(57)【要約】【課題】ウェイストゲートバルブにおける熱害の発生を抑制する。【解決手段】ウェイストゲートバルブ３０は、タービンホイールを迂回するバイパス通路２６に設けられた弁体３１と、同弁体３１を開閉可能に支持する揺動アーム３５とを備える。また、ウェイストゲートバルブ３０は、揺動アーム３５に連結される回転軸３６と、同回転軸３６とアクチュエータの駆動ロッド３９とを連結するリンク３７とを備える。そして、回転軸３６は中空部３６ｃを有する。【選択図】図３
2014074333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンホイールを迂回するバイパス通路に設けられた弁体と、同弁体を開閉可能に支持する揺動アームと、同揺動アームに連結される回転軸と、同回転軸とアクチュエータの駆動ロッドとを連結するリンクとを備え、前記回転軸は中空部を有してなるウェイストゲートバルブ。
【請求項２】
前記回転軸はその端部で開口し、前記回転軸に前記リンクが接合されて同回転軸の開口が閉塞されることにより前記中空部が前記回転軸の内部に形成されてなる
請求項１に記載のウェイストゲートバルブ。
【請求項３】
前記回転軸は前記バイパス通路を区画するハウジングに回転可能に支持されてなる
請求項１又は請求項２に記載のウェイストゲートバルブ。
【請求項４】
前記中空部にはナトリウムが封入されてなる
請求項１〜３のいずれか一項に記載のウェイストゲートバルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ターボチャージャのウェイストゲートバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェイストゲートバルブの開度を変更することにより、過給圧をエンジンの運転状態に応じて調節するようしたターボチャージャが知られている。特許文献１には、こうしたウェイストゲートバルブの一例が記載されている。このウェイストゲートバルブは、タービンホイールを迂回するバイパス通路に設けられた弁体と、この弁体を開閉可能に支持する揺動アームとを備えている。この揺動アームは回転軸に連結され、同回転軸はリンクによってアクチュエータの駆動ロッドと連結されている。
【０００３】
こうしたウェイストゲートバルブでは、アクチュエータの駆動ロッドを進退させてリンクを介して回転軸を回転させる。このように回転軸を回転させると揺動アームが揺動し、その揺動に伴って弁体の開度が変更される。したがって、アクチュエータの駆動ロッドの進退量をエンジンの運転状態に応じて変更することにより、ターボチャージャの過給圧を同運転状態に応じて調節することができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２６２９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、こうしたウェイストゲートバルブの弁体は、排気が通過するバイパス通路を開閉するため、その排気の熱によって高温となる。このため、その熱によりリンクや駆動ロッドが熱変形したり、アクチュエータが過度に温度上昇したりする、といった熱害が発生するおそれがある。
【０００６】
この発明は、こ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における熱害の発生を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するウェイストゲートバルブは、タービンホイールを迂回するバイパス通路に設けられた弁体と、同弁体を開閉可能に支持する揺動アームと、同揺動アームに連結される回転軸と、同回転軸とアクチュエータの駆動ロッドとを連結するリンクとを備える。そして、この回転軸を中空構造とし、その内部に中空部を形成するようにしている。
【０００８】
同構成によれば、回転軸は中空構造を有しているため、その内部の中空部が断熱空間として機能する。このため、回転軸を中実構造とした場合と比較して、回転軸からリンクや駆動ロッド、アクチュエータといった部材に伝達される熱量を減少させることができる。したがって、ウェイストゲートバルブにおける熱害の発生を抑制することができる。
【０００９】
また、上記ウェイストゲートバルブでは、回転軸をその端部で開口させ、回転軸にリンクが接合されて同回転軸の開口が閉塞されることにより中空部が回転軸の内部に形成されるといった構成を採用することができる。
【００１０】
同構成によれば、回転軸の端部の開口をリンクによって閉塞することにより中空部が形成されるため、同開口を閉塞する部材を別途設ける必要がなく、簡易な構成によって回転軸の内部に密閉空間としての中空部を形成することができる。
【００１１】
また、上記ウェイストゲートバルブでは、バイパス通路を区画するハウジングによって回転軸が回転可能に支持される構成を採用するようにしてもよい。
但し、こうした構成では、回転軸が温度上昇し、熱膨張によりその径が大きくなると、同回転軸とこれを支持するハウジングとの間の摺動抵抗が増加し、アクチュエータの負荷が増大するおそれがある。これを避けるために、例えば回転軸とハウジングとの間のクリアランスを予め大きくした場合、低温雰囲気下ではそのクリアランスを通じてバイパス通路の排気が外部に漏出する可能性が高くなる。しかしながら、このウェイストゲートバルブでは、回転軸が中空構造であるため、同回転軸の熱膨張量を小さくすることができる。このため、回転軸とハウジングとの間の摺動抵抗を考慮して設けるこれらの間のクリアランスを小さくすることができる。したがって、バイパス通路から排気が漏出することを抑制しつつ、回転軸とハウジングとの間の摺動抵抗が過度に大きくなることを抑制することができるようになる。
【００１２】
また、上記ウェイストゲートバルブでは、回転軸の中空部にナトリウムを封入するようにしてもよい。
同構成によれば、回転軸が回転することに加え、エンジンの振動等に伴って回転軸が振動することにより、回転軸の中空部を区画する内壁とナトリウムとの接触部位が変化するようになる。ナトリウムは熱伝導率が比較的高いため、このように接触部位、すなわちナトリウムと回転軸との間で熱交換される部位が変化することにより、回転軸が局所的に温度上昇することを抑制することができ、同回転軸の温度分布についてその均一化を図ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ターボチャージャ及びウェイストゲートバルブの一実施形態の全体構成図。
【図２】タービン、バイパス通路、並びにウェイストゲートバルブの部分的な断面構造を示す部分断面図。
【図３】図２の３−３線における断面構造を示す断面図。
【図４】ウェイストゲートバルブの可動部分を示す斜視図。
【図５】揺動アーム、回転軸、並びにリンクの断面構造を示す断面図。
【図６】揺動アーム、回転軸、並びにリンクの断面構造について、他の実施形態の構造を示す断面図。
【図７】揺動アーム、回転軸、並びにリンクの断面構造について、他の実施形態の構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、ターボチャージャのウェイストゲートバルブについて、図１〜図５を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、排気駆動式のターボチャージャ２０は、吸気通路１２に設けられるコンプレッサ２１と、排気通路１４に設けられるタービン２４とを備えている。コンプレッサ２１は内部にコンプレッサインペラ２２を備えており、タービン２４は内部にタービンホイール２５を備えている。これらコンプレッサインペラ２２とタービンホイール２５とは、シャフト２３を介して一体回転可能に連結されている。こうしたターボチャージャ２０において、タービンホイール２５に排気が吹き付けられると、同タービンホイール２５及びコンプレッサインペラ２２が一体回転し、これにより吸気通路１２を流れる吸気が加圧されてエンジンの燃焼室に強制的に送り込まれるようになる。すなわち、吸入空気の過給が行われるようになる。また、排気通路１４には、タービンホイール２５を迂回するバイパス通路２６が設けられている。
【００１５】
図２に示すように、タービン２４のハウジング２４ａのうち、排気流れ方向におけるタービンホイール２５の上流部分には排出孔２８が貫通している。そして、バイパス通路２６は、その上流側が排出孔２８を介してタービン２４の内部と連通可能とされているとともに、その下流側がタービン２４の内部及び排気通路１４と連通されている。また、バイパス通路２６には、エンジンの運転状態に応じてアクチュエータ２７を駆動させることにより、バイパス通路２６の通路断面積を調節するウェイストゲートバルブ３０が設けられている。
【００１６】
アクチュエータ２７は、供給された負圧に応じて駆動ロッド３９を駆動させる負圧アクチュエータである。アクチュエータ２７に供給される負圧は、ＥＣＵによってエンジンの運転状態に応じた量に制御される。これにより、駆動ロッド３９の進退量がエンジンの運転状態に応じて変更される。
【００１７】
図３及び図４に示すように、ウェイストゲートバルブ３０は、バイパス通路２６に設けられるとともに排出孔２８を開閉する弁体３１と、揺動アーム３５とを備えている。弁体３１は支持ピン３２によりこの揺動アーム３５と連結されている。揺動アーム３５は、支持ピン３２と連結される延設部３３と、延設部３３と接合されることにより同延設部３３と一体化された湾曲部３４とを備えている。延設部３３は角柱状をなし、支持ピン３２と略垂直をなす状態で同支持ピン３２と連結されている。また、湾曲部３４は、その一方の端部から他方の端部にかけて湾曲する円柱状をなし、その一方の端部が延設部３３と接合されている。こうした揺動アーム３５は、支持ピン３２を介して弁体３１を開閉可能に支持している。
【００１８】
また、ウェイストゲートバルブ３０は、揺動アーム３５に連結される回転軸３６と、同回転軸３６とアクチュエータ２７の駆動ロッド３９とを連結するリンク３７とを備えている。回転軸３６は、その一方の端部３６ａが湾曲部３４と接合されていることにより、揺動アーム３５と一体駆動可能に連結されている。リンク３７は角柱状をなすとともに、その一方の端部が回転軸３６の他方の端部３６ｂと接合されることにより同回転軸３６と一体駆動可能に連結されている。ここで、リンク３７と回転軸３６とは略垂直の位置関係にある。また、リンク３７の他方の端部と駆動ロッド３９とが連結ピン３８によって連結されることによって、リンク３７と駆動ロッド３９とが相対回動可能に連結されている。
【００１９】
図３に示すように、バイパス通路２６を区画するハウジング４０には支持孔４０ａが形成されている。この支持孔４０ａに回転軸３６が挿通されることにより、同回転軸３６がハウジング４０に回転可能に支持されている。こうしてハウジング４０に回転軸３６が支持されることにより、ウェイストゲートバルブ３０を構成する部材のうちで、弁体３１及び揺動アーム３５がバイパス通路２６の内部に配設されるとともに、リンク３７がバイパス通路２６の外部に配設される。
【００２０】
図５に示すように、回転軸３６は中空構造をなし、その内部に中空部３６ｃを有する。具体的には、回転軸３６は有底円筒状をなし、その一方の端部３６ａで閉塞されるとともに、他方の端部３６ｂで開口している。そして、回転軸３６の他方の端部３６ｂにリンク３７が接合されることにより、回転軸３６は他方の端部３６ｂの開口３６ｄが閉塞されている。こうして回転軸３６の端部３６ａ，３６ｂの両方が閉塞されることにより、その内部に密閉空間としての中空部３６ｃが形成されている。また、中空部３６ｃには、ナトリウム４１が封入されている。尚、このナトリウム４１の封入される量は、中空部３６ｃの容量よりも少ない量とされている。
【００２１】
以下、本実施形態の作用について説明する。
図２〜４に示すように、アクチュエータ２７によって駆動ロッド３９が進退すると、リンク３７を介して回転軸３６が回転する。こうして回転軸３６が回転すると、同回転軸３６を中心に揺動アーム３５が揺動する。さらに、この揺動アーム３５の揺動に伴って弁体３１が排出孔２８に対して近接離間することにより、ウェイストゲートバルブ３０の開度が変更される。そして、こうしてウェイストゲートバルブ３０の開度が変更されることにより、バイパス通路２６を流れる排気の量、換言すればタービンホイール２５側に流れる排気の量が調節される。このように、アクチュエータ２７の駆動ロッド３９の進退量をエンジンの運転状態に応じて変更することにより、ターボチャージャ２０の過給圧を同運転状態に応じて調節することができるようになる。
【００２２】
ウェイストゲートバルブ３０の弁体３１は、タービン２４の内部を流れる排気や、タービン２４の内部から排出孔２８を介してバイパス通路２６の内部に流れ込む排気の熱によって高温となる。この弁体３１の熱は、揺動アーム３５を介して回転軸３６に伝達されるため、この伝達された熱を受けて回転軸３６も高温となる。ここで、図５に示すように、回転軸３６は、その他方の端部３６ｂにおいて、中空部３６ｃを区画する回転軸３６の内壁と中空部３６ｃとがリンク３７に接触した状態で同リンク３７と接合されている。このため、リンク３７に伝達される熱は、中空部３６ｃを区画する内壁から直接伝達されるものと、同内壁から中空部３６ｃを介して伝達されるものとからなる。そして、回転軸３６の中空部３６ｃが断熱空間として機能することにより、回転軸３６の中空部３６ｃを区画する内壁から中空部３６ｃを介してリンク３７に伝達される熱量は少なくなる。このため、リンク３７や、駆動ロッド３９、アクチュエータ２７といった部材に伝達される熱量も少なくなる。
【００２３】
また、回転軸３６が温度上昇すると熱膨張によりその径が大きくなる。このため、こうした回転軸３６の熱膨張を考慮して、同回転軸３６とこれを支持するハウジング４０の支持孔４０ａの内周面との間のクリアランスを設定する必要がある。ここで、回転軸３６が中空構造であるため、その中空部３６ｃが形成されている分だけ、回転軸３６の熱膨張量が小さくなる。このため、回転軸３６の熱膨張に伴う同回転軸３６の径の増大量は小さくなる。そして、回転軸３６とハウジング４０の支持孔４０ａとの間の摺動抵抗を考慮して設けるこれらの間のクリアランスを小さくすることができる。
【００２４】
そして、回転軸３６が回転することに加え、エンジンの振動等に伴って回転軸３６が振動することにより、回転軸３６の中空部３６ｃを区画する内壁とナトリウムとの接触部位が変化するようになる。ナトリウムは熱伝導率が比較的高いため、このように接触部位、すなわちナトリウムと回転軸３６との間で熱交換される部位が変化するようになる。
【００２５】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）回転軸３６は中空構造を有しているため、その内部の中空部３６ｃが断熱空間として機能する。このため、回転軸３６を中実構造とした場合と比較して、回転軸３６からリンク３７や駆動ロッド３９、アクチュエータ２７といった部材に伝達される熱量を減少させることができる。したがって、ウェイストゲートバルブ３０における熱害の発生を抑制することができる。
【００２６】
（２）回転軸３６の他方の端部３６ｂの開口３６ｄをリンク３７によって閉塞することにより中空部３６ｃが形成されるため、同開口３６ｄを閉塞する部材を別途設ける必要がなく、簡易な構成によって回転軸３６の内部に密閉空間としての中空部３６ｃを形成することができる。
【００２７】
（３）回転軸３６が中空構造であるため、同回転軸３６の熱膨張量を小さくすることができる。このため、回転軸３６とハウジング４０の支持孔４０ａの内周面との間の摺動抵抗を考慮して設けるこれらの間のクリアランスを小さくすることができる。したがって、バイパス通路２６から排気が漏出することを抑制しつつ、回転軸３６とハウジング４０の支持孔４０ａの内周面との間の摺動抵抗が過度に大きくなることを抑制することができるようになる。
【００２８】
（４）回転軸３６の回転や振動に伴って、回転軸３６の中空部３６ｃを区画する内壁とナトリウムとの接触部位が変化することにより、回転軸３６が局所的に温度上昇することを抑制することができる。したがって、回転軸３６の温度分布についてその均一化を図ることができるようになる。
【００２９】
尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・図６に示すように、リンク３７に凸部３７ａを形成して、同凸部３７ａを回転軸３６の他方の端部３６ｂの開口３６ｄに嵌合させた状態で、回転軸３６とリンク３７とを接合するようにしてもよい。こうした形態によれば、回転軸３６とリンク３７との組み付け性を向上させることができるとともに、リンク３７による回転軸３６の他方の端部３６ｂの密封性を向上させることができる。
【００３０】
・図７に示すように、リンク３７に凹部３７ｂを形成して、同凹部３７ｂに回転軸３６の他方の端部３６ｂを嵌合させた状態で、回転軸３６とリンク３７とを接合するようにしてもよい。こうした形態によっても、回転軸３６とリンク３７との組み付け性を向上させることができるとともに、リンク３７による回転軸３６の他方の端部３６ｂの密封性を向上させることができる。
【００３１】
・延設部３３、湾曲部３４、リンク３７の形状は例示したものに限られず、適宜変更することができる。
・揺動アーム３５は、延設部３３と湾曲部３４等、２つの部材からなるものに限られず、３つ以上の部材からなるものであってもよいし、延設部３３や湾曲部３４等、１つの部材からなるものであってもよい。但し、こうした形態においても、回転軸３６の回転に伴って弁体３１が開閉するように、揺動アーム３５の形状を設定する。
【００３２】
・アクチュエータ２７は、油圧等、負圧以外の要素が供給されることにより駆動ロッド３９を駆動させるものであってもよい。また電磁ソレノイドやモータを駆動源として駆動ロッド３９を駆動させるものであってもよい。
【００３３】
・回転軸３６は、その中空部３６ｃにナトリウム４１が封入されていなくてもよい。こうした形態では、中空部３６ｃの内部の空気によって同中空部３６ｃが断熱空間として機能する。そして、上記実施形態における（１）〜（３）の効果と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
・バイパス通路２６を区画するハウジング４０によって回転軸３６を回転可能に支持するようにしたが、同ハウジング４０とは別の部材によって回転軸３６を回転可能に支持する構成を採用してもよい。
【００３５】
・回転軸３６の開口３６ｄが、リンク３７以外の閉塞部材をもって閉塞されていてもよい。こうした形態によっては、上記実施形態における（１）、（３）、並びに（４）の効果と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
・回転軸３６は、その一方の端部３６ａが開口するとともに他方の端部３６ｂが閉塞した形状をなすものであってもよい。また、回転軸３６は両端部が開口する形状をなすものであってもよい。この場合、回転軸３６の一方の端部３６ａでの開口は、揺動アーム３５によって閉塞されるものであってもよいし、揺動アーム３５以外の閉塞部材をもって閉塞されるものであってもよい。
【００３７】
・回転軸３６は、両端部が閉塞された形状をなすものであってもよい。こうした形態によっては、上記実施形態における（１）、（３）、並びに（４）の効果と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
・回転軸３６と駆動ロッド３９とが一つのリンク３７によって連結される例を示したが、複数のリンクによって回転軸３６と駆動ロッド３９とを連結し、同駆動ロッド３９が進退したときに、それらリンクを介して回転軸３６を回転させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
２０…ターボチャージャ、２１…コンプレッサ、２２…コンプレッサインペラ、２３…シャフト、２４…タービン、２５…タービンホイール、２６…バイパス通路、２７…アクチュエータ、２８…排出孔、３０…ウェイストゲートバルブ、３１…弁体、３３…延設部、３４…湾曲部、３５…揺動アーム、３６…回転軸、３６ａ，３６ｂ…端部、３６ｃ…中空部、３６ｄ…開口、３７…リンク、３９…駆動ロッド、４０…ハウジング、４０ａ…支持孔、４１…ナトリウム。
【図１】
2014074333.tif 000003
【図２】
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【図３】
2014074333.tif 000005
【図４】
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【図５】
2014074333.tif 000007
【図６】
2014074333.tif 000008
【図７】
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