をｈ１とした場合、弁体（１６）には、バルブアーム（１２）の一部を収容するアーム挿入部（α）が設けられ、ｈｘ＜ｈ１の関係を満足する。

Description

バルブ装置 関連出願の相互参照

　本出願は、２０１４年９月１２日に出願された日本出願番号２０１４－１８６８０４号と、２０１５年７月３１日に出願された日本出願番号２０１５－１５２５８１号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、排気ガスの通過孔を開閉するバルブ装置に関するものであり、例えばターボチャージャに用いて好適な技術に関する。なお、以下では、説明の便宜上、閉弁状態の開閉バルブが開弁する回動方向を「上」、その逆を「下」と称して説明するが、この上下方向はもちろん天地方向を示すものではない。

　従来技術について以下に述べる。アームにより回動操作されるバルブ装置の一例を図７（ｂ）を参照して説明する。なお、従来技術で用いる符合は、後述する実施例と同一機能物に同一符合を付したものである。図７（ｂ）に示すバルブ装置は、回動操作されるバルブアーム１２の先に開閉バルブ１３を支持する。開閉バルブ１３は、略円板形状を呈する弁体１６と、バルブアーム１２に支持される箇所であるバルブ側組付部１８とを一体に設けたものであり、バルブ側組付部１８は円柱棒状の軸形状を呈する。

　従来技術の問題点について以下に述べる。開閉バルブ１３の高さ寸法Ｈは、弁体１６の厚み寸法ｈ１に、バルブ側組付部１８の高さ寸法ｈ２を加算した寸法になる。開閉バルブ１３の高さ寸法Ｈは、バルブ装置の小型化や、開弁時の圧損低減等を目的として短縮化が求められる。即ち、弁体１６の厚み寸法ｈ１の薄型化と、バルブ側組付部１８の高さ寸法ｈ２の短縮化とが求められる。

　しかし、閉弁時には、弁体１６の中央に閉弁荷重が加わるため、弁体１６には外周側が反る方向の応力が生じる。このため、弁体１６の強度を確保するために、弁体１６の薄型化が困難になっている。即ち、「弁体１６の厚み寸法ｈ１」と「バルブ側組付部１８の高さ寸法ｈ２」が上下方向に加算される２段構造では、開閉バルブ１３の高さ寸法Ｈの短縮化が困難であり、開閉バルブの偏平化と、弁体の高強度化の両立が達成できない。

特開２０１３－２０４４９５号公報

　本開示は、上記問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、開閉バルブの偏平化と、弁体の高強度化の両立が可能なバルブ装置の提供にある。

　上記目的を達成するため、本開示の１つの態様のバルブ装置は、弁体に設けたアーム挿入部にアームの一部を収容して、弁体の厚み寸法と、バルブ側組付部の高さ寸法とを、上下方向にオーバーラップさせる。これにより、弁体の高強度化のために「弁体の厚み寸法」を大きく設けても「開閉バルブの高さ寸法」を短縮できる。即ち、本態様により、開閉バルブの偏平化と、弁体の高強度化の両立を図ることができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
実施例１のターボチャージャの断面図である。 実施例１の流路切替バルブの開閉状態を示すタービンハウジングの断面図であり、図２（ａ）は流路切替バルブの閉弁時を示す図であり、図２（ｂ）は流路切替バルブの開弁時を示す図である。 実施例１の流路切替バルブの開閉状態を示すタービンハウジングを排気ガスの入口側から見た図であり、図３（ａ）は流路切替バルブの閉弁時を示す図であり、図３（ｂ）は流路切替バルブの開弁時を示す図である。 実施例１のタービンハウジングに支持される流路切替バルブの説明図である。 実施例１の開閉バルブを斜め方向から見た流路切替バルブの説明図である。 実施例１の開閉バルブを断面にした流路切替バルブの説明図である。 実施例１の開閉バルブと従来技術の開閉バルブの比較説明図であり、図７（ａ）は実施例１の開閉バルブを示す図であり、図７（ｂ）は従来技術の開閉バルブを示す図である。 実施例１の流速方向に対するバルブ角と開閉バルブの投影面積の関係を示すグラフである。 実施例２の開閉バルブの断面図である。 実施例３の開閉バルブの断面図である。 実施例４の開閉バルブの断面図である。 実施例５において、ウエストゲートバルブに本開示を適用したターボチャージャの断面図である。 変形例の開閉バルブの断面図である。

　以下において実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

　本開示をターボチャージャに適用した実施例を説明する。なお、以下で開示する実施例は、具体的な一例を開示するものであって、本開示が実施例に限定されないことは言うまでもない。
（実施例１）
　図１～図８を参照して実施例１を説明する。ターボチャージャは、車両走行用のエンジンに搭載される。

　ターボチャージャは、エンジンから排出される排気ガスのエネルギーによって、エンジンに吸い込まれる吸気を加圧する過給器である。ターボチャージャは、エンジンから排出された排気ガスによって回転駆動されるタービン羽根車１と、このタービン羽根車１を収容する渦巻形状のタービンハウジング２とを備える。また、ターボチャージャは、タービン羽根車１の回転力により駆動されて吸気通路内の吸気を加圧するコンプレッサ羽根車３と、このコンプレッサ羽根車３を収容する渦巻形状のコンプレッサハウジング４とを備える。さらに、ターボチャージャは、タービン羽根車１の回転をコンプレッサ羽根車３に伝達するシャフト５と、このシャフト５を高速回転自在に支持するセンターハウジング６とを備える。

　そして、ターボチャージャは、タービンハウジング２、コンプレッサハウジング４、センターハウジング６を、Ｖバンド、スナップリング、ボルト等の結合手段を用いて軸方向に結合して構成される。タービンハウジング２の内部には、排気ガスをタービン羽根車１へ向けて吹き付ける第１、第２排気スクロール７、８が独立して設けられている。

　第１排気スクロール７は、エンジンから排出された排気ガスを旋回させ、旋回させた排気ガスをタービン羽根車１の排気上流部へ向けて吹き付ける環状の排気出口を有する。第２排気スクロール８は、エンジンから排出された排気ガスを第１排気スクロール７と同一方向へ旋回させ、旋回させた排気ガスをタービン羽根車１の途中部位へ向けて吹き付ける環状の排気出口を有する。

　第１排気スクロール７の排気上流部は、タービンハウジング２の排気入口と常に連通しており、排気ガスが常時第１排気スクロール７に供給される。一方、第２排気スクロール８の排気上流部は、タービンハウジング２に形成された流路切替孔９を介して第１排気スクロール７の排気ガス上流域に連通する。そして、この流路切替孔９は、流路切替バルブ１０によって開閉される。

　流路切替バルブ１０は、図２に示すように、タービンハウジング２の内部で、且つ第１排気スクロール７と第２排気スクロール８の排気ガスの分流箇所に形成された空間の内部で回動する。そして、流路切替バルブ１０が流路切替孔９の開閉および開度調整を行うことで、第２排気スクロール８に供給する排気ガス量をコントロールする。

　具体的には、流路切替バルブ１０が流路切替孔９を閉じることで小容量が達成され、流路切替バルブ１０が流路切替孔９を開くことで大容量が達成される。

　流路切替バルブ１０は、アクチュエータを介して制御装置により作動が制御される。制御装置は、エンジンの運転状態（例えば、エンジン回転数とアクセル開度等）から目標空気量を算出し、算出した目標吸気量から目標過給圧を算出する。そして、算出した目標過給圧とエンジン回転数等の関係から流路切替バルブ１０の開度を算出し、目標開度が得られるように流路切替バルブ１０を制御する。

　次に、流路切替バルブ１０の具体例を説明する。なお、流路切替孔９は通過孔の一例であり、流路切替バルブ１０はバルブ装置の一例である。流路切替バルブ１０は、タービンハウジング２の外部から回動操作される回動軸１１と、この回動軸１１と一体に回動するバルブアーム１２と、このバルブアーム１２の先に組み付けられる開閉バルブ１３とを備える。

　回動軸１１は、図４に示すように、タービンハウジング２に支持される軸受１４を介して回動自在に支持される。この回動軸１１は、タービンハウジング２の外部に組み付けられる外部アーム１５を介してアクチュエータに回動操作される。回動軸１１におけるタービンハウジング２の外側には、外部アーム１５が固定される。この外部アーム１５は、回動軸１１の回動中心から径方向外側へ延びる部材である。この外部アーム１５がアクチュエータに回動操作されることで回動軸１１が回動する。

　回動軸１１におけるタービンハウジング２の内側には、バルブアーム１２が一体に設けられている。このバルブアーム１２は、回動軸１１の回動中心から径方向外側へ延びる回動アームである。そして、回動軸１１が回動することで、バルブアーム１２の先端に支持される開閉バルブ１３が円弧を描いて回動する。

　開閉バルブ１３は、バルブアーム１２の先端に組み付けられる。そして、バルブアーム１２が回動することで、開閉バルブ１３が回動して流路切替孔９を開閉する。開閉バルブ１３は、閉弁時に流路切替孔９の周囲のバルブシートＡに着座して流路切替孔９を塞ぐ略円板状の弁体１６と、開閉バルブ１３においてバルブアーム１２に支持されるバルブ側組付部１８とを備える。

　バルブシートＡは、タービンハウジング２により形成されるものであり、流路切替孔９の周囲に形成される平面部である。バルブ側組付部１８は、後述するアーム側組付部１７に組み付けられて、バルブアーム１２に支持される箇所である。一方、バルブアーム１２には、開閉バルブ１３を支持するアーム側組付部１７が設けられる。このアーム側組付部１７には、上述したバルブ側組付部１８が組み付けられて、開閉バルブ１３を支持する。

　ここで、高温の排気ガスに晒されるバルブアーム１２と開閉バルブ１３との結合箇所には、熱膨張差を吸収する隙間が設けられる。具体的に、バルブアーム１２の先端に設けられるアーム側組付部１７と、開閉バルブ１３の中央箇所に設けられるバルブ側組付部１８との間には、バルブアーム１２に対して開閉バルブ１３を所定量の移動や傾きを許容するための隙間が設けられる。

　アーム側組付部１７とバルブ側組付部１８の組付け構造は、限定するものではないが、理解補助のために一例を開示する。バルブ側組付部１８は、弁体１６の中央部から上方へ突出する円柱棒状の軸形状を呈する。一方、アーム側組付部１７は、軸形状を呈するバルブ側組付部１８の周囲に外嵌される円筒形状を呈する。なお、この実施例１では、略円盤状の弁体１６と軸形状のバルブ側組付部１８が一体に設けられる。

　バルブ側組付部１８の上部には、アーム側組付部１７の抜止を行うリング円板形状のワッシャ１９が結合される。バルブ側組付部１８とワッシャ１９の結合手段は、溶接技術やカシメ技術など種々適用可能なものであり、限定するものではないが、具体的な一例としてカシメ技術を採用する。

　バルブ側組付部１８の上端には、ワッシャ１９内に挿し入れられる小径の凸軸１８ａが形成される。そして、凸軸１８ａをワッシャ１９内に挿し入れ、凸軸１８ａの先端部をカシメることで、ワッシャ１９がバルブ側組付部１８に結合され、アーム側組付部１７がバルブ側組付部１８に組付けられる。なお、カシメ部１８ｂは、ワッシャ１９の上面より上方へ突出するが、偏平な球面形状に設けられることで、排気ガスが極力抵抗なく円滑に流れるように設けられる。

　以下では、弁体１６の厚み寸法をｈ１とする。バルブ側組付部１８の軸寸法をｈ２とする。弁体１６のうち、閉弁時にバルブシートＡに接する面をシール面Ｂとする。閉弁時にバルブアーム１２と開閉バルブ１３が接する接触面のうち、最もシール面Ｂに近い面を閉弁時接触面Ｃとする。シール面Ｂから閉弁時接触面Ｃまでの厚み寸法をｈｘとする。

　弁体１６は、その上面にアーム１２の一部を収容するアーム挿入部αを設けている。具体的に、アーム挿入部αは、アーム側組付部１７の一部または全部を内側に収容配置するように設けられている。即ち、アーム挿入部αによって、弁体１６の厚み寸法ｈ１と、バルブ側組付部１８の高さ寸法ｈ２とを、上下方向にオーバーラップさせて「ｈｘ＜ｈ１」の関係を満足するように設けられている。このように設けることで、厚み寸法ｈｘが、弁体１６の厚み寸法ｈ１より小さく設けられる。

　ここで、弁体１６に形成されるアーム挿入部αの形状は、限定するものではなく、アーム側組付部１７とバルブ側組付部１８の組付構造に左右されるものである。具体的に、この実施例１のアーム挿入部αは、円筒形状を呈するアーム側組付部１７を、隙間を介して収容するものであり、上方に開口するリング状の溝形状を採用する。なお、耐熱金属（例えば、Ｎｉ基を含む合金等）よりなる弁体１６に、アーム挿入部αおよび後述するアーム溝２０を形成する手段は限定するものではなく、冷間鍛造等による鍛造技術や切削技術など種々適用可能なものである。

　実施例１の効果１について以下に述べる。この実施例１の流路切替バルブ１０は、上述したように、弁体１６の上面にアーム側組付部１７を収容配置するアーム挿入部αを設けて「ｈｘ＜ｈ１」の関係を満足するように設けられる。即ち、弁体１６の厚み寸法ｈ１と、バルブ側組付部１８の高さ寸法ｈ２とを、アーム挿入部αを用いて上下方向にオーバーラップさせている。このため、弁体１６の高強度化のために「弁体１６の厚み寸法ｈ１」を大きく設けても、「開閉バルブ１３の高さ寸法Ｈ」を短縮することができる。これにより、弁体１６の高強度化と開閉バルブ１３の偏平化の両立を達成できる。

　また、開閉バルブ１３の偏平化を達成することにより、流路切替バルブ１０の開弁時には、図２（ｂ）に示すように、排気ガスの流れ方向（一例として上流側）から見た開閉バルブ１３の投影面積を小さくすることができる。このため、第１排気スクロール７および第２排気スクロール８に向かう排気ガス流の圧力損失を低減することができる。

　特に、この実施例１の流路切替バルブ１０は、開閉バルブ１３が流路切替孔９の上流側で回動操作される。そして、全開時には、図２（ｂ）に示すように、第１排気スクロール７と第２排気スクロール８を区画する隔壁２ａと、偏平化が図られた開閉バルブ１３とが、排気ガスの流れ方向に沿って一列に並ぶように設けられる。このため、全開時には、流路抵抗を極めて小さく抑えることができ、第１排気スクロール７と第２排気スクロール８のそれぞれに向かう排気ガス流の圧力損失を極めて小さくできる。

　実施例１の効果２について以下に述べる。第１排気スクロール７は常開通路に相当し、第２排気スクロール８は開閉通路に相当する。第２排気スクロール８は、上述したように、第１排気スクロール７と並んで設けられる。即ち、第１排気スクロール７と第２排気スクロール８が並列に設けられている。そして、開閉バルブ１３が流路切替孔９を閉じることにより、排気ガスが第１排気スクロール７のみに流れる。また、開閉バルブ１３が流路切替孔９を開くことにより、排気ガスが第１排気スクロール７と第２排気スクロール８の両方へ流れる。

　この実施例１の流路切替バルブ１０は、上述したように、開閉バルブ１３がバルブシートＡの排気上流側へ移動することで開弁する内開弁タイプである。以下では、流路切替バルブ１０によって開閉される第２排気スクロール８を流れる排気ガスの流れ方向を流速方向Ｚとする。具体的には、図２（ｂ）に示すように、開閉バルブ１３の開き角度が最大の時に、流路切替孔９の略中心を通って第２排気スクロール８の流路中心に向かう排気ガスの流れ方向を流速方向Ｚとしている。

　この実施例１では、バルブシートＡを流速方向Ｚに対して斜めに設けている。具体的には、図２（ｂ）に示すように、「回動軸１１に近い側のバルブシートＡ」より「回動軸１１から離れた側のバルブシートＡ」が排気上流側となるようにバルブシートＡを傾斜させている。

　このように設けることで、小さいバルブ開度であっても、排気ガスの流れ方向から見た開閉バルブ１３の投影面積を小さくすることができる。このため、タービン羽根車１に向かう排気ガス流の圧力損失を低減できる。このことを具体的に説明する。流路切替バルブ１０のバルブストローク角度は、搭載箇所やアクチュエータ等の制約により９０度に設定できない場合が多い。なお、バルブストローク角度は、全閉から最大開き角に至る開閉バルブ１３の回動角である。そこで、流路切替バルブ１０のバルブストローク角度が９０度に満たない場合であっても、バルブシートＡを流速方向Ｚに対して斜めに設けることで、流路切替バルブ１０の開弁時における開閉バルブ１３の投影面積を小さくできる。

　また、この実施例１では、図２（ａ）に示すように、開閉バルブ１３がバルブシートＡに着座する全閉時であっても、偏平に設けた開閉バルブ１３が斜めになる。このため、全閉時であっても開閉バルブ１３の上流側の排気ガスを第１排気スクロール７へスムーズに導くことができる。その結果、全閉時であっても第１排気スクロール７に流入する排気ガス流の圧力損失を小さくする効果が得られる。

　実施例１の効果３について以下に述べる。この実施例１では、流速方向Ｚに対するバルブシートＡの傾き角度θを６０度以下に設ける。ここで、「流速方向Ｚに対する開閉バルブ１３のバルブ角」と「流速方向Ｚから見た開閉バルブ１３の投影面積」の関係は、図８に示すようにｓｉｎ関数で表される。即ち、「流速方向Ｚから見た開閉バルブ１３の投影面積」は、「流速方向Ｚに対する開閉バルブ１３のバルブ角」がおよそ６０度以下で小さくなる。

　そこで、この実施例１では、傾き角度θを６０度以下に設けることで、開閉バルブ１３の開度が微小開度（例えば、１０度前後等）であっても「流速方向Ｚから見た開閉バルブ１３の投影面積」を小さくできる。即ち、バルブ開度が微小開度であっても、開閉バルブ１３の投影面積を小さくすることで、排気ガス流の圧力損失を低減できる。

　実施例１の効果４について以下に述べる。この実施例１の流路切替孔９には、排気ガスの上流側に向かって拡径するテーパ面βを設けている。このテーパ面βは、断面が直線の円錐面であっても良いし、断面が曲線のテーパ曲面であっても良い。なお、テーパ曲面を採用する場合は、曲率半径が大きいことが望ましい。

　具体的な一例として、この実施例１のテーパ面βは、断面が直線の円錐面を採用する。テーパ面βの広がり角度は限定するものではないが、テーパ面βが流速方向Ｚに対して略平行、もしくは平行以上の広がり角度に設けることが望ましい。このように、流路切替孔９にテーパ面βを設けることにより、バルブシートＡを流速方向Ｚに対して斜めに設けても、流路切替孔９に流入した排気ガスが流路切替孔９で剥離する現象を回避できる。

　この効果を、テーパ面βを設けない場合と比較して説明する。テーパ面βを設けない場合、バルブシートＡに対する流路切替孔９の内壁の角度は９０度に設けられる。この場合、バルブシートＡを流速方向Ｚに対して斜めに設けると、特に回動軸１１から離れた箇所では、バルブシートＡの前後で排気ガスの曲がり角度が大きくなり、流路切替孔９の内壁付近で排気ガスの剥離現象が生じてしまう。

　これに対し、テーパ面βを設けることにより、流路切替孔９の入口における排気ガスの流れをスムーズにできる。具体的には、テーパ面βを設けることにより、回動軸１１から離れた箇所における排気ガスの流れを、流速方向Ｚに対して略平行にできる。これにより、剥離現象の発生を防いで、第２排気スクロール８に流入する排気ガス流の圧力損失を低減できる。

　この実施例１では、一例として、テーパ面βを切削加工によって設けている。テーパ面βを切削する切削工具の回転軸は、図２（ｂ）中の一点鎖線に示すように、流路切替孔９の入口の中心を通り、且つバルブシートＡに垂直である。このため、テーパ面βは、切削工具の回転軸を中心とした対称形状に設けられる。このように、テーパ面βを切削加工によって設けることによって、テーパ面βの上流端がバルブシートＡの適切な位置で、且つ適切な径の真円で開口する。これにより、閉弁時におけるバルブシートＡとシール面Ｂの重なり幅の寸法精度を向上でき、弁体１６の大径化を防ぐことができる。即ち、弁体１６の大型化を防ぐことにより、圧力損失の低減を図ることができる。

　上記を他の製造技術と比較して説明する。鋳造技術でテーパ面βを形成することが考えられる。この場合、テーパ面βの加工精度が悪化する。具体的には、バルブシートＡに対するテーパ面βの開口精度が悪化する。この場合は、バルブシートＡとシール面Ｂの重なり寸法を確保する手段として、弁体１６を大径化する必要が生じる。このように弁体１６を大径化すると、圧力損失が大きくなってしまう。なお、この実施例１では、テーパ面βを切削加工で設けているが、もちろん加工方法を限定するものではない。

　実施例１の効果５について以下に述べる。この実施例１の弁体１６は、図７（ａ）に示すように、シール面Ｂとは異なる側の面が、凸形の円錐形状または凸形の球面形状に設けられる。即ち、弁体１６の外径側が薄く設けられるとともに、中央側に向かって徐々に厚く設けられる。具体的な一例として、この実施例１では、凸形の球面形状を採用する。なお、凸形の球面形状は、外側に向かって膨出する球面である。このように、弁体１６の上面を凸形の球面形状に設けることで、弁体１６の表面に沿って排気ガスが滑らかに流れる。その結果、弁体１６の表面において排気ガスの流れの剥離が抑えられため、開弁時における排気ガス流の圧力損失を小さく抑えることができる。

　実施例１の効果６について以下に述べる。この実施例１の弁体１６には、図４、図５に示すように、バルブアーム１２が挿入配置されるアーム溝２０が設けられる。このアーム溝２０は、アーム挿入部αから外径方向へ延びる溝であり、アーム溝２０とバルブアーム１２との間には、熱膨張差を許容する隙間が設けられる。このように、弁体１６にアーム溝２０を設けて、そのアーム溝２０の内側にバルブアーム１２を収容配置することで、バルブアーム１２に対する弁体１６の回転範囲が狭い角度範囲内に規制される。即ち、アーム溝２０にバルブアーム１２を挿入配置することで、バルブアーム１２に対して弁体１６の回転を規制する。

　バルブアーム１２に対して弁体１６が回転すると、摩耗やチャタリングが生じる懸念がある。そこでこの実施例１では、アーム溝２０を設けてバルブアーム１２に対する弁体１６の回転を規制するため、摩耗やチャタリングを防ぐことができる。また、弁体１６の回転を規制する箇所が、排気ガスの流れ箇所に突出しない。このため、弁体１６の回転を規制する箇所が圧力損失を増加させる不具合がない。即ち、弁体１６の回転を規制する箇所が、排気ガスの流れ箇所に突出して剥離現象を招く不具合を回避できる。

　実施例１の効果７について以下に述べる。ここで、図７（ａ）に示すように、弁体１６の厚み方向におけるアーム挿入部αの寸法をＸ１とし、弁体１６の厚み方向におけるアーム側組付部１７の寸法をＸ２とする。そして、この実施例１の流路切替バルブ１０は、「Ｘ２＜Ｘ１」の関係を満足するように設けられる。即ち、アーム挿入部αの寸法Ｘ１が、アーム側組付部１７の寸法Ｘ２より大きく設けられる。

　これにより、弁体１６にアーム側組付部１７が「めり込んだ形状」に設けられる。換言すれば、弁体１６にアーム側組付部１７が埋没するように設けられる。このため、図２（ｂ）に示すように、弁体１６の上端からアーム側組付部１７が突出しないため、開弁時における排気ガス流の圧力損失を小さく抑えることができる。
（実施例２）
　図９に基づいて実施例２を説明する。なお、以下において上記実施例１と同一符合は同一機能物を示すものである。また、以下では、実施例１に対する変更箇所のみを開示するものであり、以下の各実施例において説明していない箇所については先行して説明した実施例を採用するものである。この実施例２は、円柱棒状の軸形状を呈するバルブ側組付部１８を、弁体１６とは別体に設けて、バルブ側組付部１８を弁体１６に結合したものである。

　弁体１６とバルブ側組付部１８の結合手段は、溶接技術やカシメ技術など種々適用可能なものであり、限定するものではないが、具体的な一例としてカシメ技術を採用する。弁体１６の中心部には、上下方向に貫通した貫通穴１６ａが設けられる。具体的には、弁体１６の中央箇所に設けた円筒状の窪みの中心に貫通穴１６ａが設けられる。

　一方、バルブ側組付部１８の下部には、弁体１６の貫通穴１６ａに挿し入れられる小径の凸軸１８ａが形成される。そして、凸軸１８ａを貫通穴１６ａに挿し入れ、凸軸１８ａの下端をカシメることで、バルブ側組付部１８が弁体１６に結合される。なお、カシメ部１８ｂは、弁体１６の下面より下方へ突出するが、閉弁時であってもカシメ部１８ｂは流路切替孔９の内側に存在するため、カシメ部１８ｂがタービンハウジング２等に干渉する不具合は生じない。

　実施例２の効果１について以下に述べる。アーム側組付部１７の内側に挿入されるバルブ側組付部１８の円筒面の精度を高めることで、チャタリングの抑制効果が得られることが知られている。そこで、バルブ側組付部１８を別体で製作することで、バルブ側組付部１８の円筒面の精度を比較的容易に高めることが可能になる。即ち、コストを抑えてバルブ側組付部１８の円筒面精度を高めることができる。

　実施例２の効果２について以下に述べる。上記の実施例１では、弁体１６の上面側に、比較的深いリング溝状のアーム挿入部αに設けている。このため、リング溝状のアーム挿入部αを有する弁体１６を冷間鍛造技術で形成しようとすると、コストアップを招く不具合がある。これに対し、この実施例２は、弁体１６の中央に円筒状の窪みを形成し、その円筒状の窪みの中心に軸形状のバルブ側組付部１８を結合する構成を採用して、バルブ側組付部１８の周囲にリング溝形状のアーム挿入部αを形成する。このため、弁体１６を冷間鍛造技術で設けることが容易になり、生産性を高めて、コストを抑えることができる。

　実施例２の効果３について以下に述べる。この実施例２のバルブ側組付部１８には、バルブアーム１２の先端部の抜止めを行う抜止フランジ２１が一体に設けられる。この抜止フランジ２１は、実施例１で示したワッシャ１９の機能を果たすものであり、この実施例２では、ワッシャ１９を廃止することができる。このため、部品点数を減らすことができるとともに、バルブ側組付部１８とワッシャ１９のカシメや溶接等を廃止することができ、生産性を高めて、コストを抑えることができる。

　なお、抜止フランジ２１の外径寸法は、筒形状を呈するアーム側組付部１７の内径寸法より大径に設けられるものである。また、図９に示すように、抜止フランジ２１の外径寸法が、アーム挿入部αの内径寸法より小径に設けられる場合は、抜止フランジ２１の一部または全部が、アーム挿入部αの内側に収容されることが望ましいものである。
（実施例３）
　図１０に基づいて実施例３を説明する。この実施例３の弁体１６は、シール面Ｂとは異なる側に、弁体１６の強度を高めるリブ２２を設けたものである。リブ２２は、弁体１６の上面に肉盗み部γを設けることで形成される。リブ２２の形状や本数は限定されるものではなく、弁体１６が軽量で、且つ所定の目標強度が保たれるように設けられる。具体的な一例として、リブ２２は、図１０に示すように、環状に設けるものであっても良いし、図１０とは異なり放射状に設けるものであっても良いし、あるいは環状と放射状とを組み合わせる形状であっても良い。

　実施例３の効果１について以下に述べる。弁体１６にリブ２２を設けることで弁体１６の強度を保つことができるとともに、リブ２２を形成する肉盗み部γにより弁体１６の軽量化を図り、弁体１６の材料費を抑えることができる。また、弁体１６の軽量化により、弁体１６が排気ガス流や車両振動などにより振動する際の慣性量を少なくすることができ、弁体１６の振動による摩耗やチャタリングを軽減することができる。

　実施例３の効果２について以下に述べる。この実施例３は、弁体１６においてリブ２２が形成される面が、凸形の円錐形状または凸形の球面形状を呈するカバー２３によって覆われる。なお、具体的な一例は、実施例１と同様、凸形の球面形状を採用する。弁体１６の上面にカバー２３を設けて、肉盗み部γをカバー２３で覆うことにより、カバー２３の表面に沿って排気ガスが滑らかに流れる。このため、リブ２２により排気ガスの流れが乱される不具合を回避できる。即ち、弁体１６にリブ２２を形成して弁体１６の軽量化を図りつつ、カバー２３を設けて、開弁時における排気ガス流の圧力損失を小さく抑えることができる。

　実施例３の効果３について以下に述べる。この実施例３のカバー２３は、実施例２で示した抜止フランジ２１を兼ねるものであり、バルブ側組付部１８の上端に一体に設けられるものである。このため、カバー２３を独立して設ける必要がなく、部品点数の増加を抑えることができる。即ち、部品点数を増加させることなくカバー２３を設けることができる。
（実施例４）
　図１１に基づいて実施例４を説明する。この実施例４は、実施例１で示した弁体１６にリブ２２を設けたものであり、リブ２２が形成された弁体１６の上面を覆うカバー２３がワッシャ１９を兼ねるものである。このように、ワッシャ１９とカバー２３が１部品で設けられるため、部品点数の増加を抑えることができる。即ち、部品点数を増加させることなくカバー２３を設けることができる。
（実施例５）
　図１２に基づいて実施例５を説明する。上記実施例１～４では、ターボチャージャの流路切替バルブ１０に本開示を適用する例を示した。これに対し、この実施例５は、ターボチャージャのウエストゲートバルブ３０に本開示を適用したものである。なお、ウエストゲートバルブ３０によって開閉されるバイパス孔３１は、通過孔の一例である。

　ウエストゲートバルブ３０は、タービン羽根車１の排気上流側の排気ガスを、タービン羽根車１を迂回させて、タービン下流域へ導くためのバルブ装置である。具体的に、タービンハウジング２には、タービン羽根車１の排気上流側の排気ガスを、タービン羽根車１を迂回させてタービン下流域へ導くバイパス孔３１が設けられる。そして、このバイパス孔３１が、本開示を適用したウエストゲートバルブ３０によって開閉操作される。

　なお、ウエストゲートバルブ３０を構成する主要部品は、流路切替バルブ１０と略同様であり、図中に、実施例１と同一符合を付して説明を割愛する。ウエストゲートバルブ３０に本開示を適用したことにより、ウエストゲートバルブ３０を構成する弁体１６の高強度化と開閉バルブ１３の偏平化の両立を達成できる。このため、本開示を適用したウエストゲートバルブ３０によってターボチャージャの小型化が可能になる。

　産業上の利用可能性について以下に述べる。上記の実施例では、内開弁タイプの流路切替バルブ１０に本開示を適用する例を示したが、外開弁タイプの流路切替バルブ１０に本開示を適用しても良い。この場合も、弁体１６の高強度化と開閉バルブ１３の偏平化の両立により、ターボチャージャの小型化が可能になる。

　上記の実施例では、ターボチャージャに用いられるバルブ装置に本開示を適用する例を示したが、用途を限定するものではない。具体的には、ＥＧＲクーラと排気バイパスの切替バルブや、排熱回収装置に用いられる排気切替バルブなど、排気ガスの通過孔を開閉する他のバルブ装置に適応しても良い。

　上記の実施例では、アーム側組付部１７とバルブ側組付部１８の組付構造は限定するものではなく、適宜変更可能なものである（例えば、図１３参照）。

　上記の実施例では、アーム挿入部αをリング溝形状に設ける例を示したが、限定するものではない。具体的な一例として、図１３に示すように、アーム挿入部αを穴形状に設けても良い。

　上記の実施例では、弁体１６のシール面Ｂとは異なる側の面を凸形の球面形状に設けたが、球面に限定するものではない。具体的には、図１３に示すように凸形の略円錐形状を採用して、弁体１６を偏平な円錐形状に設けても良い。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

 

Claims (12)

1. 　回動操作されるバルブアーム（１２）と、このバルブアーム（１２）の先に支持される開閉バルブ（１３）とを備え、
   　前記開閉バルブ（１３）によって排気ガスの通過孔（９、３１）を開閉するバルブ装置において、
   　前記開閉バルブ（１３）は、略円板状を呈して閉弁時に前記通過孔（９、３１）の周囲のバルブシート（Ａ）に着座する弁体（１６）と、前記バルブアーム（１２）に支持されるバルブ側組付部（１８）とを備えるものであり、
   　前記弁体（１６）のうち、閉弁時に前記バルブシート（Ａ）に接する面をシール面（Ｂ）とし、
   　閉弁時に前記バルブアーム（１２）と前記開閉バルブ（１３）が接する接触面のうち、最も前記シール面（Ｂ）に近い面を閉弁時接触面（Ｃ）とし、
   　前記シール面（Ｂ）から前記閉弁時接触面（Ｃ）までの厚み寸法をｈｘとし、
   　前記弁体（１６）の厚み寸法をｈ１とした場合、
   　前記弁体（１６）には、前記バルブアーム（１２）の一部を収容するアーム挿入部（α）が設けられ、
   　ｈｘ＜ｈ１
   の関係を満足することを特徴とするバルブ装置。
2. 　請求項１に記載のバルブ装置において、
   　このバルブ装置は、前記開閉バルブ（１３）が前記バルブシート（Ａ）の排気上流側へ移動することで開弁する内開弁タイプであり、
   　前記開閉バルブ（１３）によって開閉される開閉通路（８）を流れる排気ガスの流れ方向を流速方向（Ｚ）とした場合、
   　前記バルブシート（Ａ）は、前記流速方向（Ｚ）に対して斜めに設けられることを特徴とするバルブ装置。
3. 　請求項２に記載のバルブ装置において、
   　前記開閉通路（８）は、常に排気ガスが通過可能な常開通路（７）と並んで設けられ、
   　前記開閉バルブ（１３）が前記通過孔（９）を閉じることにより、排気ガスが前記常開通路（７）のみに流れ、
   　前記開閉バルブ（１３）が前記通過孔（９）を開くことにより、排気ガスが前記常開通路（７）と前記開閉通路（８）の両方へ流れることを特徴とするバルブ装置。
4. 　請求項２または請求項３に記載のバルブ装置において、
   　前記流速方向（Ｚ）に対する前記バルブシート（Ａ）の傾き角度（θ）は、６０度以下に設けられることを特徴とするバルブ装置。
5. 　請求項２～請求項４のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   　前記通過孔（９）には、排気ガスの上流側に向かって拡径するテーパ面（β）が設けられることを特徴とするバルブ装置。
6. 　請求項１～請求項５のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   　前記弁体（１６）は、前記シール面（Ｂ）とは異なる側の面が凸形の円錐形状または凸形の球面形状に設けられることを特徴とするバルブ装置。
7. 　請求項１～請求項６のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   　前記弁体（１６）には、前記バルブアーム（１２）が挿入配置されるアーム溝（２０）が設けられることを特徴とするバルブ装置。
8. 　請求項７に記載のバルブ装置において、
   　前記アーム溝（２０）は、前記弁体（１６）において外径方向へ伸びて設けられ、
   　前記アーム溝（２０）に前記バルブアーム（１２）を挿入配置することで、前記バルブアーム（１２）に対して前記弁体（１６）の回転を規制することを特徴とするバルブ装置。
9. 　請求項１～請求項８のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   　前記バルブアーム（１２）の先には、前記バルブ側組付部（１８）を支持するアーム側組付部（１７）が設けられ、
   　前記弁体（１６）の厚み方向における前記アーム挿入部（α）の寸法（Ｘ１）は、
   　前記弁体（１６）の厚み方向における前記アーム側組付部（１７）の寸法（Ｘ２）より大きく設けられることを特徴とするバルブ装置。
10. 　請求項１～請求項９のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    　前記バルブ側組付部（１８）は、前記弁体（１６）とは別体に設けられ、
    　前記バルブ側組付部（１８）が前記弁体（１６）に結合して設けられることを特徴とするバルブ装置。
11. 　請求項１０に記載のバルブ装置において、
    　前記バルブ側組付部（１８）には、前記バルブアーム（１２）の先端部の抜止めを行う抜止フランジ（２１）が一体に設けられることを特徴とするバルブ装置。
12. 　請求項１～請求項１１のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
    　前記弁体（１６）は、前記シール面（Ｂ）とは異なる側に、当該弁体（１６）の強度を高めるリブ（２２）が設けられ、
    　前記弁体（１６）において前記リブ（２２）が形成される面は、凸形の略円錐形状を呈するカバー（２３）によって覆われることを特徴とするバルブ装置。
    
     

Images