JP2005517113A - ターボ過給機用アクチュエータ - Google Patents

Abstract

ターボ過給機用アクチュエータおよびそのアクチュエータを較正する方法が、特に可変ノズル・ターボ過給機（ＶＮＴ）に適用可能である。アクチュエータは、横断して接続されたダイヤフラムを有するアクチュエータ・ハウジングと、ピストンと、アクチュエータ・ハウジング内のほぼ中心に位置決めされ、ピストンに偏倚作用を与え、ターボ過給機を較正するためにダイヤフラムを保持する圧縮ばねとを備える。アクチュエータ・ハウジングは３本のリベットを用いてブラケットに接続され、また、ダイヤフラムはエラストマ・ビードによって被覆されたアクチュエータ・ハウジングにダイヤフラムを接続するためにクリンプ加工されて、クリンプ作業を改善、制御する。ピストンの形状は、アクチュエータの全長を減少するように修正される。アクチュエータ構成体を可変ノズル・ターボ過給機ハウジングに取り付けるためのブラケットは、アクチュエータ構成体への接続のために形成された複数のリベット穴を有する第１平坦部分と、第１平坦部分に対してほぼ直角に延びかつブラケットをターボ過給機ハウジングに取り付けるためにボルトを受けるように形成された細長い穴を有する少なくとも１つ、好ましくは２つの第２部分とを備えている。細長い穴はターボ過給機ハウジングに関してアクチュエータ構成体の滑り移動を許す。較正方法は、ターボ過給機のフロー・スクリュとの接触状態にピン・クランクを維持しながら、アクチュエータに重力によって決定された較正位置を取らせるようアクチュエータに所定の真空を加えること、タービン・ハウジングへのアクチュエータ構成体の取付けを引き締めるためにボルトを所定のトルクで締め付けることからなる。アクチュエータ較正は、正常状態として制御され、正しくない場合には、異なる所定の真空値を用いてその作業が繰り返えされる。

Description

本発明は、ターボ過給機用アクチュエータおよびアクチュエータを較正する方法に関する。本発明は、特に可変ノズル・ターボ過給機（ＶＮＴ）に適用可能である。

ターボ過給機は、燃料経済を改善しかつ有害物放出を最少化するために現代ジーゼル・エンジンにおいて広範囲に用いられている。従来では、ターボ過給機は、タービン・ハウジング内のチャンバにあるタービン・ホイールと、コンプレッサ・ホイールおよびハウジングと、コンプレッサおよびタービン・ホイールを接続するシャフトを支持するための中央鋳造軸受ハウジングとを備えている。タービン・ホイールは、内燃機関からの排気ガスによって駆動されたときに回転し、コンプレッサ・ホイールを回転させて空気を圧縮し、エンジンが通常吸気できる割合よりも大きい割合でエンジンに送給する。ターボ過給機圧力出力は、構成部品効率、ターボおよびコンプレッサを通過する質量流量、ならびにタービンにおける圧力降下の関数である。

通常、ＶＮＴは、タービンの回転軸に同軸整合されたタービン・ハウジング内に受けられるほぼ円筒形のピストンを備えている。ピストンは長手方向に可動であり、異なる運転条件に対応してターボ過給機の性能を調整するように、渦形室からタービンへの入口ノズルの面積を設定する。ピストンは、アクチュエータによって動かされる。アクチュエータは、通常空気作用で作動され、ブラケットによってタービン・ハウジングに取り付けられる。アクチュエータが取り付けられたとき、アクチュエータを較正する必要がある。

従来、ＶＮＴは、手動調節自在な接続棒および端をもった２つの固定端点を用いて較正されていた。棒および端はロックナットによって定位置に保持され、アクチュエータ構成体が２つのボルトおよびナットによって保持される。ＶＮＴの従来部品は、制限された空間内で取り付けたり調節したりすることが困難であり、手動較正作業は組立ラインの生産性を低下させ、費用を増加させ、比較的信頼性のない傾向にあった。

組立ラインの生産性を向上し、アクチュエータの費用を低減するばかりではなく、自動較正およびターボ過給機設備の小型化を可能にするように、よりしっかりしたアクチュエータ設計および較正作業に対する要請がある。較正作業をより信頼性あるものにし、正当な理由による返品、例えば、十分な較正ができないことを理由とする返品を低減することが望ましい。

本発明の第１観点によれば、可変ノズル・ターボ過給機用アクチュエータが提供される。その可変ノズル・ターボ過給機用アクチュエータは、アクチュエータ・ハウジングと、ピストンと、アクチュエータ・ハウジングを横切るようにしてこれに接続されたダイヤフラムと、アクチュエータ・ハウジング内のほぼ中心に位置決めされかつピストンに偏倚作用を与えるように配置された少なくとも１つの圧縮ばねと、ピストンに接続されていて、ターボ過給機を較正するスペード状棒とを備えている。

アクチュエータ・ハウジングは、少なくとも１本、好ましくは３本のリベットを用いてブラケットに接続されることが好ましい。ダイヤフラムをアクチュエータ・ハウジングに接続するように、ダイヤフラムがクリンプ加工されてもよい。ダイヤフラムは、エラストマ・ビードで被覆され、クリンプ加工を改善、制御する。

アクチュエータ内のピストンの形状が、アクチュエータの全長を減少するように修正されることが有利である。
本発明の第２観点によれば、アクチュエータ構成体を可変ノズル・ターボ過給機ハウジングに取り付けるためのブラケットが提供される。そのブラケットは、アクチュエータ構成体への接続のために形成された複数のリベット穴を有する第１平坦部分と、第１平坦部分に対してほぼ直角に延びかつブラケットをターボ過給機ハウジングに取り付けるためにボルトを受けるように形成された細長い穴を有する少なくとも１つの第２部分とを備えている。細長い穴はターボ過給機ハウジングに関してアクチュエータ構成体の滑り移動を許す。

好適実施例によれば、ブラケットは、第１平坦部分に対して直角に延びかつ第２部分にほぼ平行な第３部分を備えている。第３部分はブラケットをターボ過給機ハウジングに取り付けるためにボルトを受けるように形成された細長い穴を有する。細長い穴はターボ過給機ハウジングに関してアクチュエータ構成体の滑り移動を許す。

細長い穴は、約４ｍｍ（±２ｍｍ）の滑り移動を許すことが好ましい。
本発明の第３観点によれば、可変ノズル・ターボ過給機を較正する方法が提供される。その較正方法は、下記の工程からなる。
ａ）スペード状棒を有するアクチュエータ構成体を用いること、
ｂ）スペード状棒がピン・クランクに隣接するように、ピン・クランクを有しているターボ過給機の端ハウジングにアクチュエータ構成体を取り付けるために少なくとも１本のボルトを用いること、
ｃ）アクチュエータに重力によって決定された較正位置を取らせるようにアクチュエータ口を介してアクチュエータに所定の真空を加えること、
ｄ）ピン・クランクをターボ過給機のフロー・スクリュと接触状態に維持すること、
ｅ）タービン・ハウジングへのアクチュエータ構成体の取付けを固定するためにボルトを所定のトルクで締め付けること、
ｆ）所定の作業指示にもとづいてアクチュエータ較正を制御すること、
ｇ）較正作業が正しいかどうかを決定し、正しくない場合には、異なる所定の真空値を用いて前記工程ｃ）からの作業を繰り返すこと。

本発明の第３観点の好適実施例によれば、本方法が第１観点のアクチュエータ構成体を用いて実施される。本発明の第２観点のブラケットは、第３観点の方法においても好適に用いられる。

新規なアクチュエータの小型化設計および新規な較正作業によれば、従来の部品では取り付けおよび調節が困難または不可能であろう限定された空間へのＶＮＴの適用を可能にする。さらに、較正作業の自動化が可能になり、増大された生産ライン能力を与えることができる。

図１Ａにおいて、公知のアクチュエータ構成体は、２Ａにおいてアクチュエータ構成体３Ａの側壁にクリンプ加工されたダイヤフラム１Ａを備えている。ばね４Ａは、ダイヤフラム１Ａを緊張状態に保持しかつアクチュエータ・ピストン８Ａの位置を制御する。２組のボルトおよびナット（そのうちの１組が９Ａで示されている。）がアクチュエータ構成体３Ａの底壁をブラケット構成体１８Ａに保持するように用いられる。ブラケット構成体１８Ａは、タービン・ハウジング（図示せず）に接続される。較正棒５Ａはジンバル１１Ａを貫通し、ロックナット６Ａによって定位置に保持され、アクチュエータ・ピストン８Ａに一端が固定される。遮熱材１２Ａがアクチュエータを保護する。スタッド１３Ａは、アクチュエータ構成体３Ａおよび二重板１７Ａを貫通する。

較正棒５Ａは、調節自在棒端１５Ａおよびボルト穴２１Ａを有していて、コンプレッサまたはターボ過給機のタービン・ハウジングのいずれかに固定される。
一方、図１において、本発明にもとづく修正されたアクチュエータ構成体が示されている。２つのボルトおよびナット９Ａは、３本のリベット（そのうち２本が７で示されている。）に置き換えられ、アクチュエータ構成体３がアクチュエータ構成体およびブラケット構成体の機能を結合している。棒端５Ａおよびロックナット６Ａが、図１に輪郭で示されたスペード状（平坦状）端部分１５を有する棒５で置き換えられている。棒端に対するこの新規な形状は、後述するように、較正作業を補助する。スペード状棒は、ウェイストゲートを備えたターボ過給機に使用するための公知の設計であるが、較正作業が同じではないので、可変ノズル技術の分野においてこれまでに使用されていなかった。特に、スペード状棒は、ターボ過給機のピン・クランクに接続されるべき穴を伴って冷間鍛造によって形成された一端に平坦部分を有する。本発明の修正における圧縮ばね４は、アクチュエータ構成体３の中心に位置決め、すなわち同心とされており、これは、特にばね４自体における不完全性による較正においてヒステリヒスを減少、すなわち不正確さを減少する。ダイヤフラム１は、２Ａにおいてアクチュエータ構成体の側壁３にクリンプ加工されるが、これは、本発明においてダイヤフラム１にエラストマ・ビード４６を追加することにより達成されるクリンプ加工制御によって、改善される。エラストマ・ビードは、本出願人によって従来用いられていた平坦形状または当該技術分野における他の者によって従来用いられていたような金属対金属接触よりも、アクチュエータを閉じるために用いられるクリンプ加工作業中に、より多くの態様の圧縮変化を受け容れられる。

エラストマ・ビード４６は、シール能力を改善する。ダイヤフラム１のたたみこみ部分は、減少幅を有しているので、ダイヤフラムの応力およびアクチュエータの全直径が減少される。

さらに、ピストン８は、図１を図１Ａと比較することによってわかるように、アクチュエータ構成体の全長を減少するような形状修正がなされている。新規のブラケットは１８で示され、ジンバルが変更されずに１１で示されている。

ピストン８は、相対運動なしに、棒端５に関して１．７ＮＭに耐えなければならない。工学的要求は、１．５バールおよび１００ｋｇの引張試験の下で最大０．１５ＳＣＣＭである。

図２は、従来設計のターボ過給機用アクチュエータ構成体の下側から見た、すなわち図１の左手側における構成体の下側から見た斜視図である。遮熱材１２Ａは一部破断されて示され、アクチュエータ構成体３Ａの側壁が２つのナット９Ａによってブラケット構成体１８Ａに取り付けられる。棒端１５Ａはロックナット６Ａによって定位置に保持され、調節自在である。このようにして、従来では、較正は手動調節自在接続棒端を有する２つの固定端点によって行われる。

一方、図３に示す本発明のアクチュエータ構成体は、３本のリベット７によってブラケット構成体１８に保持されたアクチュエータ３の側壁を有し、棒５が端１５においてスペード状であり固定長さであるので、ロックナットを必要としない。したがって、アクチュエータ端点は可動であり、棒および第２端点は固定される。較正された真空がアクチュエータに加えられたとき、力が均等化されるまで、アクチュエータ本体は固定端点に向かって動かされる。アクチュエータ３はそのとき較正された位置にあり、接近可能ボルトおよびブラケットによってコンプレッサまたはタービン・ハウジングに固定される。

ブラケット構成体１８Ａの従来の形状が、図４の平面図に詳細に示されている。図４は、ブラケット構成体１８Ａを従来のターボ過給機本体に保持する２本のボルト１０Ａの位置を示す。このような構成は、従来のターボ過給機２０が従来のブラケット構成体１８Ａによって従来のアクチュエータ３０Ａに取り付けられている図６の側面図に示されている。従来のブラケット構成体１８Ａは、２つのボルトおよびナット１９Ａによってアクチュエータに取り付けられる。従来の調節可能棒端１５Ａが示されている。

図５において、新規ブラケット構成体１８は、ほぼ三角形の板部３１が３つのリベット穴３２を有しかつ細長いボルト穴３５、３６をそれぞれ有する状態で、示されている。中央穴３７は、端１５を持つ固定長の新規な形状の棒５を収容する。図７の側面図に示すように、新規ブラケット構成体１８は新規アクチュエータ本体３０をターボ過給機２０に接続するように用いられる。板部３１は３本のリベット７によって新規アクチュエータ・ハウジングにリベット止めされ、折曲げ部分３３、３４がターボ過給機２０、タービン・ハウジング、またはコンプレッサ・ハウジングに２本のボルトによって溝形状穴３５、３６をかいして接続される。穴３５、３６は、較正期間中の調節を許し、アクチュエータ本体３０の棒端１５を調節自在にする必要性を排除する。

図６は、図２および図１Ａに示すように、ボルトおよびナット１９Ａによって図４のブラケットによってタービン・ハウジング２０に取り付けられた従来のアクチュエータ構成体３０Ａを示す。棒端１５Ａが示されている。

図７は、図３および図１に示すように、図５のブラケットによってタービン・ハウジング２０に取り付けられた新規アクチュエータ構成体３０を示す。その取付けは、ブラケットの第１部分３１を介してリベット７によってなされ、また、ボルト３８は少なくともブラケットの第２部分を介してなされ、矢印３９で示すようにタービン・ハウジング２０に関してアクチュエータ構成体３０の滑り移動を許す。

図８は、新規較正方法を示し、本発明のアクチュエータの横断面図を含む。
新規較正作業は、アクチュエータ・ヘッドを下にかつスペード状棒５をピン・クランク４０に隣接させた垂直姿勢状態のターボ過給機２０にアクチュエータ３０およびブラケット構成体１８を取り付けることを含む。真空がアクチュエータ口４２に加えられる。アクチュエータは、重力の影響の下でその較正された位置を通常は取る。ピン・クランク４０は、矢印４１で示されるように、ＶＮＴフロー・スクリュと接触状態に置かれる。取付けボルト３８（図７）は必要なトルクで締め付けられ、また、アクチュエータ較正は正常の作業指示にもとづいて制御される。アクチュエータ較正が適正ではない場合、ボルト３８が緩められ、その作業が修正真空値によって工程２から繰り返される。

図９は、ブラケット構成体１８に組み付けられた新規アクチュエータ３を示し、また、リベット穴３２、屈曲部分３３、３４の溝穴３５、３６と共に棒５およびスペード状棒端１５を示す。溝式穴３５、３６は滑り移動を許す。遮熱材１２も示されている。

図１は、本発明の実施例にもとづく可変ノズル・ターボ過給機用アクチュエータの横断面図である。図１Ａは、従来技術にもとづく設計を示す可変ノズル・ターボ過給機用アクチュエータの横断面図である。 図１Ａの公知アクチュエータの一部斜視図である。 本発明の一実施例にもとづく図１のアクチュエータの一部斜視図である。 可変ノズル・ターボ過給機に図２の公知アクチュエータを固定する公知ブラケットの側面図である。 可変ノズル・ターボ過給機に図３の新規アクチュエータを固定する新規ブラケットの斜視図である。 図４の公知ブラケットによって可変ノズル・ターボ過給機に取り付けられた図２の公知アクチュエータの側面図である。 図５の新規ブラケットによって可変ノズル・ターボ過給機に取り付けられた図３の新規アクチュエータの側面図である。 図３の新規アクチュエータの横断面図であって、新規較正方法を示す。 新規アクチュエータおよび新規ブラケットの別実施例の斜視図である。

Claims (13)

1. 可変ノズル・ターボ過給機用アクチュエータであって、
   アクチュエータ・ハウジングと、
   ピストンと、
   前記アクチュエータ・ハウジングを横切るようにしてこれに接続されたダイヤフラムと、
   前記アクチュエータ・ハウジング内のほぼ中心に位置決めされかつ前記ピストンに偏倚作用を与えるように配置された少なくとも１つの圧縮ばねと、
   前記ピストンに接続されていて、ターボ過給機を較正するスペード状棒と、
   前記アクチュエータを前記ターボ過給機に調節自在に接続するようにボルトを受ける少なくとも１つの細長い穴を有するブラケットと、
   を備えたアクチュエータ。
2. 前記アクチュエータ・ハウジングが、少なくとも１本のリベットを用いて前記ブラケットに接続されている、請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記アクチュエータ・ハウジングが、３本のリベットを用いて前記ブラケットに接続されている、請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記ダイヤフラムを前記アクチュエータ・ハウジングに接続するように、該ダイヤフラムがクリンプ加工されている、請求項１ないし３の任意の一項に記載のアクチュエータ。
5. 前記ダイヤフラムがエラストマ・ビードで被覆されている、請求項１ないし４の任意の一項に記載のアクチュエータ。
6. 前記ピストンの形状が、前記アクチュエータの全長を減少するように修正されている、請求項１ないし５の任意の一項に記載のアクチュエータ。
7. タービン、コンプレッサおよびアクチュエータを備え、前記タービンまたはコンプレッサへの吸気口を制御するようにピストンの移動を制御するターボ過給機であって、前記アクチュエータが請求項１ないし６の任意の一項にもとづいてつくられている、ターボ過給機。
8. アクチュエータ構成体を可変ノズル・ターボ過給機ハウジングに取り付けるためのブラケットであって、前記アクチュエータ構成体への接続のために形成された複数のリベット穴を有する第１平坦部分と、該第１平坦部分に対してほぼ直角に延びかつ前記ブラケットを前記ターボ過給機ハウジングに取り付けるためにボルトを受けるように形成された細長い穴を有する少なくとも１つの第２部分とを備え、前記細長い穴は前記ターボ過給機ハウジングに関して前記アクチュエータ構成体の滑り移動を許すようになされている、ブラケット。
9. 前記第１平坦部分に対して直角に延びかつ前記第２部分にほぼ平行な第３部分を備え、該第３部分は前記ブラケットを前記ターボ過給機ハウジングに取り付けるためにボルトを受けるように形成された細長い穴を有し、該細長い穴は前記ターボ過給機ハウジングに関して前記アクチュエータ構成体の滑り移動を許すようになされている、請求項８に記載のブラケット。
10. 前記細長い穴は、約４ｍｍの滑り移動を許すようになされている、請求項８または９に記載のブラケット。
11. 可変ノズル・ターボ過給機を較正する方法であって、
    ａ）スペード状棒を有するアクチュエータ構成体を用いること、
    ｂ）前記スペード状棒がピン・クランクに隣接するように、該ピン・クランクを有するターボ過給機の端ハウジングに前記アクチュエータ構成体を取り付けるために少なくとも１本のボルトを用いること、
    ｃ）前記アクチュエータに重力によって決定された較正位置を取らせるようにアクチュエータ口を介して前記アクチュエータに所定の真空を加えること、
    ｄ）前記ピン・クランクを前記ターボ過給機のフロー・スクリュと接触状態に維持すること、
    ｅ）タービン・ハウジングへの前記アクチュエータ構成体の取付けを固定するために前記ボルトを所定のトルクで締め付けること、
    ｆ）所定の作業指示にもとづいてアクチュエータ較正を制御すること、
    ｇ）較正作業が正しいかどうかを決定し、正しくない場合には、異なる所定の真空値を用いて前記工程ｃ）からの作業を繰り返すこと、
    からなる較正方法。
12. 第１観点のアクチュエータ構成体を用いて実施されたときにおける、請求項１１に記載の方法。
13. 請求項１１ないし１２のうち任意の一項に記載の方法において用いられたときにおける、請求項８ないし１０の任意の一項に記載のブラケット。

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