JP4981732B2 - 排気制御バルブを備えた排気タービン - Google Patents

Description

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排気制御バルブ、つまりウェストゲートバルブを備えた排気タービンに関する。

比較的小型の排気ターボ過給機においては、該ターボ過給機の排気タービンに、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ェ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ェ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３には、排気ターボ過給機の排気タービンにおけるウェストゲートバルブ（排気制御バルブ）周辺の構造を示し、図３（Ａ）はウェ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３（Ａ）、（Ｂ）において、１００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。
３はウェ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６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６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を流し、排気ガス出口通路５ａ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。

前記ウェストゲートバルブ３の弁体３ａ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５ｂを開閉し、開弁時には、図３（Ｂ）のように、排気ガス通路６の排気ガス（バイパス流）が排気ガス出口通路５ａへと、矢印のように流れる。
前記ウェストゲートバルブ３の弁体３ａ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３ａが弁座５ｂを開閉する。

また、特許文献１（実開平７−１０４３４号公報）には、閉弁制御により、操作ロッド８が後退位置にあるとき、バネで付されたロックレバー１０はそのカム面が揺動レバー７の基端部周面に形成したカム面に対し、接線方向からくさび状に食い込んで圧接し、揺動レバー７とともに揺動アーム６の揺動を強固にロックする。これにより、ウェストゲートバルブの弁体４は、所定の閉弁位置に強固に保持される、という技術が提供されている。

実開平７−１０４３４号公報

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、ウェストゲートバルブ３は、エンジンから排気ガス通路６を通ってタービン２に供給される排気ガスを、タービン２の上流の排気ガス通路６から分岐し、タービン２をバイパスして排気バイパス通路５を流し、排気ガス出口通路５ａに連通させている。該ウェストゲートバルブの駆動は、アクチュエータへの連結部１３の往復動により、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、ウェストゲートバルブの弁体３ａが弁座５ｂを開閉する。

従って、高温の排気ガスに晒されるブッシュ７と支軸８との回動嵌合部は、潤滑が困難なため、無潤滑の状態で稼動しており、前記回動嵌合部はウェストゲートバルブ３の作動回数の増加に従い、磨耗が発生し易い状態にある。
かかる無潤滑の状態での作動に加えて、近年のエンジンの高過給化に伴い、図３（Ｂ）のＸ矢印のようなエンジン振動やエンジン排気ガスの脈動に伴う振動が増加しており、このため、ウェストゲートバルブの全作動域において、前記ブッシュ７と支軸８との回動嵌合部の磨耗低減が必須となる。
尚、前記特許文献１（実開平７−１０４３４号公報）においては、ウェストゲートバルブの閉弁時に所定の閉弁位置に強固に保持されるが、ウェストゲートバルブの中間開度では所定の効果は得られない。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、排気制御バルブ（ウェストゲートバルブ）を備えた排気タービンにおいて、該バルブの弁体を移動制御する支軸とブッシュあるいはタービンケーシングとの回動嵌合部の磨耗低減を、排気制御バルブの全作動域において可能とした排気制御バルブを備えた排気タービン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排気制御バルブを備えた排気タービンにおいて、前記排気制御バルブは、タービンケーシングに回動可能に軸支されて前記排気バイパス通路の開度を制御する弁体を支持する支軸と、エンジンへの連結部を備えて該エンジンによる該連結部の往復動により前記支軸をその軸心の周りに回動させるアームと、前記アームの前記軸心に対して前記エンジンへの連結部とは反対側の端部に装着された錘とを備え、
更に前記排気制御バルブは、前記エンジンへの連結部から一定距離をおいた排気制御バルブ軸心に配置され、前記錘は前記エンジンへの連結部と前記排気制御バルブ軸心との間に配置されたことを特徴とする。

かかる発明において、好ましくは前記アームは、該アームの一端側を前記エンジンへの連結部に、該アームの中央部を前記支軸に連結される前記軸心連結部に、該アームの前記軸心連結部に対して前記連結部とは反対側の端部に前記錘が装着されて構成され、前記錘はセルフロックナットで前記アームに固着される。

また、本発明は、前記アームと前記錘とを一体の鋳造品または鍛造品で構成し、該アーム部の中央部を前記支軸に連結したことを特徴とする。

本発明によれば、排気制御バルブ（ウェストゲートバルブ）は、タービンケーシングに回動可能に軸支されて排気バイパス通路の開度を制御する弁体を支持する支軸と、エンジンによる連結部の往復動により支軸をその軸心の周りに回動させるアームとアームの軸心に対してエンジンへの連結部とは反対側の端部に装着された錘とを備えており、また具体的には、前記排気制御バルブは、エンジンへの連結部から一定距離をおいた排気制御バルブ軸心に配置され、錘はエンジンへの連結部と排気制御バルブ軸心との間に配置され、さらに具体的にはアームは、該アームの一端側を前記エンジンへの連結部に、該アームの中央部を前記支軸に連結される前記軸心連結部に、該アームの前記軸心連結部に対して前記連結部とは反対側の端部に前記錘が装着されて構成され、前記錘はセルフロックナットで前記アームに固定されるので、支軸をその軸心の周りに回動させるアームのエンジンへの連結部とは反対側の端部に錘を装着したので、錘の重量により支軸周りの慣性モーメントが大きくなり、該支軸の回転方向におけるエンジン排気ガスの脈動に伴う振動が抑制される。

さらに、この場合、アームのエンジンへの連結部とは反対側の端部に錘を装着したので、該錘の慣性モーメントの増加により、前記アーム及び支軸の運動が緩やかになって、前記
弁体に繋がる支軸とブッシュあるいはタービンケーシングとの回動嵌合部の運動が緩やかになり、排気制御バルブの中間開度でも振動低減が可能となり、従って排気制御バルブの作動域において振動低減が可能となる。

また、排気制御バルブは、エンジンへの連結部から一定距離をおいた排気制御バルブ軸心に配置され、錘はエンジンへの連結部と排気制御バルブ軸心との間に配置され、錘の重心位置が支軸に近いので、エンジン振動による支軸の回転トルクの発生が抑制される。さらに、前記錘はセルフロックナットでアームに固定されるので、外れることはない。

また本発明は、前記アームと錘とを一体の鋳造品または鍛造品で構成し、該アーム部の中央部を前記支軸に連結したので、前記発明と同様な効果が得られるとともに、アームと錘とを一体の鋳造品または鍛造品で構成したので部品点数が少なくなり組立てコストが低減される。また、アームと錘とを一体の鋳造品または鍛造品で構成したので錘が脱落することがなく、信頼性が高い。さらに、一体の鋳造品または鍛造品の形を自由に変えられるので、狭いエンジン周りの空間を有効利用できる。

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。

図１（Ａ）は、本発明の第1実施例にかかる排気ターボ過給機の排気タービンにおけるウェストゲートバルブ（排気制御バルブ）周辺の構造を示し、図１（Ｂ）は（Ａ）のＺ矢視図である。
図１において、１００は排気タービンで次のように構成されている。
タービンケーシング１は、内部にタービン（内容は図示省略）２を備えている。
３はウェストゲートバルブで、図３に示すように、エンジン（図示省略）から排気ガス通路６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６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を流し、排気ガス出口通路５ａに連通させている。４はエンジンから排気ガス入口フランジである。

図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、前記ウェストゲートバルブ３の弁体３ａ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５ｂを開閉し、開弁時には、図３（Ｂ）のように、排気ガス通路６の排気ガス（バイパス流）が排気ガス出口通路５ａへと、矢印のように流れる。
前記ウェストゲートバルブ３の弁体３ａ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。

以上の構成は、図３（Ａ）、（Ｂ）と同様である。本発明は、前記アームの前記軸心に対して前記駆動源への連結部とは反対側の端部に装着された錘を備えている。
前記ウェストゲートバルブ３は、錘１０を、前記アーム９の支軸８の軸心８ａに対して前記アクチュエータへの連結部１３とは反対側の端部１０ｓに、ボルト１２とセルフロックナット１１とで前記アーム９に固着されている。
即ちウェストゲートバルブ３は中心が、図1（Ａ）のように、アクチュエータへの連結部１３から一定距離Ｓをおいたウェストゲートバルブ軸心３ｃに配置されており、前記錘１０は前記連結部１３と前記ウェストゲートバルブ軸心３ｃとの間に配置されることとなる。

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、前記錘１０の慣性に対向して回動させ、かかる支軸８の軸心８ａ周りの回動によって、前記弁体３ａが弁座５ｂを開閉する。

以上のように、かかる第1実施例においては、ウェストゲートバルブ３は、ブッシュ７に回動可能に軸支されて排気バイパス通路５の開度を制御する弁体３ａを支持する支軸８と、アクチュエータによる該連結部１３の往復動により支軸８をその軸心８ａの周りに回動させるアーム９と該アーム９の軸心に対して前記連結部１３とは反対側の端部１０ｓに装着された錘１０とを備えている。
また、前記ウェストゲートバルブ３は、前記連結部１３から一定距離Ｓをおいたウェストゲートバルブ軸心３ｃに配置され、前記錘１０は前記連結部１３とウェストゲートバルブ軸心３ｃとの間に配置され、さらに前記アーム９は、該アーム９の一端側を前記連結部１３に、該アーム９の中央部を前記支軸８にかしめ９ａにて連結され、該アーム９の前記かしめ９ａ部に対して前記連結部１３とは反対側の端部１０ｓに前記錘１０が、セルフロックナット１１で固定されている。

従って、かかる第1実施例によれば、以上の構成によって、支軸８をその軸心８ａの周りに回動させるアーム９の連結部１３とは反対側の端部に錘１０を装着したので、錘１０の重量により支軸８周りの慣性モーメントが大きくなり、該支軸８の回転方向におけるエンジン排気ガスの脈動に伴う振動が抑制される。

さらに、この場合、アーム９のアクチュエータへの連結部１３とは反対側の端部に錘１０を装着したので、該錘１０の慣性モーメントの増加により、前記アーム９及び支軸８の運動が緩やかになって、前記弁体３ａに繋がる支軸８とブッシュ７との回動嵌合部の運動が緩やかになり、ウェストゲートバルブ３の中間開度でも振動低減が可能となり、従ってウェストゲートバルブ３の全作動域において振動低減が可能となる。

また、ウェストゲートバルブ３は、アクチュエータへの連結部１３から一定距離Ｓをおいたウェストゲートバルブ軸心３ｃに配置され、錘１０は前記連結部１３とウェストゲートバルブ軸心３ｃとの間に配置され、錘１０の重心位置が支軸８に近いので、エンジン振動による支軸８の回転トルクの発生が抑制される。さらに、前記錘１０はセルフロックナット１１でアーム９に固定されるので、外れることはない。

図２（Ａ）は、本発明の第２実施例にかかる排気ターボ過給機の排気タービンにおけるウェストゲートバルブ（排気制御バルブ）周辺の構造を示し、図２（Ｂ）は（Ａ）のＹ矢視図である。
この第２実施例においては、前記アーム１０ａと錘１０とを一体の鋳造品または鍛造品で構成し、該アーム部１０ａの中央部を前記支軸８に、かしめ９ａにより連結している。
その他の構成及び配置関係は図１の第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

かかる第２実施例によれば、前記第１実施例と同様な効果が得られるとともに、アーム１０ａと錘１０とを一体の鋳造品または鍛造品で構成したので、部品点数が少なくなり組立てコストが低減される。また、アーム１０ａと錘１０とを一体の鋳造品または鍛造品で構成したので錘１０が脱落することがなく、信頼性が高い。さらに、一体の鋳造品または鍛造品の形を自由に変えられるので、狭いエンジン周りの空間を有効利用できる。

本発明によれば、排気制御バルブ（ウェストゲートバルブ）を備えた排気タービンにおいて、該バルブの弁体を移動制御する支軸とブッシュあるいはタービンケーシングとの回動嵌合部の磨耗低減を、排気制御バルブの全作動域において可能とした排気制御バルブを備えた排気タービンを提供できる。

（Ａ）は、本発明の第1実施例にかかる排気ターボ過給機の排気タービンにおけるウェストゲートバルブ（排気制御バルブ）周辺の構造を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＺ矢視図である。 （Ａ）は、本発明の第２実施例にかかる排気ターボ過給機の排気タービンにおけるウェストゲートバルブ（排気制御バルブ）周辺の構造を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＹ矢視図である。 （Ａ）は従来の排気ターボ過給機の排気タービンにおけるウェストゲートバルブ（排気制御バルブ）周辺の構造を示し、（Ｂ）は（Ａ）のＡ―Ａ断面図である

符号の説明

１ タービンケーシング
２ タービン
３ ウェストゲートバルブ
３ａ 弁体
３ｃ ウェストゲートバルブ軸心
５ 排気バイパス通路
５ｂ 弁座
６ 排気ガス通路
７ ブッシュ
８ 支軸
８ａ 支軸の軸心
８ｃ リベット
９、１０ａ アーム
１０ 錘
１１ セルフロックナット
１２ ボルト
１３ 連結部
１００ 排気タービン

Claims (3)

1. 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排気制御バルブを備えた排気タービンにおいて、前記排気制御バルブは、タービンケーシングに回動可能に軸支されて前記排気バイパス通路の開度を制御する弁体を支持する支軸と、エンジンへの連結部を備えて該エンジンによる該連結部の往復動により前記支軸をその軸心の周りに回動させるアームと、前記アームの前記軸心に対して前記エンジンへの連結部とは反対側の端部に装着された錘とを備え、
   更に前記排気制御バルブは、前記エンジンへの連結部から一定距離をおいた排気制御バルブ軸心に配置され、前記錘は前記エンジンへの連結部と前記排気制御バルブ軸心との間に配置されたことを特徴とする排気制御バルブを備えたことを特徴とする排気タービン。
2. 前記アームは、該アームの一端側を前記駆動源への連結部に、該アームの中央部を前記支軸に連結される前記軸心連結部に、該アームの前記軸心連結部に対して前記連結部とは反対側の端部に前記錘が装着されて構成され、前記錘はセルフロックナットで前記アームに固着したことを特徴とする請求項１記載の排気制御バルブを備えた排気タービン。
3. 前記アームと前記錘とを一体の鋳造品または鍛造品で構成し、該アーム部の中央部を前記支軸に連結したことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気制御バルブを備えた排気タービン。

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