(57)【要約】  フラップ弁（２）、特に内燃機関用の排気タービン式過給機（３）の内部のウェストゲートフラップを作動させるための装置（１）であって、アクチュエータ（５）により実質的に軸方向に変位可能であるとともに、前記アクチュエータ（５）とは反対側のところで第１のピン（６）を介して第１のガイド溝（７）に沿って案内されるようになっているコントロールロッド（４）を有している装置（１）において、スライダ（８）が、前記第１ピン（６）にピボット式に配設されて、前記第１ピン（６）とは反対側で、第２のピン（９）を介して前記第１ガイド溝（７）に沿って案内され、またその際には、前記第２ピン（９）にスイングレバー（１１）がピボット式に配設されて、前記スイングレバー（１１）が、前記第２ピン（９）とは反対側で機械ハウジング、好ましくはタービンハウジング（１７）の内部に回転自在に支承され、さらに前記スイングレバー（１１）には、前記第２ピン（９）とは反対側に前記フラップ弁（２）が配置される。本発明にしたがった構成方式により、有利なことにもフラップ弁の非線形調整が可能となる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フラップ弁（２）、特に内燃機関用の排気タービン式過給機（３）における内部のウェストゲートフラップを作動させるための装置（１）であって、
アクチュエータ（５）により実質的に軸方向に変位可能であるとともに、前記アクチュエータ（５）とは反対側のところで第１のピン（６）を介して第１のガイド溝（７）にて案内されるようになっているコントロールロッド（４）を有している、装置（１）において、
前記第１ピン（６）にスライダ（８）がピボット式に配設されて、前記第１ピン（６）とは反対側で、第２のピン（９）を介して前記第１ガイド溝（７）にて案内されること、またその際、
前記第２ピン（９）にスイングレバー（１１）がピボット式に配設されており、前記スイングレバー（１１）が、前記第２ピン（９）とは反対側で機械ハウジング、好ましくはタービンハウジング（１７）の内部に回転自在に支承されており、さらに前記スイングレバー（１１）には、前記第２ピン（９）とは反対側に前記フラップ弁（２）が配置されていること
を特徴とする、装置（１）。
【請求項２】
前記スイングレバー（１１）に差し込まれている前記第２ピン（９）が、第３のガイド溝（１３）に支承されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のガイド溝（７）および／または第３のガイド溝（１３）が湾曲形状を有することを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１のピン（６）および／または第２のピン（９）が、前記第１のガイド溝（７）および／または第３のガイド溝（１３）にころがり軸受により支承されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記第１のガイド溝（７）がガイドプレート（１２）に位置固定で配設されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記第１のガイド溝（７）が、第１のガイド溝（７）と第２のガイド溝（１０）とに分割されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記アクチュエータ（５）が空気圧式または電動式または油圧式で作動可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記アクチュエータ（５）が超過圧力式または負圧式のアクチュエータであることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念（所謂おいて書き部分、プリアンブル部分）に記載の各特徴を具備したフラップ弁を作動させるための装置に関する。
本発明が関するところのものは、負圧を用いて作動されるウェストゲートフラップ（バイパスフラップ）を使用して過給圧の制御を実行する、排気タービン式過給機の量産品である。そこでは負圧箱の内部で発生された力が、一本のロッドを介してウェストゲートフラップに伝達されるようになっている。
【背景技術】
【０００２】
背景技術としては例えば、本発明の前提技術である特許文献１を参照されたい。同文献には、内燃機関に接続された排気タービン式過給機のコンプレッサ出力を制御するための装置が説明されている。同文献の発明は、一方の圧力室（超過圧力調整器）が圧力源に接続され、他方の圧力室（負圧調整器）が吸引ポンプに接続されている、一種の双レベル・アネロイド箱を使用して、ウェストゲートバルブを開閉することを提案している。この発明は、内燃機関の運転状態とは関係なく、ウェストゲートバルブないしはウェストゲートフラップの全調整域を常時利用可能であるという長所を有している。これには特に、過給圧を不要とする内燃機関の部分負荷運転時にウェストゲートバルブを完全に開弁することが可能となり、それにより絞り損失やラム圧損失を低減することができるという長所がある。
【０００３】
背景技術のこのような構成方式により、全調整域にわたり概ね線形に推移する圧力‐ストローク曲線が達成されることになる。
ウェストゲートのアクチュエータ系が、特に負圧を利用して動作制御を行うタイプのものである場合は、負圧箱の内部で発生される力も、また通例はアクチュエータのロッドのストロークも、著しく制限されることになる。その結果、ウェストゲートフラップが実地において実行可能な開度は極僅かとなっており、このためウェストゲート通路を解放できたとしても、流れに関しては種々の制約を伴うことになる。しかしながら排気系および過給系に対して様々な要求が課されている一定の状況下では、バイパスとも呼ばれるウェストゲートの開き方を非常に大きくすることで、今日の慣行である最大開度を超えてこれを開弁することが要求される場合がある。
【０００４】
例えば、内燃機関の始動直後の数秒間は、高温の排出ガスがウェストゲートを通り触媒コンバータのモノリスに直接到達して、そこで、排気タービン式過給機のタービンを通る流路の場合のように多くのエンタルピを損失することなく、触媒コンバータのいわゆる着火挙動を狙い通りに加速化することによって、極めて迅速な触媒応答が達成されることになる、すなわち触媒コンバータはその転換温度の５０％に達することになる。
【０００５】
可能な開口範囲を拡大するために、ウェストゲートフラップのインナレバーとアウタレバー間のレバー比を連続可変式とする対策は、その場合にはアクチュエータ系により加えなければならない力が増大することからも、上述の目的に沿うとはいえ、かなりの制約を伴うものとなっている。今日広く一般に導入されているような負圧系は、正にこの領域で著しい限界を露呈している。負圧箱で発生される最大の力は、最大限可能な負圧とアクチユエータの内部で実現可能なメンブレン面積の積として求められることからも、この系の限界はたちどころに判然とする。この最大負圧については、理論上１ｂａｒ（実地においては約８００乃至９００ｍｂａｒ）の相対圧力が物理的上限となり、また最大メンブレン面積ないしは最大メンブレン径は、既存の取付け空間により、それを上限として決まってしまうのが通例である。またメンブレンも、その所与の直径で変形できるのはある程度だけに限られているために、その結果としてアクチュエータ系のストロークも限定されている。
【０００６】
負圧を利用した動作制御が行われる系では、実現可能な相対圧力が一段と高くなるために、より大きな力を加えることが可能となるものの、そのストロークは同様に限定されている。
電気式アクチュエータ系を有する系では、確かにより大きな力とストロークの増大を同時に達成することができるが、しかしながら伝動機構を一体化したアクチュエータは、よく使用される負圧箱ないしはアネロイド箱よりも格段と大型の構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ドイツ特許出願公開第１００２７６６８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、アクチュエータが、同じストロークでもより大きなフラップ開度もしくはより大きな力を具現できるようにする対策を提示することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、請求項１の特徴部分に記載の各特徴により解決される。
本発明においては対策として、ウェストゲートフラップを「ゲート式ガイド機構」を利用して制御することが企図されている。本発明は特に、スイングレバーであるウェストゲートレバーにおいて可変レバー比が実現されることを特色としている。ウェストゲートレバーの閉弁動作時には、ウェストゲートレバーに作用するコントロールロッドの力の作用点の梃子の腕の長さが増大されることにより、ウェストゲートフラップの高い閉弁力とならび、これを閉弁状態に保持するための高い保持力を実現している。これとは逆の、ウェストゲートフラップを開く向きへの動作時には、梃子の腕の長さが短くなるが、その結果、コントロールロッドの同じストローク量で、ウェストゲートフラップの開度の増大を達成することができる。そのようなキネマティクス配列のレバー比および角度比を適切に量定することにより、力の比およびストロークの比についても、その時々の適用例に対応して、目的に適うように量定することが可能とする。
【００１０】
周辺条件および系に対する特殊な要求項目に応じて、様々なキノマティクス配列が考えられる。図１に示される系は、可能性のある配列をあくまでも模範的な例として示すものに過ぎない。それぞれのガイド溝（ゲート）に沿ってスライダが移動するようになっているが、これらのガイド溝は、図示されるように別体のガイド溝として構成されたものであっても、または互いにつながり合って一つの溝となっているガイド溝であってもかまわない。その際にこれらのガイド溝は、それぞれ異なる実施例として、直線状または弓形に構成されたものであってもよいし、あるいはいわんや任意の曲線を描くように具現されてもよい。そこではこれらのガイド溝の形状が、アクチュエータがウェストゲートフラップを移動させる際に利用されるストローク‐角度関数に影響を与えるための、一種の操作量となっている。
【００１１】
このストローク‐角度関数には同様に、スライダがガイド溝に沿って移動する距離である、スライダに取り付けられた第１および第２のピン間の距離によっても影響を与えることができる。スライダに作用するコントロールロッドの力の作用点およびスイングレバーに作用するスライダの力の作用点は、二本のピンの位置に全く関係なく選定することができる。図１においては二本のピンとこれらの力の作用点とがぴたりと重なり合っており、それによりこれらを設計構造上非常に簡単に具現できるようになっているが、それにより構成部品点数や組付け工数も僅かに抑えられることになる。
【００１２】
さらにその上に、上記で説明したスライダの力の作用点とコントロールロッドの力の作用点とが、スイングレバーのところで一つになるようにして、一つの共通ガイド溝に沿って案内されるようにすることによって、スライダを放棄することも考えられる。しかしながらこの場合は、コントロールロッドのこの結合点自体が、ガイド溝に沿って案内される際にロッド軸線に対して一段と大きな横運動を実施する必要が生じるために、その結果としてメンブレンならびにアクチュエータ系の負荷が増大し、場合によっては寿命も縮まることになりかねない。これを回避するためにも、さらに別の代替実施例においてはコントロールロッドを軸方向に案内できるようにすることで、コントロールロッドがその主たる運動方向に対して横向きに退避し得ないようにしている。この場合はレバーを使用するコントロールロッド専用のゲート式ガイド機構を不要として、コントロールロッドの作用点をスイングレバーの力の作用点と結合することができる。
【００１３】
さらにもう一つの実施形態においては、二つ以上のスライダを備えられるようにもなっているが、それによりフラップ弁の操作運動をさらに的確に量定できるようになる。
それぞれのガイド溝の幾何形状の選択、コントロールロッドとスイングレバーの結合点の位置、一つまたは複数のスライダの案内点間の距離、それ以外のレバー比および幾何寸法比、および様々な運転点においてその時々に設定される角度についても、設計対象である系の要件を踏まえて、必要に応じて選定されるようにするとよい。
【００１４】
本発明の有利な展開構成例については、従属請求項から読み取ることができる。
請求項２に記載の構成形態によれば、有利なことにもウェストゲートフラップのインナレバーとアウタレバー間の可変レバー比を実現できるようになっている。
【００１５】
請求項３に記載の構成形態は、様々なキネマティクスを許容する非常に好ましい変形実施例である。
請求項４に記載の構成形態により、装置の内部摩擦が低減されて摩耗量が減少する。
【００１６】
請求項５に記載の構成形態は、非常に好ましい変形実施例である。
請求項６に記載の構成形態は、高い機械強度を兼ね備えた、キネマティクスに関して非常に定評ある実施形態の一例である。
【００１７】
請求項７および８に記載のアクチュエータは、非常に定評ある変形実施例である。
以下では、四つの図に示される二つの実施例に基づいて本発明を詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明にしたがったフラップ弁を作動させるための装置の第１実施例を上から見た図である。
【図２】三次元で描写されたフラップ弁を作動させるための装置の第２実施例を上から見た図である。
【図３】本発明にしたがったフラップ弁を作動させるための装置のフラップアームの断面図である。
【図４】本発明にしたがったフラップ弁を作動させるための装置の第１ピンの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１には、本発明にしたがった、フラップ弁２、特に内燃機関用の排気タービン式過給機３の内部のウェストゲートフラップを作動させるための装置１を上から見た図が示されている。この装置１は、図２に示されるアクチュエータ５により実質的に軸方向に変位可能であるとともに、このアクチュエータとは反対側のところで第１のピン６を介して第１のガイド溝７に沿って案内されるようになっている一本のコントロールロッド４から成っている。この第１ピン６にはさらに一つのスライダ８がピボット式に配設されているが、このスライダ８は、第１ピン６とは反対側で第２のピン９を介して第２のガイド溝１０に沿って案内されるようになっており、そこではさらにこの第２ピン９に一つのスイングレバー１１がピボット式に配設されている。このスイングレバー１１は、第２ピン９とは反対側で一つのフラップアーム１６を介して機械ハウジング、例えば排気タービン式過給機３のタービンハウジング１７の内部に回転自在に支承されており、そこではこのフラップアーム１６にフラップ弁２が取り付けられている。
【００２０】
この第１実施例においては、ガイドプレート１２に第１のガイド溝７と第２のガイド溝１０とが設けられている。それ以外にもスイングレバー１１には、第２ピン９用の第３のガイド溝１３が設けられている。この第１実施例においては、これらのガイド溝７、１０、１３が直線状に実施されているが、第１および／または第２および／または第３のガイド溝７、１０、１３には任意の曲線形状を持たせることもできる。
【００２１】
非常に好ましい実施例においては、第１および／または第２のピン６、９が、摩擦を低減し、それにより摩耗量および操作力を減少するために、第１および／または第２および／または第３のガイド溝７，１０，１３にころがり軸受により支承されている。
【００２２】
第１および第２のゲート溝７、１０は、好ましいことにも排気タービン式過給機３のタービンハウジング１７の部材であるか、またはこれに固定接続される付属品であるガイドプレート１２に設けられることが好ましい。
【００２３】
図２に示されるアクチュエータ５は、空気圧式または電動式または油圧式で作動されると非常に好ましい。空気圧式アクチュエータ５である場合は、超過圧力式または負圧式のアクチュエータであることが好ましい。
【００２４】
さらにもう一つの実施例においては、スライダ８をコントロールロッド４とスイングレバー１１とガイドプレート１２との間に配置できるようになっている。
図２には、排気タービン式過給機３に配設されている、本発明にしたがったフラップ弁２を作動させるための装置１を上から見た図が示されている。原則的に図２のキネマティクスは図１と同じであるが、この第２実施例においてはガイドプレート１２が湾曲している第１のガイド溝７とならび、湾曲している第２のガイド溝１０を有している。コントロールロッド４を駆動するためのアクチュエータ５も図示されている。図１に関して既に説明したように、ガイドプレート１２は排気タービン式過給機３のタービンハウジング１７に固定式に取り付けられている。
【００２５】
図３には、本発明にしたがった装置１のタービンハウジング１７およびフラップアーム１６の断面図が示されている。図３においては第２ピン９用のころがり支承部１４をはっきりと確認することができるが、それ自体は一つのロッキング装置１５により保持されている。図３ではさらに、本発明にしたがった装置１の三層構造の実施形態を確認することができる。装置１のタービンハウジング１７とは反対側にはスイングレバー１１が、タービンハウジング１７と向き合った側にはスライダ８が、この両者の間に、タービンハウジング１７に対して位置が固定されたガイドプレート１２が配置されている。既に言及したようにスライダ８をコントロールロッド４とスイングレバー１１とガイドプレート１２の間に配置することもできる。
【００２６】
図４には、第１ピン６およびタービンハウジング１７の一部の断面図が示されている。この第１ピン６も、ロッキング装置１５に加え、ここでもまたころがり軸受１４を有しており、ガイドプレート１２はタービンハウジング１７に位置を固定して配置されている。
【００２７】
従来構造のロッドタイプのアクチュエータ系と比較して、本発明により、同じアクチュエータ５を使用して、フラップ開度の大幅な増大を具現することができる。力とストロークに関する設計上の重要ポイントについては、周辺条件や系に対して課せられる特殊な要求項目に応じてこれらを幅広い範囲で定義して設定することができる。
【００２８】
例えばウェストゲートフラップ２が閉弁点にあるときには、大きな力を伝達するために有利な運動状況が達成されるよう模索するとよいのに対して、それとは逆の向きについては、開度を大きくとるのと同時に、作動力に対する要求を大幅に低減することが考えられる。
【００２９】
以上を簡単に要約すると、特に次の長所が明らかである。
・ゲート式ガイド機構を利用した制御により、ウェストゲートフラップの最大開度を増大することができる
・大開度にもかかわらず、高い閉弁力を達成することができる
・十二分に簡単に影響を与えることができる角度‐ストローク関数特性（逓減から逓増まで）
・電気式ウェストゲート・アクチュエータを使用するアクチュエータ系の電動化は一切不要
・将来的な排出ガス基準（例：ＥＵ６）を充足する、触媒コンバータの着火挙動の加速化が可能
・タービン動作点の高負荷域へのシフトが可能
・エンジン制御の実行に際し、応用面での可能性が拡大
・電気式操作装置に対して構成部品コストが低減
・今日のターボチャージャ量産品の構造は、本発明にしたがったゲート式ガイド機構を利用した制御方式に容易に適合可能
【符号の説明】
【００３０】
１  装置
２  フラップ弁
３  排気タービン式過給機
４  コントロールロッド
５  アクチュエータ
６  第１ピン
７  第１ガイド溝
８  スライダ
９  第２ピン
１０  第２ガイド溝
１１  スイングレバー
１２  ガイドプレート
１３  第３ガイド溝
１４  ころがり軸受
１５  ロッキング装置
１６  フラップアーム
１７  タービンハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2013531179.tif 000007
2013531179.tif 000008
2013531179.tif 000009
2013531179.tif 000010
2013531179.tif 000011
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