特許 6358690 排気流量制御弁、およびこれを備える２段過給システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6358690

(24)【登録日】2018年6月29日

(45)【発行日】2018年7月18日

(54)【発明の名称】排気流量制御弁、およびこれを備える２段過給システム

(51)【国際特許分類】

   F16K 1/18 20060101AFI20180709BHJP

   F02B 37/18 20060101ALI20180709BHJP

   F02B 37/013 20060101ALI20180709BHJP

【ＦＩ】

   F16K1/18 E

   F02B37/18 D

   F02B37/013

【請求項の数】14

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2017-508886(P2017-508886)

(86)(22)【出願日】2015年3月30日

(86)【国際出願番号】JP2015059933

(87)【国際公開番号】WO2016157363

(87)【国際公開日】20161006

【審査請求日】2017年5月22日

(73)【特許権者】

【識別番号】316015888

【氏名又は名称】三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】安 秉一

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 浩

【審査官】 所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００７−５０５２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２３１８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２９６０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０６９２４０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２６３７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６０−１６７２６９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 国際公開第２０１６／１５７３６４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ １／１８

Ｆ０２Ｂ ３７／０１３

Ｆ０２Ｂ ３７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、
弁棒と、
前記弁棒を軸として回動する平板状の弁体と、
前記排気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
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、
前記弁体の前記外周部には、前記弁体の厚み方向における中心線よりも前記弁座シート面と当接するシート面側に、前記弁棒の中心軸線に対して直交する方向の断面視において、前記閉弁状態において前記弁体の前記シート面を通過する仮想線Ｉｂと、前記閉弁状態において前記流路面から最短距離だけ離間する前記弁体の先端を通過し、且つ、前記仮想線Ｉｂに対して直交する方向に延伸する仮想線Ｉａとで画定される仮想形状に対して凹んだ位置にある凹み部が形成されており、
前記弁体が前記閉弁状態にあるときの、前記弁体と前記流路面との最短距離をＨ１とした場合に、
前記最短距離Ｈ１は、前記弁体の前記外周部に前記凹み部が形成されていないと仮想した場合に、前記弁体が回動すると前記弁体の前記外周部の隅部が前記流路面と接触するような距離である
排気流量制御弁。

【請求項2】

前記弁体の前記外周部には、前記弁体の厚み方向における中心線よりも前記弁座シート面と当接するシート面側に凹み部が形成されており、
前記凹み部の深さを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
請求項１に記載の排気流量制御弁。

【請求項3】

前記凹み部が、前記外周部に形成されたＲ形状からなる
請求項２に記載の排気流量制御弁。

【請求項4】

前記凹み部が、前記外周部に形成された平坦形状からなる
請求項２に記載の排気流量制御弁。

【請求項5】

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排気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、
前記他方側に位置する前記弁体の前記外周部は、前記弁体の厚み方向における中心線よりも前記シート面と反対側がＲ形状に形成されている
請求項２から４の何れか一項に記載の排気流量制御弁。

【請求項6】

前記流路面が、前記弁棒の中心軸線に対して直交する方向の断面視において、前記弁体が前記閉弁状態にあるときに前記弁体との距離が前記最短距離Ｈ１となる所定位置から前記流路面の端部に至るまで、前記排気流路の前記軸方向に対して平行な平行面からなる
請求項１から５の何れか一項に記載の排気流量制御弁。

【請求項7】

前記流路面が、前記弁棒の中心軸線に対して直交する方向の断面視において、前記弁体が前記閉弁状態にあるときに前記弁体との距離が前記最短距離Ｈ１となる所定位置から前記流路面の端部に向かって外向きに直線状に延在する、前記排気流路の前記軸方向に対して傾斜する傾斜面からなる
請求項１から５の何れか一項に記載の排気流量制御弁。

【請求項8】

前記流路面が、前記弁棒の中心軸線に対して直交する方向の断面視において、前記弁体が前記閉弁状態にあるときに前記弁体との距離が前記最短距離Ｈ１となる所定位置から前記流路面の端部に向かって内向きに曲線状に延在する曲面からなる
請求項１から５の何れか一項に記載の排気流量制御弁。

【請求項9】

前記流路面が、前記弁体が前記閉弁状態から前記所定の開弁状態に至るまでの間、前記弁体と前記流路面との最短距離が一定距離に維持されるように構成される
請求項８に記載の排気流量制御弁。

【請求項10】

前記弁棒の中心軸線に対して直交する方向の断面視において、前記弁体の回動中心が、前記弁体の高さ方向における中心線に対して偏心するように構成される
請求項１から９の何れか一項に記載の排気流量制御弁。

【請求項11】

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排気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、
前記弁体の回動中心が、前記弁体の高さ方向における中心線よりも前記一方側に位置するように構成される
請求項１０に記載の排気流量制御弁。

【請求項12】

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排気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、
前記弁棒の中心軸線に対して直交する方向の断面視において、前記弁体の回動中心は、前記一方側の弁体の厚み方向における中心線よりも前記排気流路の下流側に位置し、且つ、前記他方側の弁体の厚み方向における中心線よりも前記排気流路の上流側に位置するように構成される
請求項１から１１の何れか一項に記載の排気流量制御弁。

【請求項13】

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、
請求項１から１２の何れか一項に記載の排気流量制御弁と、を備える２段過給システムであって、
前記排気系統は、前記高圧段タービンを迂回して、前記排気マニホールドと前記高圧段タービンの下流側とを接続する高圧側バイパス流路を含み、
前記排気流量制御弁は、前記高圧側バイパス流路を流れる前記排気ガスの流量を制御するように構成される
２段過給システム。

【請求項14】

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、
請求項１から１２の何れか一項に記載の排気流量制御弁と、を備える２段過給システムであって、
前記排気系統は、前記低圧段タービンを迂回して、前記高圧段タービンの下流側と前記低圧段タービンの下流側とを接続する低圧側バイパス流路を含み、
前記排気流量制御弁は、前記低圧側バイパス流路を流れる前記排気ガスの流量を制御するように構成される
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、排気流量制御弁、およびこれを備える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段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段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】

しかしながら、特許文献２に開示されているバタフライ弁タイプの排気流量制御弁は、全閉状態から開弁状態へとバルブ開度が僅かに変化すると、通過する排気ガスの流量が急激に増加するなど、バルブ開度に対する排気ガスの流量変化が大きいものであった。このような特許文献２の排気流量制御弁では、可変２段過給ステージにおいて、エンジンの目標出力に応じて高圧段過給機に供給する排気ガスの流量を微細に制御することは難しい。

【0009】

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、排気流量の微細な制御が可能な排気流量制御弁、およびこれを備える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】

【0010】

（１）本発明の少なくとも一実施形態は、
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、
弁棒と、
前記弁棒を軸として回動する平板状の弁体と、
前記排気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
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、
前記弁体が前記全閉状態にあるときの前記弁体に最も近接する前記流路面の所定位置から、前記流路面の端部までの水平距離をＬ、
前記弁体が前記全閉状態にあるときの、前記弁体と前記流路面との最短距離をＨ１、
前記弁体が、前記弁体と前記流路面の前記端部との離間距離が最短となる所定の開弁状態にあるときの、前記弁体と前記流路面の前記端部との最短距離をＨ２、
とした場合に、式（１）及び（２）を満たすように構成される。
Ｈ１≦Ｈ２ ・・・（１）
０＜Ｈ２／Ｌ＜０．４０・・・（２）

【0011】

上記（１）に記載の実施形態によれば、排気流量制御弁が、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。

【0012】

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、弁体が全閉状態から、弁体と流路面の端部との離間距離が最短となる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が緩慢に増加するように構成される。よって、弁体の開度が、０度から、弁体と流路面の端部との離間距離が最短となる所定の開弁状態における弁体の開度である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。

【0013】

幾つかの実施形態では、０＜Ｈ２／Ｌ＜０．３０を満たすように構成される。このように構成することで、上記実施形態と比べて、排気ガスの流量を微細に制御することが出来る。
幾つかの実施形態では、０＜Ｈ２／Ｌ＜０．２５を満たすように構成される。このように構成することで、上記実施形態と比べて、排気ガスの流量をさらに微細に制御することが出来る。
幾つかの実施形態では、０＜Ｈ２／Ｌ＜０．２０を満たすように構成される。このように構成することで、上記実施形態と比べて、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。

【0014】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の排気流量制御弁において、上記弁体の外周部には、弁体の厚み方向における中心線よりも弁座シート面と当接するシート面側に凹み部が形成されている。そして、上記最短距離Ｈ１は、弁体の外周部に凹部が形成されていないと仮想した場合に、弁体が回動すると弁体の外周部の隅部が流路面と接触するような距離である。

【0015】

ここで、「凹み部」とは、弁棒の中心軸線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のシート面を通過する仮想線Ａと、全閉状態において流路面から最短距離Ｈ１だけ離間する弁体の先端を通過し、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。

【0016】

上記（２）に記載の実施形態によれば、弁体の外周部に上述した凹み部が形成されることにより、弁体が回動しても弁体の外周部が流路面と接触しない。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。

【0017】

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の排気流量制御弁において、上記弁体の外周部には、弁体の厚み方向における中心線よりも弁座シート面と当接するシート面側に凹み部が形成されている。そして、凹み部の深さを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。

【0018】

ここで、「凹み部の深さ」とは、上述した仮想線Ａと仮想線Ｂとの交点から弁体の外周部までの最短距離を指す。

【0019】

上記（３）に記載の実施形態によれば、弁体の外周部に上述した凹み部が形成されることにより、弁体が回動しても弁体の外周部が流路面と接触しない。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。

【0020】

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）に記載の排気流量制御弁において、上記凹み部が、外周部に形成されたＲ形状からなる。

【0021】

上記（４）に記載の実施形態によれば、凹み部が外周部に形成されたＲ形状からなる。このため、開弁状態において通過領域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。

【0022】

（５）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）に記載の排気流量制御弁において、上記凹み部が、外周部に形成された平坦形状からなる。

【0023】

上記（５）に記載の実施形態によれば、凹み部が外周部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、弁板の外周部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。

【0024】

（６）幾つかの実施形態では、上記（２）から（５）に記載の排気流量制御弁において、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、他方側に位置する弁体の外周部は、弁体の厚み方向における中心線よりもシート面と反対側がＲ形状に形成されている。

【0025】

他方側に位置する弁体では、外周部のシート面は下流側に配向され、外周部のシート面と反対側は上流側に配向される。よって、上記（６）に記載の実施形態によれば、外周部のシート面と反対側が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。

【0026】

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）に記載の排気流量制御弁において、上記流路面が、弁棒の中心軸線に対して直交する方向の断面視において、弁体が全閉状態にあるときに弁体との距離が最短距離Ｈ１となる所定位置から端部に至るまで、排気流路の軸方向に対して平行な平行面からなる。

【0027】

上記（７）に記載の実施形態によれば、流路面が、排気流路の軸方向に対して平行な平行面からなる。このため、流路面に対して特別な加工などを施す必要がないことから、弁ハウジングの製造性に優れている。

【0028】

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）に記載の排気流量制御弁において、上記流路面が、弁棒の中心軸線に対して直交する方向の断面視において、弁体が全閉状態にあるときに弁体との距離が最短距離Ｈ１となる所定位置から端部に向かって外向きに直線状に延在する、排気流路の軸方向に対して傾斜する傾斜面からなる。

【0029】

上記（８）に記載の実施形態によれば、流路面が、流路面の端部に向かって外向きに直線状に延在する傾斜面からなる。このため、弁体が回動したときに、弁体の外周部と流路面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、弁体の外周部に上述した凹み部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。

【0030】

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）に記載の排気流量制御弁において、上記流路面が、弁棒の中心軸線に対して直交する方向の断面視において、弁体が全閉状態にあるときに弁体との距離が最短距離Ｈ１となる所定位置から前記端部に向かって内向きに曲線状に延在する曲面からなる。

【0031】

上記（９）に記載の実施形態によれば、流路面が、流路面の端部に向かって内向きに曲線状に延在する曲面からなる。このため、弁体が回転したときに、上記（７）及び（８）に記載した実施形態と比べて、弁体の外周部と流路面との最短距離を、弁体の開度が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。

【0032】

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）に記載の排気流量制御弁において、上記流路面が、弁体が全閉状態から所定の開弁状態に至るまでの間、弁体と流路面との最短距離が一定距離に維持されるように構成される。

【0033】

上記（１０）に記載の実施形態によれば、弁体が全閉状態から所定の開弁状態に至るまでの間、弁体と流路面との最短距離が一定距離に維持される。このように、弁体と流路面との最短距離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。

【0034】

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）から（１０）に記載の排気流量制御弁において、上記弁棒の中心軸線に対して直交する方向の断面視において、弁体の回動中心が、弁体の高さ方向における中心線に対して偏心するように構成される。

【0035】

上記（１１）に記載の実施形態によれば、弁体の回動中心が、弁体の高さ方向における中心線に対して偏心している。このため、そ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。

【0036】

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）に記載の排気流量制御弁において、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、弁体の回動中心が、弁体の高さ方向における中心線よりも一方側に位置するように構成される。

【0037】

上記（１２）に記載の実施形態によれば、弁体の回動中心が、弁体の高さ方向における中心線よりも一方側に位置するため、弁体を弁座シート面に押し付ける方向の回転モーメントが弁体に作用する。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。

【0038】

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）から（１２）に記載の排気流量制御弁において、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、上記弁棒の中心軸線に対して直交する方向の断面視において、弁体の回動中心は、一方側の弁体の厚み方向における中心線よりも排気流路の下流側に位置し、且つ、他方側の弁体の厚み方向における中心線よりも排気流路の上流側に位置するように構成される。

【0039】

上記（１３）に記載の実施形態によれば、弁体の回動中心が弁体の厚み方向における中心線よりも下流側に偏心させることで、弁体の回動中心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、一方側の弁体を確実に弁座シート面に当接させることが出来る。また、弁体の回動中心が一方側の弁体の厚み方向における中心線よりも上流側に偏心させることで、弁体の回動中心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、他方側の弁体を確実に弁座シート面に当接させることが出来る。

【0040】

（１４）本発明の少なくとも一実施形態は、
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、
上記（１）から（１３）に記載の排気流量制御弁と、を備える２段過給システムであって、
前記排気系統は、前記高圧段タービンを迂回して、前記排気マニホールドと前記高圧段タービンの下流側とを接続する高圧側バイパス流路を含み、
前記排気流量制御弁は、前記高圧側バイパス流路を流れる前記排気ガスの流量を制御するように構成される。

【0041】

上記（１４）に記載の実施形態によれば、高圧段タービン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（排気フロー制御バルブ）を、上記（１）から（１３）に記載の排気流量制御弁によって構成した２段過給システムを提供することが出来る。

【0042】

（１５）本発明の少なくとも一実施形態は、
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、
上記（１）から（１３）に記載の排気流量制御弁と、を備える２段過給システムであって、
前記排気系統は、前記低圧段タービンを迂回して、前記高圧段タービンの下流側と前記低圧段タービンの下流側とを接続する低圧側バイパス流路を含み、
前記排気流量制御弁は、前記低圧側バイパス流路を流れる前記排気ガスの流量を制御するように構成される。

【0043】

上記（１５）に記載の実施形態によれば、低圧段タービン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（ウェイストゲートバルブ）を、上記（１）から（１３）に記載の排気流量制御弁によって構成した２段過給システムを提供することが出来る。

【発明の効果】

【0044】

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、排気流量の微細な制御が可能な排気流量制御弁、およびこれを備える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】

【0045】

【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】

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

Ｈ１≦Ｈ２ ・・・（１）
０＜Ｈ２／Ｌ＜０．４０・・・（２）

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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Ｉｂ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Ｉｂに対して直交する方向に延伸する仮想線Ｉａ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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【0094】

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。

【0095】

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。

【0096】

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。

【0097】

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。

【0098】

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。

【0099】

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。

【0100】

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。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

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。

【0104】

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。

【0105】

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。

【0106】

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。

【0107】

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。

【0108】

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。

【0109】

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。

【0110】

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。

【0111】

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。

【0112】

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。

【0113】

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。

【0114】

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。

【0115】

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。

【0116】

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。

【0117】

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。

【0118】

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。

【0119】

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。

【0120】

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。

【0121】

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。

【0122】

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】

【0123】

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】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】