JP2007255299A

JP2007255299A - バルブ装置

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Publication number: JP2007255299A
Application number: JP2006080697A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Sekiyama; 惠夫関山
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: JP4674561B2

Abstract

【課題】閉弁時のシール力を向上することができるバルブ装置を提供する。
【解決手段】過給機付きエンジンの排気通路に設けられたタービン８２０をバイパスすべく、そのタービン８２０の上流側の排気ガスを下流側に排出するための排気ガスバイパス通路８２２を開閉するバルブ装置１において、上記駆動軸３に、その駆動軸３を通常長さよりも伸長させるためのシリンダ装置５を設け、そのシリンダ装置５に、内圧を調整するための圧力調整手段６を接続し、その圧力調整手段６にて上記駆動軸３を上記通常長さに保持し、上記アクチュエータ２による上記バルブ本体４の開閉を許容するバルブ作動モードと、上記圧力調整手段６にて上記駆動軸３を上記通常長さよりも伸長させ、アクチュエータ２側にて反力をとりつつ上記バルブ本体４を閉弁状態に保持させるバルブ閉鎖モードとに切替可能に構成されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、アクチュエータの駆動軸を往復動させて、その駆動軸に連結されたバルブ本体を開閉するようにしたバルブ装置に関するものである。

従来、２ステージターボシステムとして、エンジンの排気管の上流側に比較的小型のターボを配置して高圧段ターボとして使用し、その高圧段ターボの下流に比較的大型のターボを低圧段ターボとして配置したものが知られている。

図８に示すように、２ステージターボシステム８１では、エンジン８４に、排気マニフォールド８５および排気管８６が接続される。その排気管８６には、上流側から順に高圧段ターボ８２のタービン８２０と低圧段ターボ８３のタービン８３０とが設けられ、それら高圧段のタービン８２０と低圧段のタービン８３０とを接続する排気管８６には、その排気管８６を排気マニフォールド８５に連通するための排気切替バルブ装置８７が設けられる。また、高圧段および低圧段ターボ８２、８３には、各タービンの上流側と下流側とを連通するためのウェストゲートバルブ装置８２３、８３３が各々設けられる（例えば、特許文献１〜３参照）。

高圧段ターボ８２と低圧段ターボ８３との作動の切替は、図９に示すように、各ウェストゲートバルブ装置８２３、８３３と排気切替バルブ装置８７とにより行われる。

排気切替バルブ装置８７を開くと、高圧段ターボ８２は、タービン８２０の出入り口の圧力差がなくなるため作動せず、低圧段ターボ８３のみが作動する。

また、排気切替バルブ装置８７と高圧段ターボ８２のウェストゲートバルブ装置８２３とを全閉、かつ低圧段ターボ８３のウェストゲートバルブ装置８３３を全開にすると、排気マニフォールド８５から排出される排気ガスは、全て高圧段のタービン８２０に流れて高圧段ターボ８２が作動する。他方、低圧段ターボ８３は、ウェストゲートバルブ装置８３３により排気ガスがタービン８３０をバイパスするため作動しない。

また、排気切替バルブ装置８７をわずかに開き、低圧段ターボ８３のウェストゲートバルブ装置８３３を全閉にすると、高圧段ターボ８２と低圧段ターボ８３とが同時に作動する。

以上のように、各ウェストゲートバルブ装置８２３、８３３と排気切替バルブ装置８７との開閉の切替により、高圧段ターボ８２および低圧段ターボ８３の作動・非作動が容易に切り替えられるようになっている。

なお、吸気側は、吸気管８９内に設けた吸気切替バルブ装置１００が、高圧段ターボ８２が作動するときに低圧段側のルート（流路）が閉となるよう、低圧段ターボ８３が作動するときに高圧段側のルートが閉となるようにしている。

ここで、高圧段および低圧段に各々設置された各ウェストゲートバルブ装置８２３、８３３は、通常、ターボのオーバーランを防止するため、吸気管８９内の過給圧によってアクチュエータが作動する構造になっている。

図１０に示すように、過給機８２のタービン８２０を収容するタービンケーシング９１内に、タービン８２０の上流と下流とを連通する排気ガスバイパス通路８２２が設けられる。ウェストゲートバルブ装置８２３は、タービンケーシング９１に設けられ排気ガスバイパス通路８２２を開閉するウェストゲートバルブ本体９３と、そのウェストゲートバルブ本体９３にリンク９４を介して接続された駆動軸９５と、その駆動軸９５を往復動させてウェストゲートバルブ本体９３を開閉するアクチュエータ９６とを備える。そのアクチュエータ９６内には、駆動軸９５が固定されたダイアフラム９７が上下方向移動可能に設けられる。そのダイアフラム９７は、スプリング９８にて下方に付勢される。また、アクチュエータ９６内には、ダイアフラム９７を上方に付勢するよう過給機８２の加圧吸気が導入され、その吸気の過給圧がスプリング９８のセット力を超えると、ウェストゲートバルブ本体９３が開弁するようになっている。

また、排気切替バルブ装置８７（図８参照）では、空気圧（または真空圧）を用いたアクチュエータにリンクを介して排気切替バルブ本体が連結され、空気圧により排気切替バルブが開閉作動される（図示せず）。

特開昭５９−２９７２６号公報実開平５−０３０４３１号公報特開２００４−１１６４３２号公報

しかしながら、２ステージターボシステム８１では排圧が高圧となることから、上述したウェストゲートバルブ装置８２３では、スプリング９８によるウェストゲートバルブ本体９３のシール力が不足し、排気ガスがリークしてしまうという問題があった。

以下、この点について詳細に説明する。

２ステージターボシステム８１では、上述したように高圧段ターボ８２が小型で、かつ２ステージ系の配管が複雑であるため、高圧段ターボ８２の使用時にエンジン負荷が上がると、その高圧段ターボ８２のタービン８２０における入口圧（排圧）が単段ターボシステムに比較して非常に高くなる。

タービン８２０の仕事はタービン８２０の出入り口の圧力比で決まる。圧力比一定であってもタービン出口の背圧が上がるとタービン出入り口の圧力差は大きくなる。

このように、２ステージターボシステム８１は、配管が複雑なため排気管８６などのガス通路の圧損が大きく、高圧段ターボ８２の使用時にはタービン出入り口の圧力差が大きくなる問題がある。

その高い排圧が、高圧段のウェストゲートバルブ本体９３や排気切替バルブ本体に作用すると、それらバルブ本体９３は、前後の圧力差によって開き易くなってしまうという問題が発生する。

例えば、図１０に示したような、スプリング９８と過給圧とを用いてアクチュエータ９６を駆動するウェストゲートバルブ装置８２３では、高い排圧に抗してウェストゲートバルブ本体９３が開かないように、ウェストゲートバルブ本体９３を全閉にするスプリング９８のセット力を高くすることが重要であり、そのためにアクチュエータ９６が大型化し、車両搭載性の最大のネックになっている。

電動式アクチュエータを用いてバルブ本体を駆動する場合には、排気管８６近くにモーターが設置されるため、熱害によりモーターの耐久性が著しく低下する。

さらに、外部に設置される駆動軸９５と、高温排気ガスの通路である排気マニフォールド８５やタービンケーシング９１との熱膨張差が、アクチュエータ９６内のスプリング９８の付勢力を弱める方向に働いてしまう。

以上のように、ウェストゲートバルブ本体９３のシール力が不足して高い排圧によってウェストゲートバルブ本体９３が開くと、排気がリークしてタービン８２０の回転数が低下してしまう。その結果、過給圧が低下して排気ガス中の煤の増加やエンジン燃費の悪化を生じてしまう。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、閉弁時のシール力を向上することができるバルブ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、過給機付きエンジンの排気通路に設けられたタービンをバイパスすべく、そのタービン上流側の排気ガスを下流側に排出するための排気ガスバイパス通路を開閉するバルブ装置において、上記排気ガスバイパス通路を開閉するバルブ本体を設け、そのバルブ本体を駆動軸を介して駆動するアクチュエータを設け、上記駆動軸に、その駆動軸を通常長さよりも伸長させるための非圧縮性流体圧シリンダ装置を設け、その非圧縮性流体圧シリンダ装置に、内圧を調整するための圧力調整手段を接続し、その圧力調整手段にて上記駆動軸を上記通常長さに保持し、上記アクチュエータによる上記バルブ本体の開閉を許容するバルブ作動モードと、上記圧力調整手段にて上記駆動軸を上記通常長さよりも伸長させ、アクチュエータ側にて反力をとりつつ上記バルブ本体を閉弁状態に保持させるバルブ閉鎖モードとに切替可能に構成し、上記過給機の過給圧を検出するための過給圧検出手段を設け、その過給圧検出手段の過給圧に基づいて上記圧力調整手段を制御する制御手段を設け、その制御手段は、上記過給圧検出手段により検出された過給圧が、所定圧未満のとき上記圧力調整手段に上記バルブ閉鎖モードへの切替えを指示し、上記所定圧以上のとき上記圧力調整手段にバルブ作動モードへの切替えを指示するものである。

上記目的を達成するために本発明は、アクチュエータにより駆動軸を往復動させて、その駆動軸に連結されたバルブ本体を開閉するようにしたバルブ装置において、上記駆動軸に、その駆動軸を通常長さよりも伸長させるための非圧縮性流体圧シリンダ装置を設け、その非圧縮性流体圧シリンダ装置に、内圧を調整するための圧力調整手段を接続し、その圧力調整手段にて上記駆動軸を上記通常長さに保持し、上記アクチュエータによる上記バルブ本体の開閉を許容するバルブ作動モードと、上記圧力調整手段にて上記駆動軸を上記通常長さよりも伸長させ、アクチュエータ側にて反力をとりつつ上記バルブ本体を閉弁状態に保持させるバルブ閉鎖モードとに切替可能に構成されたものである。

好ましくは、上記圧力調整手段は、上記バルブ作動モードに際して、上記非圧縮性流体圧シリンダ装置の内圧を常圧に保持して、上記駆動軸を上記通常長さに保持し、上記バルブ閉鎖モードに際して、上記圧力調整手段は、上記非圧縮性流体圧シリンダ装置に常圧よりも高い圧力を付与して、上記バルブ本体を閉弁状態に保持させるものである。

好ましくは、上記圧力調整手段は、上記非圧縮性流体圧シリンダ装置に非圧縮性流体を供給するポンプと、上記非圧縮性流体圧シリンダ装置から非圧縮性流体を排出する排出路を開閉するための排出弁と、上記排出路に設けられ上記排出弁の開弁時に上記非圧縮性流体圧シリンダ装置の内圧を常圧にて保持する調圧弁とを備えたものである。

好ましくは、上記アクチュエータは、上記駆動軸が結合されたダイアフラムと、そのダイアフラムを移動可能に収容するアクチュエータハウジングと、そのアクチュエータハウジング内に区画形成され上記ダイアフラムを上記バルブ本体の開弁方向に付勢する加圧ガスが導入される圧力室と、上記ダイアフラムを上記バルブ本体の閉弁方向に付勢する弾性部材とを備えたものである。

好ましくは、上記圧力調整手段を制御するための制御手段が設けられ、上記バルブ本体は、過給機付きエンジンの排気通路に設けられたタービンの上流と下流とを連通する排気ガスバイパス通路に配置され、上記アクチュエータの圧力室に、上記過給機にて加圧された吸気が導入され、上記制御手段は、上記過給機の過給圧を検出するための過給圧検出手段に接続され、その過給圧検出手段により検出された過給圧が、所定圧未満のとき上記圧力調整手段に上記バルブ閉鎖モードへの切替えを指示し、上記所定圧以上のとき上記圧力調整手段にバルブ作動モードへの切替えを指示するものである。

本発明によれば、閉弁時のシール力を向上することができるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本実施形態のバルブ装置は、例えば、２ステージターボシステムなどを備えた過給機付き車両用エンジンのウェストゲートバルブ装置などに適用される。

まず、図８に基づき本実施形態の２ステージターボシステムについて説明する。

図８に示すように、２ステージターボシステム８１では、小型の高圧段ターボ８２と大型の低圧段ターボ８３とが直列に配置される。

過給機付きエンジン８４には、排気通路をなす排気マニフォールド８５および排気管８６が接続される。その排気管８６には、エンジン８４側（上流側）から順に、高圧段ターボ８２のタービン８２０、排気切替バルブ装置８７、低圧段ターボ８３のタービン８３０が配置される。排気切替バルブ装置８７は、排気切替バルブ管８８により排気マニフォールド８５に連通される。

吸気管８９には、上流側から順に低圧段ターボ８３のコンプレッサ８３１、高圧段ターボ８２のコンプレッサ８２１、吸気切替バルブ装置１００が配置され、その吸気切替バルブ装置１００は、吸気切替バルブ管１０１にて両コンプレッサ８２１、８３１間の吸気管８９に連通される。

また、排気マニフォールド８５に、排気の一部を吸気系に環流するための排気環流管（ＥＧＲ管）１０２が接続され、その排気環流管１０２には、ＥＧＲクーラ１０３が設けられる。

ここで、エンジン８４に設けられた高圧段ターボ８２および低圧段ターボ８３には、各タービン８２０、８３０をバイパスすべく、そのタービン８２０、８３０の上流側の排気ガスを下流側に排出するための排気ガスバイパス通路８２２、８３２と、各排気ガスバイパス通路８２２、８３２を開閉するウェストゲートバルブ装置１、８３３とが設けられる。

その高圧段ターボ８２のウェストゲートバルブ装置１として、本実施形態のバルブ装置が用いられる。

次に図１から図３に基づき本実施形態のバルブ装置１を説明する。

図１および図２に示すように、本実施形態のバルブ装置１は、アクチュエータ２により駆動軸３を往復動させて、その駆動軸３に連結されたバルブ本体４を開閉するようにしたものであり、上記駆動軸３に、その駆動軸３を通常長さよりも伸長させるための非圧縮性流体圧シリンダ装置（以下、シリンダ装置という）５を設け、そのシリンダ装置５に、内圧を調整するための圧力調整手段６を接続し、その圧力調整手段６にて上記駆動軸３を上記通常長さに保持し、上記アクチュエータ２による上記バルブ本体４の開閉を許容するバルブ作動モードと、上記圧力調整手段６にて上記駆動軸３を上記通常長さよりも伸長させ、アクチュエータ２側にて反力をとりつつ上記バルブ本体４を閉弁状態に保持させるバルブ閉鎖モードとに切替可能に構成される。

詳しくは後述するが、圧力調整手段６は、上記バルブ作動モードに際して上記シリンダ装置５の内圧を常圧に保持して上記駆動軸３を上記通常長さに保持し、上記バルブ閉鎖モードに際して上記シリンダ装置５に常圧よりも高い圧力を付与して上記バルブ本体４を閉弁状態に保持させる。

本実施形態のアクチュエータ２は、上記駆動軸３（後述するアクチュエータ側駆動軸３１）が結合されたダイアフラム２１と、そのダイアフラム２１を上下方向移動可能に収容するアクチュエータハウジング２２と、そのアクチュエータハウジング２２内に区画形成され上記ダイアフラム２１をバルブ本体４の開弁方向（上方）に付勢する加圧ガスが導入される圧力室２３と、上記ダイアフラム２１をバルブ本体４の閉弁方向（下方）に付勢する弾性部材（図例ではスプリング）２４とを備える。

スプリング２４は、環状に形成され、アクチュエータハウジング２２の天井面からダイアフラム２１の上面に延出する。

ダイアフラム２１の上面には、ストッパ２１１が設けられ、そのストッパ２１１は、スプリング２４の圧縮時にアクチュエータハウジング２２の天井面に当接する。本実施形態のストッパ２１１は、スプリング２４の密着高さ（最小圧縮長さ）よりも僅かに高く（長く）設定される。詳しくは後述するが、バルブ閉鎖モード時に、シリンダ装置５に高圧が付与されて駆動軸３が伸長するが、その駆動軸３の最大伸長長さがストッパ２１１により規定され、駆動軸３の長さが一定に維持される。

アクチュエータハウジング２２は、エンジン８４に取り付けられ、そのエンジン８４の表面と、アクチュエータハウジング２２の内面と、ダイアフラム２１の下面とにより圧力室２３が区画形成される。

その圧力室２３には、高圧段ターボ８２（過給機）にて加圧された吸気（加圧ガス）を導入する導入路２３１が設けられる。その導入路２３１は、例えば、高圧段ターボ８２のコンプレッサ８２１よりも下流側の吸気管８９（図８参照）に連通される。

バルブ作動モードでは、アクチュエータ２は、基本的にはダイアフラム２１をスプリング２４により下方に付勢してバルブ本体４を閉弁し、導入路２３１からの吸気の圧力がスプリング２４の付勢力（セット力）を超えると、ダイアフラム２１が上方に移動されて駆動軸３を引き上げバルブ本体４を開弁するようになっている。

そのバルブ本体４は、過給機付きエンジン８４の排気通路８６に設けられたタービン８２０の上流と下流とを連通する排気ガスバイパス通路８２２に配置される。

より具体的には、タービン８２０は、タービンケーシング８２４内に収容され、そのタービンケーシング８２４には、タービン８２０に排気を導入する排気ガス導入路８２５と、排気を排出する排気ガス排出路８２６が各々形成される。

また、タービンケーシング８２４には、タービン８２０をバイパスする排気ガスバイパス通路８２２が形成され、その排気ガスバイパス通路８２２の入口（バイパス入口）８２７が排気ガス導入路８２５に接続され、出口（バイパス出口）８２８が排気ガス排出路８２６に接続される。そのバイパス入口８２７に、バルブ本体４が配置される。

バルブ本体４は、排気ガスバイパス通路８２２内に設けられ、排気ガスバイパス通路８２２の壁面（着座面）に着座してバイパス入口８２７を閉塞、あるいは、排気ガスバイパス通路８２２内方に回動してバイパス入口８２７を開放する。バルブ本体４は、Ｌ字形リンク４１に回動可能に支持され、そのＬ字形リンク４１を介して駆動軸３（バルブ側駆動軸３２）に連結される。

本実施形態の駆動軸３は、バルブ作動モード時に通常長さに、バルブ閉鎖モード時に通常長さを超える長さに、各々設定できるように伸縮可能に形成される。

ここで、通常長さとは、アクチュエータ２の非作動時（スプリング２４非圧縮時）にバルブ本体４が排気ガスバイパス通路８２２を閉塞し、かつアクチュエータ２の作動時（スプリング２４圧縮時）にバルブ本体４が排気ガスバイパス通路８２２を開放するような長さをいう。

具体的には、駆動軸３は、Ｌ字形リンク４１を介してバルブ本体４に連結されたバルブ側駆動軸３２と、アクチュエータ２のダイアフラム２１に連結されたアクチュエータ側駆動軸３１と、それらバルブ側駆動軸３２およびアクチュエータ側駆動軸３１を連結するシリンダ装置５とで構成される。

そのシリンダ装置５は、図３に示すように、非圧縮性流体（図例では、潤滑オイル）が封入されるケース５１と、そのケース５１内に軸方向（図３において上下方向）に移動可能に収容されたピストン５２とを備える。ケース５１にアクチュエータ側駆動軸３１が固定（図例では螺合）され、ピストン５２にバルブ側駆動軸３２が固定される。

ケース５１の上部には、アクチュエータ側駆動軸３１の一端に形成されたネジ部３１１を螺合するためのねじ穴５１１が形成される。また、ケース５１の上方には、駆動軸長さ調整用ロックナット５３が配置され、その駆動軸長さ調整用ロックナット５３を挿通してアクチュエータ側駆動軸３１がケース５１のねじ穴５１１と螺合する。その駆動軸長さ調整用ロックナット５３により、ケース５１に対するアクチュエータ側駆動軸３１の突出長さが調整される。

ねじ穴５１１の下方のケース５１内には、オイルが充填される油室５４が形成される。

具体的には、ケース５１の下部に、下面から上方に延出する穴部５１２が形成され、その穴部５１２は、ケース５１の下面に固定ネジ（図示せず）にて固定されたケース蓋５１３により閉塞される。その穴部５１２内には、上下方向に摺動可能にピストン５２が設けられ、油室５４は、ピストン５２の上面と穴部５１２の内面とにより区画形成される。

ピストン５２の外周には、油室５４からのオイルの漏洩を防止するためのＯリング５２１が取り付けられる。本実施形態のＯリング５２１は、ピストン５２の上端部と下端部とに各々設けられる。ピストン５２の下面には、バルブ側駆動軸３２が固定され、そのバルブ側駆動軸３２は、ケース蓋５１３を貫通して下方に延出する。

また、ケース５１には、油室５４にオイルを供給・排出するための油路５１４が形成され、その油路５１４に圧力調整手段６が接続される。

その圧力調整手段６は、上記シリンダ装置５にオイルを供給するポンプ６１と、上記シリンダ装置５からオイルを排出する排出路（以下、オイル排出路という）５１４，６１１，６３１を開閉するための排出弁をなす電磁弁６２と、その電磁弁６２より下流のオイル排出路６３１に設けられ、該電磁弁６２の開弁時に上記シリンダ装置５の内圧を常圧にて保持する調圧弁６３とを備える。

ポンプ６１は、その吐出口が、ポンプ吐出管６１１によりシリンダ装置５の油路５１４に連通され、吸入口が、ポンプ吸入管６１２により図示しないオイルタンクなどの供給源に連通される。ポンプ吐出管６１１は、バルブ装置１の作動時にシリンダ装置５の上下動に追従可能なように、例えば、高圧用フレキシブルホースなどからなる。

ポンプ吐出管６１１には、シリンダ装置５からオイルを排出して油圧を低減するための調圧管６３１（上流端）が接続される。その調圧管６３１の下流端はポンプ吸入管６１２に接続される。その調圧管６３１とポンプ吐出管６１１とシリンダ装置５の油路５１４とにより、上記オイル排出路が構成される。

調圧管６３１には、上流側から順に電磁弁６２と調圧弁６３とが配置される。電磁弁６２は、後述する制御手段７により開閉制御される。調圧弁６３は、調圧管６３１の油圧が所定の設定圧以上のとき開弁し、設定圧未満のとき閉弁する。本実施形態では、調圧弁６３の設定圧が、０．１ｋｇ／ｃｍ²程度に設定される。したがって、電磁弁６２の開弁時、シリンダ装置５の油室５４は、０．１ｋｇ／ｃｍ²程度に保持される。つまり、本実施形態の常圧とは、０．１ｋｇ／ｃｍ²程度（ほぼ０）の圧力をいう。

また、圧力調整手段６は、ポンプ吐出管６１１とポンプ吸入管６１２とを連通する安全管６４１に配置され、その安全管６４１（油室５４）の油圧が所定の上限圧を超えたときに開放する安全弁（過大油圧防止用調圧弁）６４を備える。本実施形態では、安全弁６４の設定圧（所定の上限圧）が、上記調圧弁６３の設定圧よりも高く設定される。

本実施形態では、圧力調整手段６のポンプ６１および電磁弁６２を制御するための制御手段をなすマイコン７が設けられる。そのマイコン７は、制御信号（図例では、ポンプＯＮ−ＯＦＦ信号および電磁弁ＯＮ−ＯＦＦ信号）を通信すべく、ポンプ６１および電磁弁６２に接続される。また、マイコン７は、高圧段ターボ（過給機）８２の過給圧を検出するための過給圧検出手段に接続される。その過給圧検出手段は、例えば、高圧段ターボ８２のコンプレッサ８２１よりも下流の吸気管８９に配置された過給圧センサ７１にて構成され、その過給圧センサ７１から過給圧信号がマイコン７に入力される。

マイコン７は、その過給圧センサ７１により検出された過給圧が、所定のウェストゲート開弁設定圧（所定圧）未満のとき、上記圧力調整手段６に上記バルブ閉鎖モードへの切替えを指示し、過給圧が上記ウェストゲート開弁設定圧以上のとき、上記圧力調整手段６にバルブ作動モードへの切替えを指示する。ウェストゲート開弁設定圧は、例えば、アクチュエータ２が作動開始する圧力（スプリング２４のセット力に相当する圧力（以下、セット圧という））に設定される。

次に、図４から図７に基づき本実施形態のバルブ装置１の作用を説明する。

まず、図５に基づきバルブ装置１の組み付けについて説明する。

図５に示すように、バルブ装置１を組み付けるときには、まず、オイルポンプ６１を作動させてシリンダ装置５の油室５４に油圧を付与して、駆動軸３（シリンダ装置５）を伸長させる。このとき油圧は、アクチュエータ２のスプリング２４のセット圧よりも高圧とする。

その油圧により、ケース５１に螺合されたアクチュエータ側駆動軸３１は、アクチュエータ２のスプリング２４を縮めながらに上方に移動し、ストッパ２１１がアクチュエータハウジング２２の天井面に突き当たると停止する。一方、ケース５１内のピストン５２に固定されたバルブ側駆動軸３２は、下方に押し付けられて移動し、バルブ本体４がバイパス入口８２７の着座面に突き当たると停止する。

このようにバルブ本体４がバイパス入口８２７を閉塞し、かつストッパ２１１によりシリンダ装置５の伸長が規制される状態で、駆動軸長さ調整用ロックナット５３によりアクチュエータ側駆動軸３１を固定して、バルブ閉鎖モードでの駆動軸３の長さ（以下、閉鎖長さという）を決定する。

次に、図５から図７に基づき、バルブ作動モードおよびバルブ閉鎖モードについて説明する。

図５に示すように、バルブ閉鎖モードでは、シリンダ装置５の油室５４に、常圧よりも高い油圧（以下、閉鎖圧という）が付与される。その閉鎖圧は、上述した組み立て時と同様、アクチュエータ２のスプリング２４のセット圧よりも高圧に設定される。

駆動軸３は、閉鎖圧により、組み付け時に決定された閉鎖長さまで伸長される。具体的には、アクチュエータ側駆動軸３１がストッパ２１１により規制され、バルブ側駆動軸３２がストッパ２１１にて反力が付与されたシリンダ装置５により下方に押圧される。そのシリンダ装置５により、バルブ本体４はバイパス入口８２７の着座面に押圧され閉弁状態に保持される。

その閉弁状態では、シリンダ装置５の油圧（閉鎖圧）をスプリング２４のセット圧よりも高く設定しているので、バルブ本体４は、スプリング２４よりも強いシール力でシールされることになる。

図６に示すように、バルブ作動モードでは、バルブ側駆動軸３２がケース５１に内に挿入され、駆動軸３が通常長さになる。また、アクチュエータ２は、スプリング２４が元の長さに復原する。さらに、油室５４内の油圧が常圧に維持され、シリンダ装置５の伸縮が規制されて、駆動軸３は通常長さに維持される。

図７に示すように、このバルブ作動モードでは、バルブ装置１は、過給圧で作動される通常のウェストゲートバルブ装置と同様に働き、バルブ本体４がスプリング２４と過給圧とのバランスにより開閉される。

次に、本実施形態のバルブ装置１の作動の一例を、図４のフローチャートに基づき説明する。このフロチャートは、エンジン８４の始動後にマイコン７により実行される。

ステップＳ１でキースイッチがＯＮとなるとエンジン８４が始動され、その後、ステップＳ２で所定のイニシャライズ（初期処理）が行われる。

次に、ステップＳ３では、マイコン７はポンプ６１を駆動して回す。次に、ステップＳ４では、マイコン７は電磁弁６２を閉弁する。このとき、電磁弁６２の閉弁は、ポンプ６１作動開始後０．１〜０．２秒遅れを持たせて行う。

このステップＳ３およびステップＳ４により、シリンダ装置５は、油圧が掛けられた状態となり、アクチュエータ側駆動軸３１が上方に、バルブ側駆動軸３２が下方に組み立て時の状態まで押し付けられる。シリンダ装置５の内部のオイルは非圧縮性であるため、バルブ本体４に対して、過大な排圧がバルブ開弁方向に働いても、バイパス入口８２７はバルブ本体４により完全にシールされる。

さらに、エンジン排気系と外部に設けた駆動軸３およびリンク４１の間に熱膨張差が発生しても、駆動軸３の長さがシリンダ装置５の油圧にて調整されるため、シール力は低下しない。

次に、ステップＳ５では、過給圧センサ７１により過給圧Ｐｅが測定され、その測定された過給圧Ｐｅがマイコン７に入力される。ステップＳ６では、マイコン７は過給圧センサ７１の過給圧Ｐｅがウェストゲート開弁設定圧Ｐ０以上か否かを判断する。

ステップＳ６で過給圧Ｐｅがウェストゲート開弁設定圧Ｐ０以上と判断された場合（Ｐｅ＞＝Ｐ０）、マイコン７は、ステップＳ７およびステップＳ８にて、バルブ装置１をバルブ作動モードに切り替える。

すなわち、マイコン７は、ステップＳ７で電磁弁６２を短時間（０．１〜０．２秒）開弁し、ステップＳ８でポンプ６１を停止する。

なお、電磁弁６２の開弁時間は、スプリング２４の復原力でアクチュエータ側駆動軸３１が移動する時間（スプリング２４が元の長さに復原する時間）を実験により求めて設定される。

このステップＳ７およびステップＳ８により、油路５１４が開放されて油室５４内の油圧が低下する。

その油圧の低下に伴い、アクチュエータ側駆動軸３１がスプリング２４の復原力により下方に移動する。また、ピストン５２が上方に移動してバルブ側駆動軸３２がケース５１内に挿入される。

その結果、駆動軸３が上述した通常長さまで縮む。

さらに、電磁弁６２の下流に設けた調圧弁６３により、油室５４内の油圧は、常圧（ほぼ０（正圧））に調整される。その常圧状態にて電磁弁６２が閉弁されると、油室５４内および油路５１４内にオイルが封入され、バルブ側駆動軸３２に上向きの力がかけられても、オイルの系外への出入りは阻止される。なお、ポンプ６１に逆止弁が設けられているのはもちろんである。

油室５４および油路５１４に封入されたオイルは、非圧縮性を有するので、僅かでも油圧が残れば駆動軸３の長さは変化しない。すなわち、油室５４および油路５１４内部のオイルが圧縮性気体（空気、ガスなど）に置換されない限り、駆動軸３は、Ｐｅ＝Ｐ０時の長さ（通常長さ）が維持され、伸びまたは縮むことがない。

その結果、ステップＳ９では、バルブ装置１が通常のウェストゲートバルブ装置として作動する。つまり、ステップＳ７およびステップＳ８にて決定された駆動軸長さ（つまり通常長さ）が維持されるので、バルブ装置１が通常のウェストゲートバルブ装置として機能する。

例えば、圧力室２３内の過給圧がスプリング２４のセット圧（セット力）を超えると、バルブ本体４が開弁し、排気ガスをタービン８２０の上流から排気ガスバイパス通路８２２にリーク（排出）して、タービン８２０（およびコンプレッサ８２１）の回転数が抑制される。このように、バルブ装置１がウェストゲートバルブ装置として作動することで、過給圧が一定に保たれる。

ステップＳ９の後は、再びステップＳ５に戻り過給圧Ｐｅが測定される。

その後、過給圧が低下して、ステップＳ６で過給圧Ｐｅがウェストゲート開弁設定圧Ｐ０未満と判断された場合（Ｐｅ＜Ｐ０）、ステップＳ３に戻り、マイコン７からポンプ６１の駆動信号と電磁弁６２の閉弁信号が各々送信され（ステップＳ３およびステップＳ４）、バルブ装置１は、バルブ閉鎖モードに切り替えられる。

このように、本実施形態では、非圧縮性流体の圧力（油圧）にてバルブ本体４を閉弁状態に保持することで、閉弁時のシール力を向上することができる。

つまり、アクチュエータ２の駆動軸３の中間部に、非圧縮性流体を介して駆動軸３を一方向（排圧と逆方向）に押し付けるシリンダ装置５を設けることで、高排圧をシールする弁機構を実現することができる。

また、バルブ作動モードでは、駆動軸３の長さが通常長さに保持されるので、スプリング式のアクチュエータ２としての機能が損なわれることがない。

また、本実施形態では、シリンダ装置５によりシール力を向上させているので、アクチュエータ２のスプリング２４を大型化することなく高い排圧をシールすることができ、小型のアクチュエータ２でも強いシール力を得ることができる。

その結果、バルブ装置の車両搭載性を向上させることができる。

本実施形態の２ステージターボシステム８１など配管が複雑でタービン出口圧が高くなるエンジン８４や、後処理装置の装着でタービン出口圧が高い状態で用いるエンジンにおいて、小型のアクチュエータ２でも、完璧な排気系（ウェストゲートバルブ装置）のシールを可能にし、低エミッション、低燃費を実現することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。

例えば、本発明のバルブ装置を図８の排気切替バルブ装置８７に適用してもよい。

また、非圧縮性流体は、潤滑オイルに限定されない。

また、アクチュエータのスプリングをストッパとして使用してもよい。つまり、バルブ閉鎖モード時に、スプリングを全密着するまで（限界まで）圧縮させることで、駆動軸の伸長を規定するようにしてもよい。

図１は、本発明の一実施形態に係るバルブ装置の正面図である。図２は、図１のＩＩ方向矢視図である。図３は、図１のＩＩＩ部拡大図である。図４は、本実施形態のバルブ装置の作動を説明するフローチャートである。図５は、本実施形態のバルブ装置の図であり、バルブ閉鎖モードを示す。図６は、本実施形態のバルブ装置の図であり、バルブ作動モードを示す。図７は、本実施形態のバルブ装置の図であり、バルブ作動モードを示す。図８は、２ターボシステムの概略モデル図である。図９は、２ターボシステムの作動を説明するための図である。図１０は、従来のバルブ装置の正面図である。

符号の説明

１バルブ装置
２アクチュエータ
３駆動軸
４バルブ本体
５非圧縮性流体圧シリンダ装置
６圧力調整手段

Claims

過給機付きエンジンの排気通路に設けられたタービンをバイパスすべく、そのタービン上流側の排気ガスを下流側に排出するための排気ガスバイパス通路を開閉するバルブ装置において、
上記排気ガスバイパス通路を開閉するバルブ本体を設け、そのバルブ本体を駆動軸を介して駆動するアクチュエータを設け、上記駆動軸に、その駆動軸を通常長さよりも伸長させるための非圧縮性流体圧シリンダ装置を設け、その非圧縮性流体圧シリンダ装置に、内圧を調整するための圧力調整手段を接続し、
その圧力調整手段にて上記駆動軸を上記通常長さに保持し、上記アクチュエータによる上記バルブ本体の開閉を許容するバルブ作動モードと、上記圧力調整手段にて上記駆動軸を上記通常長さよりも伸長させ、アクチュエータ側にて反力をとりつつ上記バルブ本体を閉弁状態に保持させるバルブ閉鎖モードとに切替可能に構成し、
上記過給機の過給圧を検出するための過給圧検出手段を設け、その過給圧検出手段の過給圧に基づいて上記圧力調整手段を制御する制御手段を設け、その制御手段は、上記過給圧検出手段により検出された過給圧が、所定圧未満のとき上記圧力調整手段に上記バルブ閉鎖モードへの切替えを指示し、上記所定圧以上のとき上記圧力調整手段にバルブ作動モードへの切替えを指示するものであることを特徴とするバルブ装置。
アクチュエータにより駆動軸を往復動させて、その駆動軸に連結されたバルブ本体を開閉するようにしたバルブ装置において、
上記駆動軸に、その駆動軸を通常長さよりも伸長させるための非圧縮性流体圧シリンダ装置を設け、その非圧縮性流体圧シリンダ装置に、内圧を調整するための圧力調整手段を接続し、
その圧力調整手段にて上記駆動軸を上記通常長さに保持し、上記アクチュエータによる上記バルブ本体の開閉を許容するバルブ作動モードと、上記圧力調整手段にて上記駆動軸を上記通常長さよりも伸長させ、アクチュエータ側にて反力をとりつつ上記バルブ本体を閉弁状態に保持させるバルブ閉鎖モードとに切替可能に構成されたことを特徴とするバルブ装置。
上記圧力調整手段は、上記バルブ作動モードに際して、上記非圧縮性流体圧シリンダ装置の内圧を常圧に保持して、上記駆動軸を上記通常長さに保持し、上記バルブ閉鎖モードに際して、上記圧力調整手段は、上記非圧縮性流体圧シリンダ装置に常圧よりも高い圧力を付与して、上記バルブ本体を閉弁状態に保持させる請求項２記載のバルブ装置。
上記圧力調整手段は、上記非圧縮性流体圧シリンダ装置に非圧縮性流体を供給するポンプと、上記非圧縮性流体圧シリンダ装置から非圧縮性流体を排出する排出路を開閉するための排出弁と、上記排出路に設けられ上記排出弁の開弁時に上記非圧縮性流体圧シリンダ装置の内圧を常圧にて保持する調圧弁とを備えた請求項２または３記載のバルブ装置。
上記アクチュエータは、上記駆動軸が結合されたダイアフラムと、そのダイアフラムを移動可能に収容するアクチュエータハウジングと、そのアクチュエータハウジング内に区画形成され上記ダイアフラムを上記バルブ本体の開弁方向に付勢する加圧ガスが導入される圧力室と、上記ダイアフラムを上記バルブ本体の閉弁方向に付勢する弾性部材とを備えた請求項２から４いずれかに記載のバルブ装置。
上記圧力調整手段を制御するための制御手段が設けられ、
上記バルブ本体は、過給機付きエンジンの排気通路に設けられたタービンの上流と下流とを連通する排気ガスバイパス通路に配置され、
上記アクチュエータの圧力室に、上記過給機にて加圧された吸気が導入され、
上記制御手段は、上記過給機の過給圧を検出するための過給圧検出手段に接続され、その過給圧検出手段により検出された過給圧が、所定圧未満のとき上記圧力調整手段に上記バルブ閉鎖モードへの切替えを指示し、上記所定圧以上のとき上記圧力調整手段にバルブ作動モードへの切替えを指示する請求項５記載のバルブ装置。