(57)【要約】  タービンと、タービンを収容するタービンハウジングと、タービンに供給される排気ガスの流量を制御するためのタービンバイパスバルブとを備えるタービン過給機である。タービンハウジングの内部には、タービンに排気ガスを導くためのスクロール流路と、タービンに供給された排気ガスをタービンハウジングの外部に排出するための出口流路と、タービンを迂回して、スクロール流路と出口流路とを接続するバイパス流路とが形成される。タービンバイパスバルブは、弁棒と、弁棒を軸として回動する平板状の弁体と、バイパス流路の一部を内部に画定する筒状の弁ハウジングとを含む。そして、弁ハウジングが、タービンハウジングの内部において、バイパス流路の内周壁面に固定される。
2016157364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンと、
前記タービンを収容するタービンハウジングと、
前記タービンに供給される排気ガスの流量を制御するためのタービンバイパスバルブと、を備えるタービン過給機であって、
前記タービンハウジングの内部には、
前記タービンに前記排気ガスを導くためのスクロール流路と、
前記タービンに供給された前記排気ガスを前記タービンハウジングの外部に排出するための出口流路と、
前記タービンを迂回して、前記スクロール流路と前記出口流路とを接続するバイパス流路と、が形成され、
前記タービンバイパスバルブは、
弁棒と、
前記弁棒を軸として回動する平板状の弁体と、
前記バイパス流路の一部を内部に画定する筒状の弁ハウジングであって、
前記弁体の開度が０度である閉弁状態において、前記弁体の外周部が当接する、前記バイパス流路の軸方向と交差する方向に沿って延在する弁座シート面、及び
前記弁体の開度が０度より大きい開弁状態において、前記弁体の前記外周部との間に前記排気ガスが通過する通過領域を画定する、前記バイパス流路の前記軸方向に沿って延在する流路面、
が内周面に形成されている弁ハウジングと、を含み、
前記弁ハウジングが、前記タービンハウジングの内部において、前記バイパス流路の内周壁面に固定される
タービン過給機。
【請求項２】
前記弁ハウジングは、前記弁座シート面および前記流路面が内周面に一体的に形成された筒状の着座部を含み、
前記着座部が、前記タービンハウジングの内部において、前記バイパス流路の内周壁面に固定される
請求項１に記載のタービン過給機。
【請求項３】
前記バイパス流路の内周壁面には、平坦面と、前記平坦面の上流端から内側に向かって延在する段部とが形成され、
前記着座部が、前記バイパス流路の内周壁面に固定された状態において、前記着座部の一端面と前記段部とが当接するように構成される
請求項２に記載のタービン過給機。
【請求項４】
前記バイパス流路の内周壁面には、前記段部よりも上流側の位置に、上流側から下流側に向かって内部断面を拡幅する拡幅部が形成され、
前記弁体が前記閉弁状態から前記開弁状態に移行するときに、前記弁体の前記外周部が前記バイパス流路の下流側に向かって回動する側を一方側、前記弁体の前記外周部が前記バイパス流路の上流側に向かって回動する側を他方側、とした場合に、
前記他方側に位置する前記弁体の前記外周部が、前記拡幅部を通過するように構成される
請求項３に記載のタービン過給機。
【請求項５】
エンジンと、
前記エンジンから排出される排気ガスが導入される排気マニホールドと、
前記排気マニホールドから排出される前記排気ガスが流れる排気系統と、
前記排気マニホールドから排出される前記排気ガスにより駆動するように構成された高圧段タービンを有する高圧段過給機と、
前記高圧段過給機よりも前記排気系統の下流側に配置され、前記高圧段過給機から排出される前記排気ガスによって駆動するように構成された低圧段タービンを有する低圧段過給機と、を備える２段過給システムであって、
前記高圧段過給機が、請求項１から４の何れか一項に記載のタービン過給機からなる
２段過給システム。
【請求項６】
前記低圧段過給機が、請求項１から４の何れか一項に記載のタービン過給機からなる
請求項５に記載の２段過給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、タービン過給機、および高圧段過給機および低圧段過給機の２つのタービン過給機を備える２段過給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気マニホールドから排出される排気ガスにより駆動するように構成された高圧段タービンを有する高圧段過給機と、高圧段過給機よりも排気系統の下流側に配置され、高圧段過給機から排出される排気ガスによって駆動するように構成された低圧段タービンを有する低圧段過給機と、を備えた２段過給システムが知られており、近年、特に自動車用のディーゼルエンジン等において採用されるようになっている。【０００３】
エンジンの中、低速運転領域では、高圧段過給機および低圧段過給機の両方を駆動させる２段過給（完全２段過給）を行うことで、エンジンの低速トルクの向上と過渡特性において有利となる。一方、エンジンの高速運転域では、排気ガスを高圧段過給機からバイパスさせて低圧段過給機による１段過給を行うことで、より高いコンプレッサ効率を使用できることで、マッチングの自由度が高い安定運転が実現される。【０００４】
また、上述した完全２段過給〜１段過給の間の中間領域では、低圧段過給機を駆動させるとともに、高圧段過給機に供給される排気ガスの流量を制御することで、高圧段過給機の駆動を制御する可変２段過給が行われる。この可変２段過給では、排気マニホールドと高圧段過給機の間に配置されている高圧側タービンバイパスバルブ（排気フロー制御バルブ）の開度を調整することで、高圧段過給機に供給される排気ガスの流量をエンジンの目標出力に応じて変化させる。
また、エンジンの高速運転域において、エンジンがオーバーブーストを起こす虞がある場合には、高圧段過給機と低圧段過給機の間に配置されている低圧側タービンバイパスバルブ（ウェイストゲートバルブ）の開度を調整することで、低圧段過給機に供給される排気ガスの流量を減少させるような制御が行われる。【０００５】
このように、高圧段タービンバイパスバルブや低圧段タービンバイパスバルブなどの排気流量制御弁としては、従来、例えば特許文献１に開示されているように、フラップ弁タイプのものが多く採用されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−９２０２６号公報
【特許文献２】特許第５４９９９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、昨今におけるエンジンの高出力化の流れの中で、フラップ弁タイプの排気流量制御弁を開閉するためのアクチュエータに高出力が求められるようになっている。このため、フラップ弁タイプに比べて小出力で開閉可能なバタフライ弁タイプの採用が検討されている（特許文献２）。この特許文献２では、バタフライ弁タイプの排気流量制御弁が、高圧段過給機に供給される排気ガスの流量を制御する高圧段タービンバイパスバルブとして使用されている。【０００８】
この特許文献２では、上述した高圧段タービンバイパスバルブ（符号４４）が、排気マニホールドからの排気ガスを高圧段過給機（符号７）に供給するための導入通路（符号４２）から分岐し、低圧段過給機（符号８）のタービンハウジング（符号３２）に接続する第１バイパス通路（符号４３）に設けられている。また、高圧段過給機と低圧段過給機とを接続するタービン間通路（符号４１）が、第１バイパス通路に並列的に配置されている。そして、上述した高圧段タービンバイパスバルブは、第１バイパス通路の一部をなす開口部と、タービン間通路の一部をなす開口部の２つの開口部を有する中間部材（符号５３）に一体的に設けられている。この中間部材は、第１ユニット部（符号５１）と第２ユニット部（符号５２）との間に挟持されることで固定されている。【０００９】
このような特許文献２にあっては、高圧段タービンバイパスバルブなどの排気流量制御弁を２段過給システムに組み込むのに際して、レイアウト上の制約が多く、システム全体をコンパクトに構成することが難しい。【００１０】
本発明の少なくとも一つの実施形態は、上述したような従来技術の問題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、バタフライ弁タイプの排気流量制御弁を採用したコンパクトなタービン過給機、および２段過給システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明の少なくとも一実施形態にかかるタービン過給機は、
タービンと、
前記タービンを収容するタービンハウジングと、
前記タービンに供給される排気ガスの流量を制御するためのタービンバイパスバルブと、を備えるタービン過給機であって、
前記タービンハウジングの内部には、
前記タービンに前記排気ガスを導くためのスクロール流路と、
前記タービンに供給された前記排気ガスを前記タービンハウジングの外部に排出するための出口流路と、
前記タービンを迂回して、前記スクロール流路と前記出口流路とを接続するバイパス流路と、が形成され、
前記タービンバイパスバルブは、
弁棒と、
前記弁棒を軸として回動する平板状の弁体と、
前記バイパス流路の一部を内部に画定する筒状の弁ハウジングであって、
前記弁体の開度が０度である閉弁状態において、前記弁体の外周部が当接する、前記バイパス流路の軸方向と交差する方向に沿って延在する弁座シート面、及び
前記弁体の開度が０度より大きい開弁状態において、前記弁体の前記外周部との間に前記排気ガスが通過する通過領域を画定する、前記バイパス流路の前記軸方向に沿って延在する流路面、
が内周面に形成されている弁ハウジングと、を含み、
前記弁ハウジングが、前記タービンハウジングの内部において、前記バイパス流路の内周壁面に固定される。【００１２】
上記（１）に記載の実施形態によれば、タービンバイパスバルブが、弁棒と、弁棒を軸として回動する平板状の弁体と、閉弁状態において弁体の外周部が当接する、排気流路の軸方向と交差する方向に沿って延在する弁座シート面、及び開弁状態において弁体の外周部との間に排気ガスが通過する通過領域を画定する、排気流路の前記軸方向に沿って延在する流路面、が内周面に形成されている弁ハウジングとを備える、いわゆるバタフライ弁タイプのタービンバイパスバルブ（排気流量制御弁）として構成される。したがって、従来のフラップ弁タイプのタービンバイパスバルブと比べて、弁体を小出力で開閉可能なため、アクチュエータを小型化することが出来る。【００１３】
また、上記（１）に記載の実施形態によれば、タービンを迂回するバイパス流路がタービンハウジングの内部に形成されるとともに、タービンバイパスバルブが、タービンハウジングの内部に配置される。このため、バイパス流路をタービンハウジングの外部に形成し、タービンバイパスバルブをタービンハウジングの外部に配置する場合と比べて、タービン過給機をコンパクトに構成することが出来る。【００１４】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のタービン過給機において、上記弁ハウジングは、弁座シート面および流路面が内周面に一体的に形成された筒状の着座部を含む。そして、上記着座部が、タービンハウジングの内部において、バイパス流路の内周壁面に固定される。【００１５】
上記（２）に記載の実施形態によれば、弁ハウジングが、弁座シート面および流路面が内周面に一体的に形成された筒状の着座部を含む。このため、弁ハウジングと、弁座シート面および流路面とが、夫々別体に形成されている場合と比べて、組み立て性に優れている。【００１６】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載のタービン過給機において、上記バイパス流路の内周壁面には、平坦面と、平坦面の上流端から内側に向かって延在する段部とが形成される。そして、上記着座部が、バイパス流路の内周壁面に固定された状態において、着座部の一端面と段部とが当接するように構成される。【００１７】
上記（３）に記載の実施形態によれば、タービンハウジングの出口フランジ部の開口端からタービンハウジングの内部に着座部を挿入する際に、バイパス流路の内周壁面に形成される段部に当接するまで着座部を挿入すればよく、着座部の位置決めが容易であり、着座部の装着性に優れている。【００１８】
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載のタービン過給機において、上記バイパス流路の内周壁面には、段部よりも上流側の位置に、上流側から下流側に向かって内部断面を拡幅する拡幅部が形成される。そして、上記弁体が閉弁状態から開弁状態に移行するときに、弁体の外周部がバイパス流路の下流側に向かって回動する側を一方側、弁体の外周部がバイパス流路の上流側に向かって回動する側を他方側、とした場合に、他方側に位置する弁体の外周部が、拡幅部を通過するように構成される。【００１９】
上記（４）に記載の実施形態によれば、バイパス流路の内周壁面における段部よりも上流側の位置に、上流側から下流側に向かって内部断面を拡幅する拡幅部が形成される。これにより、内部断面の大きさが異なる部分を排気ガスが流れる際の圧力損失を低減することが出来る。また、他方側に位置する弁体の外周部が、拡幅部を通過するように構成することで、バイパス流路の形状を小さくすることが出来、タービンハウジング全体をコンパクトに構成することが出来る。【００２０】
（５）本発明の少なくとも一実施形態にかかる２段過給システムは、
エンジンと、
前記エンジンから排出される排気ガスが導入される排気マニホールドと、
前記排気マニホールドから排出される前記排気ガスが流れる排気系統と、
前記排気マニホールドから排出される前記排気ガスにより駆動するように構成された高圧段タービンを有する高圧段過給機と、
前記高圧段過給機よりも前記排気系統の下流側に配置され、前記高圧段過給機から排出される前記排気ガスによって駆動するように構成された低圧段タービンを有する低圧段過給機と、を備える２段過給システムであって、
前記高圧段過給機が、上記（１）から（４）の何れかに記載のタービン過給機からなる。【００２１】
上記（５）に記載の実施形態によれば、高圧段タービンを迂回する高圧側バイパス流路が高圧段タービンハウジングの内部に形成されるとともに、高圧段タービンバイパスバルブが、高圧段タービンハウジングの内部に配置される。このため、高圧側バイパス流路および高圧段タービンバイパスバルブを高圧段タービンハウジングの外部に配置する場合と比べて、２段過給システム全体をコンパクトに構成することが出来る。【００２２】
また、上記（５）に記載の実施形態によれば、高圧段タービンバイパスバルブが、高圧側バイパス流路の内部に配置される。このため、高圧段タービンバイパスバルブが、排気マニホールドと高圧段タービンハウジングとの間に配置される従来の場合と比べて、高圧段タービンバイパスバルブが下流側に配置されることから、高圧段タービンバイパスバルブを通過する排気ガスの温度が低くなる。よって、従来の場合と比べて、熱変形による影響を受け難く、高圧段タービンバイパスバルブの信頼性が向上する。また、従来の場合と比べて、高圧段タービンバイパスバルブを構成する材料を耐熱性の低い安価な材料とすることが出来る。【００２３】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載の２段過給システムにおいて、上記低圧段過給機が、上記（１）から（４）の何れかに記載のタービン過給機からなる。【００２４】
上記（６）に記載の実施形態によれば、高圧段過給機、および低圧段過給機の両方が、上述したような、タービンハウジングの内部にタービンバイパスバルブが配置されたターボ過給機からなる。このため、高圧側バイパス流路および低圧側バイパス流路の夫々を高圧段タービンハウジングおよび低圧段タービンハウジングの外部に形成し、高圧段タービンバイパスバルブおよび低圧段タービンバイパスバルブの夫々を高圧段タービンハウジングおよび低圧段タービンハウジングの外部に配置する場合と比べて、２段過給システム全体をコンパクトに構成することが出来る。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、バタフライ弁タイプの排気流量制御弁をウェイストゲートバルブとして採用したコンパクトな２段過給システムを提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態にかかる排気流量制御弁の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる排気流量制御弁を軸直交方向から視認した断面図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる排気流量制御弁を軸直交方向から視認した断面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる排気流量制御弁を軸直交方向から視認した断面図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる排気流量制御弁を軸直交方向から視認した断面図である。
【図６】比較形態にかかる排気流量制御弁を軸直交方向から視認した断面図である。
【図７】横軸に水平距離、縦軸に通過距離を示したグラフである。
【図８】実施形態および比較形態における弁体の外周部を拡大して示した図である。
【図９】幾つかの実施形態における弁体の外周部を拡大して示した図である。
【図１０】本発明の一実施形態にかかる２段過給システムを示すブロック構成図である。
【図１１】本発明の一実施形態にかかる２段過給システムにおけるエンジン回転数とエンジントルクの関係を示した図である。
【図１２】本発明の一実施形態にかかる２段過給システムを示した正面図である。
【図１３】図１２におけるＡ方向矢視図である。
【図１４】図１２のａ−ａ位置における断面図である。
【図１５】図１４のｂ−ｂ位置における断面図である。
【図１６】タービンハウジングの内部に配置されたタービンバイパスバルブを拡大して示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
また、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する場合がある。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態にかかる排気流量制御弁の斜視図である。図２〜図５は、本発明の一実施形態にかかる排気流量制御弁を軸直交方向（弁棒の中心軸線に対して直交する方向）から視認した断面図である。
本発明の一実施形態にかかる排気流量制御弁１は、排気流路を流れる排気ガスの流量を制御するための排気流量制御弁であって、図１に示すように、弁棒２と、弁体３と、弁ハウジング４とを備えている。
【００２９】
弁棒２は、アクチュエータ（不図示）の出力によって、その中心軸線ＣＬ１周りに回転するように構成されている。
弁体３は、平板状の部材であり、弁棒２に固定され、弁棒２を軸として回動するように構成されている。
弁ハウジング４は、排気流路の一部をその内部に画定する筒状の部材であって、その内周面には、弁座シート面４１と流路面４２とが形成されている。
【００３０】
弁座シート面４１は、図２〜図５に示すように、弁体３の開度が０度である閉弁状態（図２〜図５において符号Ａで示した状態）において、弁体３の外周部３１が当接する面であり、排気流路の軸方向（図２〜図５において矢印ＡＤで示した方向）と交差する方向に沿って延在している。
流路面４２は、図２〜図５に示すように、弁体３の開度が０度より大きい開弁状態（例えば、図２〜図５において符号Ｂで示した状態）において、弁体３の外周部３１との間に排気ガスが通過する通過領域Ｒを画定する面であり、排気流路の軸方向ＡＤに沿って延在している。
【００３１】
図示した実施形態では、弁座シート面４１は、排気流路の軸方向ＡＤに対して直交する方向に延在しているが、弁座シート面４１の延在方向はこれに限定されない。少なくとも、排気流路の軸方向ＡＤと弁座シート面４１の延在方向とのなす角度が、３０度〜９０度（直交）の範囲は、本発明の範囲に含まれる。
また、図示した実施形態では、流路面４２は、排気流路の軸方向ＡＤに対して平行な方向に延在しているが、流路面４２の延在方向はこれに限定されない。少なくとも、排気流路の軸方向ＡＤと流路面４２の延在方向とのなす角度が、０度（平行）〜４５度の範囲は、本発明の範囲に含まれる。
【００３２】
そして、本発明の一実施形態にかかる排気流量制御弁１は、図２〜図５に示すように、弁体３が全閉状態にあるときの弁体３に最も近接する流路面４２の所定位置４２ａから、流路面４２の端部４２ｂまでの水平距離をＬ、弁体３が全閉状態にあるときの、弁体３と流路面４２との最短距離をＨ１、弁体３が、弁体３と流路面４２の端部との離間距離が最短となる所定の開弁状態（図２〜図５において符号Ｂで示した状態）にあるときの、弁体３と流路面４２の端部４２ｂとの最短距離をＨ２とした場合に、下記式（１）及び（２）を満たすように構成される。
【００３３】
Ｈ１≦Ｈ２            ・・・（１）
０＜Ｈ２／Ｌ＜０．４０・・・（２）
【００３４】
このような実施形態によれば、排気流量制御弁１が、弁棒２と、弁棒２を軸として回動する平板状の弁体３と、閉弁状態において弁体３の外周部３１が当接する、排気流路の軸方向ＡＤと交差する方向に沿って延在する弁座シート面４１、及び開弁状態において弁体３の外周部３１との間に排気ガスが通過する通過領域Ｒを画定する、排気流路の軸方向ＡＤに沿って延在する流路面４２、が内周面に形成されている弁ハウジング４とを備える、いわゆるバタフライ弁タイプの排気流量制御弁として構成される。したがって、従来のフラップ弁タイプの排気流量制御弁と比べて、弁体３を小出力で開閉可能なため、アクチュエータを小型化することが出来る。
【００３５】
また、上記式（１）及び（２）を満たすように構成されることにより、弁体３が全閉状態から上述した所定の開弁状態になるまでの間、排気ガスが通過する通過領域Ｒが緩慢に増加するように構成される。よって、弁体３の開度が、０度から、上述した所定の開弁状態における弁体３の開度であるα度までの間において、排気ガスの流量を微細に制御することが出来る。この点について、図６及び図７を参照して詳細に説明する。
【００３６】
図６は、比較形態にかかる排気流量制御弁を軸直交方向から視認した断面図である。図６に示すように、比較形態の排気流量制御弁１´における弁体３´が全閉状態にあるときの、弁体３´と流路面４２´との最短距離をＨ１´は、図２〜図５に示す排気流量制御弁１における最短距離Ｈ１と比べて、かなり大きくなっている。すなわち、本発明の一実施形態にかかる排気流量制御弁１では、弁体３の開度が０度からα度に至るまでの間は通過領域Ｒを通過する排気ガスの流量が急激に増加しないように、その最短距離Ｈ１が可能な限り小さく設定されている。これに対して、比較形態の排気流量制御弁１では、弁体３´が全閉状態から開弁状態に移行すると直ぐに多くの流量の排気ガスが通過領域Ｒ´を通過するように、その最短距離Ｈ１´が大きく設定されている。
【００３７】
図７は、横軸に水平距離、縦軸に通過距離（弁体の外周部と流路面との最短距離）を示したグラフである。図中の実線のグラフｇは、本発明の一実施形態における水平距離Ｌと通過距離Ｈとの関係を示している。図中の点線のグラフｇ´は、比較形態における水平距離Ｌ´と通過距離Ｈ´との関係を示している。
図７に示すように、本発明の一実施形態では、最短距離Ｈ１が小さく設定されているため、そのグラフｇの傾きの平均値Ｈ２／Ｌも比較形態と比べて小さい。これに対して比較形態では、最短距離Ｈ１´が大きく設定されているため、そのグラフｇ´の傾きの平均値Ｈ２´／Ｌ´も本発明の一実施形態と比べて大きくなっている。
【００３８】
本発明者らが検討したところでは、グラフｇの傾きの平均値が０＜Ｈ２／Ｌ＜０．４０を満たすことで、弁体３の開度が０度からα度までの間において、排気ガスの流量を微細に制御することが出来る。
【００３９】
また、本発明者らが検討したところでは、０＜Ｈ２／Ｌ＜０．３０を満たすように構成することで、上記実施形態よりも、排気ガスの流量を微細に制御することが出来る。
さらに、本発明者らが検討したところでは、０＜Ｈ２／Ｌ＜０．２５を満たすように構成されることで、上記実施形態よりも、排気ガスの流量をより微細に制御することが出来る。
さらに、本発明者らが検討したところでは、０＜Ｈ２／Ｌ＜０．２０を満たすように構成されることで、上記実施形態よりも、排気ガスの流量をさらにより微細に制御することが出来る。
【００４０】
図示した実施形態では、上述した弁体３が閉弁状態から開弁状態に移行するときに、弁体３の外周部３１が排気流路の下流側に向かって回動する側を一方側、弁体３の外周部３１が排気流路の上流側に向かって回動する側を他方側、とした場合に、一方側の弁体３（３Ａ）と流路面４２との最短距離Ｈ１（Ｈａ１）と、他方側の弁体３（３Ｂ）と流路面４２との最短距離Ｈ１（Ｈｂ１）とが等距離となっている。ただし、本発明はこれに限定されず、一方側および他方側ともに、上記式（１）、（２）の関係を満たすように構成されていれば、一方側の最短距離Ｈａ１と、他方側の最短距離Ｈｂ１とが異なっていてもよい。また、図示した実施形態では、一方側の流路面４２における水平距離Ｌ（Ｌａ）と、他方側の流路面４２における水平距離Ｌ（Ｌｂ）とは等距離になっている。ただし、本発明はこれに限定されず、一方側および他方側ともに、上記式（２）の関係を満たすように構成されていれば、一方側の水平距離Ｌａと、他方側の水平距離Ｌｂとが異なっていてもよい。
【００４１】
幾つかの実施形態では、図１〜図５に示す排気流量制御弁１において、弁体３の外周部３１には、弁体３の厚み方向における中心線ＣＬ２よりも弁座シート面４１と当接するシート面３１１側に凹み部３１２が形成されている。そして、最短距離Ｈ１は、弁体３の外周部３１に凹み部３１２が形成されていないと仮想した場合に、弁体３が回動すると弁体３の外周部３１の隅部が流路面４２と接触するような距離である。
【００４２】
図８は、実施形態および比較形態における弁体の外周部を拡大して示した図である。図８の（ａ）は本発明に一実施形態の弁体の外周部、図８の（ｂ）は比較形態の弁体の外周部を示している。
ここで、「凹み部」とは、図８に示すように、弁棒２の中心軸線ＣＬ１に対して直交する方向の断面視において、全閉状態において弁体３のシート面３１１を通過する仮想線Ｉａと、全閉状態において流路面４２から最短距離Ｈ１だけ離間する弁体３の先端３１ａを通過し、且つ、仮想線Ｉａに対して直交する方向に延伸する仮想線Ｉｂとで画定される仮想形状に対して凹んだ位置にある部分を指す。
【００４３】
このような実施形態によれば、弁体３の外周部３１に上述した凹み部３１２が形成されることにより、弁体３が回動しても弁体３の外周部３１が流路面４２と接触しない。このため、上述した最短距離Ｈ１を設計限界近くまで小さくすることが出来る。例えば、最短距離Ｈ１を、弁体３の熱伸び量（高温の排気ガスにより弁体３が径方向に伸びる量）に、製造公差を加えた距離として設定することが出来る。これにより、弁体３の開度が０度から上述したα度までの間において、排気ガスの流量を微細に制御することが出来る。
【００４４】
幾つかの実施形態では、図１〜図５に示す排気流量制御弁１において、弁体３の外周部３１には、弁体３の厚み方向における中心線ＣＬ２よりも弁座シート面４１と当接するシート面３１１側に凹み部３１２が形成されている。そして、凹み部３１２の深さをｄとした場合に、Ｈ１≦ｄの関係が成立するように構成される。
【００４５】
ここで、「凹み部の深さ」とは、図８に示すように、上述した仮想線Ｉａと仮想線Ｉｂとの交点から弁体３の外周部３１までの最短距離を指す。
【００４６】
このような実施形態によれば、弁体３の外周部３１に上述した凹み部３１２が形成されることにより、弁体３が回動しても弁体３の外周部３１が流路面４２と接触しない。このため、上述した最短距離Ｈ１を設計限界近くまで小さくすることが出来る。これにより、弁体３の開度が０度から上述したα度までの間において、排気ガスの流量を微細に制御することが出来る。
【００４７】
一方、図８の（ｂ）に示す比較形態のように、凹み部３１２´の深さｄ´がＨ１´＞ｄ´の関係が成立するように構成されていると、最短距離Ｈ１´が大き過ぎてしまい、排気ガスの流量を微細に制御することが出来ない。
【００４８】
図９は、幾つかの実施形態における弁体の外周部を拡大して示した図である。
幾つかの実施形態では、図２、図３、図５、及び図９の（ａ）、（ｂ）に示すように、上述した凹み部３１２が、外周部３１に形成されたＲ形状からなる。
このような実施形態によれば、開弁状態において通過領域Ｒを通過する排気ガスがＲ形状に沿って滑らかに流れるため、排気ガスの圧力損失を小さくすることが出来る。
【００４９】
幾つかの実施形態では、図９の（ｂ）に示すように、上述した凹み部３１２が、外周部３１に形成された平坦形状からなる。
【００５０】
このような実施形態によれば、凹み部３１２が外周部３１に形成された平坦形状からなる。このような平坦形状は、例えば、弁体３の外周部３１の隅部を切断加工するなどして簡単に形成することが出来るため、製造性に優れている。
【００５１】
なお、図９（ａ）、（ｃ）に示した実施形態では、凹み部３１２は、弁体３の厚み方向における中心線ＣＬ２からシート面３１１にかけて形成されているが、本発明はこれに限定されない。図９（ｂ）に示すように、弁体３の回動中心Ｏを通過する回動中心線ＣＬ４からシート面３１１にかけて形成されていてもよく、特に限定されない。
【００５２】
幾つかの実施形態では、図５に示すように、上述した弁体３が閉弁状態から開弁状態に移行するときに、弁体３の外周部３１が排気流路の下流側に向かって回動する側を一方側、弁体３の外周部３１が排気流路の上流側に向かって回動する側を他方側、とした場合に、他方側に位置する弁体３（３Ｂ）の外周部３１は、弁体３の厚み方向における中心線ＣＬ２よりもシート面３１１と反対側の側面３１３がＲ形状に形成されている。
【００５３】
他方側に位置する弁体３（３Ｂ）では、外周部３１のシート面３１１は下流側に配向され、外周部３１のシート面３１１と反対側は上流側に配向される。よって、このような実施形態によれば、外周部３１のシート面３１１と反対側の側面３１３がＲ形状に形成されていることで、開弁状態において上流側から通過領域Ｒに向かって流れる排気ガスがＲ形状に沿って滑らかに流れるため、排気ガスの圧力損失を小さくすることが出来る。
【００５４】
幾つかの実施形態では、図２、図３に示すように、上述した流路面４２が、弁棒２の中心軸線ＣＬ１に対して直交する方向の断面視において、弁体３が全閉状態にあるときに弁体３との距離が最短距離Ｈ１となる所定位置４２ａから端部４２ｂに至るまで、排気流路の軸方向ＡＤに対して平行な平行面からなる。
【００５５】
このような実施形態によれば、流路面４２が、排気流路の軸方向ＡＤに対して平行な平行面からなる。このため、流路面４２に対して特別な加工などを施す必要がないことから、弁ハウジング４の製造性に優れている。
【００５６】
幾つかの実施形態では、図４に示すように、上述した流路面４２が、弁棒２の中心軸線ＣＬ１に対して直交する方向の断面視において、弁体３が全閉状態にあるときに弁体３との距離が最短距離Ｈ１となる所定位置４２ａから端部４２ｂに向かって外向きに直線状に延在する、排気流路の軸方向ＡＤに対して傾斜する傾斜面からなる。
【００５７】
このような実施形態によれば、弁体３が回動したときに、弁体３の外周部３１と流路面４２とが接触するのを確実に防止することが出来る。したがって、図４に示すように、弁体３の外周部３１に上述した凹み部３１２が形成されていなくても、上述した最短距離Ｈ１を設計限界近くまで小さくすることが出来、弁体３の開度が０度から上述したα度までの間において、排気ガスの流量を微細に制御することが出来る。
【００５８】
幾つかの実施形態では、図５に示すように、上述した流路面４２が、弁棒２の中心軸線ＣＬ１に対して直交する方向の断面視において、弁体３が全閉状態にあるときに弁体３との距離が最短距離Ｈ１となる所定位置４２ａから端部４２ｂに向かって内向きに曲線状に延在する曲面からなる。
【００５９】
このような実施形態によれば、弁体３が回転したときに、図２〜図４に示した実施形態と比べて、弁体３の外周部３１と流路面４２との最短距離Ｈを、弁体３の開度が０度から上述したα度までの間に亘って小さくすることが出来る。これにより、弁体３の開度が０度から上述したα度までの間において、排気ガスの流量を微細に制御することが出来る。
【００６０】
幾つかの実施形態では、図５に示すように、上述した流路面４２が、弁体３が全閉状態から所定の開弁状態に至るまでの間、弁体３と流路面４２との最短距離Ｈが一定距離に維持されるように構成される。
【００６１】
このように、弁体３と流路面４２との最短距離Ｈが一定距離に維持されている場合でも、エンジン回転数の増加に伴って通過領域Ｒを通過する排気ガスの流量は増加する。したがって、このような実施形態によれば、弁体３の開度が０度から上述したα度までの間において、排気ガスの流量を極めて微細に制御することが出来る。
【００６２】
幾つかの実施形態では、図２〜図５に示すように、上述した弁棒２の中心軸線ＣＬ１に対して直交する方向の断面視において、弁体３の回動中心Ｏが、弁体３の高さ方向における中心線ＣＬ３に対して偏心するように構成される。
【００６３】
このような実施形態によれば、弁体３の偏心位置および偏心量を適切に設定することで、シール性の向上や、弁体３を開弁するときのバルブ制御性の向上を実現することが出来る。
【００６４】
幾つかの実施形態では、図２〜図５に示すように、弁体３が閉弁状態から開弁状態に移行するときに、弁体３の外周部３１が排気流路の下流側に向かって回動する側を一方側、弁体の前記外周部が排気流路の上流側に向かって回動する側を他方側、とした場合に、弁体３の回動中心Ｏが、弁体３の高さ方向における中心線ＣＬ３よりも一方側に位置するように構成される。
図示した実施形態では、回動中心Ｏは、中心線ＣＬ３よりも距離ｄｖだけ一方側に位置している。
【００６５】
このような実施形態によれば、弁体３を弁座シート面４１に押し付ける方向の回転モーメントが弁体３に作用する。よって、全閉状態における気密性が高まり、弁体３のシール性を向上させることが出来る。また、このような実施形態であっても、従来のフラップ弁タイプの排気流量制御弁と比べて、弁体３を開閉するアクチュエータの出力を小さくすることが出来る。
【００６６】
幾つかの実施形態では、図３に示すように、弁体３が閉弁状態から開弁状態に移行するときに、弁体３の外周部３１が排気流路の下流側に向かって回動する側を一方側、弁体３の外周部３１が排気流路の上流側に向かって回動する側を他方側、とした場合に、弁棒２の中心軸線ＣＬ１に対して直交する方向の断面視において、回動中心Ｏは、一方側の弁体３（３Ａ）の厚み方向における中心線ＣＬ２ａよりも排気流路の下流側に位置するように構成され、且つ、他方側の弁体３（３Ｂ）の厚み方向における中心線ＣＬ２ｂよりも排気流路の上流側に位置するように構成される。
図示した実施形態では、回動中心Ｏは、一方側の弁体３（３Ａ）の厚み方向における中心線ＣＬ２ａよりもｄｈ１だけ下流側に位置し、且つ、他方側の弁体３（３Ｂ）の厚み方向における中心線ＣＬ２ｂよりもｄｈ２だけ上流側に位置している。
【００６７】
このような実施形態によれば、弁体３の回動中心Ｏを、一方側の弁体３（３Ａ）の厚み方向における中心線ＣＬ２ａよりも下流側に偏心させることで、弁体３の回動中心Ｏを下流側に偏心させない場合と比べて、製造公差等に影響されることなく、一方側の弁体３（３Ａ）を確実に弁座シート面４１に当接させることが出来る。また、弁体３の回動中心Ｏを、他方側の弁体３（３Ｂ）の厚み方向における中心線ＣＬ２ｂよりも上流側に偏心させることで、弁体３の回動中心Ｏを上流側に偏心させない場合と比べて、製造公差等に影響されることなく、他方側の弁体３（３Ｂ）を確実に弁座シート面４１に当接させることが出来る。
【００６８】
図１０は、本発明の一実施形態にかかる２段過給システムを示すブロック構成図である。
本発明の一実施形態にかかる２段過給システム１０は、図１０に示すように、エンジン１１と、エンジン１１から排出される排気ガスが導入される排気マニホールド１２と、排気マニホールド１２から排出される排気ガスが流れる排気系統１３と、排気マニホールド１２から排出される排気ガスにより駆動するように構成された高圧段タービン１４１を有する高圧段過給機１４と、高圧段過給機１４よりも排気系統１３の下流側に配置され、高圧段過給機１４から排出される排気ガスによって駆動するように構成された低圧段タービン１５１を有する低圧段過給機１５と、上述した実施形態にかかる排気流量制御弁１とを備える。
そして、上述した排気系統１３は、高圧段タービン１４１を迂回して、排気マニホールド１２と高圧段タービン１４１の下流側とを接続する高圧側バイパス流路１３２を含む。そして、上述した排気流量制御弁１は、高圧側バイパス流路１３２を流れる排気ガスの流量を制御する高圧段タービンバイパスバルブ（排気フロー制御バルブ）１７として構成される。
【００６９】
このような実施形態によれば、高圧段タービン１４１に供給される排気ガスの流量を制御する高圧段タービンバイパスバルブ１７を、上述した実施形態にかかる排気流量制御弁１によって構成した２段過給システム１０を提供することが出来る。
【００７０】
また、本発明の一実施形態にかかる２段過給システム１０は、図１０に示すように、エンジン１１と、エンジン１１から排出される排気ガスが導入される排気マニホールド１２と、排気マニホールド１２から排出される排気ガスが流れる排気系統１３と、排気マニホールド１２から排出される排気ガスにより駆動するように構成された高圧段タービン１４１を有する高圧段過給機１４と、高圧段過給機１４よりも排気系統１３の下流側に配置され、高圧段過給機１４から排出される排気ガスによって駆動するように構成された低圧段タービン１５１を有する低圧段過給機１５と、上述した実施形態にかかる排気流量制御弁１とを備える。
【００７１】
そして、上述した排気系統１３は、低圧段タービン１５１を迂回して、高圧段タービン１４１の下流側と低圧段タービン１５１の下流側とを接続する低圧側バイパス流路１３１を含む。そして、上述した排気流量制御弁１は、低圧側バイパス流路１３１を流れる排気ガスの流量を制御する低圧段タービンバイパスバルブ（ウェイストゲートバルブ）１６として構成される。
【００７２】
このような実施形態によれば、低圧段タービン１５１に供給される排気ガスの流量を制御する低圧段タービンバイパスバルブ１６を、上述した実施形態にかかる排気流量制御弁１によって構成した２段過給システム１０を提供することが出来る。
【００７３】
図示した実施形態において、高圧段過給機１４は、高圧段タービン１４１に同軸駆動される高圧段コンプレッサ１４２を備えている。低圧段過給機１５は、低圧段タービン１５１に同軸駆動される低圧段コンプレッサ１５２を備えている。エンジン１１から排出される排気ガスは、排気マニホールド１２に集められ、排気流路１３３を介して高圧段タービン１４１に供給される。高圧段タービン１４１に供給された排気ガスは、高圧段タービン１４１の下流側に接続される排気流路１３４を介して、排気流路１３５に排出される。排気流路１３５に排出された排気ガスは、低圧段タービン１５１に供給される。低圧段タービン１５１に供給された排気ガスは、低圧段タービン１５１の下流側に接続される排気流路１３６に排出される。
【００７４】
また、排気マニホールド１２と、排気流路１３５とは、上述した高圧側バイパス流路１３２を介して接続されている。排気流路１３５と排気流路１３６とは、上述した低圧側バイパス流路１３１を介して接続されている。そして、低圧側バイパス流路１３１には、上述した低圧段タービンバイパスバルブ１６が配置されている。また、高圧側バイパス流路１３２には、上述した高圧段タービンバイパスバルブ１７が配置されている。
【００７５】
低圧段タービンバイパスバルブ１６が開弁状態にあると、排気流路１３４を流れる排気ガスの殆どは低圧段タービン１５１を迂回して低圧側バイパス流路１３１に流入する。低圧段タービンバイパスバルブ１６が全閉状態にあると、排気流路１３４を流れる排気ガスは排気流路１３５を流れて低圧段タービン１５１へと供給される。低圧側バイパス流路１３１を流れる排気ガスの流量は、この低圧段タービンバイパスバルブ１６の開度によって制御することができる。
【００７６】
同様に、高圧段タービンバイパスバルブ１７が開弁状態にあると、排気マニホールド１２に集められた排気ガスの殆どは高圧段タービン１４１を迂回して高圧側バイパス流路１３２に流入する。高圧段タービンバイパスバルブ１７が全閉状態にあると、排気マニホールド１２に集められた排気ガスは排気流路１３３を流れて高圧段タービン１４１へと供給される。第２バイパス流路１３２を流れる排気ガスの流量は、この高圧段タービンバイパスバルブ１７の開度によって制御することができる。
【００７７】
なお、図１０において、符号１８は吸気系統であり、吸気流路１８１〜１８５と、吸気マニホールド１８６からなる。低圧段コンプレッサ１５２は、エアクーラ１８７から供給される吸気を加圧し、吸気流路１８１、１８３を介して、高圧段コンプレッサ１４２へと供給する。また、高圧段コンプレッサ１４２をバイパスする吸気流路１８２には、吸気流路１８２を流れる吸気流量を制御するためのコンプレッサバイパス弁１９が配置されている。高圧段コンプレッサ１４２により加圧された吸気、又は高圧段コンプレッサ１４２をバイパスして吸気流路１８２を流れた吸気は、吸気流路１８５を介して、吸気マニホールド１８６へと供給される。また、吸気流路１８５には、インタークーラ１８８は配置されている。
【００７８】
図１１は、本発明の一実施形態にかかる２段過給システムにおけるエンジン回転数とエンジントルクの関係を示した図である。図１１に示す（ａ）の領域では、高圧段過給機１４および低圧段過給機１５の両方を駆動させる２段過給（完全２段過給）を行うことで、エンジンの低速トルクの向上と過渡特性において有利となる。このため、高圧段タービンバイパスバルブ１７および低圧段タービンバイパスバルブ１６は、夫々全閉状態に制御される。図１１に示す（ｂ）の領域では、低圧段過給機１５を駆動させるとともに、高圧段過給機１４に供給される排気ガスの流量を制御することで、高圧段過給機１４の駆動を制御する可変２段過給が行われる。この可変２段過給では、低圧段タービンバイパスバルブ１６は全閉状態とし、高圧段タービンバイパスバルブ１７の開度を調整することで、高圧段過給機１４に供給される排気ガスの流量をエンジン１１の目標出力に応じて変化させる。
【００７９】
また、図１１に示す（ｃ）の領域ではエンジン回転数が高いため、排気ガスを高圧段過給機１４からバイパスさせて低圧段過給機１５による１段過給を行うことで、２段過給を行うよりもエンジンの背圧を低減させることができ、マッチングの自由度が高い安定運転が実現される。このため、高圧段タービンバイパスバルブ１７は全開状態とし、低圧段タービンバイパスバルブ１６は全閉状態とする。また、エンジン１１の高速運転域において、エンジン１１がオーバーブーストを起こす虞がある場合には（図１１に示す（ｄ）の領域）、高圧段ターボバイパスバルブ１７は全開状態とし、低圧段タービンバイパスバルブ１６の開度を調整することで、低圧段過給機１５に供給される排気ガスの流量を減少させるような制御が行われる。
【００８０】
このように、本発明の一実施形態にかかる２段過給システム１０によれば、高圧段タービンバイパスバルブ１７および低圧段タービンバイパスバルブ１６の少なくとも何れか一方を上述した実施形態にかかる排気流量制御弁１によって構成することで、図１１に示す（ｂ）や（ｄ）の領域において、排気ガスの流量を微細に制御することが可能となる。
【００８１】
図１２は、本発明の一実施形態にかかる２段過給システムを示した正面図である。図１３は、図１２におけるＡ方向矢視図である。図１４は、図１２のａ−ａ位置における断面図である。図１５は、図１４のｂ−ｂ位置における断面図である。
本発明の一実施形態にかかるタービン過給機は、図１２〜図１５に示すように、例えば、高圧段タービン１４１と、高圧段タービン１４１を収容する高圧段タービンハウジング１４１ｈと、高圧段タービン１４１に供給される排気ガスの流量を制御するための高圧段タービンバイパスバルブ１７とを備える、２段過給システム１０における高圧段過給機１４である。
【００８２】
図１５に示すように、高圧段タービンハウジング１４１ｈの内部には、高圧段タービン１４１に排気ガスを導くためのスクロール流路２２と、高圧段タービン１４１に供給された排気ガスを高圧段タービンハウジング１４１ｈの外部に排出するための出口流路２６とが形成される。すなわち、スクロール流路２２は、高圧段タービン１４１の上流側に位置し、出口流路２６は、高圧段タービン１４１の下流側に位置している。そして更に、高圧段タービンハウジング１４１ｈの内部には、高圧段タービン１４１を迂回して、スクロール流路２２と出口流路２６とを接続する低圧側バイパス流路１３２が形成されている。
【００８３】
図１６は、タービンハウジングの内部に配置されたタービンバイパスバルブを拡大して示した断面図である。図１６に示すように、高圧段タービンバイパスバルブ１７は、弁棒２と、弁棒２を軸として回動する平板状の弁体３と、高圧側バイパス流路１３２の一部を内部に画定する筒状の弁ハウジング４であって、弁体３の開度が０度である閉弁状態において、弁体３の外周部３１が当接する、高圧側バイパス流路１３２の軸方向ＡＤと交差する方向に沿って延在する弁座シート面４１、及び弁体３の開度が０度より大きい開弁状態において、弁体３の外周部３１との間に排気ガスが通過する通過領域Ｒを画定する、高圧側バイパス流路１３２の軸方向ＡＤに沿って延在する流路面４２が内周面に形成されている弁ハウジング４を含む。そして、本発明の一実施形態にかかる高圧段過給機１４では、弁ハウジング４が、高圧段タービンハウジング１４１ｈの内部において、高圧側バイパス流路１３２の内周壁面１４１ｈｓに固定される。
【００８４】
図１６に示した実施形態では、高圧段タービンバイパスバルブ１７は、上述した図３に示した実施形態にかかる排気流量制御弁１と同様の構成を有している。しかしながら、本発明の一実施形態にかかる高圧段タービンバイパスバルブ１７はこれに限定されず、上述した図２、図４、及び図５に示す実施形態と同様の構成を有していてもよい。
【００８５】
このような実施形態によれば、高圧段タービンバイパスバルブ１７が、いわゆるバタフライ弁タイプのタービンバイパスバルブとして構成される。したがって、従来のフラップ弁タイプの高圧段タービンバイパスバルブと比べて、弁体３を小出力で開閉可能なため、高圧段アクチュエータ１７Ａを小型化することが出来る。
【００８６】
また、このような実施形態によれば、高圧段タービン１４１を迂回する高圧側バイパス流路１３２が高圧段タービンハウジング１４１ｈの内部に形成されるとともに、高圧段タービンバイパスバルブ１７が、高圧段タービンハウジング１４１ｈの内部に配置される。このため、高圧側バイパス流路１３２を高圧段タービンハウジング１４１ｈの外部に形成し、高圧段タービンバイパスバルブ１７を高圧段タービンハウジング１４１ｈの外部に配置する場合と比べて、高圧段過給機１４をコンパクトに構成することが出来る。
【００８７】
なお、図１２〜図１５において、符号１４１ｈａは高圧段タービンハウジング１４１ｈの入口フランジ部を、符号１４１ｈｂは高圧段タービンハウジング１４１ｈの出口フランジ部を示している。同様に、符号１５１ｈａは低圧段タービンハウジング１５１ｈの入口フランジ部を、符号１５１ｈｂは低圧段タービンハウジング１５１ｈの出口フランジ部を示している。符号１４２ｈは、高圧段コンプレッサ１４２を収容する高圧段コンプレッサハウジング、符号１５２ｈは、低圧段コンプレッサ１５２を収容する低圧段コンプレッサハウジングである。また、符号１６Ａは、低圧段タービンバイパスバルブ１６を開閉するための低圧段アクチュエータである。
【００８８】
また、図１４〜図１６においては、２段過給システム１０における高圧段過給機１４のタービンハウジング１４ｈの内部に、高圧段タービンバイパスバルブ１７（排気流量制御弁１）を配置した場合を示しているが、低圧段過給機１５のタービンハウジング１５ｈの内部に、低圧段タービンバイパスバルブ１６（排気流量制御弁１）を配置した場合も、基本的には同様に説明されるものである。すなわち、本発明の一実施形態にかかるタービン過給機は、低圧段タービン１５１と、低圧段タービン１５１を収容する低圧段タービンハウジング１５１ｈと、低圧段タービン１５１に供給される排気ガスの流量を制御するための低圧段タービンバイパスバルブ１６とを備える、２段過給システム１０における低圧段過給機１５であってもよい。また、本発明の一実施形態にかかるタービン過給機は、２段過給システム１０に用いられるタービン過給機以外にも、一つのターボ過給機を備える単段過給システムに用いられるタービン過給機であってもよいものである。
【００８９】
幾つかの実施形態では、上述した実施形態にかかる高圧段過給機１４（タービン過給機）において、図１６に示すように、上述した弁ハウジング４は、弁座シート面４１および流路面４２が内周面に一体的に形成された筒状の着座部４Ａを含む。そして、着座部４Ａが、高圧段タービンハウジング１４１ｈの内部において、高圧側バイパス流路１３２の内周壁面１４１ｈｓに固定される。着座部４Ａを高圧側バイパス流路１３２の内周壁面１４１ｈｓに固定する方法としては、例えば、圧入、焼嵌め、冷嵌めなどの各種方法が挙げられる。
【００９０】
このような実施形態によれば、弁ハウジング４が、弁座シート面４１および流路面４２が内周面に一体的に形成された筒状の着座部４Ａを含む。このため、弁ハウジング４と、弁座シート面４１および流路面４２とが、夫々別体に形成されている場合と比べて、組み立て性に優れている。
【００９１】
幾つかの実施形態では、上述した実施形態にかかる高圧段過給機１４（タービン過給機）において、図１６に示すように、高圧側バイパス流路１３２の内周壁面１４１ｈｓには、平坦面１４１ｈｓ１と、平坦面１４１ｈｓ１の上流端から内側に向かって延在する段部１４１ｈｓ２とが形成される。そして、上述した着座部４Ａが、高圧側バイパス流路１３２の内周壁面１４１ｈｓ１に固定された状態において、着座部４Ａの一端面４Ａａと段部１４１ｈｓ２とが当接するように構成される。
【００９２】
このような実施形態によれば、高圧段タービンハウジング１４１ｈの出口フランジ部１４１ｈｂの開口端１４１ｈｏから高圧段タービンハウジング１４１ｈの内部に着座部４Ａを挿入する際に、高圧側バイパス流路１３２の内周壁面１４１ｈｓ１に形成される段部１４１ｈｓ２に当接するまで着座部４Ａを挿入すればよく、着座部４Ａの位置決めが容易であり、着座部４Ａの装着性に優れている。
【００９３】
幾つかの実施形態では、上述した実施形態にかかる高圧段過給機１４（タービン過給機）において、図１６に示すように、上述した高圧側バイパス流路１３２の内周壁面１４１ｈｓには、段部１４１ｈｓ２よりも上流側の位置に、上流側から下流側に向かって内部断面を拡幅する拡幅部１４１ｈｓ３が形成される。そして、弁体３が閉弁状態から開弁状態に移行するときに、弁体３の外周部３１が高圧側バイパス流路１３２の下流側に向かって回動する側を一方側（図１６において上側）、弁体３の外周部３１がバイパス流路１３２の上流側に向かって回動する側（図１６において下側）を他方側、とした場合に、他方側に位置する弁体３の外周部３１が、拡幅部１４１ｈｓ４を通過するように構成される。
【００９４】
図示した実施形態では、高圧側バイパス流路１３２の内周壁面１４１ｈｓには、段部１４１ｈｓ２よりも上流側の位置に、上流側から下流側に向かって外側に直線状に延在するテーパー面１４１ｈｓ４が形成されており、これにより内部断面を拡幅する拡幅部１４１ｈｓ３が形成されている。なお、テーパー面１４１ｈｓ４に代えて、円弧形状を有する円弧部などによって拡幅部１４１ｈｓ３が形成されていてもよい。
【００９５】
このような実施形態によれば、高圧側バイパス流路１３２の内周壁面１４１ｈｓにおける段部１４１ｈｓ２よりも上流側の位置に、上流側から下流側に向かって内部断面を拡幅する拡幅部１４１ｈｓ３が形成される。これにより、内部断面の大きさが異なる部分を排気ガスが流れる際の圧力損失を低減することが出来る。また、他方側（図１６において下側）に位置する弁体３の外周部３１が、拡幅部１４１ｈｓ４を通過するように構成することで、高圧側バイパス流路１３２の形状を小さくすることが出来、高圧段タービンハウジング１４１ｈ全体をコンパクトに構成することが出来る。
【００９６】
また、本発明の少なくとも一実施形態にかかる２段過給システム１０は、上述した図１０に示すように、エンジン１１と、エンジン１１から排出される排気ガスが導入される排気マニホールド１２と、排気マニホールド１２から排出される排気ガスが流れる排気系統１３と、排気マニホールド１３から排出される排気ガスにより駆動するように構成された高圧段タービン１４１を有する高圧段過給機１４と、高圧段過給機１４よりも排気系統１３の下流側に配置され、高圧段過給機１４から排出される排気ガス１４１によって駆動するように構成された低圧段タービン１５１を有する低圧段過給機１５を備える２段過給システム１０である。そして、高圧段過給機１４が、上述した図１２〜図１６に示した実施形態にかかるタービン過給機からなる。
【００９７】
このような実施形態によれば、上述した図１２〜図１６に示したように、高圧段タービン１４１を迂回する高圧側バイパス流路１３２が高圧段タービンハウジング１４１ｈの内部に形成されるとともに、高圧段タービンバイパスバルブ１７が、高圧段タービンハウジング１４１ｈの内部に配置される。このため、高圧側バイパス流路１３２および高圧段タービンバイパスバルブ１７を高圧段タービンハウジング１４１ｈの外部に配置する場合と比べて、２段過給システム１０全体をコンパクトに構成することが出来る。
【００９８】
また、このような実施形態によれば、高圧段タービンバイパスバルブ１７が、高圧側バイパス流路１３２の内部に配置される。このため、高圧段タービンバイパスバルブ１７が、排気マニホールド１２と高圧段タービンハウジング１４１ｈとの間に配置される従来の場合と比べて、高圧段タービンバイパスバルブ１７が下流側に配置されることから、高圧段タービンバイパスバルブ１７を通過する排気ガスの温度が低くなる。よって、従来の場合と比べて、熱変形による影響を受け難く、高圧段タービンバイパスバルブ１７の信頼性が向上する。また、従来の場合と比べて、高圧段タービンバイパスバルブ１７を構成する材料を耐熱性の低い安価な材料とすることが出来る。
【００９９】
幾つかの実施形態では、図１０に示す２段過給システム１０において、低圧段過給機１５が、上述した図１２〜図１６に示した実施形態にかかるタービン過給機と同様に構成される。
【０１００】
すなわち、低圧段過給機１５は、図１２〜図１３に示すように、低圧段タービン１５１と、低圧段タービン１５１を収容する低圧段タービンハウジング１５１ｈと、低圧段タービン１５１に供給される排気ガスの流量を制御するための低圧段タービンバイパスバルブ１６とを備える。低圧段タービンハウジング１５１ｈの内部には、図１５に示した高圧段タービンハウジング１４１ｈと同様に、低圧段タービン１５１に排気ガスを導くためのスクロール流路２２と、低圧段タービン１５１に供給された排気ガスを低圧段タービンハウジング１５１ｈの外部に排出するための出口流路２６と、低圧段タービン１５１を迂回して、スクロール流路２２と出口流路２６とを接続する低圧側バイパス流路１３１とが形成される。
【０１０１】
また、低圧段タービンバイパスバルブ１６は、図１６に示した高圧段タービンバイパスバルブ１７と同様に、弁棒２と、弁棒２を軸として回動する平板状の弁体３と、低圧側バイパス流路１３１の一部を内部に画定する筒状の弁ハウジング４であって、弁体３の開度が０度である閉弁状態において、弁体３の外周部３１が当接する、低圧側バイパス流路１３１の軸方向ＡＤと交差する方向に沿って延在する弁座シート面４１、及び弁体３の開度が０度より大きい開弁状態において、弁体３の外周部３１との間に排気ガスが通過する通過領域Ｒを画定する、低圧側バイパス流路１３１の軸方向ＡＤに沿って延在する流路面４２が内周面に形成されている弁ハウジング４を含んでいる。そして、上述した弁ハウジング４が、低圧段タービンハウジング１５１ｈの内部において、低圧側バイパス流路１３１の内周壁面１４１ｈｓに固定される。
【０１０２】
このような実施形態によれば、高圧段過給機１４、および低圧段過給機１５の両方が、上述したような、タービンハウジングの内部にタービンバイパスバルブが配置されたターボ過給機からなる。このため、高圧側バイパス流路１３２、低圧側バイパス流路１３１および高圧段タービンバイパスバルブ１７、低圧段タービンバイパスバルブ１６の夫々を高圧段タービンハウジング１４１ｈおよび低圧段タービンハウジング１５１ｈの外部に配置する場合と比べて、２段過給システム１０全体をコンパクトに構成することが出来る。
【０１０３】
以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１０４】
１                排気流量制御弁
２                弁棒
３                弁体
３１              外周部
３１１            シート面
３１２            凹み部
３１３            側面
４                弁ハウジング
４１              弁座シート面
４２              流路面
４２ａ            所定位置
４２ｂ            端部
４Ａ              着座部
４Ａａ            一端面
４Ｂ              本体部
４Ｂａ            ボルト孔
４Ｂｂ            バイパス開口
４Ｂｃ            接続流路開口
１０              過給システム
１１              エンジン
１２              排気マニホールド
１３              排気系統
１３１            低圧側バイパス流路
１３２            第２バイパス流路
１３３〜１３６    排気流路
１４              高圧段過給機
１４１            高圧段タービン
１４１ｈ          高圧段タービンハウジング
１４１ｈａ        入口フランジ部
１４１ｈｂ        出口フランジ部
１４１ｈｏ        開口端
１４１ｈｓ        内周壁面
１４１ｈｓ１      平坦面
１４１ｈｓ２      段部
１４１ｈｓ３      拡幅部
１４１ｈｓ４      テーパー面
１４２            高圧段コンプレッサ
１４２ｈ          高圧段コンプレッサハウジング
１５              低圧段過給機
１５１            低圧段タービン
１５１ｈ          低圧段タービンハウジング
１５１ｈａ        入口フランジ部
１５１ｈｂ        出口フランジ部
１５１ｈｏ        開口端
１５１ｈｓ        内周壁面
１５１ｈｓ１      平坦面
１５１ｈｓ２      段部
１５１ｈｓ３      拡幅部
１５１ｈｓ４      テーパー面
１５２            低圧段コンプレッサ
１５２ｈ          低圧段コンプレッサハウジング
１６              低圧段タービンバイパスバルブ（ウェイストゲートバルブ）
１６Ａ            低圧段アクチュエータ
１７              高圧段タービンバイパスバルブ（排気フロー制御バルブ）
１７Ａ            高圧段アクチュエータ
１８              吸気系統
１８１〜１８５    吸気流路
１８６            吸気マニホールド
１８７            エアクーラ
１８８            インタークーラ
１９              コンプレッサバイパス弁
Ｒ                通過領域
【図１】
2016157364.tif 000003
【図２】
2016157364.tif 000004
【図３】
2016157364.tif 000005
【図４】
2016157364.tif 000006
【図５】
2016157364.tif 000007
【図６】
2016157364.tif 000008
【図７】
2016157364.tif 000009
【図８】
2016157364.tif 000010
【図９】
2016157364.tif 000011
【図１０】
2016157364.tif 000012
【図１１】
2016157364.tif 000013
【図１２】
2016157364.tif 000014
【図１３】
2016157364.tif 000015
【図１４】
2016157364.tif 000016
【図１５】
2016157364.tif 000017
【図１６】
2016157364.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月1日(2015.10.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンと、
前記タービンを収容するタービンハウジングと、
前記タービンに供給される排気ガスの流量を制御するためのタービンバイパスバルブと、を備えるタービン過給機であって、
前記タービンハウジングの内部には、
前記タービンに前記排気ガスを導くためのスクロール流路と、
前記タービンに供給された前記排気ガスを前記タービンハウジングの外部に排出するための出口流路と、
前記タービンを迂回して、前記スクロール流路と前記出口流路とを接続するバイパス流路と、が形成され、
前記タービンバイパスバルブは、
弁棒と、
前記弁棒を軸として回動する平板状の弁体と、
前記バイパス流路の一部を内部に画定する筒状の弁ハウジングであって、
前記弁体の開度が０度である閉弁状態において、前記弁体の外周部が当接する、前記バイパス流路の軸方向と交差する方向に沿って延在する弁座シート面、及び
前記弁体の開度が０度より大きい開弁状態において、前記弁体の前記外周部との間に前記排気ガスが通過する通過領域を画定する、前記バイパス流路の前記軸方向に沿って延在する流路面、
が内周面に形成されている弁ハウジングと、を含み、
前記弁ハウジングは、前記弁座シート面および前記流路面が内周面に一体的に形成された筒状の着座部を含み、
前記着座部が、前記タービンハウジングの内部において、前記バイパス流路の内周壁面に圧入又は嵌合されることで固定されるタービン過給機。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
前記バイパス流路の内周壁面には、平坦面と、前記平坦面の上流端から内側に向かって延在する段部とが形成され、
前記着座部が、前記バイパス流路の内周壁面に固定された状態において、前記着座部の一端面と前記段部とが当接するように構成される
請求項１に記載のタービン過給機。
【請求項４】
前記バイパス流路の内周壁面には、前記段部よりも上流側の位置に、上流側から下流側に向かって内部断面を拡幅する拡幅部が形成され、
前記弁体が前記閉弁状態から前記開弁状態に移行するときに、前記弁体の前記外周部が前記バイパス流路の下流側に向かって回動する側を一方側、前記弁体の前記外周部が前記バイパス流路の上流側に向かって回動する側を他方側、とした場合に、
前記他方側に位置する前記弁体の前記外周部が、前記拡幅部を通過するように構成される
請求項３に記載のタービン過給機。
【請求項５】
エンジンと、
前記エンジンから排出される排気ガスが導入される排気マニホールドと、
前記排気マニホールドから排出される前記排気ガスが流れる排気系統と、
前記排気マニホールドから排出される前記排気ガスにより駆動するように構成された高圧段タービンを有する高圧段過給機と、
前記高圧段過給機よりも前記排気系統の下流側に配置され、前記高圧段過給機から排出される前記排気ガスによって駆動するように構成された低圧段タービンを有する低圧段過給機と、を備える２段過給システムであって、
前記高圧段過給機が、請求項１、３又は４の何れか一項に記載のタービン過給機からなる
２段過給システム。
【請求項６】
前記低圧段過給機が、請求項１から４の何れか一項に記載のタービン過給機からなる
請求項５に記載の２段過給システム。
【国際調査報告】
2016157364.tif 000019
2016157364.tif 000020
2016157364.tif 000021