JP2015190374A - 排気ターボ過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成としつつ排気の流れを有効に向上させ得る排気ターボ過給機を提供する。【解決手段】本発明に係る排気ターボ過給機は、排気タービンを回転駆動する排気が噴出する排気タービン側出口、及び、排気タービンを迂回するバイパス通路を通過した排気を排気タービン側出口から噴出する排気に合流させるためのバイパス側出口を有するタービンハウジングと、バイパス側出口を開閉可能に動作する弁本体、及び、この弁本体から排気上流側に向けて延出し弁本体がバイパス側出口から離間する開弁時にバイパス側出口からの排気がタービン側出口から噴出する排気の流れ方向に対して交叉する方向に流出してその排気に混交することを遮る整流板を有するウェイストゲートバルブとを具備する。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関を含む熱機関に実装される排気ターボ過給機に関するものである。

従来、排気ターボ過給機では、過給圧の過大化を抑止する目的で、排気タービンの回転を制御するために排気の一部を排気タービンに流入させず迂回させ得るように構成することが周知である。

このような排気ターボ過給機は、排気タービンを迂回する排気の通路であるバイパス通路の出口を、排気タービンを回転駆動する排気を噴出させる排気タービン側出口に対し隣接して設けるとともに、バイパス通路側出口を開閉するウェイストゲートバルブを設けた構造をなす。そしてこのウェイストゲートバルブの開度を調整することによって排気タービンの仕事すなわち過給圧を制御する。

従来の排気ターボ過給機では、バイパス通路を通過した排気の流れが排気タービンを通過した排気の流れに干渉することを回避するために、排気タービンを配設したタービンハウジングにおける排気タービン側出口とバイパス通路側出口との間に整流壁を設けた構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭５５−１０１７２８号公報

しかしながら、上記特許文献の如くタービンハウジング自体に整流壁を設けると当該整流壁近傍の構造が複雑なものとなっている。その結果、整流壁を設けた箇所近傍での排気の流れが滞ってしまっているのが現状である。加えて、上記の整流壁は、タービンハウジングに弁体であるウェイストゲートバルブを組み付けるときの妨げとなる場合がある。その場合、組み立て工程における作業が低下してしまうという不具合も招来する。

本発明は、このような不具合に着目したものであり、簡素な構成としつつ排気の流れを有効に向上させ得る排気ターボ過給機を提供することを目的としている。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち本発明に係る排気ターボ過給機は、排気タービンを回転駆動する排気が噴出する排気タービン側出口、及び、排気タービンを迂回するバイパス通路を通過した排気を排気タービン側出口から噴出する排気に合流させるためのバイパス側出口を有するタービンハウジングと、バイパス側出口を開閉可能に動作する弁本体、及び、この弁本体から排気上流側に向けて延出し弁本体がバイパス側出口から離間する開弁時にバイパス側出口からの排気がタービン側出口から噴出する排気の流れ方向に対して交叉する方向に流出してその排気に混交することを遮る整流板とを有するウェイストゲートバルブとを具備することを特徴とする。

このようなものであれば、タービンハウジングにおける排気タービン近傍に排気の流れを制御するため壁等の格別の構成を設けることなくバイパス側出口を通過する排気の流れを制御することができるので、タービンハウジングを簡素な構成として排気の速やかな流れに寄与することができる。

本発明によれば、簡素な構成としつつ排気の流れを有効に向上させ得る排気ターボ過給機を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る概略構成図。 同実施形態に係る構成説明図。 図２に係るＡ−Ａ線断面図。 図３に係る動作説明図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、排気ターボ過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３５、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、排気ターボ過給機５の排気タービン（タービンホイール）５２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

本実施形態の内燃機関には、外部ＥＧＲ装置２が付帯している。外部ＥＧＲ装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。

排気ターボ過給機５は、タービンハウジング５４に収容された排気タービン５２とコンプレッサのインペラ（コンプレッサホイール）５１とをシャフト５３を介して同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、タービン５２及びインペラ５１を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサにポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。

加えて本実施形態では、排気ターボ過給機５のタービンハウジング５４には、タービン５２を迂回する排気バイパス通路５５、及びこのバイパス通路５５の入口を開閉するバイパス弁であるウェイストゲートバルブ５６を設けてある。ウェイストゲートバルブ５６は、アクチュエータに制御信号ｍを入力することで開閉操作することが可能な電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとして、例えばＤＣサーボモータを用いている。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号（Ｎ信号）ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号（Ｇ信号）ｇ、機関のシリンダブロックに設置され気筒１でのノッキングに起因した振動を検出するノックセンサから出力されるノック信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、ウェイストゲートバルブ５６に対して開度操作信号ｍ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲ量）といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。

ここで、本実施形態に係る排気ターボ過給機５は図２〜図４に示すように、上述したタービンハウジング５４と、排気バイパス通路５５の下流部分であるバイパス側出口５５ａを開閉可能に動作する弁本体５６ａに、排気バイパス通路５５を流通する排気の流れを整流するための整流板５６ｂを設けている。以下、本実施形態に係る排気ターボ過給機５の構成について図２〜図４に示して説明する。

タービンハウジング５４は、排気タービン５２を回転駆動する排気が噴出する排気タービン側出口５２ａ、及び、排気タービン５２を迂回するバイパス通路を通過した排気を排気タービン側出口５２ａから噴出する排気に合流させるためのバイパス側出口５５ａを有する。

ウェイストゲートバルブ５６は、バイパス側出口５５ａを開閉するための弁本体５６ａと、この弁本体５６ａから延出するアーム５６ｃと、このアーム５６ｃに対し一体成形され且つ直角方向に延出したシャフト５６ｄとを有している。本実施形態では、このアーム５６ｃ及びシャフト５６ｄを一体成形により概略Ｌ字形に構成している。そしてこの弁本体５６ａは例えば、シャフト５６ｄを軸心とした回転動作による開閉動作を行う。

しかして本実施形態では、この弁本体５６ａにおける、排気タービン側出口５２ａに近接する近接部αの外縁、或いは外縁近傍から排気上流側に向けて延出した概略部分円周状をなす立壁である整流板５６ｂを有している。この整流板５６ｂは図３及び図４に示す弁本体５６ａの動作においてバイパス通路の内周面に摺接しながら動作することにより、このバイパス側出口５５ａから近接部αへの排気の流通を遮蔽するようにしている。すなわち本実施形態に係る整流板５６ｂは、弁本体５６ａの開弁時にバイパス側出口５５ａからの排気が排気タービン側出口５２ａから噴出する排気の流れ方向に対して交叉する方向に流出してその排気に混交することを遮るものとなっている。

そして本実施形態では、この整流板５６ｂを設けることより、バイパス側出口５５ａと排気タービン側出口５２ａとの間には何ら立壁状のものは突出させていない。これにより、図４に示す閉弁時（Ｐ１）では排気タービン側出口５２ａから噴出する排気はなんら遮られることなくスムーズに三元触媒４１へと導かれる。

加えて、バイパス側出口５５ａと排気タービン側出口５２ａとの間に立壁状のものを設けないことにより、当該タービンハウジング５４にウェイストゲートバルブ５６を組み付ける際には弁本体５６ａと、一体に構成されたアーム５６ｃ及びシャフト５６ｄを予め接合させたまま、なんらタービンハウジング５４側に遮られることなく、容易に組み付けることができる。

以上のような構成とすることにより、本実施形態に係る排気ターボ過給機５では、タービンハウジング５４における排気タービン５２近傍に排気の流れを制御するため壁等の格別の構成を設けることなくバイパス側出口５５ａを通過する排気の流れを制御することができるので、タービンハウジング５４を簡素な構成として排気の速やかな流れに寄与することができる。

さらに本実施形態によれば、ウェイストゲートバルブ５６の形状に拘わらず、タービンハウジング５４へのウェイストゲートバルブ５６の組付けを容易なものとすることができる。

ウェイストゲートバルブ５６を通過する領域ではタービンハウジング５４が複雑な形状にならないため、排気の流れがスムーズとなり、三元触媒４１への流れがよくなって、排気がよどむ事による排気圧力の上昇を抑えている。その結果、ウェイストゲートバルブ５６の制御による過給圧の逃がし制御の精度も有効に向上せしめている。

以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。例えば上記実施形態では整流板を矩形板を湾曲せしめた形状としたが勿論、弁本体の動作により他の箇所との干渉を避けるための面取りや切欠等を設けても構わない。

また例えば、上記実施形態では電動ウェイストゲートバルブであり、そのアクチュエータとして、例えばＤＣサーボモータを用いている態様を開示したが勿論、ダイヤフラム式をはじめとした機械式ウェイストゲートバルブであっても、本発明を実現し得る。また弁本体や整流板、シャフトやアームの具体的な形状や素材といった態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は燃機関を含む熱機関に実装される排気ターボ過給機として利用することができる。

５…排気ターボ過給機
５２…排気タービン
５２ａ…排気タービン側出口
５５…バイパス通路
５５ａ…バイパス側出口
５６…ウェイストゲートバルブ
５６ａ…弁本体
５６ｂ…整流板
α…近接部

Claims (1)

1. 排気タービンを回転駆動する排気が噴出する排気タービン側出口、及び、排気タービンを迂回するバイパス通路を通過した排気を排気タービン側出口から噴出する排気に合流させるためのバイパス側出口を有するタービンハウジングと、
   バイパス側出口を開閉可能に動作する弁本体、及び、この弁本体から排気上流側に向けて延出し弁本体がバイパス側出口から離間する開弁時にバイパス側出口からの排気がタービン側出口から噴出する排気の流れ方向に対して交叉する方向に流出してその排気に混交することを遮る整流板を有するウェイストゲートバルブと
   を具備する排気ターボ過給機。

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