(57)【要約】【課題】機関の運転状態に応じてきめ細かく過給できる排気ターボ過給機を提供する。【解決手段】排気ターボ過給機は、排気導入口４と排気ターボ過給機と排気出口５、及びバイパス通路８を備えている。排気導入口４とバイパス通路８との間には弁室１１が形成さされており、ウエストゲート弁部１２ａが、排気導入口４と弁室１１との両方に入り込み得るように配置されている。ウエストゲート弁部１２ａには排気導入口４に突出可能な流速調節弁１２ｂを一体に設けている。排気導入口４を全開した状態でウエストゲート弁部１２ａが弁室１１に入り込むことで、流速調節弁１２ｂを排気導入口４に突出させて排気ガスの流速を早めることができる。排気ガスをバイパス通路８にリークさせることと、流速を変えて排気タービン２の出力を調節することとを、１つのアクチュェータ１５によって実現できる。【選択図】図３
2015031160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気タービンを配置したタービン室の上流側には排気導入口が連通して下流側には排気出口が連通しており、前記排気導入口と排気出口とはバイパス通路で接続されている構成であって、
前記排気導入口からバイパス通路に流れる排気ガスの量を調節するウエストゲート弁と、前記バイパス通路を全閉した状態で前記排気導入口の流路面積を変えることで排気ガスの流速を調節する流速調節弁とが、１つのアクチュェータで駆動されるように設けられている、
排気ターボ過給機。
【請求項２】
前記ウエストゲート弁と流速調節弁とは、排気ガスの流れ方向と直交した回動軸心回りに一緒に回動する弁板として一体化しており、回動軸心を当該弁板の一端と他端との間でかつ前記排気導入口の縁部に位置させることにより、回動軸心よりも上流側をウエストゲート弁部に成して回動軸心よりも下流側を流速調節弁部と成しており、
前記弁板が排気ガスの流れ方向と略平行になって前記バイパス通路を全閉した姿勢を基準にして、前記弁板を一方方向に回動させると、前記ウエストゲート弁は排気導入口から離反しつつ流速調節弁が排気導入口の内部に突出することで排気ガスの流速が高くなり、前記弁板を他方方向に回動させると、前記流速調節弁部は排気導入口から後退して前記ウエストゲート弁部が排気導入口に入り込んでバイパス通路に流量する排気ガスの量が調節される、
請求項１に記載した排気ターボ過給機。
【請求項３】
前記弁板における流速調節弁のうち回動軸心を挟んだウエストゲート弁と反対側の縁に、前記排気導入口の内部に入り込むように回動した状態で排気ガスが前記バイパス通路の側に流入することを阻止する円弧状のシールリブを設けている、
請求項２に記載した排気ターボ過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、車両用等の内燃機関に使用する排気ターボ過給機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排気ターボ過給機には、過過給の防止等のために排気ガスをタービン室に経由させずに排気出口に導くバイパス通路が設けられており、排気ガスのバイパス量はウエストゲート弁で調節されている。
【０００３】
この点について特許文献１には、ウエストゲート弁を設けていても、機関低速時のタービン特性を高めるためにスクロール面積を小さくすると機関高速時にタービン出口圧力が過剰に高くなる問題があるとして、タービン室の始端部に半径方向に回動する可動蓋を設け、排気ガスの流路の断面積を調節することで回転数に応じて適切な過給出力を得る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−１０１１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のものは、タービン室に流入する排気ガスの流速を調節すること（或いは容量を調節すること）と同じであり、排気ターボ過給機を駆動している状態で機関回転数や負荷等に応じて排気ガスの流速を変えて過給出力を調節すること自体は合理性があると云える。
【０００６】
さて、特許文献１は、ウエストゲート弁を廃止して流路断面積の調節に置き換えるものであり、排気ターボ過給機は常に駆動されているため、過給が必要でないにもかかわらず排気ターボ過給機が駆動されることで排気抵抗が増大して燃費が悪化する問題や、機関始動時にも排気ガスがタービン室に流れることで排気ガスの温度低下が促進されて、排気ガス浄化用触媒の活性が遅れて排気ガスの浄化が不十分になる問題等が懸念される。
【０００７】
つまり、流路の断面積の調節のみでは、適切な調節は難しいと云える。この点については、特許文献１の可動蓋に加えてウエストゲート弁を設けたらよいと云えるが、ウエストゲート弁と可動蓋とを別々のアクチュェータで駆動すると、それだけ構造が複雑化してコストも大きくアップしてしまうことになる。
【０００８】
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、排気ターボ過給機のきめ細かな調節・制御を簡単な構造で実現せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明の排気ターボ過給機は、排気タービンを配置したタービン室の上流側には排気導入口が連通して下流側には排気出口が連通しており、前記排気導入口と排気出口とはバイパス通路で接続されている構成であり、請求項１の発明では、前記排気導入口からバイパス通路に流れる排気ガスの量を調節するウエストゲート弁と、前記バイパス通路を全閉した状態で前記排気導入口の流路面積を変えることで排気ガスの流速を調節する流速調節弁とが、１つのアクチュェータで駆動されるように設けられている。
【００１０】
請求項２の発明では、請求項１において、まず、前記ウエストゲート弁と流速調節弁とは、排気ガスの流れ方向と直交した回動軸心回りに一緒に回動する弁板として一体化しており、回動軸心を当該弁板の一端と他端との間でかつ前記排気導入口の縁部に位置させることにより、回動軸心よりも上流側をウエストゲート弁部に成して回動軸心よりも下流側を流速調節弁部と成している。
【００１１】
更に、前記弁板が排気ガスの流れ方向と略平行になって前記バイパス通路を全閉した姿勢を基準にして、前記弁板を一方方向に回動させると、前記ウエストゲート弁は排気導入口から離反しつつ流速調節弁が排気導入口の内部に突出することで排気ガスの流速が高くなり、前記弁板を他方方向に回動させると、前記流速調節弁部は排気導入口から後退して前記ウエストゲート弁部が排気導入口に入り込んでバイパス通路に流量する排気ガスの量が調節される。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２において、前記弁板における流速調節弁のうち回動軸心を挟んだウエストゲート弁と反対側の縁に、前記排気導入口の内部に入り込むように回動した状態で排気ガスが前記バイパス通路の側に流入することを阻止する円弧状のシールリブを設けている。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明では、過給が不要なときには排気ガスをバイパス通路にリークさせることができるため、排気ガスの流れ抵抗をできるだけ抑制して燃費の改善に貢献できると共に、暖機運転時には排気ガスをできるだけ降温させることなく浄化用触媒に導いて、触媒の早期活性化に貢献できる。
【００１４】
そして、タービン室に到る流路の断面積を流速調節弁で調節できるため、機関の回転数や負荷等に応じてタービンの出力を調節することができるのであり、結果として、排気ターボ過給機をきめ細かく調節・制御できるが、ウエストゲート弁と流速調節弁は１つのアクチュェータで行われるため、コストアップを抑制できると共に、スペースの増大防止、重量の増大防止という効果も発揮できる。
【００１５】
請求項２ではウエストゲート弁と流速調節弁とは弁板として一体化しているため、構造が一層簡単になってコスト抑制に貢献できる。また、請求項３の構成を採用すると、タービン室に向かう排気ガスがバイパス通路にリークすることを簡単な構造で防止できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態の断面図で、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ視断面図（平断面図）、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図（側断面図）で排気導入口を全閉している状態の図である。
【図２】（Ａ）は図１（Ｂ）のIIA-IIA 視断面図、（Ｂ）はバイパス通路を全閉して流速調節弁も後退させた基準状態（ニュートラル状態）の図である。
【図３】バイパス通路は全閉して流速調節弁を突出させた絞り状態の図である。
【図４】（Ａ）は第２実施形態の模式的な斜視図、（Ｂ）は第３実施形態の要部平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
(1).第１実施形態の構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜３に示す第１実施形態の構造を説明する。本実施形態は車両用内燃機関に搭載する排気ターボ過給機に適用しており、従来と同様に、主要要素としてハウジング１とこれに内蔵された排気タービン２とを有している。ハウジング１は、排気タービン２が収容されたタービン室（渦室）３と、タービン室３の始端に連続した排気導入口４と、タービン室３の終端に連続した排気出口５とを有している。
【００１８】
排気導入口４は、タービン室３に対してその外周の１つの接線の方向に延びており、排気導入口４に始端は排気マニホールド等の排気上流管６にフランジ接合等で接続される。排気出口５はタービン室３の回転軸心方向に延びており、従って、排気ガスはタービン室３に周方向から流入して軸方向に排出される。排気出口５には、排気管や触媒ケース等の排気通路がフランジ接合等で接続される。
【００１９】
排気タービン２は多数のブレードを有しており、軸心には回転軸７が固定されており、回転軸にコンプレッサ翼（図示せず）が固定されている。なお、ハウジング１は複数の部材で構成されているが、本図では便宜的に単一構造に表示している。
【００２０】
排気導入口４と排気出口５とは、湾曲したバイパス通路８で連通している。この場合、図１（Ｂ）のとおり、排気導入口４の内周部のうち、排気タービン２の回転軸心９と直交した方向でかつ排気導入口４の軸心１０を挟んでタービン室３と反対側の部位に、排気導入口４と連通した弁室１１を形成し、弁室１１のうち排気導入口４から遠い部分にバイパス通路８を開口させている。従って、排気ガスは弁室１１を経由してバイパス通路８に流入する。
【００２１】
そして、弁室１１と排気導入口４とで構成される空間に、回動式の弁板１２を配置している。弁板１２は帯板状の単一構造品であり、排気タービン２の回転軸心９と平行な駆動軸１３の軸心回りに回動するように配置されている。この場合、駆動軸１３は弁板１２のうち排気ガスの流れ方向から見て下流側に寄った部位に設けており、これにより、弁板１２のうち駆動軸１３よりも上流側の部分をウエストゲート弁部１３ａと成して、弁板１２のうち駆動軸１３よりも下流側の部分を流速調節弁部１３ｂと成している。
【００２２】
排気導入口４の始端部とタービン室３の始端部とは断面円形になっているが、排気導入口４のうち弁板１２が回動するエリアと弁室１１とで構成される空間は、弁板１２の回動を許容するため断面角形になっており、従って、排気導入口４の上下内面と弁室１１の上下内面とは同一面を成して連続している。
【００２３】
また、弁室１１の内周面のうち上流側の部分は、弁板１２におけるウエストゲート弁部１２ａの先端縁が近接して回動することを許容するフロント湾曲部１１ａになっている一方、弁室１１の内周面のうち下流側の部分は、弁板１２における流速調節弁部１２ｂの先端縁が近接して回動することを許容するリア湾曲部１１ａになっている。かつ、弁板１２における流速調節弁部１２ｂの先端縁は、駆動軸１３の軸線方向から見てバイパス通路８の側に向いて延びるシールリブ１４を一体に設けている。シールリブ１４は円弧状に湾曲していて、ハウジング１のリア湾曲部１１ａに近接している。
【００２４】
駆動軸１３は、アクチュェータ１５で駆動される。アクチュェータ１５は、ステップモータ等の回転量を任意に制御できるものが好ましい。なお、弁板１２における流速調節弁部１２ｂにシールリブ１４を設けることに代えて、又はこれに加えて、図１（Ｂ）に一点鎖線で示すように、弁板１２の内面から弁板１２の回動軸心に向けて延びる壁板１６を設けることも可能である。
【００２５】
(2).動きの説明
図１（Ｂ）は弁板１２で排気導入口４を全閉した状態を示しており、この状態では、排気ガスはタービン室３には流れずに全量が弁板１２を介してバイパス通路８に流れる。従って、例えば暖機運転時のように排気ターボ過給機を駆動する必要がない場合は、このモードとすることで、回転の安定や触媒の早期活性化に貢献できる。また、低回転・低負荷領域でもこのモードとすることで、排気抵抗を抑制できる。
【００２６】
図には表示していないが、排気導入口４の開度は任意に設定できる。従って、機関の回転数や負荷に応じて排気ガスがタービン室３に流れる量とバイパス通路８に逃げる量とを調節することで、適正な過給圧に調節できる。
【００２７】
図２（Ｂ）では、バイパス通路８を全閉して排気導入口４は全開した基準状態（ニュートラル状態）を示している。この状態では排気ガスは全量がタービン室３に流入しているが、排気導入口４の流路断面積は最大になっているので、排気ガスの流速は最も低い基準速度になっている。例えば、中回転で中負荷の場合のようにほどほどの過給圧でよい場合は、このモードとすることで適正な過給効果を得ることができる。
【００２８】
図３では、バイパス通路８は全閉で排気導入口４を絞った状態を示している。この状態では、排気ガスの全量がタービン室３に流入しつつ、排気ガスは排気導入口４の終端部において流路の断面積が狭まることで流速は速くなっており、このため、排気タービン２に作用する動圧は大きくなっていて、排気タービン２の出力も高くなっている。従って、過給圧は基準状態よりも高くなっている。
【００２９】
坂道走行のような中回転・高負荷状態など、機関に大量の燃料が必要な場合は、このモードとすることで高トルクを得ることができる。敢えて述べるまでもないが、排気導入口４の絞り量は弁板１１の開度を調節することで任意に設定できる。
【００３０】
この状態において、弁板１２における流速調節弁１２ｂにシールリブ１４を設けているため、流速調節弁１２ｂで排気導入口４の内部に突出させても排気ガスがバイパス通路８に流入することはない。この場合、排気ガスの逆流は図１（Ｂ）のように壁板１６を設けることによっても対処できるが、壁板１６を設けただけでは渦流が発生して排気タービン２の円滑な回転が損なわれるおそれがある。これに対して、シールリブ１４を設けると、排気ガスは渦流を発生させずにタービン室３にスムースに流入するため、排気タービン２の円滑な回転を確保できる利点がある。
【００３１】
(3).他の実施形態
上記の第１実施形態はウエストゲート弁部１２ａと流速調節弁１２ｂとを一体構造にした場合であったが、本願発明ではウエストゲート弁部１２ａと流速調節弁１２ｂとを別々の構造とすることも可能である。その例を図４に示している。
【００３２】
このうち図４（Ａ）に示す第２実施形態では、まず、ウエストゲート弁部１２ａの駆動軸１３ａを中空構造として、これに流速調節弁１２ｂの駆動軸１３ｂを挿入することで、ウエストゲート弁部１２ａと流速調節弁１２ｂとが同心の軸心回りに独自に回動し得るようになっている。ウエストゲート弁部１２ａの駆動軸１３ａは一端部と他端部との間が切欠かれていて、この切欠きの箇所において流速調節弁１２ｂが駆動軸１３ｂに固定されている。
【００３３】
ウエストゲート弁部１２ａは、弁室１１には入り込まないように、排気導入口４を開き切った状態でハウジング１の段部１７に当たっている。他方、流速調節弁１２ｂは図示しないばねにより、排気導入口４に突出していない閉じ姿勢に付勢されている。
【００３４】
そして、両駆動軸１３ａ，１３ｂには、ハウジング１の外側に露出したクランク状の押動部１３ａ′，１３ｂ′が設けられており、押動部１３ａ′，１３ｂ′に、アクチュェータ１５で駆動される操作リング１８が嵌まっている。
【００３５】
操作リング１８には、押動部１３ａ′，１３ｂ′が嵌まる第１及び第２の穴１９，２０が空いているが、流速調節弁１２ｂの押動部１３ｂ′が嵌まる第２穴２０は円弧状の長穴になっていて、ウエストゲート弁部１２ａが排気導入口４を開閉している状態では、操作リング１８のトルクは流速調節弁１２ｂには作用しない。すなわち、操作リング１８でウエストゲート弁部１２ａのみの開閉操作が行われる。
【００３６】
ウエストゲート弁部１２ａの押動部１３ａ′が嵌まっている第１穴１９も円弧状の長穴になっており、この第１穴１９には、ウエストゲート弁部１２ａの押動部１３ａ′を実線矢印の方向に押すストッパー２１が摺動自在に配置されており、ストッパー２１は、図示しないばねによって実線矢印方向に付勢されている。
【００３７】
従って、ばねで支持された状態で押動部１３ａ′が押されることで、ウエストゲート弁部１２ａは排気導入口４を開く方向（バイパス通路８を閉じる方向）に回動する。ウエストゲート弁部１２ａは排気導入口４を開き切る姿勢まで回動する。操作リング１８を更に実線矢印方向に回転させると、ウエストゲート弁部１２ａは回動を停止して、ストッパー２１がばねに抗して逃げ移動する一方、流速調節弁１２ｂの押動部１３ｂ′が操作リング１８で押されることで、流速調節弁１２ｂが排気導入口４の内部に突出する。
【００３８】
流速調節弁１２ｂはばねで閉じ姿勢に付勢されているので、操作リング１８を点線矢印方向に回転させると、流速調節弁１２ｂはばねによって閉じ方向に回動する。従って、操作リング１８の回転操作により、排気導入口４の流路面積を自在に調節することができる。
【００３９】
図４（Ｂ）に示す第３実施形態では、弁室１１に半円状の駆動部材２２を配置し、駆動部材２２でウエストゲート弁部１２ａ及び流速調節弁１２ｂを裏側から個別に押すことで、ウエストゲート弁部１２ａと流速調節弁１２ｂとを個別に回動できるようになっている。
【００４０】
この実施形態では、ウエストゲート弁部１２ａと流速調節弁１２ｂとは、排気導入口４の内周縁に沿って延びる閉じ姿勢（基準姿勢）にばねで付勢されている。また、ウエストゲート弁部１２ａと駆動部材２２と流速調節弁１２ｂとの回動支点は互いに分離しており、駆動部材２２と回動支点を挟んだ両側に、ウエストゲート弁部１２ａの回動支点と流速調節弁１２ｂの回動支点とが位置している。
【００４１】
図示での説明は省略するが、ウエストゲート弁部１２ａの裏面に駆動部材２２に相当する押圧部を設けて、押圧部で流速調節弁１２ｂを裏側から押すことで、流速調節弁１２ｂを排気導入口４の内部に向けて突出させることも可能である（この場合は、ウエストゲート弁部１２ａは第１実施形態と同様に弁室１１の内部に入り込む必要がある。）。
【００４２】
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えばウエストゲート弁と流速調節弁とは回動式には限らず、シャッター式なども採用できる。アクチュェータも、油圧式や電磁ソレノイド式、或いは、空圧（正圧又は負圧）を利用したものなど、種々のものを採用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本願発明は、実際に内燃機関の排気ターボ過給機に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１  ハウジング
２  排気タービン
３  タービン室
４  排気導入口
５  排気出口
８  バイパス通路
１１  弁室
１２  弁板
１２ａ  ウエストゲート弁部
１２ｂ  流速調節弁部
１３  駆動軸
１４  シールリブ
１５  アクチュェータ
【図１】
2015031160.tif 000003
【図２】
2015031160.tif 000004
【図３】
2015031160.tif 000005
【図４】
2015031160.tif 000006