JPH03286152A - 内燃機関の排気制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の排気制御弁に関する。

〔従来の技術〕

実開昭６０−６９３３９号公報には、弁軸周りに回動可
能な弁体を排気通路内に配置すると共に弁体の一方の側
面のほぼ半円周の周縁部が着座可能な第１の弁座と、弁
体の他方の側面のほぼ半円周の周縁部が着座可能であり
、かつ弁軸に対して第（の弁座と対称位置に配置された
第２の弁座とを備え、弁体によって排気通路を開閉する
ようにした内燃機関の排気制御弁が開示されている。

この排気制御弁では、弁体の一方の側面の周縁部が第１
の弁座に着座すると共に弁体の他方の側面に周縁部が第
２の弁座に着座することによって、排気通路が弁体によ
って全閉せしめられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところがこの排気制御弁では、弁体、弁座、および弁軸
等の加工精度および組付は精度のバラツキにより、ある
いは排気ガスにさらされるため高温下での熱歪によって
、例えば弁体の一方の側面の周縁部が第１の弁座に着座
すると、弁体の他方の側面の周縁部が第２の弁座に着座
することができず、これらの間に隙間が発生してシール
性が低下するという問題がある。特に排気ガスは高い圧
力を有するため、このような隙間が存在すると多量のガ
スが流出するため特に問題となる。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため本発明によれば、弁軸周りに
回動可能な弁体を排気通路に配置すると共に、弁体の一
方の側面が着座可能な第１の弁座と、弁体の他方の側面
が着座可能な第２の弁座とを備え、弁体が第１の弁座お
よび第２の弁座に着座することによって排気通路を全閉
するようにした内燃機関の排気制御弁において、第１の
弁座および第２の弁座のうち少なくともいずれか一方と
弁体との間にシール部材を配置し、シール部材は排気通
路全閉時において第１の弁座および第２の弁座のうち少
なくともいずれか一方と弁体との間を閉鎖するように排
気ガス圧力によって付勢されるようにしている。

〔作　用〕

シール部材は排気通路全閉時において、弁座と弁体との
間を閉鎖するように排気ガス圧力によって付勢される。

〔実施例〕

第１３図は二段ターボ内燃機関の全体概略構成図である
。第１３図を参照すると、１は機関本体、２は排気通路
、３は吸気通路、４はインタークーラを夫々示す。排気
通路２には上流側から小容量の高圧段タービン５および
大容量の低圧段タービン６が配置される。排気通路２に
は、高圧段タービン５および低圧段タービン６を夫々迂
回する高圧段バイパス通路７および低圧段バイパス通路
８が夫々形成されている。高圧段バイパス通路７の途中
には排気制御弁９が、低圧段バイパス通路８の途中には
ウェイストゲート弁１０が配置される。

一方、吸気通路３には、高圧段タービン５および低圧段
タービン６によって夫々駆動される小容量の高圧段コン
プレッサ１１および大容量の低圧段コンプレッサ１２が
配置される。吸気通路３には高圧段コンプレッサ１１を
迂回する吸気バイパス通路１３が形成され、この吸気バ
イパス通路１３には吸気バイパス弁１４が配置される。

排気制御弁９は高圧段コンプレッサ１１および低圧段コ
ンプレッサ１２の吐出圧力に応じて開度制御される。排
気制御弁９が全閉状態になると全排気ガスが高圧段ター
ビン５を通過することになる。

第１図には第１の実施例の排気制御弁９の縦断面図を示
す。第１図を参照すると、バルブボディ２０内には弁通
路２１が形威される。弁通路２１は高圧段バイパス通路
７の一部を形威し、第１図中左側の上流であり機関本体
１　（第１３図参照〉に接続される。弁通路２１の軸線
六方向の中央部２１ａにおいて弁通路２１は円筒状であ
り、従ってこの中央部２１ａを円筒状部と称する。円筒
状部の２１３より左方の弁通路２１内周上面には上部突
出８２２が形成され、円筒状部２１ａより右方の弁通路
２１内周下面には下部突出部２３が形成される。弁通路
２１内には、円板状の弁体１５が弁軸１６の周りに回動
可能に配置される。この弁体１５は全閉時において円筒
状部２１ａに位置する。弁体１５の直径は円筒状部２１
ａの内径より少しだけ小さいため、弁体１５全閉時にお
いて弁体工５の外周と円筒状部２１ａの内周との間には
隙間を有する。

第２図には第１図に示すバルブボディ２０の右側面図を
示す。第１図および第２図を参照すると、上部突出部２
２は半円周より少し短い円環状であり、下部突出部２３
も半円周より少し短い円環状である。

また、弁通路２１の軸線Ａに垂直な、上部突出部２２お
よび下部突出部２３の断面形状は軸線Ａに対して対称に
形成されている。従って第２図に示されるように、上部
突出部２２の雨下端部２２ａと下部突出部２３の雨上端
部２３ａとの間には弁軸隙間１９が形成される。

上部突出部２２と下部突出部２３の対向する夫々の側端
面上には第１弁座２４および第２弁座２５が形成される
。第１図に示されるように第１弁座２４および第２弁座
２５は弁通路２１の軸線Ａに垂直な第１平面Ｐ１および
第２平面Ｐ２上に夫々形成されている。第１弁座２４と
第２弁座２５との間には軸線Ａ方向に、弁体１５の板厚
の隙間を有する。従って弁体１５の全閉時においては、
弁体１５の両側面が夫々第１平面Ｐ１および第２平面Ｐ
２上に位置するようになされている。このため第１図に
示されるように弁体１５の全開時においては、弁体１５
の中心線Ｂと弁通路２１の軸線Ａとのなす角（弁開度角
）αは９０度となる。弁軸１６の軸線は、軸線Ａと中心
線Ｂとの交点を通りかつこれらに垂直となるようになさ
れている。

第３図および第４図には弁軸１６を示す。弁軸１６の一
端部には凹部１６ａが形成される。この凹部１６ａの幅
は弁体１５の板厚に等しく、この凹部内に弁体１５が嵌
入されることによって弁軸１６が弁体１５に取付けられ
る。弁軸１６の他端は小径部１６ｂとされ、凹部１６ａ
と小径部１６ｂとの間は大径部１６Ｃとされる。

第５図には第１図の右側面図を示す。第５図に示される
ように弁体１５はその両端に取付けられた２つの弁軸１
６によってバルブボディ２０に支承されている。

第１図および第５図を参照すると、弁軸１６の外周は、
第１弁座２４の最下端および第２弁座２５の最上端に接
触しており、これによって弁軸１６周りの漏れを防止し
ている。

ところでこのように、弁体１５の両側面の周縁部が夫々
第１弁座２４および第２弁座２５に夫々着座して弁通路
２１を閉鎖するようにした排気制御弁においては、弁体
１５、第１および第２弁座２４および２５、弁軸１６の
加工精度および組付は精度のバラツキにより、あるいは
排気ガスにさらされるため高温下での熱歪によって、例
えば弁体１５の一方の側面の周縁部が第１弁座２４に着
座すると、弁体１５の他方の側面の周縁部が第２弁座２
５に着座することができず、これらの間に隙間が発生し
てシール性が低下するという問題がある。特に排気ガス
は高い圧力を有するため、このような隙間が存在すると
多量の排気ガスが流出し、第１３図に示される高圧段タ
ーボ５に十分な量の排気ガスを供給することができない
という問題を生ずる。

そこで本発明では、弁体１５と弁座２４および２５との
間にシール部材であるリングを配置することとしている
。

第２図を参照すると、第１弁座２４上には第１弁座２４
に沿ってほぼ半円周にわたって延びる円環状の第１リン
グ構２６が形成され、第２弁座２５上には第２弁座２５
に沿ってほぼ半円周にわたって延びる円環状の第２リン
グ溝２７が形成される。第１リング溝２６は第１弁座２
４の最下端の直前で終端しており、第２リング溝２７も
第２弁座２５の最上端の直前で終端している。

第６図には第１リング溝２６の拡大図を示す。第１図お
よび第６図を参照すると、第１リング溝２６の開口°部
には円環状の突起部２８が形成されている。

この突起部２８は第１リング溝２６の両端部の直前で終
端しており、従って第１リング溝２６の両端部近傍には
突起部２８は形成されていない。第１リング溝２６内に
は第１リング２９が挿入される。第１リング溝２６の幅
Ｗは第１リング２９の幅ＷＲの約１．５倍程度であり、
第１リング２つが取付けられても第１リング溝２６には
かなりの隙間が存在する。突起部２８の幅Ｗｐは第１リ
ングの幅Ｗ、のほぼ１／３程度である。第２リング溝２
７もほぼ同様に形成され、突起部３１が形成されている
。

第７図から第９図には第１リング２９を示す。第１リン
グ２９はほぼ半円周の円環状であり、例えば銅系の合金
等の軟らかい金属で形成される。第１リング２９の中心
線の曲率半径は、第１リング溝２６の中心線の曲率半径
より大きい。第１リング２９は、第１のシール面２９ａ
および第２シール面２９ｂを有するシール部２９ｃと、
複数の切り込み２９ｄが形成された受圧部２９ｅとから
威る。第１シール面２９ａと第２シール面２９ｂとは第
９図に示されるように直角をなしており、第１シール面
２９ａは弁体１５と係合し、第２シール面２９ｂは第１
リング溝２６の突起部２８と係合する。受圧部２９ｅは
突起部２８の高さと同じ高さだけシール部２９ｃより高
くなるように形成されている。受圧部２９ｅの端面２９
ｆは右斜め下に向かって傾斜している。このため端面２
９ｆに垂直に排気ガスの圧力Ｆｃが作用すると、第１す
ング２９を右方に付勢する力Ｆｎ　と第１リング２９を
上方に向かつて付勢する力Ｆ、とが作用する。

第１リング２９を第１リング溝２６内に挿入する際には
、第１リング２９の両端部が接近するように変形させな
がら第１リング２９の中央部から第１リング溝２６内に
挿入する。前述のように第１リング２９の中心線の半径
は第１リング溝２６の中心線の半径より大きいために、
第１リング２９は第１リング２９の外周が第１リング溝
２６の外周に接するようにして停止される。このとき第
１リング２９は第１リングの受圧部２９ｅが第１リング
溝２６の突起部２８によって係止されるために、第１リ
ング２９が第１リング溝２６から脱落することが防止さ
れる。

第１図および第５図を参照すると第２リング溝２７も第
１リング溝２６とほぼ同様に形成され、この第２リング
溝２７内には第２リング３０が挿入されている。

第１０図から第１２図には第２リング３０を示す。第２
リング３０はほぼ半円周の円環状であり、例えば銅系の
合金等の軟らかい金属で形成される。第２リング３０の
中心線の曲率半径は、第２リング溝２７の中心線の曲率
半径より小さい。第２リング３０は第１のシール面３０
ａおよび第２のシール面３０ｂを有するシール部３０ｃ
と、複数の切り込み３０ｄが形成された受圧部３０ｅと
から戊る。第１シール面３０ａと第２シール面３０ｂと
は第１２図に示されるように直角をなしており、第１シ
ール面２９ａは弁体１５を係合し、第２シール面２９ｂ
は第２リング溝の２７の突起部３１と係合する。受圧部
３０ｅは突起部３１の高さと同じ高さだけシール部３０
Ｃより高くなるように形成されている。受圧部３０ｅの
端面３０ｆは左斜め下に向かって傾斜している。このた
め端面３０ｆに垂直に排気ガスの圧力Ｆａが作用すると
、第２リング３０を左方に付勢する力Ｆｉｌと第２リン
グ３０を上方に向かつて付勢する力Ｆｖとが作用する。

第２リング３０も第１リング２９と同様の方法で第２リ
ング溝２７内に挿入される。

第１図において弁開度角αが小さい程弁開度は大きくな
りα＝０で全開状態となる。一方、αが大きくなりα＝
９０度になると全開状態となる。このとき、第９図およ
び第１２図に示されるように弁体１５の各側面の周縁部
に第１リング２９および第２リング３０の各第１シール
面２９ａおよび３０ａが夫々密着し、各リング２９．３
０は排気ガスの圧力Ｆｃに基づく力Ｆ、によって弁体１
５に向かって夫々付勢される。また、第１リング２９お
よび第２リング３０の各第２シール面２９ｂおよび３０
ｂは夫々突起部２８゜３１に密着し、各リング２９．３
０は排気ガスの圧力Ｆｃに基づく力Ｆ、によって突起部
２８．３１に向かって夫々付勢される。このため、弁体
１５と第１および第２弁座２４．２５間とは、第１およ
び第２リング２９．３０によって閉鎖されることになる
。従って、弁体１５、弁座２４．２５、および弁軸１６
の加工精度および組付精度を高くすることなく、弁体１
５と弁座２４．２５の間のシール性を向上せしめること
ができる。

また、本実施例では排気制御弁全開時において弁開度角
αが９０度であるために弁体１５、弁座２４゜２５、リ
ング溝２６、２７、およびリング２９．３０の形状は円
形となり、このため機械加工が容易になる。

また、リング２９．３０をバルブボディに取付ける場合
には、後述するように弁体１５に取付ける場合に比べ、
弁体の開度が小さい場合においてガス流の乱れによりリ
ング２９．３０が振動しても弁体にはこのリング２９．
３０の振動による力が加わらないため流量を正確に制御
することができる。

また、バルブボディは放熱面積が大きいため、熱による
経時的なリング溝２６．２７の変形を小さくすることが
できる。

次に全閉時における弁開度角αが９０度より小さい第２
の実施例について説明する。第１４図を参照すると、弁
開度角αが７５度で全開状態となる。従ってこれに応じ
て第１弁座２４および第２弁座２５は傾斜しており、第
１リング２９および第２リング３０の各第１シール面２
９ａ・３０ａも傾斜している。また、弁体１５の形状、
第１および第２リング溝２６２７の形状、第１および第
２リング２９．３０の形状は全閉時における弁開度角α
に応じて円形状となる。

この実施例によれば、排気制御弁全開から全閉までの作
動角、すなわち弁開度角αを小さくすることができるた
め、排気制御弁を作動するためのアクチュエータのスト
ロークを小さくすることができる。従ってアクチュエー
タを小型化することができる。

また、弁体１５を少しだけ開弁したときの排気ガス流の
乱れが小さくなるために流量制御を容易にすることがで
きる。

次に第１５図から第１７図を参照して第３の実施例につ
いて説明する。この実施例は第１の実施例とほぼ同様で
あるが、第１リング溝および第２リング溝が弁体に設け
られている点が異なる。従って、この異なる点について
説明する。

第１５図を参照すると、弁体１５の左側面１５ａの周縁
部には第１リング溝４０が形成される。この第１リング
溝４０は、第１６図および第１７図に示されるようにほ
ぼ半円周にわたって弁軸１６取付は位置まで円環状に形
成され、第１リング溝４０内には第１リング２９が挿入
される。第１５ｉＥＩに示されるように弁体１５の全閉
位置においては、第１リング２９は排気ガスの圧力によ
って押圧され、これによって第１リング２９の第１シー
ル面２９ａが第１弁座２４に密着され、第２シール面が
第１リング溝４０の突起部２８に密着される。弁体工５
の右側面１５ｂの周縁部には第２リング溝４１が形成さ
れる。この第２リング溝４１は第１６図に示されるよう
にほぼ半円周にわたって弁軸１６取付は位置まで円環状
に形成され、第２リング溝４１内には第２リング３０が
挿入される。第１５図に示されるように、弁体１５の全
閉位置においては、第２リング３０は排気ガスの圧力に
よって押圧され、これによって第２リング３０の第１シ
ール面３０ａが第２弁座２５に密着され、第２シール面
が第２リング溝４１の突起部３１に密着される。

以上のように本実施例によれば第１の実施例と同様の効
果を得ることができる。また、第１および第２リング溝
４０．４１を弁体１５に形成するようにしているため、
第１リング溝４０の両端部および第２リング溝４１の両
端部を弁軸１６の中心に近い位置まで加工することがで
きるため、第１リング２９の両端部および第２リング３
０の両端部を弁軸１６に接触させることにより、弁体と
弁座２４・２５間のシール性をさらに向上せしめること
ができる。また、弁体１５にリング溝４０．４１を形成
する場合、第１の実施例のようにバルブボディ２０にリ
ング溝２６．２７を形成する場合に比べて加工が容易で
ある。

なお、本実施例においても、第２の実施例と同様に、全
弁時における弁開度角αが９０度より小さくなるように
してもよい。

第１８図および第１９図には第４の実施例を示す。

第４の実施例は第３の実施例とほぼ同様であるが、第１
リング溝および第２リング溝の形状が異なるため、この
異なる点について説明する。第２０図には弁体１５の拡
大図を、第２１図には第２０図のＸＸＩ−ＸＸＩ線に沿
ってみた断面図を夫々示す。第２０図および第２１図を
参照すると、弁体１５の弁軸取付は位置には切欠き部４
５が形成される。第１リング溝４０の両端は切欠き部４
５に開口している。第１リング溝４０の突起部２８は第
１リング溝４０の両端部まで延びている。第１リング溝
４０の幅Ｗは第１リング２９の幅Ｗ、より若干大きく、
突起部２８の幅Ｗｐは第１リングの幅ＷＲのほぼ１／２
程度である。従って、第１リング２９が第１リング溝４
０から脱落し難い。

第１リング２９を第１リング溝４０内に挿入する際には
、切欠き部４５への第１リング溝４０の開口部から第１
リング２９の先端を第１リング溝４０内に挿入していく
。

第１８図および第１９図に示される第２リング溝４１も
第１リング溝４０と同様に形成され、第２リング３０も
第１リング２９と同様の方法で第２リング溝４１内に挿
入される。

第２２図および第２３図には弁体１５の切欠き部４５に
取付けられる弁軸４７を示す。弁軸４７の一端部４７ａ
は切欠き部４５に応じた形状とされ、この一端部４７ａ
の先端には弁体１５の板厚に等しい幅を有する凹部４７
ｂが形成される。弁軸４７の一端部４７ａは弁体１５の
切欠き部４５に嵌入され、このとき弁軸４７−端部４７
ａの凹部４７ｂ内には弁体１５が嵌入される。

このため切欠き部へのリング溝４０．４１の開口が閉鎖
されるので、第１および第２リング２９．３０が夫々第
１および第２リング溝４０．４１から脱落することを防
止することができる。

〔発明の効果〕

シール部材は弁座と弁体との間を閉鎖するように付勢さ
れるため排気通路全閉時における弁座と弁体の間のシー
ル性を向上せしめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は排気制御弁の第１の実施例の縦断面図、第２図
は第１図のバルブボディの右側面図、第３図は第１図の
弁軸の正面図、第４図は第３図の弁軸の右側面図、第５
図は第１図の排気制御弁の右側面図、第６図は第２図の
第１弁座の拡大図、第７図は第１リングの正面図、第８
図は第７図の第１リングの平面図、第９図は第７図のＩ
Ｘ−ＩＸ線に沿ってみた図、第″ＬＯ図は第２リングの
正面図、第１１図は第１０図の第２リングの底面図、第
１２図は第１０図のｘｎ−ｘｎ線に沿ってみた図、第１
３図は排気制御弁を備えた二段ターボ内燃機関の全体概
略構成図、第１４図は排気制御弁の第２の実施例の縦断
面図、第１５図は排気制御弁の第３の実施例の縦断面図
、第１６図は第１５図の排気制御弁の右側面図、第１７
図は第１５図の弁体の一部の拡大左側面図、第１８図は
排気制御弁の第４の実施例の縦断面図、第１９図は第１
８図の排気制御弁の右側面図、第２０図は第１８図の弁
体の一部の拡大左側面図、第２１図は第２０図のＸＸＩ
−ＸＸＩ線に沿ってみた断面図、第２２図は第１９図の
弁軸の正面図、第２３図は第２２図の弁軸の右側面図を
示す。 ９・・・排気制御弁、　　１５・・・弁体、１６．４７
・・・弁軸、　　　２１・・・弁通路、２４・・・第１
弁座、　　　２５・・・第２弁座、２９・・・第１リン
グ、　　３０・・・第２リング。 排気制御弁 弁体 弁軸 弁通路 第１弁座 第２弁座 第１リング 第２リング 第 ５ 図 第 図 第 １２ 図 第 １ 図 第 ４ 図 第 １５ 図 第１６ 図 〜／９ ７ 弁軸 第 ８ 図 第１９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 弁軸周りに回動可能な弁体を排気通路に配置すると共に
   、該弁体の一方の側面が着座可能な第１の弁座と、前記
   弁体の他方の側面が着座可能な第２の弁座とを備え、前
   記弁体が前記第１の弁座および前記第２の弁座に着座す
   ることによって排気通路を全閉するようにした内燃機関
   の排気制御弁において、前記第１の弁座および前記第２
   の弁座のうち少なくともいずれか一方と前記弁体との間
   にシール部材を配置し、該シール部材は排気通路全閉時
   において前記第１の弁座および前記第２の弁座のうち少
   なくともいずれか一方と前記弁体との間を閉鎖するよう
   に排気ガス圧力によって付勢されるようにした内燃機関
   の排気制御弁。