涡轮增压器的制作方法

1.本发明涉及涡轮增压器。


背景技术：

2.日本特开2020-084923所记载的涡轮增压器具备涡轮机叶轮、涡轮机壳体及废气旁通阀。涡轮机壳体收容有涡轮机叶轮。涡轮机壳体区划旁通通路。旁通通路将比涡轮机叶轮靠排气上游侧及排气下游侧处旁通。涡轮机壳体具备在废气旁通阀为闭状态时与该废气旁通阀接触的阀座面。另外，涡轮机壳体具备贯通该涡轮机壳体的壁的贯通孔。
3.废气旁通阀开闭旁通通路。废气旁通阀具备轴及阀芯。轴将贯通孔贯通并且以能够旋转的方式支承于涡轮机壳体。阀芯从轴的涡轮机壳体的内部侧的端向轴的径向延伸。阀芯具备在废气旁通阀为闭状态的情况下面对阀座面的平面的阀面。轴及阀芯是一体成形物。


技术实现要素：

4.在日本特开2020-084923那样的涡轮增压器中，有时会在涡轮机壳体及废气旁通阀产生制造误差。在产生了过度的制造误差的情况下，在废气旁通阀为闭状态时，阀座面和阀面不如设计那样接触，排气的泄漏变多。尤其是，在废气旁通阀完全关闭前阀面与阀座面发生了干涉的情况下，阀座面与阀面的间隙变大，因此排气的泄漏无法忽视。
5.用于解决上述课题的涡轮增压器具备：涡轮机叶轮，通过排气的流动而旋转；涡轮机壳体，收容所述涡轮机叶轮，并且区划将比所述涡轮机叶轮靠排气上游侧及排气下游侧处旁通的旁通通路；及废气旁通阀，开闭所述旁通通路，所述涡轮机壳体具有在所述废气旁通阀为闭状态的情况下与所述废气旁通阀接触的平面的阀座面和贯通所述涡轮机壳体的壁的贯通孔，所述废气旁通阀具有贯通所述贯通孔并且以能够旋转的方式支承于所述涡轮机壳体的轴和从所述轴的所述涡轮机壳体的内部侧的端向所述轴的径向延伸的阀芯，所述阀芯具有在所述废气旁通阀为闭状态的情况下面对所述阀座面的平面的阀面，所述轴及所述阀芯是一体成形物，其中，在所述废气旁通阀为闭状态的情况下，从与所述阀座面正交的方向观察，所述旁通通路的开口全域被所述阀芯覆盖，在将所述阀面的外缘形状的几何中心设为阀中心，将所述阀座面中的所述旁通通路的开口形状的几何中心设为开口中心时，从所述阀中心到所述轴的中心轴为止的最短距离比从所述开口中心到所述轴的中心轴为止的最短距离大。
6.在上述的涡轮增压器中，在废气旁通阀完全关闭前阀面与阀座面发生了干涉的情况下，在从轴的中心轴观察时比旁通通路的开口远的部位处，产生阀面与阀座面的间隙。因此，从旁通通路漏出的排气的一部分向从轴远离的方向流动。根据上述的阀中心与开口中心的关系，位于在从轴的中心轴观察时比旁通通路的开口远的部位的阀面的面积大。其结果，该阀面的存在会成为向从轴远离的方向流动的排气的妨碍，因此能够抑制从旁通通路漏出的排气的量。
7.在上述结构中，可以是，在将所述阀座面的外缘形状的几何中心设为了阀座中心时，从所述阀座中心到所述轴的中心轴为止的最短距离比从所述开口中心到所述轴的中心轴为止的最短距离大。
8.根据上述结构，在从轴的中心轴观察时比旁通通路的开口远的部位存在阀座面。因此，在废气旁通阀完全关闭前阀面与阀座面发生了干涉的情况下，在从轴的中心轴观察时比旁通通路的开口远的部位由阀座面和阀面区划窄的通路。在该通路中，排气的流通阻力大，因此能够抑制从旁通通路漏出的排气的量。
9.在上述结构中，可以是，所述旁通通路的开口的与所述轴的中心轴正交的最大尺寸比所述旁通通路的开口的沿着所述轴的中心轴的最大尺寸小。
10.根据上述结构，即使不在与轴的中心轴正交的方向上过度增大阀面的尺寸，也容易实现上述的阀中心与开口中心的位置关系。
附图说明
11.本发明的典型实施例的特征、优点及技术上和工业上的意义将会在下面参照附图来描述，在这些附图中，同样的附图标记表示同样的要素，其中：
12.图1是内燃机的概略图。
13.图2是示出涡轮机壳体的周边结构的剖视图。
14.图3是示出废气旁通阀的周边结构的剖视图。
15.图4是示出阀座面的周边结构的平面图。
16.图5是废气旁通阀的侧视图。
17.图6是示出废气旁通阀的周边结构的说明图。
18.图7是示出图6中的7-7线处的废气旁通阀等的截面结构的说明图。
19.图8是示出废气旁通阀等的截面结构的说明图。
具体实施方式
20.《内燃机的概略结构》
21.以下，按照图1～图8来说明本发明的一实施方式。首先，对应用了本发明的涡轮增压器20的车辆的内燃机10的概略结构进行说明。
22.如图1所示，内燃机10具备进气通路11、气缸12、排气通路13、催化剂15及涡轮增压器20。进气通路11将来自内燃机10的外部的进气导入。气缸12连接于进气通路11。气缸12将燃料和进气混合并使燃烧。排气通路13连接于气缸12。排气通路13将来自气缸12的排气排出。催化剂15位于排气通路13的中途。催化剂15净化在排气通路13中流通的排气。
23.涡轮增压器20具备压缩机壳体30、轴承壳体50、涡轮机壳体60、压缩机叶轮70、连结轴80及涡轮机叶轮90。
24.压缩机壳体30安装于进气通路11的中途。涡轮机壳体60安装于排气通路13中的比催化剂15靠上游的部分。轴承壳体50分别固定于压缩机壳体30及涡轮机壳体60，连接压缩机壳体30及涡轮机壳体60。这样，涡轮增压器20跨进气通路11及排气通路13而设置。
25.涡轮机壳体60收容有涡轮机叶轮90。轴承壳体50收容有连结轴80。轴承壳体50经由未图示的轴承而以能够旋转的方式支承连结轴80。连结轴80的第一端连接于涡轮机叶轮
90。压缩机壳体30收容有压缩机叶轮70。压缩机叶轮70连接于连结轴80的第二端。即，压缩机叶轮70经由连结轴80而连结于涡轮机叶轮90。
26.若涡轮机叶轮90通过涡轮机壳体60的内部的排气的流通而旋转，则经由连结轴80而压缩机叶轮70一起旋转。并且，通过压缩机叶轮70旋转，压缩机壳体30的内部的进气被压缩。
27.《涡轮增压器的结构》
28.接着，对涡轮增压器20的具体的结构进行说明。
29.如图2所示，涡轮机壳体60具备圆弧部60a、筒状部60b及凸缘部60c。筒状部60b为大致圆筒形状。筒状部60b大体沿着涡轮机叶轮90的旋转中心即旋转轴线90a而延伸。圆弧部60a以包围筒状部60b的外周的方式延伸，为大致圆弧形状。凸缘部60c位于圆弧部60a的上游端。凸缘部60c固定于排气通路13中的比涡轮机壳体60靠上游侧的部分。
30.如图2所示，涡轮机壳体60区划有2个涡旋通路61、收容空间62、排出通路63及2个旁通通路64作为排气流通的空间。需要说明的是，在图2中，图示了1个旁通通路64。各涡旋通路61位于圆弧部60a及筒状部60b的内部。涡旋通路61以包围涡轮机叶轮90的方式呈圆弧状地延伸。涡旋通路61的上游端连接于比涡轮机壳体60靠上游侧的排气通路13。涡旋通路61的下游端连接于收容空间62。2个涡旋通路61互相大致平行地延伸。收容空间62是筒状部60b的内部空间中的涡轮机叶轮90所处的空间。收容空间62连接于排出通路63。排出通路63是筒状部60b的内部空间中的包括与轴承壳体50相反一侧的端即图2中的上端的一部分的空间。排出通路63的下游端连接于比涡轮机壳体60靠下游侧的排气通路13。各旁通通路64位于圆弧部60a及筒状部60b的内部。各旁通通路64连接涡旋通路61和排出通路63。即，旁通通路64将比涡轮机叶轮90靠排气上游侧及排气下游侧处旁通。
31.如图3所示，涡轮机壳体60具备阀座面66及贯通孔69。如图4所示，阀座面66是区划排出通路63的涡轮机壳体60的内壁面中的包围2个旁通通路64的开口缘的平面。即，各旁通通路64在阀座面66开口。另外，阀座面66的外缘形状是大致圆形状。如图3所示，涡轮机壳体60的内表面中的包括阀座面66的一部分相对于其他部位隆起。
32.如图3所示，贯通孔69贯通涡轮机壳体60的壁。贯通孔69位于涡轮机壳体60的壁中的区划排出通路63的部分。贯通孔69的中心轴69a与阀座面66平行。另外，贯通孔69的中心轴69a在相邻的2个旁通通路64排列的方向即图3中的左右方向上延伸。在从沿着贯通孔69的中心轴69a的方向观察时，该贯通孔69是大致圆形状。
33.如图1及图3所示，涡轮增压器20具备废气旁通阀110、衬套120、连杆机构130及致动器140。如图3所示，衬套120的形状是大致圆筒形状。衬套120的外径与贯通孔69的内径大致相同。衬套120位于贯通孔69的内部。
34.如图3所示，废气旁通阀110具备轴111及阀芯112。轴111的形状是大致圆柱形状。轴111的外径与衬套120的内径大致相同。轴111插通于衬套120。即，轴111贯通涡轮机壳体60的贯通孔69。涡轮机壳体60经由衬套120而将轴111一能够旋转的方式支承。需要说明的是，轴111的中心轴111a与贯通孔69的中心轴69a一致。
35.如图5所示，阀芯112具备连接部113及阀主体114。连接部113从轴111向该轴111的径向延伸。如图3所示，连接部113位于轴111中的涡轮机壳体60的内部侧的端即图3中的轴111的右端。如图5所示，阀主体114连接于连接部113中的轴111的径向外侧的端。如图6所
示，阀主体114的形状是大致圆板形状。如图5所示，阀主体114中的与连接部113相反的面即图5中的下表面作为阀面116发挥功能。阀面116是平面。另外，阀面116的外缘形状是大致圆形状。阀面116的外缘形状是能够将在阀座面66开口的2个旁通通路64的开口全部覆盖的大小。即，如图6所示，在废气旁通阀110为闭状态的情况下，阀芯112的阀主体114在从与阀座面66正交的方向观察时覆盖2个旁通通路64的开口全域。阀面116在废气旁通阀110为闭状态的情况下与阀座面66面对。废气旁通阀110是轴111及阀芯112被一体成形的一体成形物。需要说明的是，废气旁通阀110例如通过铸造而一体成形。
36.在此，如图5所示，在与阀面116正交的方向上，将从包含阀面116的假想平面到轴111的中心轴111a为止的距离设为距离a。另外，如图3所示，在与阀座面66正交的方向上，将从包含阀座面66的假想平面到贯通孔69的中心轴69a为止的距离设为距离b。在本实施方式中，在设计上，距离a与距离b相同。
37.如图3所示，连杆机构130连结于轴111中的涡轮机壳体60的外部侧的端。如图1所示，致动器140连结于连杆机构130。致动器140向连杆机构130传递驱动力。并且，连杆机构130通过将来自致动器140的驱动力向废气旁通阀110传递来开闭旁通通路64。
38.具体而言，在废气旁通阀110从开状态成为闭状态时，通过致动器140的驱动力经由连杆机构130而向轴111传递，轴111相对于涡轮机壳体60向轴111的周向的第一旋转方向旋转。于是，废气旁通阀110的阀面116与涡轮机壳体60的阀座面66接触。因此，在废气旁通阀110为闭状态的情况下，通过废气旁通阀110的阀面116面对涡轮机壳体60的阀座面66，旁通通路64的下游端被废气旁通阀110的阀面116覆盖。需要说明的是，在本实施方式中，废气旁通阀110的阀面116与涡轮机壳体60的阀座面66接触而废气旁通阀110无法进一步向闭侧旋转的状态是闭状态。
39.另一方面，在废气旁通阀110从闭状态成为开状态时，通过致动器140的驱动力经由连杆机构130而向轴111传递，轴111相对于涡轮机壳体60向轴111的周向的第二旋转方向旋转。于是，废气旁通阀110的阀面116从涡轮机壳体60的阀座面66离开。因此，在废气旁通阀110为开状态的情况下，旁通通路64的下游端不被废气旁通阀110的阀面116覆盖。
40.《旁通通路的形状》
41.接着，对阀座面66中的旁通通路64的开口形状进行具体说明。
42.如图4所示，2个旁通通路64的开口在沿着轴111的中心轴111a的方向上排列。在从与阀座面66正交的方向观察时，各旁通通路64的开口形状是大体椭圆形状。具体而言，在从与阀座面66正交的方向观察时，将旁通通路64的开口的尺寸中的沿着轴111的中心轴111a的尺寸的最大值称作最大尺寸64h。另外，将旁通通路64的开口的尺寸中的与轴111的中心轴111a正交的尺寸的最大值称作最大尺寸64v。此时，最大尺寸64v比最大尺寸64h小。最大尺寸64v的大小的一例是最大尺寸64h的60～90％左右的大小。2个旁通通路64的开口形状夹着能够在该2个旁通通路64之间划出的假想线而互相线对称。
43.《旁通通路等的位置》
44.接着，对旁通通路64、阀座面66及阀面116的位置关系进行具体说明。
45.如图4所示，在从与阀座面66正交的方向观察时，将阀座面66中的旁通通路64的开口形状的几何中心称作开口中心64a。另外，将阀座面66的外缘形状的几何中心称作阀座中心66a。由于阀座面66的外缘形状是大致圆形状，所以阀座中心66a与该圆形的中心大致一
致。而且，如图6所示，在从与阀面116正交的方向观察时，将阀面116的外缘形状的几何中心称作阀中心116a。由于阀面116的外缘形状是大致圆形状，所以阀中心116a与该圆形的中心大致一致。
46.如图7所示，从阀中心116a到轴111的中心轴111a为止的最短距离x比从开口中心64a到轴111的中心轴111a为止的最短距离z大。另外，从阀座中心66a到轴111的中心轴111a为止的最短距离y比最短距离z大。需要说明的是，在本实施方式中，最短距离x与最短距离y相同。
47.《本实施方式的作用》
48.在涡轮增压器20中，即使在设计上距离a及距离b相同，有时也会因涡轮机壳体60及废气旁通阀110的制造误差等而在两者产生差。此时，在废气旁通阀110为闭状态的情况下，阀面116相对于阀座面66不面接触，在阀面116与阀座面66之间产生间隙。尤其是，如图8所示，若实际的距离a1比作为设计值的距离a长，则在废气旁通阀110完全关闭前，阀面116与阀座面66干涉。在该情况下，从轴111的中心轴111a观察，在比旁通通路64的开口远的部位处，在阀面116与阀座面66之间产生大的间隙。因而，如图8的双点划线箭头所示，从旁通通路64到达了阀面116与阀座面66的间隙的排气沿着阀面116而向大体从轴111远离的方向即图8中的右侧流动。并且，在阀面116的附近流通的排气向排出通路63漏出。
49.《本实施方式的效果》
50.(1)在本实施方式中，如图7所示，从阀中心116a到轴111的中心轴111a为止的最短距离x比从开口中心64a到轴111的中心轴111a为止的最短距离z大。根据该结构，从轴111的中心轴111a观察，位于比旁通通路64的开口远的部位的阀面116的面积大。其结果，阀面116的存在成为向从轴111远离的方向流动的排气的妨碍，因此能够抑制从旁通通路64漏出的排气的量。
51.(2)在本实施方式中，如图7所示，从阀座中心66a到轴111的中心轴111a为止的最短距离y比从开口中心64a到轴111的中心轴111a为止的最短距离z大。根据该结构，从轴111的中心轴111a观察，在比旁通通路64的开口远的部位存在阀座面66。因此，如图8所示，在废气旁通阀110完全关闭前阀面116与阀座面66发生了干涉的情况下，从轴111的中心轴111a观察，在比旁通通路64的开口远的部位由阀座面66和阀面116区划窄的通路。并且，根据上述的结构，由阀座面66和阀面116区划的窄的通路的距离变长。在这样的通路中，排气的流通阻力变大，因此能够抑制从旁通通路64漏出的排气的量。
52.(3)在本实施方式中，最大尺寸64v比最大尺寸64h小。根据该结构，在采用最短距离x比最短距离z大的结构时，在与轴111的中心轴111a正交的方向即图6中的上下方向上增大阀面116的尺寸的必要性低。因而，即使不在与轴111的中心轴111a正交的方向上过度增大阀面116的尺寸，也容易实现上述的阀中心116a与开口中心64a的位置关系。
53.《变更例》
54.本实施方式能够如以下这样变更而实施。本实施方式及以下的变更例能够在技术上不矛盾的范围内互相组合而实施。
[0055]“关于废气旁通阀110的形状”[0056]
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废气旁通阀110的形状能够适当变更。例如，只要阀主体114具有平面的阀面116即可，废气旁通阀110也可以具有从阀面116突出的部分、从阀面116凹陷的部分。
[0057]“关于涡轮机壳体60的形状”[0058]
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涡轮机壳体60的形状尤其是阀座面66的周边的形状能够适当变更。例如，只要涡轮机壳体60具有平面的阀座面66即可，涡轮机壳体60也可以具有从阀座面66凹陷的部分。
[0059]“关于阀座面66与阀面116的位置关系”[0060]
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在上述实施方式中，距离a和距离b被设计成相同，但也可以将距离a和距离b设计成不同的值。即，在设计上，阀座面66和阀面116也可以不面接触。需要说明的是，在防止在废气旁通阀110完全关闭前阀面116与阀座面66干涉的观点下，优选距离a为距离b以下。
[0061]“关于最短距离y及最短距离z”[0062]
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在上述实施方式中，最短距离y也可以与最短距离z相同，还可以比最短距离z小。在该结构中也是，只要最短距离x比最短距离z大，就能够通过位于比旁通通路64的开口远的部位的阀面116的存在而抑制从旁通通路64漏出的排气的量。
[0063]“关于旁通通路64”[0064]
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在上述实施方式中，阀座面66中的旁通通路64的开口形状能够适当变更。例如，最大尺寸64v也可以与最大尺寸64h相同或者比最大尺寸64h大。在该情况下，只要配合旁通通路64的大小来设定阀面116的大小，就能够实现上述的阀中心116a与开口中心64a的位置关系。另外，只要配合旁通通路64的大小来设定阀座面66的大小，就能够实现上述的阀座中心66a与开口中心64a的位置关系。
[0065]
·
在上述实施方式中，旁通通路64的开口形状能够变更。例如，旁通通路64的开口形状也可以是正圆形状或多边形状。
[0066]
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在上述实施方式中，旁通通路64的数量能够变更。例如，旁通通路64的数量也可以是1个或3个以上。需要说明的是，在存在多个旁通通路64的情况下，关于多个旁通通路64中的至少1个旁通通路64，满足最短距离x比最短距离z大这一要件即可。