JP2018053727A - Exhaust turbo supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、自動車用等の内燃機関に使用される排気ターボ過給機に関するものである。 The present invention relates to an exhaust turbocharger used in an internal combustion engine for automobiles and the like.
排気ターボ過給機は排気ガスでタービンを回転させて過給しているが、過給の必要度合いは回転数や負荷などによって変化するため、排気ガスをタービン室に至らせずにメイン通路から排気出口に逃がすバイパス通路を設けて、バイパス通路をウエストゲートバルブで開閉することが行われており、ウエストゲートバルブの制御は、吸気圧に連動したダイヤフラム式等のアクチュエータで制御していることが多い。 Exhaust turbochargers are supercharged by rotating the turbine with exhaust gas, but the degree of supercharging needs to change depending on the number of revolutions and load, so the exhaust gas does not reach the turbine chamber and passes through the main passage. A bypass passage that escapes to the exhaust outlet is provided, and the bypass passage is opened and closed by a wastegate valve. The wastegate valve is controlled by a diaphragm-type actuator linked to the intake pressure. Many.
ウエストゲートバルブは、特許文献1に開示されているように、弁板の背面にアームを設けて、アームを支軸にてハウジングに連結した構成になっていることが多い。アームはバイパス通路の側に位置しており、メイン通路から離れた部位において支軸でハウジングに連結されている。従って、弁板は支軸を中心にしてスイングするが、弁板がバイパス通路の内部に入り込むことにより、当該バイパス通路が開くように設定されている。
As disclosed in
他方、本願出願人は、特許文献2において、弁板がメイン通路に向けて入り込んでバイパス通路が開かれる構成の排気ターボ過給機を開示した。
On the other hand, the applicant of the present application disclosed in
バイパス通路を形成してウエストゲートバルブを設けるに当たっては、ウエストゲートバルブを開いた状態で排気ガスをバイパス通路に応答性良く逃がすことと、排気ガスが支軸の箇所から漏洩しないようにしっかりとシールすることが要請される。 When providing a wastegate valve by forming a bypass passage, make sure that exhaust gas is allowed to escape to the bypass passage with the wastegate valve open and that the exhaust gas does not leak from the support shaft. It is requested to do.
この点、特許文献1では、支軸はメイン通路の外側に配置されているため、支軸による連結部の箇所で排気ガスの圧力は高くはなくて、従って、高いシール性を確保することは容易である。しかし、弁板はバイパス通路の内部に入り込んで開くものである一方、排気ガスは直進性を有するため、ウエストゲートバルブが開いても排気ガスがメイン通路からバイパス通路に逃げずにタービン室に流入する傾向があり、過給の応答性は必ずしも高くないと懸念される。
In this regard, in
他方、特許文献2のように弁板をメイン通路に向けて移動させる構成では、弁板がガイドになって排気ガスがバイパス通路に導かれるため、排気ガスの逃がし機能が高くて過給制御の応答性に優れているが、支軸による連結部がメイン通路の箇所に位置しているため、連結部はウエストゲートバルブの開閉に関係なく常に排気ガスの高い圧力と流れとに晒されており、このため、支軸の箇所のシール性を確保するのが厄介になるという問題がある。
On the other hand, in the configuration in which the valve plate is moved toward the main passage as in
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、シール性を容易に確保しつつ、排気ガスの逃がし機能を向上できるようにした技術を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object of the present invention is to provide a technique capable of improving the exhaust gas escape function while easily ensuring sealing performance.
本願発明の排気ターボ過給機は、
排気ガスをタービン室に導くメイン通路と、前記タービン室を経由した排気ガスが排出される出口通路と、前記メイン通路と出口通路とに連通したバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するウエストゲートバルブとを有しており、
前記ウエストゲートバルブは、前記バイパス通路の入口部を塞ぐ弁板と、前記弁板のうちバイパス通路に向いた背面に設けたアームとから成っており、前記アームを、前記メイン通路から離れた部位において支軸でハウジングに連結することにより、前記弁板が前記支軸を支点にスイングしてバイパス通路を開閉するようになっており、かつ、前記支軸の回転がアクチュエータで制御される、という基本構成である。
The exhaust turbocharger of the present invention is
A main passage for guiding exhaust gas to the turbine chamber, an outlet passage for exhaust gas exhausted via the turbine chamber, a bypass passage communicating with the main passage and the outlet passage, and a wastegate valve for opening and closing the bypass passage And
The waste gate valve is composed of a valve plate that closes the inlet portion of the bypass passage, and an arm provided on a back surface of the valve plate facing the bypass passage, and the arm is separated from the main passage. The valve plate swings about the support shaft to open and close the bypass passage, and the rotation of the support shaft is controlled by an actuator. Basic configuration.
そして、上記基本構成において、前記支軸はメイン通路における排気ガスの流れ方向から見て前記バイパス通路の入口部よりも下流側に配置しており、前記アームが支軸を中心にして開き方向に回動すると、前記弁板がメイン通路に入り込んだ開き位置に移動するように設定されている。 In the basic configuration, the support shaft is disposed on the downstream side of the inlet portion of the bypass passage as viewed from the flow direction of the exhaust gas in the main passage, and the arm extends in the opening direction with the support shaft as a center. When it rotates, the valve plate is set to move to the open position that enters the main passage.
アクチュエータは、過給圧の変動に連動してロッドが軸方向に動くダイヤフラム式のものが広く使用されているが、本願発明でも、従来のアクチュエータをそのまま使用できる。ロッドの動きをリンクによって支軸に伝達すると、簡単な構造で弁板を的確に開閉操作できる利点がある。 As the actuator, a diaphragm type in which the rod moves in the axial direction in conjunction with the fluctuation of the supercharging pressure is widely used, but the conventional actuator can be used as it is in the present invention. If the movement of the rod is transmitted to the support shaft by a link, there is an advantage that the valve plate can be accurately opened and closed with a simple structure.
本願発明では、弁板がメイン通路に向けて移動してウエストゲートバルブが開くが、弁板の回動中心は、メイン通路の外側で、かつ、メイン通路を通る排気ガスの流れ方向から見て、バイパス通路の入口部よりも下流側に位置しているため、弁板がメイン通路に入り込むように移動すると、弁板は、メイン通路上流側に位置した端部が下流側に位置した端部よりもバイパス通路から大きく離れるように傾斜する。従って、弁板がガイドになって、排気ガスの一部がメイン通路からバイパス通路に導かれる。このため、引用文献2と同様に、排気ガスの逃がしを確実化して、過給制御の高い応答性を実現できる。
In the present invention, the valve plate moves toward the main passage and the waste gate valve opens, but the rotation center of the valve plate is outside the main passage and viewed from the flow direction of the exhaust gas passing through the main passage. Since the valve plate moves so as to enter the main passage because the valve plate is located downstream of the inlet portion of the bypass passage, the end portion of the valve plate located on the upstream side of the main passage is located on the downstream side. Rather than farther away from the bypass passage. Accordingly, the valve plate serves as a guide, and a part of the exhaust gas is guided from the main passage to the bypass passage. For this reason, similarly to the cited
また、メイン通路に入り込むのは弁板だけであって、支軸はメイン通路の外側に位置しており、支軸の箇所に排気ガスの正圧が作用することは殆どなく、あっても僅かであるため、支軸とハウジングとの間のシール性の確保は容易である。 Further, only the valve plate enters the main passage, and the support shaft is located outside the main passage, and the positive pressure of the exhaust gas hardly acts on the support shaft, and even if it is slightly Therefore, it is easy to ensure the sealing performance between the support shaft and the housing.
また、支軸を回転させてウエストゲートバルブを開閉することは特許文献1のような従来技術と同様であり、従来のアクチュエータをそのまま使用できる。従って、実用性にも優れている。
Moreover, rotating the support shaft to open and close the wastegate valve is the same as in the prior art as in
(1).概略
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。排気ターボ過給機の基本的な構造は従来と同様であり、タービン翼1が配置されたタービン室2を有するタービンハウジング3と、コンプレッサ翼が配置された圧縮室を有するコンプレッサハウジング(いずれも図示せず)と、両者を繋ぐセンターハウジング4とを有しており、タービン翼1とコンプレッサ翼とは回転軸5で連結されている。
(1). Outline Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The basic structure of the exhaust turbocharger is the same as that of the prior art. A
タービン室2はタービン翼1の軸心回りに延びており、タービン室2の始端には、円筒状のメイン通路6が一体に繋がっている。メイン通路6は、タービン翼1の軸心を中心とした円に対する接線の方向に延びており、開口端にはフランジ7を設けている。フランジ7が、排気マニホールドかシリンダヘッド8に固定される。図では、排気ターボ過給機は、排気マニホールド一体型のシリンダヘッド8に固定された状態を表示している。
The
タービン室2は、下流側に行くに従ってタービン翼1の軸心からの間隔が小さくなる渦状に形成されており、タービン室2に、タービン翼1の軸心と同じ方向に開口した排気出口9が連通している。そして、メイン通路6と排気出口9とがバイパス通路10を介して連通しており、メイン通路6からバイパス通路10への排気ガスの流れがウエストゲートバルブ11で制御される。バイパス通路10の始端はメイン通路6の側面に開口しており、バイパス通路10の出口部(終端部)は、排気出口9に対して上から連通している。従って、バイパス通路10は平面視で略L型に曲がっている。
The
(2).ウエストゲートバルブ
ウエストゲートバルブ11は、バイパス通路10の入口部10aを塞ぐ弁板12と、弁板12のうちバイパス通路10に向いた背面に設けたアーム13とを有しており、アーム13の基端(弁板12を基準にして見ると先端)が、支軸14によってタービンハウジング3に回転自在に連結されている。バイパス通路10の入口部10aと弁板12とは、メイン通路6に向けて拡径するテーパ状に形成されており、完全に閉じた状態で、弁板12はほぼメイン通路6の側面と同一面を成している。なお、全閉状態で、弁板12をメイン通路6に向けて突出させておいてもよい。
(2). Wastegate valve The
アーム13は、弁板12の背面から突出した第1部分13aとこれから曲がった第2部分13bとを有する平面視で略L型になっており、第2部分13bの基端が、支軸14によってタービンハウジング3に回転自在に連結されている。見方を変えて述べると、支軸14で回転自在に連結されたアーム13の先端に弁板12を設けている。
The
アーム13の第2部分13bは、第1部分13aからメイン通路6の下流側に向かって延びており、従って、支軸14は、メイン通路6の外側でかつ、メイン通路6を流れる排気ガスの流れ方向から見て、バイパス通路10の入口部10aよりも下流側に位置している。従って、アーム13が開き方向に回動すると、図3のとおり、弁板12は、メイン通路6の内部に入り込んで、排気ガスの流れ方向に向かってバイパス通路10との間隔が狭まって行くように傾斜する。これにより、排気ガスの一部がバイパス通路10に向かうようにガイドされる。その結果、メイン通路6からバイパス通路10への排気ガスのリーク応答性を高めて、加速・減速のフィーリングを向上できる。
The
支軸14は、弁板12の背面と直交した線(垂線)を向いている。この場合、図2に示すように、支軸14の軸心方向から見て、バイパス通路10のテーパ状入口部10aのうち下流側の端と直交した垂線15が想定されるが、支軸14の軸心は、垂線15よりもメイン通路6の側に寄っている。支軸14の軸心が垂線を挟んでメイン通路6と反対側に位置していると、弁板12が入口部10aにつかえて、アーム13を回動させることはできない。
The
そして、アーム13を小型化するには、支軸14をできるだけメイン通路6の側に寄せるべきであるが、支軸14をメイン通路6の側に寄せつつ弁板12がメイン通路6に大きく入り込むことを許容するため、アーム13は、第1部分13aと第2部分13bとで成す角が夾角になるように設定している。
In order to reduce the size of the
アーム13を設けた部位は、アーム13の回動を許容するために空間になっているが、バイパス通路10の断面積はさほど大きくなくてもよい。このため、タービンハウジング3には、アーム13の第2部分13bを配置するポケット部16が、バイパス通路10と連通した状態に形成されている。
The portion where the
ポケット部16はバイパス通路10からはみ出ているため、メイン通路6からリークした排気ガスは、ポケット部16に向かうことなく排気出口9に向けて流れる。従って、支軸14とタービンハウジング3との連結部に排気ガスの動圧が作用することはなく、また、ポケット部16はメイン通路6に比べて圧力は格段に低い。
Since the
更に述べると、排気ガスがバイパス通路10を通ると、オリフィス効果によってポケット部16が負圧になることも想定されるため、支軸14とこれが嵌まる穴との間に僅かのクリアランスを設けただけの構造であっても、排気ガスの漏洩を生じることなく、アーム13を支軸14で連結できる。従って、支軸14とタービンハウジング3との間のシールも容易である。なお、タービンハウジング3のうちアーム13を配置している部分は、複数の部材で構成されている。
More specifically, when exhaust gas passes through the
支軸14はタービンハウジング3の外側に露出しており、図1に示すように、支軸14の露出端部にリンク17の一端を固定し、リンク17の他端に、ダイヤフラム式等のアクチュエータ(図示せず)のロッド18が相対回動可能に連結されている。リンク17を使用することに代えて、ロッド18にラックを設けて、支軸14にピニオンギアを設けることも可能である。或いは、支軸14を電動モータで駆動することも可能である。リンク17を使用すると、リンク17の長さを適宜設定することにより、ロッド18の移動量と弁板12の開度との関係を適切な状態に簡単に設定できる。
As shown in FIG. 1, the
弁板12及びバイパス通路10の入口部10aはテーパ状になっているので、組み立てに際しては、弁板12はメイン通路6から挿入することになる。この場合、組み立ての手順としては、弁板12とアーム13とを別々に用意しておいて、弁板12をメイン通路6に挿通してから、アーム13と弁板12とをねじや溶接等で固定することが可能である。
Since the
ウエストゲートバルブ11をメイン通路6に挿入できる大きさにしておくと、ウエストゲートバルブ11をメイン通路6に挿入してから、アーム13をバイパス通路10に向けて嵌め込み、次いで、アーム13を支軸14で連結する、という手順を採で組み立てることが可能である。バイパス通路10の入口部10aと弁板12の外周とをテーパ面に形成せずに、入口部10aはストレート状に形成して弁板12の外周は丸みを持たせると、弁板12をバイパス通路10から嵌め入れることができる。弁板12とバイパス通路10との間のシール性は高精度である必要はないので、このような構造も採用可能である。
When the
以上の説明では、各図を平面図として、支軸14が略鉛直姿勢になっているように説明したが、弁板12は、メイン通路6の上部や下部に配置することも可能であり、弁板12の配置位置によって支軸14や他の部材の姿勢も異なってくる。
In the above description, each figure is a plan view, and the
本願発明は、実際に排気ターボ過給機に適用できる。従って、産業上利用できる。 The present invention is actually applicable to an exhaust turbocharger. Therefore, it can be used industrially.
1 タービン翼
2 タービン室
3 タービンハウジング
6 メイン通路
9 排気出口
10 バイパス通路
10a バイパス通路の入口部
11 ウエストゲートバルブ
12 弁板
13 アーム
14 支軸
16 ポケット部
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記ウエストゲートバルブは、前記バイパス通路の入口部を塞ぐ弁板と、前記弁板のうちバイパス通路に向いた背面に設けたアームとから成っており、前記アームを、前記メイン通路から離れた部位において支軸でハウジングに連結することにより、前記弁板が前記支軸を支点にスイングしてバイパス通路を開閉するようになっており、かつ、前記支軸の回転がアクチュエータで制御される構成であって、
前記支軸はメイン通路における排気ガスの流れ方向から見て前記バイパス通路の入口部よりも下流側に配置しており、前記アームが支軸を中心にして開き方向に回動すると、前記弁板がメイン通路に入り込んだ開き位置に移動するように設定されている、
排気ターボ過給機。 A main passage for guiding exhaust gas to the turbine chamber, an outlet passage for exhaust gas exhausted via the turbine chamber, a bypass passage communicating with the main passage and the outlet passage, and a wastegate valve for opening and closing the bypass passage And
The waste gate valve is composed of a valve plate that closes the inlet portion of the bypass passage, and an arm provided on a back surface of the valve plate facing the bypass passage, and the arm is separated from the main passage. In this configuration, the valve plate swings about the support shaft to open and close the bypass passage by being connected to the housing at the support shaft, and the rotation of the support shaft is controlled by an actuator. There,
The support shaft is disposed on the downstream side of the inlet portion of the bypass passage as viewed from the flow direction of the exhaust gas in the main passage, and the valve plate rotates when the arm rotates in the opening direction around the support shaft. Is set to move to the open position entering the main passageway,
Exhaust turbocharger.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016186845A JP2018053727A (en) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | Exhaust turbo supercharger |
Applications Claiming Priority (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPWO2022145002A1 (en) * | 2020-12-28 | 2022-07-07 |
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2016
- 2016-09-26 JP JP2016186845A patent/JP2018053727A/en active Pending
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JPWO2022145002A1 (en) * | 2020-12-28 | 2022-07-07 | ||
WO2022145002A1 (en) * | 2020-12-28 | 2022-07-07 | 三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社 | Turbine housing, turbocharger, and gasoline engine |
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