(57)【要約】【課題】内燃機関の排気をタービンロータに供給するために２つの流路を切り換えまたは各流路を流れる排気の流量を調節可能であって、さらに各流路が２つのタービンスクロールを有する過給機のタービンにおいて、タービンロータに供給される排気の流路をより確実に切り換え可能とし、または各流路を流れる排気の流量をより確実に調節可能とする。【解決手段】内燃機関の運転状態に応じて排気が通過する流路を切り換えまたは各流路を流れる排気の流量を調節するためのバルブ装置３は、単一の回転軸４と、その回転軸４に固定されて二股に分かれたアーム５と、二股に分かれたアーム５の先端に設けられた２つの平板状バルブ６、７とにより構成される。前記二股に分かれたアーム５を用いることにより、排気流動を制御すべき流路において２つのタービンスクロールを分離する隔壁の両側に平板状バルブ６、７が配置される。【選択図】図２
2007192118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気をタービンロータに導く２つの並列したタービンスクロールを有する第１流路と、
前記第１流路における２つのタービンスクロールがそれぞれ分岐し、分岐したそれぞれのタービンスクロールが並列して形成された第２流路と、
前記第１流路を流通する排気の前記第２流路への流入量を制御するバルブ装置と、を備え、
前記バルブ装置は、
前記第１流路または第２流路において並列した２つのタービンスクロールの並び方向と略平行な軸を有し、回転可能に支持されたバルブシャフトと、
一端が前記バルブシャフトに固定され、他端が前記バルブシャフトの径方向に延びるとともに途中で少なくとも前記バルブシャフトの軸方向に分岐した二股形状のバルブアームと、
前記バルブアームの二股に分岐した先の部分のそれぞれに設けられ、前記第１流路または第２流路における並列したタービンスクロールの間の隔壁を互いに挟んで配置された２つの平板状バルブと、
を有し、
前記第２流路への排気の流入量を制御する場合には、前記バルブシャフトが前記軸を中心に回転し、
前記平板状バルブは、前記バルブシャフトの回転に伴う該平板状バルブの移動方向に略垂直な平面状のバルブ面を有し、
前記バルブシャフトの回転に伴う前記２つの平板状バルブの進退移動によって、前記隔壁の両側における２つのタービンスクロールの流路面積が変更されることを特徴とする過給機のタービン。
【請求項２】
前記バルブアームは一部品より一体に形成されることを特徴とする請求項１に記載の過給機のタービン。
【請求項３】
前記２つの平板状バルブは、前記バルブシャフトの軸方向と略並行に並べて配置され、前記バルブ面は短辺が前記バルブシャフトの軸方向と略平行方向である長方形であり、前記２つの平板状バルブのバルブ面によって形成される合計バルブ面が略正方形となることを特徴とする請求項１または２に記載の過給機のタービン。
【請求項４】
前記２つの平板状バルブのバルブ面における、少なくとも前記隔壁側の端部には、前記隔壁の壁面と略平行な仕切り板が設けられたことを特徴とする請求項１または２に記載の過給機のタービン。
【請求項５】
前記バルブアームにおける二股分岐部分に切り欠き溝を有し、
前記隔壁には、前記２つの平板状バルブが前記第２流路の２つのタービンスクロールを閉鎖した状態においては前記切り欠き溝に収納され、前記２つの平板状バルブによる閉鎖が解除された状態においては前記切り欠き溝から露出する突出部が形成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の過給機のタービン。
【請求項６】
前記隔壁は、前記バルブシャフトの回転に伴う前記バルブアームの移動時における、前記二股分岐部分の軌跡に沿った形状の端面を有することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の過給機のタービン。
【請求項７】
前記第１流路及び第２流路における２つのタービンスクロールの各々には、前記内燃機関からの排気のうち、排気干渉を互いに起さない気筒からの排気同士が集合され、
前記内燃機関の運転状態が所定の低回転数領域に属する場合には、前記バルブ装置によって前記第１流路から前記第２流路への排気の流入が禁止され、前記内燃機関の運転状態が前記低回転数領域から外れた場合に、前記バルブ装置による前記第１流路から前記第２流路への排気の流入が許可されることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の過給機のタービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の過給機のタービンに関し、特にタービンロータに排気を導く流路を切り換えまたは各流路を流れる排気の流量を調節するバルブ装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ過給機においては、タービンスクロールを分割して複数の流路を有するようにしたものが知られている。例えば、タービンスクロールを羽付きノズルを有する第１流路と羽根付きノズルを有さない第２流路とに分割し、バルブによって排気の流路を選択可能としたものを挙げることができる。この例においては、内燃機関の低速運転時にはバルブの開閉によって第１流路のみから、排気を羽根付きノズルを介してタービンロータに供給することで過給圧力を高める。一方、内燃機関の高速運転時には、第１流路及び第２流路の両方から、羽根付きノズル及び羽根なしノズルの両方を介してタービンロータに排気を供給し、過給圧力を抑制するとともに背圧を低減する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、２つのタービンスクロールを有するようにし、各々のタービンスクロールには排気干渉を互いに起さないシリンダからの排気同士を集合させ、各々のタービンスクロールにおける排気の干渉を低減し、内燃機関の出力を向上させる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
さらには、上記の技術を組み合わせて、２つの流路を切り換えることが可能な過給機のタービンにおいて、２つの流路の各々が２つのタービンスクロールを有するようにすることも考えられる。その場合は、各流路が２つのタービンスクロールを有しているために、内燃機関の運転状態に応じて流路を切り替える際には、上記のバルブとは異なる技術が必要となる。
【特許文献１】特開昭６０−１６６７１８号公報
【特許文献２】特開昭６３−１１７１２４号公報
【特許文献３】特開２００１−２６３０７８号公報
【特許文献４】特開２００２−２６６７９７号公報
【特許文献５】実開平４−９５６２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的とするところは、内燃機関の排気をタービンロータに供給するために２つの流路を切り換えまたは各流路を流れる排気の流量を調節可能であって、さらに各流路が２つのタービンスクロールを有する過給機のタービンにおいて、タービンロータに供給される排気の流路をより確実に切り換え可能とし、または各流路を流れる排気の流量をより確実に調節可能とする技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は以下のことを最大の特徴とする。すなわち、２つの流路を切り換えまたは各流路を流れる排気の流量を調節することが可能であり、該２つの流路の各々が２つのタービンスクロールを有するようにした過給機のタービンであって、内燃機関の運転状態に応じて排気が通過する流路を切り換えまたは各流路を流れる排気の流量を調節するためのバルブ装置は、単一の回転軸と、その回転軸に固定されて二股に分かれたアームと、二股に分かれたアームの先端に設けられた２つの平板状バルブとにより構成される。さらに、前記二股に分かれたアームを用いて、排気の流路においてタービンスクロールを２つに分離する隔壁の両側に、平板状バルブがそれぞれ配置されるようにす
る。そして、流路を切り換えまたは調節する際には、前記の回転軸を回転させて、前記２つの平板状バルブによって、排気の流動を停止すべき流路における２つのタービンスクロールの双方の流路面積を変更する。
【０００７】
より詳しくは、内燃機関の排気をタービンロータに導く２つの並列したタービンスクロールを有する第１流路と、
前記第１流路における２つのタービンスクロールがそれぞれ分岐し、分岐したそれぞれのタービンスクロールが並列して形成された第２流路と、
前記第１流路を流通する排気の前記第２流路への流入量を制御するバルブ装置と、を備え、
前記バルブ装置は、
前記第１流路または第２流路において並列した２つのタービンスクロールの並び方向と略平行な軸を有し、回転可能に支持されたバルブシャフトと、
一端が前記バルブシャフトに固定され、他端が前記バルブシャフトの径方向に延びるとともに途中で少なくとも前記バルブシャフトの軸方向に分岐した二股形状のバルブアームと、
前記バルブアームの二股に分岐した先の部分のそれぞれに設けられ、前記第１流路または第２流路における並列したタービンスクロールの間の隔壁を互いに挟んで配置された２つの平板状バルブと、
を有し、
前記第２流路への排気の流入量を制御する場合には、前記バルブシャフトが前記軸を中心に回転し、
前記平板状バルブは、前記バルブシャフトの回転に伴う該平板状バルブの移動方向に略垂直な平面状のバルブ面を有し、
前記バルブシャフトの回転に伴う前記２つの平板状バルブの進退移動によって、前記隔壁の両側における２つのタービンスクロールの流路面積が変更されることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る過給機のタービンにおけるバルブ装置は、上記のように単一のバルブシャフトを有し、このバルブシャフトの回転によって２つの平板状バルブを移動させ、排気の流量を制御すべき流路における２つのタービンスクロールの双方の流路面積を変更している。従って、１つのアクチュエータで２つのタービンスクロールの双方の流路面積を同時に変更することができ、それぞれの平板状バルブを別々に設けられたバルブシャフトの回転によって移動させる場合と比較して、コストダウン及び省スペース化を促進することができる。
【０００９】
また、上記においては、二股に分岐したバルブアームを有しているので、二股に分岐された先に設けられた２つの平板状バルブで、第１流路または第２流路における２つのタービンスクロールの間の隔壁を挟んだ状態を維持しながらバルブ装置の開閉を制御することができる。すなわち、タービンスクロールを２つに分離する隔壁を維持したまま、両方のタービンスクロールに流入する排気の量を制御でき、一方のタービンスクロールから他方のタービンスクロールへ排気が漏れ出すことを抑制することができる。
【００１０】
また、本発明においては、バルブアームは一部品により一体的に形成されるようにしてもよい。これは例えば、バルブアームがダイカストの一体成型により形成されることを意味する。そうすれば、バルブアームにおいて２つの前記平板状バルブが設けられる部分の位置合わせをより高精度に行うことができる。そうすれば、例えばバルブ装置を全閉状態とした場合に、前記２つの平板状バルブのうちの１つのみが、対応するタービンスクロールを完全に閉鎖し、他方の平板状バルブは対応するタービンスクロールを完全に閉鎖できないというような不都合を抑制でき、バルブ装置の信頼性を向上させることができる。
【００１１】
また、本発明においては、前記２つの平板状バルブは、前記バルブシャフトの軸方向と略並行に並べて配置され、前記バルブ面は短辺が前記バルブシャフトの軸方向と略平行方向である長方形であり、前記２つの平板状バルブのバルブ面によって形成される合計バルブ面が略正方形となるようにしてもよい。
【００１２】
ここで、過給機のタービンにおいて複数のタービンスクロールが形成されている場合、排気の流路面積を効率よく確保するために各タービンスクロールの断面は略長方形とする場合が多い。従って各平板状バルブのバルブ面の形状を長方形とすることで、各タービンスクロールにおいてタービンスクロールの断面形状と平板状バルブのバルブ面の形状とを合わせることができ、バルブ装置における気密性をより向上させることができる。また、この際、前記２つの平板状バルブが前記バルブシャフトの中心軸の外周方向に過剰に長い場合には、前記バルブシャフトを回転させてバルブ装置を作動させる際のモーメントが大きくなる。そうすると、バルブ装置の作動時に必要なトルクが増大してしまう。
【００１３】
一方、前記２つの平板状バルブが前記バルブシャフトの軸方向に過剰に長い場合には、バルブ装置の作動時におけるバルブシャフトのねじり歪みが増大してしまう。これに対し、２つの平板状バルブのバルブ面を合わせて形成される合計バルブ面の形状が略正方形となるように、２つの平板状バルブのバルブ面形状を決定することにより、バルブ装置の作動時のトルクと、バルブシャフトに生じるねじり歪とをバランスさせ、バルブシャフトを回転させるアクチュエータの負荷を低減できるとともに、信頼性及び耐久性を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明においては、前記２つの平板状バルブのバルブ面における、少なくとも前記隔壁側の端部には、前記隔壁の壁面と略平行な仕切り板が設けられるようにしてもよい。
【００１５】
そうすれば、例えばバルブ装置が全閉の状態から開弁されることによって、前記第１流路の２つのタービンスクロールから前記第２流路の２つのタービンスクロールへ排気が流入した際にも、平板バルブとタービンスクロール壁面との間の隙間を排気が通過して、片方のタービンスクロールから他方のタービンスクロールへ排気が漏れ出すことをより確実に抑制することができる。その結果、各々のタービンスクロールにおける排気の干渉をより確実に低減し、内燃機関の出力をより確実に向上させることができる。
【００１６】
また、本発明においては、前記バルブアームにおける二股分岐部分に切り欠き溝を有し、
前記隔壁には、前記２つの平板状バルブが前記第２流路の２つのタービンスクロールを閉鎖した状態においては前記切り欠き溝に収納され、前記２つの平板状バルブによる閉鎖が解除された状態においては前記切り欠き溝から露出する突出部が形成されるようにしてもよい。
【００１７】
ここで、本発明では、バルブシャフトの回転に伴って揺動する二股形状のバルブアームと、二股に分岐された先の部分に設けられた２つの平板状バルブを有している。この場合、バブルシャフトが回転した場合には、バルブアームの二股に分岐された先の部分及び平板状バルブは、２つのタービンスクロール間の隔壁の両側を円弧状に進退移動するが、バルブアームの二股に分岐していない部分が揺動可能となるためには、２つのタービンスクロール間の隔壁において、バルブアームの二股に分岐していない部分の軌跡に相当する部分が切り欠かれている必要がある。
【００１８】
そうすると、バルブ装置における２つの平板状バルブがタービンスクロールを閉鎖した状態からバルブシャフトが回転し、タービンスクロールの閉鎖状態が解除された場合、前
述した２つのタービンスクロール間の隔壁において切り欠かれた部分を通じて各々のタービンスクロールを通過する排気が他方のタービンスクロールに漏れ出すおそれがある。
【００１９】
そこで、本発明においては、前記バルブアームにおける二股の分岐部分に切り欠き溝を設け、前記２つのタービンスクロールの隔壁には、前記２つの平板状バルブが前記第２流路の２つのタービンスクロールを閉鎖した状態においては前記切り欠き溝に収納され、前記２つの平板状バルブによる閉鎖が解除された場合に、前記切り欠き溝から露出する突出部が形成されるようにした。
【００２０】
そうすれば、バルブ装置の開放時においてバルブシャフトが回転した場合にも、前記切り欠き溝に収納されている突出部が前記切り欠き溝から露出してその部分に隙間が生じることを抑制できる。従って、各々のタービンスクロールを通過する排気が他方のタービンスクロールに漏れ出すことを抑制できる。
【００２１】
また、本発明においては、前記隔壁は、前記バルブシャフトの回転に伴う前記バルブアームの移動時における、前記二股分岐部分の軌跡に沿った形状の端面を有するようにしてもよい。
【００２２】
そうすれば、バルブアームの二股に分岐していない部分の二股分岐部分が、バルブシャフトの回転に伴って円弧状に移動することによって、前記二股分岐部分と、前記２つのタービンスクロールの隔壁端面との間に大きな隙間が生じることがなく、各々のタービンスクロールから他方のタービンスクロールへの排気の漏れ出しを抑制することができる。
【００２３】
また、本発明においては、前記第１流路及び第２流路における２つのタービンスクロールの各々には、前記内燃機関からの排気のうち、排気干渉を互いに起さない気筒からの排気同士が集合され、
前記内燃機関の運転状態が所定の低回転数領域に属する場合には、前記バルブ装置によって前記第１流路から前記第２流路への排気の流入が禁止され、前記内燃機関の運転状態が前記低回転数領域から外れた場合に、前記バルブ装置による前記第１流路から前記第２流路への排気の流入が許可されるようにしてもよい。
【００２４】
そうすれば、それぞれのタービンスクロール内において排気干渉が生じることを抑制でき、内燃機関の出力をより高めることができる。また、低回転数領域においては第１流路から集中的にタービンロータに排気を供給することにより過給能力を高めるとともに、前記低回転数領域から外れた比較的高回転数の領域では、第１流路及び第２流路の両方からタービンロータに排気を供給して過給圧が過度に高くなることを抑制し余剰の排気を有効に過給機のタービンに供給することができる。
【００２５】
なお、本発明における課題を解決するための手段は、可能な限り組み合わせて使用することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明にあっては、内燃機関の排気をタービンロータに供給するために２つの流路を切り換えまたは各流路を流れる排気の流量を調節可能であって、さらに各流路が２つのタービンスクロールを有する過給機のタービンにおいて、タービンロータに供給される排気の流路をより確実に切り換えることができ、または各流路を流れる排気の流量をより確実に調節することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を例示的に詳しく説明す
る。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明が適用されない場合の過給機１におけるタービンの構造を説明するための図である。図１の過給機１においては、タービンハウジング２に、それぞれ２つのタービンスクロール２ａ、２ｂを有する第１流路と、２つのタービンスクロール２ａ´、２ｂ´を有する第２流路とが備えられている。ここで、タービンスクロール２ａと２ｂは、タービンハウジング２における周方向に並列して形成されている。
【００２９】
ここで、タービンスクロール２ａには、図示しない内燃機関の第１気筒、第４気筒からの排気が流入するようになっており、タービンスクロール２ｂには、内燃機関の第２気筒、第３気筒からの排気は流入されるようになっている。これにより、連続して排気行程を迎える気筒からの排気が同じタービンスクロールを通過することが防止され、各タービンスクロール内で排気干渉が生じることが抑制されている。
【００３０】
そして、第１流路のタービンスクロール２ａ、２ｂは分岐部２ｃにおいて、第２流路のタービンスクロール２ａ´、２ｂ´に分岐している。そして内燃機関の運転状態が低回転数領域に属する場合には、第１流路のタービンスクロール２ａ、２ｂのみを用いて排気をタービンロータに供給する。一方、内燃機関の運転状態が前述の低回転数領域から外れて比較的高回転数の領域となった場合には、第１流路のタービンスクロール２ａ、２ｂの他に第２流路のタービンスクロール２ａ´、２ｂ´からもタービンロータに排気を供給する。ここで、タービンスクロール２ａと２ａ´、２ｂと２ｂ´は、タービンハウジング２における軸方向に並列して形成されている。またここで低回転数領域とは、第１流路から集中的にタービンロータに排気を供給することにより過給能力を高めることができ且つ第１流路及び第２流路の両方を用いなくても過給圧が過度に高くならないような運転状態の範囲として予め求められる。
【００３１】
図１（ｂ）には、中空の矢印方向から見た分岐部２ｃの断面図を示す。図１（ｂ）に示すとおり、第２流路におけるタービンスクロール２ａ´は、第１流路におけるタービンスクロール２ａに対して開口部２ｄにおいて接続されている。同様に、第２流路におけるタービンスクロール２ｂ´は、第１流路におけるタービンスクロール２ｂに対して開口部２ｅにおいて接続されている。そして、内燃機関の運転状態が低回転数領域に属する場合においてはバルブ３ａ、３ｂが閉弁され、開口部２ｄ、２ｅを閉鎖することにより、第１流路のタービンスクロール２ａ、２ｂから第２流路のタービンスクロール２ａ´、２ｂ´への排気の流入は禁止される。一方内燃機関の運転状態が上述の低回転数領域から外れた場合においては、バルブ３ａ、３ｂが開弁され、第１流路のタービンスクロール２ａ、２ｂから第２流路のタービンスクロール２ａ´、２ｂ´への排気の流入が許容される。
【００３２】
図１において第１流路のタービンスクロール２ａ、２ｂから第２流路のタービンスクロール２ａ´、２ｂ´への排気の流入を制御するバルブ装置について説明する。ここで、図１（ａ）に示すように、タービンスクロール２ａからタービンスクロール２ａ´への排気の流入と、タービンスクロール２ｂからタービンスクロール２ｂ´への排気の流入とを２つのバルブシャフト３ｃ、３ｄ及びバルブシャフト３ｃ、３ｄに設けられた２つのバルブ３ａ及び３ｂによって制御している。この場合は、両者と独立に制御することができまた、それぞれの開口部における気密性を独立に調整できるという利点がある。しかし一方で、バルブ装置を開閉するためにバルブシャフト３ｃ、３ｄを回転させるアクチュエータが２個必要であるので、スペース効率、機構全体の重量及びコストの点で不利となる。
【００３３】
また、上記の他に例えば、バルブシャフト３ｃ、３ｄを共通化して一本とした上で、２つのバルブ３ａ、３ｂを１本のバルブシャフトに取り付けた場合には、２つのバルブ３ａ
及び３ｂの位置合わせを精密に行うことが困難となる。そうすると、例えばバルブ装置を全閉状態とした場合にも、タービンスクロール２ａと２ａ´は遮断されているが、タービンスクロール２ｂと２ｂ´が完全に遮断されず排気の漏れ出しが生じるおそれがある。
【００３４】
さらに、例えば、第２流路におけるタービンスクロール２ａ´と２ｂ´とを分離する隔壁２ｆを除去し、１つのバルブシャフト及びバルブシャフトに設けられた１つのバルブでバルブ装置を構成した場合には、タービンスクロール２ａから２ｂ´、２ｂから２ａ´への排気の回り込みが発生し、タービンスクロールを複数個有するようにしたことによる排気干渉抑制の効果が低減する。
【００３５】
そこで、本実施例においては、図２に示すようなバルブ装置３の構成をとることとした。図２（ａ）はバルブ装置３の斜視図、図２（ｂ）は側面図である。すなわち、単一のバルブシャフト４を備え、バルブシャフト４は、二股形状のバルブアーム５の管状部５ａに嵌入されて溶接されている。そしてバルブアーム５の二股に分岐された先端部５ｂ、５ｃには長方形のバルブ面を有する平板状バルブ６、７が結合されている。
【００３６】
ここで、バルブアーム５の先端部５ｂ、５ｃにはバルブ取り付け孔が５ｄ、５ｅが形成されている。そして、バルブ６、７には固定用突起６ａ、７ａが形成されておりこの固定用突起６ａ、７ａがそれぞれバルブ取り付け孔５ｄ、５ｅを貫通した状態で、ワッシャ８、９に溶接されている。これにより、平板状バルブ６、７は、バルブアーム５の先端部５ｂ、５ｃに対して若干の姿勢自由度が維持された状態で固定されている。
【００３７】
本実施例における分岐部２ｃを含めた過給機１のタービンの構成を図３に示す。図３に示すように本実施例においては、分岐部２ｃにおける排気の進行方向と垂直な方向にバルブシャフト４が渡され、図示しない単一のアクチュエータによって回転可能となっている。そして第２流路におけるタービンスクロール２ａ´と２ｂ´の間の隔壁２ｆを平板状バルブ６、７が挟んで配置されている。そしてアクチュエータの作動によってバルブシャフト４が回転することにより、バルブ６、７が紙面に略垂直方向に円弧状に進退移動して、第１流路のタービンクスロール２ａ、２ｂに対する第２流路のタービンスクロール２ａ´、２ｂ´の開口部２ｄ、２ｅを閉鎖する。そのことにより、第１流路と第２流路との間が閉鎖される。
【００３８】
このような構成をとることにより、単一のアクチュエータによって２つのタービンスクロールの開閉制御を一度に行うことが可能となり、省スペース及びコストダウンを図ることができる。また、バルブアーム５を二股形状としているので、２つのタービンスクロールの間の隔壁を維持することができ、タービンスクロール２ａから２ｂ´、あるいは２ａ´から２ｂへの排気の漏れ出しを抑制することができる。
【００３９】
ここで、本実施例におけるバルブアーム５は、ダイカスト成型により一体の部品として形成されている。これにより、平板状バルブ６、７の位置決めの基準となる先端部５ｂ、５ｃの位置を高精度に合わせることができ、例えば、平板状バルブ６が、開口部２ｄを閉鎖した際に、平板状バルブ７によって開口部２ｅが完全に閉鎖されておらず、排気が漏れ出すというような不具合を抑制することができる。
【００４０】
ここで、平板状バルブ６、７の望ましい形状について考える。まず前述のように、第１流路及び第２流路における各２つずつのタービンスクロール２ａ、２ｂ、２ａ´、２ｂ´は、効率よく流路断面積を確保するために略長方形の断面を有している。従って、平板状バルブ６、７も略長方形の形状を有することが望ましい。
【００４１】
そして、平板状バルブ６、７の縦横比については、縦長になるほど、バルブ装置３の作
動に関わるモーメントが大きくなり、アクチュエータの必要トルクが大きくなるので、あまりにも縦長形状であることは望ましくない。
【００４２】
次に、平板状バルブ６、７の縦横比とバルブシャフト４に生じるねじり歪との関係について考える。ここで、図４には、本実施例におけるバルブ装置３をモデル化した図を示す。ここでＳは２つの平板状バルブ６、７で決定される全体のバルブ面の総面積、Ａはバブルシャフト４の回転中心から平板状バルブ６、７の内周側の端面までの距離、Ｂはバルブシャフト４の支持点から平板状バルブ６、７の端部までの距離、ａは平板状バルブ６、７の縦寸法、ｂは平板状バルブ６、７で決定される全体のバルブ面の横寸法である。なお、ここで平板状バルブ６、７で決定される全体のバルブ面は、本実施例における合計バルブ面に相当する。
【００４３】
この場合、バルブ装置３の作動時にバルブシャフト４に生じるねじり歪のねじり角θは以下のように示される。
θ＝３２・Ｔ・ｌ／π・Ｇ・ｄ２４  ・・・・・・・・・・（１）
ここで、ｌ  ：ｂ／２+Ｂ
ｄ２：バルブシャフト軸系
Ｇ  ：横弾性係数
Ｔ  ：（Ａ+ａ／２）・Ｆ  （Ｆは慣性力）          である。
【００４４】
式（１）を上記変数で置き換え、微分値＝０となる（θが最小となる）条件を求めると、以下のようになる
ｄθ／ｄａ＝（Ａ+Ｓ／２ａ）／２
−（ａ／２＋Ｂ）・Ｓ／２ａ２＝０・・・・（２）
これを満たすａとｂの関係は、
ａ：ｂ＝Ｂ：Ａ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）となる。
【００４５】
ここにおいて現実的なＡとＢの値を代入するとＡ：Ｂは略１：１であるので、ａ：ｂの望ましい寸法は１：１、すなわち、２つの平板状バルブ６、７によって略正方形が形成されるようにすることが望ましい。これにより、アクチュエータに必要とするトルクをあまり大きくせずに、バルブシャフト４に生じるねじり歪を小さく抑制することができる。
【００４６】
また、本実施例における分岐部２ｃ付近の構成を図３における中空矢印の方向から見た断面図を図５に示す。図５に示すように、本実施例においては、第１流路におけるタービンスクロール２ａ、２ｂの排気流れ方向と、第２流路におけるタービンスクロール２ａ´、２ｂ´の分岐部２ｃにおける排気流れ方向を同一とし、すなわち、分岐部２ｃ付近で排気の流れ方向が変化しないようにし、第１流路及び第２流路から外れた部分にバルブ装置収納部２ｇが設けられている。従って、バルブ装置３によって第１流路と第２流路の間の開口部２ｄ、２ｅを開放した場合に、第１流路におけるタービンスクロール２ａ、２ｂを流れる排気の運動エネルギーを無駄にすることなく第２流路におけるタービンスクロール２ａ´、２ｂ´に流入させることができ、効率よく過給機１のタービンロータに排気を供給することができる。
【００４７】
次に図６には、本実施例の第２流路におけるタービンスクロール２ａ´及び２ｂ´の間の隔壁２ｆ付近の詳細図を示す。図６に示すように隔壁２ｆは、バルブアーム５における二股分岐する前の部分５ｆが運動可能なように、隔壁端面２ｈにおいて切断されている。
【００４８】
この隔壁端面２ｈには、直線部２ｉと円弧部２ｊとが設けられている。この円弧部２ｊは、バルブ装置３が作動する際に、バルブアーム５の二股分岐部５ｇが移動する際の軌跡と略同一の円弧状の端面形状を有している。これにより、バルブ装置３が開口部２ｄ、２
ｅを完全に閉鎖した状態から開弁を開始した際にも、バルブアーム５の二股分岐部５ｇと、隔壁端面２ｈとの間に大きな隙間が生じることを抑制でき、タービンスクロール間の排気の漏れ出しを抑制することができる。
【００４９】
また、隔壁端面２ｈの、バルブ装置収納部２ｇの開口面２ｋに近い部分は、直線状の直線部２ｉが形成されているため、タービンハウジング２を成型加工で形成した場合にも型抜けがよく、製造効率を向上させることができる。
【００５０】
また、本実施例における隔壁２ｆには、さらに突起部２ｍが形成されている。そして、バルブアーム５の二股分岐部５ｇ付近には、切り欠き溝５ｈが形成されている。ここで、バルブ装置３が開口部２ｄ、２ｅを完全に閉鎖した状態においては、突起部２ｍが切り欠き溝５ｈの内部に挿入された状態で収納されるようになっている。
【００５１】
そして、バルブ装置３が開弁動作を開始した際には、突起部２ｍが切り欠き溝５ｈから露出する。そして、隔壁端面２ｈと、バルブアーム５が二股分岐する前の部分５ｆとの間に大きな隙間が生じることを抑制し、２つのタービンスクロールの間の排気の漏れ出しを抑制できるようになっている。
【００５２】
また、図７には本実施例におけるバルブ装置収納部２ｇの蓋体１０の図を示す。この蓋体１０には取り付け孔１０ａが６箇所設けられており、バルブ装置収納部２ｇの開口面２ｋに設けられたネジ部２ｎに対してボルト締めされて固定される。ここで、蓋体１０には、隔壁支持溝１０ｂが設けられている。この隔壁支持溝１０ｂは、蓋体１０がバルブ装置収納部２ｇの開口面２ｋに取り付けられた場合に、隔壁２ｆを挟み込んで支持するように形成されている。
【００５３】
そうすれば、内燃機関の運転状態によって大きな振動が隔壁２ｆに加わるような状況においても、隔壁２ｆの、バルブ機構収納部２ｇの開口部２ｋ側の端部を支持して、隔壁２ｆの開口面２ｋ側の端部が自由端であることに起因して振動が増大することを抑制できる。さらに蓋体１０においては、また、図８における蓋体１０の側面図に示すように、補助円弧部１０ｃを備えるようにしてもよい。前述したように、本実施例における隔壁２ｆには、型抜けを良くするための直線部２ｉが設けられている。しかし、本来この直線部２ｉに相当する部分の隔壁端面２ｈも円弧形状を有し、バルブ装置３が最大開度に近い状態でも、二股分岐部５ｇと隔壁端面２ｈとの間の隙間が大きくならないことが望ましい。
【００５４】
そこで、蓋体１０に補助円弧部１０ｃを設け、蓋体１０をバルブ装置収納部２ｇの開口面２ｋに取り付けた状態で、バルブ装置３が開口部２ｄ、２ｅを完全に閉鎖した状態から最大開度の状態までの全ての状態において、二股分岐部５ｇと隔壁端面２ｈとの隙間が増大しないようにすることができる。その結果、バルブ装置３が開口部２ｄ、２ｅを完全に閉鎖した状態から最大開度の状態までの全ての状態において、タービンスクロール間の排気の漏れ出しを抑制することができる。
【００５５】
また、本実施例における平板状バルブ６、７には、図９に示すような横漏れ防止用仕切り６ｂ、６ｃ、７ｂ、７ｃを設けてもよい。そうすれば、バルブ装置３の開放時にも、第１流路のタービンスクロール２ａから流入した排気を、横漏れ防止用仕切り６ａ、６ｂの間を通過してより確実に第２流路のタービンスクロール２ａ´に流入させることができ、同様に、第１流路の２つのタービンスクロール２ｂから流入した排気を、横漏れ防止用仕切り７ａ、７ｂの間を通過してより確実に第２流路のタービンスクロール２ｂ´に流入させることができる。
【００５６】
なお、上記の実施例において、バルブ装置３は、第１流路におけるタービンスクロール
２ａ、２ｂを通過する排気のうち、第２流路におけるタービンスクロール２ａ´、２ｂ´に流入する排気の量を段階的に調節するものであってもよいし、第１流路におけるタービンスクロール２ａ、２ｂを通過する排気が、第２流路におけるタービンスクロール２ａ´、２ｂ´に流入することを禁止するか許可するかを択一的に選択するものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明が適用されない場合の過給機におけるタービンの構造を説明するための図である。
【図２】本発明の実施例におけるバルブ装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明の実施例における過給機のタービンの構造を示す図である。
【図４】本発明の実施例におけるバルブ装置をモデル化した図である。
【図５】本発明の実施例における分岐部付近の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例の第２流路における２つのタービンスクロールの隔壁付近の詳細を示す図である。
【図７】本発明の実施例におけるバルブ装置収納部の蓋体を示す図である。
【図８】本発明の実施例におけるバルブ装置収納部の蓋体を示す第２の図である。
【図９】本発明の実施例におけるバルブ装置の概略構成を示す第２の図である。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・過給機
２・・・タービンハウジング
２ａ、２ｂ、２ａ´、２ｂ´・・・・タービンスクロール
２ｃ・・・分岐部
２ｆ・・・隔壁
２ｈ・・・隔壁端面
３・・・バルブ装置
４・・・バルブシャフト
５・・・バルブアーム
５ｇ・・・二股分岐部
５ｈ・・・切り欠き溝
６、７・・・平板状バルブ
８、９・・・ワッシャ
１０・・・蓋体
１０ｂ・・・隔壁支持溝
１０ｃ・・・補助円弧部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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