(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-09-12
(54)【発明の名称】ウェイストゲートバルブの耐摩耗性の向上
(51)【国際特許分類】
F02B 37/18 20060101AFI20240905BHJP
【ＦＩ】
F02B37/18 D
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024516746
(86)(22)【出願日】2022-09-13
(85)【翻訳文提出日】2024-03-15
(86)【国際出願番号】 IB2022058614
(87)【国際公開番号】W WO2023042069
(87)【国際公開日】2023-03-23
(31)【優先権主張番号】PCT/IB2021/058390
(32)【優先日】2021-09-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】IB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【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】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100162868
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 英輔
(74)【代理人】
【識別番号】100161702
【弁理士】
【氏名又は名称】橋本 宏之
(74)【代理人】
【識別番号】100189348
【弁理士】
【氏名又は名称】古都 智
(74)【代理人】
【識別番号】100196689
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 康一郎
(72)【発明者】
【氏名】ホーナイック リック
【テーマコード（参考）】
3G005
【Ｆターム（参考）】
3G005EA04
3G005EA16
3G005FA14
3G005GA02
3G005GB27
3G005GD14
3G005JA24
(57)【要約】
本体部材（２０）と作動可能部材（３０）との機能アセンブリを備えるウェイストゲートバルブの技術分野において、エンジン振動及び脈動の結果としての本体部材（２０）及び作動可能部材（３０）の互いに対する軸線方向摩耗を制限するための手段が提案される。手段の１つは、ウェイストゲートバルブの軸線方向（Ａ）に互いに対向する本体部材（２０）及び作動可能部材（３０）の表面（２４，３３）の少なくとも１つが、軸線方向（Ａ）の周りの少なくとも接線方向（Ｔ）に少なくとも１つの凹部分（２７，３６）によって画定される少なくとも１つの隆起部分（２６，３５）を備えるウェイストゲートバルブの設計を含む。このようにして、本体部材（２０）と作動可能部材（３０）との間の界面から小さな摩耗粒子を受容するための１つ以上の空間が得られる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
本体部材（２０）と作動可能部材（３０）との機能アセンブリ（１１）を備えるウェイストゲートバルブ（１０）であって、前記本体部材（２０）は、前記ウェイストゲートバルブ（１０）の閉鎖位置において前記ウェイストゲートバルブ（１０）のための座部（１０５）上に載置されるように構成されたシール部分（２１）を有し、前記作動可能部材（３０）は、前記機能アセンブリ（１１）の係合領域を提供し、それによって前記作動可能部材（３０）の操作を通じて前記ウェイストゲートバルブ（１０）の前記位置の設定を可能にするように構成され、前記ウェイストゲートバルブ（１０）の軸線方向（Ａ）に互いに対向する前記本体部材（２０）及び前記作動可能部材（３０）の表面（２４，３３）の少なくとも１つには、前記軸線方向（Ａ）の周りの少なくとも接線方向（Ｔ）に少なくとも１つの凹部分（２７，３６）によって画定された少なくとも１つの隆起部分（２６，３５）が設けられる、ウェイストゲートバルブ（１０）。
【請求項2】
前記軸線方向（Ａ）において互いに対向する前記本体部材（２０）及び前記作動可能部材（３０）の前記少なくとも１つの表面（２４，３３）の前記少なくとも１つの凹部分（２７，３６）は、前記軸線方向（Ａ）に対して実質的に半径方向（Ｒ）に延在する、請求項１に記載のウェイストゲートバルブ（１０）。
【請求項3】
前記軸線方向（Ａ）において互いに対向する前記本体部材（２０）及び前記作動可能部材（３０）の前記少なくとも１つの表面（２４，３３）の前記少なくとも１つの凹部分（２７，３６）は、略直線状の外観を有する、請求項１又は２に記載のウェイストゲートバルブ（１０）。
【請求項4】
前記軸線方向（Ａ）において互いに対向する前記本体部材（２０）及び前記作動可能部材（３０）の前記少なくとも１つの表面（２４，３３）の前記少なくとも１つの凹部分（２７，３６）は、略波状の外観を有する、請求項１又は２に記載のウェイストゲートバルブ（１０）。
【請求項5】
前記少なくとも１つの凹部分（２７，３６）の幅は、前記接線方向（Ｔ）における前記少なくとも１つの隆起部分（２６，３５）の寸法と比較して小さい、請求項１から４のいずれか一項に記載のウェイストゲートバルブ（１０）。
【請求項6】
前記軸線方向（Ａ）において互いに対向する前記本体部材（２０）及び前記作動可能部材（３０）の前記少なくとも１つの表面（２４，３３）には、少なくとも２つの隆起部分（２６，３５）及び少なくとも２つの凹部分（２７，３６）が設けられる、請求項１から５のいずれか一項に記載のウェイストゲートバルブ（１０）。
【請求項7】
前記本体部材（２０）は、前記ウェイストゲートバルブ（１０）の前記閉鎖位置において前記ウェイストゲートバルブ（１０）のための前記座部（１０５）を通って延在するように構成されたホーン形状要素（２２）を備え、前記本体部材（２０）の前記シール部分（２１）は、前記ホーン形状要素（２２）上のリムとして配置される、請求項１から６のいずれか一項に記載のウェイストゲートバルブ（１０）。
【請求項8】
前記ホーン形状要素（２２）は、少なくとも部分的に中空であり、前記作動可能部材（３０）は、前記ホーン形状要素（２２）内に少なくとも部分的に収容される、請求項７に記載のウェイストゲートバルブ（１０）。
【請求項9】
前記作動可能部材（３０）の外面（３４）は、前記本体部材（２０）内の前記作動可能部材（３０）の位置が、初期の工場出荷位置から、前記ウェイストゲートバルブ（１０）の初期の使用期間中に予想される摩耗に続く想定位置まで変化するときに、前記本体部材（２０）の内面（２５）への拡大された接触領域を実現するように構成される、請求項８に記載のウェイストゲートバルブ（１０）。
【請求項10】
前記作動可能部材（３０）の前記外面（３４）及び前記本体部材（２０）の前記内面（２５）の両方は、前記本体部材（２０）の前記シール部分（２１）から前記本体部材（２０）の前記ホーン形状要素（２２）の自由端まで見て、前記軸線方向（Ａ）に略テーパ状の外観を有する、請求項９に記載のウェイストゲートバルブ（１０）。
【請求項11】
前記作動可能部材（３０）の前記外面（３４）は、略凸球面状の外観を有し、前記本体部材（２０）の前記内面（２５）は、略凹球面状の外観を有する、請求項９に記載のウェイストゲートバルブ（１０）。
【請求項12】
ａ）前記軸線方向（Ａ）に対して垂直に延在し、前記本体部材（２０）の前記シール部分（２１）の内周によって画定される領域の寸法と、ｂ）前記軸線方向（Ａ）に対して垂直に延在し、前記本体部材（２０）及び前記作動可能部材（３０）が前記ウェイストゲートバルブ（１０）の初期使用後に前記ホーン形状要素（２２）の内側位置で互いに接触するように意図される領域の外周によって画定される領域の寸法との間の比は、最大で３．５である、請求項８から１１のいずれか一項に記載のウェイストゲートバルブ（１０）。
【請求項13】
前記ウェイストゲートバルブ（１０）の外側のレバー軸の周りに回転可能に配置されたレバーアーム（３１）は、前記作動可能部材（３０）に結合される、請求項１から１２のいずれか一項に記載のウェイストゲートバルブ（１０）。
【請求項14】
タービン（１０１）及びコンプレッサ（１０２）、並びに排ガス入口（１０４）も含むターボチャージャ（１００）のウェイストゲートシステム（１１０）であって、前記ウェイストゲートシステム（１１０）は、前記排ガス入口（１０４）の下流で前記タービン（１０１）をバイパスするバイパスダクト（１１１）を備え、前記バイパスダクト（１１１）は、請求項１から１３のいずれか一項に記載のウェイストゲートバルブ（１０）によって開閉可能である、ウェイストゲートシステム（１１０）。
【請求項15】
請求項１４に記載のウェイストゲートシステム（１１０）を備える、ターボチャージャ（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
第１に、本発明は、本体部材と作動可能部材との機能アセンブリを備えるウェイストゲートバルブに関し、本体部材は、ウェイストゲートバルブの閉鎖位置においてウェイストゲートバルブのための座部上に載置されるように構成されたシール部分を有し、作動可能部材は、機能アセンブリの係合領域を提供し、それによって作動可能部材の操作を通じてウェイストゲートバルブの位置の設定を可能にするように構成される。
【0002】
第２に、本発明は、タービン及びコンプレッサ、並びに排ガス入口も含むターボチャージャのウェイストゲートシステムに関し、ウェイストゲートシステムは、排ガス入口の下流でタービンをバイパスするバイパスダクトを備え、バイパスダクトは、上述したウェイストゲートバルブを介して開閉可能である。
【0003】
第３に、本発明は、上述したウェイストゲートシステムを備えたターボチャージャに関する。
【背景技術】
【0004】
ウェイストゲートバルブが適用される分野の周知の例は、排ガス排ガスターボチャージャの分野である。内燃エンジンなどのエンジン用の吸気を圧縮するターボチャージャの実際の実施形態では、排ガスの昇圧に起因して吸気の過給圧が過度に上昇することを防止するために、ウェイストゲートバルブが適用されている。このため、ウェイストゲートバルブは、流入する排ガスの一部を排ガス出口通路に直接迂回させる排ガスバイパス通路を開閉することで、ターボチャージャのタービンロータに供給される排ガスのエネルギーを制限するように構成されている。
【0005】
ウェイストゲートバルブが、本体部材と作動可能部材との機能アセンブリを備え、本体部材が、ウェイストゲートバルブの閉鎖位置においてウェイストゲートバルブのための座部上に載置されるように構成されたシール部分を有し、作動可能部材が、機能アセンブリの係合領域を提供し、それによって作動可能部材の操作を通じてウェイストゲートバルブの位置の設定を可能にするように構成されたウェイストゲートバルブの実施形態が知られている。この点に関して、公知のウェイストゲートバルブの多数の例のうちの１つが国際公開第２０１３／０９８８８４号に見出されることに留意されたい。特に、国際公開第２０１３／０９８８８４号には、ａ）タービンハウジングの排ガス通路の入口側から排ガス流の一部を抽出して排ガス出口通路に供給する排ガスバイパス通路を開閉する弁体と、ｂ）弁体から立設された弁軸と、ｃ）一端に弁軸が遊挿される挿通孔が形成され、他端に回転力が付与される操作レバーと、ｄ）挿通孔に挿通される他端とは反対側の弁軸の一端に設けられた支持板と、ｅ）支持板と操作レバーとの間に弁軸の軸線方向に設けられ、弁体の振動を抑制する制振部材と、を備えたウェイストゲートバルブが開示されている。弁体の振動は、エンジンの振動及び脈動に応じて発生する。振動抑制手段に基づいて、国際公開第２０１３／０９８８８４号から公知のウェイストゲートバルブのシール性能が改善され、騒音も低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】国際公開第２０１３／０９８８８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の文脈において、エンジン振動及び脈動は、ウェイストゲートバルブの本体部材及び作動可能部材を互いに対して移動させることが認識される。この移動は非常に小さいが、ウェイストゲートバルブの軸線方向の摩耗をもたらし、それに基づいて、耐久性及び最終的にはウェイストゲートバルブの機能が損なわれる。
【課題を解決するための手段】
【0008】
それを考慮して、本発明の目的は、本体部材と作動可能部材との機能アセンブリを備えるタイプのウェイストゲートバルブにおける摩耗を低減することである。一般的な意味において、本発明の目的は、エンジンの振動及び脈動がウェイストゲートバルブの耐久性及び機能性に影響を及ぼす程度を低減することである。
【0009】
本発明の態様は、添付の独立請求項及び従属請求項に記載されている。従属請求項からの特徴は、必要に応じてそれぞれの独立請求項からの特徴と組み合わせることができ、単に請求項に明示的に記載され、以下の説明で説明されるものではない。
【0010】
本発明は、本体部材と作動可能部材との機能アセンブリを備えるウェイストゲートバルブを提供し、本体部材は、ウェイストゲートバルブの閉鎖位置においてウェイストゲートバルブのための座部上に載置されるように構成されたシール部分を有し、作動可能部材は、機能アセンブリの係合領域を提供し、それによって作動可能部材の操作を通じてウェイストゲートバルブの位置の設定を可能にするように構成され、ウェイストゲートバルブの軸線方向に互いに対向する本体部材及び作動可能部材の表面の少なくとも１つは、軸線方向の周りの少なくとも接線方向に少なくとも１つの凹部分によって画定された少なくとも１つの隆起部分を備える。
【0011】
本発明によるウェイストゲートバルブの上記の一般的な定義から、本発明は、ウェイストゲートバルブの軸線方向に互いに対向する本体部材及び作動可能部材の表面の少なくとも１つが、軸線方向の周りの少なくとも接線方向に少なくとも１つの凹部分によって画定された少なくとも１つの隆起部分を備える構成を提供するということになる。従来、表面は滑らかな外観を有するが、本発明によれば、表面の少なくとも１つには、少なくとも１つの隆起部分及び少なくとも１つの凹部分が設けられる。本発明の洞察によれば、本体部材と作動可能部材との相対移動の影響及び関連する表面に対する摩耗効果の下で、本体部材及び作動可能部材のうちの少なくとも一方から小さな粒子が分離したときに、これらの小さな粒子を少なくとも１つの凹部分に受容することができ、その結果、粒子の存在がウェイストゲートバルブの構成に及ぼす影響を回避することができることが達成される。
【0012】
本発明によるウェイストゲートバルブの実用的な実施形態では、軸線方向に互いにおいて対向する本体部材及び作動可能部材の表面の少なくとも１つの少なくとも１つの凹部分は、軸線方向に対して実質的に半径方向に延在する。少なくとも１つの凹部分に関して、少なくとも１つの凹部分は、略直線状の外観又は略波状の外観を有してもよいことに更に留意されたい。いずれの場合も、本体部材と作動可能部材との十分に大きい接触領域を依然として有するために、少なくとも１つの凹部分の幅が、接線方向における少なくとも１つの隆起部分の寸法と比較して小さい場合、すなわち、少なくとも１つの凹部分が狭い場合、有利である。
【0013】
本発明の文脈では、隆起部分及び凹部分の数は自由に選択することができる。隆起部分及び凹部分は、ともに１つであってもよいが、本体部材及び作動可能部材の軸線方向に対向する面の少なくとも一方に、少なくとも２つの隆起部分及び少なくとも２つの凹部分が設けられていてもよい。隆起部分及び凹部分は、任意の好適なパターンで提供されてもよい。
【0014】
先に示唆したように、本発明は、本体部材と作動可能部材との機能アセンブリを備えるタイプのウェイストゲートバルブに関する。本体部材及び作動可能部材は、任意の適切な設計であってもよい。ウェイストゲートバルブの分野で知られているように、ウェイストゲートバルブの外側でレバー軸を中心に回転可能に配置されたレバーアームが作動可能部材に連結されると実用的である。
【0015】
ウェイストゲートバルブの特定の実施形態は、本体部材が、ウェイストゲートバルブの閉鎖位置においてウェイストゲートバルブのための座部を通って延在するように構成されたホーン形状要素を備え、本体部材のシール部分が、ホーン形状要素上のリムとして配置されることが実現可能である。ホーン形状要素が少なくとも部分的に中空であり、作動可能部材がホーン形状要素内に少なくとも部分的に収容されると実用的である。かかる場合、作動可能部材の外面が、本体部材内の作動可能部材の位置が、初期の工場出荷位置から、ウェイストゲートバルブの初期の使用期間中に予想される摩耗に続く想定位置まで変化するときに、本体部材の内面への拡大された接触領域を実現するように構成される場合に有利であり得る。換言すれば、かかる場合、作動可能部材の外面と本体部材の内面とが、ウェイストゲートバルブの初期使用の期間に互いに摩耗するように設計され、それによって、互いに更に緊密な結合を達成し、エンジンの振動及び脈動に対してより強い抵抗を得ることが有利であり得る。これは、ａ）作動可能部材の外面及び本体部材の内面の両方に、本体部材のシール部分から本体部材のホーン形状要素の自由端まで見て、軸線方向に略テーパ状の外観を提供することと、ｂ）作動可能部材の外面に略凸球面状の外観を提供し、本体部材の内面に略凹球面状の外観を提供することと、を含む、種々の方法で実現することができる。
【0016】
本発明の一態様によれば、ウェイストゲートバルブの設計は、本体部材と作動可能部材との界面において有利な摩耗挙動を得ることを目的とした特定の基準に適合する。１つの実用的な基準は、ａ）軸線方向に対して垂直に延在し、本体部材のシール部分の内周によって画定される領域の寸法と、ｂ）軸線方向に対して垂直に延在し、本体部材及び作動可能部材がウェイストゲートバルブの初期使用後にホーン形状要素の内側位置で互いに接触するように意図される領域の外周によって画定される領域の寸法との間の比を含むことができる。本発明の洞察は、この比が最大で３．５である場合に有利であるということであり、これは、ウェイストゲートバルブの寿命全体を通してウェイストゲートバルブの適切なシール機能を保証するために、ホーン形状要素内の低いレベルでの軸線方向接触に対して摩耗低減のための突出した軸線方向接触面を最大化することに関連するためである。本体部材と作動可能部材とがウェイストゲートバルブの初期の使用後に互いに接触することが意図される領域の表示は、先に述べたように、ウェイストゲートバルブの初期の使用期間中に予想される摩耗の背景に照らして理解されるべきである。実際には、本体部材と作動可能部材とがホーン形状要素の内側で互いに接触する領域が増大するようにすることができ、比の定義において考慮されるのは、初期使用期間後のこの領域のサイズと、本体部材と作動可能部材との互いに対する関連する初期摩耗効果とである。軸線方向接触のレベルを低いと示すことは、閉鎖位置をとるためのウェイストゲートバルブの移動方向を背景として理解されるべきである。
【0017】
本発明の更なる特徴及び利点は、ウェイストゲートバルブの例示的かつ非限定的な実施形態による本発明の説明から明らかになるであろう。
【0018】
当業者であれば、本発明によるウェイストゲートバルブの記載された実施形態は、本質的に例示的なものにすぎず、特許請求の範囲に定義された保護の範囲を限定するものとして決して解釈されるべきではないことを理解するであろう。当業者であれば、本発明の保護範囲から逸脱することなく、ウェイストゲートバルブの代替及び同等の実施形態を考案し、実施することができることを理解するであろう。
【0019】
添付の図面シート上の図を参照する。図は、本質的に概略的であり、したがって必ずしも一定の縮尺で描かれていない。更に、同じ参照番号は、同じ又は同様の部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の一実施形態によるタービン、コンプレッサ及びウェイストゲートシステムを含むターボチャージャのブロック構成図である。
【図2】本体部材及び作動可能部材を含む、本発明の第１の実施形態によるウェイストゲートバルブの斜視図を概略的に示す。
【図3】ウェイストゲートバルブがタービンをバイパスするバイパスダクトへのアクセス開口部を閉じるウェイストゲートバルブの位置を示す。
【図4】ウェイストゲートバルブの断面図を概略的に示す。
【図5】ウェイストゲートバルブの軸線方向において本体部材に対向するように意図された側に、複数の隆起部分及び凹部分が設けられた作動可能部材のオプションを示し、凹部分は、略直線状の外観を有する。
【図6】軸線方向において作動可能部材に対向することが意図される側に、複数の隆起部分及び凹部分が設けられた本体部材のオプションを示し、凹部分は、略直線状の外観を有する。
【図7】軸線方向において本体部材に対向することが意図される側に、複数の隆起部分及び凹部分が設けられた作動可能部材のオプションを示し、凹部分は、略波状の外観を有する。
【図8】軸線方向において作動可能部材に対向することが意図される側に、複数の隆起部分及び凹部分が設けられた本体部材のオプションを示し、凹部分は、略波状の外観を有する。
【図9】ウェイストゲートバルブの初期の使用後の本体部材と作動可能部材との間の接触領域を画定するように意図された本体部材及び作動可能部材の摩耗面のサイズを示す。
【図10】ウェイストゲートバルブの初期の使用後の本体部材と作動可能部材との間の接触領域を画定するように意図された本体部材及び作動可能部材の摩耗面のサイズを示す。
【図11】本発明の第１の実施形態に係るウェイストゲートバルブの設計と比較した、本発明の第２の実施形態に係るウェイストゲートバルブの設計を示す。
【図12】ウェイストゲートバルブの斜視図を概略的に示す。
【図13】ウェイストゲートバルブの断面図を概略的に示す。
【図14】軸線方向において作動可能部材に対向することが意図される側に、複数の隆起部分及び凹部分が設けられた本体部材のオプションを示し、凹部分は、略直線状の外観を有する。
【図15】軸線方向において本体部材に対向することが意図される側に、複数の隆起部分及び凹部分が設けられた作動可能部材のオプションを示し、凹部分は、略直線の外観を有する。
【発明を実施するための形態】
【0021】
図では、本発明によるウェイストゲートバルブ１０の有利な実際の実施形態が示されており、ウェイストゲートバルブ１０は、本体部材２０と作動可能部材３０との機能アセンブリ１１を備え、ウェイストゲートバルブ１０は、タービン１０１及びコンプレッサ１０２を含むターボチャージャ１００のウェイストゲートシステム１１０で使用されることが意図されている。本発明によるウェイストゲートバルブ１０は、エンジンの振動及び脈動の結果としての本体部材２０と作動可能部材３０との界面における軸線方向の摩耗の影響が制限されるように設計されており、その結果、ウェイストゲートバルブ１０の寿命全体にわたって、排ガスがウェイストゲートシステム１１０のバイパスダクト１１１に流れることを可能にする程度を制御するという意図された機能を実施することができる、耐久性のあるウェイストゲートバルブ１０が得られる。この点に関連する詳細は、以下から明らかになるであろう。概して言えば、ウェイストゲートバルブ１０の軸線方向Ａにおいて互いに対向する本体部材２０及び作動可能部材３０の表面のうちの少なくとも一方の表面構造は、小さな摩耗粒子を受容するための１つ以上の空間を提供するように調整される。ウェイストゲートバルブ１０の製造プロセス中に、表面構造は、任意の適切な方法で、例えばデボス加工技術又は鋳造技術とそれに続く機械仕上げによって実現されてもよい。更に、本体部材がホーン形状要素を備え、軸線方向接触のレベルがホーン形状要素内で低い一実施形態の文脈では、軸線方向接触が比較的大きい領域にわたって起こり得る場合に有利である。
【0022】
図１を参照すると、ターボチャージャ１００及びウェイストゲートシステム１１０の一般的な構成の短い説明が提供されている。ターボチャージャ１００のタービン１０１は、エンジン（図示せず）の排ガスによって回転するように構成され、ターボチャージャ１００のコンプレッサ１０２は、タービン１０１によって駆動されてエンジンの吸入空気を圧縮するように構成される。ターボチャージャ１００は、排ガスチャネル１０３及び排ガス入口１０４を更に備え、エンジンから受け取った排ガスは、ターボチャージャ１００の動作中に排ガスチャネル１０３を通ってタービン１０１に向かって輸送される。ウェイストゲートシステム１１０において、ウェイストゲートバルブ１０は、排ガスチャネル１０３へのバイパスダクト１１１を開閉する役割をし、バイパスダクト１１１は、タービン１０１をバイパスするように配置され、排ガスチャネル１０３から分岐された排ガスがタービン１０１をバイパスしてタービン１０１の下流側に案内されるようにする。
【0023】
図２、図３及び図４を参照すると、ウェイストゲートバルブ１０の本体部材２０は、図３に示すように、ウェイストゲートバルブ１０の閉鎖位置においてウェイストゲートバルブ１０のための座部１０５上に載置されるように構成されたシール部分２１を有することに留意されたい。座部１０５は、ターボチャージャ１００のタービンハウジング１２０上の適切な位置に存在し、その適切な位置は、ウェイストゲートバルブ１０が閉鎖位置にあるときに、エンジンから排ガス入口１０４を通ってターボチャージャ１００に入る排ガスの全てがタービン１０１に流れることを可能にし、ウェイストゲートバルブ１０が開放位置にあるときに、エンジンから排ガス入口１０４を通ってターボチャージャ１００に入る排ガスの一部がバイパスダクト１１１を通ってタービン１０１をバイパスするようにされ、その結果、排ガスの全てがタービン１０１に到達することができないようになっている。本発明の文脈において、本体部材２０と作動可能部材３０との機能アセンブリ１１を移動させるための任意の適切な機構が適用されてもよく、ウェイストゲートバルブ１０の位置を制御する任意の適切な方法が可能である。作動可能部材３０は、機能アセンブリ１１の係合領域を提供するように、すなわち、機能アセンブリ１１を移動させるための機構が機能アセンブリ１１に係合することができる領域を提供し、それによって、作動可能部材３０の操作を通じてウェイストゲートバルブ１０の位置の設定を可能にするように構成される。図示の例では、作動可能部材３０は、ウェイストゲートバルブ１０の外側のレバー軸の周りに回転可能に配置され、作動可能部材３０に結合されたレバーアーム３１によって作動可能である。
【0024】
図２、図３及び図４は、本発明の第１の実施形態によるウェイストゲートバルブ１０を示している。本体部材２０は、ウェイストゲートバルブ１０の閉鎖位置においてウェイストゲートバルブ１０のための座部１０５を通って延在するように構成されたホーン形状要素２２を備え、本体部材２０のシール部分２１は、ホーン形状要素２２上のリムとして配置されることが分かる。ホーン形状要素２２は部分的に中空であり、作動可能部材３０はホーン形状要素２２内に部分的に収容される。図示の例では、ホーン形状要素２２は、略カップ形状であり、軸線方向Ａに延在する中央突出部２３を備え、作動可能部材３０は、中央孔３２を有し、ホーン形状要素２２の中央突出部２３は、作動可能部材３０の中央孔３２の位置で作動可能部材３０を通って延在する。本体部材２０及び作動可能部材３０に加えて、ウェイストゲートバルブ１０は、本体部材２０に対する作動可能部材３０の軸線方向位置を係止するために中央突出部２３上に配置されたワッシャ要素４０を備える。
【0025】
本体部材２０のカップ形状の底部位置において、本体部材２０及び作動可能部材３０の表面２４、３３は、軸線方向Ａにおいて互いに対向する。以下で摩耗面２４、３３とも称される表面２４、３３の境界面は、ウェイストゲートバルブ１０における重要な領域であり、その理由は、この領域では、エンジン振動及び脈動、並びに場合によっては他の要因の影響下で摩耗効果が生じるからである。これは、ウェイストゲートバルブ１０の初期使用期間中に、表面２４、３３がいわば互いに定着するまで、摩耗面２４、３３の比較的高い程度の摩耗を引き起こす。ウェイストゲートバルブ１０の設計は、摩耗面２４、３３の位置における初期の工場出荷時の接触領域が比較的小さく、初期使用期間中の摩耗プロセスの結果として拡大するように選択されてもよい。図示の例では、作動可能部材３０の外面３４と本体部材２０の内面２５の両方は、本体部材２０のシール部分２１から本体部材２０のホーン形状要素２２の自由な最下端まで見たときに、軸線方向Ａに略テーパ状の外観を有し、その結果、作動可能部材３０は、一方の部材２０、３０の他方の部材２０、３０に対する初期摩耗効果の結果として、本体部材２０内に幾分深く変位することができる。
【0026】
ウェイストゲートバルブ１０が閉鎖位置から開放位置に置かれると、本体部材２０のシール部分２１は、座部１０５から離れるように移動し、ホーン形状要素２２は、座部１０５の位置に存在し、排ガスチャネル１０３からバイパスダクト１１１へのアクセスを提供するアクセス開口部１２１を通って少なくとも部分的に後退する。ウェイストゲートバルブ１０が開放位置に維持されている限り、空気はアクセス開口部１２１を通過することができる。ウェイストゲートバルブ１０が開放位置から閉鎖位置に置かれると、ホーン形状要素２２は、シール部分２１が座部１０５に当接するまでアクセス開口部１２１を通ってより深く移動され、その結果、シール効果が得られ、バイパスダクト１１１への空気の通過が無効にされる。
【0027】
図５、図６、図７及び図８は、本体部材２０の摩耗面２４及び／又は作動可能部材３０の摩耗面３３の表面構造に関する一部のオプションを示している。概して、表面構造は、それぞれの摩耗面２４、３３に、軸線方向Ａの周りの少なくとも接線方向Ｔに少なくとも１つの凹部分２７、３６によって画定された少なくとも１つの隆起部分２６、３５が設けられるようなものである。摩耗効果の結果として摩耗面２４、３３の少なくとも１つから分離された小さな粒子は、少なくとも１つの凹部分２７、３６内に受け入れられることができ、その結果、ウェイストゲートバルブ１０の寿命全体にわたってウェイストゲートバルブ１０の構成にいかなる影響も及ぼすことができないという意味で無害である位置に保持されることができる。
【0028】
少なくとも１つの凹部分２７、３６は、摩耗面２４、３３の一方又は両方に設けることができる。図５、図６、図７及び図８に示すように、少なくとも１つの凹部分２７、３６が軸線方向Ａに対して実質的に半径方向Ｒに延在すると有利である。更に、少なくとも１つの凹部分２７、３６は、図５及び図６に示されるように略直線状の外観、又は図７及び図８に示されるように略波状の外観を有することができる。本発明の文脈では、凹部分２７、３６の数は自由に選択することができる。数が１つであるように選択される場合、接線方向Ｔにおいてそれぞれの摩耗面２４、３３のほぼ全体に及ぶ単一の隆起部分２６、３５が得られる。数が２つ以上であるように選択される場合、同じ数の隆起部分２６、３５が得られてもよい。この点に関して、図５及び図６は、凹部分２７、３６の数が６つであるオプションに関し、図７及び図８は、凹部分２７、３６の数が２つであるオプションに関することに留意されたい。
【0029】
図９及び図１０は、ウェイストゲートバルブ１０の初期の使用後の本体部材２０と作動可能部材３０との間の接触領域を画定する本体部材２０及び作動可能部材３０の摩耗面２４、３３のサイズを示し、摩耗面２４、３３は、ハッチングされた方法で示され、隆起部分２６、３５及び凹部分２７、３６は、明確にするために示されていない。図示の例では、ウェイストゲートバルブ１０は、ウェイストゲートバルブ１０の初期使用後に、軸線方向Ａに対して垂直に延在し、ホーン形状要素２２の内側位置における接触領域の周囲によって画定される領域の寸法が、軸線方向Ａに対して垂直に延在し、本体部材２０のシール部分２１の内側周囲によって画定される領域の寸法と比較して相対的に大きくなるように設計される。第１の領域の直径は、図４においてｄｃとして示され、第２の領域の直径は、図４においてｄｓとして示される。図示の例では、第１の領域と第２の領域の両方が円形の外周を有することに留意されたい。これは、本発明の文脈において必須ではなく、実際には、第１の領域及び第２の領域は任意の形状であってもよい。比較的大きい第１の領域を有することは、摩耗面２４、３３の互いに対する有利な摩耗挙動を得ることに寄与し、力が比較的小さい領域のみに集中する状況が回避される。第２の領域と第１の領域との間の比は、好ましくは最大で３．５であり、換言すれば、第１の領域は、好ましくは第２の領域の３．５分の１以下である。
【0030】
図１１、図１２及び図１３は、本発明の第２の実施形態によるウェイストゲートバルブ１０を示している。図１１には、本発明の第２の実施形態によるウェイストゲートバルブ１０（以下、第２のウェイストゲートバルブ１０とも称する）の設計と、本発明の第１の実施形態によるウェイストゲートバルブ１０（以下、第１のウェイストゲートバルブ１０とも称する）の設計との比較が示されている。第２のウェイストゲートバルブ１０において、本体部材２０は、シール部分２１及び中央突出部２３を含むディスク状要素２８を備えることが分かる。作動可能部材３０は、略リング形状であり、本体部材２０の中央突出部２３上に配置される。第１のウェイストゲートバルブ１０の場合と同様に、ワッシャ要素４０は、本体部材２０に対する作動可能部材３０の軸線方向位置を係止するために中央突出部２３上に配置される。また、レバーアーム３１が作動可能部材３０から延在している。
【0031】
第１のウェイストゲートバルブ１０と第２のウェイストゲートバルブ１０との間の第１の顕著な違いは、第１のウェイストゲートバルブ１０の場合には、ウェイストゲートバルブ１０が閉鎖位置にあるときにウェイストゲートバルブ１０の一部が実際にアクセス開口部１２１を通って延在するのに対して、第２のウェイストゲートバルブ１０の場合には、ウェイストゲートバルブ１０内にアクセス開口部１２１を通過し得るものは何もないということである。第２の顕著な違いは、ウェイストゲートバルブ１０が閉鎖位置にあるときに本体部材２０が座部１０５に接触するディスク状要素２８の側とは反対のディスク状要素２８の側において、作動可能部材３０の摩耗面３３が本体部材２０の摩耗面２４に対向することである。
【0032】
本体部材２０の摩耗面２４及び作動可能部材３０の摩耗面３３のうちの少なくとも一方の中／上の少なくとも１つの凹部分２７、３６によって画定される少なくとも１つの隆起部分２６、３５を有するという概念は、第２のウェイストゲートバルブ１０にも適用可能である。この点に関して、図１４は、本体部材２０の摩耗面２４に少なくとも１つの隆起部分２６及び少なくとも１つの凹部分２７が設けられるオプションを示し、図１５は、作動可能部材３０の摩耗面３３に少なくとも１つの隆起部分３５及び少なくとも１つの凹部分３６が設けられるオプションを示している。
【0033】
本発明の範囲は、上述の例に限定されず、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、その複数の修正及び変更が可能であることは、当業者には明らかであろう。特に、本発明の種々の態様の特定の特徴の組み合わせを行うことができる。本発明の一態様は、本発明の別の態様に関連して説明した特徴を追加することによって、更に有利に強化することができる。本発明は、図及び説明において詳細に図示及び説明されているが、かかる図示及び説明は、限定ではなく、例証又は例示にすぎないと見なされるべきである。
【0034】
本発明は、開示される実施形態に限定されない。開示される実施形態に対する変形は、図面、説明及び添付の特許請求の範囲の検討から、特許請求される発明を実施する際に当業者によって理解され、達成されることができる。特許請求の範囲において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という語は、他のステップ又は要素を除外せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。請求項におけるいかなる参照番号も、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【0035】
本発明の顕著な態様は、以下のように要約される。本体部材２０と作動可能部材３０との機能アセンブリ１１を備えるウェイストゲートバルブ１０の技術分野において、エンジン振動及び脈動の結果としての本体部材２０及び作動可能部材３０の互いに対する軸線方向摩耗を制限するための手段が提案される。対策の１つは、ウェイストゲートバルブ１０の軸線方向Ａにおいて互いに対向する本体部材２０及び作動可能部材３０の表面２４、３３のうちの少なくとも一方が、軸線方向Ａの周りの少なくとも接線方向Ｔにおいて少なくとも１つの凹部分２７、３６によって画定された少なくとも１つの隆起部分２６、３５を備える、ウェイストゲートバルブ１０の設計を含む。このようにして、本体部材２０と作動可能部材３０との間の界面からの小さな摩耗粒子を受けるための１つ以上の空間が得られ、その結果、かかる粒子はウェイストゲートバルブ１０の構成に影響を及ぼすことができない。
【符号の説明】
【0036】
１００ ターボチャージャ
１０１ タービン
１０２ コンプレッサ
１０３ 排ガスチャネル
１０４ 排ガス入口
１０５ 座部
１１０ ウェイストゲートシステム
１１１ バイパスダクト
１２０ タービンハウジング
１２１ アクセス開口部
１０ ウェイストゲートバルブ
１１ 機能アセンブリ
２０ 本体部材
２１ シール部分
２２ ホーン形状要素
２３ 中央突出部
２４ 摩耗面
２５ 内面
２６ 隆起部分
２７ 凹部分
２８ ディスク状要素
３０ 作動可能部材
３１ レバーアーム
３２ 中心孔
３３ 摩耗面
３４ 外面
３５ 隆起部分
３６ 凹部分
４０ ワッシャ要素
ｄｃ 直径
ｄｓ 直径
Ａ 軸線方向
Ｒ 半径方向
Ｔ 接線方向
１０１ タービン
１０２ コンプレッサ
１０３ 排ガスチャネル
１０４ 排ガス入口
１０５ 座部
１１０ ウェイストゲートシステム
１１１ バイパスダクト
１２０ タービンハウジング
１２１ アクセス開口部
１０ ウェイストゲートバルブ
１１ 機能アセンブリ
２０ 本体部材
２１ シール部分
２２ ホーン形状要素
２３ 中央突出部
２４ 摩耗面
２５ 内面
２６ 隆起部分
２７ 凹部分
２８ ディスク状要素
３０ 作動可能部材
３１ レバーアーム
３２ 中心孔
３３ 摩耗面
３４ 外面
３５ 隆起部分
３６ 凹部分
４０ ワッシャ要素
ｄｃ 直径
ｄｓ 直径
Ａ 軸線方向
Ｒ 半径方向
Ｔ 接線方向
【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】
【国際調査報告】