(57)【要約】【課題】冷却可能なウェストゲートバルブ及びこのウェストゲートバルブを備えるウェストゲートバルブ装置を提供する。【解決手段】ターボチャージャの排気タービンのタービンハウジングに形成されたウェストゲート流路の開度を制御するウェストゲートバルブは、ロッドと、ロッドの一端に接続された弁体であって、ロッドがその長さ方向に移動することによって、タービンハウジングに形成された弁座に当接可能に構成された弁体とを含み、弁体の内部には空洞部が形成され、ロッドの内部には、空洞部に連通する冷却流体流路が形成され、ロッドには、ロッドの内部に冷却流体が流入するための流入流路と、ロッドの内部から冷却流体が流出するための流出流路とが形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャの排気タービンのタービンハウジングに形成されたウェストゲート流路の開度を制御するウェストゲートバルブであって、
前記ウェストゲートバルブは、
ロッドと、
前記ロッドの一端に接続された弁体であって、前記ロッドがその長さ方向に移動することによって、前記タービンハウジングに形成された弁座に当接可能に構成された弁体と
を含み、
前記弁体の内部には空洞部が形成され、前記ロッドの内部には、前記空洞部に連通する冷却流体流路が形成され、
前記ロッドには、
前記ロッドの内部に冷却流体が流入するための流入流路と、
前記ロッドの内部から前記冷却流体が流出するための流出流路と
が形成されているウェストゲートバルブ。
【請求項２】
前記冷却流体流路の一方の端部は前記空洞内に位置し、
前記ロッドの内部には、前記空洞部と前記流入流路又は前記流出流路の一方とを連通する空間部が形成され、前記流入流路又は前記流出流路の他方は前記冷却流体流路に連通している、請求項１に記載のウェストゲートバルブ。
【請求項３】
前記冷却流体流路が形成された内管部材が前記ロッドの内部に挿入されており、前記内管部材を取り囲むように前記空間部が形成されている、請求項２に記載のウェストゲートバルブ。
【請求項４】
前記冷却流体は、前記ターボチャージャが搭載された車両のエンジンを冷却するための冷却水である、請求項１〜３のいずれか一項に記載のウェストゲートバルブ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のウェストゲートバルブと、
前記流入流路及び前記流出流路のそれぞれに接続された可撓性のホース部材と、
前記ウェストゲートバルブを駆動する駆動機構と
を備えるウェストゲートバルブ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ウェストゲートバルブ及びこのウェストゲートバルブを備えるウェストゲートバルブ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャを搭載した車両が急勾配の路面を上る場合や急加速をする場合、ターボチャージャにおいてウェストゲート流路の開度が調整されて、排気タービンへの排気ガスの供給量の調整が行われる。例えば特許文献１には、エンジンの吸気圧を利用したダイヤフラムを備える駆動源によってウェストゲートバルブを制御することでウェストゲート流路の開度が調整されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−２５２１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のウェストゲートバルブは、高温の排ガスに晒されて高温となるため、排ガス中の煤の固着や熱疲労による折損等のトラブルが問題となっていた。
【０００５】
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、冷却可能なウェストゲートバルブ及びこのウェストゲートバルブを備えるウェストゲートバルブ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも１つの実施形態に係るウェストゲートバルブは、
ターボチャージャの排気タービンのタービンハウジングに形成されたウェストゲート流路の開度を制御するウェストゲートバルブであって、
前記ウェストゲートバルブは、
ロッドと、
前記ロッドの一端に接続された弁体であって、前記ロッドがその長さ方向に移動することによって、前記タービンハウジングに形成された弁座に当接可能に構成された弁体と
を含み、
前記弁体の内部には空洞部が形成され、前記ロッドの内部には、前記空洞部に連通する冷却流体流路が形成され、
前記ロッドには、
前記ロッドの内部に冷却流体が流入するための流入流路と、
前記ロッドの内部から前記冷却流体が流出するための流出流路と
が形成されている。
【０００７】
上記（１）の構成によると、流入流路を介してロッドの内部に流入した冷却流体は、冷却流体流路及び空洞部を流通し、流出流路を介してロッドの内部から流出する。冷却流体は、空洞部を流通する際に、排ガスに晒されることによって加熱された弁体と熱交換することにより、ウェストゲートバルブを冷却することができる。
【０００８】
（２）いくつかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記冷却流体流路の一方の端部は前記空洞内に位置し、
前記ロッドの内部には、前記空洞部と前記流入流路又は前記流出流路の一方とを連通する空間部が形成され、前記流入流路又は前記流出流路の他方は前記冷却流体流路に連通している。
【０００９】
流入流路及び流出流路が冷却流体流路に連通するように形成されていると、冷却流体が主に冷却流体流路の流入流路及び流出流路間を流通する。この場合、流入流路又は流出流路のうち空洞部に近い方と空洞部との間に冷却流体のよどみが形成されてしまい、冷却流体と弁体との熱交換効率が低下するおそれがある。しかしながら上記（２）の構成によると、冷却流体流路の一方の端部が空洞部内に位置していることにより、流入流路が冷却流体流路に連通する場合には、冷却流体は、流入流路を介して冷却流体流路に流入し、冷却流体流路と空洞部と空間部とを順次流通して流出流路を介してロッドの内部から流出する。一方、流入流路が空間部に連通する場合には、冷却流体は、流入流路を介して空間部に流入し、空間部と空洞部と冷却流体流路とを順次流通して流出流路を介してロッドの内部から流出する。このため、冷却流体が確実に空洞部内を流通してロッドの内部から流出するようになるので、冷却流体と弁体との熱交換効率の低下を抑制することができる。
【００１０】
（３）いくつかの実施形態では、上記（２）の構成において、
前記冷却流体流路が形成された内管部材が前記ロッドの内部に挿入されており、前記内管部材を取り囲むように前記空間部が形成されている。
【００１１】
上記（３）の構成によると、空洞部に連通する空間部をロッドの内部に形成し、この空間部に内管部材を挿入することでウェストゲートバルブを形成することができるので、ウェストゲートバルブを容易に製造することができる。
【００１２】
（４）いくつかの実施形態では、上記（１）〜（３）のいずれかの構成において、
前記冷却流体は、前記ターボチャージャが搭載された車両のエンジンを冷却するための冷却水である。
【００１３】
上記（４）の構成によると、冷却流体として既存の冷却水を使用することにより、冷却流体を別途用意する必要がないので、コスト上昇を抑制することができる。
【００１４】
（５）本発明の少なくとも１つの実施形態に係るウェストゲートバルブ装置は、
上記（１）〜（４）のいずれかのウェストゲートバルブと、
前記流入流路及び前記流出流路のそれぞれに接続された可撓性のホース部材と、
前記ウェストゲートバルブを駆動する駆動機構と
を備える。
【００１５】
上記（５）の構成によると、流入流路及び流出流路のそれぞれに可撓性のホース部材が接続されていることにより、駆動機構によって駆動されるウェストゲートバルブの動きに対するホース部材の追従性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、流入流路を介してロッドの内部に流入した冷却流体は、冷却流体流路及び空洞部を流通し、流出流路を介してロッドの内部から流出する。冷却流体は、空洞部を流通する際に、排ガスに晒されることによって加熱された弁体と熱交換することにより、ウェストゲートバルブを冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本開示の実施形態１に係るウェストゲートバルブ装置の構成模式図である。
【図２】本開示の実施形態１に係るウェストゲートバルブの断面図である。
【図３】本開示の実施形態２に係るウェストゲートバルブの断面図である。
【図４】本開示の実施形態２に係るウェストゲートバルブの変形例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１９】
（実施形態１）
図１に示されるように、ターボチャージャ１はコンプレッサ２及び排気タービン３を備えている。コンプレッサ２は、インペラ２ａと、インペラ２ａを内部に含むコンプレッサハウジング２ｂとを備えている。排気タービン３は、インペラ３ａと、インペラ３ａを内部に含むタービンハウジング３ｂとを備えている。インペラ２ａとインペラ３ａとは回転軸４によって連結されている。
【００２０】
コンプレッサ２の吐出側流路１２は、図示しないインテークマニホールドを介してエンジン４０の各シリンダに連通している。排気タービン３の吸入側流路１３は、図示しないエキゾーストマニホールドを介してエンジン４０の各シリンダに連通している。タービンハウジング３ｂには、排気タービン３の吸入側流路１３と排気タービン３の吐出側流路１６とを連通するウェストゲート流路１７が形成されている。すなわち、ウェストゲート流路１７は、排気タービン３のインペラ３ａをバイパスする流路である。
【００２１】
ターボチャージャ１は、ウェストゲート流路１７を流れるエンジン４０からの排ガスの流量、すなわち排気タービン３のインペラ３ａを流れる排ガスの流量を調整するためのウェストゲートバルブ装置２０を備えている。ウェストゲートバルブ装置２０は、ウェストゲート流路１７の開度を制御するウェストゲートバルブ２１と、ウェストゲートバルブ２１を駆動する駆動機構３０と、後述する動作でウェストゲートバルブ２１の内部に冷却流体を流出入させるための可撓性のホース部材３１，３２とを備えている。
【００２２】
エンジン４０は、エンジン４０を冷却するための冷却水が循環する冷却水循環経路４１を有している。冷却水循環経路４１には、冷却水を昇圧するためのポンプ４２が設けられている。ポンプ４２の下流側及び上流側のそれぞれにおいて、冷却水循環経路４１から分岐管４３及び４４が分岐しており、分岐管４３及び４４のそれぞれの端部には、仕切バルブ４５及び４６が設けられている。仕切バルブ４５及び４６のそれぞれには、ホース部材３１及び３２が接続されている。
【００２３】
ウェストゲートバルブ２１は、タービンハウジング３ｂ内においてウェストゲート流路１７を画定する内周面の一部に形成された弁座５に当接可能に構成された弁体２２と、一端が弁体２２に接続されたロッド２３とを備えている。弁体２２に接続されたロッド２３の一端とは反対側の他端がタービンハウジング３ｂを貫通してタービンハウジング３ｂの外部に位置している。駆動機構３０には、空気圧、油圧、又は電気等でロッド２３の長さ方向にウェストゲートバルブ２１を移動させることができる任意の装置を使用することができる。
【００２４】
図２に示されるように、弁体２２の内部に空洞部２４が形成されている。ロッド２３の内部には、空洞部２４に連通する冷却流体流路２５がロッド２３の長さ方向に延びるように形成されている。ロッド２３には、冷却流体流路２５に連通する流入流路２６及び流出流路２７が形成されている。
【００２５】
流入流路２６及び流出流路２７の形成位置は任意ではあるが、ウェストゲートバルブ２１がどのように移動しても流入流路２６及び流出流路２７がタービンハウジング３ｂの外部に位置するように、かつ、流入流路２６と流出流路２７とが可能な限り離れるように形成することが好ましい。実施形態１では一例として、弁体２２とは反対側のロッド２３の端部２３ａに流入流路２６が形成され、弁体２２に可能な限り近い位置に流出流路２７が形成されている。流入流路２６及び流出流路２７のそれぞれには、ホース部材３１及び３２が接続されている。
【００２６】
次に、実施形態１に係るウェストゲートバルブ装置２０の動作について説明する。
図１に示されるように、エンジン４０の稼働時において、コンプレッサ２によって圧縮された吸気は、吐出側流路１２を流通し、エンジン４０の各シリンダに吸引されて燃料と共に燃焼される。燃焼によって生じた排ガスは吸入側流路１３を流通し、排気タービン３に流入してインペラ３ａを回転させた後、吐出側流路１６を流通する。排ガスによるインペラ３ａの回転は、回転軸４を介してインペラ２ａに伝達されて、インペラ２ａを回転させる。
【００２７】
駆動機構３０によってウェストゲートバルブ２１が移動すると、弁体２２と弁座５との間の隙間の大きさが変化して、ウェストゲート流路１７の開度が調整される。尚、流入流路２６及び流出流路２７のそれぞれに可撓性のホース部材３１及び３２が接続されていることにより、駆動機構３０によって駆動されるウェストゲートバルブ２１の動きに対するホース部材３１及び３２の追従性を向上することができる。
【００２８】
ウェストゲート流路１７の開度が調整されると、ウェストゲート流路１７の開度に応じた流量で、エンジン４０の各シリンダから流出した排ガスの一部がウェストゲート流路１７を流通する。ウェストゲート流路１７を流通する排ガスの流量に応じて、排気タービン３に流入する排ガスの流量が変化し、インペラ３ａの回転状態が変化するので、それに応じてインペラ２ａの回転状態も変化し、吐出側流路１２内の圧力も変化する。
【００２９】
ウェストゲートバルブ２１がウェストゲート流路１７を完全に閉止している場合でも、任意の開度でウェストゲート流路１７を開いている場合でも、弁体２２は、吸入側流路１３を流通する高温の排ガスに晒されるため、加熱されて高温となる。排ガスに晒される弁体２２が高温になるほど、排ガス中の煤が弁体２２に付着してウェストゲートバルブ２１が固着するリスクが高まる。また、弁体２２が高温になるほど、熱疲労によるウェストゲートバルブ２１の折損等のリスクも高まる。
【００３０】
しかしながら、実施形態１に係るウェストゲートバルブ２１は、エンジン４０の稼働中に後述する動作で冷却されるので、そのようなリスクを低減することができる。以下に、ウェストゲートバルブ２１を冷却する動作について説明する。
【００３１】
エンジン４０は稼働中、ポンプ４２によって冷却水循環経路４１を循環する冷却水により冷却される。エンジン４０の稼働中に必要に応じて仕切バルブ４５及び４６が開かれると、ポンプ４２によって昇圧された冷却水の一部が分岐管４３を介してホース部材３１に流入する。冷却水は、ホース部材３１を流通した後、図２に示されるように、流入流路２６を介してロッド２３の内部に流入する。ロッド２３の内部に冷却水が流入すると、冷却水が冷却流体流路２５及び空洞部２４を満たしていく。冷却流体流路２５及び空洞部２４が冷却水で満たされると、ロッド２３の内部にさらに冷却水が流入することにより、ロッド２３内の冷却水の一部が流出流路２７を介してロッド２３内から流出し、ホース部材３２に流入する。ホース部材３２に流入した冷却水は、分岐管４４（図１参照）を介して冷却水循環経路４１（図１参照）に戻される。
【００３２】
冷却水は、ロッド２３内でこのように冷却流体流路２５及び空洞部２４を流通してロッド２３から流出するが、冷却水が空洞部２４を流通する際に、冷却水と弁体２２とが熱交換することにより、加熱された弁体２２が冷却される。これにより、ウェストゲートバルブ２１が固着するリスク及び熱疲労によるウェストゲートバルブ２１の折損等のリスクが低減される。
【００３３】
このように、流入流路２６を介してロッド２３の内部に流入した冷却流体は、冷却流体流路２５及び空洞部２４を流通し、流出流路２７を介してロッド２３の内部から流出する。冷却流体は、空洞部２４を流通する際に、排ガスに晒されることによって加熱された弁体２２と熱交換することにより、ウェストゲートバルブ２１を冷却することができる。
【００３４】
（実施形態２）
次に、実施形態２に係るウェストゲートバルブ装置について説明する。実施形態２に係るウェストゲートバルブ装置は、実施形態１に対して、ウェストゲートバルブ２１の構成を変更したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
図３に示されるように、ロッド２３の内部には、空洞部２４に連通する空間部５０がロッド２３の長さ方向に延びるように形成されている。ロッド２３の端部２３ａには、空間部５０と連通する貫通孔５２が形成されている。貫通孔５２から空間部５０内に内管部材５１が挿入され、ロッド２３と内管部材５１とは二重管構造になっている。すなわち、空間部５０は、内管部材５１を取り囲むように形成されている。内管部材５１の内部で内管部材５１の長さ方向に延びるように形成された空間は、実施形態２では冷却流体流路２５を構成する。
【００３６】
内管部材５１の一方の開口端部５１ａ、すなわち冷却流体流路２５の一方の端部は、空洞部２４内に位置している。内管部材５１の他方の開口端部５１ｂはロッド２３の外部に位置している。すなわち、ロッド２３の開口端部５１ｂを含む一部がロッド２３の端部２３ａから突出している。ロッド２３の端部２３ａから突出した部分にホース部材３１を接続することができるため、ロッド２３の端部２３ａから突出した部分は、実施形態２では流入流路２６を構成する。その他の構成は実施形態１と同じである。
【００３７】
尚、実施形態２に係るウェストゲートバルブ２１は、空洞部２４に連通する空間部５０をロッド２３の内部に形成し、この空間部５０内に内管部材５１を挿入することでウェストゲートバルブ２１を形成することができるので、ウェストゲートバルブ２１を容易に製造することができる。
【００３８】
実施形態１と同様にして、ホース部材３１を流通した冷却水は、流入流路２６を介して冷却流体流路２５に流入する。冷却水は、冷却流体流路２５を流通した後、開口端部５１ａを介して冷却流体流路２５から流出する。実施形態２では、開口端部５１ａが空洞部２４内に位置しているため、冷却流体流路２５から流出した冷却水は空洞部２４に流入する。空洞部２４に流入した冷却水は、空洞部２４から空間部５０へ流通し、流出流路２７を介してロッド２３の内部から流出し、ホース部材３２に流入する。その他の動作は実施形態１と同じである。
【００３９】
実施形態１のように流入流路２６及び流出流路２７が冷却流体流路２５に連通するように形成されていると、冷却水が主に冷却流体流路２５の流入流路２６及び流出流路２７間を流通する。この場合、流出流路２７と空洞部２４との間に冷却水のよどみが形成されてしまい、冷却水と弁体２２との熱交換効率が低下するおそれがある。しかし実施形態２では、冷却流体流路の一方の端部が空洞部２４内に位置していることにより、冷却流体流路２５を流通する冷却水は、冷却流体流路２５の端部から空洞部２４に流入した後、空間部５０を流通して流出流路２７を介してロッド２３の内部から流出する。このため、冷却水は確実に空洞部２４内を流通するようになるので、冷却水と弁体２２との熱交換効率の低下を抑制することができる。
【００４０】
実施形態２では、冷却水は、流入流路２６を介してロッド２３の内部に流入し、冷却流体流路２５と空洞部２４と空間部５０とを順次流通した後、流出流路２７を介してロッド２３の内部から流出するが、この形態に限定するものではない。空間部５０に連通するように流入流路２６を形成するとともに、ロッド２３の端部２３ａから突出した部分を流出流路２７としてもよい。この場合でも、流入流路２６を介してロッド２３の内部に流入した冷却水は、空間部５０を介して空洞部２４に流入した後、開口端部５１ａから冷却流体流路２５に流入し、流出流路２７を介してロッド２３の内部から流出することにより、冷却水が確実に空洞部２４内を流通するようになるので、冷却水と弁体２２との熱交換効率の低下を抑制することができる。
【００４１】
実施形態２では、ウェストゲートバルブ２１は、ロッド２３と内管部材５１との二重管構造であったが、この形態に限定するものではない。冷却流体流路２５が形成された内管部材５１を取り囲むように空間部５０が存在するのではなく、図４に示されるように、空洞部２４と流出流路２７とを連通する空間部５０がロッド２３内の一部に構成された形態であってもよい。
【００４２】
実施形態１及び２では、弁体２２と熱交換する冷却流体は、エンジン４０を冷却するための冷却水であったが、この形態に限定するものではない。ウェストゲートバルブ装置２０に使用される冷却流体として、任意の流体を貯留して使用するようにしてもよい。ただし、冷却流体として既存の冷却水を使用することにより、冷却流体を別途用意する必要がないので、コスト上昇を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  ターボチャージャ
２  コンプレッサ
２ａ  （コンプレッサの）インペラ
２ｂ  コンプレッサハウジング
３  排気タービン
３ａ  （排気タービンの）インペラ
３ｂ  タービンハウジング
４  回転軸
５  弁座
１２  （コンプレッサの）吐出側流路
１３  （排気タービンの）吸入側流路
１６  （排気タービンの）吐出側流路
１７  ウェストゲート流路
２０  ウェストゲートバルブ装置
２１  ウェストゲートバルブ
２２  弁体
２３  ロッド
２３ａ  （ロッドの）端部
２４  空洞部
２５  冷却流体流路
２６  流入流路
２７  流出流路
３０  駆動機構
３１  ホース部材
３２  ホース部材
４０  エンジン
４１  冷却水循環経路
４２  ポンプ
４３  分岐管
４４  分岐管
４５  仕切バルブ
４６  仕切バルブ
５０  空間部
５１  内管部材
５１ａ  （内管部材の）開口端部（冷却流体流路の端部）
５１ｂ  （内管部材の）開口端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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