JP2018031310A - ターボチャージャのウェイストゲートバルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】皿バネが摩耗しにくいターボチャージャのウェイストゲートバルブ装置を提供する。
【解決手段】このウェイストゲートバルブ装置は、駆動ロッド３０とともに連結ピン１４に組み付けられていて駆動ロッド３０を連結ピン１４の中心軸の延伸方向に付勢する皿バネ４０を備えている。このウェイストゲートバルブ装置では、駆動ロッド３０におけるブシュ３１の硬度が、駆動ロッド３０におけるブシュ３１を取り囲んでいる部分の硬度及び皿バネ４０の硬度よりも高くなっている。そして、皿バネ４０における駆動ロッド３０に当接している外周側部分４４の内径Ｄ５が、ブシュ３１の外径Ｄ４よりも大きくなっており、前記皿バネ４０が、駆動ロッド３０におけるブシュ３１を取り囲んでいる部分に当接している。
【選択図】図４

Description

この発明はターボチャージャのウェイストゲートバルブ装置に関するものである。

特許文献１に記載されているウェイストゲートバルブ装置では、ウェイストゲートポートを開閉する弁体の回転軸が、タービンハウジングを貫通してタービンハウジングの外側まで延びている。そして、この回転軸におけるタービンハウジングの外側に突出している部分にリンクアームが固定されている。リンクアームには、回転軸の中心軸と中心軸が平行になるように円柱状の連結ピンが固定されており、同リンクアームには、アクチュエータに連結された駆動ロッドの先端が、同先端に設けられた挿通孔にこの連結ピンを挿通させた状態で連結されている。これにより、このウェイストゲートバルブ装置では、アクチュエータで駆動ロッドを駆動すると、リンクアームが回転軸を中心に回動し、それに伴って弁体がウェイストゲートポートを開閉するようになっている。

特開２０１２‐６７６９８号公報

ところで、駆動ロッドとリンクアームとが連結ピンを介して連結されている部分において、駆動ロッドとリンクアームとの間に隙間があると、駆動ロッドががたつき、駆動ロッドが振動してしまう。これに対して、駆動ロッドとリンクアームとの間に皿バネを挟み、駆動ロッドを付勢してがたつきを抑制するようにすれば、駆動ロッドの振動を抑制することができる。

しかし、こうした構成を採用していても、皿バネの摩耗が進行すると、上記のような駆動ロッドのがたつきを抑制する機能が損なわれて駆動ロッドが振動しやすくなり、駆動ロッドと連結ピンとの摺動部における摩耗が進行したり、異音が発生したりしやすくなってしまうおそれがある。

そこで、皿バネが摩耗しにくいウェイストゲートバルブ装置が望まれている。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するためのターボチャージャのウェイストゲートバルブ装置は、円柱状の連結ピンを介してリンクアームに回動可能に連結された駆動ロッドを、アクチュエータの駆動力を利用して駆動することにより、ウェイストゲートポートを開閉する弁体を駆動するターボチャージャのウェイストゲートバルブ装置である。このウェイストゲートバルブ装置は、前記駆動ロッドとともに前記連結ピンに組み付けられていて前記駆動ロッドを前記連結ピンの中心軸の延伸方向に付勢する皿バネを備えている。そして、このウェイストゲートバルブ装置では、前記駆動ロッドにおける前記連結ピンが挿通する挿通孔が設けられているブシュ部の硬度が、前記駆動ロッドにおける前記ブシュ部を取り囲んでいる部分の硬度及び前記皿バネの硬度よりも高くなっている。また、このウェイストゲートバルブ装置では、前記皿バネにおける前記駆動ロッドに当接している外周側部分の内径が、前記駆動ロッドにおける前記ブシュ部の外径よりも大きくなっており、前記皿バネが、前記駆動ロッドにおける前記ブシュ部を取り囲んでいる部分に当接している。

上記構成によれば、硬度の高いブシュ部に皿バネが当接しておらず、駆動ロッドにおけるブシュ部よりも硬度の低い部分に皿バネの外周側部分が当接しているため、ブシュ部と皿バネとが当接している場合よりも皿バネの摩耗が進行しにくくなる。

ターボチャージャに搭載されているウェイストゲートバルブ装置の分解斜視図。 同ウェイストゲートバルブ装置におけるリンク機構の構成を説明するためのタービンハウジングの部分断面図。 同ウェイストゲートバルブ装置を構成する部品の１つである皿バネの斜視図。 同ウェイストゲートバルブ装置における駆動ロッドとウェイストゲート側リンクアームとの連結部分の断面図。 他の例のウェイストゲートバルブ装置における駆動ロッドとウェイストゲート側リンクアームとの連結部分の断面図。

以下、ターボチャージャのウェイストゲートバルブ装置の一実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示されているように、ウェイストゲートバルブ装置１０が搭載されているターボチャージャ１００はコンプレッサハウジング１１０と、ベアリングハウジング１２０と、タービンハウジング１３０とを組み合わせて構成されている。

コンプレッサハウジング１１０内に収容されているコンプレッサホイールとタービンハウジング１３０内に収容されているタービンホイールとを連結しているシャフトを支持するベアリングハウジング１２０は、ボルトによってコンプレッサハウジング１１０と締結されている。

そして、タービンハウジング１３０は、クランプ１４０によってベアリングハウジング１２０に組み付けられている。
図２に示されているように、タービンハウジング１３０内にはタービンホイール１３５が収容されており、タービンハウジング１３０にはタービンホイール１３５を取り囲むように延びるスクロール通路１３１が形成されている。

スクロール通路１３１を通ってタービンホイール１３５に吹き付けられた排気は、排出通路１３２を通じてタービンハウジング１３０から排気通路へと排出されるようになっている。

ターボチャージャ１００においては、スクロール通路１３１を通過した排気がタービンホイール１３５に吹き付けられることにより、タービンホイール１３５が回転する。タービンホイール１３５が回転するとタービンホイール１３５とシャフトを介して連結されているコンプレッサホイールが回転して吸入空気の過給が行われる。

図２に示されているように、タービンハウジング１３０には、ウェイストゲートポート１３３が設けられている。ウェイストゲートポート１３３は、タービンホイール１３５を迂回してスクロール通路１３１と排出通路１３２とを繋ぐ通路である。

図２に示されているように、ウェイストゲートバルブ装置１０は、タービンハウジング１３０内に形成されているウェイストゲートポート１３３を塞ぐ弁体１１を有しており、この弁体１１を駆動することによって、弁体１１によってウェイストゲートポート１３３を開閉するものである。

弁体１１がウェイストゲートポート１３３から離間していてウェイストゲートポート１３３が開放されているときには、スクロール通路１３１を通過した排気がウェイストゲートポート１３３を通じて排出通路１３２に流れ込むようになり、タービンホイール１３５に吹き付けられる排気の量が少なくなる。そのため、ウェイストゲートポート１３３が開放されている場合には、タービンホイール１３５及びコンプレッサホイールの回転が抑制され、過給が抑制されるようになる。

弁体１１は、タービンハウジング１３０を貫通してタービンハウジング１３０の外側まで延びている回転軸１２の一端に固定されている。回転軸１２は、タービンハウジング１３０に回動自在に支持されており、弁体１１は回転軸１２を中心に回動することにより、ウェイストゲートポート１３３を開閉する。

図１及び図２に示されているように、タービンハウジング１３０の外側に位置する回転軸１２の他端にはウェイストゲート側リンクアーム１３が固定されている。ウェイストゲート側リンクアーム１３における回転軸１２が固定されている部分から離間した位置には、回転軸１２の中心軸と中心軸が平行になるように円柱状のウェイストゲート側連結ピン１４が固定されている。

また、図１に示されているように、コンプレッサハウジング１１０には、弁体１１を駆動するためのアクチュエータ２０が固定されている。アクチュエータ２０は、モータを内蔵しており、モータによって回転軸２２を駆動する。回転軸２２にはアクチュエータ側リンクアーム２３が固定されている。アクチュエータ側リンクアーム２３における回転軸２２が固定されている部分から離間した位置には回転軸２２の中心軸と中心軸が平行になるように円柱状のアクチュエータ側連結ピン２４が固定されている。

ウェイストゲートバルブ装置１０では、アクチュエータ側リンクアーム２３とウェイストゲート側リンクアーム１３とを駆動ロッド３０を介して連結している。駆動ロッド３０の両端部には、挿通孔３２が設けられている。駆動ロッド３０では、両端部が円盤状に広くなっている棒状のロッド本体３３の両端部に、ロッド本体３３よりも硬度の高い円筒状のブシュ３１がそれぞれ取り付けられている。これにより、駆動ロッド３０では、ブシュ３１の内周面によって挿通孔３２が構成され、ロッド本体３３よりも硬度の高いブシュ部がブシュ３１によって構成されている。

なお、ウェイストゲート側連結ピン１４とアクチュエータ側連結ピン２４は、同一の寸法になっており、挿通孔３２の直径は、連結ピン１４，２４の直径よりも僅かに大きくなっている。また、連結ピン１４，２４は、いずれも硬度を高める表面処理が施されており、ブシュ３１と同等の硬度まで硬度が高められている。

駆動ロッド３０の一端は、ウェイストゲート側連結ピン１４を挿通孔３２に挿通させるように、ウェイストゲート側リンクアーム１３に組み付けられ、ウェイストゲート側連結ピン１４の先端部に設けられた溝１４ａに嵌め込まれるＥリング５０によって抜け止めされている。

駆動ロッド３０の他端は、アクチュエータ側連結ピン２４を挿通孔３２に挿通させるように、アクチュエータ側リンクアーム２３に組み付けられ、アクチュエータ側連結ピン２４の先端部に設けられた溝２４ａに嵌め込まれるＥリング５０によって抜け止めされている。

なお、駆動ロッド３０の一端とウェイストゲート側リンクアーム１３との間、駆動ロッド３０の他端とアクチュエータ側リンクアーム２３との間には、駆動ロッド３０を連結ピン１４，２４の中心軸の延伸方向に付勢する皿バネ４０がそれぞれ挟み込まれている。

図３に示されているように、皿バネ４０は、中央に挿通孔４１が設けられた外歯付き皿バネであり、挿通孔４１が設けられているリング状の内周側部分４２の外側に６つの外歯４５が周方向に均等に離間するように配置されている。外歯４５は、皿バネ４０における外周側に位置している外周側部分４４と、内周側部分４２に対して傾斜して延びており外周側部分４４を内周側部分４２と連結している傾斜部分４３と、によって構成されている。なお、皿バネ４０は、特に硬度を高める表面処理は施されておらず、皿バネ４０の硬度は、ブシュ３１の硬度及び連結ピン１４，２４の硬度よりも低くなっている。

図１に示すように、それぞれの皿バネ４０は、連結ピン１４，２４をそれぞれの挿通孔４１に挿通させるように、外周側部分４４が駆動ロッド３０側に位置し、内周側部分４２がリンクアーム１３，２３側に位置する向きで、駆動ロッド３０とともに連結ピン１４，２４に取り付けられている。

図４に示すように、皿バネ４０の外周側部分４４は駆動ロッド３０と当接している。なお、図４には、説明の便宜上、ウェイストゲート側リンクアーム１３と駆動ロッド３０との連結部分のみを拡大して示しているが、連結ピン１４，２４は同一の寸法であり、ブシュ３１と皿バネ４０はウェイストゲート側もアクチュエータ側も同じ寸法のものである。したがって、アクチュエータ側の連結部分における構成はウェイストゲート側の連結部分の構成と同様であるため、アクチュエータ側の連結部分についての図示は省略する。

皿バネ４０は弾性変形した状態で駆動ロッド３０とリンクアーム１３，２３との間に挟み込まれており、外周側部分４４が駆動ロッド３０と当接している一方で、皿バネ４０の内周側部分４２はリンクアーム１３，２３に当接している。これにより、皿バネ４０は復元力によって駆動ロッド３０をＥリング５０に押し付けるように付勢しており、駆動ロッド３０のがたつきを抑制している。

皿バネ４０において、リンクアーム１３，２３に当接している内周側部分４２に形成されている挿通孔４１の直径Ｄ３は、連結ピン１４，２４の直径Ｄ１よりも僅かに大きくなっている。また、皿バネ４０において、駆動ロッド３０に当接している外周側部分４４の内径Ｄ５は、駆動ロッド３０におけるブシュ３１の外径Ｄ４よりも大きくなっている。そのため、外周側部分４４は、駆動ロッド３０におけるブシュ３１の径方向外側に位置するロッド本体３３に当接している。すなわち、皿バネ４０の外周側部分４４はブシュ３１よりも硬度の低いロッド本体３３に当接していて、皿バネ４０はブシュ３１には当接していない。

また、上述したように、挿通孔３２の直径Ｄ２は、連結ピン１４，２４の直径Ｄ１よりも僅かに大きくなっている。そのため、駆動ロッド３０は、ウェイストゲート側連結ピン１４を介してウェイストゲート側リンクアーム１３と相対回動可能に連結されているとともに、アクチュエータ側連結ピン２４を介してアクチュエータ側リンクアーム２３と相対回動可能に連結されている。

これにより、アクチュエータ２０によって回転軸２２が駆動され、回転軸２２を中心にアクチュエータ側リンクアーム２３が回動すると、アクチュエータ２０の駆動力が駆動ロッド３０を介してウェイストゲート側リンクアーム１３に伝達される。そして、ウェイストゲート側リンクアーム１３が回転軸１２を中心に回動し、回転軸１２に固定された弁体１１がウェイストゲートポート１３３に近接するように、又はウェイストゲートポート１３３から離間するように駆動される。

なお、挿通孔３２の直径Ｄ２が、連結ピン１４，２４の直径Ｄ１よりも僅かに大きくなっているため、挿通孔３２の内周面と連結ピン１４，２４とが当接するように、図４における左右方向に駆動ロッド３０の位置がずれたときには、ブシュ３１と外周側部分４４とが近づく。また、皿バネ４０における挿通孔４１の直径Ｄ３が、連結ピン１４，２４の直径Ｄ１よりも僅かに大きくなっているため、挿通孔４１の内周面と連結ピン１４，２４とが当接するように、図４における左右方向に皿バネ４０の位置がずれたときにも、ブシュ３１と外周側部分４４とが近づく。しかし、挿通孔３２の直径Ｄ２と連結ピン１４，２４の直径Ｄ１との差や、皿バネ４０における挿通孔４１の直径Ｄ３と連結ピン１４，２４の直径Ｄ１との差はごく僅かである。そのため、駆動ロッド３０に当接している外周側部分４４の内径Ｄ５とブシュ３１の外径Ｄ４との差を十分に大きく確保すれば、挿通孔３２，４１の内周面と連結ピン１４，２４とが当接するように、駆動ロッド３０や皿バネ４０の位置がずれたとしても、外周側部分４４がブシュ３１に当接することはない。

こうしたウェイストゲートバルブ装置１０によれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）ブシュ３１及び連結ピン１４，２４の硬度が高くなっているため、ブシュ３１と連結ピン１４，２４との摺動部分における摩耗が抑制される。

（２）硬度の高いブシュ３１に皿バネ４０が当接しておらず、駆動ロッド３０におけるブシュ３１よりも硬度の低いロッド本体３３に皿バネ４０の外周側部分４４が当接しているため、ブシュ３１と皿バネ４０とが当接している場合よりも皿バネ４０の摩耗が進行しにくくなる。すなわち、ブシュ３１の硬度を高くしてブシュ３１における摩耗を抑制する構成を採用していても、皿バネ４０が摩耗しにくくなる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・ウェイストゲート側の連結部分とアクチュエータ側の連結部分のいずれか一方において、上記のような構成を採用するようにしてもよい。

・連結ピン１４，２４の硬度は、ブシュ３１と同等の硬度まで高められていなくてもよい。連結ピン１４，２４に対して硬度を高める表面処理を施していなくてもよい。
・連結ピン１４，２４は、リンクアーム１３，２３の一部としてリンクアーム１３，２３と一体に形成されていてもよい。

・アクチュエータは、負圧を利用して駆動するダイアフラム式のアクチュエータでもよい。
・皿バネ４０は、駆動ロッド３０を付勢して駆動ロッド３０のがたつきを抑制するように、駆動ロッド３０とともに連結ピン１４，２４に組み付けられていればよい。例えば、図５に示すように、Ｅリング５０と駆動ロッド３０との間に皿バネ４０が挟み込まれていてもよい。この場合には、それぞれの皿バネ４０は、外周側部分４４が駆動ロッド３０側に位置し、内周側部分４２がＥリング５０側に位置する向きで、連結ピン１４，２４をそれぞれの挿通孔４１に挿通させるように、駆動ロッド３０とともに連結ピン１４，２４に取り付けられている。

この場合には、皿バネ４０は弾性変形した状態で駆動ロッド３０とＥリング５０との間に挟み込まれており、外周側部分４４が駆動ロッド３０と当接している一方で、皿バネ４０の内周側部分４２はＥリング５０に当接している。これにより、皿バネ４０は復元力によって駆動ロッド３０をリンクアーム１３，２３に押し付けるように付勢しており、駆動ロッド３０のがたつきを抑制している。

なお、図５におけるＤ１〜Ｄ５の寸法の大小関係は、図４を参照して説明した上記実施形態における大小関係と同一である。こうした構成を採用した場合にも、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

・駆動ロッド３０の両面に皿バネ４０を配設するようにしてもよい。すなわち、駆動ロッド３０とリンクアーム１３，２３との間、駆動ロッド３０とＥリング５０との間の双方に、皿バネ４０を配設するようにしてもよい。この場合には、それぞれの皿バネ４０の外周側部分４４が駆動ロッド３０側に位置する向きで各皿バネ４０を配設することになる。

・皿バネ４０は外歯付きの皿バネであったが、皿バネにおける駆動ロッド３０に当接している部分を外周側部分としたとき、外周側部分の内径が、駆動ロッド３０におけるブシュ３１の外径Ｄ４よりも大きくなっているのであれば、内歯付きの皿バネでも、歯の付いていないリング状の皿バネでもよい。

・ロッド本体３３にロッド本体３３よりも硬度の高いブシュ３１を取り付けることによって駆動ロッド３０におけるブシュ部を取り囲んでいる部分よりも硬度の高いブシュ部を構成している例を示したが、駆動ロッドの構成はこうしたものに限らない。例えば、ブシュ３１を取り付けるのではなく、単一の部材として成形された駆動ロッドにおける挿通孔の内周面になる部分を表面処理により硬化させ、硬度の高いブシュ部を構成するようにしてもよい。この場合にはブシュ部の外径とは、表面処理の効果により硬度が高められた領域の外径のことになる。

１０…ウェイストゲートバルブ装置、１１…弁体、１２…回転軸、１３…ウェイストゲート側リンクアーム、１４…ウェイストゲート側連結ピン、１４ａ…溝、２０…アクチュエータ、２２…回転軸、２３…アクチュエータ側リンクアーム、２４…アクチュエータ側連結ピン、２４ａ…溝、３０…駆動ロッド、３１…ブシュ、３２…挿通孔、３３…ロッド本体、４０…皿バネ、４１…挿通孔、４２…内周側部分、４３…傾斜部分、４４…外周側部分、４５…外歯、５０…Ｅリング、１００…ターボチャージャ、１１０…コンプレッサハウジング、１２０…ベアリングハウジング、１３０…タービンハウジング、１３１…スクロール通路、１３２…排出通路、１３３…ウェイストゲートポート、１３５…タービンホイール、１４０…クランプ。

Claims (1)

1. 円柱状の連結ピンを介してリンクアームに回動可能に連結された駆動ロッドを、アクチュエータの駆動力を利用して駆動することにより、ウェイストゲートポートを開閉する弁体を駆動するターボチャージャのウェイストゲートバルブ装置であり、
   前記駆動ロッドとともに前記連結ピンに組み付けられていて前記駆動ロッドを前記連結ピンの中心軸の延伸方向に付勢する皿バネを備え、
   前記駆動ロッドにおける前記連結ピンが挿通する挿通孔が設けられているブシュ部の硬度が、前記駆動ロッドにおける前記ブシュ部を取り囲んでいる部分の硬度及び前記皿バネの硬度よりも高くなっており、
   前記皿バネにおける前記駆動ロッドに当接している外周側部分の内径が、前記駆動ロッドにおける前記ブシュ部の外径よりも大きくなっており、
   前記皿バネが、前記駆動ロッドにおける前記ブシュ部を取り囲んでいる部分に当接している
   ターボチャージャのウェイストゲートバルブ装置。

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