(57)【要約】【課題】  弁調整組立体を提供する。【解決手段】  本発明は、入口ポート、出口ポートおよびバイパスポートを備えた１つの弁ハウジングを有するバイパス弁組立体であって、これらのポートすべてがその弁ハウジングの内部に形成されるバイパス弁組立体に関する。弁体部材は、弁ハウジングに操作可能に連結され、互いにほぼ反対方向に向かい合う第１弁プレートおよび第２弁プレートを含む。第１弁プレートは、弁体部材が第１位置にある時に、出口ポートについて緊密な遮蔽を形成するように関節動作し、第２弁プレートは、弁体部材が第２位置にある時に、バイパスポートについて緊密な遮蔽を形成するように関節動作する。【選択図】図３
2010014271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁ハウジングと、
前記弁ハウジングに形成される第１ポート、
前記弁ハウジングに形成される第２ポート、および、
前記弁ハウジングに形成される第３ポートであって、
流体媒体の流れを受け入れあるいは放出する機能を有する第１、第２および第３ポートと、
流体媒体の流れを制御するために前記弁ハウジングに操作可能に連結される弁体部材で、前記３つのポートの２つに関連する弁体部材であり、互いにほぼ反対方向に向かい合う第１弁プレートおよび第２弁プレートを含む弁体部材であって、前記第１弁プレートは、前記ポートの１つについて緊密な遮蔽を選択的に形成して、前記ポートを通る流体媒体の流れを遮断するように半径方向、軸方向および多軸角度方向において関節動作し、前記第２弁プレートは、前記ポートのもう１つについて緊密な遮蔽を選択的に形成して、前記ポートを通る流体媒体の流れを遮断するように半径方向、軸方向および多軸角度方向において関節動作するか、あるいは、前記流体媒体の流れをその間に配分するように回転する、弁体部材と、
を含む弁組立体。
【請求項２】
前記弁ハウジングが、第１部分が第２部分に機能連結される２部品構成の弁ハウジングであって、前記第１部分の第１フランジが前記第２部分の第２フランジと同心である、請求項１に記載の弁組立体。
【請求項３】
前記弁体部材が、旋回アームに摺動可能に連結されるピンをさらに含み、前記ピンは、前記旋回アームに対して摺動して、前記第１弁プレートおよび前記第２弁プレートが関節動作するのを可能にする、請求項１に記載の弁組立体。
【請求項４】
前記弁体部材に操作可能に連結されるアクチュエータをさらに含み、前記アクチュエータは、電気アクチュエータ、液圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータおよびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１に記載の弁組立体。
【請求項５】
前記ポートの１つにおける開口の周囲に形成される第１座面と、
前記ポートのもう１つの開口の周囲に形成される第２座面と、
をさらに含み、前記第１座面および前記第２座面はそれぞれ座面の形状を有し、前記第１弁プレートおよび前記第２弁プレートは前記座面の形状に適応するように関節動作する、請求項１に記載の弁組立体。
【請求項６】
前記第１および第２弁プレートの少なくともいずれかが、旋回アームに摺動可能に連結されるボスをさらに含み、前記ボスは、前記旋回アームに対して摺動して、前記第１弁プレートおよび前記第２弁プレートが関節動作するのを可能にする、請求項１に記載の弁組立体。
【請求項７】
前記弁ハウジングに形成される第１座面および第２座面をさらに含み、前記第１および第２弁プレートが、前記第１および第２座面について選択的に緊密な遮蔽を形成するように関節動作し、前記３つのポートの２つに関連する流体媒体の流れを選択的に遮断する、請求項１に記載の弁組立体。
【請求項８】
フランジが画定する開口から前記弁体部材を挿入することによって、前記弁体部材が前記弁ハウジングに操作可能に連結される、請求項１に記載の弁組立体。
【請求項９】
入口ポート、出口ポートおよびバイパスポートを含む弁ハウジングと、
前記出口ポートの開口を取り巻く第１座面と、
前記バイパスポートの開口を取り巻く第２座面と、
前記弁ハウジングの内部に配備される弁体部材であり、互いにほぼ反対方向に向かい合いかつ旋回アームに摺動可能に連結される第１および第２弁プレートを含む弁体部材であって、１つのピンが前記第１および第２弁プレートを操作可能に連結し、前記第１および第２弁プレートは、前記ピンの周囲の回りに３６０°回転可能であると共に、前記ピンの縦軸に沿って摺動可能であり、さらに、前記旋回アームは前記弁体部材を第１位置に回転し、前記第１弁プレートは前記第１座面に対して関節動作して、ほぼすべての流体媒体が前記出口ポートを通って流れないようにするか、または、前記弁体部材が第２位置に回転し、前記第２弁プレートは前記第２座面に対して関節動作して、ほぼすべての前記流体媒体が前記バイパスポートを通って流れないようにする、あるいは、前記流体媒体をその間に配分するように回転する、弁体部材と、
を含むバイパス弁組立体。
【請求項１０】
前記弁ハウジングが、第２ハウジングに機能連結される第１ハウジングを含む２部品構成の弁ハウジングであって、前記第１ハウジングのフランジが前記第２ハウジングの第２フランジと同心である、請求項９に記載のバイパス弁組立体。
【請求項１１】
前記弁体部材に操作可能に連結されるアクチュエータをさらに含み、前記アクチュエータは、電気アクチュエータ、液圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータおよびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項９に記載のバイパス弁組立体。
【請求項１２】
フランジが画定する開口から前記弁体部材を挿入することによって、前記弁体部材が前記弁ハウジングに操作可能に連結される、請求項９に記載のバイパス弁組立体。
【請求項１３】
前記第１および第２弁プレートが、それぞれ旋回アームに摺動可能に連結される対向ボスをさらに含み、前記ボスは、前記ピンを受け入れるように操作可能に調整され、かつ、前記旋回アームに対して摺動して、前記第１弁プレートおよび前記第２弁プレートが関節動作するのを可能にする、請求項９に記載のバイパス弁組立体。
【請求項１４】
入口ポート、出口ポートおよびバイパスポートを有する弁ハウジングと、
前記入口ポートを通して前記弁ハウジングに接続される上流側径路と、
前記出口ポートにおいて前記弁ハウジングに接続される下流側径路と、
前記バイパスポートにおいて前記弁ハウジングに接続されるバイパス径路であり、前記弁ハウジングの下流側の結合点において前記下流側径路に再接続されるバイパス径路と、
前記弁ハウジングに操作可能に連結される弁体部材であり、互いにほぼ反対方向に向かい合う第１弁プレートおよび第２弁プレートを含む弁体部材であって、前記第１弁プレートは、第１位置にある時に前記出口ポートについて緊密な遮蔽を形成するように関節動作し、前記第２弁プレートは、第２位置にある時に前記バイパスポートについて緊密な遮蔽を形成するように関節動作する弁体部材と、
前記下流側径路において前記弁ハウジングおよび前記結合点の間に配置される構造体であり、前記バイパス径路は前記構造体を迂回して流体を導くために用いられる構造体と、
を含む弁装置。
【請求項１５】
前記弁ハウジングが、第１部分が第２部分に機能連結される２部品構成の弁ハウジングであって、前記第１部分のフランジが前記第２部分の第２フランジと同心である、請求項１４に記載の弁装置。
【請求項１６】
前記第１および第２弁プレートが、旋回アームに摺動可能に連結され、前記旋回アームが前記第１位置および前記第２位置の間に動く時に関節動作する、請求項１４に記載の弁装置。
【請求項１７】
前記弁体部材に操作可能に連結されるアクチュエータをさらに含み、前記アクチュエータは、電気アクチュエータ、液圧アクチュエータ、空気圧アクチュエータおよびこれらの組合せからなる群から選択される、請求項１４に記載の弁装置。
【請求項１８】
前記構造体が、冷却器、排気ガス再循環冷却器、タービン、コンプレッサ、凝縮器、絞り器およびこれらの組合せを含む群から選択されるものである、請求項１４に記載のバイパス弁装置。
【請求項１９】
前記弁ハウジングに形成されかつ前記出口ポートの開口を取り巻く第１座面と、
前記弁ハウジングに形成されかつ前記バイパスポートの開口を取り巻く第２座面と、
をさらに含み、前記第１座面および前記第２座面はそれぞれ座面の形状を有し、前記第１弁プレートおよび前記第２弁プレートは前記座面の形状に適応するように関節動作する、請求項１４に記載の弁装置。
【請求項２０】
第１ポートおよび第１フランジが画定する開口を含む第１ハウジングを準備するステップと、
第２ポート、第３ポート、通路および第２フランジが画定する開口を含む第２ハウジングを準備するステップと、
第１弁プレート、第２弁プレート、軸を受け入れ得る第１端部を含む旋回アーム、およびピンを準備するステップと、
前記旋回アームを、ほぼ反対方向に配置される前記第１および第２弁プレートに摺動可能に連結し、かつ、前記第１または第２弁プレートの少なくともいずれかの開口を通して前記ピンを差し込むことによって弁体部材を組み立てるステップと、
前記第２フランジが画定する前記開口から前記弁体部材を挿入するステップと、
前記弁体部材を、前記第１ポートと、前記第２または第３ポートのいずれかとの間に回転する位置、および、その間の任意の位置に回転する位置に配置するステップと、
前記軸を、前記通路を部分的に貫通して差し込み、前記軸を前記旋回アームの前記第１端部に回転可能に結合するステップと、
レバー、座金およびレバー旋回体を含むレバー組立体であって、前記レバーは前記軸に機能連結されるレバー組立体を準備するステップと、
前記第１ハウジングを前記第２ハウジングに機能連結するステップであって、前記第１ハウジングの前記フランジが前記第２ハウジングの前記第２フランジと同心であるステップと、
前記レバー組立体に操作可能に連結されるアクチュエータで、前記レバー組立体を操作して前記軸を回転させるアクチュエータを準備するステップであって、この場合、前記弁体部材は、流体媒体が前記第１ポートを通って流れないように制限するために第１位置に回転するか、または、前記弁体部材は、流体媒体が前記第２または第３ポートを通って流れないように制限するために第２位置に回転するか、あるいは、その間の任意の位置に回転する、ステップと、
を含む弁組立体の組み立て方法。
【請求項２１】
ブッシュを、前記通路を通して差し込むステップと、前記軸を、前記ブッシュを通して差し込むステップと、前記軸を前記旋回アームに回転可能に結合するステップとをさらに含み、その場合、前記弁体部材を、前記第１ポート、前記第２または第３ポート、および、その間の任意の位置に回転させるために、前記軸が回転して前記旋回アームを回転させる、請求項２０に記載の弁組立体の組み立て方法。
【請求項２２】
前記フランジおよび前記第２フランジに機能結合されるガスケットシールを準備するステップをさらに含む、請求項２０に記載の弁組立体の組み立て方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２００５年５月１０日に出願された米国特許出願第１１／１２５，９５９号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、自動車用の制御弁に関し、さらに具体的には、流体媒体の流れを選択的に導くバイパス弁組立体に関する。
【背景技術】
【０００３】
２段ターボチャージャは一般に公知であり、あらゆる種類のエンジンに用いられている。２段ターボチャージャは高圧（ＨＰ）タービンおよび低圧（ＬＰ）タービンから構成され、各タービンは固有のコンプレッサを有する。ＨＰタービンは、通常、ＬＰタービンより小型でありかつ高速で回転する。正常な運転状態の間にエンジンがさらに低速で作動する（例えば制動灯時）時は、使用されるタービンはＨＰタービンのみである。エンジンが低速で作動する時は、排気ガスエネルギーの生成量も少ない。この少ない量の排気ガスエネルギーは、大きいＬＰタービンを駆動するには十分でないが、小さい方のＨＰタービンを駆動するには十分である。運転において、エンジンの速度が増大し始めると、低エネルギーの排気ガスによってＨＰタービンが運転されるが、エンジンが一定の速度に達した後は、ＨＰタービンは、エンジン性能になんらかの効果を及ぼす十分な過給圧を供給しなくなる。この状態が生じると、ＬＰタービンが運転開始して、ＨＰタービンが発生し得ない高いレベルの過給圧を発生する。エンジン速度の増大によってＬＰタービンの運転に必要な排気ガスエネルギーも増大する。
【０００４】
この方式のターボ過給法に伴う１つの一般的な問題点は、「ターボラグ」と呼ばれる現象である。ターボラグは、ＨＰタービンがエンジン性能に効果を及ぼすことを停止し、ＬＰタービンがエンジン性能に効果を及ぼし始める運転の瞬間のことを言う。通常、排気ガスを１つのタービンから次のタービンに導く方法は弁によって制御される。ＨＰタービンが最大過給圧で運転していてエンジン出力をもはや増大しない時に、その弁は開くであろう。運転のこの瞬間においては、ＬＰタービンを運転するに十分な排気ガスエネルギーはまだ存在しない。エンジン速度が加速によって増大し続けると共に、排気ガスエネルギーが増大して、ＬＰタービンがエンジン性能に効果を及ぼすことを可能にし始める。弁が開く時点からＬＰタービンがエンジン出力に効果を及ぼし始める時点までの時間枠が、ターボラグが発生する時間間隔である。この時間間隔の間は、車両の運転者は、ＬＰタービンが運転開始しているのに、エンジン出力の低下を経験するであろう。この状態は好ましくないものと考えられ、ＨＰタービンからＬＰタービンへの円滑な移行をもたらすために、いくつかの形態の先行技術が開発され、それによって、エンジンに円滑な出力増大が提供されている。
【０００５】
２段ターボチャージャに伴うもう１つの一般的な問題点は、ＨＰタービンが排気ガスの空気流れから切り離されていない場合に、エンジンの高速度において生じる。時に「過回転数（ｏｖｅｒｓｐｅｅｄ）」と呼称されるこの状態においては、増大した排気ガスエネルギーが、ＨＰタービンを、損傷が生じる可能性があるような速度で回転させることがある。ＬＰタービンに流入する排気ガス圧力の量を調整するために、２段直列ターボチャージャシステムの制御弁が用いられてきた。この弁は、通常、ＬＰタービンへの排気ガス流れを閉止するために用いられてきたもので、それによって、ＨＰタービンが有効でなくなるまでＨＰタービンのみに排気ガスが流れるのを可能にするだけである。ＨＰタービンが有効でなくなった時点で、弁が、ＬＰタービンへの空気の流れを可能にする流路を開く。これは、エンジンの低速度において過給圧を供給するには有利であるが、ＨＰタービンの過回転数を防止する助けにならない。
【０００６】
以上の状況から、２段ターボチャージャシステムの場合のＨＰタービンからＬＰタービンへの移行における改善と、ＨＰタービンの過回転数の防止における改善とが必要とされている。
【０００７】
連邦および州双方の規制によって、自動車の運転中に放出可能な排出物質は現在制限されている。車両が排出する排出物質を制御する１つの方法は、バイパス弁および排気ガス再循環ユニット（ＥＧＲ）を含む空気管理装置を装備することである。一般的に、ＥＧＲバイパス弁は、排気ガスをエンジンの吸気マニホールドに再循環して戻すために用いられる。加速によってエンジン速度が増大する時のように排気ガスの温度および圧力が高い期間には、バイパス弁は、排気ガスを、１つの出口ポートからＥＧＲ冷却器のチャンバに導くことができる。排気温度および圧力が低い期間には、バイパス弁は、排気ガスを、バイパスポートから、ＥＧＲ冷却器チャンバをバイパスして排気システムの残りの構成要素に流入するように導くことができる。
【０００８】
バイパス弁についての一般的な問題点は、バイパス弁が、熱膨張と、油、不純物、汚れなどの堆積とによって変化し得るシール表面のあらゆる形状に応じて関節動作することがないので、バイパス弁が２つの出口ポートについて緊密なシールまたは遮蔽を提供しない点にある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
また、上記から、排気ガスの流れを、選択された冷却器ポートまたは選択されたバイパスポートを通過しないように完全に制限するように弁ユニットが用いられる改善された排気バイパスユニットが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、入口ポート、出口ポートおよびバイパスポートを備えた１つの弁ハウジングを有するバイパス弁組立体であって、これらのポートすべてがその弁ハウジングの内部に形成されるバイパス弁組立体に関する。弁体部材は、弁ハウジングに操作可能に連結され、互いにほぼ反対方向に向かい合う第１弁プレートおよび第２弁プレートを含む。第１弁プレートは、弁体部材が第１位置にある時に、出口ポートについて緊密な遮蔽を形成するように関節動作し、第２弁プレートは、弁体部材が第２位置にある時に、バイパスポートについて緊密な遮蔽を形成するように関節動作する。
【００１１】
本発明のさらに別の適用分野は、以下に提示する詳細説明から明らかになるであろう。以下の詳細説明および特定の例は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、単に例示目的のためのみのものであり、本発明の範囲を限定する意図を有するものではない。
【００１２】
本発明は以下の説明および添付の図面からさらに完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明が１つの排気バンクを備えたエンジンに用いられる２段ターボチャージャユニットの概略図を示す。
【図２】本発明が２つの排気バンクを備えたエンジンに用いられる２段ターボチャージャユニットの概略図を示す。
【図３】本発明の弁組立体部分を上から見た平面図である。
【図４】本発明の弁組立体部分を底面から見た図である。
【図５】本発明の弁組立体部分の側面図である。
【図６】弁が排気ガス入口ポートを遮断する位置にある本発明の弁組立体部分の側断面図である。
【図７】弁がＨＰタービン入口ポートを遮断する位置にある本発明の弁組立体部分の側断面図である。
【図８】弁が中間位置にある本発明の弁組立体部分の側断面図である。
【図９】本発明の別の実施形態による弁組立体の斜視図であり、アクチュエータを示している。
【図１０】本発明の上記別の実施形態による弁組立体の側面図であり、弁プレートがバイパスポートを遮断する位置にある本発明の弁体部材部分を示し、かつ、弁体部材の回転を仮想線で示している。
【図１１】本発明の上記別の実施形態による弁組立体の分解斜視図である。
【図１２ａ】本発明の上記別の実施形態による弁体部材部分の側面図である。
【図１２ｂ】本発明のさらに別の実施形態による弁体部材部分の側面図である。
【図１３ａ】本発明による、第２座面に関連する第１平面に接触する第２弁プレートを示す弁体部材の側面図である。
【図１３ｂ】本発明による、第２座面に関連する第２平面に応じて関節動作する第２弁プレートを示す弁体部材の側面図である。
【図１４】本発明の１つの実施形態による、ピンフランジを有する弁体部材部分の別の実施形態の分解図である。
【図１５】本発明の１つの実施形態による、下流側流路とバイパス流路とに流体連通する弁組立体を示す概略図である。
【図１６】本発明による第１および第２弁プレートの関節動作を表す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
好ましい実施形態についての以下の説明は、本質的に単なる例示であり、本発明、その適用および使用を限定しようとするものでは全くない。
【００１５】
図１を参照すると、高圧（ＨＰ）ターボチャージャユニット１２および低圧（ＬＰ）ターボチャージャユニット１４から構成される２段の排気ガスターボチャージャユニットが全体として符号１０で示される。ＨＰターボチャージャユニット１２は、ＨＰタービン１６と、出口ポート２０を有するＨＰコンプレッサ１８とを含む。同様に、ＬＰターボチャージャユニット１４は、ＬＰタービン２２と、出口ポート２６を有するＬＰコンプレッサ２４とを含む。ＬＰタービン２２は排気マニホールド２８の上に取り付けられる。ＬＰコンプレッサ２４は吸気ライン３０に連結されるが、その吸気ライン３０はＬＰコンプレッサ２４の中心に接続される。吸気導管３２は、第１端末において出口ポート２６に接続され、第２端末においてＨＰコンプレッサ１８の中心に接続される。
【００１６】
ＨＰタービン１６およびＬＰタービン２２は、図１および図３〜８に示す、弁３６を有する弁組立体３４によって連結される。弁組立体３４は、排気マニホールド２８に取り付けられ、第２排気マニホールド出口４０またはＨＰタービン出口４２のいずれかから排気ガスを受け入れる。弁組立体３４は、また、レバー４４と、第１接触面４８と連繋して作用する第１弁プレート４６と、第２接触面５２と連繋して作用する第２弁プレート５０とから構成される。第１弁プレート４６および第２弁プレート５０は、互いの反対方向に向いており、ピン５４によって連結され、旋回アーム５６に装着される。旋回アーム５６はヒンジ装置５８上に回転するように固定される。弁組立体３４は、また、排気ガス入口ポート６０と、ＨＰタービン入口ポート６２と、ＬＰタービン出口ポート６４と、回転可能な連結器６６とを含む。回転可能な連結器６６はアクチュエータに接続され、このアクチュエータは、車両の電子制御ユニットによって制御される液圧、空気圧または他のタイプのなんらかの装置とすることができる。
【００１７】
次に、図１に示すような単一バンクの排気システム用に構成された本発明の運転を説明する。車両が最初に加速し始めて排気ガス圧力が低い場合、エンジン速度が低い運転の間は、弁３６は排気ガス入口ポート６０を閉止するのに用いられ、全排気ガスを強制的にＨＰタービン１６に通す。弁３６がこの形態にある場合は、排気ガスは、排気マニホールド２８から、第１排気マニホールド出口３８を通り、ＨＰタービン１６を通り、ＨＰタービン出口４２を通り、ＨＰタービン入口ポート６２を通り、弁組立体３４に流入する。この場合、弁組立体３４は、排気ガスをＬＰタービン２２内に導き、排気ガスは、続いてそこから、排気システムの残りの構成要素の中に送り込まれる。全排気ガスがＨＰタービン１６を通過するように送り込まれているので、新鮮空気は、吸気ライン３０を通り、ＬＰコンプレッサ２４を通過し、出口ポート２６を通って流れる。空気は、続いて、吸気導管３２を通ってＨＰコンプレッサ１８に流入する。ＨＰコンプレッサ１８は、吸気導管３２から受け入れた新鮮空気を圧縮して、それをエンジンの吸気マニホールドに送り込む。
【００１８】
全排気ガスがＨＰタービンに向かって導かれる過程の間は、ＬＰコンプレッサ２４は作動しない。ＬＰコンプレッサ２４はＬＰタービン２２によって制御されるが、ＬＰタービン２２も作動していないからである。ＬＰタービン２２のサイズはＨＰタービン１６よりも大きく、ＬＰコンプレッサ２４はＨＰコンプレッサ１８よりも大きい。この過程の間、低エンジン速度においては、排気ガス流れの容積がＬＰタービン２２を作動させるに十分な程大きくなく、システムに流入する新鮮空気の容積も、ＬＰコンプレッサ２４がそれを有効に圧縮するのに十分な程大きくないので、ＬＰタービン２２およびＬＰコンプレッサ２４のいずれも作用しない。全排気ガスの流れを小さい方のＨＰタービン１６に導くことによって、ＨＰコンプレッサ１８がエンジンの吸気マニホールドに流入する必要量の圧縮空気を供給することが可能になり、低エンジン速度におけるエンジン出力を増大させる。
【００１９】
エンジン速度が増大して車両が加速するに伴って、小さいＨＰタービン１６およびＨＰコンプレッサ１８の有効性は急速に低下する。エンジン速度がある所定の値に高まると、車両の電子制御ユニットがアクチュエータに弁３６を開くように指令し、これによって、第２弁プレート５０を第２接触面５２から引き離して持ち上げ、排気ガスが排気マニホールド２８から、第２排気マニホールド出口４０を通り、排気ガス入口ポート６０を通り、続いて弁組立体３４を通って流れることを可能にする。排気ガスは、続いて、弁組立体３４のＬＰタービン出口ポート６４を通って流出し、ＬＰタービン２２に流入する。排気ガスは、さらに、排気システムの残りの構成要素に流入する。ＬＰタービン２２が増大した排気ガス圧力によって作動し始めると共に、ＬＰコンプレッサ２４は、吸気ライン３０から流入する空気の圧縮を開始するであろう。圧縮された空気は、続いて、出口ポート２６を通って吸気導管３２に送り込まれ、圧縮空気は、続いてそこから、ＨＰコンプレッサ１８を通り、出口ポート２０を通って、エンジンの吸気マニホールドに流入する。この運転部分の間、ＨＰコンプレッサ１８に流入する空気は、ＬＰコンプレッサ２４によってすでに加圧されている。
【００２０】
エンジン速度が増大し続けると、弁３６は、排気ガス入口ポート６０から離れるように回転し続け、ＨＰタービン入口ポート６２に近付く。全排気ガスを直接ＬＰタービン２２に流入するように導くことが必要になると、弁３６は、第１弁プレート４６が第１接触面４８に接触する位置に動く。弁３６がこの位置にある時は、排気ガスは、ＨＰタービン１６から弁組立体３４の中に流入できない。全排気ガスは、排気マニホールド２８から、第２排気マニホールド出口４０を通って弁組立体３４に流入する。弁３６は、アクチュエータまたは他のなんらかの装置によって制御できる。このアクチュエータまたは他のなんらかの装置は、レバー４４を回転する回転可能連結器６６に連結され、それによって弁３６を回転する。
【００２１】
第２排気マニホールド出口４０またはＨＰタービン出口４２を閉止する際に、弁３６は、ＨＰタービン１６を通る排気ガスの流れから、ＬＰタービン２２への円滑な移行をもたらす。弁３６は、運転条件が指示するとおりに排気ガスの流れを導くために、その中間の任意の位置に動かすことができる。
【００２２】
本発明の別の利点が、ＨＰタービン１６およびＬＰタービン２２に対する弁組立体３４の方位にある点に留意するべきである。弁３６は、第１弁プレート４６が第１接触面４８に押し当てられている時および第２弁プレート５０が第２接触面５２に押し当てられている時に、排気ガスの流れが弁３６の上を押圧する位置に配置される。また、このことは、弁３６がその中間の任意の位置に配置される場合にも生じる。さらに、ヒンジ装置５８が、ＨＰタービン出口４２と第２排気マニホールド出口４０との間の位置に配置される。ヒンジ装置５８をこの位置に配置することによって、ただ１つの弁を用いて、排気ガスの流れをＨＰタービン１６またはＬＰタービン２２のいずれかに導くことができる。また、弁組立体３４は、排気ガスの流れを各タービンに導くのに用いられるだけでなく、ＨＰタービン１６への排気ガスの流れを停止することも可能であり、これによって、過回転数および損傷を防止する。さらに加えて、弁３６の上記の位置における配置によって、例えば、弁３６を第２排気マニホールド出口４０の前またはＨＰタービン出口４２の前に配置する場合よりも、排気ガスの流れのより大きな制御が可能になる。
【００２３】
本発明は、また「Ｖ−６」または「Ｖ−８」エンジンのような２つの排気バンクを有するエンジンの場合にも使用でき、この実施形態が図２に示されている。これは、図１に示す実施形態と同様であり、同じ番号は類似の要素を示す。さらに、この実施形態は、第１排気バンクおよび第１開口７０に接続される第１排気管６８と、第２排気バンクおよび第２開口７４に接続される第２排気管７２とを含む。この実施形態においては、排気ガスは、第１排気管６８から第１開口７０に流れ、第２排気管７２から第２開口７４に流れる。排気ガスは、続いて排気マニホールド２８内に流入し、そこで、弁組立体３４を用いて、排気ガスがＨＰタービン１６またはＬＰタービン２２のいずれかに流入するように導かれる。ＨＰターボチャージャユニット１２と、ＬＰターボチャージャユニット１４と、弁組立体３４とのこれ以外の運転は、前記の実施形態において述べたものと同じである。
【００２４】
図９〜１６、さらに具体的には図９〜１０および１５を全体的に参照すると、別の実施形態におけるバイパス弁組立体７６が全体的に示されている。このバイパス弁組立体７６は、第２ハウジング８２に機能連結される第１ハウジング８０を含む弁ハウジング７８を有する。第１ハウジング８０は出口ポート８４を含み、第２ハウジング８２は、供給源から流体媒体を受け入れる機能を有する入口ポート８６と、入口ポート８６および出口ポート８４の間に配備されるバイパスポート８８とを含む。流体媒体は排気ガス、オイルなどを含むが、入口ポート８６から受け入れられる流体媒体は、選択的に、すべて出口ポート８４を通るか、すべてバイパスポート８８を通るか、あるいは、それぞれを同時に通るかのいずれかの径路を通過する。図１５の概略図に示すように、出口ポート８４は、出口ポート８４を通る流体媒体を受け入れて輸送する下流側径路９０と流体連通している。下流側径路９０は、バイパス弁組立体７６および出口９４の間に若干の距離をおいて配置される構造体９２を含む。出口９４は、吸気マニホールド、排気マニホールド、大気などに導くことができる。構造体９２は、ターボチャージャ、冷却器、別のバイパス径路、弁などとすることができる。バイパスポート８８は、バイパスポート８８を通過する流体媒体を受け入れるバイパス径路９６と流体連通している。バイパス径路９６は、流体媒体を、少なくとも部分的に下流側径路９０を迂回させて構造体９２の下流側の位置に導く。運転においては、入口ポート８６から受け入れられる流体媒体は、選択的に、バイパス径路９６に至るバイパスポート８８を通って流れ、従って構造体９２を迂回するように導かれるか、あるいは、出口ポート８４を通って、構造体９２に流入する下流側径路９０に導かれる。あるいは、流体媒体が、ある比率で、選択的に、出口ポートおよびバイパスポートを同時に通るように導かれることも理解される。
【００２５】
図９〜１６を全体的に参照すると、弁ハウジング７８は、また、第１ハウジング８０内に形成される第１座面９８と、第２ハウジング８２内に形成される第２座面１００とを含む。第１座面９８は出口ポート８４の開口を画定し、第２座面１００はバイパスポート８８の第２開口を画定する。弁体部材１０６は、弁ハウジング７８の内部に操作可能に装着され、出口ポート８４に関係する第１位置（図１０に仮想線で示される）、バイパスポート８８に関係する第２位置、およびその間の中間位置から回転するように操作可能である。弁体部材１０６は、互いにほぼ反対方向に向かい合う第１弁プレート１０８および第２弁プレート１１０を含む。第１および第２弁プレート１０８、１１０は、それぞれ流体媒体の流れを制限する緊密なシールまたは遮蔽を形成するために、第１および第２座面９８、１００の座面の形状に応じて関節動作することができる。
【００２６】
さらに図１１〜１４、より具体的には図１１〜１２ａから分かるように、第１および第２弁プレート１０８、１１０間には旋回アーム１１６が配備される。第１および第２弁プレート１０８、１１０は、旋回アーム１１６に摺動可能に結合され、ピン１１２によって一緒に操作可能に連結される。ピン１１２は、第１および第２弁プレート１０８、１１０双方の中心位置の開口１１４に嵌挿される。第１および第２弁プレート１０８、１１０上に形成される隆起した（ｒａｉｓｅｄ）ボス１０９、１１１が、それぞれピン１１２を受け入れるように調整され、旋回アーム１１６の片方の端部に設けられる旋回アームの開口部分１１８の中に反対側から装着される。ピン１１２は、弁体部材１０６がそれぞれ第１位置および第２位置に回転した時に第１および第２座面９８、１００に沿って延びる平面にほぼ垂直に装着される。第１および第２弁プレート１０８、１１０は、ピン１１２の周囲の回りに３６０°回転可能であり、このピン１１２の周囲の回りの第１および第２弁プレート１０８、１１０の３６０°の回転を可能にするために、ピン１１２の縦軸に対して機能的に摺動可能である。非限定的な例として、図１６は、第１および第２弁プレート１０８、１１０の半径方向、軸方向および多軸角度方向における関節動作の例を示す。この場合、第１および第２弁プレート１０８、１１０を示す円が、固定平面ｐに対して関節動作するように示されている。線Ａ１、−Ａ１、Ａ２、−Ａ２、Ａ３および−Ａ３は、第１および第２弁プレート１０８、１１０がそれに沿って動くことができる３つの軸を表す。Ｒ１〜Ｒ６は、第１および第２弁プレート１０８、１１０がその回りに回転し得る６つの軸を表す。
【００２７】
ピン１１２は、第１または第２弁プレート１０８、１１０がピン１１２から摺動して脱落するのを防止する１つの幅広端部を有することができる。反対側の第１または第２弁プレート１０８、１１０がピン１１２から摺動して脱落するのを防止するため、任意選択的な座金１２０に続けて、１つの端末キャップ１２２を、ピン１１２の反対側の端部に装着する。あるいは、任意選択的な座金１２０を省略し、ピン１１２の少なくとも１つの端部に端末キャップ１２２を成形するかまたは機械加工することによって、第１および第２弁プレート１０８、１１０を固定できることが理解される。あるいは、隆起したボス１０９、１１１を、第１または第２弁プレート１０８、１１０のいずれかに形成される単一体、かつまたピン１１２と一体成形される単一体とし得ることが理解される。図１２ｂを参照されたい。図１２ｂは、第２弁プレート１１０の一体部分として形成されたピン１１２およびボス１０９、１１１を示す。図のように、第２弁プレート１１０の隆起したボス１０９、１１１は、少なくとも部分的に、旋回アームの開口１１８の内部に配置され、ピン１１２は第１弁プレート１０８の開口１１４を貫通して装着される。
【００２８】
あるいは、図１３ａ〜ｂに示すように、隆起したボス１０９、１１１を省略して、ピン１１２を、第１および第２弁プレート１０８、１１０の開口１１４と、旋回アーム１１６の片方の端部に付属する旋回アーム開口１１８とを貫通して配置することができる。ピン１１２には両端のキャップ１２２を成形し、任意選択的な座金１２０は使用しないことが望ましい。図１４に示す本発明のさらに別の実施形態においては、ピン１１２が、その上に形成されるピンフランジ１１３を有する。この場合、ピン１１２のピンフランジ１１３は、ピン１１２の残りの部分よりも直径が大きく、旋回アームの開口１１８に対して摺動可能である。ピンフランジ１１３は、少なくとも部分的に、旋回アーム１１６の片方の端部に設けられる旋回アーム開口１１８の中に配置され、ピン１１２の残りの部分は、それぞれ、第１および第２弁プレート１０８、１１０双方の開口１１４を貫通して延びる。
【００２９】
第１および第２弁プレート１０８、１１０の摺動可能な結合によって、弁プレート１０８、１１０が旋回アーム１１６に対して摺動することが可能になり、それによって、旋回アーム１１６と第１弁プレート１０８との間に空間または間隙が選択的に形成されるか、あるいは、旋回アーム１１６と第２弁プレート１１０との間に空間が生成される。この空間によって、第１および第２弁プレート１０８、１１０の半径方向の動きおよび関節動作が可能になり、第１弁プレート１０８が出口ポート８４の第１の座面９８の任意の形状に対して動くことができ、第２弁プレート１１０がバイパスポート８８の第２座面１００の任意の形状に対して動き得るようになる。それによって、第１および第２弁プレート１０８、１１０が、選択的に、それぞれ、出口ポート８４またはバイパスポート８８を通って流れないように流体媒体を閉止することができるようになる。摺動可能な結合によって、フランジ１１３および旋回アーム開口１１８の間の半径方向の間隙またはすき間も形成されることが理解される。第１および第２弁プレート１０８、１１０の摺動可能な結合と、ピン１１２の周囲の周りの回転可能性とによって、半径方向の動き、軸方向の動きおよび多軸角度の動きが可能になり、任意の座面形状に対してあらゆる半径方向、軸方向および多軸角度の心ずれを補正して、流体媒体の流れを制限する緊密なシールまたは遮蔽を選択的に作り出すことができる。第１または第２座面９８、１００の形状の変化は、摩耗、熱膨張、あるいはオイル、不純物、汚れおよびダストを含む異物の堆積によって生じる可能性があるので、この関節動作特性によって、第１および第２弁プレート１０８、１１０が任意の形状に応じて動き得るようになる。弁体部材１０６は、また、流体媒体を、同時に出口ポート８４およびバイパスポート８８を通して可変的に導くことができるように中間位置に回転させることも可能であることが理解される。この場合、流体媒体がそれぞれのポートを通る比率は、弁体部材１０６の位置によって変化する。さらに、ボス１０９、１１１が第１および第２弁プレート１０８、１１０上に成形される場合は、ボス１０９、１１１が旋回アーム１１６に対して摺動することが理解される。
【００３０】
図１３ａおよび１３ｂは、第２座面１００の任意の形状に応じた第２弁プレート１１０の関節動作の例を示す。図１３ａを参照すると、線１２４は、第２座面１００に沿って延びる第１平面と、関節動作する前の第２弁プレート１１０とを示す。図１３ｂを参照すると、線１２６は、形状が変化した第２座面１００に沿って延びる第２平面と、関節動作中の第２弁プレート１１０とを示す。図のように、線１２６は線１２４とは異なる角度ｘにある。ｘは、例えば１０°とすることができ、第２座面１００の形状に応じた第２弁プレート１１０、第１弁プレート１０８、ピン１１２および旋回アーム１１６の関節動作と動きとの量を反映することができる。
【００３１】
図９〜１５を参照すると、軸１２８が、弁ハウジング７８の通路１３０を通って円筒状の管１３２の中に延びている。この円筒状の管１３２は、旋回アーム１１６の一部として形成され、旋回アーム１１６の一方の端部に設けられる。軸１２８および円筒状管１３２はプレス嵌め係合されて、旋回アーム１１６が軸１２８と一緒に回転することが保証される。軸１２８の一部分は弁ハウジング７８の外側に残っており、軸１２８がレバー組立体１３４と機能連結される。レバー組立体１３４は、レバー１３６と座金１３７とレバー旋回体１３８とを有する。レバー１３６は、その一端において軸１２８を受け入れ、他端においてレバー旋回体１３８を受け入れるように調整される。レバー旋回体１３８はアクチュエータ１４０を受け入れるように調整される。任意選択的なブッシュ１４２を通路１３０に用いて軸１２８を受け入れ、通路１３０内における軸１２８の回転をさらに容易にすることも可能である。アクチュエータ１４０は、電気式、液圧式、空気圧式およびこれらの組合せとすることができる。
【００３２】
第１ハウジング８０は第２ハウジング８２に機能連結できる。これは、第１ハウジング８０の第１フランジ１４４を第２ハウジング８２の第２フランジ１４６（図１１に示される）と心合せして、複数のボルト１４８などによって、第１フランジ１４４を第２フランジ１４６に機能連結することによって行う。第１フランジ１４４は、出口ポート８４の開口ではないハウジングの開口を少なくとも部分的に取り巻いており、第２フランジ１４６は、入口ポート８６またはバイパスポート８８の開口でない開口を少なくとも部分的に取り巻いている。あるいは、第１ハウジング８０および第２ハウジング８２を一緒に溶接すること、接着することなども可能であることが理解される。
【００３３】
エンジンの運転が所定の状態にある運転においては、車両の電子制御ユニットが、アクチュエータ１４０または他の装置に指令して、弁体部材１０６を、出口ポート８４に関係する第１位置またはバイパスポート８８に関係する第２位置に回転させることができる。アクチュエータ１４０は、レバー組立体１３４と、旋回アーム１１６を回す軸１２８とを回転させることによって弁体部材１０６を制御する。全流体媒体を、バイパスポート８８を通るように導くことが必要になると、弁体部材１０６を、第１弁プレート１０８が出口ポート８４の第１座面９８に応じて関節動作する位置に回転させ、それによって、ほぼすべての流体媒体を出口ポート８４に流入しないように制限し、流体媒体がバイパスポート８８を通って流れることを可能にする。全流体媒体を、出口ポート８４を通るように導くことが必要になると、弁体部材１０６を、第２弁プレート１１０がバイパスポート８８の第２座面１００に応じて関節動作する位置に回転させ、それによって、ほぼすべての流体媒体をバイパスポート８８に流入しないように制限し、流体媒体が出口ポート８４を通って流れることを可能にする。さらに、アクチュエータ１４０が、弁体部材１０６を出口ポート８４およびバイパスポート８８の間の任意の位置に動くように制御して、流体媒体をその間に配分し得ることが理解される。図１５に示すように、流体媒体が出口ポート８４を通って導かれると、流体媒体は、下流側径路９０から出る前に、下流側径路９０を通って、機能接続される構造体９２に流れることができる。また、図から分かるように、流体媒体がバイパスポート８８を通って導かれると、流体媒体は、機能接続されるバイパス径路９６で、構造体９２を迂回するバイパス径路９６を通って流れることができる。
【００３４】
別の実施態様においては、バイパス弁組立体７６の組み立て方法が、第１ハウジング８０と、第２ハウジング８２と、弁体部材１０６と、レバー組立体１３４と、アクチュエータ１４０とを準備するステップを含む。第１ハウジング８０は、出口ポート８４と、出口ポート８４に関連する開口ではない開口を少なくとも部分的に取り巻く第１フランジ１４４とを含む。第２ハウジング８２は、入口ポート８６と、バイパスポート８８と、通路１３０と、入口ポート８６またはバイパスポート８８または通路１３０に関連する開口ではない開口を少なくとも部分的に取り巻く第２フランジ１４６とを有する。弁体部材１０６の組み立ては、各第１および第２弁プレート１０８、１１０の隆起したボス１０９、１１１を旋回アームの開口部分１１８の中に少なくとも部分的に差し込むステップを含む。続いて、ピン１１２を、第２弁プレート１１０の開口１１４と、隆起したボス１０９、１１１と、第１弁プレート１０８の開口１１４とを通して差し込む。さらに続いて、端末キャップ１２２を、ピン１１２の両端に機能結合するかあるいは成形する。任意選択的な座金１２０を使用する場合は、ピン１１２に端末キャップ１２２を機能結合するかあるいは成形する前に、ピン１１２を座金１２０に差し込む。
【００３５】
続いて、弁体部材１０６を、第２フランジ１４６が画定する開口から挿入して、第２ハウジング８２の内部において、第２弁プレート１１０がバイパスポート８８と同心となり、第１弁プレート１０８が出口ポート８４と同心となり得るように弁体部材１０６が第１位置および第２位置の間に回転できる位置に配置する。さらに続いて、軸１２８を、第２ハウジング８２に設けられる通路１３０を通して、旋回アーム１１６の円筒状の管１３２の中に差し込み、軸１２８のもう一方の端部は、レバー組立体１３４に連結するために第２ハウジング８２の外側に残しておく。任意選択的なブッシュ１４２を使用する場合は、軸１２８を差し込む前に、ブッシュ１４２を通路１３０に差し込む。レバー組立体１３４のレバー１３６の一方の端部を軸１２８に機能連結し、レバー１３６のもう一方の端部をレバー旋回体１３８および座金１３７に機能連結する。
【００３６】
第１ハウジング８０の第１フランジ１４４は、第１フランジ１４４が第２ハウジング８２の第２フランジ１４６と同心になるように複数のボルト１４８などによって第２フランジ１４６に機能連結する。あるいは、複数のボルト１４８を受け入れるように調整できるガスケット１５０を、第１ハウジング８０を第２ハウジング８２に結合する前に、第１フランジ１４４および第２フランジ１４６の間に配置することができる。第１ハウジング８０および第２ハウジング８２を、あるいは、一緒に溶接すること、接着することなども可能であることが理解される。
【００３７】
アクチュエータ１４０は、複数の締め付けナット１５２、ボルトなどによって、レバー旋回体１３８に操作可能に連結される。アクチュエータ１４０をさらに安定させるために、取り付けブラケット１５４を、アクチュエータ１４０に配備して複数のアクチュエータボルト１５６によって弁ハウジング７８に連結できる。
【００３８】
以上の本発明の説明は本質的に単に例示的なものである。従って、本発明の要点から逸脱しない変形態様は本発明の範囲内であることが意図されている。このような変形態様は、本発明の趣旨および範囲から逸脱するものとみなされるべきではない。
【符号の説明】
【００３９】
１０  ２段排気ガスターボチャージャユニット
１２  高圧（ＨＰ）ターボチャージャユニット
１４  低圧（ＬＰ）ターボチャージャユニット
１６  ＨＰタービン
１８  ＨＰコンプレッサ
２０  出口ポート
２２  ＬＰタービン
２４  ＬＰコンプレッサ
２６  出口ポート
２８  排気マニホールド
３０  吸気ライン
３２  吸気導管
３４  弁組立体
３６  弁
３８  第１排気マニホールド出口
４０  第２排気マニホールド出口
４２  ＨＰタービン出口
４４  レバー
４６  第１弁プレート
４８  第１接触面
５０  第２弁プレート
５２  第２接触面
５４  ピン
５６  旋回アーム
５８  ヒンジ装置
６０  排気ガス入口ポート
６２  ＨＰタービン入口ポート
６４  ＬＰタービン出口ポート
６６  連結器
６８  第１排気管
７０  第１開口
７２  第２排気管
７４  第２開口
７６  バイパス弁組立体
７８  弁ハウジング
８０  第１ハウジング
８２  第２ハウジング
８４  出口ポート
８６  入口ポート
８８  バイパスポート
９０  下流側径路
９２  構造体
９６  バイパス径路
９４  出口
９８  第１座面
１００  第２座面
１０６  弁体部材
１０８  第１弁プレート
１０９  隆起したボス
１１０  第２弁プレート
１１１  隆起したボス
１１２  ピン
１１３  ピンフランジ
１１４  弁プレートの開口
１１６  旋回アーム
１１８  旋回アームの開口
１２０  座金
１２２  端末キャップ
１２４  座面を表す線
１２６  座面を表す線
１２８  軸
１３０  通路
１３２  円筒状管
１３４  レバー組立体
１３６  レバー
１３７  座金
１３８  レバー旋回体
１４０  アクチュエータ
１４２  ブッシュ
１４４  第１フランジ
１４６  第２フランジ
１４８  ボルト
１５０  ガスケット
１５２  締め付けナット
１５４  取り付けブラケット
１５６  アクチュエータボルト
ｐ  固定平面
ｘ  角度
Ｒ１〜Ｒ６  回転軸
Ａ１〜Ａ３  動作軸
【図１】
2010014271.tif 000003
【図２】
2010014271.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010014271.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010014271.tif 000008
【図７】
2010014271.tif 000009
【図８】
2010014271.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2010014271.tif 000012
【図１１】
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【図１２ａ】
2010014271.tif 000014
【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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