(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス再循環（ＥＧＲ）バルブを有するターボチャージャ（１６）であって、
排気ガスを受ける排気ガス入口（５０）及び排気ガスをタービン・ノズル（４４）に指向するボリュート（５２）を有するタービン・ハウジング（１８）、並びにＥＧＲバルブ・アセンブリを含み、
前記ボリュート（５２）は、ＥＧＲ出口（５４）を組込むフランジ（５６）を有し、
前記ＥＧＲ出口（５４）は、ボリュート（５２）の周囲に対して接線方向に、排気ガス入口（５０）に入る排気ガスの流線に実質的に直線的に整合し、
前記ＥＧＲバルブ・アセンブリは、
前記ＥＧＲ出口を組込むフランジ（５６）に選択された配向で係合するメーティング・フランジ（７１）と、
メーティング・フランジから延びてＥＧＲ導管（４０）に取り付けられるエルボ（７２）であって、前記エルボのＥＧＲ導管（４０）への取付方向がメーティング・フランジの選択された配向により定められるエルボと、
エルボ（７２）内に取り付けられ、ＥＧＲ出口（５４）を閉じる第１の位置及び第２の開の位置の少なくとも２つの調節位置を有する調節弁（３４）と、
調節弁（３４）を第１及び第２の位置間で調節する手段と、
を含む、前記ターボチャージャ。
【請求項２】
前記調節弁（３４）はＥＧＲ出口（５４）を囲む座面を封止可能なポペット（５８）を備える請求項１に記載のターボチャージャ（１６）。
【請求項３】
前記ポペット（５８）は回転可能なアクスル（６２）から延びるアームに取り付けられ、前記調節手段はアクスルから延びるクランク（８２）及びクランクを位置決めしてアクスルを回転させるアクチュエータ（７６）を備え、それによって調節弁の第１の位置によりポペットが座面を封止し、アクチュエータはアクスルを回転させてポペットを第２の開の位置に旋回させる請求項２に記載のターボチャージャ（１６）。
【請求項４】
前記アクチュエータ（７６）は空気圧アクチュエータである請求項３に記載のターボチャージャ（１６）。
【請求項５】
前記ノズル（４４）はボリュート（５２）内で背圧を調節するための可変形状手段を含む請求項１に記載のターボチャージャ（１６）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願の相互参照】
本願は、本願と同じ名称の２０００年３月３日出願の係属する出願第６０／１８６，６４７号の優先権を主張する。
【０００２】
【発明の分野】
本発明は、全体的に排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムに関し、特にターボチャージャ内に組込まれ（integrated）、バルブ入口がタービン・ハウジング内に鋳造されアクチュエータ・システムがターボチャージャに直接取り付けられたＥＧＲバルブに関する。
【０００３】
【従来技術の説明】
商用ディーゼルＥＧＲシステムは、排気ガスのインテーク・マニホルドへの流れを制御するＥＧＲバルブを必要とする。商用ディーゼルＥＧＲシステムは、既存の車両エンベロープ内に存在するＥＧＲシステムのパッケージング（package:包装）に対する制約がきわめて厳しいこと、ＥＧＲシステム圧力損失及び燃料消費量に影響され易いことを特徴とする。現在のＥＧＲシステムでは、一般的にシステムの各要素が別々の構成要素を使用して構成される。この取組方法では、システムを最適化して上記の課題に適合させることができない。
【０００４】
【発明の概要】
本発明は、このパッケージング及びＥＧＲシステム圧力損失に対処し、車両燃料消費量を最小にする。ＥＧＲバルブが、個別式ＥＧＲバルブ・アセンブリ（部品供給業者間で一般的）に比しよりコンパクトにターボチャージャ・タービン・ハウジングに組込まれる。更に、ＥＧＲバルブはＥＧＲシステム圧力損失（ＥＧＲバルブに対する）が最小化されるように位置付けされる。これは、タービン入口流量に関連する動的圧力を利用することによって達成される。ＥＧＲバルブを一体化設計することは、ＥＧＲバルブのターボチャージャ・センタラインに対する配向に「無限」の柔軟性を提供する。この特徴は、ＥＧＲシステムの車両装置制約内でのパッケージングに大いに助けとなる。ＥＧＲバルブの設計が、このパッケージングの利点を生む力となる。
【０００５】
本発明は、「スウィング・バルブ」設計を採用する。ＥＧＲポートをターボチャージャ・タービン・ハウジング内に鋳造することにより、タービン・ハウジングに入るエンジン排気のガス・ダイナミクスによって排気ガスのＥＧＲシステムへの流入が補足され、したがってＥＧＲシステム圧力損失が減少する。ＥＧＲバルブは、ＥＧＲバルブからの排気口がターボチャージャ、タービン・ハウジング、あるいはＥＧＲバルブ・サブアセンブリの設計変更を要せずに無数の方向に指向できるようにタービン・ハウジングに取り付けられる。
【０００６】
ＥＧＲバルブ・アクチュエータ、及び関連するアクチュエータ取付ブラケットはターボチャージャへの取付用サブアセンブリとして結合され、それによってＥＧＲバルブ排気口がＥＧＲシステム／エンジン・パッケージングのために最良の方向に指向される。本発明のそれらの及び他の特徴及び長所は、以下の詳細な説明を添付図面を参照して検討することによって理解されよう。
【０００７】
（発明の詳細な説明）
図１に、ターボチャージャ及びＥＧＲシステムを有する内燃機関におけるＥＧＲシステムを模式的に示す。エンジン１０は、インテーク・マニホルド１２及び排気マニホルド１４を含む。図示の実施形態においては、エンジンはターボチャージャ１６を含み、概ねターボチャージャは、ハウジング１８に内蔵のタービン、及びハウジング２０に内蔵の、エンジン１０の吸気を圧縮するためのコンプレッサを備える。吸気は、ターボチャージャ圧縮プロセス中に加熱され、かつエンジン耐久性及び性能要求事項を満たすために冷却されなければならない。その冷却は、ターボチャージャ１６から吐出される空気をチャージャ・エア・クーラ（ＣＡＣ）２２に従来の導管又はダクト２４を介して送ることによって達成される。吸気は、次いでＣＡＣからエンジンのインテーク・マニホルドに従来の導管又はダクト３０を介して送られる。
【０００８】
エンジン１０はまた、ＥＧＲシステムを含む。ＥＧＲシステムは、本発明によってターボチャージャに組込まれた制御弁３４を含み、制御弁は、排気マニホルドから吸気され、ＣＡＣを通過した吸気と混合するためにエンジン・インダクション・システムに戻されるか、あるいはターボチャージャのタービンに指向される排気ガスの割合を調節する。制御弁３４は、受けた排気ガスの一部を排気マニホルドからＥＧＲシステムを介してタービン・ハウジング内に送る。
【０００９】
ＥＧＲシステムはまた、エンジンに取付けられたＥＧＲクーラ３８又は熱交換機を含み、これによってシステムを通過する排気ガスを冷却する。熱交換機をＥＧＲ導管又はダクト４０に設けることによって、エンジン１０の効率が向上する。他に、ＮＯｘ及びＰＭエミッションの減少、燃料消費量の減少等の利点もまた、熱交換機３８の存在から得られる結果である。熱交換機３８を通過する排気ガスは、次いでＣＡＣを通過した吸気とＥＧＲミキサ４２において混合される。この吸気と排気ガスの混合ガスは、ミキサ４２を後にしてエンジンのインテーク・マニホルドに入る。ターボチャージャの可変形状ノズル４４は、タービン・ハウジング入口及び排気マニホルド内の背圧のために利用される。
【００１０】
図２、図４及び図５は、本発明を導入したターボチャージャ１６を更に詳細に示す。タービン・ハウジング１８は、エンジンの排気マニホルドからの入口５０を含む。入口に入る排気ガスは、トーラス又はボリュート（volute:渦形室）５２に流入する。ボリュートからのＥＧＲ出口５４が図６に示すようにタービン・ハウジング内に鋳造される。ＥＧＲ出口の位置及び配向は、ボリュートに対し接線方向に、かつタービン・ハウジング入口に入る流れに沿ってほぼ直線的であるため、抽出されるＥＧＲフローの圧力損失が最小化される。フランジ５６が、図３に詳細を示すＥＧＲバルブ・アセンブリの取付用に設けられる。
【００１１】
ＥＧＲバルブはポペット５８を含み、ポペットはアーム６０によってアクスル６２に取り付けられ、それによってポペットは図６のＥＧＲ出口に示す座面６４の閉じた位置からポペットが開の位置に旋回し、バルブ鋳造部６８のチャンバ６６内へと回転する。バルブ鋳造部は、アクスルを受ける穿孔ボス７０及びタービン・ハウジングのフランジ５６のためのメーティング（mating:係合する）・フランジ７１を含む。図示の実施形態用として、バルブ鋳造部は、ＥＧＲ導管４０への取付用フランジ７４で終わるエルボ７２を含む。空気圧アクチュエータ７６が、ブラケット７８によりバルブ鋳造部に取り付けられ、アクスルから延びるクランク８２に結合するアクチュエーティング・アーム８０が組込まれる。
【００１２】
メーティング・フランジは、フランジ５６にボルト８４を使用して結合される。フランジ５６のメーティング・ホール・パターンは、エルボが所望通り配向されてＥＧＲ配管用の様々なエンジン・アレンジメントを収容できるように適合させることができる。
【００１３】
図に示す実施形態では、ターボチャージャは、可変形状タービン入口ノズル４４を制御する第２のアクチュエータ８６を含み、それによって排気システム及びタービン・ボリュートにおける背圧調節手段が得られ、ＥＧＲバルブとの併用でＥＧＲ流量が調節される。図に示す実施形態では、第２アクチュエータは、空気圧作動し、タービン・ハウジングにブラケット８８により取り付けられる。
【００１４】
図に示す実施形態では、可変形状ノズルは、本願と譲受人を同じくし、１９９９年９月７日発行の米国特許第５９４７６８１号「圧力均衡２軸可変ノズルターボチャージャ（Pressure balanced dual axle variable nozzle turbocharger）」に開示の通りに製作される。同特許の開示をここに援用する。
【００１５】
以上、本発明を特許法の要件にしたがって詳細に説明したので、当業者はここに開示した具体的実施形態の変更及び代替を認識するであろう。そのような変更は、特許請求の範囲に定義した本発明の範囲と意図に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による組込ＥＧＲバルブ付きターボチャージャ使用のＥＧＲシステムを有する内燃機関の概念図である。
【図２】  本発明による組込ＥＧＲバルブ付きターボチャージャの一実施形態の絵図である。
【図３】  図２のＥＧＲバルブのバルブ・ポペット及びアクチュエータの破断図である。
【図４】  図２に開示のターボチャージャの上面図である。
【図５】  図２に開示のターボチャージャの一端を示す図である。
【図６】  図２に開示のターボチャージャのタービン・ハウジング鋳造部の断面図である。
【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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