このアプリケーションの一部のコンテンツは現時点では利用できません。
このような状況が続く場合は、にお問い合わせくださいフィードバック & お問い合わせ
1. (WO2018042661) ターボ用空圧式アクチュエータ
Document

明 細 書

発明の名称 ターボ用空圧式アクチュエータ

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005   0006   0007  

課題を解決するための手段

0008  

発明の効果

0009  

図面の簡単な説明

0010  

発明を実施するための形態

0011  

実施例 1

0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043  

産業上の利用可能性

0044  

符号の説明

0045  

請求の範囲

1   2  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

明 細 書

発明の名称 : ターボ用空圧式アクチュエータ

技術分野

[0001]
 この発明は、ターボチャージャのウエストゲートバルブ開閉用のレバー等を駆動するターボ用空圧式アクチュエータに関する。

背景技術

[0002]
 ターボチャージャは、エンジンからの排気ガスによってタービンを回転させ、タービンと一体に回転するコンプレッサで吸気を加圧して、その加圧された空気をエンジンに供給する構成である。そのため、加圧の過上昇を防止するために排気ガスの流量を制限するウエストゲートバルブが備えられている。ウエストゲートバルブには、バルブを回動して開閉するレバーが設けられており、レバーの端部にはターボ用空圧式アクチュエータのアクチュエータロッドの先端が取り付けられている。このアクチュエータロッドの直動運動によりレバーを揺動させてバルブを開閉している。
[0003]
 そこで、従来のターボチャージャのウエストゲート開閉装置は、アクチュエータの作動の円滑化を図るため、第1及び第2ロッドと、第1及び第2ロッドを連結するユニバーサルジョイントを備えて構成している。(例えば特許文献1参照)

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 実開平6-63834号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 上記した従来のターボチャージャのウエストゲート開閉装置は、第1及び第2ロッドと、第1及び第2ロッドを連結するユニバーサルジョイントを備えて構成している。従って、部品点数が増加するため、ウエストゲート開閉装置にがたつきが生じる。その結果、ウエストゲート開閉装置の特性が不安定になるという問題点があった。
[0006]
 また、例えば図8及び図9に示すように、アクチュエータロッド16をハウジング19に設けた従来の軸受36よって支持する構成においては、レバー15の揺動によってアクチュエータロッド16に生じる中心軸の振れYにより摺動抵抗が増大する。そのため、アクチュエータロッド16の往復運動においてヒステリシスが発生する。その結果、ターボ用空圧式アクチュエータの制御が困難になるという問題点もあった。
[0007]
 この発明は、上記した問題点を解決するためになされたものであり、アクチュエータロッドのがたつきを抑制して特性を安定させるとともに、摺動抵抗を低減してヒステリシスを抑制することにより、制御が容易なターボ用空圧式アクチュエータを得ることを目的とするものである。

課題を解決するための手段

[0008]
 この発明に係わるターボ用空圧式アクチュエータは、ケースと、ケースに設けられ、圧力が印加される圧力印加口と、ケースに対向して圧着されたハウジングと、ケースとハウジングに挟着され、弾性体で形成されたダイアフラムと、ケースに配置されてダイアフラムを付勢するスプリングと、一端がダイアフラムに取り付けられ、他端がバルブに接続されて回動するレバーに取り付けられたハウジングから突出するアクチュエータロッドと、ハウジングに収納され、アクチュエータロッドを貫通させてアクチュエータロッドの外周部にて摺動し、外周面を球面に形成した球面軸受が設けられたものである。

発明の効果

[0009]
 上記のように構成されたターボ用空圧式アクチェータは、アクチュエータロッドを貫通させてアクチュエータロッドの外周部にて摺動し、外周面を球面に形成した球面軸受を設けることにより、アクチュエータロッドのがたつきを低減して特性を安定させるとともに、摺動抵抗を低減してヒステリシスを抑制することによって、制御が容易なターボ用空圧式アクチュエータを得ることができるという効果を有する。

図面の簡単な説明

[0010]
[図1] この発明の実施の形態1に係るターボ用空圧式アクチュエータが搭載されるターボチャージャシステムの構成を示す図である。
[図2] この発明の実施の形態1に係るターボ用空圧式アクチュエータによってバルブが開閉される構造を示す図である。
[図3] この発明の実施の形態1に係るターボ用空圧式アクチュエータを説明するためのアクチュエータロッドが押出された状態を示す断面図である。
[図4] この発明の実施の形態1に係るターボ用空圧式アクチュエータを説明するためのアクチュエータロッドが押出された状態を示す断面図である図3におけるA1領域の拡大図である。
[図5] この発明の実施の形態1に係るターボ用空圧式アクチュエータを説明するためのアクチュエータロッドが引込まれた状態を示す断面図である。
[図6] この発明の実施の形態1に係るターボ用空圧式アクチュエータを説明するためのアクチュエータロッドが引込まれた状態を示す断面図である図5におけるA2領域の拡大図である。
[図7] この発明の実施の形態1に係るターボ用空圧式アクチュエータが搭載されたターボチャージャシステムにおける印加圧力(負圧)とアクチュエータロッドストロークとの関係の一例を示す図である。
[図8] 従来の軸受にて支持したターボ用空圧式アクチュエータのアクチュエータロッドが押出された状態を示す断面図である。
[図9] 従来の軸受にて支持したターボ用空圧式アクチュエータのアクチュエータロッドが引込まれた状態を示す断面図である。

発明を実施するための形態

[0011]
 以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施例 1
[0012]
実施の形態1.
 この発明の実施の形態1におけるターボ用空圧式アクチュエータについて図1~7を用いて説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係るターボ用空圧式アクチュエータが搭載されるターボチャージャシステムの構成を示す図である。図2は、この発明の実施の形態1に係るターボ用空圧式アクチュエータによってバルブが開閉される構造を示す図である。図3は、この発明の実施の形態1に係るターボ用空圧式アクチュエータを説明するためのアクチュエータロッドが押出された状態を示す断面図である。図4は、この発明の実施の形態1に係るターボ用空圧式アクチュエータを説明するためのアクチュエータロッドが押出された状態を示す断面図である図3におけるA1領域の拡大図である。図5は、この発明の実施の形態1に係るターボ用空圧式アクチュエータを説明するためのアクチュエータロッドが引込まれた状態を示す断面図である。図6は、この発明の実施の形態1に係るターボ用空圧式アクチュエータを説明するためのアクチュエータロッドが引込まれた状態を示す断面図である図5におけるA2領域の拡大図である。図7は、この発明の実施の形態1に係るターボ用空圧式アクチュエータが搭載されたターボチャージャシステムにおける印加圧力(負圧)とアクチュエータロッドストロークとの関係の一例を示す図である。図8は、従来の軸受にて支持したターボ用空圧式アクチュエータのアクチュエータロッドが押出された状態を示す断面図である。図9は、従来の軸受にて支持したターボ用空圧式アクチュエータのアクチュエータロッドが引込まれた状態を示す断面図である。
[0013]
 図1に示すように、ターボチャージャ1は、エンジン2からの排気通路3を流通する排気ガスにより回転するタービン4と、タービン4と一体に回転して吸入した空気を加圧してエンジン2への吸入通路5へ流通させるコンプレッサ6と、排気通路3に設けられて排気ガスの一部を排気バイパス通路7からマフラ8へ迂回させるためのバルブ9と、バルブ9を開閉させるターボ用空圧式アクチュエータ10と、ターボ用空圧式アクチュエータ10を駆動させるための負圧を発生させる負圧ポンプ11、及び、負圧ポンプ11で発生させた負圧を制御してターボ用空圧式アクチュエータ10へ印加するソレノイドバルブ12とで構成されている。
[0014]
 図2に示すように、バルブ9は、排気通路3を流通する排気ガスを排気バイパス通路7へ迂回させるための開口であるウエストゲート13に設けられ、排気バイパス通路7の内部に配置されている。
[0015]
 バルブ9は、回動自在に軸支された軸14が一体的に設けられている。
[0016]
 軸14は、排気バイパス通路7に設けられた穴から排気ガスが漏れないようにシール部材(図示せず)を介在して回動自在に外部へ突出している。
[0017]
 レバー15は、一端が排気バイパス通路7から突出した軸14に取り付けられてバルブ9と一体的に回動し、他端がターボ用空圧式アクチュエータ10から突出するアクチュエータロッド16の先端にピン軸17により屈曲自在に取り付けられている。
[0018]
 図3が示すように、ターボ用空圧式アクチュエータ10は、アクチュエータロッド16と、ケース18と、ハウジング19と、ダイアフラム20と、スプリング24と、スプリングホルダ25と、球面軸受26、及び、ホルダ28とで構成されている。
[0019]
 ターボ用空圧式アクチュエータ10は、片側が閉じた円筒状のケース18と、同じく片側が閉じた円筒状のハウジング19とが開口側を対向してダイアフラム20を挟み込んでかしめられている。これにより、ケース18とダイアフラム20とて気密された圧力室21が形成されている。また、ケース18、ハウジング19、及び、ダイアフラム20の中心軸は同一線上に配置されている。
[0020]
 ケース18は、板金で形成されており、圧力室21へ負圧を印加する圧力印加口22が設けられている。
[0021]
 ハウジング19は、板金で形成されており、ターボ用空圧式アクチュエータ10をターボチャージャ1に固定するための固定ボルト23が突出して取り付けられている。
[0022]
 ダイアフラム20は、圧力室21の圧力により弾性変形するゴムなどの弾性体によって椀状に形成されている。
[0023]
 スプリング24は、圧力室21の内部に配置され、片端がケース18に設けられた円環状の突出部に嵌め込まれ、他端がスプリングホルダ25を介在してダイアフラム20を付勢している。また、スプリング24の中心軸はケース18の中心軸と同一線上に配置されている。
[0024]
 スプリングホルダ25は、板金又は樹脂によって外形がダイアフラム20より若干小さい椀状に形成され、ダイアフラム20に密接されている。また、スプリングホルダ25の中心軸はダイアフラム20の中心軸と同一線上に配置されている。
[0025]
 このスプリングホルダ25には、レバー15が取り付けられた反対側のアクチュエータロッド16の端部が、ダイアフラム20を挟着して取り付けられている。
[0026]
 アクチュエータロッド16は、金属の棒材で形成されてハウジング19から突出している。また、アクチュエータロッド16の中心軸はアクチュエータロッド16が押し出された状態において、ハウジング19と同一線上に配置されている。
[0027]
 図4が示すように、球面軸受26は、アクチュエータロッド16を貫通させてアクチュエータロッド16の外周部にて摺動させる球体、又は、外周面が球面に形成されている。また、アクチュエータロッド16の軸心Cは、球面または球体の中心を貫通している。
[0028]
 この球面軸受26は、ハウジング19に形成された保持部27に収納されて、ホルダ28によって回転自在に保持されている。
[0029]
 また、球面軸受26は金属又は樹脂などで形成される。
[0030]
 保持部27は、ハウジング19に円筒状の凸部として形成され、アクチュエータロッド16の外径より若干大きな開口が突設されて、アクチュエータロッド16が突出している。
[0031]
 ホルダ28は、アクチュエータロッド16の外径より若干大きな開口が突設されて、アクチュエータロッド16が挿通している。また、ホルダ28は、ハウジング19に固定ボルト23と一緒に固定される。
[0032]
 図5は、図3の構成において、アクチュエータロッド16が引込まれた状態を示している。
[0033]
 図6は、図4の構成において、アクチュエータロッド16が引込まれた状態を示している。
[0034]
 次に、このように構成されたターボ用空圧式アクチュエータにおける作用について図3から図6を用いて説明する。圧力印加口22に印加された負圧は、圧力室21に大気との差圧を発生させる。この差圧がスプリング24の付勢力を超えると、ダイアフラム20が弾性変形して圧力室21の側へ引き寄せられる。そして、ダイアフラム20に接続されたアクチュエータロッド16が、球面軸受27を摺動してターボ用空圧式アクチュエータ10の内部へ引き込まれる。その結果、アクチュエータロッド16はピン軸17によりレバー15に屈曲自在に取り付けられているので、レバー15はアクチュエータロッド16の引き込み動作によりレバー15に取り付けられた軸14を回転させる。これにより、軸14が一体的に設けられたバルブ9とレバー15とが一体的に回動してバルブ9が開かれる。
[0035]
 圧力印加口22に印加された負圧が解除されると、スプリング24の付勢力によってダイアフラム20の弾性変形は元に戻される。そして、ダイアフラム20に接続されたアクチュエータロッド16は、ターボ用空圧式アクチュエータ10から押し出される。その結果、レバー15は反対方向へ回動される。これにより、バルブ9が閉じられる。
[0036]
 したがって、アクチュエータロッド16の往復運動により、アクチュエータロッド16の先端は揺動するので、その先端には中心軸の振れYが生じる。この振れYは、球面軸受26が角度yの回転をすることによって、アクチュエータロッド16の中心軸を軸心Cから軸心Cyへ傾くことにより吸収される。
[0037]
 図7は、ターボ用空圧式アクチュエータが搭載されたターボチャージャシステム1における圧力印加口22に印加された負圧によるアクチュエータロッド16のストローク量の遷移の一例を示すグラフである。縦軸は印加された負圧の圧力値、横軸はアクチュエータロッド16のストロース量を示す。ここで、実線が本発明の球面軸受25、破線が図8及び図9で示す従来の軸受36を示す。破線J1は従来の軸受36においてアクチュエータロッド16の押し出し状態から引き込み状態への遷移、すなわち、バルブ9の閉状態から開状態への遷移を示す。破線J2は従来の軸受36においてアクチュエータロッド16の引き込み状態から押し出し状態への遷移、すなわち、バルブ9の開状態から閉状態への遷移を示す。実線K1は球面軸受25においてアクチュエータロッド16の押し出し状態から引き込み状態への遷移、すなわち、バルブ9の閉状態から開状態への遷移を示す。実線K2は球面軸受25においてアクチュエータロッド16の引き込み状態から押し出し状態への遷移、すなわち、バルブ9の開状態から閉状態への遷移を示す。アクチュエータロッド16の引き込み動作と押し出し動作において印加する負圧の差異がヒステリシスHJ、HKとして発生するが、図7が示すように、本発明の球面軸受25のヒステリシスHKは従来の軸受36のヒステリシスHJと比べてヒステリシスが抑制される。
[0038]
 以上述べたように、この実施の形態1にて示したターボ用空圧式アクチュエータにあっては、アクチュエータロッドを貫通させてアクチュエータロッドの外周部にて摺動し、外周面を球面に形成した球面軸受を設けることにより、従来の軸受36を用いる場合に比べて、摺動抵抗を低減してヒステリシスを抑制できる。その結果、制御が容易にできるという効果を奏する。
[0039]
 また、実施の形態1におけるターボ用空圧式アクチュエータにあっては、1本のアクチュエータロッド16で構成することにより、2本のロッドをユニバーサルジョイントで連結する場合に比べて、部品点数を削減できる。その結果、がたつきを低減して特性を安定させることができるという効果を奏する。
[0040]
 さらに、部品点数を削減できるので、安価となり、また、信頼性、組立性及びメンテナンス性も向上させることができる効果も奏する。
[0041]
 なお、上記した実施の形態1では、圧力印加口22へは負圧が印加されるものとしたが、正圧であっても良い。
[0042]
 ところで、上記した実施の形態に示したターボ用空圧式アクチュエータは、ターボチャージャのウエストゲートバルブ開閉用のレバー等を駆動するアクチュエータとして説明したが、ウエストゲートバルブに限られるものではなく、ウエストゲートバルブとは異なるバルブを駆動するものであっても良いことは言うまでもない。
[0043]
 また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

産業上の利用可能性

[0044]
 本発明のターボ用空圧式アクチュエータは、ウエストゲートバルブの開度制御に用いることができる。

符号の説明

[0045]
 1 ターボチャージャシステム、 2 エンジン、 3 排気通路、 4 タービン、 5 吸気通路、 6 コンプレッサ、 7 排気バイパス通路、 8 マフラ、 9 バルブ、 10 ターボ用空圧式アクチュエータ、 11 負圧ポンプ、 12 ソレノイドバルブ、 13 ウエストゲート、 14 軸、 15 レバー、 16 アクチュエータロッド、 17 ピン軸、 18 ケース、 19 ハウジング、 20 ダイアフラム、 21 圧力室、 22 圧力印加口、 23 固定ボルト、 24 スプリング、 25 スプリングホルダ、 26 球面軸受、 27 保持部、 28 ホルダ、 36 軸受、 Y 振れ、 y 角度、C 軸心、 Cy 軸心、 J1 破線、 J2 破線、 K1 実線、 K2 実線、 HJ ヒステリシス、 HK ヒステリシス

請求の範囲

[請求項1]
 ケースと、
 前記ケースに設けられ、圧力が印加される圧力印加口と、
 前記ケースに対向して圧着されたハウジングと、
 前記ケースと前記ハウジングに挟着され、弾性体で形成されたダイアフラムと、
 前記ケースに配置されて前記ダイアフラムを付勢するスプリングと、
 一端が前記ダイアフラムに取り付けられ、他端が前記バルブに接続されて回動するレバーに取り付けられた前記ハウジングから突出するアクチュエータロッドと、
 前記ハウジングに収納され、前記アクチュエータロッドを貫通させて前記アクチュエータロッドの外周部にて摺動し、外周面を球面に形成した球面軸受と、
 を備えたターボ用空圧式アクチュエータ。
[請求項2]
 前記球面軸受が球体であること
 を特徴とする請求項1に記載のターボ用空圧式アクチュエータ。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]