(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン室を迂回して排気を流すバイパス通路を有するタービンハウジングと、
前記バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、
前記タービンハウジングに固定され、前記ウェイストゲートバルブの閉弁時に同ウェイストゲートバルブが当接するバイパスポートと、を備えた過給機において、
前記タービンハウジングにおける前記バイパスポートを支持している部分には、同タービンハウジングを構成する素材よりも剛性が高い素材からなり、前記バイパスポートにおけるウェイストゲートバルブが当接する面とは反対側の面に当接するとともに、前記タービンハウジングの外側に向かって延びる補強部材が設けられている
ことを特徴とする過給機。
【請求項２】
前記補強部材は、前記タービンハウジングの外周面まで延びている
請求項１に記載の過給機。
【請求項３】
前記補強部材は、前記タービンハウジングに他の部材を固定するボスを備えている
請求項２に記載の過給機。
【請求項４】
前記補強部材は、前記タービンハウジングの外周面のうち、前記バイパスポートまでの距離が最も短い位置から挿入されている
請求項２又は３に記載の過給機。
【請求項５】
前記ウェイストゲートバルブは、前記バイパスポートに当接する弁部と、同弁部に一端部が接続されたアーム部とを有し、同アーム部の他端部に接続された回転軸をアクチュエータによって回転させることにより同他端部を支点として前記弁部を揺動させるスウィングバルブであり、
前記補強部材は、前記タービンハウジングの前記バイパス通路を取り囲む部分のうち、前記バイパス通路の軸心に対して前記支点が位置する方向に位置する部分に設けられている
請求項１〜３のいずれか一項に記載の過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に設けられる過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機のタービンハウジングには、タービンホイールが収容されたタービン室を迂回して排気を流すためのバイパス通路と、バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブが設けられている。特許文献１に記載の過給機では、タービンハウジングにおけるバイパス通路の出口部分に環状のバイパスポートを嵌め込み、このバイパスポートにウェイストゲートバルブを当接させるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１３‐５０９５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、タービンハウジングは、アルミニウムや鉄などの金属からなり、排気の熱によって加熱されるとその剛性が低下する。特許文献１に記載の過給機では、タービンハウジングにバイパスポートを固定するようにしているため、ウェイストゲートバルブが閉弁したときの衝撃がバイパスポートを通じてタービンハウジングにも作用する。このため、排気の熱によりタービンハウジングが加熱され、バイパスポートが固定されている部分の温度が高くなっているときには、この衝撃によりバイパスポートが固定されている部分が変形してしまうおそれがある。バイパスポートを支持している部分がこうした閉弁時の衝撃によって変形した場合には、ウェイストゲートバルブが閉弁したときに同ウェイストゲートバルブとバイパスポートとの密着状態を維持できなくなり、ウェイストゲートバルブのシール性が低下することとなる。
【０００５】
本発明は、上記課題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シール性の低下を抑制できる過給機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための過給機は、タービン室を迂回して排気を流すバイパス通路を有するタービンハウジングと、バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、タービンハウジングに固定され、ウェイストゲートバルブの閉弁時に同ウェイストゲートバルブが当接するバイパスポートと、を備えている。こうした過給機において、タービンハウジングにおけるバイパスポートを支持している部分には、同タービンハウジングを構成する素材よりも剛性が高い素材からなり、バイパスポートにおけるウェイストゲートバルブが当接する面とは反対側の面に当接するとともに、タービンハウジングの外側に向かって延びる補強部材が設けられている。
【０００７】
タービンハウジングの外側の部分は外気によって冷却される。このため、タービンハウジングは、外側の部分ほど、排気が通過する内側の部分に比べて温度が低下しやすく、外側の部分ほど剛性が高い状態に維持される。
【０００８】
上記構成では、タービンハウジングにおけるバイパスポートが固定される部分に補強部材が設けられており、この補強部材がタービンハウジングの外側に向かって延びている。すなわち、バイパスポートを支持している部分よりも外側に位置して剛性が高い状態に維持される部分に補強部材が支持されている。また、補強部材は、タービンハウジングを構成している素材よりも剛性が高く、バイパスポートにおけるウェイストゲートバルブが当接する面の反対側の面に当接している。このため、ウェイストゲートバルブの閉弁に伴う衝撃によってウェイストゲートバルブからバイパスポートに同バイパスポートを押圧する力が作用したとしても、バイパスポートが補強部材によって支持されるため、ウェイストゲートバルブの押圧方向にバイパスポートが移動することが抑制される。その結果、閉弁時にウェイストゲートバルブとバイパスポートとが密着した状態を維持することができるようになる。したがって、上記構成によれば、ウェイストゲートバルブのシール性の悪化を抑制できるようになる。
【０００９】
また、上記過給機では、補強部材がタービンハウジングの外周面まで延びていることが望ましい。
上記構成によれば、補強部材が外気によって冷却されるようになるため、温度上昇による補強部材自体の剛性の低下を抑制することができる。このため、ウェイストゲートバルブの閉弁に伴う衝撃に抗してバイパスポートを支持する際の支持力の低下を抑制できる。また、上述したように、タービンハウジングでは外側ほど剛性が高い状態に維持されやすいため、より剛性の高い部分で補強部材を支持することができるようになる。その結果、ウェイストゲートバルブの閉弁時の衝撃に起因したバイパスポートの移動が一層抑制される。したがって、上記構成によれば、ウェイストゲートバルブのシール性の悪化を一層抑制できるようになる。
【００１０】
また、上記過給機の補強部材には、タービンハウジングに他の部材を固定するボスを備えることが好ましい。
近年、過給機から放射された熱が周囲の部材に伝わることを抑制するために、過給機を覆うインシュレータを備えた内燃機関が実用化されている。また、内燃機関に過給機を固定する際には、一端がシリンダヘッドやシリンダブロックに固定されたターボステーを介して過給機を固定することもある。
【００１１】
上記構成では、こうしたインシュレータやターボステーなどの他の部材を過給機に固定するボスが補強部材に設けられているため、補強部材がボスの機能を兼ね備えることになる。そのため、こうした他の部材を取り付けるためのボスを別途設ける場合に比して過給機の部品点数を削減することができる。
【００１２】
また、上記過給機では、補強部材が、タービンハウジングの外周面のうち、バイパスポートまでの距離が最も短い位置から挿入されていることが望ましい。
上記構成によれば、補強部材をタービンハウジングの外周面から挿入する際に、その組み付け性が向上する。
【００１３】
例えば、補強部材としてボルトを採用した場合にはボルトを螺入する量を少なくできたり、補強部材としてピンを採用した場合にはピンを挿入する量を少なくできたりする。その結果、補強部材の挿入にかかる作業時間を短くすることができ、組み付け性を向上させることができる。
【００１４】
また、上記過給機では、ウェイストゲートバルブを、バイパスポートに当接する弁部と、同弁部に一端部が接続されたアーム部とを有し、同アーム部の他端部に接続された回転軸をアクチュエータによって回転させることにより同他端部を支点として弁部を揺動させるスウィングバルブとし、補強部材を、タービンハウジングのバイパス通路を取り囲む部分のうち、バイパス通路の軸心に対して上記支点が位置する方向に位置する部分に設けることが好ましい。
【００１５】
ウェイストゲートバルブがスウィングバルブである場合には、ウェイストゲートバルブを揺動させるためのアクチュエータの力が回転軸を介してアーム部の他端部に作用する。このため、ウェイストゲートバルブが閉弁したときにバイパスポートに作用する衝撃は、アクチュエータからの力が作用するアーム部の他端部側、すなわちウェイストゲートバルブの支点側ほど大きくなる。
【００１６】
この点、上記構成によれば、タービンハウジングのバイパス通路を取り囲む部分のうち、バイパス通路の軸心に対してウェイストゲートバルブの支点、すなわちアーム部の他端部が位置する方向と同じ方向に補強部材が設けられているため、最も大きな衝撃をうける部分に補強部材が配設されていることとなる。したがって、効果的に補強部材を配設してタービンハウジングの変形を抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】一実施形態の過給機が内燃機関に組み付けられた状態を示す正面図。
【図２】同実施形態の過給機のタービンハウジングの構造を示す断面図。
【図３】図１の矢印３方向から見た過給機の側面図。
【図４】図３の４−４線に沿った断面図。
【図５】同実施形態の過給機に設けられるボルトの斜視図。
【図６】同実施形態の過給機を備える内燃機関にインシュレータが取り付けられた状態を示す正面図。
【図７】他の例の過給機におけるバイパスポートとボルトの位置関係を示すタービンハウジングの側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、過給機の一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
図１に示すように、この過給機が取り付けられる内燃機関には、シリンダヘッド１０とシリンダブロック１１とが設けられている。
【００１９】
シリンダヘッド１０の側壁には、排気マニホールド１２が固定されている。そして、排気マニホールド１２には、過給機のタービンハウジング１３が接続されている。タービンハウジング１３には、排気管１４が接続されている。
【００２０】
排気マニホールド１２の内部はシリンダヘッド１０に設けられた燃焼室と連通しており、燃焼室から排気マニホールド１２に排出された排気は、タービンハウジング１３を通じて排気管１４へ流れる。なお、以下では、排気の流れ方向上流側を単に排気上流側とし、排気の流れ方向下流側を単に排気下流側とする。
【００２１】
次に、図２〜図５を参照して過給機の構成について説明する。
図２に示すように、過給機のタービンハウジング１３には排気マニホールド１２から排気が流入する排気入口部１５と、同排気入口部１５からタービンホイール１６が収容されたタービン室に排気を導出するスクロール通路１７とが設けられている。なお、タービンハウジング１３は、例えばアルミニウムを鋳造することによって製造される。また、タービンホイール１６は、回転軸１８を介して吸気通路に設けられた過給機のコンプレッサホイールと連結されている。タービン室よりも排気下流側には出口室１９が設けられている。そして、タービンハウジング１３には、冷却水を流すための冷却水通路２０が設けられている。
【００２２】
また、タービンハウジング１３には、タービン室を迂回して排気入口部１５と出口室１９とを連通するバイパス通路２１が設けられている。バイパス通路２１の排気下流側の端部には、例えばステンレス鋼からなる環状のバイパスポート２２が嵌合されている。
【００２３】
図３に示すように、出口室１９には、タービン室から排気が排出されるタービン室側排気孔２３と、バイパス通路２１から排気が導出されるバイパス通路側排気孔２４とが設けられている。出口室１９には、バイパス通路側排気孔２４を開閉するウェイストゲートバルブ２５が設けられている。
【００２４】
図３及び図４に示すように、ウェイストゲートバルブ２５は、バイパスポート２２と当接するドーム状の弁体２６と、同弁体２６に一端部が接続されて図３における上方に屈曲したアーム部２７とを備えている。アーム部２７の他端部３０には、回転軸２８の一端が嵌合されている。回転軸２８の他端には、アクチュエータによって駆動されるリンク機構２９が接続されている。このリンク機構２９は、回転軸２８が固定された部分を中心として回転可能に設けられている。すなわち、リンク機構２９がアクチュエータによって図３の紙面奥行き方向に回転することで、回転軸２８を回転させる。
【００２５】
そして、図４における時計回りに回転軸２８を回転させると、同図４に破線で示すように、ウェイストゲートバルブ２５が、同ウェイストゲートバルブ２５のアーム部２７の他端部３０を支点として回転し、ウェイストゲートバルブ２５とバイパスポート２２とが離間する。これによりウェイストゲートバルブ２５が開弁状態となる。一方、ウェイストゲートバルブ２５を閉弁させるときには、図４における反時計回りに回転軸２８を回転させることで、同図４に実線で示すようにウェイストゲートバルブ２５とバイパスポート２２とを当接させる。すなわち、ウェイストゲートバルブ２５は、アーム部２７の他端部３０を支点として揺動するスウィングバルブである。そして、このように、ウェイストゲートバルブ２５を制御することによってバイパス通路２１が開閉される。
【００２６】
なお、ウェイストゲートバルブ２５が開弁してバイパス通路２１が連通している場合には、排気マニホールド１２からタービンハウジング１３内に排出された排気の一部は、バイパス通路２１を通じて出口室１９に排出される。すなわち、排気の一部がタービン室を迂回して流れるようになる。一方、ウェイストゲートバルブ２５が閉弁してバイパス通路２１が遮断された場合には、排気のほぼ全量が排気入口部１５からスクロール通路１７に流れ込む。スクロール通路１７に流れ込んだ排気は、スクロール通路１７を通じてタービン室へ流れ、同タービン室内に収容されたタービンホイール１６を回転させる。これにより、コンプレッサホイールが回転し、吸気が過給される。
【００２７】
また、こうした過給機のタービンハウジング１３には、同タービンハウジング１３の外周面からバイパスポート２２を支持している部分に延びるボルト孔３１が設けられている。このボルト孔３１には、補強部材としてボルト３２が挿入されている。ボルト３２は、例えば、鋼や鉄等によって構成されており、アルミニウムによって構成されたタービンハウジング１３よりも剛性が高い素材からなる。また、ボルト３２は、バイパスポート２２におけるウェイストゲートバルブ２５が当接する面とは反対側の面に当接している。すなわち、ウェイストゲートバルブ２５の閉弁時には、図４に示すように、バイパスポート２２の一部がウェイストゲートバルブ２５とボルト３２とによって挟まれた状態になる。
【００２８】
図５に示すように、ボルト３２は、断面が六角形の頭部３３と、同頭部３３に接続されて外周面に雄ねじが形成された円柱部３４とからなる。ボルト３２には、ボルト３２の頭部３３に開口する中空部３５が設けられ、中空部３５の内周面には雌ねじが形成されている。すなわち、ボルト３２の中空部３５は、このボルト３２の頭部３３側から別のボルトを螺入することで、これらのボルト同士を螺合することが可能なボスとして機能する。なお、図３及び図４に示すように、ボルト３２は、タービンハウジング１３のバイパス通路２１を取り囲む部分のうち、バイパス通路２１の軸心Ｃに対してウェイストゲートバルブ２５のアーム部２７の他端部３０が位置する方向に位置する部分に配設されている。
【００２９】
また、この内燃機関には、過給機から放射された熱が周囲の部材に伝わることを抑制するためのインシュレータ３６が設けられている。
図１に示すように、シリンダヘッド１０やシリンダブロック１１には、インシュレータ３６を固定するためのボルト孔が形成された複数のボス３７が形成されている。そして、図６に示すように、インシュレータ３６には、ボルトを挿通する挿通孔３８が複数設けられている。これらの挿通孔３８とボス３７とをボルトによって締結することでインシュレータ３６が内燃機関に固定されている。なお、インシュレータ３６は、インシュレータ３６の略中央部分に設けられた挿通孔３８に挿通されたボルトを、タービンハウジング１３に設けられたボルト３２の中空部３５に締結することによって過給機に固定されている。
【００３０】
次に、本実施形態の過給機の作用について説明する。
ウェイストゲートバルブ２５を閉弁する際には、ウェイストゲートバルブ２５をバイパスポート２２に当接させる。このため、ウェイストゲートバルブ２５とバイパスポート２２とが衝突したときの衝撃がバイパスポート２２やバイパスポート２２を支持するタービンハウジング１３に作用する。
【００３１】
本実施形態では、タービンハウジング１３におけるバイパスポート２２が固定される部分にボルト３２が設けられ、このボルト３２がバイパスポート２２におけるウェイストゲートバルブ２５が当接する面とは反対側の面に当接している。そして、このボルト３２がタービンハウジング１３の外周面まで延びている。
【００３２】
タービンハウジング１３の外側の部分は外気によって冷却されるため、水冷式の過給機のタービンハウジング１３であっても、外側の部分ほど、排気が通過する内側の部分に比べて温度が低下しやすく、外周面側の部分ほど剛性が高い状態に維持される。
【００３３】
このため、本実施形態では、タービンハウジング１３においてバイパスポート２２を支持している部分よりも外側に位置してより剛性が高い状態に維持される部分にボルト３２が支持されている。したがって、ウェイストゲートバルブ２５の閉弁に伴いバイパスポート２２を押圧する力がウェイストゲートバルブ２５からバイパスポート２２に作用したとしても、バイパスポート２２がボルト３２によって支持され、ウェイストゲートバルブ２５の押圧方向にバイパスポート２２が移動することが抑制される。
【００３４】
また、ボルト３２がタービンハウジング１３の外周面まで延びているため、同ボルト３２が外気によって冷却される。このため、温度上昇によるボルト３２の剛性の低下が抑制される。
【００３５】
また、ボルト３２に雌ねじの形成された中空部３５からなるボスを備えて、ボルト３２がボスの機能を兼ね備えるようにしているため、インシュレータ３６を過給機に固定するためのボスを別途設ける場合に比して過給機の部品点数が削減される。
【００３６】
また、ウェイストゲートバルブ２５がスウィングバルブである場合には、ウェイストゲートバルブ２５を揺動させるためのアクチュエータの力が回転軸２８を介してアーム部２７の他端部３０に作用する。このため、ウェイストゲートバルブ２５が閉弁したときにバイパスポート２２に作用する衝撃は、アクチュエータからの力が作用するアーム部２７の他端部３０側、すなわちウェイストゲートバルブ２５の支点側ほど大きくなる。
【００３７】
この点、本実施形態では、ボルト３２を、タービンハウジング１３のバイパス通路２１を取り囲む部分のうち、バイパス通路２１の軸心Ｃに対してウェイストゲートバルブ２５の他端部３０が位置する方向に位置する部分に設けられているため、最も大きな衝撃をうける部分にボルト３２が配設されていることになる。
【００３８】
以上説明した実施形態の過給機によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）補強部材として設けられたボルト３２によってバイパスポート２２が支持されるため、ウェイストゲートバルブ２５の押圧方向にバイパスポート２２が移動することが抑制される。このため、ウェイストゲートバルブ２５の閉弁時にウェイストゲートバルブ２５とバイパスポート２２とが密着した状態を維持することができるようになる。したがって、上記構成によれば、ウェイストゲートバルブ２５のシール性の悪化を抑制できる。
【００３９】
（２）ボルト３２がタービンハウジング１３の外周面まで延びているため、ボルト３２が外気によって冷却される。したがって、ウェイストゲートバルブ２５の閉弁に伴う衝撃に抗してバイパスポート２２を支持する際の支持力の低下を抑制できる。また、タービンハウジング１３における剛性の高い部分でボルト３２を支持することができるようになるため、ウェイストゲートバルブ２５の閉弁時の衝撃に起因したバイパスポート２２の移動が一層抑制される。したがって、上記構成によれば、ウェイストゲートバルブ２５のシール性の悪化を一層抑制できるようになる。
【００４０】
（３）ボルト３２はタービンハウジング１３にインシュレータ３６を固定するボスを備えているため、インシュレータ３６を取り付けるためのボスを別途設ける場合に比して過給機の部品点数を削減することができる。
【００４１】
（４）ウェイストゲートバルブ２５がアーム部２７の他端部３０を支点として揺動するスウィングバルブであり、ボルト３２がタービンハウジング１３のバイパス通路２１を取り囲む部分のうち、バイパス通路２１の軸心Ｃに対してウェイストゲートバルブ２５の支点が位置する方向に位置する部分に設けられている。このため、最も大きな衝撃をうける部分にボルト３２を配設することができる。したがって、効果的にボルト３２を配設してタービンハウジング１３の変形を抑制することができるようになる。
【００４２】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。また、以下の変更例を適宜組み合わせてもよい。
・ボルト３２を設ける位置は、閉弁時の衝撃によるバイパスポート２２の移動を抑制することのできる位置であれば適宜変更することができる。例えば図７に示すように変更してもよい。なお、図７に記載の過給機において、上記実施形態と同様の構成については共通の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００４３】
図７に示すように、出口室１９に設けられたバイパス通路側排気孔２４には、バイパスポート２２が固定されている。このバイパスポート２２からタービンハウジング１３の外周までの距離を距離ｄとすると、ボルト３２は、タービンハウジング１３における距離ｄが最も短い位置から挿入されている。
【００４４】
こうした構成によれば、ボルト３２を過給機に組み付ける際に、ボルト３２を螺入する量を少なくできる。したがって、こうした構成によれば、上記（１）〜（３）と同様の効果に加えて、下記の効果を得ることができる。
【００４５】
（５）ボルト３２の挿入にかかる作業時間を短くすることができ、組み付け性を向上させることができる。
・ボルト３２にインシュレータ３６を固定するためのボスを備えた例を示したが、別途ボスを設けるのであれば、こうした構成を省略してもよい。こうした構成によっても、上記（１）及び（２）と同様の効果を得ることはできる。
【００４６】
・タービンハウジング１３に設けられてバイパスポート２２と当接するボルト３２と、インシュレータ３６を過給機に固定するためのボルトとを別々に設けるようにしていたが、２本のボルトの機能を一本のボルトに集約させることもできる。すなわち、インシュレータ３６の挿通孔３８を介してタービンハウジング１３のボルト孔３１にボルトを螺合させ、このボルトによってインシュレータ３６を固定するとともに、バイパスポート２２を支持するようにしてもよい。こうした構成によれば、更に部品点数を削減できる。
【００４７】
・過給機に組み付けられる部材としてインシュレータ３６を例に説明したが、例えば、過給機を固定するためのターボステーなど、他の部材を組み付けるようにしてもよい。
・過給機にインシュレータ３６などの部材を組み付けた構成を示したが、こうした構成を省略してもよい。
【００４８】
・補強部材としてのボルト３２を１本のみ備えた例を説明したが、補強部材としてのボルト３２を複数本備えるようにしてもよい。
・補強部材としてボルト３２を用いたが、補強部材はボルト３２に限らず、ピン等の他の部材を用いるようにしてもよい。
【００４９】
・補強部材であるボルト３２がタービンハウジング１３の外周面まで延びている構成を示したが、補強部材は必ずしも外周面まで延びている必要はない。例えば、補強部材がタービンハウジング１３内部に収容された状態で配設されるようにしてもよい。こうした構成であっても、上記（１）と同様の効果を得ることはできる。
【００５０】
・タービンハウジング１３の素材としてアルミニウムを採用した例を説明したが、鉄などの他の素材を採用してもよい。なお、こうした場合には、補強部材をタービンハウジング１３を構成する素材よりも剛性の高い素材によって形成すればよい。
【００５１】
・過給機として冷却水通路２０の設けられた水冷式の過給機を例に説明したが、冷却水通路２０の設けられていない過給機であっても上記実施形態と同様の技術的思想を適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０…シリンダヘッド、１１…シリンダブロック、１２…排気マニホールド、１３…タービンハウジング、１４…排気管、１５…排気入口部、１６…タービンホイール、１７…スクロール通路、１８…回転軸、１９…出口室、２０…冷却水通路、２１…バイパス通路、２２…バイパスポート、２３…タービン室側排気孔、２４…バイパス通路側排気孔、２５…ウェイストゲートバルブ、２６…弁体、２７…アーム部、２８…回転軸、２９…リンク機構、３０…他端部、３１…ボルト孔、３２…ボルト（補強部材）、３３…頭部、３４…円柱部、３５…中空部、３６…インシュレータ、３７…ボス、３８…挿通孔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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