(57)【要約】【課題】排気ターボ過給機の特性をフルに発揮させて、弁体の開度に応じて過給能力を的確に変化させる。【解決手段】排気ターボ過給機の排気タービン１は、排気ガス導入通路５の流量が減少すると排気ガスの重心が回転軸３に近づくように変化することで、排気ガスの流量に比例して出力を的確に変化させることができる。そこで、排気ガス導入通路５の断面形状を下膨れ形状と成している。弁体１４が開いて排気ガス導入通路５が部分的に閉じられると、排気ガス導入通路５のうち弁体１４で塞がれていない開口部５ｄの重心２０は、回転軸３に近づく。このため、弁体１４の開度に応答して過給能力を変化させることを、的確に実現できる。【選択図】図１
2013155705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在な排気タービンに排気ガスを送る排気ガス導入通路と、前記排気タービンを回転させた排気ガスが排出される排出通路と、前記排気ガス導入通路と排出通路とを接続するバイパス通路とを有しており、前記排気ガス導入通路とバイパス通路との接続部に、バイパス通路と排気ガス導入通路との開度を調節する弁体を設けている構成であって、
前記排気ガス導入通路の断面形状と前記弁体の動きとの関係を、前記弁体が排気ガス導入通路を塞いでバイパス通路を開くように動くのに伴って、前記排気ガス導入通路のうち弁体で塞がれずに残っている開口部の面積の重心が前記排気タービンの軸心に近づくように設定している、
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、内燃機関に使用される排気ターボ過給機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関に使用される排気ターボ過給機は、排気ガスで回転する排気タービンと、吸気系の清浄空気を加圧するコンプレッサとを備えており、排気タービンとコンプレッサとは回転軸に固定されている。この排気ターボ過給機は、内燃機関の運転状況に応じて運転を停止したり能力を変えたりする必要がある。
【０００３】
そこで、排気タービンの上流側の排気ガス導入通路と下流側の排出通路とをバイパス通路で接続し、バイパス通路と排気ガス導入通路との接続部に弁体（ウエストゲートバルブ）を設けて、排気タービンに流れる排気ガスの量とバイパス通路を経由して流れる排気ガスの量とを調節している（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３２６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
さて、図４（Ａ）は排気ターボ過給機を回転軸３０の軸線方向から見た模式図であり、排気ガス導入通路３１は排気タービン３２の回転円の接線方向に延びるように配置されている。バイパス通路３３は、回転軸３０と平行な姿勢で排気ガス導入通路３１に接続されている。そして、図４（Ｂ）に模式的に示すように、弁体３４が排気ガス導入通路３１を塞ぐように回転（回動）することで、排気タービン３２に向かうガスの量が絞られる。
【０００６】
ここで、排気ガス導入通路３１の開口面積（換言すると、排気ガスの流入量）と排気タービン３２の能力との関係を見ると、排気タービン３２の能力（出力）は排気ガスの量に比例して変化するのが好ましい。換言すると、弁体３４の開度に比例して排気ターボ過給機の過給能力が的確に変化するのが好ましい。これにより、過給の制御を的確に行えるのである。
【０００７】
そして、排気ガスが回転半径方向から流入して軸方向に抜ける排気タービンでは、排気ガスの流入量の減少に伴って、流入する排気ガスの重心が回転軸３０の軸心側に寄るような関係にあると（つまり、排気ガスの重心と回転軸３との間隔Ｌが、排気ガスの流入量低下に伴って小さくなると）、排気タービン３２の能力を、排気ガスの流入量に応じて的確に変化させることができるという特性がある。
【０００８】
しかるに、従来は、排気ガス導入通路３１は単なる円形（真円）形状である一方、弁体３４は、回転軸３の軸心３５と排気ガス導入通路３１の軸心３６とに直交した軸心３７の回りに回動するに過ぎないため、弁体３４が排気ガス導入通路３１を塞ぐように開いても、排気ガス導入通路３１の開口面積３１ａの重心３８と回転軸３０の軸心３５との間隔Ｌは一定のままであり、このため、排気タービン３２の能力を弁体３４の開閉量に比例して変化させることができないおそれがあった。
【０００９】
本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明の排気ターボ過給機は、回転自在な排気タービンに排気ガスを送る排気ガス導入通路と、前記排気タービンを回転させた排気ガスが排出される排出通路と、前記排気ガス導入通路と排出通路とを接続するバイパス通路とを有しており、前記排気ガス導入通路とバイパス通路との接続部に、バイパス通路と排気ガス導入通路との開度を調節する弁体を設けている、という基本構成になっている。
【００１１】
そして、本願発明は、上記基本構成において、前記排気ガス導入通路の断面形状と前記弁体の動きとの関係を、前記弁体が排気ガス導入通路を塞いでバイパス通路を開くように動くのに伴って、前記排気ガス導入通路のうち弁体で塞がれずに残っている開口部の面積の重心が前記排気タービンの軸心に近づくように設定している、という点を特徴にしている。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明によると、弁体が排気ガス導入通路を塞ぐように動くと、排気ガス導入通路のうち弁体で塞がれずに残っている開口部の面積の重心は排気タービンの軸心に近づくため、排気タービンの能力を弁体の開度に応じて的確に変更させることができる。これにより、過給の制御を的確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（Ａ）は第１実施形態の一部破断模式図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。
【図２】第２実施形態を示す図である。
【図３】第３実施形態を示す図である。
【図４】排気ターボ過給機の特性を説明するための模式図であり、（Ａ）は回転軸の軸方向から見た図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
(1).第１実施形態
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に示す第１実施形態から説明する。排気ターボ過給機は、排気ガスで駆動される排気タービン１と、エアクリーナから送られた清浄空気を加圧するコンプレッサ２とを有しており、両者は回転軸３の一端寄り部と他端寄り部とに固定されている。
【００１５】
排気タービン１はタービンハウジング４で囲われており、その一側面に排気ガス導入通路５が回転軸３の軸心と直交した方向に延びるよう接続されている。また、タービンハウジング４には、排気タービン１を回転させた後の排気ガスが排出される排出通路６が回転軸３の軸方向に延びるように接続されており、排気ガス導入通路５と排出通路６とはバイパス通路７で接続されている。
【００１６】
コンプレッサ２はコンプレッサハウジング８で囲われており、コンプレッサハウジング８に、回転軸３の軸方向から清浄空気を導入する導入口９と、回転軸３の半径方向に開口した吐出口１０とを設けており、これらに導入口９と吐出口１０とに吸気通路１１が接続されている。タービンハウジング４とコンプレッサハウジング８との間にはセンターハウジング１２が挟み配置されており、回転軸３はセンターハウジング１２に回転自在に保持されている。
【００１７】
排気ガス導入通路５のうちバイパス通路７が接続されている接続部には、排気ガス導入通路５に流れる排気ガスの量とバイパス通路７に流れる排気ガスの量とを調節するための弁体（ウエケスゲートバルブ）１４を内蔵している。バイパス通路７のうち排気ガス導入通路５に接続されている入口部は、排気ガス導入通路５の軸心方向から見て回転軸３の軸芯１６と直交した方向に延びている。本実施形態では、排気ガス導入通路５とバイパス通路７とは排気ターボ過給機に一体に組み込まれており（一般には、タービンハウジング４に形成されている。）、これに排気通路が接続されている。
【００１８】
バイパス通路７の断面形状（すなわち軸心を横切る切断面の形状）は例えば真円であるが、排気ガス導入通路５の断面形状（軸心と直交した平面で切断した横断面形状）は、（Ｂ）に示すように、全体的には丸みを帯びつつ回転軸３に近づくほど間隔が広がる下膨れ形状であり、かつ、バイパス通路７の側に位置した一側面５ａの曲率は大きくて、軸心１６を挟んでバイパス通路７と反対側に位置した他側面５ｂの曲率は小さくなっている。従って、排気ガス導入通路５は、バイパス通路７に近い部位の上下幅が大きくなるように偏心した状態で下膨れした形状になっている。
【００１９】
そして、弁体１４は、排気ガス導入通路５及び回転軸３の軸心１５，１６と直交した軸心１７の回りに回転するロータリーバルブを使用しており、図１に模式的に示すロータ１８に弁体１４を形成している。従って、ロータ１８は排気ガス導入通路５に貫通している。また、ロータ１８は、排気ガス導入通路５の内部に相当する部分が切欠かれている。また、ロータ１８は外側に配置したモータ１９で駆動される。
【００２０】
弁体１４の内側面は排気ガス導入通路５の一側面５ａと同一面を成しており、このため、弁体１４は排気ガス導入通路５の軸芯１６を囲うように湾曲している。但し、弁体１４の内面及び排気ガス導入通路５の一側面５ａは真円の円弧形状ではなくて、真円の弧を上下に引き延ばしたような形状になっている。また、排気ガス導入通路５の底面５ｃは平坦面に近い大きな曲率の曲面になっており、このため、弁体１４の回転が許容されている。
【００２１】
以上の構成において、ロータ１８が回転して弁体１４が回動することにより、バイパス通路７の開度と排気ガス導入通路５の開度とが同時に変更されて、排気ガスの流れを、排気ガス導入通路５のみに流れる状態からバイパス通路７のみに流れる状態まで任意に変更できる。すなわち、バイパス通路７を基準にすると、全閉状態から全開状態まで無段階に調節できる。
【００２２】
そして、弁体１４が全閉状態から全開状態に向けて移行して排気ガス導入通路５の開口面積が変化すると、排気ガス導入通路５が下膨れ形状であることにより、（Ｂ）に平行斜線で示すように、弁体１４で塞がれずに残った開口部５ｄの面積の重心２０は、排気ガス導入通路５の軸心１６より回転軸３に近い下側に移行する。すなわち、弁体１４の開度が大きくなるほど重心２０と回転軸３との間隔Ｌが小さくなる。これにより、弁体１４の開度に応じた過給能力を的確に得ることができる。
【００２３】
本実施形態のように弁体１４としてロータリーバルブを使用すると、排気ガス導入通路５が下膨れ形状であっても的確に開閉できる利点がある。また、排気ガス導入通路５は例えば正三角形に近い下膨れ形状とすることも可能であるが、本実施形態のようにバイパス通路７に近い一側面５ａの曲率が大きくなるように偏心させると、弁体１４の内面の曲率も大きくなるため、弁体１４の開き量に応じて開口部５ｄの重心２０が回転軸３に近づくことを、的確に実現できる。換言すると、弁体１４の開度の変化に対して距離Ｌが変化する割合を大きくして、弁体１４の調節に対する排気ターボ過給機の応答正確性をより一層向上できる。
【００２４】
(2).他の実施形態・その他
上記の実施形態では、弁体１４の回動中心（ロータ１８の中心）は、排気ガス導入通路５の軸心１６とバイパス通路７の軸心とが交叉する箇所に位置しているが、図２に第２実施形態として示すように、バイパス通路７の後ろ面７ａと排気ガス導入通路５の一側面５ａとが交叉する部分を中心にして回動するように構成することも可能である。排気ガス導入通路５の断面形状は、第１実施形態と同様に下膨れ形状になっている。
【００２５】
この場合は、弁体１４でバイパス通路７を完全に塞いだ状態から排気ガス導入通路５を完全に塞いだ状態まで移行させることができる。また、この場合も、弁体１４はロータ１８を有するロータリーバルブを採用可能である（単なる回動式であってもよい。）。
【００２６】
図３に示す第３実施形態では、排気ガス導入通路５は円形（真円）に形成して、バイパス通路７の入口部を、排気ガス導入通路５から離れるほど回転軸３から離れるように、ある程度の角度θだけ傾斜させている。この実施形態の弁体１４は例えば円板状であり、バイパス通路７の軸心２１及び排気ガス導入通路５の軸心１６と直交した方向に延びる軸心２２の回りに回転する。
【００２７】
そして、弁体１４の回転軸心２２が回転軸３の軸心１５に対して傾斜していることにより、弁体１４が開き動すると、排気ガス導入通路５のうち弁体１４で塞がれずに残った開口部５ｄの重心は、バイパス通路７の軸心２１の延長線上を移動して回転軸３に近づいていく。従って、この実施形態でも、排気ターボ過給機の能力を弁体１４の開度に応じて応答性良く変化させることができる。本実施形態では、排気ガス導入通路５の断面形状は矩形や楕円など様々の形状を採用できる。本実施形態と第１実施形態とを併用することも可能である。
【００２８】
本願発明は、上記の各実施形態の他にも具体化できる。例えば、弁体の動きのみを工夫して、排気ガス導入通路の開口部の重心を変化させることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本願発明は、内燃機関の排気ターボ過給機に適用できる。従って、産業上、利用できる。
【符号の説明】
【００３０】
１  排気タービン
２  コンプレッサ
３  回転軸
４  タービンハウンジグ
５  排気ガス導入通路
５ａ  一側面
５ｂ  他側面
５ｃ  底面
５ｄ  弁体で塞がれていない開口部
６  排出通路
７  バイパス通路
１４  弁体
１５  回転軸の軸心
１６  排気ガス導入通路の軸心
１７  ロータ
２０  開口部の重心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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