JP2016011655A - 過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量でありながらアクチュエータの振動を十分に抑制することが可能な過給機を提供すること。【解決手段】アクチュエータ４０は、コンプレッサハウジング２０と一体に構成された取付部材２００を介してこのコンプレッサハウジング２０に取り付けられ、且つ、取付部材２００は、コンプレッサハウジング２０とタービンハウジング１０とがセンタハウジング３０を介して組み付けられる部位でコンプレッサハウジング２０に接続されるセンタハウジング側接続部２０１を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関に用いられる過給機に関し、特に、ウエストゲートバルブの開度を調節するアクチュエータを備えた過給機に関する。

従来、自動車用エンジン向け等の用途に過給機が普及している。このような過給機は、一般に、タービンハウジングとコンプレッサハウジングとがセンタハウジングを介して一体に組み立てられている。エンジンの排気ガスによって回転するタービンロータの回転がセンタハウジング内のベアリングシャフトを通してコンプレッサロータに伝達される。コンプレッサロータの回転によって給気が圧縮されて過給が行われる。過給を適切に行うために、タービンロータの回転が調節される。この調節は、タービンロータに供給する排気ガスをウエストゲート側にバイパスさせる流量を加減することによって行われる。このようにバイパスさせる排気ガスの流量を加減するために、ウエストゲートにウエストゲートバルブが備えられ、このウエストゲートバルブの開度がアクチュエータによって調節されるように構成されている。

アクチュエータは上述のようにウエストゲートバルブの開度の調節を行うべく且つ高温になるタービンハウジングからの熱を避けるべくコンプレッサハウジング側に設けられるのが一般的である。このように配置されたアクチュエータから延出したコントロールロッド及び中継ロッドがタービンハウジング側のウエストゲートバルブ回動アームに接続される。そして、アクチュエータの作動によりコントロールロッド及び中継ロッドが軸方向に変位することで回動アームが回動し、このウエストゲートバルブの開度が調節される。

ところで、アクチュエータは無用な振動が発生しないように取り付けられなくてはならない。振動が発生してしまうと、この振動がコントロールロッド及び中継ロッド等に伝搬し、ウエストゲートバルブの開度調節を適切に安定的に行うことができなくなるからである。場合によっては、アクチュエータの振動が共振を生じさせて、コントロールロッドが脆性破壊するおそれもある。

このようなアクチュエータを取り付ける手法については既に種々の提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の技術は、コンプレッサハウジングの入口管と出口管とに跨ってアクチュエータ取付フランジを鋳造によって形成するというものである。アクチュエータの支持剛性を高めることができるとされている。
また、他の文献には、アクチュエータをコンプレッサハウジングに設けたステーにボルトで取付ける技術の開示も認められる（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１４−５８８９４号公報 特表２０１３−５３１１７９号公報

しかしながら、上記何れの特許文献における技術もコンプレッサハウジング自体の剛性が十分でないとアクチュエータの振動を抑制することが困難である。即ち、アクチュエータの振動を十分に抑制するためにはコンプレッサハウジングを肉厚で剛性の高いものにすることを要するため、重量が増加し、ひいては燃費が悪化するという問題を招来することになる。
また、一般に、過給機を取付ける場合に、剛性の高いエンジン本体のブロックに直接取り付けられるのはタービンハウジングの部位のみである。このため、必然的にこの取付部位から離れたところに位置するアクチュエータは、エンジン本体からの振動が増幅されて作用する。このため、振動の抑制については特段の配慮が必要になる。

本発明は、上述のような従来における問題を一掃するべくなされたものであり、軽量でありながらアクチュエータの振動を十分に抑制することが可能な過給機を提供することを目的とする。

本発明者らは、種々検討と実験を繰り返して上記課題の解決手段を見出し、本発明を完させるに至った。

（１）タービンハウジング（例えば、後述のタービンハウジング１０）とコンプレッサハウジング（例えば、後述のコンプレッサハウジング２０）とがセンタハウジング（例えば、後述のセンタハウジング３０）を介して一体に組み立てられた過給機（例えば、後述の過給機１）において、
前記タービンハウジングに設けられたウエストゲート（例えば、後述のウエストゲート１２）及びウエストゲートバルブ（例えば、後述のウエストゲートバルブ１３）と、
前記ウエストゲートバルブの開度を調節するアクチュエータ（例えば、後述のアクチュエータ４０）とを備え、
前記アクチュエータは、取付部材（例えば、後述の取付部材２００）を介してこのコンプレッサハウジングに取り付けられ、
前記取付部材は、前記コンプレッサハウジングにおける前記センタハウジングと組み付けられる部位で前記コンプレッサハウジングに接続されるセンタハウジング側接続部を有することを特徴とする過給機。

上記（１）の過給機では、通常の構成において周囲の構造部に比し格段に剛性の高いセンタハウジングに連なる部位に、アクチュエータの取付部材（そのセンタハウジング側接続部）が接続されるため、アクチュエータの振動が十分に抑制される。また、コンプレッサハウジングを格別に肉厚で高剛性のものにすることを要しないため、過給機の重量増加といった不都合を招来することもない。

（２）前記コンプレッサハウジングは上流側の吸気通路に接続されるインレットハウジング部（例えば、後述のインレットハウジング部２２）を有し、前記取付部材は、前記インレットハウジング部に接続されるインレットハウジング側接続部（例えば、後述のインレットハウジング側接続部２０２）を有する上記（１）に記載の過給機。

上記（２）の過給機では、（１）の過給機による作用効果に加えて更に、上流側の吸気通路への接続部であるために必然的に肉厚で剛性の高いインレットハウジング部に前記取付部材がそのインレットハウジング側接続部で接続されるため、アクチュエータの振動が十分に抑制され、共振を生じるおそれもない。

（３）前記取付部材は、前記センタハウジング側接続部の接続端及び前記インレットハウジング側接続部の接続端が前記コンプレッサハウジングに流入した吸気が加圧されるスクロール部（例えば、後述のスクロール部２３）を越えて各対応する前記センタハウジング側の接続部及び前記インレットハウジング部との接続部に達してそれぞれ接続されていることを特徴とする上記（２）に記載の過給機。

上記（３）の過給機では、上記（２）の過給機による作用効果に加えて更に、前記取付部材は、剛性が相対的に低いスクロール部がアクチュエータの支持には主体的に関与しないようにして、センタハウジング側接続部の接続端及び前記インレットハウジング側接続部の接続端が各対応する前記センタハウジング側の接続部及び前記インレットハウジング部との接続部に達してそれぞれ接続されているため、上記接続端における接続が強固で剛性の高いものとなり、取付部材の取り付けに係る剛性の低下を来すことがない。

（４）前記取付部材は、前記アクチュエータを保持するためのフランジ状のアクチュエータ保持部（例えば、後述のアクチュエータ保持部２０３）と前記センタハウジング側接続部とを結合する結合部（例えば、後述の結合部２０４）を有し、前記結合部の外縁の延出方向と前記フランジ状のアクチュエータ保持部の前記アクチュエータを結合するフランジ面に直交する方向とのなす角が前記フランジ面に沿う方向からの側面視で略４５度である上記（１）から（３）の何れかの過給機。

上記（４）の過給機では、（１）から（３）の何れかの過給機による作用効果に加えて更に、前記取付部材の剛性が一層高くなり、重量の増加を低減しつつアクチュエータの振動の抑制がより十全なものとなる。

本発明によれば、軽量でありながらアクチュエータの振動を十分に抑制することが可能な過給機を具現することができる。

本発明の過給機を示す斜視図である。 本発明の過給機を示す側面図である。 本発明の過給機を示す部分破断図である。 本発明の過給機の作用を説明するための図である。 本発明の過給機における部材形状に関する特徴を説明するための図である。 本発明の過給機における部材形状選択の根拠を説明するための図である。

以下に、図面を参照して本発明の一実施形態としての過給機について詳細に説明する。
図１は本発明の過給機を示す斜視図、図２は本発明の過給機を示す側面図である。
図１及び図２において、本実施形態としての過給機１は、タービンハウジング１０とコンプレッサハウジング２０とがセンタハウジング３０を介して一体に組み立てられて構成されている。
タービンハウジング１０内には排気入口管１１から導入されるエンジンの排気ガスによって回転する図示しないタービンロータが軸支されている。このタービンロータの回転がセンタハウジング３０内のベアリングシャフト（不図示）を通してコンプレッサハウジング２０内に軸支された図示しないコンプレッサロータ伝達される。

このコンプレッサロータの回転によって、コンプレッサハウジング２０の吸気入口管２１から導入された吸気が圧縮されて吸気出口管２４からエンジンのインテイクマニホールドに送出されて過給が行われる。

過給を適切に行うために、タービンロータの回転が調節される。この調節は、排気入口管１１からタービンロータに供給する排気ガスの流量を加減することによって行われる。即ち、排気入口管１１から導入される排気ガスの一部をウエストゲート１２側にバイパスさせるようにし、このバイパスさせるガスの流量をウエストゲートバルブ１３の開度を調節することによって加減する。

ウエストゲートバルブ１３の開度を調節するために、アクチュエータ４０が設けられている。
アクチュエータ４０は、タービンハウジング１０内のウエストゲートバルブ１３の開度調節操作を行うための駆動源であるが、稼働時に高温になるタービンハウジング１０からの熱を避けるためにコンプレッサハウジング２０側に設けられる。
この過給機１では、図示のごとく、アクチュエータ４０はコンプレッサハウジング２０と一体に構成された取付部材２００を介してこのコンプレッサハウジング２０に取り付けられている。

取付部材２００は、コンプレッサハウジング２０とタービンハウジング１０とがセンタハウジング３０を介して組み付けられる部位でコンプレッサハウジング２０に接続されるセンタハウジング側接続部２０１を有している。
取付部材２００は、その脚部の一方の部分であるセンタハウジング側接続部２０１で上記部位に接続されるが、その脚部の他方の部分であるインレットハウジング側接続部２０２でコンプレッサハウジング２０のインレットハウジング部２２（図２）に接続されている。

インレットハウジング部２２はコンプレッサハウジング２０が上流側の吸気通路に接続される部分であり、接続の強度を確保するために肉厚に形成されている。

図示されたところから容易に理解されるとおり、取付部材２００は、二股に延出した脚部の一方の部分であるセンタハウジング側接続部２０１と他方の部分であるインレットハウジング側接続部２０２とで、コンプレッサハウジング２０のスクロール部２３を跨ぐように配されている。

即ち、取付部材２００は、センタハウジング側接続部２０１の接続端及びインレットハウジング側接続部２０２の接続端がスクロール部２３を越えて各対応するセンタハウジング側の接続部及びインレットハウジング部との接続部に達してそれぞれ接続されている。

スクロール部２３はコンプレッサハウジング２０に流入した吸気が加圧される部分であり、コンプレッサハウジング２０の外殻をなしており、比較的厚みの薄い部分である（例えば厚さ４mm程度）。

取付部材２００は、センタハウジング側接続部２０１とインレットハウジング側接続部２０２とで、肉厚で強固な部位に接続される一方で、スクロール部２３はアクチュエータ４０の支持には主体的に関与しないようにして配されている。

上述のような取付部材２００は、そのセンタハウジング側接続部２０１及びインレットハウジング側接続部２０２とは反対側に延出した部位にフランジ状のアクチュエータ保持部２０３が形成されている。このアクチュエータ保持部２０３にアクチュエータ４０がボルト締めによって取り付けられている。

この過給機１では、アクチュエータ４０は電動アクチュエータであり、シリンダ状の本体の先端側にコントロールロッド４１が進退自在に突出している。コントロールロッド４１はアクチュエータ４０内のモータによってボールスクリューが軸方向に変位するように構成され、このボールスクリューがコントロールロッド４１を進退させる。

アクチュエータ４０のコントロールロッド４１はジョイント４２を介して中継ロッド４３の一端側に接続されている。中継ロッド４３の他端側はタービンハウジング１０内のウエストゲートバルブ１３の開度を調節する回動アーム１５の一端側に接続されている。

図３は、本発明の過給機１を示す部分破断図であり、特にその取付部材２００の形状の特徴が明らかである。図３において、既述の図１及び図２との同一部位は同じ符号を附して示しそれら各部についての説明は省略する。

既述のように、取付部材２００はフランジ状のアクチュエータ保持部２０３から、センタハウジング側接続部２０１とインレットハウジング側接続部２０２とが二股に分かれるようにして延出している。

図３を参照してより明らかなとおり、取付部材２００は、アクチュエータ保持部２０３とセンタハウジング側接続部２０１とを結合する部位が結合部２０４をなしている。結合部２０４の外縁は側面視でアクチュエータ保持部２０３からセンタハウジング側接続部２０１の外側に向けて傾斜をなして延出しており、当該延出の方向は、取付部材２００の側面視での形状を左右し、従って、取付部材２００の剛性と相関がある。
結果的に、この取付部材２００では、アクチュエータ保持部２０３を従来よりも幅広の剛性の高い部分で支持することになっている。この点については、後に図５を参照して更に詳述する。
発明者等は上述の傾斜角について種々検討の結果、最適な角度を見出した。これについては図面を参照して後に詳述する。

図４は、図１乃至図３を参照して説明した過給機１の作用を従来との比較において説明するための図である。
図４（Ａ）は過給機のアクチュエータを従来のようにコンプレッサハウジングに取り付けた場合に、アクチュエータに作用する加速度の周波数特性を表す図である。即ち、図４（Ａ）の特性は、アクチュエータを取り付ける取付部材は、上述した本発明のようには、その脚部が、センタハウジングとインレットハウジング部とに各接続されてはおらず、単純にコンプレッサハウジングに接続された場合のものである。またこの場合、図３を参照して説明したごとくには、取付部材がそのフランジ状のアクチュエータ保持部に連なる部分において別段幅広には成形されておらず相対的に幅の狭い形状である。

図４（Ｂ）は、上述した本発明のごとくにアクチュエータを取り付けた場合に、アクチュエータに作用する加速度の周波数特性を表す図である。即ち、図４（Ｂ）の特性は、取付部材の脚部であるセンタハウジング側接続部２０１とインレットハウジング側接続部２０２とが、格段に剛性が高いセンタハウジング３０とインレットハウジング部２２とに各接続された場合のものである。更に、この場合、図３を参照して説明したごとく、取付部材２００は、そのアクチュエータ保持部２０３が従来よりも幅広の剛性の高い部分で支持される形状のものである。

図４（Ａ）及び図４（Ｂ）において、縦軸はアクチュエータに作用する加速度［Ｇ］であり、横軸はアクチュエータに加える振動の周波数［Ｈｚ］である。
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を対照して明らかなとおり、低負荷時、即ち、当該過給機が取り付けられるエンジンの回転が低回転である場合、及び、全開負荷時、即ち、エンジンの回転が最高回転である場合のいずれにおいても、振動の周波数が９００［Ｈｚ］から２０００［Ｈｚ］の領域で、アクチュエータに作用する加速度が効果的に抑制されている。

図５は、本発明の過給機における取付部材の特徴を従来との対比において説明するための図である。即ち、過給機のアクチュエータの取付部材の形状の選択について説明するための図である。
図５（Ａ）は、従来の過給機におけるアクチュエータの取付部材の形状を表す図である。図５（Ａ）において、取付部材２００ａのフランジ状のアクチュエータ保持部２０３ａから図示にて下方に脚部が延出している。脚部は、コンプレッサハウジング２０ａを跨ぐように延出したセンタハウジング側の第１脚部２０１ａとインレットハウジング側の第２の脚部２０２ａとを有する。

図５（Ａ）の従来例では、アクチュエータ保持部２０３ａから第１脚部２０１ａへと傾斜角θ１をなして延出する結合部２０４ａへの連なりは相対的になだらかである。ここに、傾斜角θ１は、結合部２０４ａの外縁の延出方向とフランジ状のアクチュエータ保持部２０３ａのアクチュエータを結合するフランジ面に直交する方向とのなす角度（フランジ面に沿う方向からの側面視で見た角度）であり、この例の場合略６０度である。
この結果、取付部材２００ａはアクチュエータ保持部の２０３ａから脚部へ向けての広がりが相対的になだらかで、全体として幅が狭くなり、従って、その剛性は、次に述べる本発明の場合に比し劣る。

図５（Ｂ）は、本発明の過給機におけるアクチュエータの取付部材２００の形状を表す図である。図５（Ｂ）において、取付部材２００のフランジ状のアクチュエータ保持部２０３から図示にて下方に脚部が延出している。脚部は、既述のように、コンプレッサハウジング２０を跨ぐように延出したセンタハウジング側接続部２０１とインレットハウジング側接続部２０２とを有する。

図５（Ｂ）の取付部材２００では、アクチュエータ保持部２０３からセンタハウジング側接続部２０１へと傾斜角θ２をなして延出する結合部２０４への連なりは相対的に急である。ここに、傾斜角θ２は、の外縁の延出方向とフランジ状のアクチュエータ保持部２０３のアクチュエータを結合するフランジ面に直交する方向とのなす角度（フランジ面に沿う方向からの側面視で見た角度）であり、この例の場合略４５度である。
上記を取付部材２００の形状に注目して換言すれば、取付部材２００は、アクチュエータ４０を保持するためのフランジ状のアクチュエータ保持部２０３とセンタハウジング側接続部２０１とを結合する結合部２０４を有し、結合部２０４の外縁の延出方向とフランジ状のアクチュエータ保持部２０３のアクチュエータを結合するフランジ面に直交する方向とのなす角が略４５度であるであると要約される。
この結果、取付部材２００はそのアクチュエータ保持部２０３から脚部へ向けての広がりが相対的に急で、全体として幅が広くなり、従って、その剛性は、図５（Ａ）の従来例に比し高いものとなる。

ところで、取付部材２００を全体として幅広のものにすれば剛性が高まるとはいえ、幅広にする程に部材の重量が増加してしまうという不利な点も無視できなくなる。
即ち、図５（Ｂ）における取付部材２００のアクチュエータ保持部２０３からセンタハウジング側接続部２０１へと延出する結合部２０４の傾斜角θ２（以下、一般的に角度θという）が小さくなるほど、アクチュエータ保持部２０３から結合部２０４への連なりは相対的に急であり、幅広になるが、このようにするほど部材としての重量も増加する。

一方、軽量化を図るべく傾斜角θを大きくして、アクチュエータ保持部２０３から結合部２０４への連なりを相対的になだらかにすると、幅が狭くなり剛性は低下する。このため、発明者等は種々検討を深め、取付部材２００の最適な形状を見出すに至った。

図６は、本発明の過給機における部材形状を選択する場合の根拠を説明するための図である。
図６において、縦軸は、取付部材２００に一定の応力をかけた場合の変形量評価位置における変形率（基準値に対する相対値）、横軸は、重量増加量であり、何れも矢印の方向に増大する。そして、上述の角度θをパラメータとしている。ここに変形量評価位置は、取付部材２００のアクチュエータ保持部２０３の頂上部位であり、図中、符号Ｍで示された部位である。

図示のとおり、角度θが６０度から４５度にかけては、重量増加量の増大に比し変形率の低下（即ち、剛性の高まり）が相対的に顕著である。
一方、角度θが４５度を下回る領域では、重量増加量の増大に比し変形率の低下（即ち、剛性の高まり）が相対的に小さく飽和に至る傾向を呈する。これは、角度θが４５度を下回ると、剛性の高まりは余り期待できず、重量増加といった不利な点が優ってくることを意味している。

従って、本発明の一つの実施例では、フランジ状のアクチュエータ保持部２０３からセンタハウジング側接続部２０１に向けて延出する結合部が傾斜角をなしており、この傾斜角は、フランジ状のアクチュエータ保持部２０３に既述の如く想定した仮想平面ｐに立てた法線の方向に対し上記の角度θが略４５度となるように取付部材２００を成形している。

以上、図面を参照して説明した本発明の一実施形態としての過給機１では、通常の構成において周囲の構造部（例えば、コンプレッサハウジング２０のスクロール部２３等）に比し格段に剛性の高いセンタハウジング３０に連なる部位に、アクチュエータ４０の取付部材２００（そのセンタハウジング側接続部２０１）が接続されるため、接続部位の剛性が高く、アクチュエータ４０の振動が十分に抑制される。また、コンプレッサハウジング２０本体を格別に肉厚で高剛性のものにすることを要しないため、過給機の重量増加といった不都合を招来することもない。

また、アクチュエータ４０の取付部材２００は、コンプレッサハウジング２０に流入した吸気が加圧されるスクロール部２３には接続されないようにしてコンプレッサハウジング２０に取り付けられているため、一般的には肉厚が薄く（例えば４ｍｍ程度）剛性の低いスクロール部２３がアクチュエータの支持には関与せず、取付部材２００の取り付けに係る剛性の低下を来すことがない。

また、上流側の吸気通路への接続部であるために必然的に肉厚で剛性の高いインレットハウジング部２２に取付部材２００がそのインレットハウジング側接続部２０２で接続されるため、アクチュエータ４０の振動が十分に抑制され、共振を生じるおそれもない。

また、アクチュエータ４０の取付部材２００は、フランジ状のアクチュエータ保持部２０３からセンタハウジング側接続部２０１に向けて延出する結合部が傾斜角をなしており、当該傾斜角は上述の角度θが４５度となるように選択されている。
このため、重量の増加を低減しつつアクチュエータ４０の振動の抑制が十全なものとなる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
例えば、上述したアクチュエータ４０は必ずしも電動アクチュエータである場合には限られず、例えば加圧給気をダイヤフラムチャンバー内に導入してそれによる背圧とばねの弾発力との力平衡によって作動する方式のアクチュエータを適用してもよい。

１…過給機
１０…タービンハウジング
２０…コンプレッサハウジング
２２…インレットハウジング部
２３…スクロール部
３０…センタハウジング
４０…アクチュエータ
２００…取付部材
２０１…センタハウジング側接続部
２０２…インレットハウジング側接続部
２０３…アクチュエータ保持部
２０４…結合部

Claims (4)

1. タービンハウジングとコンプレッサハウジングとがセンタハウジングを介して一体に組み立てられた過給機において、
   前記タービンハウジングに設けられたウエストゲート及びウエストゲートバルブと、
   前記ウエストゲートバルブの開度を調節するアクチュエータとを備え、
   前記アクチュエータは、取付部材を介してこのコンプレッサハウジングに取り付けられ、
   前記取付部材は、前記コンプレッサハウジングにおける前記センタハウジングと組み付けられる部位で前記コンプレッサハウジングに接続されるセンタハウジング側接続部を有することを特徴とする過給機。
2. 前記コンプレッサハウジングは上流側の吸気通路に接続されるインレットハウジング部を有し、前記取付部材は、前記インレットハウジング部に接続されるインレットハウジング側接続部を有することを特徴とする請求項１に記載の過給機。
3. 前記取付部材は、前記センタハウジング側接続部の接続端及び前記インレットハウジング側接続部の接続端が前記コンプレッサハウジングに流入した吸気が加圧されるスクロール部を越えて各対応する前記センタハウジング側の接続部及び前記インレットハウジング部との接続部に達してそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項２に記載の過給機。
4. 前記取付部材は、前記アクチュエータを保持するためのフランジ状のアクチュエータ保持部と前記センタハウジング側接続部とを結合する結合部を有し、前記結合部の外縁の延出方向と前記フランジ状のアクチュエータ保持部の前記アクチュエータを結合するフランジ面に直交する方向とのなす角が前記フランジ面に沿う方向からの側面視で略４５度であることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の過給機。

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