JP2016205252A - ウェイストゲートバルブ機構 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェイストゲートバルブの排気下流における排気流れの偏りを抑えることのできるウェイストゲートバルブ機構を提供する。
【解決手段】屈曲部５２の取り付け孔５３に弁軸４２が挿通されるとともに、同弁軸４２における上記取り付け孔５３から突出した部分に同取り付け孔５３の内径よりも外径の大きなワッシャ４３が固定される。アーム５０の支軸を回転駆動するアクチュエータと、ワッシャ４３および弁体４１の間に介設された皿ばね４４と、タービンハウジング２１の内壁におけるウェイストゲートバルブ４０の開弁時に弁軸４２の先端が突き当たる位置に設けられた凸部２８とを備える。凸部２８は、弁軸４２の先端における同弁軸４２の軸心Ｌ１よりも上記支軸の回転中心Ｌ２に近い部分４２Ａが押し当てられる形状であり、且つ弁軸４２の先端における上記軸心Ｌ１よりも上記支軸の回転中心Ｌ２から遠い部分４２Ｂが押し当てられない形状である。
【選択図】図４

Description

本発明は、過給機のバイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブ機構に関するものである。

従来、過給機のタービンハウジングにはタービン室を迂回して排気を流すバイパス通路が設けられており、バイパス通路の出口部にはウェイストゲートバルブが配設されている。そして、このウェイストゲートバルブの開弁量の制御を通じて、バイパス通路を通過する排気の流量が調節されて、過給機の過給圧が制御される（例えば、特許文献１など）。

図６および図７に示すように、ウェイストゲートバルブ機構１００は、ウェイストゲートバルブ１１０とアーム１２０とを備えている。ウェイストゲートバルブ１１０は、バイパス通路１３０を閉塞する弁体１１１と同弁体１１１から突出して延びる弁軸１１２とを有している。また、アーム１２０は、支軸１２１と同支軸１２１の径方向に延びる屈曲部１２２とを有している。屈曲部１２２には取り付け孔１２３が設けられ、この取り付け孔１２３にウェイストゲートバルブ１１０の弁軸１１２が挿通されている。弁軸１１２における取り付け孔１２３から突出した部分にはワッシャ１４０が固定され、これによりアーム１２０にウェイストゲートバルブ１１０が組み付けられた状態となっている。

アーム１２０の支軸１２１は、タービンハウジング１５０に設けられた支持孔１５１に挿通されている。支持孔１５１にはブッシュ１６０が嵌合しており、同ブッシュ１６０を介して支軸１２１がタービンハウジング１５０に回転可能に支持されている。支軸１２１においてタービンハウジング１５０の外側に突出した部分には、リンク機構１７０を介してアクチュエータ１８０が接続されている。

ウェイストゲートバルブ１１０を開弁させるべくアクチュエータ１８０が駆動されると、支軸１２１の軸心Ｌ３を中心としてアーム１２０が回動する。これにより、屈曲部１２２がワッシャ１４０を押し上げ、ウェイストゲートバルブ１１０がバイパス通路１３０の出口部から離間する方向に回動する。その結果、ウェイストゲートバルブ１１０が開弁状態となり、バイパス通路１３０を通じて排気が排出される。

なお特許文献１には、ウェイストゲートバルブの弁体の振動を抑えるために、弁体とアームとの間にバネ部材を介在させることも開示されている。

特開２０１３−１５５６８７号公報

ウェイストゲートバルブは、タービンハウジング内部の狭い空間に設けられるために、設置スペースが限られている。そのため、ウェイストゲートバルブの可動範囲（図７に矢印Ｈで示す範囲参照）を大きくすることは困難であり、同バルブの最大開度を大きくするのには限界がある。ウェイストゲートバルブの最大開度が小さい装置では、同バルブの開弁時に、その排気下流側において生じる排気流れの偏りが大きくなり易い。そして、そうした排気流の偏りは、ウェイストゲートバルブの排気下流側に配設された排気浄化触媒による排気浄化性能の低下を招いたり、排気の酸素濃度を検出するセンサ（いわゆるＡ／ＦセンサやＯ２センサ）の検出精度の低下を招いたりするなど、種々の不都合を招く原因となるために好ましくない。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ウェイストゲートバルブの排気下流における排気流れの偏りを抑えることのできるウェイストゲートバルブ機構を提供することにある。

上記課題を達成するためのウェイストゲートバルブ機構は、過給機のバイパス通路の出口部を閉塞する弁体および同弁体から突出して延びる弁軸を有するウェイストゲートバルブと、前記過給機のタービンハウジングに回転可能に支持される支軸および同支軸に接続されて同支軸の径方向に延びる屈曲部を有するアームと、を備える。そして、前記アームの屈曲部に形成された取り付け孔に前記ウェイストゲートバルブの弁軸が挿通されるとともに、同弁軸における前記取り付け孔から突出した部分に該取り付け孔の内径よりも外径の大きなワッシャが固定されて、前記アームに前記ウェイストゲートバルブが組み付けられる。前記支軸を回転駆動するアクチュエータと、前記ワッシャおよび前記弁体の間に介設された圧縮ばねと、前記タービンハウジングの内壁における前記ウェイストゲートバルブの開弁時に前記弁軸の先端が突き当たる位置に設けられた凸部と、を備える。前記凸部は、前記弁軸の先端における同弁軸の軸心よりも前記支軸の回転中心に近い部分が押し当てられる形状であり、且つ前記弁軸の先端における前記軸心よりも前記支軸の回転中心から遠い部分が押し当てられない形状に形成される。

上記機構によれば、ウェイストゲートバルブが開弁されて弁軸の先端が凸部に突き当たったときに、アクチュエータによる支軸の回転駆動を通じて弁軸の先端を凸部に押し当てることにより、圧縮ばねを圧縮変形させる態様でウェイストゲートバルブを更に変位させることができる。このとき、弁軸の先端における同弁軸の軸心よりも前記支軸の回転中心に近い部分にはタービンハウジング内壁の凸部が押し当てられる一方で、弁軸の先端における同弁軸の軸心よりも前記支軸の回転中心から遠い部分は上記凸部に押し当てられない。そのため、弁軸の先端における上記近い部分の変位が規制された状態で、弁軸の先端における上記遠い部分が変位するようになる。これにより、弁体が傾き、同弁体における上記弁軸の軸心よりも前記支軸の回転中心から遠い部分が更にバイパス通路の出口部から離間する方向に変位するようになる。バイパス通路を通過して出口部から流出する排気はウェイストゲートバルブの弁体に沿って流れることによって案内されるため、上記機構のように弁体を傾斜させることにより、バイパス通路の出口部から流出した排気を排気下流側に向けて広範囲にわたって広がるように放出することができるようになる。したがって、ウェイストゲートバルブの排気下流における排気流れの偏りを抑えることができる。

一実施形態のウェイストゲートバルブ機構およびその周辺の断面図。 同ウェイストゲートバルブ機構におけるウェイストゲートバルブおよびアームを図１の矢印２方向から見た構造を示す断面図。 同ウェイストゲートバルブ機構におけるウェイストゲートバルブの開弁時の状態を示す断面図。 同ウェイストゲートバルブ機構におけるウェイストゲートバルブの開弁時の状態を示す断面図。 同ウェイストゲートバルブ機構およびその周辺のウェイストゲートバルブの開弁時における状態を示す断面図。 従来のウェイストゲートバルブ機構におけるウェイストゲートバルブおよびその周辺の構成を示す断面図。 従来のウェイストゲートバルブ機構におけるウェイストゲートバルブおよびアームを図６の矢印７方向から見た構造を示す断面図。

以下、ウェイストゲートバルブ機構の一実施形態について説明する。
図１に示すように、内燃機関１０の排気通路１１には過給機２０が設けられている。この過給機２０のタービンハウジング２１には、同過給機２０のタービン室２１Ａを迂回して内燃機関１０の排気を流すためのバイパス通路２２が設けられている。また、過給機２０には、バイパス通路２２を通過する排気の流量を制御するウェイストゲートバルブ機構２３が設けられている。排気通路１１における上記過給機２０よりも排気下流側の部分には、排気を浄化するための排気浄化触媒１２が設けられている。

ウェイストゲートバルブ機構２３は、ウェイストゲートバルブ４０とアーム５０とを備えている。ウェイストゲートバルブ４０は、バイパス通路２２の出口部２２Ａに配設されて同バイパス通路２２を閉塞する弁体４１と、同弁体４１から突出して略円柱形状で延びる弁軸４２とを有している。

図１および図２に示すように、ウェイストゲートバルブ４０の弁体４１は略円板形状である。また、アーム５０は、タービンハウジング２１の挿通孔２４に挿通される支軸５１と、同支軸５１の径方向に延びる屈曲部５２とを有している。それら支軸５１および屈曲部５２は一体に形成されている。タービンハウジング２１の挿通孔２４にはブッシュ２５が嵌合しており、このブッシュ２５を介して支軸５１がタービンハウジング２１に回転可能に支持されている。また、支軸５１においてタービンハウジング２１の外側に突出した部分には、リンク機構２６を介してアクチュエータ２７が接続されている。アクチュエータ２７としては電気駆動式のものが採用されている。このアクチュエータ２７の作動を通じて支軸５１が回転駆動されるようになっている。

図２および図３に示すように、アーム５０の屈曲部５２には貫通孔である取り付け孔５３が設けられている。この取り付け孔５３は、ウェイストゲートバルブ４０の弁体４１によってバイパス通路２２の出口部２２Ａが閉塞された状態（図１に示す状態）においてバイパス通路２２の出口部２２Ａ側に位置する部位ほど直径が大きいテーパ形状である。取り付け孔５３には、ウェイストゲートバルブ４０の弁軸４２が挿通されている。弁軸４２における取り付け孔５３から突出した部分には、同取り付け孔５３の内径よりも外径の大きなワッシャ４３が固定されている。ウェイストゲートバルブ４０の弁体４１とワッシャ４３との間には、圧縮ばねである皿ばね４４が設けられている。この皿ばね４４により、弁体４１がワッシャ４３から離間する方向に常時付勢されている。このようにしてワッシャ４３と皿ばね４４とを設けることによって、アーム５０にウェイストゲートバルブ４０が組み付けられた状態となっている。なお、図３に示すように、取り付け孔５３の内径は、弁軸４２の外径よりも大きくなっている。これにより、弁軸４２の外周面と屈曲部５２の取り付け孔５３の内周面との間には隙間が生じている。

図１および図３に示すように、タービンハウジング２１の内壁には内部に向けて突出する凸部２８が設けられている。凸部２８は、ウェイストゲートバルブ４０が開弁されたときにウェイストゲートバルブ４０の弁軸４２の先端が突き当たる位置に設けられている。凸部２８は、弁軸４２の先端における同弁軸４２の軸心Ｌ１よりも上記支軸５１の回転中心Ｌ２に近い部分４２Ａが押し当てられる形状であり、且つ弁軸４２の先端における上記軸心Ｌ１よりも支軸５１の回転中心Ｌ２から遠い部分４２Ｂが押し当てられない形状に形成されている。

（作用）
以下、本実施形態のウェイストゲートバルブ機構２３の作用について説明する。
図１に示すように、ウェイストゲートバルブ４０の閉弁時には、弁体４１によってバイパス通路２２の出口部２２Ａが閉塞されている。

そして、ウェイストゲートバルブ４０を開弁させるべくアクチュエータ２７が作動すると、支軸５１の回転中心Ｌ２を中心にアーム５０が回転駆動されるようになる。このときアーム５０の屈曲部５２によって皿ばね４４を介してワッシャ４３が押し上げられて、ウェイストゲートバルブの弁体４１がバイパス通路２２の出口部２２Ａから離間する方向に回動するようになる。これにより、ウェイストゲートバルブ４０が開弁状態となり、内燃機関１０の排気の一部がバイパス通路２２の内部を通過するようになる。

図３に示すように、ウェイストゲートバルブ４０の開度が所定開度（図中に「α１」で示す開度）になると、弁軸４２の先端が凸部２８に突き当たる。そして、このとき弁軸４２の先端の一部が、アクチュエータ２７による支軸５１の回転駆動を通じて、同タービンハウジング２１内壁の凸部２８に押し当てられるようになる。詳しくは、上述したように弁軸４２の先端における上記近い部分４２Ａに凸部２８が押し当てられる一方で、弁軸４２の先端における上記遠い部分４２Ｂには上記凸部２８が押し当てられない。

図４に示すように、このときには弁軸４２の先端と凸部２８との当接部分において、同弁軸４２の先端における上記近い部分４２Ａの変位が規制される。そのため、支軸５１の回転駆動による屈曲部５２の回動に伴って、皿ばね４４における上記弁軸４２の軸心Ｌ１よりも上記支軸５１の回転中心Ｌ２に近い部分（図中に矢印Ｃで示す部分）が大きく圧縮変形するようになる。また、このときには皿ばね４４における上記弁軸４２の軸心Ｌ１よりも上記支軸５１の回転中心Ｌ２から遠い部分（図中に矢印Ｄで示す部分）も、支軸５１の回転駆動による屈曲部５２の回動に伴って圧縮変形するようになる。ただし、弁軸４２の先端における上記遠い部分４２Ｂには凸部２８が当接しておらず、同遠い部分４２Ｂの変位が許容されるために、皿ばね４４における上記弁軸４２の軸心Ｌ１よりも上記支軸５１の回転中心Ｌ２から遠い部分の圧縮変形量は小さい。

こうした皿ばね４４の圧縮変形により、弁体４１が、前記最大開度であるときの回動角度（図４中に破線で示す）に対して、バイパス通路２２の出口部２２Ａから離間する方向に所定角度（図４中に「α２」で示す角度）だけ傾くようになる。これにより、弁体４１における上記弁軸４２の軸心Ｌ１よりも上記支軸５１の回転中心Ｌ２から遠い部分（図４中に矢印Ｅで示す部分）が更にバイパス通路２２の出口部２２Ａから離間する方向に変位するようになる。なお、こうした弁体４１の傾斜は、ウェイストゲートバルブ４０の弁軸４２とアーム５０の屈曲部５２との隙間によって許容される。

このように本実施形態によれば、ウェイストゲートバルブ４０が開弁されて弁軸４２の先端が凸部２８に突き当たったときに、アクチュエータ２７による支軸５１の回転駆動を通じて弁軸４２の先端を前記凸部２８に押し当てることにより、皿ばね４４を圧縮変形させる態様でウェイストゲートバルブ４０を更に変位させることができる。

ここで、バイパス通路２２を通過して出口部２２Ａから流出する排気はウェイストゲートバルブ４０の弁体４１に沿って流れることによって案内される。図５中の矢印Ｆは、弁軸４２の先端が凸部２８に当接した状態から弁体４１を更に傾斜させる本実施形態のウェイストゲートバルブ機構２３において、ウェイストゲートバルブ４０よりも排気下流側における排気の放出範囲を示している。また、図５中の矢印Ｇは、弁軸４２の先端が凸部２８に当接した状態から弁体４１を傾斜させない比較例のウェイストゲートバルブ機構において、ウェイストゲートバルブ４０よりも排気下流側における排気の放出範囲を示している。

図５から明らかなように、本実施形態のウェイストゲートバルブ機構２３によれば、弁体４１を傾斜させることにより、バイパス通路２２の出口部２２Ａから流出した排気を排気下流側に向けて広範囲（図中に矢印Ｇで示す範囲）にわたって広がるように放出することができるようになる。したがって、ウェイストゲートバルブ４０の排気下流における排気流れの偏りを抑えることができる。

そのため、内燃機関１０の排気通路１１における上記ウェイストゲートバルブ４０よりも排気下流側に配設された排気浄化触媒１２において、排気が流入する部分の偏りを抑えることができるようになる。これにより、排気浄化触媒１２全体を効率よく利用して排気を浄化することができるようになり、また内燃機関１０の冷間始動時において排気浄化触媒１２の全体の温度を早期に上昇させることができるようになるため、排気浄化触媒１２による排気浄化性能の向上を図ることができる。

また、内燃機関１０の排気通路１１におけるウェイストゲートバルブ４０よりも排気下流側に排気の酸素濃度を検出するセンサ（いわゆるＡ／ＦセンサやＯ２センサ）が設けられる場合には、同センサの配設部分における排気流れの偏りを抑えることができるため、同センサによる排気酸素濃度の検出精度の向上を図ることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
（１）ウェイストゲートバルブ４０の排気下流における排気流れの偏りを抑えることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・ワッシャ４３と弁体４１との間に介設する圧縮ばねとしては、コイルばね等、皿ばね４４以外の種類の圧縮ばねを採用してもよい。

１０…内燃機関、１１…排気通路、１２…排気浄化触媒、２０…過給機、２１…タービンハウジング、２１Ａ…タービン室、２２…バイパス通路、２２Ａ…出口部、２３…ウェイストゲートバルブ機構、２４…挿通孔、２５…ブッシュ、２６…リンク機構、２７…アクチュエータ、２８…凸部、４０…ウェイストゲートバルブ、４１…弁体、４２…弁軸、４２Ａ…近い部分、４２Ｂ…遠い部分、４３…ワッシャ、４４…皿ばね、５０…アーム、５１…支軸、５２…屈曲部、５３…取り付け孔、１００…ウェイストゲートバルブ機構、１１０…ウェイストゲートバルブ、１１１…弁体、１１２…弁軸、１２０…アーム、１２１…支軸、１２２…屈曲部、１３０…バイパス通路、１４０…ワッシャ、１５０…タービンハウジング、１５１…支持孔、１６０…ブッシュ、１７０…リンク機構、１８０…アクチュエータロッド。

Claims (1)

1. 過給機のバイパス通路の出口部を閉塞する弁体および同弁体から突出して延びる弁軸を有するウェイストゲートバルブと、前記過給機のタービンハウジングに回転可能に支持される支軸および同支軸に接続されて同支軸の径方向に延びる屈曲部を有するアームと、を備え、
   前記アームの屈曲部に形成された取り付け孔に前記ウェイストゲートバルブの弁軸が挿通されるとともに、同弁軸における前記取り付け孔から突出した部分に該取り付け孔の内径よりも外径の大きなワッシャが固定されて、前記アームに前記ウェイストゲートバルブが組み付けられているウェイストゲートバルブ機構であって、
   前記支軸を回転駆動するアクチュエータと、前記ワッシャおよび前記弁体の間に介設された圧縮ばねと、前記タービンハウジングの内壁における前記ウェイストゲートバルブの開弁時に前記弁軸の先端が突き当たる位置に設けられた凸部と、を備え、
   前記凸部は、前記弁軸の先端における同弁軸の軸心よりも前記支軸の回転中心に近い部分が押し当てられる形状であり、且つ前記弁軸の先端における前記軸心よりも前記支軸の回転中心から遠い部分が押し当てられない形状に形成されてなる
   ウェイストゲートバルブ機構。