JP4952109B2

JP4952109B2 - 過給機

Info

Publication number: JP4952109B2
Application number: JP2006198188A
Authority: JP
Inventors: 国彰飯塚; 忠司野角
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2006-07-20
Filing date: 2006-07-20
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2026-07-20
Also published as: JP2008025442A

Description

本発明は、ウェイストゲートバルブとウェイストゲートバルブを可動させるアクチュエータとを備えた過給機に関するものである。

過給機は、ウェイストゲートバルブを開閉し、バイパス流路を形成することで、タービン本体への排気ガス供給量を調整している。このウェイストゲートバルブを開閉させるアクチュエータは、コンプレッサハウジング側にブラケットを介して搭載し、アクチュエータロッドを可動させることでウェイストゲートバルブの開閉を行っている。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−３５１０８９号公報

ところで、上述のアクチュエータをコンプレッサハウジング側に搭載すると、ウェイストゲートバルブまでの距離が長くなるため、アクチュエータロッドが長くなり、ウェイストゲートバルブの動作性能が悪くなる。また、アクチュエータをタービンハウジングの近傍に搭載すると、アクチュエータと、コンプレッサハウジングとアクチュエータとの間に接続されているアクチュエータチューブとが、周囲の熱の影響により早期に劣化する虞がある。

そこで、本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、ウェイストゲートバルブの動作性能が向上でき、またアクチュエータ及びアクチュエータチューブが劣化しにくい過給機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、コンプレッサハウジング内の圧縮空気の圧力を検出してタービンハウジング内の排気ガス流路をバイパス可能に構成されたウェイストゲートバルブと、該ウェイストゲートバルブを可動させるアクチュエータとを備えた過給機において、前記アクチュエータが前記タービンハウジング近傍であって、過給機本体の回転軸の軸位置が包含される重力方向に沿った鉛直面を境にして、前記タービンハウジング内の前記回転軸と平行する外面に形成され前記タービンハウジング内へ排気ガスを供給する排気ガス取入口の反対側であり、かつ、前記ウェイストゲートバルブの可動軸の軸位置を包含し前記過給機本体の回転軸方向と並行になる面を境にして、前記排気ガス取入口の反対側に配置され、前記アクチュエータと前記タービンハウジングとの間に遮熱板が配置され、前記アクチュエータと前記コンプレッサハウジングとの間に接続されたアクチュエータチューブが、少なくとも前記タービンハウジング近傍の領域ではアクチュエータチューブ本体が樹脂からなり、かつ該アクチュエータチューブ本体の周囲に金属メッシュが巻回されていることを特徴とする。
このように構成することで、アクチュエータロッドを短くすることができる。

また、アクチュエータがタービンハウジング近傍であって、過給機本体の回転軸の軸位置が包含される鉛直面を境にして、タービンハウジング内へ排気ガスを供給する排気ガス取入口の反対側であり、かつ、ウェイストゲートバルブの可動軸の軸位置を包含し過給機本体の回転軸方向と並行になる面を境にして、排気ガス取入口の反対側に配置することで、アクチュエータの周囲温度を低く抑えることができる。

また、前記アクチュエータと前記タービンハウジングとの間に遮熱板を配置することで、アクチュエータの温度上昇を抑えることができる。

さらに、前記アクチュエータと前記コンプレッサハウジングとの間に接続されたアクチュエータチューブが、少なくとも前記タービンハウジング近傍の領域ではアクチュエータチューブ本体が樹脂からなり、かつ該アクチュエータチューブ本体の周囲に金属メッシュが巻回されていることで、アクチュエータチューブの耐熱性が向上する。

また、本発明は、前記アクチュエータと前記アクチュエータチューブとが、カシメ又は溶接により接合されていることを特徴とする。
このように構成することで、アクチュエータとアクチュエータチューブとの接続部が高温環境下でも劣化しにくくなると共に、耐振動性を向上することができる。

本発明によれば、アクチュエータロッドを短くすることができるため、ウェイストゲートバルブの動作性能を向上することができる効果がある。

また、アクチュエータの周囲温度を低く抑えることができるため、アクチュエータが劣化しにくくなる効果がある。

また、アクチュエータの温度上昇を抑えることができるため、アクチュエータが劣化しにくくなる効果がある。

また、アクチュエータチューブの耐熱性が向上するため、アクチュエータチューブが劣化しにくくなる効果がある。

さらに、本発明によれば、アクチュエータとアクチュエータチューブとの接続部が高温環境下でも劣化しにくくなると共に耐振動性を向上することができるため、アクチュエータに確実に圧縮空気を供給することができ、ウェイストゲートバルブを確実に動作させることができる効果がある。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図４に示すように、過給機１は、コンプレッサ２とタービン３とを備えており、コンプレッサ２とタービン３との間には回転軸部材４が設けられ、回転軸部材４の一端がコンプレッサ本体５に、他端がタービン本体６に接続されている。コンプレッサ本体５の周囲にはコンプレッサハウジング７が形成され、タービン本体６の周囲にはタービンハウジング８が形成され、回転軸部材４は、軸受ハウジング９において軸受により回転自在に設置されている。

コンプレッサハウジング７内のコンプレッサ本体５の回転軸と直交する外面には、空気Ａ１を取り込む給気口１１が略円形に形成されている。また、コンプレッサハウジング７内のコンプレッサ本体５の回転軸と平行する外面には、圧縮空気Ａ２を吹き出す吹出口１３が略円形に形成されている。更に、コンプレッサハウジング７の側面には、圧縮空気Ａ２を取り出すことができる取出口１５が略円形に形成されている。

タービンハウジング８内のタービン本体６の回転軸と平行する外面には、エンジン１７から排出された排気ガスＡ３を取り込む排気ガス取入口１９が形成されている。また、タービンハウジング８内のタービン本体６の回転軸と直交する外面には、排気ガス排出口２１が略円形に形成されている。

タービンハウジング８の下部で、回転軸部材４の軸位置が包含される鉛直面を境にして、排気ガス取入口１９の反対側で、ウェイストゲートバルブ２７の可動軸（ロッド部材６２）の軸位置を包含し回転軸部材４と並行になる面を境にして、排気ガス取入口１９の反対側には、ブラケット２２を介してアクチュエータ２３が設けられている。ここで、タービンハウジング８とアクチュエータ２３との間には、遮熱板２５が配置されている。遮熱板２５は、断面が略半円形であり、アクチュエータ２３をタービンハウジング８の熱から保護するように構成されている。また、タービン３の内部には、コンプレッサ２のオーバースピードを防止するためのウェイストゲートバルブ２７が備えられている。アクチュエータ２３とウェイストゲートバルブ２７とは、アクチュエータロッド２９により接続されている。更に、アクチュエータ２３とコンプレッサ２の取出口１５とは、アクチュエータチューブ３１により接続されている。

アクチュエータ２３の側面には、アクチュエータチューブ３１を係合可能な取入口３３が形成されている。ここで、アクチュエータ２３とアクチュエータチューブ３１とは、取入口３３においてカシメ又は溶接にて物理的に接続されている。また、アクチュエータ２３の内部には、コンプレッサ２により生成された圧縮空気Ａ２の圧力により作動するダイヤフラムシリンダ３５を備えている。ダイヤフラムシリンダ３５は、ゴム製であり、アクチュエータロッド２９に接合されている。また、アクチュエータ２３の内部には、ばね等からなる付勢部材３７がダイヤフラムシリンダ３５を付勢可能に設けられている。

アクチュエータロッド２９のウェイストゲートバルブ２７が接続される側の先端には、リンク部材６１が接続されている。リンク部材６１とアクチュエータロッド２９の先端とは、リンク部材６１の一端部側で接続されており、リンク部材６１の他端部側にはロッド部材６２が接続されている。ロッド部材６２は、アクチュエータロッド２９が作動すると、リンク部材６１を介して回動するように構成されている。ロッド部材６２の先端には、ウェイストゲートバルブ２７が接続されている。ウェイストゲートバルブ２７は、タービン３の上流側排気ガス流路３９と下流側排気ガス流路４１との間に設けられ、アクチュエータロッド２９が作動するとロッド部材６２が可動軸となり、上流側排気ガス流路３９と下流側排気ガス流路４１とをバイパスする貫通孔４３を開閉可能に構成されている。ここで、エンジン１７が停止している場合等圧力がかかっていないときは、ウェイストゲートバルブ２７は付勢部材３７により閉状態になるように構成されている。

図５に示すように、アクチュエータチューブ３１は、少なくともタービン３近傍の高温環境下においては樹脂からなるアクチュエータチューブ本体４５と、アクチュエータチューブ本体の周囲に金属メッシュ４７を巻回した構成となっている。ここで、アクチュエータチューブ３１はアクチュエータ２３の取入口３３に外包するように挿入し、更にアクチュエータチューブ３１と取入口３３との外周を覆うように形成された金属リング４８が設けられている。この金属リング４８において、カシメ又は溶接によりアクチュエータチューブ３１と取入口３３とが接続されるように構成されている。また、温度の影響を受けない領域においては、アクチュエータチューブ３１は、ゴムチューブ４９で構成されている。アクチュエータチューブ３１の金属メッシュ４７が巻回された部分とゴムチューブ４９との境界は、クリップ５１で接続可能に構成されている。

図６に示すように、遮熱板２５は、アクチュエータ２３を周囲の高温環境下から保護できるように、アクチュエータ２３の形状に合わせて略半円形状の断面をし、アクチュエータロッド２９が設けられる面は、アクチュエータロッド２９が挿入される挿入孔５３と、ブラケット２２と遮熱板２５とを接合するためのボルト孔５５とが形成されている以外は塞がれている。アクチュエータロッド２９が設けられる面と反対側の面は、開口されている。

次に、作用について説明する。
過給機１は、エンジン１７から排出された高温高圧の排気ガスＡ３によりタービン３を回転駆動し、この回転により回転軸部材４を介して、コンプレッサ２が回転駆動する。コンプレッサ２が回転駆動することで、給気口１１から供給される空気Ａ１をコンプレッサ２で圧縮し、圧縮空気Ａ２を得ることができる。圧縮空気Ａ２は吹出口１３を通過してエンジン１７へ供給される。

圧縮空気Ａ２は、エンジン１７内において燃料の燃焼に供される。この燃焼によってエンジン１７より高温高圧の排気ガスＡ３が排出され、排気ガス取入口１９から過給機１内へ取込まれる。
排気ガスＡ３は、タービン３内の上流側排気ガス流路３９を経由して、タービン本体６へ導かれると、タービン本体６が回転するという動作を継続する。

ここで、全ての排気ガスＡ３をタービン本体６へ導くと、タービン本体６が排気ガスＡ３の流量に合わせて回転し、それに合わせて必要以上にコンプレッサ本体５が回転し、オーバースピードとなることで必要以上に高圧力の圧縮空気Ａ２が得られる場合がある。したがって、その状況を回避するためにウェイストゲートバルブ２７を開閉させることで排気ガスＡ３を下流側排気ガス流路４１にバイパスさせる。下流側排気ガス流路４１にバイパスさせることで、タービン本体６へ供給する排気ガスＡ３の流量が減少し、タービン本体６の回転速度を抑えることになる。

次に、ウェイストゲートバルブ２７の動作を説明する。ウェイストゲートバルブ２７は、エンジン停止時等の圧力がかかっていない状況では、アクチュエータ２３内の付勢部材３７がウェイストゲートバルブ２７を貫通孔４３に押し付ける方向に付勢しているため、貫通孔４３はウェイストゲートバルブ２７により閉止されている。
圧縮空気Ａ２がコンプレッサハウジング７の取出口１５からアクチュエータチューブ３１内を通過してアクチュエータ２３へと導かれる。アクチュエータ２３内では、ダイヤフラムシリンダ３５に圧縮空気Ａ２の圧力が加わることでアクチュエータロッド２９を押し出す方向に可動する。アクチュエータ２３の内部がある一定の圧力を超えると、アクチュエータロッド２９が可動し、その先端に設けられたリンク部材６１を介して、ロッド部材６２が回動する。ロッド部材６２が回動すると、ロッド部材６２を可動軸としてその先端に接続されたウェイストゲートバルブ２７が貫通孔４３から離間する方向に移動し、上流側排気ガス流路３９と下流側排気ガス流路４１との間が貫通孔４３を介して連通され、排気ガスＡ３の一部がタービン本体６の方へ行かずに直接排気ガス排出口２１へと導かれる。その結果、タービン３の回転速度を抑えることができ、あわせてコンプレッサ２の回転速度を抑え、オーバースピードになる状況を回避することができる。

ここで、本実施形態ではアクチュエータ２３がタービンハウジング８の近傍に備えられている。これにより、アクチュエータロッド２９の長さが短くなるため、調整が容易になり、ウェイストゲートバルブ２７の動作性能が向上する。また、アクチュエータロッド２９が短くなることで熱による伸縮の影響も少なくなる効果がある。したがって、信頼性を向上することができる。
また、アクチュエータ２３とタービンハウジング８との間には遮熱板２５が配置されている。これにより、タービンハウジング８の排気ガス取入口１９付近では約７５０℃まで温度が上昇するが、その影響を直接受けることなくダイヤフラムシリンダ３５及び付勢部材３７を含むアクチュエータ２３は正常に作動することができる。

更に、アクチュエータチューブ３１のタービンハウジング８の近傍の領域は、アクチュエータチューブ本体４５が樹脂からなり、かつアクチュエータチューブ本体４５の周囲を金属メッシュ４７で巻回している。これにより、タービンハウジング８の周囲の高温環境下でもアクチュエータチューブ３１の耐熱性が向上しており、劣化しにくくなる。
そして、アクチュエータ２３とアクチュエータチューブ３１とがカシメ又は溶接により接続されている。これにより、熱環境や振動等に対する耐久性が向上する。

尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、以下の態様を用いてもよい。
本実施形態では、遮熱板が断面半円形のものを用いた説明をしたが、遮熱できるものであれば形状は拘らない。また、遮熱板の材質・厚みなどを特定したが、遮熱機能を果たすものであれば材質・厚みは変更してもよい。
本実施形態では、タービンハウジング近傍のみアクチュエータチューブ本体に金属メッシュを巻回するようにした説明をしたが、アクチュエータチューブの全長に亘って金属メッシュを巻回するようにしてもよい。
本実施形態では、アクチュエータチューブとアクチュエータの取入口との接続をカシメ又は溶接を用いた説明をしたが、上述の機能を果たすものであれば他の接続方法を用いてもよい。

本発明の実施形態における過給機及びエンジンの模式図である。本発明の実施形態における過給機の正面図である。本発明の実施形態における過給機の左側面図である。本発明の実施形態における過給機の右側面図である。本発明の実施形態におけるアクチュエータチューブとアクチュエータの取入口との接続部の部分断面図である。本発明の実施形態における遮熱板の斜視図である。

符号の説明

１…過給機２…コンプレッサ３…タービン４…回転軸部材（回転軸）７…コンプレッサハウジング８…タービンハウジング１９…排気ガス取入口２３…アクチュエータ２５…遮熱板２７…ウェイストゲートバルブ３１…アクチュエータチューブ３９…上流側排気ガス流路（排気ガス流路）４５…アクチュエータチューブ本体４７…金属メッシュ
Ａ２…圧縮空気Ａ３…排気ガス

Claims

コンプレッサハウジング内の圧縮空気の圧力を検出してタービンハウジング内の排気ガス流路をバイパス可能に構成されたウェイストゲートバルブと、該ウェイストゲートバルブを可動させるアクチュエータとを備えた過給機において、
前記アクチュエータが前記タービンハウジング近傍であって、過給機本体の回転軸の軸位置が包含される重力方向に沿った鉛直面を境にして、前記タービンハウジング内の前記回転軸と平行する外面に形成され前記タービンハウジング内へ排気ガスを供給する排気ガス取入口の反対側であり、かつ、前記ウェイストゲートバルブの可動軸の軸位置を包含し前記過給機本体の回転軸方向と並行になる面を境にして、前記排気ガス取入口の反対側に配置され、
前記アクチュエータと前記タービンハウジングとの間に遮熱板が配置され、
前記アクチュエータと前記コンプレッサハウジングとの間に接続されたアクチュエータチューブが、少なくとも前記タービンハウジング近傍の領域ではアクチュエータチューブ本体が樹脂からなり、かつ該アクチュエータチューブ本体の周囲に金属メッシュが巻回されていることを特徴とする過給機。
前記アクチュエータと前記アクチュエータチューブとが、カシメ又は溶接により接合されていることを特徴とする請求項１に記載の過給機。
前記アクチュエータチューブにおける前記タービンハウジング近傍の領域以外はゴムチューブで構成され、前記金属メッシュが巻回された部分と前記ゴムチューブとの境界部分がクリップで接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の過給機。